초록 ▼

본 연구는 폐광산 지대의 폐굴적 및 폐갱도를 보강하는 기존의 충전공법에 있어서 가장 일반적으로 사용되고 있는 포틀랜드 시멘트 사용량을 최대로 줄이고, 그 대신 산업폐기물인 Free CaO가 다량 함유된 열병합 발전소 저품위 플라이애시를 알칼리 자극제 첨가에 따른 활성화 메커니즘을 이용한 무기결합재를 제조하여 친환경적이고 경제적인 새로운 개념의 연약지반 고화재 제조에 관한 기초 연구를 하고자 하였다.
연구의 내용은 열병합 발전소 플라이애시의 물리적/화학적 특성을 분석하고 품질의 안정성 확보 방안 및 최적 전처리 조건 도출하여 활

본 연구는 폐광산 지대의 폐굴적 및 폐갱도를 보강하는 기존의 충전공법에 있어서 가장 일반적으로 사용되고 있는 포틀랜드 시멘트 사용량을 최대로 줄이고, 그 대신 산업폐기물인 Free CaO가 다량 함유된 열병합 발전소 저품위 플라이애시를 알칼리 자극제 첨가에 따른 활성화 메커니즘을 이용한 무기결합재를 제조하여 친환경적이고 경제적인 새로운 개념의 연약지반 고화재 제조에 관한 기초 연구를 하고자 하였다.
연구의 내용은 열병합 발전소 플라이애시의 물리적/화학적 특성을 분석하고 품질의 안정성 확보 방안 및 최적 전처리 조건 도출하여 활성재료로 최적화하기 위한 자극제의 선정 실험을 실시하였다. 품질의 안정성 확보를 위해 화학적 정량에 따른 성분관리를 수치화하였고 플라이애시의 활성화에 의한 무기결합재의 역학적 특성 및 내구성을 평가하고 경제성을 고려한 최적 배합을 도출하였다. 폐광미, 미립점토분 등 비활성 물질과 기타 활성 물질과의 혼합 및 자극제에 의한 고화 메커니즘을 분석하고 환경부하저감형 무기결 합재와 폐광산 폐기물을 복합적으로 이용한 지반 침하 및 오염 방지용 충전재를 개발하였다.
또한 폐광석을 선충전 후 폐광석 사이 공극에 모르타르를 후주입하여 프리팩트 콘크리트 충전 기술 도출 및 개발 무기결합재의 슬러리화에 의한 페이스트 충진성 평가, 폐광미의 페이스트 충전을 위한 최적 입경 분포 설정 및 충전재의 고유동화, 겔타임 및 강도 조절 및 수중 불분리 확보를 위해 다양한 혼화제를 적용하여 이의 성능을 종합적으로 평가하였다.
연구 결과 열병합 발전소 플라이애시의 활성화 가능성을 확인하여 블레인에 따른 모르타르 및 콘크리트 압축강도 측정결과 우수한 강도 특성을 나타내며 시멘트를 대체하여 지반 고화재로 활용이 가능할 것으로 판단된다. 고로슬래그 및 열병합 발전소 플라이애시의 활성화 유도를 위해 규산칼륨을 첨가하여 강도를 개선하였으며, 이로 인해 광해방지를 위해 연간 1,000억원 이상을 집행하고 있는 현 실정에서 새로운 충전재의 이용으로 저렴한 충전보강공법을 제시할 수 있으며 폐광산의 지반침하 및 오염을 유발하는 지하공동의 충진을 위해 외부환경에 노출되어 광산 주변에 방치된 폐광석 및 폐광미를 저가의 무기결합재와 혼합하여 콘크리트 형태로 고화하는 원리로 광산 폐기물을 지하채굴 공동에 충전하여 두 가지 환경 광해 요인을 동시에 해결할 수 있을 것으로 판단된다.
열병합 발전소 플라이애시의 분급을 통해 원재료의 블레인이 증가할수록 강도가 개선되는 것을 확인할수 있었고 분급에 따른 화학조성이 상이함을 확인하였다. 이에 추후 연구로 블레인에 따른 강도발현 영향을 파악할 수 있을 것으로 기대되며 무기결합재를 활용한 비소성 시멘트의 경우 기존의 시멘트에 비해 강도 성능 뿐만 아니라 내화학성 및 내구성이 월등히 우수한 특성을 나타내어 지하구조물이나 수중구조물 및 해수에 접한 구조물에 폭넓게 활용될 수 있을것으로 판단된다.
또한 산업폐기물인 열병합 발전소 플라이애시 및 고로슬래그를 시멘트 대체제로 활용하여 연간 50만톤 이상 발생하는 열병합 발전소 플라이애시의 처리비용(약 35,000원/톤)을 최소화 할 수 있을 것으로 기대된다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• I. 연구결과 요약문 ... 3
• II. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 18
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 18
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 20
• III. 연구성과 ... 22