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한국폐기물자원순환학회 학술대회자료집
- 발행기관 한국폐기물자원순환학회
- 자료유형 학술대회
- 간기 부정기
- 수록기간 1984 ~ 2018
- 주제분류 공학 > 환경공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 539DDC 628
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2013년 추계학술발표회 논문집 (2013년 11월) 257건
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2013.11
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콘크리트는 건설재료 중 가장 많이 사용되는 재료이다. 그러나 황산염(sulfate)등의 산성에 노출되어 있는 콘크리트는 열화가 촉진되어 콘크리트 구조물의 기능을 상실하게 된다. 이러한 열화를 방지하기 위해 에폭시 등의 표면보호재를 사용하고 있지만, 표면보호재로 정유산업의 부산물인 유황폴리머를 이용하게 된다면 유황폴리머의 뛰어난 내산성을 활용한 양질의 표면보호재를 확보할 수 있을 것으로 예상된다. 또한, 유황폴리머는 대부분 정유산업의 부산물로 발생되므로 산업부산물 처리효과도 기대할 수 있다. 그러나 현재 유황폴리머에 대한 연구는 활발히 이루어지지 않은 실정이며, 특히 도포공법의 경우 국내에서는 연구가 전혀 이루어지지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 유황폴리머의 도포공법(spray)에 적용하기 위한 기초연구를 수행하였고, 특히 도포되는 유황폴리머의 두께에 따른 부착강도를 측정하여 국내기준에 적합한지 평가하였다. 유황폴리머의 두께에 부착강도 평가를 위하여 유황폴리머를 ｢KS F 4936｣ 콘크리트 보호용 도막재에 규정되어 있는 시험용 모르타르 밑판(70×70×20 mm)에 각각 0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm (±0.1 mm) 의 두께로 도포하였다. 도포 전 시험용 모르타르 밑판의 4방향 평균 두께와 유황폴리머가 경화된 이후 4방향의 평균두께를 측정하여 그 차이를 도포된 유황폴리머의 두께로 산출하였다. 도포 완료 후 7일간 온도(20 ± 2℃) 및 습도(65 ± 10%)를 일정하게 유지하여 양생한 후 만능시험기를 사용하여 부착강도를 측정하였다. 그 결과 0.5 mm 이상일 때 1.3 MPa의 부착강도를 나타내었으며, 1 mm, 1.5 mm의 조건에서는 각각 1.8 MPa, 2.2 MPa의 부착강도를 나타냈다. 이상의 결과로 도포한 유황폴리머의 두께가 증가할수록 부착강도가 증가하는 것으로 나타났으며, 0.5 mm 이상의 두께에서는 표면보호재로 사용할 수 있는 부착강도(1.0 MPa)를 만족하는 것으로 나타났다.
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2013.11
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반강성 포장공법은 콘크리트포장의 강성과 아스팔트포장의 연성을 동시에 만족시킬 수 있도록 개발된 포장공법으로 국내외에서 기술개발 및 현장적용이 활발히 이루어지고 있다. 반강성 포장공법은 포장 후 빠른 교통개방을 위하여 초속경 시멘트를 사용하여 주입재를 제조하는데 이때, 초속경 시멘트의 급결성 때문에 경화시 수화열로 인한 균열이 발생되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 주입재의 유동성능 확보와 균열 저감을 목적으로 아크릴레이트 사용시 경제성이 낮은 단점을 가진다. 이에 대한 방안으로서, 수화열저감을 위하여 PCM(Pease change material)을 사용하고, 연간 120만톤 이상 부산되어 다량 폐기되는 유황을 에멀젼화하여 아크릴레이트의 대체재로서 사용 가능성을 검증하기 위한 기초연구를 수행하였다. PCM 및 SPE를 혼합한 반강성 포장용 시멘트 주입재의 압축강도 측정은 KS L ISO 679에 준하여 시험체를 제작하여 측정하였다. 배합조건은 W/B=40%, PCM 혼입률을 시멘트 질량의 0, 0.2, 0.5%로 첨가하고, SPE는 아크릴 대체률 0, 15, 30%로 하였다. 평가 결과, PCM의 혼입률에 따른 강도특성은 혼합하지 않은 Plain에 비하여 0.2%에서는 재령에 따라 유사한 강도특성을 나타내었지만, 0.5% 혼입시 약 8 ~ 13%의 강도저하가 발생되었다. 아크릴레이트에 대한 SPE의 대체율에 따른 강도특성은 초기 재령에서 혼입률의 증가에 따라 강도가 미소하지만 감소되는 것으로 나타났다. 본 연구에서 검토한 결과, PCM 및 SPE의 반강성 포장용 주입재에 대한 혼화재 및 대체재로서 사용가능성을 확인하였으며, 추후 수화열 저감성능 확인 및 내구성능 등의 검토가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
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2013.11
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유황은 비금속 원소로서 비료, 화약, 고무, 금속 등과 같은 산업에서 주로 이용하며 자연상태에 존재하는 높은 순도의 유황은 주로 활화산과 연계해 있기 때문에 현재 국내에서 유황을 광산에서 채굴하는 일은 없다. 대신 석유화학 산업과 제철 산업 등 산업 부산물로서 추출한 유황을 생산하고 있다. 유황은 산업 전반에 걸쳐 사용하고 있지만 수요의 변동 폭이 크지 않기 때문에 석유화학 및 제철 산업의 발달로 유황의 회수가 활발해져 과거 90년대보다 유황 생산이 늘어나 공급과 수요의 불균형을 이루고 있다. 특히 석유화학 산업의 경우 저탄소, 친환경 정책이 대두됨에 따라 주요 대기오염원 중의 하나인 이산화황의 배출을 억제하기 위해 원유에서 유황을 제거해야하기 때문에 앞으로도 회수되는 유황은 계속 증가할 것으로 보인다. 한편, 유황은 뛰어난 내산성, 내염성을 가지고 있으며 속경성이 뛰어나기 때문에 오･폐수처리장, 화학물질 저장고 등과 같은 고부식성 환경에서의 열화, 균열, 강도저하와 같은 콘크리트의 내구적 약점을 보완하기에 적합한 건설재료이며 산성비, 비말대 등과 같이 일반적인 부식 환경에서 적용할 경우에도 구조물의 내구성능 향상을 기대할 수 있다. 이 연구에서는 산업부산물인 유황폴리머를 사용한 표면보호재를 구조물에 적용하기 위한 기초연구로서 유황폴리머에 플라이애시, 규사 8호와 같은 채움재를 배합하여 보완한 시험체의 강도특성을 실험적으로 평가하였다. 실험을 수행하기 위한 배합은 3가지이며 배합비는 유황폴리머와 단일 채움재의 비율을 2:1로 배합한 것과 유황폴리머와 두 가지 채움재 비율을 2:0.5:0.5로 배합한 것으로 실험하였다. 시험체를 제작하기 위해 각 배합별 시료를 잘 혼합하고 가열기에서 110~130℃로 가열하여 용융상태로 만든 직후, 급속한 온도저하를 방지하고자 적정온도로 건조기에서 가열한 50×50×50 mm 큐빅몰드를 이용하였다. 압축강도 측정은 재령 1일, 7일, 28일에 100 ton급 만능재료시험기를 이용하여 측정하였다. 재령별 모든 배합의 압축강도를 평가한 결과 채움재로 플라이애시만을 이용한 배합이 가장 낮게 측정되었으며 채움재로 규사 8호만을 이용한 배합이 가장 높게 측정되어 규사의 혼입은 유황폴리머 표면보호재의 강도특성을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.
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2013.11
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2013.11
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폐 전지로부터 유가금속을 회수하는 연구는 환경적인 측면뿐만 아니라 전지 내 광석 보다 높은 품위의 유가금속을 함유하고 있기 때문에 경제적은 측면에서도 상당히 중요하다. 따라서 본 연구는 폐 전지로부터 유가금속을 회수하기 위해 전처리 공정에서 불순물인 Fe및 Al을 물리적 전처리 과정을 통하여 제거하고 유가금속을 농축하기 위한 연구를 수행하였다. 폐 혼합전지의 조성은 질량비로 40%알카라인・망간 전지, 30%리튬이온전지, 10% 리튬 1차전지, 10% 니켈-카드튬 전지, 10% 니켈 수소전지로써 혼합하였다. 혼합된 폐 전지 내 유가금속의 함량은 각 각 14.45% Fe, 7.79% Al, 2.28% Cu, 1.814% Cd, 8.1% Zn, 9.27% Mn, 8.02% Co, 8.72% Ni, 1.43% Li으로 구성되었다. 실험과정은 열처리, 파･분쇄, 시간에 따른 단체분리 과정으로 진행하였다. 단체 분리시 사용된 mesh는 5, 7, 10, 20, 40, 50, 70 mesh size를 사용하였고 그 결과 20초 과･분쇄 5 mesh 기준으로 Zn, Mn, Co, Ni, Li의 경우 농축율이 각 각 90.83%, 92.82%, 91.87%, 92.61%, 87.07% 달성되었고 불순물인 Fe, Al Cu, Cd가 각 각 83.3%, 82.19%, 27.00%, 16.12% 제거되었다. 따라서 이 후 습식 공정을 응용하여 유가금속을 분리 및 회수하기 위한 최적의 시료 조성을 획득하였다.
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2013.11
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폐전지란 일상적으로 사용하는 각종 전자기기의 전원으로 사용되는 일차전지와 핸드폰, 노트북, 자동차용 배터리 등 충전이 가능한 이차전지가 수명이 다해 발생하는 폐기물을 일컫는다. 이와 같은 폐전지에는 코발트, 니켈, 아연, 망간, 리튬, 구리 등의 유가금속들이 포함되어 있어 유한한 자원을 효율적으로 재활용하기 위해 폐전지 재활용 기술 개발이 요구되어지고 있다. 따라서 본 연구는 6가지 종류의 폐전지, 알카리인, 망간, 니켈 카드튬, 니켈 수소, 리튬 1차, 리튬 이온전지를 질량비 1:1의 비율로 혼합한 전지로부터 유사한 성분함량을 가지는 0.5% Fe, 0.7% Al, 0.1% Cu, 1% Zn, 0.7% Cd, 12% Mn, 7.5% Co, 4% Ni, 3.5% Li을 함유한 모의 용액을 제조하였고 불순물의 제거 및 D2EHPA를 이용한 Zn과 Mn의 추출 후 발생되는 용액으로부터 Co와 Ni을 회수하기 위한 연구를 수행하였다. 실험은 Co를 회수 후 Ni을 회수하였으며 Co를 회수하기 위한 유기 용매로 Cyanex 272, Ni을 회수하기 위한 유기용매로 Versatic 10 acid를 사용하였다. 또한 추출실험에 영향을 주는 인자로써 용매의 농도, O/A 비율, pH에 따른 연구를 수행하였고 탈거실험에 영향을 주는 인자로 O/A 비율과 탈거액인 황산의 농도에 따라 실험을 수행하였다. 모든 분석은 AAS로 진행하였다. 그 결과 4배 농축된 Co와 Ni을 회수할 수 있었다.
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2013.11
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CO₂는 온실효과에 주된 원인으로 기후 변화에 대한 기여율이 약 65%이다. 이 중 시멘트 산업에서의 CO₂ 배출이 전체 CO₂의 6%를 차지하는 것으로 알려져 있어 시멘트 생산과정에서의 CO₂ 배출량을 획기적으로 줄일 수 있는 대책들이 필요하다. 그 대책 중 하나로서 산업부산물을 이용한 지오폴리머가 각광받고 있다. 지오폴리머는 산업부산물들을 이용하기 때문에 CO₂ 발생량이 낮아 친환경 대체자원으로 국내‧외에서 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 메타카올린(MK)과 플래이애쉬(FA)를 이용한 고강도 지오폴리머를 제조하기 위해 반응표면분석법으로 최적 배합비를 산출하였다. 중심합성계획법을 이용하여 실험조건을 결정하였으며, 적용한 독립변수와 그 범위는 각각 플라이애쉬(FA) 첨가율(FA혼합율, 전체 무기성재료에 대한 FA의 질량 백분율, %) 0 ~ 50%, 알칼리활성화제 비(AE%, 전체 무기성재료에 대한 Na₂O 질량 백분율, %) 10 ~ 25, Silicate modulus (Ms., SiO₂/Na₂O 질량 비) 0.5 ~ 1.5이다. 시편은 고온･상온양생 후 7일, 28일 압축강도를 측정하였다. 7일 및 28일 압축강도는 FA혼합율 25.0%, AE% 17.50, Ms.1.0 일 때 각각 94.2 MPa, 98.8 MPa로 가장 높게 나타났으며, 7일 이후 압축강도 증가는 크지 않았다. 압축강도 결과를 이용하여 2차 모형 회귀분석, 분산분석, 정준분석을 실시하여 최적 배합조건을 도출하였다. 7일 압축강도 결과 값을 이용한 2차 모형으로 회귀 분석한결과 아래와 같은 식을 얻을 수 있었다.
y=84.809-8.933x₁+3.882x₂+17.092x₃-1.086x₁²-18.288x₂²
-12.614x₃²-4.828x₁x₂-1.027x₁x₃-2.552x₂x₃
x₁,x₂,x₃는 각각 FA혼합율, AE%, Ms.이며, 분산분석 결과 2차 모형 회귀식 및 1차항, 2차항의 회귀계수 모두 유의수준 0.05 수준에서 유효한 것으로 나타났으며, 적합성 결여 검정에서도 모델식이 유효한 것으로 판정되었다. 실험범위 내에서의 최적 배합비는 FA혼합율 0.0%, AE% 18.79, Ms. 1.2이며, 105.2 MPa의 압축강도를 얻을 수 있었다. 정준분석 결과 정상점은 최대점이며, (-6.538, 0.910, 0.852)로 파악되었다. 이로부터 정상점은 실험범위를 벗어난 영역에 존재함을 알 수 있다. 28일 압축강도 결과 값을 이용한 2차 모형 회귀분석 결과 아래와 같은 식을 얻을 수 있었다.
y=90.6873-11.0202x₁+1.9121x₂+16.57243x₃-2.6492x₁²-22.3598x₂²
-12.7944x₃²-4.7325x₁x₂-0.3950x₁x₃-4.1575x₂x₃
분산분석 결과 2차 모형 회귀식 및 1차항, 2차항의 회귀계수 모두 유의수준 0.05 수준에서 유효한 것으로 나타났으며, 적합성 결여 검정에서도 모델식이 유효한 것으로 판정되었다. 실험범위 내에서의 최대 28일 압축강도는 배합비 FA혼합율 0.0%, AE% 18.18, Ms. 1.2의 조건에서 108.1 MPa을 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 정준분석 결과 정상점은 최대점이며, (-2.333, 0.230, 0.655)로 나타났다. 이로부터 정상점이 실험범위를 벗어난 영역에 존재함을 알 수 있다.
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2013.11
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현재까지 건설 분야에서 가장 많이 사용된 재료는 보통포틀랜드시멘트(Ordinary Portland Cement: OPC)이다. 그러나 최근 OPC의 가격상승으로 인하여 건설비용이 크게 증가되고 있는 추세이다. 이와 함께 OPC 생산으로부터 발생되는 CO₂는 대표적인 환경부하물질로써 사회적으로 크게 문제화되고 있는 실정이다. 이러한 사회적 영향들로 인하여 새로운 건설재료의 개발 필요성이 대두되면서, 무시멘트 결합재(Cementless Binder) 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이와 같은 무시멘트 결합재는 OPC를 사용한 모르타르에 비하여 상대적으로 큰 수축특성을 가지고 있다. 그러나 이를 개선하기 위한 연구는 아직도 많이 부족한 실정이다. 이 연구에서는 각종 산업부산물을 기반으로 제조된 무시멘트 결합재의 수축특성을 개선하는 방편의 일환으로, 정유사 탈황석고를 혼입하는 방안을 검토하였다. 산업부산물인 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 기반으로 정유사 부산물인 탈황석고의 첨가에 따른 무시멘트 모르타르의 수축특성을 검토하였다. 이와 같은 검토를 위하여 결합재와 주문진 표준사를 1:2.45, W/B=47%로 설정하고 정유사 부산물인 탈황석고를 0, 4, 6, 8, 12%로 각각 혼입하여 길이변화 시험용 공시체를 각각 제작하였다. 정유사 탈황석고를 혼입한 모르타르의 길이변화 측정 결과, 탈황석고 혼입량이 증가할수록 초기의 팽창량이 증가하므로 후기 재령에서의 최종 수축량이 감소하는 효과로 나타났다. 이는 정유사 탈황석고의 구성 광물인생석회가 수화반응을 통하여 소석회로 변화하는 과정에서, C₃A와 반응하여 생성되는 반응생성물이 많아져 초기 팽창이 크게 발생되었기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 적정량의 정유사 탈황석고를 혼입하면 무시멘트 결합재를 사용한 모르타르의 길이변화 특성을 향상시킬 수 있을 것이라 판단된다.
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2013.11
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경제성장과 더불어 산업발전이 급격하게 이루어짐에 따라 산업폐기물이 나날이 증대되어 대기 중의 환경오염 및 폐기물의 무단방치 및 불법매립 등의 환경오염 문제가 사회적인 심각한 문제점으로 대두되고 있다. 수많은 산업폐기물 중 주물산업에서 발생하는 폐주물사는 연간 발생량이 약 300만 톤이며 이를 대부분 야적･매립함으로써 이에 따른 2차 환경오염을 발생시키고 있다. 이러한 폐주물사를 재활용하는 방안으로 건설 산업에서 시멘트나 잔골재의 대체 재료로서 재활용하는 방안으로 연구가 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서 산업부산물인 폐주물사의 첨가에 따른 시멘트 모르타르의 흐름값 및 강도특성에 대한 검토를 실시하였으며, 이를 위하여 결합재와 주문진 표준사를 1:2.45, W/B=53%로 설정하고 폐주물사를 시멘트 2 ~ 40%, 잔골재 10 ~ 50% 대체 혼입하여 공시체를 제작하였다. 실험에 사용한 폐주물사의 밀도는 2.42 g/cm³로 시멘트나 잔골재에 비해 작은 편이며, 폐주물사를 시멘트 대체재로 혼입한 모르타르의 흐름값 측정결과 혼입량이 0%, 2%, 4%, 6%, 8%, 10%, 20%, 30%, 40%인 경우 각각 152 mm, 146 mm, 145 mm, 143 mm, 138 mm, 136 mm, 120 mm, 114 mm, 112 mm로 최대 26% 감소하는 경향을 나타내었다. 그리고 제작된 공시체를 20℃로 양생하여 7일 압축강도를 측정한 결과 혼입량이 0%인 경우에 비하여 8%, 40% 혼입하였을 때 각각 18%, 65% 감소한 6.28MPa, 7.90MPa이며, 10% 이상 혼입하였을 때 강도가 급격히 감소하는 경향을 나타내었다. 잔골재 일부를 폐주물사로 대체 혼입한 모르타르의 흐름값 측정결과 혼입량이 0%, 20%, 40%인 경우 각각 152 mm, 134 mm, 115 mm로 최대 24%감소하는 경향을 나타내었다. 또한 제작된 공시체를 20℃로 양생하여 3일, 7일 압축강도를 측정한 결과 혼입량이 0%인 경우에 비하여 40% 혼입 하였을 때 각각 10%, 12% 감소하여 20.13 MPa, 17.41 MPa로 나타났다. 따라서, 폐주물사를 콘크리트 재료의 대체재로 사용할 경우 입도분포를 고려하여 잔골재의 대체재로 사용하는 것이 효과적인 것으로 판단된다.
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2013.11
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최근 도로의 개･보수 공사 뿐만 아니라 도시가스, 상수도 및 오폐수 관거 등의 교체공사로 인하여 건설산업 부산물 중에 폐아스콘의 발생량이 상당한 부분을 차지하고 있다. 이러한 폐아스콘의 처리 및 건설공사 골재부족 현상을 해결하기 위하여 폐아스콘을 전량 사용한 재생 아스팔트의 연구가 활발히 진행되고 있다. 한편 CO₂의 발생량을 줄이기 위해 무시멘트를 사용한 상온 재생아스팔트의 역학적 성능에 대한 기초실험을 실시한 결과 채움재로 시멘트를 사용한 상온 재생아스팔트와 동등 이상의 마샬안정도를 확보하고 흐름값 및 공극률 모두 KS 기준을 만족하는 것을 확인하였다. 따라서, 본 연구에서는 폐아스콘을 처리한 순환골재와 무시멘트 결합재를 이용한 상온 재생아스팔트의 내구성능을 확인하기 위하여 동적안정도 특성을 분석하였다. 배합 및 온도조건에 따른 휠트래킹 시험방법으로서 동적안정도를 평가한 결과, 모든 배합조건에서 약 5분까지는 급격히 중앙부 처짐량이 증가하는 경향을 나타내었으며, 그 후 60분까지 서서히 처짐량이 증가하여 일정수치에서 수렴하는 경향을 나타났다. 한편, 무시멘트계 결합재를 채움재로 사용하는 것이 OPC를 채움재로 사용하는 것보다 변형에 대한 저항성이 우수한 것으로 판단된다. 동적안정도(DS) 검토 결과, 60℃ 기준에서는 변형량과 동적안정도가 모든 배합조건에서 21,000회/mm로 동일하게 나타났으며, 20℃ 기준에서는 OPC보다 2배 우수한 동적안정도를 나타내었다. 실험 온도조건이 높은 경우, 채움재의 종류에 상관없이 아스팔트 유제의 유동성이 증가되어 동적안정도가 동일하게 나타났지만, 상온의 온도조건에서는 무시멘트계 결합재를 사용한 경우 상온 재생아스팔트 혼합물의 매트릭스가 치밀해져 동적안정도가 우수한 것으로 판단된다.
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2013.11
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지오폴리머는 기존의 포틀랜드 시멘트를 대체할 수 있는 알루미노실리케이트계 무기 화합물로 고강도 발현, 내화성 등과 같은 역학적 특성이 우수하여 다양한 분야에서 활용되고 있다. 또한 산업부산물 등을 활용할 수 있기 때문에 시멘트에 비하여 CO₂ 발생량이 낮은 것으로 알려져 있다. 그러나 지오폴리머의 경우 입경이 매우 작은 무기성 재료를 이용하기 때문에 내부에 공극이 형성되기 쉽지 않아 다공성의 구조를 갖기가 어려워 경량화에 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 톱밥을 첨가한 다음 열분해를 통해 제거함으로써 다공성 지오폴리머를 제조하고자 기초적인 실험을 진행하였다. 본 연구진은 70MPa 이상의 고강도 지오폴리머 제조를 위해 무기성 재료(메타카올린, 플라이애시, 알칼리 활성화제)의 최적 배합 조건을 반응표면분석법을 이용해 도출하였다. TGA 분석을 통해 톱밥의 열분해 특성을 조사하였으며, 0.125 ~ 1mm 크기의 톱밥을 사용하였다. 톱밥의 수분함량, 열분해 시간 등에 따른 다공성 지오폴리머 제조 특성을 조사하였다. 시편의 크기는 5×5×5cm³이며, 실험 조건별당 시편은 9개씩 제조하였다. 열분해 실험은 500℃에서 3시간 동안 진행하였으며, 열분해 시간의 영향은 3 ~ 24시간으로 시간을 조정하여 실험하였다. TGA 분석 결과 승온 속도에 따라 다소 상이하지만 톱밥은 300℃ ~ 350℃ 사이에서 초기 중량의 60% 이상 감소되었으며, 500℃ 잔류량은 3% 미만으로 나타나 대부분이 제거되는 것으로 나타났다. 톱밥의 수분함량에 따라 제조된 지오폴리머의 압축강도가 변화되는 것으로 나타나, 톱밥의 수분함량을 30 ~ 80%로 변화시켜 (무기성 재료에 대해 중량비로 10% 첨가) 그 영향을 조사하였다. 톱밥의 수분함량이 적을수록 지오폴리머의 압축강도가 높았으며(수분함량 30%, 49%의 경우 압축강도 53.0 Mpa 정도), 톱밥의 수분함량이 80%에 이르면 압축강도는 7 MPa로 크게 감소하였다. 열분해 공정을 거친 지오폴리머의 압축강도는 톱밥의 수분함량이 50%, 60%인 경우가 33.0 MPa 이상으로 가장 높게 나타났다. 이는 톱밥을 첨가하지 않고 열분해 한 시편의 평균 압축강도 약 35.0 MPa와 비슷한 결과로 톱밥의 적정 수분함량은 50%로 결정하였다. 수분함량 50%인 톱밥을 중량비로 10% 첨가한 지오폴리머의 열분해 시간에 따른 압축강도 변화를 평가한 결과 3시간 열분해의 경우 34.7 MPa이었고, 6시간 이상 열분해하면 대략 26.0 MPa 이상의 압축강도를 보였다. 열분해 시간을 6시간에서 24시간으로 증가하여도 압축강도는 더 이상 감소되지 않았다. 또한 열분해 시간이 6시간 이하인 경우 시편 내부가 완전히 열분해되지 않았으며, 최소한 12시간 이상 열분해를 해야 모든 유기물이 제거되는 것으로 나타났다. 따라서 첨가된 톱밥이 모두 열분해 되기 위해서는 12시간 이상 열분해해야 하는 것으로 판단하였으며, 열분해 후 생성된 공극은 SEM 분석으로 확인하였다.
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2013.11
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최근 구조물의 초고층화 추세에 따라 고강도 콘크리트의 사용이 증대되고 있다. 그러나 고강도 콘크리트는 고온에서 부재 표면이 박리 및 탈락하는 폭렬 현상이 발생하는 등 화재안전성이 저하되는 단점이 있는 것으로 보고되고 있다. 이에 고강도 콘크리트의 내화성능 및 잔존내력을 확보하기 위한 방안으로, 탄소저감형 재료(고로슬래그, 제올라이트 등)로 구성된 영구거푸집의 단열성능에 의해 내화성능을 확보할 수 있는 영구거푸집 겸용 내화시스템 기술을 개발하고 있다. 본 기술은 영구거푸집의 단열효과에 의해 화재 발생 시 콘크리트로의 열전달을 적극적으로 차단하여 폭렬을 제어하는 손상저감형 기술로서, 화재 발생 후에도 잔존내력 손실을 최소화하여 구조안전성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 영구거푸집을 적용한 80MPa 고강도 콘크리트 기둥부재 내화성능평가를 통하여 영구거푸집 겸용 내화시스템의 내화성능을 검증하였다. 공인인증 기관인 한국건설기술연구원에서 KS 2257-7에 의거하여 수행되었으며, Fig. 1과 같이 20mm 영구거푸집을 이용한 600×600×1,500mm 기둥부재를 제작하여 ISO 834-1 표준시간-가열온도 곡선에 따라 3시간 비재하 가열실험을 실시하였다. 80MPa 내화시스템 내화성능평가 결과, 주철근의 평균온도 및 최고온도는 각각 195도, 476도이며, Fig. 2와 같다. 국토해양부 고시에서 제안하고 있는 내화구조 성능기준 538도, 649도를 모두 만족하였다. 또한 내화성능평가 전후 실험체 형상을 비교･분석한 결과, 내화시험 65분 경과시점에서 미세한 폭렬로 인해 영구거푸집의 부분 탈락이 발생하였으나, 내부 콘크리트의 균열 및 파손정도는 매우 미미한 수준으로 내부 콘크리트 및 철근의 구조적 성능에는 큰 문제가 없을 것으로 사료된다. 영구거푸집을 적용한 80MPa 콘크리트 기둥부재의 내화성능을 평가한 결과, 내화성능 및 단열성능이 우수한 영구거푸집이 외부 고온이 콘크리트 내부로 전달되는 것을 차단함으로 주철근 및 콘크리트의 온도상승을 제어 가능하였으며. 이에 80MPa급 고강도 콘크리트 기둥부재에 대한 화재안전성을 충분히 확보하는 것으로 판단된다.
153.
2013.11
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황화수소는 환경기초시설뿐만 아니라 산업현장에서 발생되는 암모니아와 함께 대표적인 악취물질중의 하나로 알려져 있으며 사람에게 불쾌감을 주지 않을 정도로 일반대기중의 농도를 규제하려면 적어도 3 ppm 이하의 농도가 되어야 한다. 일반적으로 황화수소를 제거하기 위해서 금속산화물을 흡착제로 이용하는 것으로 많이 알려져 있는데 구리, 아연, 망간 등의 금속산화물을 이용하여 만든 황화수소 제거 흡착제에 대한 연구가 수행되었으며 특히 산화철을 이용한 흡착제가 황화수소 제거성능과 재생성능이 우수한 것으로 알려져 있다. 흡착제 제조과정을 Fig. 1에 나타내었다. 건조시킨 레드머드 분말에 태성건설(주)에서 제조, 시판되고 있는 DEN-01 AlPO₄계 제올라이트 분말을 결합제 및 흡착효율 향상을 위해 무게비로 약 30% 혼합하여 증류수를 첨가하여 반죽을 하고 소형 성형기를 이용하여 ∮4 mm, 길이 5 ~ 10 mm의 펠렛으로 제조하였다. DEN-01 AlPO₄계 제올라이트 분말은 정수슬러지의 무기질성분 중 SiO₂, Al₂O₃가 약 50 ~ 60% 정도 함유되어 있는 점을 감안하여 인공 제올라이트로 전환한 것으로 본 연구에서 기존 문제점을 보완하고자 Red Mud를 활용해 입상형 흡착제를 제조하였는데 본 연구결과 황화수소의 파과시점을 초기 농도 10% 검출되었을때로 보고 제조된 흡착제는 4.7 g H₂S/흡착제 g으로 나타남으로서 수입에 의존하는 펠렛형 활성탄을 대체할 수 있는 잠재력을 갖고 있는 것으로 판단되며 이에 악취관리법에서 정하는 악취종류별 제거능을 평가하는 추가실험이 필요할 것으로 판단된다.
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2013.11
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국내는 Carbon Capture & Storage(CCS) 기술은 일정 수준에 도달해 있으나, 대량 저장을 할 수 있는 지중 및 해양지역의 확보와 실용화가 곤란한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 액상 탄산화 반응을 통하여 이산화탄소(CO₂)를 안정하게 고정화가 가능한 알칼리 토금속인 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg) 성분을 다량 포함한 산업부산물인 석탄 바닥재 및 순환골재에 CO₂를 저장하기 위한 기초 연구를 수행하였으며, 이의 반응물인 개질된 석탄 바닥재 및 순환골재를 이용하여 건자재의 제조 가능성에 대한 연구를 수행하였다.
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2013.11
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폐목재칩과 우레탄수지 바인더를 결합하여 보도포장의 표층재료로써 활용하기 위한 연구의 일부로 다짐방법에 대한 검토와 보행자의 선호도를 조사하였다. 폐목재칩을 활용한 친환경 보도포장의 현장시공에서 사용된 다짐장비는 가열식 핸드롤러(무게 30 kg, 온도 200 ~ 250℃), 비가열식 철제 핸드롤러(무게 45 kg) 및 콤팩터(출력 5HP 3600 rpm, 무게 88 kg)의 3종류를 대상으로 작업의 용이성, 보도표면의 평탄성, 인장강도, 투수성 및 탄력성을 검토하였다. 보도포장 표층다짐 시 사용된 다짐장비 중 비가열식 핸드롤러 및 콤팩터는 다짐과정에서 폐목재칩과 수지 혼합물이 롤러에 부착되거나 양호한 평탄성을 얻기 어려운 문제점이 있었으며, 가열식 핸드롤러의 경우에는 시공성이 우수하고 양호한 평탄면을 얻을 수 있었다. 폐목재칩 결합용 우레탄 수지를 새로 개발하고 이를 결합재로 하여 폐목재칩과 우레탄수지를 질량비 1:0.8로 하였을 때 시공 후의 보도포장체의 물성은 다짐방법에 따라 다르나 대체로 인장강도 1.0 MPa, 투수계수 0.5 mm/sec, GB와 SB계수 모두 30% 전 후로 측정되었다. 사용자의 설문조사에서는 보도포장체의 종류별로 안전성, 보행감, 주변환경과의 조화, 친환경성, 미끄럼 저항성 등의 항목에 대하여 평가하도록 하였으며, 폐목재를 활용한 친환경 보도포장은 보행감 및 주변환경과의 조화항목에서 가장 높이 평가되었으며, 기타 항목에 있어서도 우수한 것으로 평가되었다.
156.
2013.11
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본 연구는 폐목재칩과 기존에 시판되고 있는 우레탄 수지를 결합재로 사용하여 표층재료로 한 폐목재칩 보도포장에 관한 것으로 시간경과에 따른 포장체의 물성변화와 유지보수방안을 검토하였다. 사용 재료로서 폐목재칩은 건설현장에서 수거된 폐목재를 분쇄한 것, 벌목 시 발생하는 나무뿌리를 포함한 임목폐기물를 분쇄한 것 및 장방형으로 분쇄한 소나무 임목부산물을 체 크기 10 mm체로 쳐서 통과시킨 것을 다시 3 mm 체로 쳐서 그 위에 잔류된 것을 사용하였으며, 우레탄수지는 국내 K사의 1액 상온 습기 경화형을 사용하였다. 폐목재칩과 우레탄수지의 배합은 질량비 1:0.8로 하였으며 시공 직후 및 1년과 2년경과 후 그의 표면상태, 투수성, 탄력성 및 인장강도를 검토하였다. 투수계수는 시간경과에 따라 다소 감소하는 경향이었으나 그 값은 투수성 포장의 요구조건을 만족하는 범위 이내이었으며, GB 및 SB계수로 측정한 탄력성은 시간경과에 따라 큰 변화를 나타내지 않았다. 그러나 포장체의 인장강도는 시공직후에 비해 시공 1년 및 2년 후 각각 50% 및 60% 정도 감소되었으며 나무뿌리를 포함한 임목폐기물을 사용한 경우 이외에서는 폐목재의 이탈이 증가하는 것으로 나타났다. 현장실험결과 1년경과 시마다 폐목재칩 보도포장의 표면에 1 m2당 0.5 kg의 우레탄 수지를 도포함으로써 폐목재칩의 이탈을 방지할 수 있었으며 표면강도 또한 개선되는 것으로 나타나 경과시간에 따른 우레탄 수지의 추가 도포에 의한 유지보수는 폐목재칩을 활용한 보도포장의 내구성을 증진시키는 좋은 방법으로 평가되었다.
157.
2013.11
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해수와 해풍에 직접적인 영향을 받는 콘크리트 해안구조물은 염화물 이온에 의한 구조물의 손상을 최소화하기 위해 다양한 방법이 적용되고 있다. 가장 대표적으로 콘크리트 타설 시 콘크리트의 밀실도를 향상시켜 다공성을 최소화하거나 콘크리트 구조물의 표면강화 처리하는 방법이 있다. 그러나 콘크리트 구조물의 노후나 충격에 의해 미세균열이 발생되는 경우 콘크리트구조물의 밀실도 향상과 표면강화 처리시에도 균열을 통한 염화물 이온 침투로 인한 구조물의 내구성 저하가 발생할 수 있으므로 이에 대한 방안이 요구되고 있는 상황이다. 그리고 콘크리트 구조물에 나타나는 미세균열은 구조물의 내구성저하 뿐만 아니라 내부의 철근이 외부로 노출시에 철근 부식에 의한 균열 문제가 나타나게 되므로 이러한 미세균열로 인한 문제점 해결 방안으로 자기치유특성을 가지는 콘크리트에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 FA(Fly Ash)혼합콘크리트에 자기치유 특성을 가지는 무기질계 혼화재를 바인더 대비 6% 혼합 사용하였으며 균열부 투수량변화 측정을 통한 콘크리트의 자기치유 특성과 함께 NT BUILD 492 시험방법에 의한 염화물 이온 침투성능을 평가하였다. 그 결과 56일 투수경과 후 자기치유 혼화재를 사용하지 않은 plain 대비 투수저감율이 25% 정도 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 plain 대비 염화물이온 침투깊이가 크게 감소되는 것을 확인할 수 있었으며 염화물이온 확산계수 또한 평균 5.4×10-12의 낮은 수준으로 확인되었다. 이를 통해 무기질계 자기치유 혼화재를 사용시에 자기치유성능 확인과 함께 염화물 이온 침투저항성이 높은 것으로 판단된다.
158.
2013.11
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화력발전소에서 석탄을 이용하여 에너지를 생산하는 연소방식에는 크게 미분탄 연소방식과 순환 유동층 연소방식으로 구분된다. 순환 유동층 연소방식은 기존 연소로에는 적합하지 않은 고유황탄, 저품위탄, 폐기물 등 모든 가연성 물질에 대하여 광범위한 원료 사용이 가능하다. 또한, 질소산화물의 배출을 억제하기 위해 연소로 온도를 약 900℃ 정도로 유지하고 암모니아를 분무하며, 석탄과 석회석을 혼소하여 노(盧) 내에서 직접 탈황을 실시하는 등의 공정관리를 실시하고 있다. 이러한 순환 유동층 연소방식의 석탄재(이하 CFBC-FA)는 화학적 특성이 미분탄 연소방식의 F급 석탄재와는 달리 CaO 화합물이 다량 함유되어 있어 콘크리트 혼화재로 사용할 경우 Free CaO 성분이 콘크리트의 이상 응결현상, 슬럼프의 손실, 지연제의 사용량 증가, 내구성 저하 등의 문제를 발생시키고, 특히 콘크리트의 팽창, 균열 등의 문제를 발생하여 물성을 저하시키는 것으로 알려져 있으며, 전량 매립처리 되고 있어 재활용 방안이 요구되고 있다. 본 연구에서는 CFBC-FA를 건설재료(콘크리트 구조물 적용 제외)로 활용하기 위해 CFBC-FA의 물리․화학적 특성 분석을 실시하였으며, 고로슬래그와 CFBC-FA를 활용한 무기결합재 물성평가를 실시하였다. 본 실험에 사용한 CFBC-FA는 미분탄 연소방식의 석탄재와는 달리 CaO 함량 32.4%, SO₃ 함량 8.4%로 높았으며, SiO₂ 30.5%, Al₂O₃ 15.9%로 구성되어 있음을 확인하였다. Free CaO 함량은 17.3%, 비중은 2.8, 강열감량은 3.4%, pH는 12.4, 평균입경은 7.23 ㎛로 측정되었으며, 입형은 미분탄 연소방식의 석탄재와 같은 구형이 아닌 부정형임을 확인하였다. 이러한 물성을 지닌 CFBC-FA를 개질처리하여 제조한 결합재의 수화열, 유동성, 강도 측정을 실시하였다. 개질처리한 CFBC-FA의 혼입량이 증가할수록 유동성은 감소하는 경향을 나타내었으며, 수화열은 높아지는 경향을 보였다. 수화열의 발열성상은 보통포틀랜드 시멘트 및 슬래그시멘트와 달리 가수 후 2시간 이내에 최고 온도에 도달하고 있음을 확인하였다. 개질처리한 CFBC-FA와 고로슬래그의 혼합비율이 55:45인 결합재와 슬래그 시멘트의 재령7일 압축강도는 각각 12.7 MPa, 17.6 MPa였으며, 28일 압축강도는 30.0 MPa, 29.8 MPa 로 측정되었다.
159.
2013.11
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최근 국내의 재건축, 재개발 등의 활성화로 인해 건설폐기물이 지속적으로 발생하며 그 발생량은 증가하고 있는 추세이다. 건설폐기물은 증가하는 만큼 건축자재의 수급 또한 증가하여 건축자재를 얻기 위해 강가 훼손, 채굴, 벌목 등으로 자연환경을 파괴하게 된다. 또한 건물 해체 시 불필요한 물질들이 대량으로 배출되는 등 자연과 생태환경 변화를 야기 시키고 있어 적절한 관리가 필요로 하고 있다. 발생한 건설폐기물 소각재를 재활용하는 방안으로 본 연구에서는 건설폐기물 소각재와 황토, 일라이트를 주원료로 사용하여 내장용 벽돌의 제작 가능성을 검토하고자 하였다. 기초시료인 건설폐기물 소각재, 황토, 일라이트를 분석한 결과, 소각재, 일라이트는 SiO₂, Al₂O₃ 성분이 약 70 ~ 80%로 주를 이루었고 황토의 경우, 고창 황토는 붉은 색을 띄는 철 성분이 많이 함유되어 있어 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃가 주를 이루고 있다. 소각재, 황토, 일라이트를 비율별로 혼합하여, 1100℃, 1130℃, 1200℃ 온도별로 소성하여 일반점토벽돌 기준에 명시되어 있는 압축강도와 흡수율을 측정하였다. 그 결과 15:65:20(소:황:일) 혼합율로 1130℃에서 소성시켰을 때, 압축강도는 보통벽돌 품질 2종인 150 kgf/cm² 이상을 보였으며, 흡수율은 1종의 14% 이하로 나타나 벽돌로써의 가능성을 판단할 수 있었다. 제작한 벽돌을 가지고 더 나아가 황토와 일라이트의 기능인 탈취, 흡착에 관한 실험과 원적외선, 음이온 방사에 대한 조사를 진행할 예정이다.
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2013.11
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우리나라는 총 발전량의 65%를 화력발전소에서 생산하고 있고 원자력 발전에 대한 우려로 인해 화력발전소의 비중이 커지고 있는 실정이다. 그로인해 화력발전시 발생하는 석탄재의 양은 매년 증가하는 추세이며 2011년 기준 약 710.1만톤이 발생하였다. 현재는 석탄재를 회 처리장에 단순매립으로 처리하는 수준이나 매립장의 부재와 환경오염에 의한 문제로 적절한 처리와 재자원화의 방법과 용도가 필요한 실정이다. 이에 건식공정의 바텀애시를 부족한 골재의 대체재로써 연구하고 경량골재의 이점을 통해 인공토양의 소재로써 연구하고자 한다. 본 연구는 파쇄에 의해 입도 조정된 바텀애시가 인공토양 소재로써 환경적으로 안정한지 확인하고자 토양오염공정시험기준과 pH, EC(유해물질)시험을 실시하였다. 시험은 인공토양에 사용되는 여러 소재와 비교실험을 위해 실험인자로 건식공정 바텀애시 2.5 mm 단입자, 건식공정 바텀애시 5 mm under, 펄라이트, 코코피트, 커피찌꺼기로 두었다. 커피찌꺼기의 경우 많은 배출량으로 처리가 용이하지않아 인공토양으로써의 활용을 검토하기 위해 시험하였다. 토양오염공정시험기준에 의한 실험결과 카드뮴, 구리, 비소, 수은, 납, 6가크롬 등의 중금속 항목의 경우 기준치보다 낮은 값을 나타냈고 토양으로써 사용 가능하였다. 하지만 토양오염공정시험기준의 개정사항인 석유계총탄화수소 항목의 경우 커피찌꺼기는 17,114 mg/kg으로 기준보다 높은 값을 나타내었다. pH 시험결과 인공토양 소재 모두 중성을 나타냈지만 커피찌꺼기의 경우 5.26의 산성을 나타냈다. EC시험결과 또한 커피찌꺼기의 경우 다른 소재의 4배이상의 높은 값을 보였다. 건식공정의 바텀애시의 경우 인공토양 소재로 적용가능하지만 커피찌꺼기의 경우 높은 유기물 함량과 pH, EC에 대해 사전처리가 필요하다고 판단된다.
