Recently, there are comprehensive efforts to reduce greenhouse gas emissions in a global community. CO2 reduction effect can be expected when admixture contents improved with the use of limestone power, instead of clinker which is a main factor of CO2 gases. In this study, elapsed time change of concrete using limestone power was evaluated.

지구온난화가 전 세계적인 이슈로 대두되고 있음에 따라 대표적인 이산화탄소 배출 산업인 시멘트 산업에서도 기술혁신의 압박을 받고 있는 것이 현실이다. 유럽에서는 1990년대 후반 이후 석회석 혼합 시멘트 사용이 지속적으로 증가하고 있다고 보고되고 있다. 이탈리아의 경우 전체 시장의 약 60% 이상이 석회석 혼합 시멘트가 차지하고 있으며, 전 세계 25개 이상의 나라에서 보통 포틀랜드 시멘트에 1 ~ 5%까지 석회석 미분말을 첨가할 수 있도록 규정하고 있다. 현재 국내 포틀랜드 시멘트는 고로슬래그, 플라이애시 및 포졸란 재료를 5%이하 첨가하도록 규정하고 있으나 해외에서 많이 사용되고 있는 석회석을 시멘트에 첨가재로 사용한다면 클링커 생산량이 감소하여 이산화탄소 배출량을 감축하는데 효과적일 것이다. 따라서 이 연구에서는 보통 포틀랜드 시멘트에 석회석 미분말을 5% 및 10% 혼입하여 시멘트를 제조하였으며 콘크리트 시험체를 제작하여 탄산화 시험을 수행하고자 하였다. 촉진 탄산화 시험은 KS F 2584 󰡔콘크리트의 촉진 탄산화 시험 방법󰡕에 준하여 시험을 수행하였으며 100 mm × 100 mm × 400 mm의 각주형 공시체를 각 배합별로 3개 제작하였다. 몰드 탈형 후 온도 20±1℃의 수중에서 28일간 양생 후 온도 20±1℃, 상대습도 60±1℃의 항온 항습기에 28일간 보존하였으며 공시체의 타설면, 저면, 양단면을 에폭시로 도포하였다. 실험조건은 온도 20℃ 상대습도 60%로 설정하였고, 촉진 시험 후 탄산화 깊이의 측정은 촉진 개시부터 7, 28일에 측정하였다. 탄산화 측정은 시험체를 절단 후 1% 페놀프탈레인 용액을 분무하여 측정하였으며, 탄산화 깊이의 계산은 3개의 공시체에 대하여 6면 30개소의 탄산화 깊이 평균 값을 취하였다. 촉진 탄산화 시험 결과, 석회석 미분말을 5% 치환한 시험체의 7일, 28일 탄산화 깊이는 8.6 mm, 12.4 mm로 측정이 되었으며, 10% 치환한 시험체의 7일, 28일 탄산화 깊이는 8.5 mm, 13.5 mm로 측정되었다. 7일 기준 탄산화 깊이는 10% 치환 시험체가 0.1 mm 작게 측정되었고, 28일 기준 탄산화 깊이는 0.9 mm 크게 측정되었으나 거의 동일한 값을 나타내었다. 따라서, 콘크리트에 석회석 미분말을 10% 까지 치환하여 혼입하여도 탄산화 깊이에 의미있는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

시멘트를 생산할 때 발생하는 이산화탄소로 인하여 콘크리트를 활용하는 건설산업의 친환경성이 문제시 되어가고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 석회석미분말로 시멘트를 대체하는 기술의 기초연구로서 석회석미분말을 함유한 콘크리트의 내구특성에 관하여 특성을 파악하고자 하였다. 실험변수는 석회석미분말의 시멘트 치환률을 0%에서 25%까지 5%씩 중가하였으며 동결융해 저항성, 제설염 저항성 및 알칼리-실리카반응 저항성 등의 내구특성과 기초적인 경화특성 등을 분석하였다. 석회석미분말의 사용으로 인한 동결융해저항성, 제설제염 저항성 등의 영향은 거의 없는 것으로 나타났으며 또한 알카리-실리카반응성의 억제를 위하여도 긍정적으로 검토될 수 있을 것으로 판단된다.

Limestone powder can be used for concrete as a partial replacement of Portland cement so that concrete becomes more environment-friendly construction material. One of the great applications of limestone powder added cement concrete might be a cement concrete pavement since the concrete pavement consumes massive quantity of Portland cement. However, it has been reported recently that Alkali-Silica Reaction (ASR) occurs on the cement concrete pavement causing a serious damage. This study investigates the resistance of limestone powder added cement mortar to ASR. The mortar used very high reactive silicious aggregate for accelerated ASR. Experimental procedures followed ASTM C 1260 and variables included different replacement levels of limestone powder in the mortar mix.

본 연구는 석회석미분말을 4단계(0, 10, 20 및 30%)로 대체한 모르타르 및 콘크리트의 내해수성을 평가하기 위하여 수행되었다. 내해수성 평가를 위하여 모르타르의 해수침식 저항성 및 콘크리트의 염소이온 침투저항성 실험을 각각 실시하였다. 실험결과에 의하면, 시멘트 경화체의 내해수성은 석회석미분말의 대체율에 의존적으로 나타났다. 다시 말해서, 석회석미분말을10% 대체한 모르타르 및 콘크리트는 대체적으로 OPC와 유사한 내해수성을 나타낸 반면, 석회석미분말의 대체율이 큰 모르타르 및 콘크리트의 내해수성은 OPC와 비교하여 현저하게 떨어지는 것으로 조사되었다.

최근 고유동 콘크리트(High Fluidity Concrete 이하 HFC)에 대한 연구는 많은 시공사례와 함께 진행되고 있지만, 콘크리트의 내구성능을 평가하는 항목 중 하나인 염소이온 침투에 대한 연구는 미비하며, 기존의 내구성관련 연구는 고강도 이상(40MPa)연구됨에 따라 보통강도 고유동 콘크리트의 염소이온 침투에 관한 연구는 찾아보기 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 석회석 미분말을 혼합한 보통강도 HFC를 제조하여 콘크리트의 공극구조 및 염소이온 침투특성을 분석․고찰 하였다. 실험결과 석회석 미분말을 혼합한 2성분계 및 3성분계 고유동 콘크리트의 경우 콘크리트의 공극 크기는 0.005∼0.05 ㎛ 사이에서 가장 많이 분포 하고 있으며, 석회석 미분말의 혼합률이 증가할수록 평균 공극 직경은 커지는 것으로 나타났다. 또한 석회석 미분말의 혼합률이 증가할수록 염소이온 침투깊이 및 확산계수는 증가하는 경향이 나타나며, 확산계수는 압축강도 및 평균공극직경 사이의 상관관계에서 결정계수 0.90 이상의 양호한 상관성이 있었다.

고품위석회석의 품질 개념에서 특히 중요한 결정도 및 조직 관계는 계측상의 어려움 때문에 석회석 평가에서 그 동안 효과적으로 잘 적용될 수 없었다. 이를 극복하기 위해서 이 연구에서는 석회석 원광의 품질을 평가하는 방식으로서 영상분석시스템 하에서 결정의 형상계수 및 경계 빈도수의 측정법을 처음으로 적용하였다. 이 같은 석회석 원광 품질 평가방식을 국내산 소성용 석회석에 적용하여 광석별로 비교 검토하였다. 그 결과, 원광의 방해석 함량, 즉 품위와 그 결정 입도가 비슷하더라도 결정 형상계수와 경계빈도수에 의해서 생석회의 품질은 현격한 차이를 보인다. 즉, 원광의 결정 형상이 불규칙하고 경계 빈도수가 높을수록 이로부터 합성된 생석회는 소성율, 공극률, 반응성, 소결 정도 및 분화율과 같은 모든 품질 부문에서 우수한 특성을 보였다. 그렇지만 결정 형상계수와 경계빈도수가 상대적으로 너무 클 경우에는 쉽게 과소성되기 때문에 고품질의 생석회를 제조하는 데에는 가열처리 시간을 최소화하는 공정상의 기술이 요구된다. 석회석 산업에서 이같은 품질 평가 방식은 결정 입도는 물론 수치화할 수 없었던 결정 형상 및 조직적 사항들이 모두 고려되어 기존의 평균 입도 등에 의거한 평가보다 훨씬 합리적인 것으로 사료된다.

현재 국내에서 생석회 제조 용도로 사용되는 세립질 석회석을 대상으로 이들의 소성 특성을 규제하는 원광의 응용광물학적 세부 영향 요인들의 관여 정도를 평가함으로써, 생석회 제조 과정에서 원광 선택의 중요성을 고취시키고자 하였다. 이를 위해서 원광의 조성 및 조직적 특성과 동일한 가열처리 조건(온도: 1000℃ 시간: 30분, 2, 4, 10, 16 시간) 하에서 합성된 소성 산물들의 품질 특성을 체계적으로 분석 및 계측하고 그 결과를 비교 검토 하였다. 선정된 광석들은 모두 방해석 품위가 98 wt%를 상회하는 고품위 석회석이지만 결정도, 조직 및 불순물의 조성에 있어서 다소간의 차이를 나타낸다. 이 같은 원광 특성상의 차이에 따라 합성된 생석회는 다양한 품질 특성을 보인다. 석회석이 산출되는 암층별로는 풍촌층 석회석이 상대적으로 매우 낮은 소성율을 나타내는 것이 특징이고, 갑산층과 정선층 석회석은 소성율과 분화율에 있어서 좋은 품질 특성을 보였다. 소성율과 소결 정도 및 분화율 등에 있어서 전반적으로 정선층에서 산출된 석회석이 고반응성 생석회의 원료로서 가장 적합한 것으로 평가되었다. 또한 소결 현상은 상대적으로 황철석 및 침철석과 같은 함철광물의 함량이 높은 갑산층 석회석에서 보다 두드러지게 나타나는 것이 특징이다.

풍촌층에서 산출되는 다양한 유형의 고품위 석회석을 대상으로 하여 이들의 하소 특성을 규제하는 원광의 응용광물학적 영향 요인들을 파악하고자 하였다. 이를 위해서 원광의 특징과 동일한 소성 조건 하에서 제조된 생석회의 응용광물학적 특성을 체계적으로 분석 및 계측하였고 그 결과를 원광의 광물 특성과 연계하여 비교 검토하였다. 석회석의 가열처리 단계에서 생석회로의 전이 과정은 입자의 경계부나 방해석 결정 내의 벽개 및 쌍정면 등과 같은 물성적 취약대에서 선택적으로 진행되며, 이 과정에서 원암의 모든 조직적 사항이 그대로 잔존된다. 또한 소성 시간이 길어짐에 따라 생석회 결정들의 결정 입도와 결정형의 발달이 심화되는 경향을 보인다. 풍촌층 고품위 석회석의 소성 특성에 영향을 주는 주된 규제 요인으로서 결정 입도, 벽개 및 쌍정의 발달 정도 및 조직적 사항이 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 특히 원암의 낮은 결정 입도와 치밀한 입간 조직 양상은 모든 소성특성에 있어서 유리한 것으로 판단된다. 그러나 벽개 및 쌍정면의 발달은 가열 과정 중 균열대를 형성시키기 때문에 생석회 공정에 있어서 부정적인 역할을 하는 것으로 평가된다. 따라서 생석회 용도로 사용되는 석회석으로는 가급적 낮은 결정 입도와 대리암의 조직을 보이는 광석이 상대적으로 유리할 것으로 여겨진다.

다양한 광석 유형을 이루는 풍촌층 석회석에 대해서 제지 산업용 충전재로서의 적용가능성을 검토하기 위해 전기영동광산란 분광광도계와 주사전자현미경을 사용하여 석회석 미분체의 입도 및 형상을 비롯한 제반 광물 특성을 조사하였다. 또한 습식 제지 공정에서의 적용성과 효율성을 검증하기 위해 미분체의 현탁액 상에서 제타전위를 측정하고 응집 특성을 평가하였다. 풍촌층 석회석의 미분체는 원광의 광물 특성에 규제되어 광석 유형별로 서로 다른 형상 성향을 보이고 이에 따라 미세입도 분포, 제타전위 그리고 응집 특성도 다르게 나타난다. 또한 실험적으로 제작된 초지 상에서 측정된 백색도, 명도, 불투명도 및 인장강도도 석회석의 광석 유형에 따라 역시 현격한 차이를 보인다. 이는 기본적으로는 석회석 미분체의 백색도, 입도, 굴절률과 같은 광학적 성질과 분체의 형상 특성이 복합적으로 작용한 결과에 기인한 것으로 여겨진다. 이 연구 결과에 의하면, 제지 용도로의 활용 면에서 풍촌층 석회석의 모든 광석 유형들은 충분히 적용될 수 있을 것으로 여겨진다. 특히 명도와 백색도면에서 높은 수치를 나타내는 거정질 방해석형 광석이 전반적으로 제지 용도로 유리한 입장에 있는 것으로 판단된다. 또한 미정질 방해석형 광석은 불규칙한 입자의 형상으로 인해 특히 인장강도 면에서 좋은 품질 조건을 갖춘 것으로 평가된다.

The advantage of CFBC(Circulating fluidized bed combustor) is that it can apply to various fuel sources including the lower rank fuel and remove SOx by means of direct supply of limestone to the combustor without additional desulfation facility. In this paper, we denote characteristics of fly and bed ash to reuse finer limestone usually abandoned(used spec[Coarse LS] 0.1mm under 25%, new spec[Fine LS] 0.1mm under 50%). According to the results, the chemical composition of fly ash was as follows; SiO2 40.8%, Al2O3 31.9%, CaO 10.7%, K2O 4.46% in the case of coarse limestone and SiO2 41.1%, Al2O3 31.3%, CaO 10.9%, K2O 4.66% in the case of fine limestone. The chemical composition of bed ash was as follows; SiO2 54.2%, Al2O3 33.1%, CaO 1.56%, K20 4.34% in the case of coarse limestone and SiO2 53.8%, Al2O3 32.6%, CaO 2.21%, K2O 4.45% in the case of fine limestone. It showed that there was no significant change in chemical composition. And it is conformed that there was no significant change in particle size and shapes.

하부 조선누층군의 풍촌층 고품위 석회석 광체에서는 그 상위의 지층인 화절층으로부터 유래된 극미립의 적갈색 변질물이 열극을 따라 충진 및 피복하는 양상을 보이며 산출된다. 표성기원을 시사하는 산출상태와 광물조성을 이루는 이 침전물은 석회석 광체를 오염시킴으로써, 품위와 품질을 저하시키는 결과를 초래한다. 이 풍화산물은 옥수질 석영, 고령석, 일라이트, 침철석 및 적철석이 주요 자생광물을 이루며 곳에 따라 스멕타이트가 소량 수반된다. 그밖에 원지성 광물편들인 운모와 정장석들이 드물게 상대적으로 큰 입도를 이루며 함유된다. 고령석, 일라이트 및 스멕타이트로 구성되는 이 풍화산물의 다소 복잡한 점토광물상은 석회암 풍화잔류토의 전형에 해당되는 것으로 여겨진다. 이 극미립 풍화물은 곳에 따라 열수에 의해서 재차 변질되어 스틸바이트 같은 열수 기원의 제올라이트 광물을 수반하기도 한다. 이 표성변질물의 생성 및 침투 시기는 풍촌층의 고품위 석회석을 형성시킨 천열수 변질작용의 시기 직후, 즉 쥬라기 초기에 해당되는 것으로 해석된다. 조선 누층군의 응기 및 풍화· 침식의 시점을 시사하는 이 같은 표성변질 양상은 산소가 풍부한 표층수가 하강하는 환경 하에서 석회질 모암 내에서 화학적 용탈과 확산 방식으로 작용한 것으로 여겨진다.

국내산 고품위 석회석은 그 지질 배경과 광상 유형에 따라 (1) 제천-단양 지구, (2) 삼척-태백-정선 지구 및 (3) 울진-안동 지구의 유형들로 구분된다. 제천-단양 지구에서 산출되는 석회석을 제외한 대부분의 국내산 고품위 석회석들은 석회암이 열수변질작용과 열변성작용을 받아 재결정되고 Ca이 부화된 양상을 이룬다. 국내산 고품위 석회석은 광물조성, 화학조성, 결정도 및 광물상의 차이에 따라 결정질 석회암형, 대리암형, 미정질 및 거정질 방해석 유형으로 구분된다. 이들에 대해 응용광물학적 관점에서 그 조성과 특성을 밝히기 위한 체계적인 시험 및 분석이 이루어졌다. 제천-단양 지구의 고품위 석회석들은 외견상 원암에 가까운 결정질 석회암 유형으로서, 낮은 결정도와 세립질 조직, 비교적 높은 CaO 함량(51～54 wt.%) 및 낮은 백색도의 광석 특성을 갖는다. 삼척-태백-정선 지구에서 산출되는 미정질(대개 0.2～0.3 mm) 및 거정질(2～15 cm) 고품위 석회석은 전형적인 열수변질형 광석으로서, 결정도에서 유형별로 서로 현격한 차이를 보이고 다소 편차가 심한 CaO 함유도(50～55 wt.%) 및 높은 백색도를 보이는 것이 특징이다. 특히 이 지역의 주된 광체인 미정질 방해석형 광석은 미세하고 균일한 결정도와 보다 균질한 조성(대개 > 52 wt.%)을 이룬다. 울진-안동 지구의 변성퇴적암류에서 산출되는 석회석들은 그 광상 유형과 산출상태에 따라 품위와 품질면에서 현격한 차이를 보인다. 이 같은 국내산 고품위 석회석의 광물특성과 화학조성상의 특징에 의거하여 지역별로의 광석 유형에 따라 적절한_개발 용도를 제시하였다.

The objectives of this study were to investigate the desulfurization kinetics of paper sludge and limestone in a fluidized bed reactor according to bed temperature and air velocity. The experimental results were presented as follows ; First, the bed temperature had a great influence on the desulfurization efficiency of limestone and paper sludge. In paper sludge, the optimum condition in desulfurization temperature was at 800℃ and in limestone, that was at 850℃ or 900℃. Second, as air velocity increased, the desulfurization efficiency(or the absorbed amount of sulfur dioxide) by limestone and paper sludge decreased. And the absorbed amount of sulfur dioxide by paper sludge was larger than that of by limestone. Third, as the velocity increased and the optimum desulfurization temperature became, ks and the removal efficiency increased. So, ks, kd highly depended on the air velocity and bed temperature.

국내에서 석회석 산업은 대규모의 시장이 형성되어 있는 국가적 기간산업이고, 석회석의 부존자원으로서의 잠재성도 크다는 것은 주지의 사실이다 그러나 값싼 소재자원으로서 대규모 개발 및 수요 특성을 가졌던 종래의 석회석 산업에서는, 품위 및 품질 개념의 인식이나 구분도 없이 단순히 화학분석 자료에만 의존하여 개발과 가공이 이루어질 수 밖에 없었다. 최근에 대두되는 환경문제와 생산원가의 상승으로 인해서 국내 석회석 산업계에는 국내 석회석 자원의 효율적 개발과 부가가치의 증진이 절실히 요구되는 상황이다. 이를 위해서는 종래의 화학분석치 일변도의 석회석 평가방식을 지양하고, 보다 합리적인 응용광물학적 광석평가 방식이 적용되어야 할 것이다. 석회석의 광물상, 광물조성 및 광물특성을 그 용도별로의 품위 및 품질 개념을 적용해서 평가함으로써, 우리의 소중한 자연의 기반물질이자 부존자원인 국내산 석회석을 효율적으로 개발 및 가공하는 지혜가 필요할 것으로 여겨진다. 이에 따라 석회석에 대한 새로운 관점에서의 평가 개념을 국내산 주요 고품위 석회석을 대상으로 논의하였다. 또한 이를 토대로 국내산 석회석의 효율적 개발과 부가가치 제고를 위한 새로운 광물특성 평가방안을 제시하였다.