2013년 사쿠라지마 화산 폭발을 비롯하여 세계적으로 화산분화가 잦아짐에 따라 백두산 화산분화에 대한 우려가 증가하고 있다. 화산분화 시 상황에 따라 화산재, 화쇄류 및 화산이류와 같은 화산재해가 발생하며, 이 중 화산재는 기상상황에 따라 한반도에 직접적인 피해를 줄 수 있는 것으로 보고되었다. 그러나 지금까지의 연구는 대부분 기상 및 지구과학적 측면에서 화산재 확산자체에 대한 모델 적용 또는 경제적 측면에서 재해에 따른 경제적 취약성 계산과 같은 어느 하나의 학문분야에 초점을 두고 수행되었다. 본 연구에서는 화산재모델링의 결과 값을 공간적으로 표출하는 과정과 이를 근거로 하여 피해 산정 모델링 식에 적용을 하여, 상호작용을 통한 경제적 피해산정이 모델링 결과에 이어 바로 수행할 수 있도록 설계 및 프로그램 구현을 진행하였다. 즉, 피해지도는 모델링의 결과와 경제적 피해산정의 결과가 모두 지역단위로 표출될 수 있도록 연결한 것으로, 보통 피해액 산정에 있어 전체 값만을 도출하는 기존 연구와 차이를 보여준다. 실제 이러한 모듈은 화산분화 발생 시 효과적인 대응시스템 적용으로 연결될 것이며, 피해지도(damage map)의 표출 관련 이론적 틀을 마련하는 데 기여할 것으로 사료된다. 지역단위의 상세한 공간정보 설계와 지도학적 표현을 가능하게 하는 프로그래밍은 화산학, 기상학, 토목공학 및 경제학의 영역의 일부를 모두 포함하여, 우리에게 주어진 질문 “백두산의 화산분화가 우리의 삶과 경제에 얼마나 영향을 미칠 것인가?” 에 답할 수 있도록 구현되었으며 그 답은 본 연구의 결과에 분화 당시의 파라미터 값에 따라 동적으로 다양한 결과를 얻게 된다고 할 수 있다.

백두산 화산이 분화할 경우, 한국에는 주로 화산재로 인한 피해가 예상된다. 이에 본 연구는 해외의 대형 화산분화 사례를 기반으로, 화산재 규모에 따른 피해와 사회 경제적 영향을 분석하였다. 첫째, 주요 화산 분화의 화산재 피해사례 및 화산재 두께/무게에 따른 피해를 "화산재 규모와 피해 영향 대조표"를 통하여 살펴보았다. 둘째, 화산재의 사회 경제적 영향을 분석하였다. 백두산이 겨울에 분화하지 않는다면, 한국은 화산재로 인해 경제적 피해를 입을 가능성이 크지 않지만, 화산재의 특성상 범세계적으로 영향을 미칠 수 있기 때문에 그 영향을 간과해서는 안 된다. 한편 만약 백두산 분화 시기에 한반도 주변으로 북풍 또는 북동풍이 발달하면, 화산재가 남한으로 확산하여 남한 경제에 영향을 미칠 수 있다. 항공수출에 차질이 생길 수 있으며, 인구 밀도가 높은 수도권이나 지방중심도시(산업집중도시) 혹은 농업지역으로 화산재가 이동해 온다면 그 피해는 매우 클 수 있다. 이러한 화산재해에 대비하여 한국의 실정에 맞는 화산재 예보 단계표가 만들어야져야 하며, 화산재 예측을 위한 한국형 화산 해저드 맵을 구축할 필요가 있다.

재난 리스크 모델을 활용하여 화산재 손실을 평가하기 위해서는 목적물별 손상함수가 정의되어야 한다. 손상함수란 목적물의 재해취약도를 정량화한 함수로, 공학 및 자연재해 연구 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히 손상도, 취약성 곡선 등으로 연구되고 있는데, 학제간 연구를 수행하는 과정에서 혼란을 주기도 한다. 이에 본 연구는 손상함수의 유형을 정리하고, 손상함수를 구축한 사례를 소개하고자 한다. 손상함수는 일반적으로 과거 피해사례를 기반으로 구축된다. 국내에 화산재 피해사례가 없음을 고려할 때, 남한지역의 화산재 손상함수를 구축하기 위해서는 해외사례를 참고하여야 할 것이다. 한편 국외에서도 화산재에 대한 손상함수 연구는 다른 재난에 비해 적은데, 화산 피해사례도 적은편이다. 이에 본 연구는 극소수 피해자료를 활용하여 손상함수를 구축할 수 있는 방안을 제시하고, 뉴질랜드와 일본에서 보고된 실제 피해사례를 바탕으로 와이블함수 혹은 선형함수의 취약성 곡선을 구축하였다. 본 연구가 해외사례를 기반으로 손상함수를 구축하였음을 고려할 때, 본 연구에서 제시하는 손상함수를 이용하여 남한지역의 화산재 손실을 평가하기 위해서는 국내 목적물 특성 및 환경 조건에 맞게 손상함수를 보정할 필요가 있다.

백두산 화산 폭발 시 남한 지역은 동해안을 중심으로 화산재에 의한 피해가 예상된다. 적은 양의 화산재라고 할지라도 농작물의 피해나 토양의 산성화를 유발하는 등 농업 분야에 심각한 영향을 줄 수 있다. 이에 이 논문에서는 화산재에 의한 농작물의 피해를 추정하고 구글 지도를 통해 시각화하고자 한다. 이를 위해서 화산재에 대한 피해 예측모델이 필요하다. 화산재 위험은 농작물의 종류와 화산재 두께에 따라 다르므로 피해 예측 모델의 취약도 함수는 화산재 두께와 농작물의 손상률 간의 관계를 나타내어야 한다. 이 논문에서는 RiskScape에서 정의한 화산재 두께에 따른 농작물별 손상률을 이용하여 취약도 함수를 정의하였다. 이 취약도 함수를 농작물 생산량과 가격 정보에 적용하여 화산재 두께에 따른 농작물 피해액을 추정할 수 있다. 또한, 이 논문에서는 화산재의 피해가 예측되는 강원도 지역을 대상으로 화산재에 의한 농작물 피해를 추정하였다. 연구 결과 2010년 강원도 농업 총 생산량을 기준으로 했을 때 화산재가 약 4 mm 정도 쌓이게 되면 농작물 피해액은 약 6,351억 원에 달하는 것으로 나타났다. 이는 강원도 총 농업생산액의 약 50%에 해당한다. 이 논문에서는 화산재에 의한 농작물의 1차적인 피해만을 고려하고 있다. 하지만 화산재는 토양 오염이나 시설물과 같은 농가의 자산에 잠재적인 위험을 줄 수 있다. 따라서 농업 분야 전체에 대한 총 피해 규모를 추정하기 위해서는 이와 같은 2차적인 피해도 함께 고려해야 할 것이다.

Fly ash is one of the aluminosilicate sources used for the synthesis of geopolymers. The particle size distribution of fly ash and the content of unburned carbon residue are known to affect the compressive strength of geopolymers. In this study, the effects of particle size and unburned carbon content of fly ash on the compressive strength of geopolymers have been studied over a compositional range in geopolymer gels. Unburned carbon was effectively separated in the -46μm fraction using an air classifier and the fixed carbon content declined from 3.04 wt% to 0.06 wt%. The mean particle size (d50) decreased from 22.17μm to 10.79μm. Size separation of fly ash by air classification resulted in reduced particle size and carbon residue content with a collateral increase in reactivity with alkali activators. Geopolymers produced from carbon-free ash, which was separated by air classification, developed up to 50 % higher compressive strength compared to geopolymers synthesized from raw ash. It was presumed that porous carbon particles hinder geopolymerization by trapping vitreous spheres in the pores of carbon particles and allowing them to remain intact in spite of alkaline attack. The microstructure of the geopolymers did not vary considerably with compressive strength, but the highest connectivity of the geopolymer gel network was achieved when the Si/Al ratio of the geopolymer gel was 5.0.

PURPOSES: As pavement generally provides service shorter than an expected life cycle, maintenance cost increases gradually. In order to help extending the service life and reduce maintenance cost, a new multi-functional composite pavement system is being developed in Korea. METHODS: This study is a part to develop the multi-functional composite pavement and is to investigate the mechanical performances of fiber-reinforced lean concrete for pavement subbase. The inherent problem of fiber reinforced concrete is dispersion of fibers in concrete mix. This study additionally evaluated fiber dispersion characteristics with respect to different fiber types. RESULTS: From the test results, the compressive strengths of the concretes satisfied the required limit of 5MPa at 7days. The standard deviation of the measured number of fibers were lower in the order of nylon, steel fiber and polypropylene. CONCLUSIONS: Reject ash was shown to be satisfactory as a replacement material to Portland cement in lean concrete base. The fiber volume fraction is suggested to be 0.4% even though the fracture toughness did not vary significantly with respect to fiber types. However, fracture energy absorbed up to complete failure increased with the increased fiber volume fraction increment.

Geopolymer cements and geopolymer resins are newly advanced mineral binders that are used in order to reducethe carbon dioxide generation that accompanies cement production. The effect of additives on the compressive strength ofgeopolymerized class-F fly ash was investigated. Blast furnace slag, calcium hydroxide(Ca(OH)2), and silica fume powders wereadded to fly ash. A geopolymeric reaction was initiated by adding a solution of water glass and sodium hydroxide(NaOH) tothe powder mixtures. The compressive strength of pure fly ash cured at room temperature for 28 days was found to be as lowas 291kgf/cm−2, which was not a suitable value for use in engineering materials. On the contrary, addition of 20wt% and40wt% of blast furnace slag powders to fly ash increased the compressive strength to 458kgf/cm−2 and 750kgf/cm−2,respectively. 5wt% addition of Ca(OH)2 increased the compressive strength up to 640kgf/cm−2; further addition of Ca(OH)2further increased the compressive strength. When 2wt% of silica fume was added, the compressive strength increased to 577kgf/cm−2; the maximum strength was obtained at 6wt% addition of silica fume. It was confirmed that the addition of CaO andSiO2 to the fly ash powders was effective at increasing the compressive strength of geopolymerized fly ash.

다양한 지질학적 분화 강도에 따른 백두산 화산분출물의 확산 특성과 이들 분출물이 한반도에 미치는 영향을 분석하기 위하여 대기역학모형 WRF (Weather Research and Forecasting)와 확산모형 FLEXPART를 이용하여 수치실험을 실시하였다. 연구 대상일은 화산재 유입이 예상되는 2010년 10월 21일의 종관장이며, 방출 후 48시간 동안 화산재의 이동을 분석하였다. 백두산 분화 후 한반도에 유입되는 강하화산재의 크기는 0.05 mm 이하가 대부분을 차지하며, 큰 입자는 확산에 의한 이동이 작기 때문에 유입가능성이 크지 않았다. 분화강도에 따른 화산재의 이동 특성을 보면, 분화강도 차이에 따른 입자의 분포도의 차이는 크지 않으나, 수밀도의 차이는 크게 나타났다. 한반도 내 도시별 화산재의 침적량 분석에서 화산재가 기류를 타고 동해에서 유입되고 태백산맥의 차폐효과에 의하여 한반도 동쪽에 위치한 강릉, 부산의 침적량이 초기에 증가하는 경향을 나타내며, 지역별 침적량은 일시에 급격하게 증가할 수 있다.

When a new bonding agent using coal ash is utilized as a substitute for cement, it has the advantages of offering a reduction in the generation of carbon dioxide and securing the initial mechanical strength such that the agent has attracted strong interest from recycling and eco-friendly construction industries. This study aims to establish the production conditions of new hardening materials using clean bottom ash and an alkali activation process to evaluate the characteristics of newly manufactured hardening materials. The alkali activator for the compression process uses a NaOH solution. This study concentrated on strength development according to the concentration of the NaOH solution, the curing temperature, and the curing time. The highest compressive strength of a compressed body appeared at 61.24MPa after curing at 60˚C for 28 days. This result indicates that a higher curing temperature is required to obtain a higher strength body. Also, the degree of geopolymerization was examined using a scanning electron microscope, revealing a micro-structure consisting of a glass-like matrix and crystalized grains. The microstructures generated from the activation reaction of sodium hydroxide were widely distributed in terms of the factors that exercise an effect on the compressive strength of the geopolymer hardening bodies. The Si/Al ratio of the geopolymer having the maximum strength was about 2.41.

Bagasse fly ash (BFA) is one of the important wastes generated in the sugar industry; it has been studied as a prospective low-cost adsorbent in the removal of congo red (CR) from aqueous solutions. Chemical treatment with H2O2 was applied in order to modify the adsorbability of the raw BFA. Batch studies were performed to evaluate the influence of various experimental parameters such as dye solution pH, contact time, adsorbent dose, and temperature. Both the adsorbents were characterized by Fourier-transform infrared spectrometer, energy-dispersive X-ray spectrophotometer and nitrogen adsorption at 77 K. Equilibrium isotherms for the adsorption of CR were analyzed by Langmuir, Freundlich and Temkin models using non-linear regression technique. Intraparticle diffusion seems to control the CR removal process. The obtained experimental data can be well described by Langmuir and also followed second order kinetic models. The calculated thermodynamic parameters indicate the feasibility of the adsorption process for the studied adsorbents. The results indicate that BFA can be efficiently used for the treatment of waste water containing dyes.

The conversion of coal fly ash into zeolites contributes to the mitigation of environmental problems and turns this by-product into useful material. In this work, zeolitic sorbents for CO₂ adsorption were prepared by waste fly ash from Boryeong coal power plants through the alkali fusion method including hydrothermal treatment at various ratios of NaOH/FA and NaAlO₂/FA. In addition, in order to improve the adsorption capacity for CO₂ molecules a few metal cations were impregnated into the synthesized zeolitic sorbents through the ion exchange. The fusion step could decompose the fly ash to very small amorphous particulate zeolite forms. The fly ash was converted into Na-P1 type with 0.5 NaOH/FA and Na-A type from the ratio of 0.53, NaAlO₂/FA. Although the crystallinity of Na-A increased with increasing temperature, Na-A was transformed into sodalite at 140℃. Thus, the optimum reaction temperature was determined to be 100℃. Alkali metal and alkaline earth metal cations were impregnated into the synthesized zeolite Na-P1 and Na-A through ion exchanged method. The completed zeolitic sorbents were applied to adsorption the CO₂. As a result of the examination, Ca²⁺ was found to be the best for CO₂ adsorption owing to its electrostatic interactions and acid-base surface properties.

석탄회는 독특한 화학조성과 광물학적 특징을 가지고 있다. 본 연구는 해안가에 위치한 영동화력발전소의 매립 호수에서 배출되는 석탄회와 주변 해수와의 반응에서 토착 미생물이 중금속 용출에 어떤 영향을 미치는지를 알아보았다. 매립 호수의 pH는 6.3-8.5로 나타났다. 본 연구를 위해 매립 호수의 세 지점을 선정하여 각 지점에서 석탄회(0.4 L)와 해수(1.6 L)가 혼합된 세 개의 시료를 채취하였다. 채취한 시료는 각각 120˚C, 2.5기압 환경하에서 멸균 처리하고, 미생물의 활동을 촉진하기 위해 글루코스를 첨가하여 배양하였으며, 나머지 하나는 자연 상태로 60일 동안 보관하면서 박테리아의 활동에 따른 지화학적 변화과정을 살펴보았다. 다른 시료와 비교하여 글루코스를 첨가한 시료에서 15일 후에 알카리도가 크게 증가하였으며, Mg, Ca, K와 같은 양이온은 글루코스를 넣은 시료에서 초기에 증가하다가 15일 이후 감소하였다. SO42-는 글루코스를 첨가한 시료에서 크게 감소하였다. 이러한 지화학적 결과는 매립 호수에 서식하는 박테리아의 활동성과 관련이 있다. 이러한 결과는 석탄회 내에 서식하는 박테리아의 특성을 이해하기 위한 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

The adsorption of Acid Blue 92 onto three low cost and ecofriendly biosorbents viz., cow dung ash, mango stone ash and parthenium leaves ash and commercial activated carbon have discussed in this work. The ash of all the mentioned bio-wastes was prepared in the muffle furnace at 500℃ and all the adsorbents were stored in an air thermostat. Experiments at total dye concentrations of 10~100 mg/L were carried out with a synthetic effluent prepared in the laboratory. The parameters such as pH and dye concentration were varied. Equilibrium adsorption data followed both Langmuir and Freundlich isotherms. The results indicate that cow dung ash, mango stone ash and parthenium leaves ash could be employed as low-cost alternatives to commercial activated carbon in wastewater treatment for the removal of dye.

Glass-ceramics were fabricated by heat-treatment of glass obtained by melting a coal bottom ash with Li2O addition. The main crystal grown in the glass-ceramics, containing 10 wt% Li2O, was β-spodumene solid solution, while in Li2O 20 wt% specimen was mullite, identified using XRD. The activation energy and Avrami constant for crystallization were calculated and showed that bulk crystallization behavior will be predominant, and this expectation agreed with the microstructural observations. The crystal phase grown in Li2O 10 wt% glass-ceramics had a dendrite-like shaped whereas the shape was flake-like in the 20 wt% case. The thermal expansion coefficient of the Li2O 10 wt% glass-ceramics was lower than that of the glass having the same composition, owing to the formation of a β-spodumene phase. For example, the thermal expansion coefficient of Li2O 10 wt% glass-ceramics was 20×10-7, which is enough for application in various heat-resistance fields. But above 20 wt% Li2O, the thermal coefficient expansion of glass-ceramics, on the contrary, was higher than that of the same composition glass, due to formation of mullite.

This experiment was conducted to determine the effects of applying level of pig slurry on the characteristics of runoff and leaching water in lysimeter. Treatments were broken down into five treatments such as non-chemical fertilizer, chemical fertilizer (200㎏ N/㏊) and pig slurry (200, 400, 600㎏ N/㏊), and 3-time-repeated randomized complete block design was fulfilled. The concentrations of NO₃-N was raised(p＜0.05) in proportion to the applying level of pig slurry. NO₃-N concentration of leaching water collected from soil depth 20㎝ and 40㎝ was intensified as the applying level of pig slurry was higher (p＜0.05) in pig slurry 600㎏ N/㏊ application. In conclusion, pig slurry at the volcanic ash soil in Jeju area can replace the chemical fertilizer as it is tested that applying 200㎏ N/㏊ of pig slurry and chemical fertilizer show the same productivity of sorghum×sudangrass hybrid. But more than 200㎏ N/㏊ of pig slurry may not be appropriate because it may contaminate the runoff and leaching water even though it may increase for the forage productivity.

Study on the removal of Acid Green 20 by adsorption on indigenously prepared activated carbons from cow dung, mango stone, parthenium leaves and commercial activated carbon have been carried out with an aim to obtain information on treating effluents from tanneries. The effects of various experimental parameters have been investigated by following the batch adsorption technique. Adsorption data was modeled with the Freundlich and Langmuir isotherms. Removal of Acid Green 20 was found to be favorable using Biomass ash and could be considered as alternatives to commercial activated carbon for the treatment of tannery effluents, especially for the removal of dye(s).