Bottom Ash의 액상화 거동특성 연구

김명식 수원대학교 공학정보대학원 2011 국내석사

Technological development and commercialization have been promoted by collaborated efforts of Korea Southern Power Company and Mine Re-clamation Corporation. In order for fly ash to be used in forest restoration projects of waste aggregate yards, filling projects for underground and mine cavities, and soil improvement projects for heavy metal contaminated areas around mi-nes. Korea Southern Power Company regards this agreement establishm-ent of new turning point of environment-friendly management in Korea through large scale commercialization of resource recycle technology. Complete 100% recycle of fly ash will do away with the stereotype, 'Coal-fired power stations need ash treatment facility,' and it will constr-uct a foundation for large scale coal-fired power stations without any a-sh treatment facility. Coal bottom ash is produced in a quantity of 6 million ton annually at 10 thermoelectric power stations in Korea, using 3.5 million ton, 58% of them, as cement substitutes. Rest 2.5 million ton (42%) has been buried at nearby landfill sites. Meanwhile, particle of bottom ash is similar to t-hat of sand so is expected to be used as substitution resources of sand that supply is insufficient to meet demand. Especially for using it in a s-oft ground improvement projects, further investigations for bottom ash's strength, draining properties, and environmental characteristics are requi-red. This study carried out repetitive triaxial and physical property tests to compare resistant and physical characteristics of the liquefaction of bottom ash and standard sand. In cases of the standard sand and bottom ash, the grain property is of sandy soil that is changed its characteristics depending on relative density and particle size; therefore, tests were carried out for unit relative density and particle size in order to make identical sample conditions. As result of simple prediction for bottom ash liquefaction, further process for more specific prediction had been needed, and bigger liquefaction resistant stress was resulted than that of standard sand by the detailed prediction. More, the bigger fluctuation of the liquefaction resistant stress values per particle size for normal bottom ash was observed comparing to uniformly sized bottom ash, but the value was relatively larger than that of standard sand, exhibiting a potential as a construction material.

석탄 바닥재를 사용한 친환경 초고성능 콘크리트

최지은 서울대학교 대학원 2023 국내석사

Bottom ash는 화력 발전소에서 석탄을 태워 에너지를 생산하는 과정에서 생성되는 재료로 함께 생성되는 fly ash와 달리 사용처가 명확하지 않아 대부분 매립되고 있다. 이런 처리 방식은 환경적으로 많은 문제가 되고 있어, Bottom ash를 건설 재료로 재활용하고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 주로 골재 차원에서 콘크리트 재료로 사용하는 연구가 이루어지고 있지만 bottom ash의 물리적, 화학적 특성 때문에 그 적용에 한계가 있다. bottom ash는 석탄을 태워 생성되는 재료이기 때문에 높은 금속성분으로 인해 화학적으로 안정하지 못하며, 다공성 재료이기 때문에 충분한 물리적 특성을 발휘할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 bottom ash를 UHPC의 재료 중 하나인 잔골재로 대체해 사용하고자 한다. 앞서 언급했듯 bottom ash는 다공성 재료이며, 재료 자체의 높은 금속 성분으로 인해 잔골재에 비해 성능이 떨어질 것으로 예상된다. Bottom ash의 특성이 UHPC에 미치는 영향에 대해 알아보기 위해 bottom ash의 골재 치환율 (0%, 10%, 25%, 50%)을 변수로 설정해 배합비를 선정하고 실험을 진행했다. 실험 결과 bottom ash의 치환율이 증가할수록 역학적 성능 및 내구성, 온도적 특성이 모두 감소했으며, 10% 치환 시 일부 내구성이 약간 증가하는 경향을 보였다. 역학적 성능, 내구성 등을 고려했을 때, 잔골재 중량 대비 10%를 치환하는 것이 최적의 배합인 것으로 판단된다. Bottom ash의 성능을 최대한 발휘할 수 있는 배합인 잔골재 중량 대비 10% 치환의 배합을 바탕으로 bottom ash의 단점인 높은 금속 성분을 해결하기 위해, 세척, 소성, 화학적 처리 등의 전처리 과정을 거친 bottom ash를 사용해 추가로 XRD분석, 역학적 성능 및 내구성, 온도적 특성을 확인했다. 측정 및 평가 결과, 세척, 소성, 화학적 처리방법을 모두 적용한 bottom ash 내의 유기물 및 금속 성분이 다량 제거되어 역학적 성능과 내구성이 raw bottom ash를 사용했을 때보다 증가한 것을 확인할 수 있었다. 따라서 다공성 재료인 bottom ash를 사용할 경우, bottom ash의 사용량이 증가할수록 UHPC의 성능이 저하될 수밖에 없지만, UHPC의 잔골재의 10% 정도를 사용할 경우, bottom ash에 의한 포졸란 효과로 인한 내구성 증대를 기대할 수 있기 때문에 친환경 UHPC의 재료로 bottom ash의 사용이 적절하다고 판단했다. 이에 raw bottom ash에 차례로 전처리 과정을 적용할 경우, 전처리를 통해 bottom ash내의 금속성분 및 유기물이 제거되면서 bottom ash의 성능이 향상된다. 따라서 이런 bottom ash를 UHPC의 재료로 사용할 경우, 그 성능이 reference UHPC와 거의 동일해지며, 특히, 내구성은 reference UHPC보다도 더 뛰어난 것을 확인할 수 있다. 즉, bottom ash를 UHPC의 재료로 사용할 경우, bottom ash를 재활용하고 열전도율을 낮출 수 있다는 점에서 친환경적이며, bottom ash의 포졸란 효과 및 전처리를 통한 bottom ash의 성능 개선으로 UHPC의 성능 저하를 최소화할 수 있기 때문에 친환경 UHPC를 제작하는데 bottom ash의 사용이 적절하다고 판단된다. Unlike the fly ash, which is produced with materials generated in the process of burning coal in thermal power plants to produce energy, bottom ash is mostly buried because its use is unclear. This treatment method has become many environmental problems, and research to recycle bottom ash as a construction material is being actively conducted. Research is being conducted mainly on the use of concrete materials at the aggregate level, but its application is limited due to the physical characteristics of bottom ash. Bottom ash is a material produced by burying coal, so it is not chemically stable because of its high metal component, and it cannot exhibit sufficient physical properties because it is a porous material. Therefore, this study intends to replace bottom ash with fine aggregates, a material of UHPC. To determine the effect of these characteristics of bottom ash on UHPC, the mix design was selected and experimented by setting aggregate replacement of bottom ash (0% 10%, 25%, 50%) as a variable. As a result of the experiment, as the replacement rate of the bottom ash increased, all mechanical properties, thermal properties, durability decreased, and some durability tended to increase slightly when the replacement rate was 10%. Considering the mechanical properties and durability, is judged the optimal mix design is to replacement 10% of the weight of fine aggregate. To solve the high metal components that is a disadvantage of bottom ash, based on a mixture of 10% replacement rate against the weight of the fine aggregate, which can maximize the performance of bottom ash, X-ray diffraction analysis (XRD analysis), mechanical properties, durability, and thermal properties were confirmed using bottom ash. The measurement and evaluation showed that a large amount of metal components and organic matter in bottom ash applied with washing, heat and chemical treatment were removed, and thus their mechanical properties and durability increased compared to raw bottom ash. In other words, if bottom ash is used as a material for UHPC, it is eco-friendly in that bottom ash can be recycled and thermal conductivity can be reduced, and the performance of bottom ash can be improved through pre-treatment, so the use of bottom ash is considered appropriate for produce eco-friendly UHPC.

Bottom Ash를 활용한 콘크리트용 골재 사용의 실험연구

김영진 한서대학교 대학원 2005 국내석사

Owing to the plenty of reserves, low price and stable supply, coal has been used as a source and raw material of thermal power generation and is expected to increase its consumption continuously. But coal ash produced after its burning has known to have many environmental difficulties in its waste. To solve various problems, the developed countries have many efforts to apply to construction field through continuous study but our country has not much. Thus, this study aims at effects of replacement of general aggregate with bottom ash on concrete property through experiments. To evaluate its replacement on the characteristics of fresh concrete, sieve analysis, hardness and absorption tests and S.E.M observation which are known as physical tests were carried out as well as chemical tests such as Ig. loss and X-ray projection. In terms of hardened concrete, comparison of slump value and strength were carried out with variation of water/cement ratio of 40 and 45% suitable for establishment of design strength of 240 and 270kgf/㎠. Also parametric study on the replacement of general aggregate with bottom ash was performed with vary of 0 to 60%. As for durability test, penetration, freezing and thawing, sulphate resistance and carbonizing resistance were carried out also. Suitability and application of bottom ash for concrete aggregate were evaluated and suggested through analysis of testing results.

Bottom Ash를 골재로 이용한 보차도용 인터로킹 블록의 물성에 관한 연구

鄭莊喜 中央大學校 建設大學院 2001 국내석사

본 연구는 화력발전소에서 발생ㆍ폐기는 Bottom Ash를 골재로 이용하여 KS F 4419에 만족하는 보차도용 인터로킹 블록을 제조하여 천연골재의 부족을 대체하고자 하였다. 이를 위하여 Bottom Ash(5㎜이하), 시멘트, 탈황석고를 사용하였고 여기에 유동화제를 첨가하여 가압성형 한 후 인장강도및 흡수율을 측정하였다. 본 연구에서는 물-시멘트비가 일반 모래를 사용한 경우보다 Bottom Ash를 사용하였을 경우 약 2배 이상이 높았으며, 물-시멘트비가 증가할수록 인장강도는 증가하였고 흡수율은 낮아지는 경향을 나타내었다. 이는 물-시멘트(W/C)비가 증가함으로써 유동성이 증가하여 인장강도 및 흡수율에 좋은 영향을 미친 것으로 판단된다. 또한 유동화제를 첨가할 경우에도 인장강도의 증진 및 흡수율 저감에도 효과가 있었다. Bottom Ash의 대체율이 0%, 50%, 100%로 증가시킬 경우 인장강도는 낮아지며, 흡수율은 증가하였다. 반면 B/A의 대체율이 증가할수록 7일에서 28일 강도증진 효과가 크게 나타났다. 이것은 Bottom Ash 중의 미분말에 의한 포조란 반응으로 간주된다. 상기의 인장강도와 흡수율 측정결과를 근거로 하여 Bottom Ash : 75%, W/C비 : 70%, 시멘트 : 25%의 배합비를 선정하여 시멘트의 일부를 화력발전소에서 발생되는 부산물인 탈황석고를 5%, 10%, 20% 치환한 결과, 인장강도는 5% 첨가할 때까지는 증가하였으나 치환율이 증가할수록 낮아졌으며, 흡수율은 5%까지는 증가하다가 이후부터는 감소하는 경향을 나타냈다. 본 연구 결과 강도 측면면에서는 골재로의 사용이 가능하나 흡수율이 KS F 4419에서 요구하는 규정을 만족하지 못하였으며, Bottom Ash를 인터로킹 블록용 골재로 사용하기 위해서는 흡수율을 낮추기 위한 방안이 필요하다. 또한, Bottom Ash를 인터로킹 블록 이외의 콘크리트용 골재로 사용하기 위해서는 강도 및 흡수율 이외에도 Bottom Ash가 콘크리트의 물성에 미치는 영향과 관련된 실험이 수행되어진 후 그 사용 여부를 결정하는 것이 바람직하다.

Bottom Ash와 준설 혼합토의 공학적 특성 개선과 전과정 CO2 배출량에 의한 재활용성 평가

노수각 서울대학교 대학원 2014 국내박사

Bottom ash와 저수지 준설토와 같은 자원의 활용에는 공학적 안정성에 대한 검증이 필요하며 환경에 미칠 수 있는 위험성 분석과 함께 얻을 수 있는 효과에 대한 정확한 분석이 필요하다. 최근 환경에 미치는 영향을 분석하기 위하여 직접적으로 미치는 영향뿐 아니라 제품의 전과정에서 발생할 수 있는 오염 물질을 정량적으로 분석할 수 있는 전과정 평가를 통하여 직간접적 영향에 대한 분석이 실시되고 있다. 본 연구에서는 bottom ash와 저수지 준설토의 공학적 특성 분석을 통하여 저수지 제체 활용 가능성을 분석하고 이를 활용하였을 때 얻을 수 있는 효과를 분석하기 위하여 기반시설에 적합한 전과정 평가를 통해 산정된 이산화탄소 배출량과 골재 소모량의 환경적 영향에 대한 경제적 가치를 반영하여 종합적인 정량적 대체 효과를 분석하고자 하였다. 또한 분석된 결과를 바탕으로 재활용 재료를 기반시설에 활용하는 방안을 모색하고 경제성과 환경성에 대한 평가 방법 및 활용 기준을 제시하고자 하였다. Bottom ash와 준설토의 재료 적합성 평가에는 농림축산식품부와 국토교통부 기준이 이용되었으며 공학적 안정성 평가를 위하여 사면 안전율 분석을 실시하였다. 기존 재료 기준을 기반으로 재료 적합성 판정 결과 준설토와 bottom ash 혼합토는 제체 성토체에 적합하며 준설토는 코아 재료로 활용 가능할 것이라 판단된다. 또한 코아 재료를 준설토를 사용하였을 때 bottom ash는 필터 재료 조건을 만족하였다. Bottom ash와 준설토가 적용된 제체의 사면 안정성 분석 결과 일반적인 사면 기울기에서 안정한 것으로 나타났다. 하지만 대형 제체나 극한 사면 기울기에서는 재료의 토질정수에 대한 고려가 필요할 것이라 판단된다. 농업용 저수지 제체에 적합한 전과정 평가 기법을 개발하기 위하여 제체 전과정 범위를 재료 조달에서부터 유지보수 단계로 한정지었으며 보수공사 공종으로는 제체 덧쌓기, 그라우팅, 사석 재정비 등을 선정하였다. 각각의 생애 분포 함수 분석을 통하여 보수 주기를 결정하였으며 이를 통하여 제체 전과정에서 소모되는 골재 소모량과 이산화탄소 배출량을 분석하였다. 이를 화폐가치로의 전환을 위하여 이산화탄소 배출량의 경우 유럽 탄소 배출 거래소 거래 가격을 이용하였으며 산림 훼손 비용은 국내 산림의 경제적 가치 분석 결과를 활용하였다. 본 연구에서 개발된 방법을 통하여 종합적으로 재활용 재료에 대한 활용 방안을 모색한 결과, 현재 bottom ash와 저수지 준설토 혼합토를 농업용 저수지에 적용하였을 때, 이산화탄소 배출 비용과 산림 훼손 비용 산출을 통한 환경적 비용 측면에서 유효한 것으로 나타났다. 이산화탄소 배출량은 해안에 존재하는 화력발전소에서 대상지로의 운송거리 증가로 인하여 이산화탄소 배출량이 다소 증가하였다. 하지만 거리에 따른 배출량 분석 결과 현장 유용이 가능한 저수지 준설토를 60%이상의 혼합하였을 경우 우리나라 대부분의 지역에서 활용 할 수 있는 것으로 나타났다. 저수지 제체 전과정에서 환경 비용적 측면에서 판단할 때, 다른 보수 공종과 같은 효과를 가져 올 수 있다면 시공에서 소요되는 재료를 재활용 재료로 교체할 수 있는 둑높이기 공사나 덧쌓기 공사의 실시를 통해 더욱 높은 환경적 비용 절감 효과를 가져 올 수 있을 것이라 판단된다. 또한 연비 개선으로 인한 bottom ash 재활용 가능 지역의 확대는 재활용 재료에 대한 더욱 높은 활용도를 가져올 것이라 기대된다. 본 연구에서 제안한 농업 기반시설에 적합한 전과정 이산화탄소 배출량 산정 방법과 환경재에 대한 경제성 평가 방법은 농업용 저수지 제체의 특성을 잘 모사하고 있는 것으로 나타났다. 또한 본 연구에서 제안한 전과정 평가를 통해 향후 추가될 수 있는 다른 환경 영향을 화폐 가치로의 전환을 통해 통합이 용이할 것이라 판단된다.

Bottom ash를 잔골재로 사용한 기포콘크리트의 역학적 특성에 관한 실험적 연구

조문석 한서대학교 대학원 2008 국내석사

구조물 축조를 위해 사용되고 있는 골재는 채취곤란의 이유와 천연자원의 고갈 등으로 생산이 급속히 감소되고 있다. 이와 반면 산업발전에 따른 산업폐기물은 매년 양적으로 급속히 증가되어, 이들 폐기물을 부산 자원으로 재활용하여 자원의 재회수하는 기술에 대한 개발이 절실히 요구된다. 따라서 본 연구에서는 산업폐기물인 Bottom ash를 잔골재로 사용하여 기포콘크리트를 제작하고, 그에 따른 특성을 비교?분석하였다. 기포콘크리트 제작시 시멘트와 Bottom ash를 혼합한 슬러리에 미리 생성된 기포를 주입하는 선기포 방식을 이용하였으며, 기포제는 동물성기포제를 사용하였다. 각각의 배합인자에 따른 특성을 알아보기 위해 배합계획에 따라 단위시멘트량과 물-시멘트비 변화를 주었고, 잔골재비 또한 변화를 주어 실험을 실시하였다. 이 때 경화되지 않은 기포콘크리트의 물리적 특성을 분석하였고, 경화된 기포콘크리트의 압축강도, 할렬인장강도, 응력-변형률 관계 곡선 및 탄성계수를 측정하였다. 이를 통해 Bottom ash를 잔골재로 사용한 기포콘크리트의 역학적 특성을 규명하였다. 또한 시멘트 대체에 따른 혼화재는 경제성 및 품질, 기능성을 고려하여 고로슬래그미분말과 Fly ash을 사용하였다. 이 때 고로슬래그 미분말은 0~60% 대체하였고, Fly ash는 0~30% 대체하였다. 각각의 대체율에 따른 경향을 통해 Bottom ash를 잔골재로 사용한 기포콘크리트의 혼화재 대체에 따른 특성에 대해 고찰하고, 비교?분석하였다. 앞의 배합인자에 따른 실험결과를 통해 단위중량 0.5~1.5t/m3에서 Bottom ash를 잔골재로 사용한 기포콘크리트의 배합인자와 압축강도에 대한 관계식을 도출하였다. 이를 바탕으로 시공될 기포콘크리트의 28일 압축강도와 단위중량만 제시하면 최적의 배합비 선정이 가능한 배합설계 방법을 제안하였다. The production of aggregate to be used for a structure buildup has sharply decreased by the reason of difficult gathering and a lack of natural resources. On the other hand, industrial wastes by individual development have considerably increased in quantity each year. Hence, it is urgently necessary to develop the technology which recovers the resources through recycling these wastes as residual resources. Accordingly, in this study, the aerated concrete was fabricated using the industrial waste Bottom Ash as the fine aggregate, and its features were compared and analyzed. When the aerated concrete was fabricated, the pre-foaming type which injected previously-generated bubble into a Slurry which mixed the cement and Bottom Ash was used. As the forming agent, the animal foaming agent was used. To examine the features by each compounding factor, the experiment was conducted by changing the unit cement quantity and the water-cement ratio by the compounding plan and by changing the fine aggregate rate. At this time, non-hardening aerated concrete’s physical features were analyzed, and hardened aerated concrete’s compressive strength, splitting tensile strength, Stress-Strain Curve and coefficient of elasticity were measured. Through it, the dynamic features of the aerated concrete using the Bottom Ash as the fine aggregate were examined. Also, as an admixture for the cement alternation, the Blast-Furnace Slag Powder and Fly Ash were used considering an economic efficiency, quality and functionality. At this time, Blast-Furnace Slag Powder alternated 0~60%, and Fly Ash alternated 0~30%. Features of the forming concrete using the Bottom Ash as the fine aggregate by the admixture substitution were considered and compared &analyzed through the tendency by rate of substitution. Through the experiment results by the above compounding factor, the relation on the compounding factor and compressive strength of forming concrete using ‘Bottom Ash’ as the fine aggregate in the unit weight of 0.5~1.5t/m3 was derived. The study proposed the compounding design method which ensures the optimum compounding rate selection, when only 28 day’s compressive strength and unit weight of the forming concrete to be constructed based on it is presented.

Bottom Ash를 이용한 친환경 그라우팅재의 실용화 연구

도영곤 서울시립대학교 2005 국내석사

국내산업이 발전함에 따라서 산업부산물이 기하급수적으로 늘어가고 있으며, 대부분의 산업부산물은 매립되고 있어 환경보호와 자원재활용 차원에서 큰 문제로 대두되고 있다. 산업부산물중 미분탄 연소과정에서 발생하는 Bottom Ash는 전량 폐기되고 있어 막대한 처리비용과 함께 매립장의 부족 등 여러 가지 문제를 야기 하고 있어 Bottom Ash로 인한 환경적 문제를 해결하고, 폐기되고 있는 Bottom Ash를 재활용하고 시멘트와 모래의 대체를 위해 연구를 실시하였다. 본 연구는 화력발전소의 미분탄 연소 후 발생되는 Bottom Ash를 수거하여 이를 초미세분말로 만들고 Bottom Ash+보통포틀랜드 시멘트와 황토, 풍화토, Bentonite등을 각각의 비율로 혼합하고 기본물성시험, 화학시험, 역학시험 그리고 중금속용출시험 등을 실시하여 혼합비에 따른 최적의 배합비를 알아보고, 강도와 내구성을 평가하였다. 또한 환경오염에 대한 무해성을 검증한 뒤 그라우팅재로서 침투성을 분석하였다. 본 연구에서 사용한 Bottom Ash는 당진화력발전소의 Bottom Ash를 이용하였고, 기본 물성시험을 실시한 결과 비중이 2.32정도로 일반적인 흙보다 가볍고 액성한계와 소성지수는 N.P가 나왔다. 입도분석시험의 결과로 Groutability를 평가해본 결과 O.P.C와 Bottom Ash(분말)은 사질층에서 가는 모래 까지 주입이 가능하였다. 화학성분 분석시험을 실시하고, 그라우팅재의 환경오염 가능성에 대한 문제를 검증하기 위하여 중금속 용출실험을 실시하기위한 분석장비로 유도결합 플라즈마 발광분석기(ICP:Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy )를 사용하였다. 화학분석시험 결과 SiO와 AlO가 전체 성분의 70%이상 차지하며 포졸란 반응에 의한 자경성 때문에 강도가 장기적으로 증가했다. 또한 중금속 시험결과 지정폐기물 기준에도 적합한 것으로 판정되었다. D 다짐시험을 통하여 Bottom Ash:O.P.C 비가 4:6이고, 황토, 풍화토가 6%일 때 최대건조밀도가 가장 높음을 알 수 있었다. 반면 Bentonite는 혼합량이 증가함에 따라 최대건조밀도가 감소하는 결과가 나타난다. 이는 황토와 풍화에 비해 상대적으로 비중이 작기 때문이고, 혼합량이 커짐에 따라 최적함수비의 증가하는 경향을 볼 수 있다. 또 Bentonite의 비표면적이 증가되어 물과 친화력이 커지고 흡수성이 증가하기 때문인 것으로 판단된다. Bottom Ash와 O.P.C를 각각의 비율로 혼합 후 양생시킨 뒤 압축강도를 측정한 결과 O.P.C양이 증가하고, 분말도가 높을수록 강도는 증가하였다. 이는 분말도가 높을수록 단위중량이 증가하고 포졸란 반응을 일으키는 SiO, AlO, CaO비가 높아지기 때문이다. Bottom Ash와 O.P.C의 내구성을 알아보기 위해서 동결・융해시험을 실시하였다. Lysimeter 속에서 -24℃로 동결, 4℃로 융해시킨 결과 동결융해 횟수가 증가할수록 강도는 감소하였고, O.P.C는 Bottom Ash를 혼합한 O.P.C에 비해 강도가 급격히 감소하였다. 이와 같이 Bottom Ash를 각각의 비율로 혼합한 결과 강도를 조절할 수 있고, O.P.C를 Bottom Ash로 40%치환하고, 황토와 풍화토를 6%로 치환 할 수 있어 경제적 효과를 얻을 수 있고, O.P.C가 갖고 있는 독성을 감소시켜 환경에 무해함을 검증하였다. 또한 급결제를 사용하여 Gel Time을 현장조건 및 주입목적에 따라 자유롭게 조절하고 급결제 사용시 염해방지와 차수성이 우수하다. Industrial waste are increased according as home industries grow, so the environmental problems occur rapidly. Bottom Ash, one of the industrial wastes, generated in combustion processing of coal powder fall into disuse, which causes a huge cost and lack of a reclaimed land fills. The purpose of this study are to examine the proper mixing ratio of cement and Bottom Ash to recycle the Bottom Ash which is an one of the industrial waste, and to substitute Bottom Ash for ordinary portland cement (O.P.C) and sand. Bottom Ash was made into ultra powder after they collected from thermoelectric power plant. Then, Bottom Ash, O.P.C , Weathered soil (Hwangto), weathered granite soil, Bentonite and so forth was mixed at proper ratio to evaluate optimal mixture ratio, compressive strength, and durability through laboratory tests, chemical test and heavy metal leaching method. In addition, permeability was analyzed after verifying harmlessness of it toward environment. The Bottom Ash used in this study were collected from Dang-Jin Thermoelectric Power Plant. From the laboratory tests, it was found that Bottom Ash is lighter than typical soil with specific gravity of 2.32, and Plasticity index and Liquid limit was None Plastic. After evaluating the Groutability through soil classification, it was found that O.P.C and Bottom Ash were able to penetrated to thin soil foundation. After the chemical test, authors used ICP(Inductively Coupled Plasma Emision), which can perform heavy metal leaching method, to evaluate the possibility of environmental pollution caused by Grouting Material. The result of chemical analysis test show that SiO and AlO are occupied 70% of all component, and compressive strength is gradually increased due to Pozzolan Reaction. it was also found to fit waste standard. D compection test identified that is the highest when Bottom Ash to O.P.C ratio is 4:6 and Hwangto and weathered granite soil, comprises 6%. On the other hand, decreases as the mixture ratio increases. It is because specific gravity is relatively low compared to Hwangto and weathered granite soil. In addition, O.M.C tend to increase as the mixture ratio increases. The reason was found that appetence with water and absorbent increases. Bottom Ash and O.P.C were mixed at relative ratio, and measure compressive strength. The result of this test show that compressive strength increase as the amount of O.P.C and fineness increase, because increase and the proportion of SiO AlO and increases as fineness increases. To investigate the durability of Bottom Ash and O.P.C, authors performed freezing and melting test. From the test of freezing(at -24℃) and melting (at 4℃) test in Lysimeter, it found that compressive strength decrease, and the compressive strength of O.P.C decrease as the number of freezing and melting increased. In sum, compressive strength can be controlled by varying the ratio of Bottom Ash. Substituting O.P.C with 40% Bottom Ash and Hwangto and weathered granite soil at 6% has a desirable economic effect, which will decrease the toxicity of O.M.C. It was also found out through the heavy metal leaching method and using accelerator that it prevents damage from sea wind or bleeding. Bottom Ash could be used for grouting material due to its environmentally friendliness.

Bottom ash와 순환토사 혼합토의 성?복토용 적용성 연구

김선혁 인천대학교 교육대학원 2020 국내석사

After the oil surge in the 1970s, coal began to emerge as an alternative energy, and the problem of disposal of coal ash, a by-product of coal combustion, began to emerge, and due to environmental problems when it was reclaimed, research on recycling of coal ash was actively conducted. Fly ash is widely used for ready mixed concrete, cement raw material, brick and tile manufacturing. In the case of bottom ash, there are many cases where the recycling rate is less than 75% compared to fly ash due to the various size and roughness of the particles, and the variation of chemical composition. Recycled soil are soils that have been properly treated for construction wastes, as specified in the Act on the Promotion of Construction Waste Recycling. According to the related laws, recycling use is prescribed for filling, covering, covering landfill facilities, etc. The amendment of the Enforcement Rules of the Farmland Act in December 2016 has made it possible to apply farmland as a fill material, increasing the use of recycled soils. However, in some regions, due to negative perceptions, they have been placed in large amounts for a long time inside the workplace of intermediate treatment companies, causing economic and environmental burdens. In order to improve awareness and revitalization of recycling of bottom ash and recycled soils, researches on the mixing of materials for increasing strength and the application of mixed soils with high quality soils to roadfill materials that require support are being conducted. According to the Enforcement Regulations of the Waste Management Act, the standard is set to mix more than 50% of soils recycled from general soils or construction wastes by volume when recycling coal ash, etc. Therefore, the bottom ash, which is the by-product burned in the thermal power plant, and the circulating soil produced by the construction waste intermediate treatment company, are mixed at a ratio of 1: 9 to 6: 4 to check the maximum dry density and CBR value for each mixing ratio. In addition, in order to examine the environmental characteristics, the analysis of the results of each sample of circulating soil and bottom ash was conducted with soil pollution process and waste process test criteria. When the bottom ash and the circulating soil were mixed, the maximum dry density decreased and the optimum function ratio increased due to the properties of the material as the mixing ratio of the bottom ash increased. The CBR value representing the strength of the ground increased as the mixing ratio increased. From the 50% blending, the strength of the compaction tended to decrease, just as the maximum dry density and the optimum function ratio showed a sharp numerical change. The results of soil pollution process and waste process test that can confirm the environmental impact were all within the standard value. Through this study, we confirmed the applicability of mixed bottom ash and recycled soils as a material for sexual and reclaimed soils, and the optimum mixing ratio showing the highest value of CBR with low decrease of maximum dry density. It is expected that the mixing ratio of the bottom ash can be made larger by increasing the compaction ability by studying the reactivity of the cement component and the bottom ash component contained in the circular soil and adding additional materials. Keywords : Bottom ash, Recycled soil, Construction waste soil 1970년대 석유파동이 발생한 후 대체에너지로 석탄이 각광받기 시작하면서 석탄 연소의 부산물인 석탄회에 대한 처리문제가 대두되기 시작하였고 매립하였을 때의 환경적인 문제 때문에 석탄회의 재활용에 대한 연구는 활발하게 진행되어 오고 있다. 비회(Fly ash)의 경우 레미콘 혼화재, 시멘트 원료, 벽돌이나 기와 제조 등에 적극적으로 사용되고 있지만, 저회(Bottom ash)의 경우는 입자의 크기가 다양하고 거칠며 형태의 불균일과 화학적 조성의 다양함으로 인해 Fly ash와 비교하여 재활용률이 75% 미만에 그쳐 석탄회 처리장으로 매립되는 사례들이 많다. 순환토사는 건설폐기물 재활용 촉진에 관한 법률에 명시되어 건설폐토석을 적합하게 처리한 토사를 말하며, 관계법령에 따라 인·허가된 건설공사의 성토용 또는 복토용, 매립시설 복토용 등으로 재활용 용도를 규정하고 있다. 2016년 12월 「농지법 시행규칙」의 개정으로 농지의 성토용 재료로써 적용이 가능해지면서 순환토사에 대한 활용처가 늘어났지만, 일부지역에서는 부정적 인식 등으로 인해 중간처리업체 사업장 내부 적치장에 대량으로 장기간 적치되어 있는 등 경제‧환경적 부담으로 작용하고 있다. 이러한 Bottom ash와 순환토사의 재활용에 대한 인식 개선 및 활성화를 위해 강도증진을 위한 재료의 혼합에 대한 연구들과 지지력이 필요한 도로용 성토재료에 양질의 토사와 혼합하여 적용시키는 연구 등이 진행되고 있고, 「폐기물관리법 시행규칙」에서는 석탄재 등을 재활용하는 경우 일반토사류 혹은 건설폐재류를 재활용처리한 토사류를 부피기준 50% 이상 혼합하여 사용하는 것으로 기준이 정해져있어 Bottom ash와 순환토사의 혼합으로 성토재로써 적용에 대한 가능성을 시사하고 있다. 이에 실제 화력발전소에서 연소되고 나온 부산물인 Bottom ash와 건설폐기물 중간처리업체에서 생산하고 있는 순환토사가 「건설폐기물의 재활용촉진에 관한 법률」 제35조 순환골재의 품질기준 중 성토용 순환골재의 품질기준에 적합한지 알아보고자 하였으며, 1:9 ~ 6:4 비율로 혼합되었을 때의 혼합비율 별 최대건조밀도와 CBR 등 물리적 특성 변화 및 최적혼합비율을 알아보고자 하였다. 또한 환경적 특성을 알아보기 위해 토양오염공정과 폐기물공정시험기준으로 순환토사와 Bottom ash 각각의 시료에 대한 결과 분석도 함께 수행하였다. Bottom ash와 순환토사의 혼합 시, Bottom ash의 배합비율이 증가할수록 재료의 특성으로 인해 최대건조밀도는 감소하고 최적함수비는 증가하였지만, 5mm 입도 이하로 선별한 Bottom ash로 인해 입도가 개선되어 지반의 강도를 간접적으로 나타내는 CBR 값은 혼합비율이 늘어날수록 증가하였다. 그러나 50% 배합부터는 Bottom ash의 양이 많아져 다짐성이 떨어지기 시작하는 영향으로 최대건조밀도와 최적함수비가 급격한 수치변화를 보였고 이와 연관되어 CBR 수치도 급격히 감소하는 경향을 나타내어, 본 연구에서의 실험시료 조건에서 Bottom ash와 순환토사의 최대건조밀도와 CBR 수치에 따른 최적혼합비율은 40% 인 것을 확인하였다. 환경적 영향을 확인할 수 있는 토양오염공정과 폐기물공정시험의 결과는 모두 기준치 이내인 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 Bottom ash와 순환토사 혼합토의 성‧복토용 재료로의 적용성과 최대건조밀도의 감소폭이 낮으면서 CBR 값이 가장 높은 값을 나타내는 최적혼합비율을 확인하였으며, 향후 순환토사에 함유된 시멘트 성분과 Bottom ash의 성분의 반응성에 대한 연구와 추가적인 재료의 혼합으로 다짐성을 증대시킬 수 있다면 Bottom ash의 혼합비율을 더 크게 할 수 있을 것으로 기대된다. 주제어 : Bottom ash, 순환토사, 건설폐토석

교류 주파수와 비저항 변화율에 의한 Bottom ash–준설 혼합토의 일축압축강도 추정

김태완 서울대학교 대학원 2014 국내석사

산업폐기물인 화력발전소의 Bottom ash, 하천 및 저수지 준설토는 발생량이 증가하고 있으며 이들의 매립 및 재활용 처리에 상당한 비용이 든다. Bottom ash는 우수한 배수성과 기계적 우수성으로 활용도가 높으나 포화 시 외부 충격에 약하며 잘 파쇄 된다. 준설토는 세립분 함량으로 인해 골재 등의 건설재료로 활용하기에는 제한적이다. 따라서 이 두 재료를 섞어 그 결점을 보완하고자 하는 연구가 지속적으로 이루어져왔으나 그 강도의 측정이 용이하지 않다. 한편, 현장에서 공사 후 강도 등 기타 공학적 성질을 검사하기 위해 전기적 특성을 활용한 방법이 사용된다. 그러나 Bottom ash와 준설토의 혼합재료는 검증에 필요한 기초적인 전기적 특성이 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 이를 위해 국내 9개 화력발전소에서 발생하는 Bottom ash와 준설토 혼합토의 전기적 특성을 파악 및 이를 활용해 혼합토의 일축압축강도 간의 연계성을 고찰하였다. Bottom ash의 전기적 특성은 일반적인 흙과 비슷하며 Cl 등의 염 함량이 전기적 특성에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 혼합토의 경우 혼합비에 따른 전기적 특성의 변화를 파악하였으며 그 양상은 각 발전소의 Bottom ash 별로 다르게 나타났다. 일반적으로 이용되는 전기적 특성인 비저항, 비유전율과 를 비교하여 일축압축강도와의 관련성을 검토하였다. 그 결과 를 통한 일축압축 강도의 추정이 비저항, 비유전율을 이용한 결과보다 정확함을 알 수 있었으며, 이 지수는 현장 적용성도 우수하였다.

Long-term leaching prediction of constituents in coal bottom ash used as a structural fill material

이호섭 서울대학교 대학원 2015 국내석사

Coal ash is generated during a coal combustion process. In general, ash collected at the bottom of the furnace is called bottom ash whereas fly ash is dispersed ash collected by air collector. Bottom ash can be used as a public work material, and fly ash can be used as a construction material. In Korea, an increasing amount of coal ash has been used as structural fill materials. Since physical properties of bottom ash are suitable for uses in land reclamation, bottom ash is likely to be treated as an alternate material for soil. When bottom ash is used as a structural fill material, the long-term leaching potential of the Chemicals Of Potential Concerns (COPCs) may need to be evaluated, because the bottom ash used will remain in the structural fill for a long time and there is no clear correlation between the total COPCs content and the short-term leaching concentration. Therefore, this study aims to predict the long-term leaching potential of coal bottom ash used as a structural fill material. Two coal bottom ash samples collected in the current study, YD and YH-coal bottom ash had similar physical and chemical properties. Antimony, Arsenic, Copper, and Zinc were selected as the COPCs. Percolation control scenario which assumed that uncovered structural fill receives only precipitation that percolates through the filled coal bottom ash was applied to predict long-term leaching of the COPCs from the coal bottom ashes applied as structural fills. Leaching was assumed to follow a first-order kinetics and it was assumed that the material with unknown degree of saturation had the same leaching patterns as the materials saturated with water. A long-term leaching prediction was carried out applying the percolation control scenario using the input parameters determined either from an up-flow percolation test or site-specific data available for study sites. The mass of COPCs leached and accumulated on a square meter of subsoil directly below the bottom of the filled bottom ash and the COPCs concentration in the leachate from the filled bottom ash were predicted as a function of time. The coal bottom ash-specific parameters such as leaching rate (kappa), total COPCs mass leached (EL/Slab), and liquid to solid ratio (L/S) were obtained from the up-flow percolation test (i.e., column test). The total masses of cations (e.g., Cu and Zn) leached from the YD-coal bottom ash were higher than that from the YH-coal bottom ash. However, the total masses of anions (e.g., As and Sb) leached from the YD-coal bottom ash were less than or similar to that from the YH-coal bottom ash. The Kappa values were also different between the two samples. The anions leached from the YD-coal bottom ash had higher kappa values than that from the YH-coal bottom ash anions, but the kappa values for the cations leached from the YD-coal bottom ash were about two times less than that from the YH-coal bottom ash cations. For site-specific long-term leaching prediction, sites where coal ash was or will be used as filling material in Korea were selected. The study, sites include Yeosu, Namhae, Mockpo, Busan, and Gunsan. The site-specific parameters such as infiltration rate and depth of application were obtained by literature review for each selected site. The accumulation of mass leached for each site was predicted for 100-year time frame. Liquid to solid ratio of the field (i.e., L/Sfield), which can be determined by using the infiltration rate and the depth of bottom ash applied, resulted in the slower leaching rate into the subsoil. Namhae had the lowest L/Sfield; (4.76 L/kg), which resulted in the most prolonged leaching of COPCs at the site. The Namhae site also had much higher accumulated mass than other sites due to deeper application depth. When YD-coal bottom ash and YH-coal bottom ash were assumed to be filled at Namhae site, kappa value and EL/Slab affected leaching time and amount of COPCs mass accumulation, respectively. The long-term leaching concentration of COPCs was used to estimate the time to reduce the initial leaching concentration (i.e., the maximum leaching concentration; Ct,max) by 50%. Since Namhae and arsenic of YH-coal bottom ash has the lowest L/Sfield and kappa values, respectively, the longest time to reach 50% of initial leaching concentration (C(t)max) was predicted. The relative sensitivity of bottom ash samples and selected sites was examined to find significant factors influencing the long-term accumulation of the COPCs mass. Significant factor of long-term leaching was leaching kinetics for anions and amount of coal bottom ash used as structural fil for cations when sufficiently long duration (e.g. 100 years) was considered. Additionally, environmental effect of coal bottom ash used as structural fill was estimated. By comparing 1% increase of background COPCs concentration, Hazardous Concentration 5, and pH of leachate with regulating level. I100yr of YD- and YH-coal bottom ash increased COPCs native concentration. Cations leaching concentration would not much affects to aquatic organisms if considering long-term period. Consideration of environmental effect, therefore, YD- and YH-coal bottom ash sufficient to reuse as structural fill materials. This study shows that the long-term leaching prediction of coal bottom ash used as a structural fill material needs to be carried out using the bottom ash- and application site-specific variables prior to application.