석탄회 인공경량골재를 사용한 고강도 콘크리트 보의 거동

임병훈,황선경 청운대학교 건설환경연구소 2015 청운대학교 건설환경연구소 논문집 Vol.10 No.2

The purpose of this study is to investigate the behavior and ductility of reinforced high-strength concrete beams using fly ash artificial lightweight aggregate. All of 10 specimens have the same cross sectional dimensions (180mm×220mm×2790mm) and are tested in condition of simply supported beam under an two-point loading. Five reinforced high-strength lightweight concrete beams and five reinforced high-strength normal concrete beams with different tensile reinforcement ratio () were tested to investigate their behavior. Test results indicate that the ratio of flexural strength between experimental results and those by ACI 318 is 1.00 in case of normal concrete beams and 1.01 in case of lightweight concrete beams. The reinforced high-strength concrete beams using fly ash artificial lightweight aggregate behave more brittly than high-strength normal concrete beams with equal reinforced ratio after maximum strength. When concrete compressive strength is 40MPa in reinforced high-strength lightweight concrete beams, the ratio of longitudinal reinforcement to balanced reinforcement needs to be limited to 0.5 in order to obtain 3 in ductility factor. 본 실험연구는 석탄회 인공경량골재를 사용한 고강도콘크리트 보의 거동 및 연성을 규명하기 위해 수행하였다. 10개의 시험체 크기는 모두 180mm×220mm×2790mm이며 단순 지지상태에서 2점 가력하였다. 석탄회 인공경량골재를 사용한 고강도콘크리트 보 5개와 천연골재를 사용한 고강도콘크리트 보 5개는 다른 인장철근비 비율()로 보강되었다. 실험결과 휨강도는 ACI 318 기준에 의한 계산값 대비 천연골재를 사용한 시험체의 경우 1.00, 석탄회 인공경량골재를 사용한 시험체의 경우 1.01의 값을 보였다. 석탄회 인공경량골재를 사용한 시험체가 보통골재를 사용한 시험체보다 취성적인 거동을 보이는 것으로 나타났다. ACI 규준은 석탄회 인공경량골재를 사용하고 콘크리트강도가 40MPa일 경우 콘크리트 보의 연성지수 3을 확보하기 위해 인장철근비 비율을 0.5 이하로 제한되어야 할 것으로 판단된다.

하수슬러지 소각재를 이용한 인공경량골재의 제조특성

정연화 ( Yon-hwa Jung ),김대용 ( Dae-yong Kim ),정진희 ( Jin-hee Jeong ),이기형 ( Ki-hyung Lee ),강동효 ( Dong-hyo Kang ) 한국환경기술학회 2007 한국환경기술학회지 Vol.8 No.3

본 연구에서는 하폐수슬러지의 재활용 방안으로 하폐수슬러지 소각재를 이용한 인공경량골재 제조시 단위용적질량, 흡수율, 압축강도 측정 및 SEM 사진을 통하여 인공경량골재로서의 특성을 평가하고자 하였다. 본 연구에 사용된 하폐수슬러지 소각재는 B시 K하수처리장의 하폐수슬러지를 A사의 소각로에서 소각한 후 배출된 것을 사용하였다. 실험은 하폐수슬러지 소각재에 규산나트륨 첨가량(0, 10, 20, 30%)과 성형압력(0.5, 1, 2, 3, 4 ton)을 변화시켜 가면서 인공경량골재 시편을 제조한 후 압축강도, 단위용적질량, 압축강도 등을 분석하였다. 실험결과 하폐수슬러지 소각재만으로 제조한 인공경량골재 시편에 비해 결합제로서 규산나트륨을 첨가한 인공경량골재 시편의 경우가 더 기준치에 적합한 것을 알 수 있었다. 인공경량골재 SLA-0의 경우 성형압력 3 ton 이상, SLA-1의 경우 성형압력 2 ton 이상, SLA-2, SLA-3의 경우 성형압력 1 ton 이상에서 단위용적질량, 흡수율, 압축강도 기준치를 모두 만족하는 것으로 나타났다. 따라서 인공경량골재 제조에 의한 하폐수슬러지의 재활용이 충분히 가능함을 확인할 수 있었다. The objectives of this study have been carried out to investigate the manufacture characteristics of artificial lightweight aggregate using sewage sludge ash by bulk density, water absorption rate, compressive strength and SEM photograph for wastewater sludge recycling. The sewage sludge was collected from K wastewater treatment plant in Busan, and incinerated in A company incinerator. Adding sodium silicate were 0, 10, 20 and 30wt%, and compacting pressure were 0.5, 1, 2, 3 and 4 ton, respectively. Results showed that the artificial lightweight aggregate samples of SLA-0(above 3 ton), SLA-1(above 2 ton) and SLA-2, SLA-3(above 1 ton) were standardized about bulk density, absorption rate and compressive strength. And adding sodium silicate was found to be effective than sewage sludge ash alone. These results were showed that the manufacture of artificial lightweight aggregate using sewage sludge ash have the possibility for resource recycling.

인공경량골재 혼합비율에 따른 경량 콘크리트의 물성 및 강도특성에 관한 연구

최세진,김도빈,이경수,김영욱 한국건축시공학회 2019 한국건축시공학회지 Vol.19 No.4

This study is to compare and analyze the physical and strength properties of lightweight concrete using domestic lightweight aggregate by replacement ratio of artificial lightweight fine and coarse aggregate after considering low cement mixture and pre-wetting time. The slump, unit weight, compressive strength and split tensile strength of lightweight concrete with domestic lightweight aggregate were measured. As test results, the slump of lightweightconcrete by replacement ratio of lightweight fine aggregate increased as the replacement ratio of lightweight fine aggregate increased. The unit weight of lightweight concrete using 100% of lightweight fine aggregate was about 10.4% lower than that of the lightweight concrete with natural sand. In addition, the unit weight of lightweight concrete by replacement ratio of lightweight coarse aggregate increased with the increase of the ratio of LWG10(5∼10mm). The compressive strength of lightweight concrete with lightweight fine and coarse aggregate increased as the replacement ratio of lightweight fine aggregate increased. The compressive strength of lightweight concrete with natural sand and LWG10 was 30 to 31MPa regardless of the replacement ratio of the lightweight coarse aggregate after 7 days. 본 연구는 최근 사용량이 증대하고 있는 저시멘트 배합을 대상으로 국내생산 인공경량 잔·굵은골재의 혼합비율에 따른 경량콘크리트의 물성 및 강도특성을 비교‧검토한 것으로서 실험결과, 프리웨팅 시간이 24시간 증가할 경우 모르타르 플로우값이 약 3∼5% 감소하는 것으로 나타났으며 경량잔골재 사용에 의해 모르타르 배합에서 약 10.4%의 기건단위질량 감소효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 또한 경량굵은골재의 혼합비율에 따른 경량콘크리트의 기건단위질량은 5∼10mm 크기인 LWG10 경량굵은골재의 혼합비율이 높아질수록 선형적으로 기건단위질량이 증가 하였으며 LWG10 경량굵은골재를 혼합할 경우 LWG10 혼합비율에 관계없이 재령 7일에 약 30∼31MPa 수준의 유사한 압축강도를 발현하였다.

인공경량골재의 입도에 따른 고강도 경량콘크리트의 강도변화에 대한 실험적 연구

김성칠,박기찬,최형욱 한국구조물진단유지관리공학회 2011 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.15 No.5

최근 구조물들이 대형화됨으로써 보통 콘크리트를 사용할 경우 강도 및 내구성에 비하여 중량이 크다는 결점으로 인해 콘크리트 구조물의 설계 및 시공의 안정에 제약을 주게 된다. 이러한 결점을 개선하기 위해서는 자중이 작고 강도가 큰 경량콘크리트가 요구되나, 국내에서는 실용화를 위한 연구가 아직 미비한 실정에 있다. 일반적으로 고온에서 소성시켜 제조된 인공골재는 골재가 팽창되어 내부에 무수한 기포를 가지게 된다. 따라서 골재의 크기에 따라 이들의 기포가 경량콘크리트 비중과 강도에 미치는 영향 연구가 필요하다. 본 연구에서는 국내에서 개발된 화력발전소 폐기물과 점토를 고온에서 소성, 팽창시켜 만든 인공경량골재의 입도별 배합설계를 실시하고 실험을 통하여 경량콘크리트의 비중 및 강도변화를 비교 고찰했다. 또한 경량콘크리트의 고강도 발현을 위한 인공경량골재의 최적 입도비를 제안하였다. In recent days, while taller and more massive structures such as huge bridges and super skyscrapers have been welcomed, the structural stabilization in design and construction have been gradually limited due to the major weakness of current concrete which is relatively heavier when compared with its strength. To improve the weakness of the current concrete, The lightweight concrete with light weight and high strength should be used; however, not many researchers in Korea have studied on the lightweight concrete. Generally, artificial lightweight aggregate produced through high-temperature-plasticization has a possibility of its body-expansion with many bubbles. Therefore, depending on the size of aggregate, the effects of bubbles on the specific weight and strength of the lightweight concrete should be studied. In this study, considering grain-size, the mix design of the artificial lightweight aggregate produced through the high-temperature-plasticization and the body-expansion of waste and clay from the fire power plant in Korea was conducted. The experiment to analyze the variation in specific weight and strength of the lightweight concrete was followed. From these experiments, the optimized grain-size ratio of the artificial lightweight aggregate for the enhancement of high-strength from the lightweight concrete was revealed.

현무암 석분 슬러지를 재활용한 인공경량골재의 물성개선을 위한 폐유리분말과 탄산칼슘의 활용

박수제,이성은,최희복 한국건축시공학회 2014 한국건축시공학회지 Vol.14 No.3

This study was carried out to investigate the manufacturability of artificial lightweight aggregate as a way torecycle basalt powder sludge, which is a waste produced during the manufacturing process of basalt in Jeju. Powderedwaste glasses and calcium carbonate are used to improve the characteristics of manufactured artificial lightweightaggregate. Especially, considering the complex factors of basalt powder sludge, powdered waste glasses, and sinteringmethod, the amount of calcium carbonate is appropriate at the 9 wt.% in order to improve the intumescent oflightweight aggregate. Also, the amount of powdered waste glasses is effective with using less than 50 wt.% andapplying the direct sintering method at the same time on decreasing the absorption of lightweight aggregate. Furthermore, in order to manufacture artificial lightweight aggregate of high quality with a low specific gravity andlow water absorption, it is considered to be more effective to apply the direct sintering method after the surface ofartificial lightweight aggregate is covered with powdered waste glasses. 본 연구는 최근 제주도 지역내 현무암 가공과정에서 발생되는 폐기물인 석분슬러지를 재활용하기 위한 방안으로서, 인공경량골재의 제조가능성에 대해 실험하였다. 또한,현무암 석분 슬러지로 제조된 인공경량골재의 물성을 개선하기 위해 폐유리분말과 탄산칼슘이 사용되었다. 현무암 석분 슬러지와 폐유리분말 그리고 소성방법의 복합적인 요인을 고려할 때 경량골재 내부의 발포성 향상을 위해서 탄산칼슘의 양은 9 wt.%가 적당하였다. 또한, 제조된 인공경량골재의 흡수율을 저하시키기 위해서는 폐유리분말은 50 wt.%이내로 사용함과 동시에 직화소성의 방법을 적용하는 것이 더 효과적이다. 좀 더 낮은 비중과 흡수율을 가진 고품질의 인공경량골재를 성형하기 위해서는성형된 경량골재의 표면에 폐유리분말을 도포한 후 그 시료를 직화소성법으로 소성하는 것이 더 효과적일 것으로판단된다.

건식공정 바텀애시를 이용한 인공토양 소재 개발의 기초적 연구

홍성록,박헌일,선정수,김진만,김철민 한국폐기물자원순환학회 2013 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2013 No.2

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.

D-25 : 건식공정 바텀애시를 이용한 인공토양 소재 개발의 기초적 연구

홍성록,박헌일,선정수,김진만,김철민 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

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.

무기계 산업폐기물을 활용한 인공경량골재 및 이차제품 개발현황

강승구,강민아 경기대학교 부설 산업기술종합연구소 2011 산업기술종합연구소 논문집 Vol.39 No.-

전세계적으로 환경오염방지에 대한 관심도가 높아지면서 각종 폐기물의 적절한 처리 및 재활용 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 특히 이를 활용한 인공경량골재의 연구가 관심을 끌고 있다. 본 논문에서는 무기계 산업폐기물을 활용한 인공경량골재의 제조방법과 비중에 따른 골재의 종류와 활용 범위를 알아보고 이를 활용한 2차제품의 사용 분야와 방안에 대하여 고찰하였다.

하수 슬러지 기반 인공경량골재를 이용한 콘크리트의 역학적 특성 평가

문주현,양근혁,김종원,심지혜 한국콘크리트학회 2023 콘크리트학회논문집 Vol.35 No.2

이 연구의 목적은 하수 슬러지 기반 인공경량골재를 이용한 콘크리트(LWAC_SW)의 역학적 특성들에 대한 설계기준 대비 안전성을 평가하는 데에 있다. 주요 실험변수는 경량 잔골재 대비 천연모래의 치환율, 물-시멘트비 및 양생온도 조건으로 설정하였다. 실험결과 LWAC_SW의 인장저항성은 동일 기건 밀도에서 팽창점토 및 플라이애시로 제조된 인공경량골재 기반 콘크리트(LWAC_CF)에 비해 다소 낮은 수준을 보였지만, KCI와 fib 2010 설계식에 의한 예측값보다 높았다. 실험결과들의 회귀분석을 통하여 LWAC_SW의 압축강도 발현, 탄성계수, 쪼갬 인장강도 및 파괴계수 평가식을 제안하였다.

유동층(流動層) 연소기(撚燒器)로 부터 발생(發生)된 석탄(石炭) 비산(飛散)재를 이용(利用)한 인공경량골재(人工輕量骨材) 제조(製造)

강민아,강승구,Kang, Min-A,Kang, Seung-Gu 한국자원리싸이클링학회 2011 資源 리싸이클링 Vol.20 No.1

The spherical artificial aggregates (AAs) with a diameter of 8 mm, which contains fly ashes discharged from the fluidized bed combustion in a thermal power plant and clay were manufactured by direct sintering method at $1050{\sim}1250^{\circ}C$ for 10 minutes. The effect of fly ash contents on the bloating phenomenon in the AAs was analyzed. The AAs containing fly ash of the amount under 50 wt% showed the black-coring and bloating phenomena. The AAs containing fly ash of the amount over 5Owt%, however, the specific gravity was increased and the color of specimens fully changed to black. These color change phenomena were caused from the formation of FeO by the reduction reaction of almost $Fe_2O_3$ component by the excessive reducing atmosphere formed simultaneously with the rapid emission of the gases generated from the high contents of unburned carbon of with increasing the added fly ash amount. Specific gravity was decreased as fly ash contents increased in the case of sintering at the same temperature condition. Water absorption of all specimens except of the specimens containing 10 wt% fly ashes decreased with increasing sintering temperature. These were because a liquid phase was formed as the increasing the sintering temperature. In the case of the specimens manufactured in this study containing fly ashes discharged from the fluidized bed combustor in a the thermal power plant and 10~90 wt% of clay, the specific gravity was 0.9~1.8 and the water absorptivity was 8~60%, therefore it is considered that those results can be applied to the light or heavy aggregates. 유동층 연소 방식의 화력발전소에서 발생된 석탄 비산재를 점토와 혼합하여 8 mm 크기의 구형 성형체를 제조한 후, $1050^{\circ}C{\sim}1250^{\circ}C$에서 10분 직화 소성하여 인공골재를 제조하고, 골재의 발포특성에 미치는 비산재의 영향을 분석하였다. 비산재가 50 wt% 미만으로 첨가원 시편은 발포되면서 black-coring 현상을 나타내었다. 비산재가 50 wt% 이상 포함되면, 소성온도와 함께 골재의 부피비중이 높아지면서 시편 전체가 검은색으로 변하였다. 이는 미연탄소 함량의 증가로 인해 과도한 환원분위기가 형성되고 따라서 가스가 급속히 방출됨과 동시에 대부분의 산화철이 환원되기 때문이다. 소성온도가 같을 경우 비산재 함유량이 높을수록 골재의 부피비중은 낮아지는 경향을 보였다. 비산재 첨가량이 10 wt%인 경우를 제외한 모든 시편들은 소성 온도를 높이면 홉수율이 감소하였는데 이는 고온일수록 액상이 많이 형성되었기 때문이다. 본 연구에서 제조된 유통층 연소기 석탄 비산재에 점토가 10~90 wt% 첨가된 시편들은 부피비중이 0,9~1.8, 흡수율이 8~60%로 다양한 특성을 나타내어 중량 내지 경량골재로 사용이 가능할 것으로 생각된다.