슬럼프 고정 순환골재콘크리트의 물리적 특성 및 압축강도 추정에 관한 실험적 연구

김상헌,전찬수,이세현 한국구조물진단유지관리공학회 2018 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.22 No.2

This study was a basic research for actual production of recycled aggregate concrete, and experiments were carried out on the change of water cement ratio and physical properties of recycled aggregate concrete with fixed slump. Results were as follows. Concrete using recycled aggregate were required increased water to maintain the target slump, and the recycled fine aggregate are necessary more increased water more than the recycled coarse aggregate. The replacement ratio of recycled fine aggregate be less than 60%, would be possible to obtain the air content volume that did not deviate from the concrete quality specification. The compressive strength of concrete using recycled aggregate decreased with increasing the replacement of recycled aggregate, and compressive strength decreased by 25% when 100% recycled fine aggregate were replaced. As a result of analyzing the correlation of compressive strength according to the mixing factors of concrete, it was found that replacement of recycled fine aggregate> water cement ratio> air content volume were influenced in order. 본 연구는 콘크리트 산업에 있어 자원 고갈, 환경 문제 등을 대처할 수 있는 순환골재의 활용을 촉진하며 순환골재콘크리트의 레미콘 실생산을 위한 기초적 연구로서, 순환골재 사용량에 따른 슬럼프 고정 순환골재콘크리트의 물시멘트비 변화 및 물리적 특성을 실험하고 그 결과를 회귀분석하여 순환골재콘크리트의 압축강도 추정을 위한 단위시멘트량, 순환골재의 사용량, 물시멘트비 등 레미콘 생산 조건을 검토하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 순환골재를 사용한 콘크리트는 목표 슬럼프를 유지하기 위해서는 단위수량 증가가 요구되며, 순환굵은골재보다 순환잔골재의 치환에 더 많은 단위수량의 증가가 필요하였다. 순환잔골재의 치환율은 60%이하는 레미콘 품질기준에 벗어나지 않는 공기량 확보가 가능하였다. 순환골재를 사용한 콘크리트의 압축강도는 순환골재의 치환율이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났으며, 특히 순환잔골재를 100% 치환한 경우 압축강도는 25%정도 저하하였다. 순환골재를 사용한 콘크리트의 배합인자에 따른 압축강도의 상관관계를 분석한 결과, 순환잔골재>물시멘트비>공기량 순으로 영향을 미치는 것으로 나타났다.

탄산화반응 순환골재의 pH저감특성에 대한 실험적 연구

박동철,이정우,황무연 한국폐기물자원순환학회 2014 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2014 No.11

국내 건설폐기물의 재활용 촉진으로 인해 순환골재의 사용이 증가되고 상황에서 물의 접근이 용이한 수변지역 등에 순환골재를 사용 시 알칼리수 용출에 의한 토양과 지하수오염의 환경문제가 지속적으로 제기되고 있다. 이러한 환경문제 방지 대안으로 순환골재의 알칼리수 용출 저감을 위한 환경관리기준이 마련되어 있으며 이와 관련해서 2013년 “건설폐기물 재활용촉진에 관한 법률 시행령” 에 따라 “순환골재를 배수층 설치용으로 사용할 때에는 수소이온농도지수(pH) 9.8이하인 순환골재를 사용” 하는 것으로 한정하고 있다. 국내에서는 순환골재의 용출수 저감을 위해 순환골재 생산 시 파쇄, 박리 등의 기술을 이용해 순환골재 표면의 알칼리 용출 요인을 제거하고 있으나 알칼리수 용출수 pH저감 효과가 낮으며, 일부에서는 순환골재 사용 시 반복세척 공정을 적용하고 있으나 이 또한 pH저감 효과가 미미한 것으로 나타났다. 따라서 순환골재의 활용증대와 순환골재 사용에 따른 알칼리 용출수에 의한 환경오염문제 해결을 위해 순환골재 pH저감 기술에 대한 연구가 필요한 것으로 판단된다. 본 연구에서는 순환골재에 탄산화반응 처리를 통해 CO2 활용과 용출수의 pH저감특성에 대해 평가하였다. 그 결과 탄산화반응 촉매를 사용하여 탄산화 처리한 순환골재의 용출수는 pH 9.8이하인 것으로 확인되었다. 이에 따라 CO2 활용 탄산화반응 처리한 순환골재는 배수층 설치용도로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

설계기준 강도별 순환골재 콘크리트의 탄산화 특성

이준(Jun Lee),이봉춘(Bong-Chun Lee),조영근(Young-Keun Cho),박광민(Kwang-Min Park),정상화(Sang-Hwa Jung) 한국건설순환자원학회 2017 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.5 No.1

본 연구에서는 국내에서 생산되고 있는 콘크리트용 순환 굵은골재 및 순환잔골재를 사용하여 콘크리트의 설계기준 강도(21, 35, 50㎫) 및 순환골재의 혼입조건 변화가 콘크리트의 탄산화 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 실험결과 순환 굵은골재의 혼입률 변화에 따른 콘크리트의 슬럼프는 순환골재를 혼입하지 않은 경우에 비해 동등하거나 양호한 유동성을 나타내는 것으로 나타났으며, 순환 잔골재를 혼입한 경우는 혼입률이 증가함에 따라 슬럼프가 감소되는 결과를 나타냈다. 또한, 순환 굵은골재 및 순환 잔골재의 혼입률이 증가할수록 콘크리트의 압축강도는 감소하는 것으로 나타났으며, 순환골재 혼입률이 50%를 초과할 경우 급격한 강도 감소 경향을 나타냈다. 그리고 탄산화 깊이는 모든 순환골재 종류에서 혼입률이 증가함에 따라 최대 40%까지 증가하는 결과를 나타냈으며 낮은 강도 수준의 콘크리트 일수록 순환골재 활용에 따른 탄산화 저항성 저하 정도가 큰 것으로 나타났다. 그리고 콘크리트의 압축강도가 증가할수록 순환골재 혼입에 따른 영향은 감소되어, 고강도 영역에서는 일반 콘크리트와 유사한 탄산화 특성을 발현하는 것으로 분석되었다. 따라서 순환골재를 콘크리트용 재료로 대량 활용하기 위해서는 콘크리트의 탄산화 저항성의 개선 위한 혼화재료의 적용 또는 배합설계상 조정을 통한 강도의 개선 등이 필요할 것으로 판단된다. This paper presents mechanical properties and carbonation behavior of the recycled aggregate concretes(RAC) in which natural aggregate was replaced by recycled coarse aggregate and fine aggregate by specified concrete strength levels(21, 35, 50㎫). A total of 18 RAC were produced and classified into six series, each of which included three mixes designed with three specified concrete strength levels of 21㎫, 35㎫ and 50㎫ and three recycled aggregate replacement ratios of 0, 50 and 100%. Physical and mechanical properties of RAC were tested for slump test, compressive strength, and carbonation depth. The test results indicated that the slump of RAC could be improved or same by recycled coarse aggregate replacement ratios, when compared with natural aggregate. But slump of RAC was decreased as the recycled fine aggregate replacement ratios increase. Also, the test results showed that the compressive strength was decreased as the recycled aggregate replacement ratios increased and it had a conspicuous tendency to decrease when the content of the recycled aggregate exceeded 50%. Furthermore, the result indicated that the measured carbonation depth increases by 40% with the increase of the recycled aggregate replacement. In the case of the concrete having low level compressive strength, the increase of carbonation depth tends to be higher when using the RCA. However, the trend of carbonation resistivity in high level compressive strength concrete is similar to that obtained in natural aggregate concrete. Therefore, an advance on the admixture application and mix ratio control are required to improve the carbonation resistivity when using the recycled aggregate in large scale.

순환골재의 사용성 확대를 위한 연구: 원심력콘크리트로의 적용

심종성,박철우,박성재,김현중,김태광,이만석,Sim, Jong-Sung,Park, Cheol-Woo,Park, Sung-Jae,Kim, Hyun-Jung,Kim, Taeg-Wang,Lee, Man-Suk 한국건설순환자원학회 2006 한국건설순환자원학회지 Vol.2 No.1

순환골재의 생산기술이 향상됨에 따라 순환골재를 사용한 순환골재콘크리트의 품질은 일반골재를 사용한 콘크리트의 품질과 경쟁할 수 있는 수준으로 향상되었다. 따라서 순환골재를 구조부재에 사용하는 것은 가능할 것으로 예상되고 있다. 그러나 대부분의 연구들은 순환골재을 사용한 콘크리트의 강도, 내구성 등의 기초적인 연구에만 집중되고 있다. 본 연구에서는 순환골재의 구조부재로서의 사용처 확대를 위하여, 순환굵은골재 및 순환잔골재의 다양한 혼입률(순환굵은골재: 0%, 20%, 40%, 60%, 100%; 순환잔골재 0%, 30%, 60%, 100%)에 따른 원심력콘크리트의 강도 특성을 검증하고자 하였다. 또한 원심력콘크리트의 품질 및 성능향상을 기대하며 특수 가공된 셀룰로오스섬유의 다양한 혼입에 따른 강도특성을 검증하였다. 실험결과, 일반굵은골재와 순환잔골재을 혼입한 시험체(NR 시험체)의 강도는 72MPa로써 일반굵은골재와 일반잔골재를 사용한 기준시험체(NN 시험체)의 강도 74MPa과 유사한 수준을 나타내었다. 따라서 순환잔골재는 고강도 원심력콘크리트 제품에 100% 혼입사용이 가능한 것으로 판단된다. 또한 특수 가공 처리된 셀룰로오스섬유를 혼입한 모든 시험체의 강도는 약 70MPa로 측정되었으나, 섬유 혼입량이 증가할수록 시험체의 강도는 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 특수 가공 처리된 셀룰로오스섬유는 원심력콘크리트 제품에 충분히 적용 가능 한 것으로 판단된다. Along with recent improvement of recycling technique, the quality of the recycled concrete aggregate have become very competitive to the natural concrete aggregate. Therefore, a practical use of the recycled concrete aggregate may be possible for structural members. Majority studies about the recycled concrete aggregate was emphasized a limitation of fundamental study concerned with a strength characteristics and durability of the recycled aggregate concrete, there is use for the structural members. Therefore, for the extension of application of recycled concrete aggregate, this investigation verifies the strength characteristics recycled concrete aggregate of the spun-concrete products with various coarse and fine recycled aggregate replacement ratio(coarse recycled aggregate: 0%, 20%, 40%, 60%, 100%; fine recycled aggregate: 0%, 30%, 60%, 100%) and with addition of cellulose fibers(0%, 0.01%, 0.03%, 0.05%, 0.08%). From the test results, The strength of spun concrete used with recycled aggregate [NR specimen], was measured as 72MPa, was found to be very approximately to the strength of spun concrete used with the natural aggregate(NN specimen), was measured as 74MPa, when only fine aggregate was replaced with the recycled. Therefore, the fine recycled concrete aggregate can be successfully used in the spun high strength concrete product. The compressive strength of all specimens used the specialty cellulose fiber were measured as about 70M Pa, however, the increasement of the specialty cellulose fiber content is showed to decrease compressive strength of spun concrete. Therefore, it is anticipated that the specialty cellulose fiber can be applied to the various spun concrete products.

초임계이산화탄소를 이용한 폐콘크리트 순환골재의 중성화

정철우(Chul-woo Chung),이민희(Minhee Lee),김선옥(Seon-ok Kim),김지현(Jihyun Kim) 대한자원환경지질학회 2017 자원환경지질 Vol.50 No.4

본 연구에서는 초임계 CO 2 (scCO 2 )를 이용하여 폐콘크리트 순환골재와 반응한 용출수의 pH를 9.8 이하로 유지시켜 (중성화) 재활용할 수 있는 기술을 개발하기 위한 실내 배치실험을 수행하였다. 실험재료로는 건설폐기물중간처리업체 에서 제공받은 세 종류의 순환골재를 사용하였으며, 각 종류별로 골재 입자크기 별로 선별하여 총 7개의 시료를 사용 하였다. 먼저 scCO 2 -물-순환골재 반응에 의해 순환골재의 pH가 지속적으로 낮게 유지되는지를 확인하는 반응실험을 수행하였다. 스테인레스강철로 만들어진 고압셀(150 mL 용량)에 테플론 비이커를 고정시킨 후, 3차 증류수 70 mL와 순환골재 시료 35 g을 혼한한 후 고압용 오븐과 고압시린지 펌프 및 압력조절 장치를 이용하여 10 MPa(100 bar),50 o C 조건에서 50일간 반응시켰다. 반응시간(1, 5, 10, 15, 30, 50일)에 따른 증류수의 pH, 용존 양이온과 음이온 농도를 측정하였다. scCO 2 반응에 의한 순환골재의 지화학적 및 광물학적 변화를 확인하기 위하여 반응 전/후 XRD, SEM-EDS 등의 분석을 실시하였다. 마지막으로 scCO 2 반응 후 순환골재의 용출수 pH 변화를 용출실험을 통하여 규명하였다. scCO 2 -물-순환골재 반응 결과, 반응 전 순환골재의 pH는 평균 12보다 높은 값을 나타내었으나, scCO 2 와반응한 지 1시간 경과 후 증류수의 pH는 7이하로 낮아졌고 반응 50일 까지 pH가 8 이하로 안정되게 유지되었다. 순환골재 종류와 관계없이 scCO 2 와의 용해 반응에 의해 수용액 내 Ca 2+ , Si 4+ , Mg 2+ , Na + 이온들의 농도가 증가하였 으며, scCO 2 반응 후 골재의 XRD, SEM-EDS 분석 결과, 다량의 방해석과 일부 무정형의 규산염과 수산화물이 침전 되었다. scCO 2 로 처리하지 않은 순환골재의 용출수 pH는 용출 시간에 관계없이 12-13을 유지하였으나, scCO 2 로 50 일 처리한 경우와 1일 처리한 순환골재의 경우 모두, 입자크기와 관계없이 용출수의 pH가 9이하를 유지하여 건설현 장에서 순환골재의 재활용이 가능할 것으로 판단되었다. Batch experiments were performed to develop the method for the pH reduction of recycled aggregate by using scCO 2 (supercritical CO 2 ), maintaining the pH of extraction water below 9.8. Three different aggregate types from a domestic company were used for the scCO 2 -water-recycled aggregate reaction to investigate the low pH maintenance of aggregate during the reaction. Thirty five gram of recycled aggregate sample was mixed with 70 mL of distilled water in a Teflon beaker, which was fixed in a high pressurized stainless steel cell (150 mL of capacity). The inside of the cell was pressurized to 100 bar and each cell was located in an oven at 50 o C for 50 days and the pH and ion concentrations of water in the cell were measured at a different reaction time interval. The XRD and SEM-EDS analyses for the aggregate before and after the reaction were performed to identify the mineralogical change during the reaction. The extraction experiment for the aggregate was also conducted to investigate the pH change of extracted water by the scCO 2 treatment. The pH of the recycled aggregate without the scCO 2 treatment maintained over 12, but its pH dramatically decreased to below 7 after 1 hour reaction and maintained below 8 for 50 day reaction. Concentration of Ca 2+ , Si 4+ , Mg 2+ and Na + increased in water due to the scCO 2 -water-recycled aggregate reaction and lots of secondary precipitates such as calcite, amorphous silicate, and hydroxide minerals were found by XRD and SEM-EDS analyses. The pH of extracted water from the recycled aggregates without the scCO 2 treatment maintained over 12, but the pH of extracted water with the scCO 2 treatment kept below 9 of pH for both of 50 day and 1 day treatment, suggesting that the recycled aggregate with the scCO 2 treatment can be reused in real construction sites.

순환잔골재를 활용한 콘크리트의 물리·역학적 특성에 관한 실험적 연구

김정호,성종현,이승엽,권구혁,이세현 한국건설순환자원학회 2017 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.5 No.4

본 연구에서는 KS F 2573 콘크리트용 순환골재 기준에 적합한 순환잔골재의 치환율에 따른 콘크리트 특성을 검토하였다. 물리적특성으로 슬럼프, 공기량, 경시변화, 압축강도에 대한 연구를 수행하였으며, 순환잔골재 재활용 활성화를 위한 기초자료를 제공하고자 한다. 슬럼프 경시변화 실험 결과 순환잔골재의 치환율 증가에 따라 슬럼프 경시변화 감소율은 커지는 것으로 나타났다. 공기량 측정 결과 순환잔골재의 치환율 증가에 따라 공기량 또한 증가하는 것으로 나타났으며, 경시변화의 경우 공기량 감소율은낮아지는 것을 확인하였다. 반면 100% 치환 시 천연골재콘크리트보다 높은 공기량을 나타내 강도저하가 발생할 것으로 사료된다. 압축강도의 실험 결과 순환잔골재 치환율 증가에 따라 강도저감이 발생했으며, 24MPa 배합 결과 30% 치환 시 천연골재콘크리트와 동등한 강도발현을 나타냈다. 위의 결과를 토대로 순환잔골재 30%치환 시 천연골재콘크리트와 동등한 물리적 특성을나타내 KS F 2573 콘크리트용 순환골재 기준에 적합한 순환잔골재 치환 시 목표강도 24MPa의 30%가 적합한 것으로 판단된다. 추후 순환골재의 사용 활성화를 위해 순환잔골재 개질을 통한 품질개선이 필요하며, 후속연구로서 개질된 순환잔골재를 이용한순환잔골재콘크리트의 물리적 특성 평가가 수행되어야 할 것으로 판단된다.

투수성 재생아스콘 제조를 위한 폐아스콘 순환골재의 특성분석

장영일,이종원,이완규,조효진,박승범,김윤용 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2014 No.-

최근 도심지의 노후 된 포장 재정비 및 지하매설물 굴착 복구로 인한 폐아스콘 발생량이 지속적으로 증가하고 있으며, 이러한 건설폐기물 처리의 심각성이 대두됨에 따라 자원순환을 위한 정부의 패러다임 전환 정책이 강화되고 이에 따른 산업인프라 구축이 활발히 진행되고 있다. 한편 폐아스콘 순환골재를 활용한 투수성 재생 아스콘 제조를 통해 탄소배출량 저감, 지하수자원 보존 및 집중호우로 인한 도심지 침수 방지에 효과적일 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 투수성 재생아스팔트 혼합물의 제조 및 역학적 특성 규명에 앞서 폐아스콘 순환골재의 물리적 특성을 분석하였다. 본 연구에서 사용되는 폐아스콘 순환골재는 G사에서 처리 및 생산된 골재로서 순환골재의 입도 크기별로 25~13mm, 13~8mm 및 8mm 이하의 것으로 분류하여 사용하였다. 25mm이하 폐아스콘 순환골재의 물리적 성질을 KS F 2503 「굵은골재의 밀도 및 흡수율 시험」에 준하여 분석한 결과 밀도 및 흡수율이 각각 2.62 g/cm3, 1.45%로 나타났다. 폐아스콘 순환골재의 품질은 KS F 2572 「아스팔트 콘크리트용 순환골재」에 준하여 실험하였으며, 구재아스팔트 함량 4.43%, 구재아스팔트 침입도(25℃, 1/10mm) 21, 씻기 시험에서 손실되는 양 1.0%, 유기이물질 0.07%, 무기이물질 0.11% 함유하는 것으로 나타나 아스팔트 콘크리트용 순환골재 품질규격에 적합한 것으로 확인되었다. 또한 폐아스콘 순환골재의 체가름시험 결과 골재입도는 25~13mm에서 25mm 100%, 20mm 85%, 13mm 72.5%, 10mm 54.6%, 5.0mm 39.6%, 2.5mm 27.3%, 0.6mm 15.9%, 0.3mm 11.5%, 0.15mm 7.3%, 0.08mm 2.8%, 골재입도 13~8mm에서 25~13mm 100%, 10mm 81.4%, 5.0mm 30.9%, 2.5mm 23.7%, 0.6mm 15.3%, 0.3mm 11.7%, 0.15mm 7.8%, 0.08mm 3.4%, 골재입도 8mm이하에서 25~10mm 100%, 5.0mm 93%, 2.5mm 74.5%, 0.6mm 41.9%, 0.3mm 29.6%, 0.15mm 19.1%, 0.08mm 6.9%의 체통과율이 확인되었으며, 향후 투수성 재생아스콘의 골재로 사용하기 위하여 입도별에 따른 투수성능 및 혼합물의 역학적 특성을 평가하여야 할 것으로 판단된다. 사사: 본 연구는 중소기업청에서 지원하는 2014년 자율편성형 도약기술개발사업(No.C0199796)의 지원으로 수행되었으며, 이에 관계자 여러분께 깊은 감사를 드립니다.

투수성 재생아스콘 제조를 위한 폐아스콘 순환골재의 특성분석

장영일,이종원,이완규,조효진,박승범,김윤용 한국폐기물자원순환학회 2014 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2014 No.11

최근 도심지의 노후 된 포장 재정비 및 지하매설물 굴착 복구로 인한 폐아스콘 발생량이 지속적으로 증가하고 있으며, 이러한 건설폐기물 처리의 심각성이 대두됨에 따라 자원순환을 위한 정부의 패러다임 전환 정책이 강화되고 이에 따른 산업인프라 구축이 활발히 진행되고 있다. 한편 폐아스콘 순환골재를 활용한 투수성 재생 아스콘 제조를 통해 탄소배출량 저감, 지하수자원 보존 및 집중호우로 인한 도심지 침수 방지에 효과적일 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 투수성 재생아스팔트 혼합물의 제조 및 역학적 특성 규명에 앞서 폐아스콘순환골재의 물리적 특성을 분석하였다. 본 연구에서 사용되는 폐아스콘 순환골재는 G사에서 처리 및 생산된 골재로서 순환골재의 입도 크기별로 25~13mm, 13~8mm 및 8mm 이하의 것으로 분류하여 사용하였다. 25mm이하 폐아스콘 순환골재의 물리적 성질을 KS F 2503 「굵은골재의 밀도 및 흡수율 시험」에 준하여 분석한 결과 밀도 및 흡수율이 각각 2.62 g/cm3, 1.45%로 나타났다. 폐아스콘 순환골재의 품질은 KS F 2572 「아스팔트 콘크리트용 순환골재」에 준하여 실험하였으며, 구재아스팔트 함량 4.43%, 구재아스팔트 침입도(25℃, 1/10mm) 21, 씻기 시험에서 손실되는 양 1.0%, 유기이물질 0.07%, 무기이물질 0.11% 함유하는 것으로 나타나 아스팔트 콘크리트용 순환골재 품질규격에 적합한 것으로 확인되었다. 또한 폐아스콘 순환골재의 체가름시험 결과 골재입도는 25~13mm에서 25mm 100%, 20mm 85%, 13mm 72.5%, 10mm 54.6%, 5.0mm 39.6%, 2.5mm 27.3%, 0.6mm 15.9%, 0.3mm 11.5%, 0.15mm 7.3%, 0.08mm 2.8%, 골재입도 13~8mm에서 25~13mm 100%, 10mm 81.4%, 5.0mm 30.9%, 2.5mm 23.7%, 0.6mm 15.3%, 0.3mm 11.7%, 0.15mm 7.8%, 0.08mm 3.4%, 골재입도 8mm이하에서 25~10mm 100%, 5.0mm 93%, 2.5mm 74.5%, 0.6mm 41.9%, 0.3mm 29.6%, 0.15mm 19.1%, 0.08mm 6.9%의 체통과율이 확인되었으며, 향후 투수성 재생아스콘의 골재로 사용하기 위하여 입도별에 따른 투수성능 및 혼합물의 역학적 특성을 평가하여야 할 것으로 판단된다.

탄산화반응 순환골재의 pH저감특성에 대한 실험적 연구

박동철,이정우,황무연 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2014 No.-

국내 건설폐기물의 재활용 촉진으로 인해 순환골재의 사용이 증가되고 상황에서 물의 접근이 용이한 수변지역 등에 순환골재를 사용 시 알칼리수 용출에 의한 토양과 지하수오염의 환경문제가 지속적으로 제기되고 있다. 이러한 환경문제 방지 대안으로 순환골재의 알칼리수 용출 저감을 위한 환경관리기준이 마련되어 있으며 이와 관련해서 2013년 “건설폐기물 재활용촉진에 관한 법률 시행령” 에 따라 “순환골재를 배수층 설치용으로 사용할 때에는 수소이온농도지수(pH) 9.8이하인 순환골재를 사용” 하는 것으로 한정하고 있다. 국내에서는 순환골재의 용출수 저감을 위해 순환골재 생산 시 파쇄, 박리 등의 기술을 이용해 순환골재 표면의 알칼리 용출 요인을 제거하고 있으나 알칼리수 용출수 pH저감 효과가 낮으며, 일부에서는 순환골재 사용 시 반복세척 공정을 적용하고 있으나 이 또한 pH저감 효과가 미미한 것으로 나타났다. 따라서 순환골재의 활용증대와 순환골재 사용에 따른 알칼리 용출수에 의한 환경오염문제 해결을 위해 순환골재 pH저감 기술에 대한 연구가 필요한 것으로 판단된다. 본 연구에서는 순환골재에 탄산화반응 처리를 통해 CO₂ 활용과 용출수의 pH저감특성에 대해 평가하였다. 그 결과 탄산화반응 촉매를 사용하여 탄산화 처리한 순환골재의 용출수는 pH 9.8이하인 것으로 확인되었다. 이에 따라 CO₂ 활용 탄산화반응 처리한 순환골재는 배수층 설치용도로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

초임계이산화탄소-물-골재 반응을 이용한 폐모르타르와 순환골재의 중성화 처리

김태형,이진균,정철우,김지현,이민희,김선옥,Kim, Taehyoung,Lee, Jinkyun,Chung, Chul-woo,Kim, Jihyun,Lee, Minhee,Kim, Seon-ok 대한자원환경지질학회 2018 자원환경지질 Vol.51 No.4

기존 연구에서 초임계$CO_2$($scCO_2$)-물-순활골재 반응을 이용한 폐콘크리트 순환골재의 중성화(pH 저감) 처리에서 가장 문제시되었던 오랜 처리시간의 한계(최대 50일)를 최소 3시간까지 단축하는 배치실험과 칼럼실험을 수행하였다. 모르타르(골재를 포함하지 않은 시멘트+모래 혼합체)와 모르타르에 골재를 포함하는 2 종류의 순환골재를 실험에 사용하였다. 입자 크기별로 분류한 세 종류의 폐모르타르 시료에 대하여 $scCO_2$-물-폐모르타르 반응 시간을 1시간부터 24시간까지 다하게 설정하여 반응시킨 후, 폐모르타르의 pH가 지속적으로 9.8 이하로 낮게 유지되는 최소 반응시간을 결정하는 용출 배치실험을 실시하였다. 실제 현장에서 다량의 순환골재를 중성화 처리하는 경우 비평형상태에서 용출이 발생하는데, 이러한 kinetic 효과를 고려한 순환골재의 실제 pH 저감 효율을 측정하고자 대형 칼럼 연속 용출 실험을 실시하였다. 배치실험의 경우, 고압셀 내부에서 3차 증류수 70 mL와 순환골재 시료 35 g을 혼합한 후 100 bar, $50^{\circ}C$ 조건에서 1시간 ~ 24시간 동안 반응시켜 중성화 처리하였다. 처리 후 건조시킨 폐모르타르 시료 10 g + 증류수 50 ml의 비율(1:5 비율)로 혼합하여 10분 동안 150 rpm으로 교반한 후 정치시키고, 총 15일 동안 용출시간 별로 용출수의 pH를 측정하였다. 중성화 처리 후 순환골재의 광물학적 변화를 확인하기 위하여 처리 전/후 XRD, TG/DTA 등의 분석을 실시하였다. 대형 칼럼(직경 16 cm, 높이 1 m) 용출실험을 위해 순환골재 2 종류를 대상으로 3시간 동안 중성화 처리한 순환골재와 처리하지 않은 순환골재로 칼럼을 충진한 후, 증류수를 칼럼 상부에 설치된 스프링클러를 통하여 일정하게 총 220 L를 주입하였다. 칼럼에 충진된 순환골재를 통과하여 하부로부터 유출되는 유출수의 pH와 $Ca^{2+}$ 농도를 시간별로 측정하였다. 배치실험 결과 폐모르타르 시료(직경 10 ~ 13 mm)의 경우 3시간의 중성화 처리에 의해 용출액의 pH가 법적 허용기준인 9.8이하를 유지하는 것으로 나타났다. $scCO_2$ 반응 후 골재의 XRD, TG/DTA 분석 결과, 중성화 처리에 의해 시멘트 모르타르의 주성분인 포틀랜다이트($Ca(OH)_2$) 성분이 감소한 반면 방해석($CaCO_3$)이 2차 광물로 생성됨을 알 수 있었다. 칼럼 실험 결과 중성화 처리한 순환골재의 용출수는 kinetic 효과를 고려한 경우에도 굵은골재와 잔골재 모두 용출수의 pH가 9.8 이하로 유지되어, $scCO_2$를 이용한 순환골재의 3시간 중성화 처리에 의해 건설현장에서 재활용이 가능한 것으로 밝혀졌다. The batch and column experiments were performed to overcome the limitation of the neutralization process using the $scCO_2$-water-recycled aggregate, reducing its treatment time to 3 hour. The waste cement mortar and two kinds of recycled aggregate were used for the experiment. In the extraction batch experiment, three different types of waste mortar were reacted with water and $scCO_2$ for 1 ~ 24 hour and the pH of extracted solution from the treated waste mortar was measured to determine the minimum reaction time maintaining below 9.8 of pH. The continuous column experiment was also performed to identify the pH reduction effect of the neutralization process for the massive recycled aggregate, considering the non-equilibrium reaction in the field. Thirty five gram of waste mortar was mixed with 70 mL of distilled water in a high pressurized stainless steel cell at 100 bar and $50^{\circ}C$ for 1 ~ 24 hour as the neutralization process. The dried waste mortar was mixed with water at 150 rpm for 10 min. and the pH of water was measured for 15 days. The XRD and TG/DTA analyses for the waste mortar before and after the reaction were performed to identify the mineralogical change during the neutralization process. The acryl column (16 cm in diameter, 1 m in length) was packed with 3 hour treated (or untreated) recycled aggregate and 220 liter of distilled water was flushed down into the column. The pH and $Ca^{2+}$ concentration of the effluent from the column were measured at the certain time interval. The pH of extracted water from 3 hour treated waste mortar (10 ~ 13 mm in diameter) maintained below 9.8 (the legal limit). From XRD and TG/DTA analyses, the amount of portlandite in the waste mortar decreased after the neutralization process but the calcite was created as the secondary mineral. From the column experiment, the pH of the effluent from the column packed with 3 hour treated recycled aggregate kept below 9.8 regardless of their sizes, identifying that the recycled aggregate with 3 hour $scCO_2$ treatment can be reused in real construction sites.