휴·폐광산 광미를 자기충전 콘크리트용 혼화재료로 활용하기 위한 품질 특성 연구 = (An) Experimental Study on the Quality of Tailings from Abandoned Mine Land for Utilization as Self-Compacting Concrete Admixture

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 휴·폐광산에 적치되어 있는 광미를 콘크리트용 혼화재료(분체계 혼화재료)로 활용하기 위한 연구의 일환으로 광미의 품질특성 및 유변학적 특성을 검토한 후 모르타르 및 자기충전콘크리트를 제조하여 혼합률에 따른 특성에 대하여 고찰하였다. 연구 결과는 다음과 같다.
첫째, 상동지역 구광미 적치장의 수직시추결과 pH는 심부로 갈수록 증가되는 경향이 나타났고, 수분함량은 15-25% 범위, 강열감량은 1-4% 범위로 나타났으며, 심도에 따른 입자크기는 평균 10-30㎛로 분석되었다. 또한, 화학성분은 심도별로 미소한 차이는 있으나 SiO_(2)는 50%, Al_(2)O_(3)와 Fe_(2)O_(3)는 각각 13% 정도로 나타났다.
둘째, 광미 혼합률 증가에 따라 페이스트의 구속수비, 변형계수 및 평균소성점도는 비례적으로 감소하는 경향이 나타났고, 항복응력은 모든 배합에서 유사한 결과값이 나타났으며 가상수막두께는 증가하는 결과가 나타났다. 또한, 응결시험 결과 최대 30% 혼합할 경우 초결은 약 28%, 종결은 약 18%의 응결지연이 나타났다.
셋째, 광미를 혼합한 모르타르의 Cd, Zn, Cu 및 Pb는 유해물질 함유 기준값 보다 낮게 나타났고, 플로우비와 압축강도는 광미의 혼합률 증가에 따라 비례적으로 감소하는 경향이 나타났다.
넷째, 광미를 혼합한 자기충전 콘크리트의 유동성은 감소하는 경향이 나타났으나 재료분리 저항성 및 충전성은 모두 목표의 범위를 만족하는 것으로 나타났다. 또한, 재령별 압축강도는 감소하는 경향이 나타났고, 압축강도와 쪼갬인장강도 및 탄성계수와의 관계는 보통 콘크리트의 특성과 유사하게 나타났다. 한편, 중성화 깊이는 혼합률 증가에 따라 점차 증가하는 경향이 나타났다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, the tailings, which have been taken at the abandoned mine land, was considered to utilize as admixture for concrete. Therefore, its quality and rehlological properties were investigated. The fresh and hardened properties of mortar and self-compacted concrete mixed with tailings were discussed also.
The result of this study are as followings:
First, the pH of tailings increased as the sampling depth increase. The water content ratio and of L.O.I of tailings were 15-25%, 1-4% repectively, and mean particle size was 10-30㎛. In addition to, its chemical composition was a little depended on the sampling depth in general SiO_(2) was 50%, and Al_(2)O_(3), Fe_(2)O_(3) were 13% respectively.
Second, in case of cement paste mixed with tailings, entrapped water ratio, transformation modulus and mean plastic viscosity were decreased with increasing the mixing ratio of tailings. Yield stress has the similar result in all mixing and thickness of peseudo water film was increased. In addition to, when tailings was contained 30% by unit volumetric cement, the initial and final set were retarded about 28% and 18% respectively in comparison with that of control paste.
Third, Cd, Zn, Cu and Pb in cement mortar mixed with tailings were detected less than the guide line value for waste material. Flow value and compressive strength of mortar was linearly decreased with increasing the mixing ratio of tailings.
Fourth, in case of Self-Compacting Concrete mixed with tailings, slump-flow was decreased with increasing the mixing ratio of tailings. However, reaching time slump-flow of 500mm, V-funnel and U-box were satisfied with a prescribed range. The compressive strength was decreased with increasing the mixing ratio of tailings, Splitting tensile strength and stastic modulus were similar to those of normal concrete. And carbonation depth was increased with increasing the mixing ratio of tailings.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = I
• 국문요약 = VII
• Ⅰ. 서론 = 1
• 1.1 연구배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구내용 및 방법 = 3
• Ⅱ. 연구 동향 = 4
• 2.1 휴·폐광산 지역의 오염과 문제점 = 4
• 2.1.1 광산활동에 의해 발생되는 폐기물 = 5
• 2.1.2 광산활동에 의해 발생되는 산성광산배수 = 6
• 2.1.3 중금속 오염의 영향 = 7
• 2.2 휴·폐광산의 오염방지 및 기술개발현황 = 9
• 2.3 자기충전 콘크리트 = 11
• Ⅲ. 실험 개요 = 13
• 3.1 사용재료 = 13
• 3.1.1 시멘트 및 고로슬래그 미분말 = 13
• 3.1.2 광미(Tailings) = 13
• 3.1.3 화학 혼화제 = 15
• 3.1.4 골재 = 15
• 3.2 실험방법 = 16
• 3.2.1 시추심도별 광미의 품질 시험 = 16
• 3.2.2 광미를 혼합한 페이스트 시험 = 16
• (1) 유변학적 특성 시험 = 16
• (2) 응결 시험 = 21
• 3.2.3 광미를 혼합한 모르타르 시험 = 21
• (1) 중금속 용출 시험 = 21
• (2) 플로우 시험 = 22
• (3) 압축강도 시험 = 23
• 3.2.4 콘크리트 시험 = 23
• (1) 자기충전 콘크리트의 성능 시험 = 23
• (2) 굳지 않은 자기충전 콘크리트 배합 = 24
• (3) 압축강도, 쪼갬인장강도 및 정탄성계수 시험 = 26
• (4) 중성화 시험 = 26
• Ⅳ. 실험결과 및 고찰 = 28
• 4.1 시추심도별 광미의 품질 특성 = 28
• 4.1.1 pH, 수분함량 및 강열감량 = 28
• 4.1.2 입도분포 = 30
• 4.1.3 화학성분 및 XRD분석 = 30
• 4.2 광미를 혼합한 페이스트 특성 = 33
• 4.2.1 유변학적 특성 = 33
• (1) 구속수비 및 변형계수 = 33
• (2) 항복응력, 평균소성점도 및 가상수막두께 = 35
• 4.2.2 응결 특성 = 43
• 4.3 광미를 혼합한 모르타르 특성 = 44
• 4.3.1 중금속 용출 특성 = 44
• 4.3.2 유동 특성 = 46
• 4.3.3 강도 특성 = 47
• 4.4 광미를 혼합한 자기충전 콘크리트 특성 = 51
• 4.4.1 자기충전 성능 특성 = 51
• (1) 유동성 = 51
• (2) 재료분리 저항성 = 55
• (3) 충전성 = 56
• (4) 자기충전 콘크리트의 배합조정 = 57
• 4.4.2 역학적 특성 = 60
• (1) 압축강도 = 60
• (2) 쪼갬인장강도 및 정탄성계수 = 61
• 4.4.3 중성화 = 61
• Ⅴ. 결론 = 65
• 참고문헌 = 67
• Abstract = 71