표제지
목차
ABSTRACT 8
제1장 서론 14
1.1. 연구배경 14
1.2. 연구목적 17
1.3. 연구방법 및 범위 18
제2장 소각재 인공골재 제조를 위한 문헌 연구 21
2.1. 개요 21
2.2. 소각재의 특성 및 처리공정 22
2.2.1. 소각재의 특성 22
2.2.2. 소각재의 처리공정 36
2.3. 중금속의 용출 47
2.3.1. 중금속 용출의 메카니즘 47
2.4. 인공골재의 종류와 분류 49
2.4.1. 인공골재의 종류와 분류 49
2.4.2. 인공골재의 제조이론 51
2.4.3. 구상화(球狀化)이론 고찰 52
2.4.4. 인공골재의 제조공정 고찰 53
제3장 소각재를 이용한 상온경화형 인공골재의 특성 56
3.1. 개요 56
3.2. 비산재를 혼입한 경화체 제조 57
3.2.1. 사용재료 57
3.2.2. 실험방법 59
3.2.3. 실험결과 및 고찰 60
3.3. 소각재를 이용한 상온인공골재의 제조 72
3.3.1. 성형 72
3.3.2. 바닥재를 이용한 상온 경화형 골재의 제조 81
3.3.3. 비산재를 이용한 골재의 제조 82
3.4. 소각재를 이용한 상온경화형 인공골재의 품질특성 83
3.4.1. 골재의 외형 83
3.4.2. 가경식 드럼형 성형기를 이용한 골재의 입도 84
3.4.3. 인공골재의 품질특성 86
3.5. 결어 101
제4장 소각재를 이용한 고온소성 인공골재 제조 104
4.1. 개요 104
4.2. 실험방법 105
4.2.1. 사용재료 105
4.2.2. 배합비의 결정 106
4.2.3. 골재의 성형 107
4.2.4. 소성 109
4.3. 실험결과 및 고찰 110
4.3.1. 원료 특성 및 배합비 110
4.3.2. 혼합 121
4.3.3. 골재의 성형 123
4.3.4. 골재의 소성 127
4.3.5. 소각재를 이용한 고온소성 인공경량골재 품질 146
4.3.6. 부원료의 혼입에 따른 골재의 품질 150
4.3.7. 산화피막 형성에 의한 융착현상의 방지 154
4.3.8. 각종 제조 조건 변화에 따른 골재의 품질 변화 158
4.3.9. 제조된 골재의 용출시험에 의한 분석결과 163
4.4. 결어 164
제5장 소각재를 골재로 이용한 콘크리트 적용 167
5.1. 개요 167
5.2. 소각 바닥재(5∼13mm)의 콘크리트 골재로서의 활용성 평가 168
5.2.1. 실험계획 및 방법 168
5.2.2. 실헙결과 및 고찰 170
5.3. 소각재 골재를 이용한 콘크리트 압축강도 173
5.3.1. 실험계획 및 방법 173
5.3.2. 실험결과 및 고찰 176
5.4. 결어 183
제6장 결론 186
참고문헌 189
표 2.2.1. 일본 일반 쓰레기의 Pb와 Cd의 농도 (Paper, Glass, metal) 23
표 2.2.2. 일본 쓰레기의 Pb와 Cd의 농도(Plastic) 24
표 2.2.3. 소각재의 물리적 특성 25
표 2.2.4. 소각재의 주성분 분석 결과 30
표 2.2.5. 소각재의 미량성분 분석 결과 30
표 2.2.6. 소각재의 pH 측정 결과 31
표 2.2.7. 소각재의 중금속 용출실험 결과 34
표 2.2.8. 바닥재의 입경에 따른 중금속 용출실험 결과 36
표 2.2.9. 시멘트 종류와 특징 38
표 2.2.10 포틀랜드 시멘트 화�d물의 조성 및 성질 39
표 2.2.11. 중금속 고정능력 40
표 2.2.12. 유해중금속 화�d물의 안정화된 최종화�d물 41
표 2.2.13. 용융고화 방식의 분류 46
표 2.2.11. 도시쓰레기 비산재의 처리 방법 47
표 2.4.1. 제조방법에 따른 인공골재의 분류 50
표 3.2.1. 시멘트의 물리적 특성 57
표 3.2.2. 시멘트의 화학적 특성 57
표 3.2.3. FA 및 PSA의 물리·화학적 특징 58
표 3.2.4. 고로슬래그 미분말 및 폐석고의 물리·화학적 특징 58
표 3.2.5. 시멘트에 비산재를 치환한 경화체의 배합비 59
표 3.2.6. 경화체 제조를 위한 배합비 60
표 3.2.7. 중금속 용출실험 결과 69
표 3.3.1. 골재의 성형 방식별 장단점 75
표 3.3.2. 가경식 드럼형으로 제조된 성형골재의 성형강도 (18" Drop test) 78
표 3.3.3. 바닥재 이용 골재의 성형 배합비 81
표 3.3.4. 비산재 이용 골재의 성형 배합비 82
표 3.3.5. 골재의 품질시험 방법 86
표 3.4.2. 바닥재 이용 골재의 중금속 용출실험 결과(28일 양생) 92
표 3.4.3. 바닥재 이용 골재의 중금속 용출실험 결과(500일 폭로양생) 93
표 3.4.4. 비산재 이용 골재의 중금속 용출실험 결과(28일) 99
표 3.4.6. 비산재 이용 골재의 중금속 용출실험 결과(500일 폭로양생) 100
표 4.2.1. 디스크 타입 성형기의 사양 108
표 4.2.2. 로타리킬른의 사양 및 구성 109
표 4.3.1. 주원료의 화학적 조성 112
표 4.3.2. 부원료의 화학적 조성 112
표 4.3.3. 박포제의 물리적특성 112
표 4.3.4. 각종 원료의 입도 121
표 4.3.5. 배합비에 따른 적정 함수율 124
표 4.3.6. Disk type Pelletizing의 원료 조건 125
표 4.3.7. Disk type Pelletizing의 원료 조건 125
표 4.3.8. Disk의 Slope 및 RPM에 따른 골재의 입도 126
표 4.3.9. Disk type으로 제조된 성형골재의 성형강도 (18" Drop test) 126
표 4.3.10. 배합표 (바닥재와 비산재의 치환) 131
표 4.3.11. 배합표 (하수 슬러지 첨가량 변화) 136
표 4.3.12. 로타리킬른의 사양 및 구성 140
표 4.3.13. Kiln 용적의 8%를 채우기 위한 조건 144
표 4.3.14. 인공경량골재 제조조건 및 골재의 물성(Extrusion type) 147
표 4.3.15. 인공경량골재 제조(Disk type) 149
표 4.3.16. 부원료의 변화에 따른 골재의 배합 150
표 4.3.16. 인공경량골재의 용출실험 결과 163
표 5.2.1. 본 실험에 사용된 골재의 물리적 특성 168
표 5.2.2. 바닥재 조립분의 치환에 따른 콘크리트 배합 169
표 5.2.3. 굳지않은 콘크리트의 시험방법 169
표 5.3.1. 본 실험에 사용된 골재의 물리적 특성 173
표 5.3.2. 인공골재 치환에 따른 콘크리트 배합 175
표 5.3.3. 굳지않은 콘크리트의 시험 방법 176
그림 1.1. 본 연구의 흐름 19
그림 2.2.1. 소각로에서의 Pb의 거동 22
그림 2.2.2. A소각장 바닥재의 입도 분포 26
그림 2.2.3. A소각장 비산재의 입도 분포 26
그림 2.2.4. 소각재 27
그림 2.2.5. 비산재의 전자현미경 관찰 27
그림 2.2.6. A소각장 바닥재의 전자형미경 관찰 28
그림 2.2.7. A소각장 바닥재의 EDS 분석 결과 28
그림 2.2.8. 소각재의 XRD 분석결과 (Part 1) 32
그림 2.2.8. 소각재의 XRD 분석결과 (Part 2) 33
그림 2.2.9. 시멘트 고화법 38
그림 2.2.10. 시멘트의 수화과정 42
그림 2.2.11. 화학약품 처리공정 43
그림 2.2.12. 산 추출법 처리공정 44
그림 2.2.13. 용융고화법 46
그림 2.3.1. 중금속 용출 개념도 48
그림 2.4.1. 골재입자성장 단계 53
그림 2.4.2. 인공골재의 제조공정(소성골재) 53
그림 3.2.1. 인산석고와 고로슬래그를 이용한 경화체의 XRD 분석 결과 61
그림 3.2.2. 비산재 혼입 경화체의 단위용적중량과 Flow 62
그림 3.2.3. 비산재의 시멘트 치환에 따른 경화체의 압축강도 63
그림 3.2.4. 무기계 바인더를 이용한 비산재 경화체의 압축강도 64
그림 3.2.5. 경화체의 팽창 균열 및 박락 65
그림 3.2.6. OPC만을 이용한 비산재 경화체(LF2) 66
그림 3.2.7. 고로슬래그와 인산석고를 이용한 비산재 경화체(LF5) 67
그림 3.2.8. 고로슬래그, 인산석고 및 플라이애쉬를 이용한 비산재 경화체(LF8) 67
그림 3.2.9. 경화체의 내산성 실험결과 70
그림 3.3.1. 가경식 드럼형 골재성형기 73
그림 3.3.2. 디스크 성형타입 골재 성형기 73
그림 3.3.3. 압출 성형타입 골재성형기 74
그림 3.3.4. 압출롤러 타입 골재 성형기 74
그림 3.3.5. 가경식 드럼형 방식 골재 성형체 76
그림 3.3.6. 디스크 성형방식 골재 성형체 76
그림 3.3.7. 압출사출 방식 골재 성형체 77
그림 3.3.8. 압출롤러 방식 골재 성형체 77
그림 3.3.9. 제조된 상온경화형 인공골재 (Part 1) 79
그림 3.3.9. 제조된 상온경화형 인공골재 (Part 2) 80
그림 3.4.1. 소각재를 이용한 골재의 외관 83
그림 3.4.2. 소각재를 이용한 골재이 단면 그림 83
그림 3.4.3. 소각재 이용 골재의 내부 및 피복부 전자현미경 그림 84
그림 3.4.4. 소각재를 이용한 골재의 입도분포 곡선 85
그림 3.4.5. 바닥재 이용 골재의 종류에 따른 밀도 87
그림 3.4.6. 바닥재 이용 골재의 종류에 다른 단위용적중량 88
그림 3.4.7. 바닥재 이용 골재의 종류에 따른 실적율 88
그림 3.4.8. 바닥재 이용 골재의 종류에 따른 마모율 89
그림 3.4.9. 바닥재 이용 골재의 종류에 따른 파쇄율 90
그림 3.4.10. 바닥재 이용 골재의 종류에 다른 충격율 91
그림 3.4.11. 골재의 품질시험 장치 91
그림 3.4.12. 비산재 이용 골재의 종류에 따른 밀도 94
그림 3.4.13. 비산재 이용 골재의 종류에 따른 흡수율 95
그림 3.4.14. 비산재 이용 골재의 종류에 따른 단위용적중량 96
그림 3.4.15. 비산재 이용 골재의 종류에 따른 실적율 96
그림 3.4.16. 비산재 이용 골재의 종류에 따른 마모율 97
그림 3.4.17. 비산재 이용 골재의 종류에 따른 파쇄율 98
그림 3.4.18. 비산재 이용 골재의 종류에 따른 충격율 98
그림 4.2.1. 바닥재 및 점토 분쇄기 106
그림 4.2.2. Extrusion type성형기 107
그림 4.2.3. 디스크 타입 성형기 108
그림 4.2.4. 디스크 타입 성형기를 이용한 골재 제조 장면 108
그림 4.2.5. 성형된 골재의 실외건조 109
그림 4.2.6. 성형된 골재의 건조기 투입 109
그림 4.2.8. 소성장치 개략도 110
그림 4.3.1. 인공골재 소성시 발포에 적합한 화학조성 및 각종원료의 화학조성 111
그림 4.3.2. A지역의 월별 하수슬러지 유기물함량과 발열량 114
그림 4.3.3. B지역의 월별 하수슬러지 유기물함량과 고위발열량 114
그림 4.3.4. C지역의 월별 하수슬러지 유기물함량과 고위발열량 115
그림 4.3.5. D지역의 월별 하수슬러지 유기물함량과 고위발열량 115
그림 4.3.6. E지역의 월별 하수슬러지 유기물함량과 고위발열량 116
그림 4.3.7. F지역의 월별 하수슬러지 유기물함량과 고위발열량 116
그림 4.3.8. G지역의 월별 하수슬러지 유기물함량과 고위발열량 117
그림 4.3.9. Y군 지역의 점토 XRD 118
그림 4.3.10. I시 지역의 점토 XRD 118
그림 4.3.11. Y군 지역의 점토 DTA 119
그림 4.3.12. I시 지역의 점토 DTA 119
그림 4.3.13. 하수슬러지의 XRD 120
그림 4.3.14. 하수슬러지의 TG-DTA 120
그림 4.3.15. Sigma type Mixer 122
그림 4.3.16. 강제식 Pan type Mixer 122
그림 4.3.17. Disk의 Slope 및 RPM에 따른 성형골재의 입도 126
그림 4.3.18. 전기로를 이용한 소성순서 127
그림 4.3.19. 비산재 치환율에 따른 밀도 변화 129
그림 4.3.20. 하수슬러지 첨가량에 따른 밀도변화 129
그림 4.3.21. 용융 발포 구조 130
그림 4.3.22. 수축 소결 구조 130
그림 4.3.23. 전기로에서의 소성조건 131
그림 4.3.24. 배합비에 따른 소성골재의 외관 134
그림 4.3.25. 배합비에 치환에 따른 SEM 그림 135
그림 4.3.26. 승온 속도의 변화에 따른 골재의 SEM 그림 136
그림 4.3.27. 하수슬러지를 다량 혼입한 소성골재의 SEM 그림 138
그림 4.3.28. 이상적인 온도곡선과 Kiln Design 139
그림 4.3.29. 노내 온도구배 측정장치 및 위치 141
그림 4.3.30. Kiln 내부의 온도구배 측정결과 142
그림 4.3.31. 공기/가스 당량비 143
그림 4.3.32. 킬른 내 용적 8%를 공금하기 위한 조건 145
그림 4.3.33. 압출성형기를 이용한 인공경량골재의 밀도-강도 148
그림 4.3.34. Disk type으로 제조된 골재의 밀도-강도 149
그림 4.3.35. 비산재 치환율에 따른 소성체의 밀도 및 흡수율 151
그림 4.3.36. 비산재 치환율에 따른 소성체의 밀도 및 파쇄강도 151
그림 4.3.37. 슬러지 혼입율에 따른 강도 및 파쇄강도 152
그림 4.3.38. 인공경량골재의 미세구조(슬러지 혼입에 따른) 153
그림 4.3.39. 강도중진재 혼입에 따른 밀도 및 파쇄강도 153
그림 4.3.41. 인공 경량골재의 미세구조 비교 156
그림 4.3.42. 융착방지를 위한 표면코팅 성형골재와 소성골재 157
그림 4.3.43. 조건의 변화에 따른 밀도 및 흡수율 158
그림 4.3.44. 파쇄율 시험장면 159
그림 4.3.45. 폐석고 코팅에 따른 파쇄율 160
그림 4.3.46. 충격률 시험장면 161
그림 4.3.47. 조건의 변화에 따른 충격률 162
그림 5.2.1. A소각장 5~13mm의 바닥재 조립분 168
그림 5.2.2. 바닥재 조립분 치환율에 따른 슬럼프 및 공기량의 변화 170
그림 5.2.3. (a) 바닥재 조립분의 치환에 따른 압축강도 172
그림 5.2.4. 바닥재 조립분의 치환에 따른 인장강도 172
그림 5.3.1. 소각재 골재 치환율에 따른 슬럼프의 변화 177
그림 5.3.2. 소각재 골재 사용에 따른 동일한 슬럼프에서의 물시멘트비 변화 177
그림 5.3.3. 소각재 골재 치환율에 따른 공기량 178
그림 5.3.4. 소각재 골재 치환율에 따른 콘크리트의 단위용적 중량 179
그림 5.3.5. 소각재 골재 종류에 따른 압축강도 180
그림 5.3.6. 동일 슬럼프시 당위수량 감소에 따른 압축강도 181
그림 5.3.7. 콘크리트 내부 SEM 관찰(소성골재) 181
그림 5.3.8. 상온경화형 소각재 골재를 이용한 콘크리트 시험 182