본문 바로가기
HOME> 논문 > 논문 검색상세

학위논문 상세정보

포졸란계 혼화재로서 폐번토나이트 분말에 관한 연구 원문보기
(The) Study on the Discarded Bentonite Powder as a Concrete Pozzolan Admixture

  • 저자

    김효열

  • 학위수여기관

    東亞大學校 大學院

  • 학위구분

    국내박사

  • 학과

    건축공학과

  • 지도교수

  • 발행년도

    2004

  • 총페이지

    xi, 166p.

  • 키워드

    포졸란계 혼화재 폐번토나이트 건축재료;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T10067247&outLink=K  

  • 초록

    건설 산업은 천연자원에 대한 의존도가 높아 심각한 자연환경 파괴를 유발하고 있으며, 또한 건설폐기물에 따른 환경부하는 매우 심각한 실정이다. 특히 건설폐기물 중 폐벤토나이트는 지하굴착공법이 개토형에서 비개토형으로 변화함에 따라 그 발생량이 상당할 것으로 예측되나, 이에 대한 정확한 집계조차 이루어지지 않고 있으며 대부분 매립처리 되고 있다. 또한, 폐벤토나이트는 고함수 건설폐기물로서 매립처리 전 중간건조 및 최종건조처리가 요구되어, 이에 대한 시간과 비용의 소모가 매우 높은 데 반하여 그 활용도는 매우 부진하다. 따라서, 천연자원의 보존과 환경부하 저감 및 새로운 부가가치의 창출을 고려한 폐벤토나이트의 재활용 대책 수립이 요구되는 실정이다. 폐벤토나이트는 단일폐기물로서 배출되며, 또한 다량의 규산과 알루미나를 함유한 벤토나이트를 주원료로 하고 있어 그 화학조성에 있어서도 재활용 범위가 확대될 수 있다 이러한 점에 착안하여 본 연구에서는 폐벤토나이트의 새로운 유효 이용방안을 모색하였다. 일반적으로 다량의 함수규산 알루미나 점토광물은 소성 및 냉각의 과정을 통하여 광물의 결정구조를 불안정화 또는 비정질화하면 포졸란 반응성을 발현하게 되며, 본 연구에서는 폐벤토나이트의 소성 및 냉각 가공시 포졸란 반응성을 발춰할 것으로 기대하였다. 이에 본 연구에서는 소성 및 냉각의 가공에 의해 제작된 폐벤토나이트 분말의 포졸란 반응성을 고찰하여, 콘크리트용 포졸란계 혼화재로서 폐벤토나이트 분말의 적용성을 검토하였다. 실험은 폐벤토나이트 분말이 포졸란 반응성을 발현하기 위한 가공조건의 범위를 도출하기 위한 촉진 포졸란 반응성 시험과 폐벤토나이트 분말 가공의 적정 조건 도출을 위한 모르터 적용성 시험을 실시하였다. 그 후 적정가공방법으로 제작된 폐벤토나이트 분말의 콘크리트 적용성 시험을 순차적으로 진행하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 폐벤토나이트를 콘크리트용 포졸란계 혼화재로서 활용하기 위해서는 포졸란 반응성을 부여하기 위한 일련의 가공이 요구되며, 본 연구에서는 폐벤토나이트의 가공과정을 건조, 분쇄, 소성, 냉각, 분쇄의 5단계로 설정하였다. 가공된 페벤토나이트 분말은 X선 회절 분석 결과 소성 및 냉각에 의하여 비결정질 구조로 변카는 것으로 나타나 수산화 칼슘과의 포졸란 반응성을 발현할 것으로 예상되었다. 또한 폐벤토나이트 분말의 표면형상과 입자형태는 매우 거칠고 요철 콘크리트용 포졸란계 혼화재로서 활용 시 콘크리트의 유동성이 감소할 것으로 보이며, 이에 따라 폐벤토나이트 분말의 사용 시 고성능 감수제 등외 화학 혼화제의 사용량이 증가하여야 할 것으로 판단된다. (2) 촉진 포졸란 반응성 시험을 통하여 폐벤토나이트 분말의 포졸란 반응성을 확인할 수 있었으며, 폐벤토나이트 분말은 소성온도 500~800℃, 소성시간 30분·60분, 냉각조건은 주수냉각·간접냉각 모두에서 포졸란 반응성을 발현하는 것으로 나타났다. (3) 폐벤토나이트 분말을 사용한 모르터의 압축강도 발현특성은 플레인 모르터에 비하여 초기강도는 낮으나 장기로 갈수록 강도가 회복되는 포졸란 재 사용 모르터의 압축강도 발현특성과 유사한 것으로 나타났다. 특히 폐벤토나이트 분말을 소성온도 600℃ 소성시간 60분·주수냉각으로 가공한 경우는 재령 91일에서 약 14%의 장기강도 개선효과를 발휘하여 강도발현 성능이 가장 우수하였다. 또한 페벤토나이트 분말의 최대 입자크기가 감소함에 따라 초기 압축강도의 확보가 가능하였으며, 최대 입자크기 38㎛이하(분말도 14,54㎠/g)를 사용한 경우, 재령 28일에서 약 5%의 압축강도 증가효과를 발휘 하였다. (4) 콘크리트 적용성 시험 결과에서 폐벤토나이트 분말을 사용한 콘크리트의 유동성은 치환율이 증가함에 따라 감소하였으며, 이는 페벤토나이트 분말의 거칠고 요철이 큰 표면형상 및 입자형태에 기인한 것으로 판단된다. 압축강도 발현특성은 일반적인 포졸란계 혼화재를 사용한 콘크리트와 유사한 것으로 나타나 폐벤토나이트 분말은 콘크리트 중에서 포졸란 반응성을 발현하는 것으로 나타났다. 또한 페벤토나이트 분말의 치환율이 증가함에 따라 매스콘크리트 내·외부의 온도차 및 수화발열에 의한 온도응력 또한 감소하였다. 이상과 같이 본 연구의 결과를 총괄하여 볼 때, 페벤토나이트 분말은 포졸란 반응성을 발현하는 것을 파악할 수 있었으며, 또한 기존의 포졸란계 혼화재와 같이 최대 입자크기가 감소함에 따라 포졸란 반응성은 배가되는 것을 알 수 있었다. 이를 바탕으로, 폐벤토나이트 분말이 시멘트경화체 내에서 포졸란 반응성을 발현하기 위한 가공 적정 조건은 소성온도 600℃·소성시간 60분, 주수냉각방법 및 최대 입자크기는 38㎛이하이었다. 따라서 적정 가공방식으로 제작한 폐벤토나이트 분말을 콘크리트용 포졸란계 혼화재로서 활용한다면 콘크리트의 장기강도 개선효과 및 수화발열량 감소효과를 발휘할 수 있을 것으로 판단된다. 추후, 폐벤토나이트 분말의 포졸란 반응성을 극대화하기 위하여 다양한 입자크기에 따른 폐벤토나이트 분말의 포졸란 반응성 검토와 실제 구조물에서의 수화발열량의 검토가 필요할 것으로 판단된다.


    As the construction industry depends on natural resources, it causes serious destruction of natural environment as well as environmental loads produced by construction waste are very serious. Especially, the discarded bentonite among construction waste is supposed to be considerably taken place because methods of underground excavation are changed from open cut to close cut. However, there is no accurate totalization of how much discarded bentonite is produced, and it is just filled up. As the discarded bentonite has to be dried up twice before reclamation because of highly hydrous construction waste, so it needs a lot of times and expenses. But application rate of the discarded bentonite is quite low. Therefore, it is required to establish recycle measures of the discarded bentonite concerned with the preservation of natural resources, the decrease of environmental loads and the creation of a newly added value. The discarded bentonite is transpired as a single waste and its main materials are large amount of silicic acid and alumina, so possibility of recycle could be magnified. As we perceived this kinds of possibilities, in this study, we groped new utilizing methods of the discarded bentonite. Generally, clay mineral contained. a large quantity of hydrous silicate alumina reveals a pozzolan reaction when its crystallization is unstable and is amorphous through the process of heating and cooling. In this study, we expected that the discarded bentonite would reveal pozzolan reaction as well. Hence, in this study, after we considered a pozzolan reaction of the discarded bentonite powder manufactured through the process of heating and cooling, we investigated application ability of the discarded bentonite powder as a concrete admixture that reveals a pozzolan reaction We executed an accelerated pozzolan reaction test in order to deduce reasonable range of manufacturing conditions that the discarded bentonite reveals a pozzolan reaction in and a case study on the mortar to deduce right conditions of manufacturing the discarded bentonite powder. After that, we processed case studies on the concrete of the discarded bentonite powder manufactured by right manufacturing method, step by step. The results of the study are as follows (1) To apply the discarded bentonite as a concrete admixture that reveals pozzolan reaction, it needs a sequence of manufacturing process to give a pozzolan reaction to it. In this study we set up five stage like dryness, grind, heating, cooling and grind. As a result of XRD, because the discard bentonite manufactured through the process of heating and cooling was changed to amorphous microstructure, it was expected that the discarded bentonite would reveal a pozzolan reaction with calcium hydroxide. Also, as the surface and the shape of the discarded bentonite powder are very rough and rugged, fluidity of concrete would be decreased when we apply it as a concrete admixture. Accordingly we decide that usage of chemical admixture such as superplasticizer has to be increased when we apply it. (2) As a result of an accelerated pozzolan reaction test, we confirmed a pozzolan reaction of the discarded bentonite powder. And the discarded bentonite powder revealed a pozzolan reaction when we heated it at the range of 500∼800℃ for 30minutes or 60minutes and cooled it both by direct cooling and by indirect cooling. (3) The early compressive strength of the mortar using the discarded bentonite powder was low in comparison with the plain mortar, but as time flowed the compressive strength was increased. So It shows that the compressive strength of the mortar using the discarded bentonite is similar to the compressive strength of mortar using pozzolan admixtures. Specially, when we heated it at 600℃ for 60 minutes and cooled it by direct cooling, its compressive strength was superior because its long term strength was improved about 14% at 91 days. Besides, we were able to improve the early compressive strength by diminishing greatest particle of the discarded bentonite powder. When we use the powder which is smaller than 38㎛ (fineness 14,543㎠/g), its compressive strength was increased about 5%at 28 days. (4) As the result of a case study on the concrete, fluidity of the concrete using the discarded bentonite powder was decreased by increasing replacement ratio. We interpreted that it was caused by the rough surface and the rugged shape of the discarded bentonite powder. As the property of its compressive strength was similar to the concrete using general pozzolan admixtures, we confirmed that the discarded bentonite powder revealed a pozzolan reaction in concrete. Besides, thermal stress by hydration heat and temperature gap of inside and outside in mass concrete was decreased by increasing replacement ratio of the discarded bentonite powder. As summarizing the results of this study, we confirmed the discarded bentonite revealed pozzolan reaction and a pozzolan reaction is increased by diminishing greatest particle like pozzolan admixtures Based on this theory, it was the right manufacturing condition when the discarded bentonite was heated at 600℃ for 60 minutes and cooled by direct cooling and smaller than 38μm so that the discarded bentonite powder revealed pozzolan reaction in hardened cement Therefore, we consider that the .long term strength of concrete will be improved and hydration heat will be decreased, when we apply it as a concrete admixture. Afterward, so as to maximize a pozzolan reaction of the discarded bentonite powder, it is necessarily examination of hydration heat in real structure and scrutiny of a pozzolan reaction of the discarded bentonite powder according to various size of particle.


 활용도 분석

  • 상세보기

    amChart 영역
  • 원문보기

    amChart 영역