도시생활쓰레기 소각바닥재를 잔골재로 활용한 콘크리트 보수용 모르타르의 개발에 관한 실험적 연구

Abstract

경제성장과 산업발전으로, 각종 생활, 산업폐기물의 배출량은 급수적인 급증을 하고 있다. 대부분의 폐기물은 매립처리 되는데, 이는 토양오염 등의 2차적으로 환경에 악영향을 미치고 있다. 도시생활쓰레기는 소각과정을 통하여 배출된 폐기물이 9:1의 비율로 바닥재와 비산재로 나뉘며, 재활용의 비율은 1%도 안되는 실정이다. 때문에, 비교적 비율이 높은 바닥재에 실험을 통하여 긍정적 작용이 되는 부분을 찾고, 건설재로로 이용하므로 재료의 활용률을 높이는 데에 첫 번째 목적이 있고, 폐기물을 소량이나마 재활용 하므로 토지에 매립되는 양이 줄여지는 효과를 볼 수 있어 차후 환경오염 개선에 대한 바람직한 전망을 얻는 것에 두 번째 목적이 있다. 따라서 본 연구에서는 소각재 중 비중이 가장 높은 바닥재를 활용하여 잔골재로 활용하기 위하여 1차 세척과정과 2차 침지과정을 통해 염분이나 유해성분을 제거하여 물리적 성질을 개선하여 잔골재로 사용하기 위한 연구를 수행하였다. 소각바닥재를 잔골재에 비율별로 (5%, 10%, 15%, 20%) 각각 치환하여 모르타르 공시체를 제작하여 물리, 기계 및 화학적 실험을 통해 사용가능성을 분석하였다. 바닥소각재를 10% 치환한 경우의 모르타르가 물리적으로는 가장 좋은 결과를 나타냈다. 내부공극량의 감소의 경우 바닥소각재의 비율이 높은 수록 모르타르가 보다 밀실하게 형성이 되어 있는 것을 확인하였다. 내구성능의 경우는 물리적인 특성과 마찬가지로 바닥소각재를 10% 치환한 경우에 성능이 우수한 것으로 나타났다. 바닥 소각재가 함유하고 있는 유해중금속의 함량이 높기 때문에 바닥소각재를 모르타르에 치환한 후 28일 양생을 거친 후 유해중금속 용출시험을 실시하였다. 용출시험결과 바닥소각재 원재료가 가지고 있는 크롬, 카드뮴, 납, 아연의 수치는 매우 높았으나 모르타르에 함유한 후 측정결과는 원시료의 양에 비해 현저하게 감소하는 수치를 확인하였다. 결론적으로, 바닥소각재를 모르타르에 10%에서 20% 이하로 치환하여 사용할 경우 모르타르의 물리적인 특성이나 기계적인 특성을 향상시키면서 유해중금속을 고형화할 수 있는 것을 확인하였다. 따라서 바닥소각재를 보수모르타르에 적용하여 사용하게 되면 폐기물의 처리비용을 감소시키면서 환경적인 오염도 줄일 수 있는 기회가 될 것이라는 결과를 확인하였다.; Municipal solid waste incinerator (MSWI) ash is a residual waste by the disposal waste management via the combustion of municipal solid waste in combustor facilities. Municipal solid waste has been incinerated to reduce its mass and volume (by 70% and 90% respectively). The incineration of solid waste is effective way to recover energy and decrease the demand of landfill. However, a huge amount of solid resiudes is generated after incineration, such as fly ash, air pollution control ash, bottom ash etc. In case of bottom ash is about 90% by weight. MSWI bottom ash has potential to be applied as building materials substitute to concrete, as cementitious materials, sand or aggregates. This study aims to study a possibility of MSWI bottom ash after treatment by physical and chemical method as a replacement material of fine aggregate for repair mortar. The MSWI botton ash is replaced to 5, 10, 15 and 20% compared to fine aggregate and then mortar specimens are manufactured to evaluate possibility as a building material by several experiments. From the results, the sample replaced with 10% of MSWI bottom ash indicated that physical and mechanical properties are outstanding than sample without MSWI bottom ash. On the other hand, MSWI bottom ash contains certain amounts of heavy metals. Therefore, ICP-MS analysis was conducted to confirm amounts of heavy metal in MSWI bottom ash. As the results, the amounts of heavy metals, such as Pb, Cd, Cr, Zn, are high in the raw material of MSWI bottom ash. However, after replacing it with fine aggregate, the amounts of heavy metals were hugely reduced due to solidification in mortar. Consequently, it verified that MSWI bottom ash can be replaced with fine aggregate in mortar or concrete. In addition, the use of MSWI bottom ash can reduce an environmental pollution and proposal expense.