CaO함유 산업부산물을 활용한 레미콘 활성슬러지 개발 및 콘크리트 적용성 평가에 관한 연구

Abstract

The ready-mixed concrete industry has been in charge of the development of the national construction industry since its introduction in 1965, and currently (as of 2019), the production capacity of about 1083 factories is equipped with facilities of 632 million m3. Concrete quality improvement and growth have been continuously achieved. In addition, as the production of ready-mixed concrete increases, the amount of recycling water of ready-mixed concrete inevitably also increased. The ready-mixed concrete plant must clean production facilities such as mixer trucks/drums and batch plants after concrete production, and the collected ready-mixed concrete recovery water is generated from the washing water generated at this time. The ready-mixed concrete recovery water contains cement particulates and other sludge, which is a strong alkaline by-product, currently generating more than 20 million tons per year. To solve this problem, there is a method of discharging to the outside by using a neutralization process by chemical substances or entrusting a waste treatment company to a waste treatment company, but an alternative to reduce the neutralization treatment cost and energy is needed. Most of the domestic ready-mixed concrete regenerated water reuses supernatant water generated by ready-mixed concrete producers. There is a lack of research related to mass use as it is limited to methods and facilities for separating supernatant and sludge from recycled water, and methods for improving supernatant water using organic chemical admixtures. In general, it is suggested that if recycled water from ready-mixed concrete is used in concrete, the properties of concrete are decreased attributed to the solid content present in recycled water compared to tap water. However, it is recommended that instead of recycled water from ready-mixed concrete, the supernatant can be used in concrete. Moreover, KS F4009 and ASTM C94/C94 M-20 recommended the procedure for making of concrete using recycled water from ready-mixed concrete. If the conditions are suitable as recommended in standard, then only limited amount of supernatant can be used and sludge must be discarded. The above method is a method for simply recycling the recycled water generated from ready-mixed concrete. In concrete manufacturing, it is a proposed method in order not to change the mixing ratio of the initial powder raw materials (cement, blast furnace slag, fly ash). Therefore, it is the time to need a method that can radically replace the concept of mixing simple mixed water as a method of recycling recycled ready-mixed concrete water. In this study, industrial by-products, including a source of CaO, were selected and mixed in ready-mixed concrete recycled water to be prepared as activated sludge through a pre-hydration process. The presence of blast furnace slag and fly ash in activated sludge increases the pH of concrete which accelerate the hydration and pozzolanic reactions. By this effect, the structure of concrete is made dense, and the effect of improving the performance of concrete such as early strength and durability is to be confirmed. In addition, in consideration of environmental protection, process costs must be reduced so that recycled water can be used for concrete. Therefore, in this study, industrial by-products containing CaO were extracted to produce activated sludge that can accelerate the hydration reaction of concrete using recycled water at high pH. We recommend that the use of recycled water in the form of activated sludge reduces the cost of concrete production, the environmental load in the cement industry, and the cost of CO2 generation and is considered green concrete.| 레미콘 산업은 1965년 도입 이후 현재까지 국가 건설산업의 발전을 담당하며 현재(2019년 기준) 약 1083개 공장의 생산능력은 632 백만 m3의 설비를 갖추고 있으며, 생산 공장 수 증가 및 생산량의 증가뿐만 아니라 콘크리트의 품질 향상 및 성장을 지속적으로 이루어왔다. 또한, 레미콘 생산량이 증가함에 따라 필연적으로 레미콘 회수수 발생량 또한 증가하였다. 레미콘 공장은 콘크리트 생산 후에는 레미콘의 믹서 트럭/드럼 및 배차플랜트 등 생산설비를 세척해야 하며 이때 발생한 세척수에 골재를 제거한 레미콘 회수수가 발생하게 된다. 레미콘 회수수 내에는 시멘트 미세 입자 및 기타 슬러지가 포함되어 있어 강알칼리성을 나타내는 부산물로서 현재 연간 2천만 톤 이상 발생되고 있다. 이를 처리하기 위해 화학약품에 의한 중화 처리 과정을 거처 외부로 배출시키거나 폐기물처리 전문 업체에 위탁 처리하는 방법 등을 활용하고 있으나, 중화 처리 비용과 에너지 절감을 위한 대안이 필요한 실정이다[1-2]. 국내 레미콘 회수수는 대부분 레미콘 생산업체에서 발생되는 상징수만을 재사용 하고 있으며, 회수수에서 상징수와 슬러지를 분리하는 방법 및 설비, 유기화학 혼화제를 사용한 상징수 개선 방법 등에 한정되어 레미콘 회수수 슬러지의 활용이나 회수수(상징수+슬러지)의 개선을 통한 대량 사용 관련 연구가 부족한 상태이다. 또한, 레미콘 회수수는 시멘트 수화물 및 시멘트로부터 용출한 물과 시멘트 및 골재 미립자를 포함한 슬러지로 구성되어 있으며, KS F 4009(레디믹스트 콘크리트)에서는 슬러지수, 상징수로 구분하고 있어, 국내 회수수의 재사용은 KS 표준에 합당한 조건을 만족할 경우에 상징수만을 제한적으로 사용할 수 있으며 슬러지는 대부분 폐기 처리하고 있다. 그러나 상기 방법들은 레미콘에서 발생하는 회수수를 단순 재활용하기 위한 단편적인 방법이며, 콘크리트 제조 시, 최초 분말 원료(시멘트, 고로슬래그, 플라이애시 등) 배합비에 변동을 주지 않기 위해 제한된 방법으로 원가 절감 및 환경 보호 차원에서의 검토가 이루어지지 않은 기술들이다. 그러므로 현재 회수수를 재활용하는 방안에는 단순 혼합 수의 혼합 개념으로, 기존 콘크리트의 배합 설계비를 변동시키지 않는 범위에서 행해지고 있어 기존 방법을 획기적으로 대체할 수 있는 방안 도출이 필요한 시점이다[3-4]. 따라서 본 연구에서는 레미콘 회수수 활성화에 사용할 수 있는 CaO를 함유한 산업부산물을 활용하여 레미콘 회수수의 재활용율을 높이기 위한 방안을 제시하고 지속 가능한 자원화를 위한 기초자료로 제안하고자 한다. 본 연구는 CaO원을 함유하고 있는 산업부산물을 선정하여 레미콘 회수수에 혼입하여 사전수화과정을 통해 활성슬러지로 제조하였고, 이에 따라 레미콘 회수수의 pH를 높여 주어 콘크리트 분말원료의 수화 반응성을 증대시킴에 따라 수화반응 촉진, 고로슬래그미분말의 잠재수경성반응 촉진 및 플라이애시 등 포졸란 재료의 반응을 촉진 시켜 콘크리트의 조직을 치밀하게 하고, 조기강도 및 내구성 등 콘크리트의 성능 향상효과를 확인 하고자 한다. 또한, 본 연구의 최종 목적은 레미콘 회수수를 활성슬러지 형태로 제조하여 레미콘 제조공정에 적용함으로써 레미콘 제조원가 절감, 폐자원 재사용에 따른 비용 및 환경부하 저감, 시멘트 사용량 감소에 따른 대기 온실효과의 주범인 CO2 가스 발생을 저감 하는 효과를 기대 할 수 있을 것으로 사료되며, 지속가능한 환경친화형 콘크리트 제조가 가능할 것이다.