하수슬러지 소각재를 재활용한 건설소재의 역학적 특성에 관한 실험적 연구

Abstract

건설소재의 대부분은 시멘트에 의존하고 있지만, 시멘트는 그 제조과정에서 많은 이산화탄소의 발생으로 환경오염의 주범이 될 뿐만 아니라 한정되어 있는 천연자원에 의존하고 있어 앞으로 건설분야는 수십년 안에 원자재 부족으로 인한 혼란이 다가올 것으로 예상하고 있다. 또한 천연자원의 고갈과 함께 폐기물 발생량은 지속적으로 상승하여 재활용 기술 개발의 중요성이 대두되어지고 있다. 우리나라의 폐기물 재활용율은 50%를 넘어 비교적 활발히 진행되고 있지만, 그 중 하수슬러지는 재활용에 많은 어려움이 있어 현재 발생량의 75%이상을 해양투기에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 시멘트를 비롯한 천연자원의 의존도를 낮추고, 재활용 기술 개발로 환경오염을 줄이기 위한 방안으로 소각 처리된 하수슬러지 소각재를 재활용하여 신개념의 비소성 경화체 개발을 목적으로 한다. 하수슬러지 소각재 경화체 개발과 재료적 특성을 위하여 본 연구에서는 소각 처리된 하수슬러지의 화학조성 시험 및 pH 측정을 통해 포졸란 물질로서의 가능성을 판단하고, 안정적 경화체 개발을 위한 중금속 용출 실험을 실시하였다. 적정배합비를 모르타르를 제조하여 강도특성, 반응생성물 및 경화 Mechanism을 규명하였다. 이를 토대로 하수슬러지 소각재 모르타르의 압축강도를 통하여 여러 가지 재료적 성질을 규명하였다. 또한 탄성계수, 동결융해, 파괴인 자 측정을 통하여 역학적 특성을 규명하였다. 그 결과 하수슬러지 소각재 모르타르는 혼화재 첨가량이 증가할수록 포졸란반응이 극대화되어 강도가 증진되었고, 탄성계수-변형률과 재료의 파괴인자와 내구성을 평가하여 구조재료 활용에 필요한 기초를 제시하였다.; As the 21st century began, cement and concrete that are representatives of modern building materials became a major factor in global warming, air pollution and environmental pollution. Also, the problems that are generated while pursuing high performance and high strength became social issues. Therefore, it has become urgent to prepare counter plans. This study has aimed at the recycling of sewage sludge ash and developing it as a new concept in building material which serves the environmental considerations for long-lasting developmental purpose. Also, the study aimed to find a substitute for scarce natural resources and to secure high techniques for waste recycling. The purpose of this study was also to solve fundamentally secondary environmental pollution. The results revealed that the chemical components of sewage sludge ash are mainly SiO2 and Al2O3 which are similar to the components of pozzolan. Also, it was identified that sewage sludge ash can be utilized as a hardened specimen with an alkali activated pozzolan reaction. In this paper, after making alkali activated sewage sludge ash mortar, on the strength development properties according to the kind of admixing materials, the heat curing time was observed experimentally and analytically. Also this study explained the reaction mechanism through XRD, SEM. Based on making alkali activated sewage sludge ash mortar, this paper is obtained a way of the mixing method of alkali activated sewage sludge ash concrete. This study has investigated not only the properties of the harden alkali activated sewage sludge ash concrete such as compressive strength, splitting tensile strength, elastic modulus, stress-strain relationship model, but Also the properties of the fracture Energy and toughness.