The Fundamental Properties of Foamed Concrete as the Eco-friendly Ground Repair System for Cast in Site Using the CSA

This study aimed to develop a foam concrete material for a ground repair system that has low strength and low fluidity by using an eco-friendly binder, which substitutes industrial by-products for more than 90% of cement. Basic properties were evaluated after substituting a small amount of calcium sulfo aluminate (CSA) for the binder to improve the sinking depth rate and volume change, commonly found when it had a large amount of industrial by-products. The substitution rates of CSA for the eco-friendly binder used for the foam concrete were 2.5, 5, and 10%. Fresh properties, hardened properties, pore structure, and hydrates were analyzed. Experimental results showed that using only 2.5% of CSA could improve the deep sinking depth which occurred when using an eco-friendly binder. As a result, the weight difference between the upper, middle, and lower parts of cast specimens was improved even after being hardened. The addition of CSA also contributed to the formation of small, uniformly sized closed pores and improved initial strength. However, when the proportion of CSA increased, the long-term strength decreased. However, it satisfied the target strength when 5% or less of CSA was used. The results of this study revealed 54 우양이 · 박근배 · 마영 · 송헌영 J. of Korean Inst. Resources Recycling Vol. 29, No. 1, 2020 1. 서 론 2017년 환경부가 발표한 전국 폐기물 발생량은 연간 총 1억5천톤 이상으로 이중 생활계 폐기물이 12.9%, 사업 장 배출 폐기물이 39.8%, 건설폐기물이 47.3%를 점유한 다. 이중 가연성 재료가 82%를 차지하는 생활폐기물과는 상반되게 사업장 폐기물은 불연성 재료가 75%, 건설폐기 물은 99%에 달한다. 이와 같은 불연성 폐기물은 재활용 되지 못하는 경우 대부분 매립되어진다. 우리 인류가 매일 배출하는 폐기물의 양은 일천평의 대 지 위에 17층 규모의 건물 높이와 같으며, 이에 세계는 지 금 급증하는 쓰레기의 처리문제로 고심하고 있다. 급증하 는 폐기물에 대한 해결책은 매립을 최대한 억제하고, 재 활용을 적극적으로 실시하며, 배출량을 최소화하는 길뿐 이다. 생활폐기물 및 건설폐기물의 재활용 용도는 이들 폐기물의 자원화를 위해 다방면의 연구가 진행되고 있지 만, 재자원화 및 유효 활용되지 못하는 부산물들을 수용 할 수 있는 활용처는 수용력 및 스펙트럼이 광범위한 건설 산업이라 할 수 있다. 현재도 부산물의 다량이 토목공사 용 재료 및 건축용 소재로 재활용되고 있다. 한편 건설산업 또한 환경문제에 자유롭지 못하다. 건설 산업의 주요 재료인 시멘트 산업은 무분별한 채광 및 CO2 다배출 산업으로서 환경규제에 강화에 따른 업계의 고민은 깊어지고 있다. 따라서 시멘트 산업에서의 환경적인 문제 해결을 위해 시멘트의 원료 및 혼화재로서 산업부산물을 활 용한 친환경 건설소재 연구 및 실용화가 활발해지고 있다. 최근 건설소재로서 시멘트의 사용량을 최소화하고 산 업부산물의 활용율을 극대화하여 도로보수 및 연약지반 의 보강재로 사용하는 CLSM(Controlled low strength material, 저강도 고유동 충전재)에 대한 연구가 2000년 초반 미국을 시작으로 국내에서도 2010년도 부터 진행되 기 시작하였다. CLSM의 주요 원료는 활용도가 낮은 산업 부산물을 사용하는 것으로 원재료비 절감, 시공비 절감 등의 경제성 면에서 강점이 있으며, 무수축과 높은 충전 성을 갖는 시공이 가능한 것이 특징이다. 본 연구는 이와 같이 친환경 건설소재 및 공법 개발을 위하여 국내 철강 및 전력산업에서 발생되는 부산물을 OPC(Ordinary portland cement, 보통 포틀랜드 시멘트) 에 90% 이상 대체하여 저강도 ·고유동의 선발포 기포 콘 크리트를 제조하고, 이를 시공하기 위한 연구의 일환이다. 선행연구를 통하여 선발포 기포 콘크리트를 통한 저강 도 ·고유동 지반보강재 배합 최적화를 완료하였으나, OPC의 다량을 초기 반응성이 낮은 산업부산물로 대체할 경우 침하에 의한 불안정한 체적안정성을 보인다. 기포콘크리트의 용액상태의 기포는 일반적으로 3단계 로 변화하면서 파괴된다고 알려진다. 기포가 서로 연결된 부분 없이 구 모양을 형성하는 초기단계의 기포에서 기포 표면을 형성하고 있는 페이스트가 비중 차이로 아래 부분 으로 흘러내리며 배수현상이 일어나 기포가 용액의 표면 으로 이동하며, 최종적으로는 배수현상에 의해 표면의 기 포들이 합체되어 다각형 구조의 기포로 변하며 사이즈가 증대된다. 따라서 기포와 혼합된 페이스트가 경화되기 까지 기포는 상하부의 재료분리가 발생하고, 표면 기포의 결합을 통한 침하가 발생하게 된다. 이에 본 논문은 저강도 ·고유동 지반 보수용 배합에 빠 른 경화를 통한 기포의 안정성을 확보하고, 체적 변화를 최 소화하기 위하여 급결제로서 CSA(Calcium Sulfo Aluminate, Hauyne)를 일부 적용하여 저강도 고유동 지반 보수 재의 품질기준을 만족하는 배합을 선정하고자 하였다. 또 한 CSA를 사용하여 초기 강도를 확보할 경우 연약지반 보수재로 사용시 신속복구를 요하는 지반에 적용하여도 후속 공정을 위한 대기시간이 단축된다는 장점도 있다. 국내에서는 초속경 시멘트 원료로서 주로 CA(Calcium Aluminate)계와 CSA계가 일반화되었으나, 수화시 불안 정성의 CAH 수화물을 생성하는 CA계 광물과 달리 물과 반응하여 팽창성의 에트린자이트를 형성하여 장기적인 물 리성능 및 내구성이 우수한 CSA계의 사용율이 높다. 따라서 본 연구에서는 지반 보수용 현장 기포콘크리트 that it was possible to manufacture foam concrete with low strength and high fluidity for repairing ground satisfying target qualities by adding 2.5% of CSA to the eco-friendly binder containing a large amount of industrial by-products.