탈황석고는 황 함유 연료 연소 후 발생하는 배기가스를 미분 석회 또는 석회석 분말 슬러리를 이용하여 탈황 및 정제함으로써 얻어지는 산업 부산물 석고입니다. 화학 조성은 천연 이수화석고와 동일하며, 주성분은 CaSO4·2H2O입니다. 현재 우리나라의 발전 방식은 여전히 석탄 화력 발전이 주를 이루고 있으며, 석탄 화력 발전 과정에서 배출되는 이산화황(SO2)은 우리나라 연간 배출량의 50% 이상을 차지합니다. 이러한 대량의 이산화황 배출은 심각한 환경 오염을 야기하고 있습니다. 배기가스 탈황 기술을 이용하여 탈황석고를 생산하는 것은 석탄 화력 관련 산업의 기술 발전을 위한 중요한 방안입니다. 불완전한 통계에 따르면 우리나라의 습식 탈황 석고 배출량은 연간 9천만 톤을 초과했으며, 탈황 석고 처리 방식은 주로 쌓아두는 방식이라 토지를 차지할 뿐만 아니라 막대한 자원 낭비를 초래합니다.
석고는 경량성, 방음, 방화, 단열 등의 기능을 가지고 있으며 시멘트 생산, 건축용 석고 생산, 장식 공학 등 다양한 분야에 사용됩니다. 현재 많은 학자들이 석고 미장재에 대한 연구를 진행하고 있으며, 연구 결과에 따르면 석고 미장재는 미세 팽창성, 우수한 작업성 및 가소성을 지니고 있어 실내 벽 장식용 기존 미장재를 대체할 수 있습니다. 쉬젠쥔(Xu Jianjun) 등의 연구에서는 탈황 석고를 사용하여 경량 벽체 재료를 만들 수 있음을 보여주었고, 예베이훙(Ye Beihong) 등의 연구에서는 탈황 석고로 만든 석고 미장재를 외벽 내벽, 내벽, 천장의 미장층에 사용하여 기존 미장 모르타르의 박리 및 균열과 같은 일반적인 품질 문제를 해결할 수 있음을 보여주었습니다. 경량 석고 미장재는 반수화 석고를 주 시멘트질 재료로 하고 경량 골재와 혼화제를 첨가하여 만든 새로운 유형의 친환경 미장재입니다. 기존 시멘트 미장재와 비교했을 때, 탈황석고를 사용하여 제조한 경량 탈황석고 모르타르는 균열 발생이 적고, 접착력이 우수하며, 수축률이 낮고, 친환경적이라는 장점이 있습니다. 또한, 탈황석고를 이용한 반수화석고 생산은 천연 건축용 석고 자원 부족 문제를 해결할 뿐만 아니라, 탈황석고의 자원 활용을 실현하고 생태 환경 보호에도 기여합니다. 따라서 본 논문에서는 탈황석고 연구를 바탕으로 경량 탈황석고 모르타르의 응결 시간, 휜강도, 압축강도를 측정하여 성능에 영향을 미치는 요인을 분석하고, 경량 탈황석고 모르타르 개발을 위한 이론적 근거를 제시하고자 합니다.
1 실험
1.1 원자재
탈황 석고 분말: 연도 가스 탈황 기술로 생산 및 소성한 반수화물 석고이며, 기본 물성은 표 1에 나타내었다. 경량 골재: 유리화 미세구슬을 사용했으며, 기본 물성은 표 2에 나타내었다. 유리화 미세구슬은 경량 탈황 석고 모르타르의 질량비 기준으로 4%, 8%, 12%, 16%의 비율로 혼합하였다.
지연제: 화학 분석용 순수 시약인 구연산나트륨을 사용하며, 구연산나트륨은 경량 미장용 탈황 석고 모르타르의 중량비를 기준으로 0%, 0.1%, 0.2%, 0.3%의 혼합 비율로 첨가합니다.
셀룰로오스 에테르: 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스(HPMC)를 사용하며, 점도는 400이고, HPMC는 경량 탈황 석고 모르타르의 중량비에 따라 0, 0.1%, 0.2%, 0.4%의 혼합비로 사용됩니다.
1.2 시험 방법
표준 점도의 탈황 석고의 물 소비량 및 경화 시간은 GB/T17669.4-1999 "건축용 석고 플라스터의 물리적 특성 측정"을 참조하고, 경량 미장용 탈황 석고 모르타르의 경화 시간은 GB/T 28627-2012 "미장용 석고"를 참조하여 측정하였다.
탈황 석고의
2. 결과 및 논의
2.1 경량 미장용 탈황 석고의 기계적 특성에 미치는 석고 분말 함량의 영향
석고 분말, 석회석 분말 및 경량 골재의 총량은 100%이고, 고정 경량 골재 및 혼화제의 양은 일정하게 유지됩니다. 석고 분말의 양이 60%, 70%, 80%, 90%일 때, 석고 모르타르의 탈황 및
경량 탈황 석고 모르타르의 굽힘강도와 압축강도는 모두 경과 시간에 따라 증가하는데, 이는 석고의 수화도가 시간이 지남에 따라 더욱 충분해짐을 나타냅니다. 탈황 석고 분말의 함량이 증가함에 따라 경량 석고 모르타르의 굽힘강도와 압축강도는 전반적으로 증가하는 경향을 보였지만, 증가폭은 작았으며, 특히 28일 경과 후 압축강도의 증가가 두드러졌습니다. 1일 경과 후, 탈황 석고 분말을 90% 함유한 모르타르의 굽힘강도는 60% 함유한 모르타르에 비해 10.3% 증가했고, 압축강도는 10.1% 증가했습니다. 28일 경과 후, 탈황 석고 분말을 90% 함유한 모르타르의 굽힘강도는 60% 함유한 모르타르에 비해 8.8% 증가했고, 압축강도는 2.6% 증가했습니다. 요약하자면, 석고 분말의 양은 압축 강도보다 굽힘 강도에 더 큰 영향을 미친다고 결론지을 수 있다.
2.2 경량 골재 함량이 경량 탈황 석고 미장재의 기계적 특성에 미치는 영향
석고 분말, 석회석 분말 및 경량 골재의 총량은 100%이고, 고정 석고 분말 및 혼화제의 양은 일정하게 유지됩니다. 유리화 미세구슬의 함량이 4%, 8%, 12%, 16%일 때, 탈황 석고 모르타르의 경량 미장재의 휜강도 및 압축강도 결과를 측정했습니다.
동일한 재령에서 경량 석고 미장 모르타르의 굽힘 강도와 압축 강도는 유리화 미세구슬 함량이 증가함에 따라 감소했습니다. 이는 유리화 미세구슬 대부분이 내부가 비어있는 구조를 가지고 있고 자체 강도가 낮아 경량 석고 미장 모르타르의 굽힘 강도와 압축 강도를 저하시키기 때문입니다. 재령 1일째에 석고 분말 16%를 첨가했을 때의 굽힘 강도는 석고 분말 4%를 첨가했을 때보다 35.3% 감소했고, 압축 강도는 16.3% 감소했습니다. 재령 28일째에는 석고 분말 16%를 첨가했을 때의 굽힘 강도는 석고 분말 4%를 첨가했을 때보다 24.6% 감소했지만, 압축 강도는 6.0%만 감소했습니다. 요약하자면, 유리화 미세구슬 함량이 굽힘 강도에 미치는 영향이 압축 강도에 미치는 영향보다 더 크다고 결론지을 수 있다.
2.3 지연제 함량이 경량 탈황 석고 미장의 경화 시간에 미치는 영향
석고 분말, 석회 분말 및 경량 골재의 총 투입량은 100%이고, 고정 석고 분말, 석회 분말, 경량 골재 및 셀룰로오스 에테르의 투입량은 일정하게 유지된다. 구연산나트륨의 투입량이 0%, 0.1%, 0.2%, 0.3%일 때, 탈황 석고 모르타르의 경화 시간 결과를 측정하였다.
경량 탈황 석고 모르타르의 초기 경화 시간과 최종 경화 시간은 모두 구연산나트륨 함량이 증가함에 따라 증가하지만, 경화 시간의 증가폭은 작습니다. 구연산나트륨 함량이 0.3%일 때, 초기 경화 시간은 28분, 최종 경화 시간은 33분 연장되었습니다. 경화 시간 연장은 탈황 석고의 넓은 표면적이 석고 입자 주변의 경화 지연제를 흡수하여 석고의 용해 속도를 감소시키고 석고의 결정화를 억제함으로써 석고 슬러리가 견고한 구조계를 형성하지 못하게 하여 석고의 경화 시간을 연장시키기 때문일 수 있습니다.
2.4 셀룰로오스 에테르 함량이 경량 탈황 석고 미장재의 기계적 특성에 미치는 영향
석고 분말, 석회 분말 및 경량 골재의 총 투입량은 100%이고, 고정 석고 분말, 석회 분말, 경량 골재 및 지연제의 투입량은 일정하게 유지된다. 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스(HPMC)의 투입량이 0%, 0.1%, 0.2%, 0.4%일 때, 경량 탈황 석고 모르타르의 휜강도 및 압축강도 결과를 측정하였다.
1일 경과 후, 경량 탈황 석고 모르타르의 휜강도는 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스(HPMC) 함량이 증가함에 따라 처음에는 증가하다가 감소했습니다. 28일 경과 후에는 HPMC 함량이 증가함에 따라 휜강도가 처음에는 감소하다가 증가한 후 다시 감소하는 경향을 보였습니다. HPMC 함량이 0.2%일 때 휜강도가 최대에 도달하며, HPMC 함량이 0%일 때의 강도를 초과합니다. 1일 또는 28일 경과 시점 모두에서 경량 탈황 석고 모르타르의 압축강도는 HPMC 함량이 증가함에 따라 감소하며, 이러한 감소 경향은 28일 경과 시점에서 더욱 뚜렷하게 나타납니다. 이는 셀룰로오스 에테르가 수분 보유 및 증점 효과를 가지며, 표준 점도를 얻기 위한 물 요구량이 셀룰로오스 에테르 함량 증가에 따라 증가하여 슬러리 구조의 물-시멘트 비율이 증가하고 결과적으로 석고 시편의 강도가 감소하기 때문입니다.
3. 결론
(1) 탈황석고의 수화도는 시간이 지남에 따라 더욱 충분해진다. 탈황석고 분말 함량이 증가함에 따라 경량 미장용 석고의 굽힘강도와 압축강도는 전반적으로 상승 추세를 보였지만 증가량은 작았다.
(2) 유리화미세구슬 함량이 증가함에 따라 경량 탈황석고 모르타르의 굽힘강도와 압축강도가 그에 따라 감소하지만, 굽힘강도에 대한 유리화미세구슬 함량의 영향은 압축강도에 대한 영향보다 크다.
(3) 구연산나트륨 함량이 증가함에 따라 경량 석고 탈황 모르타르의 초기 경화 시간 및 최종 경화 시간이 길어지지만 구연산나트륨 함량이 적을 때는 경화 시간에 미치는 영향이 뚜렷하지 않습니다.
(4) 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 함량이 증가함에 따라 경량 석고 탈황 모르타르의 압축 강도는 감소하지만, 휜강도는 1일에는 먼저 증가하다가 감소하는 경향을 보이고, 28일에는 먼저 감소하다가 증가하다가 다시 감소하는 경향을 보인다.
게시 시간: 2023년 2월 2일