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2019년 12월 3일 (화) 05:06 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 석탄 비산재 기반 지오폴리머에 석탄 바닥재를 잔골재로써 활용하는 방안에 대한 연구

영문 : Use of Coal Bottom Ash as Fine Aggregate in Coal Fly Ash-Based Geopolymer

과제 팀명

집Geo

지도교수

김효 교수님 문홍철 교수님

개발기간

2019년 9월 ~ 2019년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학과 20163400** 허*회(팀장)

서울시립대학교 화학공학과 20143400** 김*안

서울시립대학교 화학공학과 20163400** 고*아

서울시립대학교 화학공학과 20163400** 전*영

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

내용

개발 과제의 배경

내용

개발 과제의 목표 및 내용

내용

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

전 세계적인 기술현황

◇ 바닥재를 활용하는 방안으로는 크게 두 가지가 있다. 첫 번째는 바닥재 입자를 볼밀과 같은 분쇄기로 충분히 입도를 낮추거나 체(Sieves) 거름으로 입도가 낮은 바닥재 입자만 분리하여 결합재로써 활용하는 것이다. 바닥재는 비산재와 성분이 유사하지만 입자가 크고 모양이 불규칙하여 반응성이 낮다는 점에 착안한 것으로 이에 대한 연구가 몇 차례 진행된 바 있다. 기존 연구들에 따르면 충분한 분쇄로 바닥재의 입도가 낮아질수록, 그리고 체거름을 통해 입도를 낮출수록 합성된 지오폴리머의 압축 강도는 향상되었다.

◇ 바닥재를 활용하는 두 번째 방법으로는 골재로써 활용하는 것이다. 바닥재 입자는 기존에 사용되던 모래나 자갈 보다는 가볍고 흡수성이 있어 하중을 버텨내기에 우려된다. 그래서 바닥재에 대한 연구는 대부분 입도를 낮추어 결합재로써 활용하거나 시멘트에 기존 골재의 소량만 치환하여 첨가하는 것에 대해 이루어졌다. 하지만 소수의 연구에서는 골재를 바닥재로 100% 치환하기도 하였는데, 콘크리트에 바닥재를 잔골재와 굵은 골재로써 100% 치환한 연구에서는 굵은 골재가 바닥재로 치환되는 양이 많아짐에 따라 슬럼프는 감소하였지만 압축 강도는 바닥재의 치환율에 크게 영향을 받지 않아 골재로써 활용이 가능함이 확인되었다. 또한 시멘트를 전혀 사용하지 않고 비산재에 바닥재 골재를 사용함으로써 제작된 모르타르의 강도가 연구된 바 있으나, 바닥재 함량이 커짐에 따라 압축 강도는 감소하는 경향을 보였다. 하지만 이 연구에서는 들어가는 알칼리 용액의 비율을 고정시켰기 때문에 바닥재의 함량에 따라 변화하는 혼합물의 특성을 충분히 고려하지 못한 것으로 판단된다. 또한 바닥재의 조립률이 ASTM C33의 기준에 맞지 않기 때문에 결론내리기 어렵다. 종합하자면 시멘트를 전혀 활용하지 않고 비산재와 바닥재로 합성된 지오폴리머의 특성은 액상/고상의 비와 고상의 배합비가 동시에 고려되어야 하며 이에 대한 연구는 보고된 바 없다.

특허조사 및 특허 전략 분석

◇ 모래를 대체할 수 있는 지오폴리머 과립 제조방법

(PREPARING METHOD OF GEOPOLYMER GRANULE FOR REPLACING SAND)

화력발전소에서 배출된 석탄 비산재를 원료로 사용하여 모래를 대체할 수 있는 300㎛~1.7mm 크기의 지오폴리머 과립(granule)을 제조하는 방법을 개시하였다. 본 발명은 실리카(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 주성분으로 하는 비산재 및 알칼리 자극 용액(alkali activating liquid)을 회전 믹서에 투입 및 믹싱하여 과립을 제조한 후 상기 과립을 경화시켜 입도 300㎛~1.7mm(전체 과립의 95중량% 이상)인 지오폴리머 과립을 제조하는 방법을 제공한다.

◇ 바닥재의 지오폴리머 반응을 이용한 친환경 에코벽돌의 제조방법

(The manufacturing method of environmentally friendly eco brick containing geopolymerization of bottom ash)

화력발전소 보일러로부터 연소 후 발생한 바닥재(bottom ash)를 지오폴리머 반응을 이용하여 친환경 에코벽돌을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 화력발전소의 바닥재를 미립자로 분쇄하고, 이 미립자 바닥재를 알칼리성 자극제와 혼합하여 가압성형 및 양생함으로써 친환경적이며 압축강도가 우수한 에코 벽돌을 제조하는 방법에 관한 것이다.

◇ 플라이 애시 지오폴리머를 이용한 고강도 콘크리트 조성물 및 그 콘크리트 제품의 제조방법

(Method for production of high strength concrete using fly ash geopolymer)

지오폴리머 반응에 의한 플라이 애시 모르타르와 바텀 애시, 제강 슬래그, 동제련 슬래그, 니켈제련 슬래그 등의 산업부산물을 골재로 이용한 고강도 콘크리트 조성물 및 그 콘크리트 제품의 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 특허의 방법에 의해 제조된 제품은 종래의 시멘트 콘크리트에 비하여 기계적강도, 내산성, 단열성, 비독성, 저수축율, 저알칼리 골재반응, 및 중금속 포획성 등의 물성이 우수한 효과를 얻을 수 있다.

특허전략

◇ 우수한 압축 강도를 가지면서도 알칼리 활성화제를 적게 필요로 하는 프리캐스트 형식의 무시멘트 지오폴리머 모르타르이다.
◇ 경화나 소성 과정 없이, 그리고 첨가제 없이 체 거름과 선별된 입도별 배합 과정을 통해 비교적 간단하게 골재를 만들 수 있다.
◇ 바닥재 골재 함량에 따라 혼합물 특성이 변하므로 우수한 압축 강도를 발현하기 위해 바닥재의 함량 별로 필요한 적정량의 알칼리 활성화제 배합을 제시한다.

기술 로드맵

내용

시장상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

내용

마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

내용

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)====
-'''*전 세계적인 기술현황'''
+*전 세계적인 기술현황
   ◇ 바닥재를 활용하는 방안으로는 크게 두 가지가 있다. 첫 번째는 바닥재 입자를 볼밀과 같은 분쇄기로 충분히 입도를 낮추거나 체(Sieves) 거름으로 입도가 낮은 바닥재 입자만 분리하여 결합재로써 활용하는 것이다. 바닥재는 비산재와 성분이 유사하지만 입자가 크고 모양이 불규칙하여 반응성이 낮다는 점에 착안한 것으로 이에 대한 연구가 몇 차례 진행된 바 있다. 기존 연구들에 따르면 충분한 분쇄로 바닥재의 입도가 낮아질수록, 그리고 체거름을 통해 입도를 낮출수록 합성된 지오폴리머의 압축 강도는 향상되었다.
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 *특허조사 및 특허 전략 분석
-◇ 모래를 대체할 수 있는 지오폴리머 과립 제조방법
+ ◇ 모래를 대체할 수 있는 지오폴리머 과립 제조방법
 (PREPARING METHOD OF GEOPOLYMER GRANULE FOR REPLACING SAND)
 : 화력발전소에서 배출된 석탄 비산재를 원료로 사용하여 모래를 대체할 수 있는 300㎛~1.7mm 크기의 지오폴리머 과립(granule)을 제조하는 방법을 개시하였다. 본 발명은 실리카(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 주성분으로 하는 비산재 및 알칼리 자극 용액(alkali activating liquid)을 회전 믹서에 투입 및 믹싱하여 과립을 제조한 후 상기 과립을 경화시켜 입도 300㎛~1.7mm(전체 과립의 95중량% 이상)인 지오폴리머 과립을 제조하는 방법을 제공한다.