The bottom ash which is the one of coal combustion products (CCPs) produced by thermal power plant has low rate of reuse for its irregular shape and large surface pore size. In the advanced research, bottom ash can be effectively utilized in high-strength concrete which can hinder the adverse properties of bottom ash. The cement matrix in high-strength concrete reduces the interlocking among bottom ash particles. Also, bottom ash is beneficial to reduce a self-weight of concrete and to obtain internal curing effect with its highly porous nature. The high-strength concrete which is a effective application way of bottom ash utilization is well known for its large autogenous shrinkage attributed to low water-to-binder ratio. Internal curing can effectively mitigate self-desiccation via extra water supply through cross section. The bottom ash is proven its possibility as an internal curing agent with its highly porous structure, but internal curing efficiency is not as good as commercialized lightweight aggregate such as expanded shale. The large sized pores distributed on the surface of bottom ash causes the reduction of internal curing efficiency. In this study, the surface treatment by cold-bonding method was conducted to improve internal curing efficiency of bottom ash by modifying the surface characteristics. The bonding mechanism of cold-bonding method is pozzolanic reaction among fly ash particles, and it does not undergo the sintering process.. The cold-bonding method possess benefits such as reducing impact on environment, cost to manufacture, and ease of fabrication.
The characteristic of surface-treated bottom ash was evaluated mainly for three properties. First, micro-structure of surface-treated bottom ash was observed by BSE image. Second, water transfer properties were investigated. The absorptivity variation by time and desorption properties at the early age using fluorescent material were measured to characterize water transfer properties. Third, the evolution of hydration with age was examined with XRD, thermal analysis (TG/DTA), and non-evaporated water content. The comparison of internal curing efficiency was examined followed by the characterizing surface-treated bottom ash. The internal curing efficiency of surface-treated bottom ash was compared with expanded shale, raw bottom ash as it is in terms of three properties including evolution of hydration by time, ability to mitigate shrinkage and mechanical properties.
The improvement of internal curing efficiency by surface-treatment was proven by experiments. How-ever, surface-treated bottom ash shows lower efficiency than expanded shale though its absorptivity is similar to expanded shale. In addition, incorporating surface-treated bottom ash causes the reduction of compressive strength. Yet, surface treatment is effective to control the rapid desorption of raw bottom ash.
화력발전소에서 발생하는 부산물 중 석탄바닥재는 입형이 불균질하고 공극이 커서 플라이 애쉬 등 타 부산물에 비하여 재활용율이 낮다. 이에 석탄바닥재를 고강도 콘크리트에 혼입하여 단점을 상쇄하고, 다공질 특성을 활용하여 내부양생효과를 얻을 수 있었다. 선행연구에서 석탄바닥재의 효과적인 활용처로 제안한 고강도 콘크리트는 자기 건조로 인한 수축이 일반 콘크리트에 비하여 커서 형안정성에 불리한 특성을 가지고 있다. 내부양생은 부재 단면 내에서 추가적인 양생수 공급으로 자기 건조를 저감시켜 수축을 막는다. 선행연구를 통하여 석탄바닥재의 내부양생에 대한 가능성을 볼 수 있었으나, 표면에 분포하는 큰 공극으로 인하여 상용 경량골재에 비하여 효율이 현저하게 낮음을 확인하였다. 본 논문에서는 비소성 방식(Cold-bonding method)을 이용하여 석탄바닥재의 표면 특성을 개선시켜 내부양생 효율을 향상시키는 연구를 하였다.
비소성 방식(Cold-bonding method)은 열처리 과정을 거치지 않는 방법으로, 접합 메커니즘은 일반적으로 포졸란 반응에 의한 입자의 결합이다. 생산과정에서 에너지 소비가 크지 않으므로 환경 부하가 적고, 경제적이며, 손쉽게 제조할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 비소성 방법으로 표면 개질 한 석탄바닥재의 특성 평가는 크게 세 가지로 이루어졌다. 먼저, BSE 이미지를 통하여 미세구조를 관찰하였다. 둘째, 수분전달 특성에 대하여 조사하였다. 수분전달특성은 시간에 따른 흡수율 측정과 형광물질을 활용하여 타설 초기 발수 특성을 분석하였다. 마지막으로, 석탄바닥재 표면 위 코팅층의 시간에 따른 수화도는 XRD, 열분석(TG/DTA), 고정수량 측정을 통하여 이루어졌다. 표면 개선된 석탄바닥재의 내부양생 효율은 미처리 한 석탄바닥재 및 팽창혈암과 비교하여 분석하였다. 내부양생 효과는 크게 세 가지 특성을 종합하여 평가하였다. 1) 시간에 따른 수화 발현 특성, 2) 수축 저감 효과, 3) 기계적 특성 평가로 구성되었다.
연구 결과, 비소성 방식으로 표면 개선한 석탄바닥재를 처리 전에 비하여 내부양생 효율이 증가하였다. 그러나, 표면 개선한 석탄바닥재는 팽창혈암과 비슷한 흡수율을 가지고 있음에도 불구하고 내부양생 효율이 떨어짐을 확인하였다. 또한, 표면 처리한 석탄바닥재가 기계적 강도 측면에서 불리한 것을 확인하였다. 그럼에도 표면 개선을 통하여 발수 속도가 늦어져 블리딩 감소, 장시간 플로우 확보, 시공성 향상 등의 효과를 확인하였다.
