산성 공격 하에서 토양 안정화에 대한 왕겨 재 및 달걀 껍질 석회 기반 결합제의 실험적 조사

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 7542(2022) 이 기사 인용

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이 연구에서는 점토질 토양 안정화를 위한 대체 바인더로서 왕겨 재(RHA)-달걀 껍질 석회(ESL) 및 RHA-상업 석회(CL)의 사용뿐만 아니라 산성 공격을 받는 토양 바인더 혼합물의 성능을 평가합니다. 황산용액을 이용한 배치시험을 통해 반응성을 분석하기 위해 중심합성설계를 수행하였다. 물리적 및 기계적 거동은 다짐시험과 무제한 압축강도(UCS)를 통해 평가되었습니다. 반응성 테스트에서는 ESL과의 혼합물에 대한 오염물질의 산성도가 더 잘 중화되는 것으로 나타났습니다. 독성 원소의 가장 높은 압축 강도, 반응성 및 부분 캡슐화는 토양에 30% RHA 및 6% ESL을 적용하는 것과 관련이 있습니다. AC-S-H 겔은 XRD 패턴을 통해 결정성이 낮은 상태에서 관찰됩니다. 산성 공격에 노출된 토양에 RHA-ESL을 적용하는 것은 환경적으로 타당합니다. 시간 경과에 따른 혼합물 강도와 결합된 RHA 분쇄 공정 분석 및 매립지의 불침투성 장벽에서의 적용 테스트가 권장됩니다.

고형 폐기물은 주로 인구 증가와 소비주의로 인해 전 세계적으로 증가하는 우려를 나타냅니다1. 주요 폐기물 발생원은 세계 쌀 생산으로, 매년 왕겨 7억 5천만 톤을 생산하는 것으로 추산됩니다2. 또한, 식품 부문에서 발생하는 폐기물인 달걀 껍질의 가치 평가와 관련된 새로운 연구 분야가 있습니다. 전 세계적으로 매년 491만 톤의 달걀 껍질 폐기물이 발생하는데, 이는 브라질에서 278,250톤에 달합니다3.

쌀 가공에서는 왕겨로 구성된 1억 6천만 톤의 폐기물이 발생하며, 이는 매립2 또는 에너지 목적4으로 보내집니다. 에너지 목적으로 사용되는 왕겨 부분은 정기적으로 에너지 생산을 위한 보일러의 연료로 사용되며 연소 후에는 새로운 폐기물인 왕겨 재(RHA)가 생성됩니다. RHA는 비정질 실리카의 공급원으로 인해 포졸라나로 간주됩니다4. 콘크리트 생산5,6,7, 모르타르8,9, 토양 복원 공정10, 흡착11 등 다양한 대상에서 RHA 적용을 촉진합니다. 지오폴리머 구성12 및 폐수 처리13.

RHA의 특성과 포졸란 물질로서의 잠재력은 RHA를 생성한 방법과 조건에 크게 좌우됩니다4,14. 다양한 산업 분야의 RHA는 서로 다른 비정질 실리카 함량과 특정 표면적을 가질 수 있을 뿐만 아니라 아직까지 제대로 연구되지 않은 기타 뚜렷한 특성을 가질 수 있습니다14,15. 따라서 RHA의 특성 분석뿐만 아니라 환경의 알칼리도를 높이는 물질(예: 석회)과의 혼합물에서의 RHA 사용에 대한 탐구도 중요합니다.

이러한 맥락에서 많은 연구에서는 다양한 지질 공학 및 토목 건축 응용 분야에 대한 대체 칼슘 공급원으로 달걀 껍질 폐기물의 사용을 평가했습니다3,16,17,18,19,20. 또한, 연구에 따르면 달걀껍질 석회(ESL)는 RHA와 같은 포졸란 공급원과 함께 토양 안정화를 위한 탁월한 재료로 나타나고 석회석 광물 추출 및 개선을 방지하기 때문에 돌로미틱 석회보다 지속 가능한 바인더로 나타납니다4,20,21.

이러한 연구에서는 새로운 재료 개발을 위해 RHA와 달걀껍질 석회를 단독으로 적용하는 방법을 연구했지만, 압축된 점토 잔류 토양의 기계적 및 반응성 거동을 개선하기 위해 이 두 재료를 혼합물로 사용하는 연구는 부족합니다. 이러한 혼합물은 예를 들어 매립지의 방수 장벽에 적용될 수 있으며 폐기물 또는 광미 처리 시 발생하는 산성 오염물질과 접촉할 수 있습니다. 이러한 장벽은 미세구조의 저하를 방지하고 오염물질이 하층토로 이동하는 것을 방지할 수 있습니다22.

이 논문은 토양 안정화를 위한 대체 결합제로서 RHA 난각 석회와 RHA 상업용 석회를 비교하여 이러한 격차를 메웁니다. 점토질 토양-RHA-석회 혼합물의 반응성에 크게 영향을 미칠 수 있는 요인을 조사하기 위해 실험 설계가 수행되었습니다. 또한, 왕겨 재의 특성 분석, 무제한 압축 강도 시험, 환경 성능, 화학적 및 광물학적 분석을 혼합물에서 수행했습니다.