Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 2234-6937(Print)
ISSN : 2287-6979(Online)
Journal of Korea institue for Structural Maintenance Inspection Vol.23 No.1 pp.163-170
DOI : https://doi.org/10.11112/jksmi.2019.23.1.163

Fundamental Properties and Radioactivity Shielding Characteristics of Mortar Specimen Utilizing CRT Waste Glass as Fine Aggregate

Yoon-Suk Choi1, Il-Sun Kim2, So-Yeong Choi2, Eun-Ik Yang3*

본 논문에 대한 토의를 2019년 2월 1일까지 학회로 보내주시면 2019년 3월호에 토론결과를 게재하겠습니다.


Corresponding author:eiyang@gwnu.ac.kr Professor, Dept. of Civil Eng., Gangneung-Wonju National University, Jukheon-gil 7, Gangneung-si, Gangwon-do, 25457, Republic of Korea
19/11/2018 21/11/2018 27/11/2018

Abstract


In recent years, various types of industrial wastes are rapidly increasing with the development of high-tech industries. Specially, high-density waste glass of CRT TV containing heavy metals are buried or disposed of due to reprocessing costs and environmental pollution problems. Thus, more basic research is needed to recycle waste such as CRT waste glass such. In this study, the fundamental properties and radiation shielding performance of mortar specimens substituted CRT waste glass as a fine aggregate were analyzed and their application to shielding materials was evaluated. According to the results, the bulk density of mortar specimen replaced with CRT waste glass was increased and the compressive strength and flexural strength were decreased. Meanwhile, the CRT waste glass substitute specimen containing a large amount of lead component showed a higher shielding performance than the general mortar specimen. Especially, the linear attenuation coefficient of CRT waste glass in 122KeV·57Co of the low energy field was 2.5 times higher than that of normal specimen.



폐 브라운관(CRT) 유리를 잔골재로 대체한 모르타르 시험체의 기초 물성 및 방사선 차폐 특성

최 윤석1, 김 일순2, 최 소영2, 양 은익3*
1정회원, 한국건설생활환경시험연구원 선임연구원, 공학박사
2정회원, 강릉원주대학교 토목공학과 박사과정
3정회원, 강릉원주대학교 토목공학과 교수, 교신저자

초록


최근 들어, 첨단산업의 발전으로 다양한 종류의 산업폐기물이 빠르게 발생하고 있다. 특히, 산업폐기물 중 중금속을 함유한 고밀도의 폐 브라운관 유리는 재처리 비용과 환경오염 문제로 인해 전량 매립‧처분되고 있다. 따라서 이러한 폐자원을 재활용하기 위한 기초 연구가 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 중금속이 함유된 CRT 폐유리를 잔골재로 대체한 모르타르 시험체의 기초 물성과 방사선 차폐 성능을 분석하여 차폐 재료로의 활용성을 평가하였다. 연구 결과에 따르면 중금속을 함유한 CRT 폐유리를 잔골재로 대체한 시험체의 겉보기 밀도가 상승하였으며, 압축강도와 휨강도는 저하되는 현상을 나타냈다. 또한, 납 성분이 다량 함유된 폐유리 대체 시험체는 일반 모르타르 시험체보다 저에너지의 차폐 성능이 상승하는 효과를 보였으며, 122KeV·57Co 방사선원에 대해서는 일반 모르타르 시험체보다 2.5배 높은 선형감쇠계수를 나타냈다.



    1. 서 론

    우리나라는 지속적인 국토 인프라 시설의 확충과 건설 사업 으로 인해 천연자원인 강자갈과 강모래는 이미 고갈된 지 오래 이며 바닷모래, 부순 돌, 부순 모래 등이 콘크리트 재료로 사용 되어 왔다. 그러나 이러한 골재 자원도 부존량이 한계를 드러 내면서 재생 골재, 슬래그 골재, 유리 골재 등을 대체 재료로 사용 하기 위한 많은 연구가 수행되고 있다(Choi et al., 2015;Kim et al., 2015;Lee et al., 2015;Choi et al., 2018;Kim et al., 2018).

    이와 더불어 첨단산업의 급격한 발전으로 새로운 종류의 다양한 산업폐기물이 빠르게 발생하고 있으며 특히, 2012년 말 아날로그 방송이 중단되고 디지털 방송으로 전환됨에 따라 텔레 비전이나 모니터의 폐 브라운관(Cathode Ray Tube, CRT)이 대량으로 발생하였다(Mueller et al., 2012;Choi et al., 2017;Gusukuma et al., 2018;Kim et al., 2018).

    브라운관에서 발생하는 폐유리는 자원 및 폐기물 재활용의 중요한 대상이 되고 있으나 브라운관이 함유한 중금속을 기술적 으로 분리하는 것이 어려운 관계로 전량 매립되었으며, 이로 인한 중금속 용출 등의 환경오염이 우려되고 있다. 근래에는 폐 브라운관의 본체를 전면부 유리와 납이 함유된 후면부 유리로 분리하고, 납을 회수해 안정화한 후 콘크리트 블록과 점토 블록용 소재로 재사용하는 등의 재활용 방안을 모색하였다(Lee et al., 2013). 그러나 폐 브라운관 유리는 재활용성이 낮고 잔존 폐기 물량이 많으며, 재처리 단계에서의 경제성 확보와 재사용에 따른 환경오염 등의 지속적인 문제점을 지니고 있다.

    한편, 콘크리트는 방사선에 대한 차폐 효과가 높고 시공이 용이하기 때문에 원자력 구조물의 주재료로 사용되고 있으며, 일반 골재를 사용하는 콘크리트와 달리 밀도가 높은 자철석, 철광석, 중정석 등을 굵은 골재로 대체한 중량 콘크리트를 사용한다(Maslehuddin et al., 2013;Oh et al., 2016; Gallala et al., 2017). 그러나 고밀도 골재는 대부분 수입 의존성이 높아 수급이 쉽지 않기 때문에 일반 골재를 사용한 콘크리트의 단면 두께를 확장하여 차폐 성능을 확보하고 있다. 최근에는 방사능 차폐에 대한 중요성이 인식으로 중성자 차폐를 위한 고분자 물질, 신소재 등을 혼합한 패널 형태의 콘크리트 개발 연구도 활발히 이루어지고 있다(Min et al., 2016).

    따라서 이 연구에서는 고밀도의 폐자원을 방사능 차폐를 위한 건설재료로 재활용하기 위해 중금속이 함유된 폐 브라 운관 유리를 잔골재로 대체하였을 때의 기초 물성과 방사선 차폐 성능을 일반 자연사를 잔골재로 사용한 경우와 비교하 여 그 적용성을 평가하였다.

    2. 실험재료 및 방법

    2.1 실험 변수

    중금속이 포함된 고밀도의 CRT 폐유리를 잔골재로 재활용 하기 위하여 Fig. 1과 같은 연구 절차로 기초 물성실험과 방사선 차폐 성능 실험을 수행하였다. 일반 자연사로 제작한 모르타르 시험체를 기준으로 폐 브라운관 유리를 파쇄하여 잔골재로 100% 대체한 모르타르 시험체의 플로우 테스트, 중금속 용출 시험, 밀도 시험, 압축 및 휨강도 특성을 비교·분석하였으며, 방사선 차폐 성능은 엑스선 투과 실험과 핵종별로 시험체의 감마선 감쇠율을 평가하였다.

    Table 1에는 모르타르의 물-결합재비 변수와 각 실험에 사용된 시험체 크기를 나타내었다. 기초 물성 실험은 물-결합재비 0.45를 기준 배합으로 플라이애시(FA) 20%, 고로슬래그(BFS) 30%를 치환하였으며, 폐유리 잔골재 대체율은 0%와 100%로 하였다. 방사선 측정은 물-결합재비 0.45의 OPC 시험체에 대해서만 평가하였다.

    2.2 실험 재료

    이 연구에서는 전자폐기물 처분장에서 수거한 폐 브라운관의 후면부 유리를 분리 파쇄하여 잔골재로 대체하였으며, 브라 운관 폐유리의 구성 성분 비율은 Table 2에 제시하였다. Fig. 2 는 일반 자연사 모래와 파쇄한 CRT 폐유리의 사진을 나타낸 것이다. 또한, 자연사 잔골재와 CRT 폐유리 잔골재의 입도 분포곡선은 Fig. 3에 함께 나타냈으며, 각각의 잔골재 물성은 Table 3과 같다.

    일반 모래를 잔골재로 사용한 경우와 폐 브라운관 유리를 잔골재로 대체한 모르타르 시험체 제작에는 밀도 3.15 g/m3, 분말도 3,200 cm2/g의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 시멘트의 화학조성은 Table 4와 같다. 모든 실험에서 모르 타르 시험체는 변수별로 각 3개씩 제작하였으며, Table 5는 배합표를 나타낸 것이다.

    2.3 실험 방법

    2.3.1 플로우 및 밀도 실험

    고밀도의 CRT 폐유리 대체 시 대략적인 시공성을 판단하기 위하여 플로우 시험을 수행하였으며, 모르타르 시험체 제작 단계에서 KS L 5105 시험 방법에 따라 실시하였다.

    또한, 중금속을 함유한 CRT 폐유리를 대체 혼합했을 때 모르 타르 시험체의 밀도 변화를 알아보고자 ASTM C 642의 시험 방법에 따라 겉보기 밀도(bulk density)를 측정하였다.

    2.3.2 중금속 함유량 및 용출 실험

    차폐 성능에 기여하는 고비중의 중금속이 함유된 정도를 파악하기 위해, 제작한 CRT 폐유리 모르타르 시험체를 분쇄 하여 중금속 함유량을 분석하였으며 폐유리를 대체한 모르 타르 시험체의 환경 안정성을 평가하기 위해서 굳은 모르타르 시험체를 이온교환수에 침지시킨 후 이온교환수로 용출된 중금속의 성분분석을 통해 시험체가 함유한 중금속의 용출 특성을 평가하였다.

    중금속 용출 시험은 폐유리 골재를 100% 대체한 물-결합재비 0.45의 OPC 시험체를 대상으로 실시하였으며, 주요 6가지 중금속 (Pb, Cu, Cd, As, Hg, Cr6+)에 대하여 폐기물공정시험방법에 의거하여 수행하였다.

    2.3.3 압축 및 휨강도 실험

    압축강도 및 휨강도 실험은 Fig. 4에 나타낸 것과 같이 KS L ISO 679 시험방법에 따라 크기 40×40×160mm 시편을 제작 하여 측정하였으며, 휨강도를 선 측정한 후 파단된 시편을 이용 하여 압축강도를 측정하였다.

    2.3.4 방사선 투과 실험

    고밀도의 CRT 폐유리를 잔골재로 대체한 모르타르 시험체 의 방사선 차폐 성능을 평가하기 위하여 X-선 투과 실험과 감 마선 투과 실험을 시행하였다. 먼저, 저에너지의 방사선 차폐 성능을 측정하기 위한 X-선 투과 실험은 표준 X-ray Field에 서 중·저에너지(10~320kV) 엑스선과 표준 조사장치(IEC RQR 8 diagnostic X-ray Beam)을 이용하여 측정하였으며, Fig. 5에 나 타낸 것과 같이 동일한 두께(50mm)의 일반 자연사로 제작한 시험체와 폐유리를 100% 대체한 시험체를 전리함 전면에 각각 위치시키고 같은 크기의 X-선을 투과시켰을 때의 차폐율 을 조사하였다.

    또한, 표준 방사선원(핵종)의 종류와 에너지양의 변화에 따른 차폐 성능을 평가하기 위하여 감마선 분광법을 이용한 감마선 투과 실험을 수행하였다. 감마선 투과 실험은 방사선이 차폐 재료를 1차원적으로 투과하는 정량적인 감쇠율을 측정하기 위하여 아래 Fig. 6과 같이 납 블록 챔버를 구성하였으며, 표준 방사선원과 검출기 사이에 시험체를 거치시키고 방사선만을 시험체에 입사시켜 정확한 차폐 실험을 진행하였다. 사용된 감마선 검출기는 상대효율 120%의 고순도 Ge-검출기를 이용 하였으며, 방사선원의 종류는 57Co, 113Sn, 137Cs, 60Co를 대상으로 하였다. 감마선 에너지양은 122.1keV, 391.77keV, 661.7keV, 1173.2keV, 1332.5keV로 하여 중·저에너지부터 고에너지 까지의 방사선 감쇠율 변화를 비교·분석하였다.

    2.3.5 선형감쇠계수 산정

    방사선이 어떤 물질 혹은 매질을 통과하는 동안 그 매질의 구성 원자 또는 원자핵과 반응할 때 방사선의 세기가 감쇠하게 된다. 즉, 공간 중 두께가 x cm 인 차폐체가 있을 때 차폐 효과로 인하여 감쇠하게 된다. 따라서 재료 내에서 이동한 단위 거리 당 방사선 빔 강도에 대한 감소 정도의 측정값(cm-1)을 선형 감쇠계수(linear attenuation coefficient, μ)로 표현하며, 아래의 식 (1)과 같이 나타낸다(Wood. 1982).

    μ = 1 x ln N 0 N
    (1)

    여기서, x 는 차폐체의 두께이며, NN0는 검출기와 감마선 점선원 사이에 차폐체가 있을 때와 없을 때의 해당 감마선 피크 의 순계수율을 각각 나타낸다.

    선형감쇠계수는 방사선의 에너지와 차폐재의 종류에 따라 변화되며, 같은 종류의 차폐재라도 재료의 조성(밀도)에 따라 달라진다. 따라서 같은 종류 및 동일한 두께의 차폐체에서 선형 감쇠계수가 큰 것이 차폐효과가 높다는 것을 의미한다.

    3. 실험결과 및 분석

    3.1 플로우 및 밀도 변화

    Fig. 7은 일반 모래를 사용한 경우와 폐유리 골재를 100% 대체한 모르타르 배합의 플로우 값을 나타낸 것이다. 그래프 에서 알 수 있듯이 폐유리를 대체한 모르타르의 플로우 값이 다소 상승하는 것을 알 수 있는데 이는 파쇄 과정에서의 표면 마모에 의해 폐유리 골재의 입형이 원형에 가까워지고 일반 자연사보다 코팅 처리된 브라운관 유리의 표면이 매끄러운 것이 원인으로 사료된다.

    한편, Fig. 8은 변수별로 굳은 모르타르 시험체의 밀도 시험 결과를 나타낸 것이다. 배합 변수에 상관없이 폐유리를 잔골재로 사용한 시험체의 밀도가 대략 8% 정도 상승하는 결과를 나타냈다. 이는 예상한 바와 같이 CRT 폐유리가 함유한 중금속의 영향 으로 판단할 수 있다.

    3.2 중금속 함유량 및 용출 결과

    이 연구에서는 CRT 폐유리를 잔골재로 대체하여 제작한 모르타르 시험체의 중금속 함유량과 이온교환수에 의한 외부 용출 여부를 검토하였다. Table 6은 그 실험 결과를 나타낸 것 이며, 표에서의 모르타르 분말(mortar powder)은 시험체를 분 쇄한 후 분말 시료의 내부 중금속 함유량을 나타낸 것이다. 또 한 모르타르 시험체(mortar specimen)는 제작한 시험체를 이 온교환수(pH 5)에 침출시켰을 때의 중금속 용출 여부를 표시 한 것이다.

    폐유리 잔골재 모르타르의 중금속 함유량에 대한 결과를 살펴보면, CRT 후면부의 폐유리 자체 성분은 Table 1에 나타 낸 것과 같이 Fe > Pb > Cr > Si 순으로 구성되어 있는데 이 폐 유리를 잔골재로 대체한 모르타르 시험체에서도 동일한 순서로 중금속이 함유되어 있는 것을 확인할 수 있다. 특히, 납 성분은 8,676 mg/kg으로 가장 많은 양을 포함하고 있었으며, 차폐 효과가 뛰어난 고비중의 납 성분 비율이 높기 때문에 방사선 차폐 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

    한편, CRT 폐유리로 제작한 모르타르 시험체가 함유한 중 금속으로 인해 방사능 차폐 효과를 기대할 수 있으나 시험체가 이온 교환성을 지닌 순수 등에 접촉 시에는 콘크리트 내부의 공극수와 외부 접촉수와의 농도차로 인해 함유된 중금속이 외부로 용출될 수 있는 위험성을 지니고 있다. 따라서 이 연구 에서는 이러한 환경 유해성을 검토하기 위해 폐유리 모르타르 시험체의 중금속 용출 시험을 수행하였으며 그 결과를 Table 6에 함께 나타내었다. 폐유리 골재를 100% 대체한 모르타르 시험체의 이온교환수에 의한 중금속 용출 시험 결과, 모든 중 금속 성분이 불검출된 것으로 나타났다.

    따라서 굳은 모르타르 시험체의 중금속 용출 시험 결과에서 알 수 있듯이 CRT 폐유리의 중금속 성분은 시멘트 페이스트 결합재로 내부 정착을 유도할 수 있으며, 환경 유해성 문제에 서도 안전성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

    3.3 압축강도 및 휨강도 특성

    Fig. 9는 자연사를 잔골재로 사용한 모르타르 시험체와 CRT 폐유리를 잔골재로 대체한 모르타르 시험체의 압축강도를 나타낸 것이다. Fig. 9(a)는 양생재령 7일 후 측정한 값이며, (b)는 28일 양생 후 측정한 결과이다. 실험 결과를 살펴보면, 일반 자연사를 사용한 모르타르 시험체는 양생 재령이 증가할 수록 압축강도가 증가하는 일반적인 특성을 나타냈으며, 고로 슬래그를 혼합 사용한 경우의 압축강도 상승효과가 14.52%로 가장 높게 나타났다.

    반면, CRT 폐유리를 100% 대체한 모르타르 시험체는 양생 기간이 7일에서 28일로 증가했을 때 압축강도가 다소 상승하 였으나, 물-결합재비와 혼화재 종류에 상관없이 일반 자연사를 사용한 시험체보다 압축강도가 저하되는 현상을 나타냈다. 양생 기간 28일 후 측정한 CRT 폐유리 시험체의 압축강도를 살펴보면, 일반 모르타르 시험체 대비 OPC 시험체는 16%, BFS 시험체는 12%, FA시험체는 11%의 강도감소를 나타냈다. 이는 폐유리의 매끄러운 표면이 시멘트 페이스트와의 점착을 방해 하여 압축강도가 감소하는 것으로 판단할 수 있으며, 폐유리를 대체 혼입한 기존의 연구 문헌에서도 동일한 현상을 찾을 수 있다(Zhao et al., 2013; Wang, 2009).

    광물질 혼화재에 의한 압축강도의 영향을 살펴보면, 폐유리 잔골재의 대체 유·무에 상관없이 고로슬래그와 플라이애시를 치환한 시험체가 OPC 시험체보다 다소 높은 압축강도를 나타냈 다. 특히, Fig. 9(b)에서, CRT 폐유리를 100% 대체하고 고로 슬래그를 혼합한 시험체(BFS_waste glass)의 압축강도가 자연 사를 사용한 시험체(OPC_natural glass)의 압축강도와 동등한 수준을 나타내는 것을 알 수 있다. 따라서 CRT 폐유리의 대체 사용으로 인해 압축강도가 저하되는 현상은 분말도가 높은 광 물질 혼화재를 함께 사용하여 원활한 수화반응과 포졸란 반응 을 유도함으로써 시멘트만을 결합재로 사용한 경우와 동등한 수준으로 강도 보상 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

    한편, Fig. 10(a)(b)7일 및 28일 양생 조건에 대한 각각의 휨강도를 나타낸 것이다. 휨강도 특성에서도 압축강도 특성과 같이 양생 기간이 길어질수록 휨강도는 상승하였으며, 혼화재를 사용한 시험체의 휨강도가 다소 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 압축강도와 마찬가지로 CRT 폐유리를 잔 골재로 대체한 경우에는 고로슬래그 혼화재를 함께 사용하여 OPC 수준으로 휨강도를 향상할 수 있을 것으로 사료된다.

    3.4 방사선 차폐 성능

    이 연구에서는 X-선 투과 실험과 감마선 투과 실험을 통해 고밀도의 CRT 폐유리를 잔골재로 대체했을 때의 차폐 성능을 검토하였다. 먼저, Fig. 11의 X-선 투과 실험 결과에서 일반 자연사를 사용한 모르타르 시험체는 97.3%의 X-선 차폐율을 나타냈으며, CRT 폐유리로 제작한 동일한 두께의 시험체는 100%의 X-선 차폐 효과를 보였다. 그러나 일반 자연사 모르타르 시험체와 폐유리 시험체의 X-선 차폐율 변화가 3% 이내로 미미 하여 그 성능 차이를 판가름하기에 무리가 있는 것으로 판단된다. 이는 차폐 물체에 대한 X-선 자체의 투과성이 낮고 일반 자연사 로 제작한 모르타르 시험체도 X-선에 대한 차폐 효과가 크기 때문에 고밀도의 폐유리로 제작한 시험체와의 격차가 크지 않은 결과를 나타낸 것으로 판단된다.

    따라서, 좀 더 면밀한 방사선 차폐 성능의 분석을 위해 여러 종류의 방사선원(표준핵종)과 방사선량을 달리하여 감마선 투과 실험을 수행한 결과를 Fig. 11에 나타내었다. Fig. 11(a)는 감마선 투과 실험에서의 스펙트럼 결과를 나타낸 것이며, Fig. 12는 스펙트럼 결과를 바탕으로 식(1)을 이용하여 계산한 선형감쇠계수(μ)값의 변화를 그래프로 나타낸 것이다. 방사 선원(핵종)별 선형감쇠계수를 살펴보면, 자연사와 시멘트를 혼합하여 제작한 일반 모르타르 시험체의 경우, 122.1keV_57Co, 391.7keV_113Sn, 661.7keV_137Cs, 1173.2KeV_60Co, 1332.5keV_60Co에 대하여 각각 0.18, 0.18, 0.15, 0.12, 0.11(cm-1)의 선형감쇠계수를 나타내었다. 반면, CRT 폐유리를 잔골재로 대체한 모르타르 시험체의 선형감쇠계수는 0.46, 0.23, 0.17, 0.13, 0.12(cm-1)로 저에너지부터 고에너지까지 감쇠계수가 상승하는 효과를 나타 냈다. 이는 방사선 차폐효과가 높은 고비중의 납 성분이 다량 포함된 CRT 폐유리를 잔골재로 사용함으로써 시험체의 밀도 가 상승하여 방사선 차폐 효과가 높아지는 것으로 판단할 수 있다(Sharma et al., 2009;Akkurt et al., 2010).

    한편, 방사선원별로 상승률을 살펴보면, 57Co는 154%, 113Sn은 26%, 137Cs는 8%, 60Co는 10%의 상승률을 나타냈다. 특히, 57Co 방사선원에 대해서는 2.5배의 높은 상승효과를 보였다. 반면, 방사선량(에너지양)이 높아질수록 방사선 차폐 상승률 이 낮아지는 것을 알 수 있다. 즉, 방사선량이 클수록 CRT 폐 유리의 대체 효과가 낮아지는 것으로 볼 수 있으며, 고에너지 의 방사선을 차단하기 위해서는 잔골재의 배합 용적 비율을 증가시켜야 할 것으로 사료된다. 그러나 잔골재의 용적 비율이 높아질수록 역학적 성능 저하를 초래하므로 고에너지에 대한 방사선 차폐를 위해서는 골재 용적비가 큰 굵은골재를 사용 한 콘크리트가 유리할 것으로 판단된다.

    이상의 방사선 차폐에 관한 결과를 종합해보면, 고밀도의 CRT 폐유리 잔골재를 사용하여 저에너지 영역에서의 방사선 차폐 성능에 대한 상승효과를 확인할 수 있었으며 고에너지 영역에서의 차폐 효과를 극대화하기 위해서는 고비중의 굵은 골재와의 조합이 필요할 것으로 사료된다.

    4. 결 론

    이 연구에서는 고비중의 중금속을 함유한 CRT 폐유리를 건설재료로 재활용하기 위해 CRT 폐유리 모르타르 시험체의 기초 물성과 방사선 차폐 성능을 평가하였으며, 그 결과를 정리 하면 다음과 같다.

    • 1) CRT 폐유리를 잔골재로 대체한 모르타르 시험체는 폐유리가 함유한 고비중의 중금속 성분으로 인해 자연사를 사용한 모르타르 시험체보다 겉보기 밀도가 상승하였다.

    • 2) 폐유리를 대체한 모르타르의 중금속 함유량 분석결과, 차폐 효과에 유리한 납 성분의 함유량이 가장 높은 것으로 나타 났으며, 굳은 모르타르의 용출 시험결과에서는 유해성분이 검출되지 않았다.

    • 3) 폐유리를 100% 대체한 시험체는 압축강도 및 휨강도가 저하 되는 경향을 보였으나, 고로슬래그를 치환 사용하면 자연사를 잔골재로 사용한 OPC 시험체와 동등한 수준의 압축 강도를 나타냈다.

    • 4) 납 성분이 포함된 CRT 폐유리를 잔골재로 사용했을 때 감마선 에 대한 시험체의 선형감쇠계수가 상승하는 결과를 나타냈 으며, 고에너지일수록 선형감쇠계수의 상승 효과가 미미한 것으로 나타났다.

    • 5) CRT 폐유리를 재활용한 고밀도의 모르타르 시험체는 저 에너지 영역의 감마선 차폐 성능이 우수했으며, 적절한 고 비중의 굵은 골재와 조합하여 고에너지의 방사선 차폐 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

    감사의 글

    본 연구는 국토교통부 국토교통기술촉진연구사업의 연구 비지원(18CTAP-C129756-02)에 의해 수행되었습니다.

    Figure

    JKSMI-23-163_F1.gif

    Research Framework

    JKSMI-23-163_F2.gif

    Natural sand and CRT waste glass

    JKSMI-23-163_F3.gif

    Grading curve of fine aggregate

    JKSMI-23-163_F4.gif

    Compressive and flexural strength test

    JKSMI-23-163_F5.gif

    X-ray shielding test

    JKSMI-23-163_F6.gif

    γ-ray shielding test

    JKSMI-23-163_F7.gif

    Result of flow test

    JKSMI-23-163_F8.gif

    Bulk density of hardened mortar specimen

    JKSMI-23-163_F9.gif

    Result of compressive strength

    JKSMI-23-163_F10.gif

    Result of flexural strength

    JKSMI-23-163_F11.gif

    X-ray attenuation rate

    JKSMI-23-163_F12.gif

    γ-ray spectrum and linear attenuation coefficient

    Table

    Experimental variables

    Compositions of CRT glass

    Material properties of fine aggregate

    Chemical compositions of cement

    Mix proportions (Unit : kg)

    Leaching result of heavy metals

    Reference

    1. Akkurt, I. , Akyildirim, H. , Mavi, B. , Kilincarslan, S. , Basyigit, C. (2010), Gamma-ray shielding properties of concrete including barite at different energies, Progress in Nuclear Energy, 52, 620-623.
    2. ASTM C 642. (2013), Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete, ASTM International, West Conshohocken, PA.
    3. Choi, S.Y. , Choi, Y.S. , Won, M.S. , Yang, E.I. (2015), Evaluation on the Applicability of Heavy Waste Glass as Fine Aggregate of Shielding Concrete, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 19(4), 101-108 [in Korean].
    4. Choi, S.Y. , Choi, Y.S. , Yang, E.I. (2017), Effects of heavy weight waste glass recycled as fine aggregate on the mechanical properties of mortar specimens, Annals of Nuclear Energy, 99, 372-382.
    5. Choi, S.Y. , Choi, Y.S. , Yang, E.I. (2018), Characteristics of volume change and heavy metal leaching in mortar specimens recycled heavyweight waste glass as fine aggregate, Construction and Building materials, 165, 424-433.
    6. Gallala, W. , Hayouni, Y. , Gaied, M.E. , Fusco, M. , Alsaied, J. , Bailey, K. , Bourham, M. (2016), Mechanical and radiation shielding properties of mortars with additive fine aggregate mine waste. Annals of Nuclear Energy, 101, 600-606.
    7. Gusukuma, M. , Kahhat, R. (2018), Electronic waste after a digital TV transition: Material flows and stocks, Resources,Conservation & Recycling, 138, 142-150.
    8. KS L 5105. (2007), Testing method for compressive strength of hydraulic cement mortar, Korean Agency for Technology and Standards.
    9. KS L ISO 679. (2016), Methods of testing cements-Determination of strength, Korean Agency for Technology and Standards.
    10. Kim, B.C. , Cha, T.G. , Jang, P.K. , Jang, I.Y. (2015), An Experimental Study on High Strength Concrete Using the LCD Waste Glass Powder. Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute. 3(4), 335-341 [in Korean].
    11. Kim, I.S. , Choi, S.Y. , Yang, E.I. (2018), Evaluation of durability of concrete substituted heavyweight waste glass as fine aggregate, Construction and Building Materials. 184, 269-277.
    12. Kim, Y.M. , Choi, S.Y. , Kim, I.S. , Yang, E.I. , (2018), A study on the Mechanical Properties of Concrete using Electronic Waste as Fine Aggregate, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 22(2), 90-97 [in Korean].
    13. Lee, J.S. , Yoo, H.M. , Yang, W.S. , Park, J.K. , Cho, S.J. , Kim, B.S. , Seo, Y.C. (2013), A Study on Clay Brick manufacturing with Powders of CRT Glass Waste, Journal of Korea Society of Waste Management, 30(1), 86-93 [in Korean].
    14. Lee, B.C. , Lee, J. , Cho, Y.K. , Jung, S.H. (2015), The Strength and Length Change Properties of Recycled Aggregate Concrete(RAC) by Compressive Strength Levels, Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, 3(4), 307-312 [in Korean].
    15. Mueller, J. , Boehm, M. , Drummond, C. (2012), Direction of CRT waste glass processing: Electronics recycling industry communication, Waste Management, 32, 1560-1565.
    16. Maslehuddin, M. , Naqvi, A.A. , Ibrahim, M. , Kalakada, Z. (2013), Radiation shielding properties of concrete with electric arc furnace slag aggregates and steel shots, Annals of Nuclear Energy, 53, 192-196.
    17. Min, J.Y. , Lee, B.N. , Lee, J.S. , Lee, J.H. (2016), Neutron Shielding Performance of Mortar Containing Synthetic High Polymers and Boron Carbide, Journal of the Korea Concrete Institute, 28(2), 197-204 [in Korean].
    18. Oh, J.H. , Mun, Y.B. , Lee, J.H. , Choi, H.K. , Choi, S.S. (2016), Aggregate Effects on γ-tay Shielding Characteristic and Compressive Strength of Concrete, Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology, 14(4), 357-365 [in Korean].
    19. Sharma, A. , Reddy, G.R. , Varshney, L. , Bharathkumar, H. , Vaze, K.K. , Kushwaha, H.S. , Krishnamoorthy, T.S. (2009), Experimental investigations on mechanical and radiation shielding properties of hybrid lead-steel fiber reinforced concrete, Nuclear Engineering and Design, 239, 1180-1185.
    20. Wood, J. (1982), Computational Methods in Reactor Shielding, Pergamon Press, New York, USA.