시멘트의 레이저 스캐블링에 대한 실험적 조사

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12202(2022) 이 기사 인용

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본 연구에서는 6가지 유형의 시멘트 모르타르와 3가지 유형의 초고성능 콘크리트(UHPC)를 스캐블링하는 동안 스팟 크기 40μm, 250W 출력의 펄스 파이버 레이저의 영향을 성공적으로 분석했습니다. 딱지 샘플 표면에 대한 공초점 현미경 검사를 통해 유리층(GL), 부분 용융 영역(PMZ) 및 독특한 형태학적 외관을 갖는 열 영향 영역(HAZ)의 세 가지 별개 영역의 형성이 밝혀졌습니다. 유리질 층은 기포 형성을 보인 반면, 긁힌 부분을 따라 균열이 발견되었습니다. 3D 지형 이미지를 이용하여 공정 시작과 종료 사이의 딱지 깊이 차이를 드러냈습니다. 또한, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 각 영역의 기공 발달 및 미세구조 변화를 관찰하였다. 추가 에너지 분산형 X선(EDX) 분석에서는 유리층과 비처리 구역(NPZ) 내부의 실리콘과 칼슘 비율에 상당한 변화가 있는 것으로 나타났습니다.

시멘트 기반 재료는 저렴한 비용, 가용성, 공학적 특성 및 내구성으로 인해 많은 건설 현장에서 널리 사용됩니다. 이는 공장 생산 장치 및 발전소와 같은 토목 및 산업 구조물을 건설하는 데 사용됩니다. 현재 발전소는 시민 사회의 성장에 매우 중요합니다. 지난 몇 년간 화석연료 구동 발전소는 화석연료 소비와 CO2 배출을 줄이기 위해 점진적으로 핵연료 발전소로 전환되었습니다1,2. 그러나 친환경에너지의 등장과 현대사회의 안전문제에 대처하기 위해 우리나라에서는 지난 4년간 170기 이상의 원자로가 영구 정지되었습니다. 지난 40년 동안 85개 이상의 상업용 동력로, 45개 이상의 실험 또는 프로토타입 동력로, 250개 이상의 연구용 원자로 및 다수의 핵연료주기 시설이 정규 가동을 중단했습니다3,4.

결과적으로 이로 인해 원자력 발전소 콘크리트 구조물 및 부품의 해체 및 오염 제거 횟수가 증가했습니다. 구체적으로 가스냉각식 및 가압식 원자로를 해체할 때 750~900톤의 방사성 콘크리트 물질이 생성될 수 있다고 보고됐다. 한국의 연구용 원자로(KKR-2)가 해체되면서 260톤의 방사성 콘크리트와 60톤 이상의 우라늄 화합물로 오염된 콘크리트 폐기물이 발생했습니다5,6. 이러한 방사성 콘크리트의 생성은 주로 작업 중 방사성 액체 및 에어로졸의 노출에 기인합니다. 또한 원자로 근처 구조물 내부에서는 두께 비율이 더 높아집니다. 이 폐기물 처리는 핵 폐기물 처리 규칙을 준수해야 하기 때문에 상대적으로 비용이 많이 들고 어려울 수 있습니다7.

따라서 거의 40년 동안 장기간 사용 후 해체 중 핵 폐기물의 양을 줄이기 위해 오염된 콘크리트 층의 8~12mm 두께를 기계적, 화학적 또는 생물학적 공정을 통해 제거합니다5,8. 면도, 분사 연마, 스캐블링과 같은 전통적인 파괴적인 기계 공정은 주로 미세한 2차 폐기물, 거친 마무리, 높은 진동, 중장비 개입 및 더 높은 인건비 소비를 초래합니다. 특히, 미세한 2차 폐기물의 생산은 때때로 인근 근로자에게 산소결핍을 유발할 위험이 있습니다9. 또한, 화학적, 생물학적 비파괴 공정의 경우 2차 폐기물 발생이 감소됩니다. 그러나 액체나 슬러리 형태의 2차 화학폐기물은 지하수를 오염시키거나 바다로 유입되어 자연수생서식지를 저해하고 있다. 또한 화학적 오염 제거에는 유해한 산과 킬레이트제가 사용되며, 이는 독성 연기로 인해 작업자에게 해를 끼칠 수도 있습니다. 자연 재해 외에도 화학적 및 생물학적 오염 제거로 제거되는 물질의 깊이는 제한되어 있으며 시간이 많이 소요될 수 있습니다5.