Kim, Bok Roen;Kim, Chang Woo;Seo, Yang Gon;Lee, Young Soon
Korean Chemical Engineering Research
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v.50
no.3
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pp.567-573
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2012
Compared with the natural marble, the artificial marble has the advantages of excellent appearance, high degree of finish, even color, fine pressure and wear resistance, bear erosion and weathering, etc. It can be widely used in kitchen countertops, bath vanity tops, table tops, furniture, reception desks, etc. However, large amounts of artificial marble waste such as scraps or dust have been generated from sawing and polishing processes in artificial marble industry. Waste from artificial marble industry is increasing according to demand magnification of luxurious interior material. Artificial marble wastes can be recycled as aluminum oxide used as raw materials in electronic materials, ceramics production, etc., and methyl methacrylate(MMA) which become a raw material of artificial marble by pulverization, pyrolysis and distillation processes. The characteristics of artificial marble wastes was analyzed by using TGA/DSC and element analysis. Crude aluminum oxide was obtained from artificial marble waste by pulverization and thermal decomposition under nitrogen atmosphere. In this work, Box-Behnken design was used to optimize the pyrolysis process. The characteristics of crude aluminum oxide was evaluated by chromaticity analysis, element analysis, and surface area.
The pyrolysis has been universally applied to recycle the waste artificial marble. However, the existing heat treatment equipment has relatively low heat transfer efficiency into the inner part of the waste artificial marble. Besides, it leads to unnecessary excessive gas during the partial carbonization of the polymethyl methacrylate (PMMA) and raises the risk of fire due to heat at an extremely high temperature. This study suggests the process of pyrolysis at the formation state after adding the starch to waste artificial marble to overcome above-mentioned problems. As the result of experiments, this method showed that the pyrolysis of waste artificial marble was greatly improved at comparatively low temperature condition of $350^{\circ}C$. Moreover, it also manifested the effect on securing the stability and energy savings necessary for the recovery of methyl methacrylate (MMA) and ${\alpha}$-alumina (${\alpha}-Al_2O_3$).
In this paper, functionality of soft computing algorithms such as Group method of data handling (GMDH), Random forest (RF), Random tree (RT), Linear regression (LR), M5P, and artificial neural network (ANN) have been looked out to predict the compressive strength of concrete mixed with marble powder. Assessment of result suggests that, the overall performance of ANN based model gives preferable results over the different applied algorithms for the estimate of compressive strength of concrete. The results of coefficient of correlation were maximum in ANN model (0.9139) accompanied through RT with coefficient of correlation (CC) value 0.8241 and minimum root mean square error (RMSE) value of ANN (4.5611) followed by RT with RMSE (5.4246). Similarly, other evaluating parameters like, Willmott's index and Nash-sutcliffe coefficient value of ANN was 0.9458 and 0.7502 followed by RT model (0.8763 and 0.6628). The end result showed that, for both subsets i.e., training and testing subset, ANN has the potential to estimate the compressive strength of concrete. Also, the results of sensitivity suggest that the water-cement ratio has a massive impact in estimating the compressive strength of concrete with marble powder with ANN based model in evaluation with the different parameters for this data set.
The artificial rain (pH 4.0, pH 5.6 and pH 6.85) and weathering simulation test are applied in dolomitic marble for the prediction of deterioration of the stone monuments constructed with carbonate rock by acid rain. pH of the applied rain all increase to about neutral pH after reaction of marble. The contents of $Ca^{2+}$ and $Mg^{2+}$ have increased more than twofold in two acid rain and deionized neutral rain after reaction of marble. The weight of marble is expected to decrease $0.00037kg/m^2$ each test cycle by pH 4.0 rain. This weight reduction rate of marble is 1.4 and 3.1 times more in pH 5.6 and pH 6.85 rain respectively, and 3.7 times more in only artificial weathering test. The compressive strength of marble is expected to decrease 0.2468, 0.1791 and $0.1280kg/m^2$ per test cycle with pH 4.0, pH 5.6 and pH 6.85 rain, respectively. These results mean that more acidic rain more enfeeble the strength of marble. Dolomite and small amount of calcite are precipitated in the rains after reaction of marble.
Alumina powder was prepared from heat-treatment of artificial marble waste fine aggregate containing $Al(OH)_3$ for the purpose of the feasibility of its recycling. Artificial marble waste was heat-treated between $500^{\circ}C$ and $1000^{\circ}C$ and XRD, BET surface area, BJH pore size distribution and adsorption of As were analyzed for heat-treated powder. It was found that the adsorption efficiency of As was significantly affected by phase composition of alumina powder rather than its physical characteristic. Heat-treated powder compact was sintered to produce the pellet. Alumina pellet with porosity more than 60% could be obtained after sintering below $1200^{\circ}C$ and also the addition of glass powder as a sintering aid had a positive effect on lowering sintering temperature, led to the high porosity near 60% and adsorption of As over 60% even at $900^{\circ}C$.
Aperture is an important parameter for determining the hydraulic characteristics of fractured media. In this study the topography of artificial rock joint surface was measured using 3D laser profilometer to analyze the aperture distribution. The initial aperture distribution was determined when the contact area became one percent of total joint surface. The initial aperture distribution of granite joint, with the mean value of 0.78 mm and the standard deviation of 0.34 mm was much different from that of the marble joint, with the mean value of 0.57 mm and the standard deviation of 0.26 mm. Apertures of both granite and marble showed normal distributions. Aperture distribution with the contact area of 25% was also analyzed. Mean value was decreased to one third compared to the initial aperture, but the standard deviation was decreased slightly. To determine the spatial correlation of the aperture distribution variogram analysis was carried out on the initial aperture data. Most experimental variograms were fitted well with exponential model. It is expected that the measured aperture characteristics can be used for stochastic analysis of fluid flow through rock joints.
The purpose of this research was to find an optimal quarrying for marble by analyzing the applicability and the work efficiency of a chain saw machine newly introduced in the underground Baekwoon mine. From the test results of the physical properties of Baekwoon marble, which affects the efficiency of rock cutting, it was found to have similar physical characteristics as the ones which are now being produced in the other areas in Korea. And especially it shows isotropic property, which can be thought to be advantageous as a dimensional stone. To check the long-term quality of the marble as a stone material, several tests such as corrosion resistance test and abrasion test were carried out. It was found to be vulnerable to acid rain with decrease of weight and seismic wave velocity after applying artificial rain at pH 5.6 for 50 times. The percentage of wear from abrasion test was 22.67%. The working time and cutting speed of the chain saw machine were recorded and analyzed during the test-run at the quarry. The overall work cycle was assorted into 9 unit operations and the operating time per each unit was drawn. The operating times for the two cutting patterns, which could be possibly applicable to the work site, were compared. The results indicated that the pattern B, that the cutting sequence was set to minimize the movement of the machine, showed 6% less working hours than the pattern A, which first cuts the outer boundary. With cutting pattern analysis, the ore body in the Baekwoon mine was 3 dimensionally modeled and a quarrying plan considering the existing conditions of the marble was suggested.
Some well-known artificial weathering tests such as freezing-thawing, acid immersion, and salt crystallization are adopted to examine the change of rock properties during the processes of artificial weathering. Granites and other rock types of limestone, marble and basalt collected from different quarries in south Korea were sampled for this study. All tests were performed up to 30 cycles and physical properties were measured after experiencing every ten cycles of artificial weathering tests. During the tests, the variation trends of rock properties were too variable to draw generalized variation patterns but it can be concluded that weathering agents have different effect on rock properties depending on weathering circumstance and time. Even in short terms of salt crystallization tests, some rocks were severely deformed and then burst, and in the early stages of salt weathering, recrystallized salts filling pores and cracks in rocks could be a important factor affecting rock properties.
Direct shear tests were on ducted in a laboratory setting in order to investigate the shear strength and deformation behavior of rock joints. Also, the characteristics of acoustic emissions (AE) during shearing of rock joints were studied. The artificial rock joints were created by splitting the intact blocks of Hwangdeung granites and Iksan marbles. Joint roughness profiles were measured by a profile gage and then digitized by Image analyzer. Roughness profile indices(Rp) of the joints were calculated with these digitized data. Peak shear strength, residual shear strength, shear stiffness and maximum acoustic emission(AE) rate were investigated with joint roughness. The peak shear strenght, the residual shear strength and the shear stiffness were increased as roughness popfile index or normal stress increased in the shear tests of granites. In the tests of marble samples, the shear deformation characteristics were not directly affected by joint roughness. As the result of two directional shear tests, the shear characteristics were varied with shear direction. AE count rates were measured during the shear deformation and the AE signals in several stages of the deformation were analyzed in a frequency domain. The AE rate peaks coincided with the stress drops during the shear deformation of joint. The dominant frequencies of the AE signals were in the vicinity of 100 kHz fo rgranite sample and 900 kHz for marble samples. The distribution of amplitude was dispersed with increasing normal stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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