KR101247707B1 - 페로니켈 슬래그를 포함하는 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재 - Google Patents

페로니켈 슬래그를 포함하는 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분말도가 일정 이상인 페로니켈 슬래그를 포함하여 이루어진 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재에 관한 것으로, 페로니켈 슬래그를 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재로 이용하는 방법을 제공함으로써, 아직까지 부산 슬래그의 재활용은 미미한 수준으로 단순 매립에 의존하거나, 노반재 또는 콘크리트용 잔골재로서만 활용되고 있는 페로니켈 슬래그의 활용범위를 확대함으로써, 환경 부하를 낮추면서 가격 경쟁력 및 품질이 뛰어난 시멘트, 모르타르 및 콘크리트의 제조가 가능하게 한다.

Description

페로니켈 슬래그를 포함하는 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재 {Additive for cement, mortar and concrete comprising ferronickel slag}
본 발명은 페로니켈 슬래그를 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재로 이용하는 방법과 관련된 것이다.
스테인레스 스틸의 주원료인 페로니켈은 전기로 또는 로터리 킬른에서 제련하여 생성되며, 이때 발생하는 슬래그를 페로니켈 슬래그라고 한다. 보통 니켈 1톤당 약 30톤의 슬래그가 발생하는 것으로 알려져 있으며, 국내 부산 발생량은 년간 약 100만톤에 이르고 있다. 하지만 아직까지 부산 슬래그의 재활용은 미미한 수준으로 단순 매립에 의존하고 있는 형편이다. 일본에서는 페로니켈 슬래그를 노반재나 콘크리트용 잔골재로 이용하기도 한다.
일본의 경우, 페로니켈 슬래그를 콘크리트용 골재로 사용하는 규격을 제정·운영(JIS A 5011-2 : 콘크리트용 슬래그 골재 - 제2부 페로니켈 슬래그 골재)하고 있으며, 최근 국내에서도 콘크리트용 잔골재로 규격화 하였다. 국내 관련 규격은 “콘크리트용 페로니켈 슬래그 잔골재”로, 규격번호 KS F 2790, 제정년도는 2009년 10월 30일이다.
이렇게 페로니켈 슬래그가 콘크리트용 잔골재로 규격화된 이유는 페로니켈의 용해 및 제련과정에서 발생하는 부산물로, 그 대부분이 모래와 같은 상태로 견고하고 흡수율이 작으며, 물리화학적으로 안정되어 있기 때문이라고 KS F 2790에서는 설명하고 있다. 즉, 시멘트와의 반응성은 없고 콘크리트용 골재로 사용하기 위한 안정성을 충분히 확보하고 있다는 설명이다.
또한 순천대 이상홍 등은 고온고압 양생 후의 페로니켈 슬래그를 적용한 모르타르의 안정성을 시험한 결과 이상이 발견되지 않았으며, 장기 팝-아웃에 대한 안정성 및 중금속 용출에 대한 안정성 검토 수행결과 양호한 것으로 판정하였다.
또한 포항산업과학연구원 조봉석 등도 콘크리트 골재로서의 사용을 강조하였다. 상기의 설명들은 페로니켈 슬래그가 매우 안정하여 화학적 반응성도 거의 발생치 않는다는 것을 의미하는 것이다. 이와 유사하게 페로니켈 슬래그를 일본 등에서도 화학적 반응성을 기대하기 어려운 콘크리트용 잔골재와 샌드블라스트, 매립용 등으로 단순 사용하고 있다.
그러나 페로니켈 슬래그를 콘크리트용 잔골재 및 샌드블라스트 등으로 사용하기에는 운반비 등의 경제적 이유로, 발생지역 근처에서만 사용할 수 있다는 단점을 갖는다. 그러므로 페로니켈 슬래그의 좀 더 많은 활용을 위해서는 다양한 방안이 강구되어야 하며, 이중 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재 등으로 이용할 경우, 경제적 타당성도 확보할 수 있을 것으로 추정되었다. 그러나 상기에서 언급한 바와 같이 페로니켈 슬래그는 매우 안정하여, 일반적 콘크리트 혼합재인 고로수재 슬래그와 플라이애쉬 등과 같은 잠재수경성 및 포졸란 반응도 기대할 수 없는 것으로, 기존 연구 및 문헌상에서 발표되어 왔다. 잠재수경성이란 고로수재 슬래그가 알카리 (시멘트 등) 또는 황산염 등의 자극에 의해 물과 반응하여 딱딱하게 굳어지는 경화특성이 발현되는 것을 의미하며, 이에 따라 시멘트에 혼합한 경우, 장기적으로는 시멘트보다 강도 등의 물성이 양호해진다. 그러나 이런 잠재수경성은 페로니켈 슬래그에서 전혀 보고된 바가 없다.
본 발명자들은 슬래그 입자 상태에서는 전혀 반응성이 없었던 페로니켈 슬래그를 일정 크기 이하로 미분쇄할 경우 시멘트와의 반응성이 증가하고, 따라서 단순 골재가 아닌 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재 등으로 이용할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 페로니켈 슬래그를 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재로 이용하는 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재에 있어서, 이수석고, 무수석고 또는 이들의 혼합물에 페로니켈 슬래그를 혼합하며 분말도가 4,000 ~ 10,000 cm2/g인 것을 것을 특징으로 하는 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재에 의하여 달성된다.
페로니켈 슬래그를 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재로 이용하는 방법을 제공함으로써, 아직까지 부산 슬래그의 재활용은 미미한 수준으로 단순 매립에 의존하거나, 노반재 또는 콘크리트용 잔골재로서만 활용되고 있는 페로니켈 슬래그의 활용범위를 확대함으로써, 환경 부하를 낮추면서 가격 경쟁력 및 품질이 뛰어난 시멘트, 모르타르 및 콘크리트의 제조가 가능하게 한다.
본 발명의 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재에서 “혼합재”는 시멘트, 모르타르 및 콘크리트에 혼합되는 미분말로서 분말도가 2900 cm2/g 이상인 것으로 시멘트와 반응성을 지닌 분말재료를 의미한다. 시멘트의 KS규격에는 시멘트에 5 중량% 이하로 첨가되는 물질은 첨가제, 5 중량%를 초과하여 첨가되는 물질은 혼합재로 구분하고 있으나, 본 발명에서는 시멘트에 첨가되는 함량에 관계없이 모두 “혼합재”라는 용어를 사용한다.
본 발명의 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재는 분말도가 3500 cm2/g 이상인 페로니켈 슬래그를 포함하여 이루어진다. 페로니켈 슬래그의 분말도는 바람직하게는 4,000 ~ 10,000 cm2/g, 더욱 바람직하게는 4,500 ~ 6,000 cm2/g이다.
분말도가 상기 하한치 미만인 경우에는 시멘트에 혼합시 압축강도가 저하되고, 특히 초기 강도가 낮은 문제가 있고, 이로 인해 압축강도의 저하 없이 시멘트에 혼합할 수 있는 함량의 상한치가 낮아지는 문제가 있다. 또한 페로니켈 슬래그의 분말도가 높으면 높을수록 압축강도의 발현에는 유리하지만, 분쇄에 소요되는 비용이 증가되므로 상기 상한치 미만으로 분쇄하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것은 아니다.
슬래그 시멘트 조성물, 또한 슬래그 및 시멘트를 포함하는 콘크리트 조성물에서 페로니켈 슬래그를 혼합재로 활용할 수 있는지를 확인하기 위해 평균 입경 3 ~ 4 mm의 페로니켈 슬래그를 각각 분말도 2800, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500cm2/g 으로 분쇄하여 사용하였다. 이때 분쇄하여 사용한 페로니켈 슬래그(FN슬래그)의 평균 입경은 2800cm2/g인 경우 28.9㎛, 4000cm2/g인 경우 12.8㎛, 4500cm2/g인 경우 9.6㎛, 5000cm2/g인 경우 7.3㎛, 5500cm2/g인 경우 5.2㎛ 이었다.
페로니켈 슬래그는 일반적으로 표 1의 화학조성을 가진 것으로, 주성분은 SiO2와 MgO이며, 이외에도 Fe2O3와 Al2O3 등을 포함하고 있고, 이외에도 소량의 Ni, Cl 및 SO3 등을 함유하고 있다. 또한 페로니켈 슬래그의 광물상은 주로 Forsterite (2MgO·SiO2) 및 Enstatite(MgO·SiO2) 등으로 구성되어 있다
성분 SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 K2O Na2O SO3 LOI
함량 51.3 3.91 0.49 34.0 7.83 0.07 0.36 0.03 0.00
실험에 사용한 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)는 국내 S사의 제품을 사용하였고, 분말도는 3450cm2/g 이며, 고로수재 슬래그의 분말도는 4,550cm2/g 이었다.
슬래그 시멘트 조성물의 원재료 및 중량%는 표 2에 나타내었다.
No 구 분 OPC FN 슬래그 비 고
1 OPC 100 - -
2 OPC + FN 슬래그 5% 95 5 FN 슬래그 내
이수석고 5%
3 95 5 FN 슬래그 내
무수석고 5%
4 OPC + FN 슬래그 10% 90 10 FN 슬래그 내
이수석고 5%
5 90 10 FN 슬래그 내
무수석고 5%
6 OPC + FN 슬래그 20% 80 20 FN 슬래그 내
이수석고 5%
7 80 20 FN 슬래그 내
무수석고 5%
8 OPC + FN 슬래그 30% 70 30 FN 슬래그 내
이수석고 5%
9 70 30 FN 슬래그 내
무수석고 5%
10 OPC + FN 슬래그 10% 90 10 -
먼저, 분말도가 2800cm2/g 인 페로니켈 슬래그(FN 슬래그)를 사용하여 시멘트 모르타르의 플로우와 압축강도를 측정한 결과를 표 3에 나타내었다.
No 압축강도 (MPa) Flow (mm)
3일 7일 28일
1 31.4 39.7 50.2 220
2 28.4 35.5 43.5 225
3 28.9 35.0 43.6 225
4 26.1 33.4 41.2 240
5 26.5 33.8 41.5 235
6 24.0 30.2 39.6 240
7 24.9 30.2 39.1 240
8 22.2 28.2 36.4 245
9 23.1 28.5 36.9 245
페로니켈 슬래그 분말도를 2800cm2/g 제조하여 혼합·사용한 경우, 압축강도 특성은 혼합량의 증가에 따라 큰 폭으로 감소하였다. 또한 28일 강도는 OPC 보다 최대 13.1MPa까지 감소함을 확인하였다.
이는 페로니켈 슬래그가 시멘트와 반응하지 않고, 또한 시멘트 입자 사이에 충전제로 들어갈 수 있는 크기가 아님을 의미하는 것으로 판단되었다. 그러나 페로니켈 슬래그의 혼합에 따라 플로우는 증가하여 작업성이 향상됨을 나타내었다.
그러므로 분말도 2800cm2/g의 페로니켈 슬래그는 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 대체하기에는 강도 특성이 매우 불량하여, 품질 문제가 발생하였다.
다음으로, 분말도가 3500cm2/g 인 페로니켈 슬래그를 사용하여 시멘트 모르타르의 플로우와 압축강도를 측정한 결과를 표 4에 나타내었다.
No 압축강도 (MPa) Flow (mm)
3일 7일 28일
1 31.4 39.7 50.2 220
2 30.5 37.2 47.8 228
3 31.5 38.2 48.6 225
4 29.8 35.4 45.2 232
5 30.5 36.8 45.5 225
6 28.0 33.2 43.6 238
7 28.9 34.2 42.1 229
8 23.4 30.2 39.5 240
9 23.8 30.2 39.9 235
OPC를 대체하여 페로니켈 슬래그 혼합량이 증가할수록 작업성 (플로우)은 양호해 졌으나, 압축강도값은 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 경향은 분말도 2800cm2/g조건과 유사하기는 하나, 압축강도 감소값은 분말도 2800cm2/g 보다는 적어졌다.
페로니켈 슬래그를 분말도 3500cm2/g로 분쇄할 경우, 5% 첨가시에도 강도값은 OPC 보다 감소하는 경향을 나타내므로, 슬래그 시멘트 조성물에서 5% 미만으로, 바람직하게는 1 ~ 4 % 포함하는 것이 압축강도에 주는 영향을 최소화할 수 있을 것으로 보인다.
다음으로, 분말도가 4000cm2/g 인 페로니켈 슬래그를 사용하여 시멘트 모르타르의 플로우와 압축강도를 측정한 결과를 표 5에 나타내었다.
No 압축강도 (MPa) Flow (mm)
3일 7일 28일
1 31.4 39.7 50.2 220
2 32.0 39.9 51.3 225
3 32.5 40.1 50.9 225
4 31.8 39.7 50.8 230
5 31.7 40.0 50.4 230
6 29.9 38.7 48.6 235
7 30.2 39.5 48.1 233
8 27.4 37.2 47.5 235
9 28.6 38.1 47.6 235
10 31.2 40.5 51.6 225
페로니켈 슬래그의 분말도를 4000cm2/g으로 제조하여 OPC를 대체할 경우, 페로니켈 슬래그 혼합량이 10%까지는 OPC와 유사 혹은 상향된 압축강도값을 나타내었다. 이후 20% 이상 혼합할 경우에는 압축강도값이 감소하는 경향을 나타내었다.
또한 페로니켈 슬래그가 증가할수록 작업성 (플로우)은 양호해 졌으며, 이는 분말도 3500cm2/g과 유사한 경향이었다. 즉 분말도가 4000cm2/g으로 제어될 경우, 슬래그 시멘트 조성물에서 20% 미만, 바람직하게는 1 ~ 15%, 더욱 바람직하게는 1 ~ 10% 사용되어 시멘트를 대체할 수 있는 결과이기도 하다.
또한 페로니켈 슬래그(10% 혼합조건)에 석고를 첨가하지 않아도 OPC 보다 높은 28일 강도값을 얻을 수 있었다. 이는 페로니켈 슬래그가 시멘트 입자사이의 충전제 역할에 따른 강도증진 효과와 더불어 페로니켈 슬래그 내에 존재하는 일부 SiO2 등이 시멘트 수화물인 Ca(OH)2와의 반응에 참여하기 때문으로 판단되었다.
즉 분말도 4000cm2/g에서는 적은 양을 대체할 경우, 시멘트 대체 및 반응성을 발현할 수 있는 상태로 변환되는 것으로 판단되었다. 이는 페로니켈 슬래그의 주결정상인 포스터라이트 및 엔스타타이트 등이 적정 분쇄 조건 이내에서는 안정적으로 존재하지만, 분쇄가 진행됨에 따라 결정구조가 파괴되어 시멘트와 혼합시에 시멘트 수화물과 반응할 수 있는 상태로 변화된다고 판단된다. 이는 아래식과 같이 간략하게 정리될 수 있다. 좀 더 정확히는 수분의 존재하에서, 페로니켈 슬래그에 존재하는 Si 이온이 시멘트 이온인 Ca와 반응하여 CaO-SiO2-H2O 생성물을 만든다는 것을 추정할 수 있는 것이다.
[반응식 1]
SiO 2 ( 페로니켈 슬래그 ) + Ca ( OH ) 2 (시멘트 수화물) → C-S-H (겔/결정)
상기에서 언급한 바와 같이, 위의 반응식은 일정 입도 이상인 경우에만 발현되는 것으로 추정되며, 본 발명에서 페로니켈 슬래그의 분말도가 3500cm2/g 이상으로 제어될 경우에 주로 발현되는 것으로 판단되었다. 따라서 분말도가 낮은 경우, 즉 페로니켈 슬래그의 입자가 큰 경우(100㎛ 이상)에는 상기와 같은 잠재수경성 (화학적 반응성)이 발현되지 않는 것으로 판단되며, 이는 반응성이 필요 없는 콘크리트용 골재로서 사용가능한 이유이기도 하다.
다음으로, 분말도가 4500cm2/g 인 페로니켈 슬래그를 사용하여 시멘트 모르타르의 플로우와 압축강도를 측정한 결과를 표 6에 나타내었다.
No 압축강도 (MPa) Flow (mm)
3일 7일 28일
1 31.4 39.7 50.2 220
2 34.3 41.8 52.8 230
3 34.5 42.5 53.1 235
4 34.5 41.9 50.5 230
5 34.5 43.1 52.4 235
6 30.8 39.5 50.1 230
7 31.5 40.2 50.1 230
8 29.5 37.8 48.5 240
9 30.6 39.2 48.5 240
페로니켈 슬래그의 분말도를 4500cm2/g으로 제조하여 OPC를 대체할 경우, 페로니켈 슬래그 혼합량이 20%까지는 OPC와 유사한 강도값을 나타내었다. 이는 페로니켈 슬래그가 OPC 수화물 사이에 필러로 작용하여 강도증진에 기여하는 것으로 판단되었다. 이후 30% 이상 혼합할 경우에는 압축강도값이 감소하는 경향을 나타내었다. 즉 분말도가 4500cm2/g으로 제어될 경우, 슬래그 시멘트 조성물에서 30% 미만, 바람직하게는 1 ~ 25%, 더욱 바람직하게는 1 ~ 20% 사용되어 시멘트를 대체할 수 있다. 또한 페로니켈 슬래그가 증가할수록 작업성 (플로우)은 양호해 졌으며, 이는 분말도 3500 및 4000cm2/g과 유사한 경향이었다.
다음으로, 분말도가 5500cm2/g 인 페로니켈 슬래그를 사용하여 시멘트 모르타르의 플로우와 압축강도를 측정한 결과를 표 7에 나타내었다.
No 압축강도 (MPa) Flow (mm) 안정도
(%)
3일 7일 28일
1 31.4 39.7 50.2 220 0.08
2 34.5 42.5 52.8 225 0.08
3 33.7 42.8 53.1 225 0.08
4 34.0 42.9 53.5 230 0.09
5 34.5 42.9 52.8 230 0.09
6 31.8 41.2 51.9 235 0.10
7 31.5 42.5 52.5 235 0.10
8 30.8 39.8 50.8 230 0.12
9 31.5 40.2 50.5 235 0.11
페로니켈 슬래그의 분말도를 5500cm2/g으로 상승시킬 경우, OPC와 비교하여 10∼20%에서 높은 강도값을 발현하나, 30% 치환 첨가시에도 유사한 강도값을 도출할 수 있었다.
또한 오토클레이브 안정도 실험결과, 페로니켈 슬래그 혼합량이 증가함에 따라 길이가 약간 더 팽창하는 결과를 나타내나, 이는 KS L 5201에 따른 OPC 기준인 0.8%보다 매우 낮은 값으로 시멘트 첨가제 또는 혼합재로 사용하기에는 전혀 지장이 없는 수준이었다.
한편, 응결시험 결과 표 8에서와 같이 OPC와 비교하여 응결은 약간 길어지는 특성이 발현되었다. 그러나 초결 및 종결값은 KS 규격인 초결 1시간 이상, 종결 10시간 이내 값을 충분히 만족하였다. 즉 강도 및 응결은 KS 규격값을 충분히 만족하여 사용에 문제가 없음을 알 수 있었다.
구분 초 결 종 결 FN슬래그 분말도
1 225분 6시간 15분 -
9 245분 6시간 30분 5500cm2/g
또한 페로니켈 슬래그의 시멘트와의 반응성을 검토할 수 있는 Ca(OH)2 함량을 측정해 보았다. 시멘트 물과 반응하여 수화할수록 Ca(OH)2 함량은 증가한다. 이때 잠재수경성 또는 포졸란 반응성을 갖는 물질을 첨가할 경우, Ca(OH)2는 잠재수경성/포졸란 물질과 반응하여 C-S-H 겔 등을 형성한다. C-S-H 겔 등은 시멘트 경화체를 좀 더 치밀하게 만드는 특징이 있기 때문에, 물성에 좋은 영향을 미친다. 그러므로 본 발명에서도 에틸렌글리콜법을 사용하여 양생일별 Ca(OH)2를 화학분석하여 정량하여 그 중량%를 표 9에 나타내었다.
구분 양 생 일
3일 7일 28일
1 7 9 12
9 5 5 3
표 9에서와 같이 OPC의 경우, 양생일이 증가함에 따라 Ca(OH)2가 증가하나, 페로니켈 슬래그가 혼합된 경우에는 Ca(OH)2가 양생일에 따라 감소함을 나타내었다. 이는 페로니켈 슬래그가 Ca(OH)2와 반응하여 C-S-H 겔로 변화됨을 의미한다. 또한 C-S-H 겔로 변화함에 따라 압축강도값이 향상되리라 판단된다. 이러한 현상은 고로수재 슬래그 뿐만 아니라 플라이애쉬 및 기타 혼합재(실리카 흄, 점토 등)를 혼합하였을 경우에도 동등한 현상이 나타나는 것으로 판단된다.
그러므로 상기의 실험으로부터 페로니켈 슬래그의 분말도를 제어하여 시멘트, 모르타르 및 콘크리트 등의 단독 혼합재 또는 고로수재 슬래그, 플라이애쉬 및 기타 혼합재와의 동시 혼합으로도 충분히 사용할 수 있으리라 판단되었다.
고로수재 슬래그와 혼합하였을 경우, 강도 특성 등을 검토하기 위해 표 10과 같이 고로수재 슬래그와 일부 치환 혼합하여 실험을 진행하였다.
No 구 분 OPC 고로
슬래그		 FN 슬래그 비 고
1 슬래그시멘트
(OPC 60% + 고로수재 슬래그 40%)		 60 40 - -
2 OPC 60%+고로수재 슬래그 35%+FN 슬래그 5% 60 35 5 FN 슬래그 내
이수석고 5%
3 60 35 5 FN 슬래그 내
무수석고 5%
4 OPC 60%+고로수재 슬래그 30%+FN 슬래그 10% 60 30 10 FN 슬래그 내
이수석고 5%
5 60 30 10 FN 슬래그 내
무수석고 5%
6 OPC 60%+고로수재 슬래그 20%+FN 슬래그 20% 60 20 20 FN 슬래그 내
이수석고 5%
7 60 20 20 FN 슬래그 내
무수석고 5%
8 OPC 60%+고로수재 슬래그 0%+FN 슬래그 40% 60 - 40 FN 슬래그 내
이수석고 5%
9 60 - 40 FN 슬래그 내
무수석고 5%
10 OPC 60%+고로수재 슬래그 30%+FN 슬래그 10% 60 30 10 -
먼저, 페로니켈 슬래그의 분말도가 4000cm2/g 것을 사용했을 때의 압축강도와 플로우를 표 11에 나타내었다.
No 압축강도 (MPa) Flow (mm)
3일 7일 28일
1 23.8 31.9 51.3 235
2 23.8 31.7 52.1 235
3 24.5 32.5 52.7 235
4 23.5 31.5 50.3 240
5 23.9 32.1 51.2 240
6 21.5 30.0 49.1 240
7 22.9 31.2 49.5 245
8 20.0 29.5 47.2 240
9 21.5 29.0 48.3 240
10 22.9 32.1 52.2 240
슬래그 시멘트 또한 OPC와 유사한 결과를 도출하였다. 분말도 4000cm2/g에서는 페로니켈 슬래그를 5∼10% 범위에서는 유사한 강도값을 나타내었다. 그러나 20% 이상에서는 압축강도값이 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 석고를 첨가하지 않는 경우, 초기 강도가 소폭 낮아지기는 하나, 석고를 첨가한 시멘트와 28일 강도값은 유사한 강도특성을 발현하는 특징이 관찰되었다.
다음으로, 페로니켈 슬래그의 분말도가 5500cm2/g 것을 사용했을 때의 압축강도와 플로우를 표 12에 나타내었다.
No 압축강도 (MPa) Flow (mm) 안정도
(%)
3일 7일 28일
1 23.8 31.9 51.3 235 0.04
2 25.9 33.4 53.9 240 0.04
3 26.4 33.5 53.7 235 0.05
4 24.9 33.1 53.4 245 0.05
5 26.9 32.9 53.9 240 0.05
6 24.2 32.8 52.1 245 0.05
7 25.9 32.2 53.1 245 0.06
8 22.5 30.5 50.9 240 0.05
9 23.0 30.5 51.2 240 0.06
분말도 5500cm2/g에서는 페로니켈 슬래그로 고로 슬래그를 전량 대체하여도 유사한 압축 강도값을 나타내었다. 또한 안정도도 0.06% 이내로 매우 낮은 값을 나타내었다.
한편, 표 13의 응결결과도 양호하였다. 그러므로 페로니켈 슬래그의 현장 사용에 문제가 없을 것으로 판단되었다.
구분 초 결 종 결
1 235분 6시간 35분
9 255분 6시간 50분
또한, 페로니켈 슬래그를 포함하는 콘크리트 조성물의 물리적 특성을 확인하기 위하여, 표 14와 같은 조성으로 분말도 3450cm2/g의 OPC와 분말도를 5000cm2/g으로 제조한 페로니켈 슬래그, 분말도 4550cm2/g의 고로슬래그를 사용하여 콘크리트를 제조하였다. 또한 혼합재로 플라이애쉬도 사용하여 콘크리트를 제조하였다.
No. W/C 시멘트 고로수재슬래그 플라이
애쉬		 FN
슬래그		 모래 자갈 혼화제
1 0.50 300 - - - 800 1000 1.62
2 0.50 180 120 - - 800 1000 1.62
3 0.50 180 - 120 - 800 1000 1.62
4 0.50 180 - - 120 800 1000 1.62
표 15는 표 14의 배합비에 따라 제조한 콘크리트의 압축강도값을 나타낸 것이다. OPC를 전량 사용했을 경우, 3일 강도값이 높게 나타났으나, 고로슬래그 미분말을 사용했을 경우에는 상대적으로 낮은 값이 도출되었다. 그러나 28일 강도는 OPC와 유사한 값이었다.
No. 압축강도 (MPa)
3일 7일 28일
1 10.5 15.6 21.8
2 6.1 9.8 21.5
3 5.3 8.2 19.1
4 7.4 11.9 23.2
페로니켈 슬래그를 사용한 경우에는 3일 압축강도값이 고로수재슬래그를 사용한 경우보다 소폭 높았으며, 28일 강도 또한 OPC 및 고로수재슬래그를 혼합사용한 경우보다 높게 나타났다. 즉 페로니켈 슬래그 미분말을 OPC 대체 및 고로슬래그 대체용으로 충분히 사용할 수 있음을 확인하였다.
상기의 실험 등을 통해, 본 연구에서는 페로니켈 슬래그가 시멘트 첨가제, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재로 충분히 사용할 수 있음을 확인하였다. 특히 페로니켈 슬래그 분말도를 4000cm2/g 이상으로 제어할 경우에는 매우 효과적인 특성이 발현됨을 알 수 있었다. 또한 고로수재 슬래그 미분말 보다도 효과가 뛰어남을 확인할 수 있었다. 또한 기존 고로수재 슬래그는 석고를 혼합하고 있으나, 본 연구에서는 석고의 혼합이 없어도 28일 압축강도는 유사한 값이 얻어졌으며, 석고를 혼합한 경우에는 초기 강도 증진이 이루어지기도 하였다.

Claims (8)

  1. 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재에 있어서,
    이수석고, 무수석고 또는 이들의 혼합물에 페로니켈 슬래그를 혼합하며 분말도가 4,000 ~ 10,000 cm2/g인 것을 것을 특징으로 하는 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
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  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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