KR100285994B1 - 제지 폐기물을 이용한 시멘트 콘크리트용 고강도 혼합재의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제지공장에서 발생하는 폐기물인 제지 슬럿지를 이용하여 콘크리트용 고강도 혼합재의 제조방법에 관한 것이다.
종래에 제지공장 슬럿지는 폐기물로 처리되어 왔으나 본 발명에서는 제지 슬러지를 500∼1,300℃ 정도의 온도에서 열처리하여 얻은 애쉬(ash)를 분말도가 블레인(blaine) 비표면적으로 4,000∼12,000 cm2/g 정도가 되도록 분쇄하여 고강도의 혼합재를 제조한다. 이 혼합재는 포트랜드시멘트 대비 3∼30%를 치환하더라도 압축강도가 450∼500 kgf/cm2인 고강도 및 고내구성을 갖는 몰탈 및 콘크리트 경화체를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 제지공장에서 발생하는 폐기물인 제지 슬럿지를 이용하여 콘크리트용 고강도 혼합재의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 시멘트 몰탈 및 콘크리트의 고강도화를 위하여 멜라민계, 나프타렌계, 폴리카복실계의 고성능 감수제를 사용하거나 플라이애쉬, 실리카퓸의 무기계 미분말을 사용하였다. 그러나, 고성능 감수제를 사용할 경우 단지 혼합수량을 감소시켜 시멘트 몰탈 및 콘크리트의 기공을 줄이는 역할만을 수행하는데, 이 경우 혼합수량을 감소시키는데는 한계가 있을 뿐만 아니라 첨가량에 따라 작업성이 저하하거나 응결이 지연되어 수화반응에 악 영향을 미치는 단점이 있다. 또한 플라이애쉬나 실리카퓸 등의 무기계 미분말을 사용할 경우, 단지 시멘트 몰탈 및 콘크리트 경화체의 빈 공간을 채우므로서 물리적으로 구조를 치밀하게 할 수는 있으나 시멘트 경화체의 수화물을 조절하는 작용은 하지 않으므로 고강도화에는 한계가 있고, 또한 가격이 고가이므로 사용에 제한이 많았다.
상기와 같은 이유로 지금까지 애쉬(ash)를 이용한 시멘트 콘크리트 경화제에 관한 기술은 없었다.
폐기물로 처리되어 왔던 제지공장 슬러지를 500∼1,300℃ 정도의 온도에서 열처리하여 얻은 애쉬를 분말도가 블레인(blaine) 비표면적으로 4,000∼12,000 cm2/g 정도가 되도록 분쇄하여 혼합재를 제조한다. 이 혼합재로 고강도 및 고내구성을 갖는 몰탈 및 콘크리트 경화체를 제공하는데 있다.
본 발명은 제지 슬러지를 500∼1,300℃ 정도의 온도에서 열처리하여 집진장치에 의해 회수하고 분쇄기에 의해 분말도가 blaine 비표면적으로 4,000∼12,000 cm2/g 정도가 되도록 분쇄하여 제조한다. 이 혼합재를 시멘트 몰탈 및 콘크리트에 혼합하여 사용함으로서 고강도 및 고내구성을 갖는 몰탈 및 콘크리트 경화체를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서 열처리 온도가 500℃ 이하이면 유기물이 잔존하게 되어 시멘트와 혼합될 경우 수화 반응에 악영향을 끼치게 되고, 열처리 온도가 1,300℃ 이상이면 스피넬(spinel), 멀라이트(mullite), 크리스토발라이트(cristoballite)가 생성되어 혼합재의 반응성이 저하하여 본래의 기능을 발휘할 수 없다. 또한 본 발명의 혼합재는 열처리 후 일정 입도를 갖도록 분쇄하는데, 분말도가 blaine 비표면적으로 4,000 cm2/g 이하이면 반응성이 저하되어 본래의 기능이 저하되고, 분말도가 blaine 비표면적으로 12,000 cm2/g 이상이면 초기 반응이 너무 급격하게 발생하여 바람직하지 못한 결과를 가져올 뿐만 아니라 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명의 혼합재의 특징은 반응성과 입도를 적절히 조절함으로서 시멘트 몰탈 및 콘크리트 경화체의 빈 공간을 강도 증가에 기여하는 수화물로 채움으로서 구조가 치밀해져 강도에 악영향을 미치는 기공율이 줄어들게 된다. 이러한 기공율이 줄어 들기 때문에 건조 수축이 적어지고, 화학적 저항성 및 동결 융해 저항성이 우수해진다.
또한 적절한 반응성을 갖도록 유도함으로서 시멘트가 물과 반응하여 생성되는 Ca(OH)2수화물에 화학적으로 작용하여 칼슘알루미네이트 수화물(CaO-Al2O3-H2O) 혹은 칼슘실리케이트 수화물(CaO-SiO2-H2O)로 전이시킴으로서 강도가 증진된다.
시멘트 몰탈 및 콘크리트 경화체의 강도 약화는 시멘트와 골재와의 계면 현상에 의해 저하되는데, 본 발명의 혼합재는 시멘트와 골재와의 부착성능을 증가시켜 내구성을 증진시킬 수 있는 장점이 있다.
＜실시예 1-3＞
제지공장(한솔제지) 슬럿지 폐기물(수분함량 55%) 1,100kg을 건조하여 얻은 500kg(수분함량 3%)을 500∼1,300℃의 범위에서 열처리하여 배기가스와 함께 배출되는 애쉬를 집진장치에 의해 회수하여 진동밀 분쇄기로 분말도가 blaine 비표면적으로 4,000∼12,000 (cm2/g) 정도가 되도록 분쇄하여 480kg을 회수하였다.
＜비교예 1-3＞
실시예와 동일한 조건으로하되 300∼1,500℃의 범위에서 열처리하여 분말도가 blaine 비표면적으로 3,000∼9,000 cm2/g 정도가 되도록 분쇄하여 475kg을 얻었다.
표 1. 열처리 온도 및 혼합재의 분말도
(단위: 열처리 온도 ℃, 블레인 분말도 cm2/g)
| 구 분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 |
| 열처리분말도 | 60010,000 | 9008,500 | 1,2005,000 | 3009,000 | 7002,500 | 1,5005,500 |
표 2. Plain의 강도
(단위: kgf/cm2)
| 구 분 | 1 일 | 3 일 | 7 일 | 28 일 |
| 압축강도 | 90 | 226 | 300 | 387 |
| 휨 강 도 | 8 | 20 | 32 | 38 |
＜시험예＞
실시예와 비교예에서 얻은 혼합재를 KS L 5109 에 규정되어 있는 '수경성 시멘트 반죽 및 모르터의 기계적 혼합 방법'을 적용하여 혼합하였다. 실험 시편의 제작 방법은 KS L 5105 에 규정되어 있는 '수경성 시멘트 모르터의 압축강도 시험방법'에 의해 OPC:모래:물=1:2.45:0.485 의 비율로 혼합기를 이용하여 혼합한 다음, 5×5×5cm 의 일정 형상을 갖는 틀에 투입하여 공시체를 제작하고, 상대습도 95%, 온도 23℃의 양생조건에서 양생 후, 압축 강도 및 휨강도를 측정하였다. 고강도 혼합재는 OPC에 대하여 7% 치환 첨가하였다.
표 3. 압축강도/휨강도 실험결과 (단위 : kgf/cm2)
| 구 분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 |
| 1 일 | 122/24 | 135/27 | 119/23 | 57/9 | 45/7 | 75/11 |
| 3 일 | 267/41 | 284/43 | 250/39 | 99/17 | 81/13 | 131/22 |
| 7 일 | 380/59 | 402/65 | 378/56 | 167/25 | 143/21 | 213/29 |
| 28 일 | 460/78 | 496/84 | 450/75 | 237/33 | 192/27 | 288/40 |
본 발명에 의한 혼합재를 시멘트 몰탈 및 콘크리트에 첨가함으로써 시멘트 몰탈 및 콘크리트에 혼합시 물리·화학적으로 작용하여 경화체의 구조가 치밀해지므로 기공율이 줄어들고, 고강도를 갖는 수화물로 전이함으로서 강도가 증가한다. 또한 시멘트와 골재의 계면에 작용하여 접착력이 증가되므로 내구성이 우수하며 건조 수축이 적고 화학적 및 동결 융해 저항성이 우수하다. 그리고 산업현장에서 발생하는 폐기물을 이용하기 때문에 환경 문제 및 자원의 재활용 측면에서 효과가 크게 기대된다. 본 발명에 의해 얻은 혼합재는 고강도 콘크리트, 고 내구성을 필요로 하는 콘크리트, 시멘트 2차 제품에 활용할 수 있다.
Claims (2)
- 제지 공장에서 폐기물로 발생되는 슬러지 혹은 소각회를 열처리한 후 분쇄하는 것을 특징으로 하는 제지 폐기물을 이용한 시멘트 콘크리트용 고강도 혼합재의 제조방법
- 제 1항에 있어서, 제지 슬러지를 500∼1,300℃에서 열처리한 후 분쇄하여 분말도가 blaine 비표면적으로 4,000∼12,000 cm2/g의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 제지 폐기물을 이용한 시멘트 콘크리트용 고강도 혼합재의 제조방법
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