KR100420246B1 - 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재 및 그 제조방법 - Google Patents

흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 흡음 및 차음 성능이 우수한 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명은 하수 슬러지, 비철금속 광미인 주석 광미 또는 아연 광미, 및 소정 입도를 갖는 전로 슬래그를 포함하는 원료를 사용하여 형성하는 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재를 제공한다. 본 발명에 의하면, 각종 폐기물을 사용하면서도 구조용 경량 다공성 골재로서 충분한 품질을 가질 수 있고, 분말상태로 이루어진 폐기물들의 활용으로 원료분쇄에 따른 비용을 절감할 수 있으며, 소성 공정에서 발포작용이 원활하게 이루어지도록 원료의 성분과 입도를 조절함으로써 절건 비중이 1.0∼2.0 정도인 흡음 성능이 우수한 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재를 만들 수 있다.

Description

흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재 및 그 제조방법{Light-weight porous aggregate for acoustic wave damping modules and method for manufacturing the same}
본 발명은 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
경량 다공성 골재는 일반적으로 화산석을 분쇄하고 시멘트 풀을 피복하여 가공한 천연 경량골재와, 팽창성 점토나 혈암 등을 분쇄 및 소성하여 발포시킨 인공 경량골재로 구분할 수 있다. 최근에는 각종 구조물의 대형화와 고층화에 따라 콘크리트도 고강도화 및 경량화가 필요하다. 또한, 소음문제도 심각하게 대두되고 있는 실정이다. 따라서, 다공성에 따른 흡음 및 차음효과가 있는 건축재료로서 경량 다공성 골재의 필요성은 더욱 커지고 있다. 그러나, 종래의 경량 다공성 골재는 천연자원인 팽창성 점토나 혈암 등을 사용하므로 매장량의 한계, 제조비용에 따른 경제성의 부족, 골재자체의 비중, 흡수율, 강도 등의 품질에 대한 균질성 문제로 그 적용에 한계가 있다. 따라서, 원료비용, 분쇄, 성형, 건조, 고온에서의 소성 공정 등이 제조비용을 높이는 요인으로 작용하므로 경제적이며, 균질한 품질의 경량 다공성 골재 및 그 제조기술이 절실하게 요구되고 있다.
폐기물을 원료로 사용하여 경량 다공성 골재를 제조하는 방법에 대하여는 유연탄 또는 무연탄의 연소재, 폐주물사, 제지 슬러지 및 소각재 등을 사용하여 제조하는 방법 등이 알려져 있으며, 대한민국 특허등록번호 10-0240943호에서는 수산화 알루미늄 제조공정 부산물인 적니(Red Mud)와 폐유리, 폐진주암, 폐규조토, 패각, 정수 및 하수 슬러지, 석탄회분 등을 사용하여 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 종래의 이러한 기술들에서는 경량골재 제조시 폐기물들의 화학조성에 따라 배합비율을 조절하여 소성 발포시키는 것에 국한하고 있으므로, 실제 경량 다공성 골재를 제조함에 있어 가장 중요하다고 할 수 있는 소성 공정에서의 발포반응의 제어가 쉽지 않다. 따라서, 경량 다공성 골재의 비중을 조절하거나 균일하게 하는데 어려움이 따르며, 실제 현장에서 사용되는데 많은 제약이 따르게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 각종 폐기물을 사용하면서도 구조용 경량 다공성 골재로서 충분하고, 흡음 및 차음 성능도 우수한 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 각종 폐기물을 사용하여 구조용 경량 다공성 골재로서도 충분한 성능을 갖고, 흡음 및 차음 성능도 우수한 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 하수 슬러지, 비철금속 광미인 주석 광미 또는 아연 광미 및 소정 입도를 갖는 전로 슬래그를 포함하는 원료를 사용하여 형성하는 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재를 제공한다. 여기서, 상기 주석 광미 또는 아연 광미는 상기 경량 다공성 골재의 제조 과정에서 팽창 발포 반응을 용이하게 하기 위한 재료이다.
상기 경량 다공성 골재는 SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, K2O 및 Na2O를 포함하고, 상기 SiO2의 함량은 50∼70 중량%이고, 상기 Al2O3의 함량은 10∼25 중량%이며, 상기 CaO, MgO, Fe2O3, K2O 및 Na2O의 함량은 5∼25 중량%인 것이 바람직하다.
상기 경량 다공성 골재는 Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O, S 및 C를 포함하고, 상기 CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O, S 및 C의 총함량에 대한 상기 Al2O3함량의 비는 0.5∼1.5 정도인 것이 바람직하다.
상기 경량 다공성 골재의 원료로서 레미콘 폐슬러지를 더 포함할 수 있다.
상기 전로 슬래그의 입도는 300㎛ 이내로서, 150㎛ 이상의 크기의 입자를 20∼50 중량% 포함하는 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 하수 슬러지, 비철금속 광미인 주석 광미 또는 아연 광미 및 전로 슬래그를 포함하는 원료들을 소정 비율로 배합하는 단계와, 상기 배합된 원료를 습식 혼합하여 반죽하는 단계와, 상기 반죽된 원료를 소정 크기로 성구화하는 단계와, 상기 성구화된 원료를 건조하고, 소정 온도로 소성 발포시키는 단계를 포함하는 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재의 제조방법을 제공한다. 여기서, 상기 주석 광미 또는 아연 광미는 상기 경량 다공성 골재의 제조 공정에서 팽창 발포 반응을 용이하게 하기 위한 재료이다.
상기 전로 슬래그의 입도는 300㎛ 이내로서, 150㎛ 이상의 크기의 입자를 20∼50 중량% 포함하는 것이 바람직하다.
상기 경량 다공성 골재는 SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, K2O 및 Na2O를 포함하고, 상기 원료들의 소정배합비율은 상기 SiO2의 함량이 50∼70 중량%, 상기 Al2O3의 함량이 10∼25 중량%, 상기 CaO, MgO, Fe2O3, K2O 및 Na2O의 함량이 5∼25 중량%가 되도록 결정하는 것이 바람직하다.
상기 소성 단계 후 형성된 경량 다공성 골재는 CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O, S 및 C의 총함량에 대한 Al2O3함량의 비가 0.5∼1.5 정도인 것이 바람직하다.
상기 경량 다공성 골재의 원료로서 레미콘 폐슬러지를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어져서는 아니된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흡음 및 차음 성능이 우수한 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재는 하수 슬러지, 비철금속 광미인 주석 광미 또는 아연 광미, 및 산업 폐기물인 소정 입도를 갖는 전로 슬래그를 포하하는 원료를 사용하여 형성한다. 상기 원료로서 레미콘 폐슬러지를 더 포함할 수 있다.
하수 슬러지는 일상 생활에서 발생하는 오수, 폐수 등을 정화처리하는 과정에서 발생하는 점도가 매우 높고, 다량의 수분과 함께 유기물 및 무기물을 함유하는 물질이다. 통상 하수종말 처리장에서는 하수 및 폐수 등을 처리함에 따라 침전되는 부산물인 하수 슬러지를 기계적인 방법, 농축 또는 열에 의한 탈수 등의 방법으로 케익형태의 슬러지를 만들어 매립하거나 해양에 투기하고 있다. 이러한 매립이나 해양투기는 매립지의 부족, 토양이나 해양환경의 오염 등의 문제점을 발생시킨다. 본 발명에서는 이러한 하수 슬러지를 이용한다. 하수 슬러지는 다량의 유기물뿐만 아니라 SiO2, CaO, Al2O3및 Fe2O3와 같은 무기물을 함유하고 있어, 하수 슬러지 내에 포함된 유기물은 연소시 약 1,500∼3,500kcal의 높은 열량을 제공할 뿐만 아니라, 무기물은 연소에 의해 소멸되지 않고 잔류하게 되므로 이러한 슬러지의 성분을 이용하는 것이다.
비철금속 광미인 주석 광미 또는 아연 광미는 폐광이 있는 산림지역에 대량으로 매립되어 있는 것으로서, 선광 과정에서 이미 미세한 분상으로 분리되어 있고 거의 균일한 화학성분으로 구성되어 있다. 주석 광미는 대체로 점토광물과 유사한 화학조성을 갖는데, SiO2의 함량이 약 60 중량% 이상이고 Al2O3, CaO, Fe2O3등이 각각 10 중량% 내외로 함유되어 있어 소성시 팽창 발포반응이 쉽게 일어나게 된다. 아연 광미는 SiO2와 Fe2O3를 약 70 중량% 정도 함유하고 있고, 5 중량% 내외의 Al2O3, CaO 및 3∼5 중량%의 황(S)을 함유하고 있다. 황(S)은 주로 황철광(FeS) 형태로 존재한다. Fe2O3및 FeS의 함량에 따라 이러한 아연 광미를 적절하게 배합함으로써 가스발생에 의한 팽창반응이 용이하게 일어날 수 있게 된다. 이러한 주석 광미 또는 아연 광미를 적정량 배합할 경우, 성형체의 표면은 SiO2-Al2O3-CaO-Fe2O3-(K2O, Na2O) 조성의 유리질로 덮여 융착되며, 내부에서는 다음과 같은 반응들에 의해 5∼20kgf/m2정도의 가스 압력이 발생하여 발포하게 된다.
6Fe2O3→4Fe3O4+ O2
CaCO3→CaO + CO2
MgCO →MgO + CO2
FeS + O2→Fe2O3+ S, SO2, SO3
한편, 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재를 이루는 주요 성분 중 SiO2는 CaO, Al2O3및 알칼리 등과 실리케이트 유리질 매트릭스를 이루며, 이때 Al2O3, Fe2O3, K2O, Na2O 등은 융제로 작용하여 유리질의 생성온도를 1100∼1250℃ 정도로 낮추어준다. 그러나, SiO2, Al2O3및 기타 융제들의 함량비에 따라 표면에 융착되는 유리질의 점성이 달라져 표면을 충분히 코팅하도록 그 비율을 조절해야 한다. SiO2의 함량이 높을수록 융액의 점성이 높아져서 융액이 골재 표면을 충분하게 둘러싸지 못하여 융착하기 어렵게 되고, Al2O3함량이 지나치게 높으면 융액의 생성온도를 높이므로 결과적으로 융액이 미처 충분히 생성되기 전에 가스 발생 작용이 이루어지므로 경량 다공성 골재의 비중이 높아지게 된다. 적정한 발포와 골재표면에 충분한 융액의 융착을 위한 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재의 화학조성은 SiO2가 50∼70 중량%, Al2O3가 10∼25 중량%, 기타 CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O의 함량이 5∼25중량% 정도이다.
경량 다공성 골재는 절건 비중이 1.0∼2.0인 것이 바람직한데, 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재의 비중은 Al2O3의 함량과 팽창 성분인 CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O, S, C 등의 함량비에 따라 절건 비중을 1.0∼2.0 범위로 조절할 수 있다. 즉, 팽창 성분인 CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O, S 및 C의 총함량에 대한 Al2O3함량의 비는 알루미나 비율로 나타낼 수 있는데, 이는 경량 다공성 골재의 비중과 관련되어 있다. 경량 다공성 골재의 비중은 Al2O3의 함량이 낮고 팽창 성분의 함량이 높을수록 낮아지게 되고, Al2O3의 함량이 상대적으로 높을수록 커지게 된다. 경량 다공성 골재의 비중을 1.0∼2.0 범위로 조절하기 위한 최적의 알루미나 비율은 0.5∼1.5 범위이다. 알루미나 비율이 0.5 이하에서는 Al2O3의 함량이 상대적으로 낮아 융액의 생성이 낮은 온도에서 이루어지고, 따라서 가스발생이 과다하게 되므로골재의 절건 비중이 1.0 이하로 된다. 또한, 알루미나 비율이 1.5 이상이면 융액의 생성온도가 높아지고 점도도 높아져 충분히 융착되기 어렵고, 특히 융액이 생성되어 골재의 표면에 융착되기 이전에 가스발생이 일어나 충분한 발포를 일으키기 어렵게 되어 경량 다공성 골재의 비중이 2.0 이상으로 높아지게 된다. 따라서, CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O, S 및 C의 총함량에 대한 Al2O3함량의 비, 즉 알루미나 비율은 0.5∼1.5 정도인 것이 바람직하다.
한편, 배합 원료에 포함된 Fe2O3는 공기 중에서 가열되면 약 1390℃의 고온에서 산소를 해리하고 Fe3O4로 되지만, 분위기중의 산소량이 감소하거나 환원성 분위기에서는 해리온도가 낮아진다. 따라서, 제철공장의 부산물인 전로 슬래그의 입도를 조정하여 가스발생 및 팽창반응을 용이하게 하여줄 필요가 있다. 전로 슬래그의 입도는 300㎛ 이내로 분쇄하여 150㎛ 이상의 조립 분의 입자가 20∼50 중량% 포함되게 하는 것이 바람직하다. 150㎛ 미만의 미립 분은 소성 공정에서 SiO2-Al2O3-CaO-Fe2O3-(K2O, Na2O)계의 유리질을 생성하는데 소요되고, 150㎛ 이상의 조립 분은 생성된 유리질이 경량 다공성 골재의 표면에 융착된 이후에 경량 다공성 골재 내부에 잔존하게 되므로 산소의 공급이 차단되어 1100∼1250℃의 낮은 온도에서 해리되고 가스발생이 일어나 팽창반응을 용이하도록 해준다. 150㎛ 이상의 조립 분의 함량이 20중량% 미만일 경우는 팽창반응이 충분치 못하게 되고, 조립 분의 함량이 50중량% 이상이 되면 과다한 가스발생 및 팽창반응이 일어나므로 골재의 표면에 주름과 균열이 발생하게 된다. 따라서, 150㎛ 이상의 조립 분의 함량은 20∼50 중량%인 것이 바람직하다.
레미콘 폐슬러지는 본 발명의 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재의 원료로서 더 포함될 수 있다. 레미콘 폐슬러지에는 SiO2, Al2O3, CaO 등의 화학성분이 함유되어 있으므로, 이들 화학성분의 공급원으로서의 역할을 할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재의 제조방법을 설명하기로 한다.
먼저, 하수 슬러지, 비철금속 광미인 주석 광미 또는 아연 광미, 산업 폐기물인 소정 입도를 갖는 전로 슬래그를 준비하고, 호퍼(Hopper)를 이용하여 상기 원료들을 소정 비율로 배합한다. 상기 원료에는 레미콘 폐슬러지가 더 포함될 수 있다. 적정한 발포와 골재표면에 충분한 융액의 융착을 위해 SiO2가 50∼70 중량%, Al2O3가 10∼25 중량%, 기타 CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O의 함량이 5∼25중량% 정도 포함되도록 적정 비율로 상기 원료들을 배합한다. 앞서 언급한 바와 같이, 하수 슬러지는 다량의 유기물 뿐만 아니라 SiO2, CaO, Al2O3및 Fe2O3와 같은 무기물을 함유하고 있다. 주석 광미는 대체로 점토광물과 유사한 화학조성을 갖는데, SiO2의 함량이 약 60 중량% 이상이고 Al2O3, CaO, Fe2O3등이 각각 10 중량% 내외로 함유되어 있어 소성시 팽창 발포반응이 쉽게 일어나도록 한다. 아연 광미는 SiO2와 Fe2O3를 약 70 중량% 정도 함유하고 있고, 5 중량% 내외의 Al2O3, CaO 및 3∼5 중량%의 황(S)을함유하고 있다. 이러한 주석 광미 또는 아연 광미를 적정량 배합할 경우, 성형체의 표면은 SiO2-Al2O3-CaO-Fe2O3-(K2O, Na2O) 조성의 유리질로 덮여 융착되며, 내부에서는 5∼20kgf/m2정도의 가스 압력이 발생하여 발포하게 된다. 한편, 배합 원료에 포함된 Fe2O3는 공기 중에서 가열되면 약 1390℃의 고온에서 산소를 해리하고 Fe3O4로 되지만, 분위기중의 산소량이 감소하거나 환원성 분위기에서는 해리온도가 낮아진다. 따라서, 제철공장의 부산물인 전로 슬래그의 입도를 조정하여 가스발생 및 팽창반응을 용이하게 하여줄 필요가 있다. 전로 슬래그의 입도는 300㎛ 이내로 분쇄하여 150㎛ 이상의 조립 분의 입자가 20∼50 중량% 포함되게 하는 것이 바람직하다. 150㎛ 미만의 미립 분은 소성 공정에서 SiO2-Al2O3-CaO-Fe2O3-(K2O, Na2O)계의 유리질을 생성하는데 소요되고, 150㎛ 이상의 조립 분은 생성된 유리질이 경량 다공성 골재의 표면에 융착된 이후에 경량 다공성 골재 내부에 잔존하게 되므로 산소의 공급이 차단되어 1100∼1250℃의 낮은 온도에서 해리되고 가스발생이 일어나 팽창반응을 용이하도록 해준다. 레미콘 폐슬러지는 SiO2, Al2O3, CaO 등의 화학성분을 함유하고 있으므로, 이들 화학성분의 공급원으로서의 역할을 할 수 있다.
다음에, 상기 배합된 원료를 교반 혼합기에서 습식 혼합하여 반죽한다. 즉, 배합된 상기 원료들은 교반 혼합기에 보내고, 반죽을 위한 용수저장 장치로부터 물을 상기 교반 혼합기에 공급하여 배합된 원료와 물이 적정 비율로 혼합되도록 반죽한다.
이어서, 반죽된 원료를 롤러 성형기를 이용하여 소정 크기로 성구화한다. 상기 롤러 성형기는 표면이 매끄러운 가압 롤러와 구형의 구멍이 뚫린 롤러가 구비되어 있고, 상기 구멍이 뚫린 롤러를 통해 배합시료가 성형되며, 구멍이 뚫린 롤러 내부에 성형시료를 잘라주기 위한 내부롤러가 더 구비되어 배합시료의 성형 및 크기를 조절한다. 상기 가압 롤러와 구멍이 뚫린 롤러는 상반된 방향으로 회전하며, 배합된 원료가 회전하는 상기 두 롤러 사이에 투입될 때 표면이 매끄러운 가압 롤러는 원료를 가압하는 역할을 하여 구멍이 뚫린 롤러의 구멍으로 원료를 밀어 넣어줌으로써 배합원료의 성형이 이루어진다. 한편, 상기 구멍이 뚫린 롤러는 내부에 표면이 매끄럽고, 동일 방향으로 저속으로 회전하는 내부롤러가 장착되어 성형된 원료를 잘라주는 역할을 하게 되며, 외부롤러(구멍이 뚫린 롤러)와 내부롤러의 간격으로서 성형품의 크기를 조절할 수 있다. 성구화된 상기 원료는 원주상으로서 10∼25mm의 길이를 갖는 것이 바람직하다.
다음에, 성구화된 상기 원료를 로타리 킬른(Rotary Kiln)에서 건조하고, 소성 발포시켜 흡음 성능이 우수한 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재를 형성한다. 상기 소성은 1100∼1250℃ 정도에서 실시하는 것이 바람직하다. 상기 소성 후 형성된 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재는 CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O, S 및 C의 총함량에 대한 Al2O3함량의 비, 즉 알루미나 비율이 0.5∼1.5 정도인 것이 바람직하다.
표 1은 본 발명의 실시예에 사용된 원료들의 화학조성(중량%) 및 강열감량을나타낸 것이다.
원료명 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO S K2O+Na2O 강열감량
주석 광미 60 12 9 8 2 1 2 6
아연 광미 70 10 5 5 2 1 2 5
하수슬러지 32 15 4 3 1 1 44
전로 슬래그 19 15 22 28 4 -3
레미콘 폐슬러지 30 9 3 45 1 1 1 10
강열감량이란 일정한 온도 및 일정한 시간에서의 중량감소를 백분율로 나타낸 것이다. 상기 표 1에서의 강열감량은 1000℃에서 1시간 이상 유지하였을 때를 기준으로 한 것이다. 표 1에 나타난 바와 같이, 하수 슬러지는 강열감량이 44% 정도로 매우 높은데, 이는 하수 슬러지가 상당량의 유기물을 포함하고 있기 때문이며, 이러한 유기물이 하수 슬러지가 높은 발열량을 나타내는 이유로 작용한다. 전로 슬래그는 강열감량이 -3 정도로, 1000℃에서 1시간 이상 유지하였을 때 오히려 중량이 증가하는 것으로 나타났다.
이하에서는, 하수 슬러지, 비철금속 광미인 주석 광미 또는 아연광미, 레미콘 폐슬러지, 전로 슬래그을 사용하여 본 발명의 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재를 제조한 실험예를 설명하기로 한다.
<실험예 1>
표 2는 본 발명의 실시예에 따른 원료배합비율과, 그 원료배합비율에 따른 주요화학성분, 알루미나 비율 및 절건비중 등의 특성을 나타낸 것이다. 여기서, 전로 슬래그는 150㎛ 이상의 분체 40 중량%를 사용하였다.
번호 원료 배합비율(중량%) 주요 화학성분(중량%) 알루미나 비율 주요특성
주석 광미 아연 광미 하수슬러지 전로 슬래그 레미콘 폐슬러지 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO 절건비중 공기량(%)
1 20.5 79.0 0.5 37.7 14.5 5.1 4.2 1.2 1.5 63
2 60.5 39.0 0.5 49.0 13.2 7.1 6.2 0.8 1.6 54
3 14.5 85.0 0.5 37.5 14.3 4.2 3.4 1.4 1.9 70
4 43.5 56.0 0.5 48.5 12.8 4.5 4.0 1.1 1.4 55
5 72.0 27.5 0.5 59.3 11.4 4.8 4.6 0.8 1.0 51
6 98.5 1.0 0.5 70.0 10.1 5.1 4.4 0.7 1.0 47
7 20.5 78.5 0.5 0.5 37.7 14.4 5.1 4.4 1.2 1.5 59
8 60.5 38.5 0.5 0.5 49.0 13.2 7.1 6.4 0.8 1.2 60
9 15.0 84.0 0.5 0.5 37.6 14.2 4.2 3.6 1.4 1.6 83
10 43.5 55.5 0.5 0.5 48.5 12.8 4.5 4.2 1.1 1.4 60
11 72.0 27.0 0.5 0.5 60.0 11.4 4.8 4.8 0.9 1.3 57
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O, S 및 C의 총함량에 대한 Al2O3함량의 비, 즉 알루미나 비율이 증가하게 되면 절건비중도 대체로 증가함을 알 수 있다. 상기 알루미나 비율은 0.5∼1.5 정도인 것이 바람직하다. 한편, 본 발명의 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재가 우수한 흡음 및 차음 특성을 나타내기 위해서는 골재의 내부뿐만 아니라 표면에도 많은 기공들이 형성되어야 있어야 하는데, 이를 나타낼 수 있는 기준으로서 공기량을 측정하여 골재의 다공성 여부를 판단하고 있다. 본 실험예에 의하면 공기량은 대체로 50∼80 정도의 범위로서 양호하여, 본 발명의 경량 다공성 골재는 흡음 및 차음 특성이 우수한 것으로 나타났다.
<실험예 2>
표 3은 전로 슬래그 입자의 크기에 따른 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재의 특성을 나타낸 것이다.
번호 원료 배합 비율(중량%) 특성치
주석 광미 하수슬러지 전로 슬래그 레미콘 폐슬러지 전로슬래그 150㎛이상(중량%) 절건비중 공기량(%)
1 15.0 84.0 0.5 0.5 10 1.4 59
2 15.0 84.0 0.5 0.5 20 1.2 70
3 15.0 84.0 0.5 0.5 30 1.1 77
4 15.0 84.0 0.5 0.5 40 1.0 82
5 15.0 84.0 0.5 0.5 50 0.8 85
6 15.0 84.0 0.5 0.5 60 0.7 87
상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 전로 슬래그인 150㎛ 이상의 입자가 많이 포함될수록 공기량이 증가함을 알 수 있다. 이는 150㎛ 이상의 조립 분은 생성된 유리질이 경량 다공성 골재의 표면에 융착된 이후에 경량 다공성 골재 내부에 잔존하게 되므로 산소의 공급이 차단되어 1100∼1250℃의 낮은 온도에서 해리되고 가스발생이 일어나 팽창반응이 용이하도록 해주는 역할을 하기 때문이다. 한편, 150㎛ 이상의 조립 분의 함량이 20중량% 미만일 경우는 팽창반응이 충분치 못하게 되고, 조립 분의 함량이 50중량% 이상이 되면 과다한 가스발생 및 팽창반응이 일어나므로 골재의 표면에 주름과 균열이 발생하게 되므로, 300㎛ 이내의 전로 슬래그 중 150㎛ 이상의 조립 분은 20∼50 중량% 정도가 포함되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재 및 그 제조방법에 의하면, 각종 폐기물을 사용하면서도 구조용 경량 다공성 골재로서 충분한 품질을 가질 수 있고, 분말상태로 이루어진 폐기물들의 활용으로 원료분쇄에 따른 비용을 절감할 수 있으며, 소성 공정에서 발포작용이 원활하게 이루어지도록 원료의 성분과 입도를 조절함으로써 절건 비중이 1.0∼2.0 정도인 흡음 및 차음 성능이 우수한 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재를 만들 수 있다.
또한, 매립하거나 해양에 투기되는 하수 슬러지를 이용함으로써 매립지의 부족, 토양이나 해양환경의 오염 등의 문제를 해소할 수 있는 장점도 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (10)

  1. 경량 다공성 골재에 있어서,
    하수 슬러지;
    상기 경량 다공성 골재의 제조 공정시에 팽창 발포 반응을 용이하게 하기 위한 주석 광미 또는 아연 광미; 및
    소정 입도를 갖는 전로 슬래그를 포함하는 원료를 사용하여 형성하는 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경량 다공성 골재는 SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, K2O 및 Na2O를 포함하고, 상기 SiO2의 함량은 50∼70 중량%이고, 상기 Al2O3의 함량은 10∼25 중량%이며, 상기 CaO, MgO, Fe2O3, K2O 및 Na2O의 함량은 5∼25 중량%인 것을 특징으로 하는 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 경량 다공성 골재는 Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O, S 및 C를 포함하고, 상기 CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O, S 및 C의 총함량에 대한 상기 Al2O3함량의 비는 0.5∼1.5 정도인 것을 특징으로 하는 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 원료로서 레미콘 폐슬러지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전로 슬래그의 입도는 300㎛ 이내로서, 150㎛ 이상의 크기의 입자를 20∼50 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재.
  6. 경량 다공성 골재의 제조방법에 있어서,
    하수 슬러지, 상기 경량 다공성 골재의 제조 공정시에 팽창 발포 반응을 용이하게 하기 위한 주석 광미 또는 아연 광미 및 전로 슬래그를 포함하는 원료들을 소정 비율로 배합하는 단계;
    상기 배합된 원료를 습식 혼합하여 반죽하는 단계;
    상기 반죽된 원료를 소정 크기로 성구화하는 단계;
    상기 성구화된 원료를 건조하고, 소정 온도로 소성 발포시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전로 슬래그의 입도는 300㎛ 이내로서, 150㎛ 이상의 크기의 입자를 20∼50 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 경량 다공성 골재는 SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, K2O 및 Na2O를 포함하고, 상기 원료들의 소정배합비율은 상기 SiO2의 함량이 50∼70 중량%, 상기 Al2O3의 함량이 10∼25 중량%, 상기 CaO, MgO, Fe2O3, K2O 및 Na2O의 함량이 5∼25 중량%가 되도록 결정하는 것을 특징으로 하는 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 소성 단계 후 형성된 경량 다공성 골재는 CaO, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O, S 및 C의 총함량에 대한 Al2O3함량의 비가 0.5∼1.5 정도인 것을 특징으로 하는 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 원료로서 레미콘 폐슬러지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음 및 차음 모듈용 경량 다공성 골재의 제조방법.
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