KR100426796B1

KR100426796B1 - 제강 슬래그 분진을 이용한 도로 포장재 및 이를 사용하여도로를 포장하는 방법

Info

Publication number: KR100426796B1
Application number: KR10-2001-0015051A
Authority: KR
Inventors: 황익현
Original assignee: 황익현
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2004-04-13
Also published as: KR20020074944A

Abstract

본 발명은 전기로 제강 슬래그 분진에 에멀젼 아크릴수지, 유화아스팔트, 에멀젼 에폭시, SBR 라텍스, EVA 등의 수지를 코팅함으로써 제강 슬래그에 포함된 중금속이 용출되지 않도록 한 도로 포장재 및 이 도로 포장재를 사용하여 도로를 포장하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 도로포장재를 사용하여 도로를 포장하는 방법은, 전기로 제강 슬래그 분진 1중량부에 코팅제로서 에멀젼 아크릴수지, 유화아스팔트, 에멀젼 에폭시, SBR 라텍스, EVA 중 하나 또는 둘 이상을 0.01-0.1 중량부 혼합하는 단계; 전기 단계의 혼합물에 시멘트를 투입하여 혼합하는 단계; 전기 단계의 혼합물에 물, 골재를 투입하여 혼합하여 단계; 전기 단계의 혼합물을 사용하여 통상의 방법으로 도로를 포설하는 단계; 를 포함하는 것이다.

Description

제강 슬래그 분진을 이용한 도로 포장재 및 이를 사용하여 도로를 포장하는 방법 {Road-paving material comprising slag powder which comes into being in steel making process, and the method of paving road therewith}

본 발명은 전기로에서 발생되는 제강 슬래그 분진을 이용한 도로 포장재 및 이를 사용하여 도로를 포장하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기로 제강 슬래그 분진에 에멀젼 아크릴수지, 유화아스팔트, 에멀젼 에폭시, SBR 라텍스, EVA 등의 수지를 코팅함으로써 제강 슬래그에 포함된 중금속이 용출되지 않도록 한 도로 포장재 및 이 도로 포장재를 사용하여 도로를 포장하는 방법에 관한 것이다.

전기로에서 발생하는 제강 슬래그 분진(이하 "슬래그 분진"이라 약칭한다)은 전기로에서 고철을 용융시킬 때 발생하는 먼지로서 집진기에 의하여 포집된 것을 말하며, 이러한 슬래그 분진은 아연, 납, 크롬, 카드뮴, 비소, 구리, 니켈, 수은 등의 유해 중금속을 많이 포함하고 있어 특정폐기물로 취급된다.

국내에서 발생되는 슬래그 분진의 양은 연간 약 70만톤에 이르고 있으며, 그 양은 점차 증가하는 추세이다. 그 폐기처리를 위한 방법으로 슬래그 분진을 매립하는 것을 생각할 수 있으나, 매립 후 슬래그 분진에 포함되어 있는 중금속이 우수 등에 의하여 녹아 흘러나와 (용출현상) 지하 토지 및 지하수를 오염시키기 때문에, 적절한 조치를 취하지 않은 채 슬래그 분진을 그냥 매립할 수는 없는 일이며, 또한 지역주민들의 반발 등으로 매립지를 확보하는 것 자체도 여간 어려운 일이 아니다.

그리고, 이러한 슬래그 분진을 공해발생 없이 폐기하기 위해서는 콘크리트 박스에 담아 매립하는 것이 일반적이나, 이러한 매립에 소요되는 비용이 1ton 당 약 20만원에 달하기 때문에, 이러한 폐기방법은 경제적인 측면에서 해당 기업들이 채택할 수가 없다. 이러한 사정으로, 현재 관련 기업들은 마땅한 방책을 마련하지 못한 채 슬래그 분진을 창고 등에 적치해두고 있는 실정이다.

이와 같이 슬래그 분진은 엄청난 양이 꾸준히 발생되고 있고 또한 이에 포함되어 있어 중금속이 우수 등에 의하여 용출되기 때문에, 슬래그의 처리를 위해서는 중금속 용출현상이 발생되지 않으면서 대량의 제강 슬래그 분진을 폐기 또는 소비할 수 있는 방법이 요구된다.

종래 선진국에서는 슬래그 분진을 고형화 또는 안정화시킨 후, 이를 일반 골재나 구조물 충전재나 성토재의 대용으로 사용하는 방법으로 슬래그 분진의 일부를 소모시켜 왔다. 이 때 슬래그 분진을 고형화, 안정화시키는 고화제로서 주로 시멘트를 사용하였는데, 이론상으로는 슬래그 분진을 충전재로 사용하는 경우, 타 충전재보다 시멘트 혼합물의 강도를 상승시킬 수 있는 것으로 되어 있으나, 실제로는제강 슬래그 분진과 시멘트의 결합이 견고하지 못하여, 강도가 오히려 약해지는 문제점이 있었다. 그리고, 슬래그 분진이 시멘트와 완전 결합이 되지 않은 상태에서는 그 내부에 우수 등이 스며드는 경우 슬래그 분진에 포함된 중금속이 용출되는 문제점도 있었다.

한편, 종래 슬래그 분진을 일반 콘크리트에 혼합하여 사용하는 방안도 제시되었는데, 이 경우 역시 슬래그 분진과 시멘트가 완전히 결합되지 않음으로 인하여 강도가 약해지는 문제점이 있었으며, 특히, 콘크리트의 표면층에 섞여 있는 슬래그 분진은 블리이딩에 따른 레이탄스 현상으로 시멘트와 분리되어 분진 상태로 공기 중에 부유하게 되며, 이로 인하여 주변 대기나 하천이 오염되는 문제점이 있었다. 그리고, 콘크리트의 내부에 슬래그 분진의 경우에도, 지하수나 우수 등이 콘크리트 내부로 스며들 경우 그 속의 중금속이 용출되는 현상이 발생하였다.

또한, 슬래그 분진가 아스팔트 콘크리트의 충전재 대용으로 사용되기도 하였으나, 슬래그 분진의 흡수율이 높다는 점이 아스팔트 콘크리트의 품질을 저하시키는 요인이 되었고, 또한 지하수나 우수 등이 스며들 경우 그 속의 중금속이 용출되는 문제점도 있었다.

본 발명은 슬래그 분진을 처리함에 있어서 발생하는 종래의 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 슬래그 분진에 포함되어 있는 중금속의 용출현상이 발생되지 않도록 하는 것이다. 그리고, 본 발명의 다른 목적은 슬래그 분진을 대량 소비할 수 있도록 함으로써 슬래그 분진 처리문제를 해결하는 것이다.

도1은 본 발명을 적용한 도로들에서 채취한 시편들에 대한 중금속 용출시험결과이다.

본 발명은 슬래그 분진 1중량부에 코팅제로서 에멀젼 아크릴수지, 유화아스팔트, 에멀젼 에폭시, SBR 라텍스, EVA 중 하나 또는 둘 이상을 0.01-0.1 중량부 혼합한 도로포장재를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 상기 도로포장재에 시멘트를 먼저 투입하고 그 후에 물, 골재 등을 투입, 혼합하여 도로를 포설하는 방법을 제공하는 것이다.

슬래그 분진을 시멘트와 혼합하여 사용하는 경우, 이들간의 결합력이 매우 약하게 되고, 그 결과, 그러한 혼합물로 형성된 구축물은 소정의 압축강도를 가질 수 없게 된다. 한편, 슬래그 분진이 시멘트와 제대로 섞이지 않은 채 분진 상태로 한군데 뭉쳐 있는 경우가 발생할 수 있는데, 이러한 경우에 물이 그러한 부분에 스며들면 슬래그 분진에 포함된 중금속이 용출되어 흘러나와 주변의 지하토양이나 지하수를 오염시키게 된다.

따라서, 본 발명에서는 슬래그 분진을 에멀젼 아크릴수지, 유화아스팔트, 에멀젼 에폭시, SBR 라텍스, EVA (이하 "코팅제"라 한다)와 일차 혼합하고, 이 혼합물을 시멘트, 물 및 골재 등과 혼합함으로써, 슬래그 분진과 시멘트의 결합력을 최대화시키고자 하였다.

슬래그 분진에 코팅제를 혼합한다고 하여, 슬래그 분진이 즉시 코팅이 되는 것은 아니다. 슬래그 분진의 공극에 채워져 있는 공기로 인하여, 코팅제가 슬래그 분진에 밀착되지 못하기 때문에, 슬래그 분진에 코팅제를 혼합한 상태에서는 슬래그 분진의 외부에 코팅제가 묻혀져 있는 상태일 뿐, 이들이 일체로 결합된 상태가 된 것은 아니라는 것이다.

그러나, 그 다음 단계에서 슬래그 분진과 코팅제의 혼합물에 시멘트가 첨가되면, 시멘트는 강한 흡습력으로 코팅제에 일부 포함되어 있는 수분을 흡수하게 되고, 수분을 빼앗긴 코팅제는 수분을 시멘트에 빼앗김에 따른 반사력으로 슬래그 분진의 공극 및 표면에 달라붙게 되면서, 슬래그 분진의 표면을 코팅하게 되는 것이다.

즉, 슬래그 분진이 코팅되는 과정은, 슬래그 굵은 입자에 유화아스팔트 등의 수지를 투여한 후 그 위에 시멘트를 뿌리면, 1차로 시멘트가 유화아스팔트 등에 포함된 수분을 흡수하고 그 결과 슬래그 표면에 묻어있는 유화아스팔트 등의 수지는 수분을 빼앗기게 되어 슬래그 입자와 함께 굳어지게 되고, 2차로 시멘트까지 슬래그 표면에 코팅됨으로써 견고한 코팅재의 역할을 하게 되는 것이다. 그리고, 슬래그 분진에 유화아스팔트가 접촉하게 되면 아스팔트가 수분과 함께 슬래그 공극으로 흡수되게 되고, 그 위에 시멘트를 살포하게 되면 슬래그에 흡수되거나 표면에 붙어있던 수분이 마른 분말상태인 시멘트로 이동하게 되어 아스팔트만 슬래그 표면에 남게되고, 슬래그 표면의 시멘트는 아스팔트의 접착성에 의하여 붙어있게 되며, 시멘트와 접착수분에 의하여 시멘트의 수화반응으로 양생되므로 아스팔트보다 시멘트에 의하여 강력한 접착력을 갖게 되는 것이다. 상기와 같은 방법으로 철강 슬래그 분진 또는 굵은 입자의 골재까지 코팅이 가능하게 될 수 있다.

한편, 본 발명의 도로포장재는 시멘트가 투입되지 않는, 가열식 아스콘에도적용될 수 있다. 본 발명의 도로포장재에 가열된 골재가 투입하며, 가열된 골재의 열기에 의하여 코팅제의 수분이 증발하고, 이 수분 증발에 대한 반사력으로 코팅제가 슬래그 분말의 표면 및 공극을 코팅하게 되는 것이다.

위와 같은 과정에 의하여 코팅이 되면 그 코팅력은 매우 강하기 때문에, 코팅이 된 이후에는 슬래그 분진이 물과 접촉하더라도, 그 슬래그 분진에 포함된 중금속은 전혀 용출되지 않는다. 한편, 위 코팅제는 시멘트와 친화력이 강한 수지제이고, 코팅된 상태에서는 슬래그 분진은 별도의 수분을 흡수할 필요가 없기 때문에, 코팅된 슬래그 분진과 시멘트는 서로 견고히 결합하게 된다.

본 발명에서 사용되는 에멀젼 아크릴수지, 유화아스팔트, 에멀젼 에폭시, SBR 라텍스 및 EVA는 모두 시멘트와 결합하여 시멘트 콘크리트의 강도를 강화시키는 보강제로 사용되는 것으로서, 슬래그 분진에 대한 코팅력이 강한 것이다. 본 발명의 코팅제는 위에서 언급된 것에 한정되는 것이 아니라, 이와 같은 성질을 갖는 것이라면, 어느 것이나 사용할 수 있다.

본 발명에서는 위 코팅제를 슬래그 분진의 0.01-0.1 중량부 사용하는데, 0.01 중량부 이하인 경우에는 슬래그 분진이 충분히 코팅되지 않는 문제점이 있으며, 0.1 중량부를 초과하는 경우에는 비용 상승으로 인하여 경제성을 잃게 된다.

본 발명의 도로 포장재의 사용방법은, 먼저, 슬래그 분말 1 중량부에 대하여 0.01-0.1 중량부에 해당하는 코팅제를 투입하여 골고루 섞이도록 혼합하고, 이 혼합물에 시멘트를 먼저 투입한 후, 그 다음 골재와 물 등을 투입하여 혼합하는 것이다. 위의 과정에서 슬래그 분진이 코팅되고, 이 코팅된 슬래그 분진이 시멘트 콘크리트에 골고루 분포됨으로써, 양생 후에는 코팅된 슬래그 분진이 시멘트 콘크리트에 완전히 결합되어 있게 되므로, 유해 중금속이 용출되지 않게 되는 것이다.

이와 같이 본 발명은 코팅된 슬래그 분진을 시멘트 콘크리트의 충전재(filler)로 사용할 수 있음과 동시에 특정 폐기물인 슬래그 분진을 대량 소비할 수 있도록 하는 2중의 효과를 갖는 것이다.

이하에서는 본 발명을 실시예에 의거 설명한다.

(실시예 1)

본 발명을 도로포장재를 사용하여 기층용 투수콘크리트를 포장하기로 하였다. 본 실시예에서는 시멘트 콘트리트 1㎥에 대하여 슬래그 분진 200㎏과 코팅제로서 유화아스팔트 10㎏을 믹서에 투입하여 혼합하였다. 그리고, 이 혼합물에 시멘트 250㎏을 먼저 투입하여 코팅제의 수분을 흡수하게 한 후, 여기에 25㎜체에서 90∼100% 통과하고, 5㎜체에서 0∼20% 통과하는 골재 1450㎏과 물 95㎏을 투입, 혼합하여 슬럼프가 0-4㎝인 시멘트 콘크리트를 만들었다.

그리고, 통상의 방법에 좇아 이 시멘트 콘크리트를 덤프트럭으로 운반하고 현장에서 인력 또는 휘니샤로 포설하여 로라로 중력 다짐을 하고 비닐과 양생포를 덮어 48시간 양생 후 줄눈을 두어 투수계수 10×10^-2㎝/sec이상이고 강도가 180㎏/㎠이상인 기층용 투수콘크리트를 완성시켰다. 이 콘크리트의 일부를 채취하여 중금속 용출시험을 한 결과, 어떠한 중금속도 용출되지 않음을 확인할 수 있었다.

(실시예 2)

본 발명을 도로포장재를 사용하여 표층용 투수콘크리트를 포장하기로 하였다. 본 실시예에서는 시멘트 콘트리트 1㎥에 대하여 슬래그 분진 150㎏과 코팅제로서 유화아스팔트 8㎏을 믹서에 투입하여 혼합하였다. 그리고, 이 혼합물에 시멘트 302㎏을 먼저 투입하여 코팅제의 수분을 흡수하게 한 후, 여기에 13㎜체에서 90∼100% 통과하거나 또는 10㎜체에서 90-100% 통과하고, 2.5㎜체에서 0∼20% 통과하는 골재 1400㎏과 물 110㎏, 그리고 안료 8㎏, 혼화제로서 지연형 감수제 0.5㎏을 투입, 혼합하여 슬럼프가 0-4㎝인 시멘트 콘크리트를 만들었다.

그리고, 통상의 방법에 좇아 이 시멘트 콘크리트를 덤프트럭으로 운반하고 현장에서 인력 또는 휘니샤로 포설하여 로라로 중력 다짐을 하고 비닐과 양생포를 덮어 48시간 양생 후 줄눈을 두어 투수계수 10×10^-2㎝/sec이상이고 강도가 210㎏/㎠이상인 표층용 투수콘크리트를 완성시켰다. 이 콘크리트의 일부를 채취하여 중금속 용출시험을 한 결과, 어떠한 중금속도 용출되지 않음을 확인할 수 있었다.

(실시예 3)

본 발명을 도로포장재를 사용하여 안정처리층을 포장하기로 하였다. 본 실시예에서는 슬래그 분진을 모래 대용으로 사용하기로 하고, 시멘트 콘트리트 1㎥에 대하여, 슬래그 분진 300㎏을 코팅제로서 유화아스팔트 10㎏과 함께 믹서에 투입하여 혼합하였다. 그리고, 이 혼합물에 시멘트 100㎏을 먼저 투입하여 코팅제의 수분을 흡수하게 한 후, 여기에 40㎜체에서 80∼100% 통과하고, 5㎜체에서 0∼30% 통과하는 골재 1550㎏과 물 75㎏을 투입, 혼합하여 슬럼프가 0-2㎝인 시멘트 콘크리트를 만들었다.

그리고, 통상의 방법에 좇아 이 시멘트 콘크리트를 덤프트럭으로 운반하고 현장에서 인력 또는 휘니샤로 포설하여 로라로 중력 다짐을 하고 비닐과 양생포를 덮어 48시간 양생 후 줄눈을 두어 입축강도가 30㎏/㎠이상인 안정처리층을 완성시켰다. 본 실시예의 안정처리층의 일부를 채취하여 중금속 용출시험을 한 결과, 어떠한 중금속도 용출되지 않음을 확인할 수 있었다.

(실시예 4)

본 발명은 도로포장재를 사용하여 소성변형이 있는 개립도 아스콘으로 포장하기로 하였다. 본 실시 예에서 아스콘 1ton에 대하여 13mm체에서 100% 통과하고 5mm체에서 5-40% 통과하며, 2.5mm체에서 0-15% 통과하는 100-180℃로 가열된 골재 800㎏을 투입하며, 150-180℃로 가열된 포장용 아스팔트 50㎏을 투입하고, Filler대용으로 슬래그 분진 145㎏과 5㎏의 유화아스파트를 혼합하고 P.P비닐 500g으로 포장하는데 믹서에 투입하게 되면 P.P 유화아스팔트와 혼합되어 아스팔트를 개질화 시키며, 유화아스팔트에 포함된 수분은 열에 의하여 증발되어 포장용 아스팔트와 강력히 코팅된다. 상기와 같이 혼합된 아스콘을 덤프트럭으로 운반하고 피니셔로 포설 후 로라로 다짐하여 완성하였다. 본 실시 예의 아스콘 포장의 일부를 채취하여 중금속 용출시험을 한 결과 어떠한 중금속도 용출 되지 않았다.

한편, 위 실시예들에 의하여 포장된 도로에서 채취된 시편들에 대하여 한국폐기물 공정시험법에 의서 중금속 용출시험을 행하였는바 그 결과는 도1과 같다.

위 실시예들에서 보듯이, 본 발명은 슬래그 분진에 포함되어 있는 중금속이 전혀 용출되지 않도록 처리하여 도로포장재로 사용함으로써 대량 사용이 가능하게 함으로써 슬래그 분진의 폐기처리 및 그로 인한 공해문제 해결에 크게 기여할 수 있는 것인바, 이러한 점에서 본 발명의 유용성은 지대한 것이라 하겠다.

한편, 본 발명에 있어서, 슬래그 분진에 코팅제를 혼합한 혼합물을 그 코팅제에 함유된 수분이 증발되지 않도록 포장 처리하여 별도의 도로포장재로 판매할 수도 있으며, 수요자들은 그 도로포장재를 구입하여 본 발명의 방법으로 도로를 포설하는데 사용하면 된다. 즉, 본 발명의 도로포장재를 미리 제조하여 비닐포대에 담아 저장해 두었다가 도로포장 공사에 사용할 수 있기 때문에, 그 활용도가 매우 높다.

Claims

전기로 제강 슬래그 분진 1중량부에 에멀젼 아크릴수지, 유화아스팔트, 에멀젼 에폭시, SBR 라텍스, EVA 중 하나 또는 둘 이상을 0.01-0.1 중량부 혼합한 것을 특징으로 하는 도로포장재.
전기로 제강 슬래그 분진 1중량부에 코팅제로서 에멀젼 아크릴수지, 유화아스팔트, 에멀젼 에폭시, SBR 라텍스, EVA 중 하나 또는 둘 이상을 0.01-0.1 중량부 혼합하는 단계; 전기 단계의 혼합물에 시멘트를 투입하여 혼합한 후, 이에 물, 골재를 투입하여 혼합하여 단계; 및 전기 단계에서 생성된 혼합물을 사용하여 통상의 방법으로 도로를 포설하는 단계; 를 포함하는 전기로 제강 슬래그 분진을 사용하여 도로를 포설하는 방법.
제2항에 있어서, 시멘트 콘크리트 혼합물 1㎥에 대하여, 전기로 제강 슬래그 분진 약200㎏, 코팅제 약10㎏, 시멘트 약250㎏, 물 약95㎏, 25㎜체에서 90-100% 통과하고 5㎜체에서 0-20% 통과하는 골재 약1450㎏을 투입, 혼합하여 슬럼프가 0-4㎝가 되도록 한 시멘트 콘크리트를 통상의 방법으로 포설, 롤러다짐, 양생하여 투수계수가 10x10-2㎝/sec 이상이고, 강도가 180㎏/㎠ 이상인 기층용 투수콘크리트를 포설하는 전기로 제강슬래그 분진을 사용하여 도로를 포설하는 방법
제2항에 있어서, 시멘트 콘크리트 혼합물 1㎥에 대하여, 전기로 제강 슬래그 분진 약150㎏, 코팅제 약8㎏, 시멘트 약300㎏, 물 약110㎏, 13㎜체에서 90-100% 통과하거나 또는 10㎜체에서 90-100% 통과하고 2.5㎜체에서 0-20%통과하는 골재 약1400㎏, 혼화제 약0.5㎏을 투입, 혼합하여 슬럼프가 0-4㎝가 되도록 한 시멘트 콘크리트를 통상의 방법으로 포설, 롤러다짐, 양생하여 투수계수가 10x10-2㎝/sec 이상이고, 강도가 210㎏/㎠ 이상인 표층용 투수콘크리트를 포설하는 전기로 제강슬래그 분진을 사용하여 도로를 포설하는 방법
제2항에 있어서, 시멘트 콘크리트 혼합물 1㎥에 대하여, 전기로 제강 슬래그 분진 약300㎏, 코팅제 약10㎏, 시멘트 약 100㎏, 물 약75㎏, 40㎜체에서 80-100% 통과하고 5㎜체에서 0-30% 통과하는 골재 약1550㎏을 투입, 혼합하여 슬럼프가 0-2㎝가 되도록 한 시멘트 콘크리트를 통상의 방법으로 포설, 롤러다짐, 양생하여 강도가 30㎏/㎠ 이상인 안정처리층을 포설하는 전기로 제강슬래그 분진을 사용하여 도로를 포설하는 방법
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