KR100457419B1

KR100457419B1 - 제강슬래그를 이용한 시멘트첨가재

Info

Publication number: KR100457419B1
Application number: KR10-2003-0097126A
Authority: KR
Inventors: 권승안
Original assignee: 주식회사한국포조텍
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2004-11-16

Abstract

본 발명은 플라이애시 10 ∼ 60 중량%, 무수석고 2 ∼ 5 중량부, 실리카분말 8 ∼ 20 중량부, 제강슬래그 분말 30 ∼ 80 중량%를 혼합하여 제조되는 시멘트첨가재와, 이 첨가재 15∼30 중량%와 시멘트 70∼85 중량%를 배합한 원료에, 통상적으로 사용되는 골재를 부가하여 제조되는 콘크리트 조성물에 관한 발명이다.

Description

제강슬래그를 이용한 시멘트첨가재{CEMENT ADDITIVES BY MEANS OF SLAG}

철강 산업의 부산물로 발생하는 슬래그는 고로슬래그와 제강슬래그의 두 종류가 있다. 이 중에서 고로슬래그는 시멘트 원료로 등으로 다양하게 재활용되고 있으나 제강슬래그는 극히 제한적으로 이용되어 왔다.

고로슬래그는 1997년에 한국공업규격 KS F 2563(콘크리트용 고로 슬래그 미분말)로 제정될 정도로 이미 일반화되어 사용되고 있으며, 이를 이용한 고로슬래그 시멘트는 고로슬래그의 잠재 수경성을 이용한 시멘트로 매우 우수한 품질을 나타내는 것으로 알려져 있다.

이에 비하여 제강슬래그는 바위와 같은 형상을 하고 있으며 일반적으로 20%내외의 금속철을 함유하고 있어 높은 비중을 가지고 있어 고로슬래그와는 물리화학적 특성이 다르다. 따라서 제강슬래그는 고로슬래그와는 다른 방식으로 재활용이 모색되어 왔다.

현재까지 알려진 제강슬래그의 재활용 방법으로는 금속철 등 유가자원을 회수하는 방법, 마모 및 압축에 대하여 저항하는 특성을 이용하여 도로용 미끄럼 방지제나, 도로용 기층제로도 활용하는 방법 등이 있다.

일례로 한국공개특허 특2002-0069759호는 제강슬래그를 이용하여 투수성 콘크리트를 제조하는 방법에 관한 것으로 제강슬래그를 안정화시켜 수분의 접촉시에도 팽창을 하지 않도록 처리한 다음 투수콘크리트용 골재로 사용하는 방법을 기재하고 있다.

제강슬래그는 석회(CaO) 및 실리카(SiO₂)가 주성분이고 그 밖에 마그네시아(MgO), 산화철(FeO, Fe₂O₃) 및 산화 망간(MnO)등을 함유하고 있다. 이 성분은 일반적인 천연 암석을 구성하고 있는 성분과 유사한 것인데, 제강슬래그는 석회와 산화철이 많기 때문에 특유의 물리 화학적 특징을 나타낸다.

제강 슬래그가 시멘트의 FeO 공급원으로서 사용되면 주요 성분인 CaO분, SiO₂, 분도 이용되어 석회석을 저감시키는 자원화의 효과가 있어, 일부 시멘트 회사에서 이러한 방법으로 이용하고 있다.

그러나 현재까지의 재활용 기술로는 제강슬래그의 대부분이 도로공사용이나 콘크리트 골재, 지반 재량제, 파쇄골재 등의 용도로 사용될 뿐이었고, 시멘트의 성질을 개량하는 용도로는 사용되지 못하였다. 도 1은 제강슬래그가 발생되는 과정을나타낸 흐름도이다.

본 발명은 제강슬래그를 이용한 시멘트첨가재를 제조하기 위한 것으로, 숙성 처리 후의 제강슬래그 분말을 100 ∼ 300 메쉬(mesh) 이하로 분쇄한 후 이를 이용하여 시멘트 콘크리트의 압축강도를 개선할 수 있는 시멘트첨가재를 제공하는데 본 발명 목적이 있다.

도 1은 제강슬래그의 발생되는 과정을 도시한 흐름도

도 2는 본 발명의 시멘트첨가재를 포함하는 콘크리트와 일반콘크리트의 강도를 비교한 그래프

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 구성은 플라이애시 10 ∼ 60 중량%, 무수석고 2∼5 중량%, 실리카 분말 8 ∼ 20 중량%, 제강슬래그 분말 30 ∼ 80 중량%를 혼합하여 제조되는 시멘트첨가재와, 이 첨가재 15∼30 중량%와 시멘트 70∼85 중량%를 배합한 원료에, 통상적으로 사용되는 골재를 부가하여 제조되는 콘크리트 조성물이다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(1) 플라이애쉬

플라이애쉬는 화력발전소 등에서 부산물로 생산되는 것으로 화학적 조성은 다음 표 1과 같다.

플라이애쉬의 성분

성 분	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	Ig-Loss	Insol/R
함 량	47.4	17.6	9.7	14.2	0.6	1.7	5.1	1.7

(2) 무수석고

본 발명에서 사용하는 석고는 중유, 벙커시유, 유연탄, 무연탄, 석유코크스, 천연 석유 등의 연소시 얻어진 연도 가스내에서 흡수제로 소석회 현탁액을 분무하여 생산된 것으로, 가스내의 황화물이 소석회 현탁액 중의 CaO성분과 결합하는 분무 건조-흡착방식의 형태로 제조된다. 이러한 석고는 본 발명의 시멘트첨가재의 성분으로 사용되는데 2 ∼ 5% 범위에서 가장 바람직한 강도 개선 효과를 나타낸다.

(3) 제강슬래그 분말

통상적으로 제강슬래그는 로 슬래그의 성분중 석회는 Silicate상, Wustite상 등을 구성하나 일부는 미용해 상태의 Mg, Mn, Fe 등을 고용한 유리산화칼슘(free CaO)을 형성하는데, 이 유리산화칼슘은 물과 반응하여 체적이 팽창하기 때문에 제강슬래그는 팽창 안정성이 문제가 된다.

즉, 이 유리산화칼슘은 물과의 접촉하면 수분을 흡수하여 수산화칼슘 상태로 변화되고, 수산화칼슘은 다시 대기중의 탄산가스와 반응하여 탄산칼슘으로 변화되면서 부피가 팽창되어 결합제로 작용하는 시멘트의 결합력을 붕괴시켜 균열을 발생시키는 원인이 되므로 이를 물 등에 의하여 사전에 에이징시킴으로서 콘크리트의 생성 후 부피의 팽창을 막아야 한다. 에이징 방법에는 물 속에서 반응시키는 방법, 스팀과 반응시키는 방법, 오토클레이브(autoclave) 내에서 반응시키는 방법, 노천 야적 후 바닷물 등에 의해서 자연적으로 반응이 일어나게 하는 방법 등이 있다.

에이징을 끝낸 제강슬래그는 100 ∼ 300 메시의 크기로 분말 가공되어 시멘트첨가재에 사용된다. 본 발명의 시멘트첨가재에서 제강슬래그는 30 ∼ 80% 사용되었으며 이 정도 범위가 콘크리트의 강도 개선에 가장 바람직하였다.

다음은 KS L 5120의 시험방법을 이용해서 측정한 본 발명에서 사용한 제강슬래그 일례의 성분을 나타낸 표이다.

제강슬래그의 성분

화학성분	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	SO₃
함량(%)	54.6	13.93	6.2	14.16	4.58	0.33	0.30	0

통상적인 제강슬래그는 위 표2와 유사한 조성 성분과 비율을 가지며, 대체로 분말도 비표면적이 2500-3500 cm²/g, 강열감량이 0 ∼ 5% 의 범주에 들어간다.

(4) 실리카 분말

통상적으로 실리카시멘트에 첨가하는 실리카혼합재는 천연 및 인공인 것을 총칭하여 포졸란이라 한다. 이 포졸란은 시멘트의 수화과정에서 생성되는 수산화칼슘과 결합해서 불용성화합물을 생성하는 미분말상태의 실리카 재료이다.

일반적으로 실리카시멘트는 비중이 적고, 대략 2.7 ∼ 2.9 정도가 되며 용적이 증대되므로 포틀랜드 시멘트로만 된 경우보다 모르타르 내의 공극을 충전하는 효과가 크고 투수성이 현저하게 적어진다. 또한, 탄성적이며 보수성이 좋으며 블리딩이 감소하고 백화현상이 적어진다. 이 외에도 콘크리트의 화학저항성이 향상되며 장기 강도가 커지는 특성이 있다.

본 발명에서는 실리카 성분으로 모래, 규회석 및 규암 등의 광물을 200 ∼ 300 메시로 분쇄한 것을 실리카 분말로 첨가하여 상기한 실리카 시멘트의 특성을 부여하였다.

(5) 콘크리트 조성물

상기 기술한 시멘트첨가재를 이용한 콘크리트 조성물은 시멘트 70 ∼ 85 중량%와 상기 시멘트첨가재 15 ∼ 30%를 배합한 원료에, 일반적인 골재를 1:3 내지 1:5의 비율로 섞어 제조한다. 시멘트와의 배합시 시멘트첨가재는 전체 중량에서 15 ∼ 30 중량%의 범위를 지키는 것이 바람직한데, 이는 15 중량% 보다 적을 시에는 강도 개선 효과가 적으며, 30%를 초과하는 경우는 과팽창이 발생하거나 응결이 지나치게 지연될 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명에서 제시한 콘크리트 조성물을 제조시에 펌프 압송 및 마감미장공사에 도움이 되는 통상적인 공기연행제, 감수제 및 증점제 등의 부가적인 첨가제를 더할 수도 있다.

(a) 공기연행제 : 본 발명에서 기술한 공기연행제는 설페이트계 및 포스페이트계, 또는 기타 지방산계 등 통상적으로 사용되는 것으로서, 공기를 연행시키기 위한 혼화제로 고강도 콘크리트 배합시 주로 사용한다.

(b) 감수제 : 본 발명에서 기술한 감수제는 시멘트 입자를 분산 및 현탁시키는 작용을 하는 첨가제로, 시멘트 입자를 (粒子)분산 하여 콘크리트의 소요 워커빌리티를 얻는데 필요한 단위 수량을 감소시키는 역할을 한다. 이러한 감수제로는 통상적으로 설폰산염계의 물질이 사용된다.

(c) 증점제 : 본 발명에서 기술한 증점제는 대체로 셀룰로오즈 유도체 등과 같은 수용성 폴리 사카라이드계의 물질로서 물에 용해될 때 소정의 점도를 가지게 되는 성질이 있다. 이는 점도의 향상으로 인한 유동성 증대 역할 뿐 아니라 내구성 증진효과를 나타낸다.

[비교예1] 제강슬래그를 이용하여 제조한 시멘트첨가재를 포함하는 콘크리트의 압축강도

플라이애쉬, 무수석고, 제강슬래그, 실리카 분말로 이루어진 시멘트첨가재와시멘트, 그리고 골재를 배합하여 콘크리트 시편을 만들었다. 골재내 자갈의 최대 치수는 약 35mm였다. 다음 표2는 이들 재료들을 배합하여 제조한 콘크리트의 조성을 나타낸다.

구분	시멘트(kg)	시멘트첨가재(kg)	물(kg)	모래(kg)	자갈(kg)	슬럼프(cm)
일반콘크리트	8.00	-	4.00	16.00	20.00	18
제강슬래그를 이용한시멘트첨가재를포함하는 콘크리트	7.00	1.00	4.00	16.00	20.00	18

표 2와 같이 제조한 시편은 20^oC, 95 %(상대습도) 의 항온항습기에 넣어 양생한 후 틀에서 떼어내어 압축 강도를 시험하였다.

도 2은 [비교예1]에서 제조한 시편을 이용하여 압축 강도를 측정했을 때 시간에 따른 강도의 변화를 도시한 것이다. 도 2에 잘 나타났듯이 본 발명의 시멘트첨가재를 사용하여 제조한 콘크리트가 일반 콘크리트에 비하여 10% 이상 우수한 압축 강도를 나타냈다.

위의 실시예에서 상술한 바와 같이, 본 발명에서 제시한 시멘트첨가재는 콘크리트의 압축 강도를 향상시키는데 큰 효과가 있었다.

Claims

플라이애쉬 10 ∼ 60 중량%, 무수석고 2 ∼ 5 중량%, 실리카 분말 8 ∼ 20 중량%, 제강슬래그 분말 30 ∼ 80 중량%를 혼합하여 제조되는 제강 슬래그를 이용한 시멘트 첨가재에 있어서,

상기 제강슬래그 분말은 입도가 100 ∼ 300 메시, 비표면적이 2500 ∼ 3500 cm²/g, 강열 감량이 1 ∼ 5%이며, 시멘트 70∼85 중량%에 대하여 15∼30 중량%의 비율로 사용되는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그를 이용한 시멘트첨가재.
삭제
삭제