KR100580583B1

KR100580583B1 - 매립회와 석분의 잔골재로 제조된 고강도 콘크리트 제품의제조방법

Info

Publication number: KR100580583B1
Application number: KR20050118094A
Authority: KR
Inventors: 최승훈
Original assignee: 주식회사 케이지엠아이; 주식회사 케이테크
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2006-05-16

Abstract

본 발명은 매립회와 석분의 잔골재로 제조된 고강도 콘크리트 제품의 제조방법에 관한 것으로서, 매립회를 사용한 고강도 콘크리트 제품 및 그 제조방법에 있어서, 화력발전소 보일러 저회 처리시스템에서 선별, 배출되는 직경 5mm이하의 매립회를 고속 세척하는 단계와; 상기 세척 매립회를 탈수시키는 단계; 상기 탈수된 매립회와 석분을 혼합하여 회전식 분쇄기에서 서로 마찰을 시킴으로서, 골재 입자크기를 줄이는 단계와; 상기 매립회/석분 혼합분말에 슬래그시멘트를 가하는 단계와; 폴리머혼화재, 발수재, 팽창재, 석고를 첨가하는 단계를 포함하며; 매립회 50~63.5중량%, 석분 15~25중량%, 슬래그시멘트 11.5~25중량%로 배합시키는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의하여 매립회를 효과적으로 재활용할 수 있다.

매립회, 고강도, 콘크리트, 석분, 슬래그시멘트, 화력발전소, 포졸란, 바텀애쉬

Description

매립회와 석분의 잔골재로 제조된 고강도 콘크리트 제품의 제조방법 {Concrete products with high-strength using reclaimed coal ash and waste stone powder as fine aggregates and its manufacturing method}

도 1은 본 발명에 의하여 제조된 콘크리트 제품의 전자현미경 사진이다.

본 발명은 매립회와 석분의 잔골재로 제조된 고강도 콘크리트 제품의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화력발전소에서 배출되는 석탄재(회) 중에서 후라이애쉬(비산재) 20~30%와 바텀애쉬(바닥재) 70~80%로 구성된 매립회를 재활용하여 건축토목재료로 재활용할 수 있는 방법에 관한 것이다.

석탄을 연소하는 화력발전소 보일러에서 다량 부산되는 연소재는 집진장소에 따라 후라이애쉬, 바텀애쉬, 신더애쉬로 구분할 수 있다. 2004년도 국내의 석탄회 발생량은 538만톤으로서, 계속적으로 증가하고 있으며 2010년에는 750만톤이 발생할 것으로 예상되고 있다. 그중에서 후라이애쉬가 80~90%를 차지하고, 바텀애쉬 및 신더애쉬는 10~20%에 해당된다.

점차 증가하는 석탄회의 발생량에 따라서 적절한 처리 및 재활용 방안이 주요한 관심사로 대두되고 있다. 2004년 발생 석탄회중 65%가 재활용되었는데, 재활용된 분야는 레미콘 등 콘크리트 혼화재, 시멘트 원료, 골재 원료 등으로 제한적이였으며, 이 또한 대부분 후라이애쉬에 편중되어 있다.

한편 보일러 노벽, 과열기, 재열기 등에 부착하여 자중에 의해 보일러 바닥에 떨어진 바텀애쉬를 급냉시킴으로서, 고형화되어 암괴형태로 존재하는 것을 25mm이하의 입도로 분쇄시킨 다음, 해수를 이용하여 수송관을 통해 입자크기 5mm의 선별공정을 거쳐 매립지로 이송하게 된다. 이를 매립회라 하며 매립회의 구성은 주로 바텀애쉬로 되어있지만, 후라이애쉬와 신더애쉬가 10~20% 함유되어 있다. 우리나라의 2004년도 매립회 발생량은 115만톤이였으며, 매립회의 재활용은 극히 낮아 2004년도에는 19.2%에 불과하다.

따라서 석탄회의 재활용율을 높이고, 자원의 리싸이클링을 제고하며 석탄회 처리 특히 바텀애쉬의 매립에 대한 환경적 부담을 줄이기 위해서 매립회의 재활용 방안이 시급한 실정이다.

바텀애쉬를 재활용하는 기술로서는 주로 콘크리트 배합용 골재로서 활용되었는데, 대한민국 특허 등록번호 10-0364911호 바텀애쉬를 이용한 콘크리트 제품 및 그 콘크리트제품의 제조방법, 등록번호 10-0447739호 바텀애쉬를 이용한 콘크리트 조성물 및 그 제조방법, 공개번호 2005-0082083호 바텀애쉬를 사용한 고성능 콘크리트 조성물 및 그 제조방법 등이 있다.

그러나 이와 같은 선행기술은 대부분 콘크리트 조성물을 구성하는 굵은 골재와 가는 골재를 바텀애쉬로 일부 또는 전부를 대체 치환하거나 혹은 가는 골재의 일부 단위량을 충족시키는 대체재로서 국한되어 있다. 이는 바텀애쉬가 다소 회백색, 암갈색 등 색채를 띄고 있지만 입자의 형태가 모래형상이고 콘크리트용 부순골재의 입도규격(KS F2527)이 비슷하여 입경이 0.5~10mm인 모래 내지는 잔자갈 범주에 속하기 때문이다.

콘크리트는 시멘트와 물을 혼합한 시멘트 페이스트를 결합재로 하고 여기에 모래나 자갈 등의 골재(중량재)를 첨가하여 제조한 입자분산 강화형 복합재료이다. 콘크리트 조성물로서, 굵은 골재는 5mm체를 중량으로 85%이 잔류하는 골재를 말하며 통상 13mm 또는 25mm 크기의 것을 사용하고, 가는 골재(잔골재)는 10mm체를 전부 통과하고, 5mm체를 중량으로 85% 이상 통과하는 골재이다. 콘크리트의 절대용적의 70%가 골재로 구성하고, 나머지가 시멘트 페이스트와 공기로 구성되어 있고, 콘크리트 특성을 개선하기 위해 여러 화학 혼화제들이 사용된다.

매립회를 모래 대체재로 사용할 수 있는 것은 매립회의 주요 성분은 산화규소, 산화알루미늄, 산화칼슘 등으로 대부분 산화물의 형태로 존재하고 있고, 이러한 화학적 성분이 모래와 비슷하기 때문이다.

모래와 유사한 바텀애쉬의 물리적 성질은 표 1, 바텀애쉬의 일반적인 입도분포는 표 2에 도시하였고, 화학적 조성은 표 3에 도시하였다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

매립회를 단순모래로서 활용하는 기술은 매립회에 대한 적절한 산업재료로서 가치를 갖지 못하고, 점차 매립되는 양이 많아지는 바텀애쉬를 대량처리하기 위한 방편으로 개발된 것이라 할 수 있다.

또한 바텀애쉬를 단순히 콘크리트 조성물 중 모래 및 가는 골재의 대용으로 사용할 경우에는 콘크리트 제품강도가 약해지는 단점을 갖고 있다. 그 이유는 바텀 애쉬의 입자의 표면이 불규칙하고 다공성을 갖고 있기 때문에 일반 골재에 비하여 약 6~8%정도의 높은 흡수율을 나타내어 건조수착에 대한 균열이나 건습, 동결융해의 반복작용에 의해 내구성이 약해지게 된다. 또한 통상 바텀애쉬의 pH가 9.0~9.5로서 알칼리성을 갖기 때문에 골재내 실리카질 광물과 알칼리골재반응이 일어나 콘크리트에 균열을 발생시킬 수 있다. 이외에도 불규칙한 바텀애쉬의 표면으로 인해 수밀성이 요구되는 분야의 콘크리트 사용시 작업성이 떨어지게 되는 단점도 있다.

이에, 본 발명자는 매립회를 콘크리트 조성물의 원료로 사용함에 있어서 작은 골재입자끼리의 반응에 의한 강도발현 방법, 높은 흡수율에 의한 강도 약화를 막을 수 있는 방법, 또한 알칼리골재반응을 피할 수 있는 비반응성골재로 전환하는 방법을 개발함으로서, 경계석, 호안블록, 식생블록, 바닥블록 등 콘크리트 제품으로 매립회가 재활용될 수 있도록 하기에 이르렀다.

콘크리트 혼화재로 전량 활용되고 있는 후라이애쉬와 같이, 포졸란 물질로서의 바텀애쉬의 특성을 살림으로써 보다 가치높은 건축토목 재료로서 활용되는 것이 매립회의 적극적인 재활용 방법이라고 할 수 있다.

본 발명의 목적은 매립회를 재활용하여 건축토목재료로 사용할 수 있음으로써 자원을 재순환 이용하며, 매립지 등의 환경문제 해결을 해결하고 환경보전에 기여할 수 있는 매립회 재활용방법을 제공하는 것이다. 또한 화력발전소의 부산물인 매립회를 재활용함으로서 생산성을 높이고, 재활용에 따른 부가가치를 창출할 수 있도록 하는 것이다.

매립회는 일종의 포졸란(pozzolan) 물질이라고 할 수 있는데, 포졸란 물질이란 SiO₂와 Al₂O₃가 주성분인 물질로서, Ca(OH)₂가 고온의 열에 노출된 SiO₂ 및 Al₂O₃와 상온에서 장기간 반응하여, CaO·SiO₂·H₂O (calcium silicate hydrate, 토베모라이트, 이하 CSH라고 함) 또는 Al₂O₃·SiO₂·H₂O (calcium aluminate hydrate, 이하 CAH라고 함)을 생성하는 포졸란 반응을 일으킬 수 있는 물질이다.

이러한 포졸란 반응은 콘크리트 수밀성 증대, 화학저항성 및 장기강도를 증진시키고, 콘크리트 배합시 시멘트 사용량을 줄이기 위해 시멘트 치환재로 사용될 수 있는 원리이기도 하다. 콘크리트의 결합재인 시멘트는 물과 반응하면 수화반응이 진행되어 CSH가 약 70%, Ca(OH)₂가 약 30% 생성되는데, CSH는 구조물중에서 강도에 기여하지만, Ca(OH)₂는 강도에 기여하지 못하는 잉여부산물이며, 오히려 함유량이 일정량 초과하면 콘크리트 강도를 감소시키는 결과를 초래할 수 있다. 이 때, 시멘트 사용량의 10% 내외로 포졸란 물질(고로슬래그 및 석탄재 등)을 치환하여 사용하면 콘크리트 수화시 발생하는 Ca(OH)₂와 포졸란 물질 중 SiO2와 Al2O3가 장기에 걸쳐 반응, CSH 또는 CAH를 생성하게 된다. 이로 인해 장기 강도의 향상 및 초기수화열의 저감, 원가절감, 폐기물(포졸란 물질) 재활용으로 인한 환경보존 등 여러 가지 잇점을 얻고 있으나, 콘크리트의 초기강도의 저하되는 단점이 있다.

따라서 매립회에는 SiO₂와 Al₂O₃ 등 포졸란 반응성분이 적정량 함유되어 있으 므로, 포졸란 반응을 쉽게 할 수 있도록 작은 입자의 매립회를 사용하고, 50%내외의 CaO를 함유하고 있는 슬래그시멘트를 최적비로 혼합하였을 경우, CaO가 물과 반응하여 Ca(OH)₂를 발생하고, 이 Ca(OH)₂가 SiO₂ 및 Al₂O₃가 포졸란 반응을 일으키도록 하여 콘크리트 수화물인 CSH 및 CAH을 형성하도록 할 수 있다.

슬래그시멘트는 제철소 고로에서 1500℃로 용융상태로 배출된 고로슬래그를 물로 급냉시킨 수쇄슬래그에 포틀랜드 시멘트 클링커와 소량의 석고나 소석회를 혼합하여 분쇄한 것으로 구성된 것이다. (슬래그시멘트의 표준규격은 KS L5210이다.)

매립회와 함께 사용될 1mm이하의 석분은, 하천골재의 고갈로 인해 이를 대신할 부순(쇄석)골재 생산과정에서 대량 부생되고 있다. 그 까닭은 1mm이하의 석분을 콘크리트에 과량으로 사용할 경우, 불균일한 입자 표면으로 인해 흡수량이 많아 건조수축 균열 등의 내구성이 약해지고, 시멘트 소모량이 많아지며, 또한 작업성이 떨어지게 되므로 1mm이하의 석분은 잔골재 사용에 있어 사용이 기피되기 때문이다..

콘크리트 제품 원료의 새로운 조성물을 구성하기 위한 방법으로, 잔골재 크기라 할 수 있는 매립회와 석분만을 사용하고, 콘크리트의 일반적 결합재(바인더)인 포틀랜트 시멘트를 사용하지 않고 슬래그시멘트(포졸란 반응을 위한)를 사용하여, 고강도의 콘크리트 제품을 제조하기 위해서는 다음과 같은 기술적 과제를 해결해야 한다.

작은 입자끼리의 반응을 통해서 콘크리트 제품의 강도를 높이기 위해서는 CSH 수화물입자가 균일한 성장을 할 수 있도록 하고, 밀충전형태의 CSH가 생성되도록 하는 것이 좋다. 조충전형태의 CSH가 많이 생성된 경우는 수화물들의 부분적인 성장에 따른 겔 공극이 발생하여 강도를 약화시킬 수 있다. 또한 팽창성 침상결정의 에트링가이트 생성은 콘크리트 팽창파괴의 원인이 되어 강도를 약화시키기 때문에 에트링가이트 생성에 대한 대비를 해야 된다.

본 발명은, 매립회를 사용한 고강도 콘크리트 제품의 제조방법에 있어서, 상기 화력발전소 보일러 저회 처리시스템에서 선별, 배출되는 5mm이하의 매립회를 고속 세척하는 단계와; 상기 세척 매립회를 탈수시키는 단계; 상기 탈수된 매립회와 1mm이하의 석분을 혼합하여 서로 마찰을 시키는 단계와; 상기 매립회/석분 혼합분말에 슬래그시멘트를 가하는 단계와; 폴리머혼화재, 발수재, 팽창재, 석고를 첨가하는 단계와; 혼합된 콘크리트 조성물을 정해진 물/시멘트비로 배합하여 일정 형상의 단위별 몰드에서 진동성형하는 단계와; 성형된 제품을 양생하는 단계를 포함한다.

이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.

보일러 바닥에서 이송된 후 선별장치를 거쳐 배출되는 5mm이하의 매립회를 세척한다.(S10)

이 때 선별단계 및 세척단계를 거친 본 발명에 사용한 매립회의 입도분포는 표4와 같다.

[표 4]

체의 치수(mm)	체 통과율(%)	입경(mm)	잔유율(%)
10	100	10~5	9.7
5	90.3	5~2.5	21.9
2.5	68.4	2.5~1.2	29.5
1.2	38.9	1.2~0.6	11.9
0.6	27.0	0.6~0.3	11.3
0.3	15.7	0.3~0.15	9.0
0.15	6.7	0.15이하	6.8

세척의 이유는 매립회를 냉각시키고 매립지로 이송시키기 위해 사용한 해수 때문에 매립회에 염분이 유입될 가능성이 높으며, 매립회를 사용한 콘크리트에 염분이 혼입되면 철근부식이 촉진되고, 콘크리트 구조의 내구성에 영향을 미치게 된다. 따라서 고속의 물로 세척해서 염분을 제거한다. 또한 고속의 물로 세척하면 매립회의 불규칙한 표면이 닳게 되고, 다소 둥글게 되어 입형이 가다듬게 된다.

이어서 고속세척된 매립회를 탈수시킨다. (S20) 해수사용으로 인해 존재하는 매립회내 염분의 양이 0.1%이하인 경우나, 철근을 사용하지 않는 콘크리트제품을 제조하는 경우에 있어서, 세척과 탈수단계는 선택적으로 행할 수 있다.

다음, 상기 매립회에 골재생산공쟁에서 부생되는 1mm이하의 석분을 혼합하고, 볼밀 등의 회전식 분쇄기에서 교반시킨다.(S30) 매립회와 석분 입자들이 회전식 교반기에서 회전하면서 서로 마모되어 둥근모양의 입형을 갖도록 하며, 서로 마모충돌로 인해 미세한 분말이 발생하게 된다.

매립회와 석분의 미세한 입자들은 포졸란 물질인 매립회의 포졸란 반응효율이 증대시킬 수 있으며, 콘크리트 수화반응을 통한 밀충전 형태의 수화물 입자생성 과 균일하게 성장을 위해서는 미세한 매립회 입자가 유리하기 때문이다.

회전식 분쇄기인 볼밀로 5mm이하의 매립회와 1mm이하의 석분을 적절한 배합비로 혼합하여 30분이상 분쇄함으로서, 표 4에 나타난 바와 같이 0.5mm이하 크기의 매립회가 16.8%에서 25%이상이 되도록 분쇄한다.

다음 슬래그 시멘트를 가하여(S40) 포졸란 반응성 물질로 전환하고 매립회와 석분을 결합하도록 한다.

이는 콘크리트 제조에 있어서 일반적인 결합재인 보통시멘트를 사용하지 않고 슬래그시멘트로서 칼슘성분을 보충함으로써, 포졸란 물질 조성비를 갖도록 한다.

콘크리트의 장기 강도를 향상시키기 위해 포졸란 반응의 기본물질인 SiO₂+Al₂O₃가 70~81% 범위에 있는 석분과 매립회를 골재로 사용하고, 여기에 CaO 성분이 51.6%인 슬래그시멘트를 적절한 배합비로 혼합한다. 여기서 CaO 성분의 첨가는 포졸란 반응에 필요한 소석회(Ca(OH)₂) 생성을 위해 필수적이다.

이 단계에서 [화학식1][화학식2][화학식3]에 도시된 바와 같이 소석회, CSH 및 CAH가 생성된다.

[화학식1] 소석회 :

CaO + H₂O -> Ca(OH)₂

[화학식2] CSH :

2 3CaO·SiO₂ + 6H₂O -> 3CaO·2SiO₂·3H₂O + 3Ca(OH)₂

[화학식3] CAH :

3CaO·Al₂O₃ + 6H₂O -> 3CaO·Al₂O₃·6H₂O

매립회 및 본 발명의 원료로 사용한 물질들의 화학적 구성성분을 표 5에 자세히 수록하였다.

[표 5]

성분	매립회 (%)	슬래그시멘트(%)	석분(%)
SiO2	58.11	27.30	53.52
Al2O3	23.58	11.30	16.72
Fe2O3	5.56	2.90	2.43
CaO	4.31	51.60	1.85
MgO	1.11	3.0	0.86
Na2O	0.51	0.60	1.68
K2O	1.1	6.40	5.21
TiO2	1.3	0.2	0.42

이어서 폴리머 혼화재, 발수재, 팽창제, 석고를 일정 중량비로 첨가하여(S50) 흡수율에 의한 강도저하, 콘크리트의 초기강도 저하문제를 보완한다.

여기서 폴리머혼화재는 매립회 및 석분의 불규칙한 입형으로 인한 높은 흡수율 때문에 야기될 수 있는 강도약화를 방지하기 위함으로, 폴리머피막을 형성하기위해 첨가하게 되며, 셀룰로스 및 실란계 발수제를 첨가함으로서 흡수율을 낮출 수 있으며, 팽창제를 첨가하는 까닭은 에트린가이트 등 팽창성 수화물의 형성으로 인 한 균열을 방지하기 위함이며, 콘크리트의 초기강도가 약해지는 것을 보충하기 위해 석고를 가하는 것이다.

다음은 원하는 제품형태에 따라 제작된 몰드에 배합된 원료를 넣고 진동성형하는 단계(S60)를 거치며, 1일 기건양생후 20℃로 습윤양생(S70)하게 된다.

매립회와 석분 및 슬래그시멘트의 적절한 배합비는 매립회 50~63.5%, 석분 15~25%, 슬래그시멘트 11.5~25%이다. 매립회가 상기 범위를 초과하는 경우에는 강도가 저하되고, 상기 범위 미만의 경우에도 포졸란 반응이 제대로 일어나지 아니하여 강도가 저하된다. 석분도 상기 범위를 벗어나게 되면 적절한 포졸란 반응이 유도되지 아니하여 역시 강도가 저하되며, 슬래그시멘트의 경우는 상기 범위 미만의 경우에는 강도가 부족하게 되고 상기 범위를 초과하는 경우에는 경제성이 부족하게 된다.

본 발명의 실시예는 아래와 같다.

실시예 1. (5mm 이하의 매립회와 1mm이하 석분 및 슬래그 시멘트로 배합한 고강도 콘크리트의 제조)

작은 입자끼리의 반응을 통해서 콘크리트 제품의 강도를 높이기 위해서는 콘크리트 수화반응 생성물인 CSH 수화물입자가 조충전 형태가 아닌 밀충전 입자가 생성되는 것이 좋고, 위의 수화물입자가 균일하게 성장하는 것이 좋다. 조충전형태의 CSH가 많이 생성된 경우는 수화물들의 부분적인 성장에 따른 겔 공극이 발생하여 강도를 약화시킬 수 있다.

일반적인 콘크리트 조성물에서 잔골재크기에 불과한 입경 5mm이하 매립회와 1mm이하의 석분을 골재의 전부로서 사용하고, 혼합된 잔골재의 바인더로서 슬래그시멘트를 사용하여 본 발명의 공정순서에 따라 콘크리트 제품을 제조하였다.

이에 대한 상세한 설명으로는, 매립회는 무게비로 59%, 석분은 22%였고, 슬래그시멘트는 19%를 가하여 배합하였다. 단위수량(W/C)은 2.43이였고, 상기 배합비로 콘크리트 조성물을 배합한 다음, 몰드에 붓고 진동성형하여, 표준양생을 실시하였다.

제조된 콘크리트 제품에 대한 28일 강도를 측정하였더니 289 kgf/cm²이였으며, 압축강도를 측정한 후 공시체 파편에 대한 전자현미경(scanning electronic microscopy, SEM)분석을 시행하였고, 도1은 공시체의 전자현미경 사진이다

도1에서 검은색으로 나타난 입자는 매립회로서 화력발전소의 보일러내 높은 온도로 인해 유리질화되어 용융된 형태를 보이고 있고, 기공이 잘 발달되어 있음을 보여주고 있다. 이 매립회주위에 붙어있는 페이스트상은 콘크리트수화반응을 통해 형성된 콘크리트수화물이다.

그림에 나타난 바와 같이 CSH 수화물입자가 균일한 성장을 하였고, 밀충전형태의 CSH가 생성되었으며, 콘크리트제품의 강도를 약화시킬 수 있는 조충전형태의 CSH 생성이나 수화물들의 부분적인 성장에 따른 겔 공극 발생은 나타나지 않았다.

기존 콘크리트의 구조체 형성과정은 굵은 골재와 잔골재로서 적당한 충전도 형성하고 이들 골재사이를 시멘트 페이스트가 가교를 형성하고, 시멘트 반응을 통하여 단단한 구조체를 형성하게 된다. 반면, 본 발명에서, 매립회와 석분만의 잔골재와 슬래그시멘트만으로 콘크리트 원료를 구성하고 고강도 콘크리트가 형성되는 메카니즘은 다음과 같다.

1~5mm 크기의 매립회를 중심으로 이보다 작은 크기의 매립회입자와 석분입자들이 매립회 입자 주변에 부착되고, 이들 작은 매립회입자와 석분입자, 슬래그시멘트가 콘크리트 수화반응 및 포졸란 반응을 수행하며, 큰 매립회와 콘크리트 생성수화물 사이에 가교가 형성되게 된다.

따라서 입형도 불규칙하고, 기공을 많이 함유하고 있어 흡수율이 많은 매립회이지만, 이와 같은 불규칙한 입형과 흡수율이 강도를 약하게 하는 부정적인 영향을 주지 않고, 더 높은 강도 특성을 발현할 수 있는 까닭은 골재와 바인더인 시멘트의 수화반응을 통해 CSH 수화물입자가 균일한 성장을 하였고, 밀충전형태의 CSH가 생성되어 매립회 외곽 표면에서 단단한 가교를 형성하기 때문이다.

여기서 매립회와 슬래그 시멘트의 분말은 콘크리트 수화반응 및 포졸란 반응을 주로 수행하였고, 석분은 포졸란 반응 수행이 약하지만 매립회 외표면에서 부착되어 기계적 강도를 발현하는 역할을 수행하게 된다.

일반적인 콘크리트 원료조성에서 시멘트의 사용량이 10%(습기준) ~ 14.3%(건기준)일 때, 시멘트내 함유된 C3S(3CaO·SiO₂)와 C2S(2CaO·SiO₂)가 각각 48%, 18%를 기준으로 계산해보면, 생성될 수 있는 C3S2H3(3CaO·2SiO₂·3H₂O)는 90kg(건조된 원료 1000kg 기준)이다.

이와 같은 일반적인 기준을 적용하고, 화학식 2와 같은 반응에 의해 C3S2H3가 생성되는 메카니즘이라면, 매립회와 석분의 결합재로서 표 5와 같은 성분비를 가진 슬래그 시멘트를 사용할 경우, 최소한 11.5%가 사용되어야 한다.

매립회와 석분을 콘크리트 원료로 사용할 경우, 결합재인 일반포틀랜트 시멘트 대신 슬래그시멘트를 사용하고자 하였을 때는 이와 같은 최소값이 설정되어야 하며, 이는 포틀랜트시멘트를 사용하지 않거나, 슬래그 시멘트 사용량을 줄여 경제성을 높이는 중요한 요소가 된다.

상기에서 서술한 제조공정에 따라, 5mm이하의 매립회와 1mm~0.08mm의 석분을 볼밀에 넣고 1시간동안 분쇄하여 0.5mm이하의 매립회 함량이 25%이상 되게 하였고, 콘크리트 조성물에 대한 일정 배합비를 정한 다음, 물비(W/C) 0.45~0.5 범위에서 배합된 몰탈을 공시체원형 몰드에 진동 다짐으로 제작한 시험결과로 실물 크기(1000X1000X250)를 제작하여 재령별로 압축강도를 측정한 그 결과는 표 6과 같다.

[표 6] 콘크리트 제품(호안블럭) 제조 및 압축강도 실험 결과

표 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 제조방법에 따라 제조한 공시체 1는 매립회 70.3%, 석분 16.5%, 슬래그시멘트 13.2%의 원료구성으로 제조하였고, 28일 압축강도는 190kgf/cm²였으며, 공시체 2는 매립회 47.8%, 석분26.4%, 슬래그시멘트 11.6%로 제조하였고 28일 압축강도는 215kgf/cm²으로 나타났다. 이의 비교예로서, 재활용골재 콘크리트 호안블럭(GR F4004)의 경우에 맞춰 제작하여 압축강도를 측정(3, 7, 28일 강도는 각각 119, 140, 210kgf/cm²)하여 비교하였다. 본 발명에 따라 매립회를 사용한 공시체 1은 비교예보다 낮게 나타내었으나, 이는 매립회의 함량을 상당히 높이 하여 제조하였기 때문이며, 매립회+석분+슬래그시멘트의 조합에서, 앞서 기술한 바와 같이 슬래그 시멘트의 사용 최소값 11.5%를 적용하여 제조한 공시체 2는 비교예의 28일 강도보다 높게 나타내었다.

이로서 매립회, 석분, 슬래그 시멘트만으로 고강도의 콘크리트 제품을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

실시예 2. (5mm 이하의 매립회와 1mm이하 석분 및 슬래그 시멘트로 배합한 후 첨가제를 혼합한 고강도 콘크리트의 제조)

흡수율 흡수율 7% 미만 기준을 만족하기 위해 폴리머혼화재, 셀룰로오스계 또는 실란계 방수제를 사용하였다.

상기한 콘크리트 조성물을 배합함에 있어서 폴리머혼화재를 시멘트의 0.03%(공시체3), 셀룰로스계 발수제를 시멘트의 0.03%(공시체4), 팽창재를 시멘트의 0.03%(공시체5), 석고를 5%를 첨가(공시체6)하고, 물비(W/C) 0.5~0.52범위에서, 배합한 몰탈을 공시체 원형몰드에 진동 다짐으로 제작한 시험결과로 실물 크기(1000X1000X250)를 제작하여 재령별로 압축강도를 측정한 그 결과는 표 7과 같다.

[표 7] 매립회 재활용 콘크리트 제품(호안블럭)의 첨가제의 영향 실험결과

실시예 1과 같이 비교예는 재활용골재 콘크리트 호안블럭의 경우(28일 강도는 210kgf/cm²)였으며, 공시체 3~6의 28일 압축강도는 240~312kgf/cm²였다.

팽창제를 시멘트의 0.03% 첨가한 공시체 5의 경우가 240kgf/cm²로 가장 작은 값을 나타내었고, 셀룰로스계 발수제를 시멘트의 0.03% 첨가한 공시체 4의 경우가 312kgf/cm²로 가장 큰 압축강도 값을 나타내었다. 이는 셀룰로스 발수제를 첨가함으로서, 매립회 및 석분의 불규칙한 입형으로 인한 흡수율을 낮출 수 있으며 그로 인한 압축강도 약화 문제를 개선했기 때문으로 판단된다.

화력발전소의 부산물인 매립회를 콘크리트 원료로 사용할 수 있음으로써 자원을 재활용할 수 있고, 환경보호에 기여할 수 있는 매립회 재활용방법이 제공된다.

기존에는 매립회의 부조한 매립장소 한계문제를 해결하기 위해 대량으로 단순처리할 수 있는 골재대용으로 활용하고자 하였으나, 본 발명에서는 매립회의 물리적 및 화학적 특성에 기초하여 투수성과 통기성을 갖고 있으면서도 고강도의 콘크리트 제품의 원료로 사용될 수 있는 제조방법을 발명하였다.

특히, 굵은 골재를 사용하지 않았고, 또한 시멘트 사용량을 줄임으로써, 콘크리트 제품을 생산시 원료비를 절감할 수 있다. 매립회와 함께 원료로 사용한 석분은 1mm이하의 것을 사용하였는데, 이는 쇄석골재 제조시 가장 많이 부생되고 있으나 활용도가 작은 1mm이하의 석분을 활용함으로써, 외면되고 있는 자원의 가치를 높여 줄 기술로 기대된다.

본 발명에 따라 제조된 콘크리트 제품은 투수성과 통기성이 우수하므로 어소블록을 포함한 식생용 호안블록, 경계블록 등 고부가가치 콘크리트 제품 생산에 따라 발전소의 생산성이 높아지게 된다.

Claims

매립회를 사용한 고강도 콘크리트 제품 및 그 제조방법에 있어서,

상기 화력발전소 보일러 저회 처리시스템에서 선별, 배출되는 직경 5mm이하의 매립회를 고속 세척하는 단계와;

상기 세척 매립회를 탈수시키는 단계;

상기 탈수된 매립회와 직경 1mm~0.08mm 크기의 석분을 혼합하여 회전식 분쇄기에서 서로 마찰을 시킴으로서, 골재 입자크기를 줄이는 단계와;

상기 매립회/석분 혼합분말에 슬래그시멘트를 가하는 단계와;

폴리머혼화재, 발수재, 팽창재, 석고를 첨가하는 단계를 포함하며;

매립회 50~63.5중량%, 석분 15~25중량%, 슬래그시멘트 11.5~25중량%로 배합시키는 것을 특징으로 하는 고강도 매립회 콘크리트 제품의 제조방법.
제 1항에 있어서,

직경 5mm이하의 매립회와 직경 1mm~0.08mm 크기의 석분과 슬래그 시멘트 만으로 제조하는 것을 특징으로 하는 매립회 콘크리트 제품의 제조방법.
제 1항에 있어서,

매립회와 석분을 혼합하여 회전식 분쇄기를 사용하여 서로 마찰시켜 골재 입자크기를 줄이고, 직경 0.5mm이하 크기의 매립회 함량이 25%이상이 되도록 분쇄하는 것을 특징으로 하는 매립회 콘크리트 제품의 제조방법.
제 1항에 있어서,

폴리머혼화재를 시멘트의 0.01~0.05중량%, 발수재를 시멘트의 0.01~0.05중량%, 팽창재를 시멘트의 0.01~0.05중량%, 석고 1~7중량%를 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 매립회 콘크리트 제품의 제조방법.