KR100662797B1 - 생하수오니를 이용한 인공 경량 골재의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생하수오니를 이용한 인공 경량 골재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, (a) 생하수오니 20∼40 중량부와 주물분진, 대리석분진 및 산업폐기물의 소각재로 구성된 군에서 선택된 건조상태의 무기폐기물 20∼30 중량부를 혼합하고 1차 숙성하는 단계; (b) 상기 1차 숙성물을 점토 30∼60 중량부와 혼합하고 2차 숙성하는 단계; (c) 상기 2차 숙성물을 압출 성형하는 단계; (d) 상기 성형체를 건조하는 단계; 및 (e) 상기 건조된 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 1.3∼1.6의 비중을 갖는 인공 경량 골재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 최적의 압출 성형이 가능한 함수율을 갖는 배합으로 생하수오니와 주물분진, 대리석분진 및 산업폐기물의 소각재로 구성된 군에서 선택된 건조무기폐기물을 혼합함으로써, 흡수율 및 슬럼프 로스가 적은 우수한 경량골재를 생산하는 효과가 있고, 생하수오니의 건조공정의 추가 없이도 폐기물의 일괄처리 및 재활용제품의 대량생산이 가능하여 우수한 경량 골재를 저가에 공급할 수 있다.
생하수오니, 경량 골재
Description
도 1은 본 발명에 따른 인공 골재의 제조 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 생하수오니를 이용한 인공 경량 골재의 제조 방법으로, 보다 상세하게는, (a) 생하수오니와 주물분진, 대리석분진 및 산업폐기물의 소각재로 구성된 군에서 선택된 건조상태의 무기폐기물을 혼합하고 1차 숙성하는 단계; (b) 상기 1차 숙성물을 점토와 혼합하고 2차 숙성하는 단계; (c) 상기 2차 숙성물을 압출 성형하는 단계; (d) 상기 성형체를 건조하는 단계; 및 (e) 상기 건조된 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 1.3∼1.6의 비중을 갖는 인공 경량 골재의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 경량 골재란 KSF 2505(골재의 단위무게 시험방법)에 규정된 바에 따르면 약 0.8~1.2tonf/m3 정도의 단위 중량을 가지는 골재를 말하며, 이러한 경량 골재는 크게 자연산 골재와 인공 골재로 구분되지만, 우리나라의 경우에는 사용 가능한 형태의 대량의 자연산 경량 골재는 거의 기대할 수 없는 형편이며, 인공 경량 골재를 대량 생산하는 것은 아직 수요에 부응하고 있지 못하는 상태이다.
대체로 인공 골재는 팽창성 혈암, 팽창성 점토, 플라이 애쉬(fly ash) 등을 주 원료로 하여 제조되며, 외양이 깨끗하고, 강도가 강하며, 내구성이 우수한 조건을 만족해야 한다. 또한 인공경량 골재는 적당한 입도 및 단위 중량을 가져야 하는 동시에 콘크리트 및 강재에 나쁜 영향을 주는 유해 물질을 함유해서는 안되며, 제조공정에 따른 품질의 변동이 작아야 한다.
일반적으로, 경량 골재를 성형하는 방법으로는 사출 성형(injection molding), 테이프 성형(tape seating) 및 가소적 압출 성형(plastic extrusion)등의 방법들이 알려져 있다. 이 중에서 압출성형은 경량 골재 성형방법 중 가장 경제적이며 대량생산이 가능한 방법이고, 특히, 압출성형시 소지의 함수율은 매우 중요하다. 함수율이 25%를 넘으면 경량 골재의 성형체가 서로 달라붙는 문제가 생기며, 또한 20%이하가 되면 소지의 가소성(plasticity)가 너무 커져서 압출성형기에 과부하가 걸려 성형이 불가능해진다.
최근, 각종 산업 현장에서 발생량이 급격히 증가하고 있는 플라이 애쉬, 페이퍼 애쉬(paper ash), 석탄회, 제지슬러지, 쓰레기 소각재, 폐수 슬러지 등과 같은 산업 폐기물을 활용하여 저비용으로 환경 친화적인 골재를 제조하려는 연구가 진행되고 있다.
그러한 연구 결과, 제지 슬러지, 제지 슬러지 소각회, 탄광 폐석, 하수 슬러지 또는 석탄회 등을 주로 점토와 혼합한 후 소결함으로써 인공 경량 골재를 제조하는 방법으로, 인공 경량 골재 및 그 제조방법(대한민국 특허공고 제96-11333호), 외피에 피막이 형성된 경량 골재 및 제조방법(대한민국 등록특허 제10-208779호) 또는 적니를 이용한 다공성 경량건축자재의 제조방법(대한민국 등록특허 제10-240943호), 건조 비중을 제어하여 저 비중의 인공 경량 골재를 제조하는 방법(국내 공개 특허 제1999-88360호)등이 있다. 또한, 하수 슬러지를 이용한 종래 특허 출원으로서, 하수 슬러지를 이용한 소성 건자재 제조방법(국내 공개 특허 제2002-0084975호)이 있다.
특히, 하수오니를 이용한 종래의 경량 골재 제조 방법은 생하수오니가 아닌 건조하수오니를 이용한 것으로, 하수오니를 건조하는데 많은 에너지 비용 및 건조 공정에 따른 부대시설이 추가됨으로써 설비 비용 역시 증대되어, 골재 제품의 단가가 큰 폭으로 상승됨으로써 경제적이지 못하고, 실제로 거의 실용화되지 못하고 있는 실정이다. 또한, 상기 하수 슬러지를 이용한 소성 건자재 제조방법은 하수 슬러지를 1차 건조한 후 사용하였고, 경량 골재 생산에 적합한 압출 성형과는 다른 성형을 하여 골재 생산에 중요한 함수율을 고려하지 못한 단점이 있다.
또한, 최근 콘크리트를 타설하는 현장의 시공과정에서 발생하는 불량요인의 하나로 운반도중에 콘크리트의 슬럼프 로스가 발생하여 현장에서 물을 타는 경우가 많았다. 이로 인하여 강도저하, 재료분리, 건조수축 등의 결과를 초래할 수 있기 때문에, 슬럼프 로스가 적어 적절한 유동성을 장시간 유지하는 콘크리트의 제조가 가능한 골재의 생산이 요구되고 있다.
이에 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 개선하고자 예의 노력한 결과, 미세한 입자로 이루어진 점토와 혼합하기 전에 생하수오니와 건조무기 폐기물을 혼합하여 1차 숙성하는 것이 점토 혼합원료보다 수분의 증발을 용이하게 하고, 상기 폐기물 혼합원료와 점토를 혼합한 후 2차 숙성을 하면 원료의 자연적인 건조와 배합시 발생하는 폐기물과 점토의 불균질한 수분분포를 방지하여, 최적의 압출 성형이 가능한 함수율을 갖는 배합으로 생하수오니와 수분이 없는 폐기물을 혼합함으로써 생하수오니로도 흡수율이 낮고 슬럼프 로스가 적은 우수한 1.3∼1.6의 비중을 갖는 경량 골재를 생산할 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 생하수오니를 이용한 인공 경량 골재의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 생하수오니를 이용한 인공 경량 골재의 제조 방법으로, 보다 상세하게는, (a) 생하수오니 20∼40 중량부와 주물분진, 대리석분진 및 산업폐기물의 소각재로 구성된 군에서 선택된 건조상태의 무기폐기물 20∼30 중량부를 혼합하고 1차 숙성하는 단계; (b) 상기 1차 숙성물을 점토 30∼60 중량부와 혼합하고 2차 숙성하는 단계; (c) 상기 2차 숙성물을 압출 성형하는 단계; (d) 상기 성형체를 건조하는 단계; 및 (e) 상기 건조된 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 1.3∼1.6의 비중을 갖는 인공 경량 골재의 제조방법을 제공한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예
1:
건조하수오니
및
생하수오니의
건조후와
소성후
잔량비교
일반적인 작열감량(Ignition Loss) 측정법으로 건조하수오니와 생하수오니의 잔량률을 비교하였다. 건조후 잔량률은 200℃의 건조기에서 함량될 때까지 건조한 후 무게를 측정하여 잔량률을 얻었고, 소성후 잔량률은 800℃에서 5시간 유지시키면서 유기물, 결정수 및 CO2 등을 제거한 후 냉각하여 무게를 측정하여 잔량률을 얻었다.
표 1에서 나타난 바와 같이, 건조후와 소성후 잔량률이 건조하수오니의 경우 각각 85.6% 에서 40.00%로, 생하수오니의 경우 각각 16.7% 에서 6.68%로, 잔량률을 비교하여 본 결과, 생하수오니를 사용하는 것이 골재를 경량화 하는데 더 효과적인 것으로 나타났다.
실시예
2:
생하수오니
및 건조 무기폐기물 첨가비율에 따른 함수율 및
압출성형성
비교
수원하수처리장에서 입수한 생하수오니(함수율79%)와 건조무기폐기물을 각각 다른 비율로 첨가하면서 함수율과 압출성형성을 비교하였다.
실험군 1은 상기 생하수오니 150kg과 점토 850kg을 첨가하여 1톤의 소지를 만들어 압출성형하였다.
실험군 2는 상기 생하수오니 150kg과 건조무기폐기물 100kg을 혼합하여 숙성 싸이로에 넣어 상온에서 24시간동안 1차 숙성시키고, 점토 750kg을 첨가하여 1000kg의 소지를 만들어 동일한 방법으로 2차 숙성시켰다. 상기 숙성과정을 통하여 소지의 함수율을 저하시키고, 건조무기폐기물과의 혼합으로 인한 함수 분포를 균일하게 하였다. 상기 2차 숙성후, 압출성형하였다.
실험군 3은 상기 생하수오니 200kg과 건조무기폐기물 200kg을 혼합하여 숙성 싸이로에 넣어 상온에서 24시간동안 1차 숙성시키고, 점토 600kg을 첨가하여 1톤의 소지를 만들어 동일한 방법으로 2차 숙성시켰다. 상기 2차 숙성후, 압출성형 하였다.
실험군 4는 생하수오니 300kg과 건조무기폐기물 200kg를 혼합하여 1차 숙성을 24시간동안 하고, 점토를 500kg첨가하여 24시간동안 2차 숙성후 압출성형 하였다.
실험군 5는 생하수오니 350kg과 건조무기폐기물 300kg를 혼합하여 1차 숙성을 24시간동안 하고, 점토를 350kg첨가하여 24시간동안 2차 숙성후 압출성형 하였다.
실험군 6은 생하수오니 400kg과 건조무기폐기물 300kg를 혼합하여 1차 숙성을 24시간동안 하고, 점토를 300kg첨가하여 24시간동안 2차 숙성후 압출성형 하였다.
표 2에서 나타난 바와 같이, 실험군 1의 경우, 생하수오니만 점토에 첨가하여 압출성형한 경우에는 생하수오니가 함유하는 다량의 수분으로 인하여 가소성이 약하므로 압출성형이 불가능하였다. 실험군 2 내지 실험군 6의 경우, 함수율이 20∼25%로 압출성형이 가능하였다. 따라서, 건조무기폐기물은 생하수오니와 혼합된 소지의 수분함량을 조절하고, 용적안정성을 확보해주었다.
실시예
3:
건조하수오니
및 생하수오니를 사용하여
소성한
경량골재의 물성 비교
(1) 건조하수오니를 사용하여 상기 실시예 2의 실험군 1의 방법으로 건조하수오니와 점토를 혼합하여 소지를 만들어 압출성형하고, 건조 및 소성 단계를 거쳐 경량 골재를 제조하였다.
건조하수오니 및 점토의 첨가량은 각각 표 3과 같이, 건조하수오니 첨가량 10wt% 와 점토 첨가량 90wt%를 혼합하여 소성한 경량 골재, 건조하수오니 첨가량 30wt% 와 점토 첨가량 70wt%를 혼합하여 소성한 경량 골재, 건조하수오니 첨가량 50wt% 와 점토 첨가량 50wt%를 혼합하여 소성한 경량 골재로 나누어 제조하였다.
(실험군 11: 건조하수오니 첨가량 10wt% 와 점토 첨가량 90wt%를 혼합하여 소성한 경량 골재, 실험군 12: 건조하수오니 첨가량 30wt% 와 점토 첨가량 70wt%를 혼합하여 소성한 경량 골재, 실험군 13: 건조하수오니 첨가량 50wt% 와 점토 첨가량 50wt%를 혼합하여 소성한 경량 골재)
(2) 생하수오니를 사용하여 상기 실시예 2의 실험군 1의 방법으로 생하수오니와 점토를 혼합하여 소지를 만들어 압출성형하고, 건조 및 소성 단계를 거쳐 경량 골재를 제조하였다.
생하수오니 및 점토의 첨가량은 각각 표 4와 같이, 생하수오니 첨가량 10wt% 와 점토 첨가량 90wt%를 혼합하여 소성한 경량 골재, 생하수오니 첨가량 30wt% 와 점토 첨가량 70wt%를 혼합하여 소성한 경량 골재, 생하수오니 첨가량 50wt% 와 점토 첨가량 50wt%를 혼합하여 소성한 경량 골재로 나누어 제조하였다.
(실험군 21: 생하수오니 첨가량 10wt% 와 점토 첨가량 90wt%를 혼합하여 소성한 경량 골재, 실험군 22: 생하수오니 첨가량 30wt% 와 점토 첨가량 70wt%를 혼합하여 소성한 경량 골재, 실험군 23: 생하수오니 첨가량 50wt% 와 점토 첨가량 50wt%를 혼합하여 소성한 경량 골재)
(3) 생하수오니 및 건조무기폐기물을 혼합하여 상기 실시예 2의 실험군 2 내지 6와 동일한 방법으로 생하수오니와 건조무기폐기물을 혼합하여 1차 숙성하고, 점토를 혼합하여 2차 숙성한 소지를 압출성형하고, 건조 및 소성 단계를 거쳐 경량 골재를 제조하였다.
생하수오니 및 점토의 첨가량은 각각 표 5와 같이, 실험군 31 내지 34는 생하수오니 10wt%에 각각 건조무기폐기물인 분진을 5, 10, 15, 20wt%를 혼합하여 1차 숙성하고, 점토를 각각 85, 80, 75, 70wt%를 혼합하여 2차 숙성하여 압출성형한 후, 건조 및 소성 단계를 거쳐 경량 골재를 제조하였다.
실험군 35 내지 38은 생하수오니 20wt%에 각각 건조무기폐기물인 분진을 5, 10, 15, 20wt%를 혼합하여 1차 숙성하고, 점토를 각각 75, 70, 65, 60wt%를 혼합하여 2차 숙성하여 압출성형한 후, 건조 및 소성 단계를 거쳐 경량 골재를 제조하였다.
실험군 39 내지 42는 생하수오니 30wt%에 각각 건조무기폐기물인 분진을 5, 10, 15, 20wt%를 혼합하여 1차 숙성하고, 점토를 각각 65, 60, 55, 50wt%를 혼합하여 2차 숙성하여 압출성형한 후, 건조 및 소성 단계를 거쳐 경량 골재를 제조하였다.
상기 표 3, 표 4, 및 표 5에 나타난 결과에서 알 수 있듯이, 생하수오니에 건조무기폐물을 혼합하여 제조된 경량 골재의 경우, 흡수율이 현저하게 저하되는 것을 알 수 있다. 이를 통하여 본 발명에 의하여 제조되는 경량 골재가 가장 우수한 것을 알 수 있다.
실시예
4: 슬럼프 로스의 비교
상기 실시예 3에서 제조된 것으로, 건조하수오니를 사용하여 소성한 경량 골재인 실험군 11 및 12, 생하수오니를 사용하여 소성한 경량 골재인 실험군 21 및 22, 생하수오니에 건조무기폐기물을 혼합하여 소성한 경량골재인 실험군 34 및 42의 슬럼프 로스를 측정하였다.
상기 표 6에서 나타난 바와 같이, 인공 경량 골재의 흡수율과 그 경량 골재로 제조된 콘크리트의 슬럼프 로스는 밀접한 관계가 있고, 흡수율이 낮은 실험군 34 및 42의 경우, 0분에서 90분 경과시 슬럼프 값이 각각 24cm 및 23cm에서 17cm 및 16cm으로 약 7cm의 슬럼프 로스를 나타내어 다른 실험군 11, 12, 21 및 22의 슬럼프 로스 11, 12, 13 및 15cm에 비하여 슬럼프 로스가 적었다. 따라서, 생하수오니에 건조무기폐기물을 혼합하여 소성한 인공 경량 골재가 슬럼프 로스도 낮아 용적안정성이 큰 가장 우수한 인공 경량 골재임을 알 수 있다.
실시예
5:
생하수오니를
사용하여
소성한
초경량골재의 물성 비교
하기 표 7에서 보는 바와 같이, 건조무기 폐기물인 주물 분진, 대리석 분진 및 산업폐기물의 소각재를 이용하여 상기 경량 골재를 제조하였고, 하기 표 6의 화학조성에서 보는 바와 같이, Fe2O3를 다량 함유하는 건조철강오니를 건조무기폐기물로 첨가하는 경우, 비중 1 이하의 초경량골재의 생산이 가능하였다.
실험군 51은 생하수오니 20wt%와 건조무기폐기물인 상기 건조철강오니 20wt%를 혼합하여 1차 숙성한 후, 점토 60wt%를 첨가하여 2차 숙성후 압출 성형하여 건조 및 소성단계를 거쳐 경량 골재를 제조하였다.
실험군 52는 생하수오니 30wt%와 건조무기폐기물인 상기 건조철강오니 20wt%를 혼합하여 1차 숙성한 후, 점토 50wt%를 첨가하여 2차 숙성후 압출 성형하여 건조 및 소성단계를 거쳐 경량 골재를 제조하였다.
실험군 53은 생하수오니 40wt%와 건조무기폐기물인 상기 건조철강오니 30wt%를 혼합하여 1차 숙성한 후, 점토 30wt%를 첨가하여 2차 숙성후 압출 성형하여 건조 및 소성단계를 거쳐 경량 골재를 제조하였다.
상기 표 8에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의해 비중 1 이하의 초경량 골재가 제조되었다. 이는 생하수오니 외에 첨가된 건조철강오니에 다량 포함된 철분이 환원반응을 하면서 산소가 발생되어 초경량화 되었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
이상 상세히 기술한 바와 같이, 본 발명은 생하수오니를 이용한 1.3∼1.6의 비중을 갖는 경량 골재의 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 생하수오니와 주물분진, 대리석분진 및 산업폐기물의 소각재로 구성된 군에서 선택된 건조상태의 무기폐기물을 먼저 혼합하고 1차 숙성하여 점토 혼합원료보다 수분의 증발을 용이하게 하고, 상기 폐기물 혼합원료와 점토를 혼합한 후 2차 숙성하여 원료의 자연적인 건조 및 배합시 발생하는 폐기물과 점토의 불균질한 수분분포를 방지하며, 최적의 압출 성형이 가능한 함수율을 갖는 배합으로 생하수오니와 수분 없는 폐기물을 혼합함으로써, 흡수율 및 그에 따른 슬럼프 로스가 적은 우수한 1.3∼1.6의 비중을 갖는 경량골재를 생산하는 효과가 있고, 생하수오니의 건조공정의 추가 없이도 폐기물의 일괄처리 및 재활용제품의 대량생산이 가능하여 우수한 경량 골재를 저가에 공급할 수 있다.
Claims (1)
- 다음의 단계를 포함하는 1.3∼1.6의 비중을 갖는 인공 경량 골재의 제조방법:(a) 생하수오니 20∼40 중량부와 주물분진, 대리석분진 및 산업폐기물의 소각재로 구성된 군에서 선택된 건조상태의 무기폐기물 20∼30 중량부를 혼합하고 1차 숙성하는 단계;(b) 상기 1차 숙성물을 점토 30∼60 중량부와 혼합하고 2차 숙성하는 단계;(c) 상기 2차 숙성물을 압출 성형하는 단계;(d) 상기 성형체를 건조하는 단계; 및(e) 상기 건조된 성형체를 소결하는 단계.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20050075212A KR100662797B1 (ko) | 2005-08-17 | 2005-08-17 | 생하수오니를 이용한 인공 경량 골재의 제조 방법 |
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| KR (1) | KR100662797B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101422202B1 (ko) * | 2012-11-22 | 2014-07-24 | 천호산업(주) | 하수슬러지 및 해파리건조물을 이용한 경량골재 조성물 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH08183639A (ja) * | 1994-12-27 | 1996-07-16 | Tetsuo Nakamura | 人工軽量骨材およびその製造方法 |
| KR19980033800A (ko) * | 1996-11-01 | 1998-08-05 | 이현구 | 플라이 애쉬 및/또는 석분 슬러지를 이용한 경량골재 및 그 제조방법 |
| KR20030070204A (ko) * | 2002-02-21 | 2003-08-29 | 경기대학교 | 폐기물을 이용한 인공 경량 골재용 조성물 및 그 제조방법 |
-
2005
- 2005-08-17 KR KR20050075212A patent/KR100662797B1/ko not_active IP Right Cessation
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