KR100707493B1 - 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 시멘트계 지반개량재에 있어서, 황산 제1철 1수염 또는 황산 제1철 7수염계인 환원제와, 유동화제를 1:9 내지 2:8 중량비로 혼합하여 혼화제를 제조하는 혼화제 제조 단계와; 현장에서 가동하는 믹서 내의 시멘트 현탁액에 상기에서 제조된 혼화제를 시멘트 대비 0.5~3중량%를 투입하여 시멘트중의 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원시켜 제거하는 혼화제 투입 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 지반개량재에서 용출량을 규제하고 있는 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원시켜 토양오염을 방지하고, 물에 시멘트 분말을 현탁시킨 현탁액의 점도를 15cps이하로 관리함으로서 고화재의 작업성과 주입재의 침투성을 향상시킬 수 있다.
시멘트, 6가 크롬, 3가 크롬, 환원제, 유동화제

Description

6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 및 이의 제조방법{Ground improvement material and manufacturing method thereof}
본 발명은 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 지반개량재에서 용출량을 규제하고 있는 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원시켜 토양오염을 방지하고, 고화재의 작업성과 주입재의 침투성을 향상시키는 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 시멘트 원료 중에는 미량의 크롬 산화물(주로 3가)이 함유되어 있고, 이것은 로터리 킬른 중에서 예를 들면 약 1450℃의 최고온도가 되어도 거의 휘발하지 않아 시멘트 클링커 속으로 들어간다.
한편, 로터리 킬른 내벽의 내화 브릭에서 특히 고온이 되는 부분에서는, 그 내구성을 증가시키기 위해 크롬 산화물(주로 3가)을 함유한 것이 사용되는 경우가 있다.
이 내화 브릭 중에 함유되는 크롬 산화물도 시멘트 제조 중에 소량씩 마모되어 시멘트 클링커 속으로 들어가는 일이 많다. 이 크롬 산화물(3가)의 일부는 로터 리 킬른 내의 고온 및 산화 분위기 중에서 산화되어 6가로 변화되고 만다.
크롬은, 철과 같은 중금속으로 1~6가와 같이 다수의 원자가를 가진다.
이러한 크롬산을 삼켰을 경우의 독성과 접촉에 의한 발암성을 알게 된 것은 과거 20년전으로 알려져 있다.
또한, 6가 크롬은 기화하기 쉬워 소화관과 폐, 피부를 통하여 체내에 쉽게 흡수되므로 비(코)중막 뚤림, 폐암의 원인이 된다.
체내에서 강열한 산화력에 의한 독성을 발휘한 후에는 환원되어 독성이 적은 3가 크롬으로 변하여 체내에 잔류한다.
이러한 6가 크롬의 독성은 주로 강한 산화력에 의한 것으로 위장염, 피부염, 궤양을 일으키는 원인이 된다.
또한, 크롬산 염의 장시간 피부 접촉, 음식물, 물 오염은 궤양을 일으키는 원인이 된다.
이러한 독성 때문에 세계 여러 나라에서는 작업 환경 내에서 한계 크롬산 염의 농도를 규제하고 있으며, 크롬산 염을 함유한 재료의 사용자에게는 위험성이 경고 되어지고 있다.
한편, 시멘트중의 6가 크롬은 콘크리트나 몰탈 중에서는 시멘트가 수화되면서 고정화되기 때문에 콘크리트나 몰탈 구체 밖으로 용출되는 것이 매우 적어 환경적으로 무시할 수 있을 정도로 매우 적은 량이 용출되는 것으로 인식되고 있다.
그러나, 지반개량재로 사용될 경우 시멘트로 수화 고정되기 전에 토양중으로 용출되기 때문에 환경적으로 문제화되고 있다. 하천 제방과 터널과 지하철 등의 차 수 및 연약지반의 보강이나 지하갱도의 매몰에 사용되는 지반개량재는 대개가 주입공법(그라우팅)에 의해 시공되고 있으며, 이러한 주입공법에 의한 시공에서는 그라우트를 연약지반에 충분히 침투시키기 위하여 많은 혼수량(물/재료비)이 포함된 현탁액 수준의 그라우트를 주입하고 있기 때문에 토양중으로 6가 크롬이 용출되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지반개량재에서 용출량을 규제하고 있는 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원시켜 토양오염을 방지하고, 물에 시멘트 분말을 현탁시킨 현탁액의 점도를 15cps이하로 관리함으로서 고화재의 작업성과 주입재의 침투성을 향상시킬 수 있도록 하는 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
황산 제1철 1수염 또는 황산 제1철 7수염인 환원제와, 유동화제를 1:9 내지 2:8 중량비로 혼합하여 혼화제를 제조하는 혼화제 제조 단계와; 현장에서 가동하는 믹서 내의 시멘트 현탁액에 상기에서 제조된 혼화제를 시멘트 대비 0.5~3중량%를 투입하여 시멘트중의 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원시켜 제거하는 혼화제 투입 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 시멘트 현탁액은 그 점도를 1~15cps로 유지한다.
여기에서 또한, 상기 시멘트 현탁액은 물과 시멘트가 0.5:1~10:1의 중량비로 혼합된다.
여기에서 또, 상기 유동화제는 시멘트 입자의 분산 작용을 위한 분산제로, 나프탈렌계, 폴리카르본산계, 멜라민계, 아미노술폰산계 중의 선택된 어느 하나이며, 고형분이 90%이상인 분말이다.
여기에서 또, 상기 환원제는 조해성(潮解性) 방지를 위하여 처리된다.
이하, 본 발명에 따른 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 및 이의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 따른 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 및 이의 제조방법은 황산 제1철 1수염(FeSO4H2O) 또는 황산 제1철 7수염(FeSO47H2O)인 환원제와, 유동화제를 1:9 내지 2:8 중량비로 혼합하여 혼화제를 제조한 후, 현장에서 가동하는 믹서 내의 시멘트 현탁액에 상기에서 제조된 혼화제를 시멘트 대비 0.5~3중량%를 투입하여 시멘트중의 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원시켜 제거한다.
여기에서, 시멘트 현탁액은 그 점도를 1~15cps로 유지하는 데, 바람직하게는 1~10cps로 유지하는 것이 바람직하다.
여기에서 또한, 시멘트 현탁액은 물과 시멘트가 0.5:1~10:1의 중량비로 혼합된다. 한편, 물과 시멘트가 0.5:1 이하의 중량%로 혼합되는 경우 실제 혼합이 불가능하고, 물과 시멘트가 10:1 이상의 중량%로 혼합되는 경우 사용이 불가능하다.
여기에서 또, 유동화제는 시멘트 입자의 분산 작용을 위한 분산제로, 나프탈렌계, 폴리카르본산계, 멜라민계, 아미노술폰산계 중의 선택된 어느 하나이며, 고형분이 90%이상인 분말이다.
여기에서 또, 환원제는 조해성(潮解性) 방지를 위하여 처리되는 데, 처리 방법은 습기 흡착제인 제올라이트 등과 혼합하거나 입자를 뭉쳐서 구상화시켜 처리하여 보관중에 습기가 흡수되는 것을 막는다.
여기에서 또, 혼화제를 믹서 내의 시멘트 현탁액에 혼합후 10분 이상 혼합하여 완전 혼합이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 및 이의 제조방법을 구체적인 실험예에 따라 상세하게 설명하면 다음과 같다.
《제 1실험예》
6가 크롬 제거 및 점도 저감 목적으로 본 발명에 따른 혼화제를 물과 시멘트비가 200%인 시멘트 현탁액에 시멘트 대비 0~3중량% 첨가하여 6가 크롬 용출량과 점도를 측정한 결과는 아래의 표 1과 같다.
혼화제첨가량 (시멘트×중량%) 0 0.25 0.5 1 2 3
6가 크롬 용출량(ppm) 10.2 5.9 2.3 0.1 불검출 불검출
시멘트 현탁액 점도(cps) 200이상 100이하 30이하 10이하 5이하 5이하
상기의 표 1의 실험성과를 도출하기 위한 실험방법은 6가 크롬 용출시험을 위해서 독일의 표준규격인 'DS 1020-Cement'(DS 1020 - Cement test method of chromates soluble in water에 상세히 규정되어 있음)를 이용하였으며, 시멘트 현탁액의 점도는 브룩필드사의 B형 회전점도계를 이용하여 측정하였다.
표 1의 시험결과로부터 본 발명에 따른 혼화제를 시멘트 대비 1중량%로 혼합하고, 점도를 10cps이하로 유지하는 경우에 시멘트중의 6가 크롬을 규정치 이하인 0.1ppm이 검출되고, 혼화제를 시멘트 대비 3중량%로 혼합하고, 점도를 5cps이하로 유지하는 경우에 시멘트중의 6가 크롬이 미검출되는 것을 확인할 수 있다.
《제 2실험예》
6가 크롬 제거 및 점도 저감 목적으로 본 발명에 따른 혼화제를 물과 시멘트비(w/c)가 200%인 시멘트 현탁액에 시멘트 대비 0~3중량% 첨가하여 6가 크롬 용출량과 점도를 측정한 결과는 아래의 표 2와 같다.
혼화제첨가량 (시멘트×중량%) 0 2 4 6
6가 크롬 용출량(ppm) 12.1 1.1 불검출 불검출
시멘트 현탁액 점도(cps) 45 5 4 3
상기의 표 2의 실험성과를 도출하기 위한 실험방법은 6가 크롬 용출시험을 위해서 온도가 20±1℃이고, 습도 40±1% R.H인 환경에서 표준규격인 'KS D 1662 : 2006'를 이용하였으며, 시멘트 현탁액의 점도는 브룩필드사의 B형 회전점도계를 이용하여 측정하였다.
표 2의 시험결과로부터 본 발명에 따른 혼화제를 시멘트 대비 4중량%로 혼합하고, 점도를 4cps로 유지하는 경우와, 혼화제를 시멘트 대비 6중량%로 혼합하고, 점도를 3cps로 유지하는 경우에 시멘트중의 6가 크롬이 미검출되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 시멘트 현탁액의 점도가 10cps이하인 경우에도 10-3cm/sec정도(지반중 지하수의 흐름 속도)의 지반에서도 침투가 가능한 저점도의 침투주입재로 관리가 가능하다.
한편, 이러한 혼화제는 MSG 등의 시멘트 현탁액 또는 시멘트 슬러리가 사용되는 침투주입 공법과, SIG 등의 시멘트 현탁액 또는 시멘트 슬러리가 사용되는 고압분사 공법과, DWM 등의 시멘트 현탁액 또는 시멘트 슬러리가 사용되는 강제교반혼합공법에 적용 가능하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 및 이의 제조방법에 따르면, 지반개량재에서 용출량을 규제하고 있는 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원시켜 토양오염을 방지하고, 물에 시멘트 분말을 현탁시킨 현탁액의 점도를 15cps이하로 관리함으로서 고화재의 작업성과 주입재의 침투성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (6)

  1. 황산 제1철 1수염 또는 황산 제1철 7수염인 환원제와, 유동화제를 1:9 내지 2:8 중량비로 혼합하여 혼화제를 제조하는 혼화제 제조 단계와;
    현장에서 가동하는 믹서 내의 시멘트 현탁액에 상기에서 제조된 혼화제를 시멘트 대비 0.5~3중량%를 투입하여 시멘트중의 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원시켜 제거하는 혼화제 투입 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시멘트 현탁액은,
    그 점도를 1~15cps로 유지하는 것을 특징으로 하는 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시멘트 현탁액은,
    물과 시멘트가 0.5:1~10:1의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동화제는,
    시멘트 입자의 분산 작용을 위한 분산제로, 나프탈렌계, 폴리카르본산계, 멜라민계, 아미노술폰산계 중의 선택된 어느 하나이며, 고형분이 90%이상인 분말인 것을 특징으로 하는 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 환원제는,
    조해성(潮解性) 방지를 위하여 처리되는 것을 특징으로 하는 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재 제조방법.
  6. 제 1 항의 제조 방법에 의해 제조된 6가 크롬 제거 및 점도 강하용 지반개량재.
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