KR100713686B1

KR100713686B1 - 폐콘크리트 미분을 이용한 다공성 규산칼슘 경화체

Info

Publication number: KR100713686B1
Application number: KR1020060031257A
Authority: KR
Inventors: 이봉한; 한기석; 박근배
Original assignee: 주식회사 하이셈텍
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2007-05-02
Anticipated expiration: 2026-04-06

Abstract

본 발명은, 폐콘크리트로부터 재생골재 제조과정에서 부산되는 폐콘크리트 미분을 이용한 다공성 규산칼슘 경화체에 관한 것이다.

규산질 원료로서 폐콘크리트 미분 40 내지 78 중량%, 시멘트 10 내지 20 중량%, 생석회 10 내지 30 중량% 및 석고 2 내지 10 중량%를 혼합한 후, 전체 분체량의 50 내지 65 중량%의 물을 첨가하여 1차 교반하고, 여기에 발포제로서 알루미늄 분말 또는 페이스트를 0.05 내지 0.2 중량% 첨가하고 2차 교반하여 제조된 슬러리를 상온 내지 80℃에서 예비양생한 후, 생성된 그린 바디(Green Body)를 오토클레이브의 10 내지 20 기압의 포화수증기압하에서 3 내지 10 시간 동안 양생하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명에 의해 사용되는 폐콘크리트 미분 중에는 이미 수화반응을 거친 시멘트 수화물 및 골재 성분이 함유되어 있어 오토클레이브 수열반응의 향상을 도모할 수 있는 것이다.

폐콘크리트, 시멘트 페이스트, 미분, 규산칼슘, 다공성 경화체

Description

폐콘크리트 미분을 이용한 다공성 규산칼슘 경화체{Porous Material of Calcium Silicate Used Waste Concrete Powder}

도 1은 본 발명에 따른 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법을 도시한 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 폐콘크리트 미분 단독 사용의 X선회절도,

도 3은 본 발명에 따른 다공성 규산칼슘 경화체의 X선회절도,

도 4는 본 발명에 따른 다공성 규산칼슘 경화체의 전자현미경 사진이다.

본 발명은, 폐콘크리트에서 재생골재 제조과정에서 부산되는 폐콘크리트 미분을 이용한 다공성 규산칼슘 경화체에 관한 것이다.

폐콘크리트 미분의 회수 과정은, 재생골재 중에 부착된 시멘트 페이스트 미분을 효과적으로 제거하기 위한 가열탈수공정, 마쇄공정과, 시멘트 페이스트 미분 만을 선택적으로 회수하는 분급공정을 포함한다.

특히, 이와 같은 공정을 거쳐 회수된 폐콘크리트 미분 중에는 이미 시멘트 수화반응에 의한 시멘트 수화물이 형성되어 있기 때문에 실리카질과의 반응성이 풍부하여 다공성 규산칼슘 경화체 원료로서 제공되는 것이다.

일반적으로 다공성 규산칼슘 경화체의 대표적인 것으로는 경량 기포 콘크리트(Autoclaved Lightweight Concrete)를 들 수 있으며, 이는 석회질 원료와 규산질 원료를 혼합한 후 발포제로서 금속 알루미늄원을 첨가한 후 발포시킨 후, 예비양생 및 고온 고압의 수열반응에 의해 제조되는데, 주 생성물은 판상 형태의 토버모라이트(Tobermorite)이다. 이러한 경량 기포 콘크리트는 가공성, 내화성 및 단열성 등이 우수한 건축재료이지만, 규산질 원료로서 규석 등의 천연원료 사용에 따른 제조원가가 비싸다는 단점이 있다.

1970년대 이후 대규모로 건축된 건축물의 노령화와 도시개발 등으로 과거 시공된 건축 또는 구축물의 해체 및 도시 재개발 과정에서 3,400만톤/년의 건설폐기물이 발생되고 있으나 적절한 처리 및 재활용 기술이 미흡하여 대부분 저급의 용도로 사용되거나 매립 처분되고 있어서 자원의 낭비, 매립장의 수명 단축, 환경 위해요소 증가 등 국가적 차원의 자원낭비, 환경 훼손이 심각한 형편이다.

건설재료로서 중요한 부분을 차지하고 있는 골재(굵은골재, 잔골재)의 수급 불균형 및 가격 불안정에 의한 건설경기의 위축은 국내 경제의 전반적인 침체를 가져오므로 골재의 안정적 수급이 필요하다. 그러나 국내의 골재 수급현황은 천연골재인 강자갈, 강모래는 거의 고갈된 상태이고, 바다모래 채취는 해양 환경파괴 문제로 인하여 수급이 원활하지 못하며, 석산 골재의 채취는 자연환경의 파괴가 심각하고, 골재 채취 종료 후 복구가 완전하지 못하여 자연 생태계 파괴가 큰 사회적 문제로 대두되고 있다.

이러한 문제의 유일한 대책으로서 자원 순환 차원에서 건설폐기물, 특히 폐 콘크리트에 포함된 골재를 회수하여 재사용하는 방법이 있으나, 현재 폐콘크리트로부터 골재를 회수하는 기술 부족으로 인하여 회수된 순환골재는 다시 구조용 콘크리트용으로는 사용되지 못하고 도로 건설용 재료, 인터록킹 블록, 호안 블록 등 비구조용 저급분야 등 한정된 분야에만 사용되고 있어 순환골재의 부가가치를 높일 수 있는 폐콘크리트로부터 고품질의 순환골재를 회수할 수 있는 기술개발이 필수적이라 할 수 있으며, 이에 따라 부수적으로 발생하는 폐콘크리트 미분은 대부분 매립 처분되고 있어 적절한 활용 대책이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 발명된 것으로, 폐콘크리트로부터 재생골재 제조공정에서 부수적으로 발생하는 폐콘크리트 미분을 재활용하여 환경오염의 원인을 제거함과 동시에 보다 경제적으로 다공성 규산칼슘 경화체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 이와 같이 다량으로 발생하여 폐기 처분되고 있는 폐콘크리트 미분을 활용할 목적으로 발명된 것으로, 폐콘크리트 미분 중에는 이미 시멘트 수화물과 규산질 성분이 다량 함유되어 있고, 시멘트 수화물이 수열반응에 기여한다는 것에 착안하여 본 발명을 완성하였다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 규산질 원료로서 폐콘크리트 미분 40 내지 78 중량%, 시멘트 10 내지 20 중량%, 생석회 10 내지 30 중량% 및 석고 2 내지 10 중량%를 혼합한 후, 전체 분체량의 50 내지 65 중량%의 물을 첨가하여 1차 교반하고, 여기에 발포제로서 알루미늄 분말 또는 페이스트를 0.05 내지 0.2 중량% 첨가하고 2차 교반하여 제조된 슬러리를 상온 내지 80℃에서 예비양생한 후, 생성된 그린 바디(Green Body)를 오토클레이브의 10 내지 20 기압의 포화수증기압 하에서 3 내지 10 시간 동안 양생하여 제조하는 것을 특징으로 하는 폐콘크리트 미분을 사용한 다공성 규산칼슘 경화체를 제공한다.

이하에서는 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
폐콘크리트로부터 재생골재(굵은골재, 잔골재) 생산과정에서 부산되는 폐콘크리트 미분은 특히 잔골재의 생산방식은 크게 습식과 건식으로 대별할 수 있으며, 습식공정에서 부산되는 폐콘크리트 미분은 탈수 케이크 상태로 배출되며, 활용 용도가 없어 대부분 위탁처리 등 매립에 의존하고 있고, 분급에 의한 건식공정에서 부산되는 폐콘크리트 미분도 활용 용도의 개발이 시급한 실정이다.
여기서 폐콘크리트를 파분쇄하여 재생골재(굵은골재, 잔골재)를 생산하는 과정에서, 특히 잔골재 표면에 부착되어 있는 시멘트 페이스트를 어떻게 제거하느냐에 따라서 건식과 습식으로 나누어진다. 건식공정에 의한 잔골재 제조 및 미분 회수 공정을 상세히 설명하면, 원료 호파에서 공급된 재생골재는 파쇄기와 1차 및 2차 스크린을 통과하여 5mm 이하의 잔골재를 생산하게 되며, 이때 0.15mm 이하의 미분은 공기 분급기를 통하여 회수하게 됨으로써 습식공정에 비해 공정이 단순하다. 상기 공기 분급기는 공기의 통풍량 조절에 의해 싸이클론 내에 와류를 형성시켜 원심력에 의해 굵은 입자는(잔골재) 싸이클론 벽면을 따라 잔골재 제품 저장용기(Bin)으로 이동하며, 미분은 싸이클론 중심부로 모여 낙하하여 회수하게 된다.
상기와 같은 폐콘크리트 미분은 대부분 별도의 분쇄 공정이 필요치 않아, 분쇄에 소요되는 에너지를 대폭 절감 가능하기 때문에 경제적으로도 유용하게 활용할 수 있는 자원이다.

삭제

본 발명은 이와 같은 폐콘크리트 미분을 이용한 다공성 규산칼슘 경화체를 제공하는 것으로, 폐콘크리트 미분을 별도의 가공 없이 경제적으로 유효 이용하여 천연자원의 절약 및 환경적인 부가가치를 향상시킬 수 있도록 하려는데 있다.

본 발명에 따르면, 상기와 같은 폐콘크리트 미분을 규산질 및 칼슘질 원료로서 사용함으로써 다공성 규산칼슘 다공체를 경제적으로 제조할 수 있으며, 사용량은 40 내지 78 중량%로서, 40 중량% 미만으로 투입하면 토버모라이트의 생성량이 감소되어 예비양생시간과 오토클레이브 양생시간이 증가하며, 78 중량%를 초과하여 투입하면 경화가 늦어지는 등 다공성 규산칼슘 경화체의 제조원가의 상승을 가져온다.

시멘트는 10 내지 20 중량%의 양으로 사용되며, 그 사용량이 10 중량% 미만이면 다공체의 강도가 저하되며, 20 중량%를 초과하면 오토클레이브 처리시 파열할 가능성이 있고 발포과정에서 경화체의 침하가 일어나 다공성 규산칼슘 경화체 제조의 수율이 떨어진다.

생석회는 10 내지 30 중량%의 양으로 사용되며, 그 사용량이 10 중량% 미만이거나 30 중량%를 초과하면 경화속도와 발포시간에 좋지 않은 영향을 준다. 특히 생석회의 수화과정에서 발생하는 발열은 시멘트의 초기 수화를 촉진하여 그린 바디의 형성과 시멘트의 침하 방지를 목적으로 하며, 또한 알칼리성 분위기에서 알루미늄 분말에 의한 발포성능을 원활하게 한다.

석고는 2 내지 10 중량%의 양으로 사용되며, 티탄 정제공정 중 발생되는 부산석고(이하, 티탄석고라 지칭함) 또는 화력발전소 탈황공정 중에 발생되는 부산석고(이하, 탈황석고라 지칭함)를 사용하여 제조비용을 절감할 수 있으며, 2 중량% 미만으로 투입하거나 10 중량%를 초과하여 투입하면 경화시간과 생석회의 반응속도에 좋지 않은 영향을 준다.

발포제는 0.05 중량% 내지 0.20 중량%의 양으로 사용되며, 알루미늄 분말 또는 페이스트가 사용하여, 0.05 중량% 미만으로 투입되면 소기의 발포성능을 기대할 수 없으며, 0.20 중량% 이상으로 투입되면, 과량으로 발포되어 그린 바디의 성능 및 다공성 규산칼슘 경화체의 물성 저하를 초래한다.

본 발명에 따르면, 상기 다공성 규산칼슘 경화체의 제조시 사용되는 원료들을 배합하는데 있어서, C/S(CaO/SiO₂) 몰비가 0.5 내지 1.5가 되도록 투입하는 것이 바람직하다.

C/S 몰비가 0.5 미만으로 배합되면, 석회질 원료(시멘트 및 생석회)의 배합량이 적어지고, 규산질 원료의 배합량이 많아져, 그린 바디를 형성하기 위한 시멘트의 반응성이 부족하여 예비양생의 시간이 길어짐과 동시에, 오토클레이브 양생시에도 토버모라이트의 생성량이 부족하게 되어 다공성 규산칼슘 경화체의 물성 저하를 가져온다.

또한, C/S 몰비가 1.50 이상으로 배합되면, 석회질 원료(시멘트 및 생석회)의 배합량이 증가되고, 규산질 원료의 배합량이 적어져, 그린 바디와 오토클레이브 반응성 및 다공성 규산칼슘 경화체로서의 기능성 발현이 어려워진다.

본 발명에 따르면, 상기 혼합물에 물을 첨가하고 1차 교반한 후 알루미늄 분말 또는 페이스트를 발포제로서 첨가할 수 있으며, 발포제로는 이외에도 알칼리 분위기에서 수소를 발생시키는 금속을 선택적으로 첨가할 수 있고, 발포제의 사용량은 0.05 내지 0.20 중량% 범위이다. 이어, 이 혼합물을 2차 교반하여 제조된 슬러리를 예비양생 및 고온/고압하에서 증기양생하는 경우 양생시간에 따라 결정 형태 및 광물 조성이 달라지며, 이러한 변화에 따라 다공성 규산칼슘 경화체의 특성이 변하게 된다.

본 발명에서는 상온 내지 80℃ 범위의 온도에서 예비양생을 수행하고, 생성된 그린 바디를 최종 용도에 따라 10 내지 20 기압의 포화수증기압하에서 3 내지 10시간 동안 양생한 후, 용도에 적합한 크기로 분쇄하여 다공성 규산칼슘 경화체를 제조할 수 있다.

본 발명의 제조방법에 따라 제조된 다공성 규산칼슘 경화체는 0.01 내지 0.8㎛ 범위의 입자간 공극(interparticle pore), 6㎛ 내지 0.1mm 범위의 과립 공극(intercluster pore) 및 0.3 내지 3mm 범위의 대공극(macro pore)을 가져, 내부의 개기공까지 가스의 확산이 가능하므로 여러 가지 악취원을 효과적으로 흡착할 수 있고, 개기공의 높은 비표면적에 의해 뛰어난 흡수 및 보수 능력을 유지할 수 있다. 또한, 미세기공에 의한 수분흡수 능력으로 유기물의 퇴비화시 수분조절재를 활용하여 퇴비화 기간을 단축할 수 있고, 거대기공에 의해 통기성을 확보할 수 있어 호기성 조건을 형성함으로써 미생물인 박테리아, 곰팡이 및 방선균류 등의 담체로서의 역할 또한 원활하게 수행할 수 있다.

따라서, 본 발명의 다공성 규산칼슘 경화체는 수분조절제, 악취제거제, 인제거제(녹조방지/억제제), 비료화 증진제, 방사성폐기물 고형화제 또는 미생물 담체 등으로 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 다공성 규산칼슘 경화체를 제조하기 위한 사용 원료의 화학조성은 표 1과 같다.

사용 원료	화학조성(중량%)
사용 원료	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	Na₂O	K₂O	Ig.loss
폐콘크리트 미분	53.23	10.49	2.75	16.13	1.59	0.00	1.17	2.69	11.51
규 석	90.10	5.10	1.00	0.00	0.10	0.00	0.14	1.72	1.60
생 석 회	3.10	0.10	0.30	92.90	0.60	0.00	0.03	0.00	2.10
시 멘 트	20.30	4.90	3.19	62.36	3.30	2.36	0.15	0.90	1.93
석 고	1.80	1.60	8.90	26.60	1.30	39.30	0.04	0.02	20.50

도 2는 표 1의 화학조성을 갖는 폐콘크리트 미분(슬러지 케익을 100℃ 건조기에서 8시간 건조한 폐콘크리트 미분)이 단독으로 오토클레이브에서 수열반응시킨 경화체의 X선회절도로서, 표 1 및 도 2에서와 같이 폐콘크리트 미분 중에는 CaO 성분(시멘트 페이스트)과 SiO₂ 성분(골재)이 혼용되어 있어 그 자체만으로도 토버모라이트가 생성되는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명은 이와 같은 기술 사상에 착안하여 규산질 원료로서 천연원료인 규석 대체재로서 폐콘크리트 미분을 사용하여 분쇄 에너지를 대폭 절감할 수 있으며, 시멘트 및 생석회의 배합량을 줄일 수 있으며, 또한 Autoclaving 수열반응시간을 저감하여 경제적으로, 환경적으로도 유용한 다공성 규산칼슘 경화체를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 다공성 규산칼슘 경화체의 실험실적 제조방법의 예는 다음과 같다.

폐콘크리트 미분(탈수 케이크를 건조한 폐콘크리트 미분) 및 시멘트, 생석회, 석고의 분체를 혼합한 후 물을 첨가 혼합하여 1차 슬러리를 제조하고, 여기에 알루미늄 분말을 수용액상으로 첨가 혼합하여 2차 슬러리를 제조한 후 내경이 22× 22× 20cm인 스티로폼 박스에 성형한다.

상기 공정을 거친 그린 바디는 50℃ 습기함에서 4시간 동안 예비양생하고, Autoclaving은 승온시간 4시간(40℃/시간) 후 180℃에서 4~8시간 유지한 후 냉각하여 다공성 규산칼슘 경화체를 제조한다.

이하 본 발명을 실시예를 들어 보다 상세하게 설명한다.

[실시예]

규산질 원료로서 폐콘크리트 미분(탈수 케이크를 건조한 폐콘크리트 미분)을 사용하여 표 2와 같이 C/S 몰비가 0.7~1.1이 되도록 배합하여, 예비양생 4시간 및 오토클레이브 4~8시간 양생하여 제조된 다공성 규산칼슘 경화체의 X선회절도를 도 3에, 전자현미경 사진을 도 4에, 10× 10× 10cm 시편으로 절단하여 물리적 특성을 실시하고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

구 분	원료배합비(중량%)				알루미늄 분말 (중량%)	물/원료 (중량%)	오토클레이브 반응시간 (시간)	C/S 몰비
구 분	폐콘크리트 미분	생석회	시멘트	석고	알루미늄 분말 (중량%)	물/원료 (중량%)	오토클레이브 반응시간 (시간)	C/S 몰비
실시예 1 실시예 2 실시예 3	77.0 69.0 62.1	10.3 14.9 18.8	7.7 11.1 14.1	5.0 5.0 5.0	0.10 0.10 0.10	60.0 60.0 60.0	8 8 8	0.7 0.9 1.1
실시예 4 실시예 5	77.0 77.0	10.3 10.3	7.7 14.1	5.0 5.0	0.10 0.10	60.0 60.0	6 4	0.7 0.7
비교예	규석 53.6	23.7	17.8	5.0	0.10	60.0	8	0.7

구 분	규산질 원료	C/S 몰비	오토클레이브 반응시간 (시간)	물리적 특성
구 분	규산질 원료	C/S 몰비	오토클레이브 반응시간 (시간)	비중	흡수율 (중량%)	기공율 (중량%)	압축강도 (MPa)
실시예 1 실시예 2 실시예 3	폐콘크리트 미분	0.7 0.9 1.1	8 8 8	0.52 0.54 0.52	70.5 72.3 71.6	73.5 73.2 72.8	4.2 4.1 4.1
실시예 4 실시예 5	폐콘크리트 미분	0.7 0.7	6 4	0.53 0.53	70.8 72.5	72.0 72.5	3.9 4.0
비교예	규석	0.7	8	0.51	71.0	73.0	4.0

이상에서 설명한 바와 같이, 규산질 원료로서 폐콘크리트 미분을 사용한 다공성 규산칼슘 경화체는 시멘트 및 생석회의 배합량을 줄이더라도 토버모라이트 수화물이 잘 발달되어 있으며, 물리적 특성도 양호한 특징을 가지고 있다.

본 발명은 이와 같이 규산질 원료로서 천연원료인 규석 대체재로서 폐콘크리트 미분을 사용하여 분쇄에 소요되는 에너지를 대폭 절감할 수 있고, 시멘트 및 생석회의 배합량을 줄일 수 있으며, 또한 오토클레빙(Autoclaving) 수열반응시간을 저감하여 경제적으로, 환경적으로도 유용한 다공성 규산칼슘 경화체가 제공된다.

Claims

(정정)폐콘크리트 미분 40 내지 78 중량%, 시멘트 10 내지 20 중량%, 생석회 10 내지 30 중량% 및 석고 2 내지 10 중량%를 CaO/SiO₂ 몰비가 0.5 내지 1.5 범위가 되도록 혼합한 후, 전체 분체량의 50 내지 65 중량%의 물을 첨가하여 1차 혼합하고, 발포제로서 알루미늄 분말을 0.05 내지 0.20 중량% 첨가하여 2차 혼합한 슬러리를 상온 내지 80℃에서 2 내지 6시간 동안 예비양생한 후, 10 내지 20 기압의 포화수증기압하에서 3 내지 10시간 동안 양생하는 것을 특징으로 하는 폐콘크리트 미분을 이용한 다공성 규산칼슘 경화체.
제 1 항에 있어서,

(정정)폐콘크리트 미분은 폐콘크리트로부터 재생골재 제조 공정에서 부산물로 산출되는 것으로, 습식공정에 의한 탈수 케이크 및 건식공정에 의한 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐콘크리트 미분을 이용한 다공성 규산칼슘 경화체.