KR100887421B1 - 무기경화제 및 그 제조방법과 이를 사용한 건자재 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 무기경화제는 메탈실리콘 100 중량부에 대하여 고용존 산소수 250~320 중량부, 수산화나트륨 27~45 중량부, 붕사 10~22 중량부, 분산제 0.3~0.8 중량부, 초산칼슘 수용액 7~11 중량부를 혼합하여 반응용기에서 반응시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 무기경화제 및 그 제조방법과 이를 사용한 건자재에 관한 것이다.
상기의 구성을 갖는 본 발명은 메탈실리콘, 고용존 산소수, 분산제, 붕사 등을 혼합하여 무기경화제를 제조함으로써, 반응용기에 첨가된 혼합물이 고용존 산소수의 활성화와 분산제의 반응촉진으로 반응시간을 단축시키면서도 강도성, 급결성 및 유동성 등을 향상시키는 특징이 있고, 그리고 다양한 유해물질이 함유된 각종 산업폐기물에 무기경화제와 시멘트나 모르타르 등을 혼합하여 폐기물에 함유된 유해물질을 변환, 치환 또는 분해시킴에 따라 인체에 무해하고 유해물질이 용출되지 않는 친환경적인 건자재를 제조하는 것이 장점이다.
무기경화제, 건자재, 메탈실리콘, 고용존 산소수, 붕사, 산업폐기물, 시멘트, 모르타르.

Description

무기경화제 및 그 제조방법과 이를 사용한 건자재{inorganic hardener and method formanufacturing there of and using construction material}
본 발명은 무기경화제 및 그 제조방법과 이를 사용한 건자재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 메탈실리콘과 고용존 산소수와 붕사 등을 혼합하고 반응시켜 제조한 무기경화제와, 그리고 이 무기경화제에 톱밥, 도료분말, 펄프 오니 등의 산업폐기물과 시멘트 등을 혼합시켜 건자재를 제조함으로써, 무해한 무기경화제와 산업폐기물을 이용하여 물성이 우수한 건자재를 친환경적으로 제조할 수 있는 것을 특징으로 하는 무기경화제 및 그 제조방법과 이를 사용한 건자재에 관한 것이다.
일반적으로 모르타르나 콘크리트를 급속히 고화시키는 급결제 또는 고화제는 취급의 편리함이나 또는 가격적인 측면을 고려하여 대부분 유기화합물 성분의 제품이 사용되고 있으며, 무기화합물 성분의 제품은 그 수요가 늘지 않고 있다.
상기와 같은 제품에서 유기화합물 성분의 급결제 또는 고화제는 화재 시에 있어서 발생하는 유해가스가 인체에 치명적인 영향을 미치거나 또는 자연환경의 훼손 원인이 될 뿐 아니라 유기화합물 성분의 급결제 또는 고화제를 사용한 모르타르나 콘크리트에 산업폐기물을 혼합하여 건자재를 제조시에는 건자재에서 용출되는 유기화합물 성분에 의한 2차 공해의 발생원인이 발생할 우려가 있기 때문에 값싸고 무해한 무기화합물 성분의 급결제 또는 고화제의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
상기와 같은 실정에 부응하여 연구 개발된 개술로서 특허 출원된 내용을 살펴보면, 대한민국 등록특허공보 제0468083호(2005.01.26 공고)에 중량비로 수산화칼륨:탄산나트륨(소다회)=1.15~1.5:1, 수산화나트륨과 탄산나트륨(소다회)의 총 중량:메탈실리콘의 중량=15:8, 수산화칼륨과 탄산나트륨(소다회)의 총 중량:물의 중량=1:2.5~4.7의 비율로 반응시켜 제조한 내화액이 제안되어 있지만 상기와 같은 내화액은 혼합물에 물을 첨가하고 분산제가 첨가되지 않음에 따라 반응시에 혼합물의 반응에 충분한 활성화가 일어나지 않으므로서 반응시간이 길어지는 문제점이 있다.
그리고 대한민국 공개특허공보 제2003-74180호(2003.09.19 공개)에 탄산나트륨 5~15 중량%, 염화칼륨 2~8 중량%, 염화암모늄 2~6 중량%, 보락스 0.1~4 중량%, 증류수 77~90.9 중량%로 이루어진 무기경화 첨가제와 산업폐기물과 시멘트를 혼합하여 구성된 콘크리트 구조물의 표면에 부식방지와 유해물질의 용출 억제를 위해 규산나트륨, 계면활성제, 증류수로 이루어진 혼합액과 질산 등을 도포하는 콘크리 트 표면 처리 방법이 제안되어 있지만 상기와 같은 무기경화 첨가제는 폐기물에 함유된 유해물질을 변환, 치환 또는 분해 시킬수 없어 콘크리트 구조물 표면에 유해물질 용출 등의 억제를 위해 질산 등을 추가로 도포하는 문제점이 있었다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 본 발명은 메탈실리콘, 고용존 산소수, 분산제, 붕사 등을 혼합하여 무기경화제를 제조함으로써, 반응용기에 첨가된 혼합물이 고용존 산소수의 활성화와 분산제에 의한 반응촉진으로 반응시간을 단축시키면서도 급속 고화성, 내한냉성 및 유동성 등의 물성이 우수한 것을 특징으로 하는 무기경화제 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
그리고 유해물질이 함유된 각종 산업폐기물에 무기경화제와 시멘트나 또는 모르타르 등을 혼합하여 건자재를 제조함으로써, 종래의 건자재에 사용하던 유기화합물질을 사용하지 않음에 따라 다양한 종류의 유해물질이 용출되지 아니하여 공해 유발에 따른 환경을 훼손시키지 않으면서 인체에 무해하고 물성이 우수한 친환경적으로 다양한 용도로 제조할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 건자재를 제공함에 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면 본 발명의 무기경화제는 메탈실리콘 100 중량부에 대하여 고용존 산소수 250~320 중량부, 수산화나트륨 27~45 중량부, 붕사 10~22 중량부, 분산제 0.3~0.8 중량부를 혼합하여 반응시킨 다음 메탈실리콘과 여액을 분리시킨 후, 이 여액에 초산칼슘 수용액 7~11 중량부를 혼합시켜 무기경화제를 제조하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서 무기경화제의 제조방법은 압력용기에 실리콘 캐이스에 수용된 메탈실리콘 100 중량부와 고용존 산소수 250~320 중량부와 분산제 0.3~0.8 중량부, 수산화나트륨 27~45 중량부, 붕사 10~22 중량부를 첨가하고 80~90℃에서 1 ~ 3시간 반응시켜 비중이 1.15~1.35 범위에서 메탈실리콘과 여액을 분리시켜 제조하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 무기경화제의 제조방법에서 상기 여액은 초산칼슘 수용액 7~11 중량부를 혼합하여 50~60rpm으로 30±5분간 교반시켜 무기경화제를 제조하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서 건자재는 시멘트 100 중량부와 무기경화제 10~20 중량부와 산업폐기물 300~350 중량부로 이루어진 혼합물을 성형시켜 제조하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서 건자재는 모르타르(모래 3: 시멘트 1) 100 중량부와 무기경화제 20~30 중량부와 산업폐기물 250~300 중량부로 이루어진 혼합물을 성형시켜 제조하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서 건자재는 플라이 애쉬 2 중량부와 시멘트 5 중량부의 비율로 혼합한 혼합물(2:5) 100 중량부와 무기경화제 10~20 중량부와 산업폐기물 250~300 중량부로 이루어진 혼합물을 성형시켜 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기의 구성을 갖는 본 발명은 메탈실리콘, 고용존 산소수, 분산제, 붕사 등을 혼합하여 무기경화제를 제조함으로써, 반응용기에 첨가된 혼합물이 고용존 산소수의 활성화와 분산제의 반응촉진으로 반응시간을 단축시키면서도 강도성, 급결성 및 유동성 등의 물성을 향상시키는 특징이 있고, 그리고 다양한 유해물질이 함유된 각종 산업폐기물에 무기경화제와 시멘트나 모르타르 등을 혼합하여 폐기물에 함유된 유해물질을 변환, 치환 또는 분해시킴에 따라 인체에 무해하고 유해물질이 용출되지 않는 친환경적인 건자재를 제조하는 것이 장점이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 무기경화제 및 그 제조방법과 이를 이용한 건자재에 대한 구성은 다음과 같다.
본 발명은 메탈실리콘 100 중량부에 대하여 고용존 산소수 250~320 중량부, 수산화나트륨 27~45 중량부, 붕사 10~22 중량부, 분산제 0.3~0.8 중량부를 혼합하여 반응시킨 다음 메탈실리콘과 여액을 분리시킨 후, 이 여액에 초산칼슘 수용액 7~11 중량부를 혼합시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 무기경화제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
그리고 본 발명은 상기에 의해 제조된 무기경화제와 시멘트나 또는 모래 3중량부에 시멘트 1 중량부의 비율로 혼합한 모르타르(모래 3 : 시멘트 1) 또는 플라이 애쉬 2 중량부와 시멘트 5 중량부의 비율로 혼합한 혼합물(2:5)과 왕겨, 톱밥, 도료분말, 펄프 찌꺼기, 폐수 오니 중에서 1종 또는 그 이상을 선택한 산업폐기물을 혼합하고 성형하여 건자재를 제조하는 것을 포함한다.
이하, 본 발명의 무기경화제 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 메탈실리콘 100 중량부를 기재로 하고 여기에 고용존 산소수 250~320 중량부, 수산화나트륨 27~45 중량부, 분산제 0.3~0.8 중량부, 붕사 10~22 중량부, 초산칼슘 수용액 7~11 중량부를 혼합하여 반응용기에서 반응시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 무기경화제에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 종래의 유기화합물 성분의 급결제 또는 고화제는 화재 시에 발생하는 유해가스가 인체에 치명적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 모르타르나 콘크리트에 산업폐기물을 혼합하여 건자재를 제조시에 건자재에서 유해물질이 용출되 기 때문에 이를 방지하기 위해 메탈실리콘, 고용존 산소수, 분산제, 붕사 등을 반응시켜 무기경화제를 제조함으로써, 인체에 무해하고 그리고 산업폐기물에 함유된 유해물질을 변환, 치환 또는 분해시켜 유해물질이 용출되지 않도록 하는 것이 특징이다.
본 발명에서 사용하는 '메탈실리콘'이라 함은 금속물질의 종류를 한정하는 실리콘 화합물이 아니고, 규사를 코크스와 함께 전기로에서 환원시켜 제조한 화합물로서 내열성, 내후성, 안정성, 절연성 등이 우수하고 복합재료화가 용이하도록 규사를 금속화 성질을 갖도록 제조한 친환경적인 기능성 소재이다.
상기에서 메탈실리콘의 사용량은 100 중량부가 바람직하다. 메탈실리콘의 혼합량이 상기 범위 미만일 경우에는 메탈실리콘의 혼합량 부족으로 반응 생성물이 저하될 우려가 있고, 그리고 메탈실리콘의 혼합량이 상기 범위를 초과할 경우에는 상대적으로 다른 화합물들의 함량 부족으로 인해 무기경화제 고유의 물성이 저하할 우려가 있다.
그리고 본 발명에서 고용존 산소수는 반응 생성물을 활성화 시키기 위한 것으로서, 기재 100 중량부에 250~320 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기에서 고용존 산소수의 혼합량을 250 중량부 미만이 될 경우에는 고용존 산소수의 혼합량 부족으로 반응 생성물의 활성화가 저하될 우려가 있고, 고용존 산소수의 혼합량을 320 중량부를 초과할 경우에는 그에 따라 반응 생성물의 활성화가 용존산소의 함량에 비례하여 현저히 증가하지는 않는다.
본 발명에서 사용하는 고용존 산소수란 전해 환원수에 산화칼슘을 첨가하면 아래 반응식(1)과 같은 반응이 일어나면서 발생하는 용존산소가 함유된 물을 의미한다.
CaO(산화칼슘) + 2OH-(전해 환원수)→ Ca + H2O + O2↑(용존산소) (1)
또한 본 발명에서 사용하는 고용존 산소수는 용존산소의 농도가 20~30ppm인 것이 바람직하며, 이때 발생하는 용존산소의 양은 전해 환원수에 첨가하는 산화칼슘의 첨가량을 적절히 조정하여 용존산소의 농도를 조절할 수 있으며, 본 발명에서 고용존 산소수는 용존산소 농도가 20ppm 미만일 경우에는 고용존 산소수의 함량 부족으로 반응 생성물의 활성화가 저하될 우려가 있고, 고용존 산소수의 농도가 30ppm을 초과할 경우에는 그에 따라 반응 생성물의 활성화가 용존산소의 함량에 비례하여 현저히 증가하지는 않는다.
한편 본 발명에서 사용하는 '전해 환원수'란 물을 전기분해하면, H+이온을 함유한 산성 산화수와 OH-이온을 함유한 알칼리 이온수로 분리되며, 본 발명에서는 OH-이온을 함유한 알칼리 이온수를 전해 환원수라 한다. 본 발명에서 사용하는 전해 환원수의 산화환원전위(Oxidation Reduction Potential, 이하 'ORP값'이라 한다)값은 (-)100~(-)500mv인 것이 바람직하다. 상기 환원수의 ORP값이 (-)100mv를 초과할 경우에는 물에 OH-이온의 농도가 낮아짐에 따라 산화칼슘과의 반응이 충분하게 일어나지 아니하여 용존산소가 제대로 발생하지 않을 우려가 있고, 상기 환원수의 ORP값이 (-)500mv 미만이 될 경우에는 물에 OH-이온의 농도가 높아짐에 따라 용존산소의 발생량은 많으나 물속의 용존산소 농도를 조정하는데 어려움이 있다.
상기에서 수산화나트륨은 화학반응에 의해 열을 발산시켜 반응용기 내에 혼합된 메탈실리콘이 잘 분산될 수 있도록 하는 것으로서, 기재 100 중량부에 27~45 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기에서 수산화나트륨의 혼합량이 27 중량부 미만이 될 경우에는 수산화나트륨의 혼합량의 부족으로 열이 충분히 발산되지 아니하여 메탈실리콘이 잘 분산되지 않을 우려가 있고, 수산화나트륨의 혼합량이 45 중량부를 초과할 경우에는 열은 충분히 발생되지만 그에 따른 분산 효과가 더 이상 현저히 향상되지는 않는다.
상기 분산제는 괴상의 메탈실리콘이 고용존 산소수에 충분히 용해될 수 있도 록 반응을 촉진시키는 것으로서, 기재 100 중량부에 0.3~0.8 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기에서 분산제의 혼합량이 0.3 중량부 미만이 될 경우에는 분산제의 혼합량 부족으로 메탈실리콘이 충분히 용해되지 않아 반응시간의 단축에 어려움이 우려되고, 분산제의 혼합량이 0.8 중량부를 초과할 경우에는 메탈실리콘의 용해율은 높아지지만 그에 따른 반응시간이 특별히 더 이상 현저하게 단축되지 않는다. 그리고 상기 분산제는 알킬에테르카본산염을 사용하는 것이 바람직하지만, 본 발명에서 사용하는 분산제는 반드시 상기에서 한정하고 있는 알킬에테르카본산염에 한정하는 것은 아니고 동등 이상의 물성을 가지는 것은 모두 사용할 수 있다.
상기에서 붕사는 메탈실리콘과 치환반응을 통해 무기경화제의 강도 및 난연성의 물성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 기재 100 중량부에 10~22 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기에서 붕사의 혼합량이 10 중량부 미만이 될 경우에는 붕사의 혼합량 부족으로 강도 및 난연성 효과가 저하될 우려가 있고, 붕사의 혼합량이 22 중량부를 초과할 경우에는 상대적으로 다른 화합물들의 함량 부족으로 인해 무기경화제 고유의 물성이 저하할 우려가 있다.
상기에서 초산칼슘 수용액은 메탈실리콘과 분리된 경화액에 첨가하여 급결성 및 유동성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 기재 100 중량부에 7~11 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기에서 초산칼슘 수용액의 혼합량이 7 중량부 미만이 될 경우에는 초산칼슘 수용액의 사용량 부족으로 급결성 및 유동성이 저하될 우려 가 있고, 초산칼슘 수용액의 혼합량이 11 중량부를 초과할 경우에는 급결성 및 유동성은 상승될 수 있지만 그에 따른 효과가 현저하게 향상되지는 않는다.
그리고 본 발명에서 무기경화제의 제조방법은 압력용기에 메탈실리콘과 산소를 20~30ppm 함유한 고용존 산소수와 분산제를 첨가하여 45~55℃가 될 때까지 가온한 다음 수산화나트륨을 첨가하여 반응용기 내에서 온도가 65~75℃로 상승할 때 붕사를 첨가하여 80~90℃에서 1~3시간 반응시켜 비중이 1.15~1.35 범위가 되면 메탈실리콘과 여액을 분리시켜 제조한다.
상기에서 반응조건이 상기에서 한정한 조건의 범위 미만일 경우에는 비중이 1.15 미만이 되어 무기경화제의 농도 저하로 혼합물의 응집력이 저하될 우려가 있고, 그리고 반응조건이 상기에서 한정한 조건의 범위를 초과할 경우에는 비중이 1.35를 초과하여 무기경화제의 농도를 향상시켜 응집력은 향상될 수 있으나 혼합물에 균열이나 비틀림과 같은 변형이 발생될 우려가 있다.
또한 본 발명은 필요에 따라 상기 여액에 초산칼슘 수용액을 첨가하여 50~60rpm으로 30±5 분간 교반시켜 급결성과 유동성을 향상시키는 무기경화제를 제조할 수도 있다.
상기에서 무기경화제의 교반은 50~60rpm으로 30±5분간 교반시키는 것이 바 람직하다. 교반조건이 상기에서 한정한 조건의 범위 미만일 경우에는 부유물질들이 완전히 침전되지 않아 급결성과 유동성이 저하될 우려가 있고, 교반조건이 상기에서 한정한 조건의 범위를 초과할 경우에는 그에 따른 급결성과 유동성의 물성이 더 이상 현저하게 상승하지는 않는다.
이하, 본 발명의 건자재 및 그 제조방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 건자재는 시멘트 100 중량부에 그리고 상기에서 제조한 무기경화제 10~20 중량부와 왕겨, 톱밥, 볏집, 도료분말, 펄프 찌꺼기, 폐수오니 등을 1종 또는 그 이상 선택한 산업폐기물 300~350 중량부로 이루어진 혼합물을 성형시켜 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 시멘트는 혼합된 산업폐기물을 수화작용에 의해 응결시키는 응결제의 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 100 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 시멘트의 사용량이 상기 범위 미만이 될 경우에는 산업폐기물이 충분히 응결되지 아니하여 건자재의 기계적 강도가 저하될 우려가 있고, 시멘트의 사용량이 상기 범위를 초과할 경우에는 그에 따른 기계적 강도의 상승이 미약하여 경제적이지 못하다.
상기에서 무기경화제는 시멘트와 다양한 결합으로 인해 산업폐기물에 함유된 유해물질을 변환, 치환 또는 분해시켜 제거하고 그리고 급속 경화성, 내한냉성, 내화성 등에 우수한 특성이 있는 것으로서, 그 사용량은 10~20 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 무기경화제의 사용량이 10 중량부 미만이 될 경우에는 산업폐기물에 함유된 유해물질을 충분하게 변환, 치환 또는 분해를 할 수 없어 건자재에 유해물질이 함유될 우려가 있고, 무기경화제의 사용량이 20 중량부를 초과할 경우에는 산업폐기물에 함유된 유해물질은 제거되지만 그에 따른 효과 상승이 미약하여 경제적이지 못하다.
상기에서 산업폐기물은 건자재의 주원료로서 왕겨, 톱밥, 볏집, 도료분말, 펄프 찌꺼기, 폐수오니 등을 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 그 사용량은 300~350 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 산업폐기물의 사용량이 300 중량부 미만이 될 경우에는 시멘트와 무기경화제의 배합량 과다로 건자재의 물성은 우수하지만 경제성이 저하될 우려가 있고, 산업폐기물의 사용량이 350 중량부를 초과할 경우에는 시멘트와 무기경화제의 배합량 부족으로 건자재의 기계적 강도가 저하될 우려가 있다.
그리고 본 발명에서 건자재는 모래 3중량부에 시멘트 1 중량부의 비율로 혼합한 모르타르(모래 3 : 시멘트 1) 100 중량부에 그리고 상기에서 제조한 무기경화제 20~30 중량부와 산업폐기물 250~300 중량부로 이루어진 혼합물을 성형시켜 제조 하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 모르타르는 수화작용에 의해 산업폐기물을 응결시키는 응결제의 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 100 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 모르타르의 사용량이 상기 범위 미만이 될 경우에는 산업폐기물이 충분하게 응결 및 경화되지 아니하여 건자재의 기계적 강도가 저하될 우려가 있고, 모르타르의 사용량이 상기 범위를 초과할 경우에는 그에 따른 기계적 강도의 상승이 미약하여 경제적이지 못하다.
상기에서 무기경화제는 시멘트와 다양한 결합으로 산업폐기물에 함유된 유해물질을 변환, 치환 또는 분해시켜 제거하는 것으로서 그 사용량은 10~20 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 구체적인 설명은 상기에서 이미 설명한 바 있으므로 여기서는 생략하기로 한다.
상기 산업폐기물은 건자재의 주재료로서 그 사용량은 250~300 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 구체적인 설명은 상기에서 이미 설명한 바 있으므로 여기서는 생략하기로 한다.
그리고 본 발명에서 건자재는 플라이 애쉬 2 중량부와 시멘트 5 중량부의 비율로 혼합한 혼합물(2:5) 100 중량부에 그리고 무기경화제 10~20 중량부와 산업폐 기물 250~300 중량부로 이루어진 혼합물을 성형시켜 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 플라이 애쉬와 시멘트 혼합물은 수화작용에 의해 산업폐기물을 응결시키는 응결제의 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 100 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 혼합물의 사용량이 상기 범위 미만이 될 경우에는 산업폐기물이 충분히 응결되지 아니하여 건자재의 기계적 강도가 저하될 우려가 있고, 상기 혼합물의 사용량이 상기 범위를 초과할 경우에는 그에 따른 기계적 강도의 상승이 미약하여 경제적이지 못하다.
상기에서 무기경화제는 상기 혼합물과 다양한 결합으로 산업폐기물에 함유된 유해물질을 변환, 치환 또는 분해시켜 제거하는 것으로서, 그 사용량은 10~30 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 구체적인 설명은 상기에서 이미 설명한 바 있으므로 여기서는 생략하기로 한다.
상기에서 산업폐기물은 주원료로서 그 사용량은 250~300 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 구체적인 설명은 상기에서 이미 설명한 바 있으므로 여기서는 생략하기로 한다.
그리고 본 발명에서 건자재의 제조방법은 시멘트나 또는 모래 3중량부에 시 멘트 1 중량부의 비율로 혼합한 모르타르(모래 3 : 시멘트 1) 또는 플라이 애쉬 2 중량부와 시멘트 5 중량부의 비율로 혼합한 혼합물(2:5) 중에서 1종을 선택한 100 중량부와 그리고 무기경화제 10~30 중량부와 왕겨, 톱밥, 볏집, 도료분말, 펄프 찌꺼기, 폐수오니 중에서 1종 또는 그 이상을 선택한 산업폐기물 250~350 중량부를 혼합기에 넣고 10~20분간 혼합한 후 수분이 약 40 중량% 될 때까지 탈수하고 이를 성형틀에서 성형하여 제조할 수 있다.
한편, 상기 산업폐기물에서 분상과 니상의 산업폐기물은 사전처리 없이 사용할 수 있고 그리고 입상과 괴상의 산업폐기물은 분쇄한 다음 사용하여야 한다.
그리고 본 발명에서 사용하는 산업폐기물은 상기에서 한정한 산업폐기물에만 반드시 한정하는 것이 아니고, 소비자의 요구나 제조자의 필요에 따라 그 종류에 관계없이 적절히 선택하여 사용되어질 수 있다.
.
또한 본 발명에서 건자재의 혼합시간이나 또는 성형조건은 상기의 혼합시간 및 성형조건이 바람직하지만 혼합설비 및 제조설비의 조건에 따라 필요할 경우 일부 조정되어 질 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의해 제조된 건자재는 제조공정의 단순화와 생산 속도의 증가로 제조원가를 절감시킬 수 있고 그리고 고온으로 가열하 여도 유해물질이 발생될 우려가 없고 내한성, 내열성, 내방음성 및 내화성이 우수한 친환경적인 건자재라 할 수 있다.
이하, 본 발명을 아래의 실시예 및 비교예를 통하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명의 구성이 아래의 실시예에 의해서만 반드시 한정되는 것은 아니다.
1. 무기경화제의 제조
가. 무기경화제 a의 제조
압력용기에 실리콘 캐이스에 수용된 메탈실리콘 3kg, 용존산소가 20ppm 용해된 고용존 산소수 10ℓ, 분산제인 알킬에티르카본산염 20 g를 혼합하고 50±1℃까지 가열한 후 상기 용기에 수산화나트륨 1kg를 혼합하여 70±1℃로 유지될 때 까지 방치한 후 상기 반응물에 붕사 450g을 혼합하여 80±1℃에서 2시간±10분간 반응시켜 비중이 1.25±0.02가 되면 메탈실리콘을 여액과 분리시켜 그 여액에 초산칼슘 수용액 450㎖를 첨가하고 55±2rpm으로 30±2 분간 교반시켜 무기경화제 15ℓ를 제조하였다.
나. 무기경화제 b의 제조
상기 가의 방법과 동일한 조건의 방법에 의해 무기경화제를 제조하되, 용존 산소가 30ppm 용해된 고용존 산소수를 이용하여 무기경화제 15ℓ를 제조하였다.
2. 건자재의 공시체 제조
(실시예 1)
시멘트 20kg에 무기경화제a 3ℓ와 왕겨 3 : 톱밥 3 : 펄프 찌꺼기 4로 이루어진 산업폐기물 50kg 및 물 6ℓ를 혼합기에 투입하고 15±1 분간 균일하게 혼합한 후 수분이 약 40 중량% 될 때까지 탈수하여 이를 몰드(φ10x20cm)에 1/2 채우고 봉 다짐을 10회 실시하였으며, 이를 2회 반복하여 공시체를 제조하였다. 또한 공시체는 제작 24시간 후 탈형하여 측정 재령까지 상온에서 양생을 실시하였다.
(실시예 2)
상기 실시예 1과 동일한 조건의 방법에 따라 건자재 공시체를 제조하되, 무기경화제b를 사용하여 제조하였다.
(실시예 3)
모래 3중량부에 시멘트 1 중량부의 비율로 혼합한 모르타르(모래 3 : 시멘트 1) 20kg에 무기경화제a 3ℓ, 왕겨 3 : 톱밥 3 : 펄프 찌꺼기 4로 이루어진 산업폐기물 30kg 및 물 6ℓ를 혼합기에 투입하여 상기 실시예 1과 동일한 성형조건으로 제조하여 양생을 실시하였다.
(실시예 4)
상기 실시예 3과 동일한 조건의 방법에 따라 건자재 공시체를 제조하되, 무기경화제b를 사용하여 제조하였다.
(실시예 5)
플라이 애쉬 2 중량부와 시멘트 5 중량부의 비율로 혼합한 혼합물(플라이 애쉬 2 : 시멘트 5) 20 kg에 무기경화제a 3ℓ, 왕겨 3 : 톱밥 3 : 펄프 찌꺼기 4로 이루어진 산업폐기물 40kg 및 물 6ℓ를 혼합기에 투입하여 상기 실시예 1과 동일한 성형조건으로 제조하여 양생을 실시하였다.
(실시예 6)
상기 실시예 5와 동일한 조건의 방법에 따라 건자재 공시체를 제조하되, 무기경화제b를 사용하여 제조하였다.
(비교예 1)
시멘트 20kg에 왕겨 3 : 톱밥 3 : 펄프 찌꺼기 4로 이루어진 산업폐기물 50kg 및 물 6ℓ를 혼합기에 투입하여 상기 실시예 1과 같이 제조하여 양생하였다.
(비교예 2)
모래 3중량부에 시멘트 1 중량부의 비율로 혼합한 모르타르(모래 3 : 시멘트 1) 20kg에 왕겨 3 : 톱밥 3 : 펄프 찌꺼기 4로 이루어진 산업폐기물 30kg 및 물 6ℓ를 혼합기에 투입하여 상기 실시예 1과 같이 제조하여 양생하였다.
(비교예 3)
플라이 애쉬 2 중량부와 시멘트 5 중량부의 비율로 혼합한 혼합물(플라이 애쉬 2 : 시멘트 5) 20kg에 왕겨 3 : 톱밥 3 : 펄프 찌꺼기 4로 이루어진 산업폐기물 40kg 및 물 6ℓ를 혼합기에 투입하여 상기 실시예 1과 같이 제조하여 양생하였다.
3. 시험방법
(1) 건자재 공시체의 측정
상기와 같이 제조된 공시체를 양생 재령일로 각각 3, 7, 28일 경과한 실시예 1~6 및 비교예 1~3의 공시체의 압축강도(MPa)를 KS F2405에 따른 만능재료시험기를 사용하여 측정하였으며, 그 결과를 아래 [표 1]에 나타내었다.
구 분 압축강도(kg/㎠)
3일 7일 28일
실시예 1 320 520 626
실시예 2 318 518 618
실시예 3 322 526 638
실시예 4 316 516 612
실시예 5 324 530 629
실시예 6 318 512 616
비교예 1 198 300 420
비교예 2 200 310 424
비교예 3 190 296 415
(2) 유해물질 용출시험
상기 실시예 1~6 및 비교예 1~3에 의해 제조된 공시체의 유해물질 용출시험은 다음과 같은 방법을 거쳐 측정하였으며, 그 결과를 아래 [표 2]에 나타내었다.
1) 시료용액의 조제
각각의 시료 100g을 달아 정제수에 염산을 넣어 pH를 5.8～6.3으로 한 용매(㎖)를 시료 1 : 용매 10의 비율로 2,000㎖ 삼각플라스크에 넣고 혼합하여 조제한다.
2) 용출조작
상기 시료의 조제액을 상온, 상압에서 진탕회수가 매분 당 200회, 진폭이 4~5㎝의 진탕기를 사용하여 6시간 연속 진탕한 다음 1.0㎛의 유리섬유 여지로 여과하고 여과액을 100㎖ 취하여 용출시험용 검액으로 한다.
3) 전처리
① Pb, Cd, Cu, Cr, As의 전처리
용출용액 100㎖ 취하여 폐기물공정시험방법의 제2장 제3항 시료의 전처리 방법에 따라 전처리 한다.
② Hg의 전처리
용출액 100㎖를 삼각플라스크에 넣고 물을 넣어 200㎖로 하고 황산 20㎖와 질산 5㎖ 및 과망간산칼륨 용액 10㎖를 넣어 흔들어 섞고 약 15분간 방치한 후 과망간산칼륨의 색이 없어지면 2㎖씩 추가하여 약 15분간 색이 지속될 때까지 반복한다. 다음에 5% 과황산칼륨(K2S2O8)10㎖를 넣고 95±1℃의 수욕중에서 2시간 가열한 후 실온으로 냉각하고 염산히드록실아민용액(10W/V%)을 한방울씩 넣어 과잉의 과망간산칼륨을 분해한 다음 물을 넣어 250㎖로 한다.
4) 시험분석
① Pb, Cd, Cu, Cr, As에 대한 유해물질 용출시험은 폐기물공정시험방법에 준하여 상기 전처리한 시료를 무기원소분석기(퍼킨엘머사, 옵티마 5300DV )를 사용하여 분석한다.
② Hg에 대한 유해물질 용출시험은 폐기물공정시험방법에 준하여 상기 전처리한 시료를 수은분석기(퍼킨엘머사, FIMS 100 Mercury Analysis System)를 사용하여 분석한다.
유해물질 Pb Cd Cr Cu As Hg
단위 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
기준치 3 0.3 - 3 1.5 0.005
실시예 1 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
실시예 2 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
실시예 3 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
실시예 4 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
실시예 5 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
실시예 6 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
비교예 1 4.5ppm 1.5ppm 3.0ppm 5.5ppm 2.2ppm 1.2ppm
비교예 2 4.0ppm 2.0ppm 2.5ppm 6.0ppm 2.5ppm 1.0ppm
비교예 3 4.0ppm 2.2ppm 2.8ppm 6.5ppm 2.8ppm 0.7ppm
4. 시험결과에 대한 평가
(1) 건자재 공시체의 측정에 대한 평가
상기 [표 1]에 나타난 바와 같이 시멘트, 산업폐기물 등으로 이루어진 혼합물에 적정량의 무기경화제를 혼합하여 성형 함으로써, 활발한 포졸란의 활성반응으로 인해 실시예 1~6은 압축강도가 매우 강화된 것으로 측정되었다.
그리고 비교예 1~3은 시멘트, 산업폐기물 등으로 이루어진 혼합물을 성형 하였으나, 상기 혼합물에는 무기경화제를 첨가하지 아니함에 따라 활성반응이 일어나지 않아 압축강도의 측정치가 실시예 1~6에 비해 현저히 떨어지는 것으로 나타났다.
따라서 비교예 1~3의 경우에는 혼합물에 무기경화제가 첨가되지 않음에 따라 실시예 1~6에 비해서 압축강도가 현저히 떨어진 것을 알 수 있었다.
(2) 유해물질 용출시험에 대한 평가
상기 [표 2]에 나타난 바와 같이 시멘트, 산업폐기물 등으로 이루어진 혼합물에 적정량의 무기경화제를 혼합하여 성형한 실시예 1~6은 Pb, Cd, Cr, Cu, As, Hg가 전혀 용출되지 않는데 비해 무기경화제를 혼합하지 않는 비교예 1~3은 Pb, Cd, Cr, Cu, As, Hg가 많은 양이 용출되는 것을 알 수 있었다.
상기에서 설명 드린 바와 같이 본 발명은 상기의 실시예를 통해 기계적 물성의 우수성이 입증되었지만 본 발명은 상기의 실시예에 의해서만 반드시 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (7)

  1. 무기경화제에 있어서,
    상기 무기경화제는 메탈실리콘 100 중량부에 대하여 용존 산소의 농도가 20~30ppm인 고용존 산소수 250~320 중량부, 수산화나트륨 27~45 중량부, 붕사 10~22 중량부, 분산제 0.3~0.8 중량부를 혼합하여 반응시킨 다음 메탈실리콘과 여액을 분리시킨 후, 이 여액에 초산칼슘 수용액 7~11 중량부를 혼합시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 무기경화제.
  2. 메탈실리콘 100 중량부, 용존 산소의 농도가 20~30ppm인 고용존 산소수 250~320 중량부, 수산화나트륨 27~45 중량부, 붕사 10~22 중량부 및 분산제 0.3~0.8 중량부를 첨가하고 80~90℃에서 1~3시간 반응시켜 비중이 1.15~1.35 범위에서 메탈실리콘과 여액을 분리시킨 후, 이 여액에 초산칼슘 수용액 7~11 중량부를 혼합하여 50~60rpm으로 30±5분간 교반시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 무기경화제의 제조방법.
  3. 시멘트 100 중량부와 그리고 상기 청구항 1의 무기경화제 10~20 중량부와 왕겨, 톱밥, 볏집, 도료분말, 펄프 찌꺼기, 폐수오니 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용한 산업폐기물 300~350 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 건자재.
  4. 모래 3중량부에 시멘트 1 중량부의 비율로 혼합한 모르타르(모래 3 : 시멘트 1) 100 중량부와 그리고 상기 청구항 1의 무기경화제 20~30 중량부와 왕겨, 톱밥, 볏집, 도료분말, 펄프 찌꺼기, 폐수오니 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용한 산업폐기물 250~300 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 건자재.
  5. 플라이 애쉬 2 중량부와 시멘트 5 중량부의 비율로 혼합한 혼합물(2:5) 100 중량부와 그리고 상기 청구항 1의 무기경화제 10~20 중량부와 왕겨, 톱밥, 볏집, 도료분말, 펄프 찌꺼기, 폐수오니 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용한 산업폐기물 250~300 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 건자재.
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  7. 삭제
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