KR101025893B1

KR101025893B1 - 석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법

Info

Publication number: KR101025893B1
Application number: KR20080082087A
Authority: KR
Inventors: 최세진; 오재은; 전쌍순
Original assignee: 오재은; 최세진
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2011-03-30
Also published as: KR20100023368A

Abstract

본 발명은 석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법에 관한 것으로, 건조 및 오토클레이브 공정없이 함수상태의 석분슬러지를 그대로 이용함으로서 환경오염의 원인을 제거함과 아울러 제조공정을 단축시켜 경제성을 향상시킬 수 있도록 함을 목적으로 한다.

개시된 본 발명에 따른 석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법은 석분슬러지, 플라이애시(또는 고로슬래그 미분말)와 알칼리 활성용액을 필요 중량만큼 계량하는 계량단계와, 상기 계량단계를 통해 계량된 석분슬러지에 플라이애시(또는 고로슬래그 미분말), 알칼리 활성용액과 감수제를 혼합하여 페이스트를 제조하는 페이스트 제조단계와, 상기 페이스트 제조단계에서 제조된 페이스트를 20-26℃의 온도에서 0-36시간동안 선행 양생하고, 50-100℃에서 5-36시간 다시 한번 양생하는 양생단계;로 구성된다.

석분 슬러지, 경화체, 알칼리 활성용액

Description

석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법{HARDENED MATERIAL MANUFACTURING METHOD USING STONE POWDER SLUDGE}

본 발명은 석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물을 함유하고 있는 석분 슬러지를 건조하지 않고 그대로 이용하여 경화시킬 수 있도록 한 석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법에 관한 것이다.

기존의 경화체는 시멘트와 같은 분말상의 경화재를 물과 섞어 모르타르, 콘크리트 등을 제조하는 방법이 주이며, 간혹 플라이애시, 고로슬래그 미분말, 실리카흄과 같은 콘크리트용 혼화재료를 시멘트에 일부 대체하여 경화시키는 방법이 주를 이루고 있다.

부순골재 생산 공정에서 발생되는 함수 상태의 석분 슬러지를 사용하는 기술에 있어서도 함유된 물을 건조 시킨 후 분쇄하여 사용하는 방법이 주를 이루고 있다. 이렇게 추가되는 건조 및 분쇄 공정은 제품을 생산하는데 경제성을 손실시켜 그 활용도가 극히 미비하다.

또한, 함수상태의 석분슬러지를 건조시키지 않고 그대로 경량기포 콘크리트를 제조하는 경우도 있으나, 이 역시 시멘트, 소석회, 무수석고 등 경화시키기 위한 경화재가 추가적으로 필요하며, 오토클레이브라는 고온(약 180℃), 고압(약 10기압) 양생이 추가적으로 필요하여 경제성을 손실시켜 그 활용도가 극히 미비하다. 또한, 이 경우도 경량기포콘크리트 제조에만 한정되며 석분 슬러지의 사용량도 전체중량의 8-35중량% 수준으로 대량활용에 한계가 있다.

현재 부순 잔골재를 생산하는 과정에서 부산물로 발생한 석분 슬러지는 년간 수천만톤이 생성되지만, 지정 폐기물로 분류되어 매립 및 위탁 처리된다. 그 결과 환경오염과 부순골재 제조업체에 비용 부담을 주고 있다. 또한 일정량의 물을 함유하고 있는 석분 슬러지는 새로운 처리방안이 있더라도 건조, 분쇄 및 고온, 고압양생 공정이 경제성을 만족시키지 못해 대다수가 매립되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 강모래의 고갈과 해사의 채취 제한으로 생산량이 증가된 부순잔골재의 제조 공정에서 부수적으로 발생하는 물을 함유한 상태의 석분 슬러지를 재활용하여 환경오염의 원인을 제거함과 동시에 시멘트를 사용하지 않고 경화시킴으로서 시멘트 생산시 발생되는 온실가스인 CO₂를 발생시키지 않는 환경친화적이고 경제적인 석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법은 석분슬러지, 플라이애시(또는 고로슬래그 미분말)와 알칼리 활성용액을 필요 중량만큼 계량하는 계량단계(S10)와, 상기 계량단계(S10)를 통해 계량된 석분슬러지에 플라이애시(또는 고로슬래그 미분말), 알칼리 활성용액과 감수제를 혼합하여 페이스트를 제조하는 페이스트 제조단계(S20)와, 상기 페이스트 제조단계(S20)에서 제조된 페이스트를 20-26℃의 온도에서 0-36시간동안 1차 양생하고, 50-100℃에서 5-36시간 2차 양생하는 양생단계(S30);로 구성된다.

삭제

상기와 같이 구성되는 본 발명의 석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법은 20-60%의 함수율을 갖는 석분 슬러지를 건조, 분쇄 및 오토클레이브 공정없이 함수 상태로 재활용하여 환경오염의 원인을 제거하면서 임의의 가공과정에서 발생하는 추가비용을 절감하여 경제성 있는 경화체를 제조할 수 있는 이점이 있다.

또한 시멘트를 사용하지 않고 경화시킴으로서 시멘트 생산시 발생되는 온실가스인 CO₂를 발생시키지 않는 환경친화적이고 경제적인 경화체를 제조할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명에 의한 석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 석분슬러지를 이용한 경화체는 전체 100중량%에 대하여 석분슬러지 3-60중량%, 플라이애시(또는 고로슬래그 미분말) 15-70%, 알칼리 활성용액 20-45중량%가 혼합되어 이루어진다.

상기와 같은 구성물질을 혼합할 때 혼합을 용이하게 하기 위하여 고성능감수제를 석분 슬러지와 플라이애시(또는 고로슬래그 미분말) 100 중량부에 대하여 0.1-3중량부를 혼합할 수 있다.

상기 알칼리 활성용액은 석분슬러지와 반응하여 경화체를 형성하는 데 중요한 영향을 미치는 것으로, NaOH(또는 KOH)와 Na₂SiO₃(또는 K₂SiO₃)를 단독 또는 혼합해서 사용한다. NaOH(또는 KOH) 수용액은 몰농도 5-20M의 수용액을 사용하고, Na₂SiO₃(또는 K₂SiO₃) 수용액은 수용액 100중량%에 대하여 물 40-70중량%, Na₂SiO₃(또는 K₂SiO₃) 30-60중량%가 혼합되어 이루어진다.

알칼리 활성용액 중 NaOH(또는 KOH)와 Na₂SiO₃(또는 K₂SiO₃)를 혼합해 사용할 경우, NaOH(또는 KOH)와 Na₂SiO₃(또는 K₂SiO₃)의 비율은 알칼리 활성용액 100중량%에 대하여 NaOH(또는 KOH) 수용액 25-75중량%, Na₂SiO₃(또는 K₂SiO₃) 수용액 25-75중량%가 혼합되어 이루어진다.

상기 고성능감수제는 콘크리트의 워커빌러티(Workability)의 개선을 주목적으로 한 혼화제로서 나프탈렌계, 멜라민계, 폴리카르본산계 등 시중에서 판매되는 감수제가 사용된다.

본 발명에 의한 경화체를 제조하기 위한 배합은 아래 표 1과 같다.

<표 1> 사용 배합

경화체를 제조하기 위한 페이스트 1m³에 대하여,

석분슬러지 대체율이 10%일 때 Activator/Solid 비율이 50%, 석분 슬러지 6.7중량%, 플라이애시 60.0중량%, 알칼리 활성용액 33.3중량% 이고, 알칼리 활성용액 중 NaOH 수용액은 40.0중량%, Na₂SiO₃ 수용액은 60.0중량%이다.

석분슬러지 대체율이 30%일 때 Activator/Solid 비율이 50%, 석분 슬러지 20.0중량%, 플라이애시 46.7중량%, 알칼리 활성용액 33.3중량% 이고, 알칼리 활성용액 중 NaOH 수용액은 40.0중량%, Na₂SiO₃ 수용액은 60.0중량%이다.

석분슬러지 대체율이 10%일 때 Activator/Solid 비율이 50%, 석분 슬러지 6.7중량%, 고로슬래그 미분말 60.0중량%, 알칼리 활성용액 33.3중량% 이고, 알칼리 활성용액 중 NaOH 수용액은 40.0중량%, Na₂SiO₃ 수용액은 60.0중량%이다.

석분슬러지 대체율이 30%일 때 Activator/Solid 비율이 50%, 석분 슬러지 20.0중량%, 고로슬래그 미분말 46.7중량%, 알칼리 활성용액 33.3중량% 이고, 알칼리 활성용액 중 NaOH 수용액은 40.0중량%, Na₂SiO₃ 수용액은 60.0중량%이다.

여기서 석분 슬러지의 중량은 건조되지 않은 함수상태의 석분 슬러지의 중량을 말한다.

상기 표에서 석분슬러지 대체율은 석분슬러지와 플라이애시(또는 고로슬래그 미분말)의 전체 중량에서 대체된 석분슬러지의 중량비율을 나타내며, Activator/Solid 비율은 알칼리 활성용액(Activator)과 고체부분(석분 슬러지+플라이애시 또는 고로슬래그 미분말)의 중량비율을 나타낸다.

경화체를 제조하기 위한 사용원료의 물리·화학적 특성은 아래 표 2-4와 도 1과 같다.

<표 2> 석분 슬러지의 화학적 특성

SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	K₂O	SO₃	Ig.loss
60.1	16.4	3.58	3.78	1.73	0.02	2.36	5.83	5.05

<표 3> 알칼리 활성용액의 특성

NaOH 수용액	Na₂SiO₃ 수용액 중 비율 (중량%)
몰농도	Na₂SiO₃	물
10M	34.6	65.4

<표 4> 석분 슬러지의 입도 및 함수율

최소크기(㎛)	평균크기(㎛)	최대크기(㎛)	함수율 (%)
0.92	7.0	46.08	20.7

본 발명에서 사용된 석분슬러지의 평균입도는 5~9μm이다.

상기와 같이 구성된 실시예 1, 2, 3 및 4의 혼합물을 Ø 2.54mm × 2.54mm 의 시편으로 제작하여 압축강도 시험을 실시하고 그 결과를 표 5에 나타내었다.

<표 5> 실험 결과

본 발명에 의한 석분슬러지를 이용한 경화체의 제조방법은 도 2를 참조로 하면 계량단계(S10)와, 페이스트 제조단계(S20)와, 양생단계(S30)를 포함하여 구성된다.

상기 계량단계(S10)는 물을 함유한 상태 그대로의 석분슬러지, 플라이애시(또는 고로슬래그 미분말)와 알칼리 활성용액을 필요 중량만큼 계량하는 단계이다.

상기 페이스트 제조단계(S20)는 상기 계량단계(S10)를 통해 계량된 석분슬러지에 플라이애시(또는 고로슬래그 미분말), 알칼리 활성용액을 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계이다.

여기서, 상기 페이스트 제조단계(S20)는 알카리 활성용액을 혼합할 때 필요에 따라 고성능 감수제를 더 혼합할 수도 있다.

상기 양생단계(S30)는 상기 페이스트 제조단계(S20)에서 제조된 페이스트를 50-100℃에서 5-36시간동안 양생하는 단계이다.

이 양생단계(S30) 이전에는 상기 페이스트 제조단계(S20)에서 제조된 페이스 트를 20~26℃에서 10~36시간동안 먼저 양생하는 선행양생단계가 더 추가될 수도 있다.

도 1은 석분 슬러지의 입도를 도시한 그래프도.

도 2는 본 발명에 따른 석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법을 도시한 순차도.

Claims

삭제
삭제
삭제
석분슬러지, 플라이애시(또는 고로슬래그 미분말)와 알칼리 활성용액을 필요 중량만큼 계량하는 계량단계(S10)와;

상기 계량단계(S10)를 통해 계량된 석분슬러지에 플라이애시(또는 고로슬래그 미분말), 알칼리 활성용액을 혼합하여 페이스트를 제조하는 페이스트 제조단계(S20)와;

상기 페이스트 제조단계(S20)에서 제조된 페이스트를 50-100℃에서 5-36시간동안 양생하는 양생단계(S30);로 구성된 것을 특징으로 하는 석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법.
청구항 4에 있어서,

상기 양생단계(S30) 이전에는 상기 페이스트 제조단계(S20)에서 제조된 페이스트를 20~26℃에서 10~36시간동안 먼저 양생하는 선행양생단계(S20-1)가 더 추가되는 것을 특징으로 하는 석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법.
청구항 4에 있어서,

상기 페이스트 제조단계(S20)는 알카리 활성용액을 혼합할 때 감수제가 더 혼합되는 것을 특징으로 하는 석분슬러지를 이용한 경화체 제조방법.