KR101148655B1

KR101148655B1 - 비회 및 저회를 주성분으로 하는 시멘트 혼합토 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101148655B1
Application number: KR20100138156A
Authority: KR
Inventors: 김용성
Original assignee: 강원대학교산학협력단
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2012-05-21

Abstract

본 발명은 시멘트 관련 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업 폐기물로 버려지는 석탄회를 주성분으로 하는 시멘트 혼합토 조성물에 관한 것이다. 또한 본 발명은 산업폐기물로 버려지는 석탄회인 비회 및 저회를 시멘트 혼합토의 주성분으로 사용하여 시멘트 2차 제품의 원가 상승을 억제하면서 수화열 저감 효과를 발현하며, 조기강도 저하 및 유해물질 방출을 유발하지 않는 비회 및 저회를 주성분으로 하는 시멘트 혼합토 조성물에 관한 것이다.

Description

비회 및 저회를 주성분으로 하는 시멘트 혼합토 조성물 및 그 제조방법{Cement Mixed Soil with Fly Ash and Bottom Ash and Manufacturing Method of thereof}

본 발명은 시멘트 관련 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업 폐기물로 버려지는 석탄회를 주성분으로 하는 시멘트 혼합토 조성물에 관한 것이다.

세계적으로 지구 온난화 방지를 위하여 다양한 형태의 노력(1997년 채택, 2005년 발효된 교토 의정서 2012년 종료)을 가하고 있는 가운데 2007년 12월에는 인도네시아 발리에서 '발리 로드맵'을 채택함에 따라 2009년까지 새 기후변화 협약을 위한 협상이 진행되고 있다. 이에 따라 전 세계적으로 이산화탄소 등 온실가스의 배출량을 큰 폭으로 줄여야 하는 실정에 있다.

한편, 콘크리트 제조 시 근간이 되는 시멘트 1톤을 생산하는데 이산화탄소를 약 0.9톤을 배출할 정도로 시멘트 산업은 철강산업과 더불어 주요 이산화탄소 배출 산업이므로 이에 대한 방법 및 대체 물질이 제시가 시급히 요구되고 있다.

국내 시멘트 생산량은 1년에 약 6,000만 톤으로 이산화탄소를 약 5,400만 톤 배출하고 있다. 이에 대한 타개책의 일환으로 산업부산물을 이용하여 시멘트를 대체하기 위한 연구가 끊임없이 진행되고 있다.

화력발전소의 산업부산물인 석탄회(coal ash)는 1년에 600만 톤을 배출하고 있으며 매년 증가하는 추세에 있다. 현재 발생하는 석탄회 중 50% 정도를 시멘트 제조용 원료(점토 대체재), 콘크리트용 혼화재(mineral admixture) 등으로 재활용하고 있으나, 나머지는 해안 및 육상 매립에 의해 처리되고 있어 매립지 확보를 위한 경제적 부담뿐 만 아니라 매립 시 발생되는 침출수와 미세 분말로 구성된 석탄회의 분진 침출에 의해 많은 환경 문제가 유발되고 있다.

일반적으로 화력발전소에서 유연탄을 연소하고 난 후 남게 되는 석탄회는 유연탄 연소 후 모이는 장소에 따라 저회(bottom ash)와 비회(fly ash) 등으로 구분한다.

저회는 노벽, 고열기, 재열기 등에 부착되어 있다가 자체 중량에 의해 보일러 바닥으로 떨어지는 것으로서 평균 입경은 1~2.5㎜ 정도이다. 한편, 비회는 절탄기나 공기예열기 아래 호퍼에 모이는 평균입경 0.3~1.0㎜ 정도의 제1 비회와 전기집진기에 의해서 집진되어 집진기 하부에 모이는 평균입경 10~30㎛의 제2 비회 두 가지로 구분된다.

상기 저회, 제1 및 제2 비회에 해당하는 3가지 석탄회 중 발생량의 약 20%를 차지하는 저회와 공기예열기 아래에 모이는 비회는 비교적 입자가 굵고 괴상의 것으로서 재활용되지 않고 전량 회처리장으로 이송되어 매립되고 있으며, 석탄회 발생량의 약 80%에 해당하는 전기집진기에 의해 모이는 제2 비회는 시멘트 혼화재로 재활용되고 있다.

산업폐기물의 매립은 자연 훼손과도 직결되어 국토환경보존과 관련된 종합적 녹색계획에도 역행하는 결과가 되고 있다. 산업화가 가속화되면서 에너지자원의 활용은 늘어나고 있는 반면 산업폐기물의 처분장 확보라는 당면 과제가 대두되어 해결방안의 모색이 시급한 실정이다.

이러한 흐름을 반영하여 환경 친화적인 재료의 이용 및 개발에 관한 연구가 증가하면서 원 지반 재료인 흙의 특성을 개선하기 위하여 다양한 혼합재료를 혼입한 혼합토에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 현재까지 저회를 대체 골재로 활용하고자 시도된 연구가 많이 있었지만 효율성 및 운송비용에 따른 경제성 문제로 아직까지 널리 쓰이지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 산업 폐기물로 버려지는 석탄회인 비회 및 저회를 주성분으로 하는 시멘트 혼합토 조성물을 제조하는 방법 및 제품을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 산업폐기물로 버려지는 석탄회를 시멘트 혼합토의 주성분으로 사용하여 시멘트 2차 제품의 원가 상승을 억제하면서 수화열 저감효과를 발현하며, 조기강도 저하 및 유해물질 방출을 유발하지 않는 비회 및 저회를 주성분으로 하는 시멘트 혼합토 조성물을 제조하는 방법 및 제품을 제공하는 것이다.

상기 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 석탄회로부터 분리된 비회와 저회에 흙을 비회:저회:흙의 혼합비율이 1:4:5가 되도록 혼합하는 단계; 및 시멘트를 시멘트 혼합토 총중량을 기준으로 4~10중량% 첨가하는 단계를 포함하는 시멘트 혼합토 제조방법을 제공한다.

삭제

또한, 본 발명은 시멘트, 흙, 비회 및 저회를 포함하고, 상기 비회:저회:흙의 혼합비율은 1:4:5인 시멘트 혼합토를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 시멘트는 시멘트 혼합토 총중량을 기준으로 4~10중량%로 혼합할 수 있다.

삭제

본 발명의 방법 및 장치에 따른 비회 및 저회를 주성분으로 하는 시멘트 혼합토 조성물은 산업폐기물로 버려지는 석탄회를 시멘트 혼합토의 주성분으로 사용하여 시멘트 2차 제품의 원가 상승을 억제하면서 수화열 저감효과를 발현하며, 조기강도 저하 및 유해물질 방출을 유발하지 않을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 비회 및 저회를 주성분으로 하는 시멘트 혼합토 조성물 제조방법을 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 비회 및 저회를 주성분으로 하는 시멘트 혼합토 조성물 제조방법을 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저회 및 비회의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진으로,
도 3a는 저회(bottom ash)의 SEM 사진이고,
도 3b는 비회(fly ash)의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 사용된 혼합시료의 입도분포를 나타낸 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 사용된 공시체를 제작하기 위한 자동다짐기계에 대한 사진이고,
도 5b는 본 발명의 실시예에 사용하기 위하여 제작되어 양생중인 공시체에 대한 사진이다.
도 6a 및 도 6b는 A다짐 및 수정 E다짐에 의한 다짐시험결과를 나타내는 그래프이다.
도 7a, 7b 및 7c는 CSG의 시멘트 함유량에 따른 일축압축강도와 인장강도를 재령기간 별로 분류하여 나타낸 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 실시예를 통한 시료크기에 따른 일축압축강도의 관계를 나타낸 그래프이고,
도 8b는 본 발명의 실시예를 통한 시멘트 함유량에 따른 일축압축강도의 관계를 나타낸 그래프이고,
도 8c는 본 발명의 실시예를 통한 양생기간에 따른 압축강도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9a, 9b, 9c 및 9d는 재령 7일의 각 시멘트 함유량에 대한 CSG재료를 주사전자현미경에 의해 10000배로 측정된 미세구조를 보여주는 사진이다.
도 10a 및 10b는 28일 재령한 시료에 대해 에너지분산법에 의해 분석한 그래프이다.
도 11a 및 11b는 시멘트 혼입에 의한 CSG재료의 재령에 따른 수화생성물을 보여주는 XRD 분석 결과 그래프이다.
도 12는 동결융해 및 건조습윤 싸이클에 따른 CSG재료의 손실율과 시멘트 함유량의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 비회 및 저회를 주성분으로 하는 시멘트 혼합토 조성물 제조방법을 도시한 블럭도이다.

참조한 바와 같이 본 발명은 원료 석탄회를 건조하는 건조단계가 이루어진다(S100). 일반적으로 사용되고 있는 원료 석탄회(원료회, raw-ash)는 수분 함량이 15%이므로, 이를 1% 이내로 줄이기 위해 건조시키는 과정이 진행된다.

상기 석탄회는 화력발전소 등에서 배출된 것을 사용할 수 있으며, 배출시의 낮은 분말도를 통상의 방법, 예를 들면 볼밀링, 제트 제분기, 진동 제분기 등을 이용하여 적절한 방법으로 밀링하여 고분말화 시켜서 사용할 수 있다.

다음으로, 석탄회를 정제하는 단계가 이루어진다(S110).

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 상기 석탄회로서 분말도 3,000㎠/g에서 4,000㎠/g의 것을 사용하였다.

다음으로 시멘트를 시멘트 혼합토 총중량을 기준으로 4~10중량% 혼입하는 단계가 이루어진다(S120). 본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 정제된 석탄회는 도 2에 도시된 바와 같이 석탄회를 저회 및 비회로 분리한 다음, 비회:저회:흙의 혼입 비율이 1:4:5가 되도록 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다(S230).
석탄회의 혼입량을 상기와 같이 증가시켜도 시멘트 2차 제품의 성능에 있어서, 유동성 증가 및 단위 수량 감소, 시멘트 사용량 감소에 따른 수화열 저감 및 단열온도 상승 억제효과 등의 성능향상 효과를 발현할 수 있고, 시멘트 치환량 증가에 따라 시멘트 비용이 감소됨으로써 시멘트 2차 제품의 생산원가 절감을 이룰 수 있다.

삭제

일반적으로 화력발전소에서 유연탄을 연소하고 난 후 남게 되는 석탄회는 유연탄 연소 후 모이는 장소에 따라 저회(低灰, bottom ash)와 비회(飛灰, fly ash) 등으로 구분한다. 도 3은 상기 저회 및 비회의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진으로서, 도 3a는 저회의 SEM 사진이고, 도 3b는 비회의 SEM 사진이다. 도 3에 도시된 바와 같이 저회는 입형이고 불규칙적이며 표면이 다공성인 반면, 비회의 경우 구형의 매끄러운 입형을 띄고 있다.

저회는 노벽, 고열기, 재열기 등에 부착되어 있다가 자체 중량에 의해 보일러 바닥으로 떨어지는 것으로서 평균 입경은 1~2.5㎜ 정도이다. 한편, 비회는 절탄기나 공기예열기 아래 호퍼에 모이는 평균입경 0.3~1.0㎜ 정도의 제1 비회와 전기집진기에 의해서 집진되어 집진기 하부에 모이는 평균입경 10~30㎛의 미분말인 제2 비회 두 가지로 구분된다.

상기한 바와 같은 결합재 등이 첨가된 배합원료를 이용하여 본 발명에서 목적으로 하는 시멘트 혼합토 조성물을 제조하는데, 이때 나머지 배합원료는 통상의 배합비율에 의해 배합할 수 있고, 또한 일일이 열거하지 않았지만 통상적으로 첨가할 수 있는 첨가제를 첨가하여 목적하는 시멘트 혼합토 조성물을 제조할 수도 있다.

이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 제시된 예일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 >

석탄회 준비

영흥 화력발전소에서 석탄의 연소에 의하여 부산 되는 분말도 3,5500㎠/g의 석탄회를 준비하였다. 준비된 석탄회를 볼밀링으로 분말화하여 저회 및 비회를 준비하였다. 토사는 강원도 춘천시 효자동에 위치한 강원대학교내 신축공사현장의 터파기시 발생된 흙을 선별기를 이용하여 40-25, 20-10, 10-4.76mm 그리고 4.76mm 이하로 분리하여 사용하였다. 시멘트는 국내 H사의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 표 1 및 표 2는 사용된 시멘트의 물리적 특성 및 화학적 특성을 나타내고, 도4는 본 연구에 사용된 혼합시료의 입도분포를 나타내며 일정양치환법으로 축소 입도 조정 되었다.

사용된 시멘트의 물리적 특성

S.G	Setting time (h-min)		Compressive strength (MPa)
S.G	Initial	Final	3days	7days	28days
3.15	5-7	7-20	19.4	21.6	32.3

사용된 시멘트의 화학적 특성

SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	SO₃	K₂O	Na₂O	Fe₂O₃
21.09	4.84	63.85	3.32	3.09	1.13	0.29	2.39

시료 제작

[배합]

배합설계는 다짐 및 강도시험과 같은 실내시험을 통하여 설계기준강도를 확보할 수 있는 시멘트량, 물량 및 골재량을 결정하고 시험배합을 통하여 이를 확인하여 최적배합을 도출하는 것이 중요하다. 일반적으로 CSG의 배합설계에 대한 명확한 기준을 제시되고 있지 않으나 크게 다짐시험을 활용한 토질역학적인 방법과 콘크리트 배합설계방법으로 분류된다.

본 실시예에서는 토질역학적인 방법으로써 비회, 저회, 흙(골재포함)의 비율을 1:4:5로 배합하고 총중량에 시멘트 4, 6, 8, 10%를 추가로 혼합하여 압축, 인장, 동결융해, 습윤 건조의 특성을 분석하였다.

[다짐]

최대허용입경을 37.5mm로 제한하고 있는 수정 E 다짐방법 (ф150 ×300mm)및 A다짐 방법(ф100×200mm), 다짐봉에 의한 다짐방법(ф50×100mm)에 의하여 다짐에너지가 일정하도록 다짐횟수를 조정하여 다짐시험을 실시하였다.

[공시체 제작]

시멘트량 및 재령에 따른 CSG재료의 일축압축강도 및 인장강도 특성을 분석하기 위하여 다짐시험에서 산출된 최적 함수비와 최대 건조 단위 중량을 기준으로 하여 토질 역학적 삼상관계를 이용하여 수량 및 물량을 산정한 후 다짐시험과 동일한 수준의 다짐에너지를 나타 낼 수 있도록 다짐기계를 사용하여 ф150×300mm 및 ф100×200mm, ф50×100mm 몰드에 수정 E다짐의 경우 7층으로 나누어 각 층별 140회씩 다짐하고, A다짐과 다짐봉에 의한 다짐의 경우 5층으로 나누어 각 층별 25회씩 다짐하였다.

또한, 재령에 따른 강도 특성을 규명하기 위하여 재령 3, 7, 28일 동안 양생을 실시하였다. 도 5a는 본 실시예에 사용될 공시체를 제작하기 위한 자동다짐기계의 사진이고, 도 5b는 본 실시예를 위하여 제작되어 양생중인 공시체들의 사진이다.

성능시험

[일축압축시험]

일축압축시험은 KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험 방법)에 준하여 재령 3, 7, 28일에 ф150×300mm 및 ф100×200mm, ф50×100mm인 공시체를 Instron사의 만능시험기를 사용하여 1mm/min의 속도로 하중을 재하 하여 측정하였다.

[인장시험]

인장시험은 KS F 2423(콘크리트의 인장강도 시험방법)에 준하여 재령 3, 7, 28일에 ф150×300mm 및 ф100×200mm, ф50×100mm인 공시체를 Instron사의 만능시험기를 사용하여 1mm/min의 속도로 하중을 재하하여 측정 하였다.

[SEM 및 EDS]

시멘트의 혼입에 따른 CSG 재료의 수화특성을 분석하기 위하여 재령 7일, 28일 공시체에서 시료를 채취하여 주사전자현미경(SEM: Scaning Electronic Microscope)을 이용하여 10,000배로 측정하여 시료 표면의 수화생성물의 형태 및 분포를 비교하였다.

주요생성물의 구성성분을 확인하기 위해서 전류의 인가에 의해 생성된 전자를 가속시켜 시료와 충돌 시키는 방법으로 원자를 구분하는 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)를 이용하여 주요생성물에 대한 구성 성분을 확인하였다.

[XRD]

시멘트 혼입에 의한 CSG재료의 수화특성을 분석하기 위하여 재령 7일, 28일의 공시체의 일부를 채취하여, X선 회절분석을 Cu K-ALPLA1/36KV/20mA의 X-ray에 의하여 5,000 deg/min의 속도 및 5 80 deg의 범위로 실시하였다.

[용출시험]

환경부의 폐기물 공정시험방법 2장 5항에 의거한 시료의 용액을 조제 후 3장 3항에 따른 유도결합 플라즈마발광 광도법(ICP, Inductively Coupled Plasma)을 이용한 기기분석을 실시하였다.

[동결융해 시험]

동결융해시험은 KS F 2332(다져진 흙 시멘트 혼합물의 동결 융해 시험방법)에 따라 실시하였으며, 다음 식에 의하여 손실율을 계산하였다.

흙 시멘트의 손실율(%) = 100×A/B

이때, A는 처음 계산된 노 건조 질량에서 최종 수정된 노 건조 질량을 뺀 값이고, B는 처음 계산된 노 건조 질량이다.

[건조습윤 시험]

건습시험은 KS F 2330(다져진 흙 시멘트 혼합물의 습윤 및 건조시험 방법)에 따라 실시하였으며, 동결융해시험과 같은 방법으로 손실율을 계산하였다.

실험결과

[다짐시험]

시멘트량에 따른 CSG재료의 다짐 특성에 의한 최적함수비 및 최대건조단위중량을 분석하기 위하여 시벤트량을 4, 6, 8, 10%로 달리하여 A다짐 및 수정 E다짐에 의한 다짐시험을 실시하고 각 단위시멘트량에 따른 최대건조단위중량 및 최적함수비를 도출하였다.

도 6a 및 도 6b는 A다짐 및 수정 E다짐에 의한 다짐시험결과를 나타내는데, A다짐과 E다짐의 최적함수비는 각각 17.5%~18.2%, 16%~16.5%를 나타내었고 최대 건조 단위 중량은 각각 1.59g/cm³~1.65, 1.62g/cm³~1.67g/cm³ 로 나타났다. 보통의 CSG가 대략 5~8.7%의 최적 함수비를 가지고 있고 최대 건조 단위 중량이 2.15~2.2g/cm³ 정도인 것을 감안 할때 본 연구에서 제작된 CSG는 함수비는 약 2배 정도로 높지만 최대건조단위중량은 약 0.75배 정도로 낮은 것으로 보아 일반적인 CSG에 비해 경량성이 큰 것을 알 수 있다.

[일축압축강도 및 인장강도 시험]

시멘트의 함량은 강도 증가에 큰 영향을 주지만 경제성 및 설계기준강도를 고려하여 시멘트량에 따른 최적배합비를 도출하는 것이 중요하다고 할 수 있다.

도 7a, 7b 및 7c는 CSG의 시멘트 함유량에 따른 일축압축강도와 인장강도를 재령기간 별로 분류하여 나타낸 것이다. 인장강도와 일축압축강도의 차이는 재령 3일에서 최소 6배에서 최대 9.5배까지의 차이를 보이고 재령 7일에서 4~8.5배, 재령 28일에서 3.5~6배로 양생기간이 길수록 일축압축강도와 인장강도의 차이가 낮아졌다.

도 8a는 시료크기에 따른 일축압축강도의 관계를 나타낸 것으로 시료의 크기가 클수록 재료의 최대입경이 비례하여 커지게 되는데 이에 따라 강도의 크기도 커지는 것을 볼 수 있다. 이와 같은 입경의 크기나 시료의 크기와 강도의 관계에 대해서는 그 연구사례가 흔치 않으나 Varadarajan et al. (2003)은 파쇄되기 쉬운재료에서는 입자크기가 커질수록 강도가 감소되나 상대적으로 파쇄성이 낮은 재료에서는 입자크기가 커질수록 강도가 증가하는 모습을 보인다고 하였다.

도 8b는 시멘트 함유량에 따른 일축압축강도의 관계를 나타낸 것으로 시멘트의 함유량이 높을수록 일축압축강도의 크기 또한 커지며, 이를 상관직선으로 나타내어 그 기울기를 비교하여 보면 시료의 크기가 커질수록 직선의 기울기가 커짐으로 보아 시멘트가 강도특성의 밀접한 관계를 가지고 있음을 알 수 있다.

도 8c는 양생기간에 따른 압축강도의 관계를 나타낸 것으로 대부분의 강도는 3일과 7일에 거쳐 크게 발현되다가 그 이후 강도 증가율이 떨어지는 것을 알 수 있다. 7일 강도는 28일 강도에 비교하여 80%~95%의 강도를 발현하고 있으며, 시료의 크기가 클수록 강도비가 큰 것을 알 수 있다.

[SEM 및 EDS]

도 9a, 9b, 9c 및 9d는 재령 7일의 각 시멘트 함유량에 대한 CSG재료를 주사전자현미경에 의해 10000배로 측정된 미세구조를 보여주는 사진이다. 사진에 도시된 바와 같이 CSG재료에 혼입된 시멘트의 수화에 의하여 수화생성물이 다소 형성된 것을 알 수 있으며, 시멘트의 함유량에 따라 에트린자이트(ettringite)의 생성이 차이를 보이는 등의 수화생성물이 형성상태가 다른 것을 확인 할 수 있다. 일반 콘크리트의 경우 시멘트의 함유량이 많아 다량의 수화생성물이 형성되는 반면, CSG의 재료의 경우 시멘트의 함유량이 상대적으로 적기 때문에 혼합토의 간극에 채워진 시멘트의 수화에 의해 소량의 수화생성물이 형성되고 간극을 충진하는 것으로 판단된다 (kellsen, 1996).

매우 미세한 형태의 수화물이지만 혼합토 속에 분포된 시멘트의 입자에 의한 약간의 수화 생성물이 관찰되는 것으로 보아 강도발현에 직접적으로 관련이 있는 calcium silicates상의 수화가 이루어진 것으로 판단된다.

미세구조를 보면 시멘트의 함유량이 많으면 그것에 따라 수화생성물 또한 많이 분포하는 것을 확인할 수 있었는데, 이러한 결과는 강도 특성을 설명할 수 있는 인자로서 수화생성물도 일정 부분 기여하고 있는 것으로 보인다.

도 10a 및 10b는 28일 재령한 시료에 대해 에너지분산법에 의해 분석한 것으로 시멘트 함유량이 4%인 경우 O와 Si가 주를 이루고 있고 시멘트 함유량이 10%인 경우 Mg, K, Ti, S 등의 성분등이 추가로 검출되었는데, Ti는 석탄회의 성분중 일부가 검출된 것으로 보이며, 다른 수화생성물과 달리 S가 검출된 점으로 미루어 볼때 이 부분은 에트린자이트로 판단되어진다. 두 시료 모두에서 소량의 Al이 검출되었는데 이는 침상 주위의 수화물에 의해 검출되는 것으로 판단된다.

[XRD]

석탄회를 이용한 CSG의 광물상태와 화학성분을 알아보기 위해 7일과 28일의 양생기간을 거친 시료를 분말형태로 곱게 갈아서 분석하였다.

도 11a 및 11b는 시멘트 혼입에 의한 CSG재료의 재령에 따른 수화생성물을 보여주는 XRD 분석 결과이다. 석탄회의 주 결정광물인 Quartz, Mullite 등이 주를 이루고 있으며, 특히 2=25° 부근에서 주로 피크가 나타나 있다. 양생 7일에서는 Quartz의 피크 값이 주를 이루는데 반해 양생 28일에서는 Mullite의 피크값이 주를 이루고 있는데 이는 양생 7일에서 SiO₂의 성분이 주를 이루고, 양생 28일에서 3Al₂O₃SiO₂이 주성분이라는 것을 의미한다.

[용출시험]

표 3은 용출시험결과 나온 유해물질과 폐기물 관리법에 의한 기준치를 비교해 나타낸 것으로 모두 폐기물관리법에 의거한 유해물질 기준치보다 낮게 나오거나 검출되지 않았으며 공시체로 제작된 후에는 그 수치가 더 적게 나오는 것을 확인할 수 있다. 이것으로 볼때 석탄회를 이용한 건설재료의 활용시에 유해성을 가지지 않아서 친환경적인 대체골재로 이용될 수 있을 것으로 여겨진다.

분석결과

Sample	Cd (ppm)	As (ppm)	Cu (ppm)	Pb (ppm)
base Value	0.3	1.5	3.0	3.0
Bottom Ash	0.001	N.D.	0.021	0.003
Cement 4%	N.D.	N.D.	0.005	0.001
Cement 6%	N.D.	N.D.	0.003	0.001
Cement 8%	N.D.	N.D.	0.003	0.001
Cement 10%	N.D.	N.D.	0.001	0.001

[동결융해 및 건조습윤 저항성]

도 11은 동결융해 및 건조습윤 싸이클에 따른 CSG 재료의 손실율과 시멘트 함유량의 관계를 나타낸다. 시맨트의 함유량이 커질수록 손실율은 감소하며, 시료의 크기가 작아질수록 손실량은 증가함을 알 수 있다. 또한 건조습윤시험에서 그 손실량이 동결융해 시험에서 보다 많은 것을 볼 수 있는데 이는 공극에 채우던 수분들이 증발하는 것을 반복하며 수축 팽창이 일어남이 저온과 상온이 수시 바뀌는 상황보다 손실량에 큰 영향을 준 것으로 보인다. 손실량이 큰 S50의 공시체를 제외하고는 2종류의 공시체에서 모두 시멘트량 4%~8%까지 큰 손실량의 차이를 보이다가 8%~10%까지는 그 손실량의 차이가 미세한 것으로 보아 동결융해 및 건습에 저항하기 위한 건설재료의 재작시 최소 8%의 시멘트를 섞어도 높은 저항성을 보일 것으로 여겨진다.

결론

실험 결과 시멘트 사용량을 줄이고 비회 및 저회 혼합토의 치환량을 늘이더라도 유사하거나 보다 양호한 성능을 보인다는 것을 확인할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명은 폐기, 매립되어 버려진 산업폐기물인 석탄회를 분쇄분급하여 분말도를 조절함으로써 시멘트 치환율을 기존 기술에 비해 3배 이상 증가시킬 수 있어 시멘트 2차 제품의 생산원가를 절감하는 효과를 얻을 수 있을 뿐 아니라, 이러한 치환율의 증가에도 불구하고 조기강도 향상, 유동성 개선, 수화열 저감 등 시멘트 2차 제품의 품질을 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

시멘트, 흙, 저회 및 비회를 포함하고,
상기 비회:저회:흙의 혼합비율은 1:4:5이고,
상기 시멘트는 시멘트 혼합토 총중량을 기준으로 4~10중량%로 함유되며,
상기 비회 9~9.6중량%, 저회 36~38.4중량%, 흙 45~48중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼합토.
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비회:저회:흙의 혼합비율이 1:4:5가 되도록 상기 비회 9~9.6중량%, 저회 36~38.4중량%, 흙 45~48중량%로 혼합하는 단계; 및
시멘트를 시멘트 혼합토 총중량을 기준으로 4~10중량% 첨가하는 단계를 포함하는 시멘트 혼합토 제조방법.
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