KR101193750B1 - 슬래그를 이용한 아스팔트 콘크리트용 골재의 제조 방법 - Google Patents

슬래그를 이용한 아스팔트 콘크리트용 골재의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 슬래그를 이용한 아스팔트 콘크리트용 골재의 제조방법에 관한 것으로, 전기로 산화 슬래그에 전기로 환원 슬래그를 혼합하여 개질한 아스팔트 콘크리트용 골재 및 상기한 바와 같이 개질한 개질 전기로 산화 슬래그와 고로 괴재 슬래그를 혼합한 아스팔트 콘크리트용 골재를 제조하여 천연 골재를 대체할 수 있게 한 것이다.

Description

슬래그를 이용한 아스팔트 콘크리트용 골재의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR ASPHALT CONCRETE AGGREGATE USING SLAG}
본 발명은 슬래그를 이용한 아스팔트 콘크리트용 골재의 제조방법에 관한 것으로 더 상세하게는 고로 괴재 슬래그와 전기로의 산화 슬래그를 이용한 아스팔트 콘크리트용 골재인 것이다.
일반적으로 아스팔트 포장은 아스팔트 혼합물로 도로의 표면을 덮는 도로 포장의 한 종류인 것이다.
상기 아스팔트 포장의 일반적인 구조는 아스팔트 표층과 기층(基層), 그 밑에 있는 상층노반 및 하층노반으로 이루어진다.
아스 팔트 표층과 기층은 골재 및 채움재, 아스팔트, 아스 팔트 바인더를 가열?혼합하고 이것을 고르게 갈아 상층 노반 상에 롤러로 단단히 다져 포장되는 것이다.
한편, 일반적으로 슬래그(slag)는 용광로, 전기로, 큐폴라 등에서 철광석이나 스크랩을 녹일 때 쇳물 위에 뜨거나 찌꺼기로 남는, 용제나 비금속 물질, 금속산화물 등을 지칭하며, 원료 용융시 용강의 표면 위에 떠서 용강 표면이 공기에 의해 산화되는 것을 방지하고, 그 표면을 보존하는 역할을 한다.
본 발명의 목적은 고로 괴재 슬래그와, 전기로 산화 슬래그를 이용한 골재로 천연 골재를 대채 가능하도록 하여 포장 비용을 경감시키는 슬래그를 이용한 아스팔트 콘크리트용 골재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
이러한 본 발명의 과제는 용융 상태의 전기로 산화 슬래그에 전기로 환원 슬래그를 혼합하는 개질 공정과;
상기 개질 공정으로 혼합된 개질 전기로 산화 슬래그를 응고시키는 냉각 공정과;
상기 냉각 공정으로 응고된 개질 전기로 산화 슬래그를 파쇄하는 파쇄 공정와;
상기 파쇄 공정로 파쇄된 개질 전기로 산화 슬래그를 입도 별로 분리하는 선별 공정를 포함한 슬래그를 이용한 아스팔트 콘크리트용 골재의 제조방법을 제공함으로써 해결되는 것이다.
상기 개질 공정은 상기 전기로 산화 슬래그와 상기 환원 슬래그를 혼합한 전체 개질 전기로 산화 슬래그 중 상기 환원 슬래그가 10 ~ 30wt%를 포함하도록 혼합하는 것을 특징으로 한다.
상기 환원 슬래그는 응고된 후 파쇄된 것으로 입도 0초과 5mm이하인 것을 특징으로 한다.
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본 발명은 고로와 전기로의 조업시 발생된 부산물인 슬래그를 아스팔트 콘크리트용 골재로 재 활용할 수 있도록 하여 아스팔트 콘크리트로 사용 시 원가 비용을 절감하는 효과가 있다.
또 본 발명은 천연 골재를 대체하여 천연 골재의 채취로 발생하는 환경 문제를 개선할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명인 아스팔트 콘크리트용 골재의 제조방법을 순차적으로 도시한 블록도
도 2는 기층용 아스팔트 혼합물 입도 분포도를 나타낸 그래프
도 3은 표층용 아스팔트 혼합물 입도 분포도를 나타낸 그래프
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
이하, 도 1에서 도시한 바와 같이 본 발명인 용융 상태의 전기로 산화 슬래그에 전기로 환원 슬래그를 혼합하는 개질 공정(100)을 포함한다.
상기 전기로 산화 슬래그는 일반적으로 다량의 철성분(M-Fe)를 포함하고 있어 비중이 3.4 ~ 4.1로서 매우 높다.
상기 전기로 환원 슬래그는 미량의 철성분과 SiO2, CaO,Al2O3가 주성분으로 이루어져 비중이 낮다.
상기 개질 공정(100)은 용융상태의 상기 전기로 산화 슬래그에 상기 전기로 환원 슬래그를 혼합하여 상기 전기로 산화 슬래그의 비중을 2.6 ~ 3.25로 저감시키는 것이다.
상기 개질 공정(100)은 상기 전기로 산화 슬래그와 상기 환원 슬래그를 혼합한 전체 개질 전기로 산화 슬래그 중 상기 환원 슬래그가 10 ~ 30wt%를 포함하도록 혼합하는 것이다.
상기 환원 슬래그가 10wt% 보다 적게 혼합되는 경우 비중이 높아 아스팔트 콘크리트용 골재로 사용하기 어렵고, 상기 환원 슬래그가 30wt% 보다 많이 혼합되는 경우 비중이 너무 낮아 아스팔트 콘크리트용 골재로 사용하기 어려운 것이다.
상기 환원 슬래그는 응고된 후 파쇄된 것으로 입도 0초과 5mm이하인 것을 사용하여 용융 상태의 전기로 산화 슬래그 내로 혼합될 경우 균질 혼합될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
상기 환원 슬래그는 입도가 5mm 초과되는 경우 용융 상태의 상기 전기로 산화 슬래그 내에서 균질하게 혼합되기 어려운 것이다.
상기한 바와 같이 전기로 산화 슬래그와 전기로 환원 슬래그가 혼합된 개질 전기로 산화 슬래그는 냉각 공정(200)을 통해 응고된다.
상기 개질 전기로 산화 슬래그는 냉각 공정(200)을 통해 응고된 후 파쇄 공정(300)을 통해 파쇄된다.
상기 파쇄 공정(300)은 분쇄기를 통해 상기 개질 전기로 산화 슬래그를 파쇄하는 것이다.
상기 개질 전기로 산화 슬래그는 상기 파쇄 공정(300)으로 파쇄되어 선별 공정(400)을 통해 입도 별로 분리된다.
그리고 선별된 개질 전기로 산화 슬래그는 입도별로 아스팔트 콘크리트 골재의 용도, 즉 표층용 또는 기층용에 따라 분리되는 사용되는 것이다.
본 발명인 아스팔트 콘크리트용 골재는 상기한 바와 같이 전기로 산화 슬래그와 전기로 환원 슬래그가 혼합하여 개질한 것이다.
상기 전기로 환원 슬래그는 10 ~ 30wt%로 혼합되는 것이다.
또 상기 아스팔트 콘크리트용 골재는 전기로 산화 슬래그와 전기로 환원 슬래그가 혼합된 개질 전기로 산화 슬래그와, 상기 개질 전기로 산화 슬래그와 혼합되는 고로 괴재 슬래그를 포함한다.
상기 고로 괴재 슬래그는 아스팔트 콘크리트용 골재로 사용 가능한 것이다.
구분
 분 석 시 험 결 과[단위 wt%]
T-Fe M-Fe FeO Fe2O3 SiO2 Al2O3 MgO CaO
고로 괴재 슬래그 1.4~7.78 1.0~1.3 5.3~5.6 0.1~0.7 14.1~35.3 8.4~13.4 5.72~7.39 17.1~34.3
산화 슬래그 23.6~36.8 1.2~6.2 20.2~32.5 0.4~3.2 12.3~16.7 3.2~6.8 2.9~7.5 16.2~32.9
환원슬래그 0~1.2 0.7~1.2 0~0.3 0 6.5~28.9 12.6~31.4 9.8~13.8 34.6~61.2
개질 전기로 산화 슬래그 15.2~20.6 0.7~1.6 16.7~19.1 0.2~0.9 23.5~41.3 3.2~6.8 8.3~13.1 33.6~58.5
상기 표 1은 각 슬래그의 기본 물성을 시험한 결과로, 전기로 산화 슬래그, 전기로 환원 슬래그, 전기로 산화 슬래그와 전기로 환원 슬래그를 혼합한 개질 전기로 산화 슬래그, 고로 괴재 슬래그의 성분 비를 각각 나타내고 있다.
구 분
 분 석 시 험 결 과[단위: mg/l] 비 고
Pb Cu Cd Hg As CN Cr(Vl) TCE PCE
폐기물 용출 시험 기준 3 1 0.3 0.005 1.5 1.0 1.5 0.3 0.1 모든 항목 기준치만족
고로 괴재 슬래그 n.d n.d n.d 0.005 n.d n.d n.d n.d n.d
개질 전기로 산화 슬래그 0.001 0.002 0.001 n.d n.d n.d n.d n.d n.d
환원 슬래그 n.d n.d n.d n.d n.d n.d n.d n.d n.d
상기 표 2는 고로 괴재 슬래그 및 전기로 산화 슬래그와 전기로 환원 슬래그를 혼합한 개질 전기로 산화 슬래그, 전기로 환원 슬래그의 유해성을 평가한 것으로, 고로 괴재 슬래그, 상기 개질 전기로 산화 슬래그, 전기로 환원 슬래그 모두 폐기물 용출 시험 기준치에 만족하여 아스팔트 콘크리트용 골재로 사용 시 폐기물 허용 기준치 내에 잇어, 아스 팔트 콘크리트용 골재로 사용 가능한 것이다.
항 목 단위 고로 괴재 슬래그 개질 전기로 산화 슬래그
수침 팽창비 % 0.1 ~ 0.4 0.06 ~ 0.11
단위 용적 질량 kg/cm3 1670 2040
절대 건조 밀도 g/cm3 2.5 3.0
표면 건조 밀도 g/cm3 2.54 2.95
마모 감량 % 26이하 17이하
흡수율 % 1.9이하 1.4이하
안정성 % 4.3이하 1.6이하
파쇄면 비율 % 97.8 98.9
상기 표 3은 고로 괴재 슬래그 및 상기 개질 전기로 산화 슬래그(전기로 산화 슬래그와 전기로 환원 슬래그를 혼합)의 기본 물성 시험 결과인 것이다.
또 도 2는 기층용 아스팔트 혼합물 입도 분포도를 나타낸 그래프이고, 도 3은 표층용 아스팔트 혼합물 입도 분포도를 나타낸 그래프인 것이다.
상기 표 3에서 확인 되는 바와 같이 상기 고로 괴재 슬래그 및 상기 개질 전기로 산화 슬래그는 아스팔트 콘크리트 골재로 사용 가능한 기본 물성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
또, 표 4에서, 상기 고로 괴재 슬래그 및 상기 개질 전기로 산화 슬래그, 상기 고로 괴재 슬래그와 상기 개질 전기로 산화 슬래그를 혼합한 혼합 슬래그는 입도 분포도를 측정한 결과 도 2, 도 3에서와 같이 입도 기준(KSF 2349, KSF 3501)을 모두 만족함을 확인할 수 있다.
상기 고로 괴재 슬래그와 상기 개질 전기로 산화 슬래그를 혼합한 혼합 슬래그는 하기 표 4 내지 표 5에서 확인되는 바와 같이 아스팔트 콘크리트 포장 시 표층용 골재로 사용 가능한 것이다.
또 상기 고로 괴재 슬래그와 상기 개질 전기로 산화 슬래그를 혼합한 혼합 슬래그는 하기 표 6 내지 표 7에서 확인되는 바와 같이 아스팔트 콘크리트 포장 시 기층용 골재로 사용 가능한 것이다.
상기 혼합 슬래그에서 상기 고로 괴재 슬래그는 혼합 슬래그의 전체 중량 대비 0초과 50wt% 미만으로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 고로 괴재 슬래그는 50wt% 이상 혼합되는 경우 AP제(아스팔트)와 혼합이 원활하게 이루어지지 않고 골재와의 분리 현상이 나타나는 문제점이 있는 것이다.
하기 표 4에서 실시 예 1에서 사용된 골재는 고로 괴재 슬래그와 개질 전기로 산화 슬래그의 혼합비가 5 : 95인 혼합 슬래그이다.
실시 예 2에서 사용된 골재는 고로 괴재 슬래그와 개질 전기로 산화 슬래그의 혼합비가 15 : 85인 혼합 슬래그이다.
실시 예 3에서 사용된 골재는 고로 괴재 슬래그와 개질 전기로 산화 슬래그의 혼합비가 30 : 70인 혼합 슬래그이다.
실시 예 4에서 사용된 골재는 고로 괴재 슬래그와 개질 전기로 산화 슬래그의 혼합비가 50 : 50인 혼합 슬래그이다.
비교 예1에서 사용된 골재는 석분과 굵은 골재를 포함한 천연 골재를 사용한 것이다.
또 하기의 채움재는 일반적으로 아스팔트 포장 시 일반적으로 사용되는 채움재임을 밝혀둔다.
구분 골재(kg) 채움재(kg) AP제(kg)
실시 예1 918 38 44
실시 예2 918 38 44
실시 예3 916 38 46
실시 예4 912 38 50
비교 예1 357(석분) 555(굵은골재) 38 50
상기 표 4는 표층용 아스팔트 혼합물 1ton 배합 설계에 따른 실시 예를 나타내고 있다.
구분 실내밀도 공극률(%) 포화도(%) 현장밀도(g/cm3) 안정도(N) 흐름값(1/100cm) 다짐밀도(%)
KSF2349 기준 기준없음 3 ~ 6 70 ~ 85 기준없음 5000이상 20 ~ 40 96%이상
실시 예1 3.288 4.29 79.5 3.166 11164 28 96.3
실시 예2 3.294 4.76 73.6 3.180 10876 27 96.5
실시 예3 2.404 4.98 82.5 2.31 9817 28 96.1
실시 예4 2.814 5.03 81.4 2.581 11077 27 97.4
비교 예1 2.330 5.07 72.0 2.261 8500 34 97
표 5는 상기 표 4의 실시 예 및 비교 예의 물성 결과를 나타낸 것으로 KSF 2349의 표층용 기준값과 비교하고 있다.
하기 표 6에서 실시 예 5에서 사용된 골재는 고로 괴재 슬래그와 개질 전기로 산화 슬래그의 혼합비가 5 : 95인 혼합 슬래그이다.
실시 예 6에서 사용된 골재는 고로 괴재 슬래그와 개질 전기로 산화 슬래그의 혼합비가 15 : 85인 혼합 슬래그이다.
실시 예 7에서 사용된 골재는 고로 괴재 슬래그와 개질 전기로 산화 슬래그의 혼합비가 30 : 70인 혼합 슬래그이다.
실시 예 8에서 사용된 골재는 고로 괴재 슬래그와 개질 전기로 산화 슬래그의 혼합비가 50 : 50인 혼합 슬래그이다.
비교 예2에서 사용된 골재는 석분과 굵은 골재를 포함한 천연 골재를 사용한 것이다.
또 하기의 채움재는 일반적으로 아스팔트 포장 시 일반적으로 사용되는 채움재임을 밝혀둔다.
구분 골재(kg) 채움재(kg) AP제(kg)
실시 예5 924 38 38
실시 예6 920 38 42
실시 예7 918 38 44
실시 예8 912 38 50
비교 예2 350(석분) 562(굵은골재) 38 50
상기 표 6은 기층용 아스팔트 혼합물 1ton 배합 설계에 따른 실시 예를 나타내고 있다.
구분 실내밀도 공극률(%) 현장밀도(g/cm3) 안정도(N) 흐름값(1/100cm) 다짐밀도(%)
KSF2349 기준 기준없음 3 ~ 10 기준없음 3500이상 10 ~ 40 96%이상
실시 예1 3.324 5.12 3.208 11032 26 96.5
실시 예2 3.189 4.43 3.100 10467 25 97.2
실시 예3 2.511 4.78 2.431 10034 27 96.8
실시 예4 2.795 4.70 2.703 10212 26 96.7
비교 예 2.358 4.89 2.287 9654 32 97.0
표 7은 상기 표 6의 실시 예 및 비교 예의 물성 결과를 나타낸 것으로 KSF 2349의 기층용 기준값과 비교하고 있다.
상기 혼합 슬래그는 아스팔트 콘크리트 골재용으로 사용이 가능한 것이다.
본 발명인 상기한 바와 같이 전기로 환원 슬래그를 전기로 산화 슬래그에 혼합한 개질 전기로 산화슬래그, 고로 괴재 슬래그, 상기 개질 전기로 산화 슬래그와 상기 고로 괴재 슬래그를 아스팔트 콘크리트용 골재로 사용 가능한 것이다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
100 : 개질 공정 200 : 냉각 공정
300 : 파쇄 공정 400 : 선별 공정

Claims (9)

  1. 용융 상태의 전기로 산화 슬래그에 전기로 환원 슬래그를 혼합하는 개질 공정과;
    상기 개질 공정으로 혼합된 개질 전기로 산화 슬래그를 응고시키는 냉각 공정과;
    상기 냉각 공정으로 응고된 개질 전기로 산화 슬래그를 파쇄하는 파쇄 공정과;
    상기 파쇄 공정로 파쇄된 개질 전기로 산화 슬래그를 입도 별로 분리하는 선별 공정을 포함하며,
    상기 개질 공정은 응고된 후 파쇄된 입도 0초과 5mm이하인 환원 슬래그를 10 ~ 30wt%를 포함하도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 아스팔트 콘크리트용 골재의 제조방법.
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