KR101228815B1 - 고로 슬래그를 포함하는 구조용 바인더 및 그것을 이용한 경화체 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고로 슬래그를 원재료로하여 저가로 제조 가능한 구조용 바인더를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 고로 슬래그를 포함하는 구조용 바인더를 이용한 경화체 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고로 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 생석회 분말 2중량부 이상 30중량부 이하를 건 혼합한 고로 슬래그를 포함한다.
또한, 본 발명은 고로 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 생석회 분말 2중량부 이상 30중량부 이하를 건 혼합하는 건 혼합 단계; 상기 단계에서 생성된 건 혼합 분말에 물은 혼합하는 페이스트 단계; 상기 페이스트 단계에서 생성된 페이스트를 요구하는 형상으로 성형하는 성형단계; 및 상기 성형된계에서 성형된 페이스트를 양생하는 양생단계를 포함한다.

Description

고로 슬래그를 포함하는 구조용 바인더 및 그것을 이용한 경화체 제조 방법{Structural binder including blast furnace slag and manufacturing method of hardend product using the same}
본 발명은 고로 슬래그를 포함하는 구조용 바인더에 관한 것으로 더욱 상세하게는 고로 슬래그를 이용하여 구조용 경화체로 활용할 수 있는 구조용 바인더 및 그것을 이용한 경화체 제조 방법에 관한 것이다.
산업폐기물 중 고로 슬래그는 제강 후에 배출되는 폐기물로 CaO, SiO2, Al2O3 등의 성분을 포함하고 있어 다양한 용도로 활용되고 있다.
예를 들면, 공개특허 제2011-0110623호에는 고로 슬래그(용융 슬래그)를 선별 및 분쇄 가공하여 비료 조성물 또는 시멘트용 혼화제로 사용되는 입자상의 슬래그 중간재를 제조하기 위한 제조공정과 그와 같은 슬래그 중간재의 가공에 사용되는 제조 시스템이 개시되어 있다.
상기 특허의 구체적인 구성은 고로 슬래그(괴재 슬래그)를 숙성하는 숙성공정, 숙성된 고로 슬래그에 포함된 철(Fe)성분을 선별해내는 1,2,3차 선별공정, 철성분이 선별된 고로 슬래그를 파쇄하는 1,2차 파쇄공정, 철성분이 선별된 1,2차 파쇄 슬래그를 선별하여 소망하는 크기의 슬래그 입자를 선별 배출하는 1,2차 입자 선별공정, 1,2차 입자 선별공정에서 선별되지 않은 굵은 슬래그 입자를 재파쇄하거나 에이징처리하는 1,2차 후처리공정 등과 같은 가공공정에 의해 소망하는 크기의 슬래그 중간재를 가공할 수 있는 것을 특징으로 하며, 이러한 구성에 의하여 고로 슬래그의 적극적인 재활용이 가능하도록 하면서 재활용에 따른 경제적인 이점을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 고로 슬래그의 완전한 소진(재활용)이 가능하도록 함으로써 철강 폐기물의 처리에 따른 환경부하량을 줄일 수 있는 등의 효과가 있는 것으로 개시되어 있다.
또한, 공개특허 제2002-0070527호에는 폐페트병과 고로슬래그의 미분말을 이용한 경량골재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐페트병의 파쇄입자표면에 고로슬래그의 미분말을 일정두께로 코팅하여 콘크리트나 몰타르용 골재로 사용시 구조체의 내수성 및 내약품성 그리고 내동결용해성 등을 향상시키게 되는 폐페트병과 고로슬래그의 미분말을 이용한 경량골재의 제조방법이 개시되어 있다.
또한, 공개특허 제2003-0008264호에는 고로슬래그를 재료로 한 시멘트 조성물에서 포틀랜드 클링커 대신에 조강형 포틀랜드 시멘트를 사용하여, 종래 고로슬래그 시멘트의 가장 큰 단점인 초기강도를 월등하게 향상시키면서 제조단가를 절감시킨 고로슬래그 시멘트 조성물에 관한 것으로, 조강형 포트랜드 시멘트 47∼51중량%, 고로슬래그 43∼47중량%, 무수석고 2∼5중량%, 석회석 1∼3중량%, 플라이애쉬 0.5∼3중량%를 함유한 구성이 제안되었다.
또한, 공개특허 제2005-0065754호에는 가스상의 휘발성 유기화합물질을 제거 또는 저감하기 위한 흡착제로서 제철공정에서 부산물로 발생되는 고로슬래그를 이용한 흡착제 혹은 필터내의 충진재를 제공함과 아울러 이러한 고로슬래그의 흡착능을 향상시키기 위한 방법을 제공함을 목적으로 하고, 구체적으로 CaO: 3∼40wt%, SiO2: 25∼35wt%, AL2O3: 10∼15wt%, MgO: 7∼8wt%, MnO: 0.3∼0.4wt%, 총 Fe: 0.3∼0.4wt%, TiO2: 1∼1.5wt%, S: 0.5∼1wt% 조성의 고로슬래그 분말로 이루어진 조성물이 제안되었다.
그러나 상기에 개시된 선행기술들은 고로 슬래그가 주재료가 아닌 부재료로 적용되어 다른 물질의 성질을 보강하기 위한 구성으로 활용되고 있으며, 이러한 활용으로는 고로 슬래그의 가격 경쟁력과 자체의 특성을 충분히 활용할 수 없는 단점이 있다.
따라서 고로 슬래그가 주재료로 사용되어 전체가 저가격으로 제조될 수 있는 새로운 고로 슬래그의 용도가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 문제점을 극복하기 위하여 안출된 것으로 고로 슬래그를 원재료로하여 저가로 제조 가능한 구조용 바인더를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 고로 슬래그를 포함하는 구조용 바인더를 이용한 경화체 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고로 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 생석회 분말 2중량부 이상 45중량부 이하를 건 혼합한 고로 슬래그를 포함한다.
바람직하게는, 상기 고로 슬래그 미분말의 평균 입경은 16 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 고로 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 생석회 분말 2중량부 이상 45중량부 이하를 건 혼합하는 건 혼합 단계; 상기 단계에서 생성된 건 혼합 분말에 물을 혼합하는 페이스트 단계; 상기 페이스트 단계에서 생성된 페이스트를 요구하는 형상으로 성형하는 성형단계; 및 상기 성형단계에서 성형된 페이스트를 양생하는 양생단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 페이스트 단계에서 첨가되는 물은 건 혼합분말 100중량부에 대하여 40중량부 내지 60중량부인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 양생단계에서 양생은 상온에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 구조용 바인더는 고로 슬래그 분말과 생석회 분말을 건 혼합한 구성으로, 건축 토목용 경화체를 사용하기 위해서는, 단순히 상기 구조용 바인더에 물을 혼합하여 상온에서 양생하는 것만으로도 가능하여, 종래 시멘트와 동일한 방식을 사용할 수 있으며, 발현되는 강도 또한 시멘트와 동일 또는 높으므로 시멘트의 대체재로 사용할 수 있는 효과가 있으며, 또한 고로 슬래그 자체를 저렴한 가격에 구할 수 있어 경제적인 뿐만 아니라, 산업 폐기물의 재활용률을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 구조용 바인더를 구조용 경화체로 사용하기 위한 절차를 나타내는 흐름도이다.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 구조용 바인더는 건축 또는 토목용의 경화체에 적용하기 위한 것으로, 고로 슬래그 미분말과 생석회 분말을 혼합하여 제조한다.
국내에서 발생되는 고로 슬래그의 성분은 SiO2 30.0~36.0중량%, Al2O3 12.0~18.0 중량%, Fe2O3 0.25~0.35중량%, CaO38.0~45.0중량%, MgO 10.0중량% 이하, SO3 4.0중량% 이하 그리고 기타성분 3.0중량% 이하로 구성되나, 발생 시기나 환경에 따라 일부 성상은 변경될 수도 있다.
또한, 상기 고로 슬래그는 분말 형태로 가공되어 판매되며, 입경에 따라 1종, 2종 및 3종으로 구분되며, 여기서 1종이 입경이 가장 작고 3종이 입도가 가장 크며, 국내의 경우에는 1종 및 2종은 가공비 증가로 인하여 판매되고 있지 않으며, 3종만이 판매되고 있다.
여기서 국내에서 생산 및 판매되는 3종 고로 슬래그 미분말은 밀도(g/cm2)가 2.88~2.94, 평균입경(㎛)이 12~16, 잔분(45㎛, %)은 2.0이하, 비표면적(cm2/g)이 4,000~6,000, 수분(%) 0.4이하의 특성을 가지며, 일부 특성은 변경될 수도 있다.
본 발명은 상기 3종 고로 슬래그 미분말을 생석회(CaO) 분말과 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하므로, 적어도 상기 비분말의 평균입경은 16㎛이하가 바람직하다.
필요한 경우 상기 3종의 고로 슬래그 미분말은 1종 또는 2종으로 대체 가능하나, 상기와 같이 1종 또는 2종으로 대체하는 경우 가격적으로 불리하다.
또한, 다수의 고로 슬래그 미분말을 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 구조용 바인더는 고로 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 생석회 분말 2중량부 이상 45중량부이하를 건 혼합하여 구성된다.
상기 생석회가 2중량부 미만인 경우에는 충분한 강도가 나타나지 않는 문제점이 있으며, 45중량부를 초과하는 경우 생석회의 가격이 증가하므로 경제적으로 불리하여, 2중량부 이상 45중량부 이하가 바람직하다.
상기 고로 슬래그 비분말과 생석회는 건 혼합에 의하여 전체 분포가 균일하게 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 구조용 바인더는 도 1에 도시된 절차에 의하여 경화체로 사용된다.
먼저, 고로 슬래그 미분말과 생석회 분말을 건 혼합하는 건 혼합 단계(S1)가 수행된다.
상기 건 혼합 단계(S1)는 각 분말을 골고루 섞어 상호 균일하게 혼합하도록 하는 단계로 필요 시 기계적 방법으로 수행된다.
상기 건 혼합 단계(S1)에 의하여 생성된 구조용 바인더는 물을 첨가하여 페이스트 상태로 전환시키는 페이스트 단계(S2)가 수행된다.
상기 페이스트 단계(S2)에서 물은 구조용 바인더, 즉 건 혼합분말 100중량부에 대하여 40 내지 60중량부를 혼합한다. 상기 물의 비율은 통상의 시멘트에 사용되는 물의 비율과 동일하다.
상기 페이스트 단계(S2)에서 생성된 페이스트는 성형 단계(S3)에서 특정한 형태로 성형된다.
상기 페이스트는 시멘트와 동일한 점도를 나타내므로, 종래 시멘트를 이용한 성형에는 바로 적용되므로 건축용 또는 토목용에 사용되는 어떠한 형태의 자재로 성형될 수 있으며, 필요한 경우 시멘트와 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 성형 단계(S3) 이후에는 양생 단계(S4)가 수행된다. 시멘트와 동일하게 상온 기준으로 한달 정도의 양생 기간이 필요하여 종래 시멘트와 유사하다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.
실시예 1
실시예 1은 3종 고로 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 생석회 3.9중량부를 건 혼합하고, 물을 혼합물 100중량부에 대하여 40중량부를 혼합하여 페이스트 상태로 만든 후 직경 2.54cm, 높이 2.54cm인 원통형의 시편으로 성형한 후 상온(25℃)의 온도로 양생하였다.
실시예 2
실시예 2는 3종 고로 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 생석회 6.7중량부를 건 혼합하고, 물을 혼합물 100중량부에 대하여 40중량부를 혼합하여 페이스트 상태로 만든 후 직경 2.54cm, 높이 2.54cm인 원통형의 시편으로 성형한 후 상온(25℃)의 온도로 양생하였다.
실시예 3
실시예 3은 3종 고로 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 생석회 14.3중량부를 건 혼합하고, 물을 혼합물 100중량부에 대하여 40중량부를 혼합하여 페이스트 상태로 만든 후 직경 2.54cm, 높이 2.54cm인 원통형의 시편으로 성형한 후 상온(25℃)의 온도로 양생하였다.
실시예 4
실시예 4는 실시예 1과 동일하나 양생온도만 40℃로 변경하였다.
실시예 5
실시예 5는 실시예 2와 동일하나 양생온도만 40℃로 변경하였다.
실시예 6
실시예 6은 실시예 3과 동일하나 양생온도만 40℃로 변경하였다.
시험예 1: 강도시험
시험예 1은 상기 실시예 1 내지 6의 시험편을 양생일별로 압축강도를 측정하였다. 이때 각 실시예별로 3개 시편의 압축강도를 측정하여 그 평균값을 산정하였다. 그리고 시험기는 시멘트 모르타르용 압축강도 테스트기를 이용하여 0.3MPa/sec의 하중 증가 속도로 시험하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

 압축강도 MPa
1일 3일 14일 28일
실시예 1 2.2 13.8 30.6
실시예 2 3.3 18.0 34.4
실시예 3 3.5 30.0 43.5
실시예 4 13.0 23.2 32.1 39.9
실시예 5 14.6 26.5 34.0 41.5
실시예 6 18.0 27.7 45.1 49.2
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 일반적인 포틀랜드 시멘트가 28일 양생 기준으로 38MPa 정도의 압축 강도를 나타내는 것을 기준으로 대비하였을 경우 실시예 4 내지 6은 충분한 압축 강도를 나타냄을 알 수 있다.
또한 14일 기준으로 포틀랜드 시멘트가 대략 28MPa 정도의 압축 강도를 나타내는 것에 비하여 상기 모든 실시예는 포틀랜드 시멘트보다 높은 강도를 나타냄을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 구조용 바인더는 기존 포틀랜드 시멘트와 대체 가능한 압축 강도와 양생 시간을 나타냄을 확인할 수 있다.
시험예 2: 유동성시험
시험예 2에서는 본 발명에 따른 구조용 바인더가 페이스트 상태인 경우 유동성을 포틀랜드 시멘트와 대비한다.
페이스트 상태의 바인더와 포틀랜드 시멘트를 평면에 분포시킨 경우 원형으로 퍼지는 거리를 측정하여 유동성을 비교하였다.
구조용 바인더는 실시예 1의 조성이며, 양자 모두 45중량부의 물을 첨가하여 페이스트를 형성하였다.
양자 모두 4개의 위치에서 원형의 퍼진 거리를 측정하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다.
구조용 바인더 포틀랜드 시멘트
측정위치 1 (mm) 243 228.1
측정위치 2 (mm) 233 225.95
측정위치 3 (mm) 241 232.96
측정위치 4 (mm) 232 225.8
평균 퍼짐 길이(mm) 237 228.2
유동율(%) 138 129
상기 표 2에 도시된 바와 같이, 본원 발명에 따른 구조용 바인더는 포틀랜드 시멘트와 유사한 유동율을 나타냄을 알 수 있었다.
이상의 시험예들을 통하여 본 발명에 따른 구조용 바인더는 포틀랜드 시멘트와 동일한 사용법, 유사한 압축 강도 발현, 동일한 양생 기간 및 동일한 유동성을 나타내므로, 종래 사용되는 포틀랜드 시멘트를 완전히 대체 가능함을 확인할 수 있었다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
S1: 건 혼합 단계 S2: 페이스트 단계
S3: 성형 단계 S4: 양생 단계

Claims (5)

  1. 평균 입경이 16 ㎛ 이하인 고로 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 생석회 분말 2중량부 이상 45중량부 이하를 건 혼합하여 구성되는 고로 슬래그를 포함하는 구조용 바인더.
  2. 삭제
  3. 평균 입경이 16 ㎛ 이하인 고로 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 생석회 분말 2중량부 이상 45중량부 이하를 건 혼합하는 건 혼합 단계;
    상기 단계에서 생성된 건 혼합 분말에 물을 혼합하는 페이스트 단계;
    상기 페이스트 단계에서 생성된 페이스트를 요구하는 형상으로 성형하는 성형단계; 및
    상기 성형단계에서 성형된 페이스트를 양생하는 양생단계로 구성되는 고로 슬래그를 포함하는 구조용 바인더를 이용한 경화체 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 페이스트 단계에서 첨가되는 물은 건 혼합분말 100중량부에 대하여 40중량부 내지 60중량부인 것을 특징으로 하는 고로 슬래그를 포함하는 구조용 바인더를 이용한 경화체 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 양생단계에서 양생은 상온에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고로 슬래그를 포함하는 구조용 바인더를 이용한 경화체 제조 방법.
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