KR101312088B1

KR101312088B1 - 초기 강도가 향상된 슬래그 시멘트 제조방법

Info

Publication number: KR101312088B1
Application number: KR1020110084569A
Authority: KR
Inventors: 장두희; 서병현
Original assignee: 쌍용양회공업(주)
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-09-25
Also published as: KR20130021967A

Abstract

초기 강도가 향상된 슬래그 시멘트 제조 방법이 개시된다. 본 발명은 시멘트 킬른으로부터 알칼리, 생석회 및 염소를 포함하는 잠재 수경성 자극성 클링커를 추출하는 단계; 및 상기 추출된 자극성 클링커를 슬래그 시멘트와 혼합하는 단계를 포함하는 슬래그 시멘트 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 초기 강도가 향상된 슬래그 시멘트를 경제적인 방식으로 대량 제조할 수 있게 된다.

Description

초기 강도가 향상된 슬래그 시멘트 제조방법{Manufacturing Method Of Slag-Cement With Improved Initial Strength}

본 발명은 슬래그 시멘트의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬래그 시멘트의 초기 강도를 향상시키는 제조 방법에 관한 것이다.

슬래그 시멘트는 시멘트 클링커와 고로 슬래그에 적당량의 석고를 가하여 분말로 하거나 시멘트 클링커, 고로 슬래그 또는 석고를 조합시켜 분말로 한 것을 충분히 혼합한 제품으로 산업 부산물을 활용하는 차원에서 사용이 꾸준히 증가하고 있으나 몇 가지 품질상의 문제로 사용이 제약되어진다.

고로슬래그는 고로에서 철을 제조할 때 1350~1550℃의 고온에서 생성된다. 철광석이나 코크스 중의 회분에 존재하는 SiO₂와 Al₂O₃ 등이 석회의 CaO와 반응하여 슬래그를 생성하는데 슬래그는 철보다 가벼우므로 선철과 분리 된다. 슬래그의 주성분은 CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO 등 4성분이 93~98%를 차지하며 소량의 MnO, FeO, S 및 알칼리를 함유하고 있다. 서냉된 슬래그는 결정화되어 반응성이 부족하나 용융된 슬래그를 급냉하면 잠재 수경성 (latent hydraulic property)을 갖는 유리질 슬래그가 되며 흔히 용융 슬래그에 고압의 물을 살수시켜 급냉하므로 수쇄 슬래그라고도 한다. 잠재 수경성이란 물과 접할 때 슬래그는 자체적으로 수화반응을 일으키지는 않으나, 포틀랜드 시멘트 혹은 알칼리, 생석회, 염소와 같은 자극성 물질과 함께 혼합할 경우에 반응하여 수경성을 나타내는 성질을 말한다.

슬래그시멘트의 수화 반응은 슬래그를 물에 녹이면 처음에는 소량 녹지만 Ca² ⁺가 결핍된 보호층이 형성되어 더 이상의 반응을 방해한다. 그러나 시멘트가 수화되면서 생성되는 자극성 물질로 인하여 활성화되며, 아래 식과 같이 슬래그 내에 있는 CaO와 SiO₂분이 용출하여 CaO-SiO₂-H₂O계 수화물 로 생성되며 경화된다. 또한, Al₂O₃분도 용출하여 CaO-Al₂O₃-H₂O계 수화물 로 생성되고 석고의 존재하에서는 에트린자이트(Ettringite)와 같은 수화물로 생성되어 강도를 발현한다.

6×2CaO·Al₂O₃·SiO₂ + 68.5 H₂O → 5CaO·6SiO₂·10.5H₂O + 5 × CaO·Al₂O₃·10H₂O + 2CaO·Al₂O₃·8H₂O

슬래그시멘트는 시멘트가 수화하며 용출되는 자극성 물질에 의하여 수화가 진행되기 때문에 초기강도가 일반 시멘트에 비하여 낮아 건설 현장에서 거푸집 탈형이 지연되는 단점이 있으며, 슬래그 함유량이 많을수록 더 심각해진다.

한편, 알칼리, 생석회, 염소와 같은 자극성 물질의 가격이 비교적 고가이므로 이를 직접 슬래그 시멘트에 적용하여 사용하기에는 경제성이 없다는 단점이 있다.

따라서, 이러한 슬래그 시멘트의 이러한 품질상의 문제점의 하나인 초기강도 향상을 위하여 슬래그시멘트 제조시에 사용이 가능한 경제성이 높은 클링커 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 포틀랜드 시멘트 제조 공정을 이용하여 슬래그 시멘트의 초기 수화 강도를 향상시킬 수 있는 슬래그 시멘트 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 경제적인 방법으로 초기 수화 강도가 우수한 슬래그 시멘트 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 초기 강도가 향상된 슬래그 시멘트를 대량으로 생산할 수 있는 효과적인 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 시멘트 킬른으로부터 K2O, 생석회 및 염소를 포함하는 잠재 수경성 자극성 클링커를 추출하는 단계; 및

상기 추출된 자극성 클링커를 슬래그시멘트와 혼합하는 단계를 포함하는 슬래그시멘트 제조 방법을 제공한다.

본 발명에서 상기 자극성 클링커 100 중량부에는 K2O 10~30 중량부; 생석회 15~40 중량부, 염소 5~25 중량부 함유되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 상기 혼합 단계에서 상기 자극성 클링커는 0.05~0.50 중량% 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 초기강도가 향상된 슬래그 시멘트를 경제적으로 대량 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 시멘트 클링커 제조를 위한 공정 흐름을 도시한 개략도 이다.
도 2는 본 발명에 사용된 분급기에 대한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 사용된 클링커 파쇄기에 대한 개략도이다.

통상의 시멘트 제조공정, 예컨대 포틀랜드시멘트 제조 공정에서 제조된 클링 커는 CaO 함량은 높은 반면, K₂O와 Cl은 낮다.

본 발명의 발명자들은 K₂O와 Cl의 함유량을 높이기 위해, 시멘트 클링커 제조에 사용되는 시멘트 킬른 장치(예열기 및 킬른 포함)의 적정 위치를 탐색하였다.

도 1은 본 발명의 시멘트 클링커 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 제조장치는 예열기(1), 시멘트 킬른(2), 클링커 쿨러 (Cooler; 3)와 같은 통상의 클링커 제조장치를 포함하여 구성된다.

이와 같은 통상의 클링커 제조장치에서 예열기(1)는 다단으로 구성된다.

예열기(1)의 상부에서는 CaO는 다량 함유되어 있으나, K₂O와 Cl은 낮은 함량을 갖는다. 예열기 하단으로 갈수록 K₂O와 Cl의 함량이 증가하며, 본 발명자들은 예열기(1)와 킬른(2) 사이가 가장 적합한 것을 발견하였다.

이러한 발견에 기초하여, 본 발명의 제조장치는 킬른(2) 유입구에 자극 물질 추출기(4)를 구비한다. 추출기(4)로부터 추출된 추출가스는 분급기(5), 냉각 기(6), 집진기(7)를 거치는데, 집진기(7)에 필터링 된 자극성 클링커는 저장 탱크(9)에 저장된다.

도 2는 본 발명에 사용 가능한 분급기(5)를 보다 상세히 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 분급기(5)에는 부가적으로 자극성 클링커의 함량을 원하는 수준으로 일정하게 추출되도록 가변 삽입형 플레이트(Plate; 5-a)가 구비될 수 있다. 이 플레이트는 자극성 클링커의 성분 농도를 조정한다. 플레이트가 분급기 내로 삽입된 길이에 따라 가스 포집 효율이 선택적으로 조정 가능하게 되고, 클링커 내 자극성 클링커의 함량이 조정된다.

또한, 본 발명에서는 추출되는 자극성 클링커의 입도 균질화를 위해 부가적 장치를 구비할 수 있다.

예를 들어 분급기(5)의 가변 플레이트(5-a)를 깊이 삽입하여 포집효율을 낮게 하면 K₂O와 Cl의 함량은 낮아진다. K₂O와 Cl의 함량을 올리기 위하여서는 가변 플레이트(5-a)의 삽입깊이를 최소로 하면 가능하게 된다.

도 3은 본 발명에 사용 가능한 저장 탱크와 주변 장치를 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 저장 탱크(9)에 저장된 자극성 클링커는 컨베이어(13)를 통해 저장 빈(10)에 투입된다. 투입된 자극성 클링커는 파쇄기(11)를 거쳐 분쇄되며, 분쇄된 자극성 클링커는 이송장치(2)를 통해 다시 저장 탱크로 투입된다. 이와 같은 순환에 의해 입도 산포를 낮추고 균질한 입도를 갖는 자극성 물질의 제조가 가능하다.

실시예

본 발명의 슬래그시멘트 품질 향상을 위한 클링커를 제조하기 위한 원료의 화학조성은 표 1과 같다.

(단위 중량%)

항목	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	K₂O	Cl	LOI
석회석	6.77	2.48	1.31	2.57	47.64	0.51	0.004	38.7
규석	90.45	4.74	1.34	0.23	0.71	1.31	0.004	0.79
점토	63.69	20.06	6.43	0.43	2.38	1.93	0.004	4.60
철질	34.34	16.61	1.16	4.84	42.58	0.35	0.03	-

이들 원료들을 혼합하여 조합원료를 만들어 도 1의 시멘트 클링커 제조 장치에 투입한 후, 추출된 초기강도 개선용 클링커의 화학조성은 표 2와 같다.

(단위 중량%)

SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	K₂O	Cl	LOI
4~11	1~5	0~2	1~3	15~40	10~30	5~25	15~25

표 2와 같이, 로타리 킬른의 배기가스 추출장치를 이용하여 포집된 클링커는 잠재 수경성에 대한 자극제인 알칼리(K₂O) 및 생석회(CaO), 염소(Cl)의 함량이 높아 잠재 수경성을 자극하는 물질이 풍부한 것으로 나타났다.

제조된 초기강도 개선용 클링커를 상용 슬래그 시멘트(슬래그 함량 50% 전후)의 슬래그 시멘트에 내할로 0.07% 사용한 제품의 압축강도 평가 결과를 표3에 나타내었다.

항목		미사용(a)	사용(b)	대비 (b-a)
압축강도 (MPa)	3일	18.4	19.5	1.1
	7일	32.6	33.8	1.2
	28일	59.3	61.0	1.7

미사용한 경우와 대비하여 초기강도를 포함한 전재령에서 강도 증진이 이루어 진 것으로 나타났다.

제조된 초기강도 개선용 클링커를 상용 슬래그 시멘트(슬래그 함량 50 % 전후)에 내할로 0.08% 사용한 제품의 압축강도 평가 결과를 표3에 나타내었다.

항목		미사용(a)	사용(b)	대비 (b-a)
압축강도 (MPa)	3일	23.8	24.8	1.0
	7일	39.4	41.6	2.2
	28일	65.4	64.1	-0.7

미사용한 경우와 대비하여 초기강도 및 7일강도에서 강도 증진이 이루어 진 것으로 나타났다.

본 발명의 슬래그 시멘트에는 초기 강도 개선용 클링커는 0.5 중량%까지 포함될 수 있다. 0.50 중량% 이상 사용시에는 슬래그 시멘트의 염소농도가 지나치게 높아져 레디믹스트 콘크리트의 염화물 함유량 기준을 초과할 가능성이 있으므로 주의가 필요하다.

1 : 예열기
2 : 킬른
3 : 클링커 쿨러(Cooler)
4 : 클링커 추출장치
5 : 분급기 5-a : 가변 플레이트
6 : 냉각기
7 : 집진기
8 : 배기가스 추출용 팬
9 : 클링커 저장 탱크
10 : 클링커 저장 빈(Bin)
11 : 파쇄기
12 : 이송장치
13 : 외부 순환용 스크류 컨베이어

Claims

시멘트 킬른으로부터 K2O, 생석회 및 염소를 포함하는 잠재 수경성 자극성 클링커를 추출하는 단계; 및
상기 추출된 자극성 클링커를 슬래그시멘트와 혼합하는 단계를 포함하고,
상기 혼합 단계에서 상기 자극성 클링커는 0.05~0.50 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 슬래그시멘트 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 자극성 클링커 100 중량부에는 K2O 10~30 중량부; 생석회 15~40 중량부, 염소 5~25 중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 슬래그 시멘트 제조 방법.
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