KR101367506B1 - 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물, 그 조성물의 제조방법, 그 조성물을 포함하는 콘크리트 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물, 그 조성물의 제조방법, 그 조성물을 포함하는 콘크리트 구조물에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 평균입도 1 ~ 5mm 정도의 폐유리 골재를 사용하면서도 평균입도 5 ~ 20㎛의 유리연마슬러지를 함유하여 알칼리-실리카 반응을 억제할 수 있는 혼입 콘크리트 조성물 및 조성물을 포함하는 콘크리트에 관한 것이다.

Description

알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물, 그 조성물의 제조방법, 그 조성물을 포함하는 콘크리트 구조물{Admixture composition for concrete comprising glass abrasive sludge and method for manufacturing the concrete}

본 발명은 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물, 그 조성물의 제조방법, 그 조성물을 포함하는 콘크리트 구조물에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 평균입도 1 ~ 5mm 정도의 폐유리 골재를 사용하면서도 유리연마슬러지를 함유하여 알칼리-실리카 반응을 억제할 수 있는 혼입 콘크리트 조성물 및 조성물을 포함하는 콘크리트 구조물에 관한 것이다.

종래 콘크리트에는 강도를 높이기 위해 모래 골재가 배합(모르타르)되게 된다. 그러나 이러한 자연 모래의 고갈로 수급이 불안정하고 콘크리트의 가격이 높아지게 되는 문제가 발생되고 있다.

또한 현재 국내에서는 상당한 양의 유리제품이 생산되고 있으며, 이들이 각각의 용도에 맞게 사용되고 있다. 그러나, 이러한 많은 양의 유리제품들이 그 용도를 다하여 폐기할 때, 타용도의 원료로서, 예컨데 유리섬유, 그라스 비드, 그라스 타일 및 그라스 블록 등에 일부 재활용되고 있으나, 전체 폐유리의 재활용은 그 정도가 크지 않으며, 상당히 많은 양이 폐유리로서 전량 매립되어 폐기 처리되는 실정이다. 이러한 폐유리는 현재 환경오염의 큰 원인이 되고 있다. 따라서 폐유리를 골재로 사용하여 콘크리트를 제조하는 방법을 통해 폐유리의 재활용률을 극대화하고, 환경문제의 대안을 제시 할 수 있으며, 이를 이용하여 콘크리트를 제조하는 방법을 사용하고 있다.

종래 공개된 대한민국 공개특허 제2001-0045071호는 일반콘크리트에 폐유리 골재를 혼입한 콘크리트에 대해 기재하고 있다. 즉, 공개특허 제2001-0045071호에는 시멘트량의 일부를 폐유리분말로 대체하고, 이러한 폐유리분말의 입경은 0.075 ~ 0.04mm정도이고, 함령은 시멘트 전체 중량에 대해 10 ~ 15중량%정도를 갖는다고 기재하고 있다.

또한, 종래 공개된 대한민국 등록특허 제1018009호(발명의 명칭:결합재로 폐유리 미분말과 플라이애취를 이용한 무시멘트콘크리트의 제조방법)는 폐유리 미분말과 플라이애쉬(fly ash)를 이용한 무시멘트 콘크리트의 제조방법에 대해 기재하고 있다. 즉, 시멘트를 대신하여 결합제로서 적정비율의 폐유리 미분말과 플라이애쉬를 동시에 적용한 콘크리트에 대해 기재하고 있다.

그리고, 대한민국 등록특허 제616454호(발명의 명칭:산업폐기물을 이용한 콘크리트 혼화용 조성물, 이를 포함한 콘크리트 고정물 및 콘크리트 구조물) 역시, 플라이애쉬와 폐유리 가공분말을 혼입한 콘크리트 혼화용 조성물을 기재하고 있고, 성분비율에 대해 플라이애쉬 10 ~ 90중량부, 고로슬래그 10 ~150중량부, 입도가 5 ~ 20mm인 바텀애쉬(Bottom ash) 100 ~ 500중량부 및 입경이 1mm이하인 폐유리 가공분말 100 ~ 700중량부를 갖는다고 기재하고 있다.

그러나 이러한 종래 폐유리 골재를 혼입한 콘크리트용 조성물의 경우에 폐유리 골재의 혼입량 및 입경의 크기에 많은 제한이 있으며, 이는 폐유리 골재의 혼입에 따른 알칼리 실리카 반응에 의한 팽창성 겔이 형성되는 것을 막기 위함이다. 이를 위해 폐유리 골재의 경우 입경을 1mm 이하가 되도록 제조하는 공정이 필요하며, 이는 폐유리 골재의 제조단가가 상승하게 되며, 입경에 따라 골재 대체제로써 혼입량이 극히 제한된다. 이에따라 폐유리의 재활용의 범위와 활용에 있어 문제점이 있다.

도 1은 시멘트와 폐유리 골재 간의 알칼리-실리카 반응식을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 폐유리 골재의 주성분은 이산화규소(SiO₂)로 구성되고, 이러한 이산화규소는 시멘트의 알칼리 성분인 산화나트륨(Na2O) 또는 산화칼륨(K2O)과 알칼리-실리카 반응을 발생시키게 된다. 이러한 알칼리-실리카 반응에 의해 시멘트 내에 팽창성 겔이 형성되게 된다.

따라서 폐유리 분말의 입경을 1mm이상이 되게 하면서도 이러한 알칼리-실리카 반응을 억제할 수 있는 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물 및 그 폐유리 혼입 콘크리트 조성물을 포함하는 콘크리트 구조물 및 그 제조방법이 요구되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 일반 콘크리트 조성물로서 폐유리 골재를 혼입하면서도, 유리연마슬러지를 포함시켜 알칼리-실리카 반응을 억제할 수 있는 콘크리트 조성물 및 그 조성물을 포함하는 콘크리트 구조물을 제공하게 된다.

또한, 유리연마슬러지의 혼입으로 포졸란 반응성을 통해, 알칼리-실리카 반응에 의한 콘크리트의 유해 팽창성이 억제되며, 콘크리트 조직은 더욱 치밀해져 내구성을 증가시킬 수 있는 콘크리트 조성물 및 그 조성물을 포함하는 콘크리트 구조물을 제공하게 된다. 그리고, 유리연마슬러지, 폐유리 골재, 플라이애쉬 등 산업부산물을 이용하기 때문에 고내구성을 확보하면서도 환경오염물질을 재활용할 수 있는 콘크리트 조성물 및 조성물을 포함하는 콘크리트 구조물을 제공하게 된다.

본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 목적은 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물에 있어서, 물, 시멘트, 유리연마 슬러지, 폐유리 골재 및 잔골재를 포함하는 것을 특징으로 하는 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물로서 달성될 수 있다.

상유리연마 슬러지의 평균입경은 10 ~ 20㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.

폐유리골재의 평균입경은 1 ~ 5mm인 것을 특징으로 할 수 있다.

유리연마 슬러지 전체 중량에 대하여, 이산화규소, 알루미나 및 산화칼슘이 70중량% 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.

폐유리골재 및 잔골재의 중량합은 시멘트 중량의 1.5 ~ 3배인 것을 특징으로 할 수 있다.

유리연마슬러지와 시멘트는 5 ~ 10 : 90 ~ 95 중량비인 것을 특징으로 할 수 있다.

시멘트는 플라이애쉬를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

플라이애쉬, 시멘트 및 유리연마슬러지의 중량비는 15 ~ 25 : 65 ~ 80 : 5 ~ 10인 것을 특징으로 할 수 있다.

폐유리골재와 잔골재는 10 ~ 20 : 80 ~ 90 중량비를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

유리연마슬러지는 판유리연마슬러지인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 콘크리트 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물로서 달성될 수 있다.

본 발명의 제3목적은 앞서 언급한 콘크리트 조성물의 제조방법에 있어서, 분리수거 공정에서 분리되는 폐유리를 분쇄기를 통해 평균입경이 1 ~ 5mm인 폐유리 골재를 제조하는 단계; 유리가공공정에서 발생되는 평균입경이 10 ~ 20㎛인 유리연마슬러지와 시멘트를 혼합하는 단계; 및 유리연마슬러지와 폐유리골재를 물, 시멘트 및 잔골재와 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물의 제조방법으로서 달성될 수 있다.

물과 시멘트와 혼합하는 단계에서, 유리연마슬러지와 시멘트는 5 ~ 10 : 90 ~ 95 중량비 것을 특징으로 할 수 있다.

물과 시멘트와 혼합하는 단계에서, 폐유리골재와 잔골재는 10 ~ 20 : 80 ~ 90 중량비를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

물과 시멘트와 혼합하는 단계는 플라이애쉬를 더 혼합하는 단계를 더 포함하고, 플라이애쉬와 시멘트 및 유리연마슬러지의 중량비는 15 ~ 25 : 65 ~ 80 : 5 ~ 10인 것을 특징으로 할 수 있다.

폐유리골재와 잔골재는 10 ~ 20 : 80 ~ 90 중량비를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

따라서, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 일반 콘크리트 조성물로서 폐유리 골재를 혼입하면서도, 유리연마슬러지를 포함시켜 알칼리-실리카 반응을 억제할 수 있는 효과를 갖는다

또한, 알칼리-실리카 반응성 증가에 따른 유해 팽창량이 억제되며 콘크리트 조직은 더욱 치밀해져 내구성을 증가시킬 수 있고, 유리연마슬러지, 폐유리 골재, 플라이애쉬 등 산업부산물을 이용하기 때문에 고내구성을 확보하면서도 산업부산물을 재활용할 수 있는 장점이 있으며 고비용의 모래골재를 대체하여 상대적으로 저비용인 폐유리 골재 및 유리연마슬러지를 사용하게 됨으로써 비용을 절감할 수 있는 장점을 갖는다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.

도 1a는 폐유리 주성분과 시멘트의 알칼리 성분 간의 알칼리-실리카 반응식,
도 1b는 알칼리-실리카 반응 전,후의 콘크리트 사진,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물을 적용하였을 때의 알칼리-실리카 반응 시험결과,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 TV 유리연마슬러지와 판유리연마슬러지의 성분비,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 TV 유리연마슬러지와 판유리연마슬러지를 함유하였을 때의 시간에 따른 압축강도 그래프,
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 판 유리연마슬러지의 함유량과 시간에 따른 팽창률 그래프,
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 TV 유리연마슬러지의 함유량과 시간에 따른 팽창률 그래프,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 TV 유리연마슬러지의 함유량과 시간에 따른 팽창률 그래프,
도 8a는 유리가공공정에서 발생되는 유리연마슬러지의 분쇄전 사진,
도 8b는 분쇄기에 의해 유리연마슬러지의 평균입경으 5 ~ 20㎛로 구성되어 지도록 분쇄한 후의 사진,
도 8c는 분쇄된 유리연마슬러지를 SEM촬영한 사진,
도 9는 본 발명의 일실시예에 콘크리트 조성물에 혼입되는 유리연마슬러지의 성분구성비,
도 10은 본 발명의 일실시예에 콘크리트 조성물에 혼입되는 유리연마슬러지의 입경 분포도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 시멘트 일부를 유리연마슬러지와 플라이애쉬로 대체한 콘크리트 조성물의 배합표,
도 12는 도 11의 배합에 따른 압축강도 시험결과표,
도 13은 도 11의 배합에 따른 압축강도 시험결과그래프,
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 조성물의 구성인 시멘트, 유리연마슬러지, 플라이애쉬, 잔골재, 유리골재의 비중표,
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 시멘트 일부를 유리연마슬러지와 플라이애쉬로 대체하고, 잔골재 일부를 폐유리골재로 대체한 콘크리트 조성물의 배합표
도 16은 도 15의 배합에 대한, 시간에 따른 팽창률 표,
도 17a는 도 15의 배합에 대한 시간에 따른 팽창률 그래프,
도 17b는 도 15의 배합에 대한 시간에 따른 팽창률 그래프를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물을 적용하였을 때의 알칼리-실리카 반응 시험결과를 나타낸 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 폐유리골재와 유리연마슬러지의 비율에 따른 알칼리-실리카 반응성 실험에 대한 결과는 폐유리의 입경이 75㎛이하인 경우로 그 팽창성이 0.1%이하가 되는 경우 유해성은 없는 것으로 판단된다. 즉, 일반콘크리트는 시멘트와 잔골재만을 사용한 것으로 14일후에 0.078%의 팽창성이 존재함을 알 수 있다. 도 2의 위에서 두번째 일반콘크리트+플라이애시 10은 위에서 첫번째 성분에서 시멘트의 10%를 플라이애시로 치환하여 사용하였을 경우의 실험결과에 해당한다. 시멘트의 10%정도를 산업폐기물 중 하나인 플라이애시로 치환하더라도 알칼리-실리카 반응은 오히려 감소되는 것을 알 수 있다.

도 2의 위에서 세번째는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 콘크리트 조성물로서 위에서 첫번째에 기재된 일반콘크리트에서 시멘트 10%를 유리연마슬러지로 치환하고, 시멘트 10%를 플라이 애시(FA)로 치환하고, 잔골재의 전체중량의 25%를 폐유리골재로 치환하여 사용한 경우의 실험결과에 해당한다. 도시된 바와 같이, 시멘트 일부를 산업폐기물인 플라이애시, 유리연마슬러지로 치환하고, 잔골재 일부를 폐유리로 치환하더라도 알칼리-실리카 반응은 더욱 감소하게 됨을 알 수 있다.

도 2의 위에서 4번째 기재된 잔골재 25%를 폐유리 골재로 치환한 경우 알칼리-실리카 반응이 유해할 정도로 크지는 않으나 이는 폐유리 골재의 입경이 75㎛이하이기 때문에 가능한 것이고, 폐유리 골재의 입경이 1mm이상이 되는 경우는 알칼리-실리카 반응이 유해할 정도로 크게 된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물의 사진을 도시한 것이다. 또한, 유리연마슬라지는 TV유리연마슬러지 또는 판유리연마슬러지일 수 있다. 이러한 유리연마슬러지는 유리공정에서 발생되는 부산물로 연간 30만톤 정도가 발생된다. 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트용 혼화제 조성물에 혼입되는 유리연마슬러지는 이산화규소(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화칼슘(CaO) 등을 함유하고 있고, 이러한 이산화규소(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화칼슘(CaO)의 전체함량은 유리연마슬러지의 전체 중량에 대해 약 70%이상을 차지하게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 TV 유리연마슬러지와 판유리연마슬러지의 성분비를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 구체적실시예에서, TV유리연마슬러지(SS)는 전체중량에 대해 이산화규소 59.10중량%, 알루미나 11.70중량%, 산화칼슘 1.21중량%를 포함하고 있고, 이들의 합이 70중량%이상임을 알 수 있다. 기타 산화철(Fe2O3) 0.3중량%, 산화마그네슘(MgO) 1.40중량%, 산화칼륨(K2O) 2.25중량%, 산화나트륨(Na2O) 2.13중량%, 삼산화황(SO3) 0.2중량%를 포함하고 있다.

또한, 본 발명의 구체적실시예에서, 판유리연마슬러지(DS)는 전체중량에 대해 이산화규소 66.90중량%, 알루미나 1.14중량%, 산화칼슘 7.38중량%를 포함하고 있고, 이들의 합이 70중량%이상임을 알 수 있다. 기타 산화철(F_e2O₃) 0.16중량%, 산화마그네슘(MgO) 3.82중량%, 산화칼륨(K₂O) 0.28중량%, 산화나트륨(Na₂O) 9.49중량%, 삼산화황(SO₃) 0.18중량%, 염소이온(Cl^-) 0.06중량%를 포함하고 있다.

이하에서는 일반콘크리트(시멘트+물+잔골재)와 일반콘크리트의 시멘트 일부를 TV유리연마슬러지(브라운관 등 통상 TV재료에 쓰여지는 유리공정에서 발생되는 유리연마슬러지) 또는 판유리연마슬러지로 치환한 경우에 압축강도, 팽창률의 실험결과에 대해 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 TV 유리연마슬러지(SS)와 판유리연마슬러지(BS)를 함유하였을 때의 시간에 따른 압축강도 그래프를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, Plain은 실험의 비교대상이 되는 일반콘크리트로서 시멘트, 물, 잔골재를 포함하고, 잔골재는 시멘트 중량대비 1/2 ~ 1/3정도이다. SS5%는 일반콘크리트에서 시멘트 5%중량을 TV유리연마슬러지로 치환한 경우이고, SS10%는 일반콘크리트에서 시멘트 10%중량을 TV유리연마슬러지로 치환한 경우, SS20%는 일반콘크리트에서 시멘트 20%중량을 TV유리연마슬러지로 치환한 경우, SS30%는 일반콘크리트에서 시멘트 30%중량을 TV유리연마슬러지로 치환한 경우의 실험결과에 해당한다. 반면, BS5%는 일반콘크리트에서 시멘트 5%중량을 판유리연마슬러지로 치환한 경우이고, BS10%는 일반콘크리트에서 시멘트 10%중량을 판유리연마슬러지로 치환한 경우, BS20%는 일반콘크리트에서 시멘트 20%중량을 판유리연마슬러지로 치환한 경우, BS30%는 일반콘크리트에서 시멘트 30%중량을 판유리연마슬러지로 치환한 경우의 실험결과에 해당한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 압축강도는 시멘트 일부를 판유리연마슬러지로 치환한 경우에 더욱더 상승하게 되며, 5 ~ 10중량%정도를 치환한 경우가 가장 크게 상승하게 됨을 알 수 있다.

도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 판 유리연마슬러지의 함유량과 시간에 따른 팽창률 그래프를 도시한 것이고, 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 TV 유리연마슬러지의 함유량과 시간(days)에 따른 팽창률 그래프를 도시한 것이다. 또한, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 TV 유리연마슬러지의 함유량과 시간(weeks)에 따른 팽창률 그래프를 도시한 것이다.

도 7a, 도 7b 및 도 8에 도시된 바와 같이, 일반콘크리트에 함유된 시멘트 일부를 유리공정에서 발생되는 폐기물인 유리연마슬러지로 치환하여 사용하게 되는 경우 팽창률이 감소하게 됨을 알 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 유리연마슬러지, 폐유리골재를 함유하는 콘크리트 조성물의 구성과 실험결과에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 일실시예에 따른 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물은 폐유리 골재의 입경을 1mm이상으로 하여 사용하면서도 알칼리-실리카 반응이 억제될 수 있는 콘크리트 조성물에 해당한다.

본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 조성물의 성분비는 시멘트와 물 그리고 잔골재(시멘트 중량과 잔골재의 중량비는 2 ~ 3 : 1)가 포함된 일반콘크리트를 기준으로 할 때 시멘트 전체 중량에서 5 ~ 10중량%정도를 유리연마슬러지로 치환하고(예를 들어 일반콘크리트에 포함된 시멘트가 100kg라고 할 때, 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 조성물은 시멘트 93kg에 유리연마슬러지 7kg정도를 포함), 일반콘크리트에 포함된 잔골재 전체중량의 10 ~ 20 중량%정도를 폐유리골재로 치환(예를 들어 일반콘크리트에서 잔골재의 중량이 50kg이라고 할때, 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 조성물은 잔골재 42kg, 폐유리골재 8kg)한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 조성물은 일반콘크리트에 함유되는 시멘트 일부를 플라이애시 및 슬리그미분말 중 적어도 어느 하나로 치환, 대체하여 사용할 수 있다. 그 성분비는 일반콘크리트에 포함된 시멘트 전체중량에 대해 15 ~ 25중량%정도를 치환(예를 들어 일반콘크리트에 포함된 시멘트가 100kg라고 할 때, 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 조성물은 시멘트 73kg에 플라이애시 20kg, 유리연마슬러지 7kg정도를 포함)하고, 일반콘크리트에 포함된 시멘트 전체중량에 대해 45 ~ 55중량%정도를 치환(예를 들어 일반콘크리트에 포함된 시멘트가 100kg이었다고 할 때, 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 조성물은 시멘트 23kg, 플라이에시 20kg, 슬리그미분말 50kg, 유리연마슬러지 7kg)한 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명은 이러한 성분비를 갖는 콘크리트 조성물로 구성되어, 기존의 일반콘크리트에 비해 시멘트 양을 현저히 감소시키면서 강도를 유지 상승시키고, 알칼리-실리카 반응을 억제시키는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 앞서 설명한 성분비에 따른 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 조성물의 팽창률, 압축강도 등의 실험결과를 설명하도록 한다. 먼저, 본 발명의 일실시예에 따라 시멘트 일부에 대체되어 사용되어 지는 유리연마슬러지의 평균입경으 5 ~ 20㎛로 구성되어 지는 것을 특징으로 한다. 도 8a는 유리가공공정에서 발생되는 유리연마슬러지의 분쇄전 사진을 도시한 것이고, 도 8b는 분쇄기에 의해 유리연마슬러지의 평균입경으 5 ~ 20㎛로 구성되어 지도록 분쇄한 후의 사진을 도시한 것이고, 도 8c는 분쇄된 유리연마슬러지를 SEM촬영한 사진을 도시한 것이다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 조성물에 혼입되어지는 유리연마슬러지의 평균입도는 약 14.65㎛정도에 해당함을 알 수 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 콘크리트 조성물에 혼입되는 유리연마슬러지의 성분구성비를 도시한 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 유리연마슬러지를 구성하는 이산화규소, 알루미나와 산화칼슘을 합친 중량이 유리연마슬러지의 전체중량의 70%임을 알 수 있다. 도 10은 본 발명의 일실시예에 콘크리트 조성물에 혼입되는 유리연마슬러지의 입경 분포도를 나타낸 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 조성물에 혼입되어지는 유리연마슬러지의 평균입도는 약 14.65㎛정도에 해당함을 알 수 있다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 시멘트 일부를 유리연마슬러지와 플라이애쉬로 대체한 콘크리트 조성물의 배합표를 나타낸 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이 이하에 나타낼 실험결과는 시멘트 일부를 플라이애쉬와 유리연마슬러지로 치환(대체)한 경우의 압축강도에 대한 것이다. 도 11에 도시된 W/C는 물과 시멘트의 배합으로 MIX1,2,4,5는 W/C가 0.45이고, W/C는 0.40임을 알 수 있다. FA(%)는 시멘트를 플라이애쉬와 유리연마슬러지로 치환하지 않았을 때의 시멘트 전체 중량에서 20중량% 또는 10중량%의 시멘트를 플라이애쉬로 치환한 경우(MIX 1,2,3)을 나타낸 것이고, WGS(%)는 시멘트를 플라이애쉬와 유리연마슬러지로 치환하지 않았을 때의 시멘트 전체 중량에서 5중량% 또는 10중량%의 시멘트를 유리연마슬러지로 치환한 경우(MIX 2,3,4,5)를 나타낸 것이다. 예를 들어, MIX3의 경우 물과 시멘트의 배합비(W/C)는 0.40이고, 시멘트와 플라이애쉬, 유리연마슬러지의 중량비율은 시멘트 80중량%, 플라이애쉬 10중량%, 유리연마슬러지 10중량%가 된다.

도 12는 도 11의 배합에 따른 압축강도 시험결과표를 나타낸 것이다.또한, 도 13은 도 11의 배합에 따른 압축강도 시험결과그래프를 도시한 것이다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 압축강도는 시멘트 일부를 플라이애쉬와 유리연마슬러지로 치환하였을 때 가장 크게 증가하게 됨을 알 수 있다. 또한, 시멘트를 플라이애쉬로 치환하는 것보다 유리연마슬러지 약 5%정도로 치환하는 경우 압축강도가 현저히 증가하게 됨을 알 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따라 시멘트일부를 유리연마슬러지, 플라이애쉬로 치환하고, 잔골재 일부를 폐유리골재로 치환한 경우의 콘크리트 조성물의 배합비 및 그 배합비에 따른 압축강도와 팽창률 변화 시험결과에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 조성물의 구성인 시멘트, 유리연마슬러지, 플라이애쉬, 잔골재, 유리골재의 비중표를 도시한 것이다. 그리고, 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 시멘트 일부를 유리연마슬러지와 플라이애쉬로 대체하고, 잔골재 일부를 폐유리골재로 대체한 콘크리트 조성물의 배합표를 도시한 것이다. No.1 Control은 기준이 되는 콘크리트 조성물로서 물, 시멘트, 잔골재를 포함하고 있고, 물/시멘트의 비율은 0.47이고, 잔골재/시멘트 비율을 2.25이다. 그리고, No.2 ~ 10은 No.1과 비교하여 예를들어 No.8(WGS10FA0WGA25)는 No.1에 포함된 시멘트 중량의 10중량%를 유리연마슬러지로 치환하고(즉, 시멘트 90중량%와 유리연마슬러지 10중량%), 잔골재 중량의 25중량%를 폐유리골재로 치환(즉, 잔골재 75중량%, 폐유리골재25중량%)한 것을 의미한다.

또한, No.5(WGS는 No.1에 포함된 시멘트 중량의 10중량%를 유리연마슬러지로 치환하하고, 또한, 시멘트 중량의 10중량%를 플라이애쉬로 치환(즉, 시멘트 80중량%, 유리연마슬러지 10중량%, 플라이애쉬 10중량%)한 것을 의미한다.

도 16은 도 15의 배합에 대한, 시간에 따른 팽창률 표를 도시한 것이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 시멘트 일부를 유리연마슬러지 및/또는 플라이애쉬로 치환하고, 잔골재 일부를 폐유리골재로 치환한 경우 팽창률이 감소하게 됨을 알 수 있다. 또한, 도 17a 및 도 17b는 도 15의 배합에 대한 시간에 따른 팽창률 그래프를 도시한 것이다. 도 17a 및 도 17b에 도시된 바와 같이, 시멘트 일부를 유리연마슬러지 및/또는 플라이애쉬로 치환하고, 잔골재 일부를 폐유리골재로 치환한 경우 팽창률이 감소하게 됨을 알 수 있다.

1:알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물이 포함된 콘크리트

Claims (16)

1. 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물에 있어서,
   물, 시멘트, 유리연마 슬러지, 폐유리 골재, 잔골재 및 플라이애쉬를 포함하고,
   상기 유리연마 슬러지의 평균입경은 10 ~ 20㎛이고,
   상기 폐유리골재의 평균입경은 1 ~ 5mm이며,
   상기 유리연마 슬러지 전체 중량에 대하여, 이산화규소, 알루미나 및 산화칼슘이 70중량% 이상이고,
   상기 폐유리골재 및 상기 잔골재의 중량합은 상기 시멘트 중량의 1.5 ~ 3배이고,
   상기 플라이애쉬, 상기 시멘트 및 상기 유리연마슬러지의 중량비는 15 ~ 25 : 65 ~ 80 : 5 ~ 10이고,
   상기 폐유리골재와 상기 잔골재는 10 ~ 20 : 80 ~ 90 중량비를 갖으며,
   상기 유리연마슬러지는 판유리연마슬러지인 것을 특징으로 하는 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물.
   
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11. 제 1항의 콘크리트 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물.
    
12. 제1항에 따른 콘크리트 조성물의 제조방법에 있어서,
    분리수거 공정에서 분리되는 폐유리를 분쇄기를 통해 평균입경이 1 ~ 5mm인 폐유리 골재를 제조하는 단계;
    유리가공공정에서 발생되는 평균입경이 10 ~ 20㎛mm인 유리연마슬러지와 상기 폐유리 골재를 혼합하는 단계; 및
    상기 유리연마슬러지와 상기 폐유리골재를 물, 시멘트 및 잔골재와 혼합하는 단계를 포함하고,
    상기 물과 시멘트와 혼합하는 단계에서,
    상기 폐유리골재와 상기 잔골재는 10 ~ 20 : 80 ~ 90 중량비를 갖고,
    상기 물과 시멘트와 혼합하는 단계는
    플라이애쉬를 더 혼합하는 단계를 더 포함하고,
    상기 플라이애쉬와 상기 시멘트 및 상기 유리연마슬러지의 중량비는 15 ~ 25 : 65 ~ 80 : 5 ~ 10이며,
    상기 폐유리골재와 상기 잔골재는 10 ~ 20 : 80 ~ 90 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 알칼리­실리카 반응억제 폐유리 골재 혼입 콘크리트 조성물 제조방법.
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