KR101553371B1 - 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법 및 이에 의해 제조된 콘크리트 - Google Patents

재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법 및 이에 의해 제조된 콘크리트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고로 슬래그가 혼합된 시멘트에 고로 슬래그로 구성되는 재활용 골재의 혼합에 의해 콘크리트의 수화발열 속도가 저감되면서 콘크리트의 온도상승을 억제하고, 콘크리트의 장기 강도가 가일층 향상되며, 고로 슬래그로 구성된 입경이 큰 골재와 입경이 작은 골재의 혼합에 의해 수밀성이 가일층 향상됨은 물론, 콘크리트의 유동성이 뛰어나고, 고강도의 콘크리트를 얻을 수 있으면서, 자연산 골재에 의한 환경오염이나 자연훼손을 발생시키는 인조골재의 대체용으로 폐기되는 고로 슬래그를 시멘트 및 골재로 재활용하여 가일층 높은 압축강도를 나타낼 수 있도록 한 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법 및 이에 의해 제조된 콘크리트에 관한 것이다.
그 기술적인 구성은, (a) 분쇄기를 통하여 고로 슬래그를 입경이 큰 굵은 골재와 입경이 작은 잔 골재로 각각 분쇄하는 단계;
(b) 상기 (a)단계의 굵은 골재 및 잔 골재와, 고로 슬래그와 포클랜드 시멘트 및 석고가 혼합되는 시멘트, 혼화제의 혼합물을 준비하는 단계;
(c) 상기 (b)단계의 혼합물 전체 중량%에 대하여 6~8 중량%의 물을 투입하여 믹서기 내부에서 일정한 속도로 믹싱(mixing)하여 혼합하는 단계;
(d) 상기 (c)단계의 믹서기 내부에 믹싱 혼합된 혼합물은 30~40분 이내에 형틀에 투입하여 굵은 골재 및 잔 골재와 시멘트가 골고루 섞여 유동성을 유지하도록 진동기를 통하여 진동을 가하는 단계; 및
(e) 상기 (d)단계의 진동기를 통하여 진동 완료된 혼합물을 양생하여 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트를 완성하는 단계;로 이루어지는 것을 요지로 한다.

Description

재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법 및 이에 의해 제조된 콘크리트{a manufacturing method for concrete using blast furnace slag and manufactured thereof}
본 발명은 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법 및 이에 의해 제조된 콘크리트에 관한 것으로, 보다 상세하게로는 고로 슬래그가 혼합된 시멘트에 고로 슬래그로 구성되는 재활용 골재의 혼합에 의해 콘크리트의 수화발열 속도가 저감되면서 콘크리트의 온도상승을 억제하고, 콘크리트의 장기 강도가 가일층 향상되며, 고로 슬래그로 구성된 입경이 큰 골재와 입경이 작은 골재의 혼합에 의해 수밀성이 가일층 향상됨은 물론, 콘크리트의 유동성이 뛰어나고, 고강도의 콘크리트를 얻을 수 있으면서, 자연산 골재에 의한 환경오염이나 자연훼손을 발생시키는 인조골재의 대체용으로 폐기되는 고로 슬래그를 시멘트 및 골재로 재활용하여 가일층 높은 압축강도를 나타낼 수 있도록 한 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법 및 이에 의해 제조된 콘크리트에 관한 것이다.
일반적으로 알려져있는 고로 슬래그는 용광로(고로)에서 선철과 동시에 생성되는 용융 고로 슬래그를 고압의 물이나 공기로 급랭시켜 얻어지게 되며, 이때 상기 고로로부터 슬래그가 배출되면서 고압의 물을 분사하여 결정상이 갖추어지지 않고 비결정상의 모래 형태 입자로 생성된다.
따라서, 상기와 같은 고로 슬래그를 건조, 미분쇄하는 공정을 거쳐 미분말화하여 시멘트 원료 또는 콘크리트의 혼화재 등으로 널리 재활용하고 있는 실정인 것이다.
상기와 같은 고로 슬래그를 사용하여 제조한 콘크리트는, 고로 슬래그에 포틀랜드 시멘트를 혼합한 재활용 시멘트에 고로 슬래그 골재를 포함하는 것이며, 이와 같은 고로 슬래그를 사용한 콘크리트는 콘크리트의 수밀성 및 화학적 내구성이 좋은 장점이 있으나, 수화열이 낮기 때문에 콘크리트의 응결지연 즉, 초기강도가 저하되는 단점이 있는 것이다.
한편, 최근에는 시멘트와 생석회(CaO), 실리카(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), T-Fe 및 삼산화황(SO3)을 포함하고, 여기에 고로 슬래그 골재를 혼합하여 콘크리트의 유동성 및 압축강도를 향상시킴으로써 천연 골재 자원에 대체할 수 있도록 한 고로 슬래그 골재를 이용한 콘크리트가 대한민국 등록특허공보 제 10-1250565호에 알려져 있다.
그 기술적인 구성은, 시멘트에 20 내지 50 중량%의 생석회(CaO), 10 내지 60 중량%의 실리카(SiO2), 5 내지 20 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 1 내지 15 중량%의 산화마그네슘(MgO), 0.5 내지 10 중량%의 T-Fe 및 0.1 내지 10 중량%의 삼산화황(SO3)를 포함하고, 단위용적중량이 1.52 내지 1.75 kg/L인 고로 슬래그 골재를 1 : 2 내지 3.375의 중량비로 혼합하는 구성으로 이루어진다.
따라서, 상기와 같은 조성을 갖는 고로 슬래그 골재를 이용한 콘크리트는, 이를 활용시 콘크리트의 유동성을 향상시킬 수 있고, 압축 강도를 증진시킬 수 있으며, 철강 공정에서 발생하는 산업 부산물인 고로 슬래그를 콘크리트에 활용하여 고부가가치로서 활용할 수 있는 것이다.
그러나, 상기와 같은 고로 슬래그 골재를 이용한 콘크리트는 천연 골재자원의 대체 효과가 우수한 반면에, 일반 포틀랜드 시멘트에 생석회(CaO), 실리카(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등을 균일한 크기의 고로 슬래그와 혼합함으로써, 고로 슬래그 골재를 이용한 콘크리트의 제작이 어렵고, 제품의 단가가 상승함은 물론, 특히 상기 균일한 크기의 고로 슬래그가 골재로써 활용되어 콘크리트의 중요한 특성인 수밀성 및 강도가 비교적 낮게 되는 등 많은 문제점이 있는 것이다.
대한민국 등록특허공보 제 10-1250565호
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 개선시키기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 고로 슬래그가 혼합된 시멘트에 고로 슬래그로 구성되는 재활용 골재의 혼합에 의해 콘크리트의 수화발열 속도가 저감되면서 콘크리트의 온도상승을 억제하고, 콘크리트의 장기 강도가 가일층 향상되며, 고로 슬래그로 구성된 입경이 큰 골재와 입경이 작은 골재의 혼합에 의해 수밀성이 가일층 향상됨은 물론, 콘크리트의 유동성이 뛰어나고, 고강도의 콘크리트를 얻을 수 있는 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법 및 이에 의해 제조된 콘크리트를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 제조되는 콘크리트에 의해, 현재 고갈되어가는 자연산 골재에 의한 환경오염이나 자연훼손을 발생시키는 인조골재의 대체용으로 폐기되는 고로 슬래그를 시멘트 및 골재로 재활용하여 가일층 높은 압축강도를 나타내는 고강도 콘크리트를 얻을 수 있는 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트를 제공하는데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 본 발명은, 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법에 있어서,
(a) 분쇄기를 통하여 고로 슬래그를 입경이 큰 굵은 골재와 입경이 작은 잔 골재로 각각 분쇄하는 단계;
(b) 상기 (a)단계의 굵은 골재 및 잔 골재와, 고로 슬래그와 포클랜드 시멘트 및 석고가 혼합되는 시멘트, 혼화제의 혼합물을 준비하는 단계;
(c) 상기 (b)단계의 혼합물 전체 중량%에 대하여 6~8 중량%의 물을 투입하여 믹서기 내부에서 일정한 속도로 믹싱(mixing)하여 혼합하는 단계;
(d) 상기 (c)단계의 믹서기 내부에 믹싱 혼합된 혼합물은 30~40분 이내에 형틀에 투입하여 굵은 골재 및 잔 골재와 시멘트가 골고루 섞여 유동성을 유지하도록 진동기를 통하여 진동을 가하는 단계; 및
(e) 상기 (d)단계의 진동기를 통하여 진동 완료된 혼합물을 양생하여 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트를 완성하는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법을 마련함에 의한다.
또한, 본 발명은 상기 (a)단계의 분쇄기를 통하여 분쇄되는 굵은 골재는 입경이 24~26mm로 이루어지며, 잔 골재는 입경이 5mm 이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 (b)단계의 혼합물은 고로 슬래그로 구성되는 굵은 골재 52~54 중량%, 잔 골재 29~31 중량%, 시멘트 16.8~16.9 중량%, 혼화제 0.1~0.2 중량%인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기(b)단계의 혼화제는 AE 감수제인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c)단계의 믹서기 내부에서 물과 함께 혼합되는 혼합물은, 115~125초간 30 RPM/MIN의 속도로 믹싱(mixing)에 의해 혼합되는 것을 특징으로 한다.
이에 더하여, 상기 (d)단계의 믹서기 내부에 혼합되어 형틀에 투입된 혼합물은 진동기에서 2~5분간 3000~5000 RPM/MIN의 속도로 진동을 가하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 상기 제조방법에 의하여 제조된 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트를 마련함에 의한다.
본 발명인 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법 및 이에 의해 제조된 콘크리트에 의하면, 고로 슬래그가 혼합된 시멘트에 고로 슬래그로 구성되는 재활용 골재의 혼합에 의해 콘크리트의 수화발열 속도가 저감되면서 콘크리트의 온도상승을 억제하고, 콘크리트의 장기 강도가 가일층 향상되며, 고로 슬래그로 구성된 입경이 큰 골재와 입경이 작은 골재의 혼합에 의해 수밀성이 가일층 향상됨은 물론, 콘크리트의 유동성이 뛰어나고, 고강도의 콘크리트를 얻을 수 있으면서, 자연산 골재에 의한 환경오염이나 자연훼손을 발생시키는 인조골재의 대체용으로 폐기되는 고로 슬래그를 시멘트 및 골재로 재활용하여 가일층 높은 압축강도를 나타낼 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
이하, 본 발명인 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트로서, (a) 분쇄기를 통하여 고로 슬래그를 입경이 24~26mm로 이루어진 굵은 골재와 입경이 5mm 이하인 잔골재로 각각 분쇄하는 단계;
(b) 상기 (a)단계의 입경이 24~26mm인 굵은 골재 52~54 중량%, 입경이 5mm 이하인 잔 골재 29~31 중량%와, 고로 슬래그와 포클랜드 시멘트 및 석고가 혼합되는 시멘트 16.8~16.9 중량%, AE 감수제인 혼화제 0.1~0.2 중량%가 혼합된 혼합물을 준비하는 단계;
(c) 상기 (b)단계의 혼합물 전체 중량%에 대하여 6~8 중량%의 물을 투입하여 믹서기 내부에서 115~125초간 30 RPM/MIN의 속도로 믹싱(mixing)에 의해 혼합하는 단계;
(d) 상기 (c)단계의 믹서기 내부에 믹싱 혼합된 혼합물은 30~40분 이내에 형틀에 투입하여 굵은 골재 및 잔 골재와 시멘트가 골고루 섞여 유동성을 유지하도록 진동기를 통하여 2~5분간 3000~5000 RPM/MIN의 속도로 진동을 가하는 단계; 및
(e) 상기 (d)단계의 진동기를 통하여 진동 완료된 혼합물을 양생하여 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트를 완성하는 단계;를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조과정을 구성하는 각각의 구성을 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은 먼저, (a)단계에서 고로(용광로)에서 선철과 동시에 생성되는 용융 고로 슬래그를 고압의 물이나 공기로 급랭시켜 얻어진 고로 슬래그를 분쇄기를 통하여 입경이 24~26mm로 이루어진 굵은 골재와 입경이 5mm 이하인 잔 골재로 각각 분쇄한다.
이때, 상기 고로 슬래그로 구성되는 굵은 골재의 입경이 24mm 이하일 경우에는 콘크리트의 골재로 사용시 충분한 강도의 유지가 어렵게 되며, 또한 상기 굵은 골재의 입경이 26mm 이상일 경우에는 함께 혼합되는 잔 골재와의 원활한 혼합이 어렵게 되어 굵은 골재가 분리되는 현상이 발생하게 된다.
또한, 고로 슬래그로 구성되는 잔 골재의 입경이 5mm 이상일 경우에는 상기 굵은 골재와의 혼합시 쉽게 분리되며, 또한 콘크리트의 강도 유지가 어렵게 되는데 기인하는 것으로, 본 발명에서와같이 상기 굵은 골재와 입경은 24~26mm, 잔 골재의 입경은 5mm 이하가 바람직하다.
또한, (b)단계에서 상기 (a)단계의 입경이 24~26mm인 굵은 골재 52~54 중량%, 입경이 5mm 이하인 잔 골재 29~31 중량%와, 고로 슬래그와 포클랜드 시멘트 및 석고가 혼합되는 시멘트 16.8~16.9 중량%, AE 감수제인 혼화제 0.1~0.2 중량%가 혼합된 혼합물을 준비하게 된다.
상기 입경이 24~26mm인 굵은 골재 52~54 중량%, 입경이 5mm 이하인 잔 골재 29~31 중량%를 혼합시, 굵은 골재 52 중량% 이하일 경우에는 상대적으로 잔 골재는 31 중량% 이상 혼합되어 고로 슬래그를 이용한 콘크리트의 강도가 저하되며, 상기 굵은 골재 54 중량%이상일 경우 잔 골재 29 중량% 이하를 혼합하게 되어 상기와 같이 잔 골재와의 원활한 혼합이 어렵게 되어 굵은 골재가 분리되는 현상이 발생하게 된다.
또한, 고로 슬래그와 포클랜드 시멘트 및 석고가 혼합되는 시멘트는 16.8~16.9 중량% 혼합하게 되며, 이때 상기 시멘트가 16.8 중량% 이하일 경우에는 고로 슬래그를 이용한 콘크리트의 분리(크랙) 현상에 의한 불량이 발생하게 되는데 기인한다.
또한, 상기 굵은 골재, 잔 골재 및 시멘트와 함께 AE 감수제인 혼화제를 0.1~0.2 중량% 혼합함으로써, 물과 접촉되는 시멘트 입자가 증가하게 되어 콘크리트의 수화반응이 균일하게 진행되어 지도록 한다.
계속해서, (c)단계에서 상기 (b)단계의 혼합물 전체 중량%에 대하여 6~8 중량%의 물을 투입하여 믹서기 내부에서 115~125초간 30 RPM/MIN의 속도로 믹싱(mixing)에 의해 혼합하게 되며, 이때 상기 (b)단계의 혼합물 전체 중량%에 대하여 물이 6중량% 이하로 투입되거나, 또는 8중량% 이상 투입될 경우에는 상기 시멘트가 물과 반응해 굳는 수화반응성이 지나치게 높거나 또는 낮게 되는데 기인하는 것으로, 상기 (b)단계의 혼합물 전체 중량%에 대하여 6~8 중량%의 물을 투입하여 믹서기 내부에서 115~125초간 30 RPM/MIN의 속도로 믹싱(mixing)에 의해 반죽 혼합하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 믹서기를 통한 믹싱(mixing) 시간은 115초 이하일 경우 콘크리트의 반죽이 어렵게 되고, 125초 이상일 경우에는 콘크리트의 반죽상태가 묽게 되는데 기인하며, 상기 믹서기의 회전속도가 30 RPM/MIN 이상 또는 이하일 경우에는 콘크리트가 제대로 반죽 되지 않는데 기인하는 것이다.
한편, (d)단계에서는 상기 (c)단계의 믹서기 내부에 믹싱 혼합된 혼합물은 30~40분 이내에 형틀에 투입하여 굵은 골재 및 잔 골재와 시멘트가 골고루 섞여 유동성을 유지하도록 진동기를 통하여 2~5분간 3000~5000 RPM/MIN의 속도로 진동을 가하게 된다.
상기 믹서기 내부에 믹싱 혼합된 혼합물은 30분 이전에 또는 40분 이후에 형틀에 투입할 경우에는, 콘크리트의 반죽상태가 묽게 된 혼합물에 의해 형틀 내부에서 숙성이 지연되거나, 또는 콘크리트의 반죽상태가 너무 굳어져 형틀 내부에서 제대 숙성되지 않게 되는 것으로, 상기 믹싱 혼합된 혼합물은 30~40분 이내에 형틀에 투입함이 가장 바람직 하다.
또한, 상기 형틀에 투입된 콘크리트 반죽 혼합물을 진동기를 통하여 2~5분간 3000~5000 RPM/MIN의 속도로 진동을 가함으로써, 상기 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트의 굵은 골재 및 잔 골재와 시멘트가 골고루 섞여 충분한 유동성을 유지할 수 있도록 한다.
상기 (d)단계의 진동기를 통하여 진동 완료된 혼합물은 (e)단계에서 충분히 양생하여 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트를 완성하게 되며, 이때 상기 콘크리트의 양생시 가열된 증기를 분사하여 상기 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트의 양생을 가일층 촉진시킬수도 있다.
한편, 상기와 같이 제조되는 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트는, 콘크리트의 수화발열 속도가 저감되면서 콘크리트의 온도상승을 억제하게 되며, 콘크리트의 장기 강도가 가일층 향상되고, 고로 슬래그로 구성된 입경이 큰 골재와 입경이 작은 골재의 혼합에 의해 수밀성이 가일층 향상되는 한편, 콘크리트의 유동성이 뛰어나고, 고강도의 콘크리트를 얻을 수 있는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. (a) 분쇄기를 통하여 고로 슬래그를 입경이 큰 굵은 골재와 입경이 작은 잔 골재로 각각 분쇄하는 단계; (b) 상기 (a)단계의 굵은 골재 및 잔 골재와, 고로 슬래그와 포클랜드 시멘트 및 석고가 혼합되는 시멘트, 혼화제의 혼합물을 준비하는 단계; (c) 상기 (b)단계의 혼합물 전체 중량%에 대하여 6~8 중량%의 물을 투입하여 믹서기 내부에서 일정한 속도로 믹싱(mixing)하여 혼합하는 단계; (d) 상기 (c)단계의 믹서기 내부에 믹싱 혼합된 혼합물은 30~40분 이내에 형틀에 투입하여 굵은 골재 및 잔 골재와 시멘트가 골고루 섞여 유동성을 유지하도록 진동기를 통하여 진동을 가하는 단계; 및 (e) 상기 (d)단계의 진동기를 통하여 진동 완료된 혼합물을 양생하여 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트를 완성하는 단계를 포함하되, 상기 (a)단계의 분쇄기를 통하여 분쇄되는 굵은 골재는 입경이 24~26mm로 이루어지며, 잔 골재는 입경이 5mm 이하로 형성되는 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법에 있어서,
    상기 (b)단계의 혼합물은 고로 슬래그로 구성되는 굵은 골재 52~54 중량%, 잔 골재 29~31 중량%, 시멘트 16.8~16.9 중량%, 혼화제 0.1~0.2 중량%으로 제공되고, 상기(b)단계의 혼화제는 AE 감수제로 적용되는 한편,
    상기 (c)단계의 믹서기 내부에서 물과 함께 혼합되는 혼합물은 115~125초간 30 RPM/MIN의 속도로 믹싱(mixing)에 의해 혼합되며, 상기 (d)단계의 믹서기 내부에 혼합되어 형틀에 투입된 혼합물은 진동기에서 2~5분간 3000~5000 RPM/MIN의 속도로 진동을 가하는 것을 특징으로 하는 재활용 고로 슬래그를 이용한 콘크리트 제조방법.
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