KR101617363B1 - 칼슘실리케이트―샌드 믹스 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스는, 탄산칼슘(CaCO3), 이산화규소(SiO2) 및 물(H2O)을 함유하는 석회석슬러지와, 산화칼슘(CaO), 황산칼슘(CaSO4) 및 탄산칼슘(CaCO3)을 함유하는 건식탈황석고 또는 산화칼슘(CaO)을 10 중량% 이상 함유한 건식연소재가 수화 반응되어 숙성되며, 시멘트에 대한 2 내지 10 중량%의 치환율을 가지는 시멘트 혼화재로 사용된다.

Description

칼슘실리케이트―샌드 믹스 및 그 제조 방법{CALCIUM SILICATE-SAND MIX AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 칼슘실리케이트-샌드 믹스 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트의 혼화재 또는 주원료로 사용되어 콘크리트의 초기 강도 증진 및 이산화탄소의 배출을 저감시킬 수 있는 칼슘실리케이트-샌드 믹스 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 시멘트가 제조되는 과정에서는 그 부산물인 저품위 석회석 및 폐석과 부산물로 배출되고, 이를 습식 방법으로 파쇄하여 골재를 생산할 경우 석회석슬러지가 생성된다. 이러한 석회석슬러지는 대부분 매립되거나 시멘트공장을 통해 처리하고 있지만, 처리장소 및 기타 제약들이 있었다.
특히, 석회석 광산 또는 시멘트 광산의 경우 저품위 석회석을 이용하여 인공 모래를 생산하고자 할 때, 그 부산물인 슬러지 처리의 문제로 인공 모래의 수요가 증가하고 있음에도 불구하고 생산량을 늘리지 못하고 있는 실정이다.
한편, 고유황코크스를 열원으로 사용하는 석유화학 공정에서 탈황 목적으로고품위 석회석 분말을 혼합 연소하는데 이 과정에서, 부산물로 건식탈황석고가 생성된다.
이러한 건식탈황석고는, 화력발전소의 습식탈황석고와는 달리 많은 양의 산화칼슘(CaO)을 함유하고 있다. 이에 건식탈황석고는 발열 현상 등의 품질 저하 특성 때문에 시멘트에 직접 사용하지 못하여 처리상 문제점을 갖고 있었다.
따라서 시멘트 제조에 따른 부산물인 석회석슬러지와 건식탈황석고 등을 재활용하는 방안과 더불어 시멘트의 원가절감 및 더 나아가 이산화탄소의 배출을 저감시켜 환경문제를 해결할 수 있는 방안들이 모색되고 있다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0003601호(공개일자 2012년 01월 11일)가 있으며, 상기 선행문헌에는 '하수슬러지용 분말 고화제 및 그 제조방법'에 관하여 개시되어 있다.
본 발명은 시멘트의 혼화재 또는 원료로 사용되어 콘크리트의 초기 강도를 증진시키고, 이산화탄소의 배출을 저감시킬 수 있는 칼슘실리케이트-샌드 믹스 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스는, 탄산칼슘(CaCO3), 이산화규소(SiO2) 및 물(H2O)을 함유하는 석회석슬러지와, 산화칼슘(CaO), 황산칼슘(CaSO4) 및 탄산칼슘(CaCO3)을 함유하는 건식탈황석고 또는 산화칼슘(CaO)을 10 중량% 이상 함유한 건식연소재가 수화 반응되어 숙성되며, 시멘트에 대한 2 내지 10 중량%의 치환율을 가지는 시멘트 혼화재로 사용된다.
상기 칼슘실리케이트-샌드 믹스는, 탄산칼슘(CaCO3)이 80 중량% 이상 함유된 고품위 건조 석회석 파쇄품을 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스는, 탄산칼슘(CaCO3), 이산화규소(SiO2) 및 물(H2O)을 함유하는 석회석슬러지와, 탄산칼슘(CaCO3)이 80 중량% 이상 함유된 고품위 건조 석회석 파쇄품이 혼합되어 건조되며, 시멘트 원료로 사용된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법은, 탄산칼슘(CaCO3), 이산화규소(SiO2) 및 물(H2O)을 함유하는 석회석슬러지와, 산화칼슘(CaO), 황산칼슘(CaSO4) 및 탄산칼슘(CaCO3)을 함유하는 건식탈황석고 또는 산화칼슘(CaO)을 10%이상 함유한 건식연소재를 수화 반응시켜 수화물로 성형하고, 상기 수화물을 숙성시켜 칼슘실리케이트-샌드 믹스를 생성한다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법은, 시멘트에 대한 2 내지 10 중량%의 치환율을 가지는 시멘트 혼화재로 사용된다.
상기 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법은, 상기 수화물로 성형하고 숙성시키는 사이에, 상기 수화물의 표면에 석분을 도포하고, 상기 석분이 도포된 수화물과 석회석 자갈을 혼합할 수 있다.
상기 건식탈황석고는 상기 석회석슬러지와 수화 반응되어 하기의 화학식 1, 2와 같은 성분을 생성한다.
[화학식 1]
CaO + H2O → Ca(OH)2
[화학식 2]
CaSO4 + 2H2O → CaSO4·2H2O
상기 칼슘실리케이트-샌드 믹스는 시멘트와 혼합될 시에, C3A와 반응하여 탄산카보알루미네이트(C3A·CaCO3), 에트링자이트(C3A·CaSO4·32H2O) 및 Ca+ 이온 공급을 늘려 C-S-H(CaO-SiO-H2O) 수화물 생성량을 증가시킨다.
상기 수화물로 성형하는 과정에서, 상기 석회석슬러지와 건식탈황석고에 탄산칼슘(CaCO3)이 80 중량% 이상 함유된 고품위 건조 석회석 파쇄품을 더 혼합할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법은, 탄산칼슘(CaCO3), 이산화규소(SiO2) 및 물(H2O)을 함유하는 석회석슬러지와, 탄산칼슘(CaCO3)이 80 중량% 이상 함유된 고품위 건조 석회석 파쇄품을 혼합하여 건조시켜 칼슘실리케이트-샌드 믹스를 제조한다.
이때, 상기 칼슘실리케이트-샌드 믹스는, 시멘트의 원료로 사용될 수 있다.
본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스 및 그 제조 방법에 의하면, 폐기물인 석회석슬러지와 건식탈황석고를 혼합하여 시멘트의 혼화재로 재활용함으로써, 시멘트의 제조원가를 낮출 수 있다.
그리고 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스는 시멘트와 혼합될 시 시멘트 강도에 영향을 미치는 성분을 생성하여 콘크리트의 초기 강도를 증진시킬 수 있다.
이를 통해 본 발명은, 콘크리트의 양생시간을 단축하여 공사 기간 및 작업공수를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스는 건식탈황석고 대신 고품위 건조 석회석 파쇄품을 석회석슬러지와 혼합하여 성형 및 건조할 경우, 시멘트의 주원료로도 사용될 수 있다.
아울러, 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스를 시멘트에 직접 혼합하거나 크링커에 혼합하여 사용할 수 있음으로 시멘트 소성에 소요되는 연료비를 절감하고 이산화탄소의 배출도 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스 중 건석탈황석고의 XRD 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스와 시멘트 간의 화학반응을 도식화한 반응 메커니즘 표.
도 3 내지 도 5는 시멘트 혼화재로 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법을 나타낸 순서도.
도 6은 시멘트 원료로 사용되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법을 나타낸 순서도.
본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스 및 그 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
1. 칼슘실리케이트-샌드 믹스
본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스는 석회석슬러지를 필수로 함유하며, 이러한 석회석슬러지와 건식탈황석고 및 고품위 건조 석회석 파쇄품이 선택적으로 함유됨에 따라 시멘트의 혼화재 또는 원료로 사용될 수 있다.
상기 성분들 외 나머지는 제조 과정에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하기로 한다.
1) 석회석슬러지
석회석슬러지는 석회석골재 및 인공모래를 생산할 때 발생되는 부산물로, 20 내지 80%의 함수율을 가진다. 또한 석회석슬러지는 입도가 80.m 이하이며 암흑색을 띤다.
이러한 석회석슬러지는, 탄산칼슘(CaCO3) : 30 중량% 이상, SiO2 : 5 중량% 이상, 물(H2O) : 10 중량% 이상을 가지며, 기타 시멘트 부원료인 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3) 등을 미량 함유하고 있다.
보다 구체적으로 석회석슬러지는, 저품위 석회석을 원료로 한 인공모래 제조 공정에서 1차 발생한 석회석슬러지의 수분은 약 80% 전후이고, 이를 탈수할 경우 수분 함량은 약 20% 전후까지 크게 떨어진다.
석회석슬러지의 배합은 수분함량에 따라 변동된다. 이러한 석회석슬러지에는 석회석골재 생산 시 발생되는 슬러지, 석회석 가공 공정에서 발생되는 석분 및 제철소에서 석회석 세척과정에서 발생되는 석회석슬러지 등을 포함한다.
석회석슬러지의 품위 탄산칼슘(CaCO3) 함량은 30 내지 95 중량%로 이루어질 수 있다.
이때, 석회석 탄산칼슘(CaCO3)은 시멘트에 첨가될 경우 아래의 화학식과 같이, 시멘트 성분 중의 C3A와의 반응에 의하여 탄산카보알루미네이트 화합물을 형성시켜 시멘트의 초기강도를 증가시킬 수 있다.
C3A + CaCO3 = C3A.CaCO3
2) 건식탈황석고
건식탈황석고는 화학연료의 연소과정에서 발생되는 부산물로, 산화칼슘(CaO), 황산칼슘(CaSO4) 및 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분으로 이루어진다.
이러한 건식탈황석고는 산화칼슘(CaO) : 10~20 중량%, 황산칼슘(CaSO4) : 20~40 중량%를 가질 수 있다.
건식탈황석고를 물과 반응시켜 수산화칼슘(Ca(OH)2) 형태로 만든 후, 시멘트와 함께 5.m 이하로 미분쇄할 경우, 슬래그시멘트의 알칼리 자극제로써 슬래그 시멘트의 단점인 초기강도 증진에 우수한 효과가 있다.
아래의 화학식과 같이 건식탈황석고의 산화칼슘(CaO)과 황산칼슘(CaSO4)을 물과 반응시키면, 수산화칼슘(Ca(OH)2)과, 석고(CaSO4·2H2O)가 생성될 수 있다.
CaSO4 + H2O = CaSO4·2H2O, CaO + H2O = Ca(OH)2
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 중 건석탈황석고의 XRD 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이 건식탈황석고의 XRD(X-ray Diffraction) 그래프 분석을 살펴보면, 건식탈황석고의 결정 형태는 산화칼슘(CaO), 다음으로 황산칼슘(CaSO4) 그리고 일정부분의 탄산칼슘(CaCO3)이 존재하는 걸 확인할 수 있다.
한편, 위와 같은 산화칼슘(CaO), 황산칼슘(CaSO4) 및 탄산칼슘(CaCO3)을 주 성분으로 갖는 건식탈황석고의 수급이 어려워질 경우, 산화칼슘(CaO), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 탄산칼슘(CaCO3)을 주성분으로 갖는 생석회 제조공정의 부산물로 발생한 부산석회(산화석회)를 대체재 또는 혼합재로 사용할 수 있다.
이때, 건식탈황석고의 대체품으로는 산화칼슘(CaO)을 10%이상 함유한 것이면 어떤 것이든 가능할 수 있다.
이렇게 대체재인 부산석회의 투입비 및 석회석슬러지와의 혼합비율은, 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스의 물성에 중요한 영향을 주는 C3A계 물질과, C-S-H 합성물이 최대치로 생성될 수 있도록 최적화시킬 수 있다.
3) 고품위 건조 석회석 파쇄품
고품위 건조 석회석 파쇄품은, 탄산칼슘(CaCO3)이 최소 80%이상 함유된 석회석을 말하며, 석회석슬러지와 혼합되어 성형될 경우, 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스는 시멘트 혼화재로서 뿐만 아니라 시멘트 원료로도 사용될 수 있다.
즉, 고품위 건조 석회석 파쇄품과 석회석슬러지가 혼합 반응 제조된 칼슘실리케이트-샌드 믹스는 탄산칼슘(CaCO3)을 79% 이상 함유하게 되어, 시멘트 소결 전공정에 투입되는 시멘트의 주원료로 사용될 수 있다.
4) 칼슘실리케이트-샌드 믹스 반응 메커니즘
본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스를 이루는 석회석슬러지로부터 얻어진 탄산칼슘(CaCO3)과, 건식탈황석고와 물이 반응하여 생성된 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 석고(CaSO4·2H2O)는, 시멘트 강도 발현에 관여하는 물질이다.
이때, 위의 건식탈황석고중의 산화칼슘(CaO)과, 황산칼슘(CaSO4) 성분과 석회석슬러지 내의 수분이 합성하는 반응식은 아래와 같다.
CaO + H2O → Ca(OH)2 + 15.6kcal/mol 슬러지 물 흡수, 열 발생(94℃)
CaSO4 + 2H2O → CaSO4·2H2O 슬러지 중의 물을 흡수
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스와 시멘트 간의 화학반응을 도식화한 반응 메커니즘 표이다.
도 2에 도시된 것처럼 위의 탄산칼슘(CaCO3), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 석고(CaSO4·2H2O)는 시멘트 광물인 C3A와 반응한다.
이때, 탄산칼슘(CaCO3, 석회석미분말)의 반응 메커니즘을 살펴보면, 칼슘알루미네이트상(C3A)과 반응하여, 탄산카보네이트상(C3A·CaCO3)를 생성한다.
상기 석고(CaSO4·2H2O)의 반응 메커니즘을 살펴보면, 칼슘알루미네이트상(C3A)과 반응하여, 에트링자이트(C3A·CaSO4·32H2O)를 생성한다.
상기 수산화칼슘(Ca(OH)2)의 반응 메커니즘을 살펴보면, 수화 초기에 많은 양의 Ca+ 이온을 공급하여, C-S-H 수화물 생성량을 증가시킨다.
이처럼 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스는, 탄산카보네이트, 에트링자이트 및 Ca+ 이온 공급을 늘려 C-S-H 수화물 생성량 증가 등의 수화반응으로, 콘크리트 장기 강도의 뚜렷한 감소 없이 콘크리트의 초기 강도를 증가시킬 수 있다.
2. 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조
도 3 내지 도 5는 시멘트 혼화재로 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3 내지 도 5를 병행 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법은, 석회석슬러지와 건식탈황석고를 수화 반응시켜 수화물로 성형하는 단계(S100), 수화물의 표면에 석회석 석분을 도포하는 단계(S200), 석회석 석분이 도포된 수화물과 자갈을 혼합하는 단계(S300) 및 자갈과 혼합된 수화물을 숙성시켜 칼슘실리케이트-샌드 믹스로 생성하는 단계(S400)를 포함한다.
이하, 각각의 단계를 참조하여 상세하게 살펴보기로 한다.
수화물로 성형하는 단계(S100)
S100 단계에서는, 탄산칼슘(CaCO3) : 30 중량% 이상, 이산화규소(SiO2) : 5 중량% 이상, 물(H2O) : 10 중량% 이상, 산화알루미늄(Al2O3)과 산화철(Fe2O3) 및 기타 불순물을 미량 함유하며, 입도 80.m 이하를 갖는 석회석슬러지와, 산화칼슘(CaO) : 10~20 중량%, 황산칼슘(CaSO4) : 20~40 중량%, 탄산칼슘(CaCO3) 및 기타 불순물을 미량 함유하는 건식탈황석고 또는 산화칼슘(CaO)을 10%이상 함유한 건식연소재를 수화 반응시켜 수화물로 성형한다.
여기서, 상기 수화물은 80mm이하의 지름을 갖는 볼 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 수화물의 형상은 하나의 예시적인 형상일 뿐, 본 발명은 이러한 형상에 제한될 필요가 없다.
이때, 상기 건식탈황석고는 상기 석회석슬러지와 수화 반응되어 하기의 화학식 1, 2와 같은 성분을 생성한다.
[화학식 1]
CaO + H2O → Ca(OH)2
[화학식 2]
CaSO4 + 2H2O → CaSO4·2H2O
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법은, S100단계에서 상기 석회석슬러지와 건식탈황석고에 탄산칼슘(CaCO3)이 80 중량% 이상 함유된 고품위 건조 석회석 파쇄품을 더 혼합시킬 수 있다.
석분을 도포하는 단계(S200)
S200 단계에서는, S100 단계에서 성형된 수화물의 표면에 석회석 석분을 도포한다.
이는 수화물 간에 서로 달라붙지 않도록 하기 위함이다. 이때, 상기 수화물은 다공성 재질로 이루어져 그 표면의 사이마다 탄산칼슘(CaCO3)이 최소 80%이상 함유된 석분이 도포될 수 있다.
S200 단계에서는, 수화물을 굴려서 수화물의 표면에 상기 석분이 도포되는 형태로 이루어질 수 있다.
자갈을 혼합하는 단계(S300)
S300 단계에서는, S200 단계에서 석분이 도포된 수화물과 자갈을 혼합한다.
이처럼, 석분이 도포된 수화물을 탄산칼슘(CaCO3)이 함유된 자갈과 혼합시킴으로써, 근접해있는 수화물끼리 달라붙지 않고 이격될 수 있는 효과를 제공하며, 탄산칼슘(CaCO3)에 의해 품위를 상향시킬 수 있는 효과도 제공할 수 있다.
칼슘실리케이트-샌드 믹스 생성 단계(S400)
S400 단계에서는, S300 단계에서 자갈과 혼합된 수화물을 숙성시켜 칼슘실리케이트-샌드 믹스로 생성한다.
도 6은 시멘트 원료로 사용되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법은, 석회석슬러지와 고품위 건조 석회석 파쇄품을 혼합시켜 수화물로 성형하는 단계(S100), 수화물의 표면에 석분을 도포하는 단계(S200), 석분이 도포된 수화물과 자갈을 혼합하는 단계(S300) 및 자갈과 혼합된 수화물을 건조시켜 칼슘실리케이트-샌드 믹스로 생성하는 단계(S400)를 포함한다.
이때, 도 6에 도시된 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법은, 시멘트의 원료로 사용될 수 있는 방법을 제공한다.
이에 S100 단계에서는 건식탈황석고 대신 고품위 건조 석회석 파쇄품을 혼합하였고, 그에 따라 S400단계에서 자연 건조시킨다.
이외 다른 단계 및 부분들은 상술된 실시예와 중복되므로 그 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
3. 실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
<건식탈황석고 수화 반응 실험>
아래의 표 1은 건식탈황석고 수화 반응을 시간에 따라 나타낸 결과 값이다. 건식탈황석고 100g에 물 100g을 혼합하여 수화열을 측정한다.
[표 1]
Figure 112013047487985-pat00001
상기 표 1의 결과를 살펴보면, 주수 직후 1~2분 사이에 반응하기 시작하여 10분 이내에 최고온도 94℃까지 상승한다.
그 후 10분에 10℃ 정도씩 온도가 낮아짐을 확인할 수 있다. 또한, 1시간 이내에 50℃ 정도까지 내려가는 것을 확인할 수 있다.
실시예 및 fly ash는 1:1로 물과 반응하여 잉여수가 전혀 존재하지 않으며, 부피가 2배 정도로 팽창한다. 이때, 그에 따른 효과는 fly ash가 더 크다.
그러나 bottom ash는 잉여수가 상당량 존재한다.
[표 2]
Figure 112013047487985-pat00002
상기 표 2는 석회석슬러지 : 건식탈황석고 = 1:1로 혼합 및 추가로 물을 투입(50%)하여 수화열을 측정한다.
상기 표 2의 결과를 살펴보면, 주수 10~20분만에 온도가 88℃까지 상승한 후, 30분 후는 50℃, 60분후는 30℃ 정도까지 떨어진다.
bottom ash중의 큰 입자들은 완전수화까지 시간이 소요되므로 3일간의 숙성시간을 유지해야 한다.
이렇게 혼합된 혼합물(실시예)은 건식탈황석고중의 산화칼슘(CaO)과 물과의 반응에 의하여 100℃에 가까운 고온을 발열한다. 이러한 발열에 따른 고온에 견딜 수 있도록 철재 Mixing room, 압축롤러 및 이송장치가 별도로 필요하다.
압출롤러는 상기 혼합물을 조개탄 크기(5~50mm) 및 모양으로 압출할 수 있도록 음각되어 있어야 한다.
석회석슬러지와 건식탈황석고의 혼합물이 조개탄 크기로 압축 성형한 후, 야적장으로 이송하여 일정한 기간(1~3일)동안 숙성하는 것이 필요하다.
그 이유는 건식탈황석고중의 산화칼슘(CaO)이 시멘트에 첨가될 경우, 상술한 바와 같이 발열, 콘크리트 유동성 저하, 과대팽창 등의 심각한 문제가 발생될 수 있기 때문이다.
<시멘트 혼화재 치환율 실험>
본 발명의 칼슘실리케이트-샌드 믹스에 따른 모르타르와 콘크리트 압축강도 및 유동성(flow)을 시험하였다.
아래 표 3은 시멘트 혼화재의 주, 부 원료의 물리, 화학적 특성을 나타낸 것이다.
[표 3]
Figure 112013047487985-pat00003

1) 모르타르 실험
1-1) 일반포틀랜드시멘트(OPC)에 대한 치환율 실험
[표 4]
Figure 112013047487985-pat00004
상기 표 4의 결과를 살펴보면, 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스(CCS Mix)는, 기존혼화재보다 유동성(Paste flow) 및 압축강도 모든 면에서 보다 우수한 특성을 나타낸다.
즉, 건식탈황석고중의 황산칼슘(CaSO4) 성분에 의하여 유동성이 개선되고, 산화칼슘(CaO) 및 황산칼슘(CaSO4) 성분에 의하여 초, 후기 압축강도가 증가된 것을 확인할 수 있다.
1-2) 슬래그시멘트(SC)에 대한 치환율 실험
[표 5]
Figure 112013047487985-pat00005
상기 표 5의 결과를 살펴보면, 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스(CCS Mix)는, 슬래그시멘트(SC)에 대한 치환율이 증가할수록 유동성은 거의 변화가 없지만, 압축강도는 증가한다는 것을 확인할 수 있다.
특히, 본 발명은 초기(3일)강도의 증진폭이 커서 슬래그시멘트(SC)의 최대 단점인 초기강도 저하 문제를 크게 개선시킬 수 있다.
상기 표 5에서도 확인이 가능하듯이, 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스의 치환율이 4 내지 6 중량%일 때, 압축강도가 최적의 상태임을 알 수 있다.
즉, 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스의 치환율이 6% 이상이 되면 초기(3일, 7일)강도가 4% 미만에 비해 상대적으로 소폭 증가하지만, 후기(28일)강도는 하락하는 것을 알 수 있다.
이는 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스의 치환율이 높을수록, 후기강도 발현에 영향을 미치는 슬래그시멘트(SC)의 함량이 감소하기 때문임을 알 수 있다.
2) 콘크리트(25-24-150) 실험
[표 6-1]
Figure 112013047487985-pat00006

[표 6-2]
Figure 112013047487985-pat00007
상기 표 6-1, 6-2는 콘크리트를 가장 일반적인 24MPa 강도와, 슬래그미분말(SP) 30% 배합으로 실험하였고, 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스가 4% 치환된 실시예와, 치환되지 않은 비교예를 통해 공기량 및 유동성에 대해 살펴보았다.
이렇게 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스가 4% 치환된 실시예와 비교예를 살펴보면, 공기량은 거의 변화가 없고 슬럼프를 비교하였을 때 유동성이 크게 향상됨을 알 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스 및 그 제조 방법은, 폐기물인 석회석슬러지와 건식탈황석고를 혼합하여 시멘트의 혼화재로 재활용함으로써, 시멘트의 제조원가를 낮출 수 있다.
그리고 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스는 시멘트와 혼합될 시 시멘트 강도에 영향을 미치는 성분을 생성하여 콘크리트의 초기 강도를 증진시킬 수 있다.
이를 통해 본 발명은, 콘크리트의 양생시간을 단축하여 공사 기간 및 작업공수를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스는 건식탈황석고 대신 고품위 건조 석회석 파쇄품을 석회석슬러지와 혼합하여 성형 및 건조할 경우, 시멘트의 원료로도 사용될 수 있다.
아울러, 본 발명인 칼슘실리케이트-샌드 믹스를 시멘트에 직접 혼합하여 10%까지 대체 사용함으로써, 시멘트의 연료비를 절감하고 이산화탄소의 배출을 저감시킬 수 있다.
이상으로 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘실리케이트-샌드 믹스 및 그 제조 방법에 관하여 살펴보았다.
상술된 상세한 설명 및 후술될 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가잔 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
그리고 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 예시에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
S100 : 수화물로 성형하는 단계
S200 : 석분을 도포하는 단계
S300 : 자갈을 혼합하는 단계
S400 : 칼슘실리케이트-샌드 믹스로 생성하는 단계

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 탄산칼슘(CaCO3), 이산화규소(SiO2) 및 물(H2O)을 함유하는 석회석슬러지와, 산화칼슘(CaO), 황산칼슘(CaSO4) 및 탄산칼슘(CaCO3)을 함유하는 건식탈황석고 또는 산화칼슘(CaO)을 10%이상 함유한 건식연소재를 수화 반응시켜 수화물로 성형하고, 상기 수화물을 숙성시켜 칼슘실리케이트-샌드 믹스를 생성하되, 상기 수화물로 성형하고 숙성시키는 사이에, 상기 수화물의 표면에 석분을 도포하고,상기 석분이 도포된 수화물과 석회석 자갈을 혼합하며,
    시멘트에 대한 2 내지 10 중량%의 치환율을 가지는 시멘트 혼화재인 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 건식탈황석고는 상기 석회석슬러지와 수화 반응되어 하기의 화학식 1, 2와 같은 성분을 생성하는 것을 특징으로 하는 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법.
    [화학식 1]
    CaO + H2O → Ca(OH)2
    [화학식 2]
    CaSO4 + 2H2O → CaSO4·2H2O
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 칼슘실리케이트-샌드 믹스는 시멘트와 혼합될 시에, C3A와 반응하여 탄산카보알루미네이트(C3A·CaCO3), 에트링자이트(C3A·CaSO4·32H2O) 및 Ca+ 이온 공급을 늘려 C-S-H(CaO-SiO-H2O) 수화물 생성량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 수화물로 성형하는 과정에서,
    상기 석회석슬러지와 건식탈황석고에 탄산칼슘(CaCO3)이 80 중량% 이상 함유된 고품위 건조 석회석 파쇄품을 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 칼슘실리케이트-샌드 믹스 제조 방법.
  9. 삭제
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조일호 외 1명, 플라이 애시와 석회석 미분말을 혼용한 고유동 콘크리트의 유동 특성, 한국농공학회논문집 제48권 제4호, pp. 23-30, 2006. 07.*

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