KR101679726B1

KR101679726B1 - High performance concrete composition using waste pottery powder

Info

Publication number: KR101679726B1
Application number: KR1020150188477A
Authority: KR
Inventors: 원치문; 김동호
Original assignee: 한라대학교 산학협력단
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2016-11-25

Abstract

The present invention relates to a high performance concrete composition using waste pottery powder. Provided is a concrete composition comprising waste pottery powder as a replacement of cement, wherein the rate of replacing cement is 3-17 wt%. Concrete prepared by using the concrete composition has increased strength and durability, and has enhanced quality as a construction material by recycling industry wastes.

Description

TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high performance concrete composition using waste pottery powder,

본 발명은 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 특히 폐도자기 분말을 사용한 고성능 콘크리트 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a concrete composition, and more particularly, to a high-performance concrete composition using waste ceramic powder.

건설산업에 폭 넓게 사용되는 콘크리트는 구조물이 다양화되면서 강도나 내구성 등 품질향상에 대한 요구도 증대되고 있으며, 이를 고품질화하기 위해 플라이애시, 고로슬래그, 실리카흄 등의 산업폐기물이 활용되고 있다. 특히 실리카 흄은 콘크리트의 강도나 내구성 측면에서 품질이 우수하여 활용되고 있지만, 전량 수입에 의존하는 실정이라 높은 가격으로 경제성 측면에서 만족되지 못하고 있다. 플라이애시나 고로슬래그는 가격적인 측면에서는 저렴하나, 품질향상 측면에서는 실리카 흄에 비하여 강도와 내구성이 만족되기 어려운 재료라 할 수 있다.Concrete used extensively in the construction industry is becoming increasingly diverse as the demand for quality improvement such as strength and durability is increasing. Industrial wastes such as fly ash, blast furnace slag, and silica fume are being used for high quality. Especially, silica fume has excellent quality and durability in terms of strength and durability of concrete. However, since it is dependent on the whole quantity of imported fumed silica fume, it is not satisfied with economical efficiency at high price. Fly ash and blast furnace slag are inexpensive in terms of cost, but their strength and durability are less satisfactory than silica fumes in terms of quality improvement.

한편, 도자기 폐기물은 강원도 원주시와 지리적으로 인접해 있는 여주와 이천지역에서 대량 발생되고 있으며, 대부분의 도자기 제조업체와 소규모의 공장이 이 지역에 밀집되어 있다. 이 지역에서 발생되는 도자기 폐기물은 연간 6천여톤 이상의 방대한 양이 산업 폐기물로 발생되고, 발생된 폐기물은 대부분이 주로 매립되어지고 있는 실정이며, 그 중 극히 소량 정도만이 건축소재로서 타일이나 벽돌 산업에 재활용되는 것으로 조사되고 있다. 이러한 도자기 폐기물은 별다른 활용방안이 없이 매립되어 지고 있지만, 도자기 제조업체나 공장에서는 폐기처리에 과다한 비용이 수반되어 부담으로 작용하고 있는 실정이다.On the other hand, ceramics waste is generated in large quantities in Yeoju and Icheon areas, which are geographically close to Wonju city in Gangwon province, and most ceramic manufacturers and small factories are concentrated in this area. The amount of ceramic waste generated in this area is more than 6,000 tons per year, which is generated as industrial waste. Most of the waste generated is mainly landfilled. Only a very small amount of waste is used as building material in tile or brick industry. It is being researched as being recycled. Such ceramics wastes are buried without any practical use, but ceramics manufacturers and factories are burdened with excessive costs associated with waste disposal.

2007년 12월 환경부에서 『건설폐기물 재활용 촉진에 관한 법률 시행령, 시행규칙』을 개정하여 기존의 사업장 폐기물로 관리가 어려웠던 폐도자기를 건설폐기물로 추가되어 폐기물 관리가 용이해졌으며, 폐기물의 경제적 이득과 환경보전 차원에서 재활용 방안이 적극 모색되어야 한다. 폐도자기는 SiO₂ 성분이 높고 도자기 제조과정 중 가열에 의한 비정질 혹은 비결정 알루미나 실리게이트 구조를 형성하여 포졸란 특성을 일부 나타내는 것으로 알려져 있어 품질향상에 기여할 것으로 기대되고 있다.In December 2007, the Enforcement Decree of the Act on the Promotion of Recycling of Construction Waste and the Enforcement Rule of the Construction Waste Recycling Promotion Act was amended in December 2007 to make it easier to manage waste by adding waste ceramics, which was difficult to manage with existing workplace waste, as construction waste. In order to preserve the environment, recycling plan should be actively sought. Waste ceramics are known to exhibit some pozzolanic properties due to the high SiO ₂ content and amorphous or amorphous alumina silicate structures formed by heating during the ceramics manufacturing process, which is expected to contribute to quality improvement.

국내에서 폐도자기를 재활용하기 위한 연구자료를 수집하고 검토하였으며, 수집된 연구자료의 주요 연구내용은 다음과 같다.The collected data for the recycling of waste ceramics in Korea were collected and reviewed. The main contents of the collected research data are as follows.

김기형(1999) 등은 여주 및 이천지역에서 발생하는 도자기 폐기물을 모르터용 혼화재료 및 잔골재로 재활용 가능성에 대하여 연구하였다. 폐도자기 시료의 품질을 검토하고 폐도자기를 혼화재료 및 잔골재로 사용한 굳지 않은 모르터의 플로우 값과 경화한 모르터의 압축강도를 실험적으로 고찰하여 폐도자기를 콘크리트용 재료로 재활용하기 위한 연구를 수행한 결과, 폐도자기는 주성분이 SiO₂로 구성되어 있고, 미세한 기공을 많이 포함하고 있는 구조를 보이며, 흡수율이 3.30% 정도로 비교적 크고, 비중이 2.45로서 일반적으로 사용하는 강모래보다 작게 나타나는 것으로 분석되었다. 또한 폐도자기 분말을 모르터용 혼화재료로 사용한 경우 플로우 값이 보통포틀랜드시멘트 모르터 보다 약간 크게 나타나며, 폐도자기 분말을 20% 사용한 경우 플로우 값이 가장 양호한 것으로 나타났고, 혼합률이 증가하면 압축강도가 감소하는 경향을 보이는 것으로 분석되었다. 폐도자기를 잔골재로 사용한 모르터의 플로우 값은 강모래를 사용한 모르터와 거의 변화가 없거나 다소 증가하였으며, 강모래를 사용한 경우보다 압축강도가 증가하였으며, 폐도자기 잔골재를 100% 사용한 경우는 강모래만을 사용한 경우보다 재령 7일과 28일에서 약 10% 정도 압축강도가 크게 나타나는 것으로 연구되었다.Kim et al. (1999) studied the possibility of recycling ceramics waste from Yeoju and Icheon areas as mul- ture admixtures and fine aggregates. We studied the quality of waste ceramics samples and investigated the flow values of hardened mortar and the compressive strength of hardened mortar using waste ceramics as admixture and fine aggregate and conducted a study to recycle waste ceramics as concrete material , The main component of waste ceramics is composed of SiO ₂ and has a structure containing a lot of fine pores. It has a relatively large absorption rate of 3.30% and a specific gravity of 2.45, which is smaller than that of ordinary used sand. Also, when the waste ceramic powder was used as the mortar admixture material, the flow value was slightly larger than that of the ordinary portland cement mortar. When 20% of the waste ceramic powder was used, the flow value was the best, and when the mixing ratio was increased, The results are as follows. The flow rate of mortar using fine ceramics as a fine aggregate increased little or no change with the mortar using the river sand, and the compressive strength of the mortar increased more than that of the river sand. Compressive strengths of about 10% were observed at 7 days and 28 days of age.

김재용(2000) 등은 1차소성 폐도자기로부터 알루미나 회수에 대한 연구를 수행하였다. 알루미나란 Al₂O₃ 형태의 산화알루미늄을 말하는 것으로, 알루미늄은 지구표면을 구성하는 원소들 중 세 번째로 많은 원소로서 지각의 8%를 차지하는 풍부한 물질이며, 양적으로 지구상에 존재하는 가장 중요한 비철금속으로 알려져 있다. 또한 알루미나는 녹는점이 약 2000℃로서 내식성, 내마모성, 연성, 가공성이 우수하고 비중이 작으며 전기절연성 및 열전도성이 뛰어나 건축자재, 내화재료 및 연마재료, 세라믹재료, 자동차부품, LCD 재료 등 첨단소재로서 많이 사용되는 매우 유용한 금속재료라 할 수 있다. 알루미나가 지구상에 풍부하게 존재하고 있음에도 불구하고 공업적인 알루미나 생산은 전적으로 bauxite를 원료로 하여 제조되고 있으며, 우리나라의 경우 전량 수입에 의존하고 있는 실정이어서 bauxite 대체 광물로부터 고순도의 알루미나 제조를 위한 연구가 절실히 필요한 상황이다. 따라서 이 연구는 도자기 편류를 알루미나 자원으로 활용하기 위한 방안을 모색한 것으로, 알루미나의 추출률 및 폐도자기 처리율의 최대치를 도출하고 알루미나 추출률에 가장 영향을 미치는 요인에 대해 분석하였다.Kim Jae-yong (2000) studied the recovery of alumina from the first calcined waste ceramics. Alumina refers to aluminum oxide in the form of Al ₂ O _3. Aluminum is the third most abundant element in the earth's surface and is the most abundant material that accounts for 8% of the earth's crust. It is the most important nonferrous metal on earth It is known. Alumina has a melting point of about 2000 ℃ and it has excellent corrosion resistance, abrasion resistance, ductility, processability, small specific gravity and excellent electrical insulation and thermal conductivity. It is a high-tech material such as building materials, refractory materials, abrasive materials, ceramic materials, Can be a very useful metal material which is widely used. Despite the fact that alumina is abundant on the earth, industrial alumina production is made entirely from bauxite as raw material, and in Korea, all of it is dependent on import. Therefore, there is a desperate need for research for manufacturing high purity alumina from bauxite substitute minerals It is necessary situation. Therefore, this study sought to utilize porcelain drift as alumina source, and the maximum value of alumina extraction rate and waste ceramics throughput were derived, and the factors influencing the alumina extraction rate were analyzed.

문한영(2001) 등은 요업폐기물을 콘크리트용 골재로 재활용하기 위한 연구를 수행하였다. 이 연구에서는 여주 및 이천 등지의 도자기 공장에서 다량으로 발생되는 폐도자기를 파쇄하여 콘크리트용 골재로 사용 가능한지에 대해 알아보기 위한 실험을 실시하였다. 실험은 요업폐기물을 파쇄하여 크기에 따라 콘크리트용 잔골재와 굵은골재로 분류한 후 대체율을 달리하여 모르터 및 콘크리트를 제조하여 유동성 및 재령별 압축강도 등 콘크리트의 기초적 성질에 대하여 고찰하였다. 연구결과 요업폐기물을 잔골재로 사용한 모르터의 경우 강모래만을 사용한 모르터보다 대체율에 관계없이 플로우 값 및 압축강도가 향상되는 것으로 나타났다. 또한 콘크리트용 요업폐기물 잔골재로 대체한 콘크리트의 경우 슬럼프 값이 저하되는 문제점이 나타났으나, 압축강도의 경우 요업폐기물을 잔골재로 사용한 콘크리트는 초기재령에서는 낮게 나타났으나, 장기재령에서는 요업폐기물을 골재로 사용하지 않은 경우와 거의 유사하거나 오히려 상회하는 결과를 얻었다.Moon, Han-young (2001) conducted a study to recycle ceramic waste as aggregate for concrete. The purpose of this study is to investigate the possibility of using waste ceramic as a concrete aggregate by crushing waste ceramics generated in large quantities in Yeoju and Icheon. Experiments were carried out to investigate the basic properties of concrete such as fluidity and compressive strength at different ages by producing mortar and concrete with different substitution rates after crushing ceramic waste and classifying it into fine aggregate and coarse aggregate according to the size. The results showed that the flow value and compressive strength of the mortar used as the fine aggregate waste were higher than those of the mortar using only the sand. Also, the concrete that was replaced with the fine ceramics for concrete waste had a problem of lowering the slump value. However, in the case of the compressive strength, the concrete using the ceramics waste as the fine aggregate was lower in the early age, The results are similar to those of the non - use case.

강성구(2005) 등의 연구에서는 "폐도자기를 골재로 이용한 콘크리트의 특성"에 대하여 연구하였다. 이 연구에서는 도자기 폐기물을 콘크리트용 골재로 이용하여 폐도자기의 재활용성을 검증하고자 하였다. 페도자기 재활용 골재의 품질을 부순 골재와 비교 분석하였으며, 부순 골재 단독 콘크리트와 재활용 골재가 비례대로 치환된 콘크리트의 물리적 특성을 비교 분석하였다. 실험 결과 재활용 폐도자기의 비율이 10, 20, 30%까지는 압축강도에 미치는 영향이 작게 나타났지만, 재활용 폐도자기의 비율이 30% 이상 증가할수록 압축강도는 급격히 감소하였고 흡수율은 증가한 것으로 나타났다. 따라서 일정한 압축강도를 지니는 폐도자기 재활용 콘크리트의 제조를 위해서 대체 가능한 재활용 골재의 최대 함량이 30%인 것으로 연구되었다. 또한 표면조직을 광학현미경으로 관찰한 결과 재활용골재나 부순돌과 차이가 없는 것으로 확인되어 시멘트 페이스트와의 부착이 양호할 것으로 판단하였고, 화학분석 결과 광물 조성이 저온 형 크리스토발라이트(α-Cristobalite, SiO₂)와 Mullite(3Al₂O₃ㆍ2SiO₂)가 주성분을 이루고 있는 것을 확인하였으며, 일부 유리화된 부분으로 구성된 골재와 소지 표면에 입혀진 유리 성분인 glaze가 골재 입자를 이루고 있음을 확인하였다.In the study of Kang Seong-gu (2005) and others, "the characteristics of concrete using waste ceramic as aggregate" were studied. The purpose of this study was to verify the recyclability of waste ceramics using ceramics waste as concrete aggregate. The quality of recycled aggregate was analyzed and compared with that of crushed aggregate. The physical properties of concrete with crushed aggregate alone and recycled aggregate were compared and analyzed. Experimental results showed that the effect of recycled waste ceramics on compressive strength was 10%, 20%, 30%, but the compressive strength decreased sharply and the absorption rate increased as the ratio of recycled waste ceramics increased by more than 30%. Therefore, it was studied that the maximum amount of recycled aggregate that can be substituted for the production of waste concrete recycled concrete with a certain compressive strength is 30%. In addition, the surface structure was observed by optical microscope, and it was confirmed that there was no difference between recycled aggregate and cocoon. Therefore, it was concluded that the adherence of cement paste to the cement paste was good. As a result of chemical analysis, the mineral composition was changed to α-Cristobalite, SiO ₂ ) And Mullite (3Al ₂ O ₃ ㆍ 2SiO ₂ ). It was confirmed that aggregate composed of some vitrified part and glaze as a glass component coated on the substrate surface were composed of aggregate particles.

이화영(2008) 등이 수행한 폐도자기분말의 혼입에 따른 시멘트 모르타르의 특성에 대한 연구에서는 폐도자기의 재활용 방안으로 약 300 mesh 수준으로 미분쇄하여 콘크리트 2차제품의 제조의 시멘트 대비 단순치환하여 가능성을 검토하고자 하였다. 연구결과 폐도자기 분말을 시멘트 혼합재로 사용할 경우 작업성을 개선시키고 시멘트의 사용량을 줄임과 동시 강도증진 효과를 얻는 것으로 연구되었으며, 시멘트 혼합재로서의 성능은 폐도자기 분말이 슬래그를 사용한 것보다 유리한 것으로 연구되었다. 이외에도 "폐도자기분말을 시멘트 혼합재로 사용한 PHC파일의 품질 특성"에 관한 연구에서는 폐도자기분말의 시멘트 혼합재 사용 시 강도증진이 다소 떨어지나 OPC 보다 높은 강도를 나타냈고, PHC 파일의 품질규정을 만족하는 것으로 나타나 PHC 파일의 적용 가능성을 확인하였으며, PHC 파일의 제조원가 절감을 나타내는 것으로 연구되었다. "증기양생용 시멘트 혼합재로 활용을 위한 폐도자기분말의 기초연구"는 폐도자기를 증기양생용 시멘트 혼합재로 사용 가능성을 검토하여 폐도자기분말을 일부 치환한 경우 초기강도를 증가시키는 것으로 나타났으며, 재령 7일에서 5%를 치환한 경우 최적의 효과를 나타내는 것으로 연구되었다. 시멘트 혼합재로서 활용도를 높이기 위해 강도개선을 위한 자극제 및 증기양생조건, 혼합제 등에 대한 추가적인 실험과 규명이 필요할 것으로 판단되었다.In the study on the characteristics of cement mortar according to the mixing of waste ceramics powder performed by Lee, Hwa-young (2008) and others, it was suggested that the recycling of waste ceramics was finely pulverized to a level of about 300 mesh, . As a result, it was investigated that the use of waste ceramic powder as a cement admixture improves the workability, reduces the amount of cement used and improves the strength at the same time. The performance of the cement admixture is better than that of waste ceramic powder using slag . In addition, the study on "quality characteristics of PHC pile using waste ceramic powder as cement admixture" showed that the strength enhancement of waste ceramics powder was slightly lower than that of OPC, and satisfied the quality regulation of PHC pile The applicability of the PHC file has been confirmed and it has been studied to indicate the manufacturing cost reduction of the PHC file. "Preliminary Study on Waste Porcelain Powder for Use as a Cement Mixture for Steam Curing", the possibility of using waste ceramics as a cement admixture for steam curing has been shown to increase the initial strength when some parts of waste ceramics are replaced, It was studied that the optimal effect was obtained when 5% of the time was replaced from 7 days of age. In order to improve the utilization of cement admixture, additional experiment and identification of stimulant, steam curing condition, and mixture were needed.

또한 2010년 발표된 폐도자기 분말의 PHC 파일용 시멘트 혼화재 적용성 검토에서는 모르터 및 콘크리트의 플로우 특성과 압축강도 특성, SEM 분석과 공극특성 등에 관한 연구를 수행하였다. 이 논문에서 국내에서 수급된 폐도자기의 화학적 특성을 분석한 결과, 주요 화학적 조성성분은 SiO₂ 성분이 65%, Al₂O₃와 CaO가 각각 19% 및 5.66%인 것으로 분석되었다. 실험결과 폐도자기 분말을 5~15% 치환한 콘크리트에서 초기강도 개선 효과를 나타내었으며, 제품생산을 위해서는 5~10% 범위가 적정한 것으로 연구되었다. 또한 폐도자기분말이 비결정형 반응성 물질이 아니라 하더라도 시멘트 및 콘크리트 2차 제품용 혼합재로 활용이 가능할 것으로 판단하였다.In addition, flow characteristics, compressive strength characteristics, SEM analysis and pore characteristics of mortar and concrete were studied in the examination of applicability of cement admixture for PHC pile of waste ceramics powder announced in 2010. In this paper, a result of analyzing the chemical properties of the waste in domestic ware supply, the main component chemical composition was characterized as being a 65% SiO ₂ component, Al ₂ O ₃ and CaO are 19% and 5.66%. Experimental results show that the initial strength improvement effect of concrete with 5 ~ 15% replacement of waste ceramics powder is 5 ~ 10% suitable for the production of the product. Also, even if the waste ceramic powder is not an amorphous reactive material, it could be used as a mixture material for cement and concrete secondary products.

신한국(2010) 등은 폐도자기 미분말을 이용한 순환골재의 강도증진에 관한 연구를 수행하였다. 이 연구에서는 폐도자기를 이용하여 분말도에 변화를 주어 콘크리트용 혼화재료로의 사용시 사용권장량 이상의 순환골재를 다량 치환하여 사용하였을 경우 콘크리트의 물리적 역학적 특성에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 연구결과 굳지 않은 콘크리트의 특성으로 슬럼프는 순환골재 대체율 60%, 폐도자기 치환율 5%를 제외한 나머지에서 낮은 슬럼프를 나타내었는데, 이는 첨가된 폐도자기의 분말도에 의한 영향으로 판단하였으며 공기량은 감소하는 것으로 나타났다. 경화된 콘크리트에서는 압축강도와 인장강도는 전체적으로 높은 강도발현을 나타내었다. 이는 폐도자기 분말도에 의한 콘크리트 및 순환골재의 공극충진 효과에 의한 영향으로 판단하였다. 따라서 순환골재 사용량을 30%로 사용량을 권장하고 있지만, 폐도자기의 분말도를 조절할 경우 단위시멘트 저감효과와 순환골재의 다량 사용도 가능할 것으로 연구되었다.New Korea (2010) conducted a study on the strength improvement of recycled aggregate using waste ceramic powder. The purpose of this study was to investigate the effect of recycled aggregate on the physical properties of concrete when the amount of recycled aggregate was increased by the use of waste ceramics. As a result of the study, the slump showed a low slump except for 60% replacement rate of recycled aggregate and 5% replacement ratio of waste ceramics due to the characteristics of hardened concrete. appear. In the cured concrete, compressive strength and tensile strength showed high strength. This is attributed to the effect of pore filling of concrete and recycled aggregate by waste ceramic powder. Therefore, the use of recycled aggregate is recommended to be 30%, but the effect of reducing the unit cement and the amount of recycled aggregate can be improved by controlling the degree of powdered waste.

류현기(2011) 등이 수행한 "폐도자기 분말도 변화에 따른 순환골재 사용 콘크리트의 물리적 특성에 관한 연구"에서는 폐도자기의 분말도를 실험변수로 하여 콘크리트용 혼화재료로 사용시 작업성 및 강도특성, 길이변화 시험 등에 대해 연구하였다. 연구결과 굳지않은 콘크리트의 유동성은 순환골재의 대체율이 증가할수록 증가하고, 폐도자기 분말의 치환율이 증가할수록 유동성이 저하되는 것으로 나타났다. 응결시간 시험에서는 초결 및 종결이 모두 빠르게 나타났고 블리딩이 감소하는 것으로 나타났다. 경화된 콘크리트에서 압축강도는 순환골재 및 폐도자기 분말이 증가할수록 증가하였으며, 인장강도는 압축강도와 유사한 경향으로 순환골재 대체율 40%에서 가장 높게 나타났다. 건조수축에 의한 길이변화에서는 폐도자기 미분말이 커질수록 다소 완만한 건조수축율을 나타내었고, 단열온도상승은 순환골재 대체율 및 폐도자기 미분말이 증가할수록 최고온도에서 약 6~10℃ 정도 낮게 나타나 수화열에 의한 균열저감 효과를 발휘하는 것으로 나타났다.In the study on the physical properties of concrete using recycled aggregate according to the change of the powder of waste ceramics performed by Ryu Hyunki (2011) and others, Length change test. The results showed that the fluidity of the unhardened concrete increased as the substitution rate of the recycled aggregate increased and the fluidity decreased as the replacement rate of the waste ceramic powder increased. In the coagulation time test, both quickness and termination were found to be rapid and bleeding decreased. The compressive strength of the cured concrete increased with increasing the amount of recycled aggregate and waste ceramics powder. The tensile strength showed the highest at 40% of the recycled aggregate replacement ratio, similar to the compressive strength. The increase of the adiabatic temperature was found to be about 6 ~ 10 ℃ lower than the maximum temperature as the recycled aggregate replacement ratio and the amount of pulverized fine powder increased. And it shows that it exerts a crack reduction effect.

최근 배상우(2012) 등에 의해 수행된 "폐도자기를 활용한 무기결합재 모르타르의 잔골재 치환율 변화에 따른 유동 및 강도특성"에 대한 연구는 시멘트 대체재료로서 산업부산물을 알칼리 활성화한 무기결합재 모르터에 대하여 폐도자기를 잔골재 대체재료 적용하였다. 실험은 잔골재에 대한 폐도자기를 5, 10, 15, 20%로 치환하여 유동성과 압축강도를 측정하였다. 실험결과 폐도자기의 큰 입도와 매끄러운 입형으로 인해 치환율이 증가함에 따라 유동성이 증가하는 것으로 나타났으며, 압축강도는 폐도자기의 치환율 증가에 따라 다소 증가하나 그 차이는 미미한 것으로 나타났다.Recently, a study on the flow and strength characteristics of mortar with varying replacement ratio of inorganic binder mortar using waste ceramics has been carried out by Sang-Woo Lee (2012). In this study, Ceramics were used as a substitute for fine aggregate. The fluidity and compressive strength were measured by replacing waste ceramics for fine aggregate with 5, 10, 15, and 20%. Experimental results showed that the fluidity increased as the substitution rate increased due to the large particle size and the smooth shape of the wasted porcelain. Compressive strength increased slightly as the replacement rate of the porcelain increased, but the difference was small.

관련 특허기술을 검토한 결과, 특허 공개 제1993-16368호에는 "파손된 도자기를 시멘트 고형물 제조에 이용하여 처리하는 방법"이 개시되어 있다. 이 발명은 도자기 생산 현장에서 생상되는 파손된 도자기의 처리방법에 관한 것으로서, 도자기 생산지역에서는 재벌구이하여 완성된 도자기 중에 홈이 생긴 파손된 도자기가 다량 생산되는데, 이 파손된 도자기는 산업 폐기물로 분류되어 그 처리가 엄격하고 경비가 많이 소요되는 어려운 점이 있었다. 상기 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위하여 도자기 파편을 모래 대신으로 이용하여 건축에 사용되는 각종 시멘트 고형물을 제작함으로써 건축 산업에 이용하고자 하였다.As a result of studying the related patent technology, Patent Publication No. 1993-16368 discloses "a method of treating broken ceramics by using them in the production of cement solids ". The present invention relates to a method for disposing of broken ceramics produced in the production site of ceramics. In the ceramics producing area, a large amount of broken ceramics having grooves in the completed ceramics is produced, and the broken ceramics are classified as industrial waste There was a difficulty in that the treatment was strict and the cost was high. In order to solve this problem, the above-mentioned invention has attempted to use various kinds of cement solids used in construction using porcelain fragments instead of sand in the construction industry.

특허 등록 제918909호에는 "도자기 분말을 이용한 증기양생용 결합재"가 개시되어 있다. 이 발명은 시멘트의 일정량을 종래에 폐기물로서 처리되는 폐도자기를 단순 분쇄하여 대체 사용함으로써, 종래에 폐기물로서 처리되던 폐도자기의 처리문제를 해결함과 동시에 물성 및 작업성이 우수한 증기양생용 결합재에 관한 것이다.Patent Registration No. 918909 discloses a "binder for steam curing using ceramics powder ". The present invention resides in a method of treating waste ceramics which has been conventionally treated as waste by simply pulverizing a waste ceramics which has conventionally been treated as waste and replacing a certain amount of cement by using a binder for steam curing having excellent physical properties and workability .

특허 등록 제465887호에는 "폐도자기를 골재로 한 콘크리트 배합 조성물"이 개시되어 있다. 이 발명의 목적은 각종 도자기의 제조시에 불량으로 폐기되는 폐도자기를 분쇄하여 콘크리트의 잔골재로 이용함으로써 폐도자기의 재활용도를 높이고, 이에 따른 처리비용을 절감할 수 있도록 하는 폐도자기를 골재로 한 콘크리트 배합 조성물을 제공함에 있다. 이 발명은 시멘트 5~8중량부에 대하여 물 1.6~3중량부, 13mm 이상의 입경을 갖는 굵은골재 3.2~5.14중량부, 혼화재 0.015~0.024중량부, 부순잔골재 19.3~39.7중량부, 폐도자기 잔골재 2.64~12.69중량부의 비율로 혼합하여 조성된 콘크리트 배합 조성물에 관한 것을 그 기술적 요지로 하고 있다.Patent Registration No. 465887 discloses "a concrete mixture composition composed of waste ceramics as an aggregate ". The object of the present invention is to provide a waste ceramic material which is used as a fine aggregate of concrete by pulverizing waste ceramics which are discarded as defective during the production of various ceramics, thereby increasing the recyclability of waste ceramics and reducing the processing cost. To provide a concrete formulation composition. The present invention relates to a cement composition comprising 1.6 to 3 parts by weight of water, 3.2 to 5.14 parts by weight of a coarse aggregate having a particle diameter of 13 mm or more, 0.015 to 0.024 part by weight of an admixture, 19.3 to 39.7 parts by weight of a crushed fine aggregate, To 12.69 parts by weight, based on the total weight of the composition.

특허 등록 제940586호에는 "폐요업재료를 이용한 친환경 도로포장재 및 건축물 내ㆍ외장마감재"가 개시되어 있다. 이 발명의 폐요업재료를 이용한 도로포장재는, 1∼5mm의 크기로 분쇄된 세라믹조각 40∼60 중량%, 모래 35∼50 중량%, 백시멘트 5∼10 중량%의 비율로 혼합 구성되는 것을 특징으로 하며, 이 발명의 폐요업재료를 이용한 건축물의 내·외장 마감재는, 100∼250 메쉬의 세라믹분말 40∼60 중량%, 30∼50 메쉬의 모래 35∼50 중량%, 백시멘트 5∼10 중량%의 비율로 혼합 구성되는 것을 특징으로 하는 발명이다.Patent Registration No. 940586 discloses an environmentally friendly packaging material and an interior / exterior finishing material using a waste ceramic material. The road paving material using the waste ceramic material of the present invention is composed of 40 to 60% by weight of crushed ceramic pieces having a size of 1 to 5 mm, 35 to 50% by weight of sand, and 5 to 10% by weight of white cement And the interior and exterior finishes of the building using the waste ceramic material of the present invention are 40 to 60% by weight of ceramic powder of 100 to 250 mesh, 35 to 50% by weight of 30 to 50 mesh sand, 5 to 10% % By weight based on the total weight of the composition.

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Department of Transportation, Federal Highway Administration, 2005. 04.

본 발명의 목적은 폐도자기 분말을 사용한 고성능 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a high performance concrete composition using waste ceramic powder.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 시멘트 대체재료로서 폐도자기 분말을 포함하며, 폐도자기 분말의 시멘트 대체율은 3 내지 17 중량%인 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a concrete composition comprising a waste ceramic powder as a substitute for cement, and a cement substitution ratio of the waste ceramic powder being 3 to 17% by weight.

본 발명에서 폐도자기 분말의 분말도는 6000 내지 7000 ㎠/g(blaine)인 것이 바람직하다.In the present invention, the powdery porcelain powder is preferably 6000 to 7000 cm2 / g (blaine).

본 발명에서 폐도자기 분말은 SiO₂ 95 내지 99 중량%, Al₂O₃ 0.5 내지 3 중량%, Fe₂O₃ 0.1 내지 1 중량%, CaO 0.1 내지 1 중량%, SO₃ 0.1 내지 1 중량%, MgO 0.01 내지 1 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.Lung ceramic powder is SiO ₂ 95 to 99% by weight in the present invention, Al ₂ O ₃ 0.5 to 3% by weight, Fe ₂ O ₃ 0.1 to 1% by weight, CaO 0.1 to 1% by weight, SO ₃ 0.1 to 1% by weight, 0.01 to 1% by weight of MgO.

본 발명에서는 도자기 폐기물을 재활용이 가능한 무기질 재료로서 개발하여 시멘트를 대체재료로 가능한 모르터나 콘크리트에 활용함으로써 강도 및 내구성의 향상시키고 산업폐기물의 재활용 및 건설재료로서의 품질향상이라는 일거양득의 효과를 가져 올 수 있다.In the present invention, porcelain waste is developed as an inorganic material capable of being recycled and utilized in a mortar or concrete as an alternative material for cement, thereby improving the strength and durability and improving the quality of the industrial waste as recycled materials and construction materials. .

도 1은 폐도자기 분말의 브레인(blaine)법에 의한 분말도 시험과 화학성분 조성에 대한 성분분석결과를 나타낸 것이다.
도 2 내지 4는 폐도자기 분말의 입도분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5 및 6은 고분해능 X선 회절기에 의한 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 7 내지 11은 전계방사형 주사현미경에 의한 입형분석 이미지를 나타낸 것이다.
도 12 내지 14는 초속경 콘크리트에 대해, 각각 재령 4시간 압축강도 실험결과, 재령 24시간 압축강도 실험결과, 재령 4시간 및 24시간 압축강도 실험결과를 비교한 것이다.
도 15 내지 17은 고강도 콘크리트에 대해, 각각 고강도 배합 7일 강도 실험결과, 고강도 배합 28일 강도 실험결과, 재령 7일 및 28일 압축강도 실험결과를 비교한 것이다.
도 18 내지 20은 보통강도 콘크리트에 대해, 각각 보통강도 배합 7일 강도 실험결과, 보통강도 배합 28일 강도 실험결과, 재령 7일 및 28일 압축강도 실험결과를 비교한 것이다.
도 21 내지 23은 모르타르의 경우, 각각 모르타르 배합 7일 강도 실험결과, 모르타르 배합 28일 강도 실험결과, 모르타르 배합별 재령 7일 및 28일 강도를 비교한 것이다.Fig. 1 is a graph showing the result of powder analysis by the blaine method of the waste ceramic powder and the results of the component analysis on the chemical composition.
2 to 4 show the result of particle size analysis of the waste ceramic powder.
5 and 6 show the results of analysis by a high-resolution X-ray diffractometer.
Figs. 7 to 11 illustrate a shape analysis image by field emission scanning microscope.
FIGS. 12 to 14 show compressive strength test results at 4 hours, 4 hours and 24 hours compressive strength test results, respectively.
Figs. 15 to 17 show strength test results of high strength concrete, 7 days strength test, 28 days strength test, and 7 days and 28 day compressive strength test results, respectively, of high strength concrete.
Figs. 18 to 20 compares strength test results of normal strength, 7 days, and strength test results of ordinary strength, 28 days, and 7 days and 28 days, respectively.
Figs. 21 to 23 show the results of the 7 day strength test of the mortar mixture, the 28 day strength test result of the mortar mixture, and the 7 day and 28 day strength of the mortar composition, respectively.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 시멘트 대체재료로서 폐도자기 분말을 포함하는 것을 특징으로 한다. 폐도자기 분말의 시멘트 대체율은 3 내지 17 중량%인 것이 바람직하다. 초속경 콘크리트의 경우, 폐도자기 분말의 시멘트 대체율은 5±2 중량%인 것이 바람직하다. 고강도 콘크리트의 경우, 폐도자기 분말의 시멘트 대체율은 5±2 중량%인 것이 바람직하다. 보통강도 콘크리트의 경우, 폐도자기 분말의 시멘트 대체율은 15±2 중량%인 것이 바람직하다. 모르타르의 경우, 폐도자기 분말의 시멘트 대체율은 5±2 중량%인 것이 바람직하다.The concrete composition according to the present invention is characterized by containing a waste ceramic powder as a cement substitute material. The replacement ratio of the waste ceramics powder is preferably 3 to 17% by weight. In the case of ultra fast-speed concrete, the substitution ratio of the cement in the waste ceramic powder is preferably 5 ± 2% by weight. In the case of high-strength concrete, the substitution ratio of the cement in the waste ceramic powder is preferably 5 ± 2% by weight. In the case of ordinary strength concrete, the substitution ratio of the cement in the waste ceramic powder is preferably 15 ± 2% by weight. In the case of mortar, the substitution ratio of the cement in the waste ceramic powder is preferably 5 ± 2% by weight.

폐도자기 분말은 도자기 생산업체로부터 수집할 수 있으며, 예를 들어 업체가 집중된 여주 및 이천 지역 등에서 수집할 수 있다. 폐도자기 분말은 수집된 폐도자기를 롤크러셔, 디스크밀 또는 햄머밀, 슈퍼밀 등의 분쇄장비를 이용하여 1회 또는 복수 회에 걸쳐 분쇄함으로써 얻을 수 있다. 폐도자기 분말의 분말도는 6000 내지 7000 ㎠/g인 것이 바람직하다. 폐도자기 분말의 평균 입경은 10 내지 20 ㎛인 것이 바람직하다. 폐도자기 분말은 SiO₂ 95 내지 99 중량%, Al₂O₃ 0.5 내지 3 중량%, Fe₂O₃ 0.1 내지 1 중량%, CaO 0.1 내지 1 중량%, SO₃ 0.1 내지 1 중량%, MgO 0.01 내지 1 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.Waste ceramics powder can be collected from ceramic producers, for example, in Yeoju and Icheon areas where companies are concentrated. The waste ceramics powder can be obtained by pulverizing collected waste ceramics one or more times using a crusher such as a roll crusher, a disk mill or a hammer mill or a super mill. The powdery degree of the waste ceramic powder is preferably 6000 to 7000 cm < 2 > / g. The average particle diameter of the waste ceramic powder is preferably 10 to 20 mu m. The waste ceramic powder comprises 95 to 99 wt% of SiO ₂ , 0.5 to 3 wt% of Al ₂ O ₃ , 0.1 to 1 wt% of Fe ₂ O _3, 0.1 to 1 wt% of CaO, 0.1 to 1 wt% of SO ₃ , 1% by weight.

폐도자기의Wastepaper 수집 collection

전국의 도자기 생산업체를 조사한 결과 약 2,200여개의 관련업체가 조사되었다. 상당수의 도자기 생산업체는 여주, 이천 지역에 집중되어 있으며, 이 지역을 중심으로 경기도에 위치해 있는 업체가 국내의 절반 가량을 차지하고 있다. 또한 각 광역별로는 경상도에 440여개, 전라도에 200여개, 충청도에 120여개의 업체가 존재하는 것으로 조사되었으며, 전국적으로도 상당수의 업체가 분포되어 있는 것으로 나타났다. 여주시의 경우 요업관련 업체는 북내면을 중심으로 분포되어 있는 것으로 조사되었으며, 이천시의 경우 신둔면 지역을 중심으로 분포되어 있는 것으로 조사되었다. 따라서 폐도자기의 수집은 도자기 업체가 밀집되어 있는 지역을 중심으로 적재함을 설치하여 수집 및 수거함으로서 폐기물처리에 수반되는 비용을 완화시키는 것이 효율적일 것으로 판단된다. 또한, 도자기 폐기물이 대량 발생되는 대규모공장은 소규모의 공장과는 별도로 수집 및 수거하여 재활용해야 할 것으로 사료된다.A total of 2,200 related companies were surveyed. Many porcelain producers are concentrated in Yeoju and Icheon area, and the companies located in Gyeonggi province occupy about half of the domestic area. In addition, there are more than 440 companies in Gyeongsang, 200 in Jeolla province, and 120 in Chungcheong province, and there are many companies nationwide. In the case of Yeoju city, it was surveyed that the companies related to ceramics were distributed around the north side of the city. Therefore, collection of waste ceramics should be effective in reducing the costs associated with waste disposal by collecting and collecting garbage by centering the area where porcelain companies are concentrated. In addition, large-scale factories where large quantities of ceramic waste are generated should be collected and collected separately from small-scale factories and recycled.

폐도자기의Wastepaper 분말화Powdered 방법 Way

도자기 폐기물을 미분말화하기 위하여 관련장비를 조사하고 검토한 바, 총 3단계의 분쇄과정에 의해 분말화 하는 방법이 효율적일 것으로 판단되었다. 분말화 방법은 1단계에서 도자기 폐기물을 롤크러셔 장비에 의해 1차적인 분쇄를 한 후, 이를 2단계 분쇄장비인 디스크밀 또는 햄머밀에 의해 분쇄하고, 최종적인 3단계에서는 슈퍼밀 장비에 의하여 미분말화 하는 것이 효율적일 것으로 판단된다.In order to make powdered ceramic waste powder, the related equipment was investigated and examined. It was considered that the method of pulverization by three stages of pulverization process would be efficient. In the pulverization method, the ceramic waste is firstly pulverized by a roll crusher equipment in a first stage, and then pulverized by a disk mill or a hammer mill as a two-stage pulverizing equipment. In the final step 3, a fine powder It is thought that it will be efficient.

미분말화Pulverization 방안 및 분말도 평가 Apparatus and powder evaluation

도자기 폐기물을 모르터 및 콘크리트의 시멘트 대체재료로 활용하기 위해서는 미분말화하여 모르터나 콘크리트의 미세공극을 충진하고 조기에 강도를 확보하도록 하는 방안이 필요할 것으로 사료된다. 현재 사용되고 있는 보통 포틀랜트 시멘트의 분말도는 3700 blaine, 플라이애시의 경우 4200 blaine, 슬래그의 경우 4000 blaine의 수준으로 알려져 있다. 기존의 연구문헌을 검토한 바 폐도자기의 분말을 6000 blaine으로 하여 시멘트 대체재료로 활용할 경우 미세공극 충진효과 및 강도개선 효과, 균열저항성 향상 등 콘크리트에 활용할 경우 양호한 성능을 나타내는 것으로 검토되어 본 발명에서 목표분말도를 6000 blaine으로 설정하였다. 도자기 폐기물을 총 3단계의 분쇄과정을 거쳐 미분말화하여 입도분석과 분말도 평가를 수행하였으며, 분말도 평가 및 화학성분 분석은 국내 공인시험기관인 한국화학시험융합연구원에 의뢰하여 KS L 5106 규정의 브레인법에 의해 분말도 평가를 수행하였다.In order to use porcelain waste as a substitute for cement in mortar and concrete, it is necessary to make a fine powder to fill micropores of mortar or concrete and secure strength early. The currently used portland cement powder is known to have a level of 3700 blaine, 4200 blaine for fly ash, and 4000 blaine for slag. As a result of reviewing the existing literature, it has been investigated that when the waste ceramic powder is used as a substitute material for cement with 6000 blaine powder, it exhibits good performance when it is used in concrete such as microporous filling effect, strength improving effect, crack resistance improving effect, The target powder viscosity was set at 6000 blaine. The powder evaluation and chemical composition analysis were commissioned by the Korean Institute of Chemical Testing and Convergence Research Institute, the Korea Testing and Research Institute for Chemical Testing, and the brains of KS L 5106 regulation Powdery evaluation was carried out by the method.

폐도자기Waste pottery 미분말의Fine 제품화 방안 Productization plan

폐도자기 미분말을 시멘트 대체재료로서 사용하기 위하여는 다량의 폐기물을 대량으로 분쇄할 수 있는 장비구축이 필요할 것으로 판단된다. 그러나 대량의 분쇄장비가 체계적으로 갖추어지기 이전까지는 소량생산 장비에 의해 20kg 단위의 포대로 팩킹하여 생산하는 방안이 합리적일 것으로 판단된다. 또한 대량생산체계가 갖추어 진 이후에는 톤단위의 bag이나 벌크(bulk)로서 생산하여 콘크리트 생산 플랜트에 공급하여 건설산업에 활용하는 것이 바람직할 것으로 사료된다. 실용화를 위해 우선적으로 제품화하는 방안으로 20kg 단위의 포대생산하여 모르터나 콘크리트 제조시 시멘트 대체재료로 활용하기 위해서는 우선적으로 구조물의 유지보수 재료로 활용하는데 초점을 두어 실용화하는 것이 타당할 것으로 판단된다.In order to use waste ceramic powder as a substitute for cement, it is necessary to construct equipment capable of pulverizing a large amount of waste. However, until mass production of the crushing equipment systematically, it would be reasonable to produce by packing in 20kg unit by small quantity production equipment. Also, after the mass production system is completed, it will be preferable to produce the concrete as a bag or bulk in tonnes and supply it to the concrete production plant for the construction industry. In order to commercialize it, it is reasonable to put it into practical use by focusing on the use as a maintenance material of the structure in order to produce a 20kg bag as a commercial product and to use it as a substitute material for cement when manufacturing mortar or concrete.

[시험결과 및 고찰][Test results and discussion]

분말도 및 화학성분 시험결과Powder and chemical composition test results

폐도자기 분말의 브레인법에 의한 분말도 시험과 화학성분 조성에 대한 성분분석결과는 도 1에 나타내었다. 분말도 시험은 KS L 5106 규정에 근거하여 브레인법에 의해 분말도 평가를 수행하였으며, 한국화학시험융합연구원에 시험의뢰하여 결과를 도출하였다. 시험결과 폐도자기 분말의 분말도는 목표 분말도인 6000 blaine(㎠/g)을 상회하는 6198 blaine의 결과를 얻을 수 있었다.The results of the powder analysis by the Brain method of the waste ceramic powder and the compositional analysis results on the chemical composition are shown in FIG. Powder test was carried out by the Brain method based on KS L 5106, and the results were obtained from the Korea Chemical Testing and Convergence Research Institute. As a result of the test, the result of 6198 blaine which is higher than the target powder figure of 6000 blaine (㎠ / g) was obtained.

폐도자기 미분말의 화학성분 분석시험은 KS L ISO 26845에 의해 수행하였다. 분석결과 폐도자기 분말은 SiO₂ 성분과 Al₂O₃ 성분이 주요 성분으로 나타났으며, SiO₂ 성분이 전체의 95% 이상 함유되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 플라이애시나 슬래그에 비하여 월등히 높은 SiO₂ 성분 함량을 나타내는 것이며, 실리카흄과 대등한 수준의 성분함량을 나타내는 것으로 나타났다. 따라서 폐도자기 분말의 잠재적인 활용가치가 매우 클 것으로 판단되며, 2차적인 수화반응이나 포졸란 효과를 나타내는지에 대해서는 추후 검토되어져야 할 것으로 판단된다.Chemical composition analysis of waste ceramic powder was carried out according to KS L ISO 26845. As a result, the SiO ₂ component and the Al ₂ O ₃ component were found to be the major components of the waste ceramic powder, and the SiO ₂ component was found to be contained in more than 95% of the total. These results show that the content of SiO ₂ component is much higher than that of fly ash and slag, and the content of silica fume is comparable to that of silica fume. Therefore, it is considered that the potential utilization value of the waste ceramics powder is very large, and whether the secondary hydration reaction or the pozzolanic effect is considered should be examined later.

도 2 내지 4는 폐도자기 분말의 입도분석 결과를 나타낸 것이다. 3개의 그래프는 폐도자기 분말을 미분말화 하기 위해 3단계에서 사용되는 슈퍼밀을 이용하여 1차 분쇄하고 이를 다시 2차 분쇄 및 3차 분쇄한 결과를 나타낸 것이다. 1차 분쇄에서의 평균입경은 17.92 ㎛를 얻을 수 있었으며(도 2), 이를 다시 분쇄한 2차 분쇄 결과는 14.624 ㎛로 나타났다(도 3). 3차 분쇄까지 시도한 폐도자기 미분말의 평균입경은 13.81 ㎛까지 분쇄되었으나(도 4), 1차 분쇄 결과에 비하여 4.11 ㎛의 미미한 차이를 나타내었다. 따라서 3단계의 슈퍼밀에 의한 분쇄는 1차 분쇄에 의해 미분말화가 가능할 것으로 판단되었다. 또한 이러한 결과는 보통 포틀랜트 시멘트의 평균입경이 45 ㎛ 정도임을 고려할 때 1차 분쇄만으로도 60% 가량 평균입경을 감소한 수준이라 할 수 있다.2 to 4 show the result of particle size analysis of the waste ceramic powder. The three graphs show the results of primary pulverization using the super-mill used in the third step to pulverize the pulverized powder into powder and secondary pulverization and third pulverization thereof. The average particle size in the first pulverization was 17.92 탆 (Fig. 2), and the second pulverization result was 14.624 탆 (Fig. 3). The average particle diameter of the pulverized ceramic powder till the third pulverization was reduced to 13.81 쨉 m (Fig. 4), but a slight difference of 4.11 쨉 m was shown compared to the first pulverization result. Therefore, it was judged that the pulverization by the super - mill in the three - step process could be made into a fine powder by the first pulverization. Also, considering that average particle size of portland cement is about 45 ㎛, this result shows that the average particle size decreased by 60% only by the first crushing.

고분해능 X선 High-resolution X-ray 회절기와Diffraction grating 전계방사형Field emission type 주사현미경( Scanning Microscope ( FESEMFESEM )에 의한 분석 시험결과)

폐도자기 미분말의 결정구조와 입경을 분석을 위해, 고분해능 X선 회절기(05.10)와 전계방사형 주사현미경(FESEM)에 의한 분석시험을 강원대학교 공동실험실습관에 의뢰하여 분석하였다.For the analysis of the crystal structure and grain size of the pulverized ceramics, analytical tests by high resolution X-ray diffractometer (05.10) and field emission scanning microscope (FESEM) were commissioned to Kangwon National University joint laboratory habits.

고분해능 X선 회절기 시험결과, 주요 2가지의 주요성분에 대해 시험결과가 도출되었다. 첫째 실리콘옥사이드(SiO₂: Silicon Oxide) 성분의 결정구조는 Hexagonal 형태의 구조를 가지고 있는 것으로 나타났으며, 두 번째 소디움알루미늄옥사이드(Na₂Al_2xO_3x ₊₁) 성분은 Orthorhombic 형태의 결정구조를 가지고 있는 것으로 나타났다. 향후 폐도자기 분말을 사용하여 실내실험을 수행한 후 결과를 분석할 필요가 있을 것으로 사료되나, 고분해능X선 회절기 시험결과로 판단할 때, 도 5 및 6의 결과에서 40도 이상의 베이스라인이 직선을 이루는 점으로 유추해 보면, 비결정질계의 성분도 일부 포함하고 있으나, 그 양은 많지 않을 것으로 판단되며, 거의 대부분의 성분이 결정질의 구조를 가지고 있는 것으로 판단된다.As a result of the high-resolution X-ray diffractometer test, test results were obtained for two main components. First, the crystal structure of silicon oxide (SiO ₂ ) has a hexagonal structure, and the second component of sodium aluminum oxide (Na ₂ Al _2x O _3x _{+ 1} ) has an orthorhombic crystal structure Respectively. However, when the results of the high-resolution X-ray diffractometer test are used, the baseline of 40 degrees or more in the results of FIGS. 5 and 6 shows a straight line , It is considered that the amount of amorphous component is partially contained, but the amount of amorphous component is considered to be insufficient. Almost all components are considered to have a crystalline structure.

전계방사형 주사현미경(FESEM)의 시험은 폐도자기 미분말의 입형을 알아보기 위한 것으로, 강원대학교 공동실험실습관에 시험의뢰하여 분석하였다. 도 7 내지 11은 전계방사형 주사현미경에 의한 입형분석 이미지를 나타낸 것이다. 분석이미지는 50,000배율(도 7), 10,000배율(도 8), 5,000배율(도 9), 2,000배율(도 10), 1,000배율(도 11)까지 다양하게 분석되었다. 분석결과 폐도자기 분말이 미세한 경우 입형은 길고 각이 져있는 것으로 나타났으며, 20 ㎛ 사이즈의 경우 둥근 형태를 나타내었다. 이러한 폐도자기 미분말의 입형이 모르터나 콘크리트에 사용할 경우 미치는 영향에 대해서는 추후 실내실험을 통하여 분석해야 할 것으로 사료된다.The field emission scanning microscope (FESEM) test was conducted to investigate the shape of the fine powder of waste ceramics. Figs. 7 to 11 illustrate a shape analysis image by field emission scanning microscope. The analysis images were variously analyzed to 50,000 magnification (FIG. 7), 10,000 magnification (FIG. 8), 5,000 magnification (FIG. 9), 2,000 magnification (FIG. 10), and 1,000 magnification (FIG. 11). As a result of the analysis, it was found that the granular form was long and angular when the powder was fine, and round form when it was 20 ㎛ size. It is considered that the influence of the shape of the pulverized ceramic powder to mortar or concrete should be analyzed through laboratory experiments.

폐도자기Waste pottery 미분말을Fine powder 사용한 Used 초속경Fast speed 콘크리트의 특성 Characteristics of Concrete

폐도자기 미분말을 사용한 초속경 콘크리트의 실험은 폐도자기를 분말도 6,198 blaine으로 미분말화하여 실험에 사용하였으며, CONTROL 배합 대비 시멘트 중량의 5, 10, 15%를 대체하여 사용하였다. 시멘트는 국내에서 상용되는 J사 초속경 시멘트를 사용하였으며, 표 1은 실험에 사용된 초속경 콘크리트 배합표를 나타낸 것이다. 예비실험을 통하여 초속경 콘크리트의 작업성 확보를 고려한 물/결합재 비와 잔골재율을 실험적으로 판단하여 본 배합을 결정하였다.In the experiment of ultra fast speed concrete using powdered ceramics powder, 5,10,15% of the weight of cement was used as a substitute for the CONTROL blend, and the pulverized ceramics were powdered into 6,198 blaine powder. Table 1 shows the formulation of quick-speed concrete used in the experiment. Through the preliminary experiment, water / binder ratio and fine aggregate ratio were determined experimentally to determine the mixing ratio considering the workability of quick - speed concrete.

실험순서는 콘크리트 배합은 굵은골재와 잔골재를 혼합한 후 시멘트와 폐도자기 미분말을 혼합하면서 지연제를 희석시킨 물을 넣은 순서로 혼합하였다. 콘크리트는 배출 즉시 슬럼프 시험을 하였으며, 압축강도의 측정은 각 배합변수에 따라 3개의 공치체를 제작하여 실험에 사용하였고 그 평균값을 실험결과로 하였다.The experimental procedure was as follows. Mixing of coarse aggregate and fine aggregate was carried out by mixing cement and pulverized porcelain powder with water diluted with retarder. The slump test was carried out immediately after discharge, and the compressive strength of concrete was measured by using three excavators according to each mixing parameter.

폐도자기 미분말을 사용한 초속경 콘크리트의 초기재령에서 강도발현 특성을 분석하기 위하여 재령 4시간 및 24시간에서의 압축강도 실험을 수행하였다. 압축강도 시험은 KS F 2405 규정에 따라 시험하였으며, 작업성능의 평가는 KS F 2402 시험방법에 따라 슬럼프 시험을 수행하였다. 슬럼프 시험결과는 폐도자기 미분말을 혼입하지 않은 CONTROL 배합에서 155 ㎜의 슬럼프값을 나타내었다. 폐도자기 미분말을 5% 혼입한 경우 슬럼프는 8 ㎜의 감소를 나타내었으며, 혼입율 10%와 15%에서는 각각 25 ㎜와 47 ㎜로 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 슬럼프의 감소는 폐도자기 미분말의 흡수율에 기인되는 것으로 판단된다.Compressive strength tests were carried out at 4 and 24 hours in order to analyze the strength characteristics of early - age concrete using pulverized fine powder. The compressive strength test was carried out in accordance with KS F 2405 and the slump test was carried out according to the KS F 2402 test method. The results of the slump test showed a slump value of 155 ㎜ in the CONTROL blend containing no waste ceramic powder. The slump decreased by 8 ㎜ when 5% of waste powder was mixed and decreased by 25 ㎜ and 47 ㎜ at mixing ratio of 10% and 15%, respectively. The decrease of the slump is thought to be due to the absorption rate of the pulverized fine powder.

도 12 내지 14를 참고하면, 콘크리트의 압축강도는 CONTROL 배합 대비 혼입율 5%에서 4시간 강도는 14%증가되었고, 1일 강도는 6% 증가하는 것으로 나타났다. 혼입율 10%에서는 기준배합과 동등한 수준의 강도를 나타내었으며, 15% 혼입한 경우 재령 4시간과 1일에서 각각 8%와 16%의 강도가 저하되는 특성을 나타내었다. 따라서 작업성능의 감소가 크지 않고 압축강도 발현이 향상되는 결과로 판단할 때, 폐도자기 미분말의 적정 혼입율은 5%가 최적의 시멘트 대체율인 것으로 판단되었다.Referring to FIGS. 12 to 14, the compressive strength of the concrete was increased by 4% at 4% mixing ratio and increased by 6% at 1 day compared to the CONTROL mixing ratio at 5%. At the mixing ratio of 10%, the strength was equivalent to that of the reference blend. When the blend was mixed at 15%, the strength decreased by 8% and 16% at 4 hours and 1 day, respectively. Therefore, it was concluded that the optimal mixing ratio of waste ceramic powder was 5%, which is the optimal cement replacement ratio, when the reduction of work performance was not significant and the compression strength was improved.

폐도자기Waste pottery 미분말을Fine powder 사용한 고강도 콘크리트의 특성 Properties of High Strength Concrete Used

폐도자기 미분말을 시멘트 대체재료로 사용할 경우 고강도 콘크리트의 강도에 미치는 영향을 분석하기 위하여 폐도자기 미분말을 시멘트 중량대비 5%, 10%, 15% 치환하여 재령 7일과 28일에서의 압축강도 시험을 수행하였다. 표 2는 폐도자기 미분말을 사용한 고강도 콘크리트 배합을 나타낸 것이다. 본 배합을 수행하기 전에 단위시멘트량의 변화에 따라 예비실험을 수행한 후 본 배합을 수행하였다. 본 배합은 예비실험에서 수행한 배합과 유사한 한국도로공사의 고강도 콘크리트 표준 배합비를 적용하였다. 물/시멘트 비는 0.36, 잔골재율은 41%, 단위시멘트량은 481 kg/㎥이며 AE제와 고성능감수제는 국내 D사의 제품으로 시멘트 중량대비 각각 0.05%와 1%를 적용하였다.In order to analyze the effect of waste ceramic powder on the strength of high strength concrete when used as a substitute for cement, compressive strength test was carried out at 7 and 28 days after replacing 5%, 10%, and 15% Respectively. Table 2 shows high-strength concrete formulations using waste ceramic powder. Prior to the formulation, preliminary experiments were carried out according to changes in the amount of unit cement, and the present formulation was carried out. This formulation is applied to Korea Highway Construction Co., Ltd., which is similar to the formulation used in the preliminary experiments. The water / cement ratio was 0.36, the fine aggregate ratio was 41%, the unit cement amount was 481 kg / ㎥, and the AE and high performance water reducing agents were 0.05% and 1%, respectively,

도 15 및 16은 각각 재령 7일과 28일에서의 강도발현 결과를 도시한 것이다. 재령 7일에서의 압축강도는 폐도자기 미분말을 사용하지 않은 CONTROL 배합에서 32.0 MPa을 나타내었다. 폐도자기 미분말을 5% 사용한 경우 압축강도는 30.6 MPa을 나타내어 CONTROL 배합의 4.4%의 강도가 감소하는 것으로 나타났다. 폐도자기 미분말을 10%와 15% 대체한 배합에서는 각각 27.7 MPa과 27.0 MPa을 나타내어 CONTROL 배합대비 압축강도는 13.5%와 15.5%의 강도 감소율을 나타내었다.FIGS. 15 and 16 show intensity expression results at days 7 and 28, respectively. The compressive strength at 7 days of age was 32.0 MPa in CONTROL blended without using pulverized ceramics powder. The compressive strength of the 5% waste ceramic powder was 30.6 MPa, indicating that the strength of the CONTROL blend decreased by 4.4%. 27.7 MPa and 27.0 MPa, respectively, for 10% and 15% replacement of waste powder, respectively. The compressive strength of CONTROL blend was 13.5% and 15.5%, respectively.

그러나 재령 28일에서의 압축강도는 CONTROL 배합대비 폐도자기 미분말을 5% 사용한 배합에서 오히려 1.3%의 미소한 강도증진 결과를 나타내었으며, 10%와 15%를 대체한 배합에서는 각각 5%와 7%의 감도 감소율을 나타내었다.However, the compressive strength at 28 days of aging showed a slight improvement of 1.3% in the case of using 5% of waste ceramic powder compared to that of CONTROL, and 5% and 7% in 10% and 15% Of the sensitivity reduction rate.

이러한 실험결과는 폐도자기 미분말이 재령 7일의 초기재령에서는 강도증진에 기여하지 못하는 것으로 판단되며, 재령 28일에서는 강도의 증진현상을 나타내었다. 따라서 폐도자기 미분말은 초기재령보다 장기재령에서 강도증진을 나타내며, 최적의 폐도자기 미분말의 사용은 시멘트 중량대비 5%가 적절한 것으로 판단된다.These results indicate that the pulverized powder does not contribute to the strength enhancement in the early age of 7 days, but it shows the enhancement of strength at 28 days of age. Therefore, the pulp powder shows the improvement of strength in the long - term age than the initial age, and the optimum use of pulp powder is 5% of the weight of cement.

폐도자기Waste pottery 미분말을Fine powder 사용한 보통강도 콘크리트의 특성 Characteristics of normal strength concrete used

표 3은 폐도자기 미분말을 사용한 보통강도 콘크리트 배합을 나타낸 것이다. 폐도자기 미분말이 고강도 콘크리트의 장기강도 증진에 다소 기여하는 것으로 나타났으나, 보통강도 콘크리트의 배합에서는 어떠한 영향을 미치는지에 대해 알아보고자 실험을 수행하였다. 보통강도 콘크리트의 배합은 설계기준 강도 27 MPa의 한국도로공사 표준배합을 적용하여 시멘트 중량대비 5%, 10%, 15%를 대체하여 실험을 수행하였다.Table 3 shows the normal strength concrete formulations using waste ceramic powder. Experiments were conducted to investigate the effect of waste ceramic powder on the strength of concrete, although it was found to contribute to the enhancement of long - term strength of high - strength concrete. For the mixing of ordinary strength concrete, 5%, 10%, and 15% of the cement weight was replaced with the standard formulation of Korea Highway Corporation with a design strength of 27 MPa.

도 18은 폐도자기 미분말을 사용한 보통강도 콘크리트의 7일 강도 실험결과를 도시한 것이다. 재령 7일에서의 강도측정 결과는 폐도자기 미분말을 사용하지 않은 경우 21.7 MPa을 나타내었으며, 폐도자기 미분말을 5%, 10%, 15% 사용하였을 때 17.2, 16.9, 16.5 MPa을 나타내었다. 고강도 콘크리트의 배합에 비하여 폐도자기 미분말을 사용하였을 경우 시멘트 대체율 5%에서 20.4%의 강도 감소율을 나타내었으며, 시멘트 대체율 10%와 15%에서는 각각 22.1%와 23.8%의 감소율을 나타내었다.Fig. 18 shows the results of the 7-day strength test of ordinary strength concrete using waste ceramic fine powder. The results of strength measurement at 7 days of age showed 21.7 MPa without using pulverized ceramics and 17.2, 16.9 and 16.5 MPa when 5%, 10% and 15% of pulverized ceramics were used. Compared with high strength concrete, the reduction rate of cement replacement ratio from 5% to 20.4% was shown to be 22.1% and 23.8% at 10% and 15%, respectively.

그러나 도 19에 나타낸 28일 강도 실험결과에서는 폐도자기 미분말을 5%와 10% 대체한 경우 유사한 강도를 나타내었으며, CONTROL 배합에 비하여 각각 14%와 12.7%의 강도 감소율을 나타내었으나, 이러한 강도의 감소율은 재령 7일에 비하여 현저히 줄어드는 경향을 나타내었다. 또한 폐도자기 미분말을 15% 대체한 경우에서는 오히려 CONTROL 배합과 유사한 수준의 강도를 발현하여 이에 대한 원인은 좀더 세밀한 분석과 검토가 필요할 것으로 판단되었다.However, in the results of the 28-day strength test shown in FIG. 19, when the pulverized fine powder was replaced with 5% and 10%, similar strengths were obtained and the strength reduction ratios of 14% and 12.7% Showed a tendency to decrease significantly compared to the 7th day of the year. In the case of replacing the pulp powder with 15% of the waste powder, the strength similar to that of the CONTROL formulation was developed. Therefore, more detailed analysis and examination are needed.

폐도자기Waste pottery 미분말을Fine powder 사용한 모르타르의 특성 Properties of Used Mortar

상기한 폐도자기 미분말을 시멘트 대체재료로 사용한 초속경 콘크리트와 고강도 콘크리트 및 보통강도 콘크리트 배합에 대해 강도발현 특성을 분석하였다. 여기에서는 폐도자기 미분말을 모르타르에 사용하여 이에 대한 강도특성을 분석하고자 하였다.We analyzed the strength development characteristics of ultra fast speed concrete, high strength concrete and ordinary strength concrete using the waste ceramic powder as a cement substitute material. The purpose of this study is to analyze the strength characteristics of mortar using waste ceramic powder.

폐도자기 미분말을 혼합한 모르타르 시험은 KS L ISO 679 규격에 의하여 수행하였다. 여기서 사용된 잔골재는 표준사 대신 콘크리트 배합에 사용된 잔골재를 사용하여 실험하였다. 시멘트와 잔골재의 비율은 1:2.45로 하였으며 혼합수는 시멘트 중량의 48.5%를 사용하여 배합하였다. 폐도자기 미분말은 시멘트 중량대비 각각 5, 10, 15%를 대체하여 시험하였다. 표 4는 폐도자기 미분말을 사용한 모르타르 배합을 나타낸 것이다.Mortar test of waste ceramic powder was carried out according to KS L ISO 679 standard. The fine aggregates used here were tested using fine aggregates used in concrete formulations instead of standard grades. The ratio of cement to fine aggregate was 1: 2.45 and the mixed water was mixed with 48.5% of cement weight. Waste porcelain powder was tested by replacing 5, 10 and 15%, respectively, with respect to the weight of cement. Table 4 shows mortar blend using waste ceramic powder.

도 21은 폐도자기 미분말을 시멘트 대체율에 따라 모르타르 배합을 수행하여 재령 7일에서의 강도측정 결과를 나타낸 것이다. 폐도자기 미분말을 혼입하지 않은 CONTROL 배합의 경우 33.4 MPa의 강도를 발현하는 것으로 나타났으며, 폐도자기 미분말을 5%, 10%, 15% 대체한 경우의 강도발현은 각각 32.4, 30.3, 24.4 MPa을 나타내었다. 폐도자기 미분말을 시멘트 중량대비 5% 대체한 경우 압축강도는 CONTROL 배합에 비하여 3% 정도 감소하는 것으로 나타났으며, 폐도자기 미분말의 대체율이 10%와 15%인 경우에서는 각각 9.3%와 26.9% 압축강도가 감소하는 것으로 나타났다.FIG. 21 shows the result of strength measurement at 7 days of age at the time when the waste powder was mixed with mortar according to the substitution ratio of cement. In the case of CONTROL blended without waste powder, the strength of 33.4 MPa was exhibited. When the pulverized porcelain powder was replaced with 5%, 10% and 15%, the strength of the powders was 32.4, 30.3 and 24.4 MPa Respectively. Compressive strength decreased by 3% compared to CONTROL when the waste powder was replaced with 5% by weight of cement. In the case of 10% and 15% replacement of waste ceramics, 9.3% and 26.9% The intensity decreased.

도 22는 재령 28일에서의 강도측정 결과를 나타낸 것이다. 재령 28일에서의 압축강도는 폐도자기 미분말을 대체한 모든 배합이 CONTROL 배합에 비하여 높은 압축강도를 나타내었다. 폐도자기 미분말을 시멘트 대체율 5%와 10%인 경우 압축강도는 CONTROL 배합에 비하여 각각 5.9%와 6.9% 증진되는 것으로 나타났으며, 시멘트 대체율 15%인 경우에서는 CONTROL 배합과 동등한 수준의 강도를 발현하였다.22 shows the result of strength measurement at 28 days of age. The compressive strength at 28 days of age was higher than that of CONTROL. The compressive strength of waste ceramics powder increased by 5.9% and 6.9%, respectively, compared to the control mixture at 5% and 10% cement substitutes, respectively. The cement replacement ratio of 15% .

상기의 압축강도에 대한 실험결과에 기초하여 폐도자기 미분말을 시멘트 대체재료로 사용한 모르타르 배합의 최적 시멘트 대체율은 재령 7일에서의 강도 감소율이 최소화되고 재령 28일에서의 강도가 증진되는 5%를 사용하는 것이 타당한 것으로 판단되었다.Based on the results of the above compressive strength tests, the optimum cement replacement ratio of the mortar mixture using waste ceramic powder as a cement substitute material was 5%, which minimized the strength reduction rate at the age of 7 days and increased the strength at 28 days of age It was judged to be valid.

Claims

And a waste ceramic powder as a substitute for cement, wherein the replacement ratio of the waste ceramic powder to the cement is 3 to 17% by weight,
The powdery porcelain powder has a degree of powder of 6000 to 7000 cm 2 / g,
The average particle diameter of the waste ceramic powder is 10 to 20 占 퐉,
The waste ceramic powder comprises 95 to 99 wt% of SiO ₂ , 0.5 to 3 wt% of Al ₂ O ₃ , 0.1 to 1 wt% of Fe ₂ O _3, 0.1 to 1 wt% of CaO, 0.1 to 1 wt% of SO ₃ , 1% by weight based on the total weight of the composition.

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