KR101802244B1

KR101802244B1 - Tdfa를 함유한 시멘트 조성용 무기첨가제

Info

Publication number: KR101802244B1
Application number: KR1020160030838A
Authority: KR
Inventors: 김혁중; 박준상; 권성준; 박상민
Original assignee: 금호석유화학 주식회사
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-11-28
Also published as: KR20170107208A

Abstract

본 발명은 시멘트 조성용 무기첨가제에 관한 것이다. 본 발명은 고온에서 열분해하여 제조되는 시멘트의 조성물로서 사용될 수 있는 것으로서, 열병합발전소에서 석탄과 폐타이어를 주원료로 하여 연소시키고 그 결과 산업부산물로 얻어지는 TDFA를 단독으로 사용하거나 복합적으로 사용하는 시멘트 조성용 무기첨가제를 제공한다. 상기 TDFA는 열병합발전소에서 석탄과 폐타이어를 주원료로 하여 연소시킴으로써, 상기 폐타이어 성분이 태워지고 난 다음, 연소재로서 비산되는 것을 포집하여 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하고, 블레인 비표면적 4500 내지 5500 ㎠/g 이고, SiO₂ 32.5 내지 35.5 중량부, Al₂O₃ 13.5 내지 18.5 중량부, CaO 34.5 내지 40.5 중량부, SO₃ 6.5 내지 11.5 중량부, 그리고 나머지는 미량원소를 포함하고 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 의한 시멘트 조성용 무기첨가제를 사용할 경우, 콘크리트 완성품은 역학적 성능 및 내구성 평가에서 양호한 특성을 가진 것으로 확인되었다.

Description

TDFA를 함유한 시멘트 조성용 무기첨가제{Inorganic Additive for Cement Composition Containing TDF Ash}

본 발명은 TDFA(Tire Derived Feul Ash)를 함유한 시멘트 조성용 무기첨가제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석탄을 사용하여 고온에서 열분해하여 제조되는 시멘트의 조성물로서 사용될 수 있고, 실제로 시멘트 조성물로서 사용되었을 경우, 콘크리트 성형품의 각종 역학적 시험 및 내구성 시험에 있어서도 양호한 특성을 제공할 수 있는 시멘트 조성용 무기첨가제에 관한 것이다.

일반적으로 시멘트는 토목, 건축 분야에서 사용되고 있는 무기질의 결합경화제를 의미하며, 고대부터 사용되어 오던 것을 유럽에서 지난 1800년대 이후에 개발하여 오늘에 이른 것으로 알려져 있다. 유럽에서 개발된 시멘트는 석회석과 점토를 혼합한 원료를 고온에서 구워서 시멘트를 만들었는데, 겉모양ㆍ빛깔 등이 포틀랜드섬의 천연석과 비슷하다고 하여 포틀랜드 시멘트라 명명한 것으로 알려져 있기도 하다.

그 후 포틀랜드 시멘트에 대한 많은 연구가 이루어졌고, 시멘트에 관한 우수한 성질들이 인정되어지면서 토목 건축물을 중심으로 하여, 세계 여러 나라로 급속히 보급되어 오늘날 시멘트의 주종을 이루게 된 것이다.

오늘날 포틀랜드 시멘트는 주로 석회질 원료와 점토질 원료를 적당한 비율로 혼합하고, 필요한 경우 규산질 원료와 산화철 원료 등을 더욱 첨가하기도 하며, 이들을 미분쇄하고, 대략 1,450℃ 정도의 고온으로 가열시켜서 그 일부가 용융될 때까지 소성하여 클링커를 제조하고, 그 클링커에 약간의 석고를 가하여 미분쇄한 다음, 최종적으로 완성된 시멘트를 얻게 된다.

포틀랜드 시멘트의 제조방법으로서는, 석회질 원료 등을 건조상태에서 분쇄 혼합 소성하는 건식법과, 상기 원료에 약 40% 정도의 물을 가하여 분쇄 혼합 소성하는 습식법이 있는데, 습식법은 다시 수분을 증발시키기 위해 다량의 에너지를 요구하게 되므로, 오늘날 별로 쓰이지 않는다. 일반적으로 분쇄된 원료를 회전하는 소성로의 위에서 아래쪽으로 내려보내면서 고온(1,450℃ 정도)으로 가열시켜 소성하고, 아래쪽에서는 연료를 연소시켜서 고온을 제공한다. 고온에서 소성된 원료는 회전하는 소성로를 따라 아래쪽으로 이동하면서 점차로 소성되어지고, 아래쪽에서 클링커가 연속적으로 흘러나와 냉각기에서 급랭된다. 이렇게 얻어진 클링커에 약 3 %의 석고를 첨가하여 미분쇄시킴으로써, 최종적으로 시멘트를 만든다.

오늘날 시멘트는 사용의 편리성, 가공의 용이성, 적용 범위의 다양성 등에 힘입어 건축ㆍ토목 분야에서 가장 널리 사용되고 있고, 그 이외에도, 우리 주변의 일상적인 생활공간의 많은 영역에서 폭넓게 사용되고 있다.

한편, 시멘트는 위에서 살펴본 바와 같이, 그 제조과정에서 다량의 에너지를 소비하게 되는데, 그 에너지를 생성하는 과정에서 화석연료를 필요로 하므로, 필연적으로 시멘트 원재료 1톤당 약 CO₂ 0.8~0.9 ton 정도의 CO₂ 가스를 배출하지 않을 수 없다. 이러한 CO₂ 가스는 오늘날 지구온난화의 주요인으로 인식되고 있다. 이 점에서, 시멘트 제조업은 CO₂ 가스의 배출 주범으로 인식되어 있으며, 이러한 인식을 타개하기 위해서는 무엇보다 지구온난화의 주요인으로 인식되고 있는 상기 CO₂ 가스의 배출을 적게 유도할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

이와 같은 CO₂ 가스의 배출을 적게 하기 위해서는, 상기 시멘트를 대체할 수 있는 새로운 무기재료를 사용하는 것이 가장 바람직하지만, 현실적으로, 다양한 분야에서 사용되고 있는 시멘트 원료를 대체할 수 있는 무기재료는 아직 등장하지 못하고 있다.

또한, 산업부산물을 시멘트의 혼화재로 사용하여 콘크리트의 내구적 성능을 개선한 재료로써 플라이애쉬(fly ash), 고로슬래그 미분말(GGBFS;Ground Granulated Blast Furnance Slag), 실리카 퓸(SF; Silica Fume)등의 재료와는 다르게, TDFA는 발생량이 현재 시점으로 연간 약 10만톤 수준으로 한정되어 있기 때문에, 시멘트 및 콘크리트 성형물로 사용하였을 때의 사용성과 기능성에 대한 연구 사례가 미비하거나 혹은 선례가 없는 실정이다. 따라서, TDFA를 시멘트 조성용 무기첨가제 및 콘크리트 2차 제품에 적용하여 경제성과 친환경성을 제고할 수 있도록 다각적인 연구와 사용성 검토가 필요하다.

본 발명자들은, 이와 같은 배경하에서, 동일한 양의 콘크리트 성형물을 제조하는데 있어서, 시멘트 원재료의 사용량을 줄여줄 수 있고, 그러하면서도 콘크리트 성형물의 성능을 담보하거나 그보다 더욱 개선할 수 있는 여지를 제공할 수 있으며, 또한 콘크리트 성형물의 성능을 다양화할 수 있는 무기첨가제를 개발하는 것이 무엇보다 시급함을 인식하고, 본 발명을 완성하게 되었음을 밝혀두고자 한다.

대한민국 등록특허 제10-1292127호 "전기로 산화 슬래그를 혼입한 고로슬래그 미분말 제조방법 및 콘크리트 조성물" (2013. 07. 26.); 대한민국 등록특허 제10-690009호 "산업부산물을 이용한 다기능성 무기결합제 조성물" (2007. 02. 26.); 대한민국 등록특허 제10-1237710호 "아스팔트 포장용 채움재 조성물" (2013. 02. 21.); 대한민국 등록특허 제10-592781 "바텀애쉬를 사용한 투수성 콘크리트 조성물" (2006. 06. 16.); 대한민국 등록특허 제10-1471381호 "무기 결합제 조성물" (2014. 12. 04.)

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본 발명은, 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고온에서 열분해하여 제조되는 시멘트의 조성물로서 사용될 수 있고, 실제로 시멘트 조성물로 사용되었을 경우, 콘크리트 성형품의 각종 역학적 시험 및 내구성 시험에 있어서도 양호한 특성을 제공할 수 있는 시멘트 조성용 무기첨가제를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 고온에서 열분해하여 제조되는 시멘트의 조성물로서 사용될 수 있는 것으로서, 열병합발전소에서 석탄과 폐타이어를 주원료로 하여 연소시키고 그 결과 산업부산물로 얻어지는 TDFA를 단독으로 사용하거나 이를 이용하여 복합적으로 사용하는 시멘트 조성용 무기첨가제를 제공한다.

상기 TDFA는 열병합발전소에서 석탄과 폐타이어를 주원료로 하여 연소시킴으로써, 상기 폐타이어 성분이 태워지고 난 다음, 연소재로서 비산되는 것을 포집하여 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 TDFA는 열병합발전소에서 석탄과 폐타이어를 주원료로 하여 연소시킨 후, 연소재로서 비산된 것을 포집하여 형성된 것으로서, 블레인 비표면적 값이 4500 내지 5500 ㎠/g 인 것이 바람직하고, 구체적인 성분의 조성은 SiO₂ 32.5 내지 35.5 중량부, Al₂O₃ 13.5 내지 18.5 중량부, CaO 34.5 내지 40.5 중량부, SO₃ 6.5 내지 11.5 중량부, 그리고 나머지는 미량원소를 포함하고 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 시멘트 조성물을 구성하는 구성요소로서 상기 TDFA를 무기첨가제로서 사용할 수 있으며, 상기 시멘트 조성물로서는 기경성시멘트, 수경성시멘트, 혼합시멘트 및 특수시멘트 등을 예시할 수 있다.

본 발명은 상기 시멘트 조성용 무기첨가제를 시멘트 원재료에 사용하여 콘트리트 성형물을 제조하였을 경우, 각종 콘트리트 제품의 역학적 시험 내지 내구성 시험을 통하여, 콘크리트 제품으로서의 양호한 특성을 보유하고 있음을 보여준다.

본 발명은 종래에 시멘트 조성물로서 전혀 사용되지 아니하였던 TDFA를 시멘트 조성물의 하나로서 새롭게 개발함으로써, 앞으로 산업부산물로 방치되어 있던 TDFA를 시멘트 원료로서 사용할 수 있는 길을 제시하고 있다.

또한, 본 발명은 이 기술분야에서 상기 TDFA를 시멘트 조성물로서 사용할 수 없다는 종래의 뿌리깊은 통념을 뛰어넘는 것으로서, 산업부산물로 폐기처분되었던 상기 TDFA를 무기첨가제로서 재활용하게 되는 계기를 제공한 효과도 있다.

또한, 본 발명은 상기 TDFA를 시멘트 조성물의 무기첨가제로 사용함으로써, 산업부산물을 새로운 재생원료로서 전환시키는 기술로서 자리매김할 수 있으며, 이를 통하여 산업부산물의 재생자원화 및 환경친화적인 기술로서의 특장점을 가지고 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예를 근거로 한 압축강도의 측정값에 관한 비교 그래프이고,
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예를 근거로 한 인장강도의 측정값에 관한 비교 그래프이며,
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예를 근거로 한 휨강도의 측정값에 관한 비교 그래프이고,
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예를 근거로 한 공극구조의 측정값에 관한 비교 그래프이며,
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예를 근거로 한 탄산화시험의 측정값에 관한 비교 그래프이고,
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예를 근거로 한 촉진염해 시험의 측정값에 관한 비교 그래프이다.

이하, 본 발명을 더욱 구체적이고 상세하게 설명한다. 본 발명에서 제공되는 구체적인 수치 또는 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 실시 양태로서, 본 발명의 기술사상을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 명백하다. 또한, 본 발명의 명세서에 있어서, 이 기술분야에서 공지된 것으로서 통상의 기술을 가진 자에 의해 용이하게 창작될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 고온에서 열분해하여 제조되는 시멘트의 조성물로 사용될 수 있는 것으로서, 열병합발전소에서 석탄과 폐타이어를 주원료로 하여 연소시키고 그 결과 산업부산물로 얻어지는 TDFA를 단독으로 사용하거나 복합적으로 사용하는 시멘트 조성용 무기첨가제를 제공한다.

본 발명은 종래의 시멘트 조성물에 무기첨가제로서 사용될 수 있다. 종래의 시멘트는 고온에서 석회석과 점토 등을 소성하여 제조되는 것이어서, 오늘날 가장 문제로 대두되고 있는 지구온난화와 직접 관련되어 있다. 통상적으로 시멘트는 석탄 등의 화석연료를 연소시켜서 1,350℃ 내지 1500℃ 정도의 고온으로 가열시켜 소성시키는 과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하게 되므로, 가능한 한 시멘트의 원료를 적게 사용하면서도 시멘트의 성능을 충분히 제공할 수 있는 성분을 추가하게 된다. 본 발명은 종래의 시멘트 조성물로서 전혀 사용된 적이 없던 TDFA를 새로운 무기첨가제로서 사용하게 되고, 이를 통하여 시멘트 성분의 함량을 줄여줄 수 있게 된다.

본 발명에서 사용하는 시멘트로서는 특별히 제한되지 않으며, 포틀랜드 시멘트를 함유하는 것이 바람직하고, 보통, 조강, 초조강, 저열 및 중용열 등의 각종 시멘트를 포함한다. 이러한 포틀랜드 시멘트는 상호 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 시멘트 조성물의 입도는 사용하는 목적이나 용도에 따라 달라질 수 있으나, 통상적으로 블레인 비표면적 값으로 2500 내지 6500 ㎠/g 의 범위를 사용하는 것이 바람직하다. 블레인 비표면적이 2500 ㎠/g 이하의 범위에서는 강도가 낮아지는 경향을 보이고, 6500 ㎠/g 이상에서는 실질적으로 작업성이 나빠지는 경향을 보인다. 또한, 이러한 종래의 시멘트 조성물은 고로슬래그, 플라이 애쉬, 석고 등을 포함하고 있다.

본 발명에서 사용되는 시멘트 조성물을 모래와 자갈 등의 골재와, 고로 슬래그분말, 석회석 미분말, 플라이 애쉬 등과 같은 혼화재와, 팽창제, AE 감수제, 증점제, 방동제 등의 첨가물을 혼합하여 콘크리트 타설용 및 종래의 시멘트 조성물을 사용하여 생산되는 콘크리트 2차 제품용으로 사용할 수 있으며, 각종 건설 토목 현장과 우리 생활주변에서 유용하게 사용할 수 있다.

본 발명은 종래의 시멘트 조성물로서 사용된 적이 없던 TDFA를 단독으로 사용하거나 복합적으로 사용할 수 있다. 상기 TDFA는 열병합발전소에서 석탄과 폐타이어를 주원료로 하여 연소시킴으로써, 상기 폐타이어 성분이 태워지고 난 다음, 연소재로서 비산되는 것을 포집하여 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 대규모 열병합발전소에서는 석탄 등의 화석연료를 주로 사용하는 반면에 열병합발전소에서는 석탄과 폐타이어를 주원료로 하여 에너지원을 얻는다. 열병합발전소에서 석탄과 폐타이어를 연소시켜서 고에너지를 얻고, 비산되는 연소재를 포집하게 되면, 산업부산물 내지 사업장폐기물로서 분류되어지는 TDFA를 얻게 된다.

본 발명은 상기 TDFA를 시멘트 조성물의 원료로서 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 TDFA는 열병합발전소에서 사업장폐기물로서 분류되어 폐기물처리업체에 의해 처리되고 있을 뿐, 여태까지 시멘트 원료로서 사용된 실적이 없다. 참고로, 종래의 선행기술들(특히, 선행기술 대한민국 등록특허 제10-1237710호 "아스팔트 포장용 채움재 조성물")에서는, TDFA가 시멘트 콘크리트 혼화재료로 전혀 사용될 수 없다고 명백하게 언급하고 있다. 상기 TDFA는 여태까지 산업부산물로서 분류되어 폐기물처리업자들에게 위탁되어 처리되었던 제품을 시멘트 원재료의 하나로서 사용함으로써, 자원의 재생화를 도모할 뿐만 아니라, 시멘트 원료의 다양화를 기하고, 또한 그와 더불어 탄소배출량의 감소를 도모할 수 있는 3중의 기술적 효과를 달성할 수 있는 장점이 있다.

또한, TDFA의 시멘트 혼화재로써 사용 시 장점으로는 고분말도에 따른 Packing effect를 통해 콘크리트의 강도증가와 공극구조 개선에 효과를 나타낼 수 있고, 이에 따른 내염해저항성과 탄산화저항 효과를 발현하여 콘크리트의 내구성 개선 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명은 상기 TDFA를 열병합발전소에서 나온 산업부산물로서, 블레인 비표면적 값이 4500 내지 5500 ㎠/g 인 것이 바람직하고, 구체적인 성분의 조성은 SiO₂ 32.5 내지 35.5 중량부, Al₂O₃ 13.5 내지 18.5 중량부, CaO 34.5 내지 40.5 중량부, SO₃ 6.5 내지 11.5 중량부, 그리고 나머지는 미량원소를 포함하고 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 미량원소로서는 Fe₂CO₃, MgO, TiO₂ 등을 포함하고 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다. 본 발명에서는 오늘날 보편적으로 사용되고 있는 보통 포틀랜드 시멘트와 2종 플라이 애쉬 시멘트를 비교 실시예로 설정하였다.

본 발명의 실시에 사용된 콘크리트 배합 비율은 포틀랜드 시멘트 280 kg, 물 175 kg, W/C(water to cement) 0.5로 고정하고, 플라이 애쉬 49 kg, TDFA 21 kg, 잔골재로써 모래 864 kg, 굵은골재로써 자갈 880 kg 및 작업성 편의를 고려하여 적정 슬럼프를 맞추기 위해 사용되는 유기혼화제를 원통형 믹싱용기에 투입하고 서서히 교반하였다. 그 후 실린더 공시체를 100 X 200 mm 의 몰드로, 그리고 빔 공시체를 75 X 75 mm X 405 mm 의 몰드로, 각각 제작하였다. 24시간 경화시킨 후, 모든 시험체를 몰드에서 탈형하였고, 그 후 수중 양생을 실시한 다음, 아래와 같은 각 항목으로 시험측정하였다.

본 발명의 실시에 사용된 콘크리트 배합 비율은 포틀랜드 시멘트 280 kg, 물 175 kg, W/C(water to cement) 0.5로 고정하고, 플라이 애쉬 38 kg, TDFA 32 kg, 잔골재로써 모래 863 kg, 굵은골재로써 자갈 879 kg 및 작업성 편의를 고려하여 적정 슬럼프를 맞추기 위해 사용되는 유기혼화제를 원통형 믹싱용기에 투입하고 서서히 교반하였다. 그 후 실린더 공시체를 100 X 200 mm 의 몰드로, 그리고 빔 공시체를 75 X 75 mm X 405 mm 의 몰드로, 각각 제작하였다. 24시간 경화시킨 후, 모든 시험체를 몰드에서 탈형하였고, 그 후 수중 양생을 실시한 다음, 아래와 같은 각 항목으로 시험측정하였다.

본 발명의 실시에 사용된 콘크리트 배합 비율은 포틀랜드 시멘트 280 kg, 물 175 kg, W/C(water to cement) 0.5로 고정하고, 플라이 애쉬 28 kg, TDFA 42 kg, 잔골재로써 모래 847 kg, 굵은골재로써 자갈 863 kg 및 작업성 편의를 고려하여 적정 슬럼프를 맞추기 위해 사용되는 유기혼화제를 원통형 믹싱용기에 투입하고 서서히 교반하였다. 그 후 실린더 공시체를 100 X 200 mm 의 몰드로, 그리고 빔 공시체를 75 X 75 mm X 405 mm 의 몰드로, 각각 제작하였다. 24시간 경화시킨 후, 모든 시험체를 몰드에서 탈형하였고, 그 후 수중 양생을 실시한 다음, 아래와 같은 각 항목으로 시험측정하였다.

[비교실시예 1]

비교실시예에 사용된 콘크리트 배합 비율은 포틀랜드 시멘트 350 kg, 물 175 kg, W/C(water to cement) 0.5로 고정하고, 잔골재로써 모래 876 kg, 굵은골재로써 자갈 893 kg 및 작업성 편의를 고려하여 적정 슬럼프를 맞추기 위해 사용되는 유기혼화제를 원통형 믹싱용기에 투입하고 서서히 교반하였다. 그 후 실린더 공시체를 100 X 200 mm 의 몰드로, 그리고 빔 공시체를 75 X 75 mm X 405 mm 의 몰드로, 각각 제작하였다. 24시간 경화시킨 후, 모든 시험체를 몰드에서 탈형하였고, 그 후 수중 양생을 실시한 다음, 아래와 같은 각 항목으로 시험측정하였다.

[비교실시예 2]

비교실시예에 사용된 콘크리트 배합 비율은 포틀랜드 시멘트 280 kg, 물 175 kg, W/C(water to cement) 0.5로 고정하고, 플라이 애쉬 70 kg, 잔골재로써 모래 865 kg, 굵은골재로써 자갈 881 kg 및 작업성 편의를 고려하여 적정 슬럼프를 맞추기 위해 사용되는 유기혼화제를 원통형 믹싱용기에 투입하고 서서히 교반하였다. 그 후 실린더 공시체를 100 X 200 mm 의 몰드로, 그리고 빔 공시체를 75 X 75 mm X 405 mm 의 몰드로, 각각 제작하였다. 24시간 경화시킨 후, 모든 시험체를 몰드에서 탈형하였고, 그 후 수중 양생을 실시한 다음, 아래와 같은 각 항목으로 시험측정하였다.

1). 압축강도 시험 [단위: MPa]

콘크리트 성형물에서 압축강도는 콘크리트 제품의 역학적 특성 중의 하나를 평가하는 것으로서, KS F 2405의 방법으로 시행되었다. 압축강도 평가는 재령 7일, 28일, 91일 공시체에 대하여 각각 실시되었고, 각 케이스당 3회 실시한 다음, 그 평균값을 사용하였다.

상기 압축강도 시험의 결과를 아래의 표 1에 나타냈으며, 도 1은 아래 표 1의 측정값을 그래프로 나타낸 것이다.

재령 (일)	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교실시예 1	비교실시예 2
7	17.1	18.7	16.8	23.8	18.2
28	28.4	24.2	26.9	31.2	26.3
91	35.0	34.6	35.9	37.1	31.5

압축강도 시험의 결과를 살펴보면, 재령 7일에서 재령 91일로 갈수록 압축강도가 증가하는 경향을 보여주고 있다. 상기 실시예 1 내지 실시예 3은 초기 재령시 비교적 약한 압축강도를 보여주고 있지만, 시간이 경과할 수록 급격하게 강도를 향상시켜주고 있음을 알 수 있다. 특히, 상기 실시예 1 내지 실시예 3은 비교 실시예 2에 의한 플라이 애쉬를 사용한 콘크리트에 비하여, 더 높은 압축강도를 나타내고 있는 것으로 확인되었다. 이는 본 발명의 TDFA를 사용할 경우, 콘크리트 제품에 충분한 정도의 압축강도를 제공할 수 있음을 의미한다.

2). 인장강도 시험[단위: MPa]

콘크리트 성형물의 인장강도는 콘크리트 제품의 역학적 특성 중의 하나로서, 구조물의 안정성을 확보하고 또한 현장 콘크리트의 품질관리를 하는 데에 있어서 중요한 특성을 이루고 있다. KS F 2423 방법으로 시행되었다. 인장강도의 경우에도 재령 7일, 28일, 91일 공시체에 대하여 각각 실시되었고, 각 케이스당 3회 실시한 다음, 그 평균값을 사용하였다.

상기 인장강도 시험의 결과를 아래의 표 2로 나타냈으며, 도 2는 아래 표 2의 측정값을 그래프로 나타낸 것이다.

재령 (일)	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교실시예 1	비교실시예 2
7	2.0	1.9	1.7	2.1	1.8
28	2.8	2.3	2.1	2.6	2.5
91	2.8	2.6	3.0	3.3	3.0

인장강도 시험의 결과를 살펴보면, 재령 7일에서 재령 91일로 갈수록 전체적으로 인장강도가 증가하는 경향을 보여주고 있다.

상기 실시예 1 내지 실시예 3은 초기 재령의 경우에도 인장강도가 비교 실시예들에 비하여 거의 대등한 수준임을 알 수 있다. 또한, 상기 실시예 3은 장기 재령의 경우에도 상기 비교 실시예 2와 동일한 인장강도를 나타내고 있는 것으로 확인되었다. 이는 본 발명의 TDFA를 사용할 경우, 콘크리트 제품에 충분한 정도의 인장강도를 제공할 수 있음을 의미한다.

3). 휨강도 시험[단위: MPa]

콘크리트 성형물의 휨강도는 콘크리트 제품에 대해 3군데를 등분하여 측정하는 것으로서, 콘크리트 구조물의 보에 휨 모멘트를 가하여 그 인장축에 생기는 휨 강도를 측정한다. 콘크리트 성형물의 휨강도는 KS F 2408 방법으로 시행되었다. 콘크리트 성형물의 휨강도의 경우에는 28일 및 91일 공시체에 대하여 각각 실시되었고, 각 케이스당 3회 실시한 다음, 그 평균값을 사용하였다.

상기 휨강도 시험의 결과를 아래의 표 3으로 나타냈으며, 도 3은 아래 표 3의 측정값을 그래프로 나타낸 것이다.

재령 (일)	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교실시예 1	비교실시예 2
28	6.1	6.4	5.4	6.2	6.1
91	9.3	9.4	11.5	9.7	9.0

휨강도 시험의 결과를 살펴보면, 역시 재령 28일에서 재령 91일로 갈수록 전체적으로 휨강도가 증가하는 경향을 보여주고 있다.

상기 실시예 1 내지 실시예 3은 초기 재령의 경우에도 휨강도가 상기 비교 실시예들에 비하여 거의 대등한 수준임을 알 수 있다. 또한, 상기 실시예 1 내지 실시예 3은 재령 91일에 이르러 상기 비교 실시예 1 및 비교실시예 2에 비하여 휨강도가 오히려 더 높은 것으로 확인되었다. 이는 본 발명의 TDFA를 사용할 경우, 콘크리트 제품의 휨강도는 가장 양호한 것임을 의미한다.

4). MIP (Mercury Instrusion Porosimetry) [단위: ％]

콘크리트는 다공성 매체로서 콘크리트 내부의 공극률은 강도와 내구성에 매우 밀접한 관련이 있다. 주로 수은을 이용하여 공극률을 평가하는데 (MIP- 수은압입법), 콘크리트 성형물의 공극구조 분석을 위해, 충분히 반응을 한 재령 91일 시편을 사용하였다. 또한 그 시편을 파쇄한 다음, 아세톤에 침지하여 수화반응을 정지시켰다. 각 케이스당 3회 실시한 다음, 그 평균값을 사용하였다.

상기 공극구조 시험의 결과를 아래의 표 4로 나타냈으며, 도 4는 아래 표 4의 측정값을 그래프로 나타낸 것이다.

재령 (일)	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교실시예 1	비교실시예 2
91	17.01	17.04	17.05	17.37	17.76

콘크리트 성형물의 공극구조 시험의 결과를 살펴보면, 역시 재령 91일을 경과하였을 경우, 상기 실시예 1 내지 실시예 3은 상기 비교 실시예 1 및 비교실시예 2에 비하여 더욱 우수한 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이는 본 발명의 TDFA를 사용할 경우, 콘크리트 완성품은 공기중의 유해 화학성분에 대해 더욱 뛰어난 침투 방어력을 가지고 있음을 의미한다.

5). 탄산화 시험 [침투깊이: mm]

콘크리트 구조물이 공기 중에 노출되었을 경우, 공기 중의 이산화탄소 등에 의해 콘크리트 구조물이 산성화되는 현상을 방지하기 위한 척도로서, 탄산화 시험을 실시하였다. 콘크리트 구조물의 탄산화 시험은 KS F 2584 법에 의해 실시하였고, 콘크리트 성형물은 재령 14일째 시편과 재령 28일째 시편을 사용하였다. 각 케이스당 3회 실시한 다음, 그 평균값을 사용하였다.

상기 탄산화 시험의 결과를 아래의 표 5로 나타냈으며, 도 5는 아래 표 5의 측정값을 그래프로 나타낸 것이다.

재령 (일)	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교실시예 1	비교실시예 2
14	4.47	4.71	4.84	1.84	5.86
28	7.06	8.62	8.63	4.16	9.16

콘크리트 탄산화 시험의 결과를 살펴보면, 모든 영역에서 상기 실시예 1 내지 실시예 3은 일반 포틀랜드 시멘트에 비해 탄산화 침투 깊이가 더 높게 나타나긴 하였지만, 일반 플라이 애쉬를 사용한 비교실시예 2에 비해서는 더 낮은 침투 깊이를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이는 본 발명의 TDFA를 사용할 경우, 플라이 애쉬를 사용한 콘크리트 완성품에 비하여, 더 양호한 콘크리트 탄성화 경향을 보여주고 있음을 의미한다.

6). 촉진염해 시험 [단위: x 10-11 ㎟/s]

콘크리트 구조물이 염화물(CaCl)에 의해 내부의 철근을 부식시키는 현상을 방지하기 위해, Tang's method에 의해 촉진염해 시험을 실시하였다. 상기 촉진염해 시험은 콘크리트 성형물로서 재령 28일째 시편과 재령 91일째 시편을 사용하였다. 각 케이스당 3회 실시한 다음, 그 평균값을 사용하였다.

상기 촉진염해 시험의 결과를 아래의 표 6으로 나타냈으며, 도 6은 아래 표 6의 측정값을 그래프로 나타낸 것이다.

재령 (일)	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교실시예 1	비교실시예 2
28	2.90	3.15	2.68	2.98	3.56
91	1.62	1.42	1.22	1.97	1.63

콘크리트 촉진염해 시험의 결과를 살펴보면, 모든 영역에서 상기 실시예 1 내지 실시예 3은 일반 포틀랜드 시멘트와 플라이 애쉬 시멘트에 비해 염해에 대한 저항성이 우수한 것으로 나타났음을 알 수 있다. 이는 본 발명의 TDFA를 사용할 경우, 해수 및 염해에 대해 가장 우수한 저항성을 가진 시멘트 조성물로서 손색이 없음을 의미한다.

이상에서 본 발명에 의한 TDFA를 함유한 시멘트 조성용 무기첨가제를 구체적으로 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 그 범위가 결정되어지고 한정되어진다.

또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다.

Claims

시멘트 조성물에 사용되는 무기첨가제에 있어서,
열병합발전소에서 석탄과 폐타이어를 원료로 사용하여 연소시키고, 그 결과 산업부산물로 얻어지는 TDFA를 사용하되,
상기 TDFA는 그 성분이 SiO₂ 32.5 내지 35.5 중량부, Al₂O₃ 13.5 내지 18.5 중량부, CaO 34.5 내지 40.5 중량부, SO₃ 6.5 내지 11.5 중량부, 그리고 나머지는 미량원소를 포함하고 있는 것을 특징으로 한, 시멘트 조성용 무기첨가제.
제 1 항에 있어서,
상기 시멘트 조성물에 사용되는 TDFA는 열병합발전소에서 석탄과 폐타이어를 원료로 사용하여 연소시킴으로써, 상기 폐타이어 성분이 태워지고 난 다음, 연소재로서 비산되는 것을 포집하여 형성된 것을 특징으로 한, 시멘트 조성용 무기첨가제.
제 2 항에 있어서,
상기 시멘트 조성물에 사용되는 TDFA는 열병합발전소에서 석탄과 폐타이어를 원료로 사용하여 연소시킨 후, 연소재로서 비산된 것을 포집하여 형성된 것으로서, 블레인 비표면적이 4,500 내지 5,500 ㎠/g 인 것을 특징으로 한, 시멘트 조성용 무기첨가제.
제 1 항에 있어서,
상기 시멘트 조성물에 사용되는 TDFA 의 미량원소는 Fe₂CO₃, MgO, 그리고 TiO₂ 를 포함하고 있는 것을 특징으로 한, 시멘트 조성용 무기첨가제.
제 4 항에 있어서,
상기 시멘트 조성물은 기경성시멘트, 수경성시멘트, 혼합시멘트, 또는 특수시멘트인 것을 특징으로 한, 시멘트 조성용 무기첨가제.