KR101962847B1 - 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시의 제조방법 - Google Patents

저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저발열 혼합시멘트의 원료인 플라이애시를 순환유동층 보일러에서 배출되는 플라이애시로 대체함으로써, 저발열 혼합시멘트의 초기 강도 발현성을 향상시키면서도 낮은 수화열 발현특성과 내구성을 향상시킬 수 있어서 기존 저발열 혼합시멘트의 단점을 극복하면서도 효과적인 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시를 제조할 수 있는 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 플라이애시 제조방법은, 석탄을 원료로 사용하는 순환유동층 연소 방식의 화력발전소에서 배출되는 플라이애시를 소정 분말도로 분쇄하는 분쇄 단계; 상기 분쇄 단계를 거친 플라이애시에 물을 주수하여 체적 팽창을 일으키는 일부 소화 단계; 상기 일부 소화 단계를 거친 플라이애시와 정제회를 혼합하되, 상기 플라이애시가 전체 중량 대비 5 내지 25 중량%이고 상기 정제회가 전체 중량 대비 75 내지 95 중량%가 되도록 혼합하는 혼합 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF FLY ASH WITH HIGH PERFORMANCE FOR LOW HEAT MIXING CEMENT}
본 발명은 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 및 이에 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 순환유동층 연소 방식의 화력발전소에서 배출되는 산업 부산물인 플라이애시를 이용하여 물리분쇄 단계와 일부 소화 단계를 거친 플라이애시를 제조하고, 제조한 플라이애시를 일반 미분탄 연소 방식의 화력발전소에서 배출되는 산업 부산물인 정제회와 일정 비율로 혼합하여 제조한 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
국내외적으로 지구 온난화로 인해 다양한 정책 및 기술개발이 이루어지고 있으며 온실가스 감축이 전 세계적으로 최대 이슈가 되고 있다. 우리나라의 경우 2011년 한해 동안 7억 3천 900만톤의 이산화탄소를 배출하여 전 세계 중 7번째로 많은 이산화탄소를 배출하였다. 그 중 건설교통분야의 비중은 약 43%로 매우 높은 편이다.
또한, 우리나라의 건설산업 규모는 GDP의 17% 수준에 달하며 이 중 38%의 비중을 차지하는 건설 재료 부분은 시멘트 산업을 포함하는데 이러한 시멘트 산업은 다량의 탄소를 발생시키는 동시에 국가 에너지 소비의 약 25%를 차지하고 있는 실정이다.
특히 시멘트를 제조할 때 고온 소성 공정의 존재로 인하여 다량의 이산화탄소가 발생하는데, 시멘트 1톤을 생산할 때 약 0.8 내지 0.9톤의 이산화탄소가 발생하는 것으로 알려져 있다. 이에 시멘트 제조 분야에서는 상기의 문제점을 해소시키기 위해 대체 연료 사용의 확대, 고효율 설비의 도입과 탄소 포집 및 저장 기술 개발 등 다각적인 방법을 강구하고 있는 상황이다.
이와 같은 상황 속에서, 주로 결합제로 사용되는 시멘트의 사용량을 줄이기 위해 혼합시멘트의 사용 및 무시멘트 결합제에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다.
국내의 저발열 혼합시멘트는 수화열 감소 및 장기강도 증진을 목적으로 1980년을 기준으로 양적, 질적 측면에서 많은 발전을 이루어 왔다. 특히 1990년대 초반에 고로슬래그시멘트의 실 현장 사용을 시작으로 이후 한국전력을 중심으로 화력발전소에서 배출되는 플라이애시의 적극 사용 유도로 인해 플라이애시 시멘트의 KS 제정 등으로 사용 확대를 이루려고 노력하였다. 그래서 현재까지 저발열 혼합시멘트의 경우 대부분 보통 포틀랜드 시멘트와 고로슬래그미분말 및 정제회를 일정 비율로 혼합한 형태이며, 이러한 혼합시멘트는 저발열 특성을 나타내면서 초기강도 발현 및 내구성이 우수하나 궁극적으로 연구단계 수준 정도에 그치고 있는 문제점이 있다.
또한 최근에는 세계적으로 석탄이 고갈되고 있으며, 이 중 화력발전소에서 사용되는 유연탄 중 역청탄과 같이 수분이 없고 휘발양이 많은 고품위 탄의 수급은 점점 어려워 지고 있는 실정이며, 역청탄보다 아래 등급인 아역청탄의 경우 석탄의 연소시간이 비교적 짧은 미분탄 연소 방식에는 적합하지 않은 상황이다.
이에 화력발전소에서는 기존의 미분탄 연소방식 이외에 순환유동층 연소방식을 도입하고 있는데, 이 방식에 의하면 연료의 종류, 회분, 수분 함유량 등이 변해도 연소에 미치는 영향이 적고 또한, 미분탄 연소 등 기존 연소로에서는 사용할 수 없었던 고유황탄, 저품위탄 또는 폐기물 등 모든 가연성 물질을 연료로 사용할 수 있어서 광범위한 연료 사용이 가능해졌다. 이에 따라 국내에서 신규 또는 증설하고 있는 화력발전소는 순환유동층 연소방식의 보일러를 채택하는 비율이 늘어나고 있는 추세이다.
하지만, 순환유동층 연소방식 보일러의 연료 차이로 인해 발생되는 부산물인 플라이애시의 성질 또한 현저하게 달라지게 되는데, 표 1과 표 2에 이러한 차이점을 나타내었다. 이러한 순환유동층 연소방식에서 배출되는 플라이애시의 경우 미분탄 연소방식에서 배출되는 플라이애시와는 물리 및 화학적으로 다른 특성을 나타내며 그 재활용처 또한 제한적인 실정이다.
미분탄 연소방식과 순환유동층 연소방식에서 배출되는 플라이애시의 차이점
항목 미분탄 연소방식 플라이애시 순환유동층 연소방식 플라이애시
연소온도 약 1,350 약 850
탈황설비 별도의 습식탈황설비 운용 석회석 혼소로 로내 탈황
주요화학성분 SiO2, Al2O3, Fe2O3 CaO, SiO2, SO3, f-CaO
순환유동층 보일러 플라이애시와 미분탄 보일러 플라이애시의 화학성분
CaO Al2O3 SiO2 Fe2O3 MgO SO3 f-CaO Ig.loss
미분탄 플라이애시 3.8 21.36 58.4 5.1 1.3 1.7 - 2.9
순환유동층 보일러애시 유연탄 35.2 12.9 25.7 5.4 3.4 11.8 11.7 19.6
페트로
코크스		 73.2 0.3 2.2 0.4 0.9 23.9 20.0 7.5
또한, 저발열 혼합시멘트의 경우 보통 포틀랜드 시멘트, 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 일정 비율로 혼합하여 생산되고 있으며, 사용 원료로부터 기인되는 초기강도 저하 및 내구성 저항 등의 문제로 인하여 범용적으로 사용되고 있지 못하고 있는 실정이며, 사용되는 원료 중 플라이애시의 경우 미분탄 연소방식의 화력발전소에서 배출되는 플라이애시로 국한되어있는 상태이고, 순환유동층 보일러에서 배출되는 플라이애시의 경우에는 건설재료로서의 역할 또는 재활용에 상당한 제한을 받고 있는 실정이다.따라서 순환유동층 보일러에서 배출되는 플라이애시를 저발열 혼합시멘트 제조시에 효과적으로 사용할 수 있는 기술개발이 요구되고 있는 실정이라 할 것이다.
1. 한국공개특허 제2013-0100543호(시멘트의 플라이애시 치환에 의한 저발열 성능을 가지는 콘크리트 조성물) 2. 한국등록특허 제10-1365973(플라이애시 콘크리트 조성물) 3. 한국등록특허 제10-1226263(CaO를 다량 함유한 비산회 재활용 방법) 4. 한국등록특허 제10-1412469(개질 플라이애시 혼화제 조성물 및 그 제조방법) 5. 한국등록특허 제10-1409784(고칼슘애시와 플라이애시를 포함하여 구성된 콘크리트 혼합제)
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하고 필요성을 향상시키기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 저발열 혼합시멘트의 원료인 플라이애시를 순환유동층 보일러에서 배출되는 플라이애시로 대체함으로써, 저발열 혼합시멘트의 초기 강도 발현성을 향상시키면서도 낮은 수화열 발현특성과 내구성을 향상시킬 수 있어서 기존 저발열 혼합시멘트의 단점을 극복하면서도 효과적인 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시를 제조할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 플라이애시는, 석탄을 연료로 사용한 순환유동층 연소 방식의 화력발전소에서 배출되는 플라이애시의 함량이 전체 중량 대비 5 내지 25 중량%이고, 정제회의 함량이 75 내지 95 중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 플라이애시 제조방법은, 석탄을 원료로 사용하는 순환유동층 연소 방식의 화력발전소에서 배출되는 플라이애시를 소정 분말도로 분쇄하는 분쇄 단계; 상기 분쇄 단계를 거친 플라이애시에 물을 주수하여 체적 팽창을 일으키는 일부 소화 단계; 상기 일부 소화 단계를 거친 플라이애시와 정제회를 혼합하되, 상기 플라이애시가 전체 중량 대비 5 내지 25 중량%이고 상기 정제회가 전체 중량 대비 75 내지 95 중량%가 되도록 혼합하는 혼합 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분쇄 단계는, 상기 플라이애시를 5000 내지 7000cm2/g의 분말도로 분쇄하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 일부 소화 단계에서 주수하는 물의 양은, 상기 플라이애시에 포함된 CaO 또는 f-CaO의 양에 따라 변하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼합 단계는, 상기 플라이애시가 정제회에 흡착되도록 진동밀을 이용하여 혼합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 일 측면에 따르면, 일반 정제회를 사용한 저발열 혼합시멘트에 비해 수화열 저감, 초기강도 향상 및 내구성을 증진시키는 효과를 달성할 수 있다.
또한, 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시는 콘크리트용 플라이애시의 KS 규격도 만족시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법을 도시한 모식도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법에 원료로 사용되는 플라이애시의 상태를 도시한 사진이다.
도 2b는 도 2a의 플라이애시와 비교를 위한 일반 정제회의 상태를 도시한 사진이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법의 1 단계인 물리적 분쇄 단계 처리 전의 플라이애시 상태를 도시한 사진이다.
도 3b는 도 3a의 플라이애시를 물리적으로 분쇄한 입자의 상태를 도시한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법의 일부 소화 단계 전후의 플라이애시 상태를 도시한 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법의 혼합 단계를 거친 플라이애시 입자를 도시한 사진이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시가 적용된 저발열 혼합시멘트의 수화발열 특성을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 적용 저발열 혼합시멘트를 이용하여 제작한 콘크리트의 단열온도 특성을 도시한 그래프이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 및이의 제조방법에 관하여 첨부된 도면을 기초로 상세하게 설명하면서 구체적인 실시예를 함께 살펴본다.
본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시는 콘크리트용 플라이애시의 KS 규격도 만족시킬 뿐만 아니라, 저발열 혼합시멘트의 원료로 사용시 기존 저발열 혼합시멘트에 비해 수화열 저감, 초기강도 향상 및 내구성을 증진시키는 효과가 있다. 구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시를 사용한 저발열 혼합시멘트는, 일반 정제회를 사용한 저발열 혼합시멘트에 비해 수화열을 6% 내외로 감소시킬 수 있고, 재령 3일 강도 및 재령 7일 강도를 10% 이상 증진시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시는 기본적으로 석탄을 연료로 한 순환유동층 연소 방식의 화력발전소에서 배출되는 산업부산물인 플라이애시를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법을 도 1을 기초로 이하에서 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법을 도시한 모식도이다.
본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법은, 1단계인 분쇄 단계(물리 분쇄 공정), 2단계인 일부 소화 단계(일부 소화 공정) 및 3단계인 혼합 단계(진동밀을 이용한 혼합 공정)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
1단계 물리 분쇄 공정에서는 석탄을 연료로 사용하는 순환유동층 연소 방식이 적용되는 화력발전소에서 배출되는 산업부산물인 플라이애시를 5,000~7,000cm2/g의 분말도로 분쇄기를 이용하여 분쇄하는 공정이다. 이 때 사용되는 분쇄기는 볼밀, 롤러밀 또는 디스크밀 등 어떠한 종류의 분쇄기를 사용해도 무방하지만 바람직하게는 볼밀을 이용할 수 있다.
다음으로 2단계 일부 소화 공정에서는 1단계 물리 분쇄 공정을 거친 플라이애시에 물을 주수하여 체적 팽창이 이루어지도록 하는 공정이다. 2단계는 플라이애시의 화학 성분 중 CaO, f-CaO 등의 성분이 주수된 물과 반응하여 Ca(OH)2로 변화하면서 플라이애시가 체적 팽창되는 과정이다.
마지막으로 3단계 혼합 공정은 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시를 제조하는 최종 단계로서, 상세하게는 상기 1, 2단계를 거쳐 준비된 순환유동층 보일러 플라이애시를 일반 정제회와 혼합하는 공정이다.
3단계 혼합 공정은 전체 중량 대비 플라이애시 중량이 5 내지 20 중량%가 되도록 비율을 결정하고 혼합하는 공정이다. 이 때 사용되는 혼합기로는 진동밀을 이용하는 것이 바람직하다. 진동밀을 사용함으로써 균질 혼합을 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 입자 표면의 변화를 일으켜 정제회 입자와 1, 2 단계를 거친 순환유동층 보일러 플라이애시 입자의 흡착 효과를 일으켜 반응성 향상을 도모할 수 있는 특징이 있다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법의 각 단계에서 만들어지는 플라이애시의 상태에 대해 도 2a 내지 도 5를 기초로 이하에서 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법에 원료로 사용되는 플라이애시의 상태를 도시한 사진이고, 도 2b는 도 2a의 플라이애시와 비교를 위한 일반 정제회의 상태를 도시한 사진이고, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법의 1 단계인 물리적 분쇄 단계 처리 전의 플라이애시 상태를 도시한 사진이고, 도 3b는 도 3a의 플라이애시를 물리적으로 분쇄한 입자의 상태를 도시한 사진이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법의 일부 소화 단계 전후의 플라이애시 상태를 도시한 사진이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법의 혼합 단계를 거친 플라이애시 입자를 도시한 사진이다.
도 2a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법에 원료로 사용되는 플라이애시 입자 상태를 도시한 사진이고, 도 2b는 도 2a의 플라이애시와 비교를 위한 일반 정제회 입자 상태를 도시한 사진이다. 두 사진을 비교해 볼 때 플라이애시와 정제회 입자는 그 형태가 달라서 명확하게 구분되는 것을 알 수 있다.
다음으로 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법의 1 단계인 물리적 분쇄 단계 처리 전의 플라이애시 상태를 도시한 사진이고, 도 3b는 도 3a의 플라이애시를 물리적으로 분쇄한 입자의 상태를 도시한 사진이다. 두 사진을 비교해 볼 때 물리적 분쇄 후에 입자의 변화가 있음을 알 수 있고, 도 3a와 비교해 볼 때 도 3b의 분쇄된 플라이애시 입자(6500cm2/g)가 좀 더 균일한 형상을 가짐을 알 수 있다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법의 일부 소화 단계 전과 비교해 볼 때, 일부 소화 단계 후의 플라이애시 입자는 다른 형상을 가지면서 입자 간의 간격이 커진 것을 관찰할 수 있는데 이는 아래와 같은 과정으로 인한 것이다.
즉, 일부 소화 단계 전에 플라이애시를 이루는 f-CaO 또는 CaO가 주수된 물과 반응하여 Ca(OH)2로 변화되고 이로 인해서 도 4의 오른쪽 사진과 같은 형상을 가지게 되는 것이다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 제조방법의 혼합 단계를 거치면 도 5의 사진처럼 입자가 변화하게 된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 분쇄된 상태의 순환유동층 보일러 플라이애시 입자(1) 중 대부분은 혼합 단계를 통해 정제회 입자(3) 위에 흡착하게 된다. 즉, 도 5에 도시된 흡착하지 않은 플라이애시 입자(1)와 정제회 입자(3) 위에 흡착한 상태의 플라이애시 입자(5)를 비교하면 알 수 있다.
구체적으로 혼합 단계는 진동밀을 사용하여 혼합한다. 진동밀을 사용하는 이유는 일반 정제회와 분쇄 단계와 일부 소화 단계를 거친 플라이애시(개질 플라이애시)의 균일한 혼합을 획득하는 목적뿐만 아니라 진동밀의 작동 원리인 마쇄 방식을 통하여 일반 정제회 입자 표면에 물리 분쇄 및 화학분쇄를 거친 개질 플라이애시를 부착시키기 위한(반응성을 향상) 목적을 달성하기 위함이다.
다음으로 상기 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시를 이용하여 저발열 혼합시멘트를 제조하는 과정과 이의 성능을 살펴보기 위한 실시예들에 대해 설명한다. 이하에서 설명하는 실시예들은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서 본 발명의 실시예 범위가 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 적용 저발열 혼합시멘트의 유동성 및 압축강도 발현 특성
실시예 1에서는 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시(개질 복합 플라이애시)를 적용한 저발열 혼합시멘트의 물리적 특성을 평가하기 위하여 모르타르 실험을 실시하였다. 배합표는 표 3에 나타내었으며 그 물리적 특성은 표 4에 나타난 것과 같다.
개질 복합 플라이애시 적용 저발열 혼합시멘트의 배합표
구분 시멘트 고로슬래그 미분말 일반 정제회 개질 복합 플라이애시
비교예1 100 - - -
비교예2 40 40 20 -
실시예 40 40 - 20
개질 복합 플라이애시 적용 저발열 혼합시멘트의 모르타르 발현 특성
구분 플로우값 플로우값비
(%)		 압축강도(MPa) 압축강도비(%)
3일 7일 28일 91일 3일 7일 28일 91일
비교예1 95.0 100 30.8 40.4 54.9 66.7 - - - -
비교예2 102.0 107 13.9 23.3 46.5 63.8 100 100 100 100
실시예 103.0 108 15.1 26.0 47.7 66.9 109 112 103 105
본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시(개질 복합 플라이애시)를 적용한 저발열 혼합시멘트의 모르타르 성능을 살펴본 결과, 비교예 1, 2와 비교해 볼 때 모르타르 유동성 측면에서 동등 이상의 결과를 나타내었다.
이는 개질 복합 플라이애시의 분말도의 영향으로 사료된다. 즉, 저발열 혼합시멘트 제조를 위한 원료인 시멘트, 고로슬래그시멘트의 분말도보다 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시의 분말도가 높아 넓은 입도분포를 나타내며 최종적으로 충진율을 향상시켜 유동성 향상에 기여하였을 것으로 판단된다.
또한, 재령에 따른 모르타르 압축강도 발현 특성에 대해 보면, 비교예 2와 비교해 볼 때 초기 재령부터 높은 압축강도 발현율을 나타내고 있으므로 초기 강도 증진 효과를 확인할 수 있었다. 이는 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 중 순환유동층 연소 방식의 화력발전소에서 배출되는 플라이애시의 f-CaO, CaO 또는 SO3 등의 성분이 초기 수화시 Ca(OH)2 등의 수화물을 생성하여 강도 발현에 기여한 것으로 판단된다. 또한, 생성된 Ca(OH)2와 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시의 성분 중 SO3 등이 초기 수화 반응성이 낮은 고로슬래그 미분말의 반응성을 향상시킨 것으로 사료된다.
한편, 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시의 제조시 순환유동층 연소방식의 화력발전소에 배출되는 플라이애시의 함량을 일반 정제회 대비 전체 중량의 5 내지 50 중량%가 가능하지만, 바람직하게는 5 내지 20(내지 25)중량%로 한다. 이는 [KS L 5405 플라이애시]에서 제한한 품질관리 규격에 적합하기 때문이다. 산업부산물의 재활용에 있어서 유효적 사용에 있어 KS 규격의 품질관리 규격 만족을 중요한 포인트이다.
실시예 2. 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 적용 저발열 혼합시멘트의 수화발열 특성
본 발명의 실시예에 따른 개질 복합 플라이애시를 적용한 저발열 혼합시멘트의 수화발열 특성을 상기 비교예 2와 비교하였다. 그 결과는 도 6 내지 도 7과 같다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시가 적용된 저발열 혼합시멘트의 수화발열 특성을 도시한 그래프이다.
측정 조건으로는 W/B=0.5의 물비로 페이스트를 제작하여 Conduction Calorimeter를 이용하여 72시간동안 측정하였다.
비교예 2와 비교해 보면, 도 6의 수화발열속도 곡선에서는 초기 수화시 반응성 향상 측면에서 초기 수화열이 다소 높게 나오는 경향이 나타났다. 이는 압축강도 결과와 유사한 것으로 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시가 저발열 혼합시멘트의 초기 수화 반응성 향상에 기여하여 초기 수화 생성물인 에트린가이트의 생성을 촉진하여 초기 강도 발현에 기여했다고 판단된다.
또한, 도 7은 누적 수화 발열 곡선인데, 누적수화열의 경우 비교예 2와 비교해 볼 때 약 96%의 누적수화발열비를 나타내며 저발열 혼합시멘트의 가장 중요한 특성인 저발열 특성이 아주 우수한 것으로 판단된다. 저발열 혼합시멘트의 경우, 즉, 그 용도가 댐이나 규모가 큰 토목구조물 또는 고층 건물의 기초 mass 부문인 경우에 타설 후 경화시간의 경과에 따라 시멘트 수화열에 의한 내부와 외부의 응력이 발생할 수 있는데 수화발열량이 높으면 내부와 외부의 응력이 많이 발생하여 균열이 발생할 우려가 높다. 따라서 안정도 측면에서 아주 큰 효과를 가진다고 할 것이다.
도 6 내지 도 7을 볼 때 종합적으로, 본 발명의 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시를 적용한 저발열 혼합시멘트는 비교예 2와 같은 일반적인 저발열 혼합시멘트와 비교해 볼 때, 높은 초기 강도 발현율 및 장기 강도 증진 그리고 낮은 수화발열량을 나타내므로 그 활용에 있어 상당한 가치가 있다고 할 것이다.
실시예 3. 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 적용 저발열 혼합시멘트의 콘크리트 적용 특성
본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시를 적용한 저발열 혼합시멘트를 이용하여 콘크리트를 제작하여 그 특성에 대하여 살펴 보았다. 그 배합 비율은 표 5에 나타낸 것과 같고 해당 콘크리트의 물성은 표 6에 나타낸 것과 같다.
저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 적용 저발열 혼합시멘트 이용 콘크리트 배합표
배합명 W/B (wt%) S/a (vol%) Binder(kg/m3) WR (wt%)
비교예2 49.4 44 354 1.0
실시예 49.4 44 354 1.0
저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 적용 저발열 혼합시멘트 콘크리트의 물성
배합명 Slump (mm) Air
(%)		 압축강도(MPa)
3일 7일 28일 91일
비교예2 195 3.6 13.5 19.9 30.4 37.8
실시예 195 4.1 15.2 21.0 34.2 41.6
본 발명의 실시예에 따른 플라이애시가 포함된 혼합시멘트로 제조한 콘크리트를 적용한 결과, 비교예 2와 비교해 볼 때 동일한 작업성 및 공기량 측정 결과를 나타내었으며, 이는 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시를 적용한 저발열 혼합시멘트의 이용하여 콘크리트를 생산할 때 동일한 작업성 확보가 가능하며, 비교예 2와 같은 기존의 저발열 혼합시멘트를 사용한 굳지 않은 콘크리트의 물성과 유사한 경향을 나타낸 것이므로 실재 생산에 적용 가능성이 아주 높다고 할 것이다.
또한, 압축강도 발현율 또한 비교예 2와 비교해 볼 때 우수한 결과를 나타내었다. 이는 이전에 설명한 모르타르 실험 결과와 동일한 것으로서 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 적용시 초기 강도뿐만 아니라 장기강도 측면에서도 유리한 측면이 있는 것을 알 수 있다.
다음으로 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 적용 저발열 혼합시멘트의 콘크리트에 대한 단열온도를 도 8의 실험 결과 그래프를 기초로 이하에서 설명한다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시 적용 저발열 혼합시멘트를 이용하여 제작한 콘크리트의 단열온도 특성을 도시한 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 도 7 내지 도 8의 미소수화열 실험 결과와 유사한 경향을 나타내었으며, 수화 초기 발열량이 비교예 2와 비교해 볼 때 소폭 상승하였는데 이는 초기 강도 발현에 유리하게 작용하는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 단열온도의 중요 인자인 온도 상승량 또한 도 8에 도시된 바와 같이 비교예 2 보다 약 2 낮은 것으로 나타났다. 이는 앞서 설명한 저발열 혼합시멘트의 가장 중요한 인자인 발열량 제어가 확실히 이루어지고 있는 것으로 알 수 있으며 기존 저발열 혼합시멘트 보다 효과적인 것이라고 할 것이다.
상기 설명한 실시예들를 볼 때, 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시를 이용하면 저발열 혼합시멘트를 제조할 때 상기의 실험 결과를 토대로 기존 저발열 혼합시멘트 대비 초기 강도 향상 효과, 수화열 감소 효과 및 강도 증진에 따른 내구성 향상 효과를 모두 획득할 수 있을 것으로 사료된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 따른 저발열 혼합시멘트용 고성능 플라이애시에 관하여 구체적인 실시예들을 들면서 설명하였다. 그러나 위에서 살펴 본 실시예들의 범위로만 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 다소간의 수정 및 변형이 가능 할 것이다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이 건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다 할 것이다.
1 : 플라이애시 입자
3 : 정제회 입자
5 : 정제회 입자에 흡착된 플라이애시 입자

Claims (1)

  1. 저발열 혼합시멘트의 원료로 사용되는 저발열 혼합시멘트용 플라이애시의 제조방법에 있어서,
    석탄을 원료로 사용하는 순환유동층 연소 방식의 화력발전소에서 배출되는 플라이애시를 볼밀을 이용하여 5500 내지 6500cm2/g의 분말도로 분쇄하는 분쇄 단계;
    상기 분쇄된 플라이애시에 물을 주수하여 체적 팽창을 일으키는 일부 소화 단계;
    상기 체적 팽창된 플라이애시와 정제회를 혼합하되, 상기 플라이애시가 전체 중량 대비 5 내지 20 중량%이고 상기 정제회가 전체 중량 대비 75 내지 95 중량%가 되도록 혼합하는 혼합 단계를 포함하며,
    상기 혼합 단계는, 상기 플라이애시와 정제회가 균질혼합을 이루며 플라이애시가 정제회에 흡착되도록 작동원리가 마쇄 방식인 진동밀을 이용하여 혼합하고,
    상기 일부 소화 단계에서 주수하는 물의 양은, 상기 플라이애시에 포함된 CaO 또는 f-CaO의 양에 따라 변하며,
    제조된 저발열 혼합시멘트용 플라이애시는 상기 저발열 혼합시멘트 제조 시 20중량%가 사용되어, 시멘트 40중량% 및 고로슬래그 미분말 40중량%와 배합되는 것을 특징으로 하는 저발열 혼합시멘트용 플라이애시 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0629159B2 (ja) * 1988-08-10 1994-04-20 川崎重工業株式会社 流動層燃焼灰を原料とする硬化体の製造方法
US8331749B2 (en) 2009-12-31 2012-12-11 Juniper Networks, Inc. Using a waveguide to display information on electronic devices
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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
엄태호 외 4명, 순환 유동층 보일러 플라이 애시와 미분탄 보일러 플라이 애시의 복합사용에 따른 플라이 애시 시멘트의 특성, 한국 콘크리트학회 2014 가을 학술대회 논문집, pp. 659-660, 2014. 10.*
이승헌 외 2명, 순환유동층 보일러 플라이 애시의 콘크리트 혼화재로서의 사용 가능성에 대한 검토, 한국콘크리트학회 2015 봄 학술대회 논문집, pp. 453-454, 2015. 05.*

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