KR102401320B1 - 광산채움재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시멘트 5 ~ 20 wt%; 보일러 비산재 10 ~ 30 wt%; 보일러 바닥재 50 ~ 80 wt%; 팽창재 1 ~ 5 wt%; 및 감수제 0.3 ~ 3 wt%를 포함하는 광산채움재을 제공한다.

Description

광산채움재{Mine backfill}
본 발명은 보일러의 발전회에 이산화탄소를 투입하고 탄산화시켜 생성된 비산재 및 바닥재를 포함하는 광산채움재에 관한 것이다.
통산 광산갱도는 채광작업이 완료될 때까지 잠정적으로 운영되기 때문에 운영 이후의 폐광산은 침하로 인하여 철도 및 도로 주변에 안전을 위협하는 문제가 된다.
폐광산 주변의 파괴로 유발되는 지반침하 피해를 방지하기 위해 다양한 보강공법이 개발되고 있으며, 현재 가행광산 및 폐광산에 있어 채굴공동 안정화 수단으로 갱내 충전법이 많이 사용되고 있다.
충전되는 재료로는 전통적으로 폐석, 광물찌꺼기가 쓰였지만, 근래에 와서는 모래, 슬러지, 비산재(fly ash), 시멘트 등의 다양한 종류의 재료들이 단독 혹은 폐석과 함께 사용되고 있으며 이를 광산채움재 조성물이라 한다.
한국 공개특허 10-2013-0122162(특허문헌 1)에는 광산 폐기물 및 친환경고화재를 활용한 저강도, 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물이 개시되어 있으며, 입자크기가 5mm 내지 40mm 범위를 갖는 광산폐석 100 중량부에 대하여, 입자크기가 5 mm 이하인 광미 80 내지 120 중량부, 고로슬래그 미분말과 페트롤코우크스 탈황석고를 포함하는 고화재 15 내지 45 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물을 제공하고 있다.
갱내 충전법 중 광산채움재 조성물을 활용한 페이스트(paste) 충전법의 경우, 기본적으로 파이프라인을 통한 지하 채굴공동 충전 방식으로 목표는 저 비용으로 고농도, 고유동의 페이스트를 최대로 충전하는 것으로, 시멘트와 일반 미분탄(pulverized coal) 보일러 비산재(fly ash)를 임의의 비율로 혼합하고 여기에 물을 혼합하여 소정의 유동성과 강도를 가진 상태의 조성물을 사용하는 것이 대표적이다.
이러한 시멘트와 미분탄 보일러 비산재를 주성분으로 하는 광산채움재 조성물을 적용하는 경우, 물과 반응하여 수화물을 생성시킴에 따라 유동성 저하가 발생 되고 시멘트의 건조수축으로 균열이 발생되어, 광산 채움시 최밀충전을 기대하기 어려우며, 고 비용적인 문제점이 있었다.
한국 공개특허 10-2013-0122162
따라서 본 발명은 광산채움재에 있어서 감수제 및 팽창재를 더 포함하여 고 유동, 저 수축의 광산채움재를 제조하여, 종래의 시멘트와 미분탄 보일러 조합의 광산채움재가 갖고 있는 유동성 저하와 균열발생 및 고 비용의 단점을 해결하고, 페이스트 충전법 광산채움재로서의 작업성 및 품질안정성을 획기적으로 개선시킬 수 있는 광산채움재 조성물을 제공하는 데 있다.
또한 이산화탄소가 고정화된 비산재 및 바닥재 등을 활용함으로써 친환경적이며, 이산화탄소 발생량을 저감할 수 있는 광산채움재를 제공하는 데 있다.
또한 탄산화된 비산재의 높은 단위 수량으로 인한 저하된 강도, 탄산화된 비산재의 굵은 입경으로 인한 충전의 단점을 보완하기 위해 이를 혼용하여 사용하는 광산채움재를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 시멘트 5 ~ 20 wt%; 보일러 비산재 10 ~ 30 wt%; 보일러 바닥재 50 ~ 80 wt%; 팽창재 1 ~ 5 wt%; 및 감수제 0.3 ~ 3 wt%를 포함하는 광산채움재를 제공한다.
또한 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트에 석회석 미분말을 첨가한 것 또는 마그네시아 시멘트일 수 있다.
또한 상기 보일러 비산재 및 보일러 바닥재는,순환유동층 보일러에서 배출되어 산화칼슘을 함유할 수 있다.
또한 상기 시멘트, 보일러 비산재 및 보일러 바닥재는 탄산화되어 이산화탄소가 고용화된 것일 수 있다.
또한 상기 시멘트, 보일러 비산재 및 보일러 바닥재는 이산화탄소를 투입하여 탄산화 반응시키되, 10 내지 50 bar의 압력으로 이산화탄소를 투입할 수 있다.
또한 상기 시멘트, 보일러 비산재 및 보일러 바닥재는 이산화탄소를 투입하여 탄산화 반응시키되, 상기 탄산화는 30 내지 60 ℃의 온도로 수행될 수 있다.
또한 상기 비산재의 분말도는 5,000 cm2/g ~ 10,000 cm2/g일 수 있다.
또한 상기 바닥재 입자 크기는 80 ㎛ ~ 5,000㎛일 수 있다.
또한 상기 팽창재는 칼슘 설포알루미네이트계 팽창재일 수 있다.
또한 상기 감수제는 폴리카본산계 화합물, 나프탈린계 화합물, 멜라민계 화합물 및 리그린계 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 보일러에서 배출되는 비산재와 바닥재를 활용하여 폐광의 채굴공동을 메울 수 있는 광산채움재를 제공한다.
종래의 광산채움재는 결합재로 석탄화력발전소에서 배출되는 발전회를 포함하여 저 유동, 고 수축하는 경향이 나타나서 대규모 채굴공동을 복구하는데 어려움이 있으나, 팽창재와 감수제를 포함하는 광산채움재는 고 유동, 저 수축하는 경향을 나타내어 종래의 광산채움재를 가지고 활용할 수 없는 대규모 채굴공동의 복구작업에 사용될 수 있다.
또한 높은 산화칼슘 성분으로 상업적으로 가치가 낮은 순환유동층(circulating fluidized bed combustion) 보일러 비산재(fly ash)와 바닥재(bottom ash)를 이산화탄소 고정화(광물탄산화) 방법으로 단점이 감쇄된 상태로 사용함으로써 이산화탄소를 고용화하여 환경친화적인 광산채움재를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 이산화탄소 고정화된 비산재 및 바닥재 등을 활용함으로써 친환경적으로 이산화탄소 발생량을 저감할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 측면에 따르면, 탄산화된 비산재의 높은 단위 수량으로 인한 저하된 강도, 탄산화된 비산재의 굵은 입경으로 인한 충전의 단점을 보완할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실험예 2에서 각각의 시간에 따른 실시예 및 비교예들의 플로우값 유지율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실험예 2에서 실시예 및 비교예들의 수축팽창율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예 2에서 각각의 시간에 따른 실시예 및 비교예들의 압축강도를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
나아가, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 광산채움재는 시멘트 5 ~ 20 wt%; 보일러 비산재 10 ~ 30 wt%; 보일러 바닥재 50 ~ 80 wt%; 팽창재 1 ~ 5 wt%; 및 감수제 0.3 ~ 3 wt%를 포함한다.
상기 시멘트는 폐광의 채굴공동을 복구하는데 있어서, 보일러 비산재 및 보일러 바닥재와 같은 혼화재를 서로 결합시켜 광산채움재가 투입되어 경화된 이후에 일정한 강도를 유지하게 한다.
포틀랜드 시멘트의 경우 소성과정에서 다량의 이산화탄소가 배출되어 대기 중 온실가스를 증가시키는 문제가 있다.
이때 포틀랜트 시멘트에 석회석 미분말을 첨가하는 경우에는 석회석 미분말이 직접 탄산화반응이 진행될 수 있어서, 비산재, 슬래그와 함께 이산화탄소를 투입하여 탄산화될 수 있다.
[반응식 1]
CaO + H2O → Ca(OH)2
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
상기 반응식 1은 석회석 미분말을 첨가하는 경우에 탄산화반응을 나타낸 것이다.
포틀랜드 시멘트에 석회석을 첨가하여 상기 반응식 1에 따라 이산화탄소를 탄산화하기 위한 공정에 사용할 수 있다.
한편 마그네시아 시멘트는 마그네시아(MgO)를 주원료로 탄산 마그네슘을 가소하여 제조되는데, 2가 마그네슘 이온을 포함하여 이산화탄소와 반응하여 탄산염을 생성할 수 있으므로, 공정폐기물 또는 시공 후 폐기도는 마그네시아 시멘트를 이용하여 이산화탄소를 고용화할 수 있는 무기계 폐기물로 활용할 수 있다.
상기 시멘트는 폐시멘트 페이스트(waste cement paste)일 수 있다.
따라서 포틀랜드 시멘트를 사용하는 경우에도 석회석 미분말을 첨가하거나, 수화되는 경우에 마그네슘 이온을 배출하여 탄산화반응의 수행이 가능한 마그네시아 시멘트를 사용하는 경우에는 탄산화반응을 수행하여 이산화탄소를 매우 높은 효율로 고용화할 수 있다.
상기 광산채움재는 시멘트를 5 ~ 20 wt%로 포함한다.
상기 시멘트의 함량이 5 wt% 미치지 못하는 경우에는 광산채움재가 채굴공동에 투입되고 경화된 이후에 초기 강도가 저하되며, 상기 보일러 비산재 및 바닥재를 서로 결합시키기 어렵다.
상기 시멘트의 ?t량이 20 wt%를 초과하는 경우에는 광산채움재의 유동성이 저하될 수 있으며, 경화 후에 수축에 의한 경화 문제가 발생될 수 있다.
또한 시멘트의 함량이 20 wt%를 초과하여도 초과량에 따라 강도가 비례하여 증가하지 않으므로 광산채움재 제조의 효율성이 감소되는 문제가 있다.
한편 상기 시멘트를 포틀랜드 시멘트로 하되 석회석 미분말을 첨가하거나, 마그네시아 시멘트를 사용하는 경우 상기 보일러 비산재 및 바닥재와 혼합하여 한 공정에서 이산화탄소를 투입하여 탄산화반응을 수행할 수 있어서, 각각의 공정에서 보일러 비산재 및 바닥재를 탄산화시키는 것보다 더 많은 이산화탄소를 고용화할 수 있다.
상기 광산채움재는 보일러 비산재 10 ~ 30 wt%를 포함한다.
상기 보일러 비산재가 10 wt% 미만으로 포함되는 경우, 광산채움재의 유동성 손실율 감소와 균열발생 방지의 효과를 충분히 얻을 수 없으며, 시멘트 사용량이 증가할 수 있어 비경제적일 수 있다.
상기 보일러 비산재가 30 wt%를 초과하여 포함되는 경우, 사용량에 비해 유동성 손실율 감소와 균열발생 방지의 효과를 더 증가시킬 수 없어 효율성이 감소되며, 초기강도 감소와 느린 경화시간으로 인한 문제를 야기할 수 있다.
상기 보일러 비산재 및 보일러 바닥재는 순환유동층 보일러에서 배출되어 산화칼슘을 함유할 수 있다.
상기 순환유동층 보일러에서 배출되는 비산재 및 바닥재는 석탄화력발전소의 Class C의 발전회보다 산화칼슘을 다량으로 함유되어 있으며, 이를 포함하여 결합재를 제조하는 경우 팽창, 균열 등의 문제를 발생시켜 광산채움재 활용되기 어려우나, 탄산화반응으로 안정한 탄산칼슘 형태로 변화시키고, 팽창재 및 감수제를 첨가하여 광산채움재를 제조할 수 있다.
상기 광산채움재는 보일러 바닥재 50 ~ 80 wt%를 포함한다.
상기 보일러 바닥재가 50 wt% 미만으로 포함되는 경우, 보일러 비산재의 사용량이 증가되어 높은 단위수량으로 압축강도가 감소될 수 있고 유동성 손실율이 증가 될 수 있다.
상기 보일러 바닥재가 80 wt%를 초과하여 포함되는 경우, 상기 광산채움재 조성물의 초기 유동성이 크게 감소되어 갱내 충진성이 낮아지는 문제를 야기할 수 있다.
상기 시멘트, 보일러 비산재 및 보일러 바닥재는 이산화탄소를 투입하여 탄산화 반응시키되, 10 내지 50 bar의 압력으로 이산화탄소를 투입할 수 있다.
또한 이산화탄소를 투입하여 탄산화 반응시키되, 상기 탄산화는 30 내지 60 ℃의 온도로 수행될 수 있다.
상기 압력 및 온도 범위에서 상기 시멘트, 보일러 비산재 및 바닥재를 가지고 이산화탄소를 투입하여 가속 탄산화공정을 수행할 수 있으며, 이 경우 시멘트, 보일러 비산재 및 바닥재에 함유된 함량의 산화칼슘(CaO) 성분을 탄산칼슘(CaCO3) 성분으로 탄산화시킬 수 있다.
상기 가속 탄산화과정에 의해 산화칼슘이 탄산칼슘 상태로 안정화되기 때문에 친환경, 저비용 외에 여러 가지 장점을 가지게 된다.
또한 잔존하는 산화칼슘 성분으로 적절한 강도를 유지하며, 유동성의 손실율 감소, 건조수축에 의한 균열문제를 저감시킬 수 있다. 또한, 상기 이산화탄소 고정화는 광산채움재의 플로우값(유동성), 수축팽창, 압축강도의 특성을 향상시키는 역할을 하게 될 수 있다.
상기 보일러 비산재의 분말도는 5000 ㎠/g 내지 10000 ㎠/g일 수 있다.
상기 범위의 분말도를 갖는 비산재는 상기 탄산화 공정에서 상기 비산재의 높은 함량의 산화칼슘 성분으로 인한 발열과 유동성 저하, 과팽창의 단점을 감쇄시켜 줄 수 있다.
상기 보일러 바닥재의 입자 크기는 80 ㎛ 내지 5000 ㎛일 수 있다.
상기 보일러 바닥재의 입자 크기가 80 ㎛ 미만이라면, 단위수량 증가에 의한 압축강도 저하의 문제가 발생할 수 있고, 상기 바닥재의 입자 크기가 5000 ㎛ 초과라면, 광산채움재 조성물의 초기 유동성이 크게 저하될 수 있고, 충진성이 감소될 수 있으며, 표면 거칠기가 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 팽창재는 칼슘설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate)계 팽창재를 더 포함할 수 있다.
포틀랜트시멘트(OPC)의 경우 건조수축이 크며, 이에 따라 균열이 발생되어 최종적으로 폐광산 채광동공을 복구하는 경우에 최밀 충전을 기대하기 어렵다.
상기 팽창재로 칼슘설포알루미네이트를 포함하는 광산채움재는 건조수축, 균열보상 및 팽창성능을 나타낼 수 있으므로 최밀충전이 가능하다.
상기 광산채움재는 감수제 0.3 ~ 3 wt%를 포함한다.
상기 감수제는 폴리카본산(polycarboxylate)계 화합물, 나프탈린(naphthalin)계 화합물, 멜라민(melamine)계 화합물 및 리그린(lignin)계 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 분말 형태일 수 있다.
상기 감수제는 상기 광산채움재 조성물 성분의 반응 시, 초기 단계에서 시멘트 입자를 분산시켜 초기 유동성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
상기 감수제가 0.3 wt% 미만으로 구성되는 경우, 상기 감수제의 함량이 지나치게 적어 유동성 향상 효과를 나타내지 못할 수 있고, 상기 감수제가 3 wt%중량부 초과로 구성되는 경우, 사용량에 비해 고 유동성을 나타내는 효과를 얻을 수 없다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
분말도가 3400 ㎠/g인 1종 보통 포틀랜드 시멘트 10 wt%, 순환유동층 보일러(이하 'CFBC' ) 방식의 화력발전소에서 산업부산물로 발생되는 보일러 비산재 및 바닥재를 30 ℃, 30 bar의 조건으로 가속 탄산화를 수행하였다.
가속탄산화 공정을 통하여 수득한 분말도 7000㎠/g인 보일러 비산재 20 wt%와 80 ㎛ 내지 1000 ㎛의 입자크기를 가지는 보일러 바닥재 70 wt%을 혼합하여 광산채움재를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서, 바닥재를 68 wt%로 포함하고, 칼슘설포알루미네이트(4CaO·3Al2O3·SO3) 팽창재 2 wt% 더 포함하여 구성되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 구성되도록 하는 광산채움재를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서, 바닥재를 69.3 wt%로 포함하고, 폴리카르복실레이트 폴리머를 기본으로 하며, 공기연행제가 포함되지 않은 비중 1.1 g/㎤의 감수제 0.7 wt%를 더 포함하여 구성되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 구성되도록 하는 광산채움재 조성물을 구비하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1에서, 바닥재를 67.3 wt%로 포함하고, 칼슘설포알루미네이트(4CaO·3Al2O3·SO3) 팽창재 2 wt% 및 폴리카르복실레이트 폴리머를 기본으로 하며, 공기연행제가 포함되지 않은 비중 1.1 g/㎤의 감수제 0.7 wt%를 더 포함하여 구성되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 구성되도록 하는 광산채움재 조성물을 구비하였다.
<비교예 1>
분말도가 3400 ㎠/g인 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 구비하였다.
<비교예 2>
분말도가 3400 ㎠/g인 1종 보통 포틀랜드 시멘트 35 wt% 및 미분탄 보일러 비산재 65 wt%를 포함하여 구성되는 조성물을 제조하였다.
<비교예 3>
상기 실시예 1에서, 탄산화된 CFBC 비산재 및 바닥재 대신 탄산화되지 않은 CFBC 비산재 및 바닥재를 포함하여 구성되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 광산채움재를 제조하였다.
<비교예 4>
상기 실시예 1에서, 탄산화된 CFBC 비산재 대신 탄산화되지 않은 CFBC비산재를 포함하여 구성되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 구성되도록 하는 조성물을 구비하였다.
<비교예 5>
상기 실시예 1에서, 탄산화된 CFBC 바닥재 대신 탄산화되지 않은 CFBC보일러 바닥재를 포함하여 구성되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 구성되도록 하는 조성물을 구비하였다.
<실험예 1> 시멘트 가속탄산화 효율
포틀랜드 시멘트와 석회석 미분말을 첨가한 경우에 이산화탄소 고용화 정도를 확인하였다.
시멘트 종류 SiO2 CaO Al2O3 MgO residue
포틀랜드 시멘트(wt%) 46.81 39.23 7.12 0.8 6.04
포틀랜트 시멘트+ 석회석 미분말(wt%) 46.81 44.23 7.12 0.8 1.04
상기 표 1은 포틀랜드 시멘트 및 석회석 미분말을 첨가한 경우의 성분의 함량을 분석한 것이다.
주요성분으로 탄산화 반응이 가능한 CaO를 함유하는 것을 확인하였다.
특히 이산화탄소 고용량에 대한 열중량분석(TGA) 결과 석회석 미분말을 첨가하지 않은 포틀랜드 시멘트는 1 kg에 총 319 g의 이산화탄소를 고용화할 수 있는 반면에 석회석 미분말을 첨가하여 44.23 wt%로 CaO를 포함하는 경우에는 360 g 이상의 이산화탄소를 고용화할 수 있는 것으로 확인되어 포틀랜드 시멘트에 이산화탄소를 투입하여 이산화탄소 탄산화 효율을 10 % 이상으로 증가시킬 수 있는 것을 확인하였다.
<실험예 2> 광산채움재 물성
실시예 및 비교예에따라 제조된 광산채움재의 물성을 확인하고자, 단위 수량, 플로우값, 단위용 적중량, 수축팽창 및 압축강도을 측정하였다.
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에서 구비된 조성물의 단위 수량, 플로우값(유동성), 단위용 적중량, 수축팽창 및 압축강도를 측정하였다.
구분
 단위수량(%)
 플루우값(mm, %) 단위용 적중량(g/l)
 수축팽창(%, 28일)
 압축강도
0분 30분 60분 7일 28일
실시예 1 43.0 243 213(88) 200(82) 1760 -0.090 4.2 8.5
실시예 2 43.0 245 210(86) 203(83) 1765 +0.020 5.1 9.8
실시예 3 35.0 300 255(85) 232(77) 1810 -0.070 7.6 15.3
실시예 4 35.0 298 249(84) 230(77) 1805 +0.050 8.2 16.0
비교예 1 42.0 242 150(62) 130(54) 1750 -0.320 4.9 7.6
비교예 2 37.0 235 188(80) 162(69) 1700 -0.210 2.4 3.9
비교예 3 33.0 240 130(54) N/A 1950 +0.490 12.1 23.2
비교예 4 38.0 244 175(72) 130(53) 1837 +0.210 7.1 15.8
비교예 5 40.0 238 165(69) 120(50) 1900 +0.340 8.7 17.1
상기 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 광산채움재의 단위 수량, 플로우값(유동성), 단위용 적중량, 수축팽창 및 압축강도를 나타낸 것이다.
상기 표 1을 참조하면, 현장에서 일반적으로 사용되는 시멘트인 비교예 1에 비해 실시예 1 내지 4는 경과시간별 플로우 저하가 월등히 적고, 수축팽창율이 안정적인 것으로 나타났다.
또한, 시멘트와 일반 미분탄 보일러 비산재 조성물인 비교예 2에 비해 실시예 1 내지 4는 우수한 압축강도를 나타내며, 수축팽창율이 안정적인 것으로 나타났다.
탄산화 CFBC 비산재와 바닥재 대신에 CFBC보일러 비산재와 바닥재를 혼합한 비교예 3은 실시예 1 내지 4에 비해 월등한 압축강도 결과를 나타냈으나, 경과시간별 플로우 손실율이 현저하고, 실시예들에 비해 과팽창이 일어나 실시예들에 비하여 안정적이 못하였다.
탄산화 CFBC 비산재 대신에 CFBC 비산재를 혼합한 비교예 4는 경과시간별 플로우 저하가 크고, 수축팽창율 실험에서 과팽창이 나타나 안정적이지 못하였다.
이산화탄소 고정화된 CFBC보일러 바닥재 대신 CFBC보일러 바닥재를 혼합한 비교예 5는 실시예 1 내지 4에 비해 경과시간별 플로우 저하가 크고, 수축팽창율 실험에서 과팽창이 나타나 안정적이지 못하였다.
따라서, 본 발명의 실시예 1 내지 4에서 구비된 광산채움재 조성물은 비교예들에 비해 높은 플로우 유지율을 나타내되, 낮은 수축팽창율 및 양호한 압축 강도를 나타내는 것을 확인하였다.
상기 실시예에 따른 광산채움재는 가행광산 및 폐광산에 있어 채굴공동 안정화 수단으로 사용되는 갱내 충전법에따라 상기 광산채움재를 활용한 페이스트 충전용으로 사용할 수 있고, 높은 충진성을 나타낼 수 있으며, 이는 낮은 유동성 저하, 안정적인 수축팽창, 적절한 압축강도의 특성을 모두 만족할 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 측면에 따른 순환유동층 보일러의 이산화탄소가 고정화된 비산재 및 바닥재를 포함하는 광산채움재 조성물에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 시멘트 5 ~ 20 wt%;
    보일러 비산재 10 ~ 30 wt%;
    보일러 바닥재 50 ~ 80 wt%;
    팽창재 1 ~ 5 wt%; 및
    감수제 0.3 ~ 3 wt%를 포함하고,
    상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트에 석회석 미분말을 첨가한 것 또는 마그네시아 시멘트이고,
    상기 보일러 비산재 및 보일러 바닥재는 순환유동층 보일러에서 배출된 것이며,
    상기 시멘트, 보일러 비산재 및 보일러 바닥재는 혼합하고 이산화탄소를 투입하여 탄산화 반응시켜 이산화탄소가 고용화된 것이고,
    상기 보일러 비산재와 보일러 바닥재는 서로 결합되는 광산채움재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보일러 비산재 및 보일러 바닥재는,
    산화칼슘을 함유하는 것을 특징으로 하는 광산채움재.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트, 보일러 비산재 및 보일러 바닥재는
    이산화탄소를 투입하여 탄산화 반응시키되, 10 내지 50 bar의 압력으로 이산화탄소를 투입하는 것을 특징으로 하는 광산채움재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트, 보일러 비산재 및 보일러 바닥재는
    이산화탄소를 투입하여 탄산화 반응시키되, 상기 탄산화는 30 내지 60 ℃의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는 광산채움재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 비산재의 분말도는
    5,000 cm2/g ~ 10,000 cm2/g인 것을 특징으로 하는 광산채움재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바닥재 입자 크기는,
    80 ㎛ ~ 5,000㎛인 것을 특징으로 하는 광산채움재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 팽창재는,
    칼슘 설포알루미네이트계 팽창재인 것을 특징으로 하는 광산채움재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 감수제는
    폴리카본산계 화합물, 나프탈린계 화합물, 멜라민계 화합물 및 리그린계 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 광산채움재.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102478241B1 (ko) * 2020-09-01 2022-12-15 (주)대우건설 산업부산물을 활용한 구조물 되메우기용 고유동 채움재 조성물
CN114656212B (zh) * 2022-03-24 2023-09-26 武汉理工大学 一种高利废微膨胀流态回填材料的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100959410B1 (ko) 2010-01-15 2010-05-24 한국광해관리공단 광산 채굴공동 충전용 저시멘트계 충전재
KR101131481B1 (ko) 2011-04-27 2012-03-30 한국지질자원연구원 생활폐기물 소각 바닥재로부터 이산화탄소 고정화 처리 및 유해 물질의 제거 방법
KR101580801B1 (ko) * 2015-08-11 2015-12-29 주식회사 건설자재산업 바닥 마감재용 팽창성 시멘트 조성물

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101209691B1 (ko) * 2009-12-01 2012-12-07 코카스엔텍 주식회사 순환 유동층 보일러에서 발생하는 석탄재를 이용한 친환경 건조시멘트 모르터 개발
KR101432750B1 (ko) * 2011-08-09 2014-08-21 서승석 석탄재를 이용한 모르타르 또는 콘크리트 조성물 및 그의 용도
KR101356619B1 (ko) 2012-04-30 2014-02-04 주식회사 씨엠디기술단 광산 폐기물 및 친환경고화재를 활용한 저강도, 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물
KR101423131B1 (ko) * 2013-01-09 2014-07-28 경기대학교 산학협력단 순환 유동층 보일러에서 발생하는 비산재를 이용한 콘크리트 혼화재 및 그 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100959410B1 (ko) 2010-01-15 2010-05-24 한국광해관리공단 광산 채굴공동 충전용 저시멘트계 충전재
KR101131481B1 (ko) 2011-04-27 2012-03-30 한국지질자원연구원 생활폐기물 소각 바닥재로부터 이산화탄소 고정화 처리 및 유해 물질의 제거 방법
KR101580801B1 (ko) * 2015-08-11 2015-12-29 주식회사 건설자재산업 바닥 마감재용 팽창성 시멘트 조성물

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