KR102585792B1 - 패각 재활용을 이용한 저탄소 그린시멘트의 제조ㆍ생산ㆍ시공방법 - Google Patents

패각 재활용을 이용한 저탄소 그린시멘트의 제조ㆍ생산ㆍ시공방법 Download PDF

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Abstract

패각을 이용하여 건설구조물, 지반 및 토양개량 등을 위한 시멘트 대체재인 그린시멘트의 제조
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생산
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시공하는 방법은 패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계; 제조된 상기 소성된 패각이나 생석회를 이용하여 그린시멘트를 생산하는 단계; 및 생산된 상기 그린시멘트에 토양 산성화 방지용 미네럴을 추가하여 현장에 시공하는 단계를 포함한다.

Description

패각 재활용을 이용한 저탄소 그린시멘트의 제조ㆍ생산ㆍ시공방법 {Manufacturing, production and construction method of low carbon green cement using recycling oyster shells}
본 발명은 각종패각을 재활용하여 석회석을 대체 소성한 패각이나 산화칼슘에 후라이애쉬, 고로슬래그, 무수석고 및 실리카 흄 등을 혼합한 그린시멘트의 제조ㆍ생산ㆍ시공하는 방법에 관한 것으로, 각종 건설 구조물 재료 및 시공뿐만 아니라, 토양 및 지반개량, 충진재로도 사용할 수 있으며 심지어 쓰레기, 하폐수의 슬러지를 고형화 시킬 수 있는 각종패각을 재활용하여 유해중금속, 발암물질 및 방사능물질이 거의 없는 무해하고 안전한 저탄소 그린시멘트에 관한 것이다.
현행 시멘트는 1999년 8월 IMF로 인한 경영 위기에 처한 시멘트 회사들을 위해 환경부가 각종 산업 폐기물로 시멘트를 제조할 수 있도록 허가하면서부터 유해중금속, 발암물질 및 방사능물질이 포함된 시멘트로, 이중 기존의 무기계 시멘트는 기존 시멘트 대체재로서 시멘트가 갖고 있은 특성을 거의 유지하면서 건설 재료의 다양성과 효용성을 증대하고, 시멘트 제조시 대기로 발생되는 질소산화물 및 중금속 유해성을 일부만 저감 시킬 수 있는 시멘트 대체로 상용된다. 또한, 토양개량재로 물질을 고형화시키는 촉매제로서의 역할로, 연약지반에 투입되어 땅속에 견고한 개량기둥체를 형성함으로써 토양을 강화시키거나, 유해 폐기물을 고형화시켜 수중에 함유된 유해 중금속 등이 지하수나 토양 등의 오염을 일부 저감시키거나 용출이 어려운 형태로 변화시키는 재료로도 사용되고있으나 각종 환경 관련 정부 보고서에 의하면 현행 시멘트는 환경 보호와는 거리감이 있다.
이러한 기존의 시멘트 대체재 및 토양개량재에 사용되는 석회석은 급속한 산업화로 인하여 엄청난 양이 자연상태에서 과대 채굴로 자연환경 및 경관을 심각하게 훼손하고, 이로 인하여 사용 가능한 석회석은 급속히 고갈되어가는 상황이며, 특히 2020년부터 발효된 대기환경보전법에 의하면 질소산화물을 배출하는 시멘트 회사들의 환경부담금 부과로 재정에 상당한 큰 영향을 받게 되어 산업기반 위축과 고용악화 등으로 국가 경제 기반에 악 영향을 미치므로, 이를 극복하기 위한 적극적인 방안으로 천연자원인 석회질 자원의 보전과 환경보호를 위한 각종패각 재활용을 위한 석회석 대체원료의 개발이 매우 시급한 실정이다.
그러나 국민의 건강 식품인 굴양식업의 부산물인 굴패각뿐만아니라 각종패각은 1)제도적인 측면에서 늦게나마 정부가 굴 패각을 포함하여 어획ㆍ양식ㆍ가공 등의 과정에서 부수적으로 발생하는 '수산부산물'의 재활용을 촉진하기 위해 「수산부산물 재활용 촉진에 관한 법률」을 제정하였으나, 굴패각 등 재활용 촉진을 위한 기존의 일반론적인 내용만을 담았다.
2) 사회적 측면에서는 각종패각 무단 방치로 인한 미관 훼손, 지역 이미지 훼손, 어민들 어업 피해 및 관광 산업 악영향 등의 악순환이 반복되고 있으며,
3) 특히 환경적 측면에서도 아직도 불법 투기, 불법 매립 및 야적 증가로 악취로 인한 지역 주민들의 민원 지속와 방치된 패각에서 석회 물질이 빗물에 씻겨 바닷물로 유입하여 연안해안의 수질오염을 가중시키고 있다.
일반적으로 1) 각종패각을 활용한 공유수면 매립재로 활용하고 있으나, 어민들의 의견은 수렴되지 않은 채 관련기관에서 일방적 진행으로 인한 많은 잡음이 발생하고 토지의 본래 기능을 제대로 하기까지 수십 년이 소요되고, 2) 굴패각을 활용한 건설용 자재로 굴패각을 사용할 경우 건설자재의 강도 개선이나 투수성이 우수해지는 등 효과는 입증되었으나 기존 대비 원가 상승 및 환경문제를 우선 해결해야하는 등 한계점에 부딪히고 있는 것이 현실이다.
기존의 굴 패각을 재활용하기 위한 여러 용도 중 하나로 1) 지반개량형 고화재를 제조하는 방법인 한국특허등록공보 10-2002-0093204(2002.12.16)는 굴패각의 세척염분 제거단계부터 제조단계까지의 전 단계를 서술하였으나, 본 발명과 비교하면, 이산화탄소()저감 등의 환경적 측면(입자의 크기, 입경별, 순도, 분말도 및 입경별 소성온도에 대한 구체적특성과 내용이 거의없음)에서의 차이가 현저하고. 소성온도도 600℃～1300℃(본건 평균온도 800이고, 기존은 950으로 기존대비 Co2절감율은 약19%)로 높고 광범위하고, 특히 현장 토양의 산성화 방지대책이 없다.
2) 각종 건축용 내외장재에 활용하는 방법인 한국특허등록공보 10-0451645호(2004.10.08)는 패류의 껍데기를 재활용하여 환경보호에 기여할 수 있으면서 탈취 및 항균성 등의 기능성을 갖는 건축자재 제조용 패각조성물에 관한 것이나, 조성물로 분쇄된 패각만, 유해물질인 합성수지와 TiO2(anatase)를 사용하고 있으며, 굴패각(굴패각(10~20%)이지 이를 생성석회나 소석회로의 전환히여 건설분야전체에 사용과는 다름)) 활용도가 매우 제한적이다.
3) 연약지반개량에 활용하는 방법이 한국특허등록공보10-1948548(2019.02.15)는 포졸란 화산토를 1200℃ 내지 1500℃의 고온으로 48시간 내지 52시간 동안 가열함으로서 1200도 이상 고온에서는 질소산화물(NOx) 와 일산화탄소(CO) 역시 증가시키므로(환경관리공단보고서.2006.5) 환경에 반하고, 패각 사용량은 전체 100%에서 약 4.1%로 오히려 나머지 첨가물(지내력, 속경성, 경량화 등을 향상시킬 물질) 비중이 약 25%이고, 고로스래그 약 59%, FA 약 12%으로, 본 건과 비교는 무리가 있으며,
4) 다른 하나로서 산업자재용 조성물에 활용하는 방법이 한국특허등록공보 10-2185993호(2020.12.02)는 기존 시멘트에 입경이 1~3mm 인 패각 입자만을 사용하고, 경화제는 아크릴계 고분자, 라텍스계 고분자, 산화마그네슘 및 실리카를 포함하는 산업자재용 조성물에 관한 것이다
상기 선행기술들은 굴 패각을 재활용함으로써 천연시멘트를 일부 대체함으로써 이산화탄소()저감, 자원재활용, 부존자원 절약, 환경오염저감 및 건설자재 기능성 향상 등에 기여할 수 있다고 하였으나, 사용된 재료가 기능성 보완을 위해서 첨가된 혼화제등에는 유해물질이 함유된 첨가 물질을 포함하고, 소성온도도 매우 높아 탄소중립이나 탄소배출과는 거리가 있으며, 현장 토양의 산성화 방지 대책이 전무한 기술들이다.
한국 등록특허공보 제10-2002-0093204(2002.12.16) 한국 등록특허공보 제10-0451645호(2004.10.08) 한국 등록특허공보 제10-1948548(2019.02.15) 한국 등록특허공보 제10-2185993호(2020.12.02)
이에 본 발명은 상기 제반 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 자원 재활용을 위해 천연재료인 각종 패각을 원료로 생석회를 제조하고 제조된 생석회의 순도를 조절하고, 그 조절된 생석회와 무해성 산업폐기물들을 이용하여 시멘트 대체재인 그린 시멘트를 제조
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생산
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시공함으로써 재료비 절감, 천연자원인 석회질 자원의 보전, 질소산화물 및 중금속 유해성을 현저히 저감할 수 있고 해양환경오염을 사전에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 천연석회의 대체 효과를 기대할 수 있는 각종패각 재활용을 위한 그린시멘트를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제조, 생산 및 시공의 3단계로 구성되어 있다.
첫 번째 단계인 패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계로, 이물질을 제거하는 단계, 이물질이 제거된 패각을 분쇄하여 크기별(입도를 세분화함)로 분리하는 단계, 분쇄 분리된 패각을 분말하는 단계, 패각 분말을 소성하기 위하여 고온(본안 입도+순도+분말도 측면 : 최소범위대-> 650℃, 중간범위대-> 750℃, 최대범위대-> 850℃, 반면 기존은 입도+순도+분말도 측면 없음: 평균:950℃)으로 연소시켜 이산화탄소를 제거(물질온도대비측면 : 본안은 기존 시멘트회사의 CO2발생을 최소1.5배~최대2.2배 줄일 수 있음) 하여 생석회(산화칼슘) 제조하는 단계이다.
2)두 번째 단계인 그린시멘트를 생산하는 단계로, 첫번째 단계에서 제조된 생석회(상기 제조과정에서 입도, 순도 및 분말도의 세분화로 여러가지 타입), 발전사의 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 화학회사의 석고(황산 칼슘=CaSO4), 제철소의 고로슬래그 미분말(GGBFS)　등을 적정비율로 혼합하여 시멘트 대체재인 그린시멘트(입도, 순도 및 분말도의 세분화로 여러가지 타입)를 생산하는 단계이다.
3)마지막으로 현장에 직접 적용하여 시공하는 단계, 생산된 그린시멘트를 현장조건, 다양한 토양조건 및 특성에 적합(입도, 순도 및 분말도의 세분화로 여러가지 타입)하게 미네럴 성분을 추가하여 필요한 현장에 직접 시공하는 단계로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따라 그린시멘트의 수화반응, 포졸란 반응과 에트링자이트 반응을 이용하여, 패각의 염분과 유기물이 지하수나 해안가에 그대로 흘러 토양 및 해양오염된 토양을 현장에 적합한 토양으로 개량하고, 발전소 주변의 석탄재 처리장, 항만건설시의 준설토 투기장 등의 연약지반을 개량할 수 있으며, 폐광이나 각종 지하시설물 등의 충진재 등으로 건설재로 재사용 가능한 시멘트 대체재로 개량하고, 최근 사회적 이슈로 크게 대두되고 있는 광역쓰레기, 하폐수의 오니, 저니 및 슬러지를 고화시킬 수 있는 시멘트 대체재인 그린 시멘트를 제조
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생산
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시공할 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따른 패각 재활용을 이용한 그린시멘트의 제조
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생산
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시공하는 방법은 패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계; 상기 제조된 패각 재활용용 생석회나 소성된 패각을 이용하여 그린시멘트를 생산하는 단계; 및 생산된 상기 그린시멘트를 현장에 시공하는 단계를 포함하고, 상기 패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계는, 상기 패각의 이물질을 세번 세척하여 제거하는 세척단계, 이물질이 제거된 패각을 분쇄하여 3 가지 크기별로 분리하는 단계, 3가지 크기별로 분리된 분쇄된 패각을 각각 3가지 입도로 분말하는 단계, 및 3가지 입도로 분말된 패각 분말을 각각 입도별로 소성온도 650℃, 750℃, 및 850℃ 별로 연소시켜 이산화탄소를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 제조된 패각 재활용용 생석회나 소성된 패각을 이용하여 그린시멘트를 생산하는 단계는, 상기 생석회, 발전사의 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 화학회사의 석고(CaSO4), 및 제철소의 고로슬래그 미분말(GGBFS) 등을 혼합하여 그린시멘트를 생산하는 단계를 포함하고, 상기 생산된 그린시멘트를 현장에 시공하는 단계는 생산된 상기 그린시멘트 대비 미네럴 중량비 0.5~10을 추가하는 단계를 포함하여 현장에 시공하는 단계를 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 본 발명에 의하면 각종 패각을 재활용하여 연안해안의 수질오염 등의 환경오염을 줄일 수 있고, 토양개량, 및 토양 산성화 방지, 지반개량 및 지반 공동용 충진재 등의 건설재료로 사용가능하여 천연시멘트를 대체함으로써 자원을 절약이 가능하고, 2020년부터 발효된 대기환경보전법에 의한 질소산화물 배출로 인한 환경부담금 부과로 인한 관련 산업기반 위축방지와 고용창출등으로 국가 경제 기반에 크게 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 코로나 사태로 인한 각종 유해물질 증대로 인한 환경피해를 줄이는 각종 산업 부산물 슬러지를 고형화시킬 수 있어 국민의 건강과 환경오염을 줄일 수 있는 일석5조의 효과가 있다. 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다
도 1은 그린시멘트와 흙의 고화반응의 일 예를 보여주는 모식도이다.
도 2는 패각과 그린시멘트의 반응도와 유해물질의 고화과정을 보여주는 모식도이다.
도 3은 패각을 이용한 그린시멘트를 생산하는 것을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 패각을 이용한 지반 및 토양개량을 위한 그린시멘트의 현장 시공을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 산성화된 현장토를 현장여건에 따라 액체나 분말형 미네랄이나 CaCo3 등을 추가하여 산성화을 방지하는 대책을 개념적으로 도시한 개념도이다.
도 1은 그린시멘트와 흙의 고화반응의 일 예를 보여주는 모식도이다.
도 2는 소성된 패각이나 생석회와 그린시멘트의 반응도와 유해물질의 고화과정 등을 보여주는 모식도이다.
도 3은 소성된 패각이나 생석회를 이용한 그린시멘트를 생산하는 것을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 그린시멘트에 미네럴을 추가하여 토양 및 지반개량 현장에서 시공하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산성화된 현장토를 현장여건에 따라 액체나 분말형 미네랄이나 CaCo3 등을 추가하여 산성화을 방지하는 대책을 개념적으로 도시한 개념도이다.
상기한 도면에 의한 본 발명은 제조, 생산 및 시공의 3단계로 구성되어 있다. 1)첫 번째 단계인 패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계로, 이물질을 제거하는 단계, 이물질이 제거된 패각을 분쇄하여 크기별로 분리하는 단계, 분쇄분리된 패각을 분말하는 단계, 패각 분말을 소성하기 위하여 고온으로 연소시켜 이산화탄소를 제거하여 생석회(산화칼슘) 제조하는 단계, 상기 소성단계에서 생성된 패각이나 생성회를 물과 반응시켜 소석회(수산화칼슘)를 생성하는 단계로 구성되어 있다.
2)두 번째 단계인 그린시멘트를 생산하는 단계로, 첫번째 단계에서 제조된 소성된 패각이나 생석회, 발전사의 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 화학회사의 석고(황산 칼슘=CaSO4), 제철소의 고로슬래그 미분말(GGBFS), 실리카 흄 등을 적정비율로 혼합하여 그린시멘트를 생산하는 단계로 구성되어 있다.
3)마지막으로 현장에 직접 적용하여 시공하는 단계로서, 생산된 그린시멘트를 현장조건, 토양조건 및 특성에 적합하게 미네럴 성분을 추가하여 필요한 토양 및 지반개량　현장에서 직접 시공하는 단계를 포함하여 구성되어 있다.
상기의 방법은 패각의 염분과 유기물이 지하수나 해안가에 그대로 흘러 토양오염과 해양오염된 토양을 개량하는 공사, 발전소 주변의 석탄재 처리장, 항만 건설시의 준설토 투기장 등의 연약지반 개량공사, 폐광이나 각종 지하시설물 등의 충진재 등으로 건설재로 재사용 가능한 시멘트 대체재로 개량공사, 광역쓰레기, 하폐수의 오니, 저니 및 슬러지를 고화하는 작업 등으로 사용되는 데에 그 특징이 있다.
패각은 방해석구조의 탄산칼슘(CaCO3)으로 주성분과 광물상이 천연 석회석과 동일하여 그린시멘트로 이용할 수 있다.
이하, 첫 번째 단계인 패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계에 대해 먼저 설명하기로 한다.
이물질 제거단계는 염분 및 각종 유기물물질 등이 함유된 패각을 수집하여 물에 세척함으로써 염소 음이온(Cl-) 및 각종 유기물물질 등을 제거하는 것으로, 내용물 채취 직후에 작업장에서 1차분쇄과정중 1차 세척으로 악취와 분진도 함께 제거하고, 입도 크기별로 분쇄하여 세분화하는 최종 분쇄장에서 2차 및 3차 세척하여 남아있는 염분 및 각종 유기물 물질을 최소화한다. 상기 이물질 제거단계에서, 패각을 1차~3차까지 물에 세척한 다음, 건조장치(또는 자연건조)를 통해 상기 패각의 표면에 잔여하는 수분을 완전히 제거하여 그린시멘트 생성이나 토양 및 지반개량 생성단계에서, 조성비 조절을 더욱 정밀하게 할 수 있다는 이점이 있다.
이어서, 이물질이 제거된 패각을 분쇄하여 크기별로 분리하는 단계는 이물질 제거단계를 거친 패각을 가공하기에 적당한 3가지 크기로 분쇄분리하는 과정이다. 패각을 분쇄하여 3가지 크기별로 분리하는 단계는 이물질을 제거하고 건조시킨 후 상기 패각을 3가지 크기로 분쇄하여 체가름하여 0.2㎜이하의 입도만 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 패각의 분쇄는 상술한 바와 같이, 3가지 분류된 크기들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하나의 크기는 0.1mm 내지 0.2mm일 수 있고, 다른 하나의 크기는 0.05mm 내지 0.1mm 미만일 수 있고, 또 다른 하나의 크기는 0.05mm 이하일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 3가지 크기로 분쇄분리는 3번의 분쇄 과정을 의미하는 것일 수 있다. 예컨대, 이물질이 제거된 패각을 1차 분쇄(0.5mm 이하)하고, 2차 분쇄(0.3mm 이하)하고, 3차 분쇄(0.2mm 이하)하는 것일 수 있다. 1차 내지 3차 분쇄를 통해 더욱 정교한 후술할 분말화가 이루어질 수 있다.
분쇄분리된 패각을 분말하는 단계는 분쇄분리된 패각을 3가지 입도로 분말화하는 과정이다. 본 실시예에 의하면, 패각을 3가지 크기로 분쇄분리한 다음, 3가지 크기로 분말하는 과정을 거침으로써, 패각의 분말 과정에 소요되는 시간을 더욱 줄일 수 있고, 분말 과정에 이용되는 분말 장치가 균일한 3가지 크기로 분쇄된 패각을 분말하기 때문에, 공정 효율을 증대시킬 수 있다는 이점이 있다. 특히, 0.2㎜이하의 입도만 상기 굴패각의 3가지 크기로 분쇄과정에서 수집하기 때문에, 공정 효율을 더욱 증대시킬 수 있다. 일 실시예에서, 하나의 크기인 0.1mm 내지 0.2mm, 다른 하나의 크기인 0.05mm 내지 0.1mm 미만, 및 또 다른 하나의 크기인 0.05mm 이하는 각각 다른 분말도로 분말화될 수 있다. 예를 들어, 또 다른 하나의 크기의 분말도가 가장 크고, 그 다음이 다른 하나의 크기의 분말도가 크고, 그 다음이 하나의 크기의 분말도가 가장 작을 수 있다.
이어서, 소성단계는 패각 분말(또는 탄산칼슘)을 고온으로 연소시켜 이산화탄소를 제거하여 생석회를 생성하는 것이다. 상기 소성단계에서 상기 생석회(산화칼슘)가 생성될 뿐만 아니라, 수산화칼슘(또는 소석회)도 생성될 수 있다. 상기 수산화칼슘은 상기 소성단계를 통해 생성된 상기 생석회의 수화 반응을 통해 생성될 수 있다.　상기 소성단계에서 소성온도는 600℃~1000℃범위로, 전단계인 분쇄 및 분말과정에서 만들어진 3가지 크기별로 최소범위대는 650℃, 중간범위대는 750℃ 및 최대범위대는 850℃로 제조할 수 있어 기존 시멘트회사 대비 CO2발생을 최소1.5배~최대2.2배까지 줄일 수 있다. 상기 소성온도가 600℃ 이상인 경우, 이산화탄소 제거가 용이하고, 1000℃ 이하일 경우, 높은 소성온도에서 상기 패각 분말이 타거나 분말에 그을음이 형성되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 또한 상기 소성단계에서, 승온속도는 1℃/min～6.0℃/min정도로 서서히 가열할 수 있다. 상기 승온속도가 1℃/min 이상임으로써, 소성단계의 공정 시간을 단축할 수 있고, 상기 승온속도가 6.0℃/min 이하임으로써, 급하게 승온하여 상기 굴패각 분말이 타거나 분말에 그을음이 형성되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 승온 후 1시간～5시간의 유지시간을 거쳐 상기 소성단계가 진행될 수 있다. 상기 소성단계의 승온 후 유지시간이 1시간 이상임으로써, 이산화탄소의 완벽한 제거가 이루어지고, 승온 후 유지시간이 5시간 이하임으로써, 상기 소성단계의 공정 시간을 최대한 단축할 수 있다는 이점이 있다. 예컨대, 상술한 또 다른 하나의 크기의 분말도를 갖는 패각 분말의 소성온도는 650℃일 수 있고, 다른 하나의 크기의 분말도를 갖는 패각 분말의 소성온도는750℃일 수 있고, 하나의 크기의 분말도를 갖는 패각 분말의 소성온도는850℃일 수 있다. 일 실시예에 의하면, 복수의 소성 장치들을 이용할 경우, 각 소성 장치의 온도를 조절하지 않고 각각 650℃, 750℃, 및 850℃로 고정한 채로 각각 분말도가 다른 패각 분말들을 소성함으로써, 공정 효율이 증가될 수 있다. 분말도가 높을 수록 소성 온도가 낮아짐을 감안하면, 패각 분말들을 분말도별로 기설정된 소성온도가 다른 소성장치를 통해 소성함으로써, 패각 분말들 각각의 분말도가 상이하더라도 최종적인 소성 시간은 실질적으로 동일해지므로, 공정 효율이 높아지는 것이다.
여기서, 소성된 패각이나 생석회를 이용하여 그린시멘트를 제조
Figure 112022035437460-pat00009
생산
Figure 112022035437460-pat00010
시공하는 과정을 설명하면, 우선, 지반이나 토양개량은 시멘트 대체재인 그린 시멘트는 기존 시멘트가 갖고 있는 일반적인 특징을 나타낼 수 있기 위하여 하는 것으로 상기의 방법으로 그린시멘트로 이용될 때에는 상기 소성된 패각이나 생석회와, 고로슬래그 미분말(GGBFS), 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 석고(CaSO4) 및 실리카 흄 등이 혼합되어 사용될 수 있다.
고로슬래그 미분말(GGBFS)는 제철공장의 고로작업시 철광석의 불순물이 섞인 암질이 SiO2, Al2O3와 화합하여 고온에서 용융상태로 부유된 물질일 수 있다. 고로슬래그 미분말은 SiO2, Al2O3, 및 산화철(Fe2O3)을 포함할 수 있다. 고로슬래그 미분말은 산화칼슘(CaO)을 더 포함할 수도 있다.
플라이애쉬(fly ash)는 석탄화력발전소의 보일러에서 나오는 개스(Gas) 중에 포함된 재의 미분입자로 화학성분으로는 주로 이산화규소(SiO2)와 산화알미늄 (Al2O3)으로 구성된 것일 수 있고, 산화규소, 산화알루미늄, 또는 산화규소 및 산화알루미늄의 혼합물일 수 있다.
　다만, 플라이애쉬(fly ash)의 화학성분은 상술한 이산화규소(SiO2), 산화알미늄(Al2O3)뿐만 아니라, 원료인 석탄의 생산지에 따라서 다른 화학성분을 더 포함할 수도 있다.
석고(Gypsum, CaSO4)은 비료공장에서 발생되는 인산염의 부산물인 인산석고나 중화 석고 대신에 무수석고이다.
실리카 흄(Silica Fume)은 규소철과 실리콘메탈의 생산과정에서 생성된 가스를 여과 후 포집되는 마이크로 실리카 입자로 건설산업에 다양하게 응용되는 물질이다.
상기 소성된 패각이나 생석회, 고로슬래그 미분말(GGBFS), 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 석고(CaSO4) 및 실리카 흄로부터 제조된 그린시멘트의 반응은 포틀랜드 시멘트의 클링커 광물이 반응하면서 칼슘이 용출되는 것과 유사하다.
상기 소성된 패각이나 생석회, 고로슬래그 미분말(GGBFS), 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 석고(CaSO4) 및 실리카 흄으로부터 제조된 그린시멘트는 물과 반응하여 수화작용이 일어나는데, 물에 의한 가수분해 반응과 직접 고체의 표면에서 반응이 일어나는 고상반응(Solid-state reaction), 두가지 반응이 동시에 일어나 단단한 결합재로 변하는 과정이다.
수화반응을 나타내면 아래와 같다.
여기서 시멘트의 화학성분은 보통 약자로 나타낸다. 　 　
CaO → C, SiO₂ → S, Al₂O₃ → A, Fe₂O₃ → F로 나타내는데 C₃A라고 하면
3CaO
Figure 112022035437460-pat00015
Al₂O₃를 의미한다.
상기　그린시멘트는 에트링자이트(Ettringite) 반응을 하여 고형물질을 생성하게 된다. 즉 석고(CaSO4)가 투입되어 에트링가이트(침상결정)가 생성하여 입자 간을 더욱 단결시킬 수 있다.
이를 표현하는 화학식은 아래와 같다.
즉, 수화에 의해 에트링자이트(Ettringite)라는 침상결정이 생성되어 공극이 감소함과 동시에 장기강도 향상 및 방수 효과도 증대시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 한편 개량하지 않은 흙의 주위에는 (-)이온(음이온)을 띄우게 되어있고, 흙 입자 서로가 (-)이온에 인해서 전기적으로 반발하여 미끄러지면서 유동화 하고 있기 때문에 응집, 단결하지 못한 상태이나 상기 그린 시멘트가 들어가는 것에 인하여 상기 생석회의 칼슘이온(+)과 흙의 (-)이온 사이에서 교환반응이 일어나서, 흙 입자 주위에 (+)이온과 (-)이온이 형성되어 흙 입자 서로가 전기적으로 결부되어 응집하는 흙의 단립화 효과 있다.
또한, 그린 시멘트의 수화 반응으로 생성된 수산화 칼슘과 플라이애쉬에서 용출된 SiO2,Al2O3와 포졸란(pozzolan) 반응을 하여 불용성 칼슘화합물인 C-S-H나 C-A-H를 생성시킴으로써, 구조물이나 흙의 단립화 효과도 도모할 수 있다.
그 반응식은 다음과 같다.
또한, 그린 시멘트는 석회(소각재 등)에 인한 수화반응과 소석회의 흡수성으로 구조물 및 토양의 함수량저하와 소석회의 팽창으로 인해서 구조물 및 주변 흙을 압축하여 강도가 높아진다. 그 반응식은 다음과 같다.
또한, 석회의 탄산화로 남아있는 석회분(또는 소성된 패각)은 흙 속의 탄산가스와 반응하여 탄산화해서 치밀화되고, 상기 반응이 반복되며 장기 강도가 계속 높아지는 재 탄산화 반응도 발생한다.
그 반응식은 다음과 같다.
고로슬래그는 그린 시멘트와 물과 같이 존재할 경우 잠재수경성 반응을 일으키고, 플라이애쉬는 그 자체로서의 수화반응성은 없지만 가용성의 실리카(SiO2)등이 그린 시멘트 수화시 생성되는 수산화칼슘과 상온에서 서서히 반응하여 불용성의 안정한 규산칼슘수화물 등을 생성하며 작업성(Workability)과 펌프성(Pumpability)을 개선시키는 효과가 있고, 그린 시멘트에 첨가하는 양만큼 그린 시멘트 사용량을 줄여서 탄소량도 저감할 수 있다.
본 발명의 그린 시멘트 제조
Figure 112022035437460-pat00021
생산
Figure 112022035437460-pat00022
시공하는 방법은 하폐수 슬러지 등을 고형화시키는 데에도 사용될 수 있다.
고형화(Solidification)는 고체를 포함한 충분한 양의 그린 시멘트를 유독물질 등에 첨가하여 결과적으로 고형물질을 형성시키는 고형화 처리로 유해폐기물 중에 함유된 중금속 등이 환경중의 매체(물)를 통하여 지하수나 토양 등을 오염시키지 않도록 무해화시키거나 용출이 어려운 형태로 변화시켜서 환경오염 등을 선제적으로 방지하는 것이며, 그린시멘트는 대개 시멘트 반응성을 가지고 있어 오염물과 그린 시멘트간의 화학반응을 유발시켜 무기성 슬러지(중금속류 함유된 것)를 고형화하는데 매우 적합하다.
한편, 전 세계의 토양과 지표수가 적어도 pH 5.4 이하로의 산성화된지 이미 오래전이고, 산성비는 도시나 공장지대의 국지적 환경오염과는 달리, 광범위하게 생태계를 파괴한다 특히 칼슘과 칼륨, 마그네슘 등과 같은 미량원소들 유실은 척박한 토양으로 급변시켜 최종적으로는 식물이 살수 없는 비극적 사막화현상(沙漠化現狀을 고착할 것이다. 또한, 토양과 지표수가 산성화되면, 연쇄적으로 농
Figure 112022035437460-pat00023
축산물이 산성화되고 그것은 식품을 통해 인류의 건강 훼손에 심대한 영향을 미친다. 결국 산성비는 토양의 미네랄 영양소 손실을 가속화 한다. 이러한 급격한 토양의 산성화 예방을 위하여 현장 시공시 액체나 분말형 미네럴이나 CaCo3 등을 중량비 0.5~10 추가하여 시공한다.
이하, 본 발명의 그린 시멘트의 구체적인 실시예에 대해 설명한다. 본 발명이 이하의 실시예들에 제한되는 것이 아님은 자명하다.
[실시예]
　경남 통영시에서 발생된 굴패각을 수집 채취한 후 굴패각을 물로 세척한 후 이물질 및 유기물질 등을 제거하고 자연 건조시킨 후 3가지 크기별로 분쇄후 분리하고, 3가지로 분리분말하여 체가름하여 굴패각 분말을 소성하기 위하여 3가지 범위별(최소범위대-> 650℃, 중간범위대-> 750℃, 최대범위대-> 850℃)로 가열 소성하여 얻어진 생석회를 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 석고(CaSO4), 고로슬래그, 실리카 흄 등과 혼합한 그린시멘트, 제조
Figure 112022035437460-pat00024
생산하여 필요한 현장에 시공한다.
다음은 시멘트 대체재인 그린시멘트의 제조 및 생산 전 각각의 원재료 상태를 나타낸 구성표이다.
패각을 재활용한 생석회
구 분 패각을 활용한 생석회의 특징
성인 및 산지 남해안 연안( 특히 통영시 인근)
주성분 탄산칼슘(CaCO3)
범주 및 입자 미분말 밀도 : 2.59~2.91g/cm3, 분말도: 2400cm2/g이상,염분: 1% 이하, 강열감량: 5% 이하, 산화칼슘: 50% 이상
그린 시멘트용 생석회
구 분 그린 시멘트용 생석회의 특징
성인 및 산지 충북 등 전국
주성분 탄산칼슘(CaCO3)
범주 및 입자 미분말 밀도 : 2.59~2.91 g/cm3, 분말도: 3000cm2/g　이상,강열감량: 4% 이하, 산화칼슘: 60% 이상, 입경 : 0.04mm이하,
슬래그
구 분 슬래그의 특성
성인 및 산지 제철, 제강공정(포항, 광양, 당진)
주성분 Si02, CaO, Al2O3
범주 및 입자 밀도 : 2.8g/cm3이상, 입경 : 2~16, 분말도: 4000cm2/g　이상, 염분: 1% 이하, 강열감량: 3% 이하,
플라이애쉬
구 분 플라이애쉬의 특성
성인 및 산지 화력발전소, 제철소의 부산물
주성분 SiO2, Al2O3, Fe2O3
범주 및 입자 분말도: 2500cm2/g　이상, 염분: 1% 이하, 강열감량: 3% 이하,SiO2:30% 이상, Al2O3:10% 이상
석고
구 분 석고의 특성
성인 및 산지 화학회사의 부산물
주성분 CaSO4
범주 및 입자 분말도: 3,000cm2/g　　이상, 강열감량: 5% 이하,SO3: 50% 이상
실리카 흄
구 분 실리카 흄의 특성
성인 및 산지 캐나다산 등
주성분 SiO2
범주 및 입자 평균입경 0.15㎛의 구형입자, SiO2 함유량은 90 % 이상
밀도(g/㎤): 2.2, 분말도 90,000cm2/g　이상
상기의 활용화된 패각 재활용 생석회와 그린시멘트용 생석회 및 고로슬래그, 플라이애쉬, 석고 및 실리카 흄 등을 사용하여 본 발명기술인 패각을 이용한 그린시멘트의 제조, 생산 및 시공과정을 아래에 도 3와 도 4에 도시되어 있다.
　본 발명에서 이루고자 하는 적정 배합비율은 그린 시멘트 전체 복합물을 중량비로 100을 기준으로 볼 때, 소성된 생석회의 중량비는 15~35 정도, 그린 시멘트용 생석회의 중량비는 15~35, 고로슬래그 중량비는 20~40, 석고의 중량비는 2~6, 플라이애쉬 중량비는 15~35 그리고 실리카흄 5~20 등으로 조성하게 된다.
상기 본 발명에서 사용되는 생석회, 고로 슬래그, 석고, 프라이애쉬 및 실리카 흄 각각의 구성 성분은 표[7]과 같다.
그린 시멘트 원료의 화학성분 표 (단위 : wt%)
구 분 CaO SiO2 Al2O3 MgO Fe2O3 SO3
고로 슬래그 41.55 33.12 15.42 4.16 0.5 4.15
F.A 4.03 65.5 18.4 0.68 5.74 0.84
무수석고 39.51 1.92 1.06 0 0.23 53.08
생석회 90.6 2.21 0.51 0.87 0.32 1.1
실리카 흄 0.01 97.0 0.38 0.02 0.09 -
여기서 각 성분의 백분율의 부족분은 수분 강렬 감량 및 기타이다.
각종 건설구조물 설계 기준에 따라 비율 및 첨가량을 조정 선정하여 건설 현장에 적용하여 시공할 수 있는 실시 예는 다음과 같다.
『 그린 시멘트 적용 예시』
1. 그린시멘트 강도 실험결과( KS L 5105에 따른 실험 수행)
시편명 압축강도(Mpa)
1일 3일 7일 28일
기본타입 14.11 30.34 42.05 53.23
14.56 31.27 41.51 53.91
14.99 31.58 41.75 53.52
15.36 30.45 41.83 52.95
15.12 31.30 41.38 53.05
14.81 31.46 41.51 52.88
A타입 16.13 33.64 45.04 55.61
16.20 32.41 43.39 54.93
16.16 33.55 43.61 55.91
16.60 32.21 44.98 55.53
15.71 34.16 45.99 56.09
15.77 33.78 44.33 56.11
B타입 16.89 36.39 47.75 58.23
17.07 35.23 48.02 57.85
17.33 35.99 46.94 57.95
16.25 36.26 48.16 58.02
16.07 34.61 46.94 57.59
16.12 35.19 46.52 57.79
2. 건설현장 시멘트 슬라임 시험 결과　(토양환경보전법 시행규칙의거)
시험항목 납 구리 비소 수은 시안 Cr 카드뮴 유기인 기름성분 TCE PCE 불소
기준 3.0 3.0 1.5 0.005 1.0 1.5 0.3 1.0 5%이상 0.1 0.3 400
처리결과 불검출 불
검출		 불
검출		 불
검출		 불
검출		 불
검출		 불
검출		 불
검출		 0.1 불
검출		 불
검출		 0.46
3. 하수슬러지를 그린 시멘트로 고화처리 시험결과들
1). 하수 슬러지 고화처리 전의 대상토 조건
구 분 시료 1 시료 2 시료 3 시료 4 기준
PH 6.3 6.0 5.9 6.1
함수비(%) 90.2 91.3 92.2 91.7
참비중 1.45 1.49 1.43 1.52
강열감량 55.2 56.4 53.9 54.2
2) 하수 슬러지 고화처리 3일 뒤 시험 결과
구 분 시료 1 시료 2 시료 3 시료 4 기준
PH 11.6 11.2 11.0 11.1
일축압축강도(㎏/㎠) 1.6 1.55 1.57 1.55 0.3
함수비(%) 40.2 41.6 41.9 41.2
3). 하수 슬러지의 고화처리 7일 뒤 시험결과
구 분 시료 1 시료 2 시료 3 시료 4 기준
PH 10.86 10.96 10.90 10.18
지지력(CBR5.0 　) 8.03 7.76 6.55 5.50 5.0
일축압축강도(㎏/㎠) 1.8 1.78 1.75 1.91 0.3
함수비(%) 30.0 30.1 31.3 30.4
4. 그린시멘트 사용 전후 중금속 용출시험 결과
1). 그린시멘트 (토양개량재)처리전의 슬러지 조건
구 분 슬러지1 슬러지2 슬러지3 슬러지4 기준(ppm)이하
Pb 0.02 0.22 0.012 0.14 3.0
Cu 1.821 0.031 0.035 0.312 3.0
As 0.031 0.023 0.002 0.021 1.5
Hg 불검출 불검출 불검출 불검출 0.005
CN-1 불검출 불검출 불검출 불검출 1.0
Cr(VI) 불검출 불검출 0.09 불검출 1.5
Cd 0.01 0.01 불검출 0.012 0.3
유기인 불검출 불검출 불검출 불검출 1.0
기름성분 불검출 0.4 0.11 0.012 5%이상
PCE 불검출 불검출 불검출 불검출 0.1
TCE 불검출 불검출 불검출 불검출 0.3
2). 그린시멘트 (토양개량재) 처리후의 고화물 중금속 용출시험 결과
구 분 슬러지1 슬러지2 슬러지3 슬러지4 기준(ppm)이하
Pb 불검출 0.17 불검출 0.08 3.0
Cu 1.664 0.013 0.014 0.204 3.0
As 0.028 0.018 불검출 0.013 1.5
Hg 불검출 불검출 불검출 불검출 0.005
CN-1 불검출 불검출 불검출 불검출 1.0
Cr(VI) 불검출 불검출 0.09 불검출 1.5
Cd 불검출 불검출 불검출 0.007 0.3
유기인 불검출 불검출 불검출 불검출 1.0
기름성분 불검출 0.2 0.01 0.001 5%이상
PCE 불검출 불검출 불검출 불검출 0.1
TCE 불검출 불검출 불검출 불검출 0.3
본 발명의 그린 시멘트 제조
Figure 112022035437460-pat00025
생산
Figure 112022035437460-pat00026
시공하는 방법은 연약지반을 고형화 및 고화하거나, 건설용 건설자재를 제조
Figure 112022035437460-pat00027
생산
Figure 112022035437460-pat00028
시공하는 데에 사용 가능한 것으로, 상기 예시와 같이 적용성이 우수하므로 실제 다양한 건설재료 및 구조물 조성뿐만아니라, 현장토양조건에 적합한 지반의 보강 및 개량공법 등에 적용이 가능하게 되는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계(S1);
    제조된 상기 패각 재활용용 생석회 및 그린시멘트용 생석회를 이용하여 그린시멘트를 생산하는 단계(S2); 및
    생산된 상기 그린시멘트를 건설구조물, 지반 및 토양개량의 현장에 시공하는 단계(S3)를 포함하고,
    상기 패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계(S1)는,
    상기 패각의 이물질을 세번 세척하여 제거하는 세척단계(S1-1),
    이물질이 제거된 패각을 분쇄하여 3 가지 크기별로 분리하는 단계(S1-2),
    3가지 크기별로 분리된 분쇄된 패각을 각각 3가지 입도로 분말화하는 단계(S1-3), 및
    3가지 입도로 분말화된 패각 분말을 각각 입도별로 소성온도 650℃, 750℃, 및 850℃ 별로 연소시켜 이산화탄소를 제거하는 단계(S1-4)를 포함하고,
    상기 세척 단계(S1-1)는 염분 및 유기물 물질이 함유된 패각을 수집하여 물에 세척함으로써 상기 염분 및 상기 유기물 물질을 제거하는 것으로, 상기 패각 채취 직후에 1차 세척하여 악취와 분진도 함께 제거하고, 상기 이물질이 제거된 패각을 분쇄하여 3 가지 크기별로 분리하는 단계에서 2차 및 3차 세척하여 남아있는 상기 염분 및 상기 유기물 물질을 제거하고,
    상기 이물질이 제거된 패각을 분쇄하여 3가지 크기별로 분리하는 단계(S1-2)는 상기 세척단계를 거친 패각을 3가지 크기로 분쇄분리하는 과정이고, 상기 패각을 3가지 크기로 분쇄하여 체가름하여 0.2㎜이하의 입도만 수집하는 단계이고,
    상기 이물질이 제거된 패각을 분쇄하여 3가지 크기별로 분리하는 단계(S1-2)는 이물질이 제거된 상기 패각을 1차 분쇄(0.5mm 이하)하고, 2차 분쇄(0.3mm 이하)하고, 3차 분쇄(0.2mm 이하)하고,
    상기 3가지 크기별로 분리된 분쇄된 패각을 각각 3가지 입도로 분말화하는 단계(S1-3)에서, 분말 장치가 균일한 3가지 크기로 분쇄된 패각을 분말화하고,
    하나의 크기인 0.1mm 내지 0.2mm의 분쇄된 패각, 다른 하나의 크기인 0.05mm 내지 0.1mm 미만의 분쇄된 패각, 및 또 다른 하나의 크기인 0.05mm 이하의 분쇄된 패각은 각각 다른 분말도로 분말화되고,
    상기 또 다른 하나의 크기의 분쇄된 패각의 분말도가 가장 크고, 그 다음이 상기 다른 하나의 크기의 분쇄된 패각의 분말도가 크고, 그 다음이 상기 하나의 크기의 분쇄된 패각의 분말도가 가장 작고,
    상기 3가지 입도로 분말화된 패각 분말을 각각 입도별로 소성온도 650℃, 750℃, 및 850℃ 별로 연소시켜 이산화탄소를 제거하는 단계에서, 승온속도는 1℃/min～6.0℃/min정도이고, 승온 후 1시간～5시간의 유지시간을 거치고,
    상기 또 다른 하나의 크기의 분말도를 갖는 패각의 분말의 소성온도는 650℃이고, 상기 다른 하나의 크기의 분말도를 갖는 패각의 분말의 소성온도는 750℃이고, 상기 하나의 크기의 분말도를 갖는 패각의 분말의 소성온도는 850℃이고,
    상기 3가지 크기별로 분리된 분쇄된 패각을 각각 3가지 입도로 분말화하는 단계에서, 복수의 소성 장치들이 이용하여 각 상기 소성 장치의 온도를 조절하지 않고 각각 650℃, 750℃, 및 850℃로 고정한 채로 각각 분말도가 다른 패각 분말들을 소성하고,
    상기 제조된 상기 패각 재활용용 생석회 및 그린시멘트용 생석회를 이용하여 그린시멘트를 생산하는 단계(S2)는,
    상기 생석회, 발전사의 플라이애쉬, 화학회사의 석고(CaSO4), 및 제철소의 고로슬래그 미분말(GGBFS) 및 실리카 흄을 혼합하여 그린시멘트를 생산하는 단계를 포함하고,
    상기 패각 재활용용 생석회, 상기 그린시멘트용 생석회, 발전사의 플라이애쉬, 화학회사의 석고(CaSO4), 및 제철소의 고로슬래그 미분말(GGBFS) 및 실리카 흄을 혼합하여 그린시멘트를 생산하는 단계에서, 그린 시멘트 전체 복합물을 중량비로 100을 기준으로 볼 때, 상기 패각 재활용용 생석회의 중량비는 15~35, 상기 그린 시멘트용 생석회의 중량비는 15~35, 상기 고로슬래그 미분말의 중량비는 20~40, 상기 석고의 중량비는 2~6, 상기 플라이애쉬의 중량비는 15~35 및 실리카 흄의 중량비 5~20로 구성되고,
    상기 패각 분말을 소성하기 위하여 소성온도 650℃, 750℃, 및 850℃ 별로 연소시켜 이산화탄소를 제거하는 단계를 통해 패각 재활용용 생석회를 생성하고,
    상기 패각 재활용용 생석회는 미분말 밀도가 2.59~2.91g/cm3이고, 분말도가 2400cm2/g 이상이고, 염분이 1% 이하이고, 강열감량이 5% 이하이고, 산화칼슘 50% 이상을 포함하고,
    상기 그린 시멘트용 생석회는 탄산칼슘(CaCO3)을 포함하고, 미분말 밀도가 2.59~2.91g/cm3이고, 분말도가 3000cm2/g 이상이고, 강열감량이 4% 이하이고, 입경이 0.04mm이하이고, 산화칼슘 60% 이상을 포함하고,
    상기 고로슬래그 미분말(GGBFS)은 밀도가 2.8g/cm3이상이고, 분말도가 4000cm2/g　이상이고, 염분이 1% 이하이고, 강열감량이 3% 이하이고,
    상기 플라이애쉬는 분말도가 2500cm2/g　이상이고, 염분이 1% 이하이고, 강열감량이 3% 이하이고, SiO2가 30% 이상이고, Al2O3가 10% 이상이고,
    상기 석고(CaSO4)는 분말도가 3,000cm2/g　이상이고, 강열감량이 5% 이하이고.
    상기 실리카 흄은 평균입경 0.15㎛의 구형입자이고, SiO2 함유량은 90 % 이상이고, 밀도는 2.2g/㎤이고, 분말도는 90,000cm2/g　이상이고,
    KSL 5105에 따른 실험 수행 결과, 1일 압축강도가 16.13Mpa, 3일 압축강도가 33.64Mpa, 7일 압축강도가 45.04Mpa, 및 28일 압축강도가 55.61Mpa이고,
    pH 6.3, 함수비(%) 90.2, 참비중 1.45, 및 강열감량 55.2인 하수 슬러지 고화처리 전의 대상토의 상기 그린시멘트를 이용한 고화처리 3일 뒤, 상기 대상토는 pH 11.6, 일축압축강도(kg/cm2 ) 1.6, 함수비(%) 40.2를 갖고, 상기 그린시멘트를 이용한 고화처리 7일 뒤, pH 10.86, 지지력(CBR5.0) 8.03, 일축압축강도(kg/cm2 ) 1.8, 함수비(%) 30.0을 갖는 것을 특징으로 하는
    시멘트 대체재인 그린시멘트의 그린시멘트의 제조생산시공하는 방법.

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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020093204A (ko) 2001-06-07 2002-12-16 한국해양연구원 굴패각을 이용한 지반개량형 고화재 제조방법
KR20030075045A (ko) * 2002-03-15 2003-09-22 주식회사 대동그린산업 해양수산폐기물과 산업폐기물을 이용한 함수연약토의지반개량형 고화재의 조성물 및 그 제조방법
KR100451645B1 (ko) 2003-02-11 2004-10-08 유한회사 이노비즈 인조 대리석용 건축자재 조성물
JP2006143990A (ja) * 2004-10-18 2006-06-08 Taiheiyo Cement Corp 固化材
KR101706116B1 (ko) * 2016-03-08 2017-02-14 장영수 친환경 황토 레미콘 조성물
KR101809171B1 (ko) * 2017-10-13 2017-12-14 홍안석 갯벌흙 및 패각을 이용한 친환경 블록
KR101948548B1 (ko) 2018-10-15 2019-02-15 쏘일텍 주식회사 연약지반 개량용 고화제 조성물 및 이의 제조방법, 그리고 이에 의한 고화제
KR102185993B1 (ko) 2019-06-24 2020-12-02 한남대학교 산학협력단 패각을 이용한 친환경 산업자재용 조성물

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020093204A (ko) 2001-06-07 2002-12-16 한국해양연구원 굴패각을 이용한 지반개량형 고화재 제조방법
KR20030075045A (ko) * 2002-03-15 2003-09-22 주식회사 대동그린산업 해양수산폐기물과 산업폐기물을 이용한 함수연약토의지반개량형 고화재의 조성물 및 그 제조방법
KR100451645B1 (ko) 2003-02-11 2004-10-08 유한회사 이노비즈 인조 대리석용 건축자재 조성물
JP2006143990A (ja) * 2004-10-18 2006-06-08 Taiheiyo Cement Corp 固化材
KR101706116B1 (ko) * 2016-03-08 2017-02-14 장영수 친환경 황토 레미콘 조성물
KR101809171B1 (ko) * 2017-10-13 2017-12-14 홍안석 갯벌흙 및 패각을 이용한 친환경 블록
KR101948548B1 (ko) 2018-10-15 2019-02-15 쏘일텍 주식회사 연약지반 개량용 고화제 조성물 및 이의 제조방법, 그리고 이에 의한 고화제
KR102185993B1 (ko) 2019-06-24 2020-12-02 한남대학교 산학협력단 패각을 이용한 친환경 산업자재용 조성물

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