KR19980033801A

KR19980033801A - 석분 슬러지와 정수장 슬러지를 이용한 경량골재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR19980033801A
Application number: KR1019960051576A
Authority: KR
Inventors: 이현구; 정현희; 전영석
Original assignee: 이현구
Priority date: 1996-11-01
Filing date: 1996-11-01
Publication date: 1998-08-05

Abstract

본 발명은 석분 슬러지와 정수장 슬러지를 이용한 경량골재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 경량골재는, 석분 슬러지 50∼90 중량%와 정수장 슬러지(유기물 함량 25%∼46%) 10∼50중량%의 혼합물에 물을 첨가하여 반죽하고 성형한 후 공기중 또는 환원분위기에서 1115∼1280℃로 소성함으로써 제조된다.

본 발명에 의하면, 적은 비용으로 우수한 특성을 갖는 경량골재를 제공함과 동시에 폐기물을 재사용함으써 자원 절약의 효과와 폐기물 처리 효과 역시 얻을 수 있다.

Description

석분 슬러지와 정수장 슬러지를 이용한 경량골재 및 그 제조방법

본 발명은 석분 슬러지와 정수장 슬러지를 이용한 경량골재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기물인 석분 슬러지와 정수장 슬러지를 사용하므로서 자원 절약의 효과와 폐기물 처리 효과를 얻을 수 있는 석분 슬러지와 정수장 슬러지를 이용한 인공 경량골재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

대부분의 건설공사는 시멘트와 골재로 된 콘크리트를 사용하고 있는데, 천연 골재자원은 그 양이 한정되어 있기 때문에 점점 고갈되어 갈 뿐 아니라 이의 채취시 환경 파괴를 수반하는 문제가 있다. 따라서 천연골재를 대체할 수 있는 자원 개발이 시급히 요청되고 있다.

한편, 석재공장에서는 석재를 절단할 때 석분 슬러지가 다량 발생하는가 하면, 상수도 집수장에서는 물을 거른후 정수장 슬러지가 발생한다. 이러한 폐기물은 일부 시멘트 혼화제, 시멘트 밀크 등의 원료로 사용하고 있으나, 아직까지는 재활용되는 양이 전체의 10% 미만이며 대부분은 특별한 처리없이 단순히 매립되고 있는 실정이다. 따라서 이를 매립하기 위한 매립지의 확보, 보상문제, 처리시설에 따른 경비의 부담이 클 뿐 아니라 환경 오염의 원인이 되고 있다.

본 발명의 목적은 적은 비용으로 우수한 특성을 갖는 경량골재를 제공함과 동시에 폐기물을 재사용함으써 자원 절약의 효과와 폐기물 처리 효과 역시 얻을 수 있는 석분 슬러지와 정수장 슬러지를 이용한 경량골재를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 석분 슬러지와 정수장 슬러지를 이용한 경량골재의 제조방법를 제공하는 데에 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 석분 슬러지와 정수장 슬러지를 이용한 경량골재는, 석분 슬러지 50∼90중량%와 정수장 슬러지 10∼50중량%로 이루어진 데에 그 특징이 있다.

또한 필요한 경우, 발포성 향상을 위하여 추가로 돌로마이트, 방해석, 또는 적철석 5∼10 중량% 더 함유될 수도 있다.

또한 본 발명에 따른 경량골재의 제조방법은 석분 슬러지와 정수장 슬러지를 50∼90 : 10∼50 중량비로 혼합하고, 여기에 물을 첨가 반죽하여 소정크기로 성형 및 건조하여 1115∼1280℃에서 소성한 데에 그 특징이 있다.

도1은 석분 슬러지와 정수장 슬러지의 혼합비율을 변화시키면서 소성온도에 따른 골재가 물에 부유하는 골재의 온도의 변화를 나타낸 그래프.

본 발명에서 주원료로 사용되는 석분 슬러지는 석재공장에서 석재를 자를 때 발생하는 것을 사용하며 그 특성이 특별히 제한되지 않으나, 주로 140메쉬를 통과한 것을 사용한다.

정수장 슬러지는 상수원에서 발생하는 두 가지 종류(유기물 함량 최대 46%, 유기물 함량 최대 25%)를 달리하여 10∼50 중량% 사용한다.

본 발명에 사용된 원료의 화학분석치는 표1에 나타냈다.

* 상기 표1에서 정수장슬러지의 최대46%, 25%로 표시한 것은 유기물 함량이다.

본 발명에 따른 경량 골재의 제조방법을 구체적으로 설명한다.

먼저 석재공장에서 발생한 석분 슬러지에 정수장 슬러지를 혼합한다. 이때 필요에 따라 방해석, 돌로마이트, 적철석 등의 발포제 1종 이상을 전체의 5∼10중량%가 되도록 첨가한다.

발포제로는 CaCO₃로 구성된 석회석과 Ca(Mg)CO₃로 구성된 돌로마이트의 분말을 혼합한 것으로서 140메쉬를 통과한 것이나, 천연산의 적철석 광물을 전체의 5∼10 중량%가 되도록 첨가 사용할 수 있다.

다음 물을 첨가 반죽하여 소정 크기로 성형하고, 성형체를 상온에서 건조시킨 후 소성로에 넣은 후 서서히 1115∼1280℃로 승온시킨 후 약 5분 정도 유지하여 소성한다.

석분 슬러지와 정수장 슬러지의 비율은 필요에 따라 다양하게 변화시킬 수 있다. 정수장 슬러지의 비율이 커질수록 제조된 골재의 단면이 균일하지 못하나 석분 슬러지와 정수장 슬러지의 혼합비율이 50 : 50 정도까지는 겉보기 비중, 절건 비중, 흡수율 및 압축강도 등 특성이 여전히 우수하다. 따라서 사용하는 용도에 따라 석분 슬러지와 정수장 슬러지의 비율을 조절할 수 있다.

골재의 소성 온도는 사용하는 로(爐)의 종류 및 기타 다른 소성 조건 에 따라 달라질 수 있다.

도1에 나타낸 바와 같이, 정수장 슬러지의 비율이 커질수록 소결온도는 상승되며, 동일한 석분 슬러지와 정수장 슬러지의 비율에서는 소성 온도에 따라 골재의 팽창정도는 달라진다. 동일한 비율에서, 골재가 최대로 팽창될 수 있는 소성온도는 골재가 물에 뜰 정도의 비중으로 팽창되는 소결온도보다 약 15℃ 높았다. 소성은 일반 공기 중에서 또는 환원분위기에서 수행될 수 있으며, 환원분위기에 수행되는 경우, 공기 중에서 소성 온도보다 약 60∼80℃ 낮은 온도에서 소성할 수 있으며 소성시간도 줄일 수 있었다.

여기서 환원분위기라 함은 로타리킬른과 같은 로에 연료로서 방카C유를 사용할 때 불완전 연소에 의해 미연소분이 생기는 경우를 말하며, 질소가스 등의 분위기 하에서 소성하는 경우도 이에 포함된다.

골재의 압축강도는 소결 후 냉각속도에 영향을 받는데 냉각속도가 느릴수록 압축강도는 커진다.

본 발명에서는 실험실용 배치(batch)형 로를 사용하였다. 소결시 승온률은 1∼1.4 ℃/min로 승온한 후 소결하였다. 1200℃부터 소결률이 2.0℃/min 보다 빠를 경우 내부에서의 발포가스 분해 반응이 충분히 일어나지 않았고 1℃/min 보다 느릴 경우 전기로내에서 시료의 체류시간이 너무 길어져 팽창이 잘 진행되지 않았다.

이하 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.

[실시예1]

석분 슬러지와 정수장 슬러지를 90 : 10 중량부의 비율로 혼합한 후, 물을 첨가하여 반죽한 후 소정크기로 성형하여 상온에서 건조시켰다. 건조된 성형체를 전기로에서 승온속도 6∼6.7℃/min로 1200℃까지 승온시키고 1.4℃/min 로 1225℃(유기물 최대 함량 46%) 및 1227℃(유기물 최대 함량 25%)까지 각각 승온시킨 후 5분간 소성하였다.

[실시예2]

석분 슬러지와 정수장 슬러지를 80 : 20 중량부로 혼합하고 소성온도를 1230℃(유기물 최대 함량 46%) 및 1225℃(유기물 최대 함량 25%)로 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 성형체를 소성하였다.

[실시예3]

석분 슬러지와 정수장 슬러지를 70 : 30 중량부의 비율로 혼합하고 소성온도를 1243℃(유기물 최대 함량 46%) 및 1234℃(유기물 최대 함량 25%)로 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 성형체를 소성하였다.

[실시예4]

석분 슬러지와 정수장 슬러지를 60 : 40 중량부로 혼합하고 성형체의 소성온도를 1255℃(유기물 최대 함량 46%) 및 1235℃(유기물 최대 함량 25%)로 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 성형체를 소성하였다.

[실시예5]

석분 슬러지와 정수장 슬러지를 50 : 50 중량부로 혼합하고 소성온도를 1260℃(유기물 최대 함량 46%) 및 1255℃(유기물 최대 함량 25%)로 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 성형체를 소성하였다.

실시예 1∼5에서 소성한 경량골재 시편을 냉각시간을 달리하여 냉각시킨 후, 이 시편에 대해 JIS 규정에 따라 물성을 측정하고 그 결과를 표2 및 표3에 나타냈다.

소성된 골재의 물리적 특성(유기물 함량 최대 25%)

물성실시예	절건비중	표건비중	겉보기비중	흡수율	일축압축강도(kg/cm²)
1	0.80∼1.33	0.81∼1.35	0.81∼1.35	0.91∼1.08	169.87∼652.23
2	0.86∼1.31	0.86∼1.33	0.86∼1.33	1.06∼1.18	69.45∼1143.45
3	0.80∼1.33	0.81∼1.34	0.81∼1.34	0.74∼0.96	74.13∼474.79
4	0.98∼1.28	0.99∼1.29	0.99∼1.30	0.78∼0.92	711.93∼731.67
5	0.96∼1.17	0.97∼1.19	0.97∼1.19	1.09∼1.49	222.85∼340.93

소성된 골재의 물리적 특성(유기물 함량 최대46%)

물성실시예	절건비중	표건비중	겉보기비중	흡수율	일축압축강도(kg/cm²)
1	0.83∼1.80	0.85∼1.83	0.84∼1.85	1.50∼1.66	177.31∼993.55
2	0.79∼1.46	0.80∼1.47	0.79∼1.48	1.05∼1.22	618.97∼811.26
3	0.90∼1.49	0.90∼1.51	0.90∼1.51	0.59∼0.95	542.14∼1272.75
4	0.78∼1.25	0.79∼1.26	0.78∼1.26	0.55∼0.86	149.71∼759.39
5	0.43∼1.56	0.44∼1.57	0.43∼1.57	0.58∼1.35	514.05∼618.22

* 상기 치수는 골재가 팽창된 시점부터 표면이 용융되어 녹기전의 팽창된 시료 7가지에 대한 측정값의 범위를 나타낸 것임.

상기 표2 및 표3에서, 절건 비중이란 절대 건조 상태의 골재의 중량을 겉보기 용적(골재 내부의 공극을 함유한 용적)으로 나눈 값을 뜻하며, 아래의 식1에 의해 계산하였다. 각 무게는 비중저울을 사용하여 측정하였다.

[식1]

겉보기 비중은 아래의 식2로 계산하였다. 각 무게는 비중저울을 사용하여 측정하였다.

[식2]

압축강도는 골재가 파괴될 때의 응력으로써 점재하 강도(point load strentgh)로 얻은 일축압축강도를 kg/㎠으로환산한 값을 뜻하며, 포인트 로드 측정기를 사용하여 측정하였다.

흡수율은 골재를 물속에 24시간 담그어 포화시킨 후 함유된 물의 양으로써, 아래의 식3에 의해 계산하였다.

[식3]

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 적은 비용으로 우수한 특성을 갖는 경량골재를 제공함과 동시에 폐기물을 재사용함으써 자원 절약의 효과와 폐기물 처리 효과 역시 얻을 수 있다.

Claims

석분 슬러지 50∼90 중량%와 정수장 슬러지 10∼50 중량%로 이루어진 석분 슬러지와 정수장 슬러지를 이용한 경량 골재.
제 1 항에 있어서, 상기 석분 슬러지와 정수장 슬러지의 혼합물 100 중량부에 추가로 발포제 5∼10중량%를 첨가한 것임을 특징으로 하는 석분 슬러지와 정수장 슬러지를 이용한 경량골재의 제조방법.
석분 슬러지와 정수장 슬러지(유기물 함량 최대 25% 에서 46%)를 50∼90 : 10∼50 중량부로 혼합하는 단계; 상기 혼합물에 물을 첨가 반죽하여 슬러리를 만드는 단계; 상기 슬러리로 소정 크기의 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 건조하는 단계; 상기 건조된 성형체를 1115∼1280℃에서 소성하는 단계를 구비하여 이루어진 경량골재의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 석분 슬러지와 정수장 슬러지의 혼합물 100 중량부에 대해 추가로 발포제 5∼10중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는 석분 슬러지와 정수장 슬러지를 이용한 경량골재의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 성형체의 소성이 환원환경에서 수행되는 것을 특징으로 하는 석분 슬러지와 정수장 슬러지를 이용한 경량골재의 제조방법.