KR20020082321A - 폐석회를 이용한 콘크리트 2차제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐석회를 이용한 콘크리트 2차제품의 제조에 관한 것으로 더욱 자세하게는 폐석회, 플라이애쉬, 고로슬래그 미분말, 포틀랜드 시멘트, 자극제를 결합 재로하는 조성물에 석분 및 모래를 혼합하여 제조단가를 크게 줄이면서 높은 강도를 유지할 수 있는 콘크리트 2차제품의 제조가 가능하다. 더욱이 폐석회는 소다공장을 비롯한 화학공장, 폐수처리장, 제철소 등에서 다량의 폐석회가 부산물로 배출되는데 잠재적으로 좋지 않은 영향을 주는 불순물을 함유하고 있어 각종 오염원의 발생 가능성을 많이 내포하고 있는 실정이고 발생량 또한 막대하여 이의 처리방안이 심각한 문제점으로 대두되고 있다.

따라서 본 발명에 따른 폐석회를 이용한 콘크리트 2차제품은 결합재로서 폐석회 30∼60중량%, 플라이애쉬 20∼40중량%, 고로슬래그 미분말 0∼40중량%, 시멘트 10∼40중량%, 자극제 0∼5중량%를 충분히 혼합한 다음에, 골재로서 석분 및 모래를 결합재의 총중량에 50∼500중량%를 혼합하고 물결합재비 23∼50%의 범위로 습식혼합한 다음에, 형틀에 상기 조성물을 타설하여 상대습도 90%이상, 60∼85℃의 온도에서 양생하여 콘크리트 2차제품을 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐석회를 이용한 콘크리트 2차제품{Concrete 2th production using waste lime}

본 발명은 폐석회를 이용한 콘크리트 2차제품의 제조에 관한 것으로 더욱 자세하게는 폐석회, 플라이애쉬, 고로슬래그 미분말, 포틀랜드 시멘트, 자극제를 결합재로하는 조성물에 석분 및 모래를 혼합하여 제조단가를 크게 줄이면서 높은 강도를 유지할 수 있는 콘크리트 2차제품의 제조가 가능하다.

폐석회는 소다공장을 비롯한 화학공장, 폐수처리장, 제철소 등에서 다량의 부산물로 배출되는데 강알칼리성 산업폐기물로서 비산먼지 및 침출수 등에 의한 주변환경을 오염시킬 우려를 낳고 있어 폐석회의 처리문제 및 다양한 용도개발이 절실하다. 현재 폐석회는 시멘트, 타일 등의 제조원료로 일부 사용되는 것을 제외하고는 거의 재활용되지 않고 화학회사에 현재 약 310만톤이 적치되어 있다.

외국의 경우(미국-Allied Chemical사, 프랑스-Rhone Polence사, 일본-TosohSoda) 대부분 폐석회의 처리는 공유수면 매립에 이용하고 일부는 석회비료 및 건축재료로 사용되고 있다.

국내의 폐석회 재활용도는 선진외국에 비해 매우 미흡한 실정이다. 인공차수재 및 복토재 등으로의 방안이 제시되고 있으나 환경오염을 우려하여 아직까지는 재활용이 되지 못하고 있으며 또한 차수재 및 복토재의 이용방안은 폐석회의 대량처리기술은 될 지 모르나 자원으로의 재활용방안은 아니기 때문에 부가가치가 있는 재활용 기술이 절실히 필요한 실정이다.

폐석회를 이용한 건축재료로의 이용기술에 대해서는 국내특허공보 공고번호 제94-4779호에는 폐석회와, 시멘트, 물 및 계면활성제를 주로하는 건축자재용 조성물이 공개되어 있으며, 국내공개특허공보 공개번호 제99-64880호에는 건축물철거 콘크리트를 파쇄한 모래와, 폐석회, 시멘트 및 물을 반죽하여 건축용 벽돌을 제조하는 방법이 기재되어 있고, 국내공개특허공보 공개번호 제99-31805에는 폐석회, 폐주물사, 점토 및 모래를 이용한 폐석회를 이용한 경량건축재가 기재되어 있으며, 국내공개특허공보 공개번호 제2000-24562에는 폐석회, 폐주물사, 시멘트, 모래 등을 주로 이용하는 건축자재가 기재되어 있다.

그러나 상기 종래의 기술들은 건축자재 조성물에 관한 것이나, 경제성 및 소요성능이 기존 제품에 비해 우수하지 못하여 아직까지는 범용화가 이루어지지 못하고 폐석회 처리방안으로는 확실한 대안이 되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명에 의한 폐석회를 다량 사용한 콘크리트 2차제품의 결합재 조성물은 가열양생에서 높은 강도를 발현할 수 있으며 내화학성이 우수한 장점이 있고 소량의 시멘트를 사용하기 때문에 에너지를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 이산화탄소(CO₂)의 발생량을 현저히 줄일 수 있고 산업폐기물인 폐석회를 고부가치의 자원으로 재활용할 수 있다. 본 발명에 따른 폐석회를 다량 사용한 결합재 조성물은 주요하게 각종 벽돌, 블록, 경계석 등 콘크리트 2차 제품에 광범위하게 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로 일반폐기물로 분류되어 막대한 양이 적치되어 있는 폐석회를 콘크리트 2차제품에 직접 혼입함으로서 폐석회를 대량처리할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 폐석회의 처리효과를 극대화하기 위하여 폐석회의 혼입량을 최대로 하면서 소요강도를 유지할 수 있는 기술의 개발과 아울러 시멘트 사용량을 최대로 저감시켜 경제성을 확보하고자 하였다. 이를 위해 화력발전소 및 제철 · 제강공장에서 막대한 양으로 부생되는 플라이애쉬 및 고로슬래그 미분말과 혼합함으로서 폐석회의 수화반응을 유도하고 수급이 용이한 시멘트, 자극제를 소량 첨가하여 강도 및 내구성을 발현하면서 일반 시멘트 제품보다 제조단가를 현저히 낮출 수 있는 콘크리트 2차제품을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 본 발명에 의해 제조된 콘크리트 2차제품의 압축강도를 나타낸 그래프.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 결합재로서 폐석회 30∼60중량%, 플라이애쉬 20∼40중량%, 고로슬래그 미분말 0∼40중량%, 시멘트 10∼40중량%, 자극제 0∼5중량%를 충분히 혼합한 다음에, 골재로서 석분 및 모래를 결합재의 총중량에 50∼500중량%를 혼합하고 물결합재비 23∼50%의 범위로 습식혼합한 다음에, 형틀에 상기 조성물을 타설하여 상대습도 90%이상, 60∼85℃의 온도에서 양생하여 콘크리트 2차제품을 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용된 폐석회는 일반 비료공장, 소오다회 공장, 카바이트 공장과 같은 석회석을 이용하는 공장에서 발생되는 것으로, 예들 들면 인천에 소재하는 동양화학 소오다회 공장에서 생성된 폐석회는 다음과 같은 성분으로 구성되어 있다.

또한, 폐석회의 중금속 용출시험 결과 하기와 같이 기준치 이하로 포함되어 있다.

본 발명에 따른 콘크리트 2차제품에서 가장 주요한 것은 폐석회 혼입량이 결합재 총중량의 30∼60%로서 폐석회를 다량 사용하여 자원으로의 재활용을 극대화 할 수 있다는 점이다. 폐석회가 수화초기부터 지속적이고도 높은 pH수치(12.5이상)를 유지함으로써, 플라이애쉬의 포졸란 반응을 촉진하고 빠른 속도로 고로슬래그의산성피막을 파괴하여 그 내부에 포위되어 있던 SiO₄ ^2-혹은 Al₂O₃을 용출시켜 폐석회중에 존재하는 각종 광물성분과의 반응을 촉진시켜 높은 강도를 발현하는 것이다. 폐석회를 다량 사용한 결합재의 조성물에 시멘트를 첨가하는 것은 초기강도를 발현시키기 위해서이다.

또한 자극제를 소량 첨가할 경우 강도를 증진시킬 수 있는데 이는 자극제의 인위적 첨가에 의해 폐석회와 플라이애쉬 및 고로슬래그의 수화촉진을 보상할 수 있기 때문이다.

본 발명에 의한 폐석회를 이용한 콘크리트 2차제품의 제조시 상온(20℃)에서는 경화체의 초기 경화가 거의 불가능하므로 폐석회와 플라이애쉬 및 고로슬래그의 수화반응을 활성화시키기 위해서는 본 발명에서와 같이 상대습도 90% 이상, 양생온도 60∼85℃로 하여 초기에 양생하는 방법이 필수적이다. 따라서 본 발명에 의한 제품은 초기강도가 매우 우수하여 공장의 연속적인 대량생산이 가능하다. 이렇게 제조된 제품은 우수한 강도 및 내구성을 발현할 수 있으며 폐석회에 함유된 유해 불순물이 완전히 고정화되어 환경적으로도 매우 안전하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명의 구체적인 제조방법 및 그 효과에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 다음의 실시예가 본 발명의 권리를 한정하는 것은 아니다.

(실시예1)

모든 실시예에서 폐석회는 No.30체를 통과할 수 있도록 분쇄 및 선별한 다음사용하였다. 본 발명에 따른 폐석회를 이용한 콘크리트 2차제품은 표1과 같이 결합재로서 폐석회 40중량%, 플라이애쉬 40중량%, 시멘트 20중량%를 함유하고 있다.

모든 실시예에서 골재는 석분과 모래를 중량비로 3:7의 비율로 혼합한 것을 사용하였다. 상기 물질을 건식혼합한 후 물을 첨가하고 습식혼합하여 몰드에 타설한 후 진동다짐하여 이를 6∼24시간 증기양생한다. 이렇게 제조된 제품은 6시간이 경과한 후의 강도가 100kgf/㎠를 상회하며 1일강도는 250kgf/㎠이상, 흡수율 10% 이하의 물리적 성질을 가진 콘크리트 2차제품이 된다. 이와 같이 특별한 자극제의 첨가 없이도 소정의 강도를 조기에 발현할 수 있어 제품의 연속생산이 가능하다.

(실시예2)

다른 실시예로서, 본 발명에 따른 폐석회 이용한 콘크리트 2차제품은 표2와 같이 결합재로서 폐석회를 40중량%, 플라이애쉬 25중량%, 고로슬래그 미분말 15중량%, 시멘트 20중량%를 함유하고 있다.

상기 물질을 건식혼합한 후 물을 첨가하고 습식혼합하여 몰드에 타설한 후 진동다짐하여 이를 6∼24시간 증기양생한다. 이렇게 제조된 제품은 6시간이 경과한 후의 강도가 150kgf/㎠를 상회하며 1일강도는 300kgf/㎠이상, 흡수율 10% 이하의 물리적 성질을 가진 콘크리트 2차제품이 된다. 이와 같이 고로슬래그 미분말을 혼입하면 강도가 더욱 증진된다.

(실시예3)

다른 실시예로서, 본 발명에 따른 폐석회를 이용한 콘크리트 2차제품은 표3과 같이 결합재로서 폐석회 40중량%, 플라이애쉬 25중량%, 고로슬래그 미분말 15중량%, 시멘트 19중량%, 자극제 1%를 함유하고 있다. 상기에서 자극제는 황산나트륨과 수산화나트륨을 각각 0.5%씩 사용하였다.

상기 물질을 건식혼합한 후 물을 첨가하고 습식혼합하여 몰드에 타설한 후 진동다짐하여 이를 6∼24시간 증기양생한다. 이렇게 제조된 제품은 6시간이 경과한 후의 강도가 180kgf/㎠를 상회하며 1일강도는 330kgf/㎠이상, 흡수율 10% 이하의 물리적 성질을 가진 콘크리트 2차제품이 된다. 이와 같이 자극제를 혼입하면 강도가 더욱 증진되는데 그 이유는 자극제가 수중에서 이온으로 해리되어 폐석회와 플라이애쉬 및 고로슬래그와의 수화반응을 촉진시키기 때문이다.

상기 모든 실시예에서 사용된 폐석회는 약간 건조되어 수분함량이 약 8%의 것을 사용하였는데 폐석회는 시료 채취 장소나 시료의 상태 및 시료 채취 전의 강우량등에 따라 달라질 수 있으므로 제품 제조시 이에 따른 물결합재비를 고려하여야 한다.

본 발명에 의해 대량으로 적치되어 있는 산업폐기물인 폐석회를 콘크리트 2차제품으로 직접적인 재활용이 가능하기 때문에 폐석회의 대량처리가 가능하고 소요원료도 산업부산물인 플라이애쉬 및 고로슬래그를 사용하는 것을 감안할 때 제품의 대폭적인 원가절감을 할 수 있다.

Claims (7)

1. 폐석회 30∼60중량%, 플라이애쉬 20∼40중량%, 고로슬래그 미분말 0∼40중량%, 시멘트 10∼40중량%, 자극제 0∼5중량%를 포함한 것을 특징으로 하는 결합재 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 결합재 조성물에 골재로서 석분 및 모래를 결합재의 총중량에 50∼500중량%를 혼합하고 물결합재비 23∼50%의 범위로 습식혼합한 다음에, 형틀에 상기 조성물을 타설하여 상대습도 90%이상, 60∼85℃의 온도에서 양생하여 콘크리트 2차제품을 제조하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 자극제가 황산나트륨이나 수산화나트륨인 것을 특징으로 한는 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기와 같은 조성물을 제품의 혼화재 및 결합재로 사용하거나 모래, 굵은골재 등과 혼합하여 제품을 제조하는 방법.
5. 제1항, 제2항에 있어서, 상기와 같은 조성물에 안료를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 2차제품 조성물.
6. 제1항, 제2항에 있어서, 상기와 같은 조성물에 AE제 및 AE감수제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 2차제품 조성물.
7. 제1항, 제2항에 있어서, 제품의 물성을 향상시키기 위하여 폐석회를 하소하여 제품을 제조하는 방법.