KR20050060409A - Mixed cement composition containing incinerator ash and pozzolan material as ingredients and mortar and concrete containing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소각재 및 포졸란 물질을 첨가제로 포함하는 혼합 시멘트 조성물, 이를 이용하여 제조된 모르타르 및 콘크리트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생활폐기물 쓰레기 소각장에서 발생하는 비산재 또는 바닥재 등의 소각재와 규조토, 플라이애쉬 등의 포졸란 물질을 첨가제로 포함하는 혼합 시멘트 조성물, 이를 이용하여 제조된 모르타르 및 콘크리트에 관한 것이다. 본 발명의 혼합 시멘트 조성물을 이용하여 제조된 모르타르 및 콘크리트는 일반 시멘트만을 이용한 모르타르 및 콘크리트에 비하여 우수한 압축강도 증진 효과를 보이고, 또한 소각재중에 포함되어 있는 다양한 종류의 중금속에 대한 우수한 고정효과를 가지므로, 인체에 유해한 중금속을 다량 함유하고 있어 매립이 금지되어 있는 소각재에 대한 재활용 방안으로 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a mixed cement composition comprising an incinerator and a pozzolan material as an additive, and to mortars and concrete prepared by using the same, and more particularly, to ashes and diatomaceous earth, fly ash, such as fly ash or floor ash, generated from municipal waste incineration plants. It relates to a mixed cement composition comprising a pozzolanic material such as an additive, and to mortar and concrete produced using the same. Mortar and concrete prepared using the mixed cement composition of the present invention shows an excellent compressive strength enhancement effect compared to the mortar and concrete using only ordinary cement, and also has an excellent fixing effect on various types of heavy metals contained in the incineration ash In addition, it can be usefully used as a recycling method for incineration ash, which contains a large amount of heavy metals harmful to the human body.

Description

소각재 및 포졸란 물질을 첨가제로 포함하는 혼합 시멘트 조성물, 이를 함유하는 모르타르 및 콘크리트{Mixed cement composition containing incinerator ash and pozzolan material as ingredients and mortar and concrete containing the same}Mixed cement composition containing incinerator ash and pozzolan material as ingredients and mortar and concrete containing the same}

본 발명은 소각재 및 포졸란 물질을 첨가제로 포함하는 혼합 시멘트 조성물, 이를 이용하여 제조된 모르타르 및 콘크리트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생활폐기물 쓰레기 소각장에서 발생하는 소각재와 규조토, 플라이애쉬 등의 포졸란 물질을 첨가제로 포함하는 혼합 시멘트 조성물, 이를 이용하여 제조된 모르타르 및 콘크리트에 관한 것이다.The present invention relates to a mixed cement composition comprising an incinerator and a pozzolan material as an additive, and to a mortar and concrete prepared by using the same. More specifically, the incinerator and diatomaceous earth, fly ash, etc., generated from municipal waste incinerators, It relates to a mixed cement composition comprising as an additive, to mortars and concrete prepared using the same.

국민생활 수준이 향상됨에 따라 건설 폐기물 및 생활폐기물의 발생량도 급증하여 사회 및 환경 문제를 야기시키고 있다. 환경부는 폐기물의 발생과 처리상황, 종류별 발생량, 지역적 분포 및 변화추세 등을 파악하기 위하여 전국폐기물통계조사를 5년마다 실시하고 있는데, 2001년∼2002년도 조사 자료에 의하면 5년 전에 비해 쓰레기 발생량은 30% 줄어든 반면 재활용품은 21% 증가하였으며, 대형폐기물과 국립공원 등에서 발생되는 쓰레기는 126% 증가하였다(환경부 환경백서 2000). 이렇게 발생된 생활 쓰레기는 주로 소각에 의해 처리되고 있는데, 최근 쓰레기 소각시에 다이옥신 등과 같은 인체에 유해한 환경호르몬들이 다량 발생되는 것으로 밝혀지면서 쓰레기 소각 및 소각재의 처리가 새로운 환경문제로 대두되고 있다. 소각재는 크게 비산재(FA, fly ash)와 바닥재(BA, bottom ash)로 분류되는데, 이들 소각재 중에는 환경호르몬 뿐만 아니라 인체에 유해한 중금속들이 다량 함유되고 있으므로 일반 매립지에는 이들 소각재의 매립이 금지되어 있다.As the standard of living improves, the amount of construction and household waste also increases rapidly, causing social and environmental problems. The Ministry of Environment conducts a nationwide waste statistics survey every five years to understand the generation and treatment of waste, the amount of generation by type, regional distribution and trends of change. Recyclables increased by 21%, while waste generated by large wastes and national parks increased by 126% (Ministry of Environment, Environmental White Paper 2000). The waste generated in this way is mainly treated by incineration, and recently, it has been found that a large amount of environmental hormones such as dioxins are generated during incineration of waste, and the disposal of waste incineration and incineration is emerging as a new environmental problem. Incinerators are largely classified into fly ash (FA) and bottom ash (BA), and these incinerators contain a large amount of heavy metals that are harmful to humans as well as environmental hormones.

2000년 기준으로 국내 대형 생활폐기물 소각시설에서는 연간 약 30여만톤 정도의 소각재가 주로 지정폐기물 매립지나 공해상에서 처리되고 있다. 1일 50톤 이상 생활쓰레기 소각시설에서 발생되는 소각재는 전체 소각량의 14.7%∼19.5% (평균 16.2%) 정도로 추정되고 있으며, 이중 약 5∼10%는 비산재이고 90∼95%는 바닥재이다. 소각재에는 Pb, Cu, Cr, Hg 등의 유해 중금속 및 미량의 다이옥신 등이 함유되어 있기 때문에 대개 고화재(固化材)와 일반 시멘트를 소각재 무게의 10∼30% 정도로 첨가하여 안정화시킨 후 매립처리하고 있는데, 이러한 화학적 안정화 처리는 소각재의 재활용 대상이 아니고 단지 관리형 매립에 불과하므로 이들 소각재에 대한 적정처리 방법의 개발이 시급한 실정이다(이수구, 도시 폐기물 소각재 처리현황 및 관리방안, 서울특별시 토론회 자료집, 서울산업대, 1999).As of 2000, about 300,000 tons of incinerators are processed at designated landfills or the high seas in Korea's large domestic waste incineration facilities. Incineration ash generated from incineration facilities of more than 50 tons per day is estimated to be 14.7% to 19.5% (average 16.2%) of the total incineration, of which about 5 to 10% is fly ash and 90 to 95% is floor ash. The incineration ash contains harmful heavy metals such as Pb, Cu, Cr, Hg and trace amounts of dioxins, so it is usually added to the solidified material and general cement by about 10-30% of the weight of the incineration ash, and then landfilled. However, such chemical stabilization treatment is not an object of recycling incinerators but only a managed landfill, so it is urgent to develop an appropriate treatment method for these incineration ashes (Leesu-gu, urban waste incineration ash management and management plan, Seoul Metropolitan Forum, Seoul National University of Technology, 1999).

한편, 본 발명자들은 쓰레기를 비롯한 산업폐기물에 존재하는 유해한 중금속 물질들을 제거하기 위한 방법을 개발하기 위해 노력한 결과, 전기로에서 발생되는 제강 분진을 분쇄한 후 독성여과공정을 거쳐 얻어지는 중금속 용액에 분쇄된 규조토를 섞어서 함침시키고 건조시킨 다음, 상기 규조토를 보통의 포틀랜드 시멘트와 혼합시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 부식 방지용 시멘트 모르타르를 개발하였고 이를 특허등록받은 바 있다(등록번호 제197795호). 그러나, 상기 방법은 산업폐기물에 존재하는 유해한 중금속을 제거하는 데는 매우 유용하게 사용될 수 있으나 폐기물 자체의 재활용 방안과는 거리가 멀고, 또한 중금속을 제거한 후 남은 폐기물을 별도로 처리해야 하는 등의 문제점이 있었다.On the other hand, the present inventors have tried to develop a method for removing harmful heavy metals present in industrial wastes including waste, diatomaceous earth ground in a heavy metal solution obtained through a toxic filtration process after grinding steelmaking dust generated in an electric furnace After mixing, impregnating and drying, and then the diatomaceous earth was developed by mixing the ordinary portland cement, a concrete corrosion preventing cement mortar was developed and has been patented (Reg. No. 197795). However, the method can be very useful for removing harmful heavy metals present in industrial wastes, but it is far from the recycling method of the wastes itself, and also has to deal with wastes remaining after removing heavy metals. .

이에, 본 발명자들은 소각재에 존재하는 유해한 중금속 물질이 주위 환경으로 배출되는 것을 방지하고, 또한 소각재를 산업현장에서 유용하게 사용될 수 있는 재활용 자원으로 이용할 수 있는 방안에 대하여 연구한 결과, 소각재 및 포졸란 물질을 첨가제로 포함하는 혼합 시멘트 조성물을 제조하였고, 상기 혼합 시멘트 조성물을 이용하여 제조되는 모르타르 및 콘크리트가 일반 시멘트를 이용하여 제조되는 모르타르 및 콘크리트에 비하여 우수한 압축강도 증진 효과를 보이며, 아울러 소각재중에 포함되어 있는 다양한 종류의 유해 중금속에 대한 우수한 고정효과를 가진다는 것을 밝힘으로써 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention, as a result of preventing the harmful heavy metals present in the incineration ash to be discharged to the surrounding environment, and also to study how to use the incineration ash as a recycling resource that can be usefully used in industrial sites, incineration ash and pozzolanic material Mixed cement composition comprising an additive, and the mortar and concrete produced using the mixed cement composition shows an excellent compressive strength improvement effect compared to the mortar and concrete prepared using the general cement, and also included in the incineration ash The present invention has been completed by revealing that it has an excellent fixing effect against various kinds of harmful heavy metals.

본 발명은 소각재 및 포졸란 물질을 첨가제로 포함하는 혼합 시멘트 조성물과, 상기 혼합 시멘트 조성물을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하며 우수한 압축강도 증진 효과 및 소각재중에 포함되어 있는 다양한 종류의 중금속에 대한 우수한 고정효과를 보이는 모르타르 및 콘크리트를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is characterized in that the mixed cement composition comprising an incineration ash and pozzolanic material as an additive, and the mixed cement composition, excellent compressive strength enhancement effect and excellent fixing effect for various kinds of heavy metals contained in the incineration ash Its purpose is to provide mortar and concrete.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소각재 및 포졸란 물질을 첨가제로 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 시멘트 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a mixed cement composition characterized in that it comprises an incineration ash and pozzolanic material as an additive.

또한, 본 발명은 상기 혼합 시멘트 조성물을 이용하여 제조되는 모르타르를 제공한다.The present invention also provides a mortar prepared using the mixed cement composition.

또한, 본 발명은 상기 혼합 시멘트 조성물을 이용하여 제조되는 콘크리트를 제공한다.In addition, the present invention provides a concrete produced using the mixed cement composition.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 소각재 및 포졸란 물질을 첨가제로 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 시멘트 조성물을 제공한다.The present invention provides a mixed cement composition comprising an incinerator and a pozzolan material as an additive.

상기에서, "소각재"는 쓰레기 소각시설에서 생활쓰레기를 소각하고 남은 물질들을 의미하는 것으로서, 본 발명에서는 바닥에 가라앉는 바닥재와 공중에 부유하는 비산재로 구분하였다. 본 발명의 혼합 시멘트 조성물에 있어서, 소각재는 바닥재와 비산재가 단독으로 사용되거나 또는 이들이 혼합되어 사용될 수 있으며, 총 혼합 시멘트 조성물 질량에 대하여 1 내지 30 중량% 포함되는 것이 바람직하고, 5 내지 20 중량% 포함되는 것이 더욱 바람직하며, 10 중량% 포함되는 것이 가장 바람직하다.In the above description, "incineration ash" refers to materials remaining after incineration of household waste in a waste incineration facility. In the present invention, the ash ash is classified into a floor ash that sinks to a floor and fly ash floating in the air. In the mixed cement composition of the present invention, the incineration ash may be used alone or in combination with the bottom ash and fly ash, it is preferably included 1 to 30% by weight relative to the total mixed cement composition mass, 5 to 20% by weight It is more preferably included, most preferably 10% by weight.

또한, "포졸란 물질"은 주로 실리카 물질로 구성되어 있으며 시멘트 수화반응시 생성된 석회와 상온에서 서서히 반응을 일으켜 불용성 화합물을 생성시킴으로써 경화되어 모르타르 및 콘크리트의 강도 증진에 기여하는 성질을 지니고 있는 물질을 통칭하는 것으로서, 천연 포졸란 물질에는 규조토, 화산재, 규산백토, 규산토 등이 있고 인공 포졸란 물질에는 열처리한 점토나 혈암, 플라이애쉬 등이 있다. 본 발명의 혼합 시멘트 조성물에는 상기와 같은 천연 및/또는 인공 포졸란 물질이 제한 없이 사용될 수 있고, 이들이 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있으며, 규조토, 비산재 또는 번트 클레이(burnt clay)가 사용되는 것이 바람직하고, 규조토가 사용되는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 포졸란 물질은 총 혼합 시멘트 조성물 질량에 대하여 1 내지 30 중량% 포함되는 것이 바람직하고, 5 내지 20 중량% 포함되는 것이 더욱 바람직하며, 10 중량% 포함되는 것이 가장 바람직하다.In addition, the "pozzolanic material" is composed mainly of silica material, and the lime produced during the hydration of cement reacts slowly at room temperature to produce an insoluble compound, which is hardened to contribute to the enhancement of mortar and concrete. Collectively, natural pozzolanic materials include diatomaceous earth, volcanic ash, silicate clay, silicate earth, and the like, and artificial pozzolanic materials include heat treated clay, shale, fly ash, and the like. In the mixed cement composition of the present invention, such natural and / or artificial pozzolanic materials may be used without limitation, they may be used alone or in combination, and diatomaceous earth, fly ash or burnt clay is preferably used. It is more preferred that diatomaceous earth be used. In addition, the pozzolanic material is preferably included 1 to 30% by weight, more preferably 5 to 20% by weight, and most preferably 10% by weight based on the total mixed cement composition mass.

또한, 시멘트는 1종 보통 시멘트, 2종 중용열 시멘트, 3종 조강 시멘트, 4종 저열 시멘트 및 5종 내황산염 시멘트로 구성된 군으로부터 선택되는 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland Cement)를 사용하는 것이 바람직하나, 경우에 따라서는 초조강 시멘트, 초속경 시멘트, 마이셈, 고강도 시멘트, 알루미나 시멘트, 방통 시멘트 및 슬래그 시멘트로 구성된 군으로부터 선택되는 특수 시멘트를 사용할 수도 있다.In addition, it is preferable to use ordinary Portland Cement selected from the group consisting of one common cement, two medium heat cements, three crude steel cements, four low heat cements, and five sulfate resistant cements. In some cases, special cements may be used selected from the group consisting of ultra-tough steel cement, cemented carbide cement, mesium, high strength cement, alumina cement, fireproof cement and slag cement.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 포항지구에서 생산되는 규조토를 하소(calcination)하여 활성화시킨 가소성 규조토를 사용하였고, 소각재는 서울 및 경기 지역에 위치한 소각장에서 수집한 4종류의 비산재와 3종류의 바닥재를 사용하였으며, 이를 이용하여 다양한 비율의 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다(표 1 내지 표 3 참조). 소각재에 포함된 화학성분을 분석한 결과, 소각재의 화학성분은 일반 시멘트의 화학성분과 전체적으로 유사하나 그 성분비율에는 약간의 차이가 있으며, 소각재의 종류에 따라서도 화학성분의 비율에 차이가 있었다(표 4 참조). 또한, 중금속 함량의 경우 비산재에서는 대체적으로 허용기준치를 만족하였으나 Pb 및 Cu 등의 일부 중금속 원소의 경우에는 허용기준치를 초과하는 경우가 발생하였고, 바닥재의 경우에도 대체적으로 중금속 함량이 허용기준치를 만족하였으나 Pb의 경우에는 허용기준치를 훨씬 초과하는 경우가 발생하였으므로(표 5 참조) 이에 대한 적절한 안전처리 대책이 절실히 필요함을 알 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the plastic diatomaceous earth is activated by calcining (dialysis) the diatomaceous earth produced in Pohang district, the incineration ash is used four kinds of fly ash and three types of bottom ash collected from incinerators located in Seoul and Gyeonggi area. Using this, mixed cement compositions of various ratios were prepared (see Tables 1 to 3). As a result of analyzing the chemical components included in the incineration ash, the chemical composition of the incineration ash was similar to the chemical composition of general cement, but there was a slight difference in the composition ratio of the incineration ash. See Table 4). In addition, in the case of heavy metal content, the acceptance criteria were generally satisfied in the fly ash, but some of the heavy metal elements such as Pb and Cu exceeded the acceptance criteria, and in the case of flooring, the heavy metal content generally satisfied the acceptance criteria. In the case of Pb, there is a case where the limit is much exceeded (see Table 5). Therefore, it is urgently needed to take appropriate safety measures.

또한, 본 발명은 상기 혼합 시멘트 조성물을 이용하여 제조되는 모르타르 또는 콘크리트를 제공한다.In addition, the present invention provides a mortar or concrete prepared using the mixed cement composition.

상기에서, "모르타르"는 시멘트와 모래를 물로 반죽한 것을 의미하고, "콘크리트"는 시멘트가 물과 반응하여 굳어지는 수화반응(水和反應)을 이용하여 골재(骨材)를 시멘트풀(시멘트를 물로 개어 풀처럼 만든 것)로 둘러싸서 다진 것을 말하는 것으로서, 통상적으로 굵은 골재(자갈), 가는 골재(모래) 및 시멘트를 물로 반죽한 것을 의미한다. 본 발명의 모르타르 또는 콘크리트는 상기 혼합 시멘트 조성물을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하며, 모르타르의 경우에는 본 발명의 혼합 시멘트 조성물 15 내지 25 중량%, 모래 40 내지 55 중량% 및 물 25 내지 40 중량%를 서로 반죽하여 제조되는 것이 바람직하며, 콘크리트의 경우에는 본 발명의 혼합 시멘트 조성물 10 내지 25 중량%, 모래 25 내지 35 중량%, 자갈 25 내지 35 중량% 및 물 20 내지 40 중량%를 서로 반죽하여 제조되는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 다양한 함량비의 포졸란 물질과 소각재를 함유하는 혼합 시멘트 조성물을 이용하여 모르타르 및 콘크리트를 제조하였다(표 2, 표 3 및 표 10 참조).In the above description, "mortar" means cement and sand kneaded with water, and "concrete" means cement aggregate (cement paste) using a hydration reaction in which cement reacts with water to harden. It refers to the chopped by wrapping with water made of grass), usually means kneaded coarse aggregate (gravel), fine aggregate (sand) and cement with water. Mortar or concrete of the present invention is characterized in that it is prepared using the mixed cement composition, in the case of mortar 15 to 25% by weight of the mixed cement composition of the present invention, 40 to 55% by weight of sand and 25 to 40% by weight of water It is preferable to prepare by kneading each other, in the case of concrete 10 to 25% by weight of the mixed cement composition of the present invention, 25 to 35% by weight of sand, 25 to 35% by weight of gravel and 20 to 40% by weight of water to each other It is preferred to be prepared. In a preferred embodiment of the present invention, mortar and concrete were prepared using a mixed cement composition containing various content ratios of pozzolanic materials and incinerators (see Tables 2, 3 and 10).

본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 혼합 시멘트 조성물을 이용하여 제조된 모르타르 및 콘크리트 공시체의 중금속 유출 정도와 압축 강도에 대하여 측정해 본 결과, 비산재와 혼합적정량(10%)의 규조토를 혼합한 모르타르에서의 중금속 이온 용출량은 혼합시킨 비산재의 종류에 따라 다소간의 차이가 있었으나 대체적으로 유해중금속이 거의 고정되어(약 95% 이상) 용출량이 국내 환경기준을 만족하였다. 또한, 바닥재와 10% 규조토를 혼합시킨 모르타르의 경우에도 유해중금속이 99% 이상 고정되어 용출량이 국내 환경기준을 만족시켰다. 특히, 일부 바닥재에서 34∼149 ppm 정도로 높은 함량을 보였던 Pb는 0.4 ppm 정도만이 용출되어 완전한 고정율을 보였으며, Cu, Hg, Cr 등의 이온들도 시멘트 페이스트의 수화물내에 고정화되거나 수화생성물로 변이하면서 용출량이 감소되는 효과를 얻었다(표 7 참조).In a preferred embodiment of the present invention, as a result of measuring the degree of heavy metal leakage and the compressive strength of the mortar and concrete specimen prepared using the mixed cement composition, in the mortar mixed with fly ash and a suitable amount of diatomaceous earth (10%) The amount of heavy metal ions eluted was somewhat different depending on the type of fly ashes mixed. However, the amount of toxic heavy metals was almost fixed (about 95% or more) and the amount of leaching met the national environmental standards. In addition, even mortar mixed with flooring and 10% diatomaceous earth was fixed with more than 99% of harmful heavy metals, and the amount of leaching satisfied the domestic environmental standards. In particular, Pb, which had a high content of 34 to 149 ppm in some floorings, was eluted only about 0.4 ppm, and ions such as Cu, Hg, and Cr were also immobilized in the hydrate of cement paste or transformed into a hydration product. While the elution amount was reduced (see Table 7).

본 발명의 혼합 시멘트 조성물을 포함하는 모르타르 및 콘크리트의 압축강도의 경우, 비산재를 시멘트에 대체하여 제조한 모르타르의 재령 28일 압축강도는 비산재를 혼합하지 않은 모르타르에 비하여 약 14∼15% 증가되었고, 비산재를 잔골재에 대체하여 제조한 모르타르의 재령 28일 압축강도의 경우에는 비산재를 혼합하지 않은 모르타르에 비하여 39∼54% 증가됨으로써, 본 발명의 혼합 시멘트 조성물을 사용하여 모르타르를 제조하였을 때 우수한 압축강도 증진 효과가 있음을 확인하였다(표 9 참조). 또한, 비산재와 규조토를 포함하는 본 발명의 혼합 시멘트 조성물로 제조한 콘크리트의 압축강도는 보통 포틀랜드 시멘트만을 사용하여 제조한 콘크리트에 비하여 40∼80% 증가되었다(표 11 참조).In the case of the compressive strength of the mortar and concrete containing the mixed cement composition of the present invention, the 28-day compressive strength of the mortar prepared by replacing fly ash with cement was increased by about 14 to 15% compared to the mortar without the fly ash mixed, In the case of the 28-day compressive strength of mortar manufactured by replacing fly ash with fine aggregate, the compressive strength was increased by 39 to 54% compared to the mortar without mixing fly ash. It was confirmed that there was an enhancement effect (see Table 9). In addition, the compressive strength of concrete prepared from the mixed cement composition of the present invention including fly ash and diatomaceous earth was increased by 40 to 80% compared to concrete prepared using only portland cement (see Table 11).

이하, 본 발명의 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described in detail.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.

<실시예 1> 혼합 시멘트 조성물 및 모르타르의 제조Example 1 Preparation of Mixed Cement Composition and Mortar

<1-1> 활성 규조토의 제조<1-1> Preparation of Activated Diatomite

본 발명자들에 의해 등록된 특허(등록번호 제197795호)에 기재된 공정에 준하여 활성 규조토를 제조하였다. 규조토는 담수와 해수의 경계에서 번식하는 규조류가 침적하여 긴 세월동안 원형질 및 그 밖의 다른 유기물들이 부패·분해되고 남은 광물질 유해인 규각으로 구성되어 있으며, 미세한 기공이 무수히 함유되어 있기 때문에 가볍고 흡수력이 매우 높은 성질이 있다. 규조토는 시멘트 첨가제인 포졸란 물질로 사용되고 있으며, 여러 가지 불순물이 섞여 있기 때문에 본 발명에서는 유기물을 하소한 후 정제하여 사용하였다. 규조토를 활성화시키기 위해서는 대개 낮은 온도에서 하소를 하게 되는데 이때의 하소온도는 490∼710℃가 최적인 것으로 알려져 있다(Nam. W. Lim, et al, "Effect of Sodium Hydoxide on the Shear Strength of Thermally Decomposed Clays", University of New South Wales, Kensington, NSW, Australia, UNICIV Report No. R-219, 1984; Nam. W. Lim and A.W. Manton-Hall, "Pozzolanic Activity of Calcined Diatomite in Relation to Temperature and Time", University of New South Wales, Kensington NSW Australia, UNICIV Report No. R-230, 1986). 본 발명에서는 포항지구에서 생산되는 규조토를 650℃에서 0.5시간 동안 하소하여 활성화시켰으며, 이를 가소성 규조토 "D650"이라 명명하였다.Active diatomaceous earth was produced according to the process described in the patent (registration number 197795) registered by the present inventors. Diatomaceous earth is composed of diatoms, which are prone to degeneration and degradation of protoplasts and other organic substances due to the accumulation of diatoms, which grow at the boundary between fresh water and seawater.They are light and absorbent because they contain numerous micropores. There is a high nature. Diatomaceous earth is used as a pozzolanic material as a cement additive, and since various impurities are mixed in the present invention, the organic material is calcined and used after purification. In order to activate diatomaceous earth, calcination is usually performed at a low temperature, which is known to be optimal at 490-710 ° C (Nam. W. Lim, et al, "Effect of Sodium Hydoxide on the Shear Strength of Thermally Decomposed). Clays ", University of New South Wales, Kensington, NSW, Australia, UNICIV Report No. R-219, 1984; Nam. W. Lim and AW Manton-Hall," Pozzolanic Activity of Calcined Diatomite in Relation to Temperature and Time ", University of New South Wales, Kensington NSW Australia, UNICIV Report No. R-230, 1986. In the present invention, diatomaceous earth produced in Pohang district was calcined at 650 ° C. for 0.5 hour to activate, which was named as plastic diatomaceous earth “D 650 ”.

<1-2> 소각재의 제조<1-2> Manufacture of incineration ash

소각재는 서울 및 경기 지역에 위치한 소각장에서 모두 4종류의 비산재(FA, fly ash)와 3종류의 바닥재(BA, bottom ash)를 수집하였다. 비산재(FA)는 수집된 소각장의 위치에 따라 FA1, FA2, FA3 및 FA4라 구분하였으며, 이들을 각각 양천소각장, 대덕소각장, 강남소각장 및 일산소각장을 나타낸다. 또한, 바닥재(BA)는 BA1, BA2, BA3로 구분하였으며, 각각 양천소각장, 대덕소각장, 강남소각장 및 일산소각장을 나타낸다.Incinerators collected four types of fly ash (FA) and three types of bottom ash (BA) at incinerators located in Seoul and Gyeonggi. The fly ash (FA) was classified into FA1, FA2, FA3 and FA4 according to the location of the collected incinerators, and they represent Yangcheon Incinerator, Daedeok Incinerator, Gangnam Incinerator, and Ilsan Incinerator, respectively. In addition, the flooring material (BA) is divided into BA1, BA2, BA3, respectively represents Yangcheon incinerator, Daedeok incinerator, Gangnam incinerator and Ilsan incinerator.

<1-3> 혼합 시멘트 조성물 및 모르타르의 제조<1-3> Preparation of the mixed cement composition and mortar

본 발명자들은 시멘트와 첨가제인 D650 및 소각재를 함유하는 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다. 이때, 원료 시멘트로는 보통의 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 모르타르 및/또는 콘크리트에 사용하기 적합한 D650 및 소각재의 비율을 조사하기 위하여 비산재(FA) 및 바닥재(BA)를 잔골재(모래) 중량에 대하여 각각 10%씩 대체하여 사용하였으며, D650은 포틀랜드 시멘트에 대하여 0 내지 20%, 시멘트와 잔골재의 비율 1:3, 목표 플로우 110±10으로 하여 배합을 선정하였다.The inventors have prepared a mixed cement composition containing cement and additive D 650 and incineration ash. In this case, ordinary portland cement was used as the raw material cement. Mortar and / or was used to investigate the ratio of the appropriate D 650 and the incineration ash used in concrete replacing the fly ash (FA) and bottom ash (BA), fine aggregate (sand) by 10%, respectively, based on the weight, D 650 is a Portland cement The formulation was selected in the range of 0 to 20%, the ratio of cement to fine aggregates 1: 3, and the target flow 110 ± 10.

하기 표 1 내지 표 3에 실험에 사용한 다양한 비율의 모르타르 배합비를 나타내었다.Tables 1 to 3 show mortar compounding ratios of various ratios used in the experiments.

[표 1]TABLE 1

D650 첨가에 따른 모르타르 배합(%)Mortar formulation (%) by addition of D 650

번호number OPCOPC D650 D 650 모래sand 전체all water 1One 29.029.0 -- 71.071.0 100100 41.041.0 22 27.5527.55 1.451.45 71.071.0 100100 41.041.0 33 26.1026.10 2.902.90 71.071.0 100100 42.042.0 44 23.2023.20 5.805.80 71.071.0 100100 46.046.0

[표 2]TABLE 2

비산재를 혼합한 모르타르 배합(%)Mortar formulation (%) which mixed fly ash

번호number OPCOPC D650 D 650 모래sand FA1FA1 FA2FA2 FA3FA3 FA4FA4 전체all water 55 27.5527.55 1.451.45 61.061.0 10.010.0 -- -- -- 100100 50.050.0 66 26.1026.10 2.902.90 61.061.0 10.010.0 -- -- -- 100100 50.050.0 77 23.2023.20 5.805.80 61.061.0 10.010.0 -- -- -- 100100 48.048.0 88 27.5527.55 1.451.45 61.061.0 -- 10.010.0 -- -- 100100 79.079.0 99 26.1026.10 2.902.90 61.061.0 -- 10.010.0 -- -- 100100 40.040.0 1010 23.2023.20 5.805.80 61.061.0 -- 10.010.0 -- -- 100100 43.043.0 1111 27.5527.55 1.451.45 61.061.0 -- -- 10.010.0 -- 100100 58.058.0 1212 26.1026.10 2.902.90 61.061.0 -- -- 10.010.0 -- 100100 56.056.0 1313 23.2023.20 5.805.80 61.061.0 -- -- 10.010.0 -- 100100 58.058.0 1414 27.5527.55 1.451.45 61.061.0 -- -- -- 10.010.0 100100 56.056.0 1515 26.1026.10 2.902.90 61.061.0 -- -- -- 10.010.0 100100 57.057.0 1616 23.2023.20 5.805.80 61.061.0 -- -- -- 10.010.0 100100 48.048.0

[표 3]TABLE 3

바닥재를 혼합한 모르타르 배합(%)Mortar formulation (%) which mixed floor materials

번호number OPCOPC D650 D 650 모래sand BA1BA1 BA2BA2 BA3BA3 전체all water 33 26.1026.10 2.902.90 71.071.0 -- -- -- 100100 42.042.0 1717 26.1026.10 2.902.90 61.061.0 10.010.0 -- -- 100100 35.035.0 1818 26.1026.10 2.902.90 61.061.0 -- 10.010.0 -- 100100 40.040.0 1919 26.1026.10 2.902.90 61.061.0 -- -- 10.010.0 100100 39.039.0

상기 표 1 내지 표 3에서, OPC는 보통의 포틀랜드 시멘트를 나타낸다.In Tables 1 to 3 above, OPC represents normal Portland cement.

<실험예 1> 시료의 특성 분석Experimental Example 1 Characterization of Samples

<1-1> 화학성분 분석<1-1> Chemical Composition Analysis

본 발명자들이 사용한 소각재 시료 및 시멘트에 포함된 화학성분을 분석하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다.The chemical components contained in the ash sample and the cement used by the inventors were analyzed, and the results are shown in Table 4.

[표 4]TABLE 4

시료의 화학적 성질 (wt%)Sample Chemical Properties (wt%)

성분ingredient 시멘트cement 비산재Fly ash 바닥재Flooring FA1FA1 FA2FA2 FA3FA3 FA4FA4 BA1BA1 BA2BA2 BA3BA3 SiO2 SiO 2 18.818.8 5.315.31 33.3033.30 38.1038.10 27.5027.50 6.886.88 11.1011.10 7.117.11 Na2ONa 2 O 1.071.07 6.026.02 3.413.41 4.514.51 3.583.58 8.248.24 7.067.06 5.825.82 MgOMgO 3.683.68 3.063.06 1.201.20 2.052.05 2.022.02 2.512.51 4.474.47 1.961.96 K2OK 2 O 0.80.8 4.304.30 1.711.71 1.501.50 1.521.52 5.625.62 5.745.74 3.983.98 CaOCaO 63.1163.11 37.8037.80 18.3018.30 19.5019.50 20.1020.10 28.3028.30 25.6025.60 38.9038.90 Fe2O3 Fe 2 O 3 3.633.63 0.640.64 3.863.86 5.955.95 9.779.77 0.630.63 0.720.72 0.790.79 MnOMnO -- 0.020.02 0.040.04 0.140.14 0.120.12 0.020.02 0.090.09 0.030.03 Al2O3 Al 2 O 3 6.726.72 2.852.85 12.8012.80 8.928.92 10.2010.20 2.872.87 5.185.18 3.413.41 P2O3 P 2 O 3 -- 0.760.76 0.980.98 2.302.30 2.732.73 0.670.67 0.890.89 0.910.91 LOILOI 0.80.8 35.4035.40 19.6019.60 11.5011.50 14.0014.00 44.2044.20 37.6037.60 34.4034.40

상기 결과로부터 알 수 있듯이, 소각재의 화학성분은 시멘트의 화학성분과 전체적으로 유사하였으나 그 성분비율에는 약간의 차이가 있었으며, 또한 소각재의 종류에 따라서도 화학성분의 비율에 차이가 있음을 확인하였다.As can be seen from the above results, the chemical composition of the incineration ash was similar to the chemical composition of the cement as a whole, but there was a slight difference in the component ratio, and also it was confirmed that there is a difference in the chemical composition according to the type of incineration ash.

<1-2> 소각재 중에 함유된 중금속 함량 분석<1-2> Analysis of Heavy Metal Content in Incineration Ash

소각재 중에 함유되어 있는 중금속은 자연환경을 훼손하고 인체에 유해하므로 이에 대한 충분한 검토와 대책이 필요하다. 소각재 중에 함유된 중금속 이온의 용출 정도를 측정하기 위하여, 먼저 9.5 ㎜ 체를 통과하고 2.5 ㎜ 체에 남는 시료에 증류수를 넣은 후, 0.5 N 아세트산으로 pH 4.9±0.2가 되도록 조정하였다. 교반속도 200 rpm으로 교반하여 중금속을 용출시켰으며, 원자흡광 분석기를 이용하여 시료속에 함유된 중금속의 함량을 분석하였고, 그 결과를 표 5에 나타내었다.Heavy metals contained in incineration ash damage the natural environment and are harmful to the human body. Therefore, sufficient reviews and measures are required. In order to measure the elution degree of heavy metal ions contained in the incineration ash, distilled water was first put into a sample which passed through a 9.5 mm sieve and remained in a 2.5 mm sieve, and then adjusted to pH 4.9 ± 0.2 with 0.5 N acetic acid. The heavy metal was eluted by stirring at 200 rpm, and the content of the heavy metal contained in the sample was analyzed by using an atomic absorption analyzer. The results are shown in Table 5 below.

[표 5]TABLE 5

소각재 중의 중금속 함량 (㎎/ℓ)Heavy metal content in incineration ash (mg / ℓ)

시료sample PbPb CuCu AsAs HgHg CdCD Cr6+ Cr 6+ FA1FA1 33.233.2 0.1420.142 0.0350.035 0.00330.0033 0.0030.003 0.6900.690 FA2FA2 0.6480.648 5.925.92 0.0280.028 0.00170.0017 0.0020.002 0.6890.689 FA3FA3 2.842.84 2.872.87 0.0160.016 0.00150.0015 N.D.N.D. 0.0230.023 FA4FA4 0.1270.127 1.201.20 0.0140.014 0.00060.0006 N.D.N.D. 0.0390.039 BA1BA1 149.0149.0 0.7030.703 0.0270.027 0.00330.0033 0.0030.003 0.3000.300 BA2BA2 34.434.4 0.2850.285 0.0200.020 0.00220.0022 0.0020.002 0.6860.686 BA3BA3 1.491.49 0.470.47 0.020.02 0.00310.0031 0.0020.002 0.2010.201 허용치Tolerance 3.003.00 3.003.00 1.5001.500 0.0050.005 0.3000.300 1.5001.500

N.D.(No Detection) : 불검출N.D. (No Detection): No Detection

상기 결과로부터 알 수 있듯이, 비산재의 경우에는 대체적으로 중금속 함량이 허용기준치를 만족하였으나 Pb 및 Cu의 경우에는 허용기준치를 초과하는 경우도 발생하였다. 또한, 바닥재의 경우에도 대체적으로 중금속 함량이 허용기준치를 만족하였으나 Pb의 경우에는 허용기준치를 훨씬 초과하는 경우가 발생하였으므로 이에 대한 안전처리 대책이 절실히 필요함을 확인하였다.As can be seen from the above results, in the case of fly ash, the heavy metal content generally satisfies the limit value, but in the case of Pb and Cu, there was a case where the limit value was exceeded. In addition, in the case of flooring materials, the heavy metal content generally satisfied the acceptance criteria, but in the case of Pb, the case of exceeding the acceptance criteria was found that the safety treatment measures are urgently needed.

<실험예 2> 소각재 함유 모르타르의 특성 분석<Experiment 2> Characterization of mortar containing incineration ash

<2-1> 유동성 및 압축강도 측정<2-1> Flowability and compressive strength measurement

D650의 최적비율 및 바닥재와 D650의 혼합비율을 조절하여 혼합한 모르타르의 유동성 및 재령 7 및 28일의 압축강도를 측정하였다. 구체적으로, 표 1 내지 표 3의 조성을 가지는 5 ㎝ ×5 ㎝ ×5 ㎝의 모르타르 공시체를 제작하여 20±1℃의 수중에서 양생한 후, 재령 7 및 28일에 KS L 5105 에 준하여 모르타르의 압축강도를 측정하였다.D 650 and the liquid 7 and age compressive strength of 28, a mortar mixture by adjusting the optimal ratio and mixing ratio of bottom ash and D 650 was measured. Specifically, 5 cm × 5 cm × 5 cm mortar specimens having the compositions of Tables 1 to 3 were prepared and cured in water at 20 ± 1 ° C., and then the mortar was compressed in accordance with KS L 5105 at 7 and 28 days. Intensity was measured.

모르타르가 동일한 유동성을 얻기 위한 단위수량은 시료의 종류에 따라 변한다. 즉, 소각재는 미분말이므로 표준 플로우값을 얻기 위해서는 단위수량을 첨가해야 하며, 이 때 측정된 플로우 값과 물-시멘트비를 플로우 상수로 정의하여 수학식 1과 같이 계산함으로써 소각재 종류별 유동성을 평가하였다. 하기 식으로부터 플로우 상수가 클수록 첨가수량이 작게 되고, 또한 유동성이 크게됨을 알 수 있다.The amount of unit for mortar to achieve the same fluidity varies depending on the type of sample. That is, since the incineration ash is fine powder, it is necessary to add a unit quantity in order to obtain a standard flow value, and the flowability of each type of incineration ash was evaluated by defining the measured flow value and water-cement ratio as a flow constant and calculating it as in Equation 1. It can be seen from the following equation that the larger the flow constant, the smaller the amount of the added water and the greater the fluidity.

[수학식 1][Equation 1]

상기에서, FLc는 플로우 상수, FL은 플로우 값, W/C는 물과 시멘트의 비를 나타낸다.In the above, FLc represents a flow constant, FL represents a flow value, and W / C represents a ratio of water and cement.

상기와 같은 방법으로 모르타르의 유동성 및 압축강도 측정하였으며, 그 결과를 표 6에 나타내었다.The flowability and compressive strength of the mortar were measured by the same method as described above, and the results are shown in Table 6.

[표 6]TABLE 6

모르타르 시료의 플로우 및 압축강도 측정Measurement of flow and compressive strength of mortar samples

번호number 플로우 값(㎜)Flow value (mm) 플로우 상수(㎜/%)Flow constant (mm /%) 압축강도 및 압축강도 비율Compressive strength and compressive strength ratio 7일7 days 28일28 days ㎏f/㎠Kgf / ㎠ %% ㎏f/㎠Kgf / ㎠ %% 1One 114114 2.782.78 348348 100.00100.00 357357 100.00100.00 22 112112 2.742.74 341341 97.9997.99 429429 120.17120.17 33 113113 2.702.70 367367 105.46105.46 458458 128.29128.29 44 112112 2.442.44 307307 88.2288.22 404404 113.17113.17 55 109109 2.182.18 154154 44.2544.25 232232 64.9964.99 66 114114 2.282.28 151151 43.3943.39 239239 66.9566.95 77 115115 2.402.40 140140 40.2340.23 210210 58.8258.82 88 112112 2.872.87 205205 58.9158.91 316316 88.5288.52 99 113113 2.832.83 215215 61.7861.78 364364 101.96101.96 1010 115115 2.682.68 209209 60.0660.06 373373 104.48104.48 1111 n.fn.f 0.000.00 268268 77.0177.01 290290 81.2381.23 1212 n.fn.f 0.000.00 256256 73.5673.56 320320 89.6489.64 1313 n.fn.f 0.000.00 251251 72.1372.13 310310 86.8386.83 1414 n.fn.f 0.000.00 195195 56.0356.03 325325 91.0491.04 1515 n.fn.f 0.000.00 199199 57.1857.18 287287 81.0481.04 1616 n.fn.f 0.000.00 203203 58.3358.33 252252 70.5970.59 1717 106106 3.103.10 315315 90.5290.52 350350 98.0498.04 1818 115115 2.902.90 331331 95.1195.11 414414 115.97115.97 1919 110110 2.852.85 337337 96.8496.84 397397 111.20111.20

상기 결과로부터 알 수 있듯이, D650의 혼합비율이 증가함에 따라 유동성이 떨어졌으며(2번 내지 4번 시료 참조) 동시에 비산재 및 바닥재의 종류에 따라 모르타르의 유동성이 다소 상이함을 알 수 있었다. P2O3 성분이 1% 이상 함유되어 있는 FA3 및 FA4의 플로우 값은 급결현상이 발생하여 측정할 수 없었다(11번 내지 16번 시료 참조). 또한, 바닥재가 혼합된 모르타르의 유동성은 기준 모르타르에 비하여 양호하였다(17번 내지 19번 시료 참조). 이는 시멘트의 이상응결을 일으키는 화학성분이 D650을 혼합함으로써 안정화되었기 때문으로 추측된다.As can be seen from the above results, as the mixing ratio of D 650 increases, the fluidity was decreased (see samples 2 to 4), and at the same time, it was found that the flowability of mortar was somewhat different depending on the type of fly ash and flooring material. Flow values of FA3 and FA4 containing 1% or more of P 2 O 3 components could not be measured due to rapid freezing (see samples 11 to 16). In addition, the fluidity of the mortar mixed with the bottom ash was better than that of the reference mortar (see samples 17 to 19). This is presumably because the chemical component causing abnormal condensation of cement was stabilized by mixing D 650 .

D650의 최적 혼합비율은 10%로 나타났으며, 소각재를 혼합한 시멘트 모르타르에 D650을 10%의 혼합비율로 혼합할 때 기준 모르타르에 비하여 약 35% 정도 압축강도가 강화되었다(1번 내지 4번 시료의 압축강도 참조). 비산재와 D650을 혼합한 모르타르의 압축강도를 비교해 본 결과, 일반 모르타르는 재령 28일에 357 ㎏f/㎠ 정도의 압축강도를 보였으나, 비산재 FA1, FA3, FA4를 포함한 경우에는 D650 혼합비율이 증가함에 따라 압축강도가 감소하였다. 그러나, 비산재 FA2를 혼합한 모르타르의 압축강도는 D650 혼합비율이 10% 및 20%인 경우에 각각 일반 모르타르보다 2% 및 5% 정도 압축강도가 증가하였다(9번 및 10번 시료의 압축강도 참조). 바닥재와 D650을 혼합한 모르타르의 압축강도는 바닥재 종류에 따라 약간 차이가 있었는데, 바닥재의 종류에 따른 재령 28일 압축강도는 기준 모르타르에 비하여 약 80% 이상의 압축강도를 나타내었으며, 압축강도 발현 순서는 BA1 < BA3 <BA2 이었다.Optimum mixing ratio of D 650 was shown with 10%, the D 650 to a cement mortar mixture of incineration ash was about 35% of the compressive strength enhanced as compared to the reference mortar when mixed at a mixing ratio of 10% (to about 1 See compressive strength of sample 4). As a result of comparing the compressive strength of mortar mixed with fly ash and D 650 , general mortar showed compressive strength of about 357 kgf / ㎠ on the 28th day of age, but D 650 mixing ratio was included for fly ash FA1, FA3 and FA4. With this increase, the compressive strength decreased. However, the compressive strength of the mortar mixed with fly ash FA2 increased the compressive strength by 2% and 5%, respectively, when the D 650 mixing ratio was 10% and 20% (compressive strength of samples 9 and 10, respectively). Reference). The compressive strength of mortar mixed with flooring material and D 650 was slightly different depending on the type of flooring material. The compressive strength of the 28-day compressive strength was about 80% higher than that of the standard mortar. Was BA1 <BA3 <BA2.

<2-2> 중금속 용출 정도 측정<2-2> Heavy metal elution degree measurement

비산재 및 바닥재를 잔골재 중량에 대하여 10% 대체하고 D650을 시멘트 중량의 10%를 혼합하여 제조한 모르타르의 중금속 용출량을 상기 실험예 <1-2>과 동일한 방법으로 측정하였고, 그 결과를 표 7에 나타내었다.The heavy metal leaching amount of the mortar prepared by replacing the fly ash and the bottom ash by 10% with respect to the fine aggregate weight and mixing D 650 with 10% of the cement weight was measured in the same manner as in Experimental Example <1-2>. Shown in

[표 7]TABLE 7

소각재 함유 모르타르의 중금속 이용 용출량 (㎎/ℓ)Elution amount of heavy metal by incineration ash containing mortar (mg / ℓ)

번호 number Pb Pb Cu Cu As As Hg Hg Cd CD Cr6+ Cr 6+ 66 0.2630.263 0.0190.019 0.0210.021 0.00090.0009 0.00010.0001 0.0060.006 99 0.1850.185 N.D.N.D. 0.0200.020 0.00080.0008 N.D.N.D. 0.0040.004 1212 0.1020.102 0.0030.003 0.0230.023 0.00070.0007 0.0010.001 0.0100.010 1515 0.1330.133 N.D.N.D. 0.0210.021 0.00070.0007 0.0010.001 0.0070.007 1717 0.4300.430 0.0530.053 0.0120.012 0.00050.0005 N.D.N.D. 0.0630.063 1818 0.4250.425 0.0880.088 0.0210.021 0.00050.0005 N.D.N.D. 0.0270.027 1919 0.4260.426 N.D.N.D. 0.0120.012 0.00050.0005 N.D.N.D. 0.0320.032 허용치Tolerance 3.003.00 3.003.00 1.5001.500 0.0050.005 0.3000.300 1.5001.500

N.D. : 불검출N.D. : Not detected

상기 결과로부터 알 수 있듯이, 비산재와 D650을 혼합적정량(10%)으로 혼합한 모르타르의 중금속 이온 용출량은 비산재의 종류에 따라 차이가 있었으나 유해중금속이 거의 고정되어(약 95% 이상) 국내 환경기준에 만족하였다(6번 내지 15번 시료 참조). 또한, 바닥재와 10% D650을 혼합한 모르타르의 경우에는 유해중금속이 99% 이상 고정되어 국내 환경기준 이하를 보였다(17번 내지 19번 시료 참조). 특히, 바닥재중 BA1과 BA2에서 149 및 34 ppm 정도로 높은 함량을 보여준 Pb는(표 5 참조) 0.4 ppm 정도만이 용출되어 완전한 고정율을 보임을 확인하였다. 또한, Cu, Hg, Cr 이온 등도 시멘트 입자의 수화물내에 고정화되거나 수화생성물로 변하면서 용출량이 크게 감소되는 효과를 얻었다.As can be seen from the above results, the amount of leaching heavy metal ions of mortar mixed with fly ash and D 650 was mixed according to the type of fly ash, but the harmful heavy metal was almost fixed (about 95% or more). Were satisfied (see samples 6 to 15). In addition, in the case of mortar mixed with the flooring material and 10% D 650 , the harmful heavy metals were fixed more than 99%, which was below the domestic environmental standard (see samples 17 to 19). In particular, it was confirmed that only about 0.4 ppm of Pb having a high content of 149 and 34 ppm in BA1 and BA2 of flooring material was eluted to show a complete fixation rate. In addition, Cu, Hg, Cr ions, etc. were also immobilized in the hydrate of the cement particles or changed into a hydration product, the elution amount was greatly reduced.

<실험예 3> 소각재와 DExperimental Example 3 Incinerator Ash and D 650650 이 동시에 함유된 시멘트 모르타르와 콘크리트의 압축강도 측정Simultaneous measurement of compressive strength of cement mortar and concrete

시멘트는 비중이 3.15인 보통 포틀랜드 시멘트와 비산재와 포틀랜드 시멘트를 혼합하여 제조한 혼합 시멘트를 사용하였다. 또한, 잔골재는 비중이 2.63인 부순 모래를 사용하였으며, 굵은 골재는 최대치수가 25 ㎜이고 비중이 2.63인 부순 자갈을 사용하였다.Cement was used as a mixture of ordinary Portland cement with a specific gravity of 3.15, a mixture of fly ash and Portland cement. In addition, fine aggregates used crushed sand having a specific gravity of 2.63, and coarse aggregates used crushed gravel having a maximum dimension of 25 mm and a specific gravity of 2.63.

<3-1> 모르타르의 압축강도 측정<3-1> Compressive strength measurement of mortar

비산재와 D650을 혼합한 첨가재를 시멘트 중량의 10%로 대체한 내할 방법과 잔골재 중량의 10%로 대체한 외할 방법에 대하여 모르타르와 콘크리트의 특성을 분석하였다. 이때, 표 8과 같이 시멘트와 잔골재의 비율 1:3, 목표 플로우 110±10으로 하여 배합을 선정하였다.The characteristics of mortar and concrete were analyzed with respect to the method of replacing the fly ash with D 650 mixed with 10% of the weight of cement and the loading of 10% of the weight of fine aggregate. At this time, as shown in Table 8, the mixing ratio was selected based on the ratio 1: 3 of the cement and fine aggregate and the target flow of 110 ± 10.

[표 8]TABLE 8

종류Kinds 소각재 대체Incinerator replacement 시멘트(%)cement(%) D650(%)D 650 (%) 모래(%)sand(%) 비산재(%)Fly ash (%) CTMCTM 기준 모르타르Standard mortar 29.029.0 0.00.0 71.071.0 0.00.0 FA1MRFA1MR 시멘트cement 23.523.5 2.92.9 71.071.0 2.62.6 FA2MRFA2MR 23.523.5 2.92.9 71.071.0 2.62.6 FA3MRFA3MR 23.523.5 2.92.9 71.071.0 2.62.6 FA4MRFA4MR 23.523.5 2.92.9 71.071.0 2.62.6 FA1MAFA1MA 잔골재Fine aggregate 26.126.1 2.92.9 61.061.0 10.010.0 FA2MAFA2MA 26.126.1 2.92.9 61.061.0 10.010.0 FA3MAFA3MA 26.126.1 2.92.9 61.061.0 10.010.0 FA4MAFA4MA 26.126.1 2.92.9 61.061.0 10.010.0

FAMR : 소각재로 시멘트를 대체한 모르타르,FAMR: mortar replacing cement with incineration ash,

FAMA : 소각재로 잔골재를 대체한 모르타르FAMA: Mortar replacing fine aggregate with incineration ash

상기 실험예 <2-1>과 동일한 방법으로 모르타르의 압축강도를 측정하였으며, 그 결과를 표 9에 나타내었다.The compressive strength of mortar was measured in the same manner as in Experimental Example <2-1>, and the results are shown in Table 9.

[표 9]TABLE 9

종류Kinds 소각재 대체Incinerator replacement 7일7 days 28일28 days ㎏f/㎠Kgf / ㎠ %% ㎏f/㎠Kgf / ㎠ %% CM10CM10 기준 모르타르Standard mortar 261261 100100 273273 100100 FA1MRFA1MR 시멘트cement 303303 116116 311311 114114 FA3MRFA3MR 310310 119119 314314 115115 FA4MRFA4MR 255255 9898 267267 9898 FA1MAFA1MA 잔골재Fine aggregate 322322 123123 379379 139139 FA3MAFA3MA 327327 125125 401401 147147 FA4MAFA4MA 340340 130130 421421 154154

상기 결과로부터 알 수 있듯이, 비산재를 시멘트 및 잔골재에 대체하여 제조한 모르타르의 압축강도는 비산재를 혼합하지 않은 기준 모르타르에 비하여 크게 향상됨을 알 수 있었다. 또한, 시멘트에 대체한 경우가 잔골재에 대체한 경우에 비하여 오히려 강도발현 효과가 크게 나타났다. 효과적인 강도발현은 비산재 중에 함유된 CaO의 높은 함량과 포졸란 물질인 활성 규조토의 활발한 반응에 의한 것으로 간주된다.As can be seen from the above results, it was found that the compressive strength of the mortar prepared by replacing fly ash with cement and fine aggregate was significantly improved compared to the reference mortar without mixing fly ash. In addition, when the cement is replaced with the fine aggregate, the strength was found to be greater effect. Effective strength expression is considered to be due to the high content of CaO contained in fly ash and the active reaction of active diatomaceous earth, a pozzolanic material.

<3-2> 콘크리트의 압축강도 측정<3-2> Compressive strength measurement of concrete

배합 설계기준(양생 28일에 압축강도 240 ㎏/㎠)에 따라 혼합 시멘트에 부순 골재를 대체한 콘크리트의 압축강도를 측정하였다. 구체적으로, 표 10과 같은 배합을 사용하여 콘크리트 시편(ψ100 ㎜ ×L 200 ㎜)을 제작하였으며, 이때 공기량은 4.5%±1.5%, 슬럼프(slump)는 12.0 ㎝±2.0 ㎝ 범위 내로 조절하였다.The compressive strength of the concrete which replaced the crushed aggregate in the mixed cement was measured according to the mixing design criteria (compressive strength 240 ㎏ / ㎠ on 28 days curing). Specifically, a concrete specimen (ψ100 mm × L 200 mm) was produced using the formulation as shown in Table 10, wherein the air amount was adjusted to 4.5% ± 1.5%, and the slump was in the range of 12.0 cm ± 2.0 cm.

[표 10]TABLE 10

종류Kinds Gmax (mm)G max (mm) W/(C+FA) (%)W / (C + FA) (%) s/a (%)s / a (%) 단위량 (㎏/㎥)Unit weight (㎏ / ㎥) 혼화제 (C×%)Admixture (C ×%) 공기량 (%)Air volume (%) 슬럼프 (cm)Slump (cm) WW CC SS GG FAFA AEAE SPSP CTMCCTMC 2525 53.353.3 47.347.3 178178 334334 836836 933933 00 0.250.25 0.500.50 6.06.0 14.014.0 FA1CFA1C 2525 53.353.3 47.347.3 178178 301301 836836 933933 3333 0.250.25 0.500.50 6.06.0 13.513.5 FA3CFA3C 2525 53.353.3 47.347.3 178178 301301 836836 933933 3333 0.250.25 0.500.50 4.54.5 14.014.0 FA4CFA4C 2525 53.353.3 47.347.3 178178 301301 836836 933933 3333 0.250.25 0.500.50 3.53.5 11.511.5

W : water, C : cement, S : sand, G : gravel, FA : fly ash,W: water, C: cement, S: sand, G: gravel, FA: fly ash,

AE : air entrainment, SP : special pozzoliaAE: air entrainment, SP: special pozzolia

상기 실험예 <2-1>과 동일한 방법으로 콘크리트의 압축강도를 측정하였으며, 그 결과를 표 11에 나타내었다.The compressive strength of the concrete was measured in the same manner as in Experimental Example <2-1>, and the results are shown in Table 11.

[표 11]TABLE 11

물 성  Properties 일반 콘크리트Plain concrete 비산재와 D650이 혼합된 콘크리트Concrete with fly ash and D 650 FA1CFA1C FA3CFA3C FA4CFA4C 중금속 용출Heavy metal elution NILNIL NILNIL NILNIL NILNIL 슬럼프 (㎝)Slump (cm) 14.014.0 13.513.5 14.014.0 11.511.5 공기량Air volume 6.06.0 6.06.0 4.54.5 3.53.5 AE제(C×0.5%)AE product (C × 0.5%) 1.671.67 1.671.67 1.671.67 1.671.67 압축강도(㎏f/㎠)Compressive strength (㎏f / ㎠) 7일7 days 152152 195195 226226 235235 28일28 days 194194 273273 338338 350350

상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 비산재와 D650을 혼합한 콘크리트의 압축강도는 보통 포틀랜드 시멘트만을 사용한 콘크리트에 비하여 크게 증가하여, FA1C, FA3C 및 FA4C의 재령 7일 및 28일 압축강도는 일반 콘크리트에 비하여 각각 28%, 49%, 55% 및 41%, 74%, 80% 증가되었다.As can be seen from the above results, the compressive strength of concrete mixed with fly ash and D 650 is significantly increased compared to concrete using only Portland cement, and the 7-day and 28-day compressive strengths of FA1C, FA3C and FA4C are Compared to 28%, 49%, 55% and 41%, 74% and 80%, respectively.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 혼합 시멘트 조성물을 이용하여 제조된 모르타르 및 콘크리트는 일반 시멘트만을 이용한 모르타르 및 콘크리트에 비하여 우수한 압축강도 증진 효과를 보이고, 또한 소각재중에 포함되어 있는 다양한 종류의 중금속에 대한 우수한 고정효과를 가진다. 따라서, 본 발명의 혼합 시멘트 조성물은 인체에 유해한 중금속 및 환경호르몬을 다량 함유하고 있어 매립이 금지되어 있는 소각재에 대한 재활용 방안으로 유용하게 사용될 수 있다.As described above, the mortar and concrete prepared by using the mixed cement composition of the present invention shows an excellent compressive strength improvement effect compared to the mortar and concrete using only ordinary cement, and also for various types of heavy metals contained in the incineration ash. It has an excellent fixing effect. Therefore, the mixed cement composition of the present invention contains a large amount of heavy metals and environmental hormones harmful to the human body can be usefully used as a recycling method for incineration ash is prohibited.

Claims (7)

소각재 및 포졸란 물질을 첨가제로 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 시멘트 조성물.A mixed cement composition comprising an incinerator and a pozzolanic material as an additive. 제 1항에 있어서, 소각재는 바닥재(BA, bottom ash), 비산재(FA, flying ash) 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 혼합 시멘트 조성물.The mixed cement composition of claim 1, wherein the incineration ash is selected from the group consisting of bottom ash (BA), fly ash (FA) and mixtures thereof. 제 1항에 있어서, 포졸란 물질은 규조토, 화산재, 규산백토, 규산토, 플라이애쉬, 열처리한 점토 및 혈암으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 혼합 시멘트 조성물.The mixed cement composition according to claim 1, wherein the pozzolanic material is selected from the group consisting of diatomaceous earth, volcanic ash, clay silicate, silicate soil, fly ash, heat treated clay and shale. 제 3항에 있어서, 포졸란 물질은 규조토인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 3 wherein the pozzolanic material is diatomaceous earth. 제 1항에 있어서, 총 혼합 시멘트 조성물 중량에 대하여 포졸란 물질은 5 내지 20 중량% 포함되고, 소각재는 5 내지 20 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 혼합 시멘트 조성물.The mixed cement composition according to claim 1, wherein the pozzolanic material is included in an amount of 5 to 20% by weight and the incineration material is included in an amount of 5 to 20% by weight based on the total weight of the mixed cement composition. 제 1항의 혼합 시멘트 조성물 15 내지 25 중량%, 모래 40 내지 55 중량% 및 물 25 내지 40 중량%를 서로 반죽하여 제조되는 것을 특징으로 하는 모르타르.A mortar, characterized in that the mixture is prepared by kneading 15 to 25% by weight, 40 to 55% by weight of sand and 25 to 40% by weight of water. 제 1항의 혼합 시멘트 조성물 10 내지 25 중량%, 모래 25 내지 35 중량%, 자갈 25 내지 35 중량% 및 물 20 내지 40 중량%를 서로 반죽하여 제조되는 것을 특징으로 하는 콘크리트.10 to 25% by weight of the mixed cement composition of claim 1, 25 to 35% by weight of sand, 25 to 35% by weight of gravel and 20 to 40% by weight of concrete, characterized in that the concrete is produced.
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