KR20050080701A - 알칼리 자극제에 의한 고로수쇄 슬래그의 활성화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알칼리 자극제에 의한 고로수쇄 슬래그의 활성화 방법에 관한 것이다.

본 발명은 이를 위해 제철공업에서 발생되는 고로수쇄 슬래그를 활성화 하여 콘크리트의 장기강도, 저수화열 및 화학적 내구성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 결합재로서 활용하고자 하는 것으로, 비표면적이 4,250㎠/g인 고로수쇄 슬래그 미분말과 알칼리 자극제로 Na₂SiO₃, NaOH, Na₂CO₃ 및 Na₂ SO₄를 사용하여 고로수쇄 슬래그의 활성화 방법에 관한 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 종래에 많이 사용되어 지는 천연원료가 아닌 폐 부산물을 이용하여 시멘트 제조에 따른 CO₂ 가스의 발생을 감소시키며 유한한 자원을 절약하는 환경적 이점과 고로수쇄 슬래그 미분말의 활용에 따른 콘크리트의 장기강도, 저수화열 및 화학적 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻는 것이다.

Description

알칼리 자극제에 의한 고로수쇄 슬래그의 활성화 방법{a activate method of blast furnace slag for alkali activator}

본 발명은 알칼리 자극제에 의한 고로수쇄 슬래그의 활성화 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시멘트 콘크리트 재료의 물성을 월등히 향상시킬 수 있는 잠재적 가능성을 실현화 하는 것이며, 고로수쇄 슬래그의 알칼리 활성화는 초기 수화반응에서 수화물의 핵 생성을 촉진시키고 수화반응 생성층을 통한 확산 속도를 증진시켜 고로수쇄 슬래그가 첨가된 시멘트의 초기 수화속도 증진 및 초기 강도 증진을 확보할 수 있고, 이에 따라 고로수쇄 슬래그의 첨가에 의한 초기 수화속도 및 초기 압축 강도의 저하에 따른 단점을 보완하고 철강부산물의 유효가치를 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

주지하다시피 에너지 위기 및 환경문제가 대두됨으로서 제련, 제강 등 일련의 공정 부산물로 배출되는 폐자원의 활용에 대한 관심이 증대되면서 이들 폐자원의 시멘트 대체 재료로서의 활용연구가 특수용도를 중심으로 활발히 이루어지고 있다. 그 중 제철공업에서 발생되는 부산물로서 슬래그는 시멘트, 골재, 노반재, 기타 시멘트 첨가제로서 건축, 토목분야에 이용되어온 유용한 자원이다. 이때 시멘트 혼화재로 사용되고 있는 고로수쇄 슬래그는 콘크리트의 장기강도, 저수화열 및 화학적 내구성을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 자원으로 알려져 있다.

그러나 상기 종래의 고로수쇄 슬래그의 첨가는 시멘트의 응결지연에 따른 초기강도 저하 및 미세균열이 많다는 단점을 갖고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 천연원료가 아닌 폐 부산물을 이용하여 시멘트 제조에 따른 CO₂ 가스의 발생을 감소시킬 수 있도록 함을 제1목적으로 한 것이고, 제2목적은 유한한 자원을 절약하는 환경적 이점과 고로수쇄 슬래그 미분말의 활용에 따른 콘크리트의 장기강도, 저수화열 및 화학적 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 것이며, 제3목적은 시멘트 콘크리트 재료의 물성을 월등히 향상시킬 수 있는 잠재적 가능성을 실현화 할 수 있도록 한 것이며, 제4목적은 고로수쇄 슬래그의 알칼리 활성화는 초기 수화반응에서 수화물의 핵 생성을 촉진시키고 수화반응 생성층을 통한 확산 속도를 증진시켜 고로수쇄 슬래그가 첨가된 시멘트의 초기 수화속도 증진 및 초기 강도 증진을 확보할 수 있도록 한 것이고, 제5목적은 이에 따라 고로수쇄 슬래그의 첨가에 의한 초기 수화속도 및 초기 압축 강도의 저하에 따른 단점을 보완하고 철강부산물의 유효가치를 향상시킬 수 있도록 한 알칼리 자극제에 의한 고로수쇄 슬래그의 활성화 방법을 제공한다.

이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 알칼리 자극제를 사용하여 활성화된 고로수쇄 슬래그를 제공한다.

이하에서는 이러한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 적용된 알칼리 자극제에 의한 고로수쇄 슬래그의 활성화 방법은 도 1 내지 도 7 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명은 고로수쇄 슬래그 미분말의 브레인 비표면적 값은 4,000∼6,000㎠/g이고, 알칼리 자극제로서 Na₂SiO₃, NaOH, Na₂CO₃ 및 Na₂SO₄를 사용한다. 상기 Na₂SiO₃, NaOH, Na₂CO₃ 및 Na₂SO₄ 의 첨가량은 Na₂O 함량 기준으로 각각 고로수쇄 슬래그 중량에 대해 1.0∼7.0% 사용한다.

이 때 알칼리 자극제는 상기 그룹에서 선택된 1종 이상을 사용한다. 알칼리 자극제의 첨가량이 고로수쇄 슬래그의 중량에 대해 1% 미만일 경우에는 소기의 목적을 달성할 수 없으며, 7% 이상 첨가할 경우에는 오히려 고로수쇄 슬래그의 유동성 저하를 초래한다. 따라서 이와 같은 배합비로 혼합된 고로수쇄 슬래그는 알칼리 자극제에 의해 활성화 된 특성을 나타나게 되는 것이다.

본 발명에 따라 고로수쇄 슬래그의 수화특성은 수화발열량을 시간에 따라 측정하여 수화반응 속도로 나타내었으며, 초기 압축강도 발현 및 초기 수화물 생성 시기를 조사함으로서 알칼리 자극제가 고로수쇄 슬래그의 초기 수화반응 속도 증진 및 초기 압축 강도 개선에 큰 역할을 하는 것이다. 이에 따른 고로수쇄 슬래그와 알칼리 자극제를 통한 시멘트 혼화재로서의 활용하고자 하는 것이다.

한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명 알칼리 자극제에 의한 고로수쇄 슬래그의 활성화 방법의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

아래 표 1 과 같은 화학조성을 갖는 고로수쇄 슬래그는 브레인 비표면적 값이 4,250㎠/g인 것을 사용하고, 알칼리 자극제는 Na₂SiO₃, NaOH, Na₂CO ₃ 및 Na₂SO₄를 사용하였다. 알칼리 자극제의 첨가량은 Na₂O 기준으로 해서, 고로수쇄 슬래그의 중량에 대해 1.0∼7.0% 첨가 혼합하여 활성화 된 고로수쇄 슬래그를 준비하였다.

화학조성(중량%)
SiO2	Al2O3	CaO	MgO	Fe2O3	SO3	Ig.loss
35.0	15.0	42.0	6.0	0.38	0.30	0.04

도 1, 도 2, 도 3 및 도 4 는 물고체비가 0.5인 경우, 각각 알칼리 자극제 종류 및 함량별 고로수쇄 슬래그의 수화반응 특성을 나타낸 것이다. 여기에서 알칼리 자극제로서 각각 Na₂SiO₃, NaOH, Na₂CO₃ 및 Na₂SO ₄를 사용한 것이다. 알칼리 자극제의 첨가에 의해 고로수쇄 슬래그의 활성화 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있다.

또한 도 5, 도 6 및 도 7 은 보통 포틀랜드 시멘트의 중량에 대해 고로수쇄 슬래그를 30% 첨가하였을 때의 알칼리 자극제 종류 및 함량별 압축강도를 측정한 결과로서, 각각 알칼리 자극제의 함량이 3%, 5% 및 7% 첨가한 것이다.

각각의 알칼리 자극제를 3중량% 첨가한 경우, 재령 1에서는 Na₂CO₃를 첨가한 경우가 가장 큰 강도를 보였으며, Na₂SiO₃를 첨가한 경우가 가장 작은 압축강도를 보였다. 재령 시간이 경과 될수록 Na₂CO₃를 첨가하였을 때 3일까지 큰 압축강도 증진을 보이다가 7일 이후부터 떨어지는 경향을 나타내고 있다. NaOH를 첨가한 경우 초기 1일에서는 다른 알칼리 자극제와 유사한 압축강도를 보였으나 시간이 지날수록 그 상승폭이 상당히 떨어지는 것으로 나타났다. Na₂SO₄의 경우 7일 이후 큰 상승폭을 보였으나, 재령 28일의 압축강도는 Na₂SiO₃가 가장 높았으며, NaOH가 가장 낮게 나타났다.

또한 알칼리 자극제를 5중량%, 7중량% 첨가한 결과를 종합해 보면, 재령 1일에서는 3, 5중량% 첨가하였을 때에 Na₂CO₃를 사용한 경우에 가장 큰 압축강도를 보였으며, 7중량% 첨가 시에는 모두 유사한 강도 값을 보였다. 재령 28일에서는 압축강도는 3중량% 첨가시에는 Na₂SiO₃를 첨가한 경우가 가장 큰 압축강도를 보였으나, 5 및 7중량% 첨가하였을 때는 Na₂SO₄를 사용하였을 때 가장 큰 압축강도를 나타내었다.

상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 천연원료가 아닌 폐 부산물을 이용하여 시멘트 제조에 따른 CO₂ 가스의 발생을 감소시킬 수 있도록 한 것이고, 유한한 자원을 절약하는 환경적 이점과 고로수쇄 슬래그 미분말의 활용에 따른 콘크리트의 장기강도, 저수화열 및 화학적 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 것이며, 시멘트 콘크리트 재료의 물성을 월등히 향상시킬 수 있는 잠재적 가능성을 실현화 할 수 있도록 한 것이며, 고로수쇄 슬래그의 알칼리 활성화는 초기 수화반응에서 수화물의 핵 생성을 촉진시키고 수화반응 생성층을 통한 확산 속도를 증진시켜 고로수쇄 슬래그가 첨가된 시멘트의 초기 수화속도 증진 및 초기 강도 증진을 확보할 수 있도록 한 것이고, 이에 따라 고로수쇄 슬래그의 첨가에 의한 초기 수화속도 및 초기 압축 강도의 저하에 따른 단점을 보완하고 철강부산물의 유효가치를 향상시킬 수 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1 내지 도 4 는 본 발명에 적용된 알칼리 자극제별 고로수쇄 슬래그의 수

화반응을 나타낸 그래프.

도 5 내디 도 7 은 본 발명에 적용된 알칼리 자극제별 고로수쇄 슬래그의 압

축강도를 나타낸 그래프.

Claims (5)

1. 고로수쇄 슬래그를 활성화하는 방법에 있어서,

   알칼리 자극제를 고로수쇄 슬래그에 첨가하여 사용하는 것을 특징으로 하는 알칼리 자극제에 의한 고로수쇄 슬래그의 활성화 방법.
2. 제 1 청구항에 있어서,

   상기 알칼리 자극제는 Na₂SiO₃, NaOH, Na₂CO₃ 및 Na₂ SO₄의 그룹에서 선택된 어느 하나 이상이 혼합되는 것을 특징으로 하는 알칼리 자극제에 의한 고로수쇄 슬래그의 활성화 방법.
3. 제 1 또는 제 2 청구항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 알칼리 자극제를 고로수쇄 슬래그 중량에 대해 1.0∼7.0% 사용하는 것을 특징으로 하는 알칼리 자극제에 의한 고로수쇄 슬래그의 활성화 방법.
4. 제 3 청구항에 있어서,

   상기 활성화 된 고로수쇄 슬래그를 보통 포틀랜드 시멘트 중량에 대해 30∼70% 첨가하여 이루어진 것을 특징으로 하는 알칼리 자극제에 의한 고로수쇄 슬래그의 활성화 방법.
5. 제 1 청구항에 있어서,

   상기 고로수쇄 슬래그 미분말의 브레인 비표면적 값은 4,000∼6,000㎠/g임을 특징으로 하는 알칼리 자극제에 의한 고로수쇄 슬래그의 활성화 방법.