KR20050100995A

KR20050100995A - 바텀 애쉬를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록과 제조방법

Info

Publication number: KR20050100995A
Application number: KR1020040026248A
Authority: KR
Inventors: 배수호; 허규판
Original assignee: 대한민국(안동대학교총장); 주식회사 삼성콘크리트
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-10-20

Abstract

본 발명은 바텀 애쉬(bottom ash)가 포함된 콘크리트 조성물을 이용하여 제조된 철도용 콘크리트 방음블록 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 콘크리트 방음블록은, 시멘트 원료분말, 잔골재, 굵은 골재, 물 및 바텀 애쉬(bottom ash)가 혼합된 콘크리트 조성물로 제작되며 상기 바텀 애쉬(bottom ash)는 상기 잔골재에 대한 용적 대비 10 내지 60%를 대체한다. 상기 콘크리트 조성물에는 상기 시멘트 원료분말 전체 중량 대비 400 내지 600 중량%의 골재가 포함되며 50 내지 60 중량%의 물이 포함되고, 여기에 0.30 내지 0.35 중량%의 AE 감수제인 화학 혼화제가 더 포함되면 바람직하다. 또한 상기 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록은 인장강도를 증가시키기 위해 그 내부에 철근을 포함하면 더욱 바람직하다. 본 발명에 따르면, 석탄 화력발전소의 부산물인 바텀 애쉬(bottom ash)를 재활용함으로써 환경보호에 이바지할 수 있고 또한 원가가 저렴한 바텀 애쉬(bottom ash)를 사용함으로써 제조 원가를 절감하면서도 방음성능이 우수한 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록을 제작할 수 있다.

Description

바텀 애쉬를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록과 제조방법{Soundproof Concrete Block Using Bottom Ash for Railway and Method for Manufacturing the same}

본 발명은 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록 및 그 제조방법으로서, 보다 상세하게는 석탄 화력발전소에서 부산물로 발생되는 석탄회의 일종인 바텀 애쉬(bottom ash)를 주요성분으로 포함시킴으로써 환경친화적인 방법으로 제작될 수 있으며 원가 절감이 가능하고 방음 성능이 우수한 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 석탄 화력발전소에서 부산물로 발생하는 석탄회는 집진하는 장소에 따라서 크게 플라이 애쉬(fly ash)와 바텀 애쉬(bottom ash)로 구분된다.

플라이 애쉬(fly ash)는 연소과정에서 생성된 석탄회 중에서 미세한 크기의 입자로 연소가스와 함께 연소로를 통과하여 배출되며 총 석탄회 발생량의 80 내지 85%를 차지한다. 또한 바텀 애쉬(bottom ash)란 연소로 내에서 보일러 하부로 낙하하여 고형화된 물질을, 분쇄기를 사용하여 25㎜ 이하의 입도로 분쇄시킨 것을 말하며 총 석탄회 발생량의 15 내지 20% 정도가 발생한다.

종래에 석탄 화력발전소의 부산물인 이들 석탄회는 발전소에 부가로 설치된 석탄회 처리장에서 주로 처리되었으나, 최근에는 급격한 공장부지의 증가와 토지 값 상승으로 인해 발전소 설비 면적의 3 내지 4배를 필요로 하는 처리장을 구하기가 어려워지고 있다.

따라서 플라이 애쉬(fly ash)의 경우는 그 재활용방안에 대해서 학계나 연구소에서 꾸준한 연구를 수행한 결과, 콘크리트 혼화재와 시멘트 원료로 많이 재활용되고 있지만, 바텀 애쉬(bottom ash)의 경우는 거의 대부분이 발전소 주변 처리장에 단순 폐기 매립되거나 발전소 주변의 노반 성토재로써 소량 사용되고 있는 실정이어서 환경오염의 문제를 야기하게 되어 그 처리가 사회적인 문제로 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 석탄 화력발전소에서 부수물로 발생하는 바텀 애쉬(bottom ash)를 철도용 콘크리트 방음블록의 제작에 재활용함으로써 환경보호에 이바지하며 또한 원가가 싼 바텀 애쉬(bottom ash)를 사용하여 제조 원가가 절감되면서도 방음성능이 우수한 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해서, 바텀 애쉬(bottom ash)가 포함된 콘크리트 조성물을 이용하여 제조된 철도용 콘크리트 방음블록이 제공된다.

상기 콘크리트 조성물은 시멘트 원료 분말, 잔골재, 굵은 골재 및 물을 더 포함하며 상기 바텀 애쉬(bottom ash)는 상기 잔골재에 대해서 용적대비 10 내지 60%를 대체한다.

상기 콘크리트 조성물에는 상기 시멘트 원료분말 전체 중량 대비 400 내지 600 중량%의 골재가 포함되며 50 내지 60 중량%의 물이 포함되어 제조된다.

바람직하게는 상기 콘크리트 조성물에 상기 시멘트 원료분말 전체 중량 대비 0.30 내지 0.35 중량%의 AE 감수제인 화학 혼화제가 더 포함되어 제조된다.

더욱 바람직하게는 상기 콘크리트 방음블록의 인장강도를 증가시키기 위해 그 내부에 철근을 포함한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위한 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록의 제조방법은 (a)바텀 애쉬(bottom ash)가 포함된 시멘트 혼합물을 준비하는 단계; 및 (b)상기 준비된 시멘트 혼합물을 거푸집에 타설하여 양생한 후 거푸집을 제거하는 단계;를 포함하여 진행한다.

상기 (a)단계에서 상기 시멘트 혼합물은 시멘트 원료분말, 잔골재, 굵은 골재, 및 물을 더 포함하며 상기 바텀 애쉬(bottom ash)는 상기 잔골재에 대해서 용적대비 10 내지 60%를 대체한다.

상기 (a)단계에서 상기 시멘트 혼합물은 상기 시멘트 원료분말 전체 중량 대비 400 내지 600 중량%의 골재와 50 내지 60 중량%의 물을 포함한다.

상기 (a)단계에서 시멘트 혼합물에는 상기 시멘트 원료분말 전체 중량 대비 0.30 내지 0.35 중량%의 AE 감수제인 화학 혼화제가 더 포함된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위한 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록의 또다른 제조방법은 상기 (b)단계에서 상기 콘크리트 방음블록의 인장강도를 증가시키기 위해 상기 거푸집의 내부에 철근을 배치하여 상기 콘크리트 방음블록이 내부에 철근을 포함하게 되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하며, 필요한 경우에는 첨부도면과 구체적 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 구체적 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어지지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

(실시예 1)

먼저, 하기 표 1에서는 종래의 통상적으로 이용되고 있는 보통 포틀랜드 시멘트(한일 시멘트사 제품)에 대한 물리적 성질을 나타낸다.

시멘트종류	비중	응결시간(분)		분말도(㎠/g)	압축강도(㎏f/㎠)
시멘트종류	비중	초결	종결	분말도(㎠/g)	재령 3일	재령 7일	재령 28일
보통 포틀랜드 시멘트	3.12	150	330	3,465	194	245	308

다음으로, 상기 표 1의 시멘트에 대한 적정한 함량에 따른 배합 과정을 거친 후, 콘크리트 제품 생산을 위해 더 투입되는 골재에 관한 물리적 성질을 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다. 하기 표 2는 잔골재(경북 안동시 낙동강산 하천모래)에 대한 물리적 성질이며, 하기 표 3은 굵은 골재(경북 안동시 안동산 부순돌)에 대한 물리적 성질을 고찰한 것이다.

시료	비중	흡수율(%)	단위중량(t/㎥)	200번체통과량(%)	조립률
하천모래(낙동강산)	2.57	1.21	1.595	1.8	2.87

시료	굵은골재최대치수(㎜)	비중	흡수율(%)	단위중량(t/㎥)	조립률	마모율(%)
부순돌(안동산)	25	2.62	0.5	1.639	7.14	28.1

한편, 본 발명에 따른 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 콘크리트 방음블록을 제조할 때 사용되는 화학 혼화제는 제조된 콘크리트의 동결융해 저항성 및 유동성을 확보하기 위한 목적으로 사용되는 데, 통상 AE 감수제가 이용되고 있으며, 본 발명에 따른 실시예에서는 경기화학 제품으로서 표준형 화합물을 사용하였다.

본 발명의 제1실시예에서는 콘크리트 방음블록의 방음특성에 유리한 바텀 애쉬(bottom ash)의 혼입율 범위를 구하기 위해, 콘크리트 구조설계시 사용되는 설계기준강도를 일반 콘크리트 설계시 사용되는 범위인 210 ㎏f/㎠로 설정한 후, 바텀 애쉬(bottom ash)를 잔골재 용적대비 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%로 10%씩 순차적으로 변화시켜 잔골재를 대체하면서 콘크리트 공시체를 제작하였다. 이때, 최종 콘크리트 제품의 목표 슬럼프는 8±2㎝이며, 목표 공기량은 4.0±0.5%로 설정하였으며, 콘크리트 공시체는 KS F 2403(콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작 방법)에 따라 제작하였으며, 성형 후 24시간 경과하여 몰드를 제거하고 시험 전까지 20±3℃의 온도로 습윤양생하였다. 하기 표 4는 전술한 조건에 따른 콘크리트 배합표를 나타낸다.

설계기준강도(㎏f/㎠)	바텀애쉬치환율(%)	목표슬럼프(㎝)	목표공기량(%)	물-시멘트비(%)	잔골재율(%)	단위량(kg/㎥)					AE감수제
						물	시멘트	잔골재	바텀애쉬	굵은골재
210	0	8±2	4.0±0.5	55.9	44	175	313	777	0	1016	0.313
	10							700	67
	20							622	133
	30							544	200
	40							466	266
	50							389	333
	60							311	400
	70							233	466
	80							156	533
	90							78	599
	100							0	666

상기 표 1 내지 4에서 나타내고 있는 재료와 함량비에 따라 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용하여 콘크리트를 제조한 결과를 고찰하기 위해 도 1을 참조하여 설명하기로 한다. 한편, 일반 콘크리트의 설계기준강도는 재령 28일 강도를 기준으로 하나, 방음블록과 같이 별도 제작해서 조립하는 프리캐스트 제품은 거푸집의 회전율을 높이기 위하여 증기양생을 실시함으로써 양생이 촉진되므로, 프리캐스트 제품의 설계기준강도는 재령 14일 또는 그 이전을 채택하고 있고, 따라서 본 실험에서는 재령 7일 및 28일을 기준으로 하여 설명하겠다.

상기 도 1에 도시된 바에 따르면, 바텀 애쉬(bottom ash) 혼입율이 10%인 경우에 바텀 애쉬(bottom ash)를 혼입하지 않은 기준 콘크리트에 대한 바텀 애쉬(bottom ash) 혼입 콘크리트의 재령 7일 및 28일의 압축강도비는 약 1.41과 1.08로 나타났으며, 그 혼입율이 20%인 경우 기준 콘크리트에 대한 재령 7일 및 28일의 압축강도비는 약 1.49와 1.28로 최대 압축강도를 나타냈다. 그 혼입율이 60%인 경우 기준 콘크리트에 대한 재령 7일 및 28일의 압축강도비는 약 1.04와 1.03으로 나타났으며, 그 혼입율이 60%를 초과하는 경우에는 기준 콘크리트에 대한 재령 7일 및 28일의 압축강도비가 모두 1이하로 나타나고 있음을 확인할 수 있는 바, 바텀 애쉬(bottom ash) 혼입율이 대체로 10 내지 60% 정도에서 콘크리트의 물리적 특성인 압축강도가 특히 개선되고 있음을 확인할 수 있었다.

이상의 도 1에 나타난 바에 따르면, 소정의 콘크리트 목표 슬럼프를 달성하면서, 콘크리트의 물리적 특성과 관련된 압축강도의 개선과 관련하여 바텀 애쉬(bottom ash)의 혼입율은 10 내지 60% 정도인 것이 바람직함을 알 수 있으며, 특히 바텀 애쉬(bottom ash)의 최적 혼입율은 20%로 측정되고 있음을 확인할 수 있었다.

(실시예 2)

콘크리트는 다공질이기 때문에 습기나 수분을 흡수하며 결빙점 이하의 온도에서는 흡수된 수분이 동결하면서 수분의 동결팽창에 의한 정수압으로 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 된다. 또한 이러한 동결ㆍ융해의 반복으로 콘크리트의 내구성이 저하되기 때문에 동결융해에 대한 저항성이 중요하게 되며 통상적으로 콘크리트의 동결융해 저항성을 평가하는 경우에 내구성 지수(durability factor)를 사용한다. 내구성 지수가 80% 이상이면 동결융해 저항성이 우수하며 20% 이하이면 동결융해 저항성이 적고 20 내지 80%이면 천이영역으로 평가된다.

도 2는 물-시멘트 비 및 콘크리트의 공기량이 각각 55.9%, 4.0±0.5로 일정할 때 기준 콘크리트와 바텀 애쉬(bottom ash) 혼입율이 20%와 60%인 콘크리트의 동결융해 300싸이클 후의 내구성 지수를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 기준 콘크리트와 바텀 애쉬(bottom ash) 혼입율이 20%와 60%인 콘크리트의 내구성 지수는 모두 92% 이상으로 동결융해 저항성이 우수한 것으로 나타났으며 따라서 내구성 지수의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 한편, 동결융해 저항성의 영향인자 중에 공기포는 모세공극의 물이 동결될 때 발생하는 압력을 완화하는 스폰지 역할을 한다. 따라서 적정한 공기량(3~6%)을 확보한 경우 응력의 흡수능력이 증대되어 동결융해 저항성이 향상된다. 본 실시예에서도 양자의 콘크리트의 공기량이 4.0±0.5%로 동결융해 저항성에 요구되는 적정 공기량(3~6%)이 수반되었기 때문에 내구성 지수의 차이가 거의 없는 것으로 판단되었다.

이상 도 2에 나타난 바에 따르면, 콘크리트 내에 적적 공기량이 수반되는 경우에는 기준 콘크리트와 바텀 애쉬(bottom ash) 혼입 콘크리트의 내구성 지수의 차이는 거의 없는 것을 확인할 수 있었다.

도 3은 본 발명에 따른 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록의 제조방법에 관한 공정흐름도이다.

도 3에 도시된 바를 참조하여, 본 발명에 따른 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록을 제조하는 방법을 순차적으로 설명하기로 한다.

첫단계는 바텀 애쉬(bottom ash)가 포함된 시멘트 혼합물을 준비하는 단계(S11)로써, 상기 시멘트 혼합물은 시멘트 원료분말, 잔골재, 굵은 골재 및 물을 포함하며, 상기 바텀 애쉬(bottom ash)는 실시예 1의 혼입율에 따라 잔골재에 대해서 용적대비 10 내지 60%를 대체한다.

상기 시멘트 혼합물은 시멘트 원료분말 전체 중량 대비 400 내지 600 중량%의 골재와 50 내지 60 중량%의 물을 포함하며, 바람직하게는 상기 시멘트 혼합물에 시멘트 원료분말 전체 중량 대비 0.30 내지 0.35 중량%의 AE 감수제인 화학 혼화제가 포함되어 콘크리트의 동결융해 저항성 및 유동성을 확보한다.

두번째 단계로는, 상기 시멘트 혼합물을 거푸집에 타설하는 단계(S15)이다. 거푸집은 방음블록의 외주 형상대로 제작을 하며 시멘트 혼합물 준비단계(S11)에서 준비한 시멘트 혼합물을 타설한다.

세번째 단계로는, 상기 거푸집에 타설한 시멘트 혼합물을 양생하는 단계(S17)이다.

네번째 단계로는, 상기 시멘트 혼합물을 양생한 후 상기 거푸집을 제거하는 단계(S19)이다.

도 4에는 본 발명에 따른 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록의 제조방법에 관한 또다른 공정흐름도가 도시된다. 도 4에는 콘크리트의 인장강도를 증가시키기 위해 거푸집 내부에 철근을 설치하는 단계(S13)가 포함된다. 거푸집 내부에 철근을 설치하고 거푸집 내부에 상기 시멘트 혼합물을 타설(S15)하여 시멘튼 혼합물을 양생(S17)함으로써 철근을 포함한 콘크리트 방음판을 제작할 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래의 시멘트만을 이용하여 철도용 콘크리트 방음블록을 제조하는 것에 비하여 보다 경제적이고 환경 친화적인 방법으로 우수한 방음성능을 갖게 되는 철도용 콘크리트 방음블록을 제작할 수 있다.

즉, 본 발명에 따라서 종래의 시멘트에 비해 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용하여 철도용 콘크리트 방음블록을 제조하게 되면, 원가가 저렴한 바텀 애쉬(bottom ash)의 대체로 인해 전체 콘크리트 방음블록의 제조 원가가 절감될 수 있다.

또한, 현재 석탄 화력발전소에서 발생되는 석탄회량의 약 15 내지 20%정도를 바텀 애쉬(bottom ash)가 차지하고 있는데 이를 처리하기 위한 매립지나 처리시설의 확보가 어려워 사회적인 문제로 대두되고 있는 시점에서 바텀 애쉬(bottom ash)를 재활용하여 철도용 콘크리트 방음블록을 제조함으로써 환경보호에 이바지할 수 있다.

도 1은 바텀 애쉬(bottom ash) 혼입율에 따른 콘크리트의 압축강도를 나타낸 표이다.

도 2는 바텀 애쉬(bottom ash) 혼입율이 20%와 60%인 콘크리트와 기준 콘크리트의 동결융해 300싸이클 후의 내구성 지수를 나타낸 표이다.

도 3은 본 발명에 따른 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 콘크리트 방음블록의 제조방법에 관한 바람직한 실시예의 공정흐름도이다.

도 4는 본 발명에 따른 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 콘크리트 방음블록의 제조방법에 관한 또다른 바람직한 실시예의 공정흐름도이다.

Claims

콘크리트 방음블록에 있어서,

상기 콘크리트 방음블록은 바텀 애쉬(bottom ash)가 포함된 콘크리트 조성물을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록.
제1항에 있어서,

상기 콘크리트 조성물은 시멘트 원료 분말, 잔골재, 굵은 골재 및 물을 더 포함하며 상기 바텀 애쉬(bottom ash)는 상기 잔골재에 대해서 용적대비 10 내지 60%를 대체하는 것을 특징으로 하는 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 콘크리트 조성물에는 상기 시멘트 원료분말 전체 중량 대비 400 내지 600 중량%의 골재가 포함되며 50 내지 60 중량%의 물이 포함되어 제조된 것을 특징으로 하는 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록.
제3항에 있어서,

상기 콘크리트 조성물에는 상기 시멘트 원료분말 전체 중량 대비 0.30 내지 0.35 중량%의 AE 감수제인 화학 혼화제가 더 포함되어 제조된 것을 특징으로 하는 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 콘크리트 방음블록의 인장강도를 증가시키기 위해 그 내부에 철근을 포함하는 것을 특징으로 하는 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록.
제3항에 있어서,

상기 콘크리트 방음블록의 인장강도를 증가시키기 위해 그 내부에 철근을 포함하는 것을 특징으로 하는 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록.
제4항에 있어서,

상기 콘크리트 방음블록의 인장강도를 증가시키기 위해 그 내부에 철근을 포함하는 것을 특징으로 하는 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록.
(a)바텀 애쉬(bottom ash)가 포함된 시멘트 혼합물을 준비하는 단계; 및

(b)상기 준비된 시멘트 혼합물을 거푸집에 타설하여 양생한 후 거푸집을 제거하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록을 제조하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 (a)단계에서 상기 시멘트 혼합물은 시멘트 원료분말, 잔골재, 굵은 골재 및 물을 더 포함하며 상기 바텀 애쉬(bottom ash)는 상기 잔골재에 대해서 용적대비 10 내지 60%를 대체하는 것을 특징으로 하는 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록을 제조하는 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서,

상기 (a)단계에서 상기 시멘트 혼합물은 상기 시멘트 원료분말 전체 중량 대비 400 내지 600 중량%의 골재와 50 내지 60 중량%의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록을 제조하는 방법.
제10항에 있어서,

상기 시멘트 혼합물에는 상기 시멘트 원료분말 전체 중량 대비 0.30 내지 0.35 중량%의 AE 감수제인 화학 혼화제가 더 포함된 것을 특징으로 하는 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록을 제조하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 (b)단계에서 상기 콘크리트 방음블록의 인장강도를 증가시키기 위해 상기 거푸집의 내부에 철근을 배치하여 상기 콘크리트 방음블록이 내부에 철근을 포함하게 되는 것을 특징으로 하는 바텀 애쉬(bottom ash)를 이용한 철도용 콘크리트 방음블록을 제조하는 방법.