KR20060029267A - 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 및이를 이용한 유황토 콘크리트 제품의 제조 방법 - Google Patents

하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 및이를 이용한 유황토 콘크리트 제품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 및 이를 이용한 콘크리트 제품의 제조 방법에 관한 것으로, 함수율 9％ 이하의 하수 슬러지, 황토 분말, 숯가루, 마사토, 제오라이트, 비중상향제가 가열하면서 혼합되고, 이에 유황시멘트가 적정온도에서 가열하면서 혼합·용융된 유황토 콘크리트를 구성하며, 이를 준비된 몰드에 투입하고 일정 시간 경화 후, 탈형, 양생하면 다양한 유황토 콘크리트 제품이 생산함에 따라, 하수 슬러지와 같은 폐기물의 재활용이 용이하도록 하며, 황토 분말, 마사토와 같은 혼합물로 폐기시에도 친환경적인 것이다.
본 발명에 따른 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 및 이를 이용한 콘크리트 제품의 제조 방법을 대략 설명하면, 이는 함수율 9％ 이하인 하수 슬러지 32 내지 38 wt％; 황토 분말 3 내지 5 wt％; 숯가루 2 내지 4 wt％; 마사토 5 내지 7 wt％; 제오라이트 2 내지 4 wt％; 동슬래그, 쇄석, 모래 중에서 적어도 하나 이상 선택된 비중상향제 25 내지 35 wt％; 유황 시멘트 25 내지 35 wt％를 각각 준비하는 재료 준비 공정(S1); 히팅 장치가 구비된 믹서기를 100 내지 105℃까지 가열하는 가열 공정(S2); 상기 가열된 믹서기의 온도를 유지하면서, 상기 준비된 하수 슬러지. 황토 분말, 숯가루, 마사토, 제오라이트, 비중상향제를 투입하여 믹서기로 혼합하고 섞는 혼합 및 교반 공정(S3); 상기 믹서기에 상기 준비된 유황 시멘트 25 내지 35 wt％를 더 투입하고, 온도를 110 내지 120℃로 가열 유 지하면서, 혼합·교반하여, 투입된 유황 시멘트를 완전히 용융하여 유황토 콘크리트를 구성하는 유황 시멘트 투입 및 교반 공정(S4); 준비된 몰드에 상기 유황토 콘크리트를 붓거나 주입하는 몰드 내 투입 공정(S5); 상기 몰드 내 유황토 콘크리트가 어느 정도 경화되도록 실온 상태에서 냉각한 뒤, 그 몰드를 제거하는 냉각 및 탈형 공정(S6); 상기 탈형한 제품을 일정 기간 양생하는 양생 공정(S7)을 거쳐 유황토 콘크리트 제품에 제조를 완료한다.
이와 같이 구성한 유황토 콘크리트는 유황 시멘트의 사용으로 기존 시멘트와는 달리 독성과 유해 물질 배출이 방지되고, 그 유황 시멘트의 특성으로 유황토 콘크리트 제품의 표면을 더욱 매끄럽게 하며, 황토 분말, 숯가루, 마사토, 제오라이트와 같은 친환경적인 혼합물은 상기 유황토 콘크리트 제품의 폐기시 재활용이 용이한 특징이 있으며, 더욱이 기존의 버려지던 하수 슬러지의 사용으로 폐기물의 재활용이 용이하고, 더욱이 상기 황토 분말, 숯가루, 마사토 등은 상기 하수 슬러지의 냄새를 제거해 유황토 콘크리트 제품의 품질을 더욱 높이는 특징이 있다.
유황 시멘트, 유황 폴리머, 유황토 콘크리트, 황토 분말, 마사토, 동슬래그, 제오라이트, 상수 슬러지, 하수 슬러지

Description

하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 및 이를 이용한 유황토 콘크리트 제품의 제조 방법 { the sulfur-loess concrete with sewage sludge and sulfur cement and the manufacturing method of sulfur-loess concrete manufactures using it }
도 1은 본 발명의 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 제품의 제조 방법에 따른 공정도.
본 발명은 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 및 이를 이용한 콘크리트 제품의 제조 방법에 관한 것으로, 함수율 9％ 이하의 하수 슬러지, 황토 분말, 숯가루, 마사토, 제오라이트, 비중상향제가 가열하면서 혼합되고, 이에 유황시멘트가 적정온도에서 가열하면서 혼합·용융된 유황토 콘크리트를 구성하며, 이를 준비된 몰드에 투입하고 일정 시간 경화 후, 탈형, 양생하면 다양한 유황토 콘크리트 제품이 생산함에 따라, 하수 슬러지와 같은 폐기물의 재활용이 용이하도 록 하며, 황토 분말, 마사토와 같은 혼합물로 폐기시에도 친환경적인 것이다.
일반적으로 콘크리트는, 시멘트가 물과 반응하여 굳어지는 수화반응을 이용하여 모래·자갈을 시멘트풀(시멘트를 물로 개어 풀처럼 만든 것)로 둘러싸서 다진 것으로서, 대개 그 내부에 철근이 배근되어, 건물 등과 같은 콘크리트 구조물, 댐이나 도로포장·교량 등의 토목 공사나 암거, 관거와 같은 관, 호안블록, 인공어초, 테트라포트, 수중투여물 등과 같은 콘크리트 제품을 구성하게 된다.
그러나 이러한 종래의 석회 콘크리트의 경우 그 강도유지를 위하여 다량의 시멘트를 첨가하여 제작됨으로써, 이들을 시공한 후에는 이들로부터 발생하는 시멘트의 독성(라돈, 유해 중금속)들이 밖으로 배출되고, 이러한 유해 성분들은 인체 건강에 좋지 않은 영향을 끼치는 문제가 있었으며, 이러한 콘크리트 제품의 폐기시에도 독성으로 인해 별도로 수거함에 따라 그 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자, 함수율 9％ 이하의 상수 슬러지, 황토 분말, 사토, 제오라이트, 비중상향제가 가열하면서 혼합되고, 이에 유황시멘트가 적정온도에서 가열하면서 혼합·용융된 유황토 콘크리트를 구성하며, 이를 준비된 몰드에 투입하고 일정 시간 경화 후, 탈형, 양생하면 다양한 유황토 콘크리트 제품이 생산함에 따라, 하수 슬러지와 같은 폐기물의 재활용이 용이하도 록 하며, 황토 분말, 마사토와 같은 혼합물로 폐기시에도 그 유황토 콘크리트 제품의 폐기물이 친환경적으로 구성하는데 그 목적이 있다.
또한, 상기 유황토 콘크리트에는 숯가루 2 내지 4 wt％가 포함되어 하수 슬러지의 냄새를 탈취하고, 상기 유황토 콘크리트 제품은 상기 유황 시멘트 및 비중상향제의 포함으로, 관거, 암거와 같은 관류로 제조되어 그 표면이 매끄럽고, 강도가 높으며, 상기 황토 분말, 마사토, 제오라이트의 포함으로, 호안블록, 옹벽용 블록, 소파블록, 수중에 투여되는 인공어초 등으로 제조되어 강이나 바다에 설치 또는 투입되어, 오염물의 흡착을 통해 그 수질을 개선하는데 그 목적이 있다.
더욱이, 상기 유황토 콘크리트 제품의 몰드는 그 사용 전 이에 부어지는 유황토 콘크리트 온도와 같이 맞추어 가열하여 사용함에 따라, 이에 부어지는 유황토 콘크리트의 열충격을 최소화하도록 하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 및 이를 이용한 콘크리트 제품의 제조 방법에 관한 것으로, 함수율 9％ 이하의 하수 슬러지, 황토 분말, 숯가루, 마사토, 제오라이트, 비중상향제가 가열하면서 혼합되고, 이에 유황시멘트가 적정온도에서 가열하면서 혼합·용융된 유황토 콘크리트를 구성하며, 이를 준비된 몰드에 투입하고 일정 시간 경화 후, 탈형, 양생하면 다양한 유황토 콘크리트 제품이 생산함에 따라, 하수 슬러지와 같은 폐기물의 재활용이 용이하도록 하며, 황토 분말, 마사토와 같은 혼합물로 폐기시에도 친환경적인 것이다.
본 발명에 따른 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 및 이를 이용한 콘크리트 제품의 제조 방법을 대략 설명하면, 이는 함수율 9％ 이하인 하수 슬러지 32 내지 38 wt％; 황토 분말 3 내지 5 wt％; 숯가루 2 내지 4 wt％; 마사토 5 내지 7 wt％; 제오라이트 2 내지 4 wt％; 동슬래그, 쇄석, 모래 중에서 적어도 하나 이상 선택된 비중상향제 25 내지 35 wt％; 유황 시멘트 25 내지 35 wt％를 각각 준비하는 재료 준비 공정(S1); 히팅 장치가 구비된 믹서기를 100 내지 105℃까지 가열하는 가열 공정(S2); 상기 가열된 믹서기의 온도를 유지하면서, 상기 준비된 하수 슬러지. 황토 분말, 숯가루, 마사토, 제오라이트, 비중상향제를 투입하여 믹서기로 혼합하고 섞는 혼합 및 교반 공정(S3); 상기 믹서기에 상기 준비된 유황 시멘트 25 내지 35 wt％를 더 투입하고, 온도를 110 내지 120℃로 가열 유지하면서, 혼합·교반하여, 투입된 유황 시멘트를 완전히 용융하여 유황토 콘크리트를 구성하는 유황 시멘트 투입 및 교반 공정(S4); 준비된 몰드에 상기 유황토 콘크리트를 붓거나 주입하는 몰드 내 투입 공정(S5); 상기 몰드 내 유황토 콘크리트가 어느 정도 경화되도록 실온 상태에서 냉각한 뒤, 그 몰드를 제거하는 냉각 및 탈형 공정(S6); 상기 탈형한 제품을 일정 기간 양생하는 양생 공정(S7)을 거쳐 유황토 콘크리트 제품에 제조를 완료한다.
이와 같이, 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 및 이를 이용한 콘크리트 제품의 제조방법을 설명하되, 먼저, 도 1의 공정도를 참조하여 설 명하면, 먼저, 재료 준비 공정(S1)은, 유황토 콘크리트의 제조에 필요한 재료를 준비하는 공정으로, 이때 하수 슬러지 32 내지 38 wt％, 황토 분말 3 내지 5 wt％, 숯가루 2 내지 4 wt％, 마사토 5 내지 7 wt％, 제오라이트 2 내지 4 wt％, 동슬래그, 쇄석, 모래 중에서 적어도 하나 이상 선택된 비중상향제 25 내지 35 wt％, 유황 시멘트 25 내지 35 wt％를 준비한다.
종류 비율 단위 상태 비고
하수 슬러지 32 ∼38 wt％ 함수율 9 ％ 수거된 하수슬러지늘 함수율 9％ 이하로 건조(가열)하여 사용
황토 분말 3 ∼5 wt％ 분말
숯가루 2 ∼4 wt％ 가루
마사토 5 ∼7 wt％
제오라이트 2 ∼4 wt％
비중상향제 17 ∼21 wt％ 동슬래그, 쇄석, 모래 중에서 적어도 하나 이상 포함.
유황 시멘트 25 ∼35 wt％ 분말
총 합 100 wt％
이때, 상기 하수 슬러지는, 일반적인 생활 하수 처리 과정에서 발생하는 것으로, 이렇게 발생되어 수거한 하수 슬러지를 히팅 용기에 넣고 가열하거나 건조하여 그 함수율을 9％ 이하로 낮춘 것을 준비하고, 상기 비중상향제는 유황토 콘크리트 제품의 무게 비중을 늘리기 위한 것으로, 이 동슬래그, 쇄석, 모래 중에서 하나 또는 그 이상으로 혼합되어 사용된다.
참고로, 상기 유황 시멘트와 동슬래그 및 숯가루를 설명하되, 먼저 유황시멘트(S.P.C, Sulfur Polymer Cement)는, 산업 부산물로서의 유황을 화학기질재 특성인 폴리머 반응을 이용하는 것으로서, 열을 통하여 황이 용융되고 이에 따른 황의 점성을 이용한 재료이고, 종래의 석회 콘크리트처럼 시멘트와 물이 반응하여 경화되는 것이 아니라 가열을 통한 용융과 자연 냉각을 통한 경화로 이루어지는 원리로, 대략 100 내지 120℃의 온도에서 용융되어, 이에 포함되는 다른 혼합재료와의 원활한 혼합· 용융이 가능하며, 이러한 유황시멘트는 고강도, 속경성 및 화학저항성을 갖는 신개념의 건설재료이면서, 친환경적이며, 재료의 소비량이 적어 건축폐기물이 적게 나오고, 가벼우며, 내구성이 탁월하며, 노후화되어 폐기처분을 할 경우 재활용이 쉬어 환경 친화적이다.
또한, 동슬래그는, 동(구리) 제련에 필요한 황동석, 휘동석, 적동석 등과 같은 광석들이 정광 용융 후 마트(matte) 용해 후나 부분 배소 후 용융상 용해로부터, 또는 배소 반응 후 동 직접용융시, 슬래그나 슬래그 선광후의 동제련공정 중에 발생하는 일종의 산업부산물로써, 화학적 조성은 구리(Cu) 0.3∼3.0%, 납(Pb) 0.2∼4.8%, 아연(Zn) 0.1∼11.0%, 철(Fe) 32.1∼44.0%, 유황(S) 0.2∼2%, 산화칼슘(CaO)나 산화마그네슘(MgO) 0.1∼7.4%, 이산화규소 (SiO2)22.8∼37.5%, 산화알루미늄(Al2O3)0.1∼8%, 산화철(Fe3O4)3∼6%로 이루어져 있으며 비중이 클 뿐 아니라, 강도 또한 매우 높아 일반적으로 토목 공사의 기초로 쓰인다.
그리고 상기 숯가루는 일반 숯을 분말화한 것으로, 숯은 공기를 차단 또는 희박하게 공급되면서 목재를 가열하여 발생한 고체 생성물로, 가열로 발생한 많은 세공을 통한 탈취 기능이 있고, 주로 참나무, 소나무, 대나무를 소재로 한 숯이 많이 이용되고 있는데, 특히, 대나무 숯, 또는 이 대나무 숯을 포함한 것이 하수 슬러지에 대한 탈취(냄새 제거)에 더욱 효과적이다.
이와 함께, 상기 표1에 따라, 그 비율과 무게를 세 가지의 구체적인 실시예로 다음 표2에 나타내었다.
종류 실시예 1 실시예 2 실시예 3
비율(wt％) 무게(㎏) 비율(wt％) 무게(㎏) 비율(wt％) 무게(㎏)
하수 슬러지 38 760 35 700 32 640
황토 분말 5 100 4 80 3 60
숯가루 4 80 3 60 2 40
마사토 7 140 6 120 5 100
제오라이트 4 80 3 60 2 40
비중상향제 17 340 19 380 21 420
유황 시멘트 25 500 30 600 35 700
종 합 100 2000 100 2000 100 2000
다음으로, 가열 공정(S2)은, 가열할 수 있는 히팅 장치가 구비된 믹서기가 구비되어, 이를 100 내지 105℃까지 가열하는 것이며, 다음 혼합 및 믹싱 공정(S3)은 상기 온도를 유지하고, 믹서기를 작동하면서, 상기 표2의 실시예에 따라, 상기 유황 시멘트를 제외한, 하수 슬러지, 황토 분말, 숯가루, 마사토, 제오라이트, 비중상향제를 모두 혼합하는 것으로, 그 양에 따라 균일하게 혼합·되도록 한다.
그리고 유황 시멘트 투입 및 교반 공정(S4)은 상기 믹서기에 나머지 유황 시멘트를 부어 넣고, 그 온도를 110 내지 120℃로 유지하면서 20분 내외로 혼합하여 이 유황 시멘트가 용융되어 유황토 콘크리트를 구성하며, 다음, 몰드 내 투입 공정(S5)는 유황토 콘크리트 제품에 따라 준비된 몰드를 준비하여 이에 상기 110 내지 120℃의 온도를 가지는 하수 슬러지, 황토 분말, 숯가루, 제오라이트, 비중상향제, 유황 시멘트로 구성된 유황토 콘크리트를 붓거나, 주입하여 투입하는 것이다.
한편, 상기 몰드 내 투입 공정(S5) 전에 앞서 시행하는 몰드 준비 공정(S5-0)은 상기 유황토 콘크리트 제품에 따라 조립할 필요성이 있는 몰드는 조립하거나, 또는 그 보강을 위해서 몰드 내부에 철근을 설치(배근)하며, 더욱이, 상기 몰드를 상기 준비된 유황토 콘크리트 온도와 같이 110 내지 120℃ 예열해 준비해서, 이 몰드 내에 유황토 콘크리트가 주입되어 열충격을 최소화하도록 한다.
이어서, 냉각 및 탈형 공정(S6)은, 상기 투입된 몰드는 상온에서 경화되도록 냉각하고, 이는 몰드를 제거하거나, 몰드를 뒤집거나 해서 경화된 제품을 꺼내는 것으로, 이는 상기 유황토 콘크리트의 용융된 유황 시멘트가 온도 하강으로 경화되는 것을 고려하여, 상기 몰드 내 투입 공정(S5)에서 유황토 콘크리트가 투입된 뒤, 자연 냉각으로 그 유황토 콘크리트가 완전히 식은 후에 탈형하는 것이 바람직하며, 마지막으로, 양생 공정(S7)은, 상기 탈형된 유황토 콘크리트 제품은 적절한 환경에 두어 일정 시간 양생하여, 유황토 콘크리트 제품을 구성하는 것이다.
이와 같이 구성한 유황토 콘크리트 제품은, 그 사용하는 몰드에 따라, 관거, 파이프, 수로관, 개수로, 인공어초, 테트라포트, 해안블록과 같은 단품이나, 토목, 건축 구조물과 같은 유황토 콘크리트 제품으로 이용됨에 따라, 상기 유황토 콘크리트에는 유황 시멘트의 사용으로 기존 시멘트와 달리 독성과 유해 물질 배출이 방지되고, 그 유황 시멘트의 특성으로 유황토 콘크리트 제품의 표면을 더욱 매끄럽게 하며, 황토 분말, 숯가루, 마사토, 제오라이트와 같은 친환경적인 혼합물은 상기 유황토 콘크리트 제품의 폐기시 재활용이 용이한 특징이 있으며, 더욱이 기존의 버려지던 하수 슬러지의 사용으로 폐기물의 재활용이 용이하고, 더욱이 상기 황토 분말, 숯가루, 마사토 등은 상기 하수 슬러지의 냄새를 제거해 유황토 콘크리트 제품의 품질을 더욱 높이는 특징이 있다.
이와 같이 본 발명은, 함수율 9％ 이하의 상수 슬러지, 황토 분말, 사토, 제오라이트, 비중상향제가 가열하면서 혼합되고, 이에 유황시멘트가 적정온도에서 가열하면서 혼합·용융된 유황토 콘크리트를 구성하며, 이를 준비된 몰드에 투입하고 일정 시간 경화 후, 탈형, 양생하면 다양한 유황토 콘크리트 제품이 생산함에 따라, 하수 슬러지와 같은 폐기물의 재활용이 용이하도록 하며, 황토 분말, 마사토와 같은 혼합물로 폐기시에도 그 유황토 콘크리트 제품의 폐기물이 친환경적인 효과가 있다.
또한, 상기 유황토 콘크리트에는 숯가루 2 내지 4 wt％가 포함되어 하수 슬러지의 냄새를 탈취하고, 상기 유황토 콘크리트 제품은 상기 유황 시멘트 및 비중상향제의 포함으로, 관거, 암거와 같은 관류로 제조되어 그 표면이 매끄럽고, 강도 가 높으며, 상기 황토 분말, 마사토, 제오라이트의 포함으로, 호안블록, 옹벽용 블록, 소파블록, 수중에 투여되는 인공어초 등으로 제조되어 강이나 바다에 설치 또는 투입되어, 오염물의 흡착을 통해 그 수질을 개선하는 효과가 있다.
더욱이, 상기 유황토 콘크리트 제품의 몰드는 그 사용 전 이에 부어지는 유황토 콘크리트 온도와 같이 맞추어 가열하여 사용함에 따라, 이에 부어지는 유황토 콘크리트의 열충격을 최소화하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 함수율 9％ 이하인 하수 슬러지 32 내지 38 wt％; 황토 분말 3 내지 5 wt％; 마사토 5 내지 7 wt％; 제오라이트 2 내지 4 wt％; 동슬래그, 쇄석, 모래 중에서 적어도 하나 이상 선택된 비중상향제 25 내지 35 wt％; 유황 시멘트 25 내지 35 wt％의 구성비를 가지는 유황토 콘크리트를 구성하여, 이를 이용하여 친환경적인 유황토 콘크리트 제품을 생산하게 됨을 특징으로 하는 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유황토 콘크리트에는 숯가루 2 내지 4 wt％가 더 포함되어, 상기 하수 슬러지의 냄새를 제거함을 특징으로 하는 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트.
  3. 함수율 9％ 이하인 하수 슬러지 32 내지 38 wt％; 황토 분말 3 내지 5 wt％; 마사토 5 내지 7 wt％; 제오라이트 2 내지 4 wt％; 동슬래그, 쇄석, 모래 중에서 적어도 하나 이상 선택된 비중상향제 25 내지 35 wt％; 유황 시멘트 25 내지 35 wt％를 각각 준비하는 재료 준비 공정(S1); 히팅 장치가 구비된 믹서기를 100 내지 105℃까지 가열하는 가열 공정(S2); 상기 가열된 믹서기의 온도를 유지하면서, 상기 준비된 하수 슬러지. 황토 분말, 마사토, 제오라이트, 비중상향제를 투입하여 믹서기로 혼합하고 섞는 혼합 및 교반 공정(S3); 상기 믹서기에 준비된 유황 시멘트를 더 투입하고, 온도를 110 내지 120℃로 가열 유지하면서, 혼합·교반하여, 투입된 유황 시멘트를 완전히 용융하여 유황토 콘크리트를 구성하는 유황 시멘트 투입 및 교반 공정(S4); 준비된 몰드에 상기 유황토 콘크리트를 붓거나 주입하는 몰드 내 투입 공정(S5); 상기 몰드 내 유황토 콘크리트가 경화되도록 냉각한 뒤, 그 몰드를 제거하는 냉각 및 탈형 공정(S6); 상기 탈형한 제품을 일정 기간 양생하는 양생 공정(S7)을 거쳐 친환경적인 유황토 콘크리트 제품을 제조함을 특징으로 하는 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 및 이를 이용한 콘크리트 제품의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 재료 준비 공정(S1)에서는 숯가루 2 내지 4 wt％가 더 구비되어, 이를 혼합 및 교반 공정(S3)에서 투입되어, 하수 슬러지의 냄새를 제거함을 특징으로 하는 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 및 이를 이용한 콘크리트 제품의 제조 방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 몰드 내 투입 공정(S5) 전에, 이에 사용하는 몰드는, 이에 부어지는 유황토 콘크리트 온도로 가열하여 사용함에 따라, 이에 부어지는 유황토 콘크리트의 열충격을 최소화함을 특징으로 하는 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 및 이를 이용한 콘크리트 제품의 제조 방법.
KR20060023404A 2006-03-14 2006-03-14 하수 슬러지와 유황 시멘트가 포함된 유황토 콘크리트 및이를 이용한 유황토 콘크리트 제품의 제조 방법 KR20060029267A (ko)

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