KR20080101184A

KR20080101184A - 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 이용한인공경량골재의 제조방법

Info

Publication number: KR20080101184A
Application number: KR20070047580A
Authority: KR
Inventors: 고용수; 김철희; 조매인; 이경훈; 김경민; 배진우; 성낙창; 정병길; 안석헌
Original assignee: 부영중공업 주식회사
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2008-11-21

Abstract

본 발명은 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 이용한 인공경량골재의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 슬러지소각재, 미분말수지 및 점토를 건조 및 파쇄하고, 스크린으로 선별하는 전처리단계와; 상기 슬러지소각재 100중량부에 대하여 미분말수지 2 ~ 10중량부, 점토 5 ~ 20 중량부를 혼합하고, 이 혼합물에 30% 비율로 물과 혼합하는 혼합단계와; 상기 최종 혼합물을 정량투입하여 0.5 ~ 6ton의 성형압력으로 압출성형하는 압출성형단계; 및 상기 압출성형된 시료를 950 ~ 1100℃에서 소성한 후 소성로 내에서 자연냉각시키는 소성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 슬러지소각재와 미분말수지의 폐기물을 발생원에서부터 최종처리까지 종합적인 방안의 마련 및 실시를 통하여 적정처리와 재활용 등을 꾀함으로써 자원 및 에너지 절약, 환경보전적 건설산업을 이룰 수 있으며, 슬러지소각재 및 미분말수지의 혼합비에 따라 다양한 제품의 인공경량골재의 생산이 가능함으로써 활용처에 맞는 품질의 인공경량골재의 생산이 가능한 효과가 있다.

하폐수슬러지, 슬러지소각재, 미분말수지, 점토, 인조대리석 레진 분말

Description

슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 이용한 인공경량골재의 제조방법{MANUFACURING METHOD OF ARTIFICIAL LIGHTWEIGHT AGGREGATES BY USING SEWAGE SLUDGE ASH, PLASTIC DUST AND CLAY}

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 이용한 인공경량골재의 제조방법에 관한 공정도.

도 2는 본 발명에 따른 슬러지소각재의 입경분포도.

도 3은 본 발명에 따른 슬러지소각재와 미분말수지의 입경분포에 대한 비교도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 사용된 시편 제조용 압출기 및 시편사진.

도 5는 본 발명의 압축시험에 사용된 UTM 사진.

도 6은 본 발명에 따른 혼합비 및 소성온도에 따른 압축강도 변화 특성에 대한 그래프.

도 7은 본 발명에 따른 혼합비 및 소성온도에 따른 흡수율 변화 특성에 대한 그래프.

도 8은 본 발명에 따른 혼합비 및 소성온도에 따른 겉보기비중 변화 특성에 대한 그래프.

도 9는 본 발명에 따른 인공경량 굵은골재의 입도곡선을 나타낸 그래프.

도 10은 비중에 따른 골재의 분류를 도시한 도면.

도 11은 골재의 함수상태를 나타낸 도면.

도 12는 본 발명에 따른 인공경량골재의 알칼리 골재 반응성을 확인한 결과 그래프.

본 발명은 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 이용한 인공경량골재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환경친화적 폐기물자원순환의 일환으로 하·수슬러지소각재와 미분말수지 및 점토의 폐기물을 주원료로 하여 이들 3가지 폐기물을 혼합과 압출, 소성시키는 일련의 조작을 통하여 인공경량골재로 제조되어 기존의 골재를 대체하도록 하는 제조방법에 관한 것이다.

현재 건설산업은 국민 총생산의 큰 비중을 차지하고 있으며, 이를 안전하고 경제적으로 수행하기 위한 요건 중에는 품질이 우수하고 성능이 다양한 건설자재의 활용이 시급한 실정에 있음은 주지의 사실이다.

특히 현대 건축에 있어 구조물의 주된 재료로서 사용되는 콘크리트는 경제성과 우수한 성능을 가지고 있어 가장 많이 사용되는 건설재료임에도 불구하고 강도에 비하여 중량이 크기 때문에 구조물의 자중을 증가시키는 결함을 가지고 있다.

이러한 결함을 개선함과 동시에 여러 우수한 성능을 부여할 목적에 의해 제조되는 경량 콘크리트의 제조기술 개발 및 보급은 시급한 과제라고 할 수 있다.

하수슬러지 발생량은 전국적으로 2005년말 기준 287개 하수처리시설에서 연간 2,543천톤에 달하고 있으며, 현재 슬러지의 처리는 해양투기나 매립, 소각, 재활용 등의 방법에 의존하고 있다. 그러나 해양투기는 슬러지를 해양에 투기하기까지의 관리, 저장, 운반 등의 과정에서 많은 문제점이 노출된 바, 앞으로 하수슬러지의 해양투기에 대한 규제가 점차 강화될 예정이다. 소각은 소각 후 발생되는 재의 처리가 문제가 되고 있으며 이 재는 보통 포틀랜드 시멘트 등의 고화제와 혼합하여 처리하는 방법도 있으나 발생되는 폐기물의 부피가 커지기 때문에 국내의 실정을 고려할 때 매립지가 부족한 상황에서는 적합하지 못하다고 할 수 있다. 따라서 하수처리 후 발생되는 하수슬러지는 그 처리방법이 현실적으로 제한되어 있으나 그 발생량은 계속적으로 증가하고 있어 심각한 환경오염문제를 일으키고 있다.

골재는 시멘트 콘크리트나 아스팔트 혼합물을 만들기 위해 이용되는 자갈, 쇄석, 모래 등과 같은 입상의 재료를 지칭하는 것으로, 다양한 형태와 크기를 가지며 비중에 따라 경량골재(비중 2.2이하), 일반골재, 중골재(비중 4이상)로 구분된다. 콘크리트 구조물의 규모는 경제 성장과 건축 기술의 발달에 의해 대형화, 고층화의 추세에 있으나, 콘크리트는 강도에 비해 비중이 크기 때문에 구조물의 자중을 증대시키는 문제점을 갖고 있다. 따라서 콘크리트가 갖고 있는 이러한 결점을 개선함과 동시에 여러 우수한 성능을 부여하기 위하여 경량골재를 이용한 경량콘크리트가 이용되고 있다.

국내에서는 세계 각국의 경량콘크리트에 관한 개발과 활용에도 불구하고 그 동안 천연골재의 풍부한 여건에 따라 이 분야의 관심이 크지 않았으나 최근 급격한 건설공사의 팽창으로 인한 골재 수요량의 급증과 최근 콘크리트 구조물의 날로 고층화, 대형화는 현대에 있어서 콘크리트 재료의 고강도화와 함께 고기능화는 필수적이다. 특히 건축물의 성능면에서의 다양한 재료설계 요구에 따라 구조물의 고정하중 감소, 단열성능 및 흡음성능 등의 성능을 가진 경량골재콘크리트 개발의 필요성이 대두되고 있다.

경량골재는 부석, 화산암, 질석 등과 같은 천연경량골재와 팽창점토, 팽창혈암, 슬래그, 석탄회 등을 열처리하여 제조하는 인공경량골재가 있다. 천연경량골재는 흡수율이 크고, 강도가 약하여 어느 정도 강도를 요구하는 콘크리트 구조물에는 부적당할 뿐만 아니라 천연자원의 고갈과 자연환경의 보존과 유지를 위하여 점차 사용이 감소되고 있으며, 인공경량골재가 주로 이용되고 있다. 건축골재의 주자재로는 자연석으로 생산된 하천골재, 석산자원 및 쇄석골재 등이 주로 이용되고 있지만 공급부족 현상이 심화되고 있다.

국내에서는 예산점토가 팽창성을 가지지만 가격이 고가이고 팽창계수도 적어 상용화에 어려움이 있으며 주로 고가의 수입제품이 일부 사용되고 있는 실정으로 경량골재의 국내시장은 현재 활성화되어 있지 못한 상태이며, 환경친화적 측면에서 슬러지소각재와 폐합성수지의 처리분과 사회경제적으로는 골재 부족 현상의 해결책으로 인공경량골재의 생산은 중요성을 가지고 있다.

인공경량골재 제조기술의 경우 구미 각국은 이미 100년에 가까운 기술축적을 통해 다양한 분야에서 실용화된 기술을 갖고 있으며, 일본의 경우에도 40년의 역사를 갖고 있다. 그러나, 폐기물을 이용한 인공골재 제조기술에 있어서는 석탄회를 이용한 인공경량골재 제조기술이 실용화되어 있으나 그 외의 다른 폐기물을 이용한 경량골재 제조기술의 실용화는 거의 보고 되어 있지 않은 실정이다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 환경친화적 폐기물자원순환의 일환으로 하·폐수슬러지의 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 주원료로 하여 고형화 기술 개발을 통한 경제성과 활용성이 우수한 인공경량골재 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 이용한 인공경량골재의 제조방법은, 슬러지소각재, 미분말수지 및 점토를 건조 및 파쇄하고, 스크린으로 선별하는 전처리단계와; 상기 슬러지소각재 100중량부에 대하여 미분말수지 2 ~ 10중량부, 점토 5 ~ 20 중량부를 혼합하고, 이 혼합물에 30% 비율로 물과 혼합하는 혼합단계와; 상기 최종 혼합물을 정량투입하여 0.5 ~ 6ton의 성형압력으로 압출성형하는 압출성형단계; 및 상기 압출성형된 시료를 950 ~ 1100℃에서 소성한 후 소성로 내에서 자연냉각시키는 소성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 미분말수지는, 인조대리석 레진 분말인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 혼합단계는, 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 100:5:20의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 소성단계는, 상기 압출성형된 시료를 300℃에서 90분, 700℃에 서 180분, 목표온도인 1025℃까지 승온시간 120분, 목표온도에서 60분 유지하여 소성하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 이용한 인공경량골재의 제조방법을 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 이용한 인공경량골재의 제조방법에 관한 공정도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 이용한 인공경량골재는 슬러지소각재, 미분말수지 및 점토를 포함하고, 전처리단계와, 혼합단계, 압출성형단계 및 소성단계로 이루어지는 것으로, 이하에서는 각 성분에 관한 특성에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 인공경량골재 제조의 주요 재료인 슬러지소각재는 지역에 따라 다소간의 차이를 나타내기는 하지만 하폐수슬러지 소각로에서 발생되는 소각재를 대상으로 하였으며, 본 발명에 사용된 슬러지소각재의 화학성분 분석 결과 및 중금속 용출 특성을 다음 표 1에 나타내었다.

[슬러지 소각재의 화학성분 분포]

슬러지 소각재	화학조성 (wt.%)	SiO₂	Al₂O₃	P₂O₅	Fe₂O₃	CaO	K₂O	MgO	Na₂O	TiO₂
	화학조성 (wt.%)	41.07	24.38	9.32	8.04	6.53	3.45	3.43	2.17	0.74
	중금속용출특성 (mg/L)	Pb	Cd	Cu	Cr⁶ ⁺	As	Hg	Fe	Al	Zn
	중금속용출특성 (mg/L)	0.002	0.001	0.008	0.002	0.521	-	0.177	0.091	0.37

상기 표 1에 나타난 바와 같이 슬러지소각재의 주요 구성분은 SiO₂, Al₂O₃, P₂O₅, Fe₂O₃ 순으로 분석되었다. 그리고, 도 2에서 슬러지소각재의 입경분포도를 나타내었다. 슬러지소각재는 대부분 입경 250㎛ 이하의 분포도를 나타내고 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 점토를 설명하기로 한다.

본 발명에 사용되는 점토의 특성에 대하여 살펴보면, 점토의 성분은 SiO₂ 67.54wt%, Al₂O₃ 16.98%, Fe₂O₃ 0.74wt%, CaO 3.87wt% 및 강열감량이 10.87wt%이며, 이를 열분석한 결과 약 11%의 중량감소를 나타내어 점토 내에는 다량의 유기물이 함유되어 있음을 알 수 있다.

세라믹스 반응의 가장 중요한 반응인자는 화학조성과 온도로서, 점토의 발포반응에서 중요한 화학조성은 Al₂O₃에 대한 SiO₂의 상대적인 조성비율과 융제(flux)로 작용하는 성분의 종류와 함량에 있는 것이다. 일반적으로 Al₂O₃에 대한 SiO₂의 상대적인 함량이 증가하면 형성되는 용융액의 양이 증가하고 융점이 낮아지게 된다. 또한, 용융액 중에 Al₂O₃의 양이 다량이면 점성이 낮아지고, 특히 MgO와 CaO는 점성감소의 효과가 크기 때문에 과량으로 함유되어 있으면 기공의 형성과 기공의 파괴로 경량화에 악영향을 미치므로 발포성 점토의 화학조성은 한정되어 있다.

한편, 점토의 일반적인 활용도를 살펴보면, 점토는 생성원인 구성광물의 종류와 양, 화학조성, 구성입자의 크기 및 분포 등에 따라서 강도, 가소성, 성형성, 내화도, 소성특성 및 분체특성 등의 물리적 성질이 달라지는 것으로서, 토양과 유사한 성질을 나타내는 점토로부터 공업용 원료로 이용되는 점토까지 다양한 질로 그 용도가 결정되는 것이다.

따라서 점토에는 대략적으로 11%의 유기물이 함유되어 있어 열처리시 발생하는 가스에 의해서 발포성을 나타내어 경량골재나 경량건축자재의 제조가 가능함을 확인할 수 있었다.

다음으로, 본 발명에 따른 미분말수지를 설명하기로 한다.

인공경량골재의 강도는 원재료 혼합공정의 슬러지소각재와 폐합성수지의 혼합비에 상당히 의존적이다. 따라서 골재로서의 압축강도를 확보하기 위해서 이 혼합비를 주요 공정변수로 설정하고 이를 최적화하여 원재료간의 결합력(Bonding Force)를 극대화하는 것이 필수적이다. 따라서, 상기 슬러지소각재와 혼합하여 기공 조절제 내지는 결합제로 합성수지를 포함하게 되는데, 상기 합성수지는 구조별로 분류하면 쇄상, 망상으로 분류할 수 있으며, 열에 대한 특성별로 보면 열가소성수지, 열경화성수지로 분류된다. 그러나, 보편적으로 많이 사용되어지는 원료별 플라스틱의 종류는 약 30가지 이내이며, 그 중에서 가장 많이 사용되어져서 생활폐기물의 90% 이상을 차지하는 것은 PE, PP, PVC, PS, PET, ABS 6대 범용수지들이다. 이들 합성수지를 경량골재의 첨가제 내지는 부원료로 사용하기 위하여 고려할 사항으로는 여러 가지가 있지만 「유독가스의 발생이 적을 것, 저렴한 가격일 것, 품질이 일정할 것, 발생량이 일정할 것, 수집 운반이 용이할 것, 구하기 쉬울 것」 등을 꼽을 수 있다. 따라서, 이들 조건에 의하여 검토한 바 PVC, 페놀수지(에폭시 수지)는 유독 물질의 발생이 많아 제외하였으며, 또한 최근 유가의 급등으로 인하여 재생 수지의 가격의 상승과 에너지 소요가 많은 업체에서의 연료용 수용의 증가로 품질이 일정하고 수집 운반이 용이한 수지류 PE, PP, PET, ABS는 가격이 높아 제외하였다. 따라서 가격이 비교적 저렴하며, 무기질 등 타성분이 많아 혼입되어 재생이 어려운 수지를 중심으로 선택하는 것이 바람직하다.

그러나, 현재 배출되고 있는 폐합성수지는 대부분 물질 재활용되고 있으며 혼합되어 배출되는 폐합성수지류는 EPR 제도에 의해 고형연료로 에너지 재활용되고 있는 실정이다. 이에 본 발명에서는 에너지로 재활용되고 있는 폐합성수지류 중 파쇄 및 분쇄, 성형공정을 거친 분말형태의 수지류를 대상으로 실험을 하였으나 분말형태의 수지류는 모양이 실같이 가는 모양으로 슬러지소각재와의 혼합이 매우 어려웠다. 또한 인공경량골재로의 제조를 위한 슬러지소각재와의 혼합을 위해서는 슬러지소각재와 입경분포가 유사한 형태로 되어 있어야 하나 기존 수지류는 실과 같은 가는 선 모양으로 혼합에 어려움이 있어 인공경량골재 제조에 많은 어려움이 있다.

이에 본 발명에서는 많은 자료와 현장 답사를 통하여 슬러지소각재와 유사한 형태의 미분말수지를 확보하였다. 미분말수지로 사용되는 제품의 예로서는 충전재, 안료 등을 가한 인조대리석이나 레진 콘크리트 등을 들 수 있다. 본 발명에 따른 미분말수지는 인조대리석 레진 분말(Resin Powder)인 것이 바람직하다. 상기 인조대리석 레진 분말의 원소분석 및 중금속 용출특성, 입경분포를 표 2와 도 3에 나타내었다.

[미분말수지의 원소분석 및 중금속 용출 특성]

미분말 수지	원소분석 (wt,%)	C		H		O		N		S
		24.7		5.64		23.6		0.04		0.03
	중금속 용출특성 (mg/)	Pb	Cd	Cu	Cr⁶ ⁺	As	Hg	Fe	Al	Zn	Se
		0.042	0.002	0.046	0.001	0.003	-	0.143	0.099	0.152	-

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 미분말수지인 인조대리석 레진 분말의 원소분석은 대부분이 탄소(C)와 산소(0)이며, 중금속 용출 특성 분석결과 폐기물관리법상 기준치 이하로 나타났다. 도 3에 슬러지소각재와 미분말수지의 입경분포에 대한 비교를 하였으며 비교결과 유사한 입경분포를 나타냄을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 인공경량골재의 제조공정은 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토의 특성을 고려한 전처리단계(S100), 원료를 혼합하기 위한 혼합단계(S200), 혼합한 원료를 압출성형하는 압출성형단계(S300) 및, 성형된 인공경량골재를 소성할 수 있는 소성단계(S400)로 이루어지며 정량공급장치가 구비되어 공급과 동시에 적절한 혼합이 이루어질 수 있도록 한다.

먼저, 본 발명에 따른 전처리단계(S100)를 설명하기로 한다.

상기 전처리단계(S100)는 슬러지소각재와 미분말수지를 건조 및 파쇄하고, 상기 미분말수지와 점토를 스크린으로 선별하는 것이다. 즉, 슬러지소각재와 미분말수지의 경우 수분함량이 매우 낮고 입경분포가 균일하여 건조 및 파쇄공정이 필요하지 않으나 점토의 경우 점착성이 있고 입경분포가 불균일하여 건조 및 파쇄공정이 필요하다. 슬러지소각재의 경우 스크린 선별공정이 필요하지 않으나 미분말수지의 경우 입경분포가 슬러지소각재와 비슷하나 입경이 다소 큰 조각들이 소량 함유되어 있고, 점토의 경우 슬러지소각재와 미분말수지에 비해 입경이 큰 물질들로 구성되어 있기 때문에 원료 물질의 혼합을 원활히 하기 위하여 스크린 선별공정이 필요하다.

다음으로, 본 발명에 따른 혼합단계(S200)를 설명하기로 한다.

각 원료 물질에 대한 전처리단계를 완료한 후 원료 혼합비에 따른 정량공급을 위하여 저장 및 정량공급장치가 필요하다. 정량공급장치는 각 원료 물질의 물성에 맞게 제작되고, 공급과 동시에 1차 혼합이 이루어질 수 있는 회전날개형인 것이 좋다. 정량공급장치에 관한 기술내용은 공지된 것이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 혼합단계(S200)는 슬러지소각재, 미분말수지 및 점토의 적정 혼합비율은 슬러지소각재 100중량부에 대하여 미분말수지 2 ~ 10중량부, 점토 5 ~ 20중량부인 것이 바람직하다. 여기서 슬러지소각재 100중량부를 기준으로 미분말수지 2중량부와 점토 5중량부 이하로 혼합시에는 제품으로의 생산은 가능하나 각 원료 물질의 효과가 미미하다. 따라서, 최적 혼합비율의 구체적으로 산정하기 위하여 하기 표 3과 같은 실시예들로 실험하였다. 이에 관한 실시예 및 시험예는 후술하기로 한다. 여기서, 슬러지소각재, 미분말수지 및 점토로 이루어진 원료물질 자체만으로 성형시 과도한 압력부하로 인하여 압출성형장치가 파손될 우려가 있으므로 혼합공정에서 성형이 가능하도록 물이 30% 혼합된다.

다음으로, 본 발명에 따른 압출성형단계(S300)를 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 인공경량골재는 연속 및 대량생산을 위하여 압출성형공정이 바람직하다. 도 4a 및 도 4b에는 본 발명에 사용된 시편 제조용 압축기 및 시편 사진을 나타내고 있다. 본 발명에 따른 압출성형은 시편 제조용 압출기를 이용하여 유압식으로 시료를 투입한 후 0.5 ~ 6톤(ton)의 범위 내에서 원하는 압력을 설정하고 손잡이를 상하로 움직여 설정된 압력만큼의 힘을 가하여 시편을 제작하는 방식으로, 본 발명에서는 20mm 입경을 가진 노즐을 가지고 시편을 제작하였다. 또한, 성형압력은 1톤으로 하였다.

다음으로, 본 발명에 따른 소성단계(S400)를 설명하기로 한다.

소성로로서는 사각형 타입보다 원통형의 로타리 킬른 타입이 바람직하다. 로타리 킬른의 크기는 투입되는 시편의 성상, 로내 시편의 체류시간, 시편의 완전한 소성을 위한 로내 온도분포도 등이 고려된다. 간단하게 로타리 킬른의 내부온도 분포는 건조단계, 소성단계, 냉각단계로 구성되어져야 하며, 소성단계는 온도의 분포가 투입되는 시편의 특성을 고려하여 몇 단계의 온도분포를 가지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 압출성형된 시료를 300℃에서 90분, 700℃에서 180분, 목표온도인 1025℃까지 승온시간 120분, 목표온도에서 60분 유지하여 소성한다.

혼합비 및 소성온도별 시편 특성을 살펴보면 색상 변화는 1,050℃까지는 갈색을 나타냈으나 1,100에서는 색상이 확연히 구분이 되는 흑갈색으로 변화하였다. 또한 무게감소율은 온도가 높고 수지가 많이 혼합될 수록 높게 나타났다. 수지류가 많이 혼합된 시편에서는 950 ~ 1,025℃에서도 무게변화가 큰 것으로 나타났는데 이는 수지성분은 대부분 500℃ 전후에서 제거되기 때문이며, 급격한 무게 변화가 일어나는 1,050℃와 1,100℃에서는 슬러지소각재의 소결현상이 일어나는 것을 알 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 단계를 거쳐 제조되는 인공경량골재에 관한 실시예 및 시험예를 설명하기로 한다. 여기서, 상기 실시예 또는 시험예들은 본 발명을 구체적으로 설명하려는 것이지, 이러한 실시예 또는 시험예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

[혼합비율 및 소성온도]

실시예	슬러지소각재	미분말수지	점토	소성온도	성형압력
1	100	0	0	950 - 1100℃	1 Ton
2		5	0
3		10	0
4		0	10
5		5	10
6		10	10
7		0	20
8		5	20
9		10	20

[실시예 1] 슬러지소각재 100중량부에 물 30%를 첨가하여 혼합 반죽한 후 시편 제조용 압출기에 의해 유압식으로 시료를 투입 후 1톤의 압력으로 힘을 가하여 압축성형하고, 성형된 인공경량골재를 소성로에 넣고 950℃부터 1050℃까지 온도를 올려서 소성하였다. 소성 후 제조된 골재의 물성은 KS 규정에 따라 측정하였다.

[실시예 2] 슬러지소각재 100중량부와, 미분말수지 5중량부를 혼합하고 여기에 물 30%를 첨가하여 혼합 반죽한 후 이하의 과정은 상기 실시예 1과 동일하다.

[실시예 3] 슬러지소각재 100중량부와, 미분말수지 10중량부를 혼합하고 여 여기에 물 30%를 첨가하여 혼합 반죽한 후 이하의 과정은 상기 실시예 1과 동일하다.

[실시예 4] 슬러지소각재 100중량부와, 점토 10중량부를 혼합하고 여기에 물 30%를 첨가하여 혼합 반죽한 후 이하의 과정은 상기 실시예 1과 동일하다.

[실시예 5] 슬러지소각재 100중량부와, 미분말수지 5중량부 및 점토 10중량부를 혼합하고 여기에 물 30%를 첨가하여 혼합 반죽한 후 이하의 과정은 상기 실시예 1과 동일하다.

[실시예 6] 슬러지소각재 100중량부와, 미분말수지 10중량부 및 점토 10중량부를 혼합하고 여기에 물 30%를 첨가하여 혼합 반죽한 후 이하의 과정은 상기 실시예 1과 동일하다.

[실시예 7] 슬러지소각재 100중량부와, 점토 20중량부를 혼합하고 여기에 물 30%를 첨가하여 혼합 반죽한 후 이하의 과정은 상기 실시예 1과 동일하다.

[실시예 8] 슬러지소각재 100중량부와, 미분말수지 5중량부 및 점토 20중량부를 혼합하고 여기에 물 30%를 첨가하여 혼합 반죽한 후 이하의 과정은 상기 실시예 1과 동일하다.

[실시예 9] 슬러지소각재 100중량부와, 미분말수지 10중량부 및 점토 20중량부를 혼합하고 여기에 물 30%를 첨가하여 혼합 반죽한 후 이하의 과정은 상기 실시예 1과 동일하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 슬러지소각재와 폐합성수지 및 점토의 적정 혼합비율을 산정하는 시험을 실시하였다.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토의 혼합비 및 소성온도에 따른 압축강도 변화에 관한 시험을 실시하였다.

본 발명에 따른 압축강도 시험은 경량골재의 기계적 강도의 기준이 되는 KS F 2534를 만족하기 위하여 UTM을 이용한 압축강도 시험을 행하였다. 각각의 시편은 KS F 2534에서 지정한 굵은골재(5~13mm)를 만족하는 형상을 지닌 시제품을 사용하였으며, 사용된 UTM의 용량은 500kgf의 정하중을 적용할 수 있으며, 시료의 크기와 강도에 따라 load cell을 1tonf로 증강할 수 있도록 구성되었다. 압축시험에 사용된 UTM을 도 5에 나타내었다.

도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시예들에 따른 혼합비 및 소성온도에 따른 압축강도 변화 특성에 대한 그래프이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 시험예의 결과 혼합비 및 소성온도별 시편의 압축강도 측정결과 점토가 혼합된 시편일수록 압축강도가 높게 나타난 것으로 보아 점토가 강도에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 미분말수지의 함량이 높아질수록 압축강도가 낮게 나타남을 알 수 있다. 또한 1025℃ 이후 급격하게 압축강도가 증가하는 것으로 나타나 1025℃ 이후부터 슬러지소각재의 소결이 이루어짐을 알 수 있다. 또한 1100℃에서의 압축강도는 보유하고 있는 장비로는 측정이 되지 않을 만큼 높게 나타났다.

다음으로, 본 발명에 따른 혼합비 및 소성온도에 따른 흡수율 변화에 관한 시험을 실시하였다.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예들에 따른 혼합비 및 소성온도에 따른 흡수율 변화 특성에 대한 그래프이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 혼합비 및 소성온도에 따른 흡수율 변화 특성은 압축강도의 변화 특성과 반대 경향을 보이고 있다. 특히 소성온도 1025℃ 이후 급격하게 흡수율이 떨어짐을 알 수 있는데 이는 1025℃ 이후 슬러지소각재가 소결되기 때문으로 판단된다. 특히 수지류가 많이 혼합된 시편일수록 흡수율이 높게 나타나 당초 예상처럼 미분말수지가 경량화 및 흡수율에 영향을 미치며 본 발명에서 목표로 하는 흡수율 10 ~ 30%를 달성하기 위한 소성온도는 1025℃ 이하인 것으로 나타났다.

다음으로, 본 발명의 실시예들에 따른 혼합비 및 소성온도에 따른 겉보기비중의 변화에 관한 시험을 실시하였다.

도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시예들에 따른 혼합비 및 소성온도에 따른 겉보기비중 변화 특성에 대한 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 혼합비 및 소성온도에 따른 겉보기비중 변화특성은 압축강도와는 유사한 특성을 보이나 흡수율과는 상반되는 결과를 나타내고 있다. 슬러지소각재만으로 제작된 시편의 경우 겉보기비중이 1.19 이상으로 나타났으며, 점토를 첨가할 경우 겉보기비중이 커지고, 미분말수지를 혼합한 경우 겉보기 비중이 낮아짐을 알 수 있다. 또한, 압축강도와 유사하게 1025℃ 이상일 때 변화의 곡선이 가파르며 비중이 1.3 이상이 되는 것으로 나타났다. 본 발명에서 목표로 하는 겉보기비중은 1.3 이하이므로 소성에 필요한 온도는 1025℃임을 알 수 있다. 이에 압출성형기로 생산할 시편 생산 조건은 및 흡수율, 겉보기비중을 동시에 평가하여 일정 강도를 가지면서 흡수율 10 ~ 30%, 겉보기비중 1.3 미만을 만족시키는 혼합비(슬러지소각재:미분말수지:점토)를 100:5:20로 하였으며 소성온도는 1025℃로 하였다.

상기와 같이 제조된 슬러지소각재를 활용한 인공경량골재 시료에 대하여 폐기물공정시험방법에 따라 유해물질 용출시험을 실시하였다.

[인공경량골재의 중금속 용출시험 결과]

분류 및 시료명	유해물질 용출량
분류 및 시료명	Pb	Cd	Cr	Cu	Hg	As	Zn	Ni
폐기물 관리법 시행규칙 (환경부령)	3.0	0.3	1.5	3.0	0.005	1.5	기준치 없음	기준치 없음
하폐수 인공경량골재	-	-	-	0.405	-	0.197	0.63	-

본 발명에서 제조한 인공경량골재 시료에 대한 유해물질 용출시험을 폐기물공정시험방법에 따라 평가한 결과, 모든 시료에서 폐기물관리법 시행규칙에 규정하는 규제치 이상의 유해 중금속이 검출되지 않았다. 이는 출발 원료 내에 포함되어 있던 소량의 유해물질이 소성과정을 거치면서 배합원료들 간의 소결 및 유리화에 의한 고정화 효과, 용출억제 효과에 기인한 것이다.

이하에서는 본 발명에 의해 제조된 인공경량골재 시료에 대한 콘크리트용 골재로서 아래 표 5와 같은 기본적인 물성시험을 수행하였다.

[인공골재 물성시험 항목 및 품질기준]

구분	관리항목		품질기준	시험방법
인 공 경 량 골 재	입도	잔골재	KS F 2534	KS F 2502
		굵은골재	표준입도
	조립율	잔골재	2.3 ~ 3.1	KS F 2527
		굵은골재	6.0 ~ 8.0
	절건비중	잔골재	1.8 미만	KS F 2504 KS F 2503
		굵은골재	1.5 미만
	단위용적질량	잔골재	1120Kg	KS F 2505
		굵은골재	880Kg
		혼합물	1040Kg	KS F 2505
	흡수율	잔골재	-	KS F 2504 KS F 2503
		굵은골재	-
	안정성 (황산나트륨)	잔골재	10% 이하	KS F 2507
		굵은골재	12% 이하
	알칼리 골재반응	잔골재	무 해	KS F 2545
		굵은골재
	점토덩어리	잔골재	2	KS F 2531
		굵은골재	(건조 중량비)
	0.008체 통과량	잔골재	3.0% 이하	KS F 2511
		굵은골재	1.0% 이하
	유기 불순물	잔골재	시험용액이 색이 표준색보다 진하지 않을 것	KS F 2510
		굵은골재

[물성 시험예 : 입도]

본 발명에 따라 제조된 인공경량골재 시료에 대한 입도분포를 확인하기 위하여 KS F 2502에 따라 입도분석을 시험한 결과를 다음의 표 6 및 도 9에 나타내었다.

[인공경량골재의 입도]

항목	각체를 통과하는 중량 백분율(%)
항목	25mm	19mm	13mm	10mm	No 4	No 8	No 16	No 50	No 100
굵은골재 표준입도(19mm)	100	90~100		10~50	0~15	-	-	-	-
인공굵은골재입도	100	100	100	3.25	1.35	0.88	-	-	-

도 9는 인공경량 굵은골재의 입도곡선을 나타낸 그래프이다. 도 9에 도시된 골재입도 곡선이란 골재의 체가름 시험결과를 곡선으로 나타낸 것으로 종축은 체를 통과하는 시료의 통과량 혹은 잔류량의 중량 백분율, 횡측은 체눈의 크기를 표시한 것으로, 골재의 입도곡선으로 점선의 부분을 표준입도곡선이라 하고 잔골재나 굵은골재가 표준입도 곡선 내에 들어가야 하며 이것은 골재의 크고 작은 알맹이가 이상적으로 섞이는 것을 의미한다. 이러한 이유로, 향후 인공경량골재의 강도, 흡수율, 비중과 함께 경제적인 경량콘크리트를 제조하기 위하여 제조공정 또는 제조 후 체가름들을 통하여 인공경량골재 입도분포를 조정하는 것도 중요한 인자 중의 하나이다.

인공경량골재 입도 시험 결과로부터, 인공경량 굵은골재의 입도범위는 표준입도에 부적격한 결과를 나타내었지만, 향후 생산공정상에서 성형시 또는 소성 후 체가름 등을 통한 인공경량골재의 입도 제어는 충분히 가능한 것으로 판단된다.

[ 물성시험예 : 조립율( fineness modulus ;F.M.)]

조립율이란 골재의 입도를 표시하는 계수로서 10개의 표준체(No.100, No.50, No.30, No.16, No.8, No.4 10mm, 19mm, 40mm, 80mm를 이용하여 체가름 시험을 실시했을 때 각 체에 남는 량의 누가중량백분율의 합을 100으로 나눈 값이며, 골재의 크기 및 입도분포의 개략치를 표시하는 지수로 사용된다. 조립율을 약칭하여 F.M.으로 표시하기도 한다. 조립율은 경제적인 콘크리트의 배합과 입도의 균등성을 판단하기 위하여 사용하며 콘크리트용 골재의 조립율은 잔골재에서 2.3 ~ 3.1, 굵은골재에서 6.0 ~ 8.0 정도가 적당한 것으로 알려져 있다. 제조된 인공경량골재 시료의 조립율을 시험한 결과는 표 7과 같다.

[인공경량골재의 조립율]

골재종류	조립율	기준값
인공경량골재	6.92	6.0 ~ 8.0

상기 표 7에 나타낸 바와 같이, 인공경량골재의 조립율은 기준값 범위 내에 존재하여 양호한 값을 나타내었다.

[물성 시험예 : 안정성]

골재의 안정성이란 풍우(風雨)나 한서(寒暑)에 대한 내구성을 증가시키기 위하여 골재의 안정을 판단하는 것으로, KS에 따른 황산나트륨 또는 황산마그네슘용액에 대한 침식을 시험하여 골재의 내구성을 평가하기 위해서 골재의 부서짐 작용에 대한 저항성을 시험하는 것이다. 불안정한 골재 사용시 콘크리트 강도가 낮아지고 부식이 빠르며 균열·파열 등의 손상을 일으키게 된다. 불안정한 골재의 대표적인 것으로는 혈암·연질사암·점토질 암석·운모질 암석 등이 있다.

일반적으로 비중이 크고 흡수량이 적은 골재는 안정하다고 볼 수 있으며, 골재의 안정성은 공극의 전량뿐만 아니라, 공극의 크기 및 연속성과 밀접한 관계가 있다. 즉, 내구성이 좋은 콘크리트를 만들려면, 내구성이 좋은 골재를 사용하여야 하며, 골재의 안정성 시험을 하여 그 결과로 내구성을 판단할 수 있다. 골재에 대한 안정성 시험방법 및 평가기준은 KS F 2507에 규정되어 있으며, 굵은골재의 경우, 황산나트륨에 의한 경우 조작을 5번 반복했을 때 잔골재의 최대손실중량 백분율은 10%, 굵은골재는 12% 이내이며, 황산마그네슘으로 했을 경우 잔골재는 15%, 굵은골재는 18% 이내이어야 한다.

[인공경량골재의 안정성 시험결과]

골재종류	안정성(%) (NA₂SO₄)	품질기준 (KS F 2507)
인공경량골재	9%	12% 이내

상기 표 8에서 나타난 바와 같이 본 발명에서 제조된 인공세골재 및 굵은골재 시료의 안정성 시험결과 값은 9%의 값을 나타내었으며, 이는 안정성에 대한 품질기준을 만족하는 것으로 안정성 및 내구성을 확보하고 있음을 알 수 있다.

[물성 시험예 : 절건밀도(g/ cm ³ )]

경량골재는 특유의 다공성 내부구조로 인해 일반 천연골재에 비해 밀도가 낮다. 도 10은 비중에 따른 골재의 분류를 도시한 것이다.

경량골재의 습윤 상태는 4가지의 상태로 나누어진다. 즉 절건 상태, 기건 상태, 표면 건조 상태, 습윤 상태로 나타내지며, 경량골재의 밀도도 이 상태에 따라 절건 밀도, 기건 밀도, 표건 밀도로 분류한다. 도 11은 골재의 함수상태를 나타낸 도면이다.

여기서 표건 밀도는 콘크리트의 배합설계 등에 사용되는 중요한 값이며, 일반적으로 골재의 비중은 이 골재의 표건 비중을 말한다. 그러나 인공경량골재의 표건 비중은 다공성, 경량성이라는 특성으로 인하여 흡수시간에 의하여 변화하고, 또 흡수속도가 골재의 종류에 의하여 상당히 변화가 크므로 본 발명에 따른 인공경량골재를 콘크리트용 골재로 적용하기 위하여는 표건 밀도를 관리하는 것이 매우 중요한 항목이다. 또한 인공경량골재의 밀도는 경량콘크리트를 제조하는 데에 있어서 가장 큰 영향을 미치는 인자이다. 콘크리트표준시방서에서는 경량골재를 팽창성혈암, 팽창성점토, 플라이애시 등을 주원료로 하여 인공적으로 소성하여 만든 구조용 인공경량골재로서, 골재알의 내부는 다공질이고 표면은 유리질의 피막으로 덮힌 구조로 잔골재는 절건비중이 1.8 미만, 굵은골재는 절건비중이 1.5 미만인 것으로 정의하고 있다.

[인공경량골재의 절건밀도 시험결과]

골재종류	절건밀도(g/cm³)	품질기준 콘크리트표준시방서
인공경량골재	1.27	1.5 미만

상기 표 9에 나타난 바와 같이, 제조된 종류별 인공경량골재의 절건밀도 결과값은 1.27g/cm³의 값을 나타내고 있으며, 관련 규격 및 시방서 규정을 만족하는 값으로써, 인공경량골재 및 경량콘크리트 제조에 있어서 필수적인 경량화를 달성한 것임을 알 수 있다.

[물성 시험예 : 흡수율(%)]

경량골재의 흡수율이 보통골재에 비하여 일반적으로 큰 것은 골재 속에 다공의 공극이 존재하기 때문이다. 잠재적으로 공극만큼 흡수가 가능하나, 실재에 있어서는 그 만큼 흡수되지 않는다. 이것은 공극 중에 미세한 독립기포가 함유되어 있기 때문이나, 이에 반하여 연속된 기포의 경우에는 하나의 셀(cell)이 차례로 흡수되어 흡수량이 커진다. 이와 같이 독립기포와 연속기포의 양적분포상태에 따라 흡수량이 변화되므로 골재표면조직의 상태가 대단히 중요하다.

시료별 굵은골재 및 잔골재 인공경량골재의 흡수율 범위는 표 10에서와 같이 20 ~ 25%의 범위값을 나타내고 있다.

[인공경량골재의 흡수율 시험결과]

골재종류	흡수율(%)	품질기준
인공경량골재	20 ~ 25	-

흡수율의 경우는 절건 밀도와 반대의 경향을 나타내고 있어, 경량화될수록 즉 절건 밀도가 작아질수록 흡수율은 증가하고 있는 것으로 나타났다. 이는 절건 밀도가 작아지기 위해서는 골재 내부에 많은 기공을 형성하여야 하기 때문에 골재 내부의 기공의 증가에 따라 흡수율이 증가하는 것으로 판단된다.

[물성 시험예 : 강열감량 ]

인공경량골재 시료에 대한 강열감량을 분석한 결과는 다음의 표 11과 같다.

[인공경량골재의 강열감량]

골재종류	강열감량(%)	품질기준 KS F 2534
인공경량골재	0.5 ~ 1.5%	5% 미만

인공경량골재의 강열감량 시험은 경량골재의 소성 정도를 판단하는 인자로서 KS F 2534와 콘크리트표준시방서의 경량콘크리트편에서는 강열감량의 기준값을 5% 이하로 규정하고 있다. 강열감량은 원료의 선정, 배합조건에 따른 소성조건 등에 따라 그 값이 변화될 수 있으며, 강열감량이 지나치게 높은 경우 골재 자체의 강도저하는 물론 이 골재를 사용한 콘크리트의 강도에도 유해한 영향을 미칠 수 있다.

상기 표 11에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 인공경량골재 시료의 강열감량 범위는 약 0.5 ~ 1.5%의 범위를 나타내고 있으며, 이는 소성 후 인공경량골재 내부에 유기물이 거의 존재하지 않기 때문이며, 결과적으로 인공경량골재 관련 국내의 각종 강열감량 기준치를 충분히 만족하고 있음을 알 수 있다.

[물성 시험예 : 단위용적질량]

인공경량골재 시료에 대하여 단위용적질량 시험을 한 결과를 표 12에 나타내었다.

[인공경량골재의 단위용적질량]

골재종류	건조된 상태의 최대 단위용적질량 (KS F 2534)(tonf/)	인공경량골재의 최대 단위용적질량 (tonf/)
굵은골재	0.88	0.86

인공경량골재에 대하여 규정하고 있는 KS F 2534 및 관련 표준시방서에서는 경량골재의 단위질량을 표 12와 같이 규정하고 있으며, 시험은 재료를 절대건조상태로 하여 표시하는 것으로 규정하고 있다. 또한, 경량골재의 단위질량은 골재의 비중, 입경, 입도 등의 변화에 비교적 민감하므로, 경량골재의 단위무게의 변화는 골재품질의 변화를 표현하는 것이며, 또 콘크리트의 단위용적질량이나 반죽질기의 변화의 원인도 되므로, 단위질량은 허용치에서 10% 이상 틀려서는 안 되는 것으로 규정하고 있다.

상기 표 22에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 인공경량골재에 대한 단위용적질량을 시험한 결과, KS F 2534 및 관련 시방서 기준에 만족하는 값을 나타냄을 알 수 있다.

[물성 시험예 : 유해물 함유량]

구조용 경량골재의 유해물 함유량의 한도는 KS F 2534에서 표 13과 같이 규정되어 있다.

[유해물 함유량의 한도 (KS F 2534)]

종 류	시 험	최대치(%)
강열감량	KS L 5120	5
삼산화황(SO₃)	KS L 5120	0.5
염화물(NaCl)	KS F 2512	0.01
유기불순물	KS F 2510	시험용액의 색이 표준색보다 진하지 않을 것
점토덩어리	KS F 2531	2 (건조중량에 대하여)
굵은골재중의 부립율	KS F 2534	10

본 발명에 의해 제조된 인공경량골재에 대한 유해물 함유량에 대하여 시험한 결과, 표 14에 나타낸 바와 같이 유해물함유량은 모든 항목에서 기준에 만족하는 물성값을 나타내었다.

[유해물 함유량의 한도 시험결과]

종 류	결과값(%)	최대치 기준(%)
강열감량	0.5 ~ 1.5	5
삼산화황(SO₃)	0	0.5
염화물(Nacl)	0.01	0.01
유기불순물	이상없음	시험용액의 색이 표준색보다 진하지 않을 것
점토덩어리	0.04	2 (건조중량에 대하여)
굵은골재중의 부립율	0	10

기타의 골재의 품질관련 기준으로써, 미세립자 함유량 한도(%)가 있으며, 미세립자는 0.008체를 통과하는 전체량을 말한다.

일반적으로, 잔골재는 강모래의 경우 3.0~5.0%, 부순모래의 경우 5.0~7.0% 정도로 규정되어 있으며, 굵은골재는 자연자갈 1%이하, 부순자갈 1.5%이하이다.

미세립자의 한도 초과시 단점은 사용수량의 증가로 콘크리트의 내구성 및 강도가 저하되고 미세립자의 표면 집결로 건조 수축시 균열이 발생하게 되며, 골재입자와 시멘트풀과의 부착방해로 부착력의 저하가 발생하게 된다.

본 발명에 의해 제조된 인공경량골재의 경우, 소성시 성형된 골재의 파손에 의한 미세립자의 발생 가능성이 있으며, 이를 예방하기 위하여는 건조, 소성 조건의 확립, 소성 후 체가름, 사전침수 등의 방법을 수반하여야 한다.

[물성 시험예 : 알칼리 골재 반응성]

SiO₂는 결정질의 것이라면 일반적으로 안정된 광물이라고 생각하지만 pH가 높은 용액에 대해서는 용해도가 크다. 알칼리 골재반응(alkali aggregate reaction)이란 시멘트 속에 함유되어 있는 알칼리분(Na₂O와 K₂O)과 골재 속의 수용성 SiO₂ 성분이 화학반응을 일으켜 콘크리트에 유해한 팽창을 일으키는 현상을 말한다.

알칼리 골재 반응성을 확인하는 일반적인 방법으로 알칼리 농도 감소량(Rc)과 용해실리카 양(Sc)의 관계로 알칼리 골재 반응성을 판정하는 화학적 방법(KS F 2545)과 6개월간 시멘트와 골재의 반응을 팽창량으로 판정하는 모르타르봉법(KS F 2546)이 있다. KS F 2545에 의한 화학적인 방법으로 인공경량골재의 알칼리 골재 반응성을 확인한 결과는 다음의 도 12와 같이 나타났으며, 인공경량골재를 콘크리트용 골재로 사용하는 데에 있어서 알칼리 골재 반응에 대한 유해성은 없음을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따르면 슬러지소각재, 미분말수지 및 점토를 이용하여 인공경량골재 제조시 적정혼합비는 100:5:20이며, 소성온도는 1025℃로 나타났다. 또한 미분말수지의 확보는 기존의 폐합성수지 사용시 문제가 되던 미분쇄 및 혼합등의 문제점을 해결함으로써 공정을 축소시키고, 미분말수지의 처리비를 받음으로써 현재 인공경량골재 생산 및 활용에 가장 큰 문제점인 생산단가에 대한 해결책이 될 수 있다. 그리고, 하폐수 슬러지를 활용하여 제조한 인공경량골재에 대하여 제반물성을 평가한 결과, 입도를 제외한 모든 성능 항목에서 관련 KS 및 시방서 기준을 만족하였음을 알 수 있다.

이상 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것인바, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명은, 천연자원의 고갈과 자연환경의 보존과 유지를 위하여 천연경량골재에서 인공경량골재로 대체 생산이 가능한 효과가 있으며, 인공경량골재의 상용화를 통해 슬러지소각재와 미분말수지의 자원화가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 슬러지소각재 및 미분말수지의 혼합비에 따라 다양한 제품의 인공경량골재의 생산이 가능함으로써 활용처에 맞는 품질의 인공경량골재의 생산이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 슬러지소각재와 미분말수지의 폐기물을 발생원에서부터 최종처리까지 종합적인 방안의 마련 및 실시를 통하여 적정처리와 재활용 등을 꾀함으로써 자원 및 에너지 절약, 환경보전적 건설산업을 이룰 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 기존의 경량골재로 사용되는 팽창혈암과 팽창점토 등의 부존자원을 필요로 하지 않으므로 인공경량 골재의 부존자원이 빈약한 국내실정에서는 향후 예상되는 골재 자원의 고갈과 경량골재 수요에 대비하여 국가적인 기술 경쟁력도 제고될 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 기존 고가의 경량골재에 의존하고 있는 국내 건축, 토목분야에 저가의 인공경량골재를 제공하여 생산원가 문제를 해결하고, 관련 응용분야의 발명개발 및 응용 활성화를 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 국내에서 발생되는 하수슬러지의 10%를 폐합성수지를 이용하여 인공골재화할 경우 연간 200만㎥이상의 골재 공급으로 2000억원 가량의 경제적 효과가 예상된다.

Claims

슬러지소각재, 미분말수지 및 점토를 건조 및 파쇄하고, 스크린으로 선별하는 전처리단계와;

상기 슬러지소각재 100중량부에 대하여 미분말수지 2 ~ 10중량부, 점토 5 ~ 20 중량부를 혼합한 혼합물에 30% 비율로 물과 혼합하는 혼합단계와;

상기 최종 혼합물을 정량투입하여 0.5 ~ 6ton의 성형압력으로 압출성형하는 압출성형단계; 및

상기 압출성형된 시료를 950 ~ 1100℃에서 소성한 후 소성로 내에서 자연냉각시키는 소성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 이용한 인공경량골재의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 미분말수지는,

인조대리석 레진 분말인 것을 특징으로 하는 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 이용한 인공경량골재의 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 혼합단계는,

슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 100:5:20 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 이용한 인공경량골재의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 소성단계는,

상기 압출성형된 시료를 300℃에서 90분, 700℃에서 180분, 목표온도인 1025℃까지 승온시간 120분, 목표온도에서 60분 유지하여 소성하는 것을 특징으로 하는 슬러지소각재와 미분말수지 및 점토를 이용한 인공경량골재의 제조방법.