KR20120066765A - 페로니켈슬래그를 이용한 시멘트 모르타르용 및 콘크리트용 잔골재 재활용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기되는 페로니켈 슬래그를 고갈되어 가고 있는 천연잔골재 대용으로 이용하여 시멘트 모르타르용이나 콘크리트용 잔골재로 사용하기 위한 방법으로, 보다 상세하게는, 특히 페로니켈 제련공정에서 발생하는 수재 페로니켈 슬래그를 잔골재 규격에 맞추기 위해 오버사이즈의 슬래그를 분쇄하여 충진하므로서 잔골재의 입도 분포를 제어하여 시멘트 모르타르용 또는 콘크리트용 천연잔골재의 일부로 사용하는 방법에 관한 것으로, 폐기 부산물을 자원으로 활용할 수 있는 친환경적이고 자원 재활용을 할 수 있는 것이다.

Description

페로니켈슬래그를 이용한 시멘트 모르타르용 및 콘크리트용 잔골재 재활용 방법{Method of recycling of ferronickel slag as a fine aggregate for cement mortar and concrete}

본 발명은 폐기되는 페로니켈 슬래그를 고갈되어 가고 있는 천연잔골재 대용으로 이용하여 시멘트 모르타르용이나 콘크리트용 잔골재로 사용하기 위한 방법으로, 보다 상세하게는, 특히 페로니켈 제련공정에서 발생하는 수재 페로니켈 슬래그를 잔골재 규격에 맞추기 위해, 오버사이즈의 슬래그를 분쇄하여 충진하므로서 잔골재의 입도 분포를 제어하여 시멘트 모르타르용 또는 콘크리트용 천연잔골재의 일부로 사용하는 방법에 관한 것이다.

최근 들어 니켈 가격 급 변동에 따른 경제적, 안정적 니켈의 확보를 위해 페로니켈제련소를 준공하여 연간 3만 톤의 니켈을 생산되고 있다. 이 페로니켈을 제련할 경우, 원료, 제선, 제강 등의 복잡한 연결생산 라인을 거치면서 생산량의 양의 약 30배에 이르는 페로니켈슬래그가 부산물로 발생하게 된다. 이 페로니켈슬래그는 54% SiO₂와 25%의 MgO가 주성분을 이루고 있으며, 이는 제철소의 부 원료로 사용되고 있는 사문암과 성분이 거의 유사하다.

천연자원의 보호측면에서 페로니켈슬래그는 사문암의 대체재, 콘크리트용 세골재, 기능성 소재, 시멘트원료 등으로 최대한 활용이 되어야 하나, 전문 연구 인력의 부족, 시장상황의 여건 등으로 매립용으로 사용되고 있을 뿐이다.

일반적으로, 페로니켈슬래그는 약간 푸른색을 띄는 고르지 못한 알갱이로 관찰되며, 입자가 큰경우는 입자표면은 다공질의 표면을 나타내고, 모래와 비슷하게 보이는 직경 5mm이상의 크기도 가지는 수쇄된 불규칙형태의 입자 다. 페로니켈슬래그의 주 화학성분으로 이산화규소(SiO_{2 .}), 산화마그네슘(MgO)를 포함한다. 이중 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 산화철(Fe₂O₃)의 성분비가 각각 45~54%, 28.8~35.0%, 5.6~7.4%의 순으로 페로니켈슬래그의 화학성분들 중 가장 많은 양을 차지하고 있다.

페로니켈슬래그에는 플라이 애쉬나 고로슬래그와 같이 많은 양의 유리상(glass paste)을 포함하고기 때문에 장기강도에 영향을 줄 수 있는 정도의 유리상을 포함하고 있다.

하기의 <표1>은 페로니켈슬래그와 일반 시멘트의 화학 성분의 대비표이다.

페로니켈슬래그와 일반 시멘트 화학조성

화학구성	페로니켈슬래그	포틀랜드 시멘트(wt%)
이산화규소(SiO2)	48.6	20.5
산화알루미늄(Al2O3)	26.7	6.4
산화철(Fe2O3)	5.51	2.9
산화칼슘(CaO)	1.74	61.4
산화마그네슘(MgO)	1.04	3.0
삼산화황(SiO3 .)	5.07	2.1
Na2O, K2O	0.1	2.0

상기 표1에서 알수 있는 바와 같이 페로니켈슬래그는 주요 구성 화학성분의 차이는 다소 있지만, 그 중에서도 MgO의 양이 상당 부분이 들어있기 때문에 시멘트와 수화반응에 의한 강도발현에 역할을 할 수 있다는 것을 알 수 있다.

또한, 페로니켈슬래그는 냉각조건에 따라 풍쇄, 수쇄, 괴재등으로 생성 환경에 따라 여러 색상과 물성을 띠고 있다. 페로니켈슬래그는 직접 결합재 역할을 수행하기에는 입자모양이나 화학성분 등의 조건이 맞지 않는 실정이다. 페로니켈슬래그의 물리적 성질을 나타내는 하기의 <표 2>에서 보는 바와 같이 페로니켈슬래그의 비중은 2.1에서 2.7정도이다. 페로니켈슬래그의 건조중량은 720~1600kg/m³이고 가소성은 없으며, 흡수율은 2.0%~10.0% 정도로 대단히 광범위하다.

페로니켈슬래그의 물리적 성질

특성	비중	건주 중량	가소성	흡수율
페로니켈슬래그	2.1~2.7	720~1600kg/m³	~	2.0~10.0%

하기의 <표 3>에서와 같이 페로니켈슬래그의 체가름을 통한 입도 분포는 어느정도 잔골재와 비슷한 입도 분포를 보이고 있다.

페로니켈슬래그와 잔골재(모래)의 통과 입도 분포

구분	모래(%)	페로니켈 슬래그(%)
4.75mm	100%	100
4.75이하 2.36이상	87%	89.1
2.36이하 1.18이상	72%	78.0
1.18이하 850㎛이상	48%	65.2
850이하 600㎛이상	32%	51.4
600이하 300㎛이상	18%	24.6
300㎛이하	5%	1.4%

골재란 시멘트 등의 결합체와 결합하여 모르타르 혹은 콘크리트를 구성하는 광물질의 재료이며, 콘크리트 체적의 70%이상을 차지하고 있기 때문에 콘크리트나 모르타르의 강도, 내구성, 시공성, 부착성 등에 미치는 영향이 크다.

골재의 품질은 콘크리트나 모르타르의 성질에 큰 영향을 준다. 따라서, 배합조건에 적합한 골재를 선정하여 사용하는 것이 고강도의 모르타르를 제조하는 가장 큰 원인이 될 수 있다. 골재의 성질이란 개개의 골재입자의 성질이 아니라 크고 작은 입자로 구성된 전체로서의 성질로서 아래와 같은 ①콘크리트 강도를 확보하는 세기를 소유하는 것, ② 콘크리트의 비중을 만족하는 비중인 것, ③ 기상조건과 사용조건에 대해 내구성이 있는 것, ④ 유동성이 좋고 밀실한 콘크트를 만들 수 있는 입형과 입도일 것, ⑤ 콘크리트의 성질에 악영향을 끼치는 유해물질을 포함하지 않은 것, ⑥ 내화적인 것의 조건이 필요하다.

보통 골재를 사용한 콘크리트의 비중은 2.3정도이지만 경량골재와 중량골재를 사용한 것은 1전후부터 4정도까지의 비중의 콘크리트를 얻을 수 있다. 골재의 비중과 흡수율은 모암에 따라 다르기는 하지만 서로 상관관계가 있다. 모암의 풍화가 진행되면 내부에 미세한 균열이 생겨 비중의 저하와 흡수율의 증대를 초래하므로, 이와 같은 골재를 사용한 콘크리트는 일반적으로 강도와 탄성계수가 저하하고 건조수축이 증대하고 중성화와 동결융해에 대해 내구성이 저하되는 등의 경향을 보인다.

골재의 입도분포는 골재의 체가름 시험방법에 의해 조사한다. 시험에 이용하는 체의 크기는 아래와 같이 규정하였다. : 세골재는 0.15, 0.3, 0.6, 1.2, 2.5, 5, 10mm이며, 조골재는 2.5, 5, 10, 20, 25, 30, 40, 60, 80, 100mm이다.

골재는 일사, 온도변화, 흡방수, 동결융해 등의 기상작용의 반복에 대해 안정적이어야 한다. 안정성은 황산나트륨의 포화용액에 골재를 침수시켜 건조시키는 조작을 반복하고 골재가 파손되는 정도로 나타낸다. 그러나, 인공경량골재와 같이 공극이 많고 또한 흡수하기 어려운 골재에 대해서는 팽창압이 유효하게 작용하지 않기 때문에 이 안정성 시험은 적용하지 않고 있다. 골재 내구성은 그 골재를 이용한 콘크리트에 대해 동결융해 시험으로 내구성을 조사한다. 골재의 내모마성은 드럼 안에 골재와 강철공을 넣어 회전시켰을 때에 마멸된 골재의 손실량을 구하는 것으로 포장콘크리트에서는 30% 이하, 댐 콘크리트에서는 40%이하로 규정하고 있다. 골재의 내화성을 표건상태의 조골재 입자를 800℃로 30분간 가열하여 이때의 중량감소율 및 손상을 받은 입자갯수의 감소율을 구하는 것으로 중량감소율과 개수 감소율이 모두 5%이하의 경우는 내화성에 합격인 것으로 한다.

고로 슬래그는 용광로에서 선철의 제조와 동시에 용융상태에서 비중차를 이용하여 얻는다. 이 용융 슬래그는 실외에서 냉각 시키면 단단한 덩어리가 되는데 이것을 부수어 쇄석 조골재로 한다. 또한, 급냉하면 미세한 입자가 되는데 이것을 세골재로서 이용한다. 이때 물을 이용하여 급냉한 것이 수재, 바람으로 급냉한 것이 풍재라고 불리워진다. 슬래그 쇄석은 냉각시 내부에 기포가 남고, 파쇄했을때는 표면의 상태로 인해 강자갈 콘크리트와 비교하여 보면 다음과 같은 성질을 나타낸다.

① 동일 시공연도의 콘크리트로 하기 위해서는 단위수량과 세골재율이 조금 커진다.

② 블리딩현상이 더 커진다.

③ 펌프 압송시에 슬럼프 저하를 가져올 수 있다.

④ 콘크리트의 초기강도는 조금 높지만 장기적으로는 거의 같아진다.

⑤ 기건비중은 조금 작지만 영계수는 구조계산 기존의 식을 만족할 수 있다.

⑥ 건주수축율은 조금 작아진다.

⑦ 동결융해에 관한 저항성은 변함이 없다.

이와 유사한 발명으로는 동제련소 동슬래그를 골재로 사용한 예는 자연산 및 인공골재의 일부를 대체하거나 열 병합 발전소의 바텀애쉬를 경량건자재의 제조에 일부 사용한것(한국공재특허공개 공개번호 97~061815호)과 플라이애쉬, 석고, 탄산칼슘 및 석회 등과 혼합하여 고압으로 압출하여 벽돌제품을 생산(미국특허 5.358,760)하는 등의 예가 있었다. 또한, 페로니켈슬래그를 잔골재로 이용하여 고강도시멘트 모르타르(High Strength Cement Mortar)를 제조하는 연구 등이 있었다.

페로니켈슬래그의 화학적 조성

산화칼슘 (CaO)	산화규소 (SiO2)	산화마그네슘 (MgO)	전철분(T.Fe)	니켈(Ni)	산화알루미늄(Al2O3)
0.39~5.16	41~54	28.8~35.0	5.6~7.4	0.02	1.7~2.5

수재페로니켈슬래그의 입도분포

입자크리(mm)	퍼센트(%)	누적%
+4	24.6	24.6
-4/12.8	26.8	51.4
-2.8/+2.36	13.8	65.2
-2.36/+1.18	12.8	78.0
-1.18/+0.85	11.1	89.1
-0.8/+0.045	10.9	100

점차 고갈되어 가오 있는 세골제 대한 대체재의 활용이 요구되고 있는 현실이다. 최근 이에 대한 대책방안으로 부순 골재, 바다모래, 콘크리트 폐자재 등이 이미 활용선상에 있으며 그 외에도 인공골재 및 고로 슬래그 골재의 사용이 적극 검토되어 활성화되고 있는 추세이다.

따라서, 본 발명자들은 이러한 천연골재의 고갈 추세에 비추어 페로니켈제련소에서 발생되어 현재 성토용으로 매립 처리되고 있는 페로니켈슬래그를 콘크리트용 골재로써 활용한다면 폐자재의 매립으로 인한 환경문제를 해결한다는 측면 외에 자원을 효율적으로 이용한다는 측면에서도 큰 의의가 있을 것으로 착안하여 페로니켈슬래그를 고강도 콘크리트 세골재로서의 활용에 대해 검토하였다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하여 페로니켈슬래그를 세골재 대체재로 활용하여 고강도용 콘크리트에 적용함으로써 현재 처리되고 있는 자원을 재활용할 수 있는 페로니켈슬래그를 잔골재(모래)로 사용하여 고강도 시멘트 모르타르와 콘크리트에 적용할 수 있는 세골재 제조 방법을 제공하는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 페로니켈슬래그를 사용한 고강도 콘크리트의 조성물 및 그 제조방법에 의하면, 점차 고갈되어 가고 있는 자연산 골재나 환경오염이나 자연훼손을 발생시키는 인조골재의 대체용으로 지금까지 폐기되고 있는 페로니켈슬래그를 대체재로 사용하여 기존제품과 유사하거나 더 높은 압축강도를 나타내는 고강도 콘크리트를 제공할 수 있다는 효과가 얻어진다.

<도1> 페로니켈슬래그의 수침 팽창성 비율
<도2> 페로니켈슬래그로 치환한 모르타르의 압축강도의 변화
<도3> 항균사 대체에 따른 압축강도의 변화
<도4> 50% 슬래그, 1:2 모르타르의 건식/습식 사이클 후의 중량의 변화
<도5> 슬래그가 갖는 1:2 시멘트 모르타르 압축강도
<도6> 중량의 변화(5% H₂SO₄)
<도7> 압축강도의 변화(5% H₂SO₄)
<도8> 중량의 변화(5% MgCl₂)
<도9> 압축강도의 변화(5% MgCl₂)

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 설명한다.

페로니켈 슬래그를 시멘트 모르타르나 콘크리트에 세골제용 으로 사용 시, 최종적 건축자재의 원료로 사용을 위해 이들의 잔골재 대체 양에 따른 기계적 특성을 조사를 실시하였다.

< 실시예 1>

(1)시멘트

시험에 사용한 시멘트는 KS-S-5201(포틀랜드 시멘트)에 규정된 S사 제품인 일반 포틀랜드 시멘트를 사용하였다.[표6참조]

포틀랜드 시멘트의 물리-화학적 성질 (중량:%)

조성	산화칼슘 (CaO)	산화규소 (SiO₂)	산화 알루미늄 (Al₂O₃)	산화철 (Fe₂O₃)	산화마그네슘 (MgO)	황(SO₃)	(L.O.Ⅰ)	총계
함량	64.2	20.5	5.4	3.0	3.1	2.1	1.5	99.8

밀도	미분포 (cm²/g)	고형시간 (Min)		Soundness (%)	압축강도(kgf/cm²)
		initial	final		3일	7일	28일
3.10	3,270	191	372	0.09	207	280	364

(2)잔골재

모르타르제조 시험에 사용한 잔골재는 페로니켈 슬래그이었으며, 비교 잔골재는 비중2.57의 주문진 표준사를 사용하였으며, 이들 표준사는 24시간 이상 침수시켜 유기불순물을 제거한 것으로서 그 물리적 성질 및 체가름 성질을 표5에 나타내었다.

잔골재 및 페로니켈 슬래그의 물리적 성질

항 목		페로니켈슬래그	표준사	KS	표준시험범
입 자 크 기	10mm	100	100	100	F 2526
	5mm	100	99	95~100
	2.5mm	51.4	93	80~100
	1.2mm	47.6	80	50~85
	0.6mm	33.9	48	25~60
	0.3mm	22.0	12	10~30
	0.15mm	10.9	2	2~10
미 세 도		2.66	2.98	-
밀 도		2.85	2.57	-	F 2504
흡수비(%)		1.13	0.77	< 3%	F 2504
단위중량(kg/m³		1994.5	1450.0	-	F 2505
0.08mm체보다 미세한 양		0.13	0.09	< 3%	F 2511
알카리 반응		해 없음	해 없음	-	F 2545

< 시험방법 >

(1) 공시체 제작

본 시험에 사용된 공시체 제작은 KSL 5109（수경성 시멘트 반죽 및 모르타르의 기계적 혼합방법)에 의해 소형 전동식 믹서를 사용하였다. 배합된 모르타르는 KSL 5105(수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법)에 의해 각 배합별로 2조의 공시체를 제작하였고, 제작된 공시체는 항온 항습기에서 24시간 보관한 후 탈형과 동시에 항온수조에서 22±2℃의 수중에서 시험인자에 맞게 양생하였다.

(2) 페로니켈 슬래그의 팽창성

페로니켈 슬래그에 대해 명시된 규격이 없기 때문에 KS F 2535(도로용 철강 슬래그)에서 정하고 있는 철강 슬래그의 수침팽창 시험방법을 응용하여 실시하였다. 또한 일반 슬래그의 팽창성 정도를 규정한 기준에 합당한지의 여부를 알기 위하여 페로니켈 슬래그 분말입도 그 자체와 동시에 0.3mm, 0.15mm, 0.08mm체로 걸러서 입도를 맞춘 후 각각 입도별 수침 팽창성을 조사하였다.

(3) 페로니켈 슬래그의 잔골재 시험

표준사와 페로니켈슬래그의 골재 대체성을 비교하기 위하여 시멘트 모르타르의 적용시험을 하였다. 모르타르의 잔골재로 표준사 대신 페로니켈 슬래그로 100%(무게비) 치환하였다. 이 시험은 최적배합에 대한 기초자료를 얻기 위함이다. 단, 단위 시멘트량 1.05kg/m³, 물.시멘트비 40%, 배합비는 시멘트:모래가 1:2 범위에서 혼합하였다.

모르타르 배합 비율

혼합시료번호	W/C(중량%)	혼합비	페로니켈슬래그 함량(중량%)
1	40	1:2	0
2	38	1:2	25
3	38	1:2	50
4	38	1:2	75
5	38	1:2	100

(4) 페로니켈 슬래그 함량(wt%)과 압축강도 변화랑

페로니켈슬래그양(wt%) 치환에 따른 모르타르 시험의 배합의 표준사를 페로니켈슬래그로 단순 치환하여 모르타르의 압축강도를 측정하였다.

(5) 내구성

페로니켈 슬래그를 골재로한 시멘트 모르타르의 내구성을 조사하기 위하여 혼합번호 2,3,4,5 시편을 건식/습식 사이클 방법과 내화학 침식성을 다음과 같이 시행하였다.

1) 건식/습식 반복

수중에서 28일간 양생시킨 시편을 실온에 24시간 방치105±3℃에서 5시간 건조실온에 24시간 방치물에 24시간 침지실온에 24시간 방치의 과정을 1사이클로 하여 일정 사이클 후(5회, 10회, 15회, 20회) 중량변화 및 압축강도를 측정하였다.

2) 내화학성

산성 환경조건하에서 모르타르 침식정도를 살펴보기 위하여 가장 침식정도가 강한 황산을 사용하였고, 알칼리수에 존재하는 염화물로 염화마그네슘(MgCl₂)을 사용하였다. 수중에서 28일간 양생시킨 시편을 각각 5% H₂SO₄와 5% MgCl₂ 용액에 일정기간(10일, 20일, 40일, 60일) 침지시킨 후 중량변화와 압축강도를 측정하였다.

(6) 중금속 용출시험

중금속 고정여부를 알아보기 위하여 28일 양생 압축강도 측정 후 파쇄한 시편을 다시 폐기물 공정시험방법으로 용출 시킨 후 중금속을 분석하였다.

< 실시예 2>

1. 페로니켈 슬래그 수침 팽창성

<도 1>에서 보는 것처럼 입도가 가장 작은 0.08mm 입자의 팽창율은 KSF 2535에서 규정하고 있는 최대 팽창율 2%를 초과하였다. 그러나 페로니켈슬래그 자체 입도와 0.3mm 및 0.15mm 입자들의 팽창율은 최대 2.0%를 초과하지 아니하였다. 따라서 페로니켈슬래그가 모르타르 골재로 사용하기 위해서는 0.08mm짜리 이하의 입자를 제거하거나 다량이 함유된 경우에는 사용하기가 곤란함이 밝혀졌기 때문에 분쇄공정에 주의가 요구된다.

2. 페로니켈 슬래그의 잔골재 시험

수침 팽창률이 2.0% 이하로 밝혀진 페로니켈 슬래그 자체를 사용한 모르타르의 압축강도를 조사하기 위하여 표준사 대신 페로니켈 슬래그로 100% 치환한 시험 결과는 표 7과 같다. 표준사를 페로니켈 슬래그로 치환시킨 시멘트 모르타르의 양생시간 변화에 따른 압축강도 증가율은 표준사를 사용한 시멘트 모르타르에 비하여 약간 저조하다. 플로우치가 높은데 이는 페로니켈슬래그 시멘트 모르타르에 적정물량보다 약간의 물이 더 첨가된 것이 일차적인 강도의 저하 요인으로 풀이된다. 따라서 페로니켈 슬래그 시멘트 모르타르에는 W/C비율 조절이 필요하다. 장기 재령에서는 두 개의 시멘트 모르타르의 압축강도 차이는 약 10%이하이고, 재령 7일에서의 압축강도 차이는 약 12%이다. 따라서 양생시간이 길어지면서 표준 모르타르에 비하여 페로니켈 슬래그 시멘트 모르타르가 빠른 압축강도 증가 추세로 보아 장기 재령에는 두 개의 시멘트 모르타르 압축강도 차이는 거의 없으리라고 예측할 수가 있어 페로니켈슬래그를 잔골재로 사용하면 장기간 양생시일이 필요하다고 사료된다.

압축강도의 변화

	압축강도(kgf/cm²)
	3일	7일	14일	28일
표준사(No.1)	375	445	521	554
페로니켈슬래그(No.5)	328	392	474	505

3. 페로니켈 슬래그(wt%) 치환에 따른 압축강도 변화

<표8>은 시멘트 대 잔골재 비를 1:2로 혼합한 후, 여기서 다시 표준사를 페로니켈슬래그로 25wt%, 50wt%, 75wt%까지 치환하여 각 압축강도 변화를 조사한 결과이다. 일반적으로 페로니켈슬래그 함량이 커질수록 압축강도는 점진적으로 낮아지고, 양생시간이 길어질수록 압축강도는 증가되어 28일 양생 후 페로니켈슬래그 시멘트 모르타르는 표준사 시멘트 모르타르와 비슷한 경향을 알 수 있다. 표준사를 페로니켈슬래그로 100% 치환하여 잔골재로 사용하면 장기간 양생시간이 필요함이 확인되었다.

압축강도의 변화

혼합비	시료번호	대치된 페로니켈슬래그 (중량 %)	압축강도(kgf/㎠)
			3일	7일	14일	28일
1:2	1	0	276	382	454	527
	2	25	323	352	423	509
	3	50	207	321	403	498
	4	75	205	289	387	451

4. 내구성

1) 시멘트 모르타르의 건식/습식 반복

건식/습식 사이클시험에서 표준 시멘트 모르타르와 50wt% 페로니켈슬래그 시멘트 모르타르의 중량감소는 5 사이클까지 심하게 나타나다가, 그 이후 점진적인 중량 증가 현상을 보여준다.

이러한 경향은 시멘트 경하체가 최초에 건조할 때 최대로 수축이 일어나며 이 수축의 상당한 부분이 회복되지 않기 때문에 체적 감소 이후 재습윤을 행하더라도 원상태로 돌아오지 아니한 이유로 사료된다.

그러나 10 사이클 이후 장기가 반복하면 점진적으로 수화물이 생성되어 수축부분의 공극을 채우는 것으로도 생각된다.

2) 5%(Conc) H₂SO₄용액 침지

5% H₂SO₄용액에 20일간 침지 후 표준 시멘트 모르타르 중량 감소율은 페로니켈슬래그를 50wt% 치환한 시멘트 모르타르 중량 감소율과 거의 동일하게 중량이 감소한다. 20일 이후부터는 중량 증가 현상이 나타났다. 압축강도 변화에서도 5% H₂SO₄용액에 20일간 침지시 페로니켈슬래그 50wt% 치환한 시멘트 모르타르는 침지전 압축강도와 비교하여 크게 감소하였다. 그러나 양생 기간이 경과하여 60일에서 표준사 경우는 침지 전의 압축강도에는 미치지 못하였으나 상당한 회복을 보여주었다. 침지초기(20일 기준)에는 중량 및 압축강도의 감소를 보였다. 중량감소는 H₂SO₄의 시멘트에 대한 침식 작용으로 해석되며, 골재에 부착된 시멘트 침식이 압축강도의 감소를 가져오는 결과로 사료된다. 일반적으로 H₂SO₄는 시멘트 페이스트와 골재사이의 부착력을 감소시키는 역할을 한다.

3) 5%(Conc) MgCl₂용액 침지

그림 7은 5% MgCl₂용액에 침지한 시간에 따른 중량 변화율이다. 침지 후 10일 까지는 중량 감소율이 감소로 진행되다가 10일이 지나면 감소율이 회복된다. 이러한 변화율은 표준 시멘트 모르타르나 페로니켈슬래그 시멘트 모르타르도 동일하다. 압축강도 역시 10일까지는 감소가 계속되다가 10일이 지나서는 압축강도가 회복율을 보이고 있다.(도 8)

4) 용출 시험

용출결과에 의하면 두 개의 시멘트 모르타르에서 어떠한 중금속(Pb, Cd, Cu)도 용출되지 아니하였다. 이는 시멘트 수화물의 중금속 이온에 대한 고정 효과로 생각된다. 따라서 위 시멘트 모르타르가 실제 사용되더라도 중금속 용출과는 상관없음이 밝혀졌다. 따라서 페로니켈슬래그를 시멘트 모르타르용 잔골재로 사용하여도 환경적 피해는 전혀 없을것으로 예상된다.

이상의 결과로 보아 페로니켈슬래그를 시멘트 모르타르에 잔골재(모래) 최고 100%까지 사용이 가능하리라 판단된다.

Claims (3)

1. 페로니켈슬래그를 수재하는 과정에서 발생한 슬래그를 체질하여 5mm미만의 슬래그를 천연모래의 대체재로 사용하거나 5mm이상의 입자는 재 분쇄하여 혼합하여 시멘트 모르타르용 세골재나 콘크리트용 세골재로 사용하는 방법.
   
2. 상기 1항의 페로니켈슬래그의 화학적 조성이 산화규소(SiO₂)41~54%, 산화마그네슘(MgO)28.8~35.0%,전철분(T.Fe)5.6~74%,산화칼슘(CaO)0.39~5.16% 인 페로니켈 슬래그
   
3. 상기 1항의 페로니켈 슬래그의 발생상태가 수재, 풍쇄, 공정을 거친 슬래그.

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