KR20170090131A - 시멘트를 포함하지 않는 결합재 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트용 결합재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1종 보통 포틀랜트 시멘트를 전혀 사용하지 않고 산업부산물인 고로슬래그 미분말, 스테인레스 정련슬래그 미분말, 바이오매스 연소재, 무수석고 등을 주원료로 사용하여 천연 천연자원 및 에너지 고갈 문제와 이산화탄소 배출에 의한 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있는 콘크리트용 결합재 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 콘크리트용 결합재 조성물은 고로슬래 미분말 100중량부에 대하여, 스테인레스 정련 슬래그 미분말 5~200중량부와, 강알칼리 및 황산염 자극제로서 바이오매스 연소재 5~100중량부와, 무수석고 5~50중량부를 포함한다.

Description

시멘트를 포함하지 않는 결합재 조성물{NON-CEMENT TYPE BINDER COMPOSITION}

본 발명은 콘크리트용 결합재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1종 보통 포틀랜트 시멘트를 전혀 사용하지 않고 산업부산물인 고로슬래그 미분말, 스테인레스 정련슬래그 미분말, 바이오매스 연소재, 무수석고 등을 주원료로 사용하여 천연 천연자원 및 에너지 고갈 문제와 이산화탄소 배출에 의한 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있는 콘크리트용 결합재 조성물에 관한 것이다.

시멘트는 물과 반죽하였을 때 경화(硬化)하는 무기질 재료를 통칭하는 것으로서, 주성분이 규산(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 산화철(Fe₂O),수산화칼슘(CaO)으로 구성된다. 시멘트는 이미 고대(古代)로부터 자연상태의 시멘트가 각종 토목 및 건축공사에 사용되었으며, 현재 우리가 사용하는 근대적인 의미의 시멘트는 1824년에 영국의 벽돌공인 Joseph Aspdin에 의해 제조방법이 개발되면서, 사용이 본격화되었다. 이후 연구가 계속 되면서 현재의 다양한 종류의 시멘트가 제조·사용되고 있다. 그러나 온실가스 중 55%를 차지하는 CO₂의 배출량 중 약 8%는 시멘트 제조 분야에서 배출되는 것으로 알려져 있다. 포틀랜트 시멘트는 고온(1,450℃)상태에서 용융시켜야만 생산할 수 있기에 대량의 에너지를 소비할 뿐만 아니라 1톤의 시멘트를 제조하는 경우 약 0.9톤의 이산화탄소가 배출된다. 따라서 향후 온실가스 감축은 시멘트 업계의 가장 큰 현안으로 등장할 것이며, 협약이 발효될 경우 한국 시멘트 산업은 시멘트 클링커 생산량을 50% 이상이나 감축해야할 것으로 예견된다.

현재 연간 5,000만 톤에 달하는 시멘트 클링커를 생산하기 위해서 약 6,000만 톤의 석회석이 채굴되고 있다. 이에 대한 근본적인 대책이 요구되는 바 시멘트 생산에 따른 환경부하의 감소를 위해 산업부산물 및 폐기물의 활용도를 높이는 것은 큰 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 1종 보통 포틀랜트 시멘트를 전혀 사용하지 않고 산업부산물인 고로슬래그 미분말, 스테인레스 정련슬래그 미분말, 바이오매스 연소재, 무수석고 등을 주원료로 사용하여 천연 천연자원 및 에너지 고갈 문제와 이산화탄소 배출에 의한 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있는 콘크리트용 결합재 조성물을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 현재까지 전혀 활용되지 못하고 있는 산업부산물인 팜커널 껍질이 혼소된 바이오매스 연소재를 강알칼리 및 황산염 자극제로 활용하는 콘크리트용 결합재 조성물을 제공함에 있다.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 콘크리트용 결합재 조성물은 고로슬래 미분말 100중량부에 대하여, 스테인레스 정련 슬래그 미분말 5~200중량부와, 강알칼리 및 황산염 자극제로서 바이오매스 연소재 5~100중량부와, 무수석고 5~50중량부를 포함한다.

또한 상기 바이오매스 연소재는 팜커널 껍질 또는 목질계 바이오매스를 연료로 하는 순환유동층 보일러 연소공정에서 배출되며 CaO함량이 5~50중량%, SO₃함량이 1~15중량%인 것이 바람직하다.

또한 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 알칼리 자극제 5~50중량부를 더 포함하며, 상기 알칼리 자극제는 생석회, 소석회, 경소백운석, 석유 코크스 연소재, 제철소 탈황 및 탈인공정에서 발생되는 부산소석회 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.

또한 상기 고로 슬래그 미분말은 전로슬래그 미분말, 전기로 산화슬래그 미분말, 고로슬래그 미분말, 전기로 환원슬래그 미분말, 동슬래그 미분말, 스테인레스 정련슬래그 미분말 및 탈황슬래그 미분말로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 1종 보통포틀랜트 시멘트를 전혀 사용하지 않기 때문에 생산원가 절감은 물론 천연자원 및 에너지 고갈 문제와 이산화탄소 배출에 의한 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있다.

특히 현재까지 전혀 활용되지 못하고 있는 산업부산물인 팜커널 껍질이 혼소된 연소재를 강알칼리 및 황산염 자극제로 활용하는 효과가 있다.

또한 고로슬래그 미분말과 같은 장점을 가지면서도 CaO 성분과 SiO₂ 함량이 높은 스테인레스 정련슬래그를 활용함으로써 1종 보통 포틀랜트 시멘트를 전혀 사용하지 않아도 강도 발현이 우수한 콘크리트용 결합재 조성물을 제조하여, 시멘트 사용량 절감에 따른 생산원가 절감은 물론 천연자원 및 에너지 고갈 문제와 이산화탄소 배출에 의한 환경오염 문제를 동시에 해결하면서 보통 포틀랜트 시멘트를 대체할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 결합재 조성물에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 의한 콘크리트용 결합재 조성물은 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 스테인레스 정련슬래그 미분말 5~200중량부, 바이오매스 연소재 5~100중량부, 무수석고 5~50중량부를 포함한다.

상기 고로슬래그 미분말은 철을 생산하는 용광로 속에서 철광석 중 암석성분이 녹아 쇳물 위에 떠있게 되는데, 이것을 흘러내려 물(혹은 공기)로 급격히 냉각시켜 작은 모래입자 모양으로 만든 다음, 다시 미분쇄해 제조한 것으로 급냉시켜 유리화한 것이기 때문에 반응성이 높아 고로슬래그 시멘트용 슬래그나 시멘트·콘크리트용 혼화재료로 사용되어지고 있다.

상기 고로슬래그 미분말은 주요 화학성분이 SiO₂, Al₂O₃, CaO 및 MgO로서 전체 화학성분 중 94~97%를 차지한다. 1종 보통 포틀랜트 시멘트의 경우 MgO가 5%를 초과하면 유리 마그네시아가 생성돼 이상 팽창의 원인이 되지만, 고로슬래그 미분말의 경우는 15%정도를 포함하고 있어도 해가 없다고 보고 되고 있는데, 대체로 9%이하의 함유율을 갖는다.

이러한 고로슬래그 미분말의 반응특성은 그 자체는 경화하는 성질이 취약하지만 알칼리 자극을 받으면 경화하는 잠재수경성 물질이다.

또한 시멘트 수화생성물인 수산화칼슘과 황산염의 작용에 의해서 경화가 촉진되어 압축강도를 향상시키는 것으로 알려져 있다. 급냉 고로슬래그는 유리질로 전환할 때에 방출하는 열량만큼 높은 에너지를 갖고 있다. 그러나 순수한 물과 접촉할 경우, 고로슬래그의 입자표면에는 Ca^{2 +}의 용출에 따른 치밀한 부정형 산성피막이 형성되어 물의 침투와 내부이온의 용출을 억제하므로 수화반응은 지속되지 않는다. 만약 이 경우에 수산화칼슘과 같은 자극제가 존재하면 고로슬래그의 불규칙적 3차원(-O-Si-O-Al-O-) 쇄상결합이 강알칼리 작용(pH>12)에 의해 절단되면서 망상구조체 내부에 포위되어 있던 Ca^{2 +}, Mg^{2 +}, Al^{3 +} 등 수식이온들이 용출시킨다. 용출된 이온들은 대응되는 수화물을 생성하여 압축강도의 증진에 기여할 뿐만 아니라 반응이 일단 개시되면 고로슬래그 내부에서 용출되는 알칼리 성분에 의하여 높은 pH를 유지할 수 있기 때문에 그 이상의 자극제를 필요로 하지 않는다.

고로슬래그의 수화생성물은 자극제 종류에 따라 다르지만 모두 칼슘수화물(C-S-H, 대표조성은 C₃S₂H₃)을 생성하는 특징이 있다. 수산화나트륨을 자극제로 첨가하면 C-S-H, C₄AH₁₃ 및 C₂ASH₈의 수화물이 생성되고 Ca(OH)₂를 자극제로 사용하면 C-S-H, C₄AH₁₃이 생성되지만 C₂ASH₈은 생성되지 않는다.

또한 황산염을 자극제로 첨가하면 C-S-H, C₃A₃CSH₃₂ 및 수산화알루미늄이 생성되며 황산염과 수산화칼슘을 혼합 첨가하면 수산화알루미늄과 에트링가이트가 생성되는데 이들의 수화반응식은 다음과 같이 종합적으로 표시 할 수 있다.

즉, 고로슬래그의 수화반응에서 Ca(OH)₂가 생성되지 않기 때문에 자극제의 첨가는 필수적이라는 것을 알 수 있다.

C₅AS₃ +2CaO + 16H₂O → C₄AH₁₃ + 3(C-S-H)

C₅AS₃ +CaSO₄ + 76/3H₂O → 3(C-S-H) +2/3 (C₃A3CSH₃₂) + Al(OH)₃

다음으로, 상기 스테인레스 정련슬래그는 스테인레스 제조공정에서 발생되는 산업부산물로 정련로에서 발생되는 것으로 슬래그는 건식방식으로 급냉하여 얻어지며, CaO 함량이 35~70중량%, Al₂O₃ 함량이 1~20중량%, SiO₂ 함량이 5~35중량%인 것이 바람직하다.

상기 스테인레스 정련슬래그는 급냉 후 표면에 유리질이 존재하여 물과 접촉 시 산성피막이 형성되어 수화반응이 바로 개시되지 않지만 순환 유동층 보일러에서 발생되는 바이오매스 연소재로부터 방출되는 OH^-, SO₃ ^{2 -} 이온에 의해 산성피막이 파괴되어진 후 서서히 강도를 발현하게 된다.

스테인레스 정련 슬래그는 CaO와 SiO₂을 주요 성분으로 하며, 감마형디칼슘실리케이트(2CaOSiO₂) 결정구조를 취하고 있는 결정상이다. 이 디칼슘실리케이트는 고온 용융상에서부터 서서히 냉각되면서 결정상의 전이를 하게 된다. 이 결정상 전이로 인하여 부피 팽창을 동반하게 되고 이 체적변화로 인하여 냉각 시 스스로 붕괴하는 더스팅 현상이 발생한다. 이러한 더스팅 현상은 분쇄 등의 요구사항이 적어 간단한 제조공정으로 스테인레스 정련슬래그 미분말 제조가 용이하다.

바이오매스란 나무나 풀, 가축 분뇨, 음식쓰레기 등이 에너지원으로 쓰이는 것을 말한다. 바이오매스는 원래 생태학의 용어로서 생물계 유기자원, 생물량 또는 생체량이라고 번역할 수 있다. 이것은 살아 있는 동물·식물·미생물의 유기물량(보통 건조중량 또는 탄소량으로 표시)을 의미한다. 따라서 생태학의 용어법에서는 나무의 줄기 뿌리, 잎 등이 대표적인 바이오매스이며 석유나 석탄과 같은 생물유의 화석자원은 포함하지 않는다. 즉, 죽은 유기물인 유기계 폐기물(폐재, 가축의 분뇨 등)은 바이오매스가 아니라고 할 수 있다. 하지만 일반적으로 산업계에서는 유기계 폐기물도 바이오매스에 포함시키는 것이 보통이다.

도시가스나 석유, 전기 등은 편리하지만 공해를 많이 일으킨다. 화학공학, 생물공학, 유전공학 기술들을 사용하면 여러 종류의 바이오매스들을 알코올(메탄올, 에탄올)이나 도시가스와 비슷한 메탄가스, 수소가스 그리고 전기로 바꿀 수 있다. 이렇게 만들어진 알코올이나 가스 혹은 왕겨탄, 곡식이나 과일, 채소 등을 지어서 먹거리를 마련하고 남는 것들은-예를 들면 볏짚, 보릿짚, 콩대, 옥수수대, 참깨줄기, 고추줄기 그리고 과수의 가지- 훌륭한 연료가 된다.

한편, 팜커널껍질은 열량이 4,500 ~4,700Kcal/kg을 가지고 있어 석탄의 복합원료로써 활용이 가능하며, 석탄에 비하여 재의 성분이 적기 때문에 쉽게 발화하는 성질을 갖고 있어 석탄의 복합 연료로써 활용되고 있으나 팜커널껍질을 연소한 후 발생되는 연소재에 대한 연구는 전무한 실정이고, 그에 따라 현재까지 산업현장에서 전혀 활용되고 있지 못하고 있다.

본 발명에 의한 바이오매스 연소재는 팜열매 껍질 또는 목질계 바이오매스를 연료로 하며 노내 탈황설비를 보유한 화력 및 열병합 발전소 등 순환 유동층 보일러의 연소공정에서 배출된다.

특히, 바이오매스 연소재인 팜커널껍질 연소재는 팜커널껍질만을 연료로 하거나 팜커널껍질과 석탄을 혼합하여 연료로 하는 순환유동층 보일러 연소공정에서 발생한다.

팜커널껍질 연소재는 일반 미분탄 연소 공정에서 발생하는 석탄 플라이애시와는 달리 CaO 및 SO₃ 함량이 높아 고로슬래그나 스테인레스 정련 슬래그와 같이 활용될 경우 고로 슬래그 또는 스테인레스 정련 슬래그의 알칼리 및 황산염 자극제로서 역할을 수행하여 잠재수경성을 발현시킬 수 있는 성질을 가지고 있다.

상기 바이오매스 연소재는 상기 고로슬래그 100중량부에 대하여, 5~100중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 바이오매스 연소재가 5중량부 미만으로 혼입되면 고로슬래그나 스테인레스 정련 슬래그의 자극효과가 미미하고, 100중량부를 초과하면 슬래그와 반응하지 못한 잉여량이 존재하게 된다.

천연석고는 일반적으로 이수석고이며 안정하고 넓은 형태의 광상으로 존재하며,형상결정상태별로는 섬유석고, 설화석고, 점토질 석고, 석고사, 괴상석고, 경석고 등이 있다. 공업용 재료의 천연석고 경우에는 괴상석고가 주로 이용되며 순도가 높은 것은 CaSO₄2H₂O를 99% 정도 함유하고 있다.

무수석고는 천연적으로도 존재하지만 그리 흔치 않다. 반수석고는 이수석고를 소성하여 3/2의 결합수를 증발시켜 제조한 것으로 건축재료 등 다방면에 이용되고 있다. 천연석고는 석회석과는 달리 지구상에 보편적으로 존재하지 않는데 중동유럽에는 광상이 풍부하지만 아시아에는 일본, 인도 및 중국의 일부 지역에서만 산출할 뿐이다. 화학석고는 각종 화학공업의 부산물로 조성된 것으로 주성분은 이수석고이며 대표적인 것으로는 인산석고와 배연탈황석고가 있다.

이수석고는 가소조건을 변화시키면 성질이 다른 석고로 된다. 따라서 가소온도, 시간, 속도 등 조건을 가미하여 생성물의 성질을 개변시켜 거기에 각종 생성물을 혼합하여 응결성상 혹은 각종 성질을 달리하는 석고를 얻을 수 있다. 천연석고(Natural Gypsum)나 이수석고(Dihydrate, CaSO₄ㆍ2H₂O)가 높은 온도에서 가열되면 탈수반응에 의해 무수석고(Anhydrite, CaSO4)로의 전이가 일어나며, 역으로 액상 중에서 수화 반응에 의하여 이수석고로의 전이가 이루어진다.

본 발명은 초기에 급결성을 발휘할 수 있는 방안으로 고로슬래그와 무수석고의 수화반응에 의한 고황산염 알루미네이트 복염의 일종인 ettringite 광물을 다량 생성시킨다. 이 광물이 고강도를 발현하는 기구는 i) ettringite 생성이 시멘트 수화반응을 촉진, ii) ettringite가 생성할 때 콘크리트 중 자유수(Free-water)와 반응하여 실질적으로 물시멘트비를 작게 하는 효과, iii) 침상 결정인 에트링게이트 광물은 액상반응이 지배적이므로 시멘트 중의 공극 감소, iv) ettringite는 팽창력을 가지고 있으므로 메트릭스 내부응력으로 시멘트풀과 골재간의 부착력을 증대시킨다고 알려져 있다. 따라서 이는 초기강도 보상외에 침상의 ettringite가 생성될 때의 팽창력과 섬유상 결정이 네트워크 구조를 형성하여 수축을 방지하는 역할을 하는 원리이다.

결국 무수석고 및 팜커널껍질 연소재는 고로슬래그 미분말의 산성피막을 알칼리 및 황산염 복합 자극에 의해 단시간 내에 파괴하여 슬래그 내부에서 이온 방출을 가속화시키고 이들과 반응하여 수화초기에 에트린가이트를 다량 생성해주고 재령이 경과함에 따라 칼슘실리케이트 수화물을 생성해 강도를 발현해주는 자극제 및 결합재의 동시 역할을 하는 물질이다.

무수석고는 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 10중량% 미만이거나 설페이트 옥사이드(Sulfate oxide) 함량이 1중량% 미만일 경우에는 그 효과가 제대로 발휘되지 못하며, 비표면적이 2,500cm²/g 이하이면 초기에 강도 발현이 어렵고, 8,000cm²/g 이상이면 분쇄 과정에서 제조비용이 크게 상승한다.

또한 고로슬래그 미분말의 수화반응을 촉진시키기 위해서 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 알칼리 자극제 5~50중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 알칼리 자극제는 생석회, 소석회, 경소백운석, 석유 코크스 연소재, 제철소 탈황 및 탈인공정에서 발생되는 부산소석회 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.

상기 석유 코크스 연소재는 석유 코크스를 연료로 하는 순환 유동층 보일러의 노내 탈황공정에서 배출되며, CaO 및 SO₃ 함량이 높아 고로슬래그 미분말의 알칼리 및 황산염 자극을 한다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다. 또한 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한하는 것으로 이해되어져서는 아니 된다.

비교예

1종 보통 포틀랜트 시멘트 100중량부에 대하여 물 50중량부 ISO 표준사 300중량부를 혼합하여 시멘트 성형체를 제조하고 양생 시간에 따라 압축강도를 측정하여 표 1에 나타내었다. 이때, 성형체 제작 및 강도평가 방법은 KS L ISO 679 "시멘트의 강도시험방법"에 준하여 평가하였으며, 압축강도는 3일, 7일 및 28일, 90일에 측정하였으며, 각 측정일에 시험체를 3개씩 측정한 값의 평균값을 압축강도 값으로 나타내었다. 또한 중성화 저항성을 측정하기 위해 28일 재령의 경화체를 대상으로 20±3℃, 상대습도 60±5%, CO₂ 농도 10±2%로 설정하여 촉진중성화 시험기에 투입하여 16주 후 중성화 깊이를 측정하여 표 2에 나타내었다.

실시예 1

고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, CaO 함량이 67중량%, SO₃ 함량 24중량%인 스테인레스 정련 슬래그 미분말 50중량부, 바이오매스 연소재인 팜커널껍질 연소재는 5중량부, 무수석고 10중량부로 혼합하여 콘크리트용 결합재를 제조하였다. 이렇게 제조된 결합재 100중량부에 대하여 물 50중량부 ISO 표준사 300중량부를 혼합하여 시멘트 성형체를 제조하고 1일 양생후 탈형하여 20℃ 표준 수중 양생을 실시한 후 각 3일 , 7일, 28일, 90일 압축강도를 측정하여 표 1에 나타내었다. 또한 중성화 저항성을 측정하기 위해 28일 재령의 경화체를 대상으로 20±3℃, 상대습도 60±5%, CO₂ 농도 10±2%로 설정하여 촉진중성화 시험기에 투입하여 16주 후 중성화 깊이를 측정하여 표 2에 나타내었다.

실시예 2

고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, CaO 함량이 67중량%, SO₃ 함량 24중량 %인 스테인레스 정련 슬래그 미분말 50 중량부, 바이오매스 연소재인 팜커널껍질 연소재 5중량부, 무수석고 10중량부로 혼합하여 콘크리트용 결합재를 제조하였다. 이렇게 제조된 결합재 100중량부에 대하여 물 50중량부 ISO 표준사 300중량부를 혼합하여 시멘트 성형체를 제조하고 전치시간 2시간 후 60℃ 약 10시간동안 600℃ 증기양생 실시후 총 1일 경과 후 탈형하여 20℃ 표준 수중 양생을 실시한 후 각 3일 , 7일, 28일, 90일 압축강도를 측정하여 표 1에 나타내었다. 또한 중성화 저항성을 측정하기 위해 28일 재령의 경화체를 대상으로 20±3℃, 상대습도 60±5%, CO₂ 농도 10±2%로 설정하여 촉진중성화 시험기에 투입하여 16주 후 중성화 깊이를 측정하여 표 2에 나타내었다.

구분	압축강도 3일 (MPa)	압축강도 7일 (MPa)	압축강도 28일 (MPa)	압축강도 90일 (MPa)
비교예	18.6	30.5	52.3	55.1
실시예1	13.2	23.5	42.5	52.2
실시예2	17.5	28.4	48.6	54.6

구분	중성화 침투 깊이 (mm)
비교예	6.8
실시예1	4.2
실시예2	4.5

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이 비교예는 1종 보통 포틀랜트 시멘트를 사용한 성형체의 압축강도이며, 실시예 1은 고로슬래그미분말, 스테인레스 정련슬래그, 바이오매스 연소재인 팜커널껍질 연소재, 무수석고를 혼합하여 제조한 결합재를 사용한 성형체의 압축강도이다. 실시예 1의 경우 3일 재령에서의 압축강도는 비교예 1에 비해 약 29%정도 적은 초기강도를 보이며 7일 23% 적은강도, 28일에는 19% 적은 강도, 90일에는 5%정도 적은 강도 발현을 하여 장기재령으로 갈수록 동동한 강도값을 보였다.

실시예 2는 실시예 1과 동일한 조건으로 배합 성형체를 제작하였으며 성형직후 60℃ 10시간 정도 약 600℃ 정도의 증기양생을 실시한 후 20℃ 표준 수중양생을 실시하며 3일 7일 28일 90일에서의 압축강도를 측정하였다. 비교예 1과 비교하여 3일 6%, 7일 7%, 28일 7%, 90일 1% 정도의 적은 강도를 나타내었으며 이는 1종 보통포틀랜트 시멘트와 동등 이상의 시멘트를 포함하지 않은 결합재를 제조하기 위해서 고로슬래그 및 스테인레스 정련슬래그의 활성화 위해서는 초기 양생에 있어 증기양생과 같은 촉진양생이 반드시 필요하며 동시에 수화초기에 알칼리도(pH12)를 높여 주어 고로슬래그 입자표면에 형성된 산성피막을 빠르게 파괴하여 내부에 포위되어 있던 SiO₄ ^{2 -} 이온의 용출을 가속화 시켜 수산화칼슘과 반응하여 수화물을 생성하여야 한다. 따라서 바이오매스 연소재인 팜커널껍질 연소재, 무수석고 혼합의 혼입과 초기 촉진양생 적용은 초기 강도 뿐만 아니라 장기강도 증진에 매우 효과적임을 알 수 있다.

중성화 깊이는 본 발명이 적용된 실시예 1의 경우 비교예에 비해 중성화 깊이가 더 적게 나타났으며, 실시예 2의 경우에는 비교예에 비해 중성화 깊이가 더 적게 나타내었다. 이는 pH가 높은 바이오매스 연소재인 팜커널껍질 연소재 혼합에 의해 슬래그시멘트의 중성화 저항성이 개선을 의미한다.

따라서, 본 발명의 조성을 갖는 경우, 기존 보통 포틀랜트 시멘트를 대체함으로 가격부담감과 내약품성 및 중성화 저항성을 크게 개선할 수 있으며, 시멘트 제조 시에 발생하는 CO₂ 발생량을 줄일 수 있음은 물론 고로슬래그, 스테인레스 정련슬래그 , 바이오매스 연소재인 팜커널껍질 연소재등의 순환자원의 사용량을 증대시킬 수 있고 이들을 효과적으로 재활용이 가능하다.

Claims (2)

1. 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여
   스테인레스 정련슬래그 미분말 5~200중량부와,
   바이오매스 연소재 5~100 중량부와,
   무수석고 5~50중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 결합재 조성물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 바이오매스 연소재는 팜커널 껍질 또는 목질계 바이오매스를 연료로 하는 순환유동층 보일러 연소공정에서 배출되며 CaO함량이 5~50중량%이고, SO₃함량이 1~15중량%인 것을 특징으로 하는 결합재 조성물.