KR20180049572A

KR20180049572A - 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재와 이의 제조방법 및 이의 제조방법으로 제조된 개질순환잔골재를 이용한 모르타르

Info

Publication number: KR20180049572A
Application number: KR1020160145641A
Authority: KR
Inventors: 박원준; 김득모; 류화성; 신상헌
Original assignee: 강원대학교산학협력단
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2018-05-11

Abstract

본 발명은 폐콘크리트 재활용으로 생산되는 순환골재의 표면에 부착된 모르타르 또는 페이스트의 수산화칼슘에 기인안 pH 11 내지 13의 강알리성을 저하시키는 것으로서, 입경 5mm 이하의 순환잔골재를 불화규산으로 처리되는 중성화조에 침전시켜 pH 6.5 내지 10 사이로 중성화하여 pH 저감을 구현하고, 교반기에 의해 불화규산이 반응하여 순환잔골재 표면의 페이스트 내 수산화칼슘과 화학반응 및 박리작용을 통하여 개질시키면서 지속적으로 용출되는 알칼리성 물질을 억제함은 물론 상기 수산화칼슘이 불화규산과 반응하면서 무기미분체인 CaF₂, SiO₂ 가 생성되는 화학반응을 수반하고, 이와 같은 반응이 순환잔골재 표면으로부터 내부로 점차 진행되어 궁극적으로 흡수율 저감을 구현함으로써, 고품질의 개질순환잔골재를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 인산석고, 인산비료 등의 처리 및 제조과정에서 발생되거나 생산되는 부산물인 강산성의 불화규산을 사용하여 아세트산이나 인산 등의 고가의 재료를 사용할 때 보다 원가를 절감하여 경제성을 향상시키며, 중성화조의 처리수는 중성화되어 생태계에 악영향을 주지 않아 친환경적으로 사용할 수 있는 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재와 이의 제조방법 및 이의 제조방법으로 제조된 개질순환잔골재를 이용한 모르타르에 관한 것이다.

Description

불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재와 이의 제조방법 및 이의 제조방법으로 제조된 개질순환잔골재를 이용한 모르타르{Mortar using the reforming recycled fine aggregate treated with fluosilicic acid}

본 발명은 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재와 이의 제조방법 및 이의 제조방법으로 제조된 개질순환잔골재를 이용한 모르타르에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 폐콘크리트 재활용으로 생산되는 순환골재의 표면에 부착된 모르타르 또는 페이스트의 수산화칼슘에 기인한 pH 11 내지 13의 강알칼리성을 저하시키는 것으로서, 입경 5mm 이하의 순환잔골재를 대상으로 불화규산으로 처리되는 중성화조에 침전시켜 pH 6.5 내지 10 사이로 중성화하여 pH 저감을 구현함은 물론 교반기에 의해 불화규산이 순환잔골재 표면의 페이스트 내 수산화칼슘과 화학반응 및 박리작용을 통하여 개질시키면서 지속적으로 용출되는 알칼리성 물질을 억제하고, 수산화칼슘이 불화규산과 반응하면서 무기미분체인 CaF₂, SiO₂ 가 생성되는 화학반응을 수반하고, 이와 같은 반응이 순환잔골재 표면으로부터 내부로 점차 진행되어 궁극적으로 흡수율 저감을 구현할 수 있는 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재와 이의 제조방법 및 이의 제조방법으로 제조된 개질순환잔골재를 이용한 모르타르에 관한 것이다.

일반적으로 국내 산업현장에서 배출되는 건설폐기물은 연간 6천만톤에 달하며, 이는 국내 전체폐기물의 약 50% 이상으로 가장 높은 비율을 차지하고 있으며, 건설폐기물 중 80% 이상을 차지하는 건설폐재류를 파쇄하여 물리적·화학적 처리과정을 거쳐 순환골재로 재활용하도록 건설폐기물의 재활용촉진에 관한 법률에 규정되어 있다.

상기 순환골재는 건설폐기물 중 폐콘크리트 및 폐아스팔트를 분쇄하고 이물질을 분리 선별하여 순환골재의 품질 기준에 맞는 품질을 확보한 골재이나, 폐콘크리트를 원골재로 사용함으로써 골재 자체의 pH는 알칼리가 더 강한 특성이 있다.

최초 콘크리트를 제조할 때의 pH는 12.5 정도이며, 콘크리트가 경화한 후에도 이러한 수치는 지속적으로 유지하고 있으며, 이러한 알칼리성은 콘크리트의 수밀성을 증대하고 철근 등을 보호할 수 있는 피막 등을 형성하여 장기적으로 안정한 콘크리트를 유지하는데 많은 역할을 하고 있다.

상기 콘크리트는, 시멘트의 수화반응에 의한 결합체로서 강도를 발현하게 되고, 수화반응에 의해 생성되는 수산화칼슘은 pH 12.5 정도의 강알칼리성을 나타내므로 결과적으로 수화물 전체의 pH가 결정되는데, 도 1은 용매 pH에 따른 콘크리트 중의 알칼리이온의 침출 특성을 나타낸 그래프이다. 알칼리이온의 침출은 수산화 이온의 침출만이 아니라 알칼리 메탈 이온의 침출이 동시에 수반되고, 각각의 이온은 용매의 pH 농도에 따라 상이하게 침출되며, 실제 알칼리이온의 주체인 수산화 이온은 도 1과 같이 pH 12.5 이상이 되었을 때 침출하는 것으로 나타나고 있다.

따라서, 상기 순환골재에 부착된 강알칼리의 미분말에 의한 골재의 pH 상승은 식물 및 동물의 생육에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있음은 물론 강알칼리 미분말이 부착된 순환골재를 콘크리트에 적용할 경우, 콘크리트 타설 후, 콘크리트 내부 팽창을 유도하여 구조물의 균열을 발생시키는 알칼리 골재 반응의 주원인이 되고 있다.

상기의 문제점을 인식하여 순환골재를 중성화시키는 방안으로, 대한민국 등록특허공보 제10-1069160호에 드라이아이스를 통한 순환골재·건설폐토석 pH 저감 장치가 등록된 바 있고, 대한민국 등록특허공보 제10-0973825호에 중성화 촉진제 및 회수식 탄산수를 이용한 중성화 촉진 성능을 가진 이산화탄소 가스에 의한 순환골재의 중성화 장치가 등록된 바 있다.

선 등록된 특허는, 순환골재의 중성화를 위해 사용되는 이산화탄소를 사용하는 방법에서 그 원료는 드라이아이스와 연소가스 내의 이산화탄소 등을 기중 혹은 수중에 분사하여 골재 표면과 접촉시킴으로 중성화하고 표면에 탄산칼슘을 석출시키는 방법이나, 이산화탄소의 원료인 드라이아이스의 별도 구매와 보관이 어려우며, 연소가스 방식은 하절기나 춘추절기에 불필요한 연소과정을 거쳐야 되므로 비경제적인 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1069160호 대한민국 등록특허공보 제10-0973825호

이에 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 폐콘크리트에서 발생한 pH 11 내지 13의 강알칼리성의 순환골재 중 입경 5mm 이하의 순환잔골재를 불화규산으로 처리되는 중성화조에 침전시켜 pH 6.5 내지 10 사이로 중성화하여 pH 저감을 구현할 수 있는 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재와 이의 제조방법 및 이의 제조방법으로 제조된 개질순환잔골재를 이용한 모르타르를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 교반기에 의해 불화규산이 반응하여 순환잔골재 표면에서 수산화칼슘을 박리하여 개질시키면서 지속적으로 용출되는 알칼리성 물질을 억제하여 흡수율 저감을 구현할 수 있는 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재와 이의 제조방법 및 이의 제조방법으로 제조된 개질순환잔골재를 이용한 모르타르를 제공함에 있다.

본 발명 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재는,

폐콘크리트를 파분쇄한 순환골재 중 입경이 5mm 이하의 순환잔골재를 선별하는 선별부와;

선별된 상기 순환잔골재에 혼합된 철재의 이물질을 자력으로 분리하는 1차이물질분리부와;

상기 철재의 이물질이 분리된 순환잔골재를 물이 저장된 저장조에 침수하여 목재 및 스티로폼과 같이 비중이 낮은 이물질을 제거하는 2차이물질분리부와;

상기 1,2차이물질분리부에 의해 철재 및 비중이 낮은 이물질이 분리된 순환잔골재를 불화규산이 혼합된 중성화조에 투입하여 교반기로 교반하면서 표면을 개질하여 pH 및 흡수율이 저감되도록 하는 중성화부와;

상기 중성화조 하부에 형성되어 상기 교반기의 교반으로 순환잔골재에서 탈리되는 모르타르와 같은 침전물이 침전되도록 하는 침전조와;

상기 중성화부에 의해 pH 및 흡수율이 저감된 개질순환잔골재를 세척 및 배출하는 세척배출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재의 제조방법은,

폐콘크리트를 파분쇄한 순환골재 중 입경이 5mm 이하의 순환잔골재를 선별하는 선별단계와;

선별된 상기 순환잔골재에 혼합된 철재의 이물질을 자력으로 분리하는 1차이물질분리단계와;

상기 철재의 이물질이 분리된 순환잔골재를 물이 저장된 저장조에 침수하여 목재 및 스티로폼과 같이 비중이 낮은 이물질을 제거하는 2차이물질분리단계와;

상기 1,2차이물질분리단계에 의해 철재 및 비중이 낮은 이물질이 분리된 순환잔골재를 불화규산이 혼합된 중성화조에 투입하여 교반기로 교반하면서 표면을 개질하여 pH 및 흡수율이 저감되도록 하는 중성화단계와;

상기 중성화조 하부에 형성되어 상기 교반기의 교반으로 순환잔골재에서 탈리되는 모르타르와 같은 침전물이 침전되도록 하는 침전단계와;

상기 중성화단계에 의해 pH 및 흡수율이 저감된 개질순환잔골재를 세척 및 배출하는 세척배출단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 폐콘크리트에서 발생한 pH 11 내지 13의 강알칼리성의 순환골재 중 입경 5mm 이하의 순환잔골재를 불화규산으로 처리되는 중성화조에 침전시켜 pH 6.5 내지 10 사이로 중성화하여 pH 저감을 구현하고, 교반기에 의해 불화규산이 반응하여 순환잔골재 표면에서 수산화칼슘을 박리하여 개질시키면서 지속적으로 용출되는 알칼리성 물질을 억제하여 흡수율 저감을 구현함으로써, 고품질의 순환잔골재를 확보할 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면, 인산석고, 인산비료 등의 처리 및 제조과정에서 발생되거나 생산되는 부산물인 강산성의 불화규산을 사용하여 아세트산이나 인산 등의 고가의 재료를 사용할 때 보다 원가를 절감하여 경제성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 중성화조의 처리수는 중성화되어 생태계에 악영향을 주지 않음으로 친환경적인 이점을 가질 수 있는 것이다.

도 1은 용매 pH에 따른 콘크리트 중의 알칼리이온의 침출 특성을 나타낸 그래프
도 2는 본 발명의 흐름도
도 3은 본 발명의 개략도
도 4는 본 발명 개질순환잔골재의 pH 측정사진
도 5는 본 발명 증류수 pH에 따라 투입되는 불화규산 측정사진
도 6은 본 발명 개질순환잔골재가 적용된 모르타르 시험체 사진
도 7은 본 발명 모르타르 시험체의 플로우 측정시험 사진
도 8은 본 발명 모르타르 시험체의 휨강도 측정시험 사진
도 9는 본 발명 모르타르 시험체의 압축강도 측정시험 사진
도 10은 본 발명 모르타르 시험체의 SEM 측정시험 사진
도 11 내지 도 13은 본 발명 일반잔골재, 순환잔골재, 개질순환잔골재를 이용한 모르타르의 양생별 SEM 분석사진
도 14는 본 발명 일반잔골재, 순환잔골재, 개질순환잔골재를 이용한 모르타르의 양생별 SEM/EDS 분석도
도 15는 본 발명 모르타르 시험체의 TG/DTA 측정시험 사진
도 16은 본 발명 일반잔골재, 순환잔골재, 개질순환잔골재를 이용한 모르타르의 TG/DTA 분석도
도 17은 본 발명 모르타르 시험체의 MIP 측정시험 사진
도 18 내지 도 20은 본 발명 일반잔골재, 순환잔골재, 개질순환잔골재를 이용한 모르타르의 미세공극분포 및 누적공극분포도
도 21은 본 발명 일반잔골재, 순환잔골재, 재질순환잔골재를 이용한 모르타르의 XRD 분설결과 그래프

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 개략도이다.

본 발명 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재는, 폐콘크리트를 파분쇄한 순환골재 중 입경이 5mm 이하의 순환잔골재(10)를 선별하는 선별부(100)가 구성되고, 선별된 상기 순환잔골재(10)에 혼합된 철재의 이물질을 자력으로 분리하는 1차이물질분리부(200)가 구성되며, 상기 철재의 이물질이 분리된 순환잔골재(10)를 물이 저장된 저장조에 침수하여 목재 및 스티로폼과 같이 비중이 낮은 이물질을 제거하는 2차이물질분리부(300)가 구성되고, 상기 1,2차이물질분리부(200)(300)에 의해 철재 및 비중이 낮은 이물질이 분리된 순환잔골재(10)를 불화규산이 혼합된 중성화조(410)에 투입하여 교반기(420)로 교반하면서 표면을 개질하여 pH 및 흡수율이 저감되도록 하는 중성화부(400)가 구성되며, 상기 중성화조(410) 하부에 형성되어 상기 교반기(420)의 교반으로 순환잔골재(10)에서 탈리되는 모르타르와 같은 침전물(510)이 침전되도록 하는 침전조(500)가 구성되고, 상기 중성화부(400)에 의해 pH 및 흡수율이 저감된 개질순환잔골재(10')를 세척 및 배출하는 세척배출부(700)를 포함하여 구성된다.

상기 불화규산은 상기 중성화조(410)에 저장되는 증류수 100 중량%에 2.7~4 중량%로 혼입되는 것이 바람직하다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 작동과정을 설명한다.

먼저, 폐콘크리트를 파분쇄한 순환골재 중 입경이 5mm 이하의 순환잔골재(10)를 선별부(100)에서 선별하는데, 상기 선별부(100)는 간격이 5mm 를 유지하는 철망을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 선별부(100)에서 선별된 순환잔골재(10)는 컨베이어 벨트(C)에 의해 2차이물질분리부(300)로 공급될 때, 상기 컨베이어 벨트(C)의 단부에서 순환잔골재(10)에 포함된 철재의 이물질을 1차이물질분리부(200)에서 자력으로 분리하고, 1차이물질분리부(200)에서 철재의 이물질이 분리된 순환잔골재(10)는 컨베이어 벨트(C)에 의해 2차이물질분리부(300)로 공급된다.

상기 2차이물질분리부(300)는 증류수가 저장된 수조형태로 컨베이어 벨트(C)에 의해 공급되는 순환잔골재(10)가 물이 저장된 저장조에 투입되어 침전됨과 동시에 목재와 스티로폼과 같은 비중이 낮은 이물질은 부유되고, 부유된 이물질을 수거하여 처리한다.

상기의 과정으로 1,2차이물질분리부(200)(300)에 의해 철재 및 비중이 낮은 부유 이물질이 분리된 순환잔골재(10)가 컨베이어 벨트(C)에 의해 이동되면서 증류수 100 중량%에 불화규산 2.7~4 중량%가 혼합되어 저장된 중성화부(400)의 중성화조(410)로 투입된다.

상기 중성화조(410)로 투입되는 순환잔골재(10)는 교반기(420)에 의해 교반되면서 중성화조(410)에 증류수와 함께 혼합된 불화규산과 순환잔골재(10) 표면에 부착된 모르타르 또는 페이스트 내 수산화칼슘은 아래와 같은 화학적 반응을 일으킨다.

H₂SiF₆+ 3Ca(OH)₂ → 2H⁺ + Si² ⁺ + 6F^- + 3Ca² ⁺ + 6OH^- + 2H⁺ + Si² ⁺ + 6F^- + 3Ca²⁺ + 6OH^- → 3CaF₂ + SiO₂ + 4H₂O

상기 수산화칼슘이 불화규산과 반응하면서 무기미분체인 CaF₂, SiO₂ 가 생성되는 화학반응을 수반하고, 이와 같은 반응이 순환잔골재에 부착된 시멘트경화체 표면으로부터 내부로 점차 진행되고, 시멘트 매트릭스가 더욱 치밀하게 진행된다.

여기서, 상기 교반기(420)와 함께 화학적 반응이 동시에 진행되므로 OH^- 의 저감에 따른 pH 저감이 나타남은 물론 단시간 효율적 반응 및 화학반응 속도 증대로 작업시간을 단축시킬 수 있는 것이다.

표 1은 순환잔골재를 불화규산이 포함되지 않은 증류수에 침지하고 교반하면서 pH 를 측정한 결과표이다.

구분	교반시간에 따른 pH				비고
구분	0분	1분	3분	5분	비고
1	10.67	11.26	11.43	11.51	2회 이상 측정 평균
2	10.36	11.29	11.44	11.57
3	10.60	11.30	11.32	11.53
4	10.44	11.28	11.45	11.51

표 1과 같이 순환잔골재는 증류수에 침지 시, 약 10.51 정도의 pH 가 나타났으며, 교반시간에 따라 pH 가 증가하는 것으로 나타남을 알 수 있다.

또한, 표 1의 순환잔골재를 불화규산이 혼입된 수용액에 침지 및 교반시간에 따른 pH 측정한 결과는 표 2와 같다.

구분	교반 전 pH	교반시간에 따른 pH				비고
구분	교반 전 pH	0분	1분	3분	5분	비고
8g 혼입	11.53	4.39	5.85	9.84	10.32	2회 이상 측정 평균
10g 혼입	11.52	3.84	4.89	8.24	9.52
12g 혼입	11.51	3.63	4.17	6.58	8.64

상기 증류수에 불화규산을 8g, 10g, 12g 을 혼입한 경우를 평가한 결과, 불화규산 투입 직후 pH 는 5.0 이하의 산성영역를 나타내고, 교반 시간 3분 이후로 불화규산 10g 이하에서는 약 알칼리상태인 10 이하의 pH 를 나타내고 있으나, 최대 5분 교반 시간동안 10 이하의 pH 영역을 갖는 것은 10g 이상의 불화규산이 요구됨을 알 수 있다.

또한, 표 1의 순환잔골재를 불화규산이 혼입된 수용액에 침지 및 교반시간에 따른 pH 측정한 결과는 표 3와 같다.

구분	교반 전 pH	불화규산 혼입 후 교반시간에 따른 pH				비고
구분	교반 전 pH	0분	1분	3분	5분	비고
4g 혼입	10.64	3.80	9.15	10.78	11.04	2회 이상 측정 평균
6g 혼입	10.45	3.50	6.54	9.24	10.20
8g 혼입	10.36	3.30	4.01	8.04	9.80
10g 혼입	10.52	3.00	3.52	7.85	8.24

상기 증류수에 불화규산을 4g, 6g, 8g, 10g 을 혼입한 경우를 평가한 결과, 비용출된 순환잔골재에 대하여 불화규산 투입 직후 pH 는 3.0 이하의 산성영역을 나타내었으며, 각각 교반한 경우 pH 는 불화규산 투입량과 반비례하여 상승하는 것으로 나타남을 알 수 있다.

상기의 pH 측정은, 도 4과 같이 순환잔골재(10)를 증류수 및 불화규산 수용액 침지 전·후, 교반시간에 따라 각 3회씩 측정하였으며, 그 평균값을 기록한 것이다.

또한, 상기 순환잔골재(10)를 교반기(420)로 혼합하면서 불화규산과 수산화칼슘이 화학반응하면서 순환잔골재에서 탈리되는 모르타르와 같은 침전물(510)이 자중으로 하강하여 침전조(500)에 침전되며, 상기 침전조(500)에 침전물이 많이 쌓일 경우, 침전조(500)로부터 배출시키는 과정을 통상의 방법으로 반복하면서 사용할 수 있다.

상기 순환잔골재(10)가 투입되는 중성화조(410)에 저장된 수용액의 pH 를 측정하여 pH 10 이상이면, 제어부의 제어에 따라 도 5와 같이 원료공급부(600)에서 불화규산을 공급하여 수용액이 pH 6.5 내지 10 을 유지하면서 순환잔골재(10)를 세척할 수 있도록 한다.

상기 중성화부(400)에 의해 pH 및 흡수율이 저감된 개질순환잔골재(10')를 세척배출부(700)에서 세척 및 배출하면 된다.

상기의 과정으로 세척된 불화규산으로 개질된 개질순환잔골재, 일반잔골재, 순환잔골재가 투입된 모르타르 시험체를 도 6와 같이, 40×40×160 mm 로 제작하여 기초물성 및 미세분석을 실시하는데, 비중 및 흡수율 시험은 KS F 2504에 준하여 실시하였으며, 그 결과는 표 4와 같다.

구분	흡수율	비중	비고
일반잔골재	0.54	2.54	2회 이상 측정 평균
순환잔골재	4.27	2.19
개질순환잔골재	3.85	2.27

표 4와 같이 일반잔골재와 비교하여 순환잔골재 및 개질순환잔골재의 흡수율이 높은 것으로 나타났으며, 개질을 통하여 순환잔골재의 흡수율을 저감시킬 수 있는 것으로 판단되며, 흡수율 저감에 따른 비중이 상승됨을 알 수 있다.

또한, 상기 모르타르 시험체의 플로우 응결 시험은 KS F 2402에 준하여 도 7과 같이, 실시하였으며, 그 결과는 표 5와 같다.

구분	플로우(mm)	초결(분)	종결(분)	비고
일반잔골재	180	250	450	2회 이상 측정
순환잔골재	130	200	400
개질순환잔골재	150	220	410

표 5와 같이 순환잔골재는 일반잔골재에 비하여 상대적으로 플로우가 작았으며, 개질순환잔골재의 플로우는 순환잔골재의 경우보다 플로우가 큰 것으로 확인되고, 순환잔골재 입형 및 높은 흡수율로 인하여 낮은 플로우가 나타나며, 개질을 통하여 골재 성능이 향상되는 것으로 판단된다. 모르타르 응결에서는 상대적인 차이가 있으나 모든 수준에서 초결 및 종결은 규정범위를 만족하는 것으로 나타났다.

상기 모르타르 시험체의 휨강도 시험은 KS F 2436에 준하여 도 8과 같이, 실시하였으며, 그 결과는 표 6과 같다.

구분	휨강도(MPa)			비고
구분	3일	7일	28일	비고
일반잔골재	3.38	4.46	6.15	3회 측정
순환잔골재	3.13	3.87	6.12
개질순환잔골재	3.09	4.22	5.03

표 6과 같이 모든 시험체는 양생기간의 증가에 따라 휨강도가 증가하였으며, 골재 종류에 따라 차이가 크기 않은 것으로 나타났다.

상기 모르타르 시험체의 압축강도 시험은 KS F 2405에 준하여 도 9과 같이, 실시하였으며, 그 결과는 표 7과 같다.

구분	휨강도(MPa)			비고
구분	3일	7일	28일	비고
일반잔골재	15.35	20.11	22.70	3회 측정
순환잔골재	12.03	13.67	16.20
개질순환잔골재	10.88	16.91	17.16

표 7과 같이 일반잔골재와 비교하여 순환잔골재 시험체의 강도가 낮은 것으로 나타났으며, 순환잔골재를 개질한 경우, 일반잔골재의 강도값에 도달하지는 못하였으나, 개질 전 순환잔골재 시험체 보다 강도값이 향상됨을 알 수 있다. 개질을 통하여 골재의 흡수율이 낮아져 강도발현에 유리한 것으로 판단된다. 잔골재의 특성상 골재의 함수율을 제거하는 것은 매우 어려우나, 이를 감안하더라도 개질을 통한 골재품질의 향상과 모르타르 압축강도의 관계가 분명하게 나타남을 알 수 있다.

상기 모르타르 시험체의 화학분석시험은 SEM, TG/DTA, MIP, XRD 이며, 물리역학적 시험을 기반으로 나타낸 3가지 수준에 대하여 시험을 실시하였다.

상기 모르타르 시험체에서 분석시료를 채취 후, 도 10와 같이, SEM(주사전자현미경)/EDS 분석을 실시한 결과를 도 11 내지 도 13 및 도 14에 나타내었다.

SEM 분석에서 도 12와 도 13은 각각 순환잔골재 불화규산 처리 전과 후의 사진으로 도 12의 b, f와 도 13의 b, f를 비교하면 확연한 미세구조 차이가 나타난다. 불화규산 처리 후의 순환잔골재를 사용한 모르타르(도 13)에서 보다 치밀한 구조(침상형 조직, C-A-S-H, 에트링자이트)가 나타 났으며, 이는 일반잔골재를 사용한 모르타르의 분석결과와 상대적으로 유사하다.

EDS 분석에서는 도 14의 d, f는 각각 불화규산 처리 전과 후의 순환잔골재를 나타내는 것이고, f(불화규산 처리 후)의 경우, O, Si, Ca가 d(불화규산 처리 전)보다 상대적으로 분포가 높다고 볼 수 있다.

상기 모르타르 시험체에서 분석시료를 채취 후, 도 15와 같이, TG/DTA(수화물 탈수온도) 분석을 실시한 결과를 도 16 및 표 8에 나타내었으며, 이는 DTA 상에서 100℃ 까지는 경화체 내의 물리적 결합수가 증발하였으며, 이후 140~180℃ 사이에서 C3A 에트링가이트가, 270~330℃ 사이에서 에트링가이트와 알루미네이트계 수화물이, 570℃ 부근에서 알루미네이트계 수화물의 물리적 탈수가 발생하는 것으로 나타났다. 순환잔골재, 개질순환잘골재 모르타르의 경우, 일반잔골재 모르타르보다 상대적으로 수산화칼슘의 함유량이 낮은 것으로 나타났으며, 탄산칼슘의 함유량은 일반잔골재 모르타르, 개질순환잔골재 모르타르가 순환잔골재 모르타르에 비해 낮게 측정되므로 불화규산을 이용한 순환골재의 개질이 유효한 것으로 판단된다.

구분	Ca(OH)₂ 함유율(%)	CaCO₃ 함유율(%)	비고
일반잔골재(3일)	2.96	4.54	모든 시료는 Ca(OH)₂, CaCO₃ 열분해 구간에서 중량변화가 발생하며, 이에 따라 분석시료 내에 Ca(OH)₂ , Ca(OH)₂가 존재하고 있는 것으로 판단된다.
일반잔골재(7일)	3.95	4.18
일반잔골재(28일)	3.12	5.56
순환잔골재(3일)	2.71	5.33
순환잔골재(7일)	2.75	5.20
순환잔골재(28일)	2.42	4.65
개질순환잔골재(3일)	2.18	3.97
개질순환잔골재(7일)	3.00	4.88
개질순환잔골재(28일)	2.22	5.54

상기 모르타르 시험체에서 분석시료를 채취 후, 도 17과 같이, MIP(수은압입법에 의한 기공율) 분석을 실시한 결과를 도 18 내지 도 20 및 표 9에 나타내었다.

구분	Total intrusion Vol.(mL/g)	Total Pore Area (㎡/g)	Average Pore Diameter (nm)	Porosity (%)
일반잔골재(3일)	0.1044	2.899	144.0	20.0254
일반잔골재(7일)	0.0848	2.389	142.1	16.9476
일반잔골재(28일)	0.0842	2.783	121.0	16.9502
순환잔골재(3일)	0.1068	5.646	75.7	20.2949
순환잔골재(7일)	0.0887	1.315	269.8	16.7423
순환잔골재(28일)	0.0865	1.292	267.9	15.9907
개질순환잔골재 (3일)	0.1039	1.770	234.7	19.4283
개질순환잔골재 (7일)	0.0761	0.723	421.3	14.5711
개질순환잔골재 (28일)	0.0846	0.573	590.2	15.9030

상기 모르타르 시험체에서 분석시료를 채취 후, XRD(X선 회전분석법) 분석을 실시한 결과를 도 21에 나타내었다.

재령별 발달 과정 중 미개질 잔골재의 경우, 모노설페이스트의 생성량이 초기에는 낮은 편이나 28일에는 다른 배합과 유사한 경향으로 모노설페이트스의 전이가 늦어진다는 것은 수화속도가 느리다는 것을 의미한다. 미개질 잔골재를 사용할 경우, 수산화칼슘 양에 의해 수화속도가 빠른 것으로 오인할 수도 있으나 초기 모노설페이스트의 출현이 늦어지는 것은 수화속도가 감소되는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 개질순환잔골재의 경우 CSH 피르 상대적으로 높으며, CSH의 생성량은 개질 후 증가되는 것으로 나타나고 있는데, 이는 규불화수소산에 의해 Si 이온의 공급으로 인한 것으로 판단되며, 장기적으로도 CHS 의 생성량이 지속적으로 증가하는 형태로 나타남을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명은, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 선별부 200: 1차이물질여과부
300: 2차이물질여과부 400: 중성화부
500: 침전부 600: 원료공급부
700: 세척배출부

Claims

폐콘크리트를 파분쇄한 순환골재 중 입경이 5mm 이하의 순환잔골재를 선별하는 선별부와;
선별된 상기 순환잔골재에 혼합된 철재의 이물질을 자력으로 분리하는 1차이물질분리부와;
상기 철재의 이물질이 분리된 순환잔골재를 물이 저장된 저장조에 침수하여 목재 및 스티로폼과 같이 비중이 낮은 이물질을 제거하는 2차이물질분리부와;
상기 1,2차이물질분리부에 의해 철재 및 비중이 낮은 이물질이 분리된 순환잔골재를 불화규산이 혼합된 중성화조에 투입하여 교반기로 교반하면서 표면을 개질하여 pH 및 흡수율이 저감되도록 하는 중성화부와;
상기 중성화조 하부에 형성되어 상기 교반기의 교반으로 순환잔골재에서 탈리되는 모르타르와 같은 침전물이 침전되도록 하는 침전조와;
상기 중성화부에 의해 pH 및 흡수율이 저감된 개질순환잔골재를 세척 및 배출하는 세척배출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재.
청구항 1에 있어서,
상기 중성화조의 pH를 측정하여 pH 10 이상이면 불화규산을 공급하여 pH 6.5 내지 10 을 유지하도록 하는 원료공급부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 불화규산은 상기 중성화조에 저장되는 증류수 100 중량%에 2.7~4 중량%로 혼입되는 것을 특징으로 하는 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재.
폐콘크리트를 파분쇄한 순환골재 중 입경이 5mm 이하의 순환잔골재를 선별하는 선별단계와;
선별된 상기 순환잔골재에 혼합된 철재의 이물질을 자력으로 분리하는 1차이물질분리단계와;
상기 철재의 이물질이 분리된 순환잔골재를 물이 저장된 저장조에 침수하여 목재 및 스티로폼과 같이 비중이 낮은 이물질을 제거하는 2차이물질분리단계와;
상기 1,2차이물질분리단계에 의해 철재 및 비중이 낮은 이물질이 분리된 순환잔골재를 불화규산이 혼합된 중성화조에 투입하여 교반기로 교반하면서 표면을 개질하여 pH 및 흡수율이 저감되도록 하는 중성화단계와;
상기 중성화조 하부에 형성되어 상기 교반기의 교반으로 순환잔골재에서 탈리되는 모르타르와 같은 침전물이 침전되도록 하는 침전단계와;
상기 중성화단계에 의해 pH 및 흡수율이 저감된 개질순환잔골재를 세척 및 배출하는 세척배출단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재의 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 중성화조의 pH를 측정하여 pH 10 이상이면 불화규산을 공급하여 pH 6.5 내지 10 을 유지하도록 하는 원료공급단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재의 제조방법.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 불화규산은 상기 중성화조에 저장되는 증류수 100 중량%에 2.7~4 중량%로 혼입되는 것을 특징으로 하는 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재의 제조방법.
청구항 4 내지 청구항 6의 제조방법으로 제조된 순환잔골재로 모르타르를 형성하는 불화규산으로 처리되는 개질순환잔골재의 제조방법으로 제조된 개질순환잔골재를 이용한 모르타르.