KR20180096441A - 광산 차수재 조성물 - Google Patents

광산 차수재 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR20180096441A
KR20180096441A KR1020170023183A KR20170023183A KR20180096441A KR 20180096441 A KR20180096441 A KR 20180096441A KR 1020170023183 A KR1020170023183 A KR 1020170023183A KR 20170023183 A KR20170023183 A KR 20170023183A KR 20180096441 A KR20180096441 A KR 20180096441A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
weight
fly ash
cement
parts
flooring
Prior art date
Application number
KR1020170023183A
Other languages
English (en)
Inventor
이형우
서신석
김춘식
남성영
조용광
Original Assignee
한일시멘트 주식회사
한국남부발전 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한일시멘트 주식회사, 한국남부발전 주식회사 filed Critical 한일시멘트 주식회사
Priority to KR1020170023183A priority Critical patent/KR20180096441A/ko
Priority to PCT/KR2018/000090 priority patent/WO2018155806A1/ko
Publication of KR20180096441A publication Critical patent/KR20180096441A/ko

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D31/00—Protective arrangements for foundations or foundation structures; Ground foundation measures for protecting the soil or the subsoil water, e.g. preventing or counteracting oil pollution
    • E02D31/002—Ground foundation measures for protecting the soil or subsoil water, e.g. preventing or counteracting oil pollution
    • E02D31/006—Sealing of existing landfills, e.g. using mining techniques
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D31/00—Protective arrangements for foundations or foundation structures; Ground foundation measures for protecting the soil or the subsoil water, e.g. preventing or counteracting oil pollution
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D2300/00—Materials
    • E02D2300/0004—Synthetics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

본 발명은 시멘트, 순환유동층 보일러의 비산재(fly ash), 및 바닥재(bottom ash);를 포함하되,상기 비산재 및 바닥재는 이산화탄소가 고정화(fixation)된 것을 특징으로 하는 광산 차수재 조성물을 제공한다.
따라서 높은 산화칼슘 성분으로 상업적으로 가치가 낮은 순환유동층(circulating fluidized bed combustion) 보일러 비산재(fly ash)와 바닥재(bottom ash)를 사용하여 매우 저 비용으로 광산 차수재로 활용할 수 있는 장점이 있다.

Description

광산 차수재 조성물{Composition for mine liner}
본 발명은 광산 차수재 조성물에 관한 것이다.
세계 여러 곳에는 수많은 폐광산이 존재하고 있으며, 이들은 상당한 범위 내에서 지반침하 발생가능성을 지니고 있다. 영국의 경우 7만개 이상의 폐광산이 있는 것으로 보고되고 있으며, 이중에서 몇 개의 광산은 3세기에 걸쳐 개발된 곳도 있는 것으로 알려지고 있다. 미국의 경우는 피츠버그 탄전 내에서만 354 곳에서 지반침하가 발생하였으며, 이들은 거의 모두 싱크홀 형태였던 것으로 보고되고 있다. 폐광산을 안정화를 시키기 위한 방법으로는 갱내 충진법이 있으며, 단순하게 폐석을 단독으로 충진하거나 폐석과 함께 시멘트, 비산재 등 첨가제를 혼합하여 충진하는 방법으로 구분되고 있다. 그러나 비산재 등 폐기물을 활용한 충진재의 경우 토양오염 등 2차적인 환경문제를 일으킬 수 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 충진 장소에 차수층을 설치하여 2차 오염을 방지할 수 있다. 광산 차수재는 유해물질이 주변 환경으로 이동하는 것을 차수층의 두께와 투수속도로 예측되는 기간 동안 지연시키며 동시에 유출된 유해물질을 인위적으로 처리함으로써 주변환경에 미치는 영향을 최소화하고 차수층 재료가 갖는 유해 금속 및 유기물질의 이동 억제능을 이용하여 2차 방어 효과를 발현하는 것이다. 차수재의 차수기능 및 구조적 안정성 영향이 매우 중요한 요소이다.
차수재는 일반적으로 폐기물 처리장에서 오염물질 매립지에서 침출수의 유출을 지연 및 방지시키거나 호수 연못 등에서 오염물질로부터 어류 등을 보호하기 위해 인공 차추층을 설치하는 목적으로 주로 사용되고 있다. 차수재의 재료로는 최근에 이르러 팽윤성을 가지는 벤토나이트가 주성분으로 슬래그 등이 쓰였지만, 근래에 와서는 비산재, 시멘트 등의 다양한 종류의 재료들이 함께 사용되고 있다, 차수재는 침출수의 누수를 억제할 수 있도록 폐기물관리법에 의해 투수계수가 1 x 10-7 cm/sec 이하가 되어야 하며 폐기물의 중량에 의한 하중을 견딜수 있도록 강도를 가져야 한다. 또한 차수층과 지반 사이에 지하수나 유수의 유입통로가 생겨 지반의 토양이 흘러내러 동공이 생기지 않도록 경계면이 없어야 하며 시공성(workability) 확보를 위해 유동성을 동시에 확보해야 한다.
한편, 최근 급속한 산업발전과 국민 생활수준 향상에 따른 에너지 사용량이 증가함에 있어서 산업부산물이 기하급수적으로 늘어나고 있는 실정이다. 이들 폐기물을 자원으로 재활용하기 위한 기술개발이 절실히 요구되고 있다. 산업부산물은 매년 양적으로 급속히 증가되어 이들 폐기물을 자원으로 재활용하기 위한 기술에 대한 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 산업부산물 중 발전회는 화력발전소에서 발생되는 산업부산물로써 상당히 많은 양이 발생한다. 화력발전소 주변에는 이미 막대한 양의 발전회가 매립되어 있으며, 앞으로 발생될 발전회를 매립하기 위한 매립장 부족 및 자원 재활용의 어려움이 발생된다. 발전회의 다양한 재활용처 발굴 노력은 국내뿐 만 아니라 국외에서 꾸준히 진행되어 왔으며, 지반공학분야에서는 플라이애쉬를 성토재, 경량골재, 도로용 골재, 충진재, 지반개량재, 오염물질 차단층 혹은 제거층 건설재료 등으로 사용할 수 있는 것으로 알려져 있다. 특히 국토가 협소하고 매립지의 확보난이 심각한 국내에서는 산업부산물의 응용방안을 강구하여 재활용하는 것은 매우 중요한 일이라 할 수 있다.
국내 석탄화력발전소는 크게 미분탄(Pulverized Coal, PC) 방식과 순환유동층(Circulating Fludized Bed Combustion, CFBC) 방식으로 나뉠 수 있으며, 미분탄 발전소에서 발생되는 발전회 중 비산재는 약 80% 이상이 콘크리트 혼화재, 시멘트의 원료로 재활용되고 있다. 하지만, 순환유동층 발전회는 KS L 5405에 부합하지 못하며, 산화칼슘 화합물이 상대적으로 다량 함유되어 있어 콘크리트 혼화재로 사용할 경우 산화칼슘(CaO) 성분이 콘크리트의 팽창, 균열 등의 문제를 발생시켜 새로운 재활용 용도 기술개발이 필요한 상황이다.
이와 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 제2012-0021031호(공개일: 2012.03.08) 차수층 형성방법, 및 인공연못, 인공시내, 폐기물매립지 건설방법이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2012-0021031호
본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 한 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 매년 양적으로 급속하게 증가하여 처리가 어려운 산업부산물을 이용하여, 폐광산을 안정화 시킬 수 있는 광산 차수재 조성물 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 시멘트; 순환유동층 보일러의 비산재(fly ash); 및 바닥재(bottom ash);를 포함하되, 상기 비산재 및 바닥재는 이산화탄소가 고정화(fixation)된 것을 특징으로 하는 광산 차수재 조성물을 제공한다.
또한 상기 시멘트는 포틀랜드 1종 시멘트 또는 그린시멘트일 수 있다.
또한 상기 비산재의 분말도는 5000 ㎠/g 내지 10000 ㎠/g일 수 있다.
또한 상기 바닥재의 입자 크기는 80 ㎛ 내지 5000 ㎛일 수 있다.
또한 상기 그린시멘트는 칼슘설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate)계 팽창재를 함유할 수 있다.
또한 상기 비산재 및 바닥재는 비산재 및 바닥재가 함유하는 산화칼슘을 탄산칼슘화하는 가속 탄산화 공정을 통하여 이산화탄소 고정화된 것일 수 있다.
본 발명의 어느 한 구체예에 따르면, 본 발명은 시멘트 총 100 중량부에 대하여 슬래그 60 내지 80 중량부, 유동화제 0.1 내지 1.0 중량부, 및 골재 200 내지 400 중량부를 포함하는 광산 차수재 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 구체예에 따르면, 본 발명은 그린시멘트 총 100 중량부에 대하여 슬래그 60 내지 80 중량부, 유동화제 0.1 내지 1.0 중량부, 및 골재 200 내지 400 중량부를 포함하는 광산 차수재 조성물을 제공한다.
또한 그린시멘트 총 100 중량부에 대하여 비산재 5 내지 30 중량부 또는 바닥재 5 내지 30 중량부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 비산재 및 바닥재는 비산재 및 바닥재가 함유하는 산화칼슘을 탄산칼슘화하는 가속 탄산화 공정을 통하여 이산화탄소 고정화된 것일 수 있다.
또한 상기 비산재의 분말도는 5000 ㎠/g 내지 10000 ㎠/g인 것일 수 있다.
또한 상기 그린시멘트는 칼슘설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate)계 팽창재를 함유할 수 있다.
본 발명에 따르면, 높은 산화칼슘 성분으로 상업적으로 가치가 낮은 순환유동층(circulating fluidized bed combustion) 보일러 비산재(fly ash)와 바닥재(bottom ash)를 사용하여 매우 저 비용으로 광산 차수재로 활용할 수 있는 장점이 있다.
또한 이산화탄소 고정화된 비산재 및 바닥재 등을 활용함으로써 전 세계적으로 문제가 되고 있는 이산화탄소 발생량을 저감할 수 있다.
또한 높은 단위 수량으로 인한 저하된 강도를 보강할 수 있으며 워커빌리티(workability)를 향상시킬 수 있다.
도 1은 플로우값을 측정하는 데 사용된 장치(70 X 100 X 5 mm 모르타르 플로우 콘 사용)을 나타낸 사진이다.
도 2는 압축강도를 측정하는 데 사용된 장치를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광산 차수재 조성물의 길이변화율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광산 차수재 조성물의 압축강도를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
나아가, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 시멘트, 순환유동층 보일러의 비산재(fly ash), 및 바닥재(bottom ash);를 포함하되, 상기 비산재 및 바닥재는 이산화탄소가 고정화(fixation)된 것을 특징으로 하는 광산 차수재 조성물을 제공한다.
상기 광산 차수재 조성물은, 가행광산에 발전회 등 산업부산물을 충진하기 위해서 광산의 환경적 안정성을 확보하기 위한 차수재로써 사용이 가능하며, 우수한 시공성 및 강도, 저 투수성의 나타낼 수 있다.
상기 시멘트는 포틀랜드 1종 시멘트 또는 그린시멘트일 수 있다.
상기 시멘트가 포틀랜드인 경우에는 시멘트의 분말도는 3000 ㎠/g 내지 6000 ㎠/g일 수 있으나, 이에 반드시 제한하는 것은 아니다.
상기 그린시멘트는 칼슘설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate)계 팽창재를 함유할 수 있다.
상기 비산재 및 바닥재는 비산재 및 바닥재가 함유하는 산화칼슘을 탄산칼슘화하는 가속 탄산화 공정을 통하여 이산화탄소 고정화될 수 있다.
상기 비산재와 바닥재는 순환유동층 보일러(CFBC; Circulating Fluidized Bed Combustion) 방식의 화력발전소에서 산업부산물로 발생되는 재료를 가속 탄산화 공정을 거쳐 얻어질 수 있으며, 상기 가속 탄산화 공정은 상기 비산재 및 바닥재 내에 존재하는 높은 함량의 산화칼슘(CaO) 성분을 탄산칼슘(CaCO3) 성분으로 탄산화시키는 공정이다.
상기 비산재의 분말도는 5000 ㎠/g 내지 10000 ㎠/g일 수 있다.
상기 바닥재의 입자 크기는 80 ㎛ 내지 5000 ㎛일 수 있다.
상기 바닥재의 입자 크기가 80 ㎛ 미만이라면, 단위수량 증가에 의한 압축강도 저하의 문제가 발생할 수 있고, 상기 바닥재의 입자 크기가 5000 ㎛ 초과라면, 초기 유동성이 크게 저하될 수 있고, 표면 거칠기가 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
한편 순환유동층 보일러(CFBC)에서 발생하는 비산재와 바닥재는 경제적으로 저렴하고, 높은 강도 발현으로 시멘트의 사용량을 줄일 수 있었으나, 일반 미분탄 보일러의 바닥재 및 비산재와는 달리 무기물질의 함량이 낮고, 미반응 산화칼슘, 삼산화황(SO3)의 함량이 높으며, 분말도가 낮아 KS 규격에 부합하지 못하는 문제가 있다.
또한 혼합시멘트 재료로 사용하는 경우, 소요 수량이 증대하고 팽창에 의한 균열 및 유동성이 하락하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 이산화탄소가 고정화된 순환유동층 보일러의 비산재와 바닥재를 사용하며, 상기 이산화탄소 고정화는 가속 탄산화과정에 의해 산화칼슘이 탄산칼슘 상태로 안정화되기 때문에 친환경, 저비용 등의 장점을 갖는다.
또한 잔존하는 산화칼슘 성분으로 적절한 강도를 유지하며, 유동성의 손실율 감소, 건조수축에 의한 균열문제를 저감시킬 수 있다. 상기 이산화탄소 고정화는 본 발명의 실시예에 따른 따른 광산 차수재 조성물의 플로우값(유동성), 수축팽창, 압축강도의 특성을 향상시키는 역할을 하게 될 수 있다.
본 발명의 어느 한 구체에 따른 광산 차수재 조성물은, 시멘트 총 100 중량부에 대하여 슬래그 60 내지 80 중량부, 유동화제 0.1 내지 1.0 중량부, 및 골재 200 내지 400 중량부를 포함할 수 있다.
한편 상기 시멘트가 전체 광산 차수재 조성물 100 중량부에 대하여 10 중량부 미만으로 포함되는 경우, 상기 광산 차수재 조성물의 초기 강도 저하 및 접착력 저하의 문제가 있고, 25 중량부를 초과하는 경우, 상기 광산 차수재 조성물의 유동성 저하가 많이 발생할 수 있고, 수축에 의한 균열 발생의 문제와, 적정 압축강도 이상을 나타내어 사용량에 비해 비경제적일 수 있다.
여기서 상기 슬래그가 시멘트 총 100 중량부에 대하여 60 중량부 미만으로 구성되는 경우, 시멘트의 사용량이 증가할 수 있어 유동성 저하가 많이 발생할 수 있고, 수축에 의한 균열 발생의 문제와, 수밀성이 감소되어 투수성이 낮아지는 문제를 야기할 수 있다. 상기 슬래그가 80 중량부를 초과로 구성되는 경우, 시멘트의 사용량이 감소할 수 있어 초기강도 감소와 느린 경화시간으로 인한 문제를 야기할 수 있다.
상기 유동화제가 시멘트 총 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만으로 구성되는 경우, 차수재 시공성에 문제가 야기할 수 있으며, 상기 유동화제가 1.0 중량부 초과로 구성되는 경우, 물의 사용량이 감소함에 따라 시공성 및 강도에 문제를 야기할 수 있다.
상기 골재가 시멘트 총 100 중량부에 대하여 200 중량부 미만으로 구성되는 경우, 시멘트의 사용량이 증가할 수 있어 유동성 저하가 많이 발생할 수 있고, 수축에 의한 균열 발생의 문제가 야기할 수 있다. 상기 골재가 400 중량부 초과로 구성되는 경우, 시멘트의 사용량이 감소할 수 있어 초기강도 감소와 느린 경화시간으로 인한 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 상기 광산 차수재 조성물은 상기 조성 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 구체예에 따른 광산 차수재 조성물은 그린시멘트 총 100 중량부에 대하여 슬래그 60 내지 80 중량부, 유동화제 0.1 내지 1.0 중량부, 골재 200 내지 400 중량부를 포함할 수 있다.
상기 그린시멘트는 칼슘설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate)계 팽창재를 함유할 수 있다.
한편 상기 칼슘설포알루미네이트계 팽창제 함유 그린시멘트가 광산 차수재 조성물 총 100 중량부에 대하여 10 중량부 미만으로 포함되는 경우, 상기 광산 차수재 조성물의 초기 강도 저하 및 접착력 저하의 문제가 있고, 25 중량부를 초과하는 경우, 상기 광산 차수재 조성물의 유동성 저하가 많이 발생할 수 있고, 수축에 의한 균열 발생의 문제와, 적정 압축강도 이상을 나타내어 사용량에 비해 비경제적일 수 있다.
상기 팽창재가 포함되어 있는 그린시멘트는 저온 소성을 기본으로 하여 포틀랜드 시멘트 클링커 광물에 4CaO·3Al2O3·SO3 성분을 부여하여, 저수축 성능이 향상된 제품으로 구조물의 균열저감 및 장수명화와 싱크홀, 폐광산용 차수재 등의 확대 적용 가능하다.
일반 포틀랜드 시멘트(이하 'OPC')의 경우 건조수축이 크며, 이에 따라 균열이 발생되어 최종적으로 폐광산 채움시 최밀충전을 기대하기 어려울 수 있다.
따라서 상기 광산 차수재 조성물에서는 건조수축, 균열보상 및 팽창성능을 나타낼 수 있는 칼슘설포알루미네이트계를 사용하여 최밀충전이 가능한 폐광산 차수재 특성효과를 얻을 수 있다.
여기서 상기 광산 차수재 조성물은 그린시멘트 총 100 중량부에 대하여 비산재 5 내지 30 중량부 또는 바닥재 5 내지 30 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 비산재가 그린시멘트 총 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만으로 구성되는 경우, 유동성 손실율 감소와 균열발생 방지의 효과를 충분히 얻을 수 없으며, 시멘트 사용량이 증가할 수 있어 비경제적일 수 있다. 상기 비산재가 30 중량부 초과로 구성되는 경우, 사용량에 비해 유동성 손실율 감소와 균열발생 방지의 효과를 더 증가시킬 수 없어 불필요한 낭비가 발생할 수 있으며, 초기강도 감소와 느린 경화시간으로 인한 문제를 야기할 수 있다.
상기 비산재가 포함되어 있는 광산 차수재는 비산재를 대량 활용할 수 있으며, 이산화탄소를 비산재 내에 고정화하여 온실가스 저감 기술로서 활용이 가능함으로서 경제적, 환경적 효과가 매우 증가될 수 있다.
한편 상기 바닥재가 그린시멘트 총 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만으로 구성되는 경우, 시멘트의 사용량이 증가할 수 있어 이로 인한 높은 단위수량으로 압축강도가 감소될 수 있고 유동성 손실율이 증가 될 수 있으며, 비경제적일 수 있다. 상기 바닥재가 30 중량부 초과로 구성되는 경우, 상기 광산 차수재 조성물의 초기 유동성이 크게 감소되어 차수재 시공시 문제를 야기할 수 있다.
상기 바닥재가 포함되어 있는 광산 차수재는 바닥재를 대량 활용할 수 있으며, 이산화탄소를 바닥재 내에 고정화하여 온실가스 저감 기술로서 활용이 가능함으로써 경제적, 환경적 효과가 매우 클 것으로 예상된다.
이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
분말도가 3400 ㎠/g이며, 칼슘설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate)계 팽창재가 포함되어 있는 그린시멘트 21kg, 제철소 고로 공정에서 발생되는 슬래그 15kg, 나프탈렌계 유동화제 0.1kg, 해안가 모래 채취를 통해 제조된 골재 63.9kg을 혼합하여 광산차수재 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서, 유동화제 0.2kg, 골재를 61.8kg으로 변경하고 순환유동층 보일러(CFBC) 방식의 화력발전소에서 산업부산물로 발생되는 비산재를 가속 탄산화 공정을 거쳐 얻어지고, 그 과정에서 비산재 내에 존재하는 높은 함량의 산화칼슘 성분을 탄산칼슘 성분으로 탄산화시킨, 5000 ㎠/g 내지 10000 ㎠/g의 분말도를 갖는 이산화탄소가 고정화된 비산재 2kg을 더 포함하여 구성되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 구성되도록 하는 광산차수재 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서, 유동화제 0.2kg, 골재를 59.8kg으로 변경하고 5000 ㎠/g 내지 10000 ㎠/g의 분말도를 갖는 이산화탄소가 고정화된 비산재 4kg을 더 첨가하여 구성되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 구성되도록 하는 광산차수재 조성물을 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1에서, 골재를 61.9kg으로 변경하고 순환유동층 보일러(CFBC) 방식의 화력발전소에서 산업부산물로 발생되는 바닥재를 가속 탄산화 공정을 거쳐 얻어지고, 그 과정에서 바닥재 내에 존재하는 높은 함량의 산화칼슘 성분을 탄산칼슘 성분으로 탄산화시킨, 80 ㎛ 내지 1000 ㎛의 입자크기를 갖는 이산화탄소가 고정화된 바닥재 2kg을 더 첨가하여 구성되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 구성되도록 하는 광산차수재 조성물을 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 1에서, 골재를 59.9kg으로 변경하고 80 ㎛ 내지 1000 ㎛의 입자크기를 갖는 이산화탄소가 고정화된 바닥재 4kg을 더 첨가하여 구성되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 구성되도록 하는 광산차수재 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
분말도가 3400 ㎠/g인 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 구비하였다.
상기 실시예 1에서, 그린시멘트를 분말도가 ㎠/g인 1종 보통 포틀랜드 시멘트로 대체하여 구성되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 구성되도록 하는 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예의 성분별 함량(%)을 표 1에 나타내었다.
구분 OPC 그린시멘트 슬래그 탄산화
CFBC
F/A		 탄산화
CFBC
B/A		 유동화재 골재
실시예 1 21.0 15.0 0.1 63.9
실시예 2 21.0 15.0 2.0 0.2 61.8
실시예 3 21.0 15.0 4.0 0.2 59.8
실시예 4 21.0 15.0 2.0 0.1 61.9
실시예 5 21.0 15.0 4.0 0.1 59.9
비교예 1 21.0 15.0 0.1 63.9
<실험예 1> 물성평가
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 구비된 조성물의 단위 수량, 플로우값(유동성), 압축강도를 측정하였다.
도 1은 플로우값을 측정하는 데 사용된 장치(70 X 100 X 5 mm 모르타르 플로우 콘 사용)을 나타낸 사진이고, 도 2는 압축강도를 측정하는 데 사용된 장치를 나타낸 사진이다.
도 1 및 도 2을 참조하여, 상기 실시예의 시료를 모르타르 혼합기를 사용하여 1분간 혼합하였다. 워커빌리티(workability)를 위해 플로우를 190 ~ 200 mm 하여 물-시멘트 비를 조정하였다.
물-시멘트비(Water-cement ratio)는 시멘트가 경화한 후의 강도와 내구성에 많은 인자를 주는 인자로써 물-시멘트비가 너무 높으면 강도 및 내구성 저하의 원인이 되며, 너무 낮으면 시공성(workability)이 저하되어 시공이 어려울 수 있다.
KSL ISO 679기준에 의거하여 휨강도와 압축강도를 측정하기 위한 공시체는 40 x 40 x 160 mm의 몰드에서 제작하였으며 3, 7, 28일 양생 간격으로 중앙에 하중을 두고 휨강도를 측정한 다음 절단된 공시체 위에 60 mm의 정사각형 철제 후판을 두고 가력하여 압축강도를 측정하였다.
상기 실시예에 따른 시료들의 단위수량, 플로우값과 압축강도를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
구분 단위수량 플로우(mm) 압축강도(Mpa)
실시예 1 16.5 191 35.37
실시예 2 19.4 192 34.18
실시예 3 21.0 190 33.31
실시예 4 17.5 191 41.92
실시예 5 17.5 192 44.44
비교예 1 16.0 196 49.05
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1과 실시예 1 내지 5는 차수재 현장 시공을 위한 유동성인 플로우 200 ± 10 mm를 고정으로 하였다.
비산재 및 바닥재를 사용하지 않고 포플랜드 시멘트를 사용한 차수재 조성물을 기준으로 비교예 1로 하고 그린시멘트을 바탕으로 비산재 또는 바닥재가 첨가된 실시예 1 내지 5의 압축강도 비교하였다.
실시예 1 내지 5에서 비교예 1과 유사한 압축강도를 나타내었다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광산 차수재 조성물의 길이변화율을 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광산 차수재 조성물의 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도면에서 비교예는 L-P로 표시하고, 실시예는 각각 L-1 내지 5로 표시하였다.
도면을 참조하면, 물-시멘트비 가 가장 낮은 비교예 1의 경우 압축강도가 다소 높게 나타났다. 하지만 실시예 2와 실시예 3의 경우 실시예 1하고 비교할 경우 물-시멘비가 19.4%와 21.0%로 다소 높은데 반해 강도가 보상되는 것을 확인할 수 있으며, 실시예 4와 실시예 5의 경우는 물-시멘트비가 가장 낮은 비교예 1과 차이가 크지 않는 압축강도를 발현하는 것을 확인하였다.
상기 결과는 차수재를 구성하고 있는 물질을 통해서 확인하였다.
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O TiO2 MnO P2O5
CFBC_BA 16.06 3.21 5.41 42.90 1.63 0.20 0.26 0.18 0.06 0.11
CFBCY_FA 33.94 17.04 8.45 21.86 3.25 0.78 0.26 0.90 0.10 0.12
상기 표 3은 본 발명의 실시예에 따른 비산재와 바닥재의 화학조성을 분석한 표이다.
여기서 CFBC_BA 및 CFBC_FA는 각각 순환유동층 화력발전소에 발생되는 비산재(Fly ash)와 바닥재(Bottom ash)를 의미한다.
상기 표 3을 확인하면 비산재와 바닥재를 구성하고 있는 물질 중에 SiO2, Al2O3와 CaO가 수화생성물 중 Ca(OH)2와의 포졸란반응을 활성화시켜 강도증진에 기여하는 C-S-H생성을 촉진시켜 강도가 보상되었다.
즉 수화반응이 진행되면 Ca(OH)2는 Ca2 +, 2OH-로 해리되며 2OH-는 Ca2 +, Si2 +, Al3+ 이온의 용출을 가속화하여 C-S-H 및 C-A-H 수화물의 생성을 촉진한다.
또한 CaSO4는 Ca2 +, SO4 2-로 서서히 해리되며 Ca2 +는 다시 Si2 +, Al3 +이온의 용출을 가속화하고 SO4 2-는 에트링가이트[ettringite,(3CaO· Al2O3· 3CaSO4· 32H2O)수화체 생성을 통해 강도발현에 영향을 미친다.
따라서 28일 강도기준으로 물-시멘트비가 가장 낮은 비교예 1의 경우 가장 높은 수치를 보이며 비산재에 의해 강도 보상이 되더라도 물비가 상대적으로 높은 실시예 3의 경우 강도가 낮아지는 것을 확인하였다.
한편 동일한 플로우에서 비교예 1에 비해 실시예 1 내지 5의 단위수량은 증가하는 것으로 나타났으며, 이에 따른 압축강도는 소폭 하락하는 것으로 나타났다. 실시예 2 내지 3은 이산화탄소가 고정화된 비산재를 사용함으로서 단위수량이 상대적으로 높게 증가함에도 불구하고 압축강도는 소폭 감소하는 것으로 나타났다.
실시예 4 내지 5는 이산화탄소가 고정화 된 바닥재를 사용함으로서 실시예 2 내지 3에 비해 상대적으로 단위수량이 소폭 증가하였으며, 이에 따른 압축강도가 비교예 1과 동등한 수준으로 나타났다.
따라서 본 발명의 실시예 1 내지 5에서 구비된 광산차수재 조성물은 비교예 1에 비해 높은 플로우를 나타내되, 우수한 압축강도 결과를 나타내는 것을 확인하였다.
또한 비교예 1에 비해 실시예 2 내지 5는 이산화탄소가 고정화된 CFBC 보일러의 비산재와 바닥재를 사용함으로서 경제적 및 환경적 효과가 매우 큰 것을 확인하였다.
지금까지 본 발명의 일 측면에 따른 순환유동층 보일러의 이산화탄소가 고정화된 비산재 및 바닥재를 포함하는 광산차수재 조성물에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 시멘트;
    순환유동층 보일러의 비산재(fly ash); 및
    바닥재(bottom ash);를 포함하되,
    상기 비산재 및 바닥재는 이산화탄소가 고정화(fixation)된 것을 특징으로 하는 광산 차수재 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트는 포틀랜드 1종 시멘트 또는 그린시멘트인 것을 특징으로 하는 광산 차수재 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비산재의 분말도는
    5000 ㎠/g 내지 10000 ㎠/g인 것을 특징으로 하는 광산 차수재 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바닥재의 입자 크기는
    80 ㎛ 내지 5000 ㎛인 것을 특징으로 하는 광산 차수재 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 그린시멘트는
    칼슘설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate)계 팽창재를 함유하는 것을 특징으로 하는 광산 차수재 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비산재 및 바닥재는
    비산재 및 바닥재가 함유하는 산화칼슘을 탄산칼슘화하는 가속 탄산화 공정을 통하여 이산화탄소 고정화된 것을 특징으로 하는 광산 차수재 조성물.
  7. 시멘트 총 100 중량부에 대하여 슬래그 60 내지 80 중량부, 유동화제 0.1 내지 1.0 중량부, 및 골재 200 내지 400 중량부를 포함하는 광산 차수재 조성물.
  8. 그린시멘트 총 100 중량부에 대하여 슬래그 60 내지 80 중량부, 유동화제 0.1 내지 1.0 중량부, 및 골재 200 내지 400 중량부를 포함하는 광산 차수재 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    그린시멘트 총 100 중량부에 대하여 비산재 5 내지 30 중량부 또는 바닥재 5내지 30 중량부를 더 포함하는 광산 차수재 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비산재 및 바닥재는
    비산재 및 바닥재가 함유하는 산화칼슘을 탄산칼슘화하는 가속 탄산화 공정을 통하여 이산화탄소 고정화된 것을 특징으로 하는 광산 차수재 조성물.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 비산재의 분말도는,
    5000 ㎠/g 내지 10000 ㎠/g인 것을 특징으로 하는 광산 차수재 조성물.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 바닥재의 입자 크기는,
    80 ㎛ 내지 5000 ㎛인 것을 특징으로 하는 광산 차수재 조성물.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 그린시멘트는
    칼슘설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate)계 팽창재를 함유하는 것을 특징으로 하는 광산 차수재 조성물.

KR1020170023183A 2017-02-21 2017-02-21 광산 차수재 조성물 KR20180096441A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170023183A KR20180096441A (ko) 2017-02-21 2017-02-21 광산 차수재 조성물
PCT/KR2018/000090 WO2018155806A1 (ko) 2017-02-21 2018-01-03 광산 차수재 조성물

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170023183A KR20180096441A (ko) 2017-02-21 2017-02-21 광산 차수재 조성물

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180096441A true KR20180096441A (ko) 2018-08-29

Family

ID=63253358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170023183A KR20180096441A (ko) 2017-02-21 2017-02-21 광산 차수재 조성물

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20180096441A (ko)
WO (1) WO2018155806A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102248124B1 (ko) * 2019-12-04 2021-05-03 인하대학교 산학협력단 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합체

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114477825B (zh) * 2022-03-01 2022-09-23 徐州无废城市技术研究院有限公司 一种循环流化床粉煤灰改性提质协同二氧化碳矿化减排的方法、改性粉煤灰及其应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120021031A (ko) 2010-08-31 2012-03-08 한국파라마운트 주식회사 차수층 형성방법, 및 인공연못, 인공시내, 폐기물매립지 건설방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101045341B1 (ko) * 2008-09-05 2011-06-30 현춘식 이산화탄소를 사용한 태운재 안정화 방법
KR100959410B1 (ko) * 2010-01-15 2010-05-24 한국광해관리공단 광산 채굴공동 충전용 저시멘트계 충전재
KR101377067B1 (ko) * 2013-12-09 2014-03-27 (주)뉴그린 생활폐기물 소각 바닥재의 가속탄산화 반응으로 캡슐레이션 효과에 의한 중금속 성분들을 안정화하는 방법
KR101442668B1 (ko) * 2014-03-31 2014-11-04 주식회사 이에스피소재 시멘트계 지수재 조성물 및 이를 이용한 지수공법
KR101700133B1 (ko) * 2016-01-25 2017-01-31 청암산업건설 주식회사 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수 보강 공법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120021031A (ko) 2010-08-31 2012-03-08 한국파라마운트 주식회사 차수층 형성방법, 및 인공연못, 인공시내, 폐기물매립지 건설방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102248124B1 (ko) * 2019-12-04 2021-05-03 인하대학교 산학협력단 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합체

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018155806A1 (ko) 2018-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101840470B1 (ko) 중금속 용출이 없는 친환경 지반 그라우트재 및 이를 이용한 지반 그라우팅 공법
KR101713828B1 (ko) 무시멘트 촉진형 혼화제 및 이를 포함하는 무시멘트 조성물
SK332004A3 (en) Geopolymer binder based on fly ash
KR20150048682A (ko) 레드머드 슬러지를 이용한 성토재 조성물
KR20110022776A (ko) 속경성 경량 보수보강 모르타르 조성물
RU2627772C2 (ru) Композиция катализатора, которая предназначена для использования с композициями пуццоланов
KR102454865B1 (ko) 무기계 급결재와 무시멘트를 이용한 지반차수 및 보강용 친환경 그라우트재 조성물
KR101354249B1 (ko) 유동층상 보일러의 비산재를 이용한 아우인계 시멘트 조성물 및 그 제조방법
KR101834539B1 (ko) 탄소광물화 처리된 비산재 및 조강형 팽창재를 포함하는 저수축 저탄소 그린 시멘트 조성물 및 이를 적용한 콘크리트
KR101416005B1 (ko) 비소성 무기결합제를 활용한 친환경블록 및 그 제조방법
KR20180096441A (ko) 광산 차수재 조성물
Jia et al. A review on the application of circulating fluidized bed fly ash in building materials
KR20150112479A (ko) 버텀애쉬를 골재로 활용한 콤팩션 그라우팅(Compaction Grouting) 공법용 속경형 모르타르 조성물
KR101821647B1 (ko) 그린시멘트 조성물 및 이의 제조방법
KR102457167B1 (ko) 친환경 지반주입 보강 그라우트 조성물 및 이를 이용한 시공방법
KR20180028048A (ko) 중금속 용출이 없는 친환경 지반 그라우팅 공법
KR101425829B1 (ko) 친환경고화재를 활용한 방초토 조성물 및 이를 이용한 시공방법
KR20180051840A (ko) 시멘트를 함유하지 않은 무독성 지반 주입재 및 이를 이용한 지반 보강 방
KR101974591B1 (ko) 포인트 기초용 친환경 고기능성 고화재 조성물
KR102401320B1 (ko) 광산채움재
KR102405639B1 (ko) 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 보수공법
KR20160122578A (ko) 유동층 보일러 고알칼리 플라이애시를 이용한 ｓｃｗ 공법용 밀크주입재 및 이를 이용한 ｓｃｗ 공법
KR102369849B1 (ko) 연약지반 급속 처리방법
KR20150113436A (ko) Ｓｃｗ 공법용 밀크주입재 조성물 및 이를 이용한 ｓｃｗ 공법
JP2022176037A (ja) グラウト材料、グラウトモルタル組成物及び硬化体

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment