KR20190076602A - 페로니켈슬래그와 고로수재슬래그를 포함하는 복합슬래그 잔골재 - Google Patents

페로니켈슬래그와 고로수재슬래그를 포함하는 복합슬래그 잔골재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페노니켈슬래그와 고로수재슬래그의 결함을 보완한 페로니켈슬래그와 고로수재슬래그를 포함하는 복합슬래그 잔골재에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, FeNi슬래그 및 파쇄가공된 고로수재슬래그를 포함하는 복합슬래그 잔골재가 제공된다. 본 발명에 의한 복합잔골재는 모래대체재로 콘크리트 및/또는 모르타르에 적용시, 향상된 유동성 및/또는 강도를 나타낸다. 뿐만 아니라, 본 발명의 복합잔골재는 개선된 수축률을 나타낸다. 또한, 천연골재 수급불균형문제 심화문제를 해결할 수 있고 슬래그를 유가자원으로 재활용하는 방안으로서 그 효과를 기대할 수 있다.

Description

페로니켈슬래그와 고로수재슬래그를 포함하는 복합슬래그 잔골재{COMPLEXED SLAG FINE AGGREGATE COMPRISING FERRONICKEL FURNACE SLAG AND GRANULATED BLAST FURNACE SLAG}
본 발명은 페로니켈슬래그와 고로수재슬래그를 활용한 복합슬래그 잔골재에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 페로니켈슬래그와 고로수재슬래그의 결함을 보완한 페로니켈슬래그와 고로수재슬래그를 포함하는 복합슬래그 잔골재에 관한 것이다.
고로수재슬래그는 용광로(이하, '고로'라고도 한다)에서 선철과 동시에 생성되는 용융고로슬래그를 물에서 급랭해서, 얻어진 것으로 도 1의 나타낸 바와 같은 공정에서 발생한다. 특히, 고로로부터 슬래그가 배출되면서, 도 2의 사진에서와 같이 고압의 물을 살수하므로, 결정상이 갖추어지지 않고 비결정상의 모래형태 입자로 생성된다.
현재, 국내에서는 고로수재슬래그를 건조, 미분쇄하는 공정으로 미분말화하여 시멘트 원료, 콘크리트 혼화재 등으로 활용하고 있다. 고로수재슬래그 미분말을 사용하여 제조한 콘크리트는 다음의 우수한 특성을 얻을 수 있다. 즉, (1) 수화발열속도의 저감 및 콘크리트의 온도상승 억제효과가 있다. (2) 장기강도가 향상된다. (3) 수밀성이 향상된다. (4) 염화물 이온 침투억제효과에 의한 철근의 발생(녹) 억제효과가 있다. (5) 황산염 등에 대한 화학저항성이 향상된다. (6) 알칼리실리카반응의 억제효과가 있다. (7) 블리딩이 적고, 유동성이 뛰어나다. (8) 고강도의 콘크리트를 얻을 수도 있다.
그러나, 이와 같이 현재까지 성황리에 활용중이던 고로수재슬래그는 국내 건설경기와 연동되어 있어 건설경기 침체시 부산물의 잉여현상이 발생할 수 있다. 따라서 고로수재슬래그의 신규 자원화 용도가 요구된다. 한편, 종래 고로슬래그를 이용한 기술로는 한국특허 1560893 등이 있다.
한편, 페로니켈슬래그(FeNi 슬래그)는 철강제품 중 스테인리스강 제조시 원료로서 활용되는 페로니켈(Ferronickel)을 안정적으로 공급하기 위하여 최근 국내에서도 페로니켈 제련소가 설립되어 연산 30만톤(순니켈 6만톤)의 생산체재를 갖추고 있다. 생산방식은, Ni 광석을 이용하여 전기로 형식의 로에서 코크스 등으로 Ni 광석을 환원처리하여 페로니켈을 제조한다. 이 때 발생되는 슬래그가 페로니켈 슬래그이다. 페로니켈 슬래그는 연간 약 200만톤 규모로 그 발생량이 막대하며, 수쇄 및 서냉방식에 의하여 배출되고 있다. 기존의 철강슬래그 즉, 고로슬래그 및 제강슬래그 등은 CaO와 SiO2 성분으로 구성되어 있는 점에 반해 페로니켈 슬래그의 주성분은 25~40중량%의 MgO와 45~60중량%의 SiO2로 구성되어 있으며 냉각방식에 따라 엔스타타이트(Enstatite)(MgOSiO2)상과 포르스테라이트(Forsterite)(2MgOSiO2)상으로 결정화되는 특징이 있다. 페로니켈 슬래그는 과립 형태로서 그 입도크기가 10mm 미만의 수준이다.
상기 "입도"는 분광이 구 모양인 경우에는 구의 지름을 말하고, 상기 분광이 복잡한 형상으로 이루어진 경우에는 일정 방향으로의 지름을 다수 측정한 평균값을 말하는 것으로, 이 기술분야에서 입자크기를 나타내는 것으로 통상적으로 사용된다.
하기 표 1은 페로니켈 수재 슬래그의 주요 성분 함량을 나타낸 것인데, 슬래그 중 SiO2 성분이 높기 때문에 슬래그의 점성이 높으며, MgO 함량이 높기 때문에 융점 또한 1500℃ 이상으로 높다.
성분 SiO2 CaO T-Fe Al2O3 MgO S
함량
(wt%)		 53 1 5 2 34 0.04
이러한 페로니켈슬래그의 자원화 용도가 또한 요구된다.
한국특허 1560893등
본 발명은 고로수재슬래그와 페로니켈슬래그를 포함하는 복합슬래그 잔골재를 제공하는 것이다. 즉, 본 발명은 콘크리트 또는 모르타르에서 모래 대체제로 사용될 수 있는 고로수재슬래그와 페로니켈슬래그 포함하는 복합슬래그 잔골재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, FeNi슬래그 및 파쇄가공된 고로수재슬래그를 포함하는 복합슬래그 잔골재가 제공된다.
상기 FeNi슬래그 및 파쇄가공된 고로수재슬래그는 입도가 5mm 이하 (0은 제외한다)이다.
상기 파쇄가공된 고로수재슬래그는 고로수재슬래그를 콘크러셔, 임팩트크러셔, 및 롤크러셔 중 하나 이상의 수단으로 파쇄가공할 수 있다.
상기 FeNi슬래그는 공기 또는 물에 의해 냉각된 FeNi슬래그일 수 있다.
상기 FeNi슬래그는 2MgO·SiO2 및 MgO·SiO2의 결정상을 포함할 수 있다.
상기 FeNi슬래그와 파쇄가공된 고로수재슬래그는 FeNi슬래그:파쇄가공된 고로수재슬래그가 7:3 내지 5:5의 혼합중량비로 포함될 수 있다.
상기 복합슬래그 잔골재는 모래대체제로 사용될 수 있다.
상기 복합슬래그 잔골재는 콘크리트용 또는 모르타르용일 수 있다.
본 발명에 의한 고로수재슬래그와 페로니켈슬래그를 포함하는 복합슬래그 잔골재(이하, 단지 '복합잔골재'라 하기도 한다)는 모래대체재로서 콘크리트 및/또는 모르타르에 사용될 수 있다. 본 발명에 의한 복합잔골재는 모래대체재로 콘크리트 및/또는 모르타르에 적용시, 향상된 유동성 및/또는 강도를 나타낸다. 뿐만 아니라, 본 발명의 복합잔골재는 개선된 수축률을 나타낸다. 또한, 천연골재 수급불균형문제 심화문제를 해결할 수 있고 슬래그를 유가자원으로 재활용하는 방안으로서 그 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 고로수재슬래그가 얻어지는 공정의 개략도이다.
도 2는 고로슬래그에 살수하여 급냉하는 공정을 나타내는 사진이다.
도 3은 FeNi슬래그와 고로수재슬래그의 가공파쇄 공정을 개략적으로 나타내었다.
도 4는 FeNi슬래그와 고로수재 슬래그의 혼합비에 따른 입도크기 분포를 나타낸다. 도 5a 및 5b는 FeNi슬래그와 고로수재슬래그를 8:2 및 9:1 중량비로 혼합한 복합슬래그의 재료분리 현상을 보여주는 사진이다.
도 6은 FeNi슬래그와 고로수재슬래그를 4:6 중량비로 혼합한 복합슬래그를 포함하는 시험체의 슬럼프 플로우를 보여주는 사진이다.
도 7은 골재의 종류 및 혼합비에 따른 단위수량 및 슬럼프 플로우를 나타내는 그래프이다.
도 8은 시험체의 혼합비에 따른 슬럼프 플로우를 나타내는 사진이다.
도 9는 비교체 및 기준체의 혼합비에 따른 슬럼프 플로우를 나타내는 사진이다.
도 10은 시험체, 기준체 및 비교체의 압축강도를 나타내는 그래프이다.
도 11은 시험체, 기준체 및 비교체의 건조 수축률을 나타내는 그래프이다.
본 발명자들은 고로수재슬래그 및 페로니켈슬래그의 유가 자원화 및 모래대체제에 대한 연구 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
고로수재슬래그를 모래 대체재로 활용하기 위해서는 다음의 두 가지 문제가 해결되어야 한다. 첫째, 고로수재슬래그는 약 30~40 wt% 수준의 SiO2를 함유하고 있기 때문에, 상기에서 제시한 바와 같이, 고온 용융상태에서 고압의 살수처리를 할 경우, 비결정질(유리질)로 생성될 뿐만아니라, 이 때, 2~7mm 수준의 길고 가느다란 바늘모양의 침상형 유리질도 함께 생성된다. 콘크리트 및 모르타르 골재로 고로수재슬래그 골재를 활용할 경우, 이러한 유리질 침상에 의해 콘크리트 및 모르타르의 유동성이 저하되고, 재료 분리 등 품질저하 현상이 발생하여, 사용하기 어려운 문제를 내포하고 있다. 더구나, 침상이 다량 함유된 골재를 야적할 경우, 작업자의 인체 유해성이 우려된다. 따라서, 고로수재슬래그를 유가자원으로 활용하기 위해서는 침상형 유리질로 인한 문제를 해결하여야 한다.
또한, 전술한 바와 같이 고로수재슬래그는 분말화하여 시멘트계 소재로 활용되고 있다. 통상의 고로수재슬래그 미분말은 고 pH 환경하에서 입자 표면을 코팅하고 있는 비결정질의 유리질 피막이 파괴되어 Ca2 +, Al2 + 등의 용출이 용이하게 되고, 용출 이온들이 CaO-SiO2-H2O계 수화물 등을 생성하게 됨으로써 경화된다. 이러한 수경반응성을 잠재수경성이라고 한다. 이러한 잠재수경성으로 인하여, 콘크리트용 골재 활용시 야적 또는 보관시에 고결(경화)현상이 발생하게 되면 활용이 불가능하게 된다. 따라서, 고로수재슬래그의 잠재수경성으로 인한 문제를 해결하여야 한다.
본 발명은 상기와 같은 고로수재슬래그의 활용과 관련된 문제를 해결하고, 고로수재슬래그와 페로니켈슬래그를 포함하는 복합슬래그 잔골재를 제공하는 것이다.
본 발명에서는 고로수재슬래그를 콘크리트용 또는 모르타르용 모래 대체제로 사용하기 위해, 고로수재슬래그를 임팩트 파쇄 또는 콘파쇄(cone crusher)함으로써, 고로수재슬래그의 유리질 침상과 각진 입형을 개선한다. 또한, 수경성이 없는 페로니켈슬래그를 고로수재슬래그와 균질하게 혼합함으로써(예비-혼합, Pre-mixing), 잠재수경성으로 인한 고결 문제를 해결한다.
본 발명의 일 구현에 의하면, 페로니켈슬래그(FeNi슬래그 또는 FNS로 약칭하기도 함)와 파쇄가공된 고로수재슬래그를 포함하는 복합슬래그 잔골재가 제공된다.
FeNi슬래그는 입형이 구형이기 때문에 콘크리트용 골재 활용시, 볼 베어링(Ball bearing) 효과에 의해 유동성이 우수하다. 또한, 사용하는 물의 양을 줄일 수 있어 높은 강도를 발현함과 더불어 수축응력을 줄 일수 있다. FeNi슬래그는 결정질의 2MgO·SiO2 및 MgO·SiO2의 결정상을 포함하거나, 2MgO·SiO2 및 MgO·SiO2의 결정상으로 구성되어 있어 수경성(경화특성)이 없어 모래 대체재로 활용하기 바람직하다.
한편, 고로수재슬래그는 비결정질로 수경성을 가지고 있기 때문에 모래 대체재 활용시, 장기 적재 등에 있어 경화현상이 발생할 우려가 있다.
경화특성이 없는 FeNi슬래그와 경화특성의 고로수재슬래그를 사전에 혼합(pre-mixing)하여 경화현상을 미연에 방지하고자 하는 것이 복합슬래그 잔골재 제조의 목적 중 하나이다.
상기 FeNi 슬래그는 일반적으로 입도가 10mm이하의 과립 형태이기 때문에 모래대체재로 활용하기에 무리가 있다. 통상적으로 모래대체재로 활용하기 위해서는 입도가 5mm 이하(O은 제외한다)이다. 보다 정확하게 입도 5mm 이하 95중량% 이상, 입도 5~10mm 5중량% 이하를 콘크리트용 모래라 한다.
따라서, 체선별을 통해 입도가 5mm 이하(O은 제외한다)인 분과 입도가 5~10mm분을 파쇄하여 5mm 이하로 낮춘 분을 합쳐 콘크리트용 모래로 활용할 수 있다. FeNi 슬래그는 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 방법으로 파쇄할 수 있으며, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 콘크러셔, 임팩트크러셔, 및 롤크러셔로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 한가지 이상을 이용하여 가공파쇄할 수 있다.
특히, FeNi 슬래그는 전술한 바와 같이 구형의 장점을 가지는데, 제조시에 전량 파쇄하는 것이 아니고, 입도 5mm 이하(O은 제외한다)분은 파쇄하지 않고, 입도가 5mm 이상인 분만 파쇄하기 때문이다.
상기 FeNi슬래그는 입도가 2~3mm인 것이 바람직하다. 입도가 2mm 미만이면, 미립분이 과다 포함되어 콘크리트의 점도가 높아지므로 유동성이 저하되고, 강도가 낮아진다. 또한, 입도가 3mm를 초과하면, 반대로 미립분이 과다 부족해서 점성이 과다하게 없어지는데, 콘크리트 타설시에 재료분리(페이스트와 골재의 점성약화로 분리되는 현상)가 발생할 수 있다. 상기 FeNi슬래그는 공기 또는 물에 의해 냉각된 것일 수 있다.
상기 고로수재슬래그는 콘크러셔, 임팩트크러셔, 롤크러셔로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나로 가공파쇄하여 입형을 개선시킨 비결정질의 고로수재슬래그일 수 있다.
FeNi슬래그의 가공파쇄 및 고로수재슬래그의 가공파쇄는 각각 별도로 행할 수도 있고, 이들을 혼합하여 함께 행할 수도 있다.
고로수재슬래그에는 30~40중량%의 SiO2가 함유되어 있는데 이로 인해 고온융융상태에서 살수냉각시 침상이 생기고 입형에 모가 난다. 침상 함유상태에서 콘크리트용 모래 대체재로 사용시에 유동성의 저하가 우려되고, 특히, 작업자의 안전에 우려된다.
또한, 입형이 모가나면 볼 베어링효과 저하로 콘크리트 제조시 유동성이 저하된다.
고로수재슬래그를 콘크러셔, 임팩트크러셔, 및 롤크러셔로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 한 가지 수단이상으로 가공파쇄함으로써 침상을 단상, 분상으로 파쇄하고, 모가 난 입형을 깍아줌으로서 구형율을 높일 수 있다.
또한, 상기 고로수재슬래그는 입도가 5mm 이하(O은 제외한다), 바람직하게는 2mm 이하로 파쇄되는 것이 바람직하다. 보다 엄밀하게 0.03mm~2mm로 가공파쇄되는 것이 바람직하다. 결국 본 발명은 5mm 이하의 페로니켈슬래그와 고로수재슬래그를 혼합한 복합슬래그 잔골재를 제조하기 위함인데, 고로수재슬래그는 2mm 이하가 바람직하다.
전체적으로 입도가 2mm 이상인 분은 FeNi슬래그에 충분하게 함유되어 있다. 입도 0.03mm 이하는 이물질로 규정하는데, 콘크리트의 유동성저하가 강도저하, 수축증대로 인한 균열등 문제를 야기할 수가 있다.
본 발명의 일 구현에 의한 복합슬래그 잔골재에서 상기 FeNi슬래그와 상기 고로수재슬래그를 중량기준으로, FeNi슬래그:고로수재슬래그를 7:3 내지 5:5비로 포함한다. 상기 FeNi슬래그가 FeNi슬래그:고로수재슬래그의 혼합비 7:3보다 많은 양으로 배합되면, 복합슬래그 잔골재에서 FeNi슬래그와 고로수재슬래그가 분리됨으로 바람직하지 않다. 상기 FeNi슬래그가 FeNi슬래그:고로수재슬래그의 중량혼합비 5:5 보다 적은 양으로 배합되면, 즉, 고로수재슬래그가 본 발명의 범위보다 다량 배합되면, 본 발명의 복합슬래그 잔골재를 콘크리트 적용시 과다한 점성발생으로 유동성 저하현상이 나타나므로 바람직하지 않다.
유동성은 통상적으로 모르타르 슬럼프 플로우로 측정 및 예상하는데 현장에서의 작업성을 고려하여 200~210mm로 설정한다. 200mm 미만이면, 콘크리트의 유동성은 기준에 해당하지 않고, 210mm 초과는 재료분리의 우려가 있다.
또한, FeNi슬래그:고로수재슬래그가 7:3 내지 5:5 중량비로 혼합되는 경우에, FeNi슬래그와 고로수재슬래그를 포함하는 복합슬래그의 입자크기 분포가 콘크리트 또는 모르타르에 사용가능한 잔골재, 구체적으로 모래의 입자크기 분포에 해당됨으로 잔골재의 대체재로 사용되기에 바람직하다. 상기 범위를 벗어나면, 복합슬래그를 시멘트 및 모래와 배합시에 유동성을 만족하지 못하거나 및/또는 재료가 분리되는 문제가 있다.
상기한 본 발명의 복합슬래그 잔골재는 콘크리트 및/또는 모르타르에서 모래대체재로 사용될 수 있으며, 우수한 강도, 유동성 및/또는 개선된 수축특성을 나타낸다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
실시예 1: 가공파쇄한 FeNi 슬래그와 고로수재슬래그의 혼합비에 따른 복합슬래그 잔골재의 제조
도 3에 FeNi 슬래그와 고로수재슬래그의 가공파쇄 공정을 개략적으로 나타내었다. 도 3에 나타낸 바와 같이, FeNi 슬래그와 고로수재슬래그를 각각 각각 임팩트 클러싱으로 가공파쇄하였다. FeNi슬래그는 5mm크기의 분자체를 95 중량% 이상 통과하도록 가공파쇄하였다. 고로수재슬래그는 입도가 2mm 이하가 되도록 파쇄하였다.
상기 가공파쇄한 FeNi슬래그와 고로수재 슬래그를 각각 5:5, 6:4, 7:3, 8:2 및 9:1의 중량비로 혼합하고, 혼합 슬래그의 입도크기 분포를 측정하여 하기 표 2 및 도 4에 나타내었다.
도 4에서 검은색 점선은 콘크리트에 사용가능한 모래의 입도크기 분포의 범위를 나타내며, 두개의 검은색 점선 사이의 속하는 입자크기 분포를 갖는 경우에, 콘크리트에 사용되는 모래 대체제로 사용가능한 것이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 FeNi슬래그와 고로수재 슬래그가 5:5, 6:4, 및 7:3 중량비로 혼합된 경우에, 혼합 슬래기의 입자크기 분포가 두개의 검은색 점선 사이의 입자크기 분포에 속하고 따라서, 콘크리트에 모래 대체제로 사용될 수 있음을 확인하였다.
한편, 도 4에 나타낸, FeNi슬래그와 고로수재 슬래그가 5:5, 6:4, 및 7:3 중량비로 혼합된 혼합슬래그의 입자크기 분포를 체를 통과한 양으로 나타내면 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.
FeNi슬래그와 고로수재슬래그의 혼합비에 따른 입도 분포
체크기 (mm)
pan 0.15 0.3 0.6 1.2 2.5 5 10
FNS:고로수재=7:3 0 3.7 12.0 21.3 45.0 83.0 98.3 99.9
FNS:고로수재=6:4 0 4.5 14.6 26.5 52.4 85.5 98.5 99.9
FNS:고로수재=5:5 0 5.2 17.2 31.6 59.9 87.9 98.8 99.9
실시예 2: FeNi 슬래그와 고로수재슬래그를 포함하는 복합슬래그의 모르타르용 모래 대체제로서의 평가
상기 실시예 1의 분쇄한 FeNi슬래그와 고로수재슬래그의 복합슬래그 잔골재를 이용하여 모르타르 시험체를 제조하였다. 모르타르 시험체 제조시, 시멘트:복합슬래그:물의 중량 비율을 1:1.1:5 로 배합하였다. 상기 복합슬래그로는 상기 실시예 1의 FeNi 슬래그와 고로수재슬래그가 4:6, 5:5, 6:4, 7:3, 8:2 및 9:1의 중량비로 혼합한 것을 사용하였다.
또한, 비교체로서 통상의 레미콘용 골재로 활용되고 있는 쇄사(부순모래, 입도크기 범위는 1.5~5mm)와 해사 (입도크기 분포는 0.3~1.5mm)를 시멘트 및 물과 배합하여 사용하였다. 비교체는 시멘트:쇄사와 해사의 혼합물:물의 중량 비율을 1:1.1:5 로 배합하였다. 쇄사(부순모래)와 해사는 7:3, 6:4, 5:5 중량비로 혼합하여 사용하였다.
FeNi슬래그와 고로수재슬래그를 8:2 및 9:1 중량비로 혼합한 복합슬래그로 제조한 시험체는 도 5a 및 5b에 나타낸 바와 같이, 재료분리 현상이 발생하여 사용이 불가능하였다. 도 5a는 FeNi슬래그와 고로수재슬래그를 8:2 중량비로 혼합한 경우이며, 도 5b는 FeNi슬래그와 고로수재슬래그를 9:1 중량비로 혼합한 경우이다.
실시예 1의 가공파쇄한 FeNi슬래그와 고로수재슬래그를 4:6 중량비로 혼합한 복합슬래그로 제조한 시험체는 목표슬럼프 플로우(Flow) 값이 도 6의 사진과 같이, 140nm 수준으로 평가되었다. 즉, FeNi슬래그와 고로수재슬래그의 4:6 중량비로 혼합한 복합 슬래그로 제조된 시험체는 목표슬럼프 플로우(Flow)인 200~210mm 만족시키지 못하였다. 이로부터, 시공성의 양호함 정도가 바람직하지 않음을 알 수 있다. 슬럼프 플로우는 KS L 5111, 시멘트 모르타르의 플로우 평가방법으로 평가하였다.
이와 같이, 목표 슬럼프 플루오를 만족하지 못하는 경우에, 목표슬럼프 플루오를 만족시키기 위해서는 단위수량(물)을 추가적으로 첨가하여야 한다. 그러나, 단위수량(물)을 추가적으로 첨가하는 경우에는, 압축강도 저하 및 건조수축 증가에 의한 균열 야기 등 하자발생이 야기된다.
FeNi 슬래그와 고로수재슬래그가 5:5, 6:4, 및 7:3 의 중량비로 혼합한 복합슬래그는, 일반적으로 사용되는 쇄사와 해사 잔골재를 이용한 콘크리트 또는 모르타르 배합시 사용되는 물의 양을 사용하여 배합한 경우에도, 목표슬럼프 플로우(Flow)인 200~210mm 만족하는 것으로, 모래 대체제로 사용하기에 적합한 유동성을 나타내었다.
실시예 3: FeNi 슬래그와 고로수재슬래그의 혼합 슬래그를 사용한 경우의 단위수량 변화
목표슬럼프 플로우를 200~210mm로 설정하고, 목표슬럼프 플로우를 만족하도록 시험체 및 비교체의 물의 양을 조정하였다. 실시예 3에는 표 3의 시험번호 1 내지 6에서 각각 시멘트 600g과 모래 대체제 3000g을 혼합하였다. 한편, 시험번호 5의 경우에, 물 650g을 첨가하여 배합하였으며, 이 경우의 물의 양으로 100%(슬럼프 플로우 200~210mm 만족)로 하고, 이에 대한 상대적인 양으로 시험번호 1 내지 4, 및 6에서의 물의 양(중량기준)을 조절하였다. FNS 및 고로수재슬래그는 실시예 1의 것을 그리고 부순모래 및 해사는 실시예 2와 동일한 것이다. 각 시험번호의 배합에서, 배합에서는 플로우 200~210mm를 만족하기 위한 물의 양을 투입하였는데, 물의 양은 각각 더 들어가기도, 덜 들어가기도 한다.
하기 표 3 및 도 7의 그래프에 나타낸 바와 같이 FeNi 슬래그와 고로수재슬래그의 혼합비 및 쇄사와 해사의 혼합비에 따라 물 혼입량, 및 슬럼프 플로우를 나타내었다.
시험번호 모래 대체제 기준체 대비 물 혼입비 (wt%) 슬럼프 플로우 (mm)
1 (시험체) FNS:고로수재슬래그 7:3 중량비 혼합 67 205
2 (시험체)
FNS:고로수재슬래그 6:4 중량비 혼합		 69 200
3 (시험체)
FNS:고로수재슬래그 5:5 중량비 혼합		 78 200
4 (비교예)
쇄사:해사 7:3 중량비 혼합		 92 210
5 (기준체)
쇄사:해사 6:4 중량비 혼합		 100 210
6 (비교체)
쇄사:해사 5:5 중량비 혼합		 112 205
상기 표 3 및 도 7에서 알 수 있듯이, 천연골재 대비 FeNi슬래그와 고로수재슬래그 복합슬래그 잔골재를 적용한 경우 단위수량이 줄어드는 현상이 관찰되었다. 이에 따라, 단위수량 저감에 의한 압축강도 향상과 건조수축 저감현상 등 장점을 발휘할 수 있다.
상기 도 8에 나타낸 바와 같이, FeNi 슬래그와 고로수재슬래그가 5:5, 6:4, 및 7:3의 중량비로 혼합된 복합슬래그를 이용한 시험체는 물의 양이 감소된 경우에도, 목표슬럼프 플로우인 200~210mm를 만족하였다. 쇄사와 해사를 5:5, 6:4, 및 7:3의 중량비로 혼합하여 제조한 비교체 및 기준체 또한, 도 9에 나타낸 바와 같이, 슬럼프 플로우가 200~210mm 범위를 만족하였으며, 콘크리트 시공상에서 양호한 유동성을 확보할수 있음을 의미한다.
또한, 상기 표 3의 시험번호 1-6의 배합으로된 시험체, 기준체 및 비교체의 압축강도와 건조수축을 측정하고 그 결과를 각각 도 10 및 11에 나타내었다.
압축강도는 시멘트 모르타르의 압축강도 평가방법인 KS L ISO 679으로, 수축율은 KS F 2586, 시멘트, 모르타르, 콘크리트의 자기수축 시험방법에 준하여 평가하였다.
도 10에서 알 수 있듯이, 시험번호 1 내지 3의 시험체의 압축강도는 7일에는 시험번호 4 내지 6의 비교체 및 기준체의 압축강도에 비하여 다소 컸지만, 28일에는 훨씬 증가하였으며, 56일의 장기 압축강도는 더욱 월등히 증가됨을 나타내었다.
또한, 도 11에서 알 수 있듯이, 재령(에이징) 66일까지의 건조수축은 시험번호 1 내지 3의 시험체의 건조수축이 천연골재를 사용한 시험번호 4 내지 6의 비교체 및 기준체에 비하여 절대적으로 작게 나타났다. 도 11에서 건조수축률의 단위는 10-3mm/mm에 해당한다. 건조수축이 작을수록 균열저감에 대한 효과가 탁월하며, 최근 구조물의 고성능화에 따라 고가의 혼합재로 사용하는 수축저감재를 대체 또는 줄일수 있게 되므로 건설산업의 유효한 효과를 수반할 수 있다.

Claims (8)

  1. FeNi슬래그 및 파쇄가공된 고로수재슬래그를 포함하는 복합슬래그 잔골재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 FeNi슬래그 및 파쇄가공된 고로수재슬래그는 입도가 5mm 이하(O은 제외한다)인, 복합슬래그 잔골재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파쇄가공된 고로수재슬래그는 고로수재슬래그를 콘크러셔, 임팩트크러셔, 및 롤크러셔 중 하나 이상의 수단으로 파쇄가공한 것인, 복합슬래그 잔골재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 FeNi슬래그는 공기 또는 물에 의해 냉각된 FeNi슬래그인, 복합슬래그 잔골재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 FeNi슬래그는 2MgO·SiO2 및 MgO·SiO2의 결정상을 포함할 수 있는, 복합슬래그 잔골재.
  6. 제1항에 있어서,
    FeNi슬래그와 파쇄가공된 고로수재슬래그는 FeNi슬래그:파쇄가공된 고로수재슬래그가 7:3 내지 5:5의 혼합중량비로 포함되는, 복합슬래그 잔골재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복합슬래그 잔골재는 모래대체제로 사용되는, 복합슬래그 잔골재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복합슬래그 잔골재는 콘크리트용 또는 모르타르용인, 복합슬래그 잔골재.
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