KR20190091956A

KR20190091956A - 흡수율이 저감된 인공경량골재의 제조 방법

Info

Publication number: KR20190091956A
Application number: KR1020180011142A
Authority: KR
Inventors: 이기강; 김소희; 이지언; 권정규; 우희수
Original assignee: 경기대학교 산학협력단
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2019-08-07
Also published as: KR102012915B1

Abstract

본 발명은 흡수율이 저감된 인공경량골재의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전량 매립되던 칼슘염을 포함하는 보일러 플라이 애쉬 또는 칼슘염을 포함하는 유동층상 보일러 플라이 애쉬를 이용하여 제조된 인공골재 표면에 소수성 물질을 코팅함으로써 흡수율을 저감시켜, KS규격(KS F 2527)을 만족시키는 흡수율이 저감된 인공경량골재의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인공경량골재는 전량 매립되던 칼슘염을 포함하는 보일러 플라이 애쉬 또는 칼슘염을 포함하는 유동층상 보일러 플라이 애쉬를 이용하여 제조된 인공골재 표면에 소수성 물질을 상온에서 코팅함으로써 흡수율을 저감시키는 효과가 있다.

Description

흡수율이 저감된 인공경량골재의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING ARTIFICIAL LIGHT-WEIGHT AGGREGATES FOR REDUCING ABSORPTION RATE}

본 발명은 흡수율이 저감된 인공경량골재의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전량 매립되던 칼슘염을 포함하는 보일러 플라이 애쉬 또는 칼슘염을 포함하는 유동층상 보일러 플라이 애쉬를 이용하여 제조된 인공골재 표면에 소수성 물질을 코팅함으로써 흡수율을 저감시켜, KS규격(KS F 2527)을 만족시키는 흡수율이 저감된 인공경량골재의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 화력발전소에서 석탄을 이용하여 에너지를 생산하는 연소방식에는 미분탄 연소방식과 순환유동층 연소방식이 있다. 미분탄 연소방식의 화력발전소에서 발생하는 석탄회의 경우, 80% 이상이 콘트리트 혼화제나 시멘트의 원료로 사용되고 있다. 이에 비해 순환유동층 연소방식의 석탄회의 경우, SiO₂ 함량이 45% 이하로 혼화재로서 포졸란 반응에 대한 SiO₂량이 충분하지 않아 KS규격(KS L 5405)에 부합하지 못하여 콘크리트 혼화재나 시멘트의 원료로 사용되지 못하고 전량 매립의 형태로 폐기되는 실정이다.

순환유동층 연소방식은 석탄 연소과정에서 발생하는 황 성분을 제거하기 위해 석회석을 이용하여 로(furnace) 내 탈황을 하기 때문에 발생한 석탄회 내에는 산화칼슘(CaO) 성분이 다량으로 함유되어 있다. 이러한 이유로, 일반적으로 유동층상 플라이 애쉬를 물로 수화한 후 건조, 분쇄한 유동층상 플라이 애쉬는 비록 건조하였다 할지라도 다량의 수분을 함유하고 있으며, 또한 Ca 이온은 Ca(OH)₂로 상전이 되어 있는 상태이다. 이를 건조한 후 조립하여 골재로 제조하였다 할지라도, 다량의 수분을 흡수하게 되는 것은 필연적이다.

또한, 다량의 칼슘염(예컨대 산화칼슘(CaO), 황산칼슘, 탄산칼슘 등) 화합물이 포함된 유동층상 보일러 애쉬 등을 보통 포틀랜드 시멘트 치환용 혼화재로 모르타르 또는 콘크리트에 사용하게 되면 시멘트의 수화 반응에 참여하지 못한 유리석회(free-CaO) 성분으로 인하여, 수분과 유리석회가 반응하여 소석회(Ca(OH)₂)를 형성시키며, 이로 인해 자체 수분함유량이 높아져 모르타르 또는 콘크리트에 인공경량골재의 혼합 사용 시, 초기의 배합설계보다 많은 양의 물을 필요로 하게 되고, 수화 반응에 필요한 물의 양을 초과하여 공급한 잉여수로 인하여 모르타르 또는 콘크리트 내부에 더 많은 공극을 형성하게 된다. 이러한 잉여 수에 의한 공극을 모르타르 또는 콘크리트의 압축강도를 저하시키거나, 외부에서 모르타르 또는 콘크리트에 유해한 이온의 침투가 용이하여 콘크리트의 중성화, 풍화, 등 콘크리트의 내구성을 떨어뜨리게 된다.

이러한 경량골재의 흡수율은 자체 중량에 대하여 약 20% 이상의 물을 경량골재의 기공 내로 흡수하는 노력이 있다. 흡수된 물은 경량 콘크리트를 제조하여 펌프를 이용하여 압송할 경우 펌프의 압력에 의하여 기공 내의 물이 빠져나오게 되고 이 물은 콘크리트 중의 잉여수로 작용하여 시멘트와 골재가 분리되는 소위 “골재 분리 현상”을 초래한다. 이러한 펌핑에 의한 압송 시 발생하는 골재 분리는 배관 막힘, 시멘트와 모래만 운반되는 모르타르 운반 등을 초래하여 최근 실시되는 45층 이상의 초고층 구조물의 구축 시 사용할 수 없는 가장 큰 원인이 되고 있다.

따라서, 이러한 가압 흡수 작용이 더욱 작게 작용하도록 하기 위하여 경량골재는 대부분 레진, 에멀전 등으로 코팅하게 되나, 코팅된 경량골재는 그 가격이 매우 비싸고 제조방법도 각 사의 노하우(know-how)로 엄격하게 비밀이 유지되고 있는 실정이다.

종래 기술로, 한국등록특허 제10-0975389호에는 인공경량골재 표면에 친수성 코팅을 함으로써 흡수율을 저감시키는 방법을 개시하고 있으나, 60℃의 고온에서 처리함으로써 고비용이 든다는 문제점이 있다. 또한, 한국등록특허 제10-1803649호에는 인공경량골재를 진공장치에서 코팅액을 함수시키는 방법으로 흡수율 저감시키는 방법을 개시하고 있으나, 이 역시 고가의 장비와 다량의 코팅액이 사용된다는 경제적인 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 칼슘염을 포함하는 보일러 플라이 애쉬 또는 칼슘염을 포함하는 유동층상 보일러 플라이 애쉬를 이용하여 제조된 인공경량골재의 표면에 소수성 물질을 코팅함으로써 흡수율을 저감시키는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 흡수율이 저감된 인공경량골재의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 칼슘염을 포함하는 보일러 플라이 애쉬 또는 칼슘염을 포함하는 유동층상 보일러 플라이 애쉬를 이용하여 인공경량골재를 제조하는 단계 및 상기 제조된 인공경량골재의 표면에 소수성 물질을 코팅시키는 단계를 포함하는 흡수율이 저감된 인공경량골재의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 인공경량골재는 전량 매립되던 칼슘염을 포함하는 보일러 플라이 애쉬 또는 칼슘염을 포함하는 유동층상 보일러 플라이 애쉬를 이용하여 제조된 인공골재 표면에 소수성 물질을 상온에서 코팅함으로써 흡수율을 저감시키는 효과가 있다.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.

다량의 칼슘염 화합물이 포함된 유동층상 보일러 애쉬 등을 보통 포틀랜드 시멘트 치환용 혼화재로 모르타르 또는 콘크리트에 사용하게 되면 시멘트의 수화 반응에 참여하지 못한 유리석회(free-CaO) 성분으로 인하여, 자체 수분함유량이 높아져 모르타르 또는 콘크리트에 인공경량골재의 혼합 사용 시, 초기의 배합설계보다 많은 양의 물을 필요로 하게 되고, 수화 반응에 필요한 물의 양을 초과하여 공급한 잉여수로 인하여 모르타르 또는 콘크리트 내부에 더 많은 공극을 형성함에 따라 압축강도를 저하시키거나, 콘크리트의 중성화, 풍화, 등 콘크리트의 내구성을 떨어뜨리게 되는 문제가 있다. 또한, 이러한 경량골재의 흡수율은 자체 중량에 대하여 약 20% 이상의 물을 경량골재의 기공 내로 흡수하고, 흡수된 물은 경량 콘크리트를 제조하여 펌프를 이용하여 압송할 경우 펌프의 압력에 의하여 기공 내의 물이 빠져나오게 되며, 이 물은 콘크리트 중의 잉여수로 작용하여 시멘트와 골재가 분리되는 현상을 초래한다.

본 발명에서는 칼슘염을 포함하는 보일러 플라이 애쉬 또는 칼슘염을 포함하는 유동층상 보일러 플라이 애쉬를 이용하여 제조된 인공경량골재의 표면에 소수성 물질을 코팅시킴으로써 흡수율을 저감시키는 것을 확인하였으며, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다.

따라서, 본 발명은 일 관점에서 칼슘염을 포함하는 보일러 플라이 애쉬 또는 칼슘염을 포함하는 유동층상 보일러 플라이 애쉬를 이용하여 인공경량골재를 제조하는 단계 및 상기 제조된 인공경량골재의 표면에 소수성 물질을 코팅시키는 단계를 포함하는 흡수율이 저감된 인공경량골재의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 칼슘염은 산화칼슘(CaO), 황산칼슘(CaSO₄) 및 탄산칼슘(CaCO₃)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 소수성 물질은 ODPA(OctadecyIphosphonic acid) 또는 Si 발수제인 것이 바람직하고, 에탄올 또는 물과 혼합하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

본 발명의 실시예에서는 하기 표 1의 물성을 갖는 인공경량골재를 사용하였다.

시험항목	KS F 2527	값
단위용적질량(Kg/L)	1.12	0.95
0.08mm 체 통과량(%)	5이하	2
흡수율(%)	규격없음	25-30

실시예 1

본 실시예에서는 상기 물성을 갖는 인공경량골재를 건조로에서 105℃로 항량이 될 때까지 건조한 다음, 상기 건조된 인공경량골재 500 g을 에탄올(500 ml) 및 ODPA(OctadecyIphosphonic acid, 2 g)에 침지시켜 상온에서 담금법으로 소수성 코팅하였다.

실시예 2

본 실시예에서는 상기 물성을 갖는 인공경량골재를 건조로에서 105℃로 항량이 될 때까지 건조한 다음, 상기 건조된 인공경량골재 500 g을 물(500 ml) 및 Si 발수제(KCC Si1200Z, 30 ml)에 침지시켜 상온에서 담금법으로 소수성 코팅하였다.

	흡수율(wt%)		단위용적질량(Kg/L)
	코팅 전	코팅 후	코팅 전	코팅 후
실시예 1	25-30%	10.12%	1±0.05	1±0.05
실시예 2	25-30%	4.09%	1±0.05	1±0.05

상기 표 2는 실시예 1 및 2에서 소수성 물질로 코팅시킨 인공경량골재의 흡수율 측정 결과를 나타낸 것으로, 코팅 전 25 내지 30 wt%에 달했던 흡수율은 본 발명에 따른 소수성 물질로 코팅시킨 결과, 최소 4.09 wt%까지 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 결과로부터, 전량 매립되던 칼슘염을 포함하는 보일러 플라이 애쉬 또는 칼슘염을 포함하는 유동층상 보일러 플라이 애쉬를 이용하여 제조된 인공골재 표면에 소수성 물질을 코팅함으로써 흡수율을 저감시키는 것을 확인할 수 있었다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims

칼슘염을 포함하는 보일러 플라이 애쉬 또는 칼슘염을 포함하는 유동층상 보일러 플라이 애쉬를 이용하여 인공경량골재를 제조하는 단계; 및
상기 제조된 인공경량골재의 표면에 소수성 물질을 코팅시키는 단계;
를 포함하는 흡수율이 저감된 인공경량골재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 칼슘염은 산화칼슘(CaO), 황산칼슘(CaSO₄) 및 탄산칼슘(CaCO₃)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 흡수율이 저감된 인공경량골재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 소수성 물질은 ODPA(OctadecyIphosphonic acid) 또는 Si 발수제인 것을 특징으로 하는 흡수율이 저감된 인공경량골재의 제조 방법.