KR20240025862A - 순환자원을 이용한 유동화 채움재 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 순환자원을 이용한 유동화 채움재 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 유동화 채움재 조성물은 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 콜타르를 원료로 활용하여 침상 코크스 및 피치 코크스를 생산하는 과정 중에 발생되는 하소 분진 5∼500중량부를 포함한 무수축 유동화 채움재 조성물로서, 기존 시멘트가 순환자원으로 대체 이용되면서도 무다짐 고유동 채움재로 가능하고, 구조물 및 관로 뒷채움재용, 지반, 폐석산, 폐광산 및 폐관 채움재용으로 빈 공간에 채워 넣은 후 급속히 경화가 가능하며 하중절감, 재굴착 및 체적 안정성 확보가 가능하다.

Description

순환자원을 이용한 유동화 채움재 조성물{FLUIDZING FILLER COMPOSITION USING RECYCLING RESOURCE}
본 발명은 순환자원을 이용한 유동화 채움재 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 콜타르를 원료로 활용하여 침상 코크스 및 피치 코크스를 생산하는 과정 중에 발생되는 하소 분진 5∼500중량부를 포함함으로써, 기존 시멘트가 순환자원으로 대체 이용되면서도 무다짐 고유동 채움재로 가능하고, 특히 빈 공간에 공동 현상없이 안정적으로 채워짐으로써 구조물 및 관로 뒷채움재용, 지반, 폐석산, 폐광산 및 폐관 채움재용으로 유용한 유동화 채움재 조성물에 관한 것이다.
최근, 철거가 어려운 노후된 지중 폐관의 파괴에 의한 지반 함몰을 방지하기 위하여 경량기포콘크리트 등을 채우는 공법이 많이 적용되고 있으나, 시멘트와 기포제를 다량 사용함에 따라 재료비와 시공비가 고가(15∼25만원/m3)이며 기포의 파포에 의한 2차 침하가 발생하고 내구성이 약해 수명이 짧은 문제점이 발생한다.
또한, 옹벽의 축조 시 그 후위부에 성토재로 뒷채움을 수행하여 침하 및 붕괴를 방지하게 되는데 연약 지반에 하중을 경감시켜서 부동침하를 방지하며 토압을 경감시켜서 측방유동을 방지할 수 있는 경량 성토재로 발포성 폴리스티렌(일명 스치로폼) 알갱이를 시멘트 및 현장토와 혼합하여 타설하는 공법이 주로 사용되어 왔다.
그러나 향후 발포성 폴리스티렌 알갱이에 의한 환경오염을 유발할 수 있는 문제점을 내포하고 있다.
따라서, 충진 성능이 우수하며 내구수명 및 환경안정성을 갖춘 원가절감형 속경형-무수축 유동화 채움재 개발이 필요하다.
일반적으로 도시내에서 송전관로, 가스관로, 상수도관로 등을 매설하기 위한 굴착공사를 시행하는데, 공사에서 발생한 현장토는 사토처리하고 양질의 모래를 구입하여 관로 부설 배후면을 되메움하는 방법으로 시공되고 있다. 그러나 이는 현장발생토의 사토장 운송 및 폐기비용과 양질의 모래 구입비용 등 시공비용도 많이 드는 문제점이 있으며, 공사 시공품질 측면에 있어서도 부설관로 배후면의 특성상 다짐을 하기가 곤란하며, 다짐을 하더라도 모래나 토사가 부설관로 배후면의 좁은 공간으로 충분히 침투되지 않아 시공 후 침하가 필연적으로 발생하는 등 많은 문제점이 있다.
이러한 부적절한 다짐을 개선하기 위해 물다짐 공법과 같은 방법을 이용하기도 하지만 굴착공사의 구배 등에 의해 물이 특정구간으로 흘러가는 등 시공 상의 많은 어려움이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 현장토, 시멘트, 플라이애시, 물, 혼화제 등으로 구성된 저강도 고화토(CLSM: Controlled Low Strength Materials)를 활용하는 방안도 강구되기는 하나, 시공비가 많이 소용되는 경제적인 문제점과 양생기간이 길다는 단점이 있어 실제 시공에 활용되고 있지는 않다.
최근에는 이러한 기존의 되메움 공법의 문제점을 개선하여 1종 시멘트에 속경성 시멘트와 슬래그 미분말 등을 혼합한 속경성 고화재들이 제시되고 있다.
그 일례로, 특허문헌 1과 특허문헌 2에서는 1종 시멘트와 슬래그 미분말에 칼슘 페로 알루미네이트(CFA: Calcium Ferro Aluminate) 또는 칼슘 설포 알루미네이트(CSA: Calcium Sulpho Aluminate)계 광물을 각각 15∼30 중량부와 25∼45 중량부를 혼합하는 기술을 제안한 바 있다.
그러나 사용되는 칼슘 페로 알루미네이트(CFA: Calcium Ferro Aluminate) 또는 칼슘 설포 알루미네이트(CSA: Calcium Sulpho Aluminate)는 국내에서는 생산되지 않고 주로 중국과 일본에서 수입되고 있는 특수시멘트로서, 1톤당 가격이 약 70만원을 상회하여, 일반시멘트 가격의 약 8배에 달하는 엄청난 고가이기 때문에 매우 많은 비용이 들어가는 비합리적인 방법이라 할 수 있다.
상기 종래 기술은 시멘트, 고로슬래그 미분말, CSA, CFA, 석회 등으로 혼합된 무기성 고화재와 흙을 수화반응시키고 에트링가이트를 형성시켜 흙의 강도를 높이고 내구성을 향상시키려 시도하고 있으나, 천연 흙에는 유기물이 분해되어 형성한 유기산 등에 의하여 이러한 반응이 저해된다.
따라서, 소정의 강도 및 내구성을 갖기 위해서는 일정량 이상의 시멘트가 필요하나 시멘트는 강알칼리 물질로서 고화토의 알칼리도가 높아져 토양의 염기성화를 촉진시키는 나쁜 영향을 준다.
이에, 본 발명자들은 종래의 문제점을 개선하고자 노력한 결과, 고로슬래그 미분말과 콜타르를 원료로 활용하여 침상 코크스 및 피치 코크스를 생산하는 과정 중에 발생되는 하소 분진을 이용하여 무다짐 충전이 가능한 유동화 채움재 조성물을 제공하고, 상기 조성물을 구조물 및 관로 뒷채움재용, 지반, 폐석산, 폐광산 및 폐관 채움재용 등 대형의 빈 공간에 채워 넣은 후 경화시킨 경화체가 속경형-무수축 성능을 가지는 물성을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
대한민국 특허등록 제 0772637호(2007. 11. 02 공고) 대한민국 특허등록 제 0772638호(2007. 11. 02 공고)
본 발명의 목적은 고로슬래그 미분말과 제철과정에서 발생하는 부산물인 콜타르를 원료로 활용하여 침상 코크스 및 피치 코크스의 생산 과정 중에 발생되는 하소 분진을 자극제로 이용한 유동화 채움재 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고로슬래그미분말 100중량부에 대하여, 콜타르를 원료로 활용하여 침상 코크스 및 피치 코크스를 생산하는 과정 중에 발생되는 하소 분진 5∼500중량부를 포함한 유동화 채움재 포함한다.
상기에서 하소 분진은 CaO 함량 35∼90중량%이고 SO3함량 5∼20중량%인 것이다.
본 발명의 유동화 채움재 조성물은 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 페트로 코크스 연소 잔재물 2∼200중량부를 더 포함하며, 상기 코크스 연소 잔재물은 페트로 코크스를 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러에서 탈황제로 석회석(CaCO3)과 중조(NaHCO3)를 혼합 사용하여 배출되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 시멘트 제조 공정 중 발생하며 CaO 함량이 20∼50중량%, K2O함량이 5∼30중량%, 염소 함량이 5∼30중량%인 시멘트 킬른 분진 2∼200중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 유동화 채움재 조성물은 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 시멘트 5∼200중량부를 더 포함하며, 상기 시멘트는 1종 시멘트, 준조강 시멘트, 조강 시멘트, 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것이다.
또한, 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 체적팽창을 통한 수축을 방지하기 위하여 팽창재를 5∼100중량부 더 포함하며, 상기 팽창재는 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 10중량% 이상인 석탄재, 제지 슬러지 소각재, 일반 고형연료 연소잔재물, 바이오 고형연료 연소잔재물, 목재펠릿 연소잔재물, 제철 및 제강 공정 분진, 생석회 및 경소백운석으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
또한, 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 수소 제조공정, 시멘트 제조공정 또는 화석연료 연소공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집 후 광물 탄산화 반응에 의해 생성된 부산물 50∼1,000중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 기포 형성제 0.1∼10중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유동화 채움재 조성물에 따르면, 제철과정에서 발생하는 부산물인 콜타르를 원료로 활용하여 침상 코크스 및 피치 코크스의 생산 과정 중에 발생되는 하소 분진을 고로슬래그 미분말의 자극제로 이용하여 1종 보통시멘트를 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 팽창성 광물인 에트링가이트 수화물의 생성으로 체적 안정성을 확보할 수 있고 6가 크롬 등 유해성분 용출을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 유동화 채움재의 시험타설 경과 사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 콜타르를 원료로 활용하여 침상 코크스 및 피치 코크스를 생산 과정 중에 발생되는 하소 분진 5∼500중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하소 분진은 CaO 함량이 35∼90중량%이고 SO3함량이 5∼20중량%인 것이 바람직하다.
상기 콜타르는 제철과정에서 900∼1,200℃의 온도에서 석탄을 건류할 때 얻어지는 검은색의 끈적끈적한 액체형태로 발생하는 부산물이다. 이렇게 발생된 콜타르를 원료로 하여 침상 코크스 및 피치 코크스를 생산하는 공정은 콜타르에서 유분과 소프트 피치로 분리하는 증류, 소프트 피치를 제품 용도별 분리하는 추출, 소프트 피치를 고화시키는 코킹, 고화된 제품을 더 높은 온도에서 열처리하여 결정성을 높임으로써 침상 코크스 및 피치 코크스를 생산하는 하소 공정으로 이루어진다.
최근 침상 코크스 및 피치 코크스의 사용량이 증대되면서 하소 공정 중에 발생하는 분진의 발생량 또한 증대되고 있는 추세이다. 이때 발생되는 하소 분진은 콜타르 자체에 황 성분이 높게 함유되어 있기 때문에 대기오염방지를 위해 석회를 주입하여 이산화황과 반응시켜 CaO 및 SO3 성분이 높게 함유되어 배출된다.
이렇게 CaO 및 SO3 함량이 높게 배출되는 하소 분진은 레미콘 혼화재료로 사용 시 물을 다량 흡수하고 SO3 함량 규제치를 초과하기 때문에 활용이 어려워 대부분 매립되고 있는 실정이다.
그러나 유동화 채움재로 사용 시 초기에 물을 다량 흡수하여 블리딩 발생을 최소화할 수 있어 체적 수축을 최소화할 수 있고 더불어 고로슬래그 미분말의 자극제 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 하소 분진은 기존 페트로 코크스 또는 석탄을 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러에서 석회석을 혼합 연소하여 노내에서 탈황을 실시하여 발생되는 페트로 코크스 연소재 및 석탄재와 화학조성은 비슷하나 발생공정 자체가 전혀 다른 물질이다.
발생공정 자체도 전혀 다르기 때문에 상기 하소 분진은 폐기물 분류코드에서 발전시설이 아닌 대기오염방지시설에서 포집된 것으로 한정하는 분진류(51-05)로 분류되며, 순환 유동층 보일러에서 배출되는 노내 탈황 공정 부산물인 애시 등은 모두 연소 잔재물(51-13)로 분류된다.
상기 고로슬래그 미분말은 제철 고로 공정에서 부산물로 발생하는 고온 용융상태의 슬래그를 물로 급냉 처리한 부산물을 분쇄한 물질이다. 고로슬래그 미분말은 물과 접촉하면 비결정질 피막이 형성되어 스스로 수화반응을 하지 않기 때문에 고로슬래그 미분말을 잠재수경성물질이라 한다.
따라서, 고로슬래그 미분말에 물을 투입하게 되면, 표면에 비결정질 피막이 형성되어, 내부의 Ca2+, Al3+등의 용출이 이루어지지 않는다. 그러나 상기 하소 분진에 존재하는 CaO 및 CaSO4 성분이 물과 접촉 후 고로슬래그 미분말의 복합 자극 효과에 의해 강도를 발현하게 할 수 있다.
이때, CaO 성분은 Ca(OH)2 성분으로 변화되어 OH-와 CaSO4 성분에 의한 SO4 2-성분이 고로 슬래그 미분말의 비결정질 피막을 파괴하여 Ca2+, Al3+ 등의 용출이 용이하게 되고, 용출 이온들이 CaO-SiO2-H2O계 수화물 등을 생성하게 됨으로써 강도를 발현시키고, 잉여 황산화물은 침상형의 구조를 가지는 에트린가이트 수화생성물(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)을 생성시킴으로써, 수화체 내부의 조직을 더욱 치밀화하여 경화체의 압축강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 사용하는 고로슬래그 미분말은 비표면적 3,000cm2/g 이상을 총족한다면, 통상 시중에서 유통되는 제품이면 사용이 가능하다.
또한, 본 발명의 유동화 채움재 조성물에는 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 상기 하소 분진 5∼500중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 하소 분진 5중량부 미만일 경우 하소 분진에 의한 고로슬래그 미분말의 자극 효과가 약하여 강도 발현이 어려우며, 500중량부를 초과할 경우 고로슬래그 미분말의 수화반응은 100% 이루어질 수 있으나 고로슬래그 미분말에 비하여 하소 분진의 양이 과도하여 고로슬래그 미분말과 반응하지 못한 하소 분진이 다량 존재하여 오히려 강도 발현이 어렵게 된다.
본 발명의 유동화 채움재 조성물에는 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 페트로 코크스 연소 잔재물 2∼200중량부를 더 포함하며, 상기 코크스 연소 잔재물은 페트로 코크스를 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러에서 탈황제로 석회석(CaCO3)과 중조(NaHCO3)를 혼합 사용하여 배출되는 것이 바람직하다.
기존 페트로 코크스 연소 잔재물은 석유 정제 공정에서 부산물로 발생하는 페트로 코크스를 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러에서 건식 광물 형태로 배출되는데 노내 탈황 시 탈황제로 석회석만을 페트로 코크스와 혼합 연소하기 때문에 주성분이 CaO와 CaSO4로 배출되고 있다.
그러나 향후 순환 유동층 보일러 황산화물(SOX) 배출 규제치가 강화됨에 따라, 황성분이 다량 함유된 페트로 코크스 연소 시 석회석만을 탈황제로 사용해서는 황산화물 배출 규제치를 만족할 수 없게 된다.
따라서, 페트로 코크스를 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러의 운전 시 탈황제로 기존 석회석 외에 탈황 성능이 우수한 추가 약품 투입이 필요하며, 이 약품 중 중조(NaHCO3)를 추가 투입할 경우 최근 한층 강화된 황산화물 배출 규제치를 만족할 수 있다.
이에 따라, 기존 페트로 코크스 연소 잔재물의 주성분이 CaO + CaSO4 성분으로 배출되었으나 중조를 탈황제로 석회석과 혼합 사용하게 될 경우 CaO + CaSO4 + Na2SO4 성분으로 배출된다.
상기 페트로 코크스 연소 잔재물의 CaO 및 CaSO4 성분은 고로슬래그 미분말의 자극제 역할을 수행할 수 있는데, 이에 추가적으로 생성되는 Na2SO4 성분은 고로슬래그 미분말 잠재수경성의 단점인 초기 강도를 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 물에 빨리 용해되어 유동성을 개선시키는 효과를 발휘하게 함으로써, 탈황제로 석회석과 중조의 혼합사용으로 탈황 효율 향상과 더불어 최종 발생되는 부산물인 연소 잔재물 또한 고로슬래그 미분말의 초기강도 향상 및 유동성을 개선하는 효과를 동시에 발휘할 수 있다.
상기 페트로 코크스 연소 잔재물은 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 2∼200중량부가 혼입되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 페트로 코크스 연소 잔재물 함량이 2중량부 미만이면 자극 효과가 미약하며, 200중량부를 초과할 경우 고로슬래그 미분말과 반응하지 못한 페트로 코크스 연소 잔재물이 다량 존재하여 오히려 강도 발현이 어렵게 된다.
또한, 본 발명의 유동화 채움재 조성물은 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 시멘트 제조 공정 중 발생하며 CaO 함량 20∼50중량%, K2O 함량 5∼30중량%, 염소 함량 5∼30중량%인 시멘트 킬른 분진 2∼200중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 시멘트 킬른 분진 함량이 2중량부 미만일 경우 초미립 형태의 물질로 공극 채움 및 수화 반응 촉진 효과가 미비하며, 반대로 200중량부를 초과하면 오히려 강도가 크게 저하하게 된다.
상기 시멘트 킬른 분진은 시멘트 제조 공정 중 발생되는 비표면적 8,000cm2/g 이상의 초미립자 물질로서, 상기 CaO 성분 중 일부는 Free CaO 형태로 존재하여 물과 반응 시 발열반응을 일으킨다.
또한, 상기 발열반응과 더불어 다량의 염화칼륨(KCl) 성분을 함유하고 있어 고로슬래그 미분말 및 시멘트의 수화반응을 급격하게 촉진할 수 있고 겨울철 시공 시 동결을 방지할 수 있다.
본 발명의 유동화 채움재 조성물은 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 초기강도를 증진시키기 위하여 시멘트를 2∼200중량부 더 포함하며, 상기 시멘트는 1종 시멘트, 준조강 시멘트, 조강 시멘트, 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다. 상기 시멘트는 초기 강도를 증진시켜 주는 역할을 수행하며 시중에서 일반적으로 유통되는 제품이면 사용 가능하다.
초기강도를 증진시키기 위하여 포함되는 상기 시멘트의 함량이 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 2중량부 미만이면, 초기 강도 증진 효과가 미비하며 반대로 200중량부를 초과하면, 초기강도는 더욱 증진되나 6가 크롬이 용출될 수 있으며 경제성 또한 불리하다.
본 발명의 유동화 채움재 조성물은 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 체적팽창을 통한 수축을 방지하기 위하여 팽창재를 5∼100중량부 더 포함할 수 있다.
상기 팽창재는 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 10중량% 이상인 석탄재, 제지 슬러지 소각재, 일반 고형연료 연소잔재물, 바이오 고형연료 연소잔재물, 목재펠릿 연소잔재물, 제철 및 제강 공정 분진, 생석회 및 경소백운석으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
본 발명의 유동화 채움재 조성물에서 상기 팽창재는 채움재 양생 시 체적수축을 방지하는 역할을 수행한다. 상기 팽창재가 5중량부 미만일 경우 체적 수축 방지 역할 효과가 미비하며, 반대로 100중량부 초과일 경우 체적 팽창이 과도하게 발생되어 오히려 강도가 저하하게 된다.
또한, 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 수소 제조공정, 시멘트 제조공정 또는 화석연료 연소공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집 후 광물 탄산화 반응에 의해 생성된 부산물 50∼1,000중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 부산물은 칼슘이나 마그네슘 광물을 이용하여 흡수액을 제조한 후 이산화탄소와 반응시켜 탄산칼슘이나 탄산마그네슘이 생성된 물질로 수분이 다량 함유된 형태로 배출된다. 수분이 다량 함유된 형태로 시공 현장에서 직접 이용도 가능하고 건조 후 분쇄 후 분말화하여 공장에서 유동화 채움재 원료로서 혼합 생산이 가능하다.
상기 부산물이 50중량부 미만일 경우 혼합 공정만 복잡해지고 재활용 효과가 미비하며 1,000중량부 초과일 경우 유동화 채움재에 요구되는 초속경성 및 체적 안정성이 크게 저하하게 된다.
또한, 경량 효과를 증진시키기 위하여 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 기포 형성제를 0.1∼10중량부 더 포함하며, 상기 기포 형성제는 동물성 기포제, 식물성 기포제, 과산화수소 및 알루미늄 분말 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다. 상기에서 기포 형성제가 0.1 중량부 미만일 경우 그 효과가 없으며 10 중량부 초과일 경우 경량성 확보에는 더욱 유리하나 강도가 급격하게 저하되고 타설 후 기포가 급격히 파포되어 체적 안정성이 불안정해지는 문제점이 발생한다.
이상의 본 발명의 유동화 채움재 조성물은 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 하소 분진 5∼500중량부를 포함한 조성에, 상기의 페트로 코크스 연소 잔재물, 시멘트 킬른 분진, 시멘트, 팽창재, 기포 형성제 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 조합 설계로 인해 물성을 개선할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<비교예> 1종 포틀랜드 시멘트 + 현장 점성토
1종 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 현장에서 발생된 점성토(단위용적중량 1.72ton/m3) 800중량부, 물 150중량부를 균질하게 혼합한 후 제조된 시료를 이용하여 슬럼프 플로우 시험을 실시하였고, 지름 10cm 높이 20cm 원주형 몰드에 타설하여 경화된 후 단위용적중량 및 재령별 일축 압축강도를 측정하였다.
<실시예 1>
비표면적 4,300cm2/g인 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 콜타르를 원료로 이용하여 침상 및 피치 코크스를 생산하는 과정 중에 발생하는 비표면적 5,400cm2/g인 하소 분진 50중량부를 혼합하여 결합재를 제조하였다. 상기 하소 분진의 화학성분 분석 결과 CaO 성분이 60.33중량%, SO3 성분이 11.78중량%이었다.
상기 결합재 100중량부에 물 100중량부를 균질하게 혼합하여 유동화 채움재를 제조하였다. 상기 제조된 시료를 이용하여 슬럼프 플로우 시험을 실시하였고, 지름 10㎝, 높이 20㎝의 원주형 몰드에 타설하여 경화시킨 후 단위용적중량 및 재령별 일축 압축강도를 측정하였다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일한 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 하소 분진 50중량부, 페트로 코크스 연소재 40중량부, 시멘트 킬른 분진 10중량부를 균질하게 혼합하여 결합재를 제조하였다. 상기 페트로 코크스 연소재의 화학성분 분석 결과 CaO 성분이 50.63중량%, Na2O 성분이 8.61중량%, SO3 성분이 34.12중량%이었다.
상기 결합재 100중량부에 물 100중량부를 균질하게 혼합하여 유동화 채움재를 제조하였다. 상기 제조된 시료를 이용하여 슬럼프 플로우 시험을 실시하였고, 지름 10㎝, 높이 20㎝의 원주형 몰드에 타설하여 경화된 후 단위용적중량 및 재령별 일축 압축강도를 측정하였다.
<실시예 3>
실시예 1과 동일한 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 하소 분진 50중량부, 1종 시멘트 20중량부, 제지 슬러지 연소재 30중량부를 균질하게 혼합하여 결합재를 제조하였다.
상기 결합재 100중량부에 물 100중량부를 균질하게 혼합하여 유동화 채움재를 제조하였다. 상기 제조된 시료를 이용하여 슬럼프 플로우 시험을 실시하였고, 지름 10㎝, 높이 20㎝의 원주형 몰드에 타설하여 경화된 후 단위용적중량 및 재령별 일축 압축강도를 측정하였다.
<실시예 4>
먼저, 실시예 1과 동일한 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 하소 분진 100중량부를 균질하게 혼합하여 결합재를 제조하였다. 그 다음 식물성 기포제를 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 0.5중량부와 물을 14.5중량부를 기포 발생기를 통해 균질하게 혼합하여 폼 슬러리를 제조하였다.
상기 결합재 100중량부에 물 80중량와 폼 슬러리 20중량부를 균질하게 혼합하여 유동화 채움재를 제조하였다. 상기 제조된 시료를 이용하여 슬럼프 플로우 시험을 실시하였고, 지름 10㎝, 높이 20㎝의 원주형 몰드에 타설하여 경화된 후 단위용적중량 및 재령별 일축 압축강도를 측정하였다.
<실험예 1> 유동화 채움재의 성능시험방법 및 결과
아래 표 1에 나타낸 바와 같이, 슬럼프 시험은 KS F 2402(콘크리트의 슬럼프시험방법), 압축강도시험은 KS F 2405(콘크리트의 압축강도시험방법)에 의해 실시하였으며 단위용적중량은 중량을 측정하였고 체적변화는 육안으로 검사하였다.
(1) 슬럼프 플로우 시험 결과
상기 비교예와 실시예 1∼4에서 제조된 유동화 채움재를 준비하고 상기 유동화 채움재의 슬럼프 플로우를 측정한 결과를 표 2에 나타내었다. 이때, 비교예 및 실시예 1∼4 모두 60㎝이상 발현되어 무다짐 고유동 채움재로서는 만족하는 결과를 보였다.
(2) 일축압축강도 시험성과
표 2에서 확인되는 바와 같이, 비교예는 재령 3일에서 미경화 상태로 강도 측정이 불가하였으나 실시예 1∼4에서 제조된 유동화 채움재 모두 재령 3일에서 0.3∼0.9MPa 압축강도 발현이 확인되었다.
도 1은 본 발명에 의한 유동화 채움재(실시예 2)의 시험타설 경과 사진으로서, 타설 후 3시간이 경과한 시점에서는 사람이 올라탈 수 있을 정도의 표면 경화가 가능하였다.
또한, 실시예 1∼4에서 제조된 유동화 채움재는 재령 7일 및 28일 재령에서 비교예에 비하여 전반적으로 약 2배 이상의 강도발현을 확인하였다.
(3) 체적수축
육안관찰로 수행된 체적수축 평가에서 비교예는 약 10% 이상 체적수축이 현상 발생한 반면, 실시예 1∼4에서 제조된 유동화 채움재의 경우, 체적수축이 전혀 발생하지 않았고 제지 슬러지 연소재가 혼입된 실시예 3에서는 오히려 체적이 1% 이상 오히려 약간 팽창한 결과를 보여 빈 공간을 공동 현상 없이 안정적으로 채울 수 있을 것으로 판단된다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (8)

  1. 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 콜타르를 원료로 활용하여 침상 코크스 및 피치 코크스를 생산하는 과정 중에 발생되는 하소 분진 5∼500중량부를 포함하는 것을 특징으로 유동화 채움재 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하소 분진은 CaO 함량 35∼90중량% 및 SO3 함량 5∼20중량%을 포함한 것을 특징으로 하는 유동화 채움재 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여,
    페트로 코크스를 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러에서 탈황제로 석회석(CaCO3)과 중조(NaHCO3)를 혼합 사용하여 배출되는 페트로 코크스 연소 잔재물 2∼200중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 유동화 채움재 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여,
    시멘트 제조 공정 중 발생하며 CaO 함량 20∼50중량%, K2O 함량 5∼30중량%, 염소 함량 5∼30중량%인 시멘트 킬른 분진 2∼200중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동화 채움재 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 초기강도를 증진시키기 위하여 시멘트를 5∼200중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동화 채움재 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여,
    체적팽창을 통한 수축을 방지하기 위하여 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 10중량% 이상인 팽창재를 5∼100중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동화 채움재 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여,
    수소 제조공정, 시멘트 제조공정 또는 화석연료 연소공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집 후 광물 탄산화 반응에 의해 생성된 부산물 50∼1,000중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동화 채움재 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여,
    기포 형성제 0.1∼10중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동화 채움재 조성물.
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