KR970008696B1 - 고강도 슬래그 보오드의 제조방법 - Google Patents

Abstract

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Description

고강도 슬래그 보오드의 제조방법

제1도 내지 제3도는 본 발명 방법 및 비교방법에 따라 제조된 슬래그 보오드에 대한 곡강도 변화를 나타내는 그래프.

제4도는 본 발명 방법과 비교방법에 따라 제조된 슬래그 보오드에 첨가되는 보강용 펄프와 곡강도 변화와의 관계를 나타내는 그래프.

제5도는 본 발명 방법과 비교방법에 따라 제조된 슬래그 보오드에 첨가되는 석변과 곡강도 변화와의 관계를 나타내는 그래프.

제6도는 본 발명 방법과 비교방법에 따라 제조된 슬래그 보오드에 첨가되는 스크랩분말과 곡강도 변화와의 관계를 나타내는 그래프.

본 발명은 친정, 벽면등의 건축용 판재로 사용되는 건축용 슬래그 보오드의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조토 첨가로 고강도를 유지하면서 크랙 발생이 적은 슬래그 보오드의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로에서 발생되는 슬래그에는 과재슬래그와 수쇄슬래그를 구분되는 데, 괴재슬래그는 용융슬래그를 공기중에서 서냉시킨 슬래그인 반면에, 수쇄슬래그는 용융슬래그를 물로 급냉시켜 만든 것이다. 상기 수쇄슬래그는 온도변화에 물성이 변화되기 쉬운 비정질상으로, 슬래그내에 Si, Al, Ca 이온등이 함유되어 안정된 구조를 이루려는 표면에너지가 큰 물질이며 슬래그 글래스 상에서 유출된 이온들이 수용액을 통해서 새로운 수화물을 형성한다.

이러한 특성을 갖는 고로 슬래그는 그 특성에 따라 시멘트 첨가제, 파쇄골재등에 제한적으로 이용되고 있었으나 최근에는 건축용재료, 요업재료등 다방면으로 활용이 확대되고 있다.

즉, 고로슬래그의 활용방안의 한예로서 건축용 재료의 경우 슬래그 보오드를 들 수 있는데, 이 슬래그 보오드는 통상 초조방식(sheet-making)에 의해 보오드 성형을 한 후, 양생 및 건조공정을 거쳐 제조된다.

그런데, 슬래그보오드는 양생후에 형상과 강도를 유지하기 위해서 뿐만 아니라, 양생시간 단축이 바로 생산성에도 즉결되기 때문에 경쟁력 확보를 위해서는 만드는 재료에 따라서 적정의 배합이 필요하게 된다. 이와 관련하여 종래에는 다수의 방법들이 제안되었는데, 그 예를 들면 다음과 같다.

즉, 일본특개소 58-84167호에 제시된 바에 의하면 알칼리제를 일부로서 수산화 마그네슘을 사용하여 알칼리 존재하에 슬래그를 경화반응 시킨 슬래그계 무기질내의 경화방법을 이용하는 방법이 제안되어 있다.

또다른 시도로서 일본특개소 56-120564호에 제시된 바에 의하면, 고로수쇄슬래그 분말, 석고 및 섬유질분을 함유한 슬러리로 초조체를 제조하고, 그 제조과정에서 암모늄염 수용액을 사용하되, 초조방식에 의해 제조하는 수쇄슬래그를 주재로한 방법이 제안되어 있다.

또다른 시도로서, 일본특개소 57-22148호에 제시된 바에 의하면, 슬래그 : 15-75wt%, 석고 : 10-50wt%, 소석회 : 2-20wt%로 조성되는 수경성 무기재료 100중량부에 탄산마그네시움 20-200중량부 및 섬유 1-50중량부를 첨가하여 제조하는 방법이 제안되어 있다.

또다른 시도로서, 일본특개소 58-88157 및 소 61-17461호에 제시된 바에 의하면, 고로슬래그를 유산처리하여 유산처리된 고로슬래그 슬러리에 소석회 또는 생석회를 첨가한 후 혼련하고, 그 슬러리의 pH를 12이상으로 조절한 다음, 성형 경화시키는 고로슬래그 건재의 제조방법이 제안되어 있다.

또다른 시도로서, 일본특개소 55-37446호에는 제시된 바에 의하면, 수쇄슬래그 : 40-60wt%, 이수석고 : 20-40wt%, 섬유상물질 : 5-20wt% 및 경량골재 : 5-10wt%로 조성되는 혼합물에 바인더 및 물을 가하여 슬러리화하고 이를 초조하여 판상으로 성형한 후 양생 건조처리하여 함수율 10% 이하로 하는 경량판 제조방법이 제안되어 있다.

그러나, 상기 종래의 방법에 의해 제조되는 슬래그 보오드들은 150kgf/cm²정도의 범위의 강도를 가지고 있으며 수축 팽창에 의한 치수 안정성이 떨어지는 단점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기한 단점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 수쇄슬래그에 석고, 포틀란트 시멘트, 탄산칼슘, 보강용 섬유와 더불어 규조토를 적절히 첨가한 후 초조성형, 양생 및 건조공정을 거치므로, 고로슬래그의 확대활용이 가능할 뿐만 아니라 고강도를 유지하면서도 크랙 발생이 적은 고강도 슬래그 보오드를 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 비정절화율이 90% 이상인 슬래그 함유 배합원료를 초조방식에 의해 보오드 성형을 한 후, 양생 및 건조하여 슬래그보오드를 제조하는 방법에 있어서, 상기 배합원료가 중량%로, 석고 : 3-33%, 포틀란트시멘트 : 1-5%, 탄산칼슘 : 2-8%, 보강용펄프 및 석면중에서 1종 또는 2종 : 5-15%, 규조토 : 2-8% 및 나머지는 수쇄슬래그로 조성되는 고강도 슬래그 보오드의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 고강도 슬래그 보오드를 제조하기 위해서는 재료의 선택과 조성이 매우 중요하며 특히 슬래그는 비정질화율이 90% 이상이어야 하는데, 통상적인 방법에 있어서는 물로 급냉시켜 비정질화율이 90% 이상인 수쇄슬래그에 석고, 알칼리 자극 촉진제인 포틀란트 시멘트를 사용하여 초조방식으로 판상형의 보오드를 성형한 후 양생 및 건조공정을 통하여 슬래그보오드를 제조한다.

마찬가지로 본 발명에서 사용되는 수쇄슬래그는 비정질율이 90% 이상인 통상의 고로 수쇄슬래그이면 어느 것이나 사용가능한데, 바람직한 수쇄슬래그의 조성을 예로들면 하기 표 1과 같다.

[표 1]

또한, 상기 수쇄슬래그의 입도는 3500-5000cm²/g(Blaine Surface Area)으로 분포가 중앙값으로 밀집되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수쇄슬래그의 염기고[(Al₂O₃+CaO)SiO₂는 1.4-1.9가 바람직하고, 수쇄슬래그중의 Fe₂O₃는 5% 이하로 함유되는 것이 좋다. 특히, TiO₂의 함량이 큰 경우에는 수화반응에 악영향을 미치므로 적절히 제어하는 것이 바람직하다.

상기 석고는(CaSO₄·2H₂O)의 이수석고와 반수석고(CaSO₄·1/2H₂O)가 있는데, 어느 경우나 사용이 가능하다.

석고는 석고내의 P₂O₅가 화학반응을 지연시키는 반응지연제로 작용하므로 P₂O₅가 3wt% 이하로 유지해야 한다. 특히, 인산부생 석고의 경우 P₂O₅가 슬러리 내의 Ca이온과 반응하여 침전물(CaHPO₂·H₂O)를 만들어 영향을 미치며 조립화하는 경향이 있으므로 사용전에 파쇄하여 입도를 조절하는 것이 필요하며, 입도는 1200-2800cm²/g(Blaine Surface Area)로 유지하는 것이 바람직하다. 본 발명의 경우 첨가되는 석고의 양은 3-33중량%(이하, 단지 "%"라함)의 범위로 제한함이 바람직한데, 그 이유는 석고 함유량이 3% 이하로 되면 수화반응이 일어나지 않아서 강도가 저하되며, 33% 이상으로 되면 수화반응에 참여하지 않는 미반응 석고가 많이 존재하여 강도 저하가 일어나기 때문이다.

상기 포트란트 시멘트는 슬래그와 수화반응을 자극 촉진하는 촉진제로서 첨가되는 데, 일반적인 포틀란트 시멘트를 사용할 수 있으며 그중에서도 그 입도가 5000-8000cm²/g이고 평균 입경이 3μm이하인 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 이때 첨가되는 포틀란트 시멘트의 양이 1% 이하로 되면 수화반응 촉진 작용이 미흡하여 강도 증가가 현저하지 못하고, 5%이상으로 과도하게 첨가되면 신속한 반응으로 크랙 발생의 원인이 될 수 있기 때문에 바람직하지 않으므로 그 첨가량은 적절한 수화반응을 할 수 있도록 1-5%로 제한함이 좋다.

일반적으로 보오드 제조시 수화반응에 의해 수축과 팽창이 일어나게 되며, 이 수축 팽창 현상이 보오드의 크랙 발생의 주 원인으로 작용한다. 따라서, 이를 완화시키는 완충작용을 하고 보오드의 부피를 증가시켜 밀도 저감을 시키기 위해 탄산칼슘을 적절히 첨가하는 것이 바람직한데 본 발명에서는 이와 같은 완화작용을 위해 탄산칼슘을 2-8%의 범위로 함유시키면 규조토와 상호작용을 하여 충분한 효과가 발휘된다. 또한, 상기 탈산칼슘은 중량제로도 효과적인데, 상기 완충작용 효과와 더불어 충분한 효과를 발휘하기 위해서는 그 입도가 2500-3000cm²/g이고, 평균입경이 12-15μm인 것을 사용함이 바람직하다.

본 발명에서는 종래의 슬래그보오드와는 달리 150kgf/cm²이상의 고강도를 유지하기 위해서 보강재료를 첨가하는 것이 바람직한데, 이때 사용되는 보강재료로서는 일반 신문지와 광고용지를 포함하여 재생용 펄프나 순펄프등 어느 것이나 사용가능하며, 또한 석면도 보강재로서 사용될 수 있다. 그러나, 그 첨가량이 5% 이하로 되면 강도 증가가 미흡하고, 15% 이상을 초과하면 오히려 강도가 떨어지는 현상을 보이기 때문에 바람지하지 않다.

상기 규조토는 백색 또는 회백색의 함수 콜로이드 규산으로 SiO₂성분의 90% 이상 함유되어 있는데, 보오드와 같은 그린시트(Green Sheet)제작시 보강재와 분말들간에 부착력을 향상시켜 치밀한 보오드를 형성하는 작용을 한다. 본 발명에서 사용되는 규조토는 그 입자 크기가 매우 중요하며 특히 5μm 이하의 미분을 사용함이 바람직하다. 또한, 상기 규조토는 과량 첨가되면 양생이 이루어지지 않고 오히려 역효과를 초래하게 되며 또한 알칼리 자극제와 직접 관련되어 반응하므로 크랙발생의 원인이 되기도 하고, 반대로 너무 적게 첨가되면 고강도를 얻을 수 없게 되므로 규조토의 첨가량은 2-8%로 선정함이 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 슬래그보오드 제조공정에서 발생되는 스크랩 분말을 사용할 수 있는데, 이러한 스크랩 분말은 사용시 별도의 처리를 필요하지 않으며 폐자원 활용 측면에서도 매우 유익한 것이다. 특히, 분말상의 스크랩은 표준체 80메쉬 이하로 분쇄한 분말이면 보다 바람직한데, 이러한 스크랩 분말은 10% 이하로 첨가되어도 슬래그보오드의 물성에 전혀 영향을 주지 않기 때문에 폐자원 활용 및 증량효과에 매우 적합하다.

이와 같이 상기 배합원료들을 적정한 배합비로 혼합하여 슬러리 농도를 4-5%로 만들어 초조성형한 후 통상의 방법으로 양생 및 건조하면 150kgf/cm²이상의 고강도를 갖는 슬래그보오드가 제조된다. 이때, 바람직한 양생공정은 50-70℃에서 24-48시간, 건조공정의 온도는 150-180℃에서 30-60분의 조건으로 행하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

하기 표 1과 같은 조성을 갖도록 원료를 배합하여 혼련하고 초조성형후, 양생 및 건조공정을 통하여 슬래그보오드를 제조한 다음, 곡강도를 측정하고, 그 결과를 제1도에 나타내었다.

상기 양생 공정은 증기 양생으로 60℃까지 승온후 24시간 유지한 다음 자연냉각하는 방법으로 행하였으며, 상기 건조공정은 170℃ 건조로내에서 40분간 건조후 건조함수율이 8% 이하가 되도록 행하였다.

[표 2]

제1도에 나타난 바와 같이, 석고양이 상대적으로 많은 비교예(1)의 경우에는 곡강도값이 150kgf/cm²보다도 현저히 낮은 값을 나타내고 있는데, 그 이유는 슬래그와 석고비가 이론 반응에 의하면 몰비로 1대 1로 반응하여 수화반응에 참여하지 않는 미반응 석고가 많이 존재하기 때문이라고 볼 수 있다. 이와는 반대로 비교예(2)는 석고의 양의 부족으로 수화반응이 일어나지 않아서 강도가 저하됨을 알 수 있었다.

이에 반하여 본 발명의 조성범위를 만족하고 있는 발명예(1-4)의 의 경우에는 150kgf/cm²이상의 높은 곡강도값을 유지하고 있음을 알 수 있었다.

[실시예 2]

슬래그 60중량%와 석고 13중량%로 일정하게 유지하고, 자극촉진제인 포틀란트시멘트의 배합비를 도출하기 위하여 하기 표 3과 같이 배합한 후, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 초조성형, 양생 및 건조한 다음, 곡강도를 측정하고, 그 결과를 제2도에 나타내었다.

[표 3]

제2도에 나타난 바와 같이, 자극촉진제인 포틀란트시멘트를 첨가하지 않은, 비교예(3)의 경우에는 미반응의 상태로 낮은 곡강도 값을 보이고 있음을 알 수 있었다.

또한, 포트란트시멘트가 1% 첨가된 발명예(5)의 경우에는 비교예(3)에 비하여 현저한 곡강도의 증가를 보여주고 있으며, 2%, 3% 및 5% 첨가한 발명예(6),(7) 및 (8)의 경우에는 150kgf/m²이상의 값을 나타내고 있음을 알 수 있었다.

따라서, 적절한 수화반응을 할 수 있도록 알칼리 자극제인 포트란트 시멘트의 첨가량은 1-5중량%로 제한하는 것이 바람직함을 알 수 있었다. 그런, 과다하게 첨가될 경우에는 조속한 반응으로 크랙발생의 원인이 될 수 있기 때문에 5% 이하를 유지해도 충분함을 알 수 있었다.

[실시예 3]

슬래그 60중량%, 석고 8중량%와 자극 촉진제로서 포틀란트시멘트 2중량%를 일정하게 하고, 규조토와 탄산칼슘 배합비를 도출하기 위하여 하기 표 4와 같이 배합하고 실시예 1과 같은 방법으로 초조성형 양생 및 건조하여 슬래그보오드를 제조한 다음 곡강도를 측정하고, 그 측정결과를 제3도에 나타내었다.

[표 4]

제3도에 나타난 바와 같이, 탄산칼슘이 첨가되지 않고 규조토가 10중량% 첨가돈 비교예(4)의 경우에는 곡강도가 258kgf/cm²로 매우 강한 상태이나 표면에 가느다란 실모양의 크랙이 부분적으로 존재하여 불량한 상태를 나타내고 있다.

이와는 반대로 규조토가 첨가되지 않고 탄산칼슘이 10중량%로 첨가된 비교예 (5)에서는 곡강도가 105kgf/cm²으로 고강도의 기준 150kgf/cm²보다 매우 저강도를 보이고 있음을 알 수 있었다.

이에 반하여 규조토 및 탄산칼슘의 첨가량이 본 발명의 조성범위를 만족하고 있는 발명예(9-11)의 경우에는 150kgf/cm²보다 월등히 우수한 고강도 슬래그보오드가 얻어짐을 알 수 있었다.

[실시예 4]

배합원료에 보강용펄프를 2, 5, 10, 15, 20중량% 첨가하여 하기 표 5와 같은 조성을 갖도록 배합한 다음, 실시예 1과 같은 조건으로 초조성형, 양생 및 건조하여 슬래그보오드를 제조한 후 곡강도를 측정하고, 그 결과를 제4도에 나타내었다.

[표 5]

제4도에 나타난 바와 같이, 펄프 2중량%일때 136kgf/cm²이던 비교예(6)의 곡강도값이 본 발명의 범위를 만족하는 5-15중량%로 되면서 175kgf/cm²으로 급상승하여 보강재로써의 효과를 나타내고 있음을 알 수 있었다. 또한 20중량%인 비교예(7)의 경우는 15중량% 첨가된 발명예(14)의 경우 보다 곡강도가 떨어지는 현상을 보이고 있어 보강용 펄프는 5-15중량%로 한정하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

[실시예 5]

배합원료에 보강용펄프를 2, 5, 10, 15, 20중량% 첨가하여 하기 표 6과 같은 조성을 갖도록 배합한 다음, 실시예 1과 같은 조건으로 초조성형, 양생 및 건조하여 슬래그보오드를 제조한 후, 곡강도를 측정하고, 그 결과를 제5도에 나타내었다.

[표 6]

제5도에 나타난 바와 같이, 석면 2중량%일때 122kgf/cm²이던 비교예(8)의 곡강도값이 본 발명의 범위를 만족하는 5-15중량%로 되면서 188kgf/cm²으로 급상승하여 보강재로써의 효과를 나타내고 있음을 알 수 있었다. 또한 20중량%인 비교예(9)의 경우 곡강도값이이 167kgf/cm²으로 15중량% 첨가된 발명예(7)의 경우보다 곡강도가 오히려 떨어지는 현상을 보이고 있어 석면의 경우 5-15중량%로 한정하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

[실시예 6]

실시예 4의 발명예(12)와 같이 조성된 배합원료에 스크랩 분말을 2, 5, 10, 15, 20중량% 첨가하여 배합한 다음, 실시예 1과 같은 조건으로 초조성형, 양생 및 건조하여 슬래그보오드를 제조한 후, 곡강도를 측정하고, 그 결과를 제6도에 나타내었다.

제6도에 나타난 바와 같이, 스크랩분말이 15중량% 및 20중량%에선 곡강도 값이 150kgf/cm²인 기본강도 이하로서 고강도의 특성이 나타나지 않고 있으며, 스크랩분말양이 양생반응에 영향을 주어 직접적인 강도와 관련되어 있음을 알 수 있다. 따라서 슬래그보오드 제조시에 스크랩분말의 첨가량은 10중량% 이하로 제한하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고로슬래그와 석고 및 기타 무기질 재료를 이용하여 초조공정을 통해서 미반응 슬래그보오드를 성형한 후, 양생 및 건조공정을 거치므로서, 적정 강도를 유지하면서도 크랙의 발생이 적고, 경량화된 슬래그보오드를 제공하여 건축용 천정재, 벽재, 기타 칸막이 재료등에 활용이 가능할 뿐만 아니라 제철공정에서 발생되는 부산물인 슬래그의 확대 활용에도 기여할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 비정질화율이 90% 이상인 슬래그 함유 배합원료를 초조방식에 의해 보오드 성형을 한 후, 양생 및 건조하여 슬래그보오드를 제조하는 방법에 있어서, 상기 배합원료가 중량%로, 석고 : 3-33%, 포틀란트시멘트 : 1-5%, 탄산칼슘 : 2-8%, 보강용펄프 및 석면중에서 1종 또는 2종 : 5-15%, 규조토 : 2-8% 및 나머지는 수쇄슬래그로 조성됨을 특징으로 하는 고강도 슬래그 보오드의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 규조토의 입자크기가 5μm 이하임을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배합원료에 10중량% 이하의 스크랩 분말을 첨가함을 특징으로 하는 제조방법.