KR980009163A - 산업 부산물이 배합된 시멘트 모르터와 이를 이용한 폐콘크리트 재생 골재로 콘크리트를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업 부산물이 배합된 시멘트 모르터와 이를 이용한 폐콘트리트 재생 골재로 콘크리트를 제조하는 방법에 관한 것으로, 건설 폐기물을 재활용하기 위하여 콘크리트 구조물의 해체에서 발생되는 폐콘크리트 덩이를 분쇄하여 재생 골재를 제조한 다음, 재생 골재를 콘크리트용 골재로 사용하는 경우 구조용 콘크리트에서 요구하는 강도를 확보하기 위하여 초조강 시멘트에 산업부산물인 무수 석고, 고로슬래그, 바텀 에쉬, 플라이 에쉬등을 배합하여 시멘트 모르터를 제조하고, 이를 이용하여 재생 골재 콘트리트를 제조함으로써 자원을 재활용함과 동시에 환경 오염을 최소화 할수 있는 것이다.

Description

산업 부산물이 배합된 시멘트 모르터와 이를 이용한 폐콘크리트 재생 골재로 콘크리트를 제조하는 방법

제1도는 종래의 시멘트와 본 발명의 실시예에 의해 산업 부산물이 배합된 시멘트 모르터를 이용하여 시멘트 경화체로 제조한후, 강도를 측정한 것을 기재한 도표이다.

제2도는 보통 포틀랜드 시멘트와 초조강 시멘트에 표준사(모래)를 섞고, 혼화제는 사용하지 않은 상태에서 시멘트 경화체로 제조한후 강도를 측정한 것을 기재한 도표이다.

제3도 및 제4도는 초조강 시멘트와 산업 부산물중에서 고로슬래그 또는 바텀 애쉬의 비율을 다르게 배합하고, 혼화제는 사용하지 않은 상태에서 시멘트 경화체로 제조한후 강도를 측정한 것을 기재한 도표이다.

제5도는 보통 포틀랜드 시멘트와 천연 굵은 굴재를 이용하여 제조한 종래의 콘크리트와 본 발명의 시멘트 모르터와 폐콘크리트 재생 굵은 골재를 이용한 콘크리트에서 슬럼프와 압축 강도를 측정한 것을 기재한 도표이다.

본 발명은 산업 부산물이 배합된 시멘트 모르터와 이를 이용하여 폐콘크리트 재생 골재로 콘크리트를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 건설 폐기물을 재활용하기 위하여 콘크리트 구조물의 해체에서 발생되는 폐콘크리트 덩이를 분쇄하여 재생 골재를 채취한 다음, 재생 골재를 콘크리트용 골제로 사용할 경우 구조용 콘크리트에서 요구되는 강도를 확보하기 위하여 초조강시트에 산업부산물인 무수 석고, 고로슬래그, 바텀 에쉬(Bottom Ash), 플라이 애쉬(Fly Ash)등을 배합하여 시멘트 모르터를 제조하는 것이다.

현재 제기되고 있는 대기, 수질, 폐기물 분야에서의 환경 문제는 전 산업에 걸쳐서 빠르게 확산되고 있으며, 건설업 분야에 있어서도 예외는 아니다.

국내 건설업계가 당면하고 있는 환경적 측면의 문제는 공사현장에서 발생하는 소음과 진동, 비산먼지등과 재건축과 재개발시 발생되는 건설폐기물등이라 할 수 있다.

특히, 연간 약 870만톤이 발생되는 건설폐기물의 문제는 그 처리에 있어서 거의 전량을 매립에 의존하고 있기 때문에 그 처리 및 처분방식이 매우 미약한 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 건설폐기물 재활용방안의 일환으로 폐콘크리트 덩이를 분쇄하여 제조된 재생 골재로 재생 골재 콘크리트를 제조할 때 재생골재에 남아 있는 기존의 시멘트 모르터와 새로운 시멘트 모르터와의 부착력을 증진시켜 콘크리트 구조물에서 요구하는 강도를 확보할 수 있도록 초조강 시멘트에 산업부산물인 무수 석고, 플라이 애쉬 및 고로슬래그(또는 바텀 에쉬)를 배합한 시멘트 모르터와 이를 이용한 재생 골재 콘크리트 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시멘트 모르터에 있어서, 모래에 초조강 시멘트, 무수석고, 플라이 애쉬, 고로슬래그, 급결제, 유동화제가 포함된 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 콘크리트 제조방법에 있어서, 폐콘크리트 덩이를 분쇄하여 제조된 재생 골재와 천연 잔 골재 및 초조강 시멘트, 무수 석고, 플라이 애쉬, 고로슬래그 및 혼화제를 배합하여 재생 골재 콘크리트를 제조하는 것이다.

상기 한 본 발명은 초조강 시멘트에 산업부산물인 플라이 애쉬, 고로슬래그 또는 바텀애쉬를 배합하여 시멘트 모르터를 제조하고, 폐콘트리트로부터 제조된 재생 골재를 콘크리트용 골재로 재활용할 수 있음으로 자원을 재활용 함과 동시에 환경오염을 방지할 수 있다.

본 발명은 콘크리트 품질의 대표적인 값인 압축강도와 슬럼프(Slump) 값을 개선할 수가 있는 것이다.

이하에서는 건설폐기물로부터 제조되는 재생 골재의 특성을 기술하기로 한다.

일반적으로 재생 골재는 주로 폐콘크리트 덩이를 분쇄하여 얻어진다. 폐콘크리트의 분쇄는 대규모 해체공사의 경우 건설현장에 분쇄기를 반입하여 분쇄하며 중·소규모의 해체현장에서는 대도시 근교에 위치한 중간처리시설로 운반하여 분쇄하는 방법이 사용된다.

재생 골재 품질에 대하여 알아보면 일반적으로 재생 골재는 각이 져있으며, 다량의 미립분과 불순물을 함유한다. 특히, 재생 골재에 있어서의 높은 흡수율(평균 5.5%)과 미립분의 함유는 재생 골재콘크리트에 있어서의 소정의 워커빌리티(Workability)와 콘시스텐시(Consistency)를 얻기위한 단위 수(水)량의 증가를 가져오게 된다. 이는 건조수축으로 인한 균열의 원인이 되는 동시에 경화 콘크리트에서의 압축강도 저하요인이 된다.

재생 골재 콘크리트는 보통 콘크리트에 비하여 낮은 슬럼프 값(보통콘크리트의 평균 45%수준)을 보이며 시간이 일정 시간 경과한후의 슬럼프값이 크게 저하되는 것으로 나타난다.

재생 골재 콘크리트에서의 낮은 슬럼프 값을 고성능 감수제에 의하여 향상시키는 것은 시공성 증진에는 도움이 되나 일반적으로 압축강도는 저하하게 된다. 이러한 문제점은 보통 콘크리트에 비하여 재생 골재 콘크리트가 매우 다른 성질을 나타내게 되는 인자이기도 한다.

다음으로 재생 골재 콘크리트 특성에 대하여 알아보면 다음과 같다.

폐콘크리트를 분쇄하여 얻어진 재생골재를 사용한 재생 골재 콘크리트의 품질은 재생 골재 자체의 품질이 열악하기 때문에 콘크리트의 일반적인 품질인 작업성, 압축강도, 건조수축등에서 전반적으로 보통콘크리트에 비해서 뒤떨어지게 나타난다.

특히, 재생 골재 콘크리트의 압축 강도는 보통 콘크리트에 비하여 저조한 압축강도를 나타내게 되는데, 이러한 재생 골재 콘크리트의 압축강도 저하원인은 열악한 골재의 조건외에도 재생 골재에 부착되어 있는 오래된 모르타르분으로 인하여 연약결합 부분이 많으며 이러한 기존의 모르타르분과 새로운 시멘트풀 사이의 부착력이 떨어지기 때문이다.

또한, 재생 골재 콘크리트의 건조 수축은 보통 콘크리트에 비하면 약 2배가량 증가하게 되는데 이러한 원인은 재생 골재에 부착된 오래된 모르타르의 수축과 저조한 골재 탄성계수의 복합효과에 기인한다. 이러한 재생 골재 콘크리트의 건조수축은 혼화재의 첨가에 의해 개선되어질 수 있는데. 플라이 애쉬나 실리카흄 등의 첨가로 인하여 약 35~60%정도를 감소시킬 수 있다.

재생 골재 콘크리트의 동결 융해 저항성에 대한 실제 실험결과는 동결융해 싸이클에 따른 강도의 감소비는 재생 골재 콘크리트가 보통 콘크리트에 비해 오히려 더 작아서 재생 골재 콘크리트가 동결융해에 따른 강도 저항성이 더 강한 것을 알 수 있다. 이러한 원인은 공기 함량이 큰 재생 골재 콘크리트가 동결시 발생하는 내부 응력을 흡수하여 줌과 동시에 지속적인 경화가 이루어 졌기 때문인 것으로 보인다.

또한 플라이 애쉬는 화력 발전소에서 석탄을 태우고 남은 재중에서 입자가 작고 가벼워서 공중에 떠다니다가 집진기에 의해 수집되는 것을 의미하며, 바텀 애쉬는 입자가 크고 무거워서 하부에 떨어지는 재를 의미하며, 고로 슬래그는 고온의 로에서 발생되는 금속 찌꺼기를 의미한다. 이와 같은 것은 산업부산물로 얻어진다.

본 발명의 실시예에서는 시멘트 모르터를 제조할 때 초조강 시멘트에 무수 석고, 플라이 애쉬, 고로슬래그(또는 바텀 애쉬)가 사용되었으며, 이중에서 바텀 애쉬는 미립자에 의한 충진효과를 얻기 위하여 1차 분쇄기로 분쇄한 다음 2차로 볼밀에서 약 30시간 정도 분쇄한 것을 No.325체로 쳐서 100% 통과 된 것만을 사용할 수 있다.

제1도는 종래의 제1 및 제2 실시예에 의해 보통 포틀랜드 시멘트와 초조강 시멘트를 각각 29의 비율로 표준사 71의 비율로 섞은 것과 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 의해 초조강 시멘트와 각 산업부산물 예를들어 무수 석고, 플라이 애쉬, 고로슬래그(또는 바텀 애쉬)를 적절한 비율과 표준사(모래)를 71의 비율로 배합하여 시멘트 경화체를 제조하고, 강도를 측정한 것을 기재한 도표이다.

참고로, 상기 도표에서 알수 있는 바와같이 종래의 제1 실시예는 보통 포틀랜드 시멘트 약 29%, 표준사 약 71%, 급결제 0.1~0.5%, 유동화제 0.5~3.5%를 섞어서 시멘트 모르터를 혼합하고, 물을 섞어서 시멘트 경화체를 형성하고, 28일 정도 경과하였을 때 강도가 약 500~510이며, 종래의 제2 실시예는 초조강 시멘트 29%, 표준사 71%, 급력제 0.1~0.5%, 유동화제 0.5~3.5%를 섞어서, 시멘트 모르터를 혼합하고, 물을 섞어서 시멘트 모르터를 혼합하고, 물을 섞어서 시멘트 경화체를 형성하고, 28일 정도 경과하였을 때 강도가 약 670~675이다.

한편, 본 발명의 제1 실시에는 초조강 시멘트 12~18%, 무수석고 1~2.5%, 플라이애쉬 5~19%, 고로슬래그 1.5~3.5%, 유동화제 0.5~3.5%를 섞어서 시멘트 모르터를 배합하고, 물을 섞어서 시멘트 경화체를 형성하고, 28일 정도 경화하였을 때 강도가 612~625 정도며, 본 발명의 제2 실시예는 초조강 시멘트 12~18%, 무수석고 1~2.5%, 플라이에쉬 5~19%, 급결제 0.1~0.5%, 유동화제 0.5~3.5%를 섞어서 시멘트 모르터를 배합하고, 물을 섞어서 시멘트 경화체를 형성하고, 28일 정도 경화하였을 때 강도가 약 532~538 정도임을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 제1 및 제2 실시예는 상기 보통 포틀랜드 시멘트를 이용하는 종래의 제1 실시예 보다는 강도가 높고, 상기 초조강 시멘트를 이용하는 종래의 제2 실시예 보다는 강도가 낮음을 알 수 있다.

한편, 상기 초조강 시멘트는 물과 섞어서 시멘트 경화체를 형성할 때 빨리 굳는 성질이 있지만, 보통 포틀랜트 시멘트 보다는 가격이 훨씬 비싸므로 특수한 용도에 사용된다.

또한, 본 발명이 제1 실시예에서 고로슬래그를 1.5~3.5% 정도 섞어주는 것이 본 발명의 제2 실시예에서 바텀 에쉬를 1.5~3.5% 정도 섞어주는 것 보다 강도가 훨씬 우수함을 알 수 있다.

참고로, 보통 포틀랜드 시멘트와 초조강 시멘트 및 본 발명에 의해 혼합되는 시멘트 모르터에서 혼화제(급결제와 유동화제)를 첨가하지 않을 때 시멘트 구조물에서 강도가 현격하게 저하되는 것과 특히 본 발명의 실시예에 의해 제조되는 시멘트 모르터를 이용하는 경우 그 강도가 보통 포틀랜드 시멘트보다 낮음을 제2도아 제3도에 도시하고 있다.

제2도는 종래의 실시에 1 및 2에 의해 보통 포틀랜드 시멘트와 초조강 시멘트를 이용하여 시멘트 경화체를 형성할 대 7일과 28일을 경과한후 강도를 측정하여 기재한 것으로 보통 포틀랜드 시멘트 경화체는 28일 경과후 강도가 373이고, 초조강 시멘트 경화체는 548임을 알수가 있다.

제3도는 실시예에 의해 초조강 시멘트와 바텀 에쉬의 비율을 변화 시킬 때 시멘트 경화체의 강도를 도시한 것으로, 초조장 14%와 고로슬래그 2.5%일 때 강도가 372로 가장 높게 됨을 알 수 있다.

제4도는 실시예에 의해 초조강시멘트와 바텀 애쉬의 비율을 변화에 따른 시멘트 경화체의 강도를 도시한 것으로, 초조강 14%, 바텀 에쉬 2.5%에서 강도가 265로 가장 높게 됨을 알 수 있다.

제1도와 제2도 내지 제4도를 비교하면 시멘트에 혼화제를 첨가하는 것과 혼화제를 첨가하지 않을 경우 제조되는 시멘트 경화체의 강도가 많이 차이가 발생됨을 알수 있으며, 본 발명의 실시예라고 볼수 있는 실시예2 내지 실시예8의 시멘트 경화체 시편에서 C-S-H(Clacium Silicate Hydeate)가 생성되었는데, 이때의 C-S-H 생성은 시멘트에서 가장 많은 양을 차지하고 있는 규산칼슘 화합물인 C₃S(3CaO·SiO₂) 와 C₂S(2CaO·SiO₂)의 수화반응에 의하여 생성된다.

또한, C_a(OH)₂의 생성 및 성장이 적었는데 이러한 사실은 무수석고의 SO₃용해에 SO^2-와 Ca²⁺의 높은 이온 농도에 의하여 용액내의 OH^-이온 농도가 떨어져서 C_a(OH)₂의 생성이 낮아졌기 때문이다. 혼화제를 첨가하였을 때와 첨가하지 않았을 대의 X선 회절 분석의 결과 수회생성물의 커다란 변화는 나타나지 않았다.

상기와 같이 산업부산물과 초조강 시멘트를 배합한 시멘트 모르터를 폐콘트리트로부터 제조된 재생골재와 배합하여 재생 골재 콘크리트를 제조하는 것을 이하에서 설명하기로 한다.

일반적으로 재생 굵은 골재는 비중이 2.395이며, 화강암 쇄석의 비중은 2.593으로, 재생 골재가 적게 나타남을 알수가 있으며, 재생 굵은 골재는 흡수율이 .5118이며, 화강암 쇄석은 1.272로 나타나서 재생 골재의 흡수율이 크게 나타난다. 즉, 재생 골재는 골재 표면에 종래에 시멘트 모르터가 붙어 있으므로 상기와 같은 결과나 나타난다.

제5도는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하고, 골재로는 천연 굵은 골재인 화강암 쇄석을 이용하여 제조한 종래의 콘크리트와 초조강 시멘트에 산업 부산물을 배합하고, 재생 굵은 골재를 이용하여 제조한 본 발명의 재생 골재 콘크리트에서 슬럼프와 강도를 측정하여 기재한 도표이다.

상기 도표에서 천연 굵은 골재와 재생 굵은 골재는 동일한 용적을 넣은 것인데 골재의 비중이 달라짐으로 인하여 그 차이가 발생된 것이다.

참고로, 슬럼프는 상부에 개구부가 구비되고, 30cm의 높이를 갖는 원형뿔통에 경화되지 않은 콘크리트를 넣고 다지고, 다시 경화되지않은 콘크리트를 시멘트 모르터를 넣고 다지는 작업을 3회 가량한 다음, 상기 원형뿔통을 상부로 들어올려서 경화되지 않은 콘크리트가 무너지는 높이를 1차로 측정하고 다시, 상기와 같이 1차 측정한 경화되지 않은 콘크리트를 개구부가 구비된 원형뿔통에 경화되지 않은 콘크리트를 넣고 다지고, 다시 경화되지 않은 콘크리트를 넣고 다지는 작업을 3회가량 한다음, 약 5분정도 경과시킨 다음, 상기 원형뿔 통을 상부로 들어올려서 경화되지 않은 콘크리트가 무너지는 높이를 2차로 측정한 것으로, 콘크리트가 크다는 것은 시멘트 모르터가 묽다는 것을 의미하며, 또한 슬럼프의 값에 따라 작업의 용이성과 작업가능한 시간을 예측할 수 있다.

본 발명에서 재생 골재 콘크리트를 제조할 때 이용되는 초조강 시멘트와 산업 부산물의 비율은 제1도에 도시한 본 발명의 제1 실시예의 비율과 같다. 즉, 초조강시멘트 12~18%, 무수석고 1~2.5%, 플라이 에쉬 5~10%, 고로슬래그(또는 바텀 에쉬) 1~3.5%, 급결제 0.1~0.5% 및 유동화제 0.5~3.5%가 첨가된 것이다.

본 발명에 의해 제조되는 재생 골재 콘크리트는 28일 경과후 강도가 311kg/cm² 정도로 종래의 콘크리트의 강도 282kg/cm² 보다 높게 나타남을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 제조된 재생 골재 콘크리트에서 시간에 따른 슬럼프가 9cm로 종래의 콘크리트는 8cm보다 크게 나타나는 것은 그 만큼 작업 시간이 길어진다는 것을 의미하는 것으로 더욱 바람직한 일이다.

상기한 바와 같이 본 발명은 폐기물인 산업부산물 예를들어 고로슬래그(또는 버텀 에쉬), 플라이 에쉬와 폐콘크리트에서 발생되는 재생 골재를 재활용 할수 있을 뿐 아니라 종래의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것보다 강도나 슬럼프 값이 향상 된다.

또한 종래의 포틀랜드 시멘트 대신에 본 발명에 의해 초조강 시멘트와 산업 부산물이 배합된 것만 바꾸어 사용하면 됨으로 재생 골재를 이용하여 콘크리트를 제조할 때 그 사용이 간편하다는 이점이 있다.

Claims (7)

1. 모래에 초조강 시멘트, 무수 석고, 플라이 애쉬, 고로슬래그, 급결제, 유동화제가 포함된 것을 특징으로 하는 산업 부산물이 배합된 시멘트 모르터.
2. 제1항에 있어서, 모래는 약 71%, 그외에 초조강 시멘트, 무수 석고, 플라이 애쉬, 고로 슬래그, 급결제 및 유동화제가 혼합된 것은 약 29%인 것을 특징으로 하는 산업 부산물이 배합된 시멘트 모르터.
3. 제2항에 있어서, 상기 초조강 시멘트는 2~18%, 무수석고는 1~2.5%, 플라이 애쉬는 5~19%, 고로슬래그 1.5~3.5%, 급결제 0.1~0.5% 및 유동화제 0.5~3.5%의 비율로 배합된 것을 특징으로 하는 산업 부산물이 배합된 시멘트 모르터.
4. 제1항에 있어서, 상기 고로슬래그 대신에 바텀 애쉬가 포함된 것을 특징으로 하는 산업 부산물이 배합된 시멘트 모르터.
5. 콘크리트 제조방법에 있어서, 폐콘크리트로부터 제조된 재생 골재와 초조강 시멘트 무수 석고, 플라이 애쉬, 고로슬래그 및 혼화제를 배합하여 콘크리트를 제조하는 것을 특징으로 하는 재생 골재 콘크리트 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 초조강 시멘트, 무수 석고, 플라이 애쉬, 고로슬래그 및 혼화제가 배합된 양은 보통 포틀랜드 시멘트의 양과 동일하거나 비슷한 양으로 배합하는 것을 특징으로 하는 재생 골재 콘크리트 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 초조강 시멘트는 2~18%, 무수석고는 1~2.5%, 플라이 애쉬는 5~19%, 고로슬래그 1.5~3.5%, 급결제 0.1~0.5% 및 유동화제 0.5~3.5%의 비율로 배합하는 것을 특징으로 하는 재생 골재 콘크리트 제조 방법.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.