WO2023048311A1 - 비료부산물을 이용한 모르타르용 조성물 - Google Patents
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- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
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- C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
- C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
- C05F11/00—Other organic fertilisers
Definitions
- the present invention relates to a composition for mortar used in the manufacture or construction of road base layers, bicycle roads, bricks, sidewalk blocks, etc., and in particular, a fertilizer obtained by dewatering surplus sludge generated in the fertilizer manufacturing process, making it into a cake form, and then pulverizing it.
- the present invention relates to a composition for mortar using by-products of fertilizers, in which resources can be recycled by using by-products as raw materials and satisfactory structural performance can be exhibited.
- Waste can be largely classified into domestic waste generated in the living environment and industrial waste generated at industrial sites.
- Worksite waste is classified into general workplace waste, workplace discharge-related waste, workplace construction waste, and designated workplace waste according to the emission source.
- Organic waste is animal and vegetable waste derived from organisms and can be defined as waste with an organic waste content of 40% or more.
- Wastes included in the category of organic wastes have various types and sources.
- organic waste includes food waste, livestock manure, human excrement, waste from agricultural and marine product processing, waste from food processing, and waste from slaughterhouses.
- Such organic waste has a high water content and high concentration of discharged pollutants, so it is difficult to treat it, and is currently being treated by methods such as incineration, landfill, composting, and feed.
- the organic waste stored in the storage hopper is shredded in a crusher, then impurities are sorted out, the remaining waste is put into a dehydrator and dehydrated, and the solids remaining after dehydration are mixed with sawdust in a fermenter and fermented, After being matured in the ripening unit and then crushed again in the crusher, foreign substances are sorted out, and the remaining raw materials are packaged and shipped.
- the remaining eluted liquid is physically and chemically separated into solid and liquid phases after the addition of process water, and the liquid phase is treated with sewage, and the remaining solids are disposed of together with foreign substances generated in the crusher by landfill or the like.
- the solid components in the desorbed liquid and the foreign substances selected in the crusher are defined as "excess sludge" including inorganic substances.
- surplus sludge containing not only organic components that can be used as fertilizer but also inorganic substances that are not suitable for use as fertilizer is generated.
- a technology for recycling and treating such surplus sludge has not yet been proposed, and "wastewater Organic sludge treatment process and its equipment" (Korean Patent Publication No. 10-20005-0057735, Patent Document 2), it can be seen that landfill treatment is being carried out.
- Patent Document 1 KR 10-1167500 (2012.07.12)
- Patent Document 2 KR 10-2005-0057735 (2005.06.16)
- Patent Document 3 KR 10-1889783 (2018.08.13)
- Patent Document 4 KR 10-1600840 (2016.03.02)
- composition for mortar using the fertilizer by-product of the present invention is intended to solve the problems that occur in the prior art as described above, and the main component of surplus sludge generated in the process of manufacturing fertilizer such as compost using organic waste is inorganic In view of this, it is intended to be able to prepare a composition for mortar used in the manufacture or construction of road base layers, bicycle roads, bricks, sidewalk blocks, etc.
- binder such as cement
- the composition for mortar using the fertilizer by-product of the present invention includes 100 parts by weight of cement; 800 to 1200 parts by weight of a filler based on 100 parts by weight of the cement; 1.5 to 2.5 parts by weight of additives based on 100 parts by weight of the cement; It is obtained by dewatering excess sludge generated in the fertilizer manufacturing process, making it into a cake form, and pulverizing it, and 60 to 250 parts by weight of fertilizer by-products based on 100 parts by weight of the cement.
- the fertilizer by-product is characterized in that it contains 18 to 20% by weight of calcium, 2 to 3% by weight of aluminum, 4 to 5% by weight of silicon, and 3 to 5% by weight of iron.
- the mortar composition is characterized in that it consists of 5% by weight of fertilizer by-products, 8% by weight of cement, 0.16% by weight of additives, and the remaining amount of filler.
- the additive is composed of 1 to 3% by weight of organic acid, 5 to 10% by weight of sulfate, 3 to 5% by weight of sulfite, 5 to 10% by weight of carbonate, 5 to 10% by weight of phosphate and the balance of chloride. to be characterized
- the mortar is characterized in that it is for manufacturing any one of a road base layer, a bicycle road, bricks, and a sidewalk block.
- the main component of surplus sludge generated in the process of manufacturing fertilizer such as compost using organic waste is inorganic, manufacturing or construction of road base layers, bicycle roads, bricks, sidewalk blocks, etc. It is possible to provide a composition for mortar used in
- composition for mortar capable of producing a product with higher strength is provided by further adding additives of a specific component to surplus sludge.
- 1 is a process diagram showing an example of a fertilizer manufacturing process using conventional organic waste.
- Figure 2 is a process chart showing a fertilizer manufacturing process in which surplus sludge of the present invention is generated.
- 3 and 4 are electron micrographs of surplus sludge applied to the present invention.
- Figure 5 is a graph showing the EDX spectrum of the marked point of the surplus sludge of Figure 4.
- Figure 6 is a photograph showing specimens according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
- Figure 7 is a graph showing the change in compressive strength according to the cement content in the experiment of the present invention.
- Figure 8 is a graph showing the change in compressive strength depending on whether additives are used in the experiment of the present invention.
- 9 is a graph showing the change in compressive strength depending on whether additives are used or not and whether fertilizer by-products are used in the experiment of the present invention.
- 10 is a graph showing the change in compressive strength according to the content of fertilizer by-products in the experiment of the present invention.
- composition for mortar using the fertilizer by-product of the present invention is the composition for mortar using the fertilizer by-product of the present invention
- the organic waste stored in the storage hopper is shredded in a crusher, then impurities are sorted out, the remaining waste is put into a dehydrator and dehydrated, and the solids remaining after dehydration are mixed with sawdust in a fermenter and fermented, After being matured in the ripening unit and then crushed again in the crusher, foreign substances are sorted out, and the remaining raw materials are packaged and shipped.
- the remaining liquid is separated into solid and liquid phases physically and chemically after the process water is added, and the liquid phase is treated with sewage, and the remaining solids are mixed with foreign substances generated in the crusher to form a cake and then pulverized. It may be defined as "fertilizer by-product", and what further includes impurities selected by preferentially crushing organic waste may be defined as “fertilizer by-product”.
- fertilizer by-product means solid raw materials that have been normally landfilled, except for solids used as fertilizer raw materials in the process of composting organic waste, in the form of cakes and then pulverized. It will be said, and it contains a large amount of minerals.
- FIG. 3 and 4 are electron micrographs of the surplus sludge at different magnifications, and FIG. 5 shows the EDX spectrum of the surplus sludge.
- oxygen and fluorine are determined to be bound to each element, except for these two, calcium (Ca) component is analyzed to be the most, and in addition, phosphorus (P), silicon, iron, etc. are found to contain large amounts. analyzed.
- the fertilizer by-product is characterized by containing 18 to 20% by weight of calcium, 2 to 3% by weight of aluminum, 4 to 5% by weight of silicon, and 3 to 5% by weight of iron.
- Test Items unit Test result detection limit Lead (Pb) mg/L not detected 10 Cadmium (Cd) not detected 10 Mercury (Hg) not detected 10 Chromium (Cr) not detected 10 Arsenic (As) not detected 10 Copper (Cu) not detected 10
- the additive is characterized in that it comprises 1 to 3% by weight of organic acid, 5 to 10% by weight of sulfate, 3 to 5% by weight of sulfite, 5 to 10% by weight of carbonate, 5 to 10% by weight of phosphate and the balance of chloride do.
- the organic acid may be made of any one selected from citric acid and malic acid.
- the sulfate is composed of any one selected from magnesium sulfate and sodium sulfate, and the disulfate is composed of tetrasodium bisulfite.
- the carbonate is made of any one selected from potassium carbonate and sodium carbonate
- the phosphate is made of sodium triphosphate.
- Chloride is composed of any one selected from a mixture of calcium chloride and magnesium chloride, sodium chloride, and calcium chloride.
- composition of these additives serves to fill the components that are lacking in strength expression and binding force expression among the components included in the fertilizer by-product, and the mixed component of the two greatly contributes to the cement replacement role.
- the most preferable composition for mortar in the above configuration is characterized in that it consists of 5% by weight of fertilizer by-products, 8% by weight of cement, 0.16% by weight of additives, and the balance of the filler.
- the mortar is applied for manufacturing any one of road base layer, bicycle road, brick, and sidewalk block.
- Fertilizer by-products were prepared according to the composition of Table 1, and additives were 2% by weight of citric acid, 7% by weight of magnesium sulfate, 3% by weight of sodium bisulfite, 6% by weight of potassium carbonate, 6% by weight of sodium triphosphate, and the remaining amount of calcium chloride. composed.
- the excavated soil from a civil engineering site in Ulsan was filtered and used after selecting a particle size of 1 ⁇ 4 mm.
- Table 5 below shows the blending ratio of the compositions according to Examples and Comparative Examples.
- the uniaxial compressive strength of the specimens was measured and the average value was calculated.
- Table 6 below shows the uniaxial compressive strength and average values for each specimen.
- the sample with fertilizer by-products and additives showed an increase in strength of about 33%, and compared to the sample with additives (specimen 3) , as the fertilizer by-products were added, There was a 20% increase in strength.
- composition for mortar using the fertilizer by-product according to the present invention can be used for various civil engineering and construction purposes satisfying the strength criteria according to Table 6 in addition to the above-described road base layer, bicycle road, brick, and sidewalk block.
Landscapes
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Abstract
본 발명은 비료부산물을 이용한 모르타르용 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 비료부산물을 이용한 모르타르용 조성물은, 시멘트 100 중량부와; 상기 시멘트 100 중량부 대비 800 ~ 1200 중량부의 충전재와; 상기 시멘트 100 중량부 대비 1.5 ~ 2.5 중량부의 첨가제와; 비료 제조 공정에서 발생되는 잉여슬러지를 탈수하여 케이크 형태로 만든 후 분쇄하여 수득된 것으로써 상기 시멘트 100 중량부 대비 60 내지 250 중량부의 비료부산물;을 포함하여 구성된다. 본 발명에 의해, 유기성 폐기물을 이용하여 퇴비와 같은 비료를 제조하는 공정에서 발생하는 잉여슬러지의 주성분이 무기물인 점을 감안하여 이를 활용하여 도로 기저층, 자전거 도로, 벽돌, 보도 블록 등의 제조나 시공에 사용되는 모르타르용 조성물을 제공할 수 있게 되고, 잉여슬러지에 특정 성분의 첨가제를 더 첨가함으로써 보다 강도가 높은 제품을 제조할 수 있는 모르타르용 조성물이 제공되며, 잉여슬러지와, 특정 성분의 첨가제를 적정 배합함으로써 시멘트와 같은 결합재의 사용량을 최소화할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 도로 기저층, 자전거 도로, 벽돌, 보도 블록 등의 제조나 시공에 사용되는 모르타르용 조성물에 관한 것으로, 특히 비료 제조 공정에서 발생되는 잉여슬러지를 탈수하여 케이크 형태로 만든 후 분쇄하여 수득된 비료부산물을 원료로 활용함으로써 자원을 재활용할 수 있도록 하고, 만족할만한 구조적 성능을 발휘할 수 있도록 한, 비료부산물을 이용한 모르타르용 조성물에 관한 것이다.
최근 산업 발전과 인구 증가로 폐기물의 발생량이 날로 증가하고 있다. 폐기물은 환경오염을 유발하고 그 중에 함유된 유용자원이 폐기되는 일도 있어서 이를 효율적으로 처리하여 회수하는 일이 중요시되고 있다.
폐기물은 크게 생활 환경에서 발생하는 생활 폐기물과 산업 현장에서 발생되는 사업장 폐기물로 분류될 수 있다.
사업장 폐기물은 배출원에 따라 사업장 일반폐기물, 사업장 배출계 폐기물, 사업장 건설폐기물, 사업장 지정폐기물로 분류된다.
이들은 구성하고 있는 물질의 성상 면에서 유기성 폐기물과 무기성 폐기물로 구분이 가능하다.
유기성 폐기물은 생물에 유래한 동식물성의 폐기물로서 유기성 폐기물의 함량이 40%이상인 폐기물로 정의될 수 있다.
이러한 유기성 폐기물의 범주 내에 포함되는 폐기물은 그 종류 및 발생원이 다양하다.
일반적으로 음식물 쓰레기, 축산 분뇨, 인분, 농수산물 가공공정에서 배출되는 폐기물, 식품가공 공정에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물 등이 유기성 폐기물에 해당된다.
이러한 유기성 폐기물은 함수율이 높으면서 배출되는 오염 물질의 농도가 높아서 처리에 어려움이 있고, 현재 소각, 매립, 퇴비화, 사료화 등의 방법으로 처리되고 있다.
유기성 폐기물의 처리에 관한 기술로, "유기성 폐기물의 소멸화 장치 및 방법"(한국 등록특허공보 제10-1167500호, 특허문헌 1)에는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 저장 호퍼에 저장된 유기성 폐기물이 파쇄 선별 처리된 후 탈수기를 거쳐 탈리액은 탈리액 저장조에 저장된 후, 혐기성 소화조에 저장한 다음 가스와 소화 슬러지가 분리되고, 슬러지는 탈수기에서 분리된 폐기물 케익 및 톱밥 등의 부자재와 함께 혼합조에서 혼합된 후, 호기성 소멸화조에서 발효 처리가 이루어짐으로써 퇴비 등의 비료를 제조하게 된다.
그러나, 도 1의 공정에서는 유기성 폐기물에 포함된 무기물의 처리에 관한 내용이 제시되어 있지 않다는 문제점이 있다.
도 2에서는 개선된 유기성 폐기물의 처리 공정이 도시되어 있다.
도면을 보면, 저장 호퍼에 저장된 유기성 폐기물은 파쇄기에서 파쇄 처리된 후 협잡물이 선별 처리되고, 남은 폐기물은 탈수기에 투입하여 탈수 처리되고, 탈수 처리되고 남은 고형물은 발효조에서 톱밥과 혼합되어 발효 처리된 다음 후숙부에서 후숙 처리되고 이어 파쇄기에서 다시 한번 파쇄 처리된 후 이물질이 선별되고 남은 원료는 포장해서 출하하게 된다.
더하여, 탈수기에서 탈수 처리되고 남은 탈리액은 공정수가 첨가된 후 물리 화학적으로 고형물과 액상으로 분리하여 액상은 하수 처리하게 되고, 남은 고형물은 파쇄기에서 발생한 이물질과 함께 매립 등의 방식으로 처리된다.
여기서 탈리액 중의 고형물 성분과 파쇄기에서 선별된 이물질은 무기물을 포함한 "잉여슬러지"로 정의한다.
여기에 유기성 폐기물을 우선적으로 파쇄하여 선별된 협잡물이 더 포함된 것을 "잉여슬러지"로 정의될 수도 있다.
상기한 잉여슬러지에는 비료로써 활용될만한 유기성 성분 뿐만 아니라 비료로써 사용되기 적합하지 않은 무기질을 포함한 잉여 슬러지가 발생하는데, 이러한 잉여 슬러지의 재활용 처리에 관한 기술은 아직까지 제시된 바가 없는 실정이며, "하폐수의 유기성슬러지 처리공정 및 그 설비"(한국 공개특허공보 제10-20005-0057735호, 특허문헌 2) 등의 문헌을 보면 매립 처리되고 있음을 알 수 있다.
한편, 발전소 등에서 발생하는 무기성 폐기물인 애쉬 종류의 처리에 관한 기술로, "고칼슘 플라이애쉬와 철강산업부산물을 이용한 고화재 및 그 제조 방법"(한국 등록특허공보 제10-1889783호, 특허문헌 3)에는 플라이 애쉬의 포졸란 반응성을 활용할 수 있음이 설명되어 있으며, 선철 제련시 발생되는 고로슬래글가 콘크리트의 장기 강도를 높이는 것이 설명되어 있고, 이들의 배합을 활용하여 고화재를 제조하는 공정이 소개되어 있다.
또, "버텀애쉬를 골재로 활용한 콤팩션 그라우팅 공법용 속경형 모르타르 조성물"(한국 등록특허공보 제10-1600840호, 특허문헌 4)에는 버텀애쉬를 골재 대용으로 활용하는 기술이 소개되어 있기도 하다.
이처럼, 산업 현장에서 발생하는 무기성 폐기물들의 경우 특허문헌 3, 4와 같이 골재와 같은 충전재 대용으로 활용하거나, 고화제 등을 제조하는 기술이 소개되어 있으나, 유기성 폐기물의 재활용 처리에서 발생하는 무기성 폐기물에 대해서는 아직 그 성분이나, 이들의 재활용 처리에 관한 기술은 아직까지 제시되어 있지 아니한 실정이다.
*선행기술문헌*
(특허문헌 1) KR 10-1167500 (2012.07.12)
(특허문헌 2) KR 10-2005-0057735 (2005.06.16)
(특허문헌 3) KR 10-1889783 (2018.08.13)
(특허문헌 4) KR 10-1600840 (2016.03.02)
본 발명의 비료부산물을 이용한 모르타르용 조성물은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 유기성 폐기물을 이용하여 퇴비와 같은 비료를 제조하는 공정에서 발생하는 잉여슬러지의 주성분이 무기물인 점을 감안하여 이를 활용하여 도로 기저층, 자전거 도로, 벽돌, 보도 블록 등의 제조나 시공에 사용되는 모르타르용 조성물을 제조할 수 있게 하려는 것이다.
더불어, 잉여슬러지에 특정 성분의 첨가제를 더 첨가함으로써 보다 강도가 높은 제품을 제조할 수 있는 모르타르용 조성물을 제공하려는 것이다.
더불어, 잉여슬러지와, 특정 성분의 첨가제를 적정 배합함으로써 시멘트와 같은 결합재의 사용량을 최소화할 수 있게 하려는 것이다.
본 발명의 비료부산물을 이용한 모르타르용 조성물은 상기한 과제를 해결하기 위하여, 시멘트 100 중량부와; 상기 시멘트 100 중량부 대비 800 ~ 1200 중량부의 충전재와; 상기 시멘트 100 중량부 대비 1.5 ~ 2.5 중량부의 첨가제와; 비료 제조 공정에서 발생되는 잉여슬러지를 탈수하여 케이크 형태로 만든 후 분쇄하여 수득된 것으로써 상기 시멘트 100 중량부 대비 60 내지 250 중량부의 비료부산물;을 포함하여 구성된다.
상기한 구성에 있어서, 상기 비료부산물은 칼슘 18 ~20 중량%, 알루미늄 2 ~3 중량%, 규소 4 ~5 중량%, 철 3 ~5 중량%를 함유한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 모르타르용 조성물은 비료부산물 5 중량%, 시멘트 8 중량%와, 첨가제 0.16 중량%와, 잔량의 충전재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 첨가제는 유기산 1 ~ 3 중량%, 황산염 5 ~ 10 중량%, 아황산염 3 ~ 5 중량%, 탄산염 5 ~10 중량%, 인산염 5 ~ 10 중량% 및 잔량의 염화물을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
더하여, 상기 모르타르는 도로 기저층, 자전거 도로, 벽돌, 보도 블록 중 어느 하나의 제조용인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 유기성 폐기물을 이용하여 퇴비와 같은 비료를 제조하는 공정에서 발생하는 잉여슬러지의 주성분이 무기물인 점을 감안하여 이를 활용하여 도로 기저층, 자전거 도로, 벽돌, 보도 블록 등의 제조나 시공에 사용되는 모르타르용 조성물을 제공할 수 있게 된다.
더불어, 잉여슬러지에 특정 성분의 첨가제를 더 첨가함으로써 보다 강도가 높은 제품을 제조할 수 있는 모르타르용 조성물이 제공된다.
더불어, 잉여슬러지와, 특정 성분의 첨가제를 적정 배합함으로써 시멘트와 같은 결합재의 사용량을 최소화할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 유기성 폐기물을 이용한 비료 제조 공정의 일 예를 나타낸 공정도.
도 2는 본 발명의 잉여슬러지가 발생되는 비료 제조 공정을 나타낸 공정도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 적용되는 잉여슬러지의 전자현미경 사진.
도 5는 도 4의 잉여슬러지의 표시 지점 EDX 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 시편을 나타낸 사진.
도 7은 본 발명의 실험에서 시멘트 함량에 따른 압축강도 변화를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 실험에서 첨가제 사용 여부에 따른 압축강도 변화를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 실험에서 첨가제 사용 여부, 비료부산물 사용 여부에 따른 압축강도 변화를 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 실험에서 비료부산물의 함량에 따른 압축강도 변화를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 비료부산물을 이용한 모르타르용 조성물에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 비료부산물을 이용한 모르타르용 조성물은,
시멘트 100 중량부와;
상기 시멘트 100 중량부 대비 800 ~ 1200 중량부의 충전재와;
상기 시멘트 100 중량부 대비 1.5 ~ 2.5 중량부의 첨가제와;
비료 제조 공정에서 발생되는 잉여슬러지를 탈수하여 케이크 형태로 만든 후 분쇄하여 수득된 것으로써 상기 시멘트 100 중량부 대비 60 내지 250 중량부의 비료부산물;을 포함하여 구성된다.
비료부산물에 대해 다시 설명하면 다음과 같다.
도 2에서는 개선된 유기성 폐기물의 처리 공정이 도시되어 있다.
도면을 보면, 저장 호퍼에 저장된 유기성 폐기물은 파쇄기에서 파쇄 처리된 후 협잡물이 선별 처리되고, 남은 폐기물은 탈수기에 투입하여 탈수 처리되고, 탈수 처리되고 남은 고형물은 발효조에서 톱밥과 혼합되어 발효 처리된 다음 후숙부에서 후숙 처리되고 이어 파쇄기에서 다시 한번 파쇄 처리된 후 이물질이 선별되고 남은 원료는 포장해서 출하하게 된다.
더하여, 탈수기에서 탈수 처리되고 남은 탈리액은 공정수가 첨가된 후 물리 화학적으로 고형물과 액상으로 분리하여 액상은 하수 처리하게 되고, 남은 고형물은 파쇄기에서 발생한 이물질과 혼합하여 케이크 형태로 만든 후 분쇄한 것을 "비료부산물"로 정의될 수 있으며, 여기에 유기성 폐기물을 우선적으로 파쇄하여 선별된 협잡물이 더 포함된 것을 "비료부산물"로 정의될 수도 있다.
즉, 본 발명에서 사용되는 "비료부산물"이라 함은 유기성 폐기물을 비료화 처리하는 과정에서 비료 원료로 활용되는 고형물을 제외하고 통상 매립 처리되어 왔던 고체상의 원료를 케익크 형태로 만든 후 분쇄한 것을 의미한다 할 것이며, 여기에는 다량의 무기물이 포함되어 있다.
이러한 비료부산물의 성분을 파악하기 위해 울산 소재의 모 비료제조회사에서 잉여슬러지를 공급받아 그 성분 및 입자 형상을 분석하였다.
도 3 및 도 4는 배율을 달리한 해당 잉여슬러지의 전자현미경 사진이며, 도 5는 해당 잉여슬러지의 EDX 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5의 스펙트럼에 따른 원소 성분은 표 1로 나타냈다.
| 성분 | 함량 |
| O | 39.53 |
| F | 19.25 |
| Na | 0.49 |
| Mg | 0.89 |
| Al | 2.28 |
| Si | 4.47 |
| P | 9.28 |
| K | 0.57 |
| Ca | 19.21 |
| Fe | 3.98 |
상기한 구성에서 산소 및 플루오르는 각 원소에 결합되는 것으로 판단되며, 이 둘을 제외하면 칼슘(Ca) 성분이 가장 많은 것으로 분석되고, 그 외에 인(P), 규소, 철 등이 다량 함유된 것으로 분석되었다.
따라서, 본 발명에서 상기 비료부산물은 칼슘 18 ~20 중량%, 알루미늄 2 ~3 중량%, 규소 4 ~5 중량%, 철 3 ~5 중량%를 함유한 것을 특징으로 한다 하겠다.
더하여, 비료부산물을 산처리한 후 ICP를 이용하여 중금속 포함 여부를 3회 분석하였다.
분석 결과는 아래 표 2 내지 4에 나타냈다.
| 시험 항목 | 단 위 | 시험 결과 | 검출 한계 |
| 납 (Pb) | mg/L |
검출안됨 | 10 |
| 카드뮴 (Cd) | 검출안됨 | 10 | |
| 수은 (Hg) | 검출안됨 | 10 | |
| 크롬 (Cr) | 검출안됨 | 10 | |
| 비소 (As) | 검출안됨 | 10 | |
| 구리 (Cu) | 검출안됨 | 10 |
| 시험 항목 | 단 위 | 시험 결과 | 검출 한계 |
| 납 (Pb) | mg/L |
검출안됨 | 10 |
| 카드뮴 (Cd) | 검출안됨 | 10 | |
| 수은 (Hg) | 검출안됨 | 10 | |
| 크롬 (Cr) | 검출안됨 | 10 | |
| 비소 (As) | 검출안됨 | 10 | |
| 구리 (Cu) | 검출안됨 | 10 |
| 시험 항목 | 단 위 | 시험 결과 | 검출 한계 |
| 납 (Pb) | mg/L |
검출안됨 | 10 |
| 카드뮴 (Cd) | 검출안됨 | 10 | |
| 수은 (Hg) | 검출안됨 | 10 | |
| 크롬 (Cr) | 검출안됨 | 10 | |
| 비소 (As) | 검출안됨 | 10 | |
| 구리 (Cu) | 검출안됨 | 10 |
3회에 걸친 분석 결과 6대 중금속은 검출되지 않은 바, 모르타르용 조성물 원료로 활용할 수 있다 할 것이다.
첨가제에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 첨가제는 유기산 1 ~ 3 중량%, 황산염 5 ~ 10 중량%, 아황산염 3 ~ 5 중량%, 탄산염 5 ~10 중량%, 인산염 5 ~ 10 중량% 및 잔량의 염화물을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에서 유기산은 구연산 또는 사과산 중 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.
황산염은 황산마그네슘, 황산나트륨 중 선택된 어느 하나로 구성되며, 이황산염은 아황산수소사나트륨으로 이루어진다.
탄산염은 탄산칼륨, 탄산나트륨 중 선택된 어느 하나로 이루어지며, 인산염은 3인산나트륨으로 구성된다.
염화물은 염화칼슘과 염화마그네슘의 혼합물, 염화나트륨, 염화칼슘 중 선택된 어느 하나로 이루어진다.
이러한 첨가제의 조성은 비료부산물에 포함되어 있는 성분 중 강도 발현 및 결합력 발현에 부족한 성분을 채워주는 역할을 하며, 이 둘의 혼합 성분은 시멘트 대체 역할에 크게 기여하게 된다.
상기한 구성에서 가장 바람직한 상기 모르타르용 조성물은 비료부산물 5 중량%, 시멘트 8 중량%와, 첨가제 0.16 중량%와, 잔량의 충전재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 경우의 모르타르는 도로 기저층, 자전거 도로, 벽돌, 보도 블록 중 어느 하나의 제조용으로 적용된다.
이하에서는 본 발명의 실시예 및 비교예에 대해 설명하기로 한다.
비료부산물은 표 1의 조성에 따른 것을 준비하고, 첨가제는 구연산 2 중량%, 황산마그네슘 7 중량%, 아황산수소나트륨 3 중량%, 탄산칼륨 6 중량%, 3인산나트륨 6 중량%, 잔량의 염화칼슘으로 구성하였다.
충진재는 울산 모처의 토목 현장 굴착토를 채 거름하여 입자 크기 1 ~ 4 mm의 것을 선별하여 사용하였다.
아래 표 5는 실시예 및 비교예에 따른 조성물의 배합비를 나타낸 것이다.
| 구분(시편 넘버) | 비료부산물 | 충진재 | 시멘트 | 첨가제 | 합 계 |
| 비교예1(1) | - | 92.00 | 8.00 | - | 100.00 |
| 비교예2(2) | - | 85.00 | 15.00 | - | 100.00 |
| 비교예3(3) | - | 91.84 | 8.00 | 0.16 | 100.00 |
| 비교예4(4) | - | 84.84 | 15.00 | 0.16 | 100.00 |
| 비교예5(5) | - | 94.84 | 5.00 | 0.16 | 100.00 |
| 실시예1(6) | 5.00 | 86.84 | 8.00 | 0.16 | 100.00 |
| 실시예2(7) | 10.00 | 81.84 | 8.00 | 0.16 | 100.00 |
| 실시예3(8) | 15.00 | 76.84 | 8.00 | 0.16 | 100.00 |
| 실시예4(9) | 20.00 | 71.84 | 8.00 | 0.16 | 100.00 |
상기 실시예 및 비교예의 조성물에 균일하게 물을 첨가한 후 교반하여 모르타르를 제조한 다음 원통형 거푸집에 모르타르를 주입하고 양생시켜 원통형 시편을 제조(지름 30mm, 높이 65mm)하였다.
제조된 시편은 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 각 비교예 및 실시예별로 3개의 시편을 제작하였다.
상기 시편들에 대해 일축 압축강도를 측정하고 평균값을 계산하였다.
아래 표 6에는 각 시편별 일축 압축강도 및 평균값이 나타나 있다.
| 구분(시편 넘버) | 단위 | 1 | 2 | 3 | 평균값 (MPa) |
| 비교예1(1) | Mpa | 1.98 | 2.28 | 2.45 | 2.24 |
| 비교예2(2) | 6.13 | 4.12 | 5.28 | 5.17 | |
| 비교예3(3) | 2.75 | 2.68 | 2.55 | 2.66 | |
| 비교예4(4) | 5.30 | 5.06 | 6.30 | 5.55 | |
| 비교예5(5) | 2.54 | 2.29 | 1.80 | 2.21 | |
| 실시예1(6) | 3.77 | 3.49 | 4.72 | 3.99 | |
| 실시예2(7) | 2.86 | 2.88 | 2.80 | 2.85 | |
| 실시예3(8) | 2.96 | 3.99 | 3.46 | 3.47 | |
| 실시예4(9) | 2.86 | 3.66 | 3.13 | 3.22 |
<시멘트 양에 따른 일축 압축 강도 비교>
시편 1(비교예1)과 시편 2(비교예2)의 일축 압축 강도 데이터(첨가제 첨가 없이 시멘트의 양만 각각 8%와 15%로 다름)와 시편 3(비교예3)과 시편 4(비교예4)의 일축 압축 강도 데이터(첨가제 0.16% 동일하게 첨가하고 시멘트의 양만 각각 8%와 15%로 다름) 비교시 도 7의 그래프에서 알 수 있듯이, 시편 1보다 2의 강도가, 시편 3보다 4의 강도가 각각 57%, 52% 정도 높은 것을 알 수 있다.
따라서, 시멘트의 함량 증가에 따라 일축 압축 강도도 증가하는 결과를 알 수 있다.
<첨가제 사용 여부에 따른 일축 압축 강도 비교>
시편1(비교예1)과 시편3(비교예3)의 일축 압축 강도 데이터(시멘트 양은 8%로 동일하며 첨가제를 첨가하지 않은 시편 1과 첨가제를 첨가한 시편 3)와 시편 2(비교예2)와 시편4(비교예4)의 일축 압축 강도 데이터(시멘트 양은 15%로 동일하며 첨가제를 첨가하지 않은 시편 2와 첨가제를 첨가한 시편 4) 비교시 도 8에 나타난 바와 같이 시편 1보다 3의 강도가, 시편 2보다 4의 강도가 각각 16%, 7% 높은 것을 알 수 있으므로 시멘트 함량이 같은 조건에서 첨가제를 첨가한 시편의 일축 압축 강도가 증가함을 알 수 있다.
다만, 시멘트 함량의 변화에 비해서는 첨가제의 사용 여부가 압축 강도 증진에 기여하는 효과는 다소 미비한 것으로 판단된다.
<첨가제 사용 여부 및 비료부산물 사용 여부에 따른 일축 압축 강도 비교>
시편 1(비교예1)과 시편 3(비교예3), 시편 6 내지 9(실시예 1 내지 4)의 일축 압축 강도 데이터(시멘트 양은 8%로 동일하며 첨가제를 넣지 않은 시편 1과 첨가제(함량 0.16%)를 넣은 시편 3(비교예3)과 첨가제(함량 0.16%)와 비료부산물을 첨가한 시편 6 내지 9(비료부산물 함량은 각 5%, 10%, 15%, 20%임) 비교시 시편 1과 시편 3보다 시편 6 내지 9의 강도가 시편 1보다는 각각 44%, 21%, 36%, 30%, 시편 3보다는 각각 33%, 7%, 23%, 17% 높은 것을 알 수 있다.
즉, 시멘트 함량과 첨가제의 함량이 같은 조건에서 비료부산물을 첨가한 시편의 일축 압축 강도가 증가하는 경향을 보여주고 있다.
첨가제를 첨가하지 않은 시료(시편 1)와 비교시 비료부산물 및 첨가제가 첨가된 시료는 약 33%의 강도 증가를 보여주고, 첨가제가 첨가된 시료(시편 3)와의 비교시 비료부산물이 첨가함에 따라 20%의 강도 증가가 있었다.
이상과 같은 결과는 해외 도로 포장용 소일 시멘트 시방 기준에서 보는 바와 같이 유럽 및 아시아의 일반 간선 및 지선 도로에 적용 가능하다는 것을 보여준다.
| 국가 별 | 적 용 기 준 | 일축압축강도기준 | 비 고 |
| 영 국 | 간선 도로 | 2.75 Mpa | 동상 우려 지역 3.15±0.35 MPa |
| 일반 도로 | 2.40 Mpa | ||
| 지선 도로 | 1.71 Mpa | ||
| 호 주 | 일반 도로 | 2.40 Mpa | |
| 일 본 | 2000 대/일 미만 | 1.96 Mpa | 1일 교통량 기준 |
| 2000∼7500 대/일 | 2.45 Mpa | ||
| 7500 대/일 이상 | 2.94 Mpa | ||
| 미국 육군 공병단 (7일 압축강도) |
연성 포장 | 5.17 MPa | 보조 기층은 1.72 MPa |
| 강성 포장 | 3.45 MPa | ||
| 미국 California | 일반 도로 | 5.17 MPa | 7일 강도 |
<비료부산물의 함량에 따른 일축 압축 강도 비교>
시편 6 내지 9(실시예 1 내지 4)의 일축 압축 강도 데이터(시멘트와 첨가제의 함량은 각각 8%, 0.16%로 동일하며 비료부산물의 함량만 각각 5%, 10%, 15%, 20%로 다름) 비교시 시편 6(실시예 1)의 강도가 시편 7, 8, 9보다 각각 29%, 13%, 19% 높은 것을 알 수 있으므로 시멘트와 첨가제의 함량이 동일할 때에 비료부산물 함량이 5%인 시편의 일축 압축 강도가 가장 큼을 알 수 있다.
이상의 결과를 볼 때, 강도 측면에서 보면, 흙+시멘트(15%)+첨가제의 시스템에서 가장 좋은 강도를 보여주고 있지만, 이는 시멘트의 함량이 높아 주변 환경을 오염시킬 수 있다는 우려를 나타낼 수 있다.
그러나 비료부산물이 포함된 시스템에서는 시멘트의 양이 8%만 되어도 충분한 강도를 유지한다는 것을 보여주고 있으며, 이 강도는 일반 고강도가 아닌 벽돌, 보도 블록 및 도로의 기저층으로 사용이 가능하다는 것을 보여주고 있다.
더하여, 비료부산물을 이러한 용도의 모르타르 제조에 활용할 수 있음을 증명하는 것이라 하겠다.
본 발명에 따른 비료부산물을 이용한 모르타르용 조성물은 전술한 도로 기저층, 자전거 도로, 벽돌, 보도 블록 외에도 표 6에 따른 강도 기준을 만족하는 다양한 토목 및 건축 용도로 활용될 수 있다 할 것이다.
Claims (2)
- 모르타르용 조성물에 있어서,시멘트 100 중량부와;상기 시멘트 100 중량부 대비 800 ~ 1200 중량부의 충전재와;상기 시멘트 100 중량부 대비 1.5 ~ 2.5 중량부의 첨가제와;비료 제조 공정에서 발생되는 잉여슬러지를 탈수하여 케이크 형태로 만든 후 분쇄하여 수득된 것으로써 상기 시멘트 100 중량부 대비 60 내지 250 중량부의 비료부산물;을 포함하여 구성되되,상기 첨가제는 구연산 2 중량%, 황산마그네슘 7 중량%, 아황산수소나트륨 3 중량%, 탄산칼륨 6 중량%, 3인산나트륨 6 중량%, 잔량의 염화칼슘으로 구성된 것을 특징으로 하는,비료부산물을 이용한 모르타르용 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 비료부산물은 칼슘 18 ~20 중량%, 알루미늄 2 ~3 중량%, 규소 4 ~5 중량%, 철 3 ~5 중량%를 함유한 것을 특징으로 하는,비료부산물을 이용한 모르타르용 조성물.
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2021
- 2021-09-27 WO PCT/KR2021/013123 patent/WO2023048311A1/ko unknown
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