KR100451821B1

KR100451821B1 - 고로시멘트를 사용하는 콘크리트의 초기강도 증진방법

Info

Publication number: KR100451821B1
Application number: KR10-1999-0050109A
Authority: KR
Inventors: 김형석; 한기현; 변태봉; 배우현
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2004-10-08
Also published as: KR20010046370A

Abstract

본 발명은 고로시멘트를 사용하는 콘크리트의 초기강도 증진방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 고로시멘트 콘크리트 제조시 사용되는 세골재 중의 일부 또는 전부를 제강슬래그로 대체 사용함으로써, 고로시멘트 콘크리트의 초기강도를 향상시킬 뿐만이아니라 자원재활용측면에서도 유용한 고로시멘트 콘크리트의 초기강도 향상방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고로시멘트를 결합재로 사용하는 콘크리트 또는 이를 이용하는 2차 제품에 사용되는 콘크리트의 초기강도를 향상시키는 방법에 있어서, 상기 콘크리트를 구성하는 세골재의 5-100vol%를 평균8mm이하의 입도를 갖는 제강슬래그로 대체함을 특징으로 하는 콘크리트의 초기강도 증진방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

고로시멘트를 사용하는 콘크리트의 초기강도 증진방법{Improvement Method of Incipient Strength of Concrete Using BF Slag Cement}

본 발명은 고로시멘트의 초기 강도를 증진시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철소에서 발생하는 부산물인 제강슬래그를 고로시멘트 콘크리트용 세골재로 사용하여 고로시멘트의 초기 강도를 보완하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 건축, 토목용으로 널리 사용하는 콘크리트의 주요 구성재료는 골재, 시멘트, 물로 이루어져 있다. 이중에서 시멘트는 물과 결합하여 골재와 골재 사이를 메우면서 서로 연결하여 전체 혼합물 즉, 콘크리트가 목적하는 강도를 낼 수 있는 결합력을 제공하는 중요한 물질이다. 시멘트에도 여러 가지 종류가 있으나, 현재 포틀랜드 시멘트와 고로시멘트가 가장 보편적으로 널리 사용되고 있다. 포틀랜드시멘트는 시멘트 공장에서 제조된 클린커와 석고가 분말상태로 적정비율로 혼합된 것이며, 고로시멘트는 클린커, 고로 수쇄슬래그, 석고가 분말상태로써 적정비율로 혼합되어 제조 되어진다.

고로시멘트의 가장 큰 특징은 장기강도는 크지만, 초기강도가 약하다는 단점을 가지고 있다. 고로시멘트의 수화 반응은 시멘트 클린커의 수화와 슬래그의 수화로 2종류 반응으로 나뉘어져 있다. 후자인 슬래그의 수화는 시멘트클린커의 수화에 의하여 얻어지는 수산화칼슘과 슬래그가 반응을 일으켜 경화되는 것이므로 일정 강도를 발현하는데 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것 보다는 시간이 많이 소요된다. 이러한 단점으로 인하여 고로시멘트는 그 사용이 많이 제약되고 있어서, 이와 관련된 연구들이 다수 이루어졌다. 이러한 고로시멘트의 강도 발현 촉진을 위해서 NaOH, KOH, Ca(OH)₂, CaSO₄등이 사용된다. 이러한 물질들을 자극제라고 부르고 있는데, 이러한 자극제의 사용은 추가비용이 발생되는 문제가 있다.

한편, 일반적인 세골재로 사용되는 육상 천연 모래는 현재 거의 고갈 상태에 있으며, 바다 모래는 염분의 함유로 인해 이를 수세한 후 사용토록 되어 있어 많은 비용과 시간이 더 들어가는 실정이다.

이에 본 발명은 고로시멘트 콘크리트 제조시 사용되는 세골재 중의 일부 또는 전부를 제강슬래그로 대체 사용함으로써, 고로시멘트 콘크리트의 초기강도를 향상시킬 뿐만이아니라 자원재활용측면에서도 유용한 고로시멘트 콘크리트의 초기강도 향상방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 8mm이하 제강슬래그의 입도분포를 보이는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고로시멘트를 결합재로 사용하는 콘크리트 또는 이를 이용하는 2차 제품에 사용되는 콘크리트의 초기강도를 향상시키는 방법에 있어서, 상기 콘크리트를 구성하는 세골재의 5-100%를 평균8mm이하의 입도를 갖는 제강슬래그로 대체함을 특징으로 하는 고로시멘트를 사용하는 콘크리트의 초기강도 증진방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 콘크리트용으로 사용되는 세골재 중의 일부 또는 전부를 제강슬래그로 대체사용함으로써 고로시멘트 콘크리트가 초기에 낮은 강도를 나타내는 단점을 보완하고자 하는 것이다.

제철소에서 가장 대량으로 발생하는 부산물 중에서 하나로는 슬래그를 들 수 있으며, 그중에서 고로슬래그(괴재 및 수재)는 대부분 시멘트 원료 및 토목용 골재 등으로 이용되고 있으나, 제강슬래그는 고유한 특성(고중량, 풍화 팽창성 등) 때문에재활용 비용이 비교적 커서 자원화율은 저조한 실정이다. 제강슬래그의 생성과정을 간단히 살펴보면, 전로에 주원료인 용융선철과 스크랩, 부원료인 석회석(CaCO₃) 등을 장입하고, 산소랜스로 고압의 산소를 불어넣어 격렬한 산화반응을 일으킴으로써 원료 중의 탄소[C], 규소[Si], 인[P] 및 일부의 철 등을 산화시킨다. 이러한 산화물은 CaO와 결합하여 제강슬래그를 형성하고, 이후에 비중차에 의해 분리되어 전로에서 배출시킨다. 제강슬래그가 일반적인 천연의 돌보다 무겁고 단단한 것은 제강공정에서 철의 일부가 산화되어서 슬래그로 되기 때문이다. 제강슬래그가 토목용 골재로서의 잘 활용되지 못하는 것은 제강슬래그에 포함된 free CaO 때문이며, 이 free CaO의 생성은 제강슬래그 자체의 화학성분과 직접적인 관계가 있다. 즉, 제강슬래그를 구성하는 화학성분들을 보면, CaO가 상당히 큰 비중을 차지하고 있는데, 일예로서 대표적인 제강슬래그의 화학성분을 보인 하기 표1을 보아도 알 수 있다.

구분	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	MnO	T-Fe	비중
제강슬래그(wt%)	40.2	12.5	6.5	1.2	5.6	17.9	3.4

보통 CaO 성분은 나머지 성분인 SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃등과 결합하여 화합물을 형성해야 안정하지만, CaO함량에 비해 SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃등의 성분이 비교적 적게 함유되어 있기 때문에 화합물을 형성하지 못하는 잉여의 CaO가 남게되고, 이를 free CaO라 부르고 있다. 이 free CaO는 대기중의 수분에 노출될 경우 Ca(OH)₂로 되면서 부피팽창을 일으켜 사용에 많은 곤란한 점을 야기시키기 때문에 에이징(aging)과정을거쳐서 안정화 시킨 후 사용하고 있다.

따라서, 본 발명에서 사용하는 제강슬래그 역시 충분한 에이징과정을 거쳐 팽창율이 낮게 한 후에 적용하는 것이 바람직하다. 이때, 팽창율은 0.2%이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 제강슬래그의 free CaO를 역이용하여 앞에서 설명하였던 고로시멘트 자극제 중의 하나인 Ca(OH)₂로써 사용되게 하는데 그 특징이 있다. 즉, 세골재로써 제강슬래그를 사용함으로써 제강슬래그중에 함유되어 이있는 free CaO가 Ca(OH)₂로 되어 자극제로 작용하면서 고로시멘트 중의 슬래그의 수화반응을 촉진시켜 기존 고로시멘트 보다 높은 강도발현을 할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 제강슬래그를 콘크리트를 구성하는 세골재 5-100%의 범위로 대체하여 사용할 수 있는데, 이는 제강슬래그의 양이 5%이상 함유되어야 초기강도의 향상효과를 어느 정도 얻을 수 있기 때문이다.

현재, 제강슬래그는 발생 후 슬래그 야드에 배제되어 자연 냉각 후 냉각수 살포를 통해 최종 냉각시킨 다음 처리공장으로 운반되어 파쇄·선별공정을 거쳐 재활용 또는 매립되고 있다. 이때 파쇄 및 선별공정에서 제조되는 슬래그의 입도는 15∼30㎜, 8∼15㎜, 8㎜ 이하의 3가지로 구분되어 생산되고 있다. 본 발명에서 콘크리트용 세골재로 사용하고자 하는 제강슬래그는 8㎜ 이하의 입도로 제조되고 있는 슬래그이며, 그 입도분포는 일예를 들면 하기 표2 및 도 1과 같이 표준입도를 만족하고 있다. 도 1에서 A는 잔골재 표준 입도 범위(콘크리트 표준시방서 공통부문, KS F 2502)를 보이고, B는 8mm이하 제강슬래그의 입도분포를 보이는 것이다.

체크기(mm)	각 체에 남은 양(%)	각 체에 남는 양의 구계(%)	통과량(%)
10	1	1	99
4.76	2	3	97
2.38	6	9	91
1.19	26	35	65
0.595	33	68	32
0.297	19	87	13
0.149	8	95	5
팬(pan)	5	100	0
계	100
조립율	FM(fineness modulus) = 2.98

상기 표2 및 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 사용하는 평균8mm이하의 제강슬래그는 콘크리트 표준시방서의 입도분포와 유사한 입도분포를 보이는 것임을 알 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

일반 천연 모래 및 제강슬래그를 세골재로 사용하여 고로시멘트의 압축강도 시험을 실시하여 두 세골재에 대한 초기강도 발현을 비교하였다. 시험 방법은 KS L 5105에서 정하고 있는 "시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법"을 사용하였다. 단, 사용된 제강슬래그는 충분한 에이징(aging)과정을 통하여 팽창율이 1%이하가 되도록 하여 팽창의 염려가 없도록 처리하여 사용하였다.

먼저, 일반 천연모래인 표준모래(주문진 표준사)를 사용하여 시험하여 3일,7일,28일 강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표3에 나타내었다. 또한, 제강슬래그 세골재를 하기 표4와 같은 혼합비로 표준모래에 대체사용하여, 3일 강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표4에 나타내었다. 이때, 시멘트는 국내 H사의 고로시멘트를 사용하였으며, 제강슬래그의 혼합비는 다음식과 같다.

* 제강슬래그 혼합비(%)=〔제강슬래그÷(제강슬래그+표준모래)〕×100

양생기간	3일	7일	28일
압축강도(kg/cm²)	153	243	408

제강슬래그 혼합비 (vol%)	3일 강도 (㎏/㎠)
0	153
5	156
10	159
20	165
30	177
40	182
50	185
100	189

상기 표3에서 알 수 있는 바와같이, 고로시멘트를 사용한 경우는 초기강도가 취약하였다.

또한, 상기 표4에서 알 수 있는 바와 같이, 제강슬래그 세골재의 사용으로 고로시멘트의 초기 수화 반응을 촉진시킬 수 있었으며, 5%정도로도 그효과를 보였고, 또한 100%의 대체도 가능하였다.

상술한 바와같은 본발명에 의하면, 제강슬래그 세골재를 천연 모래의 일부 또는 필요에 따라 전부를 대체할 수 있으며, 이는 제철소 부산물인 제강슬래그 뿐만 아니라 고로시멘트의 사용을 촉진 시킴으로써 고로슬래그의 활용율의 증대 효과도 기대된다.

Claims

고로시멘트를 결합재로 사용하는 콘크리트 또는 이를 이용하는 2차 제품에 사용되는 콘크리트의 초기강도를 향상시키는 방법에 있어서, 상기 콘크리트를 구성하는 세골재의 5-100vol%를 평균8mm이하의 입도를 갖는 제강슬래그로 대체함을 특징으로 하는 고로시멘트를 사용하는 콘크리트의 초기강도 증진방법
제 1 항에 있어서,

상기 제강슬래그는 0.2%이하의 팽창율을 갖도록 에이징처리를 거친 것임을 특징으로 하는 고로시멘트를 사용하는 콘크리트의 초기강도 증진방법