KR101188498B1 - Composition for non-cement concrete using bottom ash and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무시멘트 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 굵은 골재 30 ~ 50 중량%; 및 미분말이 다량 함유된 바텀애쉬 잔골재 50 ~ 70 중량%를 포함하고, 상기 바텀애쉬에 포함된 미분말을 액상알칼리 고화제로 경화시켜 결합시키는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 콘크리트 조성물은 바텀애쉬를 콘크리트 배합용 골재로 사용하여 기존에 사용되던 자연산 골재를 대체할 수 있어 생산원가를 절감할 수 있으며, 기존의 자연산 골재를 사용한 콘크리트와 동등하거나 그 이상의 강도를 가짐으로써 우수한 강도 및 내구성을 확보할 수 있어 기존제품과 유사하거나 더 높은 압축강도를 나타내는 친환경 콘크리트 제품을 제공할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a cementless concrete composition, more specifically 30 to 50% by weight coarse aggregate; And 50 to 70% by weight of the bottom ash fine aggregate containing a large amount of fine powder, and relates to a cement cement composition using the bottom ash, characterized in that to bind the fine powder contained in the bottom ash by curing with a liquid alkali hardener . The concrete composition of the present invention can use the bottom ash as the aggregate for concrete mixing can replace the existing natural aggregates can reduce the production cost, and has the same or higher strength than the concrete using the existing natural aggregates As a result, it is possible to secure excellent strength and durability, thereby providing an eco-friendly concrete product having a similar or higher compressive strength than the existing product.
Description
본 발명은 석탄 화력발전소나 소각로 등에서 배출되는 석탄회의 일종인 바텀애쉬를 골재로 사용하고, 포틀랜드 시멘트를 사용하지 않아 친환경적인 무시멘트 콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an eco-friendly cementless concrete composition and a method of manufacturing the same, using bottom ash, which is a type of coal ash discharged from a coal-fired power plant or an incinerator, as an aggregate and not using portland cement.
일반적으로 석탄회(ash, 애쉬)란 석탄의 유기성 가연 성분이 연소된 후에 남는 잔류 광물질을 말한다. 석탄회의 대부분이 화력발전소에서 발생하고 있으며 그 이외에도 폐기물 소각로와 열병합 발전소 및 기타 산업현장에서도 연소공정으로 인하여 발생시키고 있다. 애쉬는 연소물의 잔재물이라는 점에서 곧 무기물질(예, SiO2, Al2O3, Fe2O3)로서 재활용이 가능한 재료에 속한다. 그러나, 연소공정을 거치는 관계로 항상 미연탄분(Unburnt Carbon)이 부수적으로 함유되어 있다는 점이 기술적으로 응용하는데 문제가 되고 있다.In general, ash (ash) is a residual mineral remaining after the organic combustible component of coal is burned. Most of the ash is generated from coal-fired power plants, as well as from waste incinerators, cogeneration plants and other industrial sites. Ash is an inorganic material (eg SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 ), which is a recyclable material in that it is a residue of a combustion product. However, due to the combustion process, the fact that the unburnt carbon is always contained incidentally has been a problem for technical applications.
이러한 석탄회는 입자의 크기에 따라 크게 두 가지로 구분되는데, 입자의 크기가 100㎛이하일 때는 플라이애쉬(fly ash, 비회)이고 그 이상일 때는 바텀애쉬(botton ash, 바닥재 혹은 저회)로 취급된다. 플라이애쉬는 입자가 가벼워 분산되어 날아다니다가 연소가스와 함께 집진기에 의해 채취되고, 바텀애쉬는 입자가 무거워 연소로의 하부로 떨어지게 된다. 이들 석탄회는 연소설비 내에서 포집되는 위치가 다르기 때문에 소결 상태, 밀도, 입자의 크기 등 물성이 다르게 나타나게 된다.The coal ash is classified into two types according to the particle size. When the particle size is 100 μm or less, fly ash (fly ash) is treated and when it is larger, it is treated as bottom ash (botton ash, floor ash or low ash). Fly ash is light and dispersed in the fly, and is collected by the dust collector together with the combustion gas, bottom ash is heavy and falls to the bottom of the furnace. Since these coal ashes are collected at different locations in the combustion facility, physical properties such as sintered state, density, and particle size are different.
이 중 플라이애쉬는 발전설비의 향상에 따라 그 품질도 향상되어 현재는 90%이상이 콘크리트의 혼화재와 시멘트 원료로 재활용되고 있다. 반면, 연소로 내에서 소결에 의해 입자가 형성된 상태에서 보일러 하부로 낙하하여 냉각수에 의해 고형화된 바텀애쉬는 매립지까지의 이송을 위하여 분쇄기를 사용하여 25mm이하의 입도로 분쇄된다. 일반적으로 분쇄기에 의해 파쇄된 바텀애쉬는 대부분 1～10mm 정도의 입경 범위를 갖고 있으며 총 석탄회 발생량의 10～15% 정도가 발생한다. 이 바텀애쉬는 발전소에 부가로 설치된 석탄회 처리장(회사장)에서 주로 매립처리 되었는데, 과거 국토의 이용률이 높았던 시기에는 회처리가 다소 용이하였으나, 최근 높은 경제 성장률로 인한 급격한 공장부지의 증가와 토지 값 상승으로 발전소 설비 면적의 3～4배를 필요로 하는 회사장을 구하기란 상대적으로 어려워지고 있는 것이 현실이다.Among them, fly ash is improved in quality with the improvement of power generation facilities, and now more than 90% is recycled as admixture and cement raw material of concrete. On the other hand, the bottom ash solidified by the coolant by falling into the lower part of the boiler in the state in which particles are formed by sintering in the combustion furnace is crushed to a particle size of 25 mm or less using a grinder for transport to the landfill. In general, the bottom ash crushed by the mill has a particle size range of about 1 to 10 mm, and about 10 to 15% of the total coal ash is generated. The bottom ash was mainly landfilled at the coal ash treatment plant (company head) installed in the power plant.In the past, when the land utilization rate was high, the ash ash was rather easy, but the rapid increase in factory site and land value due to the recent high economic growth rate. As a result, it is relatively difficult to find a company manager who needs three to four times the size of a plant.
이렇게 환경보존과 자원의 재활용이 강조되는 시점에서 이러한 바텀애쉬의 국내외 연구사례로 석탄회를 이용한 인공지반 축조기술, 석탄회, 오징어 쓰레기 및 톱밥을 이용한 양질의 비료생산에 대한연구, 바텀 애쉬를 적용한 도로용 콘크리트 개발, 고탄소 석탄회를 이용한 수처리제 개발, 석탄회의 농업적 이용 등 현재 바텀 애쉬 분야의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 또한, 바텀애쉬를 골재로 사용한 예는 자연산 및 인공골재의 일부를 대체하거나, 열 병합 발전소의 바텀애쉬를 경량건자재의 제조에 일부 사용한 것과 플라이애쉬, 석고, 탄산칼슘 및 석회 등과 혼합하여 고압으로 압출하여 벽돌제품을 생산하는 등이 있었다.At the point where environmental preservation and recycling of resources are emphasized, this research is a case study of bottom ash at home and abroad, research on artificial ground construction technology using coal ash, production of high quality fertilizer using coal ash, squid waste and sawdust, and road ash applied bottom ash. Currently, research on bottom ash is being actively conducted such as concrete development, water treatment using high carbon coal ash, and agricultural use of coal ash. In addition, the example using the bottom ash as an aggregate is replaced with a part of the natural and artificial aggregate, or the bottom ash of the thermal combined power plant used in the manufacture of lightweight building materials and mixed with fly ash, gypsum, calcium carbonate and lime and extruded at high pressure To produce brick products.
그러나 바텀애쉬의 경우는 경제성 면에서 재활용이 어려워 거의 대부분이 발전소 주변 회사장에 단순 폐기 매립되거나, 내륙 또는 해안 매립지에 플라이애쉬와 혼합하여 매립되기도 하고, 발전소 주변의 노반 성토재로써 소량 사용되고 있는 실정이다. 따라서, 회처리 용지확보의 어려움은 물론이고, 환경오염의 문제를 야기하는 주재료로써 이에 대한 처리가 문제로 되고 있다.However, in the case of bottom ash, it is difficult to recycle in terms of economical efficiency, so most of them are simply discarded in the workplace of the power plant, or mixed with fly ash inland or coastal landfill, and are used in small amounts as subgrade soils around the power plant. . Therefore, as a main material causing the problem of environmental pollution as well as the difficulty of securing the processed paper, the treatment thereof has become a problem.
한편, 일반적인 콘크리트는 골재(조골재, 모래)에 시멘트, 혼화재, 물을 혼합하여 표준 시방배합에 따라 제조한다. 국내 콘크리트의 구성성분으로 사용되고 있는 골재의 주요 현황을 살펴보면 1980년대 초까지는 하천골재의 비율이 약 90%이상을 차지하고 있어 골재의 주공급원이 강이나 하천이었다. 그러나 하천골재의 사용량 증가와 하천의 유지관리 및 보호 차원에서 골재 채취가 제한됨에 따라 양질의 하천골재를 구하기가 점점 어려워질 뿐만 아니라 점차 고갈되고 있어 이에 대한 대체재의 활용이 요구되고 있는 현실이다. 최근 이에 대한 대책방안으로 석산 골재, 바다모래, 콘크리트 폐자재 등이 이미 활용선상에 있으며, 그 외에도 인공골재 및 고로 슬래그 골재의 사용이 적극 검토되어 활성화되고 있는 추세이다.
On the other hand, general concrete is prepared according to the standard specification by mixing cement, admixture, water in aggregate (crude aggregate, sand). Looking at the main status of aggregate used as a component of domestic concrete, up to the early 1980s, river aggregate accounted for more than 90%, and the main source of aggregate was river or river. However, as the use of river aggregate is limited and aggregate collection is restricted in order to maintain and protect the stream, it is increasingly difficult to obtain high-quality river aggregate, and it is gradually being exhausted. Therefore, the use of substitutes is required. In recent years, as a countermeasure against this problem, Seoksan aggregate, sea sand, concrete waste materials, etc. have already been utilized, and in addition, the use of artificial aggregates and blast furnace slag aggregates has been actively examined and activated.
이에 본 발명자들은 상기 종래 문제점들을 해결하기 위하여, 잔골재로 기존의 모래 대신에 석탄 화력발전소나 소각로 등에서 배출되어 폐기되어 왔던 바텀애쉬를 사용할 경우 기존의 일반 골재를 이용한 콘크리트와 동등하거나 그 이상의 강도를 가지며, 바텀애쉬에 포함된 미분말이 결합제 역할을 하므로 콘크리트를 제조하기 위해 포클랜드 시멘트를 사용하지 않고도 친환경적인 콘크리트 조성물을 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.In order to solve the above problems, the present inventors have a strength equal to or greater than that of concrete using conventional aggregate when using bottom ash, which has been disposed of and discharged from coal-fired power plants or incinerators, instead of conventional sand as fine aggregate. , Since the fine powder contained in the bottom ash serves as a binder, it was confirmed that an eco-friendly concrete composition can be produced without using Falkland cement to manufacture concrete, and completed the present invention.
따라서, 본 발명의 목적은 천연 또는 석산 골재를 대체하는 역할과 동시에 결합체 역할을 하는 바텀애쉬를 콘크리트 배합용 잔골재로 사용하여 강도의 저하없이 우수한 강도 및 내구성을 갖는 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to use a bottom ash, which serves as a substitute for natural or masonry aggregates, and at the same time as a binder, as a fine aggregate for concrete mixing, using cementless concrete composition with bottom ash having excellent strength and durability without deterioration in strength and It is to provide a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 굵은 골재 30 ~ 50 중량%; 및 미분말이 다량 함유된 바텀애쉬 잔골재 50 ~ 70 중량%를 포함하고, 상기 바텀애쉬에 포함된 미분말을 액상알칼리 고화제로 경화시켜 결합시키는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is 30 to 50% by weight coarse aggregate; And 50 to 70% by weight of the bottom ash fine aggregate containing a large amount of fine powder, and provides a cement cement composition using the bottom ash, characterized in that the fine powder contained in the bottom ash hardened by a liquid alkali hardener and combined .
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 굵은 골재의 입경은 19㎜이하일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the coarse aggregate particle size may be less than 19mm.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 액상알칼리 고화제는 pH 13.0 ~ 14.0의 강알칼리성을 갖도록 8 ~ 12 몰(mole) NaOH 수용액으로 제조하되, 가용성 실리카를 추가 공급할 수 있도록 물유리를 상기 NaOH 양에 대하여 0.5 ~ 2.0 몰비의 범위로 첨가할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the liquid alkali hardener is prepared in an aqueous solution of 8 to 12 moles of NaOH to have a strong alkalinity of pH 13.0 ~ 14.0, water glass to the NaOH amount to supply additional soluble silica It can be added in the range of 0.5 to 2.0 molar ratio with respect to.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 바텀애쉬 양의 20 ~ 50%를 활성 고령토로 치환하여 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the composition may be included by replacing 20 to 50% of the bottom ash amount with activated kaolin.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 활성고령토는 600 ~ 900℃로 열처리한 후 분쇄하여 활성을 증가시킨 것이며, 10,000㎝2/g 이상의 분말도를 갖도록 미분쇄될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the activated kaolin is a heat treatment at 600 ~ 900 ℃ and then pulverized to increase the activity, it can be finely ground to have a powder degree of 10,000 cm 2 / g or more.
또한, 본 발명은 굵은 골재 30 ~ 50 중량% 및 미분말이 다량 함유된 바텀애쉬 잔골재 50 ~ 70 중량%를 물과 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물에 액상알칼리 고화제를 첨가하여 상기 바텀애쉬에 포함된 미분말을 경화시키는 단계를 포함하는 무시멘트 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of mixing 30 to 50% by weight of the coarse aggregate and 50 to 70% by weight of the bottom ash fine aggregate containing a large amount of fine powder with water; And adding a liquid alkali hardener to the mixture to cure the fine powder contained in the bottom ash.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 액상알칼리 고화제는 pH 13.0 ~ 14.0의 강알칼리성을 갖도록 8 ~ 12 몰(mole) NaOH 수용액으로 제조하되, 가용성 실리카를 추가 공급할 수 있도록 물유리를 상기 NaOH 양에 대하여 0.5 ~ 2.0 몰비의 범위로 첨가할 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the liquid alkali hardener is prepared in an aqueous solution of 8 to 12 moles of NaOH to have a strong alkalinity of pH 13.0 ~ 14.0, water glass to the NaOH amount to supply additional soluble silica It can be added in the range of 0.5 to 2.0 molar ratio with respect to.
본 발명에 따른 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물은 바텀애쉬를 콘크리트 배합용 골재로 사용하여 기존에 사용되던 자연산 골재를 대체할 수 있어 생산원가를 절감할 수 있으며, 기존의 자연산 골재를 사용한 콘크리트와 동등하거나 그 이상의 강도를 가짐으로써 우수한 강도 및 내구성을 확보할 수 있어 기존제품과 유사하거나 더 높은 압축강도를 나타내는 친환경 콘크리트 제품을 제공할 수 있는 효과가 있다.Cement cement composition using the bottom ash according to the present invention can use the bottom ash as the aggregate for mixing concrete can replace the existing natural aggregates can reduce the production cost, and concrete and using the existing natural aggregates By having an equivalent strength or more, it is possible to secure excellent strength and durability, thereby providing an eco-friendly concrete product having a similar or higher compressive strength than the existing product.
또한, 본 발명에 따른 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물은 단위 부피당 무게가 자연산 골재보다 가벼워 건물의 바닥재 콘크리트로 사용하면 상대적인 하중의 경감을 얻을 수 있으며, 천연 골재의 사용을 경감시킴으로써 골재의 고갈에 따른 건설자재 부족을 해결할 수 있는 효과가 있다.In addition, the cement concrete composition using the bottom ash according to the present invention has a weight per unit volume is lighter than natural aggregates can be used as a floor concrete of the building to obtain a relative load reduction, by reducing the use of natural aggregates to exhaust the aggregates This can solve the shortage of construction materials.
또한, 본 발명에 따른 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물은 바텀애쉬에 포함된 미분말이 결합제 역할을 하므로 포틀랜드 시멘트를 첨가하지 않고도 콘크리트 조성물을 제공할 수 있으며, 포틀랜드 시멘트를 전혀 사용하지 않아 인체에 무해하고 이산화탄소의 배출량을 감소시킬 수 있어 친환경적인 효과가 있다.In addition, the cement cement composition using the bottom ash according to the present invention can provide a concrete composition without the addition of portland cement because the fine powder contained in the bottom ash serves as a binder, it is harmless to the human body does not use portland cement at all And it can reduce the emission of carbon dioxide, which is environmentally friendly.
또한, 본 발명에 따른 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물은 화력발전소나 소각장 등에서 배출되는 바텀애쉬를 콘크리트의 골재로 활용함으로써 골재 고갈에 따른 문제점의 해결은 물론이고 폐기 매립 처리되고 있는 폐기물을 재활용함으로써 자원의 낭비를 해소할 수 있으며, 환경보존에도 기여하게 되는 효과가 있다.
In addition, the cement cement composition using the bottom ash according to the present invention by using the bottom ash discharged from the thermal power plant or incinerator as an aggregate of concrete, as well as solving the problems caused by aggregate depletion, by recycling the waste being disposed of landfill It can reduce the waste of resources and contribute to the preservation of the environment.
도 1은 본 발명에서 사용한 바텀애쉬 잔골재의 입도분포를 나타낸 것으로, 천연 모래에 비해 1㎜ 이하의 미분말이 특히 많이 함유되어 있음을 보여주고 있다.
도 2는 본 발명에서 사용한 바텀애쉬 잔골재의 입형 특성을 조사하기 위해 현미경 분석을 한 결과를 나타낸 것으로, 대체적으로 원형에 가까운 입형이 확인되었다.Figure 1 shows the particle size distribution of the bottom ash fine aggregate used in the present invention, it shows that the fine powder of 1mm or less is particularly contained compared to natural sand.
Figure 2 shows the results of the microscopic analysis to investigate the granular characteristics of the bottom ash fine aggregate used in the present invention, it was confirmed that the granular shape is almost round.
본 발명은 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반 골재를 이용한 콘크리트와 동등하거나 그 이상의 강도를 가지며, 콘크리트를 제조하기 위해 포틀랜드 시멘트를 사용하지 않고도 바텀애쉬에 함유된 미분말이 결합제 역할을 하여 제조되는 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물을 제공함에 그 특징이 있다.The present invention relates to a cementless concrete composition using bottom ash, and more particularly, has fine strength equivalent to or higher than that of concrete using general aggregate, and fine powder contained in bottom ash without using portland cement to manufacture concrete. It is characterized by providing a cementless concrete composition using a bottom ash produced by acting as a binder.
본 발명자들은 기존의 모래와 같은 자연산 잔골재를 바텀애쉬로 대체하였으며, 포틀랜드 시멘트를 사용하지 않고 바텀애쉬에 함유된 미분말을 결합제로 활용한 친환경 지오폴리머 콘크리트 조성물을 개발하였다.The present inventors replaced conventional fine aggregates such as sand with bottom ash, and developed an eco-friendly geopolymer concrete composition using fine powder contained in bottom ash as a binder without using portland cement.
최근 들어 점차 고갈되어 구하기 어려운 하천골재의 대체체로 인공골재 및 고로 슬래그 골재의 사용이 적극 검토되어 활성화되고 있는 추세이므로, 화력발전소에서 발생되어 현재 폐기 매립 처리되고 있는 바텀애쉬를 콘크리트용 골재로 활용한다면 폐자재의 매립으로 인한 환경문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 자원을 효율적으로 이용할 수 있다. 또한, 최근의 구조물은 점차 대형화 및 초고층화되고 있는 추세이며, 그로 인해 구조물의 하중이 크게 되어 지반 침하 등의 문제가 유발되고 있어 구조물 자체를 가능한 한 경량화시키려고 노력하고 있다. 바텀애쉬는 포집 후 급격한 냉각이나 인위적 분쇄에 의해 입자가 형성되므로 모래와 유사한 형상을 나타내며, 또한 다공질 입자로 되어 있어 구조물을 경량화할 수 있다는 구조적 특징을 가지고 있다. 이러한 관점에서 볼 때 바텀애쉬를 콘크리트의 골재 대체체로 활용한다면 그 가치는 매우 높게 나타나게 될 것으로 기대된다.Recently, the use of artificial aggregates and blast furnace slag aggregates has been actively investigated and activated as substitutes for river aggregates, which are gradually exhausted. Therefore, if the bottom ash generated from thermal power plants and currently disposed of landfills is used as concrete aggregates, Not only can the environmental problems caused by landfilling of waste materials be solved, but resources can be used efficiently. In addition, the recent structure of the structure is gradually increasing in size and ultra-high rise, thereby causing a problem such as ground subsidence due to the large load of the structure is trying to make the structure itself as lightweight as possible. Bottom ash has a structure similar to sand because the particles are formed by rapid cooling or artificial crushing after collection, and also has a structural feature that the structure can be made lightweight due to porous particles. From this point of view, if bottom ash is used as an aggregate substitute for concrete, its value is expected to be very high.
통상적으로 콘크리트 조성물에 사용되는 석산 골재의 잔골재 및 굵은 골재 대신에 전량을 골재 규격별로 선별한 바텀애쉬를 사용하면 기존의 석산 골재를 사용한 제품과 동일하거나 더 우수한 물성을 나타내는 콘크리트 제품의 제조도 가능하다고 보고되어 있다. 특히, 강도 측면에서는 동일한 물/시멘트 비에서 골재의 흡수 효과 때문에 오히려 강도 상승효과가 있으며 공기량에서도 일반 천연골재를 사용한 경우와 거의 동일하여 콘크리트의 동결 융해 저항성에 거의 영향을 미치지 않는 것이 확인되었고, 천연 골재보다 단위중량이 작으므로 골재 침강에 따른 콘크리트 재료분리 방지 측면에서도 매우 유리한 것으로 알려져 있다. 다만 작업성 확보 차원에서, 필요로 하는 슬럼프를 얻기 위해 배합수를 추가시키지 않으려면 일반 천연골재를 사용한 경우 보다는 감수제의 사용량이 증가되어야 하나, 현재 건설현장에서 주로 사용되고 있는 일반 강도의 범위(210 ～ 300 kgf/cm2)내에서는 일반 골재를 사용할 때보다 가수(加水)를 하여도 바텀애쉬 골재의 흡수효과 때문에 바텀애쉬 내부에 배합수가 내포되어 이 범위의 강도 확보에는 문제가 없다는 것이 일반적이다.Instead of the fine aggregates and coarse aggregates of masonry aggregates used in concrete compositions, the use of the bottom ash, which selects the total amount by aggregate specifications, enables the production of concrete products that exhibit the same or better properties as those of existing masonry aggregates. Reported. In particular, in terms of strength, the strength of the aggregate is increased due to the absorption effect of aggregate at the same water / cement ratio, and the amount of air is almost the same as that of the general natural aggregate. Since the unit weight is smaller than the aggregate, it is known to be very advantageous in terms of preventing the separation of concrete materials due to the settling of the aggregate. However, in order to secure workability, in order not to add water to obtain the required slump, the amount of water-reducing agent should be increased rather than using natural aggregate, but the range of general strength mainly used in construction sites (210 ~ Within 300 kgf / cm 2 ), even though the water is added to water when using aggregate aggregates, it is common that a compounded water is contained in the bottom ash because of the absorption effect of the bottom ash aggregates.
하지만 기존에 회처리장에 매립되어 있는 바텀애쉬는 입도분포가 불균일할 뿐 아니라 1mm 이하의 미립분이 다량 함유되어 있어 그대로는 콘크리트용 잔골재로 사용하기 어렵다. 따라서 잔골재로 사용하기 위해서는 골재 규격대로 선별처리를 거쳐야 하지만 이 경우 사용할 수 없는 미립분이 다량 발생하여 이를 재매립해야 하는 실정이다.However, the bottom ash, which was previously embedded in the ash processing plant, is not only uneven in particle size distribution but also contains a large amount of fine particles of less than 1mm, so it is difficult to use as a fine aggregate for concrete. Therefore, in order to be used as fine aggregates, the aggregates have to be sorted out according to the standard.
따라서 본 발명에서는 바텀애쉬를 선별처리 없이 콘크리트 배합에 적용함으로써 현재 발전소 주변에 폐기 매립 처리되어 있는 자원을 최대한 재활용할 수 있는 바텀애쉬를 사용한 콘크리트 조성물을 제공한다.Therefore, the present invention provides a concrete composition using the bottom ash that can be recycled to the maximum amount of resources that are currently disposed in the landfill around the power plant by applying the bottom ash to the concrete formulation without screening treatment.
한편, 건설현장에서 콘크리트의 결합재로 주로 사용되는 포틀랜드 시멘트는 산화칼륨(CaO), 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 등을 함유하는 원료를 알맞은 비율로 혼합?분쇄하여, 이것의 일부가 녹을 때까지 1400 ~ 1500℃로 소성시켜 만든 클링커(clinker)에 응결 지연제로 석고(CaSO4?2H2O)를 3% 정도 넣고 분쇄하여 만든다. 다음의 식 1은 소성과정의 화학식이다.
Meanwhile, Portland cement, which is mainly used as a binder of concrete in construction sites, is mixed and pulverized with a raw material containing potassium oxide (CaO), silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and the like in an appropriate ratio. It is made by adding about 3% of gypsum (CaSO 4 ~ 2H 2 O) as a coagulation retardant to a clinker made by baking at 1400 ~ 1500 ℃ until some of it melts. Equation 1 below is the chemical formula of the firing process.
(식 1)(Equation 1)
5CaCO3 + 2SiO2 → 3CaO?SiO2 + 2CaO?SiO2 + 5CO2
5CaCO 3 + 2SiO 2 → 3CaO? SiO 2 + 2CaO? SiO 2 + 5CO 2
그러나 상기 식 1에서 보듯이 시멘트 제조과정의 소성작업으로 인해 CO2로 대표되는 많은 양의 온실가스가 배출되는 문제가 있다. 전 세계적으로 포틀랜드 시멘트의 제조량은 해마다 3%씩 증가하고 이 과정에서 발생하는 온실가스 배출량은 연간 약 135만 톤에 이르고 있으며, 이는 전 세계 온실가스 배출량의 약 7%를 차지하는 양이다.However, as shown in Equation 1, there is a problem in that a large amount of greenhouse gases represented by CO 2 due to the firing operation of the cement manufacturing process. Globally, Portland cement production increases by 3% annually, and the greenhouse gas emissions generated by this process amount to about 1.35 million tons per year, accounting for about 7% of global greenhouse gas emissions.
따라서 본 발명에서는 바텀애쉬에 함유된 미립분이 콘크리트의 결합제 역할을 하도록 함으로써 포틀랜드 시멘트의 사용을 억제하여 CO2 발생을 획기적으로 줄일 수 있는 무시멘트 지오폴리머 콘크리트 조성물을 제공한다.Therefore, the present invention provides a cementless geopolymer concrete composition that can significantly reduce the CO 2 generation by inhibiting the use of portland cement by allowing the fine powder contained in the bottom ash to act as a binder of the concrete.
본 발명에서 “지오폴리머 콘크리트(Geo-polymer Concrete)”는 일반적인 콘크리트와 달리 포틀랜드 시멘트 대신에 지오폴리머를 결합제로 사용하여 이산화탄소를 포틀랜드 시멘트보다 적게 배출하는 친환경?고성능 콘크리트로서 미래사회가 요구하는 개념에 부합하는 콘크리트이다. 지오폴리머 콘크리트는 내화?내열 섬유복합체, 밀폐제 등 다양한 분야에서 적용이 가능하다. 또한, 낮은 투구성을 가지므로 유독성, 방사성 폐기물의 차단제로도 사용이 가능하고, 높은 내구성으로 해단구조물이나 산성환경 하의 구조물 등에 탁월한 효과가 있다. 본 발명의 콘크리트 조성물은 지오폴리머 콘크리트 조성물을 의미한다.In the present invention, "Geo-polymer concrete" is a kind of environmentally-friendly and high-performance concrete that emits less carbon dioxide than Portland cement by using geopolymer as a binder instead of portland cement. It is concrete to match. Geopolymer concrete can be applied in various fields such as fireproof and heat resistant fiber composites and sealants. In addition, since it has a low permeability, it can be used as a blocking agent for toxic and radioactive wastes, and has high durability, and has an excellent effect on cutting structures or structures under acidic environments. Concrete composition of the present invention means geopolymer concrete composition.
또한, 상기 “지오폴리머(Geo-polymer)”는 알루미나규산염과 고농축 수용성알칼리 수산화물 또는 규산염 용액의 반응에 의하여 합성되는 무기 알루미노실리케이트폴리머(Inorganic alumino-silicate polymers)로 알려진 결합재를 Davidovits가 명명한 것으로, 활성고령토, 플라이애시 등을 포함한다. 폭넓은 의미로 시멘트와 유사한 무기바인더나 무기폴리머라고 할 수 있다. 지오폴리머는 시멘트보다 친환경 재료로 낮은 온도에서 제조가 가능하므로 이산화탄소 가스의 배출이 적으며, 제조 원가도 약 30% 저렴하다. 실제 시멘트 1Kg을 제조하는데 가스가 950g 방출되는 것으로 알려졌으며, 시멘트산업에서 배출양은 전 세계 온실가스의 약 7%를 차지하고 있다. 현재는 플라이애시 및 슬래그와 같은 부산물을 이용한 연구가 많이 되어 있으며 다수의 제품이 판매되고 있으나, 아직까지 보통 시멘트를 대체하여 범용으로 사용되지 못하고 있으며, 이는 제품의 기능이나 수명이 완벽하게 검증되지 않았기 때문이다. 그러나 시멘트를 대체할 수 있는 무기 결합제로 건축 이외에 내화, 중금속 고정화 및 단열재료 등에 폭 넓게 사용될 것으로 기대되고 있다. In addition, the "Geo-polymer" is named by Davidovits a binder known as Inorganic alumino-silicate polymers synthesized by the reaction of alumina silicate and a highly concentrated aqueous alkali hydroxide or silicate solution. , Activated kaolin, fly ash and the like. In a broad sense, it is an inorganic binder or inorganic polymer similar to cement. Geopolymer is a more environmentally friendly material than cement and can be manufactured at lower temperatures, resulting in less carbon dioxide emissions and a 30% lower manufacturing cost. In fact, it is known that 950g of gas is emitted to produce 1Kg of cement, and the cement industry accounts for about 7% of the global greenhouse gas. At present, there are many researches using by-products such as fly ash and slag, and many products are sold. However, it has not been widely used in general as a substitute for cement. Because. However, as an inorganic binder that can replace cement, it is expected to be widely used in refractory, heavy metal immobilization, and insulation materials as well as construction.
따라서 본 발명의 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물은 물, 결합제, 모래, 자갈 등을 배합하여 구성되는 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 자갈로써 석산의 굵은 골재 30 ~ 50 중량%와 상기 모래의 대체재로써 바텀애쉬 잔골재 50 ~ 70 중량%만으로 이루어진다. 또한, 기존의 콘크리트 조성물에서 결합제로 첨가되는 포틀랜드 시멘트는 전혀 사용하지 않으며, 바텀애쉬에 포함된 미분말을 결합제로 활용하여 액상알칼리 고화제로 경화시켜 결합시키는 것을 특징으로 한다.Therefore, the cement concrete composition using the bottom ash of the present invention is a concrete composition composed of water, a binder, sand, gravel, etc., 30 to 50% by weight of the coarse aggregate as the gravel and bottom as a substitute for the sand Ash fine aggregate consists of only 50 to 70% by weight. In addition, Portland cement added as a binder in the existing concrete composition is not used at all, by using the fine powder contained in the bottom ash as a binder, characterized in that the curing by curing with a liquid alkali hardener.
본 발명의 콘크리트 조성물은 콘크리트의 배합강도 100 ~ 400 ㎏/㎠ 범위에 사용되며, 모래와 같은 잔골재 대체재로 사용되는 바텀애쉬 잔골재가 골재 단위량의 100%까지 첨가될 수 있다.Concrete composition of the present invention is used in the mixing strength of the
본 발명에서 사용하는 “바텀애쉬(bottom ash)”는 석탄 화력발전소나 소각로 등에서 배출되는 잔류 광물질로, 연소로 내에서 소결에 의해 입자가 형성된 상태에서 보일러 하부로 낙하하여 고형화된 물질을 분쇄기를 사용하여 25㎜이하의 입도로 분쇄시킨 것이다. 일반적으로 분쇄기에 의해 파쇄된 바텀애쉬는 1 ～ 10mm 정도의 입경 범위를 갖고 있으며, 이러한 바텀애쉬는 총 석탄회 발생량의 10 ~ 15% 정도를 차지한다. 바텀애쉬에는 플라이애쉬나 고로슬래그와 같이 많은 양의 유리상(Glass paste)을 포함하고 있지는 않지만, 어느 정도 장기강도에 영향을 줄 수 있는 정도의 유리상을 포함하고 있다. 또한, 석탄회의 발생량은 탄질에 따라 다르지만, 무연탄은 약 30 ~ 40% 정도의 석탄회가 발생되는데, 이중 약 60 ~ 80%는 플라이 애쉬로, 약 20 ~ 40%는 바텀애쉬로 취급된다. 그러나, 유연탄의 경우는 연소효율이 높아서 무연탄만큼 재가 발생되지 않으며, 대개 원탄의 약 10 ~ 20%의 석탄회가 발생되고 이 중 플라이애쉬와 바텀애쉬의 비는 약 7 : 3으로 간주한다.The "bottom ash" used in the present invention is a residual mineral discharged from coal-fired power plants or incinerators, and the material is solidified by falling down to the bottom of the boiler in the form of particles formed by sintering in the combustion furnace. To a particle size of 25 mm or less. In general, the bottom ash crushed by the crusher has a particle size range of 1 ~ 10mm, this bottom ash occupies about 10 to 15% of the total coal ash generated. Bottom ash does not contain a large amount of glass paste, such as fly ash or blast furnace slag, but it does contain a glass phase that can affect long-term strength to some extent. In addition, the amount of coal ash varies depending on the coal, but the anthracite coal is generated about 30 to 40% of coal ash, of which about 60 to 80% is fly ash, about 20 to 40% is treated as bottom ash. However, in the case of bituminous coal, ash is not generated as high as anthracite due to its high combustion efficiency, and about 10-20% of coal ash is generated, and the ratio of fly ash and bottom ash is about 7: 3.
한편, 바텀애쉬가 콘크리트용 골재로 활용되기 위해서는 적절한 경도와 용도에 따라 적당한 무게를 가져야 하고, 물리적?화학적으로 유해하지 않아야 하고, 입형이 입방체 또는 원형에 가까워야 하고, 결합 페이스트와 부착강도가 커야 하고, 깨끗하며 유해물이 포함되어 있지 않아야 하는 등과 같은 골재에 요구되는 일반적 특성을 만족해야 한다.On the other hand, in order for the bottom ash to be used as an aggregate for concrete, it must have appropriate weight according to the appropriate hardness and use, must not be physically and chemically harmful, its shape should be close to a cube or a circle, and its bonding paste and adhesive strength should be large. General characteristics required for aggregates, such as clean, clean and free of harmful substances.
따라서, 바텀애쉬가 골재로 활용될 수 있는지의 여부를 파악하기 위하여 먼저 물리적?화학적 특성에 대해 조사하였다. 화력발전소에서 발생되고 있는 일반 폐기물인 바텀애쉬의 입도 분포를 조사한 바, 도 1에 나타낸 바와 같이, 한국산업규격에서 규정하고 있는 입도 범위를 다소 벗어나고 있음을 알 수 있다. 즉, 바텀애쉬의 입도 분포는 잔골재로 적당한 1㎜ 이상의 입자가 50% 정도이며 입경이 1㎜ 이하인 미립자가 50% 이상을 차지하고 있음을 알 수 있다. 이러한 미립 분말은 높은 비표면적으로 시멘트와 혼합되면 시멘트의 결합능력을 발휘시키기 어려워 강모래 또는 석분과 혼합하여 입도 조정을 하지 않으면 잔골재로써의 활용이 불가능함을 알 수 있다.Therefore, first of all, the physical and chemical properties were examined to determine whether the bottom ash can be used as aggregate. As a result of examining the particle size distribution of the bottom ash, which is a general waste generated in a thermal power plant, it can be seen that the particle size range prescribed by the Korean Industrial Standard is slightly out of range. That is, it can be seen that the particle size distribution of the bottom ash is about 50% of particles of 1 mm or more suitable as fine aggregate and 50% or more of particles having a particle diameter of 1 mm or less. When the fine powder is mixed with cement with a high specific surface area, it is difficult to exhibit the binding ability of cement, and thus it is not possible to use it as a fine aggregate unless the particle size is adjusted by mixing with sand or stone powder.
그 이외에도 입형은 콘크리트의 워커빌리티에 큰 영향을 미치는 요소로써 원형이나 입방체에 가까울수록 단위수량이 적고 워커빌리티가 우수한 콘크리트를 얻게 된다. 이러한 입형의 특성을 조사하기 위해 바텀애쉬 시료에 대해 현미경 분석을 한 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, 대체적으로 원형에 가까운 입형이 확인되었다. 즉, 대체적으로 바텀애쉬는 입형이 원형을 띠고 있기 때문에 현재 강모래 부족으로 사용되고 있는 모가 나 있는 부순 모래(쇄사)를 혼합한 경우에 비해 콘크리트 워커빌리티 개선 효과는 크게 나타난다. In addition, the vertical shape is a factor that greatly affects the workability of concrete. As the shape is closer to a circle or a cube, the unit quantity is smaller and the workability is excellent. As a result of microscopic analysis of the bottom ash sample to investigate the characteristics of the shape, as shown in FIG. That is, bottom ash generally has a circular shape, and thus, concrete workability improvement effect is greater than a case where mixed crushed sand (cracked sand), which is currently used due to lack of steel sand, is mixed.
또한, 골재 내부에 포함되어 있는 미연소 탄소는 콘크리트 배합 시 소요 효과를 얻기 위해 감수제나 AE제의 사용량을 증가시켜야 하는 유해요소로 작용하기 때문에 그 함유량이 적을수록 경제적 콘크리트 생산이 가능하다. 또한, 바텀애쉬에 포함되고 있는 미연소 탄소분은 화학적으로 안정한 상태를 유지하고 있다고 할 수 있으므로, 미연소 탄소 함유량이 천연골재에 비해 많더라도 화학 혼화제의 흡입에는 영향을 미치지 않는 것이 실험을 통해 확인되었다. 특히, 강도 측면에서 동일한 물/시멘트 비에서 골재(바텀애쉬)의 흡수효과로 강도의 상승효과가 있는 것으로 확인되었고, 공기량에서도 일반 천연 및 석산 골재와 거의 동일한 결과를 나타내어 동결, 융해 저항성에 영향을 미치지 않는 것이 확인되었다.In addition, since unburned carbon contained in the aggregate acts as a detrimental factor to increase the amount of water reducing agent or AE agent in order to obtain the required effect when concrete is mixed, the lower the content, the more economical concrete production is possible. In addition, since the unburned carbon powder contained in the bottom ash is maintained in a chemically stable state, it was confirmed through experiments that the unburned carbon content does not affect the inhalation of chemical admixtures even when compared with natural aggregates. . In particular, in terms of strength, the absorption effect of aggregate (bottom ash) at the same water / cement ratio was confirmed to have a synergistic effect, and the air content showed almost the same results as general natural and masonry aggregates, affecting freezing and melting resistance. It was confirmed that it did not reach.
또한, 골재의 안정성 측면에서 살펴보면 바텀애쉬는 내부에 공극이 많이 포함되어 있기 때문에 24시간 수중에 침지하여 흡수율을 구하면 5mm이하의 바텀애쉬에서는 6% 정도, 5 ～ 13mm의 골재에서는 8%정도가 측정되며, 이 정도의 흡수율에서는 콘크리트 배합시 물을 흡수하며 그 흡수 정도에 따라 콘크리트의 성질에 영향을 미치게 된다. 따라서, 보다 안정적 콘크리트 성질을 유지하기 위해서는 바텀애쉬 골재에 미리 물을 충분히 흡수시킨 상태에서 사용하는 이른바 프리웨팅(pre-wetting) 방법을 사용할 필요가 있다.In addition, when looking at the stability of the aggregates, the bottom ash contains a lot of voids in the interior, so immersed in water for 24 hours to find the absorption rate is about 6% in the bottom ash of 5mm or less, about 8% in the aggregate of 5 ~ 13mm In this degree of absorption, the water is absorbed when the concrete is mixed, and the degree of absorption affects the properties of the concrete. Therefore, in order to maintain more stable concrete properties, it is necessary to use a so-called pre-wetting method used in a state where water is sufficiently absorbed in the bottom ash aggregate in advance.
다음에 본 발명에서 사용되는 바텀애쉬의 기본적인 물리?화학적 성질에 대해 설명한다.Next, the basic physical and chemical properties of the bottom ash used in the present invention will be described.
바텀애쉬는 짙은 회색의 고르지 못한 알갱이로 관찰되고, 입자표면은 다공질의 표면을 나타내며, 모래와 비슷하게 보이고 직경 5mm이상의 크기를 가지는 입자도 갖는 불규칙 형태의 입자이다. 또한, 바텀애쉬의 색상은 대부분 회색을 띄고 있으며 짙은 황색과 검정색 회백색에 이르기까지 생성 환경에 따라 여러 색상을 띠고 있다. 미연탄소 입자는 검정색을 띠고, 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 성분이 많은 것은 회백색과 황색을 띠고 있다.Bottom ash is observed as a dark gray uneven grain, and the surface of the particle is an irregularly shaped particle having a porous surface, similar to sand, and having a particle size of 5 mm or more in diameter. In addition, the color of the bottom ash is mostly gray, depending on the production environment, ranging from dark yellow to black-gray-white. Unburned carbon particles are black in color, and many of silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) components are off-white and yellow in color.
바텀애쉬의 주요 화학성분으로는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화나트륨(Na2O), 산화칼륨(K2O) 등을 포함한다. 이중에서 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철(Fe2O3)의 성분이 가장 많은 양을 차지하고 있는데, 바텀애쉬의 화학성분들의 90% 이상을 차지하는 것으로 나타난다. The main chemicals of bottom ash are silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), sodium oxide (Na 2 O), Potassium oxide (K 2 O) and the like. Among them, silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), and iron oxide (Fe 2 O 3 ) are the most abundant components, which account for more than 90% of the bottom ash chemicals.
본 발명의 일실시예에서 사용한 바텀애쉬, 석산골재, 활성고령토의 화학성분을 포틀랜드 시멘트와 플라이애쉬와 비교하여 하기 표 1에 나타내었으며, 이는 일실시예일 뿐, 화학성분 상의 조성을 특별히 한정하는 것은 아니다.
The chemical composition of the bottom ash, stone aggregate, activated kaolin used in one embodiment of the present invention is shown in Table 1 below in comparison with Portland cement and fly ash, which is only one embodiment, and does not specifically limit the composition of the chemical composition. .
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 바텀애쉬는 포틀랜드 시멘트에 비해 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철(Fe2O3)의 성분이 다량으로 함유되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 플라이애쉬의 경우와 유사한 함량을 보인다. 이는 바텀애쉬의 주성분이 12 ～ 18% 함유된 미연탄분과 함께 플라이애쉬와 마찬가지로 주로 Al2O3와 SiO2로 이루어져 있음을 나타낸다. 또한, 바텀애쉬에는 유해 중금속의 함량이 극히 적어 환경오염의 문제점은 없는 것으로 판단된다.As can be seen in Table 1, the bottom ash contains a large amount of components of silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), and iron oxide (Fe 2 O 3 ), compared to portland cement. The content is similar to that of fly ash. This indicates that the main ash of the bottom ash is mainly composed of Al 2 O 3 and SiO 2 like fly ash together with the unburnt coal powder containing 12-18%. In addition, the bottom ash is extremely low in the content of harmful heavy metals, there is no problem of environmental pollution.
하기 표 2는 본 발명에서 사용한 바텀애쉬, 석산골재 및 활성고령토의 물성을 포틀랜드 시멘트와 비교하여 나타낸 것이다.
Table 2 shows the physical properties of the bottom ash, stone aggregate and activated kaolin used in the present invention in comparison with Portland cement.
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 바텀애쉬의 비중은 약 2 g/㎤ 정도이며, 흡수율은 약 8% 정도로 큰 편이며, 일반 골재(비중 2.5 g/㎤ 이상, 흡수율 3.0% 이하)에 비해 비중이 가볍고 흡수율이 다소 커 골재의 안정성 면에서 프리웨팅시켜 사용하여야 한다. 그러나 물을 충분히 흡수시킨 큰 입자(15㎜이상)는 동결, 융해시험에서 공극 속의 수분이 동결할 때 부분적 열화현상이 발생하여 내구성이 떨어진다는 단점이 있으며, 바텀애쉬가 결합재 역할을 수행하기에는 입자모양이나 화학성분 등의 조건이 맞지 않는다. 따라서 본 발명에서는 이를 해결하기 위해 포틀랜드 시멘트 대신에 NaOH, 물유리와 같은 액상알칼리 고화제를 사용하여 바텀애쉬에 포함된 미분말을 경화시키는 경우에는 동결, 융해에 의한 열화 정도가 크지 않고 수중 양생한 시료에서는 영향이 거의 없는 것으로 나타난 점이 본 발명의 기술적 특징이다.As can be seen in Table 2, the bottom ash has a specific gravity of about 2 g / cm 3 and an absorption rate of about 8%, which is large, compared to general aggregates (specific gravity 2.5 g / cm 3 or higher, absorption rate 3.0% or less). It should be used by pre-wetting in terms of stability of aggregate because of its specific gravity is light and its absorption rate is rather high. However, large particles (15 mm or more) that have sufficiently absorbed water have the disadvantage that partial deterioration occurs when water in the pores freezes in the freezing and thawing tests, resulting in poor durability, and the shape of particles for bottom ash to function as a binder. Conditions such as chemical composition do not match. Therefore, in the present invention, when the fine powder contained in the bottom ash is hardened by using a liquid alkali hardener such as NaOH or water glass instead of portland cement, the degree of deterioration due to freezing and melting is not great, It is a technical feature of the present invention that it appears that there is little effect.
본 발명에서는 이상과 같이 바텀애쉬의 물성과 화학성분을 분석한 결과, 바텀애쉬를 콘크리트 배합용 골재로 사용하는데 문제가 없는 것으로 확인되었다.In the present invention, as a result of analyzing the physical properties and chemical composition of the bottom ash, it was confirmed that there is no problem in using the bottom ash as aggregate for concrete mixing.
본 발명에서 사용하는 바텀애쉬 잔골재의 입경은 10㎜ 이하, 바람직하게는 5㎜이하이며, 1㎜ 이하의 미분말을 다량 함유하고 있는 것이 바람직하며, 상기 굵은 골재의 입경은 1㎜이하의 미분말이 많은 바텀애쉬 잔골재의 입도 분포를 고려하여 가급적 19㎜ 이하로 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다.The particle size of the bottom ash fine aggregate used in the present invention is 10 mm or less, preferably 5 mm or less, and preferably contains a large amount of fine powder of 1 mm or less, and the particle size of the coarse aggregate is 1 mm or less. In consideration of the particle size distribution of the bottom ash fine aggregate, it is preferable to use a small one as small as 19 mm or less.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 조성물에 있어서 콘크리트 조성물의 구성성분이 굵은 골재 30 ～ 50중량%와 바텀애쉬 잔골재 50 ～ 70중량%를 기본으로 하되, 바텀애쉬의 높은 흡수율에 따른 유동성 확보를 위하여 감수제를 0.5 ～ 1.0%(바텀애쉬 중량에 대한 첨가량)로 첨가할 수 있다.In addition, in the concrete composition according to the present invention, the constituents of the concrete composition are based on 30 to 50% by weight of coarse aggregate and 50 to 70% by weight of bottom ash fine aggregate, and a water reducing agent is used to secure fluidity according to the high absorption rate of bottom ash. It can be added at 0.5 to 1.0% (addition amount to bottom ash weight).
이러한 감수제로는 콘크리트의 제조시 통상적으로 사용하는 종류는 모두 사용할 수 있으며, 예를 들어, AE 감수제, 고성능 감수제 등을 사용할 수 있다.As such a water reducing agent, any kind commonly used in the manufacture of concrete may be used. For example, an AE water reducing agent, a high performance water reducing agent, or the like may be used.
본 발명에서 결합제 역할을 하는 포틀랜드 시멘트의 대체재가 되는 바텀애쉬에 포함된 미분말은 상기 표 2에서 보듯이 SiO2와 Al2O3가 풍부하게 함유되어 있어 이를 약간만 가용성 처리하면 알카리 환경 하에서 경화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 액상알칼리 고화제를 사용하여 미분말을 경화시키는 것이 바람직하다.In the present invention, the fine powder contained in the bottom ash, which is a substitute for portland cement, which serves as a binder, is rich in SiO 2 and Al 2 O 3 , as shown in Table 2, so that it can be cured under an alkaline environment with only slight solubility. have. Therefore, in the present invention, it is preferable to cure the fine powder using a liquid alkali hardener.
본 발명에서 상기 액상알칼리 고화제는 pH 13.0 ~ 14.0의 강알칼리성을 갖도록 8 ~ 12 몰(mole) NaOH 수용액으로 제조하되, 가용성 실리카를 추가 공급할 수 있도록 약간의 물유리를 혼합하여 사용할 수 있다.In the present invention, the liquid alkali hardener is prepared in an aqueous solution of 8 to 12 moles (mole) NaOH to have a strong alkalinity of pH 13.0 ~ 14.0, it can be used by mixing a little water glass to further supply soluble silica.
상기 물유리는 이산화규소와 알칼리를 융해한 규산알칼리염의 수용액을 말하며, 대표적으로 규산나트륨 수용액(2SiO2?Na2O?xH2O) 등이 있으며, 물유리는 NaOH 양에 대하여 0.5 ~ 2.0 몰비의 범위에서 혼합하는 것이 좋다. 이러한 물유리는 바텀애쉬 분말의 활성화를 유도할 뿐만 아니라, 물에 잘 녹는 성질을 가져 바텀애쉬 미분말의 경화시간을 단축시킬 수도 있다.The water glass refers to an aqueous solution of alkali silicate fused with silicon dioxide and alkali, and typically includes an aqueous sodium silicate solution (2SiO 2 ? Na 2 O? XH 2 O), and the water glass ranges from 0.5 to 2.0 molar ratio with respect to NaOH content. It is good to mix in. The water glass not only induces activation of the bottom ash powder, but also has a property of being soluble in water, thereby shortening the curing time of the bottom ash powder.
또한, 본 발명에서는 바텀애쉬 양의 20 ~ 50%를 활성 고령토로 치환하여 사용할 수 있는데, 이러한 활성 고령토를 첨가함으로써 콘크리트의 강도를 향상시킬 수 있다. 이때, 20 중량% 미만으로 첨가할 경우에는 필러효과 및 SiO2와 Al2O3의 부족으로 포졸란 반응이 원활하게 일어나기 어렵고, 50 중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 골재의 결합제 역할보다는 첨가된 활성고령토간의 고화반응으로 초기 강도가 현저하게 낮아지는 문제가 있으며, 가격이 높아지게 되어 상업적으로 경쟁력이 저하될 수 있다.In addition, in the present invention, 20 to 50% of the amount of bottom ash can be used by replacing the activated kaolin, and by adding such active kaolin, the strength of the concrete can be improved. At this time, when added in less than 20% by weight of the filler effect and the lack of SiO 2 and Al 2 O 3 Pozolan reaction is difficult to occur smoothly, when added in excess of 50% by weight added activity rather than as a binder of the aggregate There is a problem that the initial strength is significantly lowered due to the solidification reaction between kaolin, and the price may be increased, which may lower commercial competitiveness.
본 발명에서 활성 고령토는 고령토의 반응성을 증진시키기 위해 고령토(kaolin)을 600 ~ 900℃로 열처리한 후 분쇄하여 활성을 증가시킨 것으로서, 이러한 활성 고령토를 메타카올린이라고도 한다. 활성고령토는 상기 표 1에서와 같은 화학조성으로 이루어지며, 평균 입자크기가 약 30㎛ 정도이고, 입도분포가 미립분과 세립분으로 존재하기 때문에 충진성이 우수하고 골재입자의 유동성을 향상시킨다. 또한, 활성고령토의 반응성을 더욱 증진시키기 위하여 활성고령토의 분말도를 5,000cm2/g 이상, 바람직하게는 6,000cm2/g 이상으로 미분쇄하는 것이 좋은데, 분말도가 5,000cm2/g 이상이면 혼화제로써 높은 반응성을 갖게 되어 규산카리 등의 규산염 물질과의 반응 즉, 포졸란 반응이 상온에서도 일어나므로 견고한 결합력을 가질 수 있기 때문이다. Active kaolin in the present invention is to increase the activity by pulverizing kaolin (kaolin) to 600 ~ 900 ℃ to enhance the reactivity of the kaolin, such active kaolin is also referred to as metakaolin. Activated kaolin is composed of the chemical composition as shown in Table 1, the average particle size is about 30㎛, because the particle size distribution is present in the fine and fine grains, excellent filling properties and improves the flow of aggregate particles. Further, the powder of the active china clay also to further enhance the reactivity of the active china clay 5,000cm 2 / g or more, preferably good to milling or more 6,000cm 2 / g, even if the powder is 5,000cm 2 / g or more This is because it has a high reactivity as a admixture and can react with silicate materials such as carysilicate, that is, the pozzolanic reaction, even at room temperature, and thus have a strong binding force.
본 발명의 일실시예에서는 바텀애쉬를 콘크리트 배합용 골재로 사용하여 이 재료가 콘크리트에 혼입되었을 때, 콘크리트 강도 및 내구성 등 품질확보 상에 유해한 영향을 미치는지를 검토하여 모래 대체재로써의 활용성 유무에 대해 평가하였다. 그 결과, 통상의 시멘트 콘크리트에서 모래 대신 바텀애쉬 잔골재만을 사용하는 경우에는 충분한 강도를 얻을 수 없었으나, 시멘트 대신 가성소다(NaOH)와 물유리를 경화제로 사용하는 경우 강도 면에서 기존의 일반 콘크리트와 비슷한 강도를 나타내었다. 또한, 상온에서의 양생강도 증진을 위하여 바텀애쉬 잔골재에 활성고령토를 혼합한 경우, 모래나 바텀애쉬 잔골재만을 사용한 경우에 비해 강도가 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었고, 특히, 석산골재의 혼입량을 늘리고 활성고령토를 첨가하는 경우에는 기존의 일반 콘크리트보다 오히려 더 강도가 높아짐을 확인하였다(실험예 1 참조).In one embodiment of the present invention, the bottom ash is used as the aggregate for mixing concrete, and when this material is mixed in concrete, it is examined whether it has a detrimental effect on quality assurance such as concrete strength and durability, and whether it is useful as a sand substitute. Was evaluated. As a result, in case of using only bottom ash aggregate instead of sand in general cement concrete, sufficient strength could not be obtained. Strength is shown. In addition, when activated kaolin was mixed with bottom ash fine aggregate to improve the curing strength at room temperature, it was confirmed that the strength was significantly improved compared to the case where only sand or bottom ash fine aggregate was used. When kaolin is added, it is confirmed that the strength is higher than that of conventional concrete (see Experimental Example 1).
상기와 같은 결과를 통해, 본 발명에 따른 바텀애쉬 잔골재 및 활성고령토 고화제를 포함하는 지오폴리머 콘크리트 조성물이 포장재나 구조용으로 활용될 수 있을 정도로 높은 강도를 가지며, 이에 따라 건설자원으로 활용하는데 문제가 없음을 확인하였다. Through the above results, the geopolymer concrete composition comprising the bottom ash aggregate and the active kaolin hardener according to the present invention has a high strength enough to be utilized for packaging or structural use, and thus there is a problem in utilizing it as a construction resource. It was confirmed that none.
나아가, 본 발명은 굵은 골재 30 ~ 50 중량% 및 미분말이 다량 함유된 바텀애쉬 잔골재 50 ~ 70 중량%를 물과 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물에 액상알칼리 고화제를 첨가하여 상기 바텀애쉬에 포함된 미분말을 경화시키는 단계를 포함하는 무시멘트 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공한다.Further, the present invention comprises the steps of mixing 30 to 50% by weight coarse aggregate and 50 to 70% by weight of the bottom ash fine aggregate containing a large amount of fine powder with water; And adding a liquid alkali hardener to the mixture to cure the fine powder contained in the bottom ash.
여기서, 굵은 골재, 바텀애쉬, 액상알칼리 고화제에 대한 설명한 상기에서 설명한 바와 같다.Here, the coarse aggregate, the bottom ash, as described above for the liquid alkali hardener.
따라서 본 발명에 따른 무시멘트 콘크리트 조성물은 시멘트와 같은 유해한 물질을 전혀 포함하지 않고 제조됨으로써 친환경적이고 인체에 무해하다는 장점이 있으며, 바텀애쉬를 콘크리트 잔골재에 적용하여 강도나 내구성 측면에서 천연골재를 사용한 콘크리트와 거의 동등하거나 그 이상의 강도나 내구성을 갖는 콘크리트 조성물을 제공할 수 있다. 또한, 기존제품에 비하여 골재비용이 저렴하고 경량으로 하안 및 해양 구조물이나 바이오블럭 등에 적용할 수 있는 콘크리트 조성물을 제공할 수 있다.Therefore, the cementless concrete composition according to the present invention has the advantage of being environmentally friendly and harmless to the human body because it is manufactured without including any harmful substances such as cement, and concrete using natural aggregate in terms of strength or durability by applying bottom ash to concrete aggregate. It is possible to provide a concrete composition having a strength or durability that is approximately equal to or greater than that. In addition, it is possible to provide a concrete composition that can be applied to the riverbank and offshore structures or bio-blocks such as low aggregate cost and light weight than existing products.
그러므로, 본 발명의 콘크리트 조성물은 천연 또는 석산 골재를 대체하는 역할과 동시에 결합체 역할을 하는 바텀애쉬를 콘크리트 배합용 잔골재로 사용하여 강도의 저하 없이도 우수한 강도 및 내구성을 갖으며, 기존제품에 비하여 골재비용이 저렴하고 경량이므로 하안 및 해양 구조물이나 바이오 블럭 등에 적용할 수 있으며, 다양한 건설자원으로 활용할 수 있다.
Therefore, the concrete composition of the present invention uses the bottom ash, which serves as a substitute for natural or masonry aggregate, and at the same time as a combined aggregate, has excellent strength and durability without deterioration in strength, and aggregate cost compared to existing products. Since it is inexpensive and lightweight, it can be applied to riverbanks, offshore structures, bio blocks, etc., and can be utilized as various construction resources.
이하, 본 발명을 실시예 및 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings. However, these examples are intended to illustrate the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
<< 실시예Example >>
콘크리트 조성물의 제조Preparation of the concrete composition
본 발명자들은 하기의 표 3의 조성비로 배합하여 콘크리트 조성물 1 내지 6을 제조하였다.
The present inventors were formulated in the composition ratio of Table 3 below to prepare the concrete compositions 1 to 6.
고령토activation
china clay
* 감수제(파워콘-1000) 첨가량 = 바텀애쉬 양에 대한 중량%
* Amount of water reducing agent (Powercon-1000) =% by weight of bottom ash
<1-1> <1-1> 실시예Example 1의 조성물 제조 1 Composition of Preparation
13mm의 석산골재에 모래로 표준사를 55:45로 혼합하고, 여기에 포틀랜드시멘트가 16.6% 혼입된 조성을 표준 콘크리트 조성으로 하였다(실시예 1). 여기에 혼합수를 시멘트 중량의 50%로 섞어 습식 혼련하여 콘크리트 시험편을 제작하였다. 상기 콘크리트를 성형하여 제작된 시험편을 25℃에서 상압 양생하였더니 3일 압축강도가 약 120Kgf/㎠, 7일 압축강도가 약 185Kgf/㎠, 28일 압축강도가 약 225Kgf/㎠ 로 나타났으며, 이를 다른 실시예와 비교 확인하였다.
Standard sand was mixed with 55:45 standard sand with 13 mm stone aggregate, and 16.6% of Portland cement was mixed therein as a standard concrete composition (Example 1). The mixed water was mixed with 50% of the weight of cement and wet kneaded to prepare a concrete test piece. When the test specimen prepared by molding the concrete was cured at 25 ° C. under normal pressure, the three-day compressive strength was about 120 Kgf / ㎠, the seven-day compressive strength was about 185 Kgf / ㎠, and the 28-day compressive strength was about 225 Kgf / ㎠, This was compared with other examples.
<1-2> <1-2> 실시예Example 2의 조성물 제조 2 composition preparation
상기 실시예 <1-1>에서 표준사 대신 바텀애쉬 잔골재를 치환하여 실시예 2의 조성물을 제조하고 상온 양생하였더니 혼련에 필요한 수분양이 10% 이상 필요한 것으로 나타났다. 그 결과, 3일 압축강도가 약 85Kgf/㎠, 7일 압축강도가 약 107Kgf/㎠, 28일 압축강도가 약 160Kgf/㎠ 으로 나타나 초기강도와 후기강도 모두 천연모래를 사용한 실시예 1에 비해 낮아진 것을 확인하였다.
In Example <1-1>, the composition of Example 2 was prepared by substituting the bottom ash fine aggregate instead of the standard yarn and curing at room temperature, and the amount of water required for kneading was found to be 10% or more. As a result, the three-day compressive strength was about 85 Kgf / ㎠, the seven-day compressive strength was about 107 Kgf / ㎠, and the 28-day compressive strength was about 160 Kgf / ㎠, so that the initial strength and the late strength were both lower than those of Example 1 using natural sand. It was confirmed.
<1-3> <1-3> 실시예Example 3의 조성물 제조 3, composition preparation
상기 실시예 <1-2>에서 포틀랜드 시멘트 대신 바텀애쉬 미분말의 알카리 용해성을 촉진하는 자극제로 가성소다(NaOH)를 사용하고, 가용성 SiO2의 함량을 증가시키기 위하여 물유리를 사용하여 실시예 3의 조성물을 제조하였다. 그 결과, 3일 압축강도가 약 115Kgf/㎠, 7일 압축강도가 약 163Kgf/㎠, 28일 압축강도가 약 205Kgf/㎠ 인 공시체를 제작할 수 있었으며, 이로부터 물유리와 알카리성 자극제로 NaOH를 사용하는 경우에는, 바텀애쉬 잔공재를 사용하고 포틀랜드 시멘트를 첨가하는 경우(실시예 2)와 비교하여 초기강도 및 후기강도가 모두 증가하였으며, 모래와 포틀랜드 시멘트를 사용하는 경우(실시예 1)와 비슷한 초기강도 및 후기강도를 갖는 것을 확인하였다.
In Example <1-2>, instead of Portland cement, caustic soda (NaOH) is used as a stimulant to promote alkali solubility of the bottom ash fine powder, and water glass is used to increase the content of soluble SiO 2 . Was prepared. As a result, it was possible to fabricate specimens with 3 days compressive strength of about 115Kgf / cm2, 7 days compressive strength of about 163Kgf / cm2, 28 days compressive strength of about 205Kgf / cm2, and use NaOH as water glass and alkaline stimulant. In the case of using the bottom ash remnant and adding the Portland cement (Example 2), both the initial strength and the late strength were increased, and similar to the case of using sand and Portland cement (Example 1) It was confirmed to have strength and late strength.
<1-4> <1-4> 실시예Example 4의 조성물 제조 4, composition composition
상기 실시예 <1-3>에서 결합에 참여하는 가용성 SiO2의 양을 더욱 증가시키기 위하여 바텀애쉬 잔골재 일부를 활성고령토로 치환하여 실시예 4의 조성물을 제조하였다. 그 결과, 7일 압축강도가 약 200Kgf/㎠ 으로 나타나 활성고령토의 첨가가 강도 증진에 매우 효과적임을 확인하였다.
In order to further increase the amount of soluble SiO 2 participating in the bond in Example <1-3>, the composition of Example 4 was prepared by substituting a portion of bottom ash fine aggregate with activated kaolin. As a result, 7-day compressive strength of about 200Kgf / ㎠ showed that the addition of activated kaolin is very effective for strength enhancement.
<1-5> <1-5> 실시예Example 5의 조성물 제조 5 Compositions of Preparation
상기 실시예 <1-3>에서 바텀애쉬 잔골재의 사용량을 45%에서 36%로 감소시키고, 굵은 석산골재의 양을 늘리면서 NaOH 와 물유리의 양을 늘려 실시예 5의 조성물을 제조하였다. 그 결과, 혼입되는 물의 양을 크게 줄일 수 있었으며 3일 압축강도가 약 148Kgf/㎠, 7일 압축강도가 약 178Kgf/㎠, 28일 압축강도가 약 190Kgf/㎠ 으로 나타나, 초기강도와 후기강도가 모두 향상되었음을 확인하였다.
In Example <1-3> to reduce the amount of the bottom ash fine aggregate from 45% to 36%, while increasing the amount of coarse stone aggregate aggregate of NaOH and water glass to prepare the composition of Example 5. As a result, the amount of water mixed was greatly reduced, and the three-day compressive strength was about 148Kgf / ㎠, the seven-day compressive strength was about 178Kgf / ㎠, and the 28-day compressive strength was about 190Kgf / ㎠. It was confirmed that all were improved.
<1-6> <1-6> 실시예Example 6의 조성물 제조 6 Composition of Preparation
상기 실시예 <1-5>에서 결합에 참여하는 가용성 SiO2의 양을 더욱 증가시키기 위하여 바텀애쉬 잔골재 일부를 활성고령토로 치환하여 실시예 6의 조성물을 제조하였다. 그 결과, 3일 압축강도가 약 248Kgf/㎠, 7일 압축강도가 약 275Kgf/㎠, 28일 압축강도가 약 290Kgf/㎠ 으로 나타났으며, 이를 통해 바텀애쉬 잔골재의 사용량을 줄이고 활성고령토를 첨가하는 경우 바텀애쉬를 사용한 콘크리트의 강도를 크게 증진시킬 수 있음을 확인하였다.
In order to further increase the amount of soluble SiO 2 participating in the bond in Example <1-5>, the composition of Example 6 was prepared by substituting a portion of bottom ash fine aggregate with activated kaolin. As a result, the 3rd compressive strength was about 248Kgf / ㎠, the 7th compressive strength was about 275Kgf / ㎠, and the 28th compressive strength was about 290Kgf / ㎠, which reduced the amount of bottom ash aggregate and added activated kaolin. When it was confirmed that the strength of the concrete using the bottom ash can be greatly improved.
이상의 결과를 종합하여 보면, 기존의 콘크리트 조성물 중의 잔골재로 모래 대신 바텀애쉬를 사용하는 경우 미분이 많이 함유되어 있어 압축강도의 저하를 가져오지만, 이러한 미분이 많은 점을 고려하여 포틀랜드 시멘트 대신 가성소다(NaOH)와 물유리를 첨가함으로써 바텀애쉬 미분말이 알루미노실리케이트 결합을 하도록 하는 경우 압축강도 값이 기존제품과 비슷하거나 월등히 높은 값을 나타내고 있음을 알 수 있다. 또한, 여기에 활성고령토를 더 첨가하는 경우 더욱 더 높은 압축강도를 얻을 수 있었다.Based on the above results, when the bottom ash is used instead of sand as the fine aggregate in the existing concrete composition, it contains a lot of fine powder, which leads to a decrease in compressive strength. When the bottom ash fine powder is aluminosilicate bonded by adding NaOH) and water glass, it can be seen that the compressive strength value is similar to or significantly higher than that of the existing product. In addition, it was possible to obtain even higher compressive strength when more activated kaolin is added thereto.
따라서 본 발명에서는 지금까지 전량 폐기되고 있는 바텀애쉬를 시멘트를 사용하지 않으면서 바이오 블럭이나 일반 콘크리트 벽돌제품 등의 잔골재로 활용할 수 있음을 확인하였다.
Therefore, in the present invention, it was confirmed that the bottom ash, which has been discarded in the past, can be utilized as fine aggregates such as bio blocks or general concrete brick products without using cement.
<< 실험예Experimental Example 1> 1>
콘크리트 조성물의 압축강도 비교Comparison of Compressive Strength of Concrete Compositions
상기 <실시예>에서 제조된 본 발명의 바텀애쉬를 이용한 콘크리트 조성물에 대하여 압축강도 실험을 수행하였으며, 이때 비교실험을 위하여 상기 표 3의 배합에 맞춰 제조한 시멘트 첨가 콘크리트 조성물인 실시예 1(일반 모래 사용)과 실시예 2(바텀애쉬 잔골재 사용)의 조성물을 사용하였다. 그리고, 지름 10센티 높이 20센티의 압축강도측정용 공시체를 각각 5개씩 제작하여 일반 콘크리트 시험 기준에 맞춰 7일 후 강도시험을 하여 하기 표 4의 결과를 얻었다.
The compressive strength test was performed on the concrete composition using the bottom ash of the present invention prepared in the <Example>, wherein the cement-added concrete composition prepared according to the formulation of Table 3 for the comparative experiment Example 1 (General Sand) and the composition of Example 2 (bottom ash fine aggregate) was used. In addition, five specimens for measuring the compressive strength having a diameter of 10 centimeters and a height of 20 centimeters were prepared, respectively, and the strength test was carried out after 7 days in accordance with the general concrete test standard to obtain the results shown in Table 4 below.
그 결과, 상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 통상의 시멘트 콘크리트에서 모래 대신 바텀애쉬 잔골재만을 사용하는 경우(실시예 2)에는 충분한 강도를 얻을 수 없었다. 하지만, 시멘트 대신 가성소다(NaOH)와 물유리를 경화제로 사용하는 경우(실시예 3) 강도 면에서 일반 모래를 사용한 콘크리트 조성물(실시예 1)의 결과와 비슷한 강도를 나타내었다. As a result, as shown in Table 4 above, sufficient strength was not obtained in the case of using only bottom ash fine aggregate (Example 2) instead of sand in normal cement concrete. However, in the case of using caustic soda (NaOH) and water glass as a curing agent instead of cement (Example 3), the strength was similar to that of the concrete composition (Example 1) using ordinary sand.
또한, 상온에서의 양생강도 증진을 위하여 바텀애쉬 잔골재에 활성고령토를 혼합한 경우(실시예 4)에는 모래나 바텀애쉬 잔골재만을 사용한 경우(실시예 1 및 2) 및 가성소다와 물유리를 경화제로 사용하는 경우(실시예 3)에 비해 강도가 높아짐을 알 수 있다. 특히, 석산골재의 혼입량을 늘리고 활성고령토를 첨가하는 경우(실시예 6)에는 일반 콘크리트(실시예 1) 보다도 오히려 더 강도가 높아짐을 확인하였다. In addition, when activated kaolin is mixed with bottom ash fine aggregate (Example 4) to improve curing strength at room temperature (Example 4), only sand or bottom ash fine aggregate is used (Examples 1 and 2) and caustic soda and water glass are used as curing agents. It can be seen that the strength is higher than in the case (Example 3). In particular, it was confirmed that the strength is higher than that of ordinary concrete (Example 1) when increasing the amount of mixed stone aggregate and adding activated kaolin (Example 6).
따라서 상기와 같은 결과를 통해, 본 발명에 따른 바텀애쉬 잔골재 및 활성고령토 고화제를 포함하는 지오폴리머 콘크리트 조성물이 포장재나 구조용으로 활용될 수 있을 정도로 높은 강도를 가지며, 이에 따라 포장재나 구조용으로 활용하는제 문제가 없음을 확인하였다.
Therefore, through the results as described above, the geopolymer concrete composition comprising the bottom ash aggregate and the active kaolin hardener according to the present invention has a high strength enough to be used for the packaging material or structural, and thus used for the packaging material or structural It confirmed that there was no problem.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
Claims (7)
입경 1㎜ 이하의 미분말이 함유된 바텀애쉬 잔골재 50 ~ 70 중량%를 포함하고,
상기 바텀애쉬에 포함된 미분말을 액상알칼리 고화제로 경화시켜 결합시키며,
상기 액상알칼리 고화제는 pH 13.0 ~ 14.0의 강알칼리성을 갖도록 8 ~ 12 몰(mole) NaOH 수용액으로 제조하되, 가용성 실리카를 추가 공급할 수 있도록 물유리를 상기 NaOH 양에 대하여 0.5 ~ 2.0 몰비의 범위로 첨가하는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물.Coarse aggregate 30-50 wt%; And
50 to 70% by weight of bottom ash fine aggregate containing fine powder having a particle diameter of 1 mm or less,
The fine powder contained in the bottom ash is bonded by curing with a liquid alkali hardener,
The liquid alkali hardener is prepared in an aqueous solution of 8 to 12 moles of NaOH to have strong alkalinity of pH 13.0 to 14.0, but water glass is added in a range of 0.5 to 2.0 molar ratio with respect to the amount of NaOH so as to supply additional soluble silica. Cementum concrete composition using a bottom ash, characterized in that.
상기 굵은 골재의 입경은 19㎜이하인 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물.The method of claim 1,
The cement concrete composition using the bottom ash, characterized in that the grain size of the coarse aggregate is 19mm or less.
상기 조성물은 상기 바텀애쉬 양의 20 ~ 50%를 활성 고령토로 치환하여 포함하는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물.The method of claim 1,
The composition is a cement concrete composition using a bottom ash, characterized in that 20 to 50% of the amount of the bottom ash substituted by the active kaolin.
상기 활성고령토는 600 ~ 900℃로 열처리한 후 분쇄하여 활성을 증가시킨 것이며, 5,000㎝2/g 이상의 분말도를 갖도록 미분쇄되는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물.The method of claim 4, wherein
The activated kaolin is a heat treatment at 600 ~ 900 ℃ after pulverization to increase the activity, Cement cement composition using a bottom ash, characterized in that finely pulverized to have a powder degree of 5,000 cm 2 / g or more.
상기 혼합물에 액상알칼리 고화제를 첨가하여 상기 바텀애쉬에 포함된 미분말을 경화시키는 단계를 포함하며,
상기 액상알칼리 고화제는 pH 13.0 ~ 14.0의 강알칼리성을 갖도록 8 ~ 12 몰(mole) NaOH 수용액으로 제조하되, 가용성 실리카를 추가 공급할 수 있도록 물유리를 상기 NaOH 양에 대하여 0.5 ~ 2.0 몰비의 범위로 첨가하는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트 조성물의 제조방법.Mixing 50 to 70% by weight of coarse aggregate and 50 to 70% by weight of bottom ash fine aggregate containing fine powder having a particle diameter of 1 mm or less; And
Adding a liquid alkali hardener to the mixture to cure the fine powder contained in the bottom ash,
The liquid alkali hardener is prepared in an aqueous solution of 8 to 12 moles of NaOH to have strong alkalinity of pH 13.0 to 14.0, but water glass is added in a range of 0.5 to 2.0 molar ratio with respect to the amount of NaOH so as to supply additional soluble silica. Method for producing a cement concrete composition using a bottom ash, characterized in that.
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