KR101252258B1 - 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물 및 그 제조방법 - Google Patents

친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 하수슬러지 슬래그와 석탄회를 포함한 산업폐기물 또는 산업부산물에서 출발원료를 선정하여, 출발원료를 건조하고 미분 처리하며, 보조첨가재료를 믹싱처리하고, 성형 처리를 수행하며, 고온에서의 소성 후 소성 완료된 제품을 입도별로 선별하여 제조되고, 제조된 인공경량골재는 SiO2 60~70 중량%, Al2O3 15~20 중량%, Fe2O3 5~7 중량%, CaO 1~3 중량%를 포함하여 구성함으로서, 하수슬러지 슬래그와 석탄회 등 산업폐기물 또는 산업부산물을 우수한 경량골재 자원으로 재활용하여 제조비용이 저렴하고 친환경 콘크리트 부잔교용으로 적용시 수질오염을 방지할 수 있는 인공제오라이트의 혼합구성물을 제공할 수 있게 되는 것이다.

Description

친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물 및 그 제조방법{Mixed composition of artificial zeolite and manufacture method for concrete floating platform}
본 발명은 인공제오라이트 혼합구성물에 관한 것으로, 특히 하수슬러지 슬래그와 석탄회 등 산업폐기물 또는 산업부산물을 우수한 경량골재 자원으로 재활용하여 제조비용이 저렴하고 친환경 콘크리트 부잔교용으로 적용시 수질오염을 방지할 수 있는 인공제오라이트와 인공경량골재의 혼합구성물을 제공하기에 적당하도록 한 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 인공경량골재(Lightweight aggregate)는 사용목적에 따라서 각각의 요구되는 물리적 특성(용적중량, 압축강도, 흡수율, 열전도율, 기타)을 전제하여 내력구조용(경량콘크리트) 및 비 내력구조용(경량 패널/무기질 방음벽/흡음블록/경량 블록/무기질 보드 및 심재) 그리고 기공 형태(Porous type ; Open cell & closed cell) 및 기능부여 정도 등에 의하여 환경소재(담체, 여과재, 식생 기반재, 건강용품 황토볼) 등으로 구분하여 광범위한 분야로의 적용범위를 갖고 있다.
인공경량골재는 경량특성, 단열성, 흡음성, 내열성, 가공성, 경제성 등 복잡한 현대의 산업분야에서 요구되어지는 광범위한 기능을 충분하게 충족시킬 수 있는 고온(1150 ~ 1200℃)에서 소성되어진 경제성이 확보된 신 개념의 순수한 세라믹 소재이다.
미국 및 유럽 각국에서는 1920년부터 제조기술과 사용기술이 상호 선도하며 다양한 규격의 인공경량골재를 이용하여 광범위하게 적용하는 기술을 개발하여 토목 및 건축분야 그리고 인공경량골재 2차 제품개발 분야에 우수한 안정성을 확보하고 있으며, 일본에서도 1960년대부터 고강도 경량콘크리트 및 2차 제품분야로 적용하여 안정적인 사용기반을 구축하고 있다.
한편 콘크리트 블록은 하천과 해안의 구조물 기초부분에서 발생하는 침식이나 세굴을 방지하기 위하여 옹벽 하단부나 보의 하류측에 설치하여 하상의 유수 저항력을 증가시키는 밑다짐용을 비롯하여 하천의 호안 축조나 도로 절토구간 조경용, 식생 호안 및 식생 옹벽용, 어소 호안용, 사방댐이나 저수댐 제방용, 수변친수시설용 등등 환경과 토목공사 용도로 사용된다.
그러나 이러한 콘크리트 블록은 친환경이지 못해 자연 정화능력을 떨어뜨리고 자연생태계를 파괴시키는 요인이 된다. 예를 들면, 하천이나 해안 등에 콘크리트블록이 사용되는 경우, 콘크리트의 유해성 때문에 주변환경에서의 자연정화능력을 감소시켜 유기물퇴적층이 생기고 부유물이 생성되며, 이에 따라 주변에는 심한 악취가 발생되고 환경오염은 물론 생태계의 파괴가 발생한다.
이러한 콘크리트 블록의 사용에 따른 문제점들을 해결하기 위해 친환경 제품들이 제안되고 기능성이 추가되고 있으나, 아직까지 기존 콘크리트 블록에 비해 크게 향상된 결과를 도출해내지 못하고 있고, 기능성 추가에 따른 제품단가의 상승만을 초래하고 있어 이의 개선이 필요한 상황이다.
또한 종래 콘크리트 블록은 일정기간 사용 후 폐기처리하게 되는데, 블록 제품들의 폐기 처리비용이 과다하게 발생하고 있고, 폐기되는 콘크리트 블록의 재자원화에도 어려움이 있는 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 하수슬러지 슬래그와 석탄회 등 산업폐기물 또는 산업부산물을 우수한 경량골재 자원으로 재활용하여 제조비용이 저렴하고 친환경 콘크리트 부잔교용으로 적용시 수질오염을 방지할 수 있는 인공제오라이트와 인공경량골재의 혼합구성물을 제공할 수 있는 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
인공제오라이트와 인공경량골재를 포함한 혼합구성물이 친환경 콘크리트 부잔교용으로 제조되며, 상기 인공경량골재는 하수슬러지 슬래그와 석탄회를 포함한 산업폐기물 또는 산업부산물에서 출발원료를 선정하여, 출발원료를 건조하고 미분 처리하며, 보조첨가재료를 믹싱처리하고, 성형 처리를 수행하며, 고온에서의 소성 후 소성 완료된 제품을 입도별로 선별하여 제조되고, 제조된 상기 인공경량골재는 SiO2 60~70 중량%, Al2O3 15~20 중량%, Fe2O3 5~7 중량%, CaO 1~3 중량%를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
제조된 상기 인공경량골재는, 기공 구조(Porous type)는 폐쇄 또는 개방 형태, 입도 범위(Particle range)는 2mm 이하, 2~4mm, 4~8mm, 8~12mm, 12~20mm 또는 20~30mm이고, 용적 중량(Bulk density)은 200~900㎏/㎥, 실적 중량(Particle Density)은 350~1750(㎏/㎥), 실적율(particle Composition)은 50~65%, 통압 강도(Compressive Strength)는 0.7~10.0Mpa, 열전도율(Coefficient of Heat conduction)은 0.08~0.30w/m.k, 공극율(Porosity)은 10~25%인 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물의 제조방법을 보인 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이, 인공제오라이트와 인공경량골재를 포함한 혼합구성물이 친환경 콘크리트 부잔교용으로 제조하기 위하여, 하수슬러지 슬래그와 석탄회를 포함한 출발원료를 선정하는 출발원료 선정공정(ST1)과; 상기 출발원료 선정공정에서 선정된 출발 원료를 미분상태로 가공하기 위하여 건조시키는 원료건조 공정(ST2)과; 상기 원료건조 공정에서 건조가 완료된 출발 원료를 그라인딩(Grinding) 처리하여 미분 상태로 가공하는 미분처리 공정(ST3)과; 상기 미분처리 공정 후 유동성(Flus) 및 기공(Porous) 특성을 고려하여 보조첨가재료를 혼합(Mixing) 처리하는 재료의 재구성처리 공정(ST4)과; 상기 재료의 재구성처리 공정 후 설계되어진 최종제품의 입도를 고려하여 펠레타이징(Pelletizing) 또는 압출가공(Extruding) 작업하여 구형 타입(Spherical Shape Type)으로 성형 가공하는 성형 공정(ST5)과; 상기 성형 공정이 완료되면 회전 가마(Rotary Kiln)에 투입하여 소성 작업하는 소성 공정(ST6)과; 상기 소성 공정이 완료되어 제조된 상기 인공경량골재는 SiO2 60~70 중량%, Al2O3 15~20 중량%, Fe2O3 5~7 중량%, CaO 1~3 중량%를 포함하여 구성되고, 제조된 상기 인공경량골재를 입도별로 선별 및 포장 작업하도록 하는 선별 및 포장 공정(ST7);을 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 원료건조 공정에서 함수율은, 7%~9% 범위로 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 미분처리 공정에서 미분은, 80~100㎛로 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 소성 공정에서 소성온도는, 1150~1200℃로 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 선별 및 포장 공정에서 제조된 상기 인공경량골재는, 기공 구조(Porous type)는 폐쇄 또는 개방 형태, 입도 범위(Particle range)는 2mm 이하, 2~4mm, 4~8mm, 8~12mm, 12~20mm 또는 20~30mm이고, 용적 중량(Bulk density)은 200~900㎏/㎥, 실적 중량(Particle Density)은 350~1750(㎏/㎥), 실적율(particle Composition)은 50~65%, 통압 강도(Compressive Strength)는 0.7~10.0Mpa, 열전도율(Coefficient of Heat conduction)은 0.08~0.30w/m.k, 공극율(Porosity)은 10~25%인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물 및 그 제조방법은 하수슬러지 슬래그와 석탄회 등 산업폐기물 또는 산업부산물을 우수한 경량골재 자원으로 재활용하여 제조비용이 저렴하고 친환경 콘크리트 부잔교용으로 적용시 수질오염을 방지할 수 있는 인공제오라이트 혼합구성물을 제공할 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 본 발명이 적용되는 콘크리트 부잔교의 설치상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물의 제조방법을 보인 흐름도이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
먼저 본 발명은 하수슬러지 슬래그와 석탄회 등 산업폐기물 또는 산업부산물을 우수한 경량골재 자원으로 재활용하여 제조비용이 저렴하고 친환경 콘크리트 부잔교용으로 적용시 수질오염을 방지할 수 있는 인공제오라이트 혼합구성물을 제공하고자 한 것이다.
여기서 제오라이트에 대해 설명하면 다음과 같다. 18세기 아이슬란드에서 스웨덴 학자에 의해 발견된 것이 천연 제오라이트이다. 제오라이트는 수정과 같은 결정으로 주로 알루미늄과 규소로 이루어져 있다. 수정은 매우 작아 눈으로 그 모양이나 크기를 볼 수 없다. 확대해 보면 스폰지처럼 작은 구멍이 많은 걸 볼 수 있다. 이 독자 구조를 갖는 제오라이트는 지금까지 자연계에서 40종류 이상 발견되었습니다. 흡착 기능이 대표적인 제오라이트의 특징을 더욱 높이기 위해 화학 지식과 기술을 더하여 인간이 만들어낸 것이 합성 제오라이트이다. 공업적으로 만들어진 합성 제오라이트는 기능이 다양하여 천연 제오라이트에는 없는 특성이 다수 있지만 결정적으로 매우 고가인 것이 단점이다. 제3의 제오라이트로 등장한 것이 인공 제오라이트이다. 석탄재 등의 폐기물로 여겨지던 물질을 처리함으로써 지구와 인류에 유익한 제오라이트로 변환시킬 뿐만 아니라 가격이 저렴하기 때문에 현재 큰 주목을 받고 있다. 또한 인공 제오라이트는 에히메 대학의 헨미 교수에 의해 발견되었다.
도 1은 본 발명이 적용되는 콘크리트 부잔교의 설치상태를 도시한 도면이다.
도 1에서 참조번호 10은 콘크리트 부잔교이고, 11은 테크면에서 본 콘크리트이다. 이러한 콘크리트 부잔교(10)는 복수개가 일렬로 연결되어 물 위에 설치된다.
그래서 콘크리트 부잔교(10)는 부두에 방주를 연결하여 띄워서 수면의 높이에 따라 위아래로 자유롭게 움직이게 되어, 사람이 타고 내리거나 하역 작업을 할 때 사용된다. 또한 배를 붙들어 매는 용도로도 사용된다.
본 발명은 이러한 콘크리트 부잔교(10)의 설치재료로서 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물의 제조방법을 보인 흐름도이다.
먼저 출발원료 선정공정(ST1)에서는 인공제오라이트와 인공경량골재를 포함한 혼합구성물이 친환경 콘크리트 부잔교용으로 제조하기 위하여, 하수슬러지 슬래그와 석탄회를 포함한 출발원료를 선정한다. 이때 요구되는 최종제품의 물리적 특성을 고려하여 혈암(Shale) 또는 점토(Clay)를 선정한다. 이는 XRD(X선 회절분석), XRF(X선 형광분석), DTA(시차열분석) 등을 사용할 수 있다.
원료건조 공정(ST2)에서는 출발원료 선정공정에서 선정된 출발 원료를 미분상태로 가공하기 위하여 미리 설정한 함수율 범위 이내에서 건조시킨다. 이때 함수율은 7%~9% 범위로 설정할 수 있다.
미분처리 공정(ST3)에서는 원료건조 공정에서 건조가 완료된 출발 원료를 그라인딩(Grinding) 처리하여 80~100㎛의 미분 상태로 가공한다.
재료의 재구성처리 공정(ST4)에서는 미분처리 공정 후 유동성(Flus) 및 기공(Porous) 특성을 고려하여 보조첨가재료를 미리 설정한 기준에 적합하도록 혼합(Mixing) 처리한다. 여기서 보조첨가재료란 잔골재, 굵은골재, 규사, 시멘트, 혼화재, 물 등의 첨가재료를 말한다. 이러한 보조첨가재료는 인공제오라이트를 제조할 때 첨가되는 통상의 재료이다.
성형 공정(ST5)에서는 재료의 재구성처리 공정 후 설계되어진 최종제품의 입도를 고려하여 펠레타이징(Pelletizing) 또는 압출가공(Extruding) 작업하여 구형 타입(Spherical Shape Type)으로 성형 가공한다.
소성 공정(ST6)에서는 성형 공정 완료 후 회전 가마(Rotary Kiln)에 투입하여 일정온도(1150~1200℃)로 소성 작업한다.
선별 및 포장 공정(ST7)에서는 소성 공정이 완료되어 제조된 인공경량골재가 SiO2 60~70 중량%, Al2O3 15~20 중량%, Fe2O3 5~7 중량%, CaO 1~3 중량%를 포함하여 구성되고, 제조된 인공경량골재를 입도별로 선별(Screening) 및 포장 작업을 하게 된다.
이러한 본 발명은 내력구조분야, 비 내력구조 및 2차 제품 적용분야, 고 기능성 환경소재 분야 등에 적용된다.
내력구조분야는 건축용 경량콘크리트, 초 장Span 교량용 경량콘크리트, 경량 및 단열을 목적으로 하는 내력구조 재, Deck plate topping 용 경량콘크리트 등이다. 비 내력구조 및 2차 제품 적용분야는 흡음/경량/보온 블록, 무기질 경량 보드 및 패널, 무기질 방음벽, 보온단열/보냉/흡음/내화 재료, 토목용 연약지반 하중경감 및 토양안정 Filling 재 등이다. 고 기능성 환경소재 분야는 건강관리용 황토 볼(Ball), 여과재(filter), 미생물 담체(Bio media), 식생 기반재(세라믹스 인공토양), hydro culture/hydroponics 용 등이다.
또한 본 발명에 의해 제조된 인공경량골재의 최적의 화학적 구성성분은 다음의 표 1과 같다.
성분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO 기타 오차 허용범위
비율(%) 65% 18% 7% 2% 2% ±5%
또한 본 발명에 의해 제조된 인공경량골재의 물리적 특성 및 제조가능 범위는 다음의 표 2와 같다.
No 항목 제조가능 범위 허용 오차범위
1 Porous type closed/open cell Type -
기공 구조
2 particle range 0-2/2-4/4-8/8-12
/12-20/20-30		 -
입도 범위()
3 Bulk Density(/) 200-900 ±15%
용적 중량(/)
4 Particle Density(/) 350-1750 ±15%
실적 중량(/)
5 particle Composition(%) 50-65% ±15%
실적율 (%)
6 Compressive Strength(Mpa) 0.7-10.0 ±10%
통압 강도(Mpa)
7 Lost in Ignition(%) 0.04-0.10 ±5%
강열 감량(%)
8 Water Absorption(%) 4-10 ±10%
흡수율(%)
9 Boiling Heat loss(%) 0 ±0%
비등점 손실율(%)
10 Coefficient of Heat conduction(w/m.k) 0.08-0.30 ±10%
열전도율(w/m.k)
11 Porosity(%) 10-25 ±10%
공극율(%)
12 Softening Coefficient ~1.00 ±5%
이처럼 본 발명은 하수슬러지 슬래그와 석탄회 등 산업폐기물 또는 산업부산물을 우수한 경량골재 자원으로 재활용하여 제조비용이 저렴하고 친환경 콘크리트 부잔교용으로 적용시 수질오염을 방지할 수 있는 혼합구성물을 제공하게 되는 것이다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 콘크리트 부잔교
11 : 콘크리트(데크면)

Claims (7)

  1. 인공제오라이트와 인공경량골재를 포함한 혼합구성물이 친환경 콘크리트 부잔교용으로 제조되며, 상기 인공경량골재는 하수슬러지 슬래그와 석탄회를 포함한 산업폐기물 또는 산업부산물에서 출발원료를 선정하여, 출발원료를 건조하고 미분 처리하며, 보조첨가재료를 믹싱처리하고, 성형 처리를 수행하며, 고온에서의 소성 후 소성 완료된 제품을 입도별로 선별하여 제조되고, 제조된 상기 인공경량골재는 SiO2 60~70 중량%, Al2O3 15~20 중량%, Fe2O3 5~7 중량%, CaO 1~3 중량%를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제조된 상기 인공경량골재는,
    기공 구조(Porous type)는 폐쇄 또는 개방 형태, 입도 범위(Particle range)는 2mm 이하, 2~4mm, 4~8mm, 8~12mm, 12~20mm 또는 20~30mm이고, 용적 중량(Bulk density)은 200~900㎏/㎥, 실적 중량(Particle Density)은 350~1750(㎏/㎥), 실적율(particle Composition)은 50~65%, 통압 강도(Compressive Strength)는 0.7~10.0Mpa, 열전도율(Coefficient of Heat conduction)은 0.08~0.30w/m.k, 공극율(Porosity)은 10~25%인 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물.
  3. 인공제오라이트와 인공경량골재를 포함한 혼합구성물이 친환경 콘크리트 부잔교용으로 제조하기 위하여, 하수슬러지 슬래그와 석탄회를 포함한 출발원료를 선정하는 출발원료 선정공정(ST1)과;
    상기 출발원료 선정공정에서 선정된 출발 원료를 미분상태로 가공하기 위하여 건조시키는 원료건조 공정(ST2)과;
    상기 원료건조 공정에서 건조가 완료된 출발 원료를 그라인딩(Grinding) 처리하여 미분 상태로 가공하는 미분처리 공정(ST3)과;
    상기 미분처리 공정 후 유동성(Flus) 및 기공(Porous) 특성을 고려하여 보조첨가재료를 혼합(Mixing) 처리하는 재료의 재구성처리 공정(ST4)과;
    상기 재료의 재구성처리 공정 후 설계되어진 최종제품의 입도를 고려하여 펠레타이징(Pelletizing) 또는 압출가공(Extruding) 작업하여 구형 타입(Spherical Shape Type)으로 성형 가공하는 성형 공정(ST5)과;
    상기 성형 공정이 완료되면 회전 가마(Rotary Kiln)에 투입하여 소성 작업하는 소성 공정(ST6)과;
    상기 소성 공정이 완료되어 제조된 상기 인공경량골재는 SiO2 60~70 중량%, Al2O3 15~20 중량%, Fe2O3 5~7 중량%, CaO 1~3 중량%를 포함하여 구성되고, 제조된 상기 인공경량골재를 입도별로 선별 및 포장 작업하도록 하는 선별 및 포장 공정(ST7);
    을 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물의 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 원료건조 공정에서 함수율은,
    7%~9% 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물의 제조방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 미분처리 공정에서 미분은,
    80~100㎛로 수행하는 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물의 제조방법
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 소성 공정에서 소성온도는,
    1150~1200℃로 설정하는 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물의 제조방법
  7. 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 선별 및 포장 공정에서 제조된 상기 인공경량골재는,
    기공 구조(Porous type)는 폐쇄 또는 개방 형태, 입도 범위(Particle range)는 2mm 이하, 2~4mm, 4~8mm, 8~12mm, 12~20mm 또는 20~30mm이고, 용적 중량(Bulk density)은 200~900㎏/㎥, 실적 중량(Particle Density)은 350~1750(㎏/㎥), 실적율(particle Composition)은 50~65%, 통압 강도(Compressive Strength)는 0.7~10.0Mpa, 열전도율(Coefficient of Heat conduction)은 0.08~0.30w/m.k, 공극율(Porosity)은 10~25%인 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트 부잔교용 인공제오라이트 혼합구성물의 제조방법.
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