KR101622834B1

KR101622834B1 - 무시멘트 결합재 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101622834B1
Application number: KR1020140079717A
Authority: KR
Inventors: 이윤모; 손석규
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2016-05-19
Also published as: KR20160001348A

Abstract

본 발명은 고로슬래그 90 내지 95 중량부와 전로슬래그 5 내지 10 중량부를 포함하는 제철 부산물을 이용한 무시멘트 결합재 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 석회석을 주원료로 하여 고온의 소성과정을 거쳐 생산되는 시멘트를 대신하여, 제철소에서 발생하는 슬래그를 이용하여 고온 소성과정 없이 시멘트와 유사한 압축강도 확보가 가능하다. 또한 이산화탄소를 배출하지 않아 친환경적이며, 부산물을 활용하여 원가절감 효과를 얻을 수 있다.

Description

무시멘트 결합재 및 이의 제조방법{NO CEMENT BINDER AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 무시멘트 결합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

시멘트는 산업의 근대화 과정에서 가장 중요하고 널리 사용되어 온 건설용 구조재료로서 도로, 교량, 터널, 항만, 주택, 건물 등 각종 사회간접자본(SOC)의 건설에 있어 기본이 되는 재료이다. 이러한 시멘트는 석회석 등을 주원료로 하여 소성과정 즉 클링커 제조시 고온(약 1,500℃)상태에서 제조되는데, 이 과정에서 시멘트 1톤 생산당 0.7~1.0톤의 이산화탄소 가스를 배출하게 된다. 이에 따라 시멘트가 그 동안 건설산업에서 중요한 역할을 해왔음에도 불구하고 최근에는 자연 및 지구환경에 대한 부정적인 재료로 인식되는 경향이 높아지고 있다.

국내의 시멘트 생산량은 1년에 약 6,300만 톤으로 이산화탄소를 약 5,670만 톤 배출하고 있다. 이에 대한 타개책의 일환으로 산업부산물을 이용하여 시멘트를 대체하기 위한 연구가 끊임없이 진행되고 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0023452호(2010.03.04, 석탄회를 이용한 무시멘트 콘크리트의 제조방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 제철 부산물을 이용하여 소성 과정 없이 무시멘트 결합재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 고로슬래그 미분말 90 내지 95 중량부와 전로슬래그 미분말 5 내지 10 중량부를 포함하는 제철 부산물을 이용한 무시멘트 결합재가 제공된다.

일 실시예에 있어서, 전체 중량부에 대하여, 염화칼슘을 0.5 내지 4 중량부 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 고로슬래그 및 전로슬래그는 미분말 형태일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 고로슬래그, 전로슬래그 및 염화칼슘을 배합수에 용해시켜 혼합한 뒤, 상기 혼합물을 40 내지 80℃에서 양생하는 것을 포함하는 제철 부산물을 이용한 무시멘트 결합재의 제조방법이 제공된다.

일 실시예에 있어서, 고로슬래그 90 내지 95 중량부와 전로슬래그 5 내지 10 중량부를 혼합한 뒤 상기 고로슬래그와 전로슬래그 전체 중량부에 대하여 염화칼슘 0.5 내지 4 중량부를 배합수에 용해시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 본 발명의 무시멘트 결합재는 제철소에서 발생하는 슬래그를 이용하여 고온 소성과정 없이 시멘트와 유사한 압축강도 확보가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고로슬래그 미분말과 전로슬래그 미분말의 배합비에 따른 압축강도를 실험한 결과를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염화칼슘 첨가량에 따른 압축강도를 실험한 결과를 나타낸 도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 제철 부산물을 이용한 무시멘트 결합재 및 이의 제조방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제철 부산물을 이용한 무시멘트 결합재는 고로슬래그 90 내지 95 중량부와 전로슬래그 5 내지 10 중량부를 포함한다. 상기 전로슬래그가 10 중량부를 초과할 경우, 무시멘트 결합재의 압축강도가 저하된다.

전로슬래그는 제강 공정 중 탈탄 공정에서 발생하는 슬래그를 의미한다. 본 발명에서 전로 슬래그는 칼슘산화물(CaO)를 40% 이상 함유하는 것이라면 제한없이 사용할 수 있다. 전로슬래그에는 칼슘산화물(CaO)을 40% 이상 함유하고 있어 강알칼리성 환경을 조성하여 알칼리 활성화제로 사용된다. 전로슬래그는 결합재의 화학반응을 활성화 시키는 역할을 한다. 본 발명에 사용되는 고로슬래그(고로수쇄슬래그)와 전로슬래그의 화학 성분은 하기 표 1과 같다.

성분	성분 분석 (단위 wt%)
성분	T-Fe	CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO
고로수쇄슬래그	1.3	40.0	38.9	11.8	6.0
전로슬래그	23.5	40.5	10.7	3.5	5.6

본 발명에 사용되는 고로슬래그 및 전로슬래그는 넓은 비표면적을 통해 반응속도를 향상시켜 반응시간을 줄일 수 있도록 미분말 형태로 사용되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 미분말은 100㎛ 이하의 분말도를 가지는 입자를 의미한다. 본 발명에서 고로슬래그는 100㎛ 이하의 분말도를 가지고, 전로슬래그는 반응속도를 고려하여 125㎛ 이하의 입자를 선별하여 사용한다.

일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 무시멘트 결합재는 첨가제로서 염화칼슘(CaCl₂)을 더 포함할 수 있다. 상기 염화칼슘은 전체 중량부에 대하여, 0.5 내지 4 중량부로 무시멘트 결합재에 더 포함될 수 있다. 본 발명에서 염화칼슘은 전로슬래그의 알칼리 활성화 작용을 증대시키는 보조제 역할을 한다.

본 발명의 무시멘트 결합재는 상기 고로슬래그, 전로슬래그 및 염화칼슘을 배합수에 용해시켜 혼합한 뒤, 상기 혼합물을 40 내지 80℃에서 양생하여 제조될 수 있다. 양생온도가 40℃ 미만일 경우 반응성이 저하될 수 있으며, 80℃를 초과할 경우 양생이 어렵다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.

실시예

실시예 1: 첨가제 없이 무시멘트 결합재 제조

첨가제 없이 고로슬래그와 전로슬래그를 물과 함께 혼합하여 반응시켜 무시멘트 결합재를 제조하였다. 무시멘트 결합재 제조에 사용된 각 실시예의 슬래그 배합비와 반응 조건은 하기 표 2와 같다. 각 실시예의 반응은 7일, 14일 및 28일간 수행되었다.

구분	고로슬래그(wt%)	전로슬래그(wt%)	W/B^*	양생 온도
비교예(시멘트)	-	-	0.3	20℃
실시예 1	95	5
실시예 2	90	10
실시예 3	80	20
실시예 4	70	30

W/B^*: 물/결합재의 비

도 1은 본 발명의 비교예 및 실시예 1 내지 4의 조성비에 따라 제조된 시멘트 결합재 및 무시멘트 결합재의 압축강도를 실험한 결과이다. 도 1을 참조하면, 전로슬래그의 중량비가 10wt%를 초과할 경우, 결합재의 압축강도가 저하되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 무시멘트 결합재는 전로 슬래그를 5 내지 10 중량부 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 양생온도를 40℃ 이하로 하였을 경우 압축강도가 비교적 낮은 결과를 확인하였다.

실시예 2: 첨가제( CaCl ₂ )를 첨가하여 무시멘트 결합재 제조

염화칼슘, 고로슬래그 및 전로슬래그를 물과 함께 혼합하여 반응시켜 무시멘트 결합재를 제조하였다. 무시멘트 결합재 제조에 사용된 각 실시예의 염화칼슘 및 슬래그 배합비와 반응 조건은 하기 표 3과 같다. 각 실시예의 반응은 7일 및 14일간 수행되었다.

구분	고로슬래그 (wt%)	전로슬래그 (wt%)	슬래그 중량에 대한 염화칼슘(wt%)	W/B^*	양생 온도
비교예(시멘트)	-	-	-	0.3	40℃
실시예 5	95	5	0
실시예 6			1
실시예 7			2
실시예 8			3
실시예 9			4

W/B^*: 물/결합재의 비

도 2는 염화칼슘의 첨가량에 따라 제조된 무시멘트 결합재의 압축강도를 실험한 결과이다. 본 실험에서는 양생온도를 40℃로 증가시켰다. 도 2를 참조하면 염화칼슘 첨가량이 증가할수록 압축강도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 특히 실시예 9의 경우, 기존의 시멘트(OPC)와 유사한 수준의 압축강도를 보인다.

즉, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 석회석을 주원료로 하여 고온의 소성과정을 거쳐 생산되는 시멘트를 대신하여, 제철소에서 발생하는 슬래그를 이용하여 고온 소성과정 없이 시멘트와 유사한 압축강도 확보가 가능하다. 또한 이산화탄소를 배출하지 않아 친환경적이며, 부산물을 활용하여 원가절감 효과를 얻을 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims

고로슬래그 90 내지 95 중량부와 전로슬래그 5 내지 10 중량부를 포함하고,
전체 중량부에 대하여, 염화칼슘을 0.5 내지 4 중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제철 부산물을 이용한 무시멘트 결합재.
삭제
고로슬래그, 전로슬래그 및 염화칼슘을 배합수에 용해시켜 혼합한 뒤,
상기 혼합물을 40 내지 80℃에서 양생하는 것을 포함하고,
고로슬래그 90 내지 95 중량부와 전로슬래그 5 내지 10 중량부를 혼합한 뒤 상기 고로슬래그와 전로슬래그 전체 중량부에 대하여 염화칼슘 0.5 내지 4 중량부를 배합수에 용해시키는 것을 특징으로 하는
제철 부산물을 이용한 무시멘트 결합재의 제조방법.
삭제