KR101762766B1 - 유동층상 보일러 바텀애쉬 및 플라이애쉬를 이용한 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물 및 광산 채굴공동 충전 시공방법 - Google Patents

유동층상 보일러 바텀애쉬 및 플라이애쉬를 이용한 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물 및 광산 채굴공동 충전 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분체 혼합물 100중량부에 대하여 물 100 내지 300 중량부를 혼합한 분체 혼합물 슬러리 100 체적부에 대하여, 물 100 중량부에 기포제 1~4 중량부를 혼합한 후 발포기를 통과시킨 기포군을 30 내지 60 체적부로 혼합하여 제조된 경량기포 슬러리 조성물로서, 상기 분체 혼합물은 (a) 유동층상 보일러 바텀애쉬 20 내지 50 중량%; (b) 유동층상 보일러 플라이애쉬 20 내지 50 중량%; (c) 고로슬래그 15 내지 30 중량%; 및 (d) 중화석고 5 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물 및 상기 조성물을 사용하는 광산 채굴공동 충전 시공방법을 제공한다.

Description

유동층상 보일러 바텀애쉬 및 플라이애쉬를 이용한 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물 및 광산 채굴공동 충전 시공방법{A composite of lightweight foam slurry with fly ash and bottom ash from fluidized-bed boiler for filling of mining cavities and construction method for filling mining cavities}
본 발명은 유동층상 보일러 바텀애쉬 및 플라이애쉬를 이용한 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물 및 광산 채굴공동 충전 시공방법에 관한 것이다.
지하자원 개발로 인하여 발생되는 공해현상을 광해(鑛害)라고 하며, 광산의 개발 중이나 휴, 폐광 후에 특별한 환경적, 광산보안적 조치가 미흡하게 되면 광해 현상이 발생한다. 이러한 광해현상으로는 중금속을 함유한 산성수의 유출, 광미사 및 폐석 자체의 유실, 유해성 침출수의 유출, 채굴적 상부 및 인접지역의 지반침강, 그리고 건조한 계절에 분진(세립질 광미사 등)의 비산 등을 들 수 있다.
이들 중 자연환경과 생활환경, 나아가 삶의 유해 요소로 작용하는 주요한 광해현상으로는 특히, 중금속을 함유한 산성 광산배수의 유출과 지하 공동부의 지반침강 현상 등을 들 수 있다.
상기 지반침강은 지하자원 개발로 인하여 지하 공동부가 생성되고, 상부에서 작용하는 압력과 응력에 의해 지반이 지하 공동부 방향으로 침강하게 되어 발생된다. 만약, 상부에서 작용하는 응력이 천반 또는 광주(Pillar)의 지반강도 보다 크지 않을 경우 침강이 일어나지 않으나 채광작업 후 시간의 경과에 따라 지하수에 의한 지반강도의 감소, 지반의 크리프(Creep)변형, 침투수압 등의 요인에 의해 지하 공동부의 파괴현상이 일어나게 된다. 특히, 지하 공동부에서의 높은 습도는 단기간 또는 장기간에 걸쳐 암석의 강도와 변형특성을 변화시키게 되며, 지질구조의 취약부인 단층 파쇄대에서 지하수는 지반의 강도를 저하시키는 요인으로 작용한다.
상기 광해를 방지하기 위하여 다양한 종류의 지하 공동부용 충전재가 알려져 있으며, 그를 사용하는 시공방법도 알려져 있다.
종래 기술에 의한 충전재로는 토양, 마사토류, 잔자갈, 시멘트 밀크, 시멘트 모르타르, 콘크리트, 플라이애쉬 등이 알려져 있으며, 시공방법으로는 상기 충전재들을 지하 공동부에 채워 넣는 방식이 알려져 있다. 그러나, 이러한 종래기술에 의한 지하공동부용 충전재는 단순히 상기한 바와 같은 충전재를 지하공동부에 채워 넣는 것이기 때문에 주입된 충전재가 경화되면서 물리적 특성 변화가 발생되는 문제가 있다. 특히, 충전재의 수축현상에 의해서 지하 공동부와의 접촉부에서 이격이 발생되고, 충분한 지내력이 확보되지 못하여 지하 공동부의 지방침강 현상이 발생된다. 또한, 입자가 미세하지 않기 때문에 충전자체가 용이하지 않으므로 충전물을 지하 공동부에 채워 넣는 작업에 소요되는 시간 및 비용을 절감하기 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 대한민국 특허 제0512788호는, 광미, 플라이애쉬(Fly ash), 폐석회, 폐석고 중 어느 하나의 광석분말 100 중량부에대해 5 내지 30 중량부의 시멘트와; 광미, 플라이애쉬(Fly ash), 폐석회, 폐석고 중 어느 하나의 광석분말 100 중량부에 대해 0.5 내지 2 중량부의 팽창제와; 광미(鑛尾), 플라이애쉬(Fly ash), 폐석회, 폐석고 중 어느 하나의 광석분말 100 중량부에 대해 10 내지 70 중량부의 물이 혼합되어 이루어지는 충전재를 개시하고 있다.
그러나, 상기 특허 제0512788호는 시멘트의 사용량이 광석분말 100중량부에 대해 5 내지 30중량부이므로 경제성이 매우 떨어지며, 결과적으로 현실적이지 못한 문제점이 있다. 또한, 광산 채굴적은 수십 내지 수백 미터 심부에 위치하여, 팽창재를 긴 이송관로를 통해 중력, 압력 이송시 폐쇄 혹은 내압발생의 원인이 되는 문제도 있다.
대한민국 특허 제0398076호는 포틀랜드 시멘트 30∼120중량부, 플라이애쉬(fly ash) 210∼280중량부, 바텀애쉬(bottom ash) 70∼280중량부, 모래 600∼1300중량부 및 물 320∼460중량부를 혼합하여 이루어지며 3∼83kgf/cm2의 28일 압축강도 및 20cm 이상의 슬럼프 플로우값을 나타내는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 함유하는 고유동성 충전 조성물 및 이의 제조방법을 개시하고 있다.
그러나, 상기 특허 제0398076호는 과도한 량의 모래를 사용함으로써 재료성능은 높일 수 있으나 경제성(실효성)이 현저히 낮은 문제점이 있다. 또한 결합재로서 포틀랜드 시멘트를 사용하기 때문에 과다한 재료비의 상승으로 경제성이 좋지 않으며, 포틀랜드 시멘트에 함유되어 있는 6가 크롬으로 인하여 2차 오염의 악영향이 나타날 수 있는 문제점이 있다. 또한 일정한 압축강도를 발현시키기 위하여 플라이 애쉬와 바텀애쉬 이외에 포틀랜드 시멘트와 모래를 사용하게 되는데, 이와 같은 조성물은 심층부에 충전용으로 투입 시 흐름성이 나쁘기 때문에 깊은 심층부 공동까지 충전되지 못하는 문제점이 있다.
대한민국 특허 제0959410호는 시멘트 1∼5중량%, 조골재로 입도 0.1~4mm이며 진비중 1.3~1.6의 바텀애쉬 20~65중량%, 입도 50~250μm 이며 진비중 2.5~3.2의 광미와 플라이애쉬 중 하나 이상이 10~50중량%, 물 10~25중량%가 혼합되어 이루어지며 슬럼프가 3 ~ 7cm인 광산 채굴공동 충전용 저시멘트계 충전재를 개시하고 있다.
그러나, 상기 특허 제0959410호는 저시멘트 충전재인 것을 특징으로 하나, 슬럼프가 3 ~ 7m 로서 지하 깊숙한, 짧게는 수십미터에서 길게는 수백미터까지 이르는 지하 폐공동까지 이송이 불가능한 문제점이 있다.
따라서, 상술된 문제들을 해결할 수 있는 새로운 조성의 광산 채굴공동 충전용 재료 및 시공방법에 대한 개발의 필요성이 대두되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0512788호 대한민국 등록특허 제10-0398076호 대한민국 등록특허 제10-0959410호
본 발명은 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
폐자원을 이용하여 시멘트 재료와 같은 고화재료를 대체함으로써 경제성을 확보하며, 친환경 재료를 사용하여 오염되어 있는 폐광산의 공동을 충진함으로써 재오염의 가능성을 저감시키고, 발생되는 기포군의 유동성을 활용함으로써 지하 수백미터 깊이까지 도달할 수 있는 고유동성 및 고충진성을 확보할 수 있는 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 전량 매립되는 유동층상 보일러에서 발생하는 플라이애쉬와 바텀애쉬를 미리 수화시켜서 사용함으로써 매립되는 폐자원을 효율적으로 재활용하며, 플라이애쉬와 바텀애쉬를 사용하되 알칼리 활성화제를 전혀 사용하지 않고 고로슬래그를 사용하여 경화시킴으로써 경제성 및 친환경성을 획기적으로 개선시킨 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 수화된 상태에서 pH가 12 내지 13이 되는 플라이애쉬 및 바텀애쉬에 함유되어 있는 산화칼슘에 의하여 지하 공동의 산성수와 같은 오염수의 중화처리도 가능한 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 광산 채굴공동 충전 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은
분체 혼합물 100중량부에 대하여 물 100 내지 300 중량부를 혼합한 분체 혼합물 슬러리 100 체적부에 대하여, 물 100 중량부에 기포제 1~4 중량부를 혼합한 후 발포기를 통과시킨 기포군을 30 내지 60 체적부로 혼합하여 제조된 경량기포 슬러리 조성물로서,
상기 분체 혼합물은 (a) 유동층상 보일러 바텀애쉬 20 내지 50 중량%; (b) 유동층상 보일러 플라이애쉬 20 내지 50 중량%; (c) 고로슬래그 15 내지 30 중량%; 및 (d) 중화석고 5 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은
1) (a) 유동층상 보일러 바텀애쉬 20 내지 50 중량%; (b) 유동층상 보일러 플라이애쉬 20 내지 50 중량%; (c) 고로슬래그 15 내지 30 중량%; 및 (d) 중화석고 5 내지 10 중량%를 포함하는 분체 조성물을 고르게 혼합하는 단계;
2) 상기 혼합된 분체 조성물 100 중량부에 대하여 물 100 내지 300 중량부를 혼합하여 분체 혼합물을 수화(slake)시켜 분체 혼합물 슬러리를 제조하는 단계;
3) 물 100중량부에 기포제 1~4 중량부를 혼합한 후 발포기를 통과시켜 기포군을 만드는 단계;
4) 상기 2)단계의 분체 혼합물 슬러리 100 체적부에 대하여 상기 3)단계의 기포군 30 내지 60 체적부를 혼합하는 단계; 및
5) 상기 4)단계에서 제조된 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물를 폐공동에 주입하는 단계;를 포함하는 광산 채굴공동 충전 시공방법을 제공한다.
본 발명에 따른 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물에 의하면, 광산 채굴적 충진에 사용되는 보통 포틀랜드 시멘트를 전혀 사용하지 않으므로 보통 포틀랜드 시멘트의 사용에 의한 중금속 오염의 추가적인 문제가 발생하지 않으며; 가격 급등 등에 의해 수급이 원활하지 않은 모래와 같은 골재를 대신하여 유동층상 보일러에서 발생하는 고칼슘 바텀애쉬 및 플라이애쉬 등을 사용함으로써 저렴한 비용으로 지반을 보강할 수 있다.
또한, 본 발명의 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물은 직경 0.1mm 내지 0.5mm 크기의 미세한 기포군을 포함함으로써 고유동성을 가지므로, 이송거리가 길고 갱도 발달이 복잡하여 채굴적의 전체 충전이 어려운 경우 및 형태가 넓고 낮은 채굴적(room and pillar, ramp way 등)의 경우에도 충전이 원활하게 이루어지게 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물은 기포군을 사용하여 유동성을 확보하므로 물의 사용량을 줄일 수 있으며, 물의 사용량 저감에 따라 분체 결합재의 압축 강도를 증진시키는 효과를 제공하며, 조성물의 사용량을 줄이는 효과도 제공한다.
또한, 본 발명의 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물은 기포군을 사용함으로써 가벼우면서도 견고한 슬러리 조성물을 제공하므로, 광산 채굴공동을 충전한 후에도 하중부담이 없어 폐공동부의 붕괴로 인한 2차 또는 3차 재난을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 광산 채굴공동 충전 시공방법에 의하면, 경량의 유동성이 우수한 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물을 사용함으로써 경제적이고 효율적인 시공이 가능하며, 우수한 시공결과가 제공될 수 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은 분체 혼합물 100중량부에 대하여 물 100 내지 300 중량부를 혼합한 분체 혼합물 슬러리 100 체적부에 대하여, 물 100 중량부에 기포제 1~4 중량부를 혼합한 후 발포기를 통과시킨 기포군을 30 내지 60 체적부로 혼합하여 제조된 경량기포 슬러리 조성물로서,
상기 분체 혼합물은 (a) 유동층상 보일러 바텀애쉬 20 내지 50 중량%; (b) 유동층상 보일러 플라이애쉬 20 내지 50 중량%; (c) 고로슬래그 15 내지 30 중량%; 및 (d) 중화석고 5 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물에 관한 것이다.
상기 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물에 있어서, 기포군에 포함되는 기포의 크기는 0.1 mm 내지 0.5 mm인 것이 바람직하다. 또한, 상기 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물의 비중이 0.7 내지 1.0인 것이 바람직하다.
상기 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물에 있어서, 유동층상 보일러 바텀애쉬는 유동층상 보일러에서 연소 후 발생하는 것으로서 산화칼슘의 함량이 25 내지 45 중량%인 것이 바람직하게 사용된다. 상술한 범위로 산화칼슘의 함량이 높아야 물과의 혼합에 의해 수화(slake) 반응이 충분히 일어날 수 있다. 만약 수화반응이 충분히 일어나지 않는 경우 기포군과의 혼합 시 발열반응에 의하여 기포군을 소포시키는 문제가 발생할 수 있다.
상기 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물에 있어서, 유동층상 보일러 플라이애쉬는 유동층상 보일러에서 발생하는 산화칼슘의 함량이 25 내지 45 중량%인 것이 바람직하게 사용된다. 상술한 범위로 산화칼슘의 함량이 높아야 물과의 혼합에 의해 수화(slake) 반응이 충분히 일어날 수 있다. 만약 수화반응이 충분히 일어나지 않는 경우 기포군과의 혼합 시 발열반응에 의하여 기포군을 소포시키는 문제가 발생할 수 있다.
상기 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물에 있어서, 플라이애쉬와 바텀애쉬의 충분한 수화반응을 위해서는 상기 분체 혼합물 100 중량부에 대하여 물이 100 내지 300 중량부의 범위로 혼합되어야 하며, 더욱 바람직하게는 150 내지 250중량부로 혼합되는 것이 좋다.
상기 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물에 있어서, 고로슬래그로는 특히, 급냉 고로 수쇄슬래그가 바람직하게 사용될 수 있다.
급냉 고로 수쇄슬래그가 사용되는 경우에는 경량기포 슬러리의 경화 후의 장기 압축강도 향상효과가 우수한 점에서 바람직하다.
상기 고로슬래그는 바텀애쉬와 플라이애쉬의 고형화를 위하여 사용되며, 15 내지 30 중량%로 포함되며, 더욱 바람직하게는 20 내지 25 중량%로 포함될 수 있다. 상기 고로슬래그가 15 미만으로 포함되면 충분한 고형화 반응이 진행되지 못하여 고형화 압축강도가 미약한 단점이 발생하며, 30 중량%를 초과하면 필요 이상으로 고형화 압축강도가 발현되어 경제적이지 못하다.
상기 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물에 있어서, 중화석고는 물에 의해 수화된 바텀애쉬와 플라이애쉬와 반응하여 압축강도 발현을 촉진하고 고형화 반응을 촉진시키는 역할을 수행한다. 이 때 중화석고는 수화된 바텀애쉬와 플라이애쉬와 반응하여 에트링자이트(ettringite)를 생성하여 고로슬래그가 혼합된 전체 배합 조성물의 압축강도를 향상시키며 고형화 반응을 촉진한다.
상기 중화석고는 5 내지 10 중량%로 포함되며, 더욱 바람직하게는 6 내지 8 중량%로 포함될 수 있다. 중화석고가 5 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 압축강도 발현 및 고형화 반응이 부족해지며, 10 중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 과다한 에트링자이트의 생성으로 경화체가 파괴되어 오히려 압축강도가 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
상기 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물에 있어서, 기포군은 분체 혼합물의 유동성 및 충진성을 위하여 사용된다. 상기 기포군은 물 100중량부에 기포제 1~4 중량부를 혼합한 후 발포기를 통과시켜서 제조될 수 있다. 이 때, 발생된 기포의 크기는 0.1 mm 내지 0.5 mm인 것이 바람직하며, 0.1 내지 0.3mm의 크기로 제어된 기포군을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 발포 기포의 크기가 0.1mm 미만이면 유동성 및 충진성은 우수해지지만, 기포의 생성에 더 높은 압력 등 장비가 고가인 것을 사용해야 하는 단점이 있으며, 기포의 크기가 0.5mm를 초과하는 경우에는 분체 혼합물과의 혼합시 기포가 파괴되는 문제점이 있다.
상기 기포군의 제조에 사용되는 기포제로는 이 분야에 공지된 것이 사용될 수 있다. 구체적으로 소디움 라우릴설페이트, 암모늄 라우릴 설페이트 등의 라우릴 설페이트계 기포제, 소디움 라우리스 설페이트, 알킬벤젠 설포네이트, 암모니움 라우리스 설페이트 등이 사용될 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
상기 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물은 상기 분체 혼합물 슬러리 100 체적부에 대하여 기포군 30 내지 60 체적부의 혼합에 의해 구성되며, 이때 혼합물 슬러리의 비중은 0.7 내지 1.2 범위인 것이 바람직하며, 0.8 내지 1.0 범위인 것이 더욱 바람직하다. 상기 혼합물 슬러리의 비중이 0.7 미만이면 비중이 너무 가벼워 충분한 고형화 압축강도가 발현될 수 없으며, 비중이 1.2를 초과하면 혼합 슬러리의 무게가 너무 무거워져 충분한 유동성을 발휘하기 어려워 충전효과가 약해질 수 있다.
본 발명의 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물은 보통 포틀랜드 시멘트를 포함하지 않는 특징을 갖는다. 즉, 본 발명의 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물은 보통 포틀랜드 시멘트를 포함하지 않으면서도 시멘트를 포함하는 것보다 고유동성 및 고충진성을 제공한다. 또한, 현저한 경제성을 제공하며, 보통 포틀랜드 시멘트에 포함된 또는 포함될 수 있는 납, 크롬 등의 성분에 의한 2차 오염의 염려가 없는 장점을 제공한다.
본 발명은 또한,
1) (a) 유동층상 보일러 바텀애쉬 20 내지 50 중량%; (b) 유동층상 보일러 플라이애쉬 20 내지 50 중량%; (c) 고로슬래그 15 내지 30 중량%; 및 (d) 중화석고 5 내지 10 중량%를 포함하는 분체 조성물을 고르게 혼합하는 단계;
2) 상기 혼합된 분체 혼합물 100 중량부에 대하여 물 100 내지 300 중량부를 혼합하여 분체 혼합물을 수화(slake)시켜 분체 혼합물 슬러리를 제조하는 단계;
3) 물 100중량부에 기포제 1~4 중량부를 혼합한 후 발포기를 통과시켜 기포군을 만드는 단계;
4) 상기 2)단계의 분체 조성물 슬러리 100 체적부에 대하여 상기 3)단계의 기포군 30 내지 60 체적부를 혼합하는 단계; 및
5) 상기 4)단계에서 제조된 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물를 폐공동에 주입하는 단계;를 포함하는 광산 채굴공동 충전 시공방법에 관한 것이다.
상기에서 전술된 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물에 관한 내용은 상기 시공공법에 그대로 적용될 수 있다.
상기 3)단계의 기포군에 포함되는 기포의 크기가 0.1 mm 내지 0.5 mm인 것이 바람직하다. 상기 4)단계에서 제조된 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물의 비중이 0.7 내지 1.0인 것이 바람직하다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
제조예 1~3: 바텀애쉬와 플라이애쉬로 구성되는 분체 혼합물의 제조
하기 표 1과 같은 성분들을 혼합하고, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 물 200 중량부를 혼합하여 제조예 1 및 2의 분체 혼합물 슬러리를 제조하였다.
제조예 1(중량%) 제조예 2(중량%)
바텀애쉬 30 40
플라이애쉬 40 30
고로수쇄 슬래그 23 23
중화석고 7 7
총합 100 100
실시예 1~6: 경량기포 슬러리 조성물의 제조
하기 표 2와 같은 조성을 가지도록 상기 제조예 1 및 2의 분체 혼합물 슬러리를 기포군과 혼합하여 경량기포 슬러리 조성물을 제조하였다. 비교예 1은 보통 포틀랜드 시멘트와 발포 기포를 혼합하는 일반적인 공동주택 바닥용 경량기포 콘크리트를 사용한 것으로 하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 1
보통 포틀랜드 시멘트 0 0 0 0 100 리터
분체 혼합물 슬러리 제조예 1 제조예 1 제조예 2 제조예 2 0
100 리터 100 리터 100 리터 100 리터
기포군 40 리터 50 리터 40 리터 50 리터 50 리터
주) 기포군: 물 100중량부에 기포제 1~4 중량부를 혼합한 후 발포기를 통과시킨 것으로서 발생된 기포의 크기가 0.1 mm 내지 0.5 mm인 것의 의미함
상기 기포제로는 소디움 라우릴 설페이트(하이콜린 90, 미원상사)를 사용함
시험예 : 경량기포 슬러리 조성물의 물성평가
시험체의 압축강도 및 유동성을 측정하기 위하여 KS F 4039(현장 타설용 기포 콘크리트) 기준에 의하여 유동성과 압축강도 측정을 실시하였다. 일반적으로 공동주택 시공현장에서 시공하는 조건과 동일하게 시험을 진행하여 유동성을 측정하였는데, 이는 고층까지의 펌프 압송능력을 지하 폐공동으로의 충진 능력으로 해석하기 위함이었으며, 또한 압축강도 역시 충전된 본 발명의 슬러리의 강도 발현 능력을 해석하기 위함이다. 동일한 조건으로 시험을 진행하여, 각각의 재료와 물을 혼합한 후 3분간 전동 혼합기로 혼합 교반 한 후, 10×20cm의 원주형 몰드로 성형하고 상온(20±3℃)에서 24시간 동안 양생하였다. 24시간 경과 후 몰드에서 성형체를 탈형한 후 습기 양생함의 조건을 60±5℃, 습도 90%로 설정하여 10시간 동안 양생하였다. 이때 60℃까지의 승온속도는 1시간당 10℃로 하여 급격한 온도의 상승을 방지하였다. 습기 양생함에서 10시간 동안 양생한 시험체를 꺼내어 다시 상온(20±3℃)에서 24시간 동안 대기 양생하였다. 최종 양생된 시험체를 KS F 4039 규격에 의하여 유동성 및 압축강도를 측정하였다. 유동성은 일반적인 흐름성 시험용 flow table(직경 30cm)을 사용하였다. 구체적인 실험 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
실시예 비교예
1 2 3 4 1
유동성(mm) 넘침 넘침 넘침 넘침 240
압축강도(MPa) 4.1 3.9 3.8 3.2 1.8
상기 표 3으로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4의 유동층상 보일러 바텀애쉬를 이용한 경량기포 슬러리 조성물을 사용하여 제조된 시험체의 경우, 비교예 1의 일반 시멘트를 사용하여 제조된 시험체보다 현저히 우수한 압축강도 발현성능을 나타냈다. 특히 유동성 측정 결과 플로우 테이블의 직경인 30cm를 넘는 우수한 유동특성을 나타냄으로서, 폐공동 충전용으로 매우 적합함을 확인 할 수 있다.
본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 분체 혼합물 100중량부에 대하여 물 100 내지 300 중량부를 혼합한 분체 혼합물 슬러리 100 체적부에 대하여, 물 100 중량부에 기포제 1~4 중량부를 혼합한 후 발포기를 통과시킨 기포군을 30 내지 60 체적부로 혼합하여 제조된 경량기포 슬러리 조성물로서,
    상기 분체 혼합물은 (a) pH가 12 내지 13이며, 산화칼슘의 함량이 25 내지 45 중량%인 유동층상 보일러 바텀애쉬 20 내지 50 중량%; (b) pH가 12 내지 13이며, 산화칼슘의 함량이 25 내지 45 중량%인 유동층상 보일러 플라이애쉬 20 내지 50 중량%; (c) 고로슬래그 15 내지 30 중량%; 및 (d) 중화석고 5 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기포군에 포함되는 기포의 크기가 0.1 mm 내지 0.5 mm인 것을 특징으로 하는 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물의 비중이 0.7 내지 1.0인 것을 특징으로 하는 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물은 보통 포틀랜드 시멘트를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 유동층상 보일러 바텀애쉬를 이용한 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물.
  7. 1) (a) pH가 12 내지 13이며, 산화칼슘의 함량이 25 내지 45 중량%인 유동층상 보일러 바텀애쉬 20 내지 50 중량%; (b) pH가 12 내지 13이며, 산화칼슘의 함량이 25 내지 45 중량%인 유동층상 보일러 플라이애쉬 20 내지 50 중량%; (c) 고로슬래그 15 내지 30 중량%; 및 (d) 중화석고 5 내지 10 중량%를 포함하는 분체 조성물을 고르게 혼합하는 단계;
    2) 상기 혼합된 분체 조성물 100 중량부에 대하여 물 100 내지 300 중량부를 혼합하여 분체 혼합물을 수화(slake)시켜 분체 혼합물 슬러리를 제조하는 단계;
    3) 물 100중량부에 기포제 1~4 중량부를 혼합한 후 발포기를 통과시켜 기포군을 만드는 단계;
    4) 상기 2)단계의 분체 혼합물 슬러리 100 체적부에 대하여 상기 3)단계의 기포군 30 내지 60 체적부를 혼합하는 단계; 및
    5) 상기 4)단계에서 제조된 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물를 폐공동에 주입하는 단계;를 포함하는 광산 채굴공동 충전 시공방법.
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