KR20030060528A - 제강슬래그를 포함하는 시멘트 콘크리트 및 모르타르 조성물 - Google Patents

제강슬래그를 포함하는 시멘트 콘크리트 및 모르타르 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트 콘크리트 및 모르타르에 관한 것으로, 시멘트 콘크리트 및 모르타르 조성물에 있어서, 200 메쉬 이하의 제강 슬래그 분말이 시멘트 콘크리트 및 모르타르의 중량에 대하여 10 내지 25 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 및 모르타르 조성물을 제공함으로써 간편하게 제조할 수 있고 비용이 저렴한 시멘트 콘크리트 및 모르타르를 제공할 수 있다.

Description

제강슬래그를 포함하는 시멘트 콘크리트 및 모르타르 조성물{Cement concrete and mortar comprising steel-making slag}
[산업상 이용분야]
본 발명은 제강슬래그를 포함하는 시멘트 콘크리트 및 모르타르에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시멘트 콘크리트의 특성을 향상시킬 수 있으며, 산업 폐기물을 재활용하여 제조한 제강슬래그를 포함하는 시멘트 콘크리트 및 모르타르 조성물에 관한 것이다.
[종래 기술]
슬래그는 크게 고로슬래그와 제강슬래그의 두 가지로 크게 대별될 수 있으나 고로슬래그는 현재 거의 시멘트 원료 등으로 재활용되고 있으나, 제강슬래그는 도로 기층재 등 재활용 분야가 제한적이며 재활용량에 있어서도 고로슬래그에는 못 미치고 있는 실정이다.
제철소 폐기물인 재강 슬래그는 10 내지 15 %에 가까운 금속철을 포함하고 있기 때문에, 한편으로는 제강슬래그중의 금속철을 회수하기 위한 기술이 연구되고 있으며, 한편으로는 제강슬래그의 마모 및 압축에 대한 저항 특성을 이용하여 도로용 미끄럼 방지제 등으로 사용되고 있으며, 더욱 연구되고 있는 실정이다.
한편, 시멘트 콘크리트 및 모르타르 제조시 필연적으로 발생하는 건조, 소성에 의한 균열은 구조물의 구조적인 문제점을 유발시킨다. 이에, 시멘트 콘크리트 및 모르타르 제조시 시멘트 첨가량을 줄여주는 혼화재를 첨가하고, 또한 팽창재를 첨가하여 수축에 의한 균열을 억제하고 있지만 이는 제조 원가 상승 등 경제적인 문제점 또한 포함하고 있다.
일반적인 제강슬래그의 화학성분은 하기 표 1과 같다.
표 1
단위 : 중량%(wt%)
Al2O3 SiO2 MgO CaO K2O Na2O Fe2O3 TiO2 ZnO
11.94 26.38 10.68 27.36 0.11 0.26 12.61 0.93 0.04
기타 성분으로는 MnO 7.66, SO30.45, Cr2O31.05, BaO 0.16, V2O50.09, P2O50.09, ZnO 0.07 등이 포함되어 있다.
한편, 시멘트의 성분 및 물리, 화학적 특성은 하기 표 2에 나타내었다.
표 2
시멘트의 성분
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O Ig. loss
21.4 5.43 2.92 63.1 3.4 2.19 0.95 0.04 0.76
시멘트의 물리, 화학적 특성
비중 응결시간(h:m) 비표면적(/g) 압축강도(kg/㎤)
초결 종결 σ3 σ7 σ28
3.14 2.55 6.10 3,243 252 361 376
그리고 기존의 슬래그를 이용한 일반적인 가공 기술로는 시멘트 제조사에서첨가제로 일부 사용되어지거나, 도로공사시 골재 대신 사용되어지거나 콘크리트 골재, 지반 재량제, 파쇄골재 등에 사용되어 지는 것이 고작이고 대부분 매립되어지고 있는 실정이다.
본 발명은 위에서 설명한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 숙성 처리 후의 제강슬래그(평균 입도 30 mm)를 200 메쉬(mesh) 이하의 분말로 분쇄하여 제강슬래그가 가진 특성인 포졸란 반응 물질과 프리 CaO의 팽창성을 극대화하여 시멘트 콘크리트 및 모르타르에 첨가함으로써 저렴하면서도 품질이 우수한 시멘트 콘크리트 및 모르타르를 제공하기 위함이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
시멘트 콘크리트 및 모르타르 조성물에 있어서,
200 메쉬 이하의 제강 슬래그 분말이 시멘트 콘크리트 및 모르타르의 중량에 대하여 10 내지 25 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 및 모르타르 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
콘크리트로 만들어진 것 중에 균열이 생기지 않는 것은 없다고 할 정도로 콘크리트에는 균열이 따라다닌다. 균열의 원인으로는 크게 두가지를 들 수 있는데, 하나는 시멘트 페이스트의 수화 과정에서 발생하는 균열이고, 또 다른 하나는 수분 증발에 따르는 균열이다.
이러한 원인을 제거하는 방법으로는 물/시멘트(W/C)비를 적게하고 시멘트 첨가량을 최소화해 수화반응에 의한 수분증발을 억제하는 것이다. 또한, 팽창제를 첨가하여 수축에 의한 균열을 상쇄하는 방법이 주로 이용되고 있다.
이에 제강슬래그는 시멘트 원료 물질을 함유하고 있어 시멘트 첨가를 대체할 수 있고, 또한 프리 CaO(free CaO)에 의한 팽창성을 이용하여 수축을 상쇄함으로써 균열을 억제할 수 있다. 프리 CaO의 팽창 특성은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
CaO + H2O →Ca(OH)2
그러나, 제강슬래그를 너무 많이 첨가하면 강도 저하로 인한 구조물의 결함과 표면적의 증가로 인한 프리 CaO의 팽창으로 인한 구조물의 붕괴 원인으로 작용할 수 있으며, 또 너무 적게 첨가하면 균열의 원인을 그대로 제공할 수 있다.
본 발명에서는 숙성(aging) 처리한 제강슬래그를 수거하여 1차, 2차, 3차 분쇄를 통해 200 메쉬(mesh)의 분말 상태로 만들어 제강슬래그의 특성을 극대화하여 시멘트 콘크리트 및 모르타르 제조시 시멘트 중량 대비 10 내지 25 %로 숙성 처리된 제강슬래그를 첨가함으로써 시멘트 사용량을 최소화하고, 또한 수축으로 인한 균열을 상쇄할 수 있다.
숙성 처리 과정은 실온, 대기압하에서 공기 중에 3 내지 6개월간 방치하며, 이런 과정을 통하여 제강슬래그는 산화처리되어 과다하게 포함되어 있던 프리 CaO가 안정화되어 팽창 활성화 정도를 일정 수준으로 유지하게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 제시한다. 다만, 하기하는 실시예는 본발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명이 하기하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
3개월 동안 숙성 처리된 200 메쉬 이하의 제강슬래그를 시멘트 콘크리트 중량 대비 25 %를 첨가하여 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 1×2 ㎡의 면적으로 약 5 cm의 두께로 도포하여 29일간 방치하여 팽창 특성을 측정하였다.
실시예 2
첨가되는 제강슬래그의 양이 10 %인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하여 팽창 특성을 측정하였다.
비교예
제강슬래그를 첨가하지 않고 통상의 방법으로 시멘크 콘크리트 조성물을 제조하여 수축, 팽창 특성을 측정하였다.
그 결과를 표 3에 나타내었다(수축 또는 팽창율 단위는 mm임).
표 3
비교예 실시예 1 실시예 2
온도 팽창율 비고 온도 팽창율 비고 온도 팽창율 비고
1일 9.0 0 9.0 0 9.0 0
2일 5.0 0 6.5 0 5.0 0
3일 5.0 1 6.5 1 팽창 5.5 0
4일 4.0 0.1 수축 5.0 0 5.0 0
5일 5.0 1 수축 6.5 0 5.5 0
6일 5.5 0 7.0 0 6.5 0
7일 7.0 1 수축 8.5 0 8.0 0
8일 7.0 0 8.5 0 8.0 0
9일 4.5 0 6.0 0 5.0 0
10일 3.0 0 4.5 1 팽창 3.5 0
11일 1.5 0 3.0 0 2.0 0
12일 2.0 0 3.5 0 3.0 0
13일 2.0 0 3.5 0 3.0 0
14일 1.0 0 3.0 0 2.0 0
15일 1.5 1 수축 3.5 0 2.5 0
16일 2.0 0 4.0 0 2.5 0
17일 3.0 0 4.0 0 3.5 0
18일 3.0 0 4.5 0 3.5 0
19일 1.5 1 수축 3.5 0 2.5 0
20일 2.0 0 3.5 0 3.0 0
21일 4.5 0 6.0 0 5.0 0
22일 3.0 1 수축 4.0 0 3.5 0
23일 2.0 0 4.0 0 3.0 0
24일 1.5 0 3.5 0 2.5 0
25일 2.0 0 3.5 0 3.0 0
26일 3.0 0 4.5 0 3.5 0
27일 3.0 0 4.0 0 3.5 0
28일 1.5 0 3.5 0 2.5 0
29일 -1.5 0 0.0 0 -1.0 0
상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 및 2의 시멘트 콘크리트는 수축 및 팽창이 거의 일어나지 않음을 알 수 있으나, 비교예의 시멘트 콘크리트는 약 6 mm의 수축이 일어남을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 제강 작업시 발생되는 제강슬래그를 200 메쉬 이하로 분쇄하여 제강슬래그가 가진 특성을 극대화해주며 이 극대화된 분쇄분말을 시멘트 혼화재, 시멘트 콘크리트 및 모르타르 제조에 적용함으로써 산업폐기물의 재활용 방안을 제시하고, 상기 폐기물의 재활용에 따른 환경 오염을 방지하면서 기존 자원의 낭비를 방지할 수 있다.
또한, 상기 재활용 제품을 사용함으로써 시멘트 콘크리트 및 모르타르 제조시 품질에 영향을 주지 않음과 동시에 원가를 절감하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (2)

  1. 시멘트 콘크리트 및 모르타르 조성물에 있어서,
    200 메쉬 이하의 제강 슬래그 분말이 시멘트 콘크리트 및 모르타르의 중량에 대하여 10 내지 25 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 및 모르타르 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제강 슬래그 분말은 3 내지 6개월 정도 실온, 대기압 하에서 숙성 처리 된 시멘트 콘크리트 및 모르타르 조성물.
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