KR20160096325A - 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌 및 이것의 제조방법 - Google Patents

이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌 및 이것의 제조방법 Download PDF

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조수호
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남경콘크리트 주식회사
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Abstract

본 발명은 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌 및 이것의 제조방법에 대한 것으로, 특히 슬래그 시멘트, 석분, 재생골재, 이수석고, 물 및 혼화제를 포함하고, 상기 재생골재와 이수석고는 4.0~2.5 : 0.2~2.0 의 중량비율로 포함된 것을 특징으로 하여, 폐기처분되고 있는 이수석고를 재활용할 수 있을 뿐만 아니라, 종래에 시멘트 벽돌에 많이 사용되던 모래나 동슬래그 없이도, KS 규정에 따른 압축강도와 흡수율을 만족시킬 수 있는 시멘트 벽돌을 가장 경제적인 방법으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌 및 이것의 제조방법{Cement brick having gypsum wastes and manufacturing process thereof}
본 발명은 시멘트를 원료로 하는 벽돌에 대한 것으로, 특히 폐기처분되고 있는 이수석고를 재활용하여 시멘트 벽돌을 제조하는 것이며, 더욱 구체적으로는 종래에 시멘트 벽돌에 많이 사용되던 모래나 동슬래그 없이도, KS 규정에 따른 압축강도와 흡수율을 만족시킬 수 있는 시멘트 벽돌을 경제적인 방법으로 제조하고자 하는 것이다.
시멘트 원료인 석회석은 채굴 한계에 직면할 것으로 예상되고, 화석에니저의 단가상승, 향후 온실가스 배출 규제 등 시멘트 제조원가 상승으로 인해 콘크리트 원가는 더욱 상승할 것으로 예견된다.
그러나, 이러한 실정에도 불구하고 실제 레미콘 납품단가는 낮아지고 있어 콘크리트의 제조원가 절감이 가장 큰 쟁점으로 부각되고 있다.
따라서 콘크리트의 성능을 동일하게 유지하고 레미콘 원가절감을 도모하기 위해서는 시멘트의 일부를 혼화재로 플라이애시 및 고로슬래기 미분말 등으로 대체하는 방법, 부순모래의 사용, 감수성이 높은 혼화제를 사용함으로써 단위시멘트량을 낮추는 방법, 저렴한 시멘트의 이용 등을 생각할 수 있으나, 가장 경제적 효과가 크고 콘크리트의 품질 안전성을 기할 수 있는 방안은 산업부산물과 산업폐기물을 결합재로 이용하는 것이다.
일반적으로, 사용되고 있는 포틀랜드 시멘트는 실리카, 알루미나 및 석회를 혼합하고, 그 일부가 용융되어 소결된 클링커에 적당량의 석고를 첨가하여 분말화 한 것이다. 이러한 시멘트는 클링커 제조를 위해 약 1,450℃의 고온상태에서 용융시켜야만 하기 때문에 대량의 에너지를 소비하게 된다. 뿐만 아니라 시멘트 1톤을 제조하는데에는 약 1톤의 이산화탄소가 배출되는 것으로 알려져 있다. 이러한 상황에서 도쿄의정서의 준수와 시멘트 수요의 증가를 동시에 충족시키기 위해서는 이산화탄소의 배출이 적은 시멘트의 개발이 필요하였다.
이를 해결하기 위하여 시멘트 산업에 있어서, 슬래그와 같은 산업부산물의 활용을 높이는 방안이 활발히 연구되고 있다. 일예로서, 슬래그 25~50%를 50~75%의 포틀랜드 시멘트 클링커와 미분쇄하여 혼합하는 고로슬래그 시멘트 및 플라이애시 5~20중량%를 80~95중량%를 포틀랜드 시멘트에 혼합하는 플라이애시 시멘트가 그 대표적인 제품으로서 그 사용이 이미 전 세계적으로 범용화 되어 있으며 이에 대한 연구개발이 지금도 매우 활발하게 진행되고 있다.
고로슬래그 미분말과 플라이애시 토목용 재료에 있어서 주로 장기강도의 증진, 알칼리 골재반응의 억제, 수화열의 저감 및 내해수성의 개선 등에 사용되고 있지만 이들의 다량 첨가시 콘크리트의 초기 강도의 저하, 중성화 및 연행공기량의 감소 등의 문제를 내포하고 있고, 특히 플라이애시는 아직 폐기물이라는 인식이 강해 수요확대에 장애요인이 되고 있다.
한편, 이수석고는 외국에서 인광석을 수입하여 화학비료를 생산하면서 부산물로 나오는 산업폐기물로서 정제하여 시멘트생산에 일부 사용되고 석고 보드 생산에 일부 사용되지만 소요되는 물량이 아주미비한 상태이며 국내에 야적이 되어가고있는 현 상황이 큰 산을 만들어가고 있는 실정이다.
또한 이수석고는 시멘트와 합성하여도 시멘트와의 융합이 잘되질 않으므로 제품화해도 강도가 낮아 제품활용이 되질 못하고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2009-0013637호(발명의 명칭 : 이수석고를 이용한 고강도 콘크리트 제품의 제조방법)에는 정제된 이수석고 50중량％와 포틀렌트시멘트 40중량％와 실리카흄 10중량％를 교반하는 주원료 배합공정;과 상기 주원료 배합공정에서 배합된 주원료 98중량％와 시멘트 분산제 0.5중량％와 콘크리트 감수제 1.5중량％를 혼합하는 슬러리 제조공정;과 상기 슬러리 제조공정에서 제조된 슬러리를 형틀에 주입하여 1㎡ 기준하여 5,000ton∼10,000ton으로 강압하여 콘크리트 제품을 제조하는 유압공정;과 상기 유압공정을 거쳐 제조된 콘크리트 제품을 28일간 양생하는 양생공정;과 상기 양생된 콘크리트 제품을 품질검사하여 우수제품을 출하하는 출하공정;을 포함하는 이수석고를 이용한 고강도 콘크리트 제품의 제조방법이 기재되어 있으나, 이와 같이 이수석고를 50 중량% 이상 사용하는 경우에는 압축강도가 낮아지고 흡수율은 높아지는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐기처분되고 있는 이수석고를 재활용할 수 있을 뿐만 아니라,ㄴ 종래에 시멘트 벽돌 생산에 있어서 원활하지 못한 수급문제와 원가상승 등의 문제점을 가진 모래와 이러한 모래를 대체하기 위한 동슬래그 없이도, KS 규정에 따른 압축강도와 흡수율을 만족시킬 수 있는 시멘트 벽돌을 가장 경제적인 방법으로 제조하는 것이 목적이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌은 슬래그 시멘트, 석분, 재생골재, 이수석고, 물 및 혼화제를 포함하고, 상기 재생골재와 이수석고는 4.0~2.5 : 0.2~2.0 의 중량비율로 포함된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 슬래그 시멘트, 석분, 물 및 혼화제는 1.5~2.0 : 10~15 : 1~2 : 0.01~0.1의 중량비율로 포함된 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 슬래그 시멘트 1.5~2.0 중량부, 석분 10~15 중량부, 재생골재 4.0~2.5 중량부, 이수석고 0.2~2.0 중량부, 물 1~2 중량부 및 혼화제 0.01~0.1 중량부가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌일 수 있다.
또한, 본 발명은 모래 및 동슬래그로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 포함되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태는, 슬래그 시멘트 1.5~2.0 중량부, 석분 10~15 중량부, 재생골재 4.0~2.5 중량부, 이수석고 0.2~2.0 중량부, 물 1~2 중량부 및 혼화제 0.01~0.1 중량부를 혼합하고, 몰드에 투입하여 벽돌 형상으로 제조하는 것을 특징으로 하는 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌의 제조방법이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
이러한 본 발명은 슬래그 시멘트, 석분, 재생골재, 이수석고, 물 및 혼화제를 포함하고, 상기 재생골재와 이수석고는 4.0~2.5 : 0.2~2.0 의 중량비율로 포함된 것을 특징으로 하여, 폐기처분되고 있는 이수석고를 재활용할 수 있을 뿐만 아니라, 종래에 시멘트 벽돌에 많이 사용되던 모래나 동슬래그 없이도, KS 규정에 따른 압축강도와 흡수율을 만족시킬 수 있는 시멘트 벽돌을 가장 경제적인 방법으로 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 이수석고를 이용하여 시멘트 벽돌을 제조함에 있어서, 재료의 중량을 측정하는 것의 일례를 나타내는 사진이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 이수석고를 이용하여 시멘트 벽돌을 제조하는데 사용되는 콘크리트 믹서의 일례를 나타내는 사진이고,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 이수석고를 이용하여 시멘트 벽돌을 제조함에 있어서, 혼합물을 몰드에 투입하는 것의 일례를 나타내는 사진이고,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 이수석고를 이용하여 시멘트 벽돌을 제조함에 있어서, 몰드로부터 탈형시킨 시멘트 벽돌의 일례를 나타내는 사진이고,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 이수석고를 이용하여 시멘트 벽돌을 제조함에 있어서, 탈형시킨 시멘트 벽돌을 수중에서 양생시키는 것의 일례를 나타내는 사진이고,
도 6은 본 발명에 따른 시멘트 벽돌에 대하여 압축강도를 테스트하기 위한 유압식 압축강도 시험기의 일례를 나타내는 사진이고,
도 7 내지 도 12는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 벽돌의 압축강도 테스트 결과를 나타내는 그래프이고,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 벽돌의 평균 압축강도를 나타내는 그래프이고,
도 14는 본 발명에 따른 시멘트 벽돌에 대하여 흡수율을 테스트하기 위한 건조로의 일례를 나타내는 사진이고,
도 15 내지 도 20은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 벽돌의 흡수율 테스트 결과를 나타내는 그래프이고,
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 벽돌의 평균 흡수율을 나타내는 그래프이고,
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 벽돌의 제조원가를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 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.
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.
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 발명에 따른 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌은 기본적으로 슬래그 시멘트, 석분, 재생골재, 이수석고, 물 및 혼화제를 포함하여 이루어진다.
즉, 본 발명은 종래에 시멘트 벽돌 원료로 많이 사용되던 고로슬래그(또는 동슬래그)나, 압축강도를 높이고자하는 목적으로 많이 사용되던 모래 등을 사용하지 않고, 산업폐기물인 재생골재와 이수석고를 이용하여 성능은 동일하게 유지하면서도 경제적인 방법으로 시멘트 벽돌을 제조하기 위한 것이다.
이를 위하여, 상기 재생골재와 이수석고는 4.0~2.5 : 0.2~2.0 의 중량비율로 포함된 것이 바람직하다. 그리고, 상기 슬래그 시멘트, 석분, 물 및 혼화제는 1.5~2.0 : 10~15 : 1~2 : 0.01~0.1의 중량비율로 포함된 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 슬래그 시멘트 1.5~2.0 중량부, 석분 10~15 중량부, 재생골재 4.0~2.5 중량부, 이수석고 0.2~2.0 중량부, 물 1~2 중량부 및 혼화제 0.01~0.1 중량부가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌일 수 있다.
상기 슬래그 시멘트는 시멘트 벽돌 제조에 필요한 결합재의 성분으로 일반적으로 사용되는 조성물이다. 상기 시멘트의 주요성분은 CaO, SiO2, Al2O3 및 Fe2O3 등이며 이들은 시멘트의 주요한 성질인 수화·응결·경화 등의 작용을 지배하는 주요광물의 구성을 추산, 판단하는 근거가 된다. 상기 시멘트는 물과 수화반응을 일으키고 이를 통해 응결과 경화 반응이 진행되도록 하는 기능을 가진다. 상기 슬래그 시멘트는 폐콘크리트를 조크러셔를 이용하여 25mm크기로 분쇄하여 200℃에서 2시간 동안 예비가열한 후, 볼 밀(ball mill)을 이용하여 분쇄하여 0.15mm이하로 체가름하고, 700℃에서 90분 동안 전기로에 투입하여 가열처리한 후 얻을 수 있다.
본 발명에서, 상기 슬래그 시멘트는 1.5~2.0 중량부 만큼 포함되는 것이 바람직한데, 1.5중량부 미만으로 사용하게 되는 경우에는 내구성이 떨어지는 문제가 있고, 2.0 중량부를 초과하게 되는 경우에는 콘크리트의 압축강도가 떨어지는 문제가 있다.
상기 석분은 한수석이나 석회암의 가루, 또는 돌가루일 수 있다. 이러한 석분은 10~15 중량부 만큼 포함되는 것이 바람직한데, 10중량부 미만으로 사용하게 되는 경우에는 압축강도 및 내구성이 떨어지는 문제가 있고, 15 중량부를 초과하게 되는 경우에도 역시 압축강도 및 내구성이 떨어지는 문제가 있다.
상기 재생골재는 폐콘크리트 파쇄물일 수 있고, 그 중에서도 폐콘크리트를 분쇄한 것 중 세척된 1~10mm 입자크기의 것을 물:수용성페놀수지 비가 10:1로 혼합된 수조에서 5~15초간 함침 후 건조시켜 사용하는 경우에는, 후술하는 성형단계에서 강력한 진동 및 압착에 의한 폐콘크리트 재생골재의 파손이 방지되고, 또 성형체의 강도저하를 예방하면서 재생골재 표면에 있는 불순물을 제거할 수 있으며, 혼련단계에서 재생골재의 표면에 미분말의 시멘트 및 석고의 고착율이 향상되는 이점이 있다.
그리고, 일반적으로 재생골재를 사용시 문제로 나타나는 높은 흡수율과 자체강도 저하 현상 및 불순물의 유출 등의 문제점은, 상기한 수용성페놀수지 및 함께 첨가되는 이수석고와 후술하는 혼화제 등에 의해 흡수율이 감소되고, 압축강도가 향상되며, 모세관 및 열린공극이 차단됨으로써 불순물의 석출을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 재생골재는 4.0~2.5 중량부로 포함되는 것이 바람직한데, 2.5 중량부 미만으로 사용하게 되는 경우에는 콘크리트의 작업성이 떨어지는 문제가 있고, 4.0 중량부를 초과하게 되는 경우에는 내구성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 이수석고(CaSO4 + 2H2O2)는 황산칼슘(CaSO4)을 주성분으로 하는 매우 부드러운 황산염 광물로서, 시멘트의 초기수화와 응결에 많은 영향을 미친다. 상기 이수석고는 주요 수화반응 활성화제 역할을 하는 SO3 2- 이온을 방출하여 산성피막을 파괴하는 역할과 동시에 내부에서 용출되는 물질과 반응하여 수화물을 생성한다. 더욱 효과적으로는 이수석고 상태의 폐석고를 습식비중선별에 의해 중화처리 및 중금속 등을 제거하고, 정제 이수석고를 고형화한 후 450~700℃에서 20~40분간 가열하여 무수석고로 전이시키며, 그 다음 분쇄 및 분급과정을 거쳐 3,000~6,000㎠/g으로 미분말화하여 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 이수석고는 침상의 결정으로 팽창의 특성이 있고, 생성된 수화물은 수축 특성이 있어서 콘크리트 균열의 영향이 되기도 하는바, 이수석고의 사용량을 제어할 필요가 있으며, 본 발명자들은 이수석고의 사용량을 확인하기 위하여 후술하는 바와 같이 실험한 결과 상기 이수석고는 0.2~2.0 중량부만큼 포함되는 것이 바람직하다. 만약, 0.2 중량부 미만을 사용하는 경우에는 침상의 결정에 의한 네트워크 매트릭스를 제대로 형성시키지 못하여 강도가 저하되며, 2.0 중량부를 초과하여 사용하는 경우에는 흡수율이 높아질 뿐만 아니라 반응하지 못한 이수석고가 수화 생성물 사이에 응집상태로 존재하면서 이들의 결합력을 약화시켜서 오히려 강도가 저하된다.
상기 물은 1~2 중량부 만큼 사용하는 것이 바람직한데, 1 중량부 미만으로 사용하게 될 경우에는 콘크리트의 작업성이 떨어지고, 내구성이 떨어지는 문제가 발생하며, 2 중량부를 초과하여 사용하게 될 경우에는 내구성, 압축강도가 떨어지는 문제가 발생한다.
상기 혼화제는 고분자 무기 경화제가 첨가된 것으로서, 고성능 AE 감수제일 수 있다. 이와 같은 감수제의 사용은 감수제는 시멘트 입자를 분산시켜서 콘크리트의 유동성을 증대시키기 위한 것으로, 이들의 사용효과는 원하는 반죽 질기를 갖는 콘크리트를 제조하는데 필요한 단위수량을 많이 감소시켜, 그 결과 단위 시멘트량을 줄일 수 있기 때문이다.
감수제의 종류로는 폴리카르본산계, 멜라민 계, 나프탈렌 계가 있다.
상기 혼화제는 0.01~0.1 중량부 만큼 사용하는 것이 바람직한데, 0.01 중량부 미만으로 사용하게 될 경우에는 분산안정성과 유동성이 떨어지는 문제가 발생하고, 0.l 중량부를 초과하여 사용하게 될 경우에는 과팽창 및 응결이 과도하게 지연될 수 있다.
본 발명자들은 이수석고의 양 증가와 이에 따른 재생골재 감소가 시멘트 벽돌의 압축강도와 흡수율에 미치는 영향 테스트함으로서, 시멘트 벽돌 생산에서 이수석고 사용의 타당성을 고찰한 후, 본 발명을 완성하였다.
구체적으로, 본 발명자들은 폐기처분 되는 이수석고를 이용하여 시멘트 벽돌 골재로 사용할 경우 KS 규정에서 제시하는 시멘트 벽돌의 압축강도(8MPa 이상)와 흡수율(13% 이하)을 만족하는지를 검증하였다. 본 실험에서는 이수석고 함유량을 재생골재에 대하여 0%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%의 중량비율로 증가하였을 경우 이수석고가 시멘트 벽돌의 압축강도와 흡수율에 미치는 추이를 고찰하였다.
그 결과, 시멘트 벽돌 공시체 압축강도의 경우 KS 규정에 제시한 압축강도 8MPa을 모든 Case에서 만족하였으나, 이수석고의 양이 증가함에 따라 압축강도가 감소하는 경향이 있음을 알 수 있었다. 이수석고 양이 40%인 S5의 경우 평균 압축강도가 9.08MPa로 측정되어 KS 규정의 압축강도에 대해 약 1Mpa 정도의 여유가 있었다.
그리고, 시멘트 벽돌 공시체 흡수율의 경우 KS 규정에 제시한 흡수율 13%를 모든 Case에서 만족하였으나 이수석고의 양이 증가함에 따라 흡수율이 증가하는 경향이 있음을 알 수 있었다. 이수석고 양이 40%인 S5의 경우 평균 흡수량이 12.85%로 측정되어 KS 규정의 흡수량에 대해 약 0.15% 정도의 여유가 있었다. 따라서 시멘트 벽돌 공시체의 이수석고 치환 양은 40%를 초과하지 않아야 할 것으로 사료된다.
이와 함께. 본 실험에 의한 경제성 평가결과 현장 제조원가에 비해 모래를 사용하지 않은 Plain은 15.67% 저감효과가 있었으며, S5는 17.95% 저감효과가 있었다.
이러한 본 발명은 슬래그 시멘트, 석분, 재생골재, 이수석고, 물 및 혼화제를 포함하고, 상기 재생골재와 이수석고는 4.0~2.5 : 0.2~2.0 의 중량비율로 포함된 것을 특징으로 하여, 폐기처분되고 있는 이수석고를 재활용할 수 있을 뿐만 아니라, 종래에 시멘트 벽돌에 많이 사용되던 모래나 동슬래그 없이도, KS 규정에 따른 압축강도와 흡수율을 만족시킬 수 있는 시멘트 벽돌을 가장 경제적인 방법으로 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 모래 및/또는 동슬래그를 전혀 이용하지 않는 것을 특징으로 하여, 종래보다 훨씬 더 경제적인 방법으로 시멘트 벽돌을 제조하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태는, 슬래그 시멘트 1.5~2.0 중량부, 석분 10~15 중량부, 재생골재 4.0~2.5 중량부, 이수석고 0.2~2.0 중량부, 물 1~2 중량부 및 혼화제 0.01~0.1 중량부를 혼합하고, 몰드에 투입하여 벽돌 형상으로 제조하는 것을 특징으로 하는 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌의 제조방법이다.
원료를 혼합하고, 몰드를 이용하여 벽돌 형상으로 제조하는 구체적인 방법은 당업계에 알려진 다양한 방법을 이용할 수 있다.
이러한 본 발명에 의하면 화학비료 공장의 폐기물(이수석고)를 재활용함으로서 환경을 개선시킬 수 있고, 시멘트 벽돌 생산에 있어 모래와 동슬래그 미사용으로 생산비 저감효과를 발생시켜서 생산업체의 이윤을 증대시킬 수 있으며, 나아가 자원을 재활용(Recycle)할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 : 이수석고를 이용한 시멘트 벽돌 제조
슬래그 시멘트는 1.836kg, 석분은 13.572kg, 물은 1.5kg, 고분자 무기 경화제가 첨가된 혼화재(ET)는 39g으로 고정하였고, 여기에 이수석고와 재생골재를 더 포함시켰다. 재생골재로는 폐콘크리트 파쇄물을 이용하였다.
그 중에서도, 상기 이수석고와 재생골재의 사용량은 변화를 주어 제조하였다. 즉, 아래 표 1에 나타난 바와 같이, 이수석고는 재생골재의 중량에 대하여 0%(Plain), 5%(S1), 10%(S2), 20%(S3), 30%(S4), 40%(S5)로 하였고(도 1), 이수석고 증가량에 따라 재생골재의 양은 감소시키었다. Plain은 이수석고를 넣지 않고 배합한 것으로서 다른 시료의 압축강도 및 흡수율에 대하여 기준으로 삼았다.
또한, 종래에 시멘트 벽돌 생산시 많이 사용되던 모래는 수급이 어렵고 상대적으로 가격이 높기 때문에 사용하지 않았다.
Plain S1 S2 S3 S4 S5
슬래그시멘트 1.836kg 좌동 좌동 좌동 좌동 좌동
석분 13.572kg 좌동 좌동 좌동 좌동 좌동
재생골재 4.176kg 3.967kg 3.758kg 3.341kg 2.923kg 2.506kg
이수석고 0g 208.8g 417.6g 835.2g 1252.8g 1670.4g
물 1.5kg 좌동 좌동 좌동 좌동 좌동
혼화재(ET) 39g 좌동 좌동 좌동 좌동 좌동
이어서, 상기 표 1에 나타난 바와 같은 배합비율로 혼합된 배합물을 콘크리트 믹서에 넣고 혼합한 다음(도 2), 각각의 혼합물을 시멘트 벽돌 몰드에 투입하고 충격을 가하여 다짐을 실시한 후(도 3), 탈형하였다(도 4). 이어서, 상기 탈형시킨 시멘트 벽돌을 7일간 수중 양생하였다(도 5).
실험예 1: 이수석고를 이용한 시멘트 벽돌의 압축강도 테스트
상기 실시예에 따라 이수석고 함유 비율이 다른 시멘트 벽돌 공시체를 각각 6개씩 제조하였다. 이 중 3개의 공시체는 압축강도 테스트용으로 사용하였고, 나머지 3개는 후술하는 흡수율 테스트에 사용하였다.
실험 당시 현장 습도는 83%였고, 실험시간은 2시간 동안 실시하였으며, 시멘트 벽돌 공시체의 단면적은 90mm × 190mm = 17,100mm2 였다.
실험방법은 압축파괴 실험을 기본으로 하여 이때 발생하는 압축강도를 측정하였다. 압축강도 측정은 유압식 압축강도 테스트기를 사용하였으며(도 6), 각 Case별로 3개의 공시체에 대해 압축강도를 측정한 후 평균을 계산하였다.
압축강도는
Figure pat00001
의 식에 의해 계산하였으며, KS 규종의 2종 벽돌 압축강도 기준은 8MPa 이상이다.
그 결과는 하기 표 2 및 도 7 내지 도 13에 나타난 바와 같다.
시편
Case		 1 2 3 AV
P 12.28 8.87 13.45 11.53
S1 15.79 8.19 7.02 10.33
S2 11.81 14.27 9.71 11.93
S3 10.18 7.37 10.18 9.24
S4 9.71 12.51 7.60 9.94
S5 9.24 9.71 8.30 9.08
(단위:MPa)
상기 표 2 및 도 13에 나타난 바와 같이, 이수석고의 양이 증가함에 따라 전체적으로 시멘트 벽돌 공시체의 압축강도가 감소함을 알 수 있다. 다만, S2의 경우 압축강도가 제일 높게 측정되었으나 이는 실험 변수(예를 들어, 유압식 압축강도 테스트기의 유압속도 차이)에 의한 것으로 사료되며, 전체적인 그래프의 양상은 이수석고의 양이 증가함에 따라 시멘트 벽돌 공시체의 압축강도가 감소하는 것으로 볼 수 있다.
실험예 2: 이수석고를 이용한 시멘트 벽돌의 흡수율 테스트
흡수율 실험은 아래의 KS 규정에 의해 실시하였다.
KSF 4004 내용은 아래와 같다. KSF4004에서는 양생실을 이용하는 경우와 항온항습을 이용하는 경우에 대해 규정하고 있다.
(양생실을 이용하는 경우)
1. 1.1 1종 벽돌 : 압축강도 13N/mm2 (13MPa), 흡수율 : 7%이하
1.2 2종 벽돌 : 압축강도 8N/mm2 (8MPa), 흡수율 : 13%이하
2. 물/시멘트 비율(W/C) = 35% 이하
3. 실내 양생은 500도시(양생온도*양생시간)를 표준으로 함
4. 양생실 최고 온도는 65℃ 를 초과하지 않아 야 함
5. 양생실 온도를 올리거나 내릴 때는 시간당 20℃내에서 변화토록 함
6. 시험체는 1차 양생 후 7일 보존 하고, 시험체를 2시간 정도 물속에 담겨 두었다가 꺼집어 내어 1시간 정도 지난 후에 압축강도를 측정한다.
(실제 시험체를 제작하여 항온항습기에 넣어 하는 경우)
1. 상기 KS 기준을 기본적으로 준용함
2. 벽돌의 시험체는 진동 압축등 최대한 콘크리트가 치밀하게 충전되도록 함
3. 항온 항습기에 넣어 두는 전양생 기간은 약 10시간 정도로 함
4. 실험 방법- 1) 시험체를 제작한다
2) 항온 항습기의 습도는 시작부터 100%를 유지한다
3) 항온 항습기의 온도가 20℃ 일때 시험체를 넣는다
4) 3번 조건에서 30분간 유지시키다
5) 4번에서 1시간에 20℃를 상승시킨다(실내40℃)
6) 5번 조건에서 1시간을 유지시킨다
7) 6번에서 1시간에 20℃를 상승시킨다(실내60℃)
8) 7번 조건에서 4시간을 유지시키다
9) 8번에서 1시간에 20℃를 하강시킨다(실내40℃)
10) 9번 조건에서 1시간을 유지시킨다
11) 10번에서 1시간에 10℃를 하강시킨다(실내30℃)
12) 11번 온도에서 즉시 꺼집어 내어 보관한다
5. 전양생 기간 : 10시간 30분으로 하였음
6. 도시 : 495(표준:500도시임)
본 실험에서는 양생실로서 건조로를 이용한 흡수율 실험을 하였다. 즉, 상기 실시예에 따라 제조된 시멘트 벽돌 공시체를 24시간 침수시킨 후 표건 상태의 무게를 측정하고 각 Case별 3개를 건조로에 투입하였다. 건조로에서 온도 25℃로 유지시키면서 20시간 동안 건조시켰고, 항습을 위해 건조로의 맨 아래 칸에 물을 담은 접시를 시멘트 벽돌 공시체와 같이 넣었다(도 14).
그리고는, 상기와 같이 건조시킨 후에 무게를 측정하여 흡수율을 측정하였다. 흡수율도 각 Case별 3개 공시체를 측정한 후 평균을 취하였으며, 그 결과는 하기 표 3 및 도 14 내지 도 21에 나타난 바와 같다.
시편
Case		 1 2 3 AV
P 5.44 6.32 4.59 5.45
S1 8.81 8.87 9.14 8.94
S2 9.03 8.89 10.88 9.60
S3 9.75 9.99 11.6 10.45
S4 11.86 9.90 9.63 10.46
S5 12.78 12.87 12.89 12.85
상기 표 3 및 도 21에 나타난 바와 같이, 이수석고의 양이 증가함에 따라 시멘트 벽돌 공시체의 흡수율이 증가함을 알 수 있다. S5의 경우 흡수율의 기준 한계인 13%에 가깝게 측정되었다. 따라서 이수석고의 양을 40% 이하로 하는 것이 바람직하다는 것을 확인하였다.
실험예 3: 이수석고를 이용한 시멘트 벽돌의 경제성 평가
석분과 재생골재의 단위중량이 2.2ton/m3 ~ 2.7ton/m3으로 범위가 다양하므로, 본 경제성 평가에서는 석분과 재생골재의 단위중량을 2.5ton/m3으로 고정하여 가격을 계산하였다. 슬래그 시멘트는 63,000원/ton으로 계산하였고, 석분은 180,000원/17m3, 재생골재는 120,000원/17m3, 일반용 물은 2,000원/ton, 혼화재는 950원/kg으로 계산하였다. 다만, 이수석고의 가격은 책정된 바가 없어 '0'원으로 계산하였다.
하기 표 4는 상기 표 1의 배합표를 근거로 한 본 발명에 따른 시멘트 벽돌 시료의 제조원가를 계산한 것이다. 도 22는 본 발명에 따른 시멘트 벽돌 시료의 제조원가 합계를 나타내는 그래프이다.
Plain S1 S2 S3 S4 S5
슬래그시멘트 16.524 16.524 16.524 16.524 16.524 16.524
석분 1.368 1.368 1.368 1.368 1.368 1.368
재생골재 1.684 1.600 1.516 1.348 1.179 1.001
이수석고 0 0 0 0 0 0
물 0.429 0.429 0.429 0.429 0.429 0.429
혼화재(ET) 5.293 5.293 5.293 5.293 5.293 5.293
합 계 25.298 25.214 25.13 24.962 24.793 24.615
또한, 상기 표 4와 도 22의 그래프를 고려하여, 실제 현장제조원가(30원)를 기준으로 한 제조원가의 감소량을 하기 표 5에 나타내었다.
현장제조원가 Plain S1 S2 S3 S4 S5
합 계 30원 25.298원 25.214원 25.130원 24.962원 24.793원 24.615원
저감효율 0% 15.67% 15.95% 16.23% 16.79% 17.36% 17.95%
상기 표 4와 표 5 및 도 22에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 시멘트 벽돌에서 이수석고의 함량이 증가할 수록 원가는 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
본 실험에서는 시멘트 벽돌 공시체에 치환된 이수석고 증가량에 대해 KS 규정에서 제시한 압축강도와 흡수율을 비교하여 그 양상을 고찰하였다. 더욱 정밀한 데이터 확보를 위해 본 실험의 데이터를 기준으로 각 Case별 30개 이상의 시멘트 벽돌 공시체에 대한 실험을 통해 확률 통계적 정밀한 데이터 분석이 필요하며, 실험적 변수를 일부 제거하기 위해 시멘트 벽돌 공장의 생산라인에서 직접 시멘트 벽돌 공시체를 제작하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

Claims (5)

  1. 슬래그 시멘트, 석분, 재생골재, 이수석고, 물 및 혼화제를 포함하고,
    상기 재생골재와 이수석고는 4.0~2.5 : 0.2~2.0 의 중량비율로 포함된 것을 특징으로 하는 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬래그 시멘트, 석분, 물 및 혼화제는 1.5~2.0 : 10~15 : 1~2 : 0.01~0.1의 중량비율로 포함된 것을 특징으로 하는 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌.
  3. 슬래그 시멘트 1.5~2.0 중량부, 석분 10~15 중량부, 재생골재 4.0~2.5 중량부, 이수석고 0.2~2.0 중량부, 물 1~2 중량부 및 혼화제 0.01~0.1 중량부가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌.
  4. 제3항에 있어서,
    모래 및 동슬래그로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 포함되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌.
  5. 슬래그 시멘트 1.5~2.0 중량부, 석분 10~15 중량부, 재생골재 4.0~2.5 중량부, 이수석고 0.2~2.0 중량부, 물 1~2 중량부 및 혼화제 0.01~0.1 중량부를 혼합하고, 몰드에 투입하여 벽돌 형상으로 제조하는 것을 특징으로 하는 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌의 제조방법.
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CN108083702A (zh) * 2017-12-27 2018-05-29 新昌县隆豪轴承有限公司 一种环保墙体砖生产工艺
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