KR20230045383A - 저회를 포함하는 무근 콘크리트 구조물의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 무근 콘크리트 구조물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (a) 화력발전의 부산물인 저회(Bottom Ash) 분말을 입도에 따라 분류하여 채집하는 단계, (b) 상기 채집된 저회 분말을 세척하지 않은 상태로 포함하는 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 제조하는 단계 및 (c) 상기 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 사용하여 무근 콘크리트 구조물을 형성하는 단계로 구성된다.
Description
본 발명은 화력발전의 산업부산물인 저회(Bottom Ash)를 사용하여 무근 콘크리트 구조물을 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 무근 콘크리트 구조물에 관한 것이다.
화력발전소의 산업부산물인 석탄재는 공기 중에 비산되는 비회(Fly Ash)와 로(Furnace) 내 바닥에 남는 저회(Bottom Ash)로 구분되고, 비회는 현재 시멘트 제조공정의 결합재 또는 혼화제로 사용되는 순환자원이지만, 저회는 해수로 냉각한 뒤 회사장으로 이송하여 배출하고 있다. 이렇게 회사장에서 쌓인 저회에 남은 해수는 저지대로 흘러 정수 과정을 거친 뒤 냉각수로 다시 사용되고 회사장에는 저회만이 남게 된다. 상기 저회를 재활용하기 위해서는 염분 제거를 위한 세척 공정이 수반되어야 하며, 알맹이의 크기를 구분하기 위한 분쇄 혹은 체가름이 필요하여 이의 활용이 원활히 이루어지고 있지 않다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 저회를 별도의 세척 없이 골재 또는 시멘트를 대체하여 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 형성하고 상기 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 사용하여 무근 콘크리트 구조물을 제작하는 방법 및 이에 의하여 제조된 무근 콘크리트 구조물을 고안하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 저회를 포함하는 무근 콘크리트 구조물의 제조 방법은 (a) 화력발전의 부산물인 저회(Bottom Ash) 분말을 입도에 따라 분류하여 채집하는 단계, (b) 상기 채집된 저회 분말을 세척하지 않은 상태로 포함하는 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 제조하는 단계 및 (c) 상기 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 사용하여 무근 콘크리트 구조물을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 단계 (a)에서, 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말 및 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말을 각각 채집하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 단계 (b)에서, 상기 채집된 저회 분말에 포함된 염분을 세척하지 않고 상기 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물에 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 단계 (c)에서, 상기 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 28일 동안 수중 양생하여 상기 무근 콘크리트 구조물을 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서, 상기 제조 방법에 따라 제조된 무근 콘크리트 구조물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저회를 포함하는 무근 콘크리트 구조물의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 무근 콘크리트 구조물은, 화력발전소로부터 배출된 폐기물의 보관 장소인 회사장에 보관 중인 저회를 추가 비용이 소요되는 별도의 세척 공정 없이 수거된 상태대로 재활용할 수 있게 하도록 염분의 존재와 상관없이 사용할 수 있는 방파제에서 사용되는 소파블록 등의 무근 콘크리트 구조물에 제공함으로써, 폐기되어 방치되고 있는 저회의 사용량을 증가시켜 저회 폐기물로 인하여 유발되는 환경문제를 감소시킬 수 있다. 또한 시멘트 산업 분야에서 수급에 어려움이 있는 골재를 일정 부분 대체하여 사용함으로써 골재의 사용량을 감소시켜 골재의 수급 안정에 기여할 수 있으며, 시멘트도 일정 부분 대체하여 사용함으로써 시멘트 제조에서 발생하는 탄소량의 감소로 인한 추가적인 환경보호 효과도 얻을 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저회를 포함하는 무근 콘크리트 구조물 제조 방법의 블록도 이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말와 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말의 형상을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말이 포함된 시멘트 모르타르 조성물과 포함되지 않은 시멘트 모르타르 조성물로 형성된 무근 콘크리트 구조물의 압축강도를 비교하여 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말이 포함된 시멘트 모르타르 조성물과 포함되지 않은 시멘트 모르타르 조성물의 물성을 비교한 표이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말이 포함된 시멘트 모르타르 조성물과 포함되지 않은 시멘트 모르타르 조성물의 물성을 비교한 표이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말와 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말의 형상을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말이 포함된 시멘트 모르타르 조성물과 포함되지 않은 시멘트 모르타르 조성물로 형성된 무근 콘크리트 구조물의 압축강도를 비교하여 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말이 포함된 시멘트 모르타르 조성물과 포함되지 않은 시멘트 모르타르 조성물의 물성을 비교한 표이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말이 포함된 시멘트 모르타르 조성물과 포함되지 않은 시멘트 모르타르 조성물의 물성을 비교한 표이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저회를 포함하는 무근 콘크리트 구조물 제조 방법의 블록도 이다.
도1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 저회를 포함하는 무근 콘크리트 구조물 제조 방법은 (a) 화력발전의 부산물인 저회(Bottom Ash) 분말을 입도에 따라 분류하여 채집하는 단계, (b) 상기 채집된 저회 분말을 세척하지 않은 상태로 포함하는 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 제조하는 단계 및 (c) 상기 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 사용하여 무근 콘크리트 구조물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 (a)(S10) 에서는 화력발전의 부산물인 저회(Bottom Ash) 분말을 입도에 따라 분류하여 채집할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 화력발전의 부산물인 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(Bottom Ash) 또는 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말을 분류하여 채집할 수 있다.
화력발전소의 산업부산물인 석탄재는 크게 공기 중에 비산되는 비회(Fly Ash)와 로(Furnace)내 바닥에 남는 저회(Bottom Ash)로 구분될 수 있다. 비회는 시멘트 제조공정의 결합재 또는 혼화제로 사용되는 순환자원이지만, 저회는 해수로 냉각한 뒤 회사장으로 이송하여 배출할 수 있다. 회사장에서 쌓인 저회에 남은 해수는 저회와 분리되어 저지대로 이동된 후 정수 과정을 거쳐 냉각수로 사용될 수 있다. 해수가 배출된 후 회사장에는 저회만 남을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 해수와 분리되어 회사장에 남은 상기 저회는 밀도가 2.08g/㎤이고, 수분 흡수율은 9.7% 일 수 있다. 상기 저회의 성분을 분석하기 위하여 XRF 분석을 진행할 수 있다. XRF 분석 진행 결과 상기 저회의 주요 성분은 SiO2, Al2O3, Fe2O3일 수 있다. 화력발전을 마친 상기 저회의 냉각을 위하여 사용된 해수에 포함된 Cl이 상기 저회에서 검출되지만 0.01%의 낮은 비율로 검출될 수 있다.
모래와 같이 평균 입도가 1 내지 3mm인 잔골재를 제1 토양 부재라고 한다. 자갈과 같이 평균 입도가 3mm 보다 큰 굵은 골재를 제2 토양 부재라고 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 저회 채집 단계(S10)에서는, 분류된 저회를 세척 공정 없이 채집할 수 있다. 화력발전소로부터 배출된 저회를 별도의 세척 공정을 거치지 않고 수거된 상태 그대로 재활용하려면 염분의 존재 여부와 관계없이 저회를 제1 토양 부재 또는 시멘트를 대체하여 사용할 수 있어야 가능할 수 있다. 해안에 입사하는 파랑으로부터 연안을 보호하기 위하여 방파제가 설치될 수 있다. 입사 파랑으로부터 상기 방파제에 충격을 주는 반사파를 줄이기 위하여 소파블록을 사용할 수 있다. 통상적으로 상기 소파블록은 철근 없이 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물만을 타설하여 제작할 수 있다. 상기 소파블록은 해수 및 염분에 노출되므로 제1 토양 부재 또는 시멘트 내에 존재하는 염분과 상관없이 상기 저회의 배합을 고려할 수 있다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말와 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말의 형상을 도시한 도면이다.
도2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따르는 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(100) 중 평균 입도가 2mm인 저회 분말 및 평균 입도가 0.03054mm인 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200) 중 평균 입도가 0.03054mm인 저회 분말을 채집할 수 있다. 상기 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(100)은 제1 토양 부재를 대체하여 사용할 수 있다. 상기 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200)은 시멘트를 대체하여 사용할 수 있다. 상기 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(100) 및 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200)은 별도의 분류 공정 없이 상기 회사장에서의 저회의 채집 위치에 따라 분류할 수 있다. 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(100)은 회사장에서 자연 건조된 상태에서 채집할 수 있다. 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200)은 해수가 모여 있는 저지대의 리바운드 폰드(Rebound Pond) 주변에서 채집할 수 있다.
단계 (b)(S20) 에서는 상기 채집된 저회 분말을 세척하지 않은 상태로 포함하는 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 제조할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 채집된 저회 분말에 포함된 염분을 세척하지 않고 상기 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물에 포함할 수 있다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말이 포함된 시멘트 모르타르 조성물과 포함되지 않은 시멘트 모르타르 조성물로 형성된 무근 콘크리트 구조물의 압축강도를 비교하여 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말이 포함된 시멘트 모르타르 조성물과 포함되지 않은 시멘트 모르타르 조성물의 물성을 비교한 표이다.
도2, 도3 및 도4를 참조하면 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(100)은 제1 토양 부재를 대체하여 사용할 수 있다. 이 경우 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물은 시멘트, 물, 제1 토양 부재, 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(100), 제2 토양 부재, 기타 혼화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물로 형성될 수 있다. 상기 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물은 물 이외의 나머지 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 마른 상태에서 배합한 후 물을 투입하여 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 시멘트 모르타르 조성물 제조 단계에서, 상기 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(100)의 양은 상기 제1 토양 부재의 양과 같거나 적게 포함하고, 물의 양은 전체 시멘트 모르타르 조성물 중량의 40% 이상 포함할 수 있다. 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(100)은 물 흡수율이 제1 토양 부재보다 높으므로 제1 토양 부재의 일부를 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(100)로 대체하면 물 사용량이 증가할 수 있다. 상기 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(100)를 포함하는 시멘트 모르타르 조성물은 200mm 이상의 플로우(Flow)를 가질 수 있다. 따라서 복잡한 형상을 형성하는 소파블록 구조물을 제작하는 데 적합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(100)를 포함하는 시멘트 모르타르 조성물은 사용 용도에 따라 제2 토양 부재를 더 포함하여 콘크리트 조성물로 제조될 수 있다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말이 포함된 시멘트 모르타르 조성물과 포함되지 않은 시멘트 모르타르 조성물의 물성을 비교한 표이다.
도2 및 도5를 참조하면 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200)은 시멘트를 대체하여 사용할 수 있다. 이 경우 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물은 시멘트, 물, 제1 토양 부재, 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200), 제2 토양 부재, 기타 혼화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 저회 혼합 단계에서, 상기 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200)의 사용량은 상기 시멘트의 사용량과 같거나 적을 수 있으며, 물의 사용량은 전체 시멘트 모르타르 조성물 중량의 40% 이하일 수 있다. 이러한 배합에서 상기 시멘트 일부를 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200)로 대체할 수 있다. 이 경우 시멘트의 사용량을 줄일 수 있다. 전체 시멘트 사용량의 30%를 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200)로 대체하였을 때 무근 콘크리트 구조물에서 9%의 압축강도 향상의 효과를 얻을 수 있다. 전체 시멘트 사용량의 50%를 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200)로 대체한 때에도 무근 콘크리트 구조물에서 2%의 압축강도의 저하만을 보일 수 있다. 따라서, 전체 시멘트 사용량의 50%까지 시멘트를 상기 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200)로 대체할 수 있다. 상기 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200)을 사용한 시멘트 모르타르 조성물은 약 300mm의 플로우를 가질 수 있어 복잡한 형상의 소파블록 및 기타 무근 콘크리트 구조물의 제작에 효과적일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200)을 포함하는 시멘트 모르타르 조성물은 사용 용도에 따라 제2 토양 부재를 더 포함하여 콘크리트 조성물로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(100) 및 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200)을 동시에 혼합하여 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 제조할 수 있다. 상기 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말(100) 및 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말(200)을 모두 사용할 때는 저회의 사용량을 높일 수 있으며, 제1 토양 부재 및 시멘트의 사용량을 함께 절감할 수 있으므로 자원 수급 안정 및 환경보호에 더욱 효과적일 수 있다.
단계 (c)(S30) 에서는 상기 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 사용하여 무근 콘크리트 구조물을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 무근 콘크리트 구조물 형상 단계에서는, 상기 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 28일 동안 수중양생하여 상기 무근 콘크리트 구조물을 형성할 수 있다. 상기 무근 콘크리트 구조물을 제작하기 위하여 상기 수중양생에 추가로 증기양생을 진행할 수 있다. 상기 증기양생을 진행할 때는 60℃에서 12시간 이상의 조건으로 진행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 단계 (a)(S10) 내지 단계 (c)(S30) 에 기재된 방법을 이용하여 무근 콘크리트 구조물을 제조할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 저회를 포함하는 무근 콘크리트 구조물에는 고 파랑 대응 소파블록 또는 제작 및 시공성이 향상된 고 파랑 대응 소파블록이 포함될 수 있다. 이외에도 해상에 사용되어 해수 및 염분에 노출되는 모든 무근 콘크리트 구조물이 그 대상이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저회를 포함하는 무근 콘크리트 구조물의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 무근 콘크리트 구조물은, 화력발전소로부터 배출된 폐기물의 보관 장소인 회사장에 보관 중인 저회를 추가 비용이 소요되는 별도의 세척 공정 없이 수거된 상태대로 재활용할 수 있게 하도록 염분의 존재와 상관없이 사용할 수 있는 방파제에서 사용되는 소파블록 등의 무근 콘크리트 구조물에 제공함으로써, 폐기되어 방치되고 있는 저회의 사용량을 증가시켜 저회 폐기물로 인하여 유발되는 환경문제를 감소시킬 수 있다. 또한 시멘트 산업 분야에서 수급에 어려움이 있는 골재를 일정 부분 대체하여 사용함으로써 골재의 사용량을 감소시켜 골재의 수급 안정에 기여할 수 있으며, 시멘트도 일정 부분 대체하여 사용함으로써 시멘트 제조에서 발생하는 탄소량의 감소로 인한 추가적인 환경보호 효과도 얻을 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말
200 : 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말
S10 : 단계 (a)
S20 : 단계 (b)
S30 : 단계 (c)
200 : 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말
S10 : 단계 (a)
S20 : 단계 (b)
S30 : 단계 (c)
Claims (5)
- (a) 화력발전의 부산물인 저회(Bottom Ash) 분말을 입도에 따라 분류하여 채집하는 단계;
(b) 상기 채집된 저회 분말을 세척하지 않은 상태로 포함하는 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 사용하여 무근 콘크리트 구조물을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저회를 포함하는 무근 콘크리트 구조물 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 (a)에서,
평균 입도 1 내지 3mm의 저회 분말 및 평균 입도 10 내지 50㎛의 저회 분말을 각각 채집하는 것을 특징으로 하는 저회를 포함하는 무근 콘크리트 구조물 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 (b)에서,
상기 채집된 저회 분말에 포함된 염분을 세척하지 않고 상기 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물에 포함하는 것을 특징으로 하는 저회를 포함하는 무근 콘크리트 구조물 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 (c)에서,
상기 시멘트 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물을 28일 동안 수중 양생하여 상기 무근 콘크리트 구조물을 형성하는 것을 특징으로 하는 저회를 포함하는 무근 콘크리트 구조물 제조 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 이용하여 제조된 무근 콘크리트 구조물.
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