KR100878665B1

KR100878665B1 - 폐콘크리트를 이용한 유해 폐기물 고화용 시멘트 제조방법및 이로부터 제조된 시멘트

Info

Publication number: KR100878665B1
Application number: KR20020052102A
Authority: KR
Inventors: 이재은; 이훈하; 김대영; 변태봉; 이재영
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2009-01-13
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: KR20040020494A

Abstract

본 발명은 폐콘크리트를 이용한 유해 폐기물 고화용 시멘트 제조방법에 관한 것으로,

폐콘크리트를 분쇄하고 600-900℃로 하소하는 단계, 및 하소된 폐콘크리트 미분말을 40-45중량%, 고로슬래그 미분말을 40-45중량%, 반수석고 및/또는 무수석고를 5-10중량% 그리고 포틀랜드 시멘트를 5-10중량%로 혼합하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 폐콘크리트를 이용한 유해 폐기물 고화용 시멘트 제조방법 및 이로부터 제조된 시멘트가 제공된다.

본 발명에 의하면, 폐콘크리트를 제철 발생 부산물인 고로슬래그와 함께 사용하여 시멘트로 재생산하기때문에 경제적으로 시멘트를 제조할 수 있으며, 폐콘크리트로인한 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

폐콘크리트, 고로슬래그, 시멘트, 하소, 폐기물

Description

폐콘크리트를 이용한 유해 폐기물 고화용 시멘트 제조방법 및 이로부터 제조된 시멘트{MANUFACTURING METHOD OF CEMENT FOR SOLIDIFYING INDUSTRIAL WASTE USING WASTE CONCRETE AND THE CEMENT THEREBY}

본 발명은 폐콘크리트를 이용한 유해 폐기물 고화용 시멘트 제조방법 및 이로부터 제조된 시멘트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐콘크리트 미분말을 하소하고, 고로슬래그 미분말, 석고 및 포틀랜드 시멘트를 적절히 혼합하여 폐콘크리트의 수화성을 향상시킨 폐콘크리트를 이용한 유해 폐기물 고화용 시멘트 제조방법 및 이로부터 제조된 시멘트에 관한 것이다.

재건축, 재개발 사업의 활성화 등에 의한 시설물의 해체로 발생되는 콘크리트 폐재는 해를 거듭할수록 증가하고 있고 이러한 폐기물은 주로 매립하여 처리되어 왔으나 매립지 확보 자체가 또 다른 문제로 제기되고 있고 환경 보존 및 자원의 재활용 관점에서 폐콘크리트를 경제적으로 이용하는 방안은 매우 중요하다고 할 수 있다.

분쇄된 폐콘크리트를 시멘트 또는 콘크리트 재료로 활용하는 방안으로는 조 골재 및 세골재로 분리하여 콘크리트용 골재로 재활용하는 것이 적극적으로 검토되고 있으며 이러한 골재를 분리하여 얻은 폐콘크리트 미분말에 석회석 미분말등을 가해 소성하여 재생시멘트를 제조하려는 시도가 있었다.

현재까지의 폐콘크리트를 활용하는 방법으로는 대한민국 특허공고 제2001-079697호에 개시된 폐콘크리트를 이용한 재생골재 제조방법으로 분쇄, 선별, 세척과정을 거쳐 골재로 재활용하는 방법이며, 대한민국 특허공고 제87-9236호에 개시된 기술은 미사용 콘크리트에 수화 억제제를 첨가하고 다시 촉진제를 첨가하여 응고 가능한 상태로 복원하여 활용하는 방법이 있고, 대한민국 특허공고 제2000-056766호에 개시된 기술은 폐콘크리트 40~70중량%, 오니류 20~50중량%, 소각재 4~34중량%, 석면 1~31중량%, 폐주물사 4~34중량%, 시멘트 1~31중량%로 구성된 혼합물 중량에 대하여 물 15~30중량%를 첨가하여 콘크리트 조성물을 제조하는 방법이 있으며, 폐콘크리트를 활용하지는 않으나 고로슬래그와 폐석고를 활용하는 방법으로서는 대한민국 특허공고 제2000-072623호에 개시된 기술로 폐석고 40~80중량%, 고로슬래그 미분말 15~55중량%, 시멘트 0~10중량%, 소석회 0~10중량%, 자극제 0~10중량%를 건식혼합한 후 60~85℃의 온도에서 양생하여 콘크리트 2차제품을 제조하는 기술 등이 개시되어 있다.

그러나, 현재까지의 기술은 폐콘크리트 미분말의 수화성상의 활용측면보다는 혼합재료로 활용되어지는 기술과 선별작업에 의한 골재로의 재활용 기술이 대부분이며, 폐콘크리트가 갖는 단점인 낮은 수화반응성을 해결하여 시멘트 제조에 재활용가능하도록 하는 폐콘크리트를 이용한 시멘트 제조 기술은 아직까지 제안된 바 없다.

이에 본 발명의 목적은 폐콘크리트 미분말을 특정온도에서 열처리하고, 고로슬래그 미분말, 석고 및 포틀랜드 시멘트를 적절히 혼합하여 시멘트를 제조함으로써 폐콘크리트에 잔존해 있는 Ca(OH)₂, 미수화 시멘트 성분의 수화반응성을 향상시킨 폐콘크리트를 이용한 유해 폐기물 고화용 시멘트 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 유해 폐기물 고화용 시멘트를 제공하는 것이다.

본 발명의 일견지에 의하면,

폐콘크리트를 분쇄하고 600-900℃로 하소하는 단계, 및 하소된 폐콘크리트 미분말을 40-45중량%, 고로슬래그 미분말을 40-45중량%, 반수석고 및/또는 무수석고를 5-10중량% 그리고 포틀랜드 시멘트를 5-10중량%로 혼합하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 폐콘크리트를 이용한 유해 폐기물 고화용 시멘트 제조방법이 제공된다.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 방법에 의해 제조된 유해 폐기물 고화용 시멘트가 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명자들은 폐콘크리트를 미분말화하고 고온에서 하소한 후, 이것을 고로슬래그 미분말, 반수석고 및/또는 무수석고 및 포틀랜트 시멘트와 적절히 혼합하는 경우에 폐콘크리트의 수화반응성이 활성화되고 고로슬래그 미분말이 수경성을 발휘하게 되어 폐콘크리트를 이용하여 시멘트 제조가 가능함을 발견하였다.

먼저, 폐콘크리트를 분쇄기를 이용하여 미분말화한 다음, 이것을 시멘트 클링커 소성온도보다 낮은 600-900℃의 온도로 하소한다.

콘크리트는 대기중에 노출되어 있어 시간이 지남에 따라 탄산화반응으로 시멘트와 같은 급격한 수화반응성이 없으나, 본 발명의 방법에 따라 하소된 폐콘크리트 미분말은 일부 결합수와 탄산화물이 제거되어 수화성이 증가된다. 이러한 사실은 하소후 폐콘크리트 미분말을 재수화시킨 결과 수화 12시간에 이미 Ca(OH)₂가 생성되어 수화성을 회복하였음을 알 수 있었다. 한편, 여기서 폐콘크리트 미분말을 600℃이하로 또는 900℃이상으로 하소하는 경우에는 시멘트의 강도가 저하될 수 있어 바람직하지않다.

그 다음, 상기 하소된 폐콘크리트 미분말을 40-45중량%, 고로슬래그 미분말을 40-45중량%, 반수석고 및/또는 무수석고를 5-10중량% 그리고 포틀랜드 시멘트를 5-10중량%로 하여 서로 혼합한다.

상기 하소된 폐콘크리트 미분말을 45중량%이상으로 너무 많이 혼합하는 경우, 수화능이 부족하게 되어 바람직하지않으며, 40중량%이하로 혼합하게되면, 이에 따라 고로슬래그 미분말의 함량비가 증가하므로 경제성을 확보하지 못하게 되어 바람직하지않다.

본 발명에 사용된 고로슬래그 미분말은 수화성을 더욱 증가시키기위해 첨가되는 것으로, 그 성분은 일반적으로 CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO 등이 93-98중량%를 차지하며 그 외 소량의 SO₃, Fe₂O₃, MnO 및 알카리로 이루어져있다. 그 조성의 일례를 하기 표 1에 나타내었다.

CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	SO₃	Fe₂O₃
42.4중량%	33.1중량%	13.8중량%	6.1중량%	-	0.29중량%

상기 고로슬래그 미분말은 수화에 필요한 CaO를 충분히 가지고 있어 폐콘크리트만으로는 부족한 수화성을 보완해 주는 작용을 하며, 또한 잠재수경성을 가져 알카리성 또는 황산염의 자극물을 첨가하여 OH- 이온이나 SO₄ ^2- 이온이 충분히 존재하도록 하면, 포틀랜드 시멘트와 같은 강한 수경성을 발휘하게 되어 CaO-SiO₂-H₂O계 결정상을 형성하여 경화될 수 있다. 이에 고로슬래그 미분말의 수경성을 유발시키는 자극물로서 본 발명에서는 SO₄ ^2- 이온을 제공하는 반수석고 및/또는 무수석고를 혼합한다. 한편, 상기 고로슬래그 미분말을 만일, 45중량%이상으로 너무 많이 혼합하는 경우, 경제성 확보에 문제점이 있어 바람직하지 않으며, 또한, 40중량%이하로 혼합하게 되면, 장기재령시 압축강도 저하의 원인이 되어 바람직하지않다.

반수석고 및/또는 무수석고는 상술한 바와 같이, 고로슬래그 미분말의 수경성을 유발시키기위해 첨가되는 것이며, 또한, 강도를 높여주는 작용을 한다. 만일, 반수석고 및/또는 무수석고를 5중량%미만으로 혼합하는 경우, 고로슬래그의 수경성을 유발하는 자극성분의 부족으로 수화능이 부족하게되며, 10중량%이상으로 혼합하는 경우에는 첨가량에 비해 수경성을 유발하는 자극효과가 적어 비효과적이다.

그리고 포틀랜드 시멘트는 수경성을 더욱 증가시키기위해 첨가되는 것으로, 5-10중량%로 혼합된다. 만일, 5중량%미만으로 혼합하는 경우, 상기 반수 또는 무수석고와 마찬가지로 수경성을 유발하는 자극효과가 저하되고, 10중량%이상으로 혼합하는 경우에는 효과는 더이상 증가하지않고 비용이 많이 발생하므로 비경제적이어서 바람직하지 않다.

이렇게 혼합하여 제조된 본 발명의 폐콘크리트를 이용한 시멘트는 그 안에 포함된 폐콘크리트 미분말이 이미 하소된 상태로 존재하고 다른 성분들로 더 이상의 하소를 필요로하지않기때문에, 부가적으로 하소하는 공정을 거칠 필요가 없다.

본 발명에 의해 제조된 시멘트는 폐콘크리트 미분말을 함유하고 있기 때문에 일반 건축용으로 사용하기보다는 예를들어, 산업슬러지나 준설오니 또는 하수오니 등의 고화처리와 같은 유해 폐기물 고화용으로 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

폐콘크리트 미분말을 400, 600, 800, 1000℃로 각각 다른 온도에서 하소한 후, 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조성으로, 각각의 성분들을 혼합하여 시멘트를 제조하였다. 이렇게 제조된 시멘트를 모래와 혼합(시멘트:모래=40:60, W/C(물/시멘트)=0.35)하여 KS L 5105(수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법)에 규정한 강도 시험용 공시체 제작법에 의거 성형하고 성형 후 20±1℃의 실내에서 몰드와 함께 습윤상태를 유지하고 성형 24시간 후에 탈형하여 20±1℃의 수중에 수침양생한 후 양생기간별로 압축강도를 측정하였다.

구분	원료(중량%)				강도값(kgf/㎠)
구분	폐콘크리트 미분말 (하소온도, ℃)	고로슬래그 미분말	반수석고	포틀랜드 시멘트	3일	7일	28일
비교예1	45(400)	45	5	5	80	125	200
발명예1	45(600)	45	5	5	115	170	240
발명예2	45(800)	45	5	5	110	165	215
비교예2	45(1000)	45	5	5	60	110	185

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 폐콘크리트 미분말을 600℃, 800℃의 온도로 하소하여 혼합한 경우(발명예 1, 2), 28일 압축강도가 각각 240, 215kgf/㎠로 상대적으로 우수한 강도를 나타내었다.

실시예 2

600℃로 하소한 폐콘크리트 미분말을 이용하여 하기 표 3에 나타낸 바와 같은 조성으로, 각각의 성분들을 혼합하여 시멘트를 제조하였다. 이렇게 제조된 시멘트를 모래와 혼합(시멘트:모래=40:60, W/C=0.35)한 다음 실시예 1과 같은 조건으로 수침양생한 후 양생기간별 압축강도를 측정하였다.

구분	원료(중량%)				강도값(kgf/㎠)
구분	폐콘크리트 미분말 (하소온도, ℃)	고로슬래그 미분말	반수석고	포틀랜드 시멘트	3일	7일	28일
비교예3	70(600)	20	5	5	90	110	138
비교예4	60(600)	30	5	5	97	118	183
비교예5	50(600)	40	5	5	105	122	190
발명예3	45(600)	45	5	5	115	170	284
발명예4	40(600)	40	10	10	113	160	253
비교예6	35(600)	35	15	10	103	125	180
비교예7	50(600)	50	0	0	65	90	98

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 폐콘크리트 미분말과 고로슬래그 미분말을 각각 40-45중량%범위내로 혼합하고 그리고 석고와 포틀랜드 시멘트를 각각 5-10중량%범위내로 혼합하여 제조한 경우, 가장 높은 강도값을 나타내었다.

실시예 3

600-900℃로 하소한 폐콘크리트 미분말을 이용하여 하기 표 4에 나타낸 바와 같은 조성으로, 각각의 성분들을 혼합하여 시멘트를 제조하였다. 이렇게 제조된 시멘트를 유해 폐기물 고화에 적용시키기 위하여 철강 산업 슬러지 60중량%에 상기 시멘트 40중량%를 혼합하여 25℃, 상대습도 100%의 항온 항습조에서 양생한 후, 양생되어 얻어진 고화체의 압축강도를 양생기간별로 측정하였다(혼합시 W/C=0.35).

구분	원료(중량%)				강도값(kgf/㎠)
구분	폐콘크리트 미분말 (하소온도, ℃)	고로슬래그 미분말	반수석고	포틀랜드 시멘트	3일	7일	28일
비교예8	50(600)	50	0	0	25	98	111
발명예5	40(600)	40	10	10	78	138	154
발명예6	45(600)	45	5	5	80	145	160

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 폐콘크리트를 이용한 시멘트로 철강 산업 슬러지를 고화한 경우, 7일 강도가 138kgf/㎠, 145kgf/㎠로 나타나, 본 발명의 시멘트가 산업슬러지를 고화시켜 안정화하는 데 사용될 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 현재 골재로 재활용되고 있는 폐콘크리트를 분쇄하여 제철 발생 부산물인 고로슬래그와 함께 사용하여 시멘트로 재생산하기때문에 경제적으로 시멘트를 제조할 수 있으며, 또한 환경문제를 일으키는 콘크리트 구조해체 부산물을 처리함으로써 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 산업슬러지나 준설오니, 하수오니 등의 고화처리에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims

폐콘크리트를 분쇄하고 600-900℃로 하소하는 단계, 및 하소된 폐콘크리트 미분말을 40-45중량%, 고로슬래그 미분말을 40-45중량%, 반수석고, 무수석고 또는 이들의 혼합물을 5-10중량% 그리고 포틀랜드 시멘트를 5-10중량%로 혼합하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 폐콘크리트를 이용한 유해 폐기물 고화용 시멘트 제조방법.
제 1항에 의한 방법으로 제조된 폐콘크리트를 이용한 유해 폐기물 고화용 시멘트.