KR101046557B1 - 음이온을 함유하는 용수를 이용한 친환경 레미콘 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시멘트 내에 함유되어 있는 인체에 유해한 6가 크롬과 일반적으로 시멘트 독이라고 불리는 콘크리트가 양생되면서 강알칼리성 질소 화합물이 유기불순물이나 수분과 반응하여 특유의 냄새가 코를 찌르며 어지러움을 느끼게 하는 유해한 암모니아 가스를 제거하기 위하여, CO₃, HCO, SO₄등의 음이온이 다량 함유된 용수와 Alkyl benzene sulfonate Fe염 또는 Poly stylene sulfonate Fe염인 분산제를 함유하는 친환경 레미콘 조성물에 관한 발명이다.
Description
본 발명은 시멘트 내에 함유되어 있는 인체에 유해한 6가 크롬과 일반적으로 시멘트 독이라고 불리는 콘크리트가 양생되면서 강 알칼리성 질소 화합물이 유기 불순물이나 수분과 반응하여 특유의 냄새가 코를 찌르며 어지러움을 느끼게 하는 유해한 암모니아 가스를 제거하기 위하여, CO₃, HCO, SO₄등의 음이온이 다량 함유된 용수와 Alkyl benzene sulfonate Fe염 또는 Poly stylene sulfonate Fe염인 분산제를 함유하는 친환경 레미콘 조성물에 관한 발명이다.
시멘트는 천연 광물인 석회석, 규석, 점토 등의 원료를 분쇄 및 혼합하여 고온의 킬른에서 소성 공정을 거쳐 제조하는데, 1999년 산업 폐기물을 시멘트 원료로 사용할 수 있도록 허용하면서부터 산업 폐기물인 제철소의 주물사, 전기제련 부산물인 슬래그, 하수·정수 슬러지, 소각장의 소각재, 화력발전소 집진기의 집진재 등을 시멘트 원료로 대체 사용하고 있다.
이 같은 재료들은 시멘트 제조시 산화분위기의 소성 과정을 거치면서 함유되어 있던 크롬 중 일부가 6가 크롬으로 전환되어 최종 제품인 시멘트에 포함된다. 6가 크롬은 경화된 콘크리트에서는 방출되지 않지만 마모나 분쇄되었을 때 미세분진 속에 다량의 6가 크롬이 함유되어 인체 내로 흡입 침투되어 피부와 점막에 장애를 일으켜 각종 암과 피부질환 아토피, 알레르기, 천식 등을 발병시키는 유해물질이다. 미국 보건안전국과 암 연구회는 크롬을 발암물질로 규정하여 그 위험성을 경고하고 있다.
유럽(EU)에서는 콘크리트 내의 크롬 함유량을 2㎎으로 규제하고 있는데 국내에서는 최근에 신축아파트를 이용한 전국 각지의 콘크리트를 발생 연도별로 다양하게 채취하여 크롬 함유량을 측정한 결과 kg당 15~75㎎의 크롬이 측정되었다. 최근 환경오염에 대한 문제가 사회적 문제로 대두되면서 인체에 유해한 물질을 함유한 폐기물인 경우에는 그 문제가 더욱 심각하다. 한 예로, 제련소의 폐광재 중 인체에 유해한 중금속인 6가 크롬이 용출되어 토양 및 하천을 오염시키는 2차 오염의 주범으로 지적되고 있다.
상기의 중금속을 제거하는 대표적인 방법으로는 수산화나트륨이나 소석회를 사용하는 화학침전법, 이온교환수지법, 활성탄법, 삼투압법, 전기투석법, 바이오 매스법 등이 개발되어 있다.
국내 공개특허 특1998-39042호에는 시멘트 중에 존재하는 6가 크롬을 제거하기 위한 방법으로 시멘트 분쇄과정에서 황산제1철1수염(FeSO4·H2O) 또는 황산제1철7수염(FeSO4·7H2O) 등의 환원제를 첨가하여 시멘트 중에 존재하는 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원하는 방법이 제시되어 있다. 상기의 선행기술은 제조비용이 높을 뿐만 아니라 환원제를 시멘트와 골고루 혼합하는데 어려움이 있으며, 국내공개특허 제10-2006-61316호에서는 시멘트 바닥에 면처리용 조성물로 다시 미장하여 6가 크롬의 방출을 억제하고 있으나 이는 6가 크롬을 제거하는 것이 아니라 노출을 방지하기 위한 미봉책에 불과하여 원천적으로 6가 크롬의 제거에는 한계가 있다.
국내공개특허 제10-2010-111055호에서는 LCD 폐유리를 첨가하여 시멘트의 주성분인 CaO의 함유량을 줄임으로써 6가 크롬을 저감시킬 수 있는 기술에 관한 것으로 원천적으로는 6가 크롬의 제거할 수 없는 한계점을 가지고 있다.
또한, 콘크리트가 양생되면서 함유되어있던 강알칼리성 질소 화합물이 유기 불순물이나 수분과 반응하여 염기성인 유해한 암모니아 가스를 발생 분출하는데, 콘크리트 신축 구조물에 들어가면 특유의 냄새가 코를 찌르며 어지러움을 느끼게 하는 것이 일반적으로 시멘트 독이라고 알려져 있는 유해물질인 암모니아 가스 냄새 때문이다. 상기의 암모니아 가스는 염기성 화학물질로 소량이라도 계속 흡입하면 눈과 호흡기를 자극하고 폐를 부식시킬 수 있다. 암모니아 가스가 인체나 동식물의 생명체에 악영향을 미치는 것은 물론 구리나 동합금, 비철금속 등의 변색과 부식시키는 성질도 있어 서울시 용산에 새로 지은 국립박물관이 건립 완공되었음에도 유물반입 및 전시를 5년간 미룬 이유도 여기에 있다.
이 같은 암모니아 냄새를 제거하는 방법으로는 구조물 표면을 중화 세척하는 방법이 있으나, 이는 일시적 효과가 있을 뿐 영구적이지 못해 현재는 대부분 장기간 통풍(환풍)시키는 방법밖에 없다.
상기와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 예의 연구하던 중 우연히 전북 익산시 왕궁면 소재 왕궁온천 주위의 지하수에 분산제인 Alkyl benzene sulfonate Fe염을 첨가하여 레미콘을 제조하여 분석한 결과 시멘트에 함유되어 있던 6가 크롬이 3가 크롬으로 환원되었으며, 시멘트 독이라고 불리는 암모니아 가스의 발생도 저감되었음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
상기의 지하수는 CO₃, HCO, SO₄등의 다량의 음이온이 함유되어 있어 이들 음이온과 sulfonate Fe염이 6가 크롬 및 암모니아와 화학반응을 통하여 3가 크롬 및 암모니아 착염을 형성함을 시험을 통하여 밝혀졌다.
따라서 본 발명은 Alkyl benzene sulfonate Fe염 또는 Poly stylene sulfonate Fe염인 분산제 및 음이온을 함유한 용수를 이용한 레미콘 조성물을 제공함을 목적으로 한다.
또 다른 과제는 상기의 음이온을 함유한 용수 및 Fe sulfonate염의 분산제를 사용함으로써 레미콘의 강도에는 영향을 주지 않으면서 콘크리트의 분산력이 증대되어 경화 후 표면 상태의 치밀화, 평활도 및 광택도가 증가된 레미콘 조성물 및 그 제조방법을 제공함을 그 과제로 한다.
본 발명의 레미콘 조성물은 시멘트, 음이온을 함유한 용수, 모래, 골재 및 Alkyl benzene sulfonate Fe염 또는 Poly stylene sulfonate Fe염인 분산제로 조성됨을 특징으로 하고, 특히 본 발명에서는 음이온을 함유한 용수 및 Alkyl benzene sulfonate Fe염 또는 Poly stylene sulfonate Fe염인 분산제를 사용함을 그 특징으로 한다.
본 발명은 CO₃, HCO, SO₄등의 다량의 음이온이 함유되어 있는 용수를 사용한다.
분산제는 일반적으로 분산 작용이 요구되는 용도에 사용되는 계면활성제 총칭으로 고체-액체 계면의 성질을 변화시켜 나타나는 분산효과를 주는 것이 분산제로, 시멘트의 분산제로는 폴리카르본산계 분산제가 대표적이다.
본 발명에서는 6가 크롬 및 암모니아를 환원시키는 성질을 갖는 benzene sulfonate Fe염 또는 Poly stylene sulfonate Fe염을 분산제로 사용하였다.
상기와 같은 음이온을 함유한 용수와 Fe sulfonate염을 주성분으로 하는 분산제의 화학반응에 의해 시멘트 내에 존재하는 6가 크롬은 인체에 무해한 3가 크롬으로 환원되고 암모니아는 착염을 형성하여 시멘트 독을 제거하였다.
본 발명은 레미콘 제조시 음이온을 함유한 용수와 benzene sulfonate Fe염 또는 Poly stylene sulfonate Fe염을 분산제로 사용함으로써, 용수 내의 음이온 및 분산제의 Fe sulfonate 염에 의해 시멘트 제조시 발생되는 6가 크롬을 인체에 무해한 3가 크롬으로 환원시켜 피부와 점막에 장애를 일으켜 각종 암과 피부질환 아토피, 알레르기, 천식 등의 발병의 원인인 6가 크롬을 제거함과 동시에 시멘트 독이라고 불리는 암모니아 가스의 발생을 억제하는 친환경적인 레미콘을 제조함은 물론 콘크리트의 강도에 영향을 주지 않으면서 분산력을 증대시켜 콘크리트가 경화 후 표면 상태의 치밀화 및 평활도가 증가되었고, 경화제 표면의 광택도 높이는 효과가 있다.
본 발명의 레미콘 조성물은 음이온을 함유한 용수, 시멘트, 모래, 자갈 및 분산제로 조성되어 있고, 상기 시멘트 100중량부에 대해여 용수 60~100중량부, 모래 100~170중량부, 분산제 5~10중량부를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 레미콘 조성물로 자갈이나 골재를 사용할 경우의 조성비는 시멘트 100중량부에 대해여 용수 60~100중량부, 모래 90~150중량부, 자갈 60~120중량부, 분산제 5~10중량부를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용하는 음이온을 함유한 용수에는 CO₃, HCO₃, SO₄ 등의 음이온이 다량 함유되어 있으며, 분산제는 Fe sulfonate염을 갖는 benzene sulfonate Fe염 또는 Poly stylene sulfonate Fe염을 사용함을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레미콘 조성물은 콘크리트의 압축강도를 떨어뜨리지 않으면서 믹싱된 콘크리트의 유동성을 향상시키며, 시멘트 내에 함유되어 있는 6가 크롬을 무독한 3가 크롬으로 환원시키며, 또한, 유독성 암모니아와 반응하여 착염을 형성함으로써 신축한 콘크리트 구조물의 큰 문제점이었던 시멘트 독을 저감시킨다. 본 발명의 음이온을 함유한 용수 및 분산제가 암모니아와 화학반응을 일으켜 암모니아가 착염을 형성하게 되는 일예는 아래와 같다.
* 용수 중의 음이온과의 반응
2NH4 + + SO42 2- → (NH4)2 SO4
* 분산제 말단기의 Fe와 반응
Fe+2 + 2NH4 1+ → Fe (NH4)2 (착염형성)
이하, 본 발명의 레미콘 조성물의 배합에 따른 실시예 및 비교예를 제시하지만 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
시멘트: 10kg
모래: 15kg
음이온을 함유한 용수: 7.0kg
benzene sulfonate Fe염: 0.5kg
<실시예 2>
시멘트: 10kg
모래: 15kg
음이온을 함유한 용수: 7.0kg
Poly stylene sulfonate Fe염: 0.5kg
<실시예 3>
시멘트: 10kg
모래: 10kg
자갈: 12kg
음이온을 함유한 용수: 10.0kg
benzene sulfonate Fe염: 0.5kg
<비교예 1>
시멘트: 10kg
모래: 15kg
일반용수: 7.0kg
benzene sulfonate Fe염: 0.5kg
<비교예 2>
시멘트: 10kg
모래: 15kg
일반용수: 7.0kg
폴리카르본산계 분산제: 0.5kg
<비교예 3>
시멘트: 10kg
모래: 10kg
자갈: 12kg
일반용수: 10kg
폴리카르본산계 분산제: 0.5kg
실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 3은 통상적인 레미콘 제조 공정에서 레미콘 제조시 사용하는 성분들로 실시예 1 내지 3은 용수로서 음이온을 함유한 용수 및 분산제로 실시예 1 및 3은 benzene sulfonate Fe염을 첨가하였고, 실시예 2는 Poly stylene sulfonate Fe염을 첨가하였다,
그리고 비교예 1 내지 3에서는 일반적인 용수(지하수 또는 공업용수)를 사용하였으며, 비교예 1은 분산제로 benzene sulfonate Fe염을, 비교예 2 및 3은 폴리카르본산계 분산제를 사용하였다.
상기 레미콘들의 6가 크롬의 검출량 및 암모니아의 검출량을 측정한 결과 [표 1]과 같으며, 레미콘의 일반적인 물성결과도 함께 나타내었다.
| 구 분 | 6가 크롬 (PPM) |
암모니아 (PPM) |
응결 (종결: 시간) |
압축강도(Kg/㎤) | |
| 3일 | 28일 | ||||
| 실시예 1 | 1.0 | 0 | 6:30 | 246 | 440 |
| 실시예 2 | 1.1 | 0 | 6:30 | 246 | 441 |
| 실시예 3 | 1.1 | 0 | 6:10 | 252 | 448 |
| 비교예 1 | 7.0 | 2.5 | 6:40 | 245 | 441 |
| 비교예 2 | 8.8 | 3.0 | 6:40 | 246 | 440 |
| 비교예 3 | 8.7 | 3.0 | 6:30 | 251 | 449 |
[표 1]의 6가 크롬의 분석은 KS 5221방법을 사용하여 분석하였으며, 암모니아는 디지털 Gas detector를 사용하여 분석하였다.
그리고 압축강도는 KSF 2405의 방법에 따라 시험하였다. 상기의 [표 1]에서 알 수 있듯이 용수로 음이온을 함유한 용수와 분산제로 Fe sulfonate 염을 사용한 본 발명의 실시예 1 내지 3은 일반용수를 사용한 비교예 1 내지 3과 비교하여 볼 때, 응결시간이나 압축강도는 차이가 없으나, 암모니아가 검출되지 않았고, 6가 크롬의 검출량 역시도 매우 저감되었음을 알 수 있다.
그리고 음이온을 함유한 용수를 사용하지 않고 일반 용수와 분산제로 Fe sulfonate 염을 사용한 비교예 1과 비교하여 보면, 음이온을 함유한 용수를 사용한 본 발명의 실시예 1 내지 3에 비하여 비교예 1은 6가 크롬의 환원이나 암모니아의 발생을 억제하는데 큰 효과가 없는 것으로 나타나 이들을 종합하여 보면 음이온을 함유한 용수와 분산제로 Fe sulfonate 염을 함께 사용할 경우 상승적 효과가 있는 것으로 나타났다.
Claims (4)
- 시멘트 100중량부에 대하여 음이온을 함유한 용수 60~100중량부와 모래 100~170중량부 및 benzene sulfonate Fe염 또는 Poly stylene sulfonate Fe염인 분산제 5~10중량부로 이루어진 레미콘 조성물.
- 제1항에 있어서,
음이온은 (CO₃)2-, (HCO₃)1-, (SO₄)2-인 것을 특징으로 하는 레미콘
조성물.
- 삭제
- 시멘트 100중량부에 대하여 음이온을 함유한 용수 60~100중량부와 모래 100~170중량부, 자갈 50~100중량부 및 benzene sulfonate Fe염 또는 Poly stylene sulfonate Fe염인 분산제 5~10중량부로 이루어진 레미콘 조성물.
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