KR102647247B1 - 기존의 배치 플랜트 설비를 이용한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 콘크리트 믹서; 콘크리트 믹서에 바인더를 공급하는 바인더 공급부; 콘크리트 믹서에 잔골재를 공급하는 잔골재 공급부; 콘크리트 믹서에 회수수를 공급하는 회수수 탱크; 및 콘크리트 믹서에 연결된 혼화제 주입장치;를 포함하는 기존의 배치 플랜트 설비를 이용하여 생산하되, 회수수 탱크에 제1 알칼리 물질을 투입하여 제조한 제1 알칼리 활성화제를 사용하는, 기존의 배치 플랜트 설비를 이용한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 기존의 배치 플랜트 설비를 이용한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법에 관한 것으로, 회수수를 콘크리트 배합수로 사용 가능한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법을 제공하는 것이다.
현재 시멘트를 대체할 수 있는 친환경 건설재료로 알칼리 활성 콘크리트가 주목받고 있다. 시멘트 대신 산업 부산물인 고로 슬래그 미분말 또는 플라이애시가 바인더로 사용될 수 있으며, 이를 경화시키기 위해서는 알칼리 활성화제(분말형 또는 액상형)를 필요로 한다. 도 1은 기존 레디믹스트 콘크리트 배치 플랜트 개념도를 나타낸 것으로서, 현재의 설비 방식에서는 알칼리 활성 콘크리트 생산이 불가하다. 구체적으로, 분말형 알칼리 활성화제(CaO, CSA, Na2CO3 등) 사용 시에는 고로 슬래그 미분말에 프리믹스(Pre-mix) 형태로 투입되어야 하므로, 고로 슬래그 미분말의 생산 공정에 변경이 필요하게 되고, 액상형 알칼리 활성화제(NaOH 수용액, KOH 수용액, 물유리 등) 사용 시에는 현재 콘크리트 배합수로 사용되고 있는 물탱크에 알칼리 활성화제를 용해시키기 위하여 추가적인 장치가 필요할 뿐만 아니라, 물탱크에 알칼리 활성화제를 용해시키면 순수 배합수를 필요로 하는 레디믹스트 콘크리트 생산과 병행이 불가하다. 이와 같이, 알칼리 활성 콘크리트 생산을 위해서는 새로운 생산 공정 설비의 추가 또는 기존 생산 설비 변경이 불가피하다.
또한, 알칼리 활성 콘크리트는 일반적으로 30분 이내에 응결이 시작되어, 워커빌리티 저하가 발생함에 따라, 레미콘 운반에 많은 제약이 따른다. 기존 콘크리트 배치 플랜트 설비를 이용하여 알칼리 활성 콘크리트를 생산하더라도, 이를 레미콘으로 운반시 발생할 수 있는 워커빌리티 문제점 해결이 필요하다.
한편, 기존 콘크리트 배치 플랜트에서는 레미콘 생산 및 운반 작업이 완료된 후, 레미콘 트럭 및 배치 플랜트 등에 부착된 잔여 콘크리트 세척으로 인해 세척 배수(이하, '회수수'라고 한다.)가 발생하게 되며, 회수수를 자연 상태로 방류 및 폐기할 경우 수질 및 토양 오염을 유발하게 된다. 환경 오염 및 폐기물 처리 비용 저감을 위해 콘크리트 배치 플랜트에서 레미콘 회수수를 콘크리트 배합수로 재활용하고 있으나, 회수수를 콘크리트 배합수로 사용할 경우 콘크리트 품질 변동 발생하고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결하기 위해 기존 콘크리트 배치 플랜트의 설비를 변경하지 않고, 회수수를 콘크리트 배합수로 사용하여 알칼리 활성 콘크리트를 생산하고 응결 시간을 확보함으로써, 상용화 가능한 성능을 갖는 기존의 배치 플랜트 설비를 이용한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예인 기존의 배치 플랜트 설비를 이용한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법은, 콘크리트 믹서; 콘크리트 믹서에 바인더를 공급하는 바인더 공급부; 콘크리트 믹서에 잔골재를 공급하는 잔골재 공급부; 콘크리트 믹서에 회수수를 공급하는 회수수 탱크; 및 콘크리트 믹서에 연결된 혼화제 주입장치;를 포함하는 기존의 배치 플랜트 설비를 이용하여 생산하되, 회수수 탱크에 제1 알칼리 물질을 투입하여 제조한 제1 알칼리 활성화제를 콘크리트 배합수로 사용하고, 콘크리트 배합수 : 바인더 : 잔골재는 0.5 내지 0.6 : 1 : 3.0 내지 3.5의 중량비로 배합하고, 혼화제 주입장치를 통하여 혼화제를 투입하는 것일 수 있다.
바인더는 고로 슬래그 미분말 또는 플라이애시 일 수 있다.
제1 알칼리 물질은 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH) 일 수 있다.
제1 알칼리 활성화제에서 제1 알칼리 물질의 농도는 4M 내지 6M일 수 있다.
혼화제 주입장치에 추가적으로 제2 알칼리 물질을 투입하여 이를 제1 알칼리 활성화제와 혼합하여 제조한 제2 알칼리 활성화제를 콘크리트 배합수로 사용할 수 있다.
제2 알칼리 물질은 액상형 규산나트륨(Na2SiO3, SiO2/Na2O=3.1, 물유리) 일 수 있다.
제2 알칼리 활성화제에서 제1 알칼리 활성화제 및 제2 알칼리 물질의 질량비는 8 : 1 내지 10 : 1 일 수 있다.
혼화제는 글루콘산염. 타타르산염 및 수크로스로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
혼화제의 농도는 바인더 중량 대비 0.055% 내지 0.065% 일 수 있다.
본 발명에 따르면, 알칼리 활성 콘크리트 생산을 위해 새로운 생산 공정 설비를 추가하거나 기존 생산 설비의 변경없이 회수수를 콘크리트 배합수로 활용할 수 있으므로, 콘크리트 생산비 및 설비 시공비 절감 효과와 환경 오염 및 폐기물 처리 비용 저감 효과가 있다.
도 1은 기존 레디믹스트 콘크리트 배치 플랜트 개념도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기존의 배치 플랜트 설비를 이용한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법의 개념도를 도시한 것이다.
도 3은 고로 슬래그 미분말 기반 알칼리 활성 모르타르의 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 글루콘산염의 사용량에 따른 고로 슬래그 미분말 기반의 알칼리 활성 모르타르의 응결 시간을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기존의 배치 플랜트 설비를 이용한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법의 개념도를 도시한 것이다.
도 3은 고로 슬래그 미분말 기반 알칼리 활성 모르타르의 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 글루콘산염의 사용량에 따른 고로 슬래그 미분말 기반의 알칼리 활성 모르타르의 응결 시간을 나타낸 그래프이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기존의 배치 플랜트 설비를 이용한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법은, 콘크리트 믹서; 콘크리트 믹서에 바인더를 공급하는 바인더 공급부; 콘크리트 믹서에 잔골재를 공급하는 잔골재 공급부; 콘크리트 믹서에 회수수를 공급하는 회수수 탱크; 및 콘크리트 믹서에 연결된 혼화제 주입장치;를 포함하는 기존의 배치 플랜트 설비를 이용하여 생산하되, 회수수 탱크에 제1 알칼리 물질을 투입하여 제조한 제1 알칼리 활성화제를 사용할 수 있고, 콘크리트 배합수 : 바인더 : 잔골재는 0.5 내지 0.6 : 1 : 3.0 내지 3.5의 중량비로 배합하고, 혼화제 주입장치를 통하여 혼화제를 투입할 수 있다. 기존의 배치 플랜트 설비는 콘크리트 믹서에 굵은 골재를 공급하는 굵은 골재 공급부; 및 콘크리트 믹서에 물을 공급하는 물탱크;를 더 포함할 수 있다.
기존의 배치 플랜트 설비를 이용하여 알칼리 활성 콘크리트를 생산하기 위해서는 설비의 변경 또는 추가가 필요하거나, 물탱크에 알칼리 활성화제를 용해시켜야 하므로 순수 배합수를 필요로 하는 레디믹스트 콘크리트 생산과의 병행이 불가하였다. 그러나, 회수수 탱크에 제1 알칼리 물질을 투입하여 제1 알칼리 활성화제를 제조하여 사용할 경우, 설비의 변경 또는 추가가 필요하지 않고, 물탱크의 물도 오염시키지 않으므로 순수 배합수를 필요로 하는 레디믹스트 콘크리트 생산과의 병행이 가능하다.
바인더는 산업부산물인 고로 슬래그 미분말 또는 플라이애시일 수 있다. 구체적으로, 고로 슬래그 미분말일 수 있다. 바인더로 시멘트 대신 산업부산물을 사용함으로써, 일반 포틀랜드 시멘트 제조시 방출되는 이산화탄소를 감축할 수 있어 제조 과정에서 환경오염을 방지할 수 있는 친환경적인 콘크리트를 제조할 수 있다.
제1 알칼리 물질은 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH) 일 수 있다. 구체적으로 수산화칼륨일 수 있다. 일반적으로 분말형 타입으로 프리믹스(Pre-mix) 형태로 투입되어야하는 알칼리 활성화제(CaO, CSA, Na2CO3 등)를 이용하려면 설비의 변경 또는 추가가 필요하지만, 본 발명과 같이 회수수에 알칼리 활성화제를 용해 시켜 용액형으로 사용할 수 있는 알칼리 물질을 이용하여 알칼리 활성화제를 제조함으로써, 설비 증설 또는 변경없이 기존의 배치 플랜트 설비를 그대로 이용할 수 있다.
제1 알칼리 활성화제에서 상기 제1 알칼리 물질의 농도는 4M 내지 6M 일 수 있다. 제1 알칼리 물질의 농도가 너무 낮으면, 강도 발현이 상대적으로 낮으며, 너무 높으면, 안전상의 위험이 존재할 수 있다.
혼화제 주입장치에 추가적으로 제2 알칼리 물질을 투입하여 이를 제1 알칼리 활성화제와 혼합하여 제조한 제2 알칼리 활성화제를 사용할 수 있다. 혼화제 주입장치를 통해 추가적으로 제2 알칼리 물질을 투입하면, 콘크리트 믹서에서 회수수 탱크에서 제조된 제1 알칼리 활성화제와 혼합되는 방식으로 제2 알칼리 활성화제가 제조될 수 있다.
제2 알칼리 물질은 액상형 규산나트륨(Na2SiO3, SiO2/Na2O=3.1, 물유리)일 수 있다.
제2 알칼리 활성화제에서 상기 제1 알칼리 활성화제 및 제2 알칼리 물질의 질량비는 8 : 1 내지 10 : 1 일 수 있다. 제안된 질량비로 혼합하는 경우, 알칼리 활성 모르타르의 강도가 향상되나, 제2 알칼리 물질 수용액 투입량이 적을 경우 상대적인 강도 발현 효과가 없으며, 많을 경우 재료 믹싱이 불가하게 된다.
혼화제는 글루콘산염. 타타르산염 및 수크로스로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 구체적으로, 글루콘산염일 수 있다. 알칼리 활성 콘크리트의 레디믹스트 생산을 위해서는, 알칼리 활성 콘크리트 제조시 발생하는 급격한 유동 성능 저하 문제를 해결해야하는데, 혼화제를 투입함으로써 유동 성능을 적절히 조절할 수 있다.
혼화제의 농도는 바인더 중량 대비 0.055% 내지 0.065% 일 수 있다. 최적의 워커빌러티를 유지하기 위해서는 보통 5시간 정도의 유동성이 발휘되어야 하는데 제안된 혼화제의 농도를 벗어나면, 이러한 유동성을 만족시킬 수 없게 된다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
기존의 배치 플랜트를 이용하여 수산화칼륨(KOH)을 회수수 탱크에 투입하여 수산화칼륨 수용액을 제조하고, 규산나트륨 수용액 및/또는 액상형 글루콘산염을 투입할 때에는 혼화제 투입장치를 이용한다는 전제 하에 하기 비교예 및 실시예의 알칼리 활성 모르타르 시편을 제조하였다.
비교예
바인더로는 고로 슬래그 미분말을 사용하고, 잔골재로는 ISO 표준사를 사용하였으며, 탈이온수에 알칼리 물질인 수산화칼륨(KOH)을 용해시켜 알칼리 활성화제인 5M의 수산화칼륨 수용액을 제조하여 이를 콘크리트 배합수로 사용하였다. 각 물질들은 KS L ISO 679 기준에 따른 시멘트 기반 모르타르 배합비(물 : 시멘트 : ISO 표준사 = 0. 5 : 1 : 3)에 따라, 알칼리 활성화제 : 고로 슬래그 미분말 : ISO 표준사의 배합비를 0.55 : 1 : 3.2 로 하여 알칼리 활성 모르타르 시편을 제작하였다. 모르타르 시편은 40 mm 정사각형 크기의 몰드에서 성형을 하였고, 제작된 시편은 23 ℃의 항온수조에 보관하였으며, 24 시간 뒤에 시편을 탈형한 후, 동일 항온수조에서 양생하였다.
실시예 1
회수수에 알칼리 물질인 수산화칼륨(KOH)을 용해시켜 알칼리 활성화제인 5M의 수산화칼륨 수용액을 제조하여 이를 콘크리트 배합수로 사용한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 알칼리 활성 모르타르 시편을 제작하였다.
실시예 2
회수수에 알칼리 물질인 수산화칼륨(KOH)을 용해시켜 5M의 수산화칼륨 수용액을 제조하고 여기에 액상형 규산나트륨을 추가적으로 투입하되, 수산화칼륨 수용액 및 액상형 규산나트륨(Na2SiO3, SiO2/Na2O=3.1, 물유리)의 질량비가 9 : 1이 되도록 혼합하여 알칼리 활성화제를 제조한 뒤, 이를 콘크리트 배합수로 사용한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 알칼리 활성 모르타르 시편을 제작하였다.
상기 비교예, 실시예 1 및 실시예 2에서 각 투입된 물질들의 혼합 비율을 하기 표 1에 나타내었다.
| 바인더(g) | 알칼리 활성화제(g) | 잔골재(g) | 비고 | ||
| 고로 슬래그 미분말 | 5M KOH 용액 | 액상형 규산나트륨 | ISO 표준사 | ||
| 비교예 | 421.8 | 232 | - | 1,349.76 | 탈이온수에 KOH를 용해시켜 5M KOH 용액 제조 |
| 실시예 1 | 421.8 | 232 | - | 1,349.76 | 회수수에 KOH 를 용해시켜 5M KOH 용액 제조 |
| 실시예 2 | 421.8 | 208.8 | 23.2 | 1,349.76 | 회수수에 KOH 를 용해시켜 제조한 5M KOH 용액과 액상형 규산나트륨 혼합 |
실험예 1
상기 비교예, 실시예 1 및 실시예 2에 대해서 재령 3일, 7일 및 28일에 압축강도를 측정하여 도 3에 나타내었다. 압축강도 측정치는 각각 4개의 샘플에 대한 평균값을 나타내었다.
도 3을 참고하면, 비교예 및 실시예 1은 모든 재령에 대해서 거의 유사한 압축강도의 발현을 보여주었다. 이러한 결과를 통해, 회수수에 알칼리 활성화제를 사용하여도 강도 저하가 발생하지 않음을 알 수 있으며, 이에 알칼리 활성 모르타르 배합에 회수수 사용이 가능하다는 것을 알 수 있다.
또한, 배합수로 회수수에 수산화칼륨을 용해시켜 제조한 5M 수산화칼륨 용액과 액상형 규산나트륨을 혼합한 알칼리 활성화제를 사용하는 실시예 2의 경우, 배합수로 회수수에 수산화칼륨을 용해시켜 제조한 5M 수산화칼륨 용액을 사용한 실시예 1보다 알칼리 활성 모르타르의 강도가 향상되는 것을 도 3의 압축강도 측정 결과를 통해 알 수 있다. 실시예 2는 재령 28일에 51.86 MPa 수준의 압축강도를 나타내었는데, 보통 포틀랜드 시멘트 모르타르(0.5 : 1 : 3 배합)의 재령 28일의 강도 발현 수준이 약 55 MPa 임을 감안하면, 이는 90% 이상의 강도 발현 수준에 해당되므로, 기존의 시멘트를 이용하여 생산한 콘크리트와 상응하는 물성이 발현되는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2
상기 비교예 및 실시예 1의 알칼리 활성 모르타르 배합과정에서 고로 슬래그 미분말 중량 대비 0.03, 0.05, 0.07, 0.08 및 0.11%의 글루콘산염 첨가에 따른 응결 시간을 측정하여 도 4에 나타내었다. 도 4를 참고하면, 알칼리 활성화제를 제조할 때 용매로 탈이온수를 사용하였는지 회수수를 사용하였는지와 관계없이, 비교예 및 실시예 1 모두 거의 유사한 정도로 글루콘산염의 첨가 비율이 증가함에 따라 응결이 늦어지는 것을 알 수 있으며, 고로 슬래그 미분말 중량 대비 0.06%의 글루콘산염이 첨가되었을 때, 5시간 정도의 유동성이 발휘되는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (9)
- 콘크리트 믹서;
상기 콘크리트 믹서에 바인더를 공급하는 바인더 공급부;
상기 콘크리트 믹서에 잔골재를 공급하는 잔골재 공급부;
상기 콘크리트 믹서에 회수수를 공급하는 회수수 탱크; 및
상기 콘크리트 믹서에 연결된 혼화제 주입장치;를 포함하는 기존의 배치 플랜트 설비를 이용하여 생산하되,
상기 회수수 탱크에 제1 알칼리 물질을 투입하여 제조한 제1 알칼리 활성화제를 콘크리트 배합수로 사용하고,
상기 콘크리트 배합수 : 바인더 : 잔골재는 0.5 내지 0.6 : 1 : 3.0 내지 3.5의 중량비로 배합하고,
상기 혼화제 주입장치를 통하여 혼화제를 투입하고,
상기 혼화제 주입장치에 추가적으로 제2 알칼리 물질을 투입하여 이를 제1 알칼리 활성화제와 혼합하여 제조한 제2 알칼리 활성화제를 콘크리트 배합수로 사용하고,
상기 제1 알칼리 물질은 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH)이고,
상기 제2 알칼리 물질은 액상형 규산나트륨(Na2SiO3, SiO2/Na2O=3.1, 물유리)이고,
상기 제2 알칼리 활성화제에서 상기 제1 알칼리 활성화제 및 제2 알칼리 물질의 질량비는 8 : 1 내지 10 : 1 인, 기존의 배치 플랜트 설비를 이용한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법. - 제1항에 있어서,
상기 바인더는 고로 슬래그 미분말 또는 플라이애시인, 기존의 배치 플랜트 설비를 이용한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 알칼리 활성화제에서 상기 제1 알칼리 물질의 농도는 4M 내지 6M인, 기존의 배치 플랜트 설비를 이용한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 혼화제는 글루콘산염. 타타르산염 및 수크로스로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인, 기존의 배치 플랜트 설비를 이용한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법. - 제8항에 있어서,
상기 혼화제의 농도는 바인더 중량 대비 0.055% 내지 0.065%인, 기존의 배치 플랜트 설비를 이용한 알칼리 활성 콘크리트 생산 방법.
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