KR20030080270A - concrete in contained copper slag - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 동슬래그(copper slag)를 이용한 콘크리트에 관한 것으로, 보다상세하게는 잔골재로 사용되고 있는 모래를 동슬래그 골재로 대체하여 콘크리트를 제조하므로써, 콘크리트에 적합한 물리적 특성을 나타내면서 경제적, 환경적인 이득을 얻을 수 있는 콘크리트에 관한 것이다.The present invention relates to concrete using copper slag, and more specifically, by producing concrete by replacing the sand used as fine aggregate with copper slag aggregate, exhibiting economical and environmental benefits while exhibiting physical properties suitable for concrete. It is about concrete that can be obtained.
시멘트는 일반적으로 포틀랜드 시멘트(portland cement)를 말하지만 넓은 의미로는 유기. 무기질 및 접착제를 모두 시멘트라 부르기도 한다. 이와 같은 시멘트는 석회석과 점토를 주원료로 하여 석회(CaO), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 및 산화철(Fe2O3) 성분이 적당하게 함유되도록 배합, 분쇄, 혼합한 뒤 약1450℃ 이상의 온도에서 소성하여 만든 클링커에 적당량의 석고를 가하여 미분쇄한 것이다.Cement generally refers to portland cement, but broadly organic. Both inorganic and adhesives are sometimes called cement. Such cements are formulated, pulverized and mixed with limestone and clay as main ingredients to properly contain lime (CaO), silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ) and iron oxide (Fe 2 O 3 ) components. It is pulverized by adding an appropriate amount of gypsum to a clinker made by firing at a temperature of about 1450 ° C. or higher.
상기 시멘트는 모래 , 석분 또는 자갈 등과 물을 섞어 모르타르 또는 콘크리트로서 토목, 건축, 기타 구조물 등 각종의 벽돌 , 보도 및 차도용 인터로킹 블럭, 콘크리트 경계블럭 등의 콘크리트 제품에 다량으로 사용되고 있다.The cement is mixed with sand, stone powder or gravel and water, and is used in a large amount of concrete products such as mortar or concrete, various bricks such as civil engineering, construction, and other structures, interlocking blocks for sidewalks and driveways, and concrete boundary blocks.
이러한 벽돌 및 블럭의 제조에서 가장 중요한 요인으로 작용하는 것은 경화제 역할을 하는 시멘트와 골재와의 적절한 혼합비율의 선정과 양생온도이다.The most important factors in the manufacture of such bricks and blocks are the selection of the appropriate mixing ratio between the cement and aggregate serving as a hardener and the curing temperature.
콘크리트는 일반적으로 보강철근(테트라포트의 경우는 무근콘크리트를 사용하기도 함)을 사용하여 구조물에 사용하기 때문에 시멘트 및 굵은골재, 잔골재(강모래,부순 모래, 바닷모래) 물, 혼화제의 배합을 적정하게 설계하여야 건축물의 시공을 안정적이고 견고하게 할 수 있다.Since concrete is generally used for structures using reinforcing bars (in the case of tetraports, plain concrete), it is appropriate to mix cement, coarse aggregate, fine aggregate (steel sand, crushed sand, sea sand), and admixture. It should be designed so that the construction of the building can be stable and solid.
국토의 보전과 환경보전의 영향으로 인하여 천연골재 및 바닷모래의 채취가 갈수록 어려워지고 있는 상황이고, 콘크리트 건축물은 계속 지어져야하는 상황에서천연골재를 대체할 수 있는 재료를 사용하여 콘크리트를 제조할 수 있다면 이는 매우 바람직한 일이라 할 수 있다.Due to the influence of national and environmental preservation, it is becoming more difficult to collect natural aggregates and sea sand, and concrete structures can be manufactured using materials that can replace natural aggregates in the situation that they must continue to be built. If so, this is very desirable.
한편, 최근 벽돌 및 블럭 제조에 있어서, 각종 폐자원을 활용하고 있다. 그 예로서 화력발전소에서 발생하는 플라이에쉬의 경우 30중량%까지 배합하여 사용하기도하는데, 일반 콘크리트의 배합에 플라이에쉬를 사용할 경우 내구성의 증가 및 수화열의 감소, 내화학성 증가. 건조 수축의 저감 등이 발생할 수 있으나, 일반 콘크리트와는 달리 콘크리트 벽돌 및 인터로킹 블럭에 사용될 경우는 공극율이 상당히 높고 일반적으로 특수성 콘크리트로 분류할 수 있어 경제성 및 경량화 등의 이점 이외에는 내구성에 대한 우려가 있는 등 장점이 크지 않다.On the other hand, in recent years in the manufacture of bricks and blocks, various waste resources are utilized. For example, fly ash generated from thermal power plants may be used by blending up to 30% by weight. When fly ash is used in the mixing of general concrete, durability is increased, heat of hydration is reduced, and chemical resistance is increased. Unlike general concrete, the reduction of drying shrinkage may occur, but when used in concrete bricks and interlocking blocks, the porosity is quite high and can be generally classified as specialty concrete. The advantages are not great.
또한 제선(製銑)공업의 고로(高爐)에서 발생되는 광재(鑛滓) 즉, 고로 슬래그(Slag)를 활용한 시멘트 조성물 등이 한국공개특허공보2001-0038096호 및 한국 등록특허공보 0218778, 내화벽돌의 제조방법, 규산소다와 고로 슬래그를 이용한 경화체의 제조방법 등이 한국공개특허공보(2000-0017919, 1995- 0003207호, 1987 - 0005926호, 1986-0001022호, 1985-0001838호)에 알려져 있으나, 이들 모두는 콘크리트 사용원료가 다르는 등 본 발명에서 추구하려는 동제련(銅製鍊)에서 발생된 슬래그를 활용한 것과는 전혀 다르다.In addition, the slag generated from the blast furnace of the steelmaking industry, that is, the cement composition utilizing the blast furnace slag is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-0038096 and Korean Registered Patent Publication No. 0218778, fireproof. The manufacturing method of bricks and the manufacturing method of hardened body using soda silicate and blast furnace slag are known in Korean Patent Publications (2000-0017919, 1995- 0003207, 1987-0005926, 1986-0001022, 1985-0001838). All of these are very different from utilizing the slag generated from copper smelting to be pursued in the present invention, such as different raw materials for concrete.
본 발명은 동제련(銅製鍊)과정에서 발생하는 슬래그를 콘크리트용 잔골재로 활용하여 콘크리트 제품을 제조하므로서 천연골재와 비슷한 형태의 물리적 특성을 갖음과 함께 폐자원의 활용에 따른 저렴한 제조원가를 갖는데 적합한 토목 및 건축자재용 콘크리트를 얻는데 그 목적이 있다.The present invention utilizes the slag generated during the copper smelting process as a fine aggregate for concrete, thereby producing concrete products, and having a physical characteristic similar to that of natural aggregate, and having a low cost of manufacturing according to the utilization of waste resources. And to obtain concrete for building materials.
도 1은 비중에 따른 골재의 분류1 is the classification of aggregates according to specific gravity
도 2a는 골재의 종류에 따른 비중을 나타낸 그래프Figure 2a is a graph showing the specific gravity according to the type of aggregate
도 2b는 골재의 종류에 따른 흡수율을 나타낸 그래프Figure 2b is a graph showing the absorption rate according to the type of aggregate
도 3a는 골재 종류에 따른 단위용적 중량을 나타낸 그래프Figure 3a is a graph showing the unit volume weight according to the type of aggregate
도 3b는 골재 종류에 따른 실적율을 나타낸 그래프3b is a graph showing the performance rate according to the type of aggregate
도 4는 동슬래그 골재의 입도분포를 나타낸 그래프4 is a graph showing the particle size distribution of copper slag aggregate
도 5a는 타입Ⅰ(type Ⅰ)에 대한 사이클 경과에 따른 상대동탄성계수를 나타낸 그래프5A is a graph showing the relative dynamic modulus of elasticity over cycles for type I
도 5b는 타입Ⅱ(type Ⅱ)에 대한 사이클 경과에 따른 상대동탄성계수를 나타낸 그래프FIG. 5B is a graph showing relative dynamic modulus of elasticity over cycle for type II
도 6은 테트라포트의 형상도6 is a diagram of the tetrapot
도 7은 경화된 콘크리트 표면 사진7 is a hardened concrete surface photo
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시멘트, 잔골재(강모래, 부순모래, 바닷모래 등)를 포함하는 콘크리트에 있어서, 상기 잔골재의 일부 또는 전부를 동제련(銅製鍊)과정에서 발생하는 동슬래그(copper slag)로 대체하여서 됨을 특징으로 하는 동슬래그를 함유한 콘크리트로 이루어진다.The present invention for achieving the above object in the concrete comprising cement, fine aggregates (steel sand, crushed sand, sea sand, etc.), copper slag generated in the process of smelting a part or all of the fine aggregates made of concrete containing copper slag, characterized by being replaced by copper slag.
상기한 동슬래그를 잔골재로 대체함에 있어서는 대체 혼합율 30∼100 (용적%) 까지 적용할 수 있는 것으로, 일반적인 중량콘크리트의 경우는 50∼100(용적%)로 하고, 도 6과 같은 형태를 갖는 테트라포트 또는 소파용(消波用) 블럭의 경우는 30∼60(용적%)로 함이 바람직하다.In the case of replacing the above-mentioned copper slag with fine aggregate, it is applicable to alternative mixing ratio of 30 to 100 (vol.%), And in the case of general weight concrete, 50 to 100 (vol.%) And tetrate having the form as shown in FIG. In the case of a pot or a sofa block, it is preferable to set it as 30-60 (vol%).
또한 본 발명은 고로(高爐)에서 발생되는 슬래그를 상기 콘크리트에 포함되는 시멘트(30∼50용적%)로 대체하여 사용할 수 있으며, 특히 테트라포트 또는 소파용(消波用)블럭에 적용함이 바람직하다.In addition, the present invention can be used by replacing the slag generated in the blast furnace with cement (30 to 50% by volume) contained in the concrete, it is particularly preferable to apply to the tetra pot or sofa block Do.
그리고 콘크리트 배합설계 시 물과 시멘트의 비(W/C)를 40∼65%로 하고, 슬럼프 8∼18±2cm로 실시하되, 중량콘크리트 경우는 슬럼프 10∼18±2cm로 하고, 테트라포트 또는 소파용(消波用) 블록의 경우는 8∼15±2cm로 함이 바람직하다.In the concrete mix design, the ratio of water and cement (W / C) is 40 to 65%, and the slump is 8 to 18 ± 2 cm. In the case of heavy concrete, the slump is 10 to 18 ± 2 cm. In the case of a dragon block, it is preferable to set it as 8-15 +/- 2cm.
본 발명에 이용되는 동슬래그의 입형 및 입도는 일반 천연골재와 비슷한 형태를 보이고 있으며 기타 물리적 특성 또한 동일한 수준이다. 그러나 일반 골재의 비중이 2.4∼2.65 정도인데 비하여, 동슬래그의 경우에는 3.4∼3.7을 나타내고 있어 정확한 배합설계 및 특성의 예측을 통한 사용이 이루어져야 한다.The granularity and particle size of the copper slag used in the present invention is similar to that of general natural aggregate, and other physical properties are also the same level. However, the specific gravity of general aggregate is 2.4 ~ 2.65, whereas copper slag shows 3.4 ~ 3.7, so it should be used through accurate mix design and characteristics prediction.
따라서 본 발명에서는 이러한 동슬래그의 특성을 분석하고 이를 콘크리트에 활용하기 위한 최적의 배합과 이에 따른 물리적 특성의 범위 및 내구성에 대한 검증을 하는 것이다.Therefore, the present invention is to analyze the characteristics of the copper slag and to verify the optimum mix for utilizing it in concrete and the extent and durability of the physical properties accordingly.
일반적인 골재의 중량에 따른 분류를 하면 도 1 및 (표 1)같은 형태로 할 수 있다. 비중 3.0 이상의 골재를 중량 골재로 분류하고 있으며, 동슬래그의 경우에는 상기와 같이 3.4∼3.7 정도로 일반골재보다 비중이 무겁다. 따라서 동슬래그 골재를 사용하여 2.5t/m3이상의 단위용적 중량을 가지는 콘크리트를 제조할 수 있다.Classification according to the weight of the general aggregate can be in the form as shown in Figure 1 and (Table 1). Aggregates with a specific gravity of 3.0 or more are classified as heavy aggregates, and in the case of copper slag, the specific gravity is heavier than that of general aggregates, such as 3.4 to 3.7. Therefore, it is possible to produce concrete having a unit volume weight of 2.5 t / m 3 or more using copper slag aggregate.
콘크리트를 제조하는데 있어서 가장 중요한 부분은 물과 시멘트의 비(W/C), 잔골재율(S/A)이며, 목표하고자 하는 강도 및 슬럼프에 따라 물-시멘트 및 잔골재율을 조정하고 또한 사용 특성에 따라 공기연행제 및 감수제를 사용한다.The most important part in the manufacture of concrete is the ratio of water and cement (W / C) and fine aggregate (S / A), and the water-cement and fine aggregate ratio is adjusted according to the strength and slump desired, Use air emulsifiers and water reducers accordingly.
특히 테트라포트의 경우 무근콘크리트이고, 해수에 직접적인 영향을 받으므로 이에 대한 검증을 하여야 한다. 테트라포트를 적층하여 방파제를 구성하고 있는데 필요한 테트라포트의 소요중량 산정은 수리모형 실험에 의하는 방법, 실험적으로 소요중량을 구하는 방법, 시공 선례를 참고하여 추정하는 방법과 같은 3가지 방법이 있다.Especially, in case of tetrapot, it is plain concrete, and it is directly affected by seawater, so it must be verified. There are three methods for estimating the required weight of tetraports by stacking tetraports: the method based on the hydraulic model test, the method to obtain the required weight experimentally, and the method of estimating the construction example.
실험식으로 소요중량을 구하는 식은The formula for calculating required weight by empirical formula
W/= rr·H3/KP(Sr-1)3cot α------(식 1)W / = r rH 3 / K P (S r -1) 3 cot α ------ (Equation 1)
W : 테트라포트의 소요중량(톤)W: Required weight of tetra pot (ton)
rr: 콘크리트의 단위중량(톤/m3)r r : Unit weight of concrete (ton / m 3 )
SR: 콘크리트의 해수에 대한 비중(rr/rw)S R : Specific gravity of seawater in concrete (r r / r w )
rw: 해수 단위중량(1.03톤/m3)r w : Unit weight of sea water (1.03 ton / m 3 )
H : 설계파고(m)H: Design crest (m)
KP: 피복재 및 피해율에 의하여 정해지는 정수K P : Constant determined by the cladding and damage rate
α: 비탈면과 수평면의 각도α: angle between slope and horizontal plane
일반적으로 해안용 콘크리트 제조에 사용되는 콘크리트 배합조건 및 강도 특성치는 (표 2)와 같다.In general, concrete mixing conditions and strength characteristics used in the manufacture of coastal concrete are shown in Table 2.
테라포트 등 소파블럭에 사용되는 콘크리트에 동슬래그르 사용하기 위한 배합설계는 다음과 같다.The mixing design for the use of copper slag in concrete used for sofa blocks such as tera pot is as follows.
① 강도 및 내구성을 고려한 W/C의 결정① Determination of W / C in consideration of strength and durability
② 최대골재 크기의 결정② Determination of maximum aggregate size
③ 물-시멘트의 비, 최대 골재 크기를 고려한 슬럼프③ Slump considering water-cement ratio and maximum aggregate size
④ 공기량, 잔골재, 단위수량의 결정④ Determination of air quantity, fine aggregate, unit quantity
⑤ 배합조건에 따른 잔골재율, 단위수량의 수정⑤ Revision of aggregate aggregate rate and unit quantity according to mixing conditions
⑥ 시멘트 및 혼화제량의 결정⑥ Determination of amount of cement and admixture
⑦ 굵은공재 및 잔골재량의 결정⑦ Determination of the amount of coarse materials and fine aggregates
⑧ 실내시험 결과 분석 및 현장배합 설계⑧ Analysis of indoor test results and site mix design
상기 순서에 입각한 배합설계를 실시하기 전에 각 재료에 대한 성질을 알고 있어야 한다. 일반적으로 콘크리트에 사용되는 재료는 대부분 동일한 재료를 사용하기 때문에 기존에 사용하였던 데이터를 기준으로 설계를 실시하나 엄밀하게 말하면 매 배합설계마다 직접 시험한 결과를 바탕으로 배합셜계에 반영하여야 한다. 예를 들어 시멘트는 3.15, 굵은골재는 2.6 등으로 일반적인 결과치를 가지고 배합을 실시하나, 동슬래그와 같은 상이한 재료를 사용하기 위해서는 반드시 사용 재료의 정확한 특성을 파악하여야 한다.Before carrying out the formulation design based on the above sequence, the properties of each material should be known. In general, most of the materials used in concrete are made of the same material, so the design should be done based on the data used in the past. For example, cement is 3.15, coarse aggregate is 2.6, etc., and it is mixed with general results, but in order to use different materials such as copper slag, the exact characteristics of the material used must be understood.
또한 사용되는 재료가 사용시 환경에 대한 악영향을 미치는 것이 없어야 하며 장기적으로 보았을 때 콘크리트에 악영향을 미치지 말아야 한다. 본 발명은 동슬래그를 사용함에 있어 이러한 문제점을 해결하기 위해 사용되는 재료의 모든 특성을 검토하여 배합설계를 실시하였으며, 특히 동슬래그의 경우에는 환경에 대한 영향을 고려하여 용출시험도 실시하였고, 알카리 골재 반응에 의한 내구성 저하를예측하기 위한 시험을 실시하였다.In addition, the materials used should not have adverse effects on the environment during use and should not adversely affect concrete in the long term. In the present invention, in the use of copper slag, the compound design was conducted by examining all the properties of the materials used to solve these problems. Especially, in the case of copper slag, the dissolution test was also performed in consideration of the environmental impact. A test was performed to predict the degradation of durability due to the aggregate reaction.
현재 국내에서 수급이 가능한 동슬래그는 자용로(自熔爐)에서 발생되는 동슬래그와 연속로(連續爐)에서 발생되는 동슬래그가 있다. 본 발명에 활용되는 동슬래그에 대한 특성은 (표 3)과 같다.Currently, there are two types of copper slag that can be supplied in Korea: copper slag generated in the own furnace and copper slag generated in the continuous furnace. The characteristics of the copper slag utilized in the present invention is shown in Table 3.
상기와 같이 동슬래그 골재는 천연골재에 비하여 절대 건조비중 및 단위 용적중량이 높게 나타나므로 배합설계 및 구조물 설계시 이를 반영하여야 한다. 각 항목별 내용을 보다 상세하게 고찰하면,As described above, copper slag aggregates have a higher absolute dry weight and unit volume weight than natural aggregates, and thus should be reflected in the blending design and the structure design. Looking at the content of each item in more detail,
① 비중 및 흡수율(Specific Gravity Absorption)Specific Gravity Absorption
골재비중은 콘크리트 배합설계, 실적율, 공극율 등의 계산에 사용되며 일반적으로 비중이 클수록 치밀하고 흡수량이 적으며 내구성이 크다. 따라서 골재의 비중과 흡수량을 골재의 성질을 평가하는 한 수단으로 사용된다.Aggregate specific gravity is used in the calculation of concrete mix design, yield, porosity, etc. In general, the higher the specific gravity, the denser, less absorbed, and greater durability. Therefore, specific gravity and absorption of aggregates are used as a means of evaluating the properties of aggregates.
동술래그 비중 및 흡수율 시험은 KS F 2504"잔골재의 비중 및 흡수율 시험"에 준하여 실시하였으며, 절대 건조상태 비중과 표면 건조상태 비중 및 흡수율을 각각 측정하였다. 동제련 슬래그는 생산공정에 따라 물리적 특성의 차이를 나타낸다. 천연모래의 절대건조 비중은 2.59이며 자용로 슬래그는 3.74, 연속로 슬래그는 3.10으로 일반 천연모래에 비하여 44%, 20% 정도 높게 나타났다.Copper specific gravity and water absorption test was carried out in accordance with KS F 2504 "Specific gravity and water absorption test of fine aggregate", and the specific gravity and water absorptivity of absolute dryness and surface dryness were measured, respectively. Copper slag exhibits differences in physical properties depending on the production process. The absolute dry weight of natural sand was 2.59, and slag for slag was 3.74 and slag for continuous furnace was 3.10, 44% and 20% higher than natural sand.
흡수율의 경우 일반 천연모래 0.90%에 비하여 훨씬 낮은 0.52%, 0.20%로 나타나 물에 대한 안정성이 매우 우수한 것으로 나타났다. 동슬래그 골재의 주요성분이 Fe 등 금속류의 함량이 높기 때문에 비중이 높으면서 골재의 흡수율이 낮게 나타나는 것으로 판단된다(도 2).Absorption rate was much lower than that of the general natural sand 0.90%, 0.52%, 0.20% appeared to be very excellent in water stability. Since the main component of the copper slag aggregate is high in metals such as Fe, the specific gravity is high and the absorption rate of the aggregate is judged to be low (FIG. 2).
이러한 결과는 콘크리트용 골재(KS F 2526)에서 규정한 "잔골재의 비중 (2.50 이상) 및 흡수율(3.0% 이하)"를 만족하는 것으로서 콘크리트 및 콘크리트 제조용 골재로서 적당한 물리적 특성을 가지는 것으로 나타났다.These results were found to satisfy the "specific gravity of fine aggregates (2.50 or more) and absorption rate (3.0% or less)" specified in concrete aggregates (KS F 2526), and had the appropriate physical properties as aggregates for concrete and concrete manufacturing.
② 단위용적중량(Unit Weight)② Unit Weight
골재의 단위용적중량은 1m3의 골재중량을 말하며 골재의 공극율, 골재 용적배합, 골재 배합비, 저장면적 산출시 사용된다. 단위용적중량 측정방법은 KS F 2505 "골재의 단위용적중량 및 공극율 시험"을 적용하였다.Unit volume of the aggregate by weight is used in the aggregate means the weight of 1m 3 porosity of the aggregate, the aggregate volume of formulation, the aggregate the compounding ratio, the storage area calculation. As the unit volume weight measurement method, KS F 2505 "Unit Volume Weight and Porosity Test of Aggregate" was applied.
공극율(Percentage fo Voids)은 단위용적 중의 공극의 백분율이며 공극율이 작으면 시멘트풀의 양이 적게 들고 경제적으로 원하는 강도의 콘트리트를 만들수가 있고 콘크리트의 밀도, 마모저항, 수밀성, 내구성이 증대된다. 또한 실적율 (Percentage of Solids)은 어떤 용기 속에 채워 넣었을 때 골재의 실제 부분의 비율을 백분율로 나타낸 것으로 클수록 골재의 모양이 좋고 입도 분포가 적당할 때 모르터 또는 콘크리트 페이스트 양이 적게 든다. 또한 콘크리트 강도, 밀도, 수밀성, 내구성, 마모저항 등이 증대된다.Percentage fo Voids is the percentage of pores in the unit volume. The smaller the porosity, the smaller the amount of cement paste, and economically, the more concrete the desired strength can be achieved. Also, the Percentage of Solids is a percentage of the actual fraction of the aggregate when filled in a container, the larger the aggregate and the smaller the mortar or concrete paste when the particle size distribution is appropriate. In addition, concrete strength, density, watertightness, durability, wear resistance, etc. are increased.
따라서 지용로 동슬래그 골재의 단위중량은 2,400kg/m3, 연속로 동슬래그 골재의 단위용적중량은 2,238kg/m3로 천연모래의 단위 용적중량은 1,816kg/m3에 비하여 자용로 슬래그는 약 32%, 연속로 슬래그는 약 23% 정도 높게 나타났다. KSF 2526에서는 골재의 단위 용적중량에 대한 기준이 설정되어 있지 않으나 JIS A5011-3(콘크리트용 동슬래그 골재)에서 규정하고 있는 단위 용적중량 1,800kg/m3이상의 규정을 모두 만족하고 있다.Therefore, a weight per unit area of the copper slag aggregate with resin is 2,400kg / m 3, in incontinence unit weight of copper slag aggregate is a continuous unit weight of natural sand to 2,238kg / m 3 is compared to 1,816kg / m 3 slag About 32% and slag was about 23% higher. In KSF 2526, and thus, satisfies all the criteria specified in JIS A5011-3 does not set (copper slag aggregates for concrete) unit weight 1,800kg / m 3 or more rules that for the unit weight of the aggregate.
자용로 슬래그의 실적율은 66.5%로 천연모래 63.6%에 비하여 충진상태가 좋으나 연속로 동슬래그는 60%로 천연골재에 비하여 실적율이 낮게 나타났다. 이는 골재의 입형이 자용로의 경우 원형의 형태를 나타내지만, 연속로 동슬래그의 경우 각형의 입자가 많기 때문인 것으로 판단된다(도 3).The slag performance rate of slag for self-furnace slag was 66.5%, which is better in filling than 63.6% of natural sand, but copper slag was 60% in succession. This is because the granular shape of the aggregate shows a circular shape in the case of a self-melting furnace, but in the case of copper slag continuously, it is judged to be because there are many particles of a rectangular shape (FIG.
③ 점토 덩어리량( Clay contained in Aggregate)③ Clay contained in Aggregate
골재에 함유되어 있는 유해물(deterious substance)은 먼지, 점토 덩어리 (Clay lump), 침니(Slit), 운모질의 미세입자, 이탄질, 부식토 등의 유기물 및 화학염류 등이다. 점토, 침니, 운모 등은 골재에 균등하게 분포하지 않고 골재 표면에 밀착되어 있으면 시멘트풀과의 부착을 해쳐 강도를 저하시키게 되며, 덩어리의 경우는 견습, 동결융해 등에 의해 파괴되거나 콘크리트 표면 손상을 준다.Deterious substances contained in aggregates include dust, clay lumps, slits, microparticles of mica, peat, humus and other organic substances and chemical salts. Clay, chimney, and mica are not evenly distributed in aggregate, but if they are in close contact with aggregate surface, they lose adhesion with cement paste and lower the strength. .
점토 덩어리량은 KS F 2512 " 골재 중에 함유되는 점토 덩어리량의 시험방법"으로 실시한 결과 자용로 동슬래그는 0.6%, 연속로 동슬래그는 0.1%로 매우 안정적으로 나타났다. 그리고 이러한 결과는 KS F 2526(콘크리트용 골재)에서 규정한 잔골재의 점토 덩어리량에 대한 규정 1.0%를 만족하는 것으로서 사용성에 문제가 없는 것으로 나타났다.The clay mass was tested by KS F 2512 "Testing method for the mass of clay contained in aggregate", which showed that the copper slag was 0.6% for the furnace and 0.1% for the copper slag. In addition, these results were found to satisfy 1.0% of the amount of clay aggregates of fine aggregates in KS F 2526 (concrete aggregates), which showed no problem in usability.
④ No.200체 통과량(0.08mm체 통과량)④ No.200 sieve passage amount (0.08mm sieve passage amount)
골재에 포함된 점토, 침니 및 미세 입자들은 콘크리트의 단위수량 증가와 강도 및 내구성 저하를 야기시키므로 골재와 분리시킬 필요가 있다. 골재에 대한 미립자 전체의 양을 정할 목적으로 시행된 No.200 체 통과량 시험은 KS F 2511"골재에 포함된 잔 입자(0.08mm 체를 통과하는)시험방법"을 적용하여 시험을 실시한 결과 자용로 동슬래그는 0.4%, 연속로 동슬래그는 0.3%로 매우 낮게 나타나 콘크리트용골재로서 한국산업규격(KS F 2526) 의 잔골재 규정 3.0∼5.0% 이하를 만족하고 있으며, 미세 입자에 의한 성능의 저하는 없는 것으로 나타났다.The clay, chimney and fine particles contained in the aggregates need to be separated from the aggregates because they cause an increase in the unit quantity of concrete and a decrease in strength and durability. The No.200 sieve test for the purpose of determining the total amount of particulates for aggregates was carried out by applying KS F 2511 "Test method for fine particles (through 0.08mm sieve) contained in aggregate". Furnace copper slag is 0.4%, continuous furnace slag is 0.3%, which is very low, which satisfies 3.0 ~ 5.0% of fine aggregate regulation of Korea Industrial Standard (KS F 2526) as a concrete aggregate. Was found to be absent.
⑤ 조립율(Fineness Modulus)⑤ Fineness Modulus
골재의 입도를 수량적으로 나타내는 방법으로 80, 40, 20, 10, 5, 2.5, 1.2, 0.6, 0.3, 0.15mm의 10개 체를 1조로 체 가름하여 각 체에 남는 양의 누계를 전체량의 백분율로 표시하고 그 합계를 100으로 나눈 값이다. KS F 2502 "골재의 체가름 시험방법"에 따라 실시한 결과 자용로 동슬래그는 3.45, 연속로 동슬래그는 3.51로 천연모래 2.62에 비하여 다소 높게 나타났다.As a method of quantitatively indicating the particle size of aggregate, 10 sieves of 80, 40, 20, 10, 5, 2.5, 1.2, 0.6, 0.3, and 0.15 mm are sifted into one set, and the total amount of the amount remaining in each sieve Expressed as a percentage of, the sum divided by 100. According to the KS F 2502 "Testing method for the sieving of aggregate", copper slag for self-use furnace was 3.45, and copper slag was 3.51 in continuous furnace, which was somewhat higher than natural sand 2.62.
⑥ 골재의 안정정 시험(Doundness)⑥ Stabilization test of aggregate
골재의 동결 및 융해 작용에 대한 저항성을 평가하기 위한 방법으로 황산나트륨의 결정압에 의한 파괴작용에 대한 저항성을 기준으로 판정한다. 안정성은 기상작용에 의한 내구성을 판단하기 위한 자료로서 사용된다.As a method for evaluating the resistance to the freezing and thawing action of aggregates, it is determined based on the resistance to the breaking action by the crystallization pressure of sodium sulfate. Stability is used as a data for judging the durability by meteorological action.
안정성 시험은 KS F 2507 " 골재의 안정성 시험방법"에 따라 Na2SO4용액에 투입하여 시험하였다. 잔골재는 체 가름에 의하여 백분율이 5% 이상인 4개군에 대하여 실시하였으며, Na2SO4용액에 16∼18시간 정체 후 건조하는 조작을 5회 반복한 결과 7.1%, 1.2%로 KS F 2526(콘크리트용 골재)에서 규정하고 있는 잔골재의 안정기준 10% 이하를 만족하는 것으로 나타났다.The stability test was conducted by adding to Na 2 SO 4 solution according to KS F 2507 "Test method for stability of aggregate". The fine aggregate was carried out in four groups with a percentage of 5% or more due to the sieve separation, and was repeated 5 times after drying for 16-18 hours in Na 2 SO 4 solution to 7.1% and 1.2% for KS F 2526 (concrete). Yong aggregate) was found to meet the stability criteria of fine aggregate less than 10%.
동제련 슬래그는 조립율이 다소 높은데 기인하여 한국산업규격에서 정하고 있는 잔골재 분포 중 미분에서 약간 벗어나는 경향을 보이나 동재련 슬래그의 기준을 정하고 있는 『JIS A 5011-3 콘크리트용 동슬래그 골재』의 기준을 적용하면 연속로 및 자용로 골재 모두 규정을 만족하는 것으로 나타났다.Copper smelting slag tends to deviate slightly from the fine powder among fine aggregates defined by the Korean Industrial Standards due to the high assembly rate. In both continuous and freezer aggregates, it was found to meet the regulations.
⑦ 알카리-골재 반응 시험⑦ alkali-aggregate reaction test
알카리-실리카 방응으로 인하여 팽창이 일어나면 이에 따른 콘크리트의 내구성 저하 및 구조물의 안전에 영향을 줄 수 있다. 강알카리인 시멘크와 실리카 성분이 60% 이상인 골재의 혼합에 의하여 알카리-골재 반응이 일어날 수 있다. 실리카 성분이 최대 35% 정도인 동슬래그의 알카리-실리카 반응에 의한 팽창성을 규명하기 위하여 KS F 2546(시멘트와 골재의 배합에 따른 알카리 잠재 시험방법)에 의한 모르터봉법 시험을 실시하였다. 시험결과 3개월 경과 후 0.018%, 6개월 경과 후0.019%로 나타나 시간의 경과에 따른 팽창이 증가하지 않았고, 한국산업규격에서 규정하고 있는 3 개월 0.05%, 6 개월 0.10%보다 매우 낮은 팽창성을 나타내어 알카리-실리카 반응에 의한 팽창에 매우 안정적인 것으로 나타났다.Expansion caused by alkali-silica reaction may affect the durability of the concrete and the safety of the structure. An alkali-aggregate reaction may occur by mixing a strong alkaline cemente and an aggregate containing 60% or more of silica. Mortar rod test was conducted by KS F 2546 (Alkaline Potential Test Method for Mixing Cement and Aggregate) to determine the expandability of copper slag with up to 35% silica by alkali-silica reaction. The test result was 0.018% after 3 months and 0.019% after 6 months, showing no increase in swelling over time, and much lower than 0.05% for 3 months and 0.10% for 6 months. It has been shown to be very stable to expansion by the alkaline-silica reaction.
입도분포는 (표 4) 및 도 4와 같으며 일반 천연골재에 비하여 미분이 적은 것으로 나타났다.The particle size distribution is shown in (Table 4) and FIG. 4, and showed a smaller fine powder than general natural aggregate.
또한 동슬래그 사용에 따른 2 차적인 환경 오염 가능성을 확인하기 위하여 슬래그 자체에서 인체에 유해한 중금속의 용출을 확인하여 보았다. 점토 벽돌은 특히 담장 등으로 옥외에 시공하여 사용하기 때문에 빗물 등에 의한 유해성 물질의 용출 가능성이 대단히 크다고 할 수 있다. 동제련 슬래그에 대한 용출실험을 실시한 결과, 오염물질 함유량은 (표 5)와 같으며, "폐기물 관리법" 시행규칙 제2조에서 정하고 있는 폐기물 분류기준인 (표 5)의 허용기준에 따라 일반 폐기물과 특정 폐기물로 구분할 수 있다.In addition, in order to confirm the possibility of secondary environmental pollution by the use of copper slag, the leaching of heavy metal harmful to human body in the slag itself was examined. Since clay bricks are used outdoors, especially as fences, they can be said to have great potential for the elution of harmful substances by rainwater. As a result of the elution test on copper smelting slag, the pollutant content is as shown in (Table 5), and the general waste according to the acceptance criteria of (Table 5), the waste classification standard set out in Article 2 of the Enforcement Rule of the Waste Management Act. And specific wastes.
용출실험 결과에 의하면 동제련 슬래그는 Cu 및 Pb가 규정치보다 매우 낮은 수치로 검축되었으며, 그외의 중금속은 거의 배출되지 않는 것으로 나타났다. 따라서 동제련 슬래그는 모든 유해항목에서 기준 이하로 판명되었으며 환경적으로 안정적인 것으로 나타났다.The dissolution test results showed that copper and slag of copper smelting slag were detected at very low levels, and other heavy metals were hardly discharged. Therefore, smelting copper was found to be below the standard for all harmful items and was found to be environmentally stable.
폐기물 공정 시험법에 의한 용출시험 결과, 규제물질로 정하고 있는 As, Hg, Cr, CN,트리클로로에틸렌, 테트라믈로로에틸렌, 유기인 등의 용출은 전혀없는 것으로 나타났으며, Pb, Cu, Cd 등은 미량 검출되었으나 허용기준보다 아주 낮게 나타났다.As a result of the dissolution test by the waste process test method, no elution of As, Hg, Cr, CN, trichloroethylene, tetramethylene and organic phosphorus as regulated substances was found. Traces of Cd, etc. were detected, but were much lower than the limit.
주) tr : 0.003ppm 이하, ND: 불검출Note) tr: 0.003ppm or less, ND: not detected
미국에서 환경 유해성 평가를 위하여 실시하는 EP Toxicity Test(Methtods 1310)를 고형화된 폐기물의 잠재 용출성 평가와 유해 폐기물의 여부를 판단하기 위하여 실시하였다.The EP Toxicity Test (Methtods 1310), conducted in the United States for environmental hazard assessment, was conducted to assess the potential leaching of solidified waste and to determine whether it is hazardous.
동제련 슬래그를 대상으로 미국의 EPT 법에 의한 용출시험 결과 (표 6)에서와 같이 규제물질로 규정하고 있는 Pb, Ag, As, Hg, Cd, Cr, Se, Ba 중 Hg, Cd, Cr 등은 전혀 검출되지 않았으며. Ag와 Se는 0.003ppm 이하로 거의 검출이 없는 것과 마찬가지로 나타났으며, 나머지 물질도 허용기준에 비하여 매우 낮은 용출을 보이고 있다.Elution test results of copper smelting slag according to the US EPT method (Table 6), such as Hb, Cd, Cr, etc. among Pb, Ag, As, Hg, Cd, Cr, Se, and Ba Was not detected at all. Ag and Se were found to be almost as low as 0.003 ppm or less, and the rest of the materials showed very low dissolution compared to the acceptance criteria.
주) TR: 0.03ppm 이하, ND: 불검출Note) TR: 0.03 ppm or less, ND: Not detected
일본 환경청 고시에 의한 유해 폐기물 용츨시험을 실시한 결과 (표 7)과 같이 대부분의 항목에서 유해물질의 용출은 나타나지 않았으며, Cr, Cu 등이 규정치보다 현저하게 낮게 용출되어 콘크리트용 잔골재로 사용하는데 있어서 환경적인 문제는 없는 것으로 나타났다.As a result of the hazardous waste dissolution test conducted by the Japan Environmental Agency, as shown in (Table 7), most of the items did not show any hazardous substance dissolution. There is no environmental problem.
다음은 실시예에 따라 설명한다.The following is described according to the embodiment.
(실시예 1)(Example 1)
현재 국내에서 수급이 가능한 2 가지 종류의 동슬래그를 사용하여 W/C 및 슬럼프에 따른 배합시험을 실시하였다. 동슬래그의 사용량도 천연잔골재 대비 25, 50, 75, 100%까지 대체하여 일반적인 중량콘크리트 공시체를 제작하였다.At present, two types of copper slag that can be supplied in Korea were used, and a compound test was conducted according to W / C and slump. Copper slag was used up to 25, 50, 75, and 100% of natural fine aggregates to produce general weight concrete specimens.
상기 (표 8)과 같은 배합인자 및 수준에 따라 공시체를(표 9)와 같이 여러 type 제작하여 물리적 특성시험을 한 결과 (표 10∼12)와 같은 특성을 얻었다.According to the compounding factors and levels as shown in (Table 8), the specimens were manufactured in various types as shown in (Table 9), and physical properties were tested to obtain the characteristics as shown in Tables 10 to 12.
슬럼프 측정결과 목표 슬럼프 18±2cm에서는 슬래그 혼입율에 따른 변화는 없으며 10±2cm에서는 슬래그의 혼입율이 증가함에 따라 슬럼프도 증가하는 것으로 나타났으나, 압축강도의 경우에는 슬래그의 혼입율에 따른 강도의 변화는 나타나지 않았다. 따라서 물-결합재비에 따른 강도의 변화 특성을 가지고 배합설계를 실시하고 중량에 따른 고려를 실시하면 동슬래그를 혼입한 콘크리트의 강도 추정은 충분하게 할 수 있는 것으로 나타났다.As a result of slump measurement, there was no change according to slag mixing rate at target slump 18 ± 2cm and slump also increased with increasing slag mixing rate at 10 ± 2cm, but in case of compressive strength, the change of strength according to slag mixing rate Did not appear. Therefore, it is shown that the strength estimation of concrete mixed with copper slag can be made enough if the mixing design with the change of strength according to the water-bonding material ratio and the consideration by the weight are performed.
또한 콘크리트의 장기적인 내구성 예측을 위한 동결융해시험 결과 동슬래그 혼입에 따라 상대동탄성계수의 변화는 보이지 않았으며(도 5 a 및 도 5b), 외관 또한 기존 제품과 차이점이 없었음을 알 수 있었다. 다만 W/C의 변경에 따른 변화는 있는 것으로 나타났다.In addition, as a result of freezing and melting test for long-term durability prediction of concrete, the relative dynamic modulus of elasticity was not changed according to the incorporation of copper slag (FIGS. 5a and 5b), and the appearance was also not different from the existing products. However, there was a change due to the change in W / C.
(실시예 2)(Example 2)
현재 국내에서 수급이 가능한 동슬래그를 사용하여 슬럼프, 강도, 골재의 치수에 따른 배합시험을 하였다. 동슬래그의 사용량은 기존 골재를 30%, 50% 대체하고 고로슬래그는 시멘트량의 40%를 치환하여 사용하였다.Currently, copper slag, which can be supplied in Korea, was used to test the mix according to the slump, strength, and aggregate dimensions. Copper slag was used to replace existing aggregates by 30% and 50%, while blast furnace slag was used by replacing 40% of the amount of cement.
상기 (표 13)과 같은 배합인자 및 수준에 따라 테트라포트 공시체를 제작하여 28일 압축강도를 측정한 결과(표 14)와 같은 특성을 얻을 수 있었다.Tetrapot specimens were prepared according to the compounding factors and levels as shown in Table 13, and the compressive strength was measured for 28 days. The characteristics as shown in Table 14 were obtained.
슬럼프는 일반적인 해양콘크리트의 슬럼프인 12cm를 모두 만족하고 있는 것으로 나타났으며, 동슬래그 혼입에 따른 블리딩이나 경화지연 및 촉진현상은 나타나지 않았다. 그러나 동슬래그 혼입율이 증가함에 따른 고슬럼프 현상이 있었으며,이는 사용할 수 있는 혼수량을 감소시킬 수 있다는 장점을 가지고 있어 콘크리트의 강도 및 내구성에 좋은 영향을 미치는 것으로 나타났다.The slump was found to satisfy all 12cm slumps of general marine concrete, and there was no bleeding, hardening delay, or acceleration due to the incorporation of copper slag. However, there was a high slump phenomenon as the copper slag content increased, which has the advantage of reducing the amount of coma that can be used, which has an effect on the strength and durability of concrete.
또한 콘크리트의 장기적인 내구성 예측을 위한 동결융해시험 결과 동슬래그 혼입에 따라 상대동탄성계수의 변화는 보이지 않았으며 외관 또한 기존 제품과 차이점이 없었음을 알 수 있었다.In addition, as a result of freeze-thawing test for long-term durability prediction of concrete, the relative dynamic modulus of elasticity was not changed according to the incorporation of copper slag.
도 7은 상기와 같이 실시하여서 된 본 발명의 경화된 콘크리트의 표면상태를 나타낸 사진이다.Figure 7 is a photograph showing the surface state of the cured concrete of the present invention carried out as described above.
이상에서와 같이 본 발명은 콘크리트 배합시 혼합되는 잔골재를 동제련 공정에서 발생되는 동슬래그로 대체함으로써, 폐자원의 재활용에 따른 경제적, 환경적인 이득을 얻음은 물론 기존 잔골재 사용시와 유사한 물리적 특성을 갖는 콘크리트를 얻을 수 있다.As described above, the present invention replaces the fine aggregate mixed in the concrete mixture with copper slag generated in the copper smelting process, thereby obtaining economic and environmental benefits from the recycling of waste resources as well as having similar physical characteristics as those of the existing fine aggregate. You can get concrete.
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