폐콘크리트의 재생 방법

폐콘크리트의 재생 방법{RECYCLING METHOD FOR WASTE CONCRETE}

본 발명은 폐콘크리트를 재생하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 폐콘크리트를 파쇄하는 단계와, 파쇄된 폐콘크리트를 분말과 골재로 분리하는 단계, 상기 분리된 미분을 소정 시간동안 700 ∼ 800℃로 가열하는 단계, 상기 가열된 미분에 포틀랜드시멘트, 포졸란, 실리카흄, 고로슬래그, 초산비닐수지에멀젼을 혼합하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 폐콘크리트의 재생 방법에 관한 발명이다.

일반적으로 시멘트는 건축, 토목용 구조 재료로서 널리 사용되는 것으로, 재료 구입이 용이하고 압축강도가 크며 내화성이 우수하고 내구성이 좋은 것이 특징이다. 그러나, 시멘트는 철강이나 목재 처럼 재사용이 불가능하여 건물이나 교량의 철거시 많은 폐기물을 발생시키고 이에 따른 처리 비용이 증가하는 것이 큰 단점이다.

현재까지 알려진 폐콘크리트의 재활용 방법에는 폐콘크리트를 파쇄하여 골재를 분리해내는 방법이 유일하며, 이때 발생하는 콘크리트 분말을 별도로 재활용하기는 매우 어려웠다.

따라서 골재를 분리해낸 폐콘크리트 분말은 대부분 매립 처리 되었으나, 추후 매립장의 부족으로 인하여 폐콘크리트 처리에 막대한 환경 부담금이 부여될 것으로 예상된다.

본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하는 방법으로서 폐콘크리트에서 분리해낸 골재는 물론 그 분말까지도 재활용하는 방법으로서, 폐콘크리트 분말에 포틀랜드시멘트, 포졸란, 실리카흄, 고로슬래그, 초산비닐수지에멀젼을 소량 첨가하여 다시 재활용 하는 방법을 개시하고자 한다.

본 발명에서 사용하는 포졸란은 그 자체로는 수경성이 없지만, 콘크리트중에 포함되어 물에 용해되어 있는 수산화칼슘과 상온에서 서서히 화합하여 물에 녹지 않는 화합물을 만들 수 있는 미분 상태의 재료를 말하는 것이다. 여기에는 천연포졸란(화산재, 규산백토, 규산토 등)과 인공포졸란(열처리한 점토나 혈암, 플라이애쉬 등)이 있으며, 이를 사용하면 콘크리트의 워커빌리티가 좋아지며 블리당이 감소한다.

포졸란을 사용한 시멘트는 초기강도는 보통 시멘트 콘크리트 보다 적으나, 장기간 습윤양성을 실시하면 포졸란의 작용에 의항여 장기강도, 수밀성 및 화학저항성이 좋아지는 특성이 있으므로, 재생 콘크리트에 매우 적합하다.

본 발명에서 사용한 실리카흄은 실리콘이나 페로실리콘 등의 규소 합금을 전기로에서 제조할 때 배출가스에 섞여 부유발생하는 초미립자 부산물을 말하는데, 규소합금 제조를 위한 원료로 규석, 석탄, 목편, 철가구 등과 환원제인 코크스를 전기로에 투입하여 악 2,000℃의 고온으로 페로실리콘을 제조하는 과정에서 발생하는 초미립이다.

고로슬래그는 제철공장의 고로 작업시 철광석, 석회석, 코우코스를 원료로 하여 적당한 비율로 조합하여 높은 온도에서 용해 환원시, 고로의 상층부에서 철광석의 불순물이 섞인 SiO ₂ , Al ₂ O ₃ 등이 주성분인 암질이 CaO와 화합하여 고온에서 용융상태로 발생하는 것이다.

폴리초산비닐수지에멀젼은 폴리비닐알코올을 유화 중합한 대표적인 수계 에멀젼 중의 하나로서, 에멀젼계 중에서는 접착제로서 가장 많이 사용되고 있는 것이며 사용하기 쉽고 제조하기 쉬워 가격이 저렴한 장점이 있다. 이 물질은 통상 건축용 접착제 소재로 널리 사용되며 콘크리트에 소량 사용하면 강도와 수밀성을 높여주는 역할을 한다.

이에 본 발명에서는 폐콘크리트에서 골재를 분리하고 난 후 발생하는 분말에, 상기한 포틀랜드시멘트, 포졸란, 실리카흄, 고로슬래그, 초산비닐수지에멀젼을 첨가하여 통상의 포틀랜드시멘트를 이용한 콘크리트와 동등한 강도를 가지는 재생 콘크리트의 제조 방법을 개시하고자 한다.

본 발명의 목적은 폐콘크리트에서 골재를 분리하고 난 후 발생하는 분말에, 포틀랜드시멘트, 포졸란, 실리카흄, 고로슬래그, 초산비닐수지에멀젼을 첨가하여 통상의 포틀랜드시멘트를 이용한 콘크리트와 동등한 강도를 가지는 재생 콘크리트의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 폐콘크리트의 재생 방법은,

폐콘크리트에서 골재를 분리하고 난 후 발생하는 분말 60 ∼ 70 중량부,

포틀랜드시멘트 15 ∼ 20 중량부,

포졸란 5 ∼ 10 중량부,

실리카흄 5 ∼ 10중량부,

고로슬래그 5 ∼ 10 중량부,

초산비닐수지가 20% 함유된 초산비닐수지에멀젼 2 ∼ 5 중량부로 조성되는 것을 특징으로 하는 폐콘크리트의 재생 방법이다.

본 발명에서 포졸란으로는 화산재, 규산백토, 규산토 등의 천연 포졸란과 열처리한 점토나 혈암, 플라이애쉬 등의 인공 포졸란을 사용한다. 이 중에서 가장 적합한 것은 플라이애쉬로서 가격이 저렴하고 구득이 용이하다.

플라이애쉬는 화력발전소 등의 연소보일러에서 미분탄을 연료로 사용하여 1400℃ 정도의 고온연소과정에서 배출되는 폐가스 중에 포함된 석탄재를 집진기에 의해 회수한 입자로서 원탄의 약 15 ∼ 40%정도가 발생된다.

다만, 이러한 플라이애쉬는 포졸란계를 대표하는 혼화재중의 하나이나 산업부산물인 관계로 물성변화가 비교적 심한 것이 단점이나, 출처가 확정되면 가격이 저렴하고 구득이 용이하며 물성 또한 비교적 균일하게 나타나므로 재생 콘크리트를 제조하는데 가장 적합하다.

플라이애쉬를 포틀랜드시멘와 함께 분새하여 혼합한 플라이애쉬시멘트는 KS L5211에 그 규격이 규정되어 있고 콘크리트용 혼화재로서 시멘트와 분리저장하여 사용하는 플라이애쉬의 물성에 대하여는 KS L 5405에 각각 규격에 제정되어 있다.

상기 플라이애쉬의 분말도가 3000 ∼ 4500 ㎠/g, 비중은 화학성분 중의 Fe ₂ O ₃ 에 의해 좌우되며 시멘트의 2/3정도인 1.9 ∼ 2.3 정도, 입자의 크기는 1 ∼ 150㎛ 정도인 것이 적합하다.

플라이애쉬에는 일부 미연 탄소가 존재하는데, 이의 양이 너무 많으면 콘크리트의 색을 검게 하므로 바람직하지 않으며, 따라서 플라이애쉬에 함유된 미연 탄소의 함량은 대체로 2 ∼ 10% 정도이면 본 발명에서 사용하는데 무방하다.

플라이애쉬는 그 자체로서의 수화반응성은 없지만 가용성의 규산등이 시멘트 수화시 생성되는 수산화칼슘과 상온에서 서서히 반응하여 불용성의 안정한 규산칼슘수화물 등을 생성하며 이와 같은 성질을 포졸란 활성이라 한다. 그자체의 반응성이 낮고 플라이애쉬를 혼입하지 않은 배합에 비하여 초기 재령에서는 강도가 낮게 발현되나 장기 재령에서는 일반적으로 높은 강도를 발현한다.

플라이애쉬는 일반 레미콘에서는 시멘트량에 대하여 악 10% 이내로 치환되어 사용되고, 고강도 콘크리트 제조 등에서는 약 20%이상까지도 사용하나, 본 발명에서는 재생 콘크리트 분말을 사용하므로 플라이애쉬를 과량 사용하면 콘크리트의 강도가 떨어지는 문제가 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 이의 사용량을 1 ∼ 15% 로 제한한다.

플라이애쉬를 사용하는데 따른 장점은, 유동성의 개선, 장기강도 증진, 수화열 감소, 알카리골재반응의 억제, 황산염에 대한 저항성, 콘크리트 수밀성의 향상 등이다.

본 발명에서 사용하는 실리카흄은 비정질 결정으로서, 약 30%이상이 구형의 입자로 구성되어 있으며 비중은 2.2. 입자의 크기는 1㎛이하이고, 평균0.1㎛ 정도이다. 또한 본 발명에서 사용하는 실리카흄의 분말도는 200,000㎠/g, 단위용적 중량은 250 ∼ 300㎏/㎥ 정도의 것이면 충분하다.

실리카흄은 분말도가 아주 높고 실리카량이 많기 때문에 매우 효과적으로 포졸란 반응을 일으키는데, 시멘트가 수화반응을 일으키는 동안 석회와 포졸란 반응을 일으켜 안정된 시멘트 복합체인 칼슘 실리카 수화물(CSH)을 생성한다.

실리카흄은 비표적이 클 뿐만아니라 미연탄소를 함유하고 있어 공기연행제를 흡착하는 성질이 있다. 따라서, 실리카흄의 사용량이 증가함에 따라 소요의 공기량을 얻기 위한 공기연행제 사용량이 증가한다.

또한, 콘크리트에 실리카흄을 사용하게 되면 동일 슬럼프를 유지시키기 위한 단위 수량이 증가하며, 슬럼프의 감소없이 동일한 물시멘트비를 유지하기 위해서는 감수제 또는 고성능감수제를 사용하여야 한다.

이러한 약품 사용량의 증가로 인하여, 통상 실리카흄의 대체량은 1 ∼ 15%정도이며, 본 발명에서도 실리카흄의 사용량을 1 ∼ 15%로 제한한다.

고로슬래그는 제철공장의 고로 작업시 철광석, 석회석, 코우코스를 원료로 하여 적당한 비율로 조합하여 높은 온도에서 용해 환원시킬 때, 고로의 상층부에서 철광석의 불순물이 섞인 SiO ₂ , Al ₂ O ₃ 등이 주성분인 암질이 CaO와 화합하여 고온에서 용융상태로 발생하는 것이다.

본 발명에서 사용한 고로슬래그 분말의 비중은 2.85 ∼ 2.94의 범위를 갖으며 평균2.90정도이며, 분자입체의 형상은 매끈한 구곡상의 파면을 갖는 입방상이다.

통상 고로슬래그 분말을 사용한 콘크리트의 초기 강도는 포틀랜드시멘트 콘크리트 보다 작고 이 경향은 슬래그 치환율이 클수록, 혹은 물 시멘트비가 작을수록 현저하므로, 본 발명에서는 이의 사용량을 1 ∼ 15 중량%로 제한한다.

본 발명에서 사용한 초산비닐에멀젼은 콘크리트내에 존재하는 입자간의 결합력을 증진시키고, 수밀성을 강화하며 전체적인 강도를 증진시키는 목적으로 사용되는 것이다.

통상 접착제로 사용되는 초산비닐에멀젼은 물과 친화력이 좋아 물속에서 일부 용해되나, 콘크리트에 소량사용되면 콘크리트를 구성하는 입자들간의 친화력을 높여주는 역할을 하여 강도를 증진 시킨다. 또한, 콘크리트 표면에 발생하기 쉬운 크랙의 성장을 억제하여 수밀성을 좋게 하는 작용을 한다. 따라서, 본 발명의 재생 콘크리트에 소량 첨가됨으로써 이의 물성을 개선하는 작용을 한다.

또한, 본 발명에서 제시한 폐콘크리트의 재생 방법에서는 골재, 펌프 압송 및 마감 미장공사에 도움이 되는 통상적인 공기연행제, 감수제 및 증점제 등의 부가적인 첨가제를 더할 수도 있다.

이하 본 발명을 다음 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.

[실시예] 재생 콘크리트의 제조

표 1과 같은 조성으로 제조한 시편을 20 ^o C 95 %(상대습도)의 항온항습장치에서 20일간 양생한 후, 포틀랜드시멘트 80 중량부, 평균 직경 1cm인 골재 20 중량부, 물 80 중량부로 조성된 콘크리트를 같은 조건에서 양생하여 강도를 비교한 결과, 본 발명의 재생 콘크리트의 압축강도가 250 kg _f /cm ² 이었고 포틀랜드시멘트를 이용한 콘크리트의 압축강도가 267kg _f /cm ² 로 나타나 거의 동등한 강도를 가지고 있음을 알 수 있었다.

본 발명의 폐콘크리트의 재생 방법을 이용하면, 콘크리트 재생시 발생하는 분말을 재활용하여 보통의 포틀랜드 시멘트로 제조되는 콘크리트와 동등한 압축 강도를 가지는 재생 콘크리트를 제조하는 효과가 있다