KR100351943B1 - 용융슬래그와 폐유리 혼합물을 이용한 투수성 블록의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로의 연석, 산책로, 주차장 등에 사용되고 있는 투수성 블록을 제조하는 데 있어서 대도시에서 발생량이 증대되고 있는 하수오니의 소각처리 과정에서 발생된 용융슬래그를 골재로서 재활용하고 국내에서 연간 8만톤 이상이 배출되어 그 중에서 약 50%이상이 재활용되지 못하고 처분되고 있어 국가의 막대한 경제적 손실 및 환경오염문제를 야기시키고 있는 폐유리를 파쇄하여 결합재로서 이용하며 용융슬래그와 폐유리의 양호한 부착을 위해 폴리머 분산제로 SBR (Styrene - Butadiene Rubber) Latex 또는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) Latex를 사용하여 성형된 고성능·경량 투수성 블록의 제조에 관한 것이다.

본 발명의 제조방법은 2.5∼5.0mm의 입도범위를 갖는 용융슬래그를 사용하였으며 폐유리는 soda-lime계열의 파쇄한 폐유리로서 0.3∼2.4mm의 입도범위를 갖는 폐유리를 사용한다. 용융슬래그와 폐유리와의 부착을 위해 물 : 벤토나이트 : 시멘트를 일정 비율의 사용과 폴리머 분산제의 사용에 의해 양호한 성형을 도출하였고 폐유리의 입도에 따라 성형된 혼합물을 800℃ 또는 900℃에서 소성 처리하여, 용융슬래그를 골재로서, 폐유리를 결합재로 이용한 고성능·경량 투수성 블록을 제조하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 고성능·경량 투수성 블록을 제조하는 데 있어 용융슬래그를 골재원으로 사용하며 폐유리를 결합재로 사용한 환경친화적인 투수성 블록으로서 성능이 우수한 투수성 블록의 제조와 동시에 하수 오니 및 폐유리의 재활용 촉진을 통한 자원의 유효이용으로 국가의 에너지 절약 및 외화절감과 하수오니 및 폐유리의 불법처분에 의한 환경피해의 예방에 매우 크게 기여할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Description

용융슬래그와 폐유리 혼합물을 이용한 투수성 블록의 제조방법{Manufacturing Methods of Permeable Block Using Slag and Waste Glass}

본 발명은 하수 오니를 소각해서 발생된 용융슬래그와 폐유리 파쇄골재를 이용하여 투수성 블록을 제조하기 위한 것으로써 용융슬래그의 사용과 폐유리 파쇄골재의 혼입률 및 입도범위 등을 최적으로 결정하여 제품의 역학적 성능과 내구성능이 우수하고 미관이 좋은 투수성 블록을 제조하는 방법에 관한 것이다.

하수 오니는 비위생적이며 최종처리장의 부족 등으로 인해 감용화를 위해 소각 처리되며 이로 인해 발생된 용융슬래그는 테라조등에 적용되고 있으나 용융슬래그의 품질과 이용량이 적은 단점을 나타내고 있다. 또한, 생활폐기물로 배출되는 폐유리의 약 50% 정도만이 재활용되고 있으며 건설용 대체재료로서의 재활용은 거의 없는 실정이다.

종래의 폐유리를 이용한 블록의 제조방법에 있어서는 폐유리와 시멘트를 일정한 비율로 혼합하여 제조하는 방법이 제안되어 있지만 이것을 폐유리의 혼입에 따라 발생되는 알칼리-실리카 반응을 고려하지 않은 것으로 알칼리-실리카 반응의 진행에 의한 제품의 팽창과 이로 인한 균열의 발생으로 블록의 성능저하를 초래할 수 있기 때문에 폐유리의 재활용 측면에서 폐유리는 국한되어 사용되고 그 유효이용량도 크지 않은 단점이 있다.

따라서 본 발명에서는 하수 오니의 처리에서 발생되는 용융슬래그를 골재로서 사용하고 생활폐기물에서 배출되는 폐유리를 파쇄하여 골재대용이 아닌 결합재로서 사용함으로서 대량의 용융슬래그 및 폐유리의 사용이 가능하며 우수한 품질의 투수성 블록의 제조가 가능하다.

본 발명은 하수 오니의 처리에서 발생된 용융슬래그와 폐유리의 용융점이 서로 다른 것(용융슬래그 ; 1200∼1300℃, 폐유리 ; 700∼900℃)을 활용하여 용융 슬래그와 폐유리를 함께 동시에 유효이용하는 방법으로서 기존의 폐유리의 사용에 따른 유해팽창의 문제점을 해결함과 동시에 용융 슬래그를 골재로서 재활용함으로서 최근 에너지의 절약 및 환경보호의 필요성이 증대하고 있는 상황에서 자원의 재활용을 접목시킨 것이다. 용융슬래그를 골재로, 폐유리를 결합재로서 사용하고 용융슬래그와 폐유리와의 양호한 부착성형을 위해 폴리머 분산제(SBR Latex 또는 EVA Latex)를 사용함으로써 대량의 용융슬래그와 폐유리의 사용이 가능함과 동시에 성능이 우수한 투수성 블록의 제조가 가능하도록 한 것에 그 목적이 있다.

도1은 본 발명에 따른 투수성 블록을 제조하는 흐름도

도2는 본 발명에 따라 제조된 투수성 블록의 단면도

도3은 본 발명에 따라 제조된 투수성 블록

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 폐유리 2 : 하수 오니에서 생산된 용융슬래그

3 : 연속공극

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 사용된 재료는 다음과 같다.

골재는 비중은 2.55이고 입도범위 2.5∼5.0mm의 용융 슬래그를 사용하였으며 폐유리는 비중 2.25이고 입도범위 0.3∼2.4mm의 폐유리를 사용하였으며 800℃에서의 점도는 106∼107 poise이고, 900℃에서의 점도는 104∼105 poise이다.

벤토나이트와 시멘트는 폐유리가 용융 슬래그에 양호하게 부착시키기 위해서 벤토나이트와 시멘트의 과다한 혼입은 블록의 성형이 불가능하기 때문에 벤토나이트는 물에 대해 15∼30%, 시멘트는 5∼15%의 비율로 사용하였다.

본 발명에 사용된 배합은 폐유리의 혼입률을 용융 슬래그의 혼입률에 대한 대체비(10, 20, 30, 40, 50, 60%)로 혼입하여 폐유리의 입도(0.3∼ 2.4mm)를 변화시키면서 투수성 블록을 제조하였다. 복합체의 제조에 있어서 용융슬래그와 폐유리가 분리하지 않고 양호한 부착성능을 나타내며 적당한 워커빌리티를 확보하도록 시험배합을 통하여 믹싱방법과 배합조건을 선정하였다. 투수성 블록을 위한 각각의 공시체 제작은 800℃의 상승 시간은 4시간으로 하고 1시간 유지 후, 5시간동안 상온까지 강하시켰다. 900℃의 상승 시간은 5시간으로 하고 1시간 유지 후, 6시간동안 상온까지 강하시켰다.

폴리머 분산제는 폐유리가 용융슬래그에 균일하게 부착하여 역학적 성능과 내구성능을 향상시키기 위하여 비중 1.02, pH 7.82, 고형분할량 44.6%인 SBR (Styrene- Butadiene Rubber) Latex 또는 비중 1.062, pH 5.0, 고형분할량 44.0%인 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) Latex를 부착재의 중량비로 2∼5% 첨가하였다.

본 발명에서는 용융슬래그와 폐유리를 혼합한 투수성 블록의 품질특성을 파악하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다. 투수성 블록의 공극률은 일본 에코콘크리트 연구위원회의 시험방법(안)에 준하여 측정하였으며, 압축강도 시험방법은 Φ10×20cm 원주형 몰드를 제작하여 KS F 2405『콘크리트의 압축강도』와 휨강도시험은 10×10×40cm의 보(beam) 공시체를 제조하여 일본 S사의 B Type Autograph를 사용하여 측정하였다. 투수시험은 Φ10×20cm의 원주형 시편을 제작하여 투수시험을 수행하였다.

하수 용융슬래그 및 폐유리의 화학적 조성(%)

성분	하수 용융슬래그	폐유리
SiO2	29.8	73.4
Al2O3	5.8	1.1
Fe2O3	38.2	0.3
CaO	21.3	10.2
NaO	0.5	14.5
MgO	1.1	-
기타	3.3	0.5

용융 슬래그 및 페유리를 혼입한 투수성 블록의 실시예

실시예(번호)	접착제	폐유리 혼입률	폐유리의 크기	혼화제
101	물:벤토나이트:시멘트	10	0.3	폴리머 분산제2~5%
102			1.2
03			2.4
104		20	0.3
105			1.2
106			2.4
107		30	0.3
108			1.2
109			2.4
110		40	0.3
111			1.2
112			2.4
113		50	0.3
114			1.2
115			2.4
116		60	0.3
117			1.2
118			2.4

용융 슬래그 및 페유리를 혼입한 투수성 블록의 품질특성

실시예(번호)	압축강도(kgf/cm2)	휨강도(kgf/cm2)	공극률(%)	투수계수(×10-1cm/sec)	내동해성*
101	25	4	37.8	23.1	불량
102	20	2.9	36.2	23.9	불량
103	15	2.5	35	26.2	불량
104	60	21.2	36	15.7	보통
105	42	17.5	35	17.2	보통
107	35	5.8	33.8	19	보통
108	163	62	33.8	11	우수
109	135	57.5	33.2	13	우수
110	97	27.8	32	14.3	보통
111	182	76.9	32.7	8.3	우수
112	168	61.2	31.2	10.6	우수
113	115	31.1	30.1	12.4	보통
114	210	77.3	32.1	6.9	우수
115	162	64	30	9	우수
116	112	36.8	28.7	10.4	보통
117	313	82.2	31.6	5.5	우수
118	262	75.2	30	7.1	우수
119	122	38.5	28	8.5	우수

* 내동해성은 4℃에서 -18℃로 떨어뜨린 후 다시 4℃로 상승시키는 것을 1싸이클로 하여 상대동탄성계수가 60%이하로 감소할 때의 싸이클수로서 보통은 40∼60싸이클이며 우수는 60싸이클 이상이다.

표 2에서 보는 바와 같이 용융슬래그에 대한 폐유리의 대체비가 30%이상의 경우 우수한 압축강도를 나타내었고 휨강도는 폐유리의 입도의 크기에 따라 27.8∼82.2kgf/cm²의 범위로 나타났으며, 2.4mm의 폐유리 입도 보다는 1.2mm이하의 폐유리 입도를 갖는 경우가 보다 우수한 강도발현을 나타내었다. 1.2mm이하의 입도와 30%이상의 폐유리 혼입률을 갖는 블록의 경우는 보도용 블록의 기준 50kgf/cm²을모두 만족하는 것으로 나타났으며, 내동해성도 매우 우수한 것으로 나타났다.

상기와 같은 품질시험을 통하여 용융 슬래그 및 폐유리를 혼입한 투수성 블록은 품질성능이 우수한 것으로 나타났으며, 용융슬래그 및 폐유리를 투수성 블록으로 유효이용을 위한 가능성과 우수한 품질특성을 나타내고 있음을 확인하였다.

상술한 바와 같이 본 발명은 투수성 블록을 제조하는 데 있어 용융 슬래그를 골재로서 사용하며 페유리를 결합재로 사용하여 800℃와 900℃로 가열함으로서 폐유리의 알칼리 실리카 반응에 의한 성능저하를 예방함과 동시에 압축강도, 인장강도 등의 역학적 성능과 동결융해 저항성과 같은 내구성능이 우수할 뿐만 아니라 폐유리의 혼입으로 표면 조도가 뛰어나며 미관이 좋은 투수성 블록을 제조 공급할수있어 용융 슬래그 및 폐유리 재활용의 극대화를 통한 자원의 유효이용으로 국가의 에너지 절약과 환경피해의 예방, 천연골재자원의 보존 및 쾌적한 도시환경의 조성에 크게 기여할 수 있는 효과가 있고 강도 및 내구성 증진 등을 통한 환경친화적인 투수성 블록의 제조기술력 향상을 도모할 수 있으며, 제조 기술의 확보로 관련제품의 수입대체효과는 물론 관련기술의 해외수출로 외화획득에 기여할 수 있다.

Claims (3)

1. 투수성 블록의 하수오니에서 생산된 비중 2.55, 입도범위 2.5∼5.0mm, 용융점 1200∼1300℃인 용융슬래그를 골재로 사용하고 결합재로서 비중 2.25, SiO2 성분이 70∼75% 인 0.12mm 이하의 폐유리를 용융슬래그의 중량비로 30∼60% 사용하며 용융슬래그와 폐유리의 양호한 부착성형을 위해서 부착재(물, 벤토나이트, 시멘트)와 폴리머 분산제(SBR Latex 또는 EVA Latex)를 이용하여 혼합 성형한 후 800∼900℃로 4∼5시간 가열 후 1시간 유지하며 5∼6시간 동안 상온으로 강하하여 제조하는 것을 특징으로 하는 제조방법
2. 제 1항에 있어서,

   상기 용융슬래그와 폐유리를 혼합한 투수성 블록의 제조에 있어서 용융슬래그와 폐유리와의 양호한 부착을 위해 부착재에 폴리머 분산제로서 비중 1.02, pH 7.82인 SBR (Styrene- Butadiene Rubber) Latex 또는 비중 1.062, pH 5.0인 EVA (Ethylene Vinyl Acetate) Latex를 부착재의 중량비로 2∼5% 혼입하는 것을 특징으로 하는 제조방법
3. 제 1항에 있어서,

   상기 용융슬래그와 폐유리를 혼합한 투수성 블록의 제조에 있어서 부착재의 혼입비율을 물 100%에 벤토나이트 15∼30%, 시멘트 5∼15%로 혼합하는 것을 특징으로 하는 제조방법