KR102203519B1

KR102203519B1 - 제강슬래그를 활용한 고화제

Info

Publication number: KR102203519B1
Application number: KR1020200125453A
Authority: KR
Inventors: 양철진
Original assignee: (주)아시아특수재료
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2021-01-18

Abstract

본 발명은 제강슬래그를 활용한 고화제에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 제강 공정에서 발생하는 제강슬래그를 재활용하고 시멘트 사용량을 줄임으로써 친환경적일 뿐만 아니라, 보강제와 혼합제를 첨가함으로써 압축강도를 크게 향상시킨 제강슬래그를 활용한 고화제에 관한 것이다.
본 발명은 제강 슬래그 40~60중량부와; 시멘트 30~50중량부와; 보강제 10~30중량부와; 혼합제 5~15중량부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

제강슬래그를 활용한 고화제{Solidifying agent using steelmaking slag}

본 발명은 제강슬래그를 활용한 고화제에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 제강 공정에서 발생하는 제강슬래그를 재활용하고 시멘트 사용량을 줄임으로써 친환경적일 뿐만 아니라, 보강제와 혼합제를 첨가함으로써 압축강도를 크게 향상시킨 제강슬래그를 활용한 고화제에 관한 것이다.

산업이 발달하고 도심지 인구가 급속하게 증가함에 따라, 과거에는 상업적 가치를 갖지 못하던 지역의 개발이 활성화되고 이에 따라 건설 산업 또한 동반하여 성장하고 있다. 도심지하철, 지하차도 및 건설공사의 기초 등의 토목공사에서는 기초지반의 안정성 확보를 위해 각종 보강공법들이 활용되고 있으며, 이러한 보강공사에는 지반굴착을 위한 방법(보강재 삽입, 보강재와 그라우트 시공 등)과 표층토양의 성질을 개선하는 방법 등이 적용되고 있다. 건설공사에서 가장 먼저 수행되는 공사는 기초지반에 관한 것으로써 특히, 건설차량의 주행성 확보와 주변지반의 안정화를 위해서 표층토양의 성질을 개선하는 것은 매우 중요하다. 상기 목적의 수행 방법으로 가장 일반적으로 사용되는 수단은 쇄석 다짐에 의한 방법과 고화토 등의 화학적인 처리에 의한 방법이라고 할 수 있다.

한편, 연약지반을 개량하기 위한 심층혼합공법은 그라우트재(지반고화재)를 토양의 천공홀에 고압으로 주입하면서 토양과 혼합되게 하고, 또한 그라우트재가 지반으로 침투 및 고화되어 지반을 보강하는 방법을 말한다.

심층혼합공법에서 사용되는 그라우트재는 주성분으로 포틀랜드 시멘트를 사용하는데, 주입성을 높이기 위해서는 그라우트재의 유동성이 커야 한다. 이에 시멘트에 물의 혼입량을 크게 하였다. 이런 경우 유동성을 확보할 수는 있지만, 고화된 후 재료의 압축강도가 저하되는 문제점이 있었다.

상기 심층혼합공법에 대한 선행특허인 공개특허 제10-2018-0029564호에는 포틀랜드 시멘트 (OPC) 30~50 중량% , 고강도 혼합재 52~80 중량%, 물성조절제 20 ~ 01 중량%, KR파우더(래들슬래그) 중량 40 ~ 60 중량%를 혼합하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 지반고화재가 개시되어 있다.

대한민국 공개특허 제10-2018-0029564호 대한민국 등록특허 제10-1586818호 대한민국 공개특허 제10-2015-0128872호 대한민국 등록특허 제10-1612907호 대한민국 등록특허 제10-1333084호

본 발명은 제강 공정에서 발생하는 제강슬래그를 재활용하고 시멘트 사용량을 줄임으로써 친환경적일 뿐만 아니라, 보강제와 혼합제를 첨가함으로써 압축강도를 크게 향상시킨 제강슬래그를 활용한 지반 고화제를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제강슬래그를 활용한 고화제는 제강 슬래그 40~60중량부와; 시멘트 30~50중량부와; 보강제 10~30중량부와; 혼합제 5~15중량부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 제강슬래그를 활용한 고화제에 있어서, 제강 슬래그는 전기로 산화 슬래그, 전기로 환원 슬래그 및 전로 슬래그 중에서 적어도 어느 하나를 선택하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 제강슬래그를 활용한 고화제에 있어서, 혼합제는 규산칼륨 수용액 100중량부와, 상기 규산칼륨 수용액 100중량부를 기준으로 탈황석고 5~15중량부와, 칼슘 알루미네이트 5~15중량부와, 설퍼알루미네이트 5~15중량부와, 실리카퓸 1~10중량부와, 폴리카본산계 감수제 1~5중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 제강슬래그를 활용한 고화제에 있어서, 보강제는 수성 에폭시 수지 100중량부와, 상기 수성 에폭시 수지 100중량부를 기준으로 폴리비닐알콜 30~50중량부와, 2-히드록시 에틸메타크릴레이트 5~15중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제강슬래그를 활용한 고화제는 제강슬래그를 활용한 고화제는 제강 공정에서 발생하는 제강슬래그를 재활용하고 시멘트 사용량을 줄임으로써 친환경적일 뿐만 아니라, 보강제와 혼합제를 첨가함으로써 압축강도를 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 표층처리 공법은 물론 심층혼합공법에도 사용될 수 있는 지반고화제 관한 것으로서, 제강 부산물을 재활용하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 제강 슬래그 40~60중량부와, 시멘트 30~50중량부와, 보강제 10~30중량부와, 혼합제 5~15중량부를 포함하여 이루어진다.

제강 부산물인 제강 슬래그는 전기로 산화 슬래그, 전기로 환원 슬래그 및 전로 슬래그 중에서 적어도 어느 하나를 선택할 수 있다.

전기로 산화 슬래그와 전로 슬래그의 조성은 아래 표 1과 같다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이 제강 슬래그는 Fe 이온을 많이 함유하고 있고, 수화반응에 따른 경화 후 강도가 매우 낮고, 반응성이 낮다는 문제가 있기 때문에, 본 발명에 따른 제강슬래그를 활용한 고화제에는 보강제와, 혼합제가 첨가되는 것을 특징으로 한다.

상기 보강제는 내구성과 접착 강도를 높이는 역할을 하는 것으로서, 수성 에폭시 수지 100중량부와, 상기 수성 에폭시 수지 5중량부를 기준으로 폴리비닐알콜 30~50중량부와, 2-히드록시 에틸메타크릴레이트 5~15중량부를 포함하여 이루어지는 것을 예시할 수 있다.

상기 혼합제는 제강 슬래그와 시멘트의 반응성을 촉진시키는 역할을 하는 것으로서, 규산칼륨 수용액 100중량부와, 탈황석고 5~15중량부와, 칼슘 알루미네이트 5~15중량부와, 설퍼알루미네이트 5~15중량부와, 실리카퓸 1~10중량부와, 폴리카본산계 감수제 1~5중량부로 이루어지는 것을 예시할 수 있다.

여기서, 상기 규산칼륨 수용액은 K₂O, SiO₂의 몰비(SiO₂/K₂O × 1.568)가 3.2~3.5이며, 10~30% 농도일 수 있다.

본 발명의 고화제는 제강 슬래그 50중량부, 보통 포틀랜드 시멘트 1종 40중량부, 보강제 10중량부와, 혼합제 5중량부로 구성된다.

여기서, 제강 슬래그는 전기로 산화 슬래그와 전로 슬래그를 0.6 : 0.4의 중량비로 혼합한 것을 사용하였다.

보강제는 에틸렌 글리콜계 수성 에폭시 수지((주)제이에스아이 제조, EJ-1030S) 100중량부를 주성분으로 하여, 폴리비닐알콜 30중량부와, 2-히드록시 에틸메타크릴레이트 10중량부로 이루어진다.

혼합제는 10% 농도의 규산칼륨 수용액 100중량부를 주성분으로 하여 탈황석고 10중량부와, 칼슘 알루미네이트 10중량부와, 설퍼알루미네이트 10중량부와, 실리카퓸 3중량부와, 폴리카본산계 감수제 1중량부로 이루어진다.

본 발명에서는 상기한 구성의 고화제의 성능을 알아보기 아래와 같은 실험을 하였다.

지반 고화재(Binder) 적용양 (136g, 204g, 272g )과 표준사 1,700g를 호바트믹서기에 미리 투입된 물량(1,836g, 1,904g, 1,972g)과 함께 혼합하여 큐빅몰드에 공시체를 성형하여 KSF 2405 방법으로 압축강도를 측정하였다.

아래 표 2 및 표 3은 실시예 1의 고화재의 조성과 압축강도 실험결과를 나타낸 것이다.

	sample	sand	binder	sum
1	8% type	1,700	136	1836
2	12% type	1,700	204	1904
3	16% type	1,700	272	1972

	sample	3일 강도(MPa)	7일 강도(MPa)	28일 강도(MPa)
1	8% type	10.4	21.69	48.2
2	12% type	11.3	23.95	55.7
3	16% type	14.8	31.63	71.9

[비교예 1]

아래 표 4 및 표 5는 공개특허 제10-2018-0029564호에서 개시하는 래들슬래그를 주재료로 사용한 고화재의 조성과 압축강도 실험결과를 나타낸 것이다.

	sample	3일 강도(MPa)	7일 강도(MPa)	28일 강도(MPa)
1	8% type	2.3	4.0	10.2
2	12% type	3.3	7.8	16.4
3	16% type	5.6	12.0	21.1

위 표 3과 표 5를 대비하여 보면, 본 발명에 따른 고화재는 전 재령에 걸쳐 압축강도가 비교예 1에 비해 크게 향상된 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

제강 슬래그 40~60중량부와; 시멘트 30~50중량부와; 보강제 10~30중량부와; 혼합제 5~15중량부;를 포함하고,
상기 제강 슬래그는 전기로 산화 슬래그, 전기로 환원 슬래그 및 전로 슬래그 중에서 적어도 어느 하나를 선택하되,
상기 혼합제는 규산칼륨 수용액 100중량부와, 상기 규산칼륨 수용액 100중량부를 기준으로 탈황석고 5~15중량부와, 칼슘 알루미네이트 5~15중량부와, 설퍼알루미네이트 5~15중량부와, 실리카퓸 1~10중량부와, 폴리카본산계 감수제 1~5중량부로 이루어지고,
상기 보강제는 수성 에폭시 수지 100중량부와, 상기 수성 에폭시 수지 100중량부를 기준으로 폴리비닐알콜 30~50중량부와, 2-히드록시 에틸메타크릴레이트 5~15중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제강슬래그를 활용한 고화제.
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