우리나라에서 2000년도에 발생된 전기로 및 전로슬래그를 합하면 약 600만 톤 정도로서 주로 도로포장재료 및 매립재 등과 같은 한정된 용도로만 활용되어 왔다. 그 이유는 제강과정 중 유리석회가 슬래그화 되지 않고 불안정한 상태로 슬래그 내부에 잔존하기 때문에 콘크리트 구조물 내에서 팽창을 일으킬 가능성이 클 뿐만 아니라, 팽창이 심할 경우 구조물의 균열 내지는 붕괴까지도 야기 시킬 수 있으므로 콘크리트용 골재로 사용해서는 안 된다고 규정하고 있다. 따라서 제강슬래그를 콘크리트용 골재로 사용하기 위해서는 제강슬래그 자체의 팽창성 억제 내지는 안정화 처리가 우선 해결되어야 할 과제로 생각된다. 본 연구에서는 제강슬래그 골재의 팽창성을 저감시키기 위한 목적으로 6종류의 에이징 방법을 선정하여 안정화의 효율에 대하여 비교 검토하였다. 전로슬래그 골재의 경우, 본 연구에서 실시한 에이징 처리 방법으로서는 콘크리트용 골재로서 요구되는 팽창률을 저감시키는데 한계가 있었을 뿐만 아니라, 에이징 처리한 전로슬래그 골재 사용 콘크리트의 강도도 재령과 더불어 감소하는 문제점이 있음을 확인하였다. 그러나 전기로슬래그 골재를 온수중 및 증기중 에이징 처리할 경우, 팽창률이 전로슬래그 골재의 약 2/3 정도에 지나지 않는 효율을 나타내었으며, 이를 사용한 콘크리트의 강도도 전로슬래그 골재 사용 콘크리트와는 달리 보통콘크리트의 강도에 상응하는 비교적 좋은 결과를 나타내므로 콘크리트용 골재로서 사용 가능성을 시사하였다.
우리나라에서 2000년도에 발생된 전기로 및 전로슬래그를 합하면 약 600만 톤 정도로서 주로 도로포장재료 및 매립재 등과 같은 한정된 용도로만 활용되어 왔다. 그 이유는 제강과정 중 유리석회가 슬래그화 되지 않고 불안정한 상태로 슬래그 내부에 잔존하기 때문에 콘크리트 구조물 내에서 팽창을 일으킬 가능성이 클 뿐만 아니라, 팽창이 심할 경우 구조물의 균열 내지는 붕괴까지도 야기 시킬 수 있으므로 콘크리트용 골재로 사용해서는 안 된다고 규정하고 있다. 따라서 제강슬래그를 콘크리트용 골재로 사용하기 위해서는 제강슬래그 자체의 팽창성 억제 내지는 안정화 처리가 우선 해결되어야 할 과제로 생각된다. 본 연구에서는 제강슬래그 골재의 팽창성을 저감시키기 위한 목적으로 6종류의 에이징 방법을 선정하여 안정화의 효율에 대하여 비교 검토하였다. 전로슬래그 골재의 경우, 본 연구에서 실시한 에이징 처리 방법으로서는 콘크리트용 골재로서 요구되는 팽창률을 저감시키는데 한계가 있었을 뿐만 아니라, 에이징 처리한 전로슬래그 골재 사용 콘크리트의 강도도 재령과 더불어 감소하는 문제점이 있음을 확인하였다. 그러나 전기로슬래그 골재를 온수중 및 증기중 에이징 처리할 경우, 팽창률이 전로슬래그 골재의 약 2/3 정도에 지나지 않는 효율을 나타내었으며, 이를 사용한 콘크리트의 강도도 전로슬래그 골재 사용 콘크리트와는 달리 보통콘크리트의 강도에 상응하는 비교적 좋은 결과를 나타내므로 콘크리트용 골재로서 사용 가능성을 시사하였다.
Electric arc furnace and converter slag are produced by about 6 millions tons in Korea at 2000 year. But compared with blast furnace slag, those are utilized only in unvalued material like landfill and road construction. There are unstable materials, like free CaO, in electric arc furnace and conver...
Electric arc furnace and converter slag are produced by about 6 millions tons in Korea at 2000 year. But compared with blast furnace slag, those are utilized only in unvalued material like landfill and road construction. There are unstable materials, like free CaO, in electric arc furnace and converter slag at steel-manufacturing process. This might cause volume expansion in concrete, if electric arc furnace and converter slag aggregates were used in concrete. This expansion may reach to crack or collapse of concrete. It is therefore settled by standard specification for concrete that electric arc furnace and converter slag aggregates have not to use in concrete. First of all, volume stability and stabilized process should be solved in electric arc furnace and converter slag aggregate to use in concrete. In this study, 6 types of aging are evaluated for effects of stabilization to reduce the expansion of electric arc furnace and converter slag. h converter slag aggregate, these types of aging are not good for volume stability for concrete aggregate, and even if converter slag aggregate is treated with aging, concrete with it has some problems that strength is reduced with curing days. But in electric arc furnace slag aggregate treated with hotwater and steam aging, the expansion of electric arc furnace slag aggregate is reduced about two times than that of converter slag aggregate, and electric arc furnace slag aggregate concrete has good results in strength compared with control concrete using crushed stone.
Electric arc furnace and converter slag are produced by about 6 millions tons in Korea at 2000 year. But compared with blast furnace slag, those are utilized only in unvalued material like landfill and road construction. There are unstable materials, like free CaO, in electric arc furnace and converter slag at steel-manufacturing process. This might cause volume expansion in concrete, if electric arc furnace and converter slag aggregates were used in concrete. This expansion may reach to crack or collapse of concrete. It is therefore settled by standard specification for concrete that electric arc furnace and converter slag aggregates have not to use in concrete. First of all, volume stability and stabilized process should be solved in electric arc furnace and converter slag aggregate to use in concrete. In this study, 6 types of aging are evaluated for effects of stabilization to reduce the expansion of electric arc furnace and converter slag. h converter slag aggregate, these types of aging are not good for volume stability for concrete aggregate, and even if converter slag aggregate is treated with aging, concrete with it has some problems that strength is reduced with curing days. But in electric arc furnace slag aggregate treated with hotwater and steam aging, the expansion of electric arc furnace slag aggregate is reduced about two times than that of converter slag aggregate, and electric arc furnace slag aggregate concrete has good results in strength compared with control concrete using crushed stone.
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문제 정의
본 연구에서는 제강슬래그를 콘크리트용 골재로 활용하기 위한 연구의 일환으로 6종류로 안정화 처리한 전기로및 전로슬래그 골재의 화학, 물리적 성질 및 팽창 억제 효과 등을 비교, 평가하였다. 또한 이들 안정화 처리한 전기로 및 전로슬래그 골재를 사용한콘크리트의 기초물성을측정한 실험결과에 대해서도 비교 고찰하였다.
제안 방법
등을 비교, 평가하였다. 또한 이들 안정화 처리한 전기로 및 전로슬래그 골재를 사용한콘크리트의 기초물성을측정한 실험결과에 대해서도 비교 고찰하였다.
에이징 처리 유, 무에 따른 전기로 및 전로슬래그 골재의 pH값을 비교하기 위하여 입도 5~10 mm인 전기로 및 전로 슬래그 골재와 증류수의 중량비를 1 : 2로 정하였으며, 카로멜 전극을 사용하여 pH값을 측정하였다.
에이징 처리한 전기로 및 전로슬래그 골재의 화학, 물리적 성질 및 팽창 억제 효과를 평가하고, 전기로 및 전로 슬래그 골재의 팽창률과 이들을 사용한 콘크리트의 기초물성에 대해 비교, 고찰하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
전기로 및 전로슬래그 골재 중에서 용출되는 Ca(OH)2양을 분석하기 위한 수단으로 Ca(OH)2가 약 450℃에서 CaO와 HQ로 분해되는 점에 착안하여 일본시멘트협회의 유리 칼슘 정량방법 중 가열감량방법口)을 응용하여 550℃ 로 60분간 가열한 후 Ca(OH)2 양을 측정하였다.
전기로슬래그 골재(이하 EAFSA) 및 전로슬래그 골재 (이하 CSA)를 1개월간 대기 중에 방치한 안정화 처리 방법(이하 공기중 에이징), 80 ℃의 온수 중에서 1일과 3일간 침지시킨 안정화 처리 방법(이하 각각 1일 및 3일 온수중 에이징) 및 100 ℃ 증기 중에서 1일, 3일 및 5일간처리한 안정화 처리 방법(이하 각각 1일, 3일 및 5일 증기중 에이징)을 채택하였다.
대상 데이터
바닷모래를 세척한 잔골재와 굵은골재 최대치수 20mm 인 부순 돌 골재를 사용하였으며, 물리적 성질은 Table 3 과 같다.
이론/모형
KS F 2535 ”도로용 철강슬래그, 의 부속서인 ”수침팽창비 시험방법"에 의하여 전기로 및 전로슬래그 골재의 수침팽창비를 측정하였다.
KS F 2403 ”콘크리트 강도시험용 공시체 제작 방법”에 따라 에이징 처리한 전기로 및 전로슬래그 골재 사용 콘크리트를 사용하여 010x20 cm의 공시체를 제조하여 20+3 笆의 수중에서 표준양생한 후 재령별 압축강도를 KS F 24応에 의하여 측정하였으며, 인장강도는 재령 28일에서의 KS F 2423에 의하여 측정하였다.
전기로 및 전로슬래그 골재의 비중 및 흡수율은 KS F 2503 및 湖, 단위용적질량은 KS F 2505, 마모감량은 KS F 2508에 의하여 각각 측정하였다
성능/효과
1) 전기로 및 전로슬래그를 에이징 처리하는 방법에 따라 유리석회가 Ca(0H)2로 변환되는 효율의 차이 탓으로 Ca(OH)2 양은 5일 증기중 에이징 > 3일 온수중 에이징 > 3일 증기중 에이징 > 1일 온수중 에이징 > 1일 증기중에이징 > 공기중 에이징 > 에이징 미처리 시료의 순으로 에이징의 효율이 크게 나타났다.
2) 전기로 및 전로슬래그 골재는 비중, 흡수율 및 단위용적 질량이 부순 돌 골재보다 컸으며, 실적률은 오히려 작은 값을 나타내었다. 그러나 마모감량은 부순 돌 골재와 비슷한 35 % 이하로서 이들 실험결과를 검토해 볼 때 한국산업규격에서 정하고 있는 콘크리트용 부순 돌 골재의 품질에 상응하는 결과임을 알 수 있었다.
3) 4종류의 에이징 방법으로 처리한 전로슬래그 골재의 경우 콘크리트용 골재로 요구되는 팽창률 이하로 저감시키는 데는 한계가 있었다. 또한 이들 에이징 처리한 전로 슬래그 골재 사용 콘크리트의 강도가 재령과 더불어 다소 감소하는 경향을 나타내므로 콘크리트용 골재로서 사용상의 문제점이 있음을 확인하였다.
4) 전기로슬래그 골재를 온수 및 증기중 에이징 처리할 경우, 팽창률이 전로슬래그 골재의 약 2/3 정도에 지나지 않는 효율을 나타내었을 뿐만 아니라 이들 에이징 처리한 전기로 슬래그 골재 사용 콘크리트의 강도는 전로 슬래그 골재 사용 콘크리트와는 달리 보통콘크리트의 강도에 상응하는 비교적 좋은 결과를 나타내었다.
밀접한 관련이 있음을 알 수 있다. 80℃에서 1일 및 3 일 온수중 에이징한 전기로슬래그 골재의 경우 팽창률이 약 23% 정도 차이를 보이고 있지만, 각각 1일 및 3일의 증기 중 에이징과 온수중 에이징을 실시한 경우 팽창률에서 큰 차이를 보이고 있지 않음을 알 수 있다. 또한 1일 및 3일 증기중 에이징한 경우와는 달리, 3일 및 5일 증기 중 에이징한 경우에서는 별 차이가 없어 5일 이후 팽창률은 큰 변화가 없을 것으로 생각된다.
고로슬래그의 경우에는 시멘트 원료 64.3%, 도로용 골재 17.5% 및 성토용 골재 9.7% 등으로 재활용되며, 전로슬래그의 경우 시멘트 원료 11.4%, 공정 재사용 24.8 % 및 성토용 골재 63.7 %인 반면, 전기로슬래그의 경우 도로용 골재 및 성토용 골재로 각각 43 % 이상 재활용됨으로써, 전기로 및 전로슬래그는 고로슬래그와는 달리 부가가치가 높은 재료로 재활용되지 못하고 있는 실정이므로 고부가가치 재료로서의 재활용이 요망된다
값을 나타내었다. 그러나 마모감량은 부순 돌 골재와 비슷한 35 % 이하로서 이들 실험결과를 검토해 볼 때 한국산업규격에서 정하고 있는 콘크리트용 부순 돌 골재의 품질에 상응하는 결과임을 알 수 있었다.
따라서 본 연구에서 실시한 에이징 처리 전기로 슬래그 골재는 콘크리트용 골재로서의 팽창성 억제 및 물리적 성질을 비교적 잘 만족시키는 결과로 평가되었다.
따라서 전기로 및 전로슬래그 골재의 pH값을 낮추기 위해서는 증기중 에이징 방법이 효과적임을 알 수 있었다. 그래서 전기로 및 전로슬래그 골재에 생성된 Ca(OH)2 와 최대 pH값과의 관계를 나타낸 것이 Fig.
따라서 전기로 및 전로슬래그를 에이징 처리하는 방법에 따라 유리석회가 Ca(OH)2로 변환되는 효율의 차이 탓으로 대기 중에 방치한 공기중 에이징보다 온수중 또는 증기 중 에이징의 효과가 좋았다고 생각된다.
한계가 있었다. 또한 이들 에이징 처리한 전로 슬래그 골재 사용 콘크리트의 강도가 재령과 더불어 다소 감소하는 경향을 나타내므로 콘크리트용 골재로서 사용상의 문제점이 있음을 확인하였다.
또한 전기로 및 전로슬래그 골재의 비중이 부순 돌 골재보다 큰 탓으로 단위용적질량이 컸으나, 실적률은 부순 돌 골재보다 오히려 5-10% 정도 작은 값을 나타내었다 그래서 전기로 및 전로슬래그를 콘크리트용 골재로 사용하기 위해서는 입도 및 입형의 개선 내지는 AE감수제 등과 같은 혼화제의 사용이 요망된다.
이 Table에서 알 수 있듯이 전로슬래그 골재 사용 콘크리트의 추정 인장강도는 CEB-HP 모델 코드에서 제안한 허용 값을 비교적 잘 만족하고 있으나, 온수중 에이징한 전기로 슬래그 골재 사용 콘크리트의 경우, 허용값의 범위를 약간 벗어나는 결과를 나타내었다.
5 및 6이다. 이 그림에서 알 수 있둣이 유리석회가 많은 에이징 미처리 전로슬래그 골재 시료의 수침팽창비는 한국산업규격 도로용 철강슬래그의 수침팽창비 규정값인 1.5 % 이하를 초과함을 알 수 있었다. 이는 슬래그에 잔존하고 있는 유리석회가 골재를 팽창시키는 것으로서 그 팽창값은 에이징이 충분할수록 작게 나타남을 알 수 있다.
이 그림에서 알 수 있듯이 전기로 및 전로슬래그 다 같이 Ca(OH)2 양은 5일 증기중 에이징>3일 온수중 에이징 > 3일 증기중 에이징 > 1일 온수중 에이징 > 1일 증기 중 에이징 > 공기중 에이징 > 에이징 미처리 시료의 순으로 크게 나타났으며 , 전로슬래그가 전기로 슬래그보다 월등히 큰 값을 나타내었다.
이 그림에서 알 수 있듯이 전로슬래그 골재의 팽창률이 클수록 재령에 관계없이 콘크리트의 압축강도가 작아지는 경향을 나타내었으며, 특히 공기중 에이징 처리한 전로 슬래그 골재 사용 콘크리트의 재령 91일 압축강도는 보통콘크리트의 재령 28일 압축강도보다 작은 강도상의 문제점이 있었다.
이 그림에서 전기로슬래그 골재의 팽창률과 재령 28 및 91일의 압축강도와 재령 7일의 압축강도와 사이에는 약간 상이한 경향을 나타내었으며, 공기중 에이징 및 에이징 미처리 전기로슬래그 골재의 팽창률이 큰 탓으로 이들 골재사용 콘크리트의 압축강도는 재령이 증가할수록 작아지는 결과를 나타내었다. 이러한 결과에 대해서는 이미 앞에서 언급한 바와 같다.
이들 그림에서 알 수 있듯이 전기로 및 전로슬래그 골재의 에이징 방법 및 재령에 따라 콘크리트의 압축강도 가상이 하였으며, 전로슬래그의 경우 압축강도의 차이가 더욱 크게 나타났다.
이때, 전기로슬래그 골재의 팽창률은 0.055-0.08% 정도로서, 이들 전기로슬래그 골재를 사용한 콘크리트의 압축강도는 재령에 관계없이 보통콘크리트의 압축강도에 상응하는 결과를 나타냄으로써 강도 면에서는 문제가 없을 것으로 판단되었다
이번에는 증기중 및 온수중에이징 처리한 전기로 및 전로 슬래그 골재를 사용한 콘크리트의 압축강도와 팽창률과의 관계를 정리한 것이 Fig. 12로서, 골재 종류 및 에이징처리 방법에 관계없이 전기로 및 전로슬래그 골재의 팽창률이 증가할수록 압축강도가 감소함을 알 수 있다.
이상의 연구결과를 종합해 보면, 전로슬래그 골재의 경우 본 연구에서 실시한 4종류의 에이징 처리 방법으로서는 콘크리트용 골재로 요구되는 팽창률을 저감시키는데 한계가 있으며, 에이징 처리한 전로슬래그 골재 사용 콘크리트의 강도가 재령과 더불어 감소하는 문제점이 있음을 확인하였다
전기로 및 전로슬래그 골재의 물리적 성질에 대한 실험 결과를 검토해 볼 때, 한국산업규격에서 정하고 있는 콘크리트용 부순 돌 골재의 품질에 상응하는 좋은 결과임을 알 수 있었다.
한편 전기로슬래그 골재를 온수중 및 증기중 에이징 처리할 경우, 팽창률이 전로슬래그 골재의 약 万3 정도에 지나지 않는 효율을 나타내었을 뿐만 아니라 이를 사용한 콘크리트의 강도도 전로슬래그 골재 사용 콘크리트와는 달리 보통콘크리트의 강도에 상응하는 비교적 좋은 결과를 나타내었다.
참고문헌 (29)
"철강슬래그 재활용실적(2000)," 한국철강협회, 2001.
"콘크리트표준시방서," 한국콘크리트학회, 1999.
"製綱슬래그를 사용한 아스팔트鋪裝 設計施工指針," 社團法人 大韓土木學會, 1985.
"電氣爐슬래그를 사용한 道路鋪裝設計.施工指針," 社團法人 大韓土木學會, 1997.
Montgomery, D. G. and Wang G., "Instant-Chilled Steel Slag Aggregate in Concrete-Strength Related Properties," Cement and Concrete Research, Vol. 21, 1991, pp.1083-1091.
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