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문제 정의
- 2002년에 개정된 KS F 2523에도 철강슬래그를 고로슬래그와 제강슬래그로 구분하여 새로운 골재원으로 정의하고 있으며 최근에 용융 전로슬래그를 고압의 공기를 이용한 분무에 의해 급랭하여 구형으로 응고시키는 방법이 개발되어 수처리용 미디어와 쇼트블라스트용으로 활용되고 있다[14]. 본 연구에서는 전로슬래그의 재활용 범위를 확대하기 위하여 급랭전 로슬래그를 잔골재로 재활용하기 위하여 잔골재로서 표준사를 급랭전로슬래그로 대체하는 비율에 따른 골재 특성과 모르타르의 물성을 조사하였다.
제안 방법
- 각각의 배합비는 Table 2에 나타낸 바와 같다. 1.10%의 플 로우값을 갖게 하는 물시멘트비를 KS L 5105와 5111에 따라 플로우 시험을 반복 실시하여 얻었다. 압축강도는 KS L 5105 에 의거하여 50 mm x 50 mm x 50 mm의 모르타르 시편을 제작하 여 재령 3일, 7일, 28일 양생 후 측정하였으며 시편의 파단면을 SEM으로 관찰하였다.
- 각각의 배합비는 Table 2에 나타낸 바와 같다. 1.10%의 플 로우값을 갖게 하는 물시멘트비를 KS L 5105와 5111에 따라 플로우 시험을 반복 실시하여 얻었다. 압축강도는 KS L 5105 에 의거하여 50 mm x 50 mm x 50 mm의 모르타르 시편을 제작하 여 재령 3일, 7일, 28일 양생 후 측정하였으며 시편의 파단면을 SEM으로 관찰하였다.
- 골재의 물성시험은 입도시험 및 조립율 시험(KS F 2502), 절 건비중 및 흡수율 시험(KS F 2504), 단위용적중량 및 실적률 시험(KS F 2505), 안정성 시험(KS F 2507)을 실시하였다. 모르타르 배합은 KS L 5105에 의거하여 시멘트의 양을 760 g, 골재의 양을 1862 g으로 정하였으며 감수제는 사용하지 않았다.
- 골재의 물성시험은 입도시험 및 조립율 시험(KS F 2502), 절 건비중 및 흡수율 시험(KS F 2504), 단위용적중량 및 실적률 시험(KS F 2505), 안정성 시험(KS F 2507)을 실시하였다. 모르타르 배합은 KS L 5105에 의거하여 시멘트의 양을 760 g, 골재의 양을 1862 g으로 정하였으며 감수제는 사용하지 않았다.
- Table 5에 표준사를 구형 급랭전로슬래그로 대체하여 혼합한 잔골재의 물성을 대체 비율에 따라 나타내었다. 비중, 흡수율, 조립율, 그리고 안정성은 KS 2526의 잔골재 물성 기준과 비교 하였으며 실적률과 단위용적중량은 국내 10개 지역의 천연잔 골재 물성의 평균값과 비교하여 나타내었다. 표준사의 비중은 2.
- Table 5에 표준사를 구형 급랭전로슬래그로 대체하여 혼합한 잔골재의 물성을 대체 비율에 따라 나타내었다. 비중, 흡수율, 조립율, 그리고 안정성은 KS 2526의 잔골재 물성 기준과 비교 하였으며 실적률과 단위용적중량은 국내 10개 지역의 천연잔 골재 물성의 평균값과 비교하여 나타내었다. 표준사의 비중은 2.
- 압축강도는 KS L 5105 에 의거하여 50 mm x 50 M x 50 m의 모르타르 시편을 제작하여 재령 3일, 7일, 28일 양생 후 측정하였으며 시편의 파단면을 SEM으로 관찰하였다.
- 10%의 플 로우값을 갖게 하는 물시멘트비를 KS L 5105와 5111에 따라 플로우 시험을 반복 실시하여 얻었다. 압축강도는 KS L 5105 에 의거하여 50 mm x 50 mm x 50 mm의 모르타르 시편을 제작하 여 재령 3일, 7일, 28일 양생 후 측정하였으며 시편의 파단면을 SEM으로 관찰하였다.
- 용융 전로슬래그를 고속의 공기를 이용하여 급랭한 전로슬래그의 골재 특성을 분석하고 이를 잔골재로 이용한 모르타르의 특성을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용한 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 골재는 KS L 5100에 시멘트 강도 시험용으로 규정되어 있는 주문진 표준사와 P사의 전로슬래그를 E사에서 고속의 공기를 이용하여 분무하여 구형으로 제조한 급랭전로슬래그를 비 율에 따라 혼합하여 모르타르 시편 제작을 위한 잔골재로 사용하였다. 급랭전로슬래그 골재는 제강공정 중 배출된 용융상태의 슬래그를 용기에 담아 이송하여 분당 1톤으로 낙하시키면서 분당 1200 m2 유량의 공기를 850 mmAq의 풍압으로 불어 분무하여 제조하였다.
- 본 연구에서 사용한 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 골재는 KS L 5100에 시멘트 강도 시험용으로 규정되어 있는 주문진 표준사와 P사의 전로슬래그를 E사에서 고속의 공기를 이용하여 분무하여 구형으로 제조한 급랭전로슬래그를 비 율에 따라 혼합하여 모르타르 시편 제작을 위한 잔골재로 사용하였다. 급랭전로슬래그 골재는 제강공정 중 배출된 용융상태의 슬래그를 용기에 담아 이송하여 분당 1톤으로 낙하시키면서 분당 1200 m2 유량의 공기를 850 mmAq의 풍압으로 불어 분무하여 제조하였다.
- 골재는 KS L 5100에 시멘트 강도 시험용으로 규정되어 있는 주문진 표준사와 P사의 전로슬래그를 E사에서 고속의 공기를 이용하여 분무하여 구형으로 제조한 급랭전로슬래그를 비 율에 따라 혼합하여 모르타르 시편 제작을 위한 잔골재로 사용하였다. 급랭전로슬래그 골재는 제강공정 중 배출된 용융상태의 슬래그를 용기에 담아 이송하여 분당 1톤으로 낙하시키면서 분당 1200 m2 유량의 공기를 850 mmAq의 풍압으로 불어 분무하여 제조하였다. 이때 0.
- 본 연구에서 사용한 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 골재는 KS L 5100에 시멘트 강도 시험용으로 규정되어 있는 주문진 표준사와 P사의 전로슬래그를 E사에서 고속의 공기를 이용하여 분무하여 구형으로 제조한 급랭전로슬래그를 비 율에 따라 혼합하여 모르타르 시편 제작을 위한 잔골재로 사용하였다.
- 본 연구에서 사용한 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 골재는 KS L 5100에 시멘트 강도 시험용으로 규정되어 있는 주문진 표준사와 P사의 전로슬래그를 E사에서 고속의 공기를 이용하여 분무하여 구형으로 제조한 급랭전로슬래그를 비 율에 따라 혼합하여 모르타르 시편 제작을 위한 잔골재로 사용하였다.
이론/모형
- 골재의 물성시험은 입도시험 및 조립율 시험(KS F 2502), 절 건비중 및 흡수율 시험(KS F 2504), 단위용적중량 및 실적률 시험(KS F 2505), 안정성 시험(KS F 2507)을 실시하였다. 모르타르 배합은 KS L 5105에 의거하여 시멘트의 양을 760 g, 골재의 양을 1862 g으로 정하였으며 감수제는 사용하지 않았다. 각각의 배합비는 Table 2에 나타낸 바와 같다.
- 모르타르 배합은 KS L 5105에 의거하여 시멘트의 양을 760 g, 골재의 양을 1862 으으로 정하였으며 감수제는 사용하지 않았 다.
성능/효과
- 1. 급랭전로슬래그의 입자형태는 구형이었으며 냉각 속도의 차이로 인해 표면증과 내부증 그리고 외부와 연결된 공동을 가지고 있었다. 잔골재 특성을 분석한 결과 비중은 3.
- 2. 표준사를 구형 급랭전로슬래그로 대체한 혼합 잔골재의 특성을 분석한 결과 대체 비율이 증가하면서 비중, 단위용적중량 그리고 조립율이 증가하였으며 실적률은 대체율 75%에서 최대를 나타내었다. 흡수율은 대체율 50%에서 가장 낮았으며 0.
- 2. 표준사를 구형 급랭전로슬래그로 대체한 혼합 잔골재의 특성을 분석한 결과 대체 비율이 증가하면서 비중, 단위용적중량 그리고 조립율이 증가하였으며 실적률은 대체율 75%에서 최대를 나타내었다. 흡수율은 대체율 50%에서 가장 낮았으며 0.
- 3. 혼합 잔골재의 구형 급랭전로슬래그 대체율이 증가할수록 굳지 않은 모르타르의 유동성이 증가하여 동일한 플로우값을 얻기 위한 물/시멘트 비는 감소하였다.
- 4. 구형 급랭전로슬래그 대체율이 증가할수록 양생한 모르타르시편의 조직은 치밀하였으며 비중은 증가하였다. 압축강도의 경우는 대체율 75%까지는 증가하다가 대체율 100%에서는 오히려 감소하였다.
- 4. 구형 급랭전로슬래그 대체율이 증가할수록 양생한 모르타르시편의 조직은 치밀하였으며 비중은 증가하였다. 압축강도의 경우는 대체율 75%까지는 증가하다가 대체율 100%에서는 오히려 감소하였다.
- 대체율 25%에서는 100%보다 입도분포는 넓으나 구형 급랭전로슬래그보다 각형의 표준사 비율 이 커서 실적률은 더 작아졌을 것으로 생각된다. 구형 급랭전로 슬래그의 조립율은 4.31로서 기준을 초과하였으나 대체율 25% 와 50%에서는 기준 범위를 만족하였다. 황산나트륨 수용액을 사용하여 혼합 잔골재의 대체 비율에 따른 안정성을 측정한 결 과 손실량이 2~4%로서 10% 이하로 규정된 KS 기준을 만족하였다.
- 대체율 25%에서는 100%보다 입도분포는 넓으나 구형 급랭전로슬래그보다 각형의 표준사 비율 이 커서 실적률은 더 작아졌을 것으로 생각된다. 구형 급랭전로 슬래그의 조립율은 4.31로서 기준을 초과하였으나 대체율 25% 와 50%에서는 기준 범위를 만족하였다. 황산나트륨 수용액을 사용하여 혼합 잔골재의 대체 비율에 따른 안정성을 측정한 결 과 손실량이 2~4%로서 10% 이하로 규정된 KS 기준을 만족하였다.
- 54 kg/l로서 국내 10개 지역 천연 잔골재의 평균값과 유사하였다. 구형 급랭전로슬래그의 단위용적중량은 2.23 kg/l이오로서 비중이 큰 전로슬래그의 특성에 기인한 것이며 대체율이 증가할 수록 단위용적중량은 증가하였다. 표준사의 실적률은 60%로서 국내 10개 지역 천연 잔골재의 평균값과 유사하였으며 구형급 랭전로슬래그 대체율이 50%와 75%일 때 혼합 잔골재의 실적 률은 66%로 가장 크고 공극률은 가장 작았다.
- 54 kg/l로서 국내 10개 지역 천연 잔골재의 평균값과 유사하였다. 구형 급랭전로슬래그의 단위용적중량은 2.23 kg/l이오로서 비중이 큰 전로슬래그의 특성에 기인한 것이며 대체율이 증가할 수록 단위용적중량은 증가하였다. 표준사의 실적률은 60%로서 국내 10개 지역 천연 잔골재의 평균값과 유사하였으며 구형급 랭전로슬래그 대체율이 50%와 75%일 때 혼합 잔골재의 실적 률은 66%로 가장 크고 공극률은 가장 작았다.
- 급랭전로슬래그의 입자형태는 구형이었으며 냉각 속도의 차이로 인해 표면증과 내부증 그리고 외부와 연결된 공동을 가지고 있었다. 잔골재 특성을 분석한 결과 비중은 3.46으로 표준사보다 높게 나타났으며 흡수율은 1.1%, 안정성은 2%로서 매우 양호하였으며 단위용적중량은 2.23 kg/A 실적률은 65%, 공극률은 35%이었다.
- 급랭전로슬래그의 입자형태는 구형이었으며 냉각 속도의 차이로 인해 표면증과 내부증 그리고 외부와 연결된 공동을 가지고 있었다. 잔골재 특성을 분석한 결과 비중은 3.46으로 표준사보다 높게 나타났으며 흡수율은 1.1%, 안정성은 2%로서 매우 양호하였으며 단위용적중량은 2.23 kg/A 실적률은 65%, 공극률은 35%이었다.
- Figure 3은 표준사와 구형 급랭전로슬래그의 혼합 잔골재를 사용하여 배합한 굳지 않은 모르타르가 110%의 플로우값을 갖 기 위해 필요한 물/시멘트 비를 나타낸 것이다. 적절한 플로우값 을 얻기 위한 물/시멘트 비는 혼합 잔골재에서 구형 급랭전로슬 래그의 비율이 증가함에 따라 48.5%에서부터 40%까지 감소하였다. 이것은 구형 급랭전로슬래그의 양이 증가할수록 모르타르의 유동성이 증가하였음을 보여준다.
- 23 kg/l이오로서 비중이 큰 전로슬래그의 특성에 기인한 것이며 대체율이 증가할 수록 단위용적중량은 증가하였다. 표준사의 실적률은 60%로서 국내 10개 지역 천연 잔골재의 평균값과 유사하였으며 구형급 랭전로슬래그 대체율이 50%와 75%일 때 혼합 잔골재의 실적 률은 66%로 가장 크고 공극률은 가장 작았다. 공극률은 골재의 단위용적 중의 공극 비율을 백분율로 나타낸 것이며 이에 대한 골재의 실적부분을 실적률이라고 한다.
- 23 kg/l이오로서 비중이 큰 전로슬래그의 특성에 기인한 것이며 대체율이 증가할 수록 단위용적중량은 증가하였다. 표준사의 실적률은 60%로서 국내 10개 지역 천연 잔골재의 평균값과 유사하였으며 구형급 랭전로슬래그 대체율이 50%와 75%일 때 혼합 잔골재의 실적 률은 66%로 가장 크고 공극률은 가장 작았다. 공극률은 골재의 단위용적 중의 공극 비율을 백분율로 나타낸 것이며 이에 대한 골재의 실적부분을 실적률이라고 한다.
- 75%에 해당하므로 내부에 공동을 있음에도 불구하고 큰 비중을 나타내는 것으로 생각된다. 혼합 잔 골재의 비중은 모든 대체 비율에서 KS 기준을 만족하였으며 구형 급랭전로슬래그의 비율이 증가할수록 증가하였다. 표준사와 구형 급랭전로슬래그의 흡수율은 각각 1.
- 31로서 기준을 초과하였으나 대체율 25% 와 50%에서는 기준 범위를 만족하였다. 황산나트륨 수용액을 사용하여 혼합 잔골재의 대체 비율에 따른 안정성을 측정한 결 과 손실량이 2~4%로서 10% 이하로 규정된 KS 기준을 만족하였다. 이와 같이 안정성이 좋은 골재는 골재 내의 실리카 성분이 시멘트의 알칼리 성분과 반응하여 일어나는 부식이나 팽창균열 등에 의한 파괴에 대한 저항이 우수하여 분말화하거나 중성화하는 경향이 적을 것으로 기대할 수 있다.
- 31로서 기준을 초과하였으나 대체율 25% 와 50%에서는 기준 범위를 만족하였다. 황산나트륨 수용액을 사용하여 혼합 잔골재의 대체 비율에 따른 안정성을 측정한 결 과 손실량이 2~4%로서 10% 이하로 규정된 KS 기준을 만족하였다. 이와 같이 안정성이 좋은 골재는 골재 내의 실리카 성분이 시멘트의 알칼리 성분과 반응하여 일어나는 부식이나 팽창균열 등에 의한 파괴에 대한 저항이 우수하여 분말화하거나 중성화하는 경향이 적을 것으로 기대할 수 있다.
후속연구
- 유동성이 작은 모르타르의 작업성을 확보하기 위해 물'/시멘트 비를 크게 하면 재료의 분리가 일어날 수 있고 여분의 물은 기공을 남기게 되므로 콘크리트의 물성 저하를 일으킬 수 있다. 따라서 구형 급랭전로슬래그를 잔골재로 대체하였을 때 작업성의 향상과 함께 치밀한 조직의 형성과 강도증진을 기대할 수 있을 것으로 생각된다.
- 유동성이 작은 모르타르의 작업성을 확보하기 위해 물'/시멘트 비를 크게 하면 재료의 분리가 일어날 수 있고 여분의 물은 기공을 남기게 되므로 콘크리트의 물성 저하를 일으킬 수 있다. 따라서 구형 급랭전로슬래그를 잔골재로 대체하였을 때 작업성의 향상과 함께 치밀한 조직의 형성과 강도증진을 기대할 수 있을 것으로 생각된다.
- 강모래와 강자갈 등 천연골재의 채취와 석산으로부터 인공골 재를 생산하는 것이 자원을 고갈시키고 환경문제를 일으키고 있 으므로 자원을 효과적으로 재활용하고 대체골재를 개발하는 것이 매우 중요하며 시급하다고 할 수 있다. 전로슬래그는 고로슬 래그와는 달리 골재로 사용할 수 없으나 그것을 안정화할 수 있으면 유용한 콘크리트용 대체골재로 사용할 수 있을 것이다. 이 를 위해 용융전로슬래그에 첨가제를 첨가하거나 용융전로슬래 그를 배출할 때 냉각속도의 변화를 통해 개질하는 방법이 시도되고 있다[9,13].
- 강모래와 강자갈 등 천연골재의 채취와 석산으로부터 인공골 재를 생산하는 것이 자원을 고갈시키고 환경문제를 일으키고 있 으므로 자원을 효과적으로 재활용하고 대체골재를 개발하는 것이 매우 중요하며 시급하다고 할 수 있다. 전로슬래그는 고로슬 래그와는 달리 골재로 사용할 수 없으나 그것을 안정화할 수 있으면 유용한 콘크리트용 대체골재로 사용할 수 있을 것이다. 이 를 위해 용융전로슬래그에 첨가제를 첨가하거나 용융전로슬래 그를 배출할 때 냉각속도의 변화를 통해 개질하는 방법이 시도되고 있다[9,13].
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