급냉 전기로 산화슬래그 잔골재의 입도 변화에 따른 모르타르의 특성 Properties of Mortar according to Gradation change of Electric Arc Furnace Oxidizing Slag Fine Aggregate made by Rapidly Cooled Method원문보기
철강 산업에서는 고로 슬래그, 전기로 슬래그, 전로슬래그 등 많은 부산물이 발생한다. 그 중 제강 슬래그는 일반 골재와 달리 높은 CaO와 낮은 $SiO_2$가 존재하며, 이를 시멘트와 콘크리트에 적용하게 되면 일부 알칼리 반응을 발생시키는 원인이 된다. 한편, 국내외적으로 제강 슬래그 중 전기로 산화슬래그의 콘크리트 구조용 골재로 사용하는 기준이 제정되어 사용을 장려하고 있지만, 슬래그에 대한 체적 안정성은 해결하지 못하였다. 최근에 이런 문제점을 해결하기 위하여 제강 슬래그의 고속의 공기로 냉각하는 방법이 국내에서 개발되었으며, 이를 적용할 경우 슬래그의 체적 붕괴를 야기시키는 유리 석회의 함유량을 최소화시키고 철 산화물에 대한 안정성을 갖는 것으로 보고되고 있다. 이에 본 연구에서는 철강 산업에서 발생되는 제강슬래그의 고속의 공기로 냉각한 급냉 전기로 산화슬래그의 콘크리트용 골재로서 활용하기 위한 기초 연구이다. 이를 위해 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재의 품질 특성을 검토하였으며, 골재의 입도별에 따른 모르타르 특성을 검토하였다. 실험 결과 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재의 특성은 아토마이저 공정에 의한 특성을 반영하고 있으며, 기존 콘크리트용 골재 입도 분포 범위에 비해 작은 입도 분포 범위를 가지는 것으로 나타났다.
철강 산업에서는 고로 슬래그, 전기로 슬래그, 전로 슬래그 등 많은 부산물이 발생한다. 그 중 제강 슬래그는 일반 골재와 달리 높은 CaO와 낮은 $SiO_2$가 존재하며, 이를 시멘트와 콘크리트에 적용하게 되면 일부 알칼리 반응을 발생시키는 원인이 된다. 한편, 국내외적으로 제강 슬래그 중 전기로 산화슬래그의 콘크리트 구조용 골재로 사용하는 기준이 제정되어 사용을 장려하고 있지만, 슬래그에 대한 체적 안정성은 해결하지 못하였다. 최근에 이런 문제점을 해결하기 위하여 제강 슬래그의 고속의 공기로 냉각하는 방법이 국내에서 개발되었으며, 이를 적용할 경우 슬래그의 체적 붕괴를 야기시키는 유리 석회의 함유량을 최소화시키고 철 산화물에 대한 안정성을 갖는 것으로 보고되고 있다. 이에 본 연구에서는 철강 산업에서 발생되는 제강슬래그의 고속의 공기로 냉각한 급냉 전기로 산화슬래그의 콘크리트용 골재로서 활용하기 위한 기초 연구이다. 이를 위해 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재의 품질 특성을 검토하였으며, 골재의 입도별에 따른 모르타르 특성을 검토하였다. 실험 결과 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재의 특성은 아토마이저 공정에 의한 특성을 반영하고 있으며, 기존 콘크리트용 골재 입도 분포 범위에 비해 작은 입도 분포 범위를 가지는 것으로 나타났다.
Steel industry produces many by-products and wastes such as blast furnace slag, electric arc furnace slag, and converter slag. As in the case of rock, the main component of steel slag are CaO and $SiO_2$ ; further, steel slag is as alkaline as portland cement or concrete. Electric arc fur...
Steel industry produces many by-products and wastes such as blast furnace slag, electric arc furnace slag, and converter slag. As in the case of rock, the main component of steel slag are CaO and $SiO_2$ ; further, steel slag is as alkaline as portland cement or concrete. Electric arc furnace oxidizing slag is possible to use as an aggregate for concrete ; however, it has been reclaimed because of it's expansibility caused by free CaO. Recently, a innovative rapid cooling method for melting steel slag has been developed in Korea, which reduces free lime content to minimum level and increases the stability of iron oxide. Therefore, this study describes the results of a series of research to utilize globular shape of electric arc furnace oxidizing slag fine aggregates made by rapidly cooled method for the construction industry by cooling rapidly melted slag from the steel industry. First of all, an experiment was carried out to investigate the quality characteristics of rapidly cooled electric arc furnace oxidizing slag fine aggregates in order to determine whether they can be applied to the construction industry. Then, by applying them to concrete of various particle sizes, we explored experimentally the desired condition to apply rapidly cooled electric arc furnace oxidizing slag fine aggregates to concrete.
Steel industry produces many by-products and wastes such as blast furnace slag, electric arc furnace slag, and converter slag. As in the case of rock, the main component of steel slag are CaO and $SiO_2$ ; further, steel slag is as alkaline as portland cement or concrete. Electric arc furnace oxidizing slag is possible to use as an aggregate for concrete ; however, it has been reclaimed because of it's expansibility caused by free CaO. Recently, a innovative rapid cooling method for melting steel slag has been developed in Korea, which reduces free lime content to minimum level and increases the stability of iron oxide. Therefore, this study describes the results of a series of research to utilize globular shape of electric arc furnace oxidizing slag fine aggregates made by rapidly cooled method for the construction industry by cooling rapidly melted slag from the steel industry. First of all, an experiment was carried out to investigate the quality characteristics of rapidly cooled electric arc furnace oxidizing slag fine aggregates in order to determine whether they can be applied to the construction industry. Then, by applying them to concrete of various particle sizes, we explored experimentally the desired condition to apply rapidly cooled electric arc furnace oxidizing slag fine aggregates to concrete.
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문제 정의
이에 본 연구에서는 아토마이징에 의해 급냉한 전기로 산화슬래그 잔골재를 콘크리트용 골재로 활용하기 위한 기초 연구로 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재의 구형율과 비표면적 특성을 검토하고 콘크리트 표준 시방서에서 제시하고 있는 골재표준입도 분포에 준하여 슬래그의 입도 분포별에 따른 모르타르의 강도 특성을 검토하여 최적의 입도 분포를 도출하는 것을 목적으로 하였다.
제안 방법
시험체 제작 직후 온도 21±2℃, 습도 60%의 조건에서 양생을 실시하였다.9) 플로 시험과 공기량 측정은 KS L5111에 의해 실시하였으며, 압축과 휨강도는 KS L 5105 및 5104에 의해 재령 3, 7, 28일에 실시하였다.
골재의 조립률 감소에 따른 모르타르의 플로우 감소를 회복하기 위해 고성능 감수제(SP)를 첨가하였다. 첨가된 고성능감수제의 양은 조립률 1.
급냉 전기로 산화슬래그의 비표면적을 측정하기 위하여 입형 분석은 SEM(MIRA LMH2, TESCAN korea)을 통하여 측정하였으며, 골재의 비표면적 계산은 BS 812에서 제시하고 있는 다음 식에 의해 계산하였다.
또한 목표 플로우는 200±5㎜로 설정하였으며, 물시멘트비는 44%로 고정한 후 고성능감수제를 첨가하여 유동성을 조정하였다.
본 연구의 실험계획은 Table 1과 같다. 모르타르의 배합비는 시멘트와 잔골재 비가 1:3이고, 천연골재의 용적에 대해 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재를 100%로 대체하였다. 잔골재 입도 분포는「콘크리트 표준시방서」 에서 규정하는 표준 입도 범위를 기준으로 조립률(F.
시험체 제작 직후 온도 21±2℃, 습도 60%의 조건에서 양생을 실시하였다.
또한 목표 플로우는 200±5㎜로 설정하였으며, 물시멘트비는 44%로 고정한 후 고성능감수제를 첨가하여 유동성을 조정하였다. 측정항목은 골재에서 입도 조정 후 단위용적질량과 실적률, 비표면적 및 구형율을, 모르타르 시험에서는 굳지 않은 성상에서는 플로우와 공기량, 경화성상에서는 재령 3, 7, 28일에서의 압축 및 휨강도이다.
대상 데이터
시멘트는 국내에서 생산되고 있는 분말도 3,300㎠/g의 Ⅰ종 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 골재는 아토마이징 된 급냉 전기로산화 슬래그를 사용하였다. 혼화재료는 K사에서 생산된 나프탈렌계 고성능 감수제를 사용하였다.
시멘트는 국내에서 생산되고 있는 분말도 3,300㎠/g의 Ⅰ종 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 골재는 아토마이징 된 급냉 전기로산화 슬래그를 사용하였다. 혼화재료는 K사에서 생산된 나프탈렌계 고성능 감수제를 사용하였다. 시멘트 및 골재의 물리적 특성은 Table 2, 3과 같으며, 혼화제의 물리적 특성은 Table 4와 같다.
데이터처리
이미지 프로그램은 TOMORO Scope Eye를 사용하였으며, 구형율은 다음과 같이 식 1.3을 이용하여 계산하였다.
이론/모형
재료 혼합은 KS ISO 679에 따라 Fig. 2와 같이 실시하였다. 시험체 제작 직후 온도 21±2℃, 습도 60%의 조건에서 양생을 실시하였다.
성능/효과
1) 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재의 구형율은 입자 크기 2.5㎜의 경우 0.81, 0.82를, 1.25∼0.15㎜ 크기의 경우 0.89∼0.93으로 측정되었다.
3) 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재의 비표면적은 조립률이 증가할수록 전체 골재의 비표면적이 감소하는 것으로 나타났다. 특히 조립률 2.
4) 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재의 입도별에 따른 모르타르의 특성을 분석한 결과 플로우는 조립률이 커질수록 유동성이 높게 나타났으며, 공기량은 낮은 조립률에서 가장 높게 나타났다. 이러한 이유는 조립률에 영향을 주는 작은 입자가 많이 존재하기 때문이다.
5) 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재의 입도별에 따른 모르타르의 특성 중 휨강도는 조립률 2.43이 가장 높게 나타났으며, 초기 재령의 조립률에 따른 강도 편차가 28일 재령에까지 나타나고 있다. 압축강도의 경우 휨강도와 유사한 경향을 보이고 있다.
5와 같다. 단위용적질량은 조립률 1.92, 2.10, 2.43에서는 거의 균등하게 2,700kg/㎥정도로 나타났으며, 조립률 3.10, 3.43. 3.
6과 같다. 분석 결과 조립률이 증가할수록 비표면적은 감소하고 있으며, 특히 조립률 2.43과 3.1 사이에서의 감소 비율이 높은 것으로 나타났다. 이상의 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재의 조립률에 따른 비표면적을 종합해보면, 선형적인 관계를 보이고 있다.
8은 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재 입도별 모르타르의 공기량 변화를 나타낸 것이다. 실험 결과 조립률 2.43의 기준으로 2.43보다 작을 경우에는 공기량이 증가하는 것으로 나타났으나, 2.43이상일 경우에는 공기량이 다시 감소하는 경향을 보이고 있다. 이는 조립률이 작을 경우 골재와 골재 사이의 공기가 많이 존재하는 것을 의미하는 것으로 판단된다.
골재의 조립률 감소에 따른 모르타르의 플로우 감소를 회복하기 위해 고성능 감수제(SP)를 첨가하였다. 첨가된 고성능감수제의 양은 조립률 1.92, 2.10, 2.43에 대해 각각 1.5, 1.0, 0.5%로 나타나 조립률과 첨가율은 선형적으로 나타났다. 그러나 조립률 3.
9은 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재 입도별에 따른 재령별 휨강도를 나타낸 것이다. 휨강도 측정결과 재령 28일 기준으로 잔골재 조립률 2.43에서 9.32㎫로 가장 높은 강도를 나타났다. 강도 편차는 초기 재령에서의 조립률별에 따른 강도 편차가 28일 재령까지 거의 유사한 편차를 보이고 있다.
후속연구
6) 이상의 실험 결과를 토대로 하면 급냉 전기로 산화슬래그 잔골재를 사용할 경우 콘크리트용 골재로 활용하기 위해서는 콘크리트 표준 시방서에서 제시하고 있는 입도 분포 보다 작은 입도 분포 범위를 채택해야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
철 1ton을 생산할 때 발생되는 부산물은 무엇인가?
철강 산업은 그 제조 공정의 특성상 다량의 원료와 에너지를 사용할 뿐만 아니라 많은 부산물을 발생시키고 있다. 철 1ton을 생산할 때 발생되는 부산물은 고로슬래그 400kg, 제강슬래그 200kg로 보고되고 있다.1) 이 부산물 중 고로슬래그는 시멘트 원료나 콘크리트용 혼화재료로 사용되어 고부가가치적으로 사용되고 있으나, 제강슬래그는 대부분 도로기층용 또는 노반재 등의 부가가치가 낮은 용도로 사용되고 있다.
제강슬래그의 재활용이 고로 슬래그에 비해 부가가치가 낮은 이유는 무엇 때문인가?
1) 이 부산물 중 고로슬래그는 시멘트 원료나 콘크리트용 혼화재료로 사용되어 고부가가치적으로 사용되고 있으나, 제강슬래그는 대부분 도로기층용 또는 노반재 등의 부가가치가 낮은 용도로 사용되고 있다. 제강슬래그의 재활용이 고로 슬래그에 비해 부가가치가 낮은 이유는 슬래그 내에 존재하는 유리석회로 인한 것이다. 유리석회는 물과 반응할 경우 약 1.
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