고로슬래그 시멘트 장단점

고로슬래그 시멘트

고로슬래그는 제철소에서 선철(銑鐵)을 제조할때 발생되는 용융슬래그를 용광로(高爐라고도함)에서 꺼내어 서서히 식혀 고화된 서냉(徐冷)슬래그이며, 냉각수로 급냉(急冷)시켜 유리질로 된 작은 모래모양의 급냉슬래그(高爐水碎 또는 水碎슬래그 라고도 함)를 미분쇄하여 포틀렌드시멘트에 적당량 혼합 한 것을 고로슬래그 시멘트(Portland Blast-furnace Slag Cement)라고 한다.
한편, 고로슬래그 시멘트는 고로슬래그량의 혼합정도에 따라 물성이 얼마간 상이 하지만 고로슬래그 시멘트를 사용한 콘크리트의 수화열(水和熱)이 포틀랜드 시멘트와 비교해서 훨씬 적기 때문에 중력식 댐 등과 같이 매시브한 콘크리트 구조물에 사용함으로써 수화열을 줄이는데 유리하며, 내해수성(耐海水性)을 위시한 화학저항성(化學抵抗性)이 우수하며, 장기재령에서 강도 증진이 월등하며 포틀랜드 시멘트보다 가격이 싼점 등을 장점으로 들수있다.
아울러 고로슬래그 시멘트는 에너지 절약형 시멘트로 크게 각광받고 있을 뿐만 아니라, 슬래그의 이용은 자원의 유효활용(有效活用)이라는 측면에서도 바람직하다.

고로슬래그 시멘트란

쇳물을 생산하기 위해서는 고로에 철광석, 석회석등을 연료인 코크스와 함께 장입하게 되는데 코크스가 연소되어 생성된 일산화탄소가 철광석을 용선으로 환원하게 된다.

고로슬래그는 이와 같이 고로로부터 용융된 상태의 쇳물을 생산하는 과정에서 발생되는 비철 부산물(Coproduct)로서 주로 Silicates, Aluminosilicates와 Calcium-Alumina-Silicates로 구성되어 있으며 용융상태의 고로슬래그는 냉각하는 방법에 따라 서냉시킨 괴재슬래그와 고압의 물로 급냉시킨 수재슬래그로 크게 구분한다.
괴재슬래그는 고온의 액상슬래그를 냉각상에서 대기중에 서서히 냉각시킨 것으로 결정구조가 형성되면서 단단한 암석상태의 슬래그이며, 수재슬래그는 용융상태의 고로슬래그를 고압의 물을 사용하여 빠른 속도로 냉각시킨 것으로 결정질이 거의 형성되지 않고 비 정질상의 모래와 유사한 입상으로 생성된다.
이와 같은 수재슬래그의 화학성분은 SiO2 33~35%, Al2O3 14~16%, Fe2O3 0.3~0.5%, CaO 42~44%, MgO 4~6%, SO3 0.1~0.2% 정도로 시멘트와 유사한 화학성분을 지니고 있어 미 분쇄하여 고로슬래그 시멘트의 원재료로 사용한다.

고로슬래그 시멘트 장단점

1) 장기강도가 높다
고로슬래그의 잠재수경성에 의한 장기강도가 높고, 또한 당사 고로슬래그 시멘트
는 품질개선 효과로 일반 고로슬래그시멘트에 비해 초기강도가 매우 우수하며 포틀랜드
시멘트의 초기강도와 비슷하며 장기강도에서 매우 우수하다.   2) 수화열이 낮다
시멘트는 물과 혼합시 수화작용으로 열이 밠애하게 되며, 이열이 높을수록 콘크리트의 균열발생이 커지게 된다. 고로슬래그시멘트의 경우 포틀랜드시멘트에 비해 수화열이 낮기 때문에 균열을 예방할 수 있어 대형 구조물 공사에는 고로슬래그시멘트가 특히 우수하다.   3) 화학저항성이 크다
슬래그의 포졸란 반응에 의한 Ca(OH)₂감소로 보통 포틀랜드 시멘트 보다 화학
저항성이 증대 또한, 수산화나트륨 침지시 강도감소율, 팽창율이 보통, 내황산
시멘트 보다 낮다.   4)

수밀성이 크다 .  고로슬래그 치환율이 증대할수록 세공반경이 감소하여 보통 포틀랜드 시멘트 보다 수밀성이 증대된다.

5) 알카리골재반응 억제 효과가 크다
시멘트중에 알칼리가 많으면 응결시간 조정이 어렵고 알칼리성 골재와 반응을 일으켜 내부팽창에 따른 콘크리트의 균열을 일으키게 되는데, 고로슬래그시멘트의 경우 저알칼리 제품으로 균열을 예방 할 수 있다.   6)

내해수성이 증대된다 고로슬래그 치환시 C3A량 감소 및 세공반경 감소에 의한 염화물이온의 투과율 저하로 철근부식 억제효과가 크다.

7) 단위수량 감소 및 슬럼프 로스 감소효과
배합시 물과 즉시 반응하지 않고,시멘트 입자의 분산성이 있어 단위수량 감소,
배합후 슬럼프 로스가 적어 출하후 타설 장소까지 운반시 슬럼프 변화 적다.   8) 에너지절약 및 환경친화적 시멘트
고로슬래그는 소성과정이 없고 클링커 사용량이 적어 제조시 에너지 대폭감소,
산업부산물의 재이용 및 제조시 CO₂ 대폭감소   ->시멘트 1톤 제조시 소요 에너지 및 CO₂ 발생량표  

구분 ＼ 종류	보통포틀랜드시멘트	고로슬래그시멘트	에너지 및 CO₂ 발생량 감소율(%)
석 탄	110 KG	67 KG	39
전 력	110 KWH	92 KWH	16.5
CO₂ 발생량	약 870 KG	약 478 KG	45

선진국 고로슬레그 시멘트 사용현황

1) 고로슬래그 미분말 규격  고로슬래그의 잠재수경성에 의한 장기강도가 높고, 또한 당사 고로슬래그 시멘트는 품질개선 효과로 일반 고로슬래그시멘트에 비해 초기강도가 매우 우수하며 포틀랜드 시멘트의 초기강도와 비슷하며 장기강도에서 매우 우수하다. ① NF P 18-506 Additions Pour Hydraulique-Laitier Vitrifie du Haut - Furneau.   ② 내 용 : 한국의 규격과 유사   2) 고로슬래그 미분말의 사용현황   ① 고로슬래그 미분말을 레미콘의 혼화재료로 사용치 않음.( 사용하는 플랜트가 없음. )   ② 레미콘 규격 : 미분말의 치환율을 15 ~ 30%범위 내에서 사용할 수 있도록 제한.   ③ 미분말 미사용 근거 : 기술적인 이유보다는 상업적인 이유.   ④ 수쇄 고로슬래그를 시멘트 회사가 수거하여 고로 및 혼합시멘트의 제조에 사용.   ⑤ 레미콘 공장의 사용 시멘트 강도 : 32.5MPa (330kgf/cm²)   42.5MPa (433kgf/cm²)       ⑥ 시멘트 회사가 고로슬래그의 유통 관리     3) 고로슬래그 사용현황 (2002년도)   (단위 : 만톤/년)   선철 생산량 고로슬래그 생산량 시멘트용 수 출 기 타 CEM Ⅲ CEM Ⅴ 1,238 350 70 50 50 180   - CEM Ⅲ(고로시멘트) , CEM Ⅴ(혼합시멘트) 임.

1) 고로슬래그 미분말 규격 ① BS 6699 Specification for Ground Granulated Blast-Furnace Slag for Use with CEMI PC. (ggbs)   ② 내 용 : 한국의 규격과 유사 (분말도 : 4,500 ~ 5,000cm²/g)   2) 고로슬래그 미분말의 사용현황   ① 특별한 제한없이 전 레미콘 공장(약 800레미콘 플랜트)에서 콘크리트 생산에 사용.   ② 사용용도에 따라 실험에 의하여 40 ~ 80%의 범위내에서 치환을 적용.   ③ 미분말 사용 근거 : 경제성, 편이성, 상업성   ④ 미분말을 슬래그시멘트의 제조보다는 혼화재료로 사용.   ⑤ 현 상황에서 콘크리트의 문제점은 없슴.   ⑥ 시멘트 강도 52.5MPa (535kgf/cm²)의 OPC와 혼합하여 사용.   ⑦ 레미콘 제조회사가 고로슬래그의 유통관리     3) 고로슬래그 유통량 (2002년도)   (단위 : 만톤/년)   선철 생산량 고로슬래그 총 유통량 수재슬래그 괴재,기타 877 300 200 100   - 수재슬래그는 벨기에, 프랑스 등에서 50만톤 수입 포함된 것임.     4) 수재슬래그 용도별 사용량(2002년도)   (단위 : 만톤/년)   계 콘크리트용 포틀랜드 고로슬래그 미분말 생산용 시멘트 제조용 시멘트 제조용 (레미콘 혼화재료) 200 - - 200

1) 고로슬래그 미분말 규격 ① JIS A 6206 콘크리트용 고로슬래그 미분말   ② 내 용 : 한국의 규격과 유사 (분말도 : 4,000 ~ 8,000cm²/g)   2) 고로슬래그 미분말의 사용현황   ① 고로슬래그 미분말을 많이 사용하지는 않지만 콘크리트의 용도에 따라 혼화재료로 사용.   ② 사용용도에 따라 실험에 의하여 20 ~ 85%의 범위내에서 치환을 적용.   ③ 적은양의 미분말 사용 근거 : 상업성, 약간의 기술성   ④ 수쇄 고로슬래그의 대부분을 고로시멘트의 제조에 사용.   ⑤ 사용시멘트의 강도 : 60MPa (610kgf/cm²)   ⑥ 일본 토목학회와 일본 건축학회의 「고로슬래그 미분말을 사용한 콘크리트의 배합설계와 시공지침」, 일본 전국 레미콘공업조합 연합회의 「고로슬래그 미분말을 사용한 콘크리트 제조 Manual」에 의하여 품질확보.   ⑦ 시멘트 회사가 고로슬래그의 유통 관리     3) 고로슬래그 유통량 (2002년도)   (단위 : 만톤/년)   선철 생산량 고로슬래그 총 유통량 수재슬래그 괴재,기타 7,853 2,420 1,832 588       계 콘크리트용 비 콘크리트용 고로시멘트 클링커 포틀랜드 고로슬래그 수 출 콘크리트 기 타 제조용 원료 시멘트 제조용 미분말용 골재 1,832 998 29 407 211 187 690 ~ 720 180 ~ 260 50 ~ 100   - 대만, 한국, 미국, 싱가폴 등에 수출 고로슬레그 시멘트 향후전망 최근 경제협력개발기구(OECD)에서 지구 온난화의 주범인 이산화탄소 등 온실가스 배출량을 줄이기 위하여 1997년 일본 교토에서 열린 기후변화협약에 의해 세계 141개국이 비준한 교토의정서가 2005년 2월 16일부터 시행됨에 따라 한국도 온실가스 배출량 감축의 직간접적인 압력에 놓이게 됐다. 따라서 지구온난화 문제와 관련된 환경규제, 자원의 유효이용에 관한 국가차원의 요청 등으로 환경친화적인 재료의 개발 및 사용이 크게 요구되고 있는 실정이다. 온실가스 감축은 시멘트 및 철강업계의 가장 큰 현안으로 등장할 것으로 예상되며 이에 대한 대응으로 고로슬래그를 재활용한 고로슬래그 시멘트를 사용함으로서 클링커 생산에 필요한 석회석 등 광물자원 고갈을 50% 정도 줄일 수 있고, 클링커제조에 소모되는 연료, 동력을 절약할 수 있으며 석회석 채광 및 운송에 따른 비산분진, 진동, 소음 등 환경부하를 줄이며 산림자원의 훼손방지에도 크게 도움을 줄 수 있다. 시멘트 사업에 있어서 환경부하를 감소시키기 위하여 산업부산물인 고로슬래그를 이용하여 고로슬래그 시멘트를 사용하면 클링커를 상대적으로 사용량을 줄일 수 있고, 이산화탄소도 크게 줄일 수 있다. 또한 고로슬래그시멘트의 우수성인 콘크리트 유동성, 장기강도 발현우수, 수밀성, 내해수성, 내약품성, 알칼리골재반응억제 등 다양한 용도로 사용할 수 있다. 현재 일본은 전체 시멘트 총 생산량 중 고로슬래그 시멘트가 25% 정도를 제조하여 사용하고 있으며, 우리나라는 겨우 11% 정도 사용하고 있으나 지리적인 여건과 에너지 및 환경친화적인 고로슬래그 시멘트는 점차적으로 증진될 것으로 사료됨. 원문출처

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아르떼 건축 설계 사무소 이메일 문의: arteczs@gmail.com

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