JP2021502321A - セメント添加物及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明はセメントで生成される６価クロムを含めた重金属などの発癌誘発物質を除去するとともにセメントの強度及び固有物性が保持されるセメント添加物及びその製造方法に関する発明である。また、本発明のセメント添加物は熱によって６価クロムに酸化されないセメントを提供することができる。

Description

本発明はセメントで生成される６価クロムを含めた重金属などの発癌誘発物質を除去するとともにセメントの強度及び固有物性が保持されるセメント添加物及びその製造方法に関する。
セメント（ｃｅｍｅｎｔ）は物質と物質を接合させる性質を有する無機質結合材で水と反応して固まる鉱物質微粉末であり、建物を建てるために用いられる混合物として用いられる。
セメントは、大きくポルトランドセメント（ｐｏｒｔｌａｎｄ ｃｅｍｅｎｔ）、白色ポルトランドセメント（ｗｈｉｔｅ ｐｏｒｔｌａｎｄ ｃｅｍｅｎｔ）、混合シメント（ｂｌｅｎｄｅｄ ｃｅｍｅｎｔ）に分けられる。
その中でもポルトランドセメントは主成分である石灰、シリカ、アルミナ及び酸化鉄を含む原料を適当な割合で混合してその一部が溶融して焼結されたクリンカー（ｃｌｉｎｋｅｒ）に適量の石膏を投入して粉末にしたものである。
韓国は「世宗実録地理志」に焼成石灰の使用方法が記録されており、朴斉家の「北学議」に城壁築造などに用いたことが記録されている。
また、韓国の１９６０〜１９８０年代には石灰石がたくさん埋蔵されている地理的特徴によって石灰石を原料としてセメントを製造した。
しかしながら、１９９０年代以後にはコスト節減及び産業廃棄物の処理のために、製造過程で年間３００〜４００万トンの産業廃棄物が副原料または代替原料で用いてセメントを製造した。
産業廃棄物は、鉄鋼スラグ、焼却材、染色公団スラッジ、化学成分廃スラッジ、廃半導体などを原料として用いられた。
また、産業廃棄物が含まれたセメントは６価クロム（Ｃｒ６＋）と鉛（Ｐｂ）、水銀（Ｈｇ）、砒素（Ａｓ）、カドミウム（Ｃｄ）のような重金属などの発癌誘発物質で、アトピー性皮膚炎、シックハウス症候群などのような疾病が誘発された。
鉛は、呼吸器、消火器を通じて体内に吸収され、貧血、腎臓機能障害、神経筋肉系の障害などの多様な症状が誘発される。
水銀は、常温で気化が発生されて呼吸器と肌を通じて人体に吸収されて神経系及び腎臓、肌、内部臓器の損傷などを誘発し、重症になると死亡してしまう。
砒素は、少ない服量で吐き気、嘔吐、下痢を引き起こし、長期間吸入及び攝取すると、肺癌、皮膚癌が誘発される。
カドミウムは、イタイイタイ病の原因物質で、骨の軟化、骨折などの深刻な疾病が誘発される。
６価クロムは、非金属１級発ガン物質で、強い酸化作用をし、毒性が強くて接触または吸入を通じて皮膚癌、肺癌などの各種癌と疾病を誘発する。
ヨーロッパ、日本などの先進国では６価クロムを２ｍｇ／ｋｇ以下に規制するが、韓国の場合２０ｍｇ／ｋｇ以下に自律規制している。
最近には、コスト節減よりは有害及び発ガン物質などの問題が改善された安全なセメントを製造するために６価クロムの数値を低める研究及び開発が行われている実情である。。
本発明の背景技術となる先行技術として、大韓民国登録特許第１０−１４３３１３５号公報（以下、「特許文献１」）、大韓民国登録特許第１０−０８１５２８９号公報（以下、「特許文献２」）、大韓民国登録特許第１０−０８５１９２９号公報（以下、「特許文献３」）、日本国特許第５８７６８３６号公報（以下、「特許文献４」）、欧州特許第１５３３２８７号明細書（以下、「特許文献５」）及び日本国特開２００８−２７３９９３号公報（以下、「特許文献６」）がある。
特許文献１は、クロムを還元させるための配位金属化合物で、エチレンジアミン 硫酸第１鉄塩（４水塩）が水和性セメントに用いてセメント組成物の６価クロムを還元させる方法に関する。
特許文献１の発明は、６価クロム還元性金属陽イオンを安定化させるために、窒素が含有された配位金属化合物を使用しているが、セメント自体の強度及び固有物性が保持されているかどうか分からない。
特許文献２は、６価クロムが除去された共同住宅のコンクリート底用セメントモルタル組成物であって、硫酸第一鉄七水和物（ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ）が０．３〜０．８重量％含まれるセメント組成物に関する。
特許文献２の発明は、６価クロムの数値を低減するために、硫酸第一鉄七水和物を用いているが、硫酸第一鉄七水和物だけで６価クロムから３価クロムに還元されて一時的に少なく見えるのである。
また、このようなセメントは市販される間に再び３価クロムから６価クロムに酸化されて各種疾病などを誘発する問題点がある。
特許文献３は、セメント内のクロムを減少させるための、一つ以上の遷移元素の水酸化物の水性コロイド懸濁物にクリンカー焼成中に水酸化スズを混合したセメントに関する。
特許文献３の発明は、セメントに含まれた６価クロムの含量が２ｐｐｍ以下の値段を有するためには、水酸化スズが酸化還元電位が０．９６Ｖで、ｐＨが２〜１１の条件のみで用いなければならないという煩雑さがある。
特許文献４は、セメント混和材、セメント組成物及びそれを用いた６価クロム低減方法で、硫酸スズを含むセメント組成物に関する。
特許文献４の発明は、硫酸スズのみをセメントに混合して用いる場合、６価クロムの減少の幅が大きくなく、遊離石灰を含有する膨張材が含まれなければならないという問題点がある。
特許文献５は、セメントで クロム酸塩を低減するための硫酸スズまたは硫酸第一鉄を含む分散液として還元剤を用いる発明である。
特許文献５の発明は、硫酸スズまたは硫酸第一鉄をそれぞれ用いていて６価クロムを低減しにくく、粘度調節剤がさらに含まれていて、セメント自体の強度と固有物性が変わって建築物に使用しにくい。
特許文献６は、重金属溶出抑制剤及び重金属溶出抑制工法で、６価クロムを３価クロムに還元する補助剤として硫酸第一鉄を用いる発明である。
特許文献６の発明は、セメントに還元剤、還元助剤及び固定剤が最小２．５％以上含まれ、時間が経つにつれて６価クロムに酸化され、検出量が増加されるという問題点がある。
そこで、本出願人は６価クロムを３価クロムに還元させ、重金属をとり除く炭、ケイ酸塩（ｓｉｌｉｃａｔｅ）、硫酸鉄七水和物（ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ）及び塩化鉄四四水和物（ＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏ）が含まれた混合物をセメントに用いることができるセメント添加物を案出することになった。
大韓民国登録特許第１０−１４３３１３５号公報 大韓民国登録特許第１０−０８１５２８９号公報 大韓民国登録特許第１０−０８５１９２９号公報 日本国特許第５８７６８３６号公報 欧州特許第０１５３３２８７号明細書 日本国特開２００８−２７３９９３号公報
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためのもので、廃棄物を利用したセメント製造方法で提起される有害及び発癌物質の問題点を改善するセメント添加物を提供することを目的とする。
また、本発明のセメント添加物は、セメント生産前過程或いはセメント打設前に混合しても既存のセメントと同じ強度及び固有物性を提供することにある。
さらに、本発明はセメント工程過程の多様性による生産費用が節減されることにある。
さらに、本発明のセメント添加物は廃水処理過程に導入可能なセメントを提供することにある。
特に、本発明のセメント添加物はセメントが熱によって６価クロムに酸化されないセメントを提供することにある。
上記のような目的を達するために、本発明は、本発明のセメント添加物は、重量部として、炭１３〜２３部；ケイ酸塩１６〜２６部；硫酸鉄七水和物１６〜２３部；及び塩化鉄四水和物４９〜５９部が含まれることを特徴とする。
本発明のセメント添加物は、珪藻土；塩化第二鉄；塩化第二鉄六水和物；硫化スズ；アンチモン；塩化鉄；または硫酸鉄の中の何れか一つ以上がさらに含まれることを特徴とする。
本発明のセメント添加物は、重量部として、珪藻土１３〜２３部；ケイ酸塩１６〜２６部；硫酸鉄七水和物１６〜２３部；及び塩化鉄四水和物４９〜５９部が含まれることを特徴とする。
本発明のセメント添加物は、重量部として、炭１３〜２３部；硫化スズ１６〜２６部；硫酸鉄七水和物１６〜２３部；及び塩化鉄四水和物４９〜５９部が含まれることを特徴とする。
本発明のセメント添加物は、重量部として、炭１３〜２３部；ケイ酸塩１６〜２６部；アンチモン１６〜２３部；及び塩化鉄四水和物４９〜５９部が含まれることを特徴とする。
本発明のセメント添加物は、重量部として、炭１３〜２３部；ケイ酸塩１６〜２６部；硫酸鉄七水和物１６〜２３部；及び塩化第二鉄、塩化第二鉄六水和物、塩化鉄または硫酸鉄の中の何れか一つ以上が４９〜５９部が含まれることを特徴とする。
本発明のセメント混合物は、セメント添加物がセメントに０．１〜０．８重量％が含まれることを特徴とする。
本発明のセメント混合物はステアリン酸カルシウムが１０重量％以下がさらに含まれることを特徴とする。
本発明は廃棄物を利用したセメント製造方法で提起される有害及び発癌物質の問題点を改善するセメント添加物を提供して鉛、カドミウム、砒素、水銀などの重金属物質が不検出されるという效果を奏する。
特に、本発明はセメントに含まれた発癌物質の中の６価クロムが顕著に低減されるという效果を奏する。
また、本発明のセメント添加物はセメントの生産前過程或いはセメントの打設前に混合しても既存のセメントと同じ強度及び固有物性が保持されるという效果を奏する。
さらに、本発明はセメントの工程過程の多様性による生産費用が節減されるという效果を奏する。
さらに、本発明のセメント添加物は廃水処理過程に導入可能なセメントを提供することができる。
特に、本発明のセメント添加物はセメントが熱によって６価クロムに酸化されないセメントを提供することができる。
本発明の製造方法で製造されたセメント添加物である。 本発明のセメント添加物及び硫酸鉄が含まれていないセメントの重金属、６価クロム溶出試験成績書である。 本発明のセメント添加物及び硫酸鉄が含まれたセメントの重金属、６価クロム溶出試験成績書である。 従来のセメントの重金属、６価クロム溶出試験成績書である。 本発明のセメント添加物が含まれたセメントと従来セメントの６価クロム溶出試験結果である。 本発明のセメント添加物含量による６価クロム溶出試験結果である。 本発明のセメント添加物含量による６価クロム溶出試験結果である。 本発明のセメント添加物が含まれたセメントと従来のセメントの６価クロム検出を肉眼で確認する試験結果である。 本発明のセメント添加物が含まれたセメントと従来のセメントを利用して金魚生存実験する写真である。 本発明のセメント添加物が含まれたセメントと従来のセメントを利用して陰イオン数値を確認した結果である。 本発明のセメント添加物が含まれたセメントを利用して加熱による６価クロム検出を肉眼で確認した結果である。
以下、実施例を通じて本発明を詳細に説明する。
本発明の目的、特徴、長所は以下の実施例を通じて容易に理解され得る。
本発明はここで開示される実施例に限定されず、他の形態に具体化されることができる。ここで開示される実施例は本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって本発明の思想が十分伝達されることができるようにするために提供されるものであり、本発明の技術的思想及び技術的範囲に含まれるすべての変換、均等物または代替物を含むことと理解すべきである。
従って、以下の実施例によって本発明が制限されてはならなく、本発明の技術的思想及び技術的範囲に含まれるすべての変換が含まれることと理解すべきである。即ち、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する人であれば特許請求範囲に記載された本発明の思想から逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加などによって本発明を多様に修正または変更することができるはずであり、これも本発明の権利範囲内に含まれるべきである。
本発明は多様な変換が施されることができ、各種実施例を有することができるが、特定実施例を図面に例示して詳細に説明する。各図面で要素の大きさまたは複数の要素の間の相対的な大きさは本発明に対する明確な理解のために若干拡張して図示される。また、各図面に示された要素の形状が製造工程上の変異などによって変更されることができる。
従って、本明細書で開示された実施例は特別な言及がない限り図面に示された形状に限定されず、ある程度の変形を含むことと理解すべきである。
一方、本発明のさまざまな実施例は明確な反対の指摘がない限りそれ以外の何れの他の実施例と結合されることができる。特に好ましいまたは有利だと指示する何れの特徴も好ましいまたは有利だと指示したそれ以外の何れの特徴及び複数の特徴と結合されることができる。即ち、本発明の多様な様相、特徴、実施例または具現例は単独または多様な組合に用いられることができる。
本明細書に用いられる用語は特定の実施例を記述するためのものであって、特許請求範囲によって限定するのではないことを理解すべきであり、本明細書に用いられるすべての技術用語及び科学用語は他の言及がない限り通常の技術を有する者に一般的に理解されるのと同じ意味を有する。単数の表現は文脈上明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。
本発明を説明するにおいて、係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にする虞があると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
本発明の実施例で組成物の含量比は特別な事情がない限り「重量部」である。
本発明のセメント添加物は重金属を低減するために炭及びケイ酸塩が含まれ、６価クロムを３価クロムに還元させるために硫酸鉄七水和物及び塩化鉄四水和物が含まれることができるが、これに限定されない。
より詳しくは、前記セメント添加物は、重量部として、炭１３〜２３部；ケイ酸塩１６〜２６部；硫酸鉄七水和物１５〜２４部；及び塩化鉄四水和物４９〜５９部が含まれることができ、好ましくは、重量部として、炭１５〜２１部；ケイ酸塩１８〜２４部；硫酸鉄七水和物１７〜２２部；及び塩化鉄四水和物５１〜５７部が含まれることができ、さらに好ましくは、重量部として、炭１７〜１８部；ケイ酸塩１９〜２１部；硫酸鉄七水和物１８〜１９部；及び塩化鉄四水和物５２〜５４部が含まれることができるが、これに限定されない。
前記炭は、微細孔隙が多く、吸着能力が優れて、重金属及び還元された３価クロムを吸着して非活性化状態に保持させて用いるのである。
本発明で用いられる炭は松炭、竹炭、楢柏炭（ 堅炭）、銀杏炭の中の何れか一つ以上を用いることができ、好ましくは、竹炭または楢柏炭の中の何れか一つ以上を用いることができ、さらに好ましくは、楢柏炭を用いることができるが、これに限定されない。
また、本発明で用いられる炭は粉末形態であってもいいが、これに限定されない。
炭の孔隙直径は用いる木の種類によって異なる。孔隙の平均直径は、松炭は１〜１０ｕｍ、竹炭は３〜１５ｕｍ、楢柏炭は２〜１０ｕｍ、銀杏炭は３〜１０ｕｍである。
楢柏炭は、５００〜９００℃の中温または１，１００〜１，３００℃の高温で製炭されたものを用いることができるが、これに限定されない。
また、楢柏炭の微細孔隙数は中温より高温で製炭されたものが多く含まれて、高温で製炭されたものを用いることが一番良いが、これに限定されない。
特に、楢柏炭は他の炭と違って、微細孔隙が多くて吸着能力が非常に優れ、重金属及び６価クロムの除去に卓越な效果がある。
竹炭は１，０００℃以上の高温で製炭されたものを用いることができ、好ましくは、１，１００〜１，３００℃の高温で製炭されたものを用いることができるが、これに限定されない。
特に、竹炭は陰イオン、遠赤外線、電磁波遮断、におい除去及び空気浄化、水質浄化、抗菌及び解毒、ミネラル供給、湿度調節效果があり、重金属の吸着率が優れる。
前記ケイ酸塩は一つまたはさらに多いケイ素中心原子が陰電荷を持つリガンドによって囲まれている陰イオンを含む化合物で耐食性がさらに向上される。
本発明で用いられるケイ酸塩は陰イオンを利用して重金属の陽イオンを中和させるとともに、細工構造を有していて、重金属及び還元された３価クロムを吸着し、その周辺をコーティングして非活性化状態に保持させる。
前記硫酸鉄七水和物は白色を帯びた浅緑の結晶または結晶性粉末で、水に溶解され、アルコールまたはエーテルには溶解されず、空気中に放置すると、表面に黄褐色の塩基性硫酸第二鉄（Ｆｅ（ＯＨ）ＳＯ４）を生成する。
前記塩化鉄四水和物は淡緑色で、潮解性のある結晶で、比重が１．９２６ｇ／ｃｍ３で、水とアルコールに溶解され、水和物を空気中で加熱すると分解して酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）になる。
本発明で用いられる硫酸鉄七水和物及び塩化鉄四水和物は電子供給チェーンＦｅ２＋によってクロム還元の反応を起こして６価クロムが３価クロムに還元されるのである。
前記セメント添加物は通常の方法で混合して製造されることができる。
さらに、セメント添加物は粉末または水溶液状態であるものを用いることができ、好ましくは、粉末形態であってもいいが、これに限定されない。
また、セメント添加物に、珪藻土（ｄｉａｔｏｍｉｔｅ）、塩化第二鉄（ｆｅｒｒｉｃ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、塩化第二鉄六水和物（ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ）、硫化スズ（ＳｎＳ）、アンチモン（ａｎｔｉｍｏｎｙ）、塩化鉄（ｉｒｏｎ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）または硫酸鉄（ｉｒｏｎ ｓｕｌｆａｔｅ）の中の何れか一つ以上が０．１〜５重量部がさらに含まれることができるが、これに限定されない。
前記＜実施例１＞で製造されたセメント添加物に用いられる材料は今後の生産中断、経済的な問題または毒性問題などによって代替物質使用が可能であり、具体的な構成は以下の通りである。
＜実施例１＞で用いられた炭は珪藻土で取り替えて使用が可能であるが、これに限定されない。
炭が珪藻土で取り替えられたセメント添加物は、重量部として、珪藻土１３〜２３部；ケイ酸塩１６〜２６部；硫酸鉄七水和物１５〜２４部；及び塩化鉄四水和物４９〜５９部が含まれることができ、好ましくは、重量部として、珪藻土１５〜２１部；ケイ酸塩１８〜２４部；硫酸鉄七水和物１７〜２２部；及び塩化鉄四水和物５１〜５７部が含まれることができ、さらに好ましくは、重量部として、珪藻土１７〜１８部；ケイ酸塩１９〜２１部；硫酸鉄七水和物１８〜１９部；及び塩化鉄四水和物５２〜５４部が含まれることができるが、これに限定されない。
本発明で珪藻土は非晶質の非結晶構造を有する天然粘土で、低い密度と高い孔隙率を有していて、重金属及び還元された３価クロムを吸着させて非活性化状態に保持させる。
本発明で珪藻土を除いた他の材料と方法は＜実施例１＞と同じである。
前記＜実施例１＞で製造されたセメント添加物に用いられる材料は今後の生産中断、経済的な問題または毒性問題などによって代替物質使用が可能であり、具体的な構成は以下の通りである。
＜実施例１＞で用いられたケイ酸塩は硫化スズで取り替えて使用が可能であるが、これに限定されない。
ケイ酸塩が硫化スズで取り替えられたセメント添加物は、重量部として、炭１３〜２３部；硫化スズ１６〜２６部；硫酸鉄七水和物１６〜２３部；及び塩化鉄四水和物４９〜５９部が含まれることができ、好ましくは、重量部として、炭１５〜２１部；硫化スズ１８〜２４部；硫酸鉄七水和物１７〜２２部；及び塩化鉄四水和物５１〜５７部が含まれることができ、さらに好ましくは、重量部として、炭１７〜１８部；硫化スズ１９〜２１部；硫酸鉄七水和物１８〜１９部；及び塩化鉄四水和物５２〜５４部が含まれることができるが、これに限定されない。
本発明で硫化スズは陰イオンによって重金属の陽イオンを中和させて重金属を非活性化状態に保持させる。
本発明で硫化スズを除いた他の材料と方法は＜実施例１＞と同じである。
前記＜実施例１＞で製造されたセメント添加物に用いられる材料は今後の生産中断、経済的な問題または毒性問題などによって代替物質使用が可能であり、具体的な構成は以下の通りである。
＜実施例１＞で用いられた硫酸鉄七水和物はアンチモンで取り替えて使用が可能であるが、これに限定されない。
硫酸鉄七水和物がアンチモンで取り替えられたセメント添加物は、重量部として、炭１３〜２３部；ケイ酸塩１６〜２６部；アンチモン１６〜２３部；及び塩化鉄四水和物４９〜５９部が含まれることができ、好ましくは、重量部として、炭１５〜２１部；ケイ酸塩１８〜２４部；アンチモン１７〜２２部；及び塩化鉄四水和物５１〜５７部が含まれることができ、さらに好ましくは、重量部として、炭１７〜１８部；ケイ酸塩１９〜２１部；アンチモン１８〜１９部；及び塩化鉄四水和物５２〜５４部が含まれることができるが、これに限定されない。
本発明でアンチモンを除いた他の材料と方法は＜実施例１＞と同じである。
前記＜実施例１＞で製造されたセメント添加物に用いられる材料は今後の生産中断、経済的な問題または毒性問題などによって代替物質使用が可能であり、具体的な構成は以下の通りである。
＜実施例１＞で用いられた塩化鉄四水和物は、塩化第二鉄、塩化第二鉄六水和物、塩化鉄または硫酸鉄の中の何れか一つ以上で取り替えて使用が可能であるが、これに限定されない。
塩化鉄四水和物が塩化第二鉄、塩化第二鉄六水和物、塩化鉄または硫酸鉄の中の何れか一つ以上で取り替えられたセメント添加物は、重量部として、炭１３〜２３部；ケイ酸塩１６〜２６部；硫酸鉄七水和物１６〜２３部；及び塩化第二鉄、塩化第二鉄六水和物、塩化鉄または硫酸鉄の中の何れか一つ以上が４９〜５９部が含まれることができ、好ましくは、重量部として、炭１５〜２１部；ケイ酸塩１８〜２４部；硫酸鉄七水和物１７〜２２部；及び塩化第二鉄、塩化第二鉄六水和物、塩化鉄または硫酸鉄の中の何れか一つ以上が５１〜５７部が含まれることができ、さらに好ましくは、重量部として、炭１７〜１８部；ケイ酸塩１９〜２１部；硫酸鉄七水和物１８〜１９部；及び塩化第二鉄、塩化第二鉄六水和物、塩化鉄または硫酸鉄の中の何れか一つ以上が５２〜５４部が含まれることができるが、これに限定されない。
本発明で塩化第二鉄、塩化第二鉄六水和物、塩化鉄または硫酸鉄は電子供給チェーンＦｅ２＋によってクロム還元の反応を起こして６価クロムが３価クロムに還元させて非活性状態に保持させる。
本発明で塩化第二鉄、塩化第二鉄六水和物、塩化鉄または硫酸鉄を除いた他の材料と方法は＜実施例１＞と同じである。
図１は本発明の製造方法で製造されたセメント添加物である。
＜実施例１＞〜＜実施例５＞の中の何れか一つのセメント添加物がセメント生産前過程またはセメント打設前に混合されることができるが、これに限定されない。
本発明でセメント混合物はセメント及びセメント添加物が混合されたものを意味する。
本発明でセメントは公知の技術で製造されたものを用いることができるが、これに限定されない。
セメント混合物はセメントに含まれた重金属、発癌物質などを不検出または低減させるために、セメントにセメント添加物が０．１〜０．８重量％含まれることができ、好ましくは、０．２〜０．７重量％、さらに好ましくは、０．３〜０．６重量％含まれることができるが、これに限定されない。
セメント添加物はセメントに０．１重量％未満含まれる場合、重金属が検出される可能性があり、０．８重量％超えて含まれる場合、セメント固有物性が変わる可能性がある。
また、セメント添加物がセメントに０．２重量％未満含まれる場合、６価クロムが２．５ｐｐｍ以上に検出される可能性があり、０．７重量％超えて含まれる場合、セメントの強度が変わる可能性がある。
さらに、セメント添加物がセメント０．３重量％未満含まれる場合、６価クロムが２ｐｐｍ以上に検出される可能性があり、０．６重量％超えて含まれる場合、セメントの強度が低下される可能性がある。
また、セメント添加物はセメント、コンクリートまたはモルタルに用いることができるが、これに限定されない。
本発明でセメントの強度をさらに高めるために、セメント混合物にステアリン酸カルシウムが１０重量％以下がさらに含まれることができ、好ましくは、１〜６重量％、さらに好ましくは、２〜５重量％、最も好ましくは、２〜３重量％がさらに含まれることができるが、これに限定されない。
前記ステアリン酸カルシウムは水を吸収しない特性を有していて、撥水及び防水性が改善されることによってセメントの強度が向上されることができる。
また、ステアリン酸カルシウムはセメント混合物に１０重量％超えて混合される場合、強度発現が低下される可能性がある。
さらに、ステアリン酸カルシウムはセメント混合物に２重量％未満で混合される場合、撥水及び防水效果が微弱になる可能性があり、３重量％超えて混合される場合、製造コストが高くなって経済的でない。
＜実験例１＞
本発明の実施例１に基づいて製造されたセメント添加物が含まれたセメントと従来のセメントの重金属及び６価クロムを比較する実験を行った。
実験群は硫酸鉄が含まれていないセメントに実施例１のセメント添加物が含まれたものを用いた。
対照群Ａは硫酸鉄が含まれたセメントに実施例１のセメントが添加されたものを用い、対照群Ｂは市販の亜細亜セメントを用いた。
重金属はカドミウム、砒素、水銀及び鉛をＥＰＡ ｍｅｔｈｏｄ３０５１Ａ：２００７試験方法を利用した。
６価クロムはＥＰＡ ｍｅｔｈｏｄ３０５１Ａ：２００７試験方法またはＫＳ Ｌ ５２２１：２００７試験方法を利用した。
以下の＜表１＞は重金属及び６価クロム溶出試験結果を整理したものである。
Figure 2021502321
＜表１＞及び図２〜４を説明すれば、鉛、カドミウム、砒素、水銀のような重金属の中で鉛は実験群、対照群Ａで検出されず、対照群Ｂで８７．９ｍｇ／Ｌと最も多く検出された。
これは実験群及び対照群Ａが定量限界の以下値を有する０．０３ｍｇ／Ｌと仮定して対照群Ｂと比べた時、セメント添加物を用いる場合、鉛が２，９３０倍以上減少されたことを類推することができる。
カドミウムは実験群、対照群Ａで検出されず、対照群Ｂで２．２ｍｇ／Ｌと最も多く検出された。
これは実験群及び対照群Ａが定量限界の以下値を有する０．０３ｍｇ／Ｌと仮定して対照群Ｂと比べた時、セメント添加物を用いる場合、カドミウムが約７３倍以上減少されたことを類推することができる。
砒素は実験群、対照群Ａで検出されず、対照群Ｂで３４．６５ｍｇ／Ｌと最も多く検出された。
これは実験群及び対照群Ａが定量限界の以下値を有する０．０４ｍｇ／Ｌと仮定して対照群Ｂと比べた時、セメント添加物を用いる場合、砒素が約８６６倍以上減少されたことを類推することができる。
水銀は実験群で検出されず、対照群Ｂで０．０６ｍｇ／Ｌと最も多く検出され、その次に対照群Ａで０．０００６ｍｇ／Ｌに検出された。
これは実験群が定量限界の以下値を有する０．０００４ｍｇ／Ｌと仮定して対照群Ｂと比べた時、セメント添加物を用いる場合、水銀が１５０倍以上減少されたことを類推することができる。
特に、実験群と対照群Ａはセメント内の硫酸鉄の有無による試験結果で、硫酸鉄が含まれた対照群Ａで水銀のみ検出されたことを確認した。これは硫酸鉄が含まれる場合、水銀が検出に影響があることが分かる。
また他の発癌物質である６価クロムは、対照群Ｂで２４．３ｍｇ／Ｌと最も多く検出された。実験群と対照群Ａの６価クロムはそれぞれ０．０８５ｍｇ／Ｌ、０．０９２ｍｇ／Ｌ検出された。これは対照群Ｂと比べた時、セメント添加物を用いる場合、６価クロムが約２６４〜２８６倍減少されたことを確認することができる。
また、本発明のセメント添加物はセメントに含まれる場合、重金属が全く検出されず、６価クロムが顕著に低く検出されたことが分かる。このような結果によって廃水処理過程に導入可能であることを類推することができる。
＜実験例２＞
本発明の実施例１に基づいて製造されたセメント添加物が含まれたセメントと従来のセメントの６価クロムを比較する実験を行った。
実験群はセメントに電子秤を利用してセメント添加物が０．５重量％含まれたものを用いた。
対照群Ｃはセメントに一般秤を利用してセメント添加物が０．５重量％含まれたものを用い、対照群Ｄは市販の亜細亜セメントを用いた。
以下の＜表２＞は６価クロム溶出試験結果を整理したものである。
Figure 2021502321
＜表２＞及び図５を説明すれば、実験群と対照群Ｃ、Ｄのセメント波長（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）に変化がないことを確認することができる。これはセメントの物性に変化がないことが分かる。
６価クロムは実験群で０．７７１ｐｐｍと最も少なく検出され、対照群Ｃで１．０１９ｐｐｍ、対照群Ｄで２８．３９４ｐｐｍ検出された。これは対照群Ｄと比べた時、セメント添加物を用いる場合、６価クロムが約２７〜３６倍減少されたことが分かる。
さらに、セメントに本発明のセメント添加物が含まれる場合、セメント固有の物性に大きな変化がなく、６価クロムが顕著に少なく検出されたことを確認することができる。
＜実験例３＞
本発明の実施例１に基づいて製造されたセメント添加物が含量による６価クロム溶出を比較する実験を行った。
実験群はセメント添加物がセメントに０．３、０．４、０．５、０．６重量％含まれたものを用いし、対照群は日本に輸出される東洋セメントを用いた。
以下の＜表３＞は実験結果を整理したものである。
Figure 2021502321
＜表３＞及び図６、７を説明すれば、実験群と対照群の重量、嵩などの変化がないことが分かる。
６価クロムは対照群が１０．７１３ｇ／Ｌと最も多く検出され、実験群の中ではセメント添加物が０．３重量％含まれた実験群が２．３６ｇ／Ｌと１順位にたくさん検出された。
また、セメント添加物が０．５重量％含まれた実験群は０．３２４ｇ／Ｌと２順位に６価クロムが検出され、０．６重量％含まれた実験群は０．３０５ｇ／Ｌと３順位に検出された。
さらに、セメント添加物が０．４重量％含まれた実験群は６価クロムが０．１１２ｇ／Ｌと最も少なく検出されたことを確認した。これは対照群に比べて実験群の６価クロムが約３３〜９６倍少なく検出されたことが分かる。
また、セメントに含まれるセメント添加物の含量が増加することによって６価クロムの検出量が減少することが分かる。
さらに、セメントで６価クロムが２．５ｇ／Ｌ以下検出されるためには、セメント添加物を０．３重量％以上含まなければならないことを類推することができる。
＜実験例４＞
本発明の実施例１に基づいて製造されたセメント添加物と従来のセメントで発生される６価クロムを肉眼で確認する実験を行った。
実験群は電子秤を利用してセメント添加物が０．５重量％含まれたセメントを用いた。
対照群Ｃはセメントに一般秤を利用してセメント添加物が０．５重量％含まれたセメントを用いた。
対照群Ｄは市販の亜細亜セメントを用いた。
対照群Ｅは市販の星信洋灰セメントを用いた。
図８を説明すれば、実験群と対照群Ｃの試料が透明であることを通じて６価クロムが検出されないことを肉眼で確認した。
対照群Ｄ、Ｅの試料は赤色を帯びていて６価クロムが検出されたことを肉眼で確認した。
また、対照群Ｄの試料は対照群Ｅの試料と比べた時、試料がさらに濃い赤色を帯びていて６価クロムがさらにたくさん含まれていることを予測することができる。
＜実験例５＞
本発明の実施例１に基づいて製造されたセメント添加物が含まれたセメントと従来のセメントを利用して金魚生存実験を行った。
図９のように、二つの水槽に実験群と対照群のセメントをそれぞれ供試体に浸水させて金魚の生存有無を確認した。
前記実験群は実施例１に基づいて製造されたセメント添加物が含まれたセメントを用い、対照群は従来のセメントを用いた。
以下の＜表４＞は金魚生存実験結果である。
Figure 2021502321
＜表４＞を説明すれば、実験群の金魚は生存したが、対照群の金魚は、４時間経過後、金魚の行動が鈍くなり、８時間後、金魚が全部斃死したことを確認した。
従って、本発明のセメント添加物が含まれたセメントは重金属が溶出されないことを類推することができる。
＜実験例６＞
本発明の実施例１に基づいて製造されたセメント添加物が含まれたセメントと従来のセメントを利用して陰イオンの数値を確認する実験を行った。
実験群は実施例１に基づいて製造されたセメント添加物が含まれたセメントを用い、対照群は従来のセメントを用いた。
図１０を説明すれば、実験群の陰イオンは２８０〜２８５ｉｏｎｓ／ｃｃ、平均２８３ｉｏｎｓ／ｃｃであることを確認し、対照群の陰イオンは６０ｉｏｎｓ／ｃｃであることを確認した。
特に、森の中で発生される陰イオンは２８０〜３００ｉｏｎｓ／ｃｃで、実験群が平均２８３ｉｏｎｓ／ｃｃであることによって森の中にいるのと類似する效果を現わすことが分かる。
また、実験群の陰イオンは対照群と比べた時、約５倍の陰イオンを持っていることが分かる。
＜実験例７＞
本発明の実施例１〜実施例５に基づいて製造されたセメント添加物が含まれたセメントを利用して加熱後の６価クロムを比較する実験を行った。
実験群は実施例１のセメント添加物を用いた。
対照群１は実施例２、３のセメント添加物を用い、対照群２は実施例４、５のセメント添加物を用いた。
前記セメントは同一製造社のものを用いた。
まず、蒸溜水が含まれたビーカーにそれぞれセメントを添加して６価クロムが検出されることを確認した。
その後、セメントが含まれたビーカーに実験群、対照群１及び対照群２をそれぞれ添加した後、６価クロムが検出されないことを確認した。
最後に、各ビーカーを１０５℃のオーブンに３〜４分加熱した後、６価クロムの検出有無を確認した。
図１１を説明すれば、実験群は６価クロムが検出されないことを肉眼で確認した。これはセメント添加物によって還元された３価クロムが熱に安定的な構造であることが分かる。
特に、セメントは製造過程に焼成方法が含まれているが、上記の結果を通じてセメント生産前過程にセメント添加物が含まれても熱によって還元された３価クロムが再び酸化されないことを類推することができる。
対照群１、２は熱によって６価クロムが検出されたことを肉眼で確認することができ、これは熱によって６価クロムに酸化されたことを類推することができる。
＜実験例８＞
本発明の実施例１〜実施例５に基づいて製造されたセメント添加物を実施例６のようにセメント混合物に製造して６価クロム及び重金属除去效率を確認する実験を行った。
以下の＜表５＞は６価クロム及び重金属除去效率を確認した結果である（◎：最も良い、○：良い、△：普通）。
Figure 2021502321
＜表５＞を説明すれば、実施例１のセメント添加物が６価クロム及び重金属除去效率が最もよく、２順位としては実施例２〜４が２順位と良く、３順位としては実施例５が重金属除去效率が普通と３順位に良かった。
本発明はセメントで生成される６価クロムを含めた重金属などの発癌誘発物質を除去するとともにセメントの強度及び固有物性が保持されるセメント添加物及びその製造方法で、産業上利用可能な発明である。

Claims (8)

  1. 重量部として、炭１３〜２３部；ケイ酸塩１６〜２６部；硫酸鉄七水和物１６〜２３部；及び塩化鉄四水和物４９〜５９部が含まれることを特徴とするセメント添加物。
  2. 珪藻土；塩化第二鉄；塩化第二鉄六水和物；硫化スズ；アンチモン；塩化鉄；または硫酸鉄の中の何れか一つ以上がさらに含まれることを特徴とする請求項１に記載のセメント添加物。
  3. 重量部として、珪藻土１３〜２３部；ケイ酸塩１６〜２６部；硫酸鉄七水和物１６〜２３部；及び塩化鉄四水和物４９〜５９部が含まれることを特徴とするセメント添加物。
  4. 重量部として、炭１３〜２３部；硫化スズ１６〜２６部；硫酸鉄七水和物１６〜２３部；及び塩化鉄四水和物４９〜５９部が含まれることを特徴とするセメント添加物。
  5. 重量部として、炭１３〜２３部；ケイ酸塩１６〜２６部；アンチモン１６〜２３部；及び塩化鉄四水和物４９〜５９部が含まれることを特徴とするセメント添加物。
  6. 重量部として、炭１３〜２３部；ケイ酸塩１６〜２６部；硫酸鉄七水和物１６〜２３部；及び塩化第二鉄、塩化第二鉄六水和物、塩化鉄または硫酸鉄の中の何れか一つ以上が４９〜５９部が含まれることを特徴とするセメント添加物。
  7. 請求項１〜６の中のいずれか一項のセメント添加物がセメントに０．１〜０．８重量％が含まれることを特徴とするセメント混合物。
  8. ステアリン酸カルシウムが１０重量％以下がさらに含まれることを特徴とする請求項７に記載のセメント混合物。
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