KR100225343B1 - 고내구성 시멘트 조성물 - Google Patents

고내구성 시멘트 조성물

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Abstract

본 발명은 고내구성 시멘트 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 고로슬래그 미분말 50 내지 85%, 이수석고 5 내지 20중량% 및 칼슘 실리코설페이트와 칼슘 설포알루미네이트 광물을 함유한 특수 클링거 10 내지 30중량%으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고내구성 시멘트 조성물이다.
이와 같은 시멘트 조성물은 충분한 작업 시간을 확보할 수 있으며 조기에 높은 압축강도와 휨강도를 발현하여 내구성이 우수하고, 특히 내산성이 우수하여 모든 건축, 토목공사용으로 널리 사용될 수 있으며, 특히 화학, 식품공장 등의 구조물, 해양 구조물에 효과적이다.

Description

고내구성 시멘트 조성물
본 발명은 고내구성 시멘트 조성물에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 고로 슬래그, 석고 및 특수 클링커를 배합하여 제조한 종래 시멘트보다 내구성이 향상된 시멘트 조성물에 관한 것이다. 이와 같은 시멘트는 산이나 당류 등 약품에 대한 저항성이 뛰어나고 초기에 높은 휨강도를 발현하여 화학, 식품 공장 등의 구조물 건설 및 내산성이 요구되는 각종 설비 뿐 아니라 건축, 토목 구조물이 보수 보강, 흄관, 파일, 박스 컬버트 등 콘크리트 제품, 해양 구조물이나 방파제 어초등 코트리트 제품에 적합하다.
보통의 포틀란트 시멘트는 모든 건축, 토목 공사용으로 널리 이용되고 있으나 양생기간이 길고 수화반응에 의해 생성되는 물질들은 pH13 내외의 알칼리성을 나타내므로 각종 산이나 산성 약품에 대한 저항성이 취약하여 화학 공정 설비 및 구조물, 해양 구조물의 조기 열화의 원인으로 작용한다.
즉, 경화체 내에 시멘트의 주성분인 칼슘 실리케이트 광물로부터 생성된 Cao-SiO2-H2O계의 수화물과 각종 산 및 산성 염류의 반응에 의해 수용성 염으로 해리되어 수화물의 소실과 함께 구조물의 열화가 야기된다.
또한, 칼슘 알루미네이트 광물과 석고의 반응에 의해 생성된 저황산염 수화물인 모노 설페이트(3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O) 수화물은 황산염에 의해 고황산염 수화물인 에트린자이트(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)로 전이되어 부피 변화를 일으켜 구조물의 내구성을 떨어뜨린다. 따라서, 황산염이 존재하는 해양환경 등에서 콘크리트 구조물의 열화가 빠르게 진행된다.
내화학성을 보완한 시멘트로서 내황산염 포틀란트 시멘트가 이용되고 있으며 고로 슬래그 시멘트도 해양환경 등에 널리 이용되고 있으나, 이들은 일부 화학조성을 조절한 포틀란트 시멘트 내지 포틀란트 시멘트를 혼합한 시멘트로서 내화학성의 획기적인 증진은 기대하기 어렵다. 또한, 고로 슬래그 시멘트는 초기 강도의 발현이 포틀란트 시멘트에 비해 미흡한 단점이 있다.
고로 슬래그를 주재로 하여 포틀란트 시멘트를 혼합 사용하지 않고도 수화반응에 의해 경화하여 강도를 발현하는 방법으로는 고로 슬래그의 잠재 수경성을 자극하기 위해 알칼리 혹은 그들의 금속염, 규산염, 규불화염 등을 첨가하는 방법(일 특개 소58-194765, 57-100949, 대한민국 특허공고 85-255), 슬래그와 석고의 혼합물에 대해 소석회, 생석회 내지 포틀란트 시멘트 등을 첨가하고 미량의 알칼리 자극제를 첨가하는 방법(일 특개 소58-99147, 57-77054, 57-77055, 대한민국 특허공고 85-256)등이 알려져 있다.
고로 슬래그는 잠재 수경성을 가지고 있어 물과의 반응속도가 매우 느리나 알칼리 등 자극제가 첨가되면 극격한 반응에 의해 겔상의 수화물이 생성되어 빠르게 경화하는 특성을 나타낸다. 그러나, 이러한 경화반응은 그 속도 가 빨라 작업 시간의 조절이 용이하지 못할뿐 아니라 포틀란트 시멘트의 경우 결정질 수화물이 3차원적으로 결합된 매트릭스 내에 Ca(OH)2결정 수화물과 결정성이 낮은 CaO-SiO2-H2O계 수화물이 생성되어 강고한 경화체를 형성하는데 반해 알칼리에 의해 자극된 고로 슬래그 경화체의 수화물은 비정질의 겔상 수화물로서 매트릭스 내에 수화물들을 3차원적으로 결합시켜 주는 결정질 수화물이 존재하지 않게 된다. 따라서, 이런 경화체는 높은 압축 강도를 가짐에도 불구하고 취성이 커서 휨강도가 낮으며 건조수축에 의한 영향이 크고 수축에 의한 미세균열 등 결함이 발생이 우려되어 실제 구조물에 적용되지 못하고 있다.
또한, 자극제로 첨가한 알칼리 화합물은 알카리 골재반응 등 악영향을 초래할 우려가 있다. 이러한 문제점을 해결하는 방법으로서 고로슬래그와 석고의 혼합물에 대해 칼슘 플로르 알루미네이트 광물을 함유한 클링커를 첨가하여 경화체내에 침상의 결정질 수화물을 생성시켜 주는 방법(일 특개 소55-10425)등이 알려져 있으나 칼슘 플로르 알루미네이트 광물은 속경성 광물로서 경화속도가 빨라 충분한 작업시간의 확보가 어렵다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여 보통의 포틀란트 시멘트에 비해 조기에 높은 강도를 발현함을 물론 내구성이 뛰어난 시멘트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1도는 본 발명인 시멘트 조성물의 경화체 미세조직을 나타낸 사진이고,
제2도는 종래의 시멘트 조성물의 경화체 미세조직을 나타낸 것이다.
본 발명은 고로슬래그 미분말 50 내지 85중량%, 이수석고(CaSO4·2H2O) 5 내지 20중량% 및 칼슘 실리코설페이트(4CaO·2SiO2·CaSO4)와 칼슘 설포알루미네이트(3CaO·3Al2O3·CaSO4) 광물을 함유한 특수 클링커 10 내지 30중량%으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고내구성 시멘트 조성물이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 사용된 고로 슬래그는 대략 블레인 비표면적 4000㎠/g으로 분쇄한 것을 사용한다.
상기 고로 슬래그 미분말은 잠재 수경성을 가지고 있어 석고 및 첨가된 특수 클링커로부터 용해된 칼슘 이온 등과 반응하여 CaO-SiO2-H2O계 겔상의 수화물을 생성한다.
본 발명에서 특수 클링커는 석회석, 티타늄 부산석고, 알루미나 폐슬러지 및 규석을 배합하여 로타리 킬른에서 1250 내지 1280℃의 온도 로 소성한 후 대략 분말도 3000㎠/g으로 분쇄하여 제조한다. 이 경우 SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3및 SO3의 화학 성분은 소성후 4CaO·2SiO2·CaSO4,3CaO·3A2lO3·CaSO4및 C2S로 된다.
본 발명에서 고로 슬래그 미분말 50 내지 85중량%에 대해 칼슘 실리코설페이트와 칼슘 설포알루미네이트를 함유한 특수 클링커를 10 내지 30중량% 첨가하였는데 클링커중의 칼슘 설포알루미네이트는 침상의 고황산염 수화물인 에트린자이트를 생성시켜 조기에 높은 강도 를 발현하게 하며 경화체 매트릭스 내에 3차원적 망목 결합을 유도 하여 종래 고로 슬래그만으로부터 생성된 겔상의 수화물로 이루어진 경화체의 단점인 휨강도 저하와 건조 수축에 의한 균열 등의 폐해를 없애준다.
또한 특수 클링커중의 칼슘 실리코설페이트(4CaO·2SiO2·CaSO4)는 수화 반응시 2(2CaO·SiO2)와 CaSO4로 분해되어 CaSO4는 첨가된 석고와 함께 3CaO·3Al2O3·CaSO4와 반응시켜 에트린자이트를 형성하며 2(2CaO·SiO2)는 CaO-SiO2-H2O계 수화물 및 Ca(OH)2를 생성하여 강도 를 증진시키며Ca(OH)2는 고로 슬래그를 자극하여 표면으로부터 Si 이온의 용해를 촉진하여 CaO-SiO2-H2O계 겔상의 수화물을 생성시켜 준다.
특수 클링커의 첨가량이 10중량% 미만에서는 조기강도의 발현이 미흡하고 30중량%를 초과하게 되면 응결 및 경화 속도가 빨라져 작업성의 확보가 어렵게 된다.
또한, 이수석고(CaSO4·2H2O)의 첨가량이 5%미만에서는 에트린자이트 수화물의 생성이 저하되며 20중량%을 초과하면 과량의 SO3가 잔존하여 경화 후기에 석고로의 재석출에 의한 경화체의 내구성 저하가 일어난다.
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.
[실시예 1 내지 8]
본 발명에 사용된 고로 슬래그는 블레인 비표면적 4000㎠/g으로 분쇄된 것을 사용하고, 특수 클링커는 석회석, 티타늄 부산석고, 알루미나 폐슬러지 및 규석을 배합하여 로타리 킬른에서 1250 내지 1280℃의 온도 로 소성한 후 분말도 3000㎠/g으로 분쇄하여 4CaO·2SiO2·CaSO4, 3CaO·3Al2O3·CaSO4및 C2S의 광물 조성으로 만들어 사용하였다. 이 경우 클링커의 화학성분과 광물조성은 하기의 표 1에 나타내었다.
[표 1]
상기와 같이 제조된 고로 슬래그 미분말, 이수석고 및 특수 클링커를 혼합한 시멘트를 표 2과 같은 배합으로 제조하였다.
[비교예 1내지 6]
표 2에 나타난 바와 같이 성분들을 배합하여 시멘트를 제조하였다.
[시험예 1]
실시예 1 내지 5와 비교예 1 내지 3을 통해 제조된 시멘트를 가지고 이들의 몰탈 물리성능을 시험하였다. 이 결과를 표 3에 나타내었다. 그리고 본 발명인 실시예 1의 경화체 미세조직을 제1도에 나타내었고, 종래에 사용되는 비교예 1의 미세조직을 도 2에 나타내었다.
[시험예 2]
실시예 5 내지 8과 비교예 4 내지 6을 통해 제조된 시멘트를 가지고 이들의 내산성을 평가하였다. 제조된 시멘트 몰탈 경화체를 28일간 양생후 5%의 염산 수용액에 침지하여 재령 경과에 따른 중량 감소 및 압축강도 비를 측정하였다. 이 결과를 표 4에 나타내었다.
[표 2]
[표 3]
상기와 같은 결과는 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 경화체의 미세조직이 제2도에 나타난 종래의 경화체의 미세조직에 비해 결정구조가 치밀하여 종래 경화체의 문제점인 휨강도 의 저하와 함께 건조수축에 따른 균열을 억제한다는 것을 알 수 있다.
[표 4]
이와 같은 결과를 통해 본 발명의 고로슬래그 미분말, 이수석고 및 칼슘 실리코설페이트와 칼슘 설포 알루미네이트를 함유한 특수 클링커로 이루어진 시멘트 조성물은 충분한 작업시간을 확보할 수 있으며 조기에 높은 압축강도를 발현하고 종래의 알카리 자극제를 사용하는 고로슬래그계 시멘트에 비해 높은 휨강도를 발현한다. 따라서 보통 포틀랜드 시멘트, 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 혼합 시멘트에 비해 내산성이 휠씬 우수하다.

Claims (1)

  1. 고로슬래그 미분말 50내지 85중량%, 이수석고(CaSO4·2H2O) 5 내지 20중량% 및 칼슘 실리코설페이트(CaO·SiO2·CaSO4)와 칼슘 설포알루미네이트(3CaO·3Al2O3·CaSO4) 광물을 함유한 특수 클링커 10 내지 30중량%으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고내구성 시멘트 조성물.
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