KR101014866B1 - 무시멘트 알칼리 활성 조적 제품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무시멘트 알칼리 결합재를 사용한 조적제품에 관한 것으로 보다 구체적으로는 시멘트를 대체하여 고로슬래그, 플라이애쉬 또는 메타카올린 중 어느 하나 이상을 포함하는 원재료와 나트륨비함유 무기질재료 및/또는 나트륨계 알칼리성 무기질재료를 포함하는 무시멘트 알칼리 활성 결합재를 포함하는 알칼리 활성 조적제품에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 알칼리 골재 반응, 급결 및 강도발현 특성 등의 성능을 제어하여 보다 안정적인 강도발현과 작업성 및 내구성을 확보한 조적제품을 제공할 수 있다.
무시멘트 알칼리 활성조적제품, 나트륨비함유무기질재료, 산업부산물

Description

무시멘트 알칼리 활성 조적 제품 {ALKALL-ACTIVATED MASONRY PRODUCTS WITH NO CEMENT}
본 발명은 무시멘트 알칼리 결합재를 사용한 조적제품에 관한 것으로 보다 구체적으로는 시멘트를 대체하여 고로슬래그, 플라이애쉬 또는 메타카올린 중 어느 하나 이상을 포함하는 원재료와 나트륨비함유 무기질재료 및/또는 나트륨계 알칼리성 무기질재료를 포함하는 무시멘트 알칼리 활성 결합재를 포함하는 알칼리 활성 조적제품에 관한 것이다.
일반적으로 건설산업에 이용되는 벽돌 또는 블럭은 결합재 및 잔골재 또는 결합재 및 골재를 물로 결합하여 구성되는데 이때 이용되는 결합재는 일반적으로 포틀랜드 시멘트이다.
상기 시멘트는 주성분이 실리카, 알루미나 및 석회를 함유하는 원료를 적당한 비율로 혼합하고, 그 일부가 용융되어 소결된 클링커에 적당량의 석고를 첨가하여 분쇄시켜 분말로 한 것이어서 이러한 시멘트의 클링커 제조를 위해서는 약 1450℃의 고온 상태에서 용융시켜야만 하기 때문에 대량의 에너지(유 약 30 내지 35ℓ/톤)를 소비하게 된다. 뿐만 아니라 시멘트 1톤을 제조하는 데에는 석회석과 규산의 화학반응만으로도 약 700 내지 870Kg의 이산화탄소를 배출되는 것으로 알려져 있다.
따라서 포틀랜드 시멘트 1톤의 생산에서 수반되는 약 0.8톤의 이산화탄소 방출량을 줄이기 위해 세계적으로 콘크리트 제조업체들은 시멘트 사용량을 줄이기 위한 노력을 경주하고 있다.
이러한 노력의 일환으로, 시멘트를 대체하기 위한 무시멘트 알칼리 활성 결합재에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 국내 특허출원번호 제2007-65185호는, 고로슬래그 ; 및 나트륨계를 포함하는 알칼리성 무기질 재료;를 포함하는데, 상기 알칼리성 무기질 재료는 규산나트륨 및 액상형의 물유리 중 어느 하나 이상이고, 상기 알칼리성 무기질 재료에 포함된 나트륨계 대 고로슬래그의 중량비가 0.038 내지 0.088로서, 상기 나트륨계의 중량은 Na20로 환산된 값인 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리 활성 결합재를 개시하고 있다.
또한, 국내특허출원번호 제2008-19498호는 시멘트를 대체하여 상기 무시멘트알칼리 활성결합재를 포함하는 무시멘트 알칼리 활성벽돌을 개시하고 있는데, 이와 같이 기 발명된 무시멘트 알칼리 활성 조적제품의 결합재는 고로슬래그, 플라이애쉬 및 메타카올린 등의 산업부산물에 규산나트륨, 분말형 수산화나트륨, 액상형 물유리 및 액상형 수산화 나트륨 등의 알칼리 자극제를 첨가함으로서 조기강도 발현, 낮은 수화열 방출 등의 장점을 갖는다.
그러나 기존의 규산나트륨과 같은 알칼리 활성 자극제만 사용하게 되면 급결 현상 및 알칼리 골재반응의 우려가 있을 뿐만 아니라, 알칼리골재반응으로 인해 부재의 국부파괴, 균열부위의 백화현상 등 성능저하를 일으킬 수 있다.
또한 규산나트륨의 사용량 증가에 따라 강도가 감소하는 경향을 나타내는 문제점이 발생되는데, 특히 규산나트륨만의 사용은 수중양생에서 강도저하의 원인이 된다.
이에 보다 알칼리 골재 반응을 제어할 수 있고 보다 안정적인 작업성과 강도발현이 가능한 조적제품 제조 기술개발의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명자는 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과 조적제품의 성능을 제어 및 개선할 수 있는 새로운 조성의 조적제품을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 나트륨계 알칼리성 무기질재료를 전혀 사용하지 않거나 그 사용량을 감소시킴으로써 Na 또는 Na2O총량을 감소시킬 수 있어 알칼리-골재 반응 제어에 효과적인 조성을 갖는 알칼리활성결합재를 사용하기 때문에 알칼리 총량의 규제에서 자유롭게 되어 그 생산 및 사용이 매우 용이한 무시멘트 알칼리 활성 조적제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 나트륨계 알칼리성 무기질재료만을 포함하는 무시멘트 알칼리 활성 결합재를 사용할 때보다 경제성이 우수하면서도 조적제품의 압축강도를 향상시키고 안정적으로 강도가 발현되는 특성을 갖는 무시멘트 알칼리 활성 조적제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 잔골재로 인공경량골재를 사용하면서도 적절한 강도를 갖는 경량 또는 초경량의 조적제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 나트륨계 알칼리성 무기질재료만을 포함하는 무시멘트 알칼리 활성 결합재를 사용할 때보다 조적제품 제조시 급결현상의 제어를 통해 개선된 작업성을 갖게 되어 생산성이 향상된 무시멘트 알칼리 활성 조적제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고로슬래그, 플라이애쉬 및 메타카올린 중 어느 하나 이상을 포함하는 원재료와 나트륨비함유 알칼리성무기질재료를 포함하는 무시멘트 알칼리 활성 결합재; 모래, 폐주물사, 석분 또는 인공경량골재 중 하나 이상을 포함하는 잔골재; 및 물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리 활성 조적제품을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 무시멘트 알칼리 활성 결합재는 상기 원재료 100중량부당 상기 나트륨 비함유 알칼리성 무기질 재료 0.5 내지 20중량부가 포 함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 나트륨 비함유 알칼리성 무기질 재료는 수산화칼슘, 수산화바륨 또는 석고 중 하나 이상이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 수산화칼슘은 상기 원재료 100중량부당 0.5 내지 15중량부 포함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 수산화바륨은 상기 원재료 100중량부당 0.5 내지 5중량부 포함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 석고는 상기 원재료 100중량부당 0.5 내지 5중량부 포함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 무시멘트 알칼리 활성 결합재는 규산나트륨, 황산나트륨, 분말형의 수산화나트륨, 액상형의 물유리 및 액상형의 수산화나트륨 중 어느 하나 이상을 포함하는 나트륨계 무기질 재료를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 알칼리활성결합재에서 상기 나트륨계 알칼리성 무기질재료에 포함된 Na 또는 Na2O 대 원재료의 중량비가 0.005 내지 0.14이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 원재료가 고로슬래그인 경우, 상기 나트륨계 알칼리성 무기질재료에 포함된 Na 또는 Na2O 대 원재료의 중량비가 0.005 내지 0.088이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 원재료가 플라이애쉬인 경우, 상기 나트륨 계 알칼리성 무기질재료에 포함된 Na 또는 Na2O 대 원재료의 중량비가 0.088 내지 0.14이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 무시멘트 알칼리 활성 조적제품은 65℃이하의 온도에서 증기 양생하여 제조된다.
본 발명은 다음과 같이 우수한 효과를 갖는다.
본 발명의 무시멘트 알칼리 활성 조적제품은 나트륨계 알칼리성 무기질재료를 전혀 사용하지 않거나 그 사용량이 감소됨으로써 Na 또는 Na2O총량을 감소시킬 수 있어 알칼리-골재 반응 제어에 효과적인 조성을 갖는 알칼리활성결합재를 사용하기 때문에 알칼리 총량의 규제에서 자유롭게 되어 그 생산 및 사용이 매우 용이하다.
또한, 본 발명의 무시멘트 알칼리 활성 조적제품은 종래의 나트륨계 알칼리성 무기질재료만을 포함하는 무시멘트 알칼리 활성 결합재를 사용할 때보다 조적제품의 생산비용이 절감될 뿐만 아니라 알칼리 골재반응, 급결 및 강도발현특성 등의 성능을 개선할 수 있게 되므로, 보다 우수하고 안정적인 강도발현, 낮은 수화반응열, 높은 내약품성, 높은 동결융해저항성, 우수한 내화성능, 낮은 비탄성변형성을 갖게 되어, 조적조 건축물의 내력벽 및 일반 콘크리트 또는 철골 건물의 장막벽에 효과적으로 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 무시멘트 알칼리 활성 조적제품은 잔골재로 인공경량골재를 사용하면서도 적절한 강도를 제공하게 되므로 경량 또는 초경량의 조적제품을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 무시멘트 알칼리 활성 조적제품은 종래의 나트륨계 알칼리성 무기질재료만을 포함하는 무시멘트 알칼리 활성 결합재를 사용할 때보다 조적제품의 성능 제어를 통해 제조시 우수한 작업성을 갖게 되어 생산성이 향상된다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
먼저, 본 발명에서 사용되는 조적제품은 블록, 벽돌을 포함하여 건물의 조적식 구조에 사용되는 모든 제품을 통칭한 것이다.
또한, 본 발명은 시멘트를 사용하지 않고 시멘트를 대체할 수 있는 무시멘트 알칼리 활성 결합재를 사용하는 무시멘트 알칼리 활성 조적제품에 대한 것으로서 특히 고로슬래그, 플라이애쉬, 또는 메타카올린 중 어느 하나 이상을 포함하는 원재료와 나트륨비함유 알칼리성무기질재료를 포함하는데 그 기술적 특징이 있다.
즉 종래의 무시멘트 알칼리 활성 결합재가 규산나트륨, 분말형 수산화나트륨, 액상형 물유리 및 액상형 수산화나트륨 등과 같이 나트륨계 무기질 재료만을 사용하였으나, 본 발명은 나트륨계 무기질 재료를 전혀 사용하지 않고 나트륨비함유 무기질재료만을 사용하거나, 나트륨계 무기질 재료와 나트륨비함유 무기질재료를 같이 사용함으로써 알칼리-골재 반응 제어에 효과적인 조성을 가질 뿐만 아니라 작업성과 강도의 안정성을 포함하여 보다 우수한 성능특성을 갖는 무시멘트 알칼리 활성 조적제품을 제공하기 때문이다.
또한, 본 발명과 같이 나트륨계 무기질 재료를 전혀 사용하지 않고 나트륨비함유 무기질재료만을 사용하거나, 나트륨계 무기질 재료와 나트륨비함유 무기질재료를 같이 사용하게 되면 나트륨계 무기질 재료가 상당히 가격이 높은 것에 비해 나트륨비함유 무기질재료는 그 가격이 저렴하게 되므로 생산비용이 절감되어 경제성이 매우 우수하다. 특히 나트륨계 무기질 재료에서 황산나트륨은 다른 나트륨계 무기질 재료에 비해 가격이 현저하게 저렴하므로 그 경제성이 우수해진다.
따라서, 본 발명에 사용되는 무시멘트 알칼리 활성 결합재에 대해 상세하게 살펴보면, 본 발명에 사용되는 무시멘트 알칼리 활성 결합재는 원재료와 알칼리성 무기질 재료를 포함하는 것을 알 수 있다.
원재료는 고로슬래그(Blast-Furnace Slag), 플라이애쉬(Fly Ash) 또는 메타 카올린(Mata-Kaolin) 중 어느 하나 이상을 포함하고 있고, 알칼리성 무기질 재료는 수산화칼슘, 수산화바륨 또는 석고 중 어느 하나 이상을 포함하는 나트륨비함유 무기질재료이거나, 규산나트륨, 황산나트륨, 분말형의 수산화나트륨, 액상형의 물유리 및 액상형의 수산화나트륨 중 어느 하나 이상의 나트륨계 알칼리성 무기질재료와 나트륨비함유 무기질재료의 조성물일 수 있다.
여기서, 무시멘트 알칼리 활성결합재에 포함되는 수산화칼슘은 상기 원재료 100중량부당 0.5 내지 15중량부인 것이 바람직하고, 상기 수산화바륨은 상기 원재료 100중량부당 0.5 내지 5중량부인 것이 바람직하며, 상기 석고는 상기 원재료 100중량부당 0.5 내지 5중량부인 것이 바람직하다. 이와 같은 중량비로 나트륨비함유 무기질재료가 포함되면 조적제품에 요구되는 적절한 강도를 확보하면서도 알칼리 골재반응을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 급결현상의 제어로 인해 작업성이 우수해진다.
또한, 무시멘트 알칼리 활성 결합재가 나트륨계 알칼리성 무기질 재료를 더 포함하는 경우 즉 나트륨계 알칼리성 무기질재료와 나트륨비함유 무기질재료의 조성물인 경우에는 나트륨계 알칼리성 무기질재료에 포함된 Na 또는 Na2O 대 원재료의 중량비가 0.005 내지 0.14의 범위 내에 있도록 배합하여야 하는데, 상기 배합비는 조적제품에서 Na 또는 Na2O의 함량이 증가하면 강도가 우수해지지만 작업성이 나빠지게 되므로 이점이 고려된 최적비이다. 또한 이러한 나트륨계 대 원재료의 중량비는 본 발명의 무시멘트 알칼리 활성 벽돌 또는 블럭의 유동성, 강도 및 건조수축 등의 역학적 성질을 결정한다.
후술하는 실시예들의 나트륨계 알칼리성 무기질재료에 포함된 Na 또는 Na2O 대 원재료의 중량비에서 상기 나트륨계의 중량은 모두 Na2O의 중량으로 환산한 것을 이용하였다.
즉, 상기 알칼리성 무기질 재료인 규산나트륨, 황산나트륨, 분말형의 수산화나트륨, 액상형의 물유리 및 액상형의 수산화나트륨에는 상기 나트륨계인 Na 또는 Na2O 등이 존재할 수 있는데 이를 Na2O의 중량으로 계산하여 변환하였다.
따라서, 본 발명에서 나트륨계의 중량은 Na2O로 존재하는 경우에는 그 중량을 그대로 이용하였고, 다른 형태로 존재하는 나트륨계의 중량은 Na2O의 중량으로 변환시킨 값을 이용하였다.
이와 같이 필요한 강도, 작업성 및 경제성이 개선된 무시멘트 알칼리 활성 조적제품을 얻기 위해서는 나트륨비함유 무기질재료의 사용여부 및 함량과 나트륨함유 무기질재료의 종류 및 함량을 결정하는 것이 바람직한데, 나트륨비함유 무기질재료를 원재료 100중량부당 0.5중량부 내지 20중량부범위로 포함하면서 동시에 적당량의 나트륨계 알칼리성 무기질재료를 더 포함하게 되면 강도, 작업성 및 경제성이 개선된 조적제품을 제조할 수 있다.
이 경우, 상기 원재료와 알칼리성 무기질재료(나트륨비함유 무기질재료 및 나트륨계 알키리성 무기질재료)를 혼합할 때 상기 나트륨계 대 원재료의 중량비를 적절히 조절할 수 있도록 상기 나트륨계 알칼리성 무기질 재료의 중량을 결정하여 혼합하게 되는데, 상기 원재료가 고로슬래그인 경우에는 상기 나트륨계 대 원재료의 중량비가 0.005 내지 0.088의 범위 내에 들도록 상기 나트륨계 알칼리성 무기질 재료들의 양을 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 원재료가 플라이애쉬 또는 메타카올린인 경우에는 상기 나트륨계 대 원재료의 중량비가 0.088 내지 0.14의 범위에 들도록 상기 나트륨계 알칼리성 무기질 재료들의 양을 조절하는 것이 바람직하다.
상기 무시멘트 알칼리 활성 결합재에 혼합되는 나트륨계 알칼리성 무기질 재료들에 상기 액상형의 수산화나트륨이 포함된 경우에는 8 내지 16M인 수산화나트륨 용액을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 조적제품 제조시 포함되는 잔골재는 인공경량 골재, 모래 또는 석분 중 하나 이상을 포함하는 것인데, 상기 인공경량 골재는 비중이 1.2 이하인 것이 바람직하다.
상기 잔골재에 포함된 모래 또는 석분은 최대 직경이 10mm 이하이고, 비중이 2.5 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 모래는 최대 직경이 5mm이하이고, 석분은 8mm이하이다. 상기 잔골재에 포함된 인공경량 골재는 내부 공극을 갖고, 단위용적중량이 300kg/㎥ 내지 800kg/㎥이며, 최대 직경이 10mm 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 인공경량 골재는 세라믹 등을 주재료로 하여 인공적으로 대량 생산된 잔골재 등을 이용할 수 있는데, 예를 들어 인공경량골재로 점토, 화산재, 클링커 및 플라이애쉬 중 어느 하나 이상을 사용하는 경우 점토, 화산재, 클링커 및 플라이애쉬들을 팽창시켜 내부 공극을 갖게 함으로써 상기에서 상술한 인공경량골재의 단위용적중량을 갖게 할 수 있다.
그 결과 잔골재를 인공경량골재만을 사용하거나 인공경량골재에 모래 또는 석분을 적절한 비율로 사용하게 되면 경량 또는 초경량의 무시멘트 알칼리 활성 조적제품을 제조할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 무시멘트 알칼리 활성 조적제품의 형상을 도시한 사진이고, 도 2는 본 발명의 실시예1 내지 6에 따른 무시멘트 알칼리 활성 조적제품1 내지 6의 압축강도를 나타내는 그래프이며, 도 3은 본 발명의 실시예1 내지 6에 따른 무시멘트 알칼리 활성 조적제품1 내지 6의 흡수율을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 하기 실시예들 중 실시예1 내지 5는 일반벽돌을 예시하여 설명하였고, 실시예6 내지 실시예11은 경량벽돌 및 블록을 설명하였으나, 도 1에 도시된 다양한 형상 및 치수로 제조되는 것을 제한하는 것은 아니며, 조적제품 제조시 물과 잔골재의 함량은 공지된 함량비가 당업자의 취사 선택에 의해 적절하게 사용될 수 있다.
또한 이하의 설명에서 사용되는 "GGBS"는 고로슬래그를 일정한 크기의 분말로 미분쇄한 것으로 고로슬래그 미분말(Ground Granulated Blast Furance Slag)을 의미한다.
실시예 1
조적제품 중 벽돌을 제조하기 위해 하기 표1에 개시된 구성성분 및 배합량을 준비하였는데, 무시멘트 알칼리활성결합재는 GGBS와 수산화칼슘을 포함하는 것으로, 수산화칼슘은 원재료 100중량부당 약 5중량부가 사용되었다. 상기 조적제품1은 표1에 개시된 함량의 무시멘트 알칼리 활성 결합재(GGBS, 수산화칼슘), 잔골재 및 물을 균일하게 교반하여 공지된 방법을 통해 진동 압축 등 치밀하게 충전시켜 원하는 형상의 벽돌을 성형한 후 65℃이하의 양생실에서 증기양생하여 제조된 것이다. 이때, 제조된 무시멘트 알칼리 활성 조적제품1은 벽돌로서 그 크기는 길이가 190± 2mm이고, 너비는 90± 2mm이며, 높이는 57± 2mm이었다.
Figure 112009039132843-pat00001
실시예 2
하기 표2와 같은 배합비를 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법 및 치수로 조적제품2를 제조하였는데, 조적제품2에 사용된 무시멘트 알칼리활성결합재는 GGBS와 수산화칼슘을 포함하는 것으로, 수산화칼슘은 원재료 100중량부당 약 10중량부 사용되었다.
Figure 112009039132843-pat00002
실시예 3
하기 표3과 같은 배합비를 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법 및 치수로 조적제품3을 제조하였는데, 조적제품3에 사용된 무시멘트 알칼리활성결합재는 GGBS와 수산화칼슘 및 규산나트륨을 포함하는 것으로, 수산화칼슘은 원재료 100중량부 당 약 5중량부가 사용되었고, 나트륨계 알칼리성 무기질재료 즉 규산나트륨에 포함된 Na 또는 Na2O 대 원재료의 중량비를 환산하면 0.015이다.
Figure 112009039132843-pat00003
실시예 4
하기 표4와 같은 배합비를 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법 및 치수로 조적제품4를 제조하였는데, 조적제품4에 사용된 무시멘트 알칼리활성결합재는 GGBS와 수산화칼슘 및 규산나트륨을 포함하는 것으로, 수산화칼슘은 원재료 100중량부 당 약 5중량부가 사용되었고, 나트륨계 알칼리성 무기질재료 즉 규산나트륨에 포함된 Na 또는 Na2O 대 원재료의 중량비를 환산하면 0.03이다.
Figure 112009039132843-pat00004
실시예 5
하기 표5와 같은 배합비를 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법 및 치수로 조적제품5를 제조하였는데, 조적제품5에 사용된 무시멘트 알칼리활성결합재는 GGBS와 수산화칼슘 및 규산나트륨을 포함하는 것으로, 수산화칼슘은 원재료 100중량부당 약 5중량부가 사용되었고, 나트륨계 알칼리성 무기질재료 즉 규산나트륨에 포함된 Na 또는 Na2O 대 원재료의 중량비를 환산하면 0.06이다.
Figure 112009039132843-pat00005
실시예 6
상기 표1에서 잔골재 대신 인조경량골재를 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법으로 경량벽돌 및 경량블록을 제조하였는데, 여기서 사용된 무시멘트 알칼리활성결합재는 GGBS와 수산화칼슘을 포함하는 것으로, 수산화칼슘은 원재료 100중량부당 약 5중량부가 사용되었다.
실시예 7
상기 표2에서 잔골재 대신 인조경량골재를 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법으로 경량벽돌 및 경량블록을 제조하였는데, 여기서 사용된 무시멘트 알칼리활성결합재는 GGBS와 수산화칼슘을 포함하는 것으로, 수산화칼슘은 원재료 100중량부당 약 10중량부가 사용되었다.
실시예 8
하기 표6과 같은 배합비를 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법으로 경량벽돌 및 경량블록을 제조하였는데, 여기서 사용된 무시멘트 알칼리활성결합재는 GGBS와 수산화칼슘을 포함하는 것으로, 수산화칼슘은 원재료 100중량부당 약 15중량부가 사용되었다.
Figure 112009039132843-pat00006
실시예 9
하기 표7과 같은 배합비를 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법으로 경량벽돌 및 경량블록을 제조하였는데, 여기서 사용된 무시멘트 알칼리활성결합재는 GGBS와 수산화바륨을 포함하는 것으로, 수산화바륨은 원재료 100중량부당 약 0.5중량부가 사용되었다.
Figure 112009039132843-pat00007
실시예 10
수산화바륨을 5.5kg 사용한 것을 제외하면 상기 표7과 같은 배합비로 실시예1과 동일한 방법을 통해 경량벽돌 및 경량블록을 제조하였는데, 여기서 사용된 무시멘트 알칼리활성결합재는 GGBS와 수산화바륨을 포함하는 것으로, 수산화바륨은 원재료 100중량부당 약 2.5중량부가 사용되었다.
실시예 11
수산화바륨을 11kg 사용한 것을 제외하면 상기 표7과 같은 배합비로 실시예1과 동일한 방법을 통해 경량벽돌 및 경량블록을 제조하였는데, 여기서 사용된 무시멘트 알칼리활성결합재는 GGBS와 수산화바륨을 포함하는 것으로, 수산화바륨은 원재료 100중량부당 약 5중량부가 사용되었다.
실시예 12 내지 실시예 19
하기 표8과 같은 배합조건을 만족하도록 배합한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법으로 블록을 제조하였는데, 여기서 실시예12,14,16,18은 수산화칼슘이 원재료 100중량부 당 약 2.5중량부가 사용되었고, 실시예13,15,17,19는 수산화칼슘이 원재료 100중량부 당 약 5중량부가 사용되었으며, 나트륨계 알칼리성 무기질재료 즉 황산나트륨에 포함된 Na 또는 Na2O 대 원재료의 중량비를 환산하면 실시예12 및 13은 0.007이고, 실시예14 및 15는 0.014이며, 실시예16 및 17은 0.021이고, 실시예18 및 19는 0.028이다.
Figure 112009039132843-pat00008
비교예1 내지 비교예5
하기 표9와 같은 배합조건을 만족하도록 배합한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법 및 치수로 비교제품1 내지 5를 제조하였다.
바인더종류 활성제종류 물/원재료 Na2O/원재료
비교예1 GGBS 규산나트륨 0.49 0.015
비교예2 GGBS 규산나트륨 0.48 0.025
비교예3 Fly-ash 규산나트륨 0.51 0.045
비교예4 GGBS 물유리 0.50 0.025
비교예5 Fly-ash 물유리 0.43 0.045
실험예1
상기 실시예1 내지 실시예5에서 제조된 조적제품1 내지 조적제품5의 압축강도를 시험하여 그 결과를 도2에 도시하였다.
도2에서 OPC는 일반적인 포틀랜드 시멘트로 제조된 벽돌의 압축강도를 의미하며 16.0을 나타내고 있다. OPC 좌측으로는 포틀랜드 시멘트를 대체하여 원재료(고로슬래그)와 나트륨계 알칼리성 무기질재료만을 포함하는 알칼리활성무기결합재를 사용한 벽돌(비교예1 내지 5의 비교제품1 내지 5)의 압축강도가 도시되고 있고, OPC 우측으로는 포틀랜드 시멘트를 대체하여 원재료(고로슬래그)와 나트륨비함유 알칼리성 무기질재료(예를 들어 수산화나트륨), 원재료(고로슬래그)와 나트륨비함유 알칼리성 무기질재료(예를 들어 수산화나트륨) 및 나트륨계 알칼리성 무기질재료를 포함하는 알칼리 활성 무기결합재를 사용한 벽돌(실시예1 내지 5의 조적제품1 내지 5)의 압축강도가 도시되고 있다.
도 2를 참조하면, 무시멘트 알칼리 활성 결합재가 원재료와 나트륨비함유 알칼리성 무기질재료(예를 들어 수산화나트륨)만을 포함하더라도 일반적인 포틀랜드 시멘트를 사용한 벽돌보다 그 압축강도가 상당히 우수한 것을 알 수 있다. 또한 조적제품 내의 나트륨계 알칼리성 무기질재료에 포함된 Na 또는 Na2O 대 원재료의 중량비가 커질수록 나트륨비함유 알칼리성 무기질재료(예를 들어 수산화나트륨)가 첨가되면 압축강도가 커지는 것을 알 수 있다.
실험예2
상기 실시예1 내지 실시예5에서 제조된 조적제품1 내지 조적제품5의 흡수율을 시험하여 그 결과를 도3에 도시하였다.
도3에서 OPC는 일반적인 포틀랜드 시멘트로 제조된 벽돌의 흡수율을 의미하며 9.33을 나타내고 있다.
OPC 좌측으로는 포틀랜드 시멘트를 대체하여 원재료(고로슬래그)와 나트륨계 알칼리성 무기질재료만을 포함하는 알칼리활성무기결합재를 사용한 벽돌(비교예1 내지 5의 비교제품1 내지 5)의 흡수율이 도시되고 있고, OPC 우측으로는 포틀랜드 시멘트를 대체하여 원재료(고로슬래그)와 나트륨비함유 알칼리성 무기질재료(예를 들어 수산화나트륨), 원재료(고로슬래그)와 나트륨비함유 알칼리성 무기질재료(예를 들어 수산화나트륨) 및 나트륨계 알칼리성 무기질재료를 포함하는 알칼리활성무기결합재를 사용한 벽돌(실시예1 내지 5의 조적제품1 내지 5)의 흡수율이 도시되고 있다.
도 3을 참조하면, 무시멘트 알칼리 활성 결합재가 원재료와 나트륨계 알칼리성 무기질재료만을 포함하는 경우의 흡수율보다, 원재료에 나트륨비함유 알칼리성 무기질 재료만을 포함하거나 또는 원재료에 나트륨계 알칼리성 무기질재료 및 나트륨계비함유 무기질재료를 같이 포함하는 경우 즉 조적제품1 내지 5의 흡수율이 전반적으로 낮아 그 특성이 일반 포틀랜드 시멘트로 제조된 벽돌이나 나트륨계 알칼리성 무기질재료만을 포함하는 벽돌에 비해 우수한 것을 알 수 있다.
실험예 3
상기 실시예 6 내지 실시예 8에서 제조된 경량벽돌 및 경량블록과, 상기 실시예 9 내지 실시예 11에서 제조된 경량벽돌 및 경량블록의 압축강도를 각각 시험하여 그 결과를 도4 및 도 5에 도시하였다.
도 4 및 도 5로부터 실시예 6 내지 실시예 11에서 제조된 경량벽돌 및 경량블록의 압축강도가 모두 KS기준을 충족시키고 있어 경량벽돌 및 경량블록으로 사용하기에 적합함을 알 수 있다.
실험예 4
상기 실시예 12 내지 실시예 19에서 제조된 블록의 압축강도를 각각 시험하여 그 결과를 도6에 도시하였다.
도 6으로부터 실시예 12 내지 실시예 19에서 제조된 블록의 압축강도는 황산나트륨첨가율이 적을 때는 수산화칼슘 함량이 증가할수록 커지는 것을 알 수 있으나, 황산나트륨첨가율(Na2O/원재료)이 0.014이상이면 수산화칼슘의 함량과 거의 무관함을 알 수 있는데, 황산나트륨첨가율(Na2O/원재료)이 0.021일 때 수산화칼슘의 함량과 무관하게 가장 우수한 압축강도를 갖는 것을 알 수 있다.
따라서, 가격경쟁력이 우수한 황산나트륨과 수산화칼슘이 모두 포함된 알칼리성 무기질재료를 사용하게 되면 우수한 강도 특성 및 개선된 작업성을 가지면서도 가격경쟁력까지 매우 우수한 조적제품을 얻을 수 있다.
이에 따라 일반 조적제품 및 경량조적제품을 모두 포함하는 본 발명의 무시멘트 알칼리 활성 조적제품은 그 특성이 매우 우수하면서도 저렴한 비용으로 다양한 형태, 치수, 무게를 가도록 제조될 수 있으므로 건설현장에서 건설자재로서 사용할 수 있는 것을 알 수 있는데, 특히 건설산업 기술분야 중 조적조 분야에서 다양하게 이용될 수 있을 것이다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 무시멘트 알칼리 활성 조적제품의 형상을 도시한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예1 내지 5에 따른 무시멘트 알칼리 활성 조적제품1 내지 5의 압축강도를 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예1 내지 5에 따른 무시멘트 알칼리 활성 조적제품1 내지 5의 흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예6 내지 8에서 각각 제조된 경량블록 및 경량벽돌에 사용된 무시멘트 알칼리 활성결합재에 포함되는 수산화칼슘 함량과 재령 28일 압축강도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예9 내지 11에서 각각 제조된 경량블록 및 경량벽돌에 사용된 무시멘트 알칼리 활성결합재에 포함되는 수산화바륨 함량과 재령 28일 압축강도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예12 내지 19에서 각각 제조된 블록에 사용된 무시멘트 알칼리 활성결합재에 포함되는 수산화칼슘 및 황산나트륨 함량과 재령 28일 압축강도의 관계를 나타낸 그래프이다.

Claims (11)

  1. 고로슬래그, 플라이애쉬 및 메타카올린 중 어느 하나 이상을 포함하는 원재료와 나트륨비함유 알칼리성무기질재료를 포함하는 무시멘트 알칼리 활성 결합재;
    모래, 폐주물사, 석분 또는 인공경량골재 중 하나 이상을 포함하는 잔골재; 및
    물;을 포함하는데,
    상기 무시멘트 알칼리 활성 결합재는 상기 나트륨 비함유 알칼리성 무기질 재료로 수산화바륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리 활성 조적제품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무시멘트 알칼리 활성 결합재는 상기 원재료 100중량부당 상기 나트륨 비함유 알칼리성 무기질 재료 0.5 내지 20중량부가 포함된 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리 활성 조적제품 .
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 무시멘트 알칼리 활성 결합재는 상기 나트륨 비함유 알칼리성 무기질 재료로 수산화칼슘 및 석고 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리 활성결합재.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수산화칼슘은 상기 원재료 100중량부당 0.5 내지 15중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리 활성결합재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수산화바륨은 상기 원재료 100중량부당 0.5 내지 5중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리 활성결합재.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 석고는 상기 원재료 100중량부당 0.5 내지 5중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리 활성결합재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 무시멘트 알칼리 활성 결합재는 규산나트륨, 황산나트륨, 분말형의 수산화나트륨, 액상형의 물유리 및 액상형의 수산화나트륨 중 어느 하나 이상을 포함하는 나트륨계 무기질 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리 활성 조적제품.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 알칼리활성결합재에서 상기 나트륨계 알칼리성 무기질재료에 포함된 Na 또는 Na2O 대 원재료의 중량비가 0.005 내지 0.14인 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리 활성 조적제품.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 원재료가 고로슬래그인 경우, 상기 나트륨계 알칼리성 무기질재료에 포함된 Na 또는 Na2O 대 원재료의 중량비가 0.005 내지 0.088인 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리 활성 조적제품.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 원재료가 플라이애쉬인 경우, 상기 나트륨계 알칼리성 무기질재료에 포함된 Na 또는 Na2O 대 원재료의 중량비가 0.088 내지 0.14인 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리 활성 조적제품.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무시멘트 알칼리 활성 조적제품은 65℃이하의 온도에서 증기 양생하여 제조되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리 활성 조적제품.
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