KR101074258B1 - 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제 및 그 제조방법 - Google Patents

수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 숏크리트 작업을 위해 시멘트에 첨가되어 부착력을 향상시키며 신속한 경화로 강도 발현을 가속화시키는 분말형인 시멘트 광물계 급결제와 그 제조방법에 관한 것으로, 상기 시멘트 광물계 급결제는 생석회와 보크사이트(Bauxite)와 알루미나 부산물을 혼합하여 용융로에서 용융한 후 로터리 드라이어로 인입되는 용융물에 압축공기 및 물과 함께 분사하여 급냉하는 수냉각공정을 통하여 건조한 후 분쇄공정을 거쳐 제조된 칼슘알루미네이트 분말과, 탄산나트륨과, 무수석고와, 소석회와, 알루민산나트륨의 혼합물로 구성되며, 고온에서 녹은 상태의 물질이 순간적으로 냉각될 때 액체 구조의 고체가 되는 비정질인 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제는 소량으로도 신속한 급결성을 발휘하므로 1~2분 내에 초결 상태가 되고 10분 내에 종결 상태가 되어 강도가 발현되기 시작하여 조기강도를 발현함으로서 숏크리트 시공 후의 차기 발파시의 충격에도 기 시공된 숏크리트층이 안정될 뿐 아니라 이상적으로 리바운드를 적게 할 수 있으며, 압축강도와 휨강도가 시멘트 광물계 5% 사용시 실리케이트계 12%와 알루미네이트계 7% 알카리프리계 10%사용 시보다 높고, 알루미네이트계의 단점인 장기 강도저하나 알카리프리계의 단점인 초기강도저하가 일어나지 않는다.
또한, 가수분해 과정없이 12CaO·7Al2O3가 물, 시멘트와 직접 반응하여 침상 결정의 에트린자이트 생성으로 급속히 경화하고 후기반응시 침상 구조로 공극이 유지되어 시멘트 입자와 물의 접촉을 유지하기 때문에 미반응 시멘트가 지속적으로 용출, 수화물을 형성하여 장기 강도가 안정적으로 증진되며, 급결제 과다 시에도 공극 유지로 정상 강도가 발현되어 시공 안정성이 매우 우수할 뿐 아니라 경화체의 용출실험에 의한 수질오염평가에서 알카리프리계 급결제보다 화학적산소요구량 및 생물화학적 산소요구량이 현저하게 적고, 시멘트 광물이므로 저자극성으로 인체부식이 없어 작업환경에 유리하며, 천정부 대형 리바운드 발생이 없어 작업자의 안전이 확보되고 조기강도 발현으로 차기 발파시 안전을 확보할 수 있는 장점이 있다.

Description

수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제 및 그 제조방법{Cement Mineral Based Accelerating Agent used Amorphous Calcium Aluminate made by Water Cooling Method and Manufacturing Method thereof}
본 발명은 콘크리트 급결제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 숏크리트 작업을 위해 시멘트에 첨가되어 부착력을 향상시키며 신속한 경화로 강도 발현을 가속화시키는 분말형인 시멘트 광물계 급결제와 그 제조방법에 관한 것으로, 상기 시멘트 광물계 급결제는 생석회와 보크사이트(Bauxite) 또는 고알루미나 부산물을 혼합하여 용융로에서 용융한 후 로터리 쿨러로 인입되는 용융물에 압축공기 및 물을 함께 분사하여 급냉 및 여열로 건조하는 수냉각공정 및 분쇄공정을 거쳐 제조된 칼슘알루미네이트 분말과, 탄산나트륨과, 무수석고와, 소석회와, 알루민산나트륨의 혼합물로 구성되며, 고온에서 녹은 상태의 물질이 순간적으로 냉각될 때 액체 구조의 고체가 되는 비정질광물을 용이하게 제조하기 위한 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제 및 그 제조방법 관한 것이다.
터널시공, 댐공사 또는 지하구조물 공사에 있어서, 암반 또는 지반의 균열을 보강하여 붕괴를 방지하기 위한 작업으로서 숏크리트가 사용되고 있다.
상기 숏크리트는 암반의 균열이나 불규칙한 곳에 채워져서 석축에서의 이음 몰탈과 같은 접합작용을 하며, 암반재의 틈으로부터의 출수를 방해하므로 절리 충진재의 일탈을 방지하고, 공기나 물에 의한 풍화를 방지하며, 암반과 숏크리트 사이의 부착력과 자체의 전단력은 낙하하는 암괴에 대하여 상당한 저항력을 가진다.
상기 숏크리트는 콘크리트나 몰탈이 호스를 통하여 이동되어서 임의 표면 위에 고속의 공기압에 의해서 타설되는 것을 말한다.
세골재, 최대치수 19mm 이하의 조골재, 시멘트, 물 등이 혼합된 것을 숏크리트라고 하며, 숏크리트는 건식으로 혼합되어서 노즐에서 물이 혼합되는 건식방식과 습식으로 혼합되어 이송되고 호스 끝에서 압축 공기가 추가되어 고속으로 분사되는 습식방식이 있다.
이러한 숏크리트는 시공현장의 천정 내지 벽면에 레미콘, 펌프 및 노즐 등을 통해 분사하여 속성으로 경화시키는 방식으로 이용되며, 여기서 속성 경화를 위한 급결제가 필수적으로 사용된다.
종래에 사용되어 왔던 급결제로는 다음과 같은 것들이 있다.
첫째, 무기염계 급결제를 들 수 있다. 이는 알루민산나트륨 분말과 탄산나트륨을 주재료로 하는 급결제로서, 건조 콘크리트와 급결제를 혼합한 후, 노즐에서 물과 혼련하여 분사하는 건식 시공방법에만 적용되며, 급결성은 우수하지만 강알카리성을 띠고 있어 작업자의 피부에 화상을 입히고 환경오염의 원인이 되고 있으며, 28일 압축강도가 원래의 콘크리트에 비해 약 20%~30% 정도 감소하는 장기강도 저하의 문제점을 가지고 있다.
둘째, 물유리계 액상 급결제가 있다. 이는 대형 자동화 설비를 이용하여 레미콘을 압축공기로 이송하여 노즐부에서 액체급결제를 혼련하여 분사하는 습식 시공방법으로 널리 채용되고 있으나, 급결력이 약하여 레미콘에 대해 10% 이상의 과량을 사용하여야 하며, 이로 인해 장기강도가 낮게 나타나고 콘크리트가 경화된 후에도 물유리 성분이 침출수에 녹아 나오기 때문에 환경을 오염시키는 문제를 가진다.
구체적으로, 물유리는 화학식이 Na2OnSiO2(n은 몰비, n=0.5~4)로 표시되는 규산나트륨으로서 알칼리와 접촉하면 R2OSiO2-H2O의 겔이 급속히 생성되면서 물유리 자체가 겔화되는 특성이 있다. 특히 시멘트와 반응하면 물유리 속에 포함되어 있는 이산화규소(SiO2) 성분이 시멘트로부터 용해된 수산화칼슘(Ca(OH)2) 성분과 반응하여 비정질의 칼슘 실리케이트 수화물을 급격하게 생성하며 3차원적 망상형의 겔을 형성한다. 이러한 성질을 이용하여 물유리는 지반그라우팅 공법의 시멘트 급결제나 숏크리트 공법의 콘크리트용 급결제로서 널리 사용되어오고 있는데, 이 응결효과는 시멘트의 결정성 수화물에 의한 결합이 아닌 풀과 같은 겔상 물질로 시멘트 입자를 붙여놓는 것과 유사한 형태이기 때문에 이를 풀효과(Glue effect)라고 부른다. 물유리와 시멘트의 반응은 초기에 매우 빨리 겔화되는 특성이 있는 반면에 시멘트 입자를 겔이 둘러싸기 때문에 시멘트 입자의 장기적 수화반응을 방해하여 장기적으로는 강도가 심하게 저하되는 현상이 발생한다.
물유리계 급결제를 사용하여 경화시킨 경화체는 또한 장기적으로 수축이 매우 크며 강도발현이 미약할 뿐만 아니라 지하수에 장기적으로 미수화된 부분이 풀려나가면서 용출되는 용탈현상이 발생하여 내구성이 저하되는 문제가 발생한다. 이는 장기적으로 시멘트 입자가 충분히 반응하지 못하고 잔존하는 부분이 많기 때문에 미반응 시멘트 입자가 용해되고, 또한 물유리가 과잉상태인 부분은 겔상의 물유리가 많이 존재하고 있어 일부가 지하수에 용해되는 것으로 설명할 수 있다.
그리고, 건조상태이거나 수분의 흡수가 빠른 지반에서는 겔화된 물유리의 수분이 급속히 증발하거나 이탈하면서 소프트한 겔상 물질이 수축하게 되는데 결국 전체 경화체의 심한 수축이 진행되면서 무수한 균열이 발생하게 되어 경화체로서의 기능이 상실되게 된다.
셋째, 알루민산소다계 액상 급결제가 있다. 이는 물유리계에 비해 소량 사용하므로 장기강도 특성에 다소 유리한 편이나 강알카리성 물질로서 그 독성이 심하여 작업자의 인체에 해로우며 환경에 악영향을 미친다.
넷째, 황산알루미늄 및 유기산을 주성분으로 하는 알칼리프리계 급결제가 있다. 이는 수화시 일반적인 액상 급결제와는 달리 에트린자이트라는 수화광물이 생성되는 원리로 인해 장기적으로 강도저하가 매우 적고 산성이어서 인체에 대한 자극성이 적은 장점이 있으나 초기 응결이 느리고 초기강도가 낮으며 시멘트의 성분에 민감하게 영향을 받는 단점이 있으며 콘크리트에 대한 적정 첨가량이 매우 높은 문제가 있다.
다섯째, 칼슘알루미네이트 광물을 이용하는 시멘트 광물계 급결제가 있다. 시멘트광물계 급결제는 수화시 에트린자이트라는 시멘트의 응결특성을 발휘하는 수화광물이 다량 생성하여 응결되는 특성으로 인해 응결이 빠르고 장기적 수화를 방해하지 않기 때문에 초기강도와 장기강도 및 내구성이 우수하고 시멘트계 광물이므로 자극성이 매우 적어 작업환경에 유리한 특성이 있다. 그러나 주원료인 칼슘알루미네이트광물은 결정질 보다는 비정질 상태일수록 급결특성이 우수해지는 것으로 알려져 있는데 단순히 압축공기에 의해 냉각하는 일반적인 제조방법에서는 결정질 광물이 많이 생성되어 급결성이 저하되며 이로 인해 숏크리트 시공시 급결제의 첨가량이 많아지며 시공성이 저하되는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 시멘트 광물계 급결제는 생석회와 보크사이트(Bauxite)와 알루미나 부산물을 혼합하여 용융로에서 용융한 후 로터리 쿨러로 인입되는 용융물에 압축공기 및 물과 함께 분사하여 급냉 및 여열로 건조하는 수냉각공정 및 분쇄공정을 거쳐 제조된 칼슘알루미네이트 분말과, 탄산나트륨과, 무수석고와, 소석회와, 알루민산나트륨의 혼합물로 제조되며, 고온에서 녹은 상태의 물질이 순간적으로 냉각될 때 액체 구조의 고체가 되는 비정질광물을 용이하게 제조하기 위한 수냉법으로 제조한 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은 숏크리트 작업을 위해 콘크리트 혼합물에 첨가되어 부착력을 향상시키며 신속한 경화로 강도 발현을 가속화시키는 분말형인 시멘트 광물계 급결제와 그 제조방법에 관한 것이다.
상기 시멘트 광물계 급결제는 주원료인 칼슘알루미네이트 분말 50~70 중량%와, 첨가제인 탄산나트륨 10~25 중량%와 무수석고 1~20 중량%와 소석회 5~15중량%와 알루민산나트륨 1~10중량%의 혼합물로 구성된다.
상기 칼슘알루미네이트 분말은 산화칼슘(CaO)를 90% 이상 함유한 생석회 45~55 중량%와, 알루미나질 원료 45~55 중량%를 혼합하여 용융로에서 용융하는 용융공정을 거쳐 쿨러로 인입되는 용융물에 물을 압축공기와 함께 분사하여 급냉시키는 수냉각공정을 통하여 건조된 액체 구조의 고체인 비정질의 칼슘알루미네이트를 분쇄공정을 거쳐 분말로 제조되며, 상기 시멘트 광물계 급결제는 결정의 성질을 가지고 있지 않고 액체 구조의 고체로서 비정질 물질인 칼슘알루미네이트가 주성분으로 구성되어 있다.
상기 알루미나질 원료는 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유한 보크사이트(Bauxite) 또는 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유한 알루미나 부산물이다.
상기 시멘트 광물계 급결제의 화학성분은 Al2O3 30±3%, CaO 38±4%, Na2O 0.5~14%, SO3 0.5~15% 및 기타 성분으로 구성된다.
상기 용융공정은 전기로 내에서 이루어지고 노내온도가 1500~1700℃를 유지하며, 상기 수냉각공정에 사용되는 압축공기의 압력은 3~10kgf/㎠이고, 물의 분사량은 상기 용융물 1ton/hr 당 60~300kg/hr이며, 상기 수냉각공정은 로터리 쿨러를 사용하여, 용융공정을 거친 용융물에 물과 함께 압축공기를 분사하여 직경 10mm 이하의 작은 입자로 신속히 급냉되도록 하고 입자가 가지고 있는 여열로 완전히 건조하여 XRD 분석 시 결정 피크가 나타나지 않는 비정질 상태의 광물이 되도록 하는 공정이다.
상기 보크사이트는 조분쇄공정을 통하여 입도 크기가 26.5mm 보다 큰 입자가 10% 이하이고 5mm 보다 작은 입자가 10% 이내의 입도 분포여야 하며, 수분함량이 0.5% 이상일 경우에는 수분제거를 위해 100~150℃에서 일정 체류시간 동안 건조공정을 거친 제품이다.
상기 칼슘알루미네이트 분말 제조를 위한 분쇄공정은 칼슘알루미네이트 조분쇄공정과, 볼밀(Ball Mill)을 사용하여 미분으로 제조하는 칼슘알루미네이트 미분쇄공정으로 구성되며, 상기 칼슘알루미네이트 조분쇄공정은 죠크라셔(Jaw Crusher)로 시행하여 10mm 보다 큰 입자가 20% 미만이어야 하고, 상기 칼슘알루미네이트 미분쇄 공정은 분말도가 비표면적 6500±200㎠/g 가 되도록 분쇄한다.
상기 칼슘알루미네이트 분말의 성분은 산화칼슘(CaO) 46.5±2.0%, 산화알루미늄(Al2O3) 42.0% 이상, 이산화규소(SiO2) 5.0% 이하이다.
시멘트 광물계 급결제 제조방법은 주원료인 칼슘알루미네이트 제조공정인 A공정과, 주원료 및 첨가제로 시멘트 광물계 급결제를 제조하는 급결제 제조공정인 B공정으로 구성된다.
상기 A공정은 생석회, 보크사이트 및 알루미나 부산물의 원료를 겉모양, 성분 및 강열감량을 검사하는 원료검사공정인 A-1공정과, 상기 보크사이트를 일정 크기로 조분쇄하는 보크사이트 조분쇄공정인 A-2공정과, 조분쇄된 보크사이트를 건조하는 보크사이트 건조공정인 A-3공정과, 건조된 보크사이트와 원료검사를 마친 생석회와 알루미나 부산물을 저장조에 저장하는 재공품 저장공정인 A-4공정과, 저장된 생석회, 보크사이트 및 알루미나 부산물을 일정 비율로 계량하는 계량공정인 A-5공정과, 계량된 원료를 혼합하는 혼합공정인 A-6공정과, 상기 A-6공정을 거친 혼합품을 저장하는 혼합품 저장공정인 A-7공정과, 상기 혼합품을 투입하여 전기로에서 1500~1700℃로 용융하는 용융공정인 A-8공정과, 상기 용융공정을 거쳐 로터리 쿨러로 인입되는 용융물에 압축공기 및 물과 함께 분사하여 급냉시키는 수냉각공정인 A-9공정과, 상기 A-9공정을 거쳐 나온 칼슘알루미네이트 크링커(Clinker)의 성분을 검사하는 중간검사공정인 A-10공정과, 칼슘알루미네이트 크링커를 10mm 초과 입도가 20% 이하가 되도록 조분쇄하는 크링커 조분쇄공정인 A-11공정과, 조분쇄된 칼슘알루미네이트를 선별하는 선별공정인 A-12공정과, 상기 A-12공정을 거쳐 선별을 마친 조분쇄 칼슘알루미네이트를 저장하는 재공품 저장공정인 A-13공정과, 저장된 조분쇄 칼슘알루미네이트를 미분쇄하기 위하여 연속적으로 계량하는 계량공정인 A-14공정과, 계량된 조분쇄 칼슘알루미네이트를 볼 밀(Ball Mill)에 투입하여 미분쇄하는 미분쇄공정인 A-15공정과, 미분쇄된 제품을 검사하는 중간검사공정인 A-16공정과, 칼슘알루미네이트 분말을 급결제 원료로 포장하는 포장공정인 A-17공정으로 구성된다.
상기 급결제 제조공정은 주원료인 칼슘알루미네이트와, 첨가제인 탄산나트륨, 무수석고, 소석회, 알루민산나트륨을 검사하는 원료 인수검사공정인 B-1공정과, 주원료인 칼슘알루미네이트와, 첨가제인 탄산나트륨, 무수석고, 소석회, 알루민산나트륨을 일정 비율로 계량하는 계량공정인 B-2공정과, 계량된 주원료와 첨가제를 혼합하는 혼합공정인 B-3공정과, B-3공정을 거친 제품을 저장하는 제품저장공정인 B-4공정과, 제품검사를 하는 제품검사공정인 B-5공정과, 지대나 톤백으로 포장하는 포장공정인 B-6공정으로 이루어진다.
본 발명의 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제는 소량으로도 신속한 급결성을 발휘하므로 1~2분 내에 초결 상태가 되고 10분 내에 종결 상태가 되어 강도가 발현되기 시작하여 조기강도를 발현함으로서 숏크리트 시공 후의 차기 발파시의 충격에도 기 시공된 숏크리트층이 안정될 뿐 아니라 이상적으로 리바운드를 적게 할 수 있으며, 압축강도와 휨강도가 시멘트 광물계 5% 사용시 실리케이트계 12%와 알루미네이트계 7% 알카리프리계 10%사용 시보다 높고, 알루미네이트계의 단점인 장기 강도저하나 알카리프리계의 단점인 초기강도저하가 일어나지 않는다.
또한, 가수분해 과정없이 12CaO·7Al2O3가 물, 시멘트와 직접 반응하여 침상 결정의 에트린자이트 생성으로 급속히 경화하고 후기반응시 침상 구조로 공극이 유지되어 시멘트 입자와 물의 접촉을 유지하기 때문에 미반응 시멘트가 지속적으로 용출, 수화물을 형성하여 장기 강도가 안정적으로 증진되며, 급결제 과다 시에도 공극 유지로 정상 강도가 발현되어 시공 안정성이 매우 우수할 뿐 아니라 경화체의 용출실험에 의한 수질오염평가에서 알카리프리계 급결제보다 화학적산소요구량 및 생물화학적 산소요구량이 현저하게 적고, 시멘트 광물이므로 저자극성으로 인체부식이 없어 작업환경에 유리하며, 천정부 대형 리바운드 발생이 없어 작업자의 안전이 확보되고 조기강도 발현으로 차기 발파시 안전을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제의 제조방법에 따른 공정순서도
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제 및 그 제조방법"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다
이하, 본 발명에 따른 "수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제 및 그 제조방법"에 관한 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다음의 실시 예는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제의 제조방법에 따른 공정순서도이다.
본 발명의 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제는 숏크리트 작업을 위해 콘크리트 혼합물에 첨가되어 부착력을 향상시키며 신속한 경화로 강도 발현을 가속화시키는 분말형이다.
상기 시멘트 광물계 급결제는 주원료인 칼슘알루미네이트 분말 50~70 중량%와, 첨가제인 탄산나트륨 10~25 중량%와 무수석고 1~20 중량%와 소석회 5~15중량%와 알루민산나트륨 1~10중량%의 혼합물로 구성된다.
상기 칼슘알루미네이트 분말은 산화칼슘(CaO)를 90% 이상 함유한 생석회 45~55 중량%와, 알루미나질 원료 45~55 중량%를 혼합하여 용융로에서 용융하는 용융공정을 거쳐 쿨러로 인입되는 용융물에 물을 압축공기와 함께 분사하여 급냉시키는 수냉각공정을 통하여 건조된 액체 구조의 고체인 비정질의 칼슘알루미네이트를 분쇄공정을 거쳐 분말로 제조된 것이며, 상기 알루미나질 원료는 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유한 보크사이트(Bauxite) 또는 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유한 알루미나 부산물이다.
상기 시멘트 광물계 급결제는 결정의 성질을 가지고 있지 않고 액체 구조의 고체로서 비정질 물질이다.
상기 생석회의 화학성분은 CaO 90.0% 이상, SiO2 3.5% 이하, MgO 2.0% 이하, Fe2O3 1.5% 이하, 강열감량(Lg.Loss) 3.0% 이하인 것이 바람직하다.
상기 보크사이트는 Al2O3 80.0% 이상, SiO2 9.0% 이하, Fe2O3 2.5% 이하, TiO2 6.0% 이하, 강열감량(Lg.Loss) 0.7% 이하인 것이 바람직하다.
상기 알루미나부산물은 Al2O3 80.0% 이상, SiO2 10% 이하, Na2O 5.0% 이하, 강열감량(Lg.Loss) 3.0% 이하인 것이 바람직하다.
상기 보크사이트는 조분쇄 공정 시 죠크라셔(Jaw Crusher)를 사용하여 26.5mm 보다 큰 입자가 10% 이하이고, 5mm 보다 작은 입자가 10% 이내의 입도 분포여야 하며, 수분함량이 0.5% 이상일 경우에는 수분 제거를 위해 100~150℃에서 일정 체류시간 동안 건조공정을 거친 제품인 것이 바람직하다.
상기 칼슘알루미네이트의 분쇄공정은 볼 밀(Ball Mill)의 부하저감과 분쇄효율성 극대화를 위한 칼슘알루미네이트 조분쇄공정과, 볼밀(Ball Mill)을 사용하여 미분으로 제조하는 칼슘알루미네이트 미분쇄공정으로 구성된다.
상기 칼슘알루미네이트 조분쇄공정은 죠크라셔(Jaw Crusher)로 시행하여 10mm 보다 큰 입자가 20% 미만이어야 하고, 상기 칼슘알루미네이트 미분쇄 공정은 분말도가 비표면적 6500±200㎠/g 가 되도록 분쇄하는 것이 바람직하다.
상기 시멘트 광물계 급결제의 주원료인 칼슘알루미네이트 분말은 CaO와 Al2O3 로 이루어진 물질이며, 이 물질은 두 성분의 몰수비에 따라 3CaO·Al2O3 - 12CaO·7Al2O3 - CaO·Al2O3 - CaO·2Al2O3 에 이르는 연속 고용체를 이루고 있으며, Ca(OH)2 또는 포틀랜드 시멘트와 혼합되면 신속히 CaO·Al2O3·10H2O, 2CaO·Al2O3·8H2O, 3CaO·Al2O3·6H2O 등의 수화물을 형성하여 급속히 경화하는 특성을 가진다.
칼슘알루미네이트 광물 자체의 급결성은 CaO가 많은 조성인 3CaO·Al2O3 로 갈수록 높아지나 포틀랜드 시멘트에 첨가할 경우 물성 조절이 어려워지는 문제가 있으며 결정질 보다는 급냉된 비정질이 월등히 높은 급결성을 나타낸다.
본 실시예에서는 급결성을 높이기 위해 산화칼슘(CaO)를 90% 이상 함유한 생석회 45~55 중량%와, 알루미나질 원료 45~55 중량%를 혼합하며, 상기 알루미나질 원료는 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유한 보크사이트(Bauxite) 또는 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유한 알루미나 부산물이다.
상기와 같이 혼합하여 상기 칼슘알루미네이트의 성분이 산화칼슘(CaO) 46.5±2.0%, 산화알루미늄(Al2O3) 42.0% 이상, 이산화규소(SiO2) 5.0% 이하가 되도록 조합하여 전기로에서 1500~1700℃로 용융한 후 로타리 쿨러에서 3~10㎏f/㎠의 압력으로 분사되는 고압공기류에 상기 용융물 1ton/hr 당 60~300kg/hr의 물을 함께 분사하여 용융물이 10mm 이하의 유리상이 되도록 제조한 비정질 12CaO·7Al2O3 비드를 비표면적이 6500±200㎠/g이 되도록 분쇄하는 것이 바람직하다.
상기 칼슘알루미네이트 광물 중 가장 우수한 특성이 발현되는 것은 12CaO·7Al2O3 의 조성을 가지는 광물이다. 상기 칼슘알루미네이트 광물의 반응성은 미분일수록 높아지므로 급결제로서 사용 가능한 정도의 급결력을 얻기 위해서는 비표면적이 6500±200㎠/g이 되도록 분쇄되어야 한다.
상기 칼슘알루미네이트를 50 중량% 미만으로 사용했을 때에는 초기 급결력이 현저히 저하되며, 물성 보완을 위해 알카리성 물질의 배합량이 상대적으로 증가되기 때문에 자극성이 심해지는 문제가 있었으며, 80중량% 이상 사용했을 때에는 응결이 너무 빨라서 분사되기 전에 경화되기 시작하여 리바운드 증가 및 시공성능 저하를 가져온다.
그러므로, 상기 칼슘알루미네이트는 50~70중량%를 사용되는 것이 좋으므로 상기 시멘트 광물계 급결제는 주원료인 칼슘알루미네이트 분말 50~70 중량%와, 첨가제인 탄산나트륨 10~25 중량%와 무수석고 1~20 중량%와 소석회 5~15중량%와 알루민산나트륨 1~10중량%의 혼합물로 구성되어 상기 시멘트 광물계 급결제의 화학성분이 Al2O3 30±3%, CaO 38±4%, Na2O 0.5~14%, SO3 0.5~15% 및 기타 성분으로 구성된 것이 바람직하다.
시멘트 광물계 급결제의 화학성분은 Al2O3 30±3%, CaO 38±4%, Na2O 0.5~14%, SO3 0.5~15%가 되도록 혼합비율을 조정하는 것이 중점관리 포인트이다.
Figure 112011051235057-pat00001
표 1의 칼슘알루미네이트의 중간검사 관리일지와 같이 상기 칼슘알루미네이트 분말은 Al2O3 42.0% 이상, CaO 44.5~48.5%, SiO2 5.0% 이하, Fe2O3 1.0% 이하, K2O 0.5% 이하, Na2O 1.0% 이하, TiO2 4.0% 이하, 분말도 6500±200cm2/g이 되도록 관리 하여야 한다.
Figure 112011051235057-pat00002
표 2의 시멘트 광물계 급결제의 제품검사 관리일지와 같이 상기 시멘트 광물계 급결제는 Al2O3 30±3%, CaO 38±4%, Na2O 0.5~14%, SO3 0.5~15%, 관입저항치 1분 20kgf/㎠, 3분 80kgf/㎠ , 5분 100kgf/㎠ 되도록 관리 하여야 한다.
상기 첨가제를 설명하면 다음과 같다.
상기 탄산나트륨(Na2CO3)는 후기 경화속도 및 초기강도 증진 작용을 하며, 숏크리트의 위응결을 완화시켜 숏크리트의 유동성을 어느 정도 확보해 줌으로써 숏크리트의 부착력을 증진시킨다.
상기 무수석고는 후기 경화속도와 압축강도를 증진시키는 효과를 가진다. 석고의 성분인 삼산화황 이온은 초기 수화시 칼슘알루미네이트 수화물과 반응하여 에트린자이트라는 침상결정을 생성시킨다. 이는 시간경과에 따라 성장하여 수화
조직의 결합을 더욱 강하게 하는 역할을 한다. 석고에는 결정수분의 결합상태에 따라 반수석고, 이수석고, 무수석고가 있으나, 본 발명자의 경험에 의하면 무수석고를 첨가하였을 때의 물성이 가장 우수한 것으로 확인되었다. 석고는 20 중량% 이내로 사용되는 것이 바람직하며, 과량 첨가 시는 초기 급결력이 약화되는 문제를 발생시킨다.
상기 소석회는 초기 수화반응시 Ca(OH)2 의 농도를 높여 주어 칼슘알루미네이트 수화물의 생성속도를 빠르게 하는 작용을 한다. 소석회는 그의 함량이 15 중량%를 초과하게 되면, 초기에 물과 접촉하여 급속한 위응결을 발생시키며 숏크리트의 응집을 방해하므로 숏크리트가 시공부위에 접착되지 못하고 탈락되기 쉬워진다.
상기 알루민산나트륨은 10 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 과량 첨가시에는 초기급결이 과도하여 숏크리트의 부착력이 약화되며 알카리도가 높아져서 자극성이 심해진다. 본 발명자의 경험에 의하면 5 중량% 이내로 첨가했을 때 가장 양호한 물성을 나타내는 것으로 확인되었다.
상기 칼슘알루미네이트 및 시멘트 광물계 급결제에 대해서는 제조방법을 설명하면서 다시 상세히 설명한다.
도 1에 도시되어 있는 것 같이 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제의 제조방법은 주원료인 칼슘알루미네이트 제조공정인 A공정과, 주원료 및 첨가제로 시멘트 광물계 급결제를 제조하는 급결제 제조공정인 B공정으로 구성된다.
상기 A공정은 생석회, 보크사이트 및 알루미나 부산물의 원료를 겉모양, 성분 및 강열감량을 검사하는 원료검사공정인 A-1공정과, 상기 보크사이트를 상기 생석회와 혼합하기 좋은 일정 크기로 조분쇄하는 보크사이트 조분쇄공정인 A-2공정과, 조분쇄된 보크사이트를 저장하고 혼합하기 좋게 하기 위하여 건조하는 보크사이트 건조공정인 A-3공정과, 건조된 보크사이트와 원료검사를 마친 생석회와 알루미나 부산물을 저장조에 저장하는 재공품 저장공정인 A-4공정과, 저장된 생석회, 보크사이트 및 알루미나 부산물을 일정 비율로 계량하는 계량공정인 A-5공정과, 계량된 원료를 혼합하는 혼합공정인 A-6공정과, 상기 A-6공정을 거친 혼합품을 저장하는 혼합품 저장공정인 A-7공정과, 상기 혼합품을 투입하여 전기로에서 1500~1700℃로 용융하는 용융공정인 A-8공정과, 용융공정을 거쳐 로터리 쿨러로 인입되는 용융물에 압축공기 및 물과 함께 분사하여 급냉시키는 수냉각공정인 A-9공정과, 상기 A-9공정을 거쳐 나온 칼슘알루미네이트 크링커의 성분을 검사하는 중간검사공정인 A-10공정과, 칼슘알루미네이트 크링커를 10mm 초과 입도가 20% 이하가 되도록 조분쇄하는 크링커 조분쇄공정인 A-11공정과, 조분쇄된 칼슘알루미네이트를 선별하는 선별공정인 A-12공정과, 상기 A-12공정을 거쳐 선별을 마친 조분쇄 칼슘알루미네이트를 저장하는 재공품 저장공정인 A-13공정과, 저장된 조분쇄 칼슘알루미네이트를 미분쇄하기 위하여 연속적으로 계량하는 계량공정인 A-14공정과, 계량된 조분쇄 칼슘알루미네이트를 볼 밀(Ball Mill)에 투입하여 미분쇄하는 미분쇄공정인 A-15공정과, 미분쇄된 제품을 검사하는 중간검사공정인 A-16공정과, 칼슘알루미네이트 분말을 급결제 원료로 포장하는 포장공정인 A-17공정으로 구성된다.
상기 급결제 제조공정은 칼슘알루미네이트와, 첨가제인 탄산나트륨, 무수석고, 소석회, 알루민산나트륨을 검사하는 원료 인수검사공정인 B-1공정과, 칼슘알루미네이트와, 첨가제인 탄산나트륨, 무수석고, 소석회, 알루민산나트륨을 일정 비율로 계량하는 계량공정인 B-2공정과, 계량된 칼슘알루미네이트와 첨가제를 혼합하는 혼합공정인 B-3공정과, B-3공정을 거친 제품을 저장하는 제품저장공정인 B-4공정과, 제품검사를 하는 제품검사공정인 B-5공정과, 제품규격에 맞을 시 지대나 톤백으로 포장하는 포장공정인 B-6공정으로 이루어진다.
이하, 각 공정별로 상세히 설명한다.
상기 A공정은 시멘트 광물계 급결제의 주원료인 칼슘알루미네이트 제조공정으로 다음과 같이 세분된다.
상기 A-1공정은 생석회, 보크사이트 및 알루미나 부산물의 원료를 겉모양, 성분 및 강열감량을 검사하는 원료검사공정으로서 상기 보크사이트 및 알루미나 부산물은 겉모양과 화학성분인 SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2의 함량과 강열감량(Ignition Loss)과 수분, 입도 등을 체크하고, 생석회는 겉모양과 화학성분인 CaO, Fe2O3, SiO2, MgO의 함량과 강열감량(Ignition Loss)과 입도 등을 검사한다.
Figure 112011051235057-pat00003
상기 생석회, 보크사이트 및 알루미나 부산물의 관리 항목과 함량은 표 3과 같으며 생석회는 산화칼슘(CaO)를 90% 이상 함유해야 하며, 보크사이트(Bauxite)는 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유해야 하고, 알루미나 부산물은 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유해야 한다.
상기 A-1공정은 품질보증파트의 검사원이 실시하고 검사성적사를 기록으로 남겨야 한다.
상기 A-2공정은 상기 보크사이트를 상기 생석회와 혼합하기 좋은 일정 크기로 조분쇄하는 보크사이트 조분쇄공정으로서, 전기로에서의 용융이 원활하도록 죠크라셔(Jaw Crusher)로 분쇄하며 26.5mm 보다 작은 입자가 90% 이상이고 5mm 보다 작은 입자가 10% 이내의 입도 분포여야 한다.
상기 보크사이트는 B/X Hopper에서 Shaking Feeder로 상기 죠크라셔(Jaw Crusher)에 인입시키며, 입도는 죠(Jaw)의 갭을 조정하여 변화시킬 수 있다.
상기 A-3공정은 상기 A-2공정에서 조분쇄된 보크사이트를 저장하고 혼합하기 좋게 하기 위하여 건조하는 보크사이트 건조공정이며, 수분제거를 위해 100~150℃로 유지되는 로터리 드라이어(Rotary Dryer)에서 일정 체류시간 동안 건조공정을 거친다.
드라이어 내 온도는 오일투입량 조절 또는 원료 피딩량을 조절하여 적정온도가 유지되도록 하며 백필터 인입가스의 온도를 측정하여 드라이어 내 온도를 조정한다.
상기 백필터 인입가스의 온도가 180℃ 이상 시에 백(Bag)의 소손 또는 열화 가능성이 있으므로 백필터 인입가스의 온도 관리를 철저히 해야 한다.
상기 A-4공정은 건조된 보크사이트와 원료검사를 마친 생석회와 알루미나 부산물을 저장조에 저장하는 재공품 저장공정이며 탱크와 같은 용기(Vessel)에 저장하고, 상기 탱크는 습기가 침입되지 않는 구조로 하부가 콘 타입으로 되어 있어 원료가 중간에 정체되지 않고 배출이 원활한 타입이어야 한다.
상기 A-5공정은 저장된 생석회, 보크사이트 및 알루미나 부산물을 일정 비율로 계량하는 계량공정이다.
산화칼슘(CaO)를 90% 이상 함유한 생석회 45~55 중량%와, 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유한 보크사이트(Bauxite) 또는 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유한 알루미나 부산물인 상기 알루미나질 원료 45~55 중량%를 혼합하여 산화칼슘(CaO) 46.5±2.0 %, 산화알루미늄(Al2O3) 42.0 % 이상, SiO2 5.0% 이하가 되도록 각각의 원료를 계량한다.
투입량은 산화칼슘(CaO)와 산화알루미늄(Al2O3)의 함량을 알아야 적정량을 투입할 수 있으므로 상기 A-1공정에서의 검사 자료를 토대로 하여 투입량을 결정해야 하며, Constant Feeder Weigher를 사용하여 계량한다.
상기 A-6공정은 상기 A-5공정에서 계량된 원료를 혼합하는 혼합공정이며, 계량된 원료가 Vibrating Conveyor를 타고 내려오면서 혼합된다.
상기 A-7공정은 상기 A-6공정을 거친 혼합품을 저장하는 혼합품 저장공정이며 Vibrating Conveyor를 타고 내려오면서 혼합된 혼합품이 Bucket Elevator에 의해 상부로 올려 저장용기로 저장되면 상기 저장용기는 배출을 원활하게 하기 위하여 하부가 콘 타입이어야 한다.
상기 A-8공정은 상기 혼합품을 투입하여 전기로에서 1500~1700℃로 용융하는 용융공정이며, 상기 용융공정의 공정관리는 크링커 CaO 46.5±2.0%, 전기로 전력 1700kwH 이하 기준으로, 크링커 CaO 이상 발생시 성분 조절은 생석회 투입량으로 조절하며, 전기로 전력 공급 시에는 Tapping 후 Tap을 서서히 Load Up 시킨다.
상기 Tap은 전기로의 전압 조정을 위한 단자를 말하는 것으로 높은 수치의 Tap으로 갈수록 전력 투입이 많이 된다.
상기 A-9공정은 용융공정을 거쳐 로터리 쿨러로 인입되는 용융물에 압축공기 및 물과 함께 분사하여 급냉시키는 수냉각공정이며, 상기 수냉각공정에 사용되는 압축공기의 압력은 3~10kgf/cm2이고, 물의 분사량은 용융물 1ton/hr 당 60~300kg/hr이다.
상기 수냉각공정은 로터리 쿨러(Rotary Cooler)를 사용하여, 용융공정을 거친 용융물에 물과 함께 고압공기를 분사하여 직경 10mm 이하의 작은 입자가 되도록 하여 냉각속도를 빠르게 하고 입자가 가지고 있는 여열로 완전히 건조되도록 하여 비정질 상태의 12CaO·7Al2O3 비드가 되도록 하는 공정이며, 유리상의 12CaO·7Al2O3 비드는 냉각 상태가 균일하게 되어 외관상으로도 흑녹색의 투명성을 가진 유리입자를 확인할 수 있으며 X선 회절분석(XRD) 결과로도 결정피크가 나타나지 않는 비정질의 상태가 된다.
수냉각공정을 거치지 않고 공냉 시에는 서냉된 큰 덩어리들이 불균일하게 생성되는 경향이 나타나며, 결정질이 다량 함유됨으로 인해 급결 특성이 저하되는 문제점이 발생한다.
상기 A-10공정은 상기 A-9공정을 거쳐 나온 칼슘알루미네이트 크링커의 성분을 검사하는 중간검사공정이며, 상기 표 1의 칼슘알루미네이트의 중간검사 관리일지와 같이 상기 칼슘알루미네이트 분말은 Al2O3 42.0% 이상, CaO 44.5~48.5%, SiO2 5.0% 이하, Fe2O3 1.0% 이하, K2O 0.5% 이하, Na2O 1.0% 이하, TiO2 4.0% 이하가 되도록 관리 하여야 한다.
상기 A-11공정은 칼슘알루미네이트 크링커(Clinker)를 10mm 보다 큰 입자가 20% 이하가 되도록 조분쇄하는 크링커 조분쇄공정이며, 미분쇄 전에 조분쇄를 통해 Ball Mill의 부하저감 및 분쇄효율성을 극대화 하기 위한 것이고, 죠크라셔(Jaw Crusher)로 시행하여 10mm 보다 큰 입자가 20% 미만이어야 하며, 입도는 죠(Jaw)의 갭(Gap) 조정으로 변화시킬 수 있다.
상기 A-12공정은 조분쇄된 칼슘알루미네이트를 선별하는 선별공정이며, 바이브레이팅 스크린(Vibrating Screen)으로 행하여 일정 크기 이상은 다시 죠크라셔(Jaw Crusher)로 인입되게 한다.
상기 A-13공정은 상기 A-12공정을 거쳐 선별을 마친 조분쇄 칼슘알루미네이트를 저장하는 재공품 저장공정이며, 사이로(Silo)에 저장한다.
상기 A-14공정은 저장된 조분쇄 칼슘알루미네이트를 미분쇄하기 위하여 연속적으로 계량하는 계량공정이며 Constant Feeder Weigher를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 A-15공정은 계량된 조분쇄 칼슘알루미네이트를 볼 밀(Ball Mill)에 투입하여 미분쇄하는 미분쇄공정이며, 분말도가 비표면적 6500±200㎠/g 가 되도록 분쇄하는 해야 하며 미분쇄된 칼슘알루미네이트 분말은 사이크론 세퍼레이터(Cyclone Separator)로 분리되어 하부 탱크에 저장된다.
분말도의 관리는 Constant Feeder Weigher의 RPM을 조절하고 에어세션 Damper 및 Steel Ball의 충진율을 조정하며, Mill Bearing 온도는 80℃ 이하, Mill Motor 전류는 정격을 유지 하도록 한다.
상기 A-16공정은 미분쇄된 제품을 검사하는 중간검사공정이며, 중간검사는 화학성분은 XRF(X선 형광분선기)로, 분말도는 블레인시험기로 분석한다.
표 2와 같이 상기 칼슘알루미네이트 분말은 Al2O3 42.0% 이상, CaO 44.5~48.5%, SiO2 5.0% 이하, Fe2O3 1.0% 이하, K2O 0.5% 이하, Na2O 1.0% 이하, TiO2 4.0% 이하, 분말도 6500±200㎠/g이 되도록 관리 하여야 한다.
상기 A-17공정은 칼슘알루미네이트 분말을 급결제 원료로 포장하는 포장공정이며, 톤백으로 포장하고, 포장 중량은 1.3Ton±1% 이다.
상기 B공정은 칼슘알루미네이트와 첨가제로 시멘트 광물계 급결제를 제조하는 급결제 제조공정이다.
상기 B-1공정은 주원료인 칼슘알루미네이트와, 첨가제인 탄산나트륨, 무수석고, 소석회, 알루민산나트륨을 검사하는 원료 인수검사공정이다.
상기 칼슘알루미네이트 분말은 Al2O3 42.0% 이상, CaO 44.5~48.5%, SiO2 5.0% 이하, Fe2O3 1.0% 이하, K2O 0.5% 이하, Na2O 1.0% 이하, TiO2 4.0% 이하, 분말도 6500±200㎠/g인지를 확인해야 한다.
탄산나트륨(소다회)는 겉모양, 가열감량, Total 알카리, 부피비중을 검사한다.
무수석고는 겉모양, 자연수분, SO3, 45㎛ 잔사를 검사한다.
소석회는 겉모양, CaO, 불순물, 150㎛ 잔사를 검사한다.
알루민산나트륨은 겉모양, Al2O3, Na2O, Na2CO3, 입도, 부피비중, 수분을 검사한다.
상기 B-2공정은 주원료인 칼슘알루미네이트와, 첨가제인 탄산나트륨, 무수석고, 소석회, 알루민산나트륨을 일정 비율로 계량하는 계량공정이며, Constant Feeder Weigher와 Hopper Scale로 계량한다.
칼슘알루미네이트와, 첨가제인 탄산나트륨, 무수석고, 소석회, 알루민산나트륨의 혼합비율은 칼슘알루미네이트 분말 50~70 중량%와, 탄산나트륨 10~25 중량%와, 무수석고 1~20 중량%와, 소석회 5~15중량%와, 알루민산나트륨 1~10중량%로 구성된다.
상기 B-3공정은 계량된 칼슘알루미네이트와 첨가제를 혼합하는 혼합공정이며, 무중력 Mixer인 Double Shaft Mixer 사용하고 혼합시간은 40±10분간으로 하는 것이 바람직하다.
상기 B-4공정은 B-3공정을 거친 제품을 저장하는 제품저장공정이며, Control Screen Hopper에 저장한다.
상기 B-5공정은 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제의 검사를 하는 제품검사공정이며, 상기 시멘트 광물계 급결제의 화학성분이 Al2O3 30±3%, CaO 38±4%, Na2O 0.5~14%, SO3 0.5~15% 인지를 검사하고, 물리성분은 관입저항치 1분 20kgf/㎠ 이상, 3분 80kgf/㎠ 이상, 5분 100kgf/㎠ 이상이고, 압축강도가 1일 100kgf/㎠ 이상, 3일 150kgf/㎠ 이상, 7일 200kgf/㎠ 이상 인지를 검사한다.
상기 B-6공정은 제품규격에 맞을 시 지대나 톤백으로 포장하는 포장공정으로 지대나 톤백으로 포장하며, 포장 중량은 지대는 20kg±2%, 톤백은 300kg±1%, 400kg±1%가 되도록 하며 허용한계치 이상 중량오차가 발생시는 포장기의 해당 평량부분을 재조정해야 한다.
상술한 본 발명의 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제 및 그 제조방법에 따라 생산한 시멘트 광물계 급결제와 기존 급결제를 비교하면 아래 표 4와 같으며, 표 4에서 본발명품 항목이 본 발명의 시멘트 광물계 급결제이며, 비교예의 액상급결제와 같은 시멘트 광물계 제품이라도 공냉식으로 제조한 제품은 본 발명품과 비교하면 모든 항목에서 품질이 떨어짐을 알 수 있다.
Figure 112011051235057-pat00004
본 발명의 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제는 소량으로도 신속한 급결성을 발휘하므로 1~2분 내에 초결 상태가 되고 10분 내에 종결 상태가 되어 강도가 발현되기 시작하여 조기강도를 발현함으로서 숏크리트 시공 후의 차기 발파시의 충격에도 기 시공된 숏크리트층이 안정될 뿐 아니라 이상적으로 리바운드를 적게 할 수 있으며, 압축강도와 휨강도가 시멘트 광물계 5% 사용시 실리케이트계 12%와 알루미네이트계 7% 알카리프리계 10%사용 시보다 높고, 알루미네이트계의 단점인 장기 강도저하나 알카리프리계의 단점인 초기강도저하가 일어나지 않는다.
또한, 가수분해 과정없이 12CaO·7Al2O3가 물, 시멘트와 직접 반응하여 침상 결정의 에트린자이트 생성으로 급속히 경화하고 후기반응시 침상 구조로 공극이 유지되어 시멘트 입자와 물의 접촉을 유지하기 때문에 미반응 시멘트가 지속적으로 용출, 수화물을 형성하여 장기 강도가 안정적으로 증진되며, 급결제 과다 시에도 공극 유지로 정상 강도가 발현되어 시공 안정성이 매우 우수할 뿐 아니라 경화체의 용출실험에 의한 수질오염평가에서 알카리프리계 급결제보다 화학적산소요구량 및 생물화학적 산소요구량이 현저하게 적고, 시멘트 광물이므로 저자극성으로 인체부식이 없어 작업환경에 유리하며, 천정부 대형 리바운드 발생이 없어 작업자의 안전이 확보되고 조기강도 발현으로 차기 발파시 안전을 확보할 수 있는 장점이 있다.

Claims (11)

  1. 숏크리트 작업을 위해 콘크리트 혼합물에 첨가되어 부착력을 향상시키며 신속한 경화로 강도 발현을 가속화시키는 분말형인 시멘트 광물계 급결제에 있어서,
    상기 시멘트 광물계 급결제는 주원료인 칼슘알루미네이트 분말 50~70 중량%와, 첨가제인 탄산나트륨 10~25 중량%와 무수석고 1~20 중량%와 소석회 5~15중량%와 알루민산나트륨 1~10중량%의 혼합물로 구성되고,
    상기 칼슘알루미네이트 분말은 산화칼슘(CaO)를 90% 이상 함유한 생석회 45~55 중량%와, 알루미나질 원료 45~55 중량%를 혼합하여 용융로에서 용융하는 용융공정을 거쳐 쿨러로 인입되는 용융물에 물을 압축공기와 함께 분사하여 급냉시키는 수냉각공정을 통하여 건조된 액체 구조의 고체인 비정질의 칼슘알루미네이트를 분쇄공정을 거쳐 분말로 제조된 것이며,
    상기 알루미나질 원료는 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유한 보크사이트(Bauxite) 또는 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유한 알루미나 부산물이고,
    상기 시멘트 광물계 급결제의 화학성분은 Al2O3 30±3%, CaO 38±4%, Na2O 0.5~14%, SO3 0.5~15% 및 기타 성분으로 구성된 것을 특징으로 하는 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 용융공정은 전기로 내에서 이루어지고 노내온도가 1500~1700℃를 유지하며,
    상기 수냉각공정에 사용되는 압축공기의 압력은 3~10kgf/㎠이고, 물의 분사량은 상기 용융물 1ton/hr 당 60~300kg/hr이며,
    상기 수냉각공정은 로터리 쿨러를 사용하여, 용융공정을 거친 용융물에 물과 함께 압축공기를 분사하여 직경 10mm 이하의 작은 입자가 되도록 하여 냉각속도를 빠르게 하고 입자가 가지고 있는 여열로 완전히 건조되도록 하여 유리상의 12CaO·7Al2O3 비드로 만들어 비정질 상태가 되도록 하는 공정인 것을 특징으로 하는 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보크사이트는 조분쇄공정을 통하여 입도 크기가 26.5mm 보다 큰 입자가 10% 이하이고 5mm 보다 작은 입자가 10% 이내의 입도 분포여야 하며, 수분함량이 0.5% 이상일 경우에는 수분제거를 위해 100~150℃에서 일정 체류시간 동안 건조공정을 거친 제품인 것을 특징으로 하는 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 칼슘알루미네이트 분말 제조를 위한 분쇄공정은 칼슘알루미네이트 조분쇄공정과, 볼밀(Ball Mill)을 사용하여 미분으로 제조하는 칼슘알루미네이트 미분쇄공정으로 구성되며,
    상기 칼슘알루미네이트 조분쇄공정은 죠크라셔(Jaw Crusher)로 시행하여 10mm 보다 큰 입자가 20% 미만이어야 하고, 상기 칼슘알루미네이트 미분쇄 공정은 분말도가 비표면적 6500±200㎠/g 가 되도록 분쇄하는 것을 특징으로 하는 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제
  6. 삭제
  7. 숏크리트 작업을 위해 콘트리트 혼합물에 첨가되어 부착력을 향상시키며 신속한 경화로 강도 발현을 가속화시키는 분말형인 시멘트 광물계 급결제 제조방법에 있어서,
    상기 시멘트 광물계 급결제 제조방법은 주원료인 칼슘알루미네이트 제조공정인 A공정과, 주원료 및 첨가제로 시멘트 광물계 급결제를 제조하는 급결제 제조공정인 B공정으로 구성되며,
    상기 A공정은 생석회, 보크사이트 및 알루미나 부산물의 원료를 겉모양, 성분 및 강열감량을 검사하는 원료검사공정인 A-1공정과,
    상기 보크사이트를 일정 크기로 조분쇄하는 보크사이트 조분쇄공정인 A-2공정과,
    조분쇄된 보크사이트를 건조하는 보크사이트 건조공정인 A-3공정과,
    건조된 보크사이트와 원료검사를 마친 생석회와 알루미나 부산물을 저장조에 저장하는 재공품 저장공정인 A-4공정과,
    저장된 생석회, 보크사이트 및 알루미나 부산물을 일정 비율로 계량하는 계량공정인 A-5공정과,
    계량된 원료를 혼합하는 혼합공정인 A-6공정과,
    상기 A-6공정을 거친 혼합품을 저장하는 혼합품 저장공정인 A-7공정과,
    상기 혼합품을 투입하여 전기로에서 1500~1700℃로 용융하는 용융공정인 A-8공정과,
    상기 용융공정을 거쳐 로터리 쿨러로 인입되는 용융물에 압축공기 및 물과 함께 분사하여 급냉시키는 수냉각공정인 A-9공정과,
    상기 A-9공정을 거쳐 나온 칼슘알루미네이트 크링커(Clinker)의 성분을 검사하는 중간검사공정인 A-10공정과,
    칼슘알루미네이트 크링커를 10mm 초과 입도가 20% 이하가 되도록 조분쇄하는 크링커 조분쇄공정인 A-11공정과,
    조분쇄된 칼슘알루미네이트를 선별하는 선별공정인 A-12공정과,
    상기 A-12공정을 거쳐 선별을 마친 조분쇄 칼슘알루미네이트를 저장하는 재공품 저장공정인 A-13공정과,
    저장된 조분쇄 칼슘알루미네이트를 미분쇄하기 위하여 연속적으로 계량하는 계량공정인 A-14공정과,
    계량된 조분쇄 칼슘알루미네이트를 볼 밀(Ball Mill)에 투입하여 미분쇄하는 미분쇄공정인 A-15공정과,
    미분쇄된 제품을 검사하는 중간검사공정인 A-16공정과,
    칼슘알루미네이트 분말을 급결제 원료로 포장하는 포장공정인 A-17공정으로 구성되고,
    상기 급결제 제조공정은 칼슘알루미네이트와, 첨가제인 탄산나트륨, 무수석고, 소석회 및 알루민산나트륨을 검사하는 원료 인수검사공정인 B-1공정과,
    칼슘알루미네이트와, 첨가제인 탄산나트륨, 무수석고, 소석회 및 알루민산나트륨을 일정 비율로 계량하는 계량공정인 B-2공정과,
    계량된 칼슘알루미네이트와 첨가제를 혼합하는 혼합공정인 B-3공정과,
    B-3공정을 거친 제품을 저장하는 제품저장공정인 B-4공정과,
    제품검사를 하는 제품검사공정인 B-5공정과,
    지대나 톤백으로 포장하는 포장공정인 B-6공정으로 이루어지는 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제 제조방법
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 수냉각공정에 사용되는 압축공기의 압력은 3~10kgf/㎠이고, 물의 분사량은 상기 용융물 1ton/hr 당 60~300kg/hr이며,
    상기 A-9공정은 로터리 쿨러를 사용하여, 용융공정을 거친 용융물에 물과 함께 고압공기를 분사하여 직경 10mm 이하의 작은 입자가 되도록 하여 유리상의 12CaO·7Al2O3 비드로 만들어 비정질 상태가 되도록 하는 공정인 것을 특징으로 하는 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제 제조방법
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 A-5공정의 생석회와 알루미나질 원료의 혼합비는 산화칼슘(CaO)를 90% 이상 함유한 생석회 45~55 중량%와, 알루미나질 원료 45~55 중량%로 구성되며,
    상기 알루미나질 원료는 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유한 보크사이트(Bauxite) 또는 산화알루미늄(Al2O3)을 80% 이상 함유한 알루미나 부산물이고,
    상기 A-15공정의 칼슘알루미네이트 미분쇄 공정은 분말도가 비표면적 6500±200㎠/g 가 되도록 분쇄하는 것을 특징으로 하는 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제 제조방법
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 B-2공정의 칼슘알루미네이트와, 첨가제인 탄산나트륨, 무수석고, 소석회, 알루민산나트륨의 혼합 비율은 칼슘알루미네이트 분말 50~70 중량%와, 탄산나트륨 10~25 중량%와, 무수석고 1~20 중량%와, 소석회 5~15 중량%와, 알루민산나트륨 1~10 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 수냉법으로 제조한 비정질 칼슘알루미네이트 광물을 이용한 시멘트 광물계 급결제 제조방법
  11. 삭제
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