KR101291725B1 - Method for Manufacturing Bio-mineralized Calcium Carbonate and Cement Mortar Containing the Bio-mineralized Calcium Carbonate - Google Patents
Method for Manufacturing Bio-mineralized Calcium Carbonate and Cement Mortar Containing the Bio-mineralized Calcium Carbonate Download PDFInfo
- Publication number
- KR101291725B1 KR101291725B1 KR1020110121668A KR20110121668A KR101291725B1 KR 101291725 B1 KR101291725 B1 KR 101291725B1 KR 1020110121668 A KR1020110121668 A KR 1020110121668A KR 20110121668 A KR20110121668 A KR 20110121668A KR 101291725 B1 KR101291725 B1 KR 101291725B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- calcium carbonate
- calcium
- cement
- fine
- microorganism
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/26—Carbonates
- C04B14/28—Carbonates of calcium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P3/00—Preparation of elements or inorganic compounds except carbon dioxide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
본 발명은 요소분해 기능을 가지는 미생물에 의해서 탄산칼슘 결정을 생성시키고, 생성된 탄산칼슘 결정을 미분말로 제조한 후, 이를 몰탈 및 기타 시멘트 복합재료에 혼입함으로써 수화열을 개선함과 동시에 유동성을 현저하게 증가시킬 수 있는 미생물을 이용한 탄산칼슘 미분말의 제조방법과, 이 제조방법에 의해 제조된 탄산칼슘 미분말을 함유하는 시멘트 몰탈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 탄산칼슘 미분말의 제조방법은, 물에 요소를 첨가하여 배양액을 준비하는 단계(S1)와, 상기 배양액에 요소분해 기능의 미생물을 투입하고, 배양액 내의 미생물 농도가 포화될 때까지 배양하여 포화 배양액을 생성하는 단계(S2)와, 상기 포화 배양액에 칼슘원을 첨가하여 칼슘 첨가 배양액을 만드는 단계(S3)와, 상기 칼슘 첨가 배양액을 설정 시간 동안 방치하여 요소분해기능의 미생물이 탄산칼슘을 석출하도록 하는 단계(S4)와, 상기 칼슘 첨가 배양액을 건조시켜 탄산칼슘 고형물을 추출하는 단계(S5)와, 탄산칼슘 고형물을 분쇄하는 분말화하는 단계(S6)로 이루어진 것을 특징으로 한다. The present invention produces calcium carbonate crystals by microorganisms having a urea decomposition function, and the resulting calcium carbonate crystals are prepared in fine powder, and then incorporated into mortar and other cement composites to improve heat of hydration and remarkably fluidity. A method for producing fine calcium carbonate powder using microorganisms which can be increased, and a cement mortar containing fine calcium carbonate powder produced by the method. In the method for preparing fine calcium carbonate powder according to the present invention, the step of preparing a culture solution by adding urea to water (S1), the microorganism of the urea decomposition function is added to the culture medium, and cultured until the concentration of microorganisms in the culture medium is saturated. Generating a saturated culture solution (S2), adding a calcium source to the saturated culture solution to form a calcium-added culture solution (S3), and leaving the calcium-containing culture solution for a set time so that the urea-decomposing microorganism calcium carbonate To precipitate (S4), and drying the calcium-added culture solution to extract the calcium carbonate solids (S5), and powdered to grind the calcium carbonate solids (S6) characterized in that consisting of.
Description
본 발명은 미생물을 이용한 탄산칼슘 미분말의 제조방법과 이를 혼입하여 제조된 시멘트 몰탈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 요소분해 기능을 가지는 미생물에 의해서 탄산칼슘 결정을 생성시키고, 생성된 탄산칼슘 결정을 미분말로 제조한 후, 이를 몰탈 및 기타 시멘트 복합재료에 혼입함으로써 수화열을 개선함과 동시에 유동성을 현저하게 증가시킬 수 있는 미생물을 이용한 탄산칼슘 미분말의 제조방법과, 이 제조방법에 의해 제조된 탄산칼슘 미분말을 함유하는 시멘트 몰탈에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for preparing fine calcium carbonate powder using microorganisms and cement mortar prepared by incorporating the same, and more particularly, to produce calcium carbonate crystals by microorganisms having a urea decomposition function, and to produce the finely divided calcium carbonate crystals. And a method for producing calcium carbonate fine powder using microorganisms which can improve heat of hydration and remarkably increase fluidity by incorporating it into mortar and other cement composite materials, and fine calcium carbonate powder prepared by the method It relates to a cement mortar containing.
일반적으로 콘크리트 및 몰탈 등 시멘트 복합재료의 수화열과 유동성 문제를 해결하기 위해 석회석 미분말을 활용하는 방법이 사용되고 있다. 석회석 미분말을 시멘트와 치환해서 사용할 경우, 시멘트가 물과 만나 수화반응을 일으킬 때 발생하는 수화열을 감소시킬 수 있을 뿐 아니라, 시멘트와 잔골재 사이의 크기를 갖는 석회석 미분말에 의해서 콘크리트 내의 충진성이 증가함과 동시에 유동성이 증가하게 된다. In general, in order to solve the heat of hydration and fluidity problems of cement composite materials such as concrete and mortar, a method of utilizing limestone fine powder is used. When limestone fine powder is used in place of cement, it not only reduces the heat of hydration generated when cement meets water and causes a hydration reaction, but also increases the filling ability in concrete by the limestone fine powder having a size between cement and fine aggregate. At the same time, the fluidity increases.
그러나 석회석 미분말을 제조하기 위해서는 석회석 광산 및 석산을 개발하여야 하므로 자연회손의 우려가 있을 뿐 아니라, 석산에서 채취한 석회석을 절단 및 분쇄 하기 위해 많은 에너지가 소모되는 문제가 있다. 이러한 에너지 소비는 자연히 탄소배출량 증가로 이어지게 된다.
However, in order to manufacture limestone fine powder, limestone mines and calcite must be developed, so that there is a risk of natural damage, and there is a problem in that a lot of energy is consumed for cutting and crushing limestone taken from the calcite. This energy consumption naturally leads to an increase in carbon emissions.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 미생물을 이용하여 자연물질 상에서 석회석과 화학성분이 같은 탄산칼슘을 석출시켜 원하는 크기의 탄산칼슘 미분말을 제조하고, 이를 콘크리트 및 몰탈 등의 시멘트 복합재료 내에 혼입하여 시멘트와 치환하거나 혹은 추가하여 시멘트 복합재료 내의 시멘트 및 골재들의 입도분포를 개선하고, 시멘트 복합재료의 유동성 및 압축강도를 향상시킬 수 있는 미생물을 이용한 탄산칼슘 미분말의 제조방법과, 이 제조방법에 의해 제조된 탄산칼슘 미분말을 함유하는 시멘트 몰탈을 제공함에 있다.
The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention by using a microorganism to precipitate calcium carbonate having the same chemical composition as limestone on a natural material to produce a fine calcium carbonate powder of the desired size, and concrete and mortar Preparation of fine calcium carbonate powder using microorganisms that can be mixed with cement or substituted with cement to improve the particle size distribution of cement and aggregates in cement composites, and improve the flowability and compressive strength of cement composites. A method and a cement mortar containing fine calcium carbonate powder produced by this production method are provided.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, (S1) 물에 요소를 첨가하여 배양액을 준비하는 단계와; (S2) 상기 배양액에 요소분해 기능의 미생물을 투입하고, 배양액 내의 미생물 농도가 포화될 때까지 배양하여 포화 배양액을 생성하는 단계와; (S3) 상기 포화 배양액에 칼슘원을 첨가하여 칼슘 첨가 배양액을 만드는 단계와; (S4) 상기 칼슘 첨가 배양액을 설정 시간 동안 방치하여 요소분해기능의 미생물이 탄산칼슘을 석출하도록 하는 단계와; (S5) 상기 칼슘 첨가 배양액을 건조시켜 탄산칼슘 고형물을 추출하는 단계와; (S6) 탄산칼슘 고형물을 분쇄하여 분말화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물을 이용한 탄산칼슘 미분말의 제조방법을 제공한다. The present invention for achieving the above object, (S1) adding a urea to the water to prepare a culture solution; (S2) adding a microorganism having a urea decomposition function to the culture medium, and culturing until the concentration of the microorganism in the culture medium is saturated to generate a saturated culture solution; (S3) adding a calcium source to the saturated culture to make a calcium-added culture; (S4) allowing the microorganisms of urea decomposition to precipitate calcium carbonate by leaving the calcium addition culture solution for a set time; (S5) drying the calcium-added culture to extract a calcium carbonate solid; (S6) Provides a method for producing a fine calcium carbonate powder using a microorganism, comprising the step of pulverizing the calcium carbonate solid.
본 발명의 다른 한 형태에 따르면, 상기한 미생물을 이용한 탄산칼슘 미분말의 제조방법에 의해 제조된 탄산칼슘 미분말을 시멘트와 물과 함께 혼합하여 제조한 시멘트 몰탈이 제공된다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a cement mortar prepared by mixing the fine calcium carbonate powder prepared by the method for producing the fine calcium carbonate powder using the microorganism together with cement and water.
본 발명에 따르면, 석회석을 사용하지 않고 요소분해 기능을 가지는 미생물에 의해서 탄산칼슘 결정을 생성시키고, 생성된 탄산칼슘 결정을 미분말로 제조한 후, 이를 몰탈 및 기타 시멘트 복합재료에 혼입함으로써 수화열을 개선함과 동시에 유동성을 현저하게 증가시킬 수 있다. According to the present invention, calcium carbonate crystals are produced by microorganisms having a urea decomposition function without using limestone, and the resulting calcium carbonate crystals are prepared in fine powder, and then incorporated into mortar and other cement composite materials to improve the heat of hydration. At the same time, the fluidity can be increased significantly.
따라서, 기존의 석산에서 석회석을 채취하여 여러 복잡한 공정을 통해 분쇄 및 분급하여 석회석 미분말을 제조하는 절차를 생략할 수 있을 뿐 아니라 공장가동에 의한 분진, 에너지 소비문제를 해결할 수 있고, 환경파괴를 막을 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다. Therefore, it is not only possible to omit the procedure of manufacturing limestone fine powder by grinding and classifying limestone from existing calcite through various complicated processes, but also solving dust and energy consumption problems caused by plant operation and preventing environmental damage. The effect can be obtained.
특히, 본 발명에 의해 제조된 탄산칼슘 미분말은 콘크리트 및 몰탈 등의 시멘트 복합재료에 쉽게 적용이 가능한 크기인 50 ~ 300 ㎛ 수준의 입도를 가지게 되므로 시멘트 복합재료의 유동성 향상의 효과를 달성함에 있어서 유리하다.
In particular, the calcium carbonate fine powder prepared by the present invention has a particle size of 50 ~ 300 ㎛ size that can be easily applied to cement composite materials such as concrete and mortar, glass in achieving the effect of improving the flowability of the cement composite material Do.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산칼슘 미분말의 제조방법을 순차적으로 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명에 의한 탄산칼슘 미분말 제조 단계에서 배양액의 건조 과정 후에 침전 고형물 형태로 남겨진 탄산칼슘의 영상이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 2의 탄산칼슘 고형물을 분쇄하여 만들어진 탄산칼슘 미분말의 일반 카메라 촬영 영상과 전자현미경 촬영 영상이다.
도 4는 본 발명의 탄산칼슘 미분말을 추가하여 만들어진 시멘트 복합재료(콘크리트)의 유동성 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 탄산칼슘 미분말을 치환하여 만들어진 시멘트 복합재료(콘크리트)의 유동성 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 1 is a flowchart sequentially illustrating a method for preparing fine calcium carbonate powder according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an image of calcium carbonate remaining in the form of precipitate solids after the drying process of the culture medium in the calcium carbonate fine powder preparation step according to the present invention.
3A and 3B are general camera photographing images and electron microscope photograph images of calcium carbonate fine powders prepared by pulverizing the calcium carbonate solids of FIG. 2, respectively.
4 is a graph showing the fluidity test results of the cement composite (concrete) made by adding the fine calcium carbonate powder of the present invention.
5 is a graph showing the fluidity test results of the cement composite (concrete) made by substituting the fine calcium carbonate powder of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 미생물을 이용한 탄산칼슘 미분말의 제조방법과, 이 제조방법에 의해 제조된 탄산칼슘 미분말을 함유하는 시멘트 몰탈의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred method of producing a calcium carbonate fine powder using a microorganism according to the present invention, and a cement mortar containing the fine calcium carbonate powder prepared by the method.
도 1은 본 발명에 따른 탄산칼슘 미분말의 제조방법을 순차적으로 설명하는 순서도로, 본 발명에 따른 탄산칼슘 미분말의 제조방법은, 물에 요소를 첨가하여 배양액을 준비하는 단계(S1)와, 상기 배양액에 요소분해 기능의 미생물을 투입하고, 배양액 내의 미생물 농도가 포화될 때까지 배양하여 포화 배양액을 생성하는 단계(S2)와, 상기 포화 배양액에 칼슘원을 첨가하여 칼슘 첨가 배양액을 만드는 단계(S3)와, 상기 칼슘 첨가 배양액을 설정 시간 동안 방치하여 요소분해기능의 미생물이 탄산칼슘을 석출하도록 하는 단계(S4)와, 상기 칼슘 첨가 배양액을 건조시켜 탄산칼슘 고형물을 추출하는 단계(S5)와, 탄산칼슘 고형물을 분쇄하는 분말화하는 단계(S6)로 이루어진다. 1 is a flow chart illustrating a method for preparing a fine calcium carbonate powder according to the present invention, the method for preparing a fine calcium carbonate powder according to the present invention, the step of preparing a culture solution by adding urea to water (S1), and Injecting a microorganism having a urea decomposition function in the culture medium, and culturing until the concentration of the microorganism in the culture medium is saturated to produce a saturated culture medium (S2), and adding a calcium source to the saturated culture medium to make a calcium-added culture medium (S3 ), And allowing the calcium addition culture solution to stand for a set time so as to precipitate calcium carbonate by the microorganism having a urea decomposition function (S4), and drying the calcium addition culture solution to extract a calcium carbonate solid (S5); Powdered step of grinding the calcium carbonate solid (S6).
상술한 탄산칼슘 미분말의 제조방법을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the method for preparing the fine calcium carbonate powder will be described in more detail.
먼저, 물(예를 들면, 증류수)에 염화 나트륨 10g/L 및 요소(Urea) 0.3 몰을 첨가하여 요소분해 미생물을 배양하기 위한 배양액을 만든다(단계 S1). 이 때, 미생물의 배양을 더욱 원활하게 하기 위하여 미생물의 먹이가 되는 박토트립톤(Bacto Tryptone) 또는 이스트 추출물(Yeast Extract) 등을 함께 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 박토트립톤 또는 이스트 추출물은 배양액에 요소분해 기능의 미생물을 투입하고 포화 배양액을 생성하는 단계(S2)에서 배양액에 첨가될 수도 있다. 상기 배양액에 투입되는 박토 트립톤은 약 10g/L의 양으로 투입되는 것이 바람직학, 이스트 추출물은 약 5g/L의 양으로 투입되는 것이 바람직하다. First, 10 g / L sodium chloride and 0.3 mol of urea (Urea) are added to water (for example, distilled water) to form a culture medium for culturing urea microorganisms (step S1). At this time, in order to make the culture of the microorganisms more smooth, it is preferable to add a bactotryptone or a yeast extract which is a food for the microorganism. The bactotryptone or yeast extract may be added to the culture medium in step S2 of introducing a microorganism having a urea function to the culture medium and generating a saturated culture solution. Bakto tryptone is added to the culture solution is preferably added in an amount of about 10g / L, yeast extract is preferably added in an amount of about 5g / L.
전술한 것과 같은 배양액이 준비되면, 배양액에 요소분해 기능의 미생물을 투입하고, 배양액 내의 미생물 농도가 포화될 때까지 배양포화 배양액을 생성한다(단계 S2). 이 때 투입되는 요소분해 기능의 미생물은 바실러스 스파에리쿠스(Bacillus sphaericus), 바실러스 파스테우리이(Bacillus pasteurii), 바실러스 소도우훠머스(Bacillus pseudofirmus), 바실러스 코니이(Bacillus cohnii)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어지는 것이 바람직하나, 이외에도 다양한 요소분해 기능의 미생물을 사용할 수 있다. When a culture medium as described above is prepared, microorganisms having urea function are added to the culture medium, and culture culture medium is generated until the concentration of the microorganisms in the culture medium is saturated (step S2). The microorganism of the urea function introduced at this time is any one selected from the group consisting of Bacillus sphaericus, Bacillus pasteurii, Bacillus pseudofirmus, Bacillus cohnii. It is preferable that it is made of one or a combination of two or more, in addition to the microorganisms of various urea function can be used.
이와 같은 방법에 의해서, 요소분해 기능의 미생물이 배양되어, 미생물의 농도가 포화되어 있는 포화 배양액이 만들어지면, 칼슘 아세테이트(Calcium acetate) 또는 칼슘 클로라이드(Calcium chloride)와 같은 칼슘원을 상기 포화 배양액에 첨가하여 칼슘 첨가 배양액을 만든다(단계 S3). By such a method, when a microorganism having a urea decomposition function is cultured to produce a saturated culture solution in which the concentration of the microorganism is saturated, a calcium source such as calcium acetate or calcium chloride is added to the saturated culture solution. Added to make a calcium-added culture (step S3).
이와 같이 요소분해 기능의 미생물이 배양된 상태에서 칼슘원이 첨가된 칼슘 첨가 배양액이 만들어지면, 상기 칼슘 첨가 배양액을 약 2일 내지 3일, 즉 48~72시간 정도 방치한다. 이 때, 미생물은 배양액에서 탄산칼슘을 제조하게 되며, 제조된 탄산칼슘은 결정화되어 배양액의 하부로 침전된다(단계 S4). 상기 미생물이 배양액 내에서 탄산칼슘을 생성하는 원리는 다음과 같다. Thus, when a calcium-added culture solution with a calcium source is made in a state in which microorganisms with urea function are cultured, the calcium-containing culture solution is left for about 2 to 3 days, that is, about 48 to 72 hours. At this time, the microorganism is to produce calcium carbonate in the culture medium, the prepared calcium carbonate is crystallized and precipitated to the lower portion of the culture medium (step S4). The principle of producing the calcium carbonate in the culture medium is as follows.
요소분해 기능의 미생물(예를 들어 바실러스 스파에리쿠스)이 요소가 첨가되어 있는 배양액 내에서 배양되면 아래의 화학식 1과 같이 요소가 분해되어 탄산 이온이 형성된다. When microorganisms having a urea function (for example, Bacillus sphericus) are cultured in a culture medium to which urea is added, urea is decomposed to form carbonate ions as shown in Chemical Formula 1 below.
이와 같이 탄산 이온이 형성되어 있는 배양액에 칼슘 아세테이트와 같은 칼슘원을 투입하게 되면, 아래의 화학식 2와 같이 칼슘 아세테이트에 의해 공급되는 칼슘 이온과 탄산 이온이 반응하여 탄산칼슘이 석출된다. When a calcium source such as calcium acetate is added to the culture medium in which carbonate ions are formed as described above, calcium carbonate is precipitated by the reaction of calcium ions and carbonate ions supplied by the calcium acetate as shown in Formula 2 below.
상술한 것과 같이 칼슘 첨가 배양액에서 탄산칼슘 미분말이 석출되면, 배양액을 공기중에 건조시켜 수분을 증발시킨다(단계 S5). 이 때 건조하는 방법으로는 자연건조 및 가열건조가 있는데, 가열건조의 경우 탄산칼슘을 더 빨리 얻을 수 있다. 도 2는 건조 과정 후 침전 고형물 형태로 남겨진 탄산칼슘을 촬영한 영상이다. When the fine calcium carbonate powder is precipitated in the calcium-added culture as described above, the culture is dried in air to evaporate moisture (step S5). At this time, drying methods include natural drying and heating drying, and in the case of heating drying, calcium carbonate can be obtained faster. Figure 2 is an image of the calcium carbonate left in the form of precipitated solids after the drying process.
상기와 같이 건조된 탄산칼슘 고형물은 분쇄되어 분말화됨으로써 도 3a 및 도 3b에서 볼 수 있는 것과 같은 최종적인 탄산칼슘 미분말이 얻어진다(단계 S6). The dried calcium carbonate solid is pulverized and pulverized to obtain a final calcium carbonate fine powder as shown in FIGS. 3A and 3B (step S6).
전술한 과정을 통해 만들어진 본 발명의 탄산칼슘 미분말은 시멘트 몰탈 또는 콘크리트 등의 시멘트 복합재료에 혼입된다. 상기 시멘트 복합재료에 혼입되는 본 발명의 탄산칼슘 미분말은 재료의 수화열을 개선함과 동시에 유동성을 현저하게 증가시키고, 강도도 증가시키는 작용을 한다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. The fine calcium carbonate powder of the present invention made through the above process is incorporated into cement composite materials such as cement mortar or concrete. The fine calcium carbonate powder of the present invention incorporated into the cement composite material improves the heat of hydration of the material and at the same time, significantly increases the fluidity and increases the strength. If this is explained in more detail as follows.
시멘트 복합재료의 수화열과 유동성을 좌우하는 것은 재료 내의 결합재(Binder)의 반응성과 입도 및 형상이다. 일반적인 시멘트 복합재료의 결합재인 시멘트는 물과 접촉할 때 수화반응을 진행하며 동시에 수화열을 발생시키는데, 시멘트 입자 사이의 간격을 증가시키기 위하여 물, 혹은 물과 수화반응을 일으키지 않는 비반응성 분체를 혼입한 경우 수화열 발생량이 감소하게 된다. 대표적인 비반응성 분체는 바로 탄산칼슘으로서, 시멘트 복합재료에 탄산칼슘 미분말을 혼입할 경우 수화반응성이 큰 시멘트 입자간의 간격이 늘어나게 되므로, 수화열을 감소시킬 수 있는 효과가 발휘된다. What determines the heat and fluidity of hydration of cement composites is the reactivity, particle size and shape of the binder in the material. Cement, which is a binder of general cement composites, undergoes a hydration reaction when it comes in contact with water, and simultaneously generates heat of hydration. In this case, the amount of heat of hydration is reduced. The typical non-reactive powder is calcium carbonate, and when the fine calcium carbonate powder is incorporated into the cement composite material, the interval between cement particles having high hydration reactivity is increased, thereby reducing the heat of hydration.
동시에, 시멘트 입자는 물과 접촉할 때 습윤작용 보다 표면에너지를 감소시키기 위해 서로 응집하려는 특성이 강하기 때문에, 시멘트 복합재료의 유동성에 필요한 자유수(Free water)를 가두게 되고, 결과적으로 가두어진 자유수가 증가함에 따라 유동성이 불리하게 된다. 이 때 시멘트 입자와 입도가 다른 분체를 혼입할 경우, 입자 사이의 공극이 이상적으로 줄어들게 되므로 시멘트 입자 사이에 가두어진 수량은 최소화되며 유동성에 기여할 수 있는 자유수가 증가됨으로써, 시멘트 복합재료의 유동성을 효과적으로 개선시킬 수 있다. 본 발명에 의해 제조된 탄산칼슘은, 50 ~ 300 ㎛의 입도를 가지며, 이는 1 ~ 100 ㎛의 입도를 갖는 시멘트와, 600 ㎛ ~ 5 ㎜의 입도를 갖는 잔골재 사이의 크기이므로, 시멘트 복합재료의 입도분포를 개선하게 된다. 이와 같이 시멘트 복합재료 내 입자들의 입도분포가 개선되므로시멘트 복합재료의 유동성이 증가되는 효과가 발휘되는 것이다. At the same time, cement particles have a stronger tendency to agglomerate with each other to reduce surface energy than wetting when in contact with water, thereby confining the free water necessary for the fluidity of the cement composite, resulting in confined freedom. As the number increases, the fluidity becomes disadvantageous. In this case, when the cement particles and powders of different particle sizes are mixed, the voids between the particles are ideally reduced, so that the quantity trapped between the cement particles is minimized, and the free water that can contribute to the fluidity is increased, thereby effectively increasing the fluidity of the cement composite material. Can be improved. Calcium carbonate prepared by the present invention has a particle size of 50 ~ 300 ㎛, which is the size between the cement having a particle size of 1 ~ 100 ㎛ and the fine aggregate having a particle size of 600 ㎛ ~ 5 mm, It will improve the particle size distribution. As such, since the particle size distribution of the particles in the cement composite material is improved, the fluidity of the cement composite material is increased.
한편, 상기 시멘트 복합재료는 물/시멘트 비가 50% 이하이며, 시멘트 복합재료에 혼입되는 탄산칼슘 미분말은 시멘트 무게의 5 ~ 10중량%의 비율인 것이 바람직하다. Meanwhile, the cement composite material has a water / cement ratio of 50% or less, and the fine calcium carbonate powder mixed in the cement composite material is preferably 5 to 10% by weight of the cement weight.
도 4는 1종 포트랜드 시멘트를 이용하고, 중량비로 물/시멘트비는 각각 40%, 50%, 60%로 하며, 혼화제 및 혼화재는 사용하지 아니하였으며, 강모래를 잔골재로 사용하였으며, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 탄산칼슘 미분말을 시멘트 무게 대비 0%, 5%, 10%, 15% 추가하여 몰탈을 타설하여 제조한 콘크리트 시편에 대한 유동성 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 그리고, 도 5는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 탄산칼슘 미분말을 시멘트 무게 대비하여 추가하지 않고 치환한다는 점을 제외하고는 도 4의 실험 결과 도출에 사용된 콘크리트 시편의 제조 조건과 동일한 조건으로 제조된 콘크리트 시편의 유동성 실험 결과를 나타낸 그래프이다. Figure 4 uses one kind of Portland cement, water / cement ratio by weight ratio of 40%, 50%, 60%, respectively, no admixtures and admixtures were used, steel sand was used as fine aggregate, according to the present invention It is a graph showing the fluidity test results for concrete specimens prepared by pouring mortar by adding 0%, 5%, 10%, and 15% fine calcium carbonate powder prepared by the manufacturing method. And, Figure 5 is the same condition as the manufacturing conditions of the concrete specimens used for deriving the experimental results of Figure 4, except that the calcium carbonate fine powder prepared by the manufacturing method according to the present invention is replaced without adding to the weight of the cement This is a graph showing the experimental results of the fluidity test of the prepared concrete specimen.
참고로, 이러한 물성분석 실험에 있어서, 굳지 않은 몰탈에 대해 몰탈의 유동성을 나타내는 몰탈 플로우 값은 ASTM C 1437(Standard Test Method for Flow of Hydraulic Cement Mortar) 실험방법에 따라 측정하고, 굳지 않은 몰탈의 공기량은 ASTM C 185(Standard Test Method for Air Content of Hydraulic Cement Mortar) 실험방법에 준하여 측정하였다. 굳은 몰탈의 28일 압축강도를 측정하기 위해, 수중양생을 실시한 시편을 ASTM C 109 (Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using 2-in. or [50-mm] Cube Specimens))에 준하여 제작한 후, 상기 규격에 따라 압축강도를 측정하였다. For reference, in this property analysis experiment, the mortar flow value indicating the flowability of mortar on the mortar that is not hardened is measured according to the ASTM C 1437 (Standard Test Method for Flow of Hydraulic Cement Mortar) test method, and the amount of air of the mortar that is not hardened. Was measured according to ASTM C 185 (Standard Test Method for Air Content of Hydraulic Cement Mortar) test method. In order to measure the 28-day compressive strength of hardened mortar, aquatic cured specimens were subjected to ASTM C 109 (Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using 2-in. Or [50-mm] Cube Specimens)). After fabrication, the compressive strength was measured according to the standard.
도 4와 5에서도 알 수 있듯이, 물시멘트비가 40% 인 몰탈에서, 탄산칼슘을 시멘트 대비 무게비로 0%에서 15% 까지 추가 또는 치환한 경우 몰탈 플로우 값은 선형적으로 증가하였다. 즉, 탄산칼슘에 의해 입도분포가 개선되어 유동성이 개선된 것을 알 수 있었다. 4 and 5, in the mortar having a water cement ratio of 40%, the mortar flow value increased linearly when calcium carbonate was added or substituted from 0% to 15% by weight to cement. That is, it was found that the particle size distribution was improved by the calcium carbonate to improve the fluidity.
또한, 물시멘트비가 50% 인 몰탈에서, 탄산칼슘을 시멘트 대비 무게비로 5% 내지 10% 추가 또는 치환한 경우 몰탈 플로우 값은 증가하였다. 그러나, 물시멘트비가 60% 인 몰탈에서는, 탄산칼슘을 시멘트 대비 무게비로 5% 내지 10% 추가 또는 치환한 경우 몰탈 플로우 값이 감소하였다. 이는 배합 내에 물이 많은 경우, 분체의 부피에 의해 유동성이 크게 영향을 받기 때문이다. 미생물에 의해 제조된 탄산칼슘은 비중이 1.7 수준임에 반해 시멘트는 일반적으로 3.15이므로, 동일 무게비로 치환한 경우에도 실제 재료 내의 시멘트와 탄산칼슘을 포함한 분체(Powder material)가 차지하는 부피는 치환에 따라 증가하게 된다. 즉, 탄산칼슘 미분말을 시멘트 무게비에 대해 추가할 경우 뿐 아니라 치환하는 경우 역시 재료내의 분체의 부피가 상대적으로 늘어나게 되는데, 배합 내에 물이 상대적으로 많은 경우인 물시멘트비 60% 몰탈에서는 이러한 분체 부피가 높아질 경우 유동성이 쉽게 감소된다. 그러나 물 시멘트비가 40% 및 50%인 몰탈의 유동성은 상대적으로 분체비에 의해 영향을 덜 받기 때문에, 비록 분체 부피가 늘어나도 입도분포가 개선됨에 따라 유동성이 증가하는 것을 알 수 있다. In addition, in the mortar having a water cement ratio of 50%, the mortar flow value increased when 5% to 10% of calcium carbonate was added or substituted in a weight ratio to cement. However, in the mortar having a water cement ratio of 60%, the mortar flow value decreased when 5% to 10% of calcium carbonate was added or substituted in a weight ratio to cement. This is because, when there is a lot of water in the formulation, fluidity is largely affected by the volume of the powder. Calcium carbonate produced by microorganisms has a specific gravity of 1.7, while cement is generally 3.15. Therefore, even if substituted at the same weight ratio, the volume of powder and powder containing calcium carbonate in the actual material increases with substitution. Done. In other words, when the fine calcium carbonate powder is added to the cement weight ratio as well as the replacement thereof, the volume of the powder in the material is relatively increased.In the case of water cement ratio of 60% mortar, which is a relatively large amount of water in the formulation, the powder volume may be increased. In this case the fluidity is easily reduced. However, since the fluidity of the mortar with the water cement ratio of 40% and 50% is relatively less affected by the powder ratio, it can be seen that the fluidity increases as the particle size distribution is improved even though the powder volume is increased.
이와 같이 본 발명에 따르면, 석회석을 사용하지 않고 요소분해 기능을 가지는 미생물에 의해서 탄산칼슘 결정을 생성시키고, 생성된 탄산칼슘 결정을 미분말로 제조한 후, 이를 몰탈 및 기타 시멘트 복합재료에 혼입함으로써 수화열을 개선함과 동시에 유동성을 현저하게 증가시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, calcium carbonate crystals are produced by microorganisms having a urea decomposition function without using limestone, the resulting calcium carbonate crystals are prepared in fine powder, and then incorporated into mortar and other cement composites to heat hydration. It is possible to significantly increase the fluidity while improving the efficiency.
또한, 본 발명에 따르면 요소분해 기능의 미생물에 의해 탄산칼슘 미분말을 제조할 때 원하는 미분말의 입도를 특별한 처리 없이 배양액 보존시간만을 조절하여 제조할 수 있다. In addition, according to the present invention, when preparing the fine calcium carbonate powder by the microorganism of the urea decomposition function can be prepared by controlling the culture medium retention time without special treatment the particle size of the desired fine powder.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.
Claims (8)
(S2) 상기 배양액에 요소분해 기능의 미생물을 투입하고, 배양액 내의 미생물 농도가 포화될 때까지 배양하여 포화 배양액을 생성하는 단계와;
(S3) 상기 포화 배양액에 칼슘원을 첨가하여 칼슘 첨가 배양액을 만드는 단계와;
(S4) 상기 칼슘 첨가 배양액을 설정 시간 동안 방치하여 요소분해기능의 미생물이 탄산칼슘을 석출하도록 하는 단계와;
(S5) 상기 칼슘 첨가 배양액을 건조시켜 탄산칼슘 고형물을 추출하는 단계와;
(S6) 탄산칼슘 고형물을 분쇄하여 분말화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물을 이용한 탄산칼슘 미분말의 제조방법.(S1) preparing a culture medium by adding at least one or more of a group consisting of sodium chloride, Bacto Tryptone, and yeast extract to water;
(S2) adding a microorganism having a urea decomposition function to the culture medium, and culturing until the concentration of the microorganism in the culture medium is saturated to generate a saturated culture solution;
(S3) adding a calcium source to the saturated culture to make a calcium-added culture;
(S4) allowing the microorganisms of urea decomposition to precipitate calcium carbonate by leaving the calcium addition culture solution for a set time;
(S5) drying the calcium-added culture to extract a calcium carbonate solid;
(S6) A method for producing fine calcium carbonate powder using microorganisms, comprising the step of pulverizing a calcium carbonate solid.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110121668A KR101291725B1 (en) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | Method for Manufacturing Bio-mineralized Calcium Carbonate and Cement Mortar Containing the Bio-mineralized Calcium Carbonate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110121668A KR101291725B1 (en) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | Method for Manufacturing Bio-mineralized Calcium Carbonate and Cement Mortar Containing the Bio-mineralized Calcium Carbonate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130055964A KR20130055964A (en) | 2013-05-29 |
| KR101291725B1 true KR101291725B1 (en) | 2013-07-31 |
Family
ID=48664230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110121668A KR101291725B1 (en) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | Method for Manufacturing Bio-mineralized Calcium Carbonate and Cement Mortar Containing the Bio-mineralized Calcium Carbonate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101291725B1 (en) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103755195B (en) * | 2014-01-08 | 2016-08-17 | 清华大学 | Utilize the method that urease-producing microorganism and calcium acetate prepare high intensity microorganism mortar |
| KR101698823B1 (en) * | 2014-03-25 | 2017-01-24 | 인하대학교 산학협력단 | Lysinibacillus sphaericus and composition containing the same |
| KR101973715B1 (en) * | 2018-03-20 | 2019-04-29 | 한국과학기술원 | Autogenous Crack Healing Concrete Composition Using Microorganism, And Method for Manufacturing the Same |
| CN108315355B (en) * | 2018-04-25 | 2023-12-01 | 河海大学 | Method and device for synthesizing stalactite and stalagmite by microorganisms |
| KR102697211B1 (en) * | 2018-10-05 | 2024-08-22 | 한국전력공사 | High functional hydrogel bead carrier for maximizing bio-mineralization by micro-organism and method for manufactruing thereof |
| CN109608079A (en) * | 2019-01-15 | 2019-04-12 | 武汉理工大学 | A kind of in-situ carburization method improving carbonization product structural behaviour |
| AU2020375032A1 (en) * | 2019-10-31 | 2022-06-23 | The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate | Methods of forming minerals using biomineralizing microorganisms and biomineralizing macroorganisms and compositions formed using same |
| CN113860793B (en) * | 2021-10-21 | 2022-05-31 | 苏州大学 | Bacteria-based harmless strengthening treatment method for solid waste incinerator residues |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070093128A (en) * | 2004-12-20 | 2007-09-17 | 무어도치 유니버시티 | Microbial biocementation |
-
2011
- 2011-11-21 KR KR1020110121668A patent/KR101291725B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070093128A (en) * | 2004-12-20 | 2007-09-17 | 무어도치 유니버시티 | Microbial biocementation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130055964A (en) | 2013-05-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101291725B1 (en) | Method for Manufacturing Bio-mineralized Calcium Carbonate and Cement Mortar Containing the Bio-mineralized Calcium Carbonate | |
| Nimwinya et al. | A sustainable calcined water treatment sludge and rice husk ash geopolymer | |
| Arif et al. | Sugar cane bagasse ash from a high-efficiency co-generation boiler as filler in concrete | |
| Mallikarjuna Rao et al. | Final setting time and compressive strength of fly ash and GGBS-based geopolymer paste and mortar | |
| Xu et al. | Effect of rice husk ash fineness on porosity and hydration reaction of blended cement paste | |
| Lim et al. | Synthesis of nano cementitious additives from agricultural wastes for the production of sustainable concrete | |
| Cheah et al. | The engineering properties and microstructure development of cement mortar containing high volume of inter-grinded GGBS and PFA cured at ambient temperature | |
| Wu et al. | Micro-structure, mechanical and transport properties of cementitious materials with high-volume waste concrete powder and thermal modification | |
| Irassar et al. | Influence of limestone content, gypsum content and fineness on early age properties of Portland limestone cement produced by inter-grinding | |
| Nazari et al. | The effects of ZnO2 nanoparticles on strength assessments and water permeability of concrete in different curing media | |
| JP6175081B2 (en) | Method for producing auxiliary cementitious materials (SCMs) | |
| CN104446045A (en) | Alkali-activated cementing material and preparation method thereof | |
| CN106698984A (en) | Application of carbide slag solid wastes as raw materials for preparing mineral filling gel material, filling gel material and filling material | |
| Justnes et al. | Mechanism for performance of energetically modified cement versus corresponding blended cement | |
| Ghiasvand et al. | Influence of grinding method and particle size distribution on the properties of Portland-limestone cements | |
| Park et al. | Effects of fineness and chemical activators on the hydration and physical properties of high-volume fly-ash cement pastes | |
| KR101151605B1 (en) | A composition of waste gypsum block for pubric works, waste gypsum block using the same and a manufacturing method thereof | |
| Sun et al. | Mechanical and durability properties of blended OPC mortar modified by low-carbon belite (C2S) nanoparticles | |
| Qi et al. | Compound effect of CaCO3 and CaSO4· 2H2O on the strength of steel slag-cement binding materials | |
| Jianming et al. | Effect of fine aggregates on properties of magnesium potassium phosphate cement mortar | |
| Wu et al. | Development of cementitious capillary crystalline waterproofing agents and durability study of concrete in the presence of chloride with sulfate in aqueous environment | |
| Zheng et al. | A review: Enhanced performance of recycled cement and CO2 emission reduction effects through thermal activation and nanosilica incorporation | |
| Xiao et al. | Utilisation of silica-rich waste in eco phosphogypsum-based cementitious materials: Strength, microstructure, thermodynamics and CO2 sequestration | |
| Rashad et al. | Accelerated aging resistance, abrasion resistance and other properties of alkali-activated slag mortars containing limestone powder | |
| KR101017523B1 (en) | A method for manufacturing concrete having high performance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160627 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170627 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180702 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190701 Year of fee payment: 7 |