KR101303195B1 - 고로슬래그 시멘트의 물성개선용 알칼리 자극제, 그 자극제를 이용한 고로슬래그 시멘트 및 그 제조방법 - Google Patents

고로슬래그 시멘트의 물성개선용 알칼리 자극제, 그 자극제를 이용한 고로슬래그 시멘트 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트를 고로슬래그로 일부 대체한 고로슬래그 시멘트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고로슬래그 시멘트의 유동성과 강도 등 물성을 유리하게 개선할 수 있는 고로슬래그 시멘트용 자극제와 그 자극제를 바람직하게 이용한 고로슬래그 시멘트, 그리고 그 고로슬래그 시멘트의 바람직한 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트의 물성개선을 위한 알칼리 자극제는 칼슘페리알루미네이트 분말 5~45중량%; 소듐칼슘설페이트 분말 12~45중량%; 괘상의 칼슘설페이트에 실리카졸이 첨가되어 분쇄된 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말 25~83중량%;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

고로슬래그 시멘트의 물성개선용 알칼리 자극제, 그 자극제를 이용한 고로슬래그 시멘트 및 그 제조방법{Activator for High Volume Slag Cement, High Volume Slag Cement Composition Containing the Activator and Process of the Cement}
본 발명은 시멘트를 고로슬래그로 일부 대체한 고로슬래그 시멘트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고로슬래그 시멘트의 유동성과 강도 등 물성을 유리하게 개선할 수 있는 고로슬래그 시멘트용 자극제와 그 자극제를 바람직하게 이용한 고로슬래그 시멘트, 그리고 그 고로슬래그 시멘트의 바람직한 제조방법에 관한 것이다.
시멘트 산업은 전력산업에 이어 두 번째로 많은 탄소를 배출하는 산업으로서, 최근 국제적인 탄소 저감 정책에 따라 핵심적인 관리가 필요한 산업이 되고 있다. 이에 따라 이산화탄소 배출이 많은 시멘트의 사용을 억제하고자 하는 노력이 많이 시도되고 있으며, 고로슬래그 시멘트도 그 중 하나이다.
고로슬래그 시멘트는 시멘트를 제철공정에서 발생하는 산업폐기물인 고로슬래그로 일부 치환하여 대체한 시멘트를 말한다. 고로슬래그 시멘트는 콘크리트의 장기강도가 개선되고 내구성능이 향상되는 등 이점이 많다. 하지만 초기강도의 저하가 비교적 크기 때문에 고로슬래그 시멘트에서 슬래그 대체율은 40~50% 수준이 한계로 인식된다. 고로슬래그를 40% 이상 대체할 경우 3일 강도를 기준강도 대비 40% 이상으로 확보하기 어려운데, 3일 강도가 낮으면 콘크리트를 타설한 거푸집을 제거할 수 없어 전체 건설공사의 공기가 지연되는 문제가 나타날 수 있다.
한편 최근 국내 제철사업이 확대됨에 따라 슬래그의 발생량도 증가하는 상황이다. 이에 따라 잉여 슬래그를 재활용하기 위한 적극적인 노력이 필요한 실정이나, 앞서 살펴본 바와 같이 기존의 기술수준으로는 콘크리트 분야에서 고로슬래그의 사용율을 높이는 데에는 한계가 있기 때문에 급격히 증가하고 있는 고로슬래그 발생량에 대응하지 못하고 있다.
따라서 본 발명자들은 시멘트 분야에서 고로슬래그의 사용율을 더욱 높일 수 있는 방안을 연구하게 되었으며, 그 결과로서 알칼리 자극제를 개발하게 되었다.
본 발명은 고로슬래그 시멘트에서 고로슬래그의 대체율을 향상시키기 위해 개발된 것으로서, 고로슬래그 시멘트의 초기강도를 개선시켜 고로슬래그의 대체율을 80% 수준까지 증대시킬 수 있는 새로운 알칼리 자극제를 제공하는데 기술적 과제가 있다.
또한 본 발명은 알칼리 자극제를 바람직하게 이용하여 유동성과 초기강도 등 물성이 개선된 고로슬래그 시멘트를 제공하고, 이러한 고로슬래그 시멘트의 바람직한 제조방법을 제공하는데 기술적 과제가 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 칼슘페리알루미네이트(Calcium Ferri-Aluminate, 4CaO·3(Al2O3, Fe2O3)·SO3) 분말 5~45중량%; 소듐칼슘설페이트(Sodium Calcium Sulfate, Na2Ca(SO4)2) 분말 12~45중량%; 괘상의 칼슘설페이트(Calcium Sulfate, CaSO4)에 실리카졸(Silica sol)이 첨가되어 분쇄된 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말 25~83중량%;로 구성되는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트의 물성개선용 알칼리 자극제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 알칼리 자극제를 바람직하게 이용한 하이볼륨 고로슬래그 시멘트로서, 고로슬래그 미분말 25~80중량%; 보통 포틀랜드 시멘트 19~72중량%; 고로슬래그 시멘트의 물성개선용 알칼리 자극제 0.1~3.0중량%;로 구성되는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트를 제공한다.
나아가 본 발명은 고로슬래그 시멘트를 제조하는 방법으로서, 괘상의 칼슘설페이트에 실리카졸을 첨가 분쇄한 후 칼슘페리알루미네이트 분말, 소듐칼슘설페이트 분말을 첨가 혼합하거나, 괘상의 칼슘설페이트에 실리카졸과 소듐칼슘설페이트 분말을 첨가 분쇄한 후 칼슘페리알루미네이트 분말 첨가 혼합하면서 고로슬래그 시멘트의 물성개선용 알칼리 자극제를 제조하는 제1단계; 괘상의 고로슬래그, 보통 포틀랜드 시멘트용 클링커, 상기 제1단계에서 제조된 알칼리 자극제를 혼합 분쇄하거나, 괘상의 고로슬래그와 상기 제1단계에서 제조된 알칼리 자극제를 혼합 분쇄한 후 보통 포틀랜드 시멘트를 혼합하거나, 괘상의 고로슬래그를 분쇄한 후 보통 포틀랜드 시멘트와 상기 제1단계에서 제조된 알칼리 자극제를 혼합하면 고로슬래그 시멘트를 제조하는 제2단계;로 이루어지되, 제2단계에서 플라이애시를 첨가 혼합하는 과정을 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 고로슬래그 시멘트의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 고로슬래그 시멘트에서 고로슬래그의 대체율을 80% 수준까지 증대시킬 수 있는 새로운 알칼리 자극제를 제공할 수 있다. 다시 말해, 본 발명에 따른 알칼리 자극제는 고로슬래그 시멘트에서 유동성과 초기강도 개선에 유리하게 작용하기 때문에, 고로슬래그 시멘트에서 고로슬래그의 대체율을 기존의 기술수준보다 증대시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 알칼리 자극제는 분말형 재료이기 때문에 사용이 간편하며, 이로써 현장에서 유리하게 적용할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따르면 산업부산물인 고로슬래그를 시멘트 대체재로 다량 사용할 수 있으며, 이에 따라 시멘트 소비량을 줄여 시멘트 생산시 발생되는 탄소 배출량을 줄일 수 있으며 그 결과 저탄소 녹색성장을 이끌 수 있다.
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 알칼리 자극제의 제조과정을 보여주는 제조순서도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트의 제조과정을 보여주는 제조순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 알칼리 자극제에서 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말를 제조하는데 이용한 분쇄장비의 사진이다.
본 발명은 고로슬래그 미분말을 시멘트 대체재로 다량 사용하기 위한 알칼리 자극제와 이 알칼리 자극제를 바람직하게 사용한 고로슬래그 시멘트에 관한 것이다. 일반적인 고로슬래그 시멘트는 장기강도가 우수하나 초기강도 발현이 늦어 고로슬래그를 40% 정도로 대체 사용하는 것에 그쳤는데, 본 발명에서는 고로슬래그 시멘트의 초기강도는 물론 유동성을 개선하여 고로슬래그의 대체율을 증대시킬 수 있는 새로운 알칼리 자극제를 제안하는 것이다.
본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트의 물성개선용 알칼리 자극제는, 칼슘페리알루미네이트 분말 5~45중량%; 소듐칼슘설페이트 분말 12~45중량%; 괘상의 칼슘설페이트에 실리카졸이 첨가되어 분쇄된 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말 25~83중량%;로 구성된다. 위와 같은 구성의 알칼리 자극제는 비중이 2.20~3.10이고 SO3 함량이 25% 이상을 가지도록 준비하는 것이 바람직한데, 이는 고로슬래그 시멘트에서 알칼리 자극제의 반응성을 고려한 결과이다.
칼슘페리알루미네이트(Calcium Ferri-Aluminate, 4CaO·3(Al2O3, Fe2O3)·SO3) 분말은 칼슘설포알루미네이트(4CaO·3Al2O3·SO3)에서 부분적으로 알루미나(Al2O3) 대신에 산화철(Fe2O3)이 치환 결합된 것인데, 칼슘설포알루미네이트 소성과정에서 적철석을 첨가하면 얻을 수 있다. 칼슘페리알루미네이트는 급격한 반응성으로 초기강도 개선에 기여하는 반면 유동성 저하의 원인이 되나, 유동성 저하는 아래에서 살펴보는 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말에 의해 개선할 수 있다. 칼슘페리알루미네이트는 아래 [반응식1]과 같은 반응을 통해 수화물을 생성하는데, 이러한 수화물(3CaO(Al2O3, Fe2O3)·3CaSO4·32H2O)은 변형된 에트링자이트(Ettringite)의 형태로 통상의 에트링자이트(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)보다 시멘트 수화물 내에서 우수한 내구성을 발휘한다.
[반응식1]
4CaO·3(Al2O3, Fe2O3)·SO3 + 8(CaSO4·2H2O) + 6CaO + 80H2O
-> 3(3CaO(Al2O3, Fe2O3)·3CaSO4·32H2O)
위 [반응식1]에서 CaSO4는 아래에서 살펴보는 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말 내지 소듐칼슘설페이트 분말을 통해 제공되고, CaO는 고로슬래그 시멘트의 보통 포틀랜드 시멘트나 고로슬래그에서 제공되고, H2O는 고로슬래그 시멘트의 경화를 위한 혼합수에서 제공된다.
위와 같은 칼슘페리알루미네이트 분말은 자극제에서 5~45중량%가 적당한데, 5중량% 미만이면 수화물 생성이 미흡하여 초기강도 증진 효과가 미미하고, 45중량% 초과하면 급격한 반응으로 유동성 저하가 우려된다. 한편 칼슘페리알루미네이트 분말은 (Al2O3 + Fe2O3) 함량이 전체 중량의 35% 이상이면서 Fe2O3/(Al2O3 + Fe2O3)가 0.25 이상인 것으로, 비중이 2.5~3.3, 비표면적이 5,000㎠/g 이상, 응결시간이 초결 25분 이상, 1일 압축강도가 40MPa 이상, 3일 강도가 50MPa 이상을 가지는 것이 반응성, 물리성능, 이용성 등을 고려할 때 바람직하다.
소듐칼슘설페이트(Sodium Calcium Sulfate, Na2Ca(SO4)2) 분말은 용해에 의한 NaOH의 생성으로 pH를 향상시켜 아래 [반응식2]와 같은 보통 포틀랜드 시멘트와 고로슬래그의 반응을 촉진하는 한편, [반응식1]의 반응에서 CaSO4를 제공하는 재료가 된다. 소듐칼슘설페이트 분말은 Na성분에 의해 고로슬래그의 자극 내지 시멘트의 응결을 촉진하여 초기강도 증진에 기여하고, 이에 따라 칼슘페리알루미네이트 분말과 마찬가지로 유동성 저하의 원인이 되나, 유동성 저하는 아래에서 살펴보는 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말에 의해 개선할 수 있다.
[반응식2]
XCaO + YSiO2 + ZH2O -> XCaO·YSiO2·ZH2O (Condition : pH 12~13)
위 [반응식2]에서 생성되는 수화물(XCaO·YSiO2·ZH2O)는 강도발현을 하는 대표적인 시멘트 수화물로서 강도증진에 기여한다. 위 [반응식2]는 pH 12~13 조건에서 원활히 진행되는데, 이러한 pH조건은 소듐칼슘설페이트 분말의 용해에 따른 NaOH의 생성과 시멘트의 수화과정에서 발생하는 Ca(OH)2의 생성으로 맞출 수 있다. 위 [반응식2]에서 CaO와 SiO2는 고로슬래그 시멘트의 보통 포틀랜드 시멘트나 고로슬래그에서 제공되고, H2O는 고로슬래그 시멘트의 경화를 위한 혼합수에서 제공된다.
위와 같은 소듐칼슘설페이트 분말은 자극제에서 12~45중량%가 적당한데, 12중량% 미만이면 pH 조절 내지 수화물 생성이 미흡하여 강도 증진 효과가 미미하고, 45중량% 초과하면 급격한 반응으로 유동성 저하가 우려된다. 한편 소듐칼슘설페이트 분말은 용해된 후에 반응하기 때문에 이를 감안한다면 다른 분말보다 입자가 큰 상태로 사용할 수 있으며, 바람직하게는 입자의 크기가 0.2mm 이하이면 적절하다.
칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말은 괘상의 칼슘설페이트(석고)를 실리카졸을 첨가한 상태에서 분쇄한 것으로, 고로슬래그 시멘트에서 고로슬래그의 반응성을 향상시키고 아울러 포틀랜드 시멘트의 급격한 수화반응을 억제하여 유동성을 개선하는데 유리하게 작용한다. 아래 [실험예1]에서 확인할 수 있는 바와 같이 괘상의 칼슘설페이트를 분쇄할 때 실리카졸은 분쇄효율을 높이는데 기여하는데, 이는 실리카졸에 의해 분체들의 응집이 지연되거나 분쇄 매체에 대한 분체들의 부착이 지연되면서 분쇄가 촉진되기 때문인 것으로 파악된다. 분쇄효율이 높으면 분쇄 비용을 절감할 수 있고 또한 미립자의 원료를 유리하게 얻을 수 있으므로, 본 발명에서 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말은 경제성과 이용성에서 유리한 재료가 된다. 이와 같은 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말은 실리카졸의 Si성분이 칼슘설페이트의 표면에 남게 되므로, 표면의 Si성분이 용해되면서 위의 [반응식2]와 같은 XCaO·YSiO2·ZH2O의 생성에도 일부 기여한다.
위와 같은 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말은 자극제에서 25~83중량%가 적당한데, 25중량% 미만이면 사용에 따른 기대효과가 미미하고, 83중량% 초과하면 상대적으로 다른 재료들이 함량이 적어져 초기강도 개선 효과가 떨어진다. 한편 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말은 칼슘설페이트 100중량부에 실리카졸 0.1~8.5중량부를 첨가 혼합하여 74㎛ 이하의 입도로 분쇄하면 적당한데, 실리카졸의 사용량은 분쇄효율과 경제성을 동시에 고려한 결과이고, 분쇄입도는 이용성과 반응성을 고려한 결과이다. 여기서 괘상의 칼슘설페이트는 비중이 2.2~3.0인 천연 무수석고 내지 부산 무수석고이면 적당하고, 실리카졸은 SiO2 함량이 29~41%, pH가 9.5~10.5, 평균 입도가 9~11nm, 점도(cps, 20℃)가 40 이하, 비중(20℃)이 1.19~1.31인 것이 이용성, 반응성 등을 고려할 때 바람직하다.
위와 같은 구성의 알칼리 자극제는 도 1 내지 도 2와 같은 방법으로 제조할 수 있다. 도 1에서와 같이 괘상의 칼슘설페이트(CS)에 실리카졸(SS)을 첨가 분쇄하여 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말을 만든 다음에 칼슘페리알루미네이트(CFA) 분말과 소듐칼슘설페이트(SCS) 분말을 첨가 혼합하는 방법으로 제조하거나, 도 2에서와 같이 괘상의 칼슘설페이트에 실리카졸과 소듐칼슘설페이트 분말을 첨가 분쇄하여 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말과 소듐칼슘설페이트 분말을 혼합한 상태로 만든 다음에 칼슘페리알루미네이트 분말을 첨가 혼합하는 방법으로 제조하는 것이다. 소듐칼슘설페이트 분말의 적절한 입도 조절을 위해서는 도 2의 방법이 더 바람직하나, 도 1의 방법은 기존 설비를 이용하면서 경제적으로 제조할 수 있다는 이점이 있다.
한편 알칼리 자극제의 제조에서 분쇄공정은 레이몬드 밀(Raymond mill), 볼 밀(Ball mill), 진동 밀(Vibration Mill) 중에서 선택하여 진행하면 적당하며, 혼합공정은 2개 이상의 분체를 혼합하는 공정으로 통상의 분체 혼합시설을 적용하면 된다. 특히 본 발명에서는 알칼리 자극제의 효과적인 작용을 위해 입자 크기를 74㎛ 이하로 조정할 것을 제안하는데, 이를 위해 도 1과 도 2에서와 같이 분쇄공정과 분급공정을 마련할 수 있다. 분급공정은 지정된 입자 크기 이상을 피드백하여 분쇄공정으로 재순환하는 공정으로 분쇄공정을 최적화할 수 있다면 생략 가능하다.
나아가 본 발명은 바람직한 고로슬래그 시멘트를 제공하기 위해, 고로슬래그 미분말 25~80중량%; 보통 포틀랜드 시멘트 19~72중량%; 앞서 살펴본 알칼리 자극제 0.1~3.0중량%;로 구성할 것을 제안한다. 이와 같은 조성범위는 고로슬래그 미분말의 대체율을 최대한 증대시키면서 초기강도 개선을 고려한 결과이며, 보는 바와 같이 고로슬래그의 대체율을 40%를 넘어 80%까지 증대시키고 있다. 한편 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트에서 고로슬래그 미분말은 비중이 2.40~3.10이면서 분말도가 3,000~8,000㎠/g인 것이 바람직하고, 보통 포틀랜드 시멘트는 비중이 3.10~3.20이고 분말도가 3,000~8,000㎠/g인 것이 바람직하다. 나아가 고로슬래그 시멘트는 강도 개선을 위해 플라이애시를 더 첨가할 수 있는데, 이 경우 플라이애시는 고로슬래그 시멘트 중량의 20중량% 이하로 첨가한다. 20중량%를 초과하면 초기강도 저하와 유동성 저하가 우려된다.
또한 본 발명은 고로슬래그 시멘트의 바람직한 제조방법을 제안하는데, 먼저 도 1 또는 도 2의 방법으로 알칼리 자극제(A-HVSC)를 제조한 후에 분쇄공정과 혼합공정을 거쳐 고로슬래그 시멘트로 제조하는 것이다. 특히 본 발명에서는 분쇄공정과 혼합공정의 구체적인 진행방법에 따라, 도 3 내지 도 5와 같이 3가지 방법으로 구분하여 제안한다. 다만 도 3 내지 도 5는 플라이애시를 더 첨가한 경우를 고려하고 있으므로, 플라이애시를 첨가하지 않는다면 플라이애시 첨가 혼합공정을 생략하면 된다.
도 3은 괘상의 고로슬래그, 보통 포틀랜드 시멘트용 클링커, 알칼리 자극제(A-HVSC)를 동시에 혼합 분쇄한 후에 플라이애시(FA)를 첨가 혼합하는 방식이다. 이 방식은 분쇄공정과 혼합공정을 합친 방식이기 때문에 제조비용이 비교적 저렴한 이점이 있다. 또한 알칼리 자극제(A-HVSC)가 괘상의 슬래그와 시멘트 클링커와 동시에 혼합 분쇄되기 때문에, 알칼리 자극제는 더욱 미분화되어 반응성이 향상될 수 있다.
도 4는 괘상의 고로슬래그와 알칼리 자극제를 먼저 혼합 분쇄한 후에 보통 포틀랜드 시멘트와 플라이애시를 첨가 혼합하는 방식이다. 이 방식은 시멘트를 분쇄된 형태로 조달하여 제조하는 방식이므로, 시중에 유통되는 시멘트를 그대로 활용할 수 있다. 이 방식에서도 알칼리 자극제(A-HVSC)가 괘상의 슬래그와 동시에 혼합 분쇄되기 때문에, 알칼리 자극제의 미분화에 의한 반응성 향상을 기대할 수 있다.
도 5는 괘상의 고로슬래그를 먼저 분쇄한 후 보통 포틀랜드 시멘트와 알칼리 자극제 및 플라이애시를 첨가 혼합하는 방식이다. 이 방식은 고로슬래그와 시멘트 원료를 모두 분쇄된 형태로 조달하여 제조하는 방식이 되는데, 분쇄 공정을 별도로 거치지 않고 시중에 유통되는 시멘트와 고로슬래그를 그대로 활용하기 때문에 제조 시설의 초기 투자비용을 절감할 수 있는 방식이 된다.
이하에서는 실험예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[ 실험예1 ] 실리카졸의 첨가여부에 따른 칼슘설페이트의 분쇄효율
(1)실험방법
괘상의 칼슘설페이트 100 중량부와 실리카졸 1중량부를 혼합 분쇄하여 분쇄효율을 조사하였다. 분쇄기와 분쇄조건은 도 6 및 아래 [표 1]과 같다. 분쇄시간은 30분, 60분으로 하고, 분쇄시 실리카졸을 넣지 않은 조건 A와 실리카졸을 1% 넣은 조건 B 에 대해 분쇄하여 74㎛ 통과 중량을 측정하였다. 실험에 사용한 칼슘설페이트는 비중 2.94의 천연 무수석고이고, 실리카졸은 SiO2 함량이 30%, pH가 10.2, 평균 입도가 10nm, 점도(cps, 20℃)가 24, 비중(20℃)이 1.21인 실리카졸이다.
실험장비
구분 내용
형식 Vibration Mill
제조사 Young-jin(KOR)
주요 제원 900×1435×500mm, 1140rpm
Chamber 용적 4.5L
분쇄 조건 media 25～35vol%, raw material 5～10vol%
(2)실험결과
실리카졸의 첨가여부에 따른 칼슘설페이트의 분쇄효율을 확인한 결과, 실리카졸을 첨가하지 않은 A는 30분 분쇄결과 56% 통과하고 60분 분쇄결과 71% 통과하는 한편, 실리카졸을 첨가한 B는 30분 분쇄결과 73% 통과, 60분 분쇄결과 92% 통과하는 것으로 확인되었다. 이와 같이 실리카졸을 혼합하고 분쇄시간이 길수록 칼슘설페이트를 분쇄할 때 더욱 우수한 분쇄효율을 나타낸다. 분쇄효율이 높으면 분쇄 비용을 절감할 수 있고 또한 미립자의 원료를 쉽게 얻을 수 있으므로, 실리카졸을 혼합하여 분쇄한 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말은 경제성은 물론 반응성에서도 유리한 재료가 될 수 있다.
[ 실험예2 ] 알칼리 자극제의 혼입여부에 따른 고로슬래그 시멘트의 물성
(1)알칼리 자극제의 제조
도 1의 방법으로 알칼리 자극제를 제조하였다. 여기서 알칼리 자극제를 구성하는 원재료별 혼합비(wt%)는 칼슘페리알루미네이트(CFA):칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말(CS+SS):소듐칼슘설페이트(SCS)=17:55:28로 하였다. 특히 알칼리 자극제 제조에서 칼슘페리알루미네이트(CFA)는 (Al2O3 + Fe2O3) 함량이 전체 중량의 39%, Fe2O3/(Al2O3 + Fe2O3)가 31중량%, 비중 2.87, 비표면적 5,430cm2/g 이상, 응결시간 초결 38분, 1일강도 44MPa, 3일강도 58MPa인 것을 사용하고, 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말(CS+SS)는 비중 2.94의 괘상의 천연 무수석고(100 중량부)와 실리카졸(1중량부)를 혼합 분쇄 후 74㎛ 통과분을 사용하며, 소듐칼슘설페이트(SCS)는 SiO2 함량 30%, pH 10.2, 평균 입도 10nm, 점도(cps, 20℃) 24, 비중(20℃) 1.21인 것을 사용하였다. 그 결과 비중이 2.84이면서 SO3 함량이 42.7%인 알칼리 자극제를 제조할 수 있었다.
(2)고로슬래그 시멘트의 물성실험을 위한 배합조건
앞서 제조된 알칼리 자극제를 가지고, 아래 [표 2]와 같은 배합으로 고로슬래그 시멘트의 유동성과 압축강도를 측정하였다.
콘크리트 배합
구분 결합재(B, 중량%) 표준사
(B×중량%)		 혼합수
(B×중량%)		 나프탈렌계
혼화제(B×중량%)
OPC SP FA A-HVSC 계
비교예1 40 60 - - 100 300 45 0.5
실시예1 40 59 - 1 100 300 45 0.5
비교예2 35 60 5 - 100 300 43 0.5
실시예2 35 59 5 1 100 300 43 0.5
비교예3 20 80 - - 100 300 43 0.5
실시예3 20 79 - 1 100 300 43 0.5
OPC: 비중이 3.15이고 분말도가 3,483cm2/g인 보통 포틀랜드 시멘트
SP: 비중이 2.90이고 분말도가 4,130cm2/g인 고로슬래그
FA: 비중이 2.21이고 분말도가 3,368cm2/g 인 플라이애시
A-HVSC: 앞서 제조된 알칼리 자극제
(3)고로슬래그 시멘트의 물성실험결과
고로슬래그 시멘트의 물성실험결과, 아래 [표 3]과 같이 나타냈다.
고로슬래그 시멘트의 물성
구분 플로우
(cm)		 압축강도(MPa)
1일 3일 7일 28일
비교예1 21.5 8.4 18.8 29.6 38.7
실시예1 22.0 10.3 23.7 32.4 41.7
비교예2 19.5 8.8 19.2 31.9 41.9
실시예2 20.5 11.2 23.1 33.4 42.3
비교예3 20.5 6.2 16.8 24.7 37.1
실시예3 21.0 7.8 21.4 29.4 39.4
위의 [표 3]에서와 같이 알칼리 자극제를 혼입한 경우가 그렇지 않은 경우보다 유동성은 다소 개선되고 압축강도 성능은 우수하게 향상됨을 알 수 있다. 특히 알칼리 자극제를 혼입한 경우에 초기강도 영역에서 강도개선 효과가 우수한 것을 알 수 있다. 이와 같은 결과에 따라 본 발명에 따는 알칼리 자극제는 고로슬래그 시멘트에서 고로슬래그의 대체율을 증대시키는데 크게 기여하고, 이로써 고로슬래그의 대체율을 80%까지 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다.
A-HVSC: 알칼리 자극제
CFA: 칼슘페리알루미네이트
CS: 칼슘설페이트
SS: 실리카졸
SCS: 소듐칼슘설페이트
FA: 플라이애시

Claims (6)

  1. 칼슘페리알루미네이트(Calcium Ferri-Aluminate, 4CaO·3(Al2O3, Fe2O3)·SO3) 분말 5~45중량%;
    소듐칼슘설페이트(Sodium Calcium Sulfate, Na2Ca(SO4)2) 분말 12~45중량%;
    괘상의 칼슘설페이트(Calcium Sulfate, CaSO4)에 실리카졸(Silica sol)이 첨가되어 분쇄된 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말 25~83중량%;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트의 물성개선용 알칼리 자극제.
  2. 제1항에서,
    상기 칼슘페리알루미네이트 분말은, (Al2O3 + Fe2O3) 함량이 전체 중량의 35% 이상, Fe2O3/(Al2O3 + Fe2O3)가 0.25 이상, 비중이 2.5~3.3, 비표면적이 5,000㎠/g 이상, 응결시간이 초결 25분 이상, 1일 압축강도가 40MPa 이상, 3일 강도가 50MPa 이상을 가지는 것이고,
    상기 소듐칼슘설페이트 분말은, 0.2mm 이하인 것이며,
    상기 칼슘설페이트-실리카졸 분쇄분말은, 비중이 2.2~3.0인 괘상의 칼슘설페이트 100중량부에 SiO2 함량이 29~41%, pH가 9.5~10.5, 평균 입도가 9~11nm, 점도(cps, 20℃)가 40 이하, 비중(20℃)이 1.19~1.31인 실리카졸 0.1~8.5중량부가 첨가되어 74㎛ 이하의 입도로 분쇄된 것임을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트의 물성개선용 알칼리 자극제.
  3. 고로슬래그 미분말 25~80중량%;
    보통 포틀랜드 시멘트 19~72중량%;
    제1항 또는 제2항에 따른 고로슬래그 시멘트의 물성개선용 알칼리 자극제 0.1~3.0중량%;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트.
  4. 제3항에서,
    플라이애시가 상기 고로슬래그 시멘트 중량의 20중량% 이하 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트.
  5. 제3항에 따른 고로슬래그 시멘트를 제조하는 방법으로서,
    괘상의 칼슘설페이트에 실리카졸을 첨가 분쇄한 후 칼슘페리알루미네이트 분말, 소듐칼슘설페이트 분말을 첨가 혼합하거나, 괘상의 칼슘설페이트에 실리카졸과 소듐칼슘설페이트 분말을 첨가 분쇄한 후 칼슘페리알루미네이트 분말 첨가 혼합하면서 고로슬래그 시멘트의 물성개선용 알칼리 자극제를 제조하는 제1단계;
    괘상의 고로슬래그, 보통 포틀랜드 시멘트용 클링커, 상기 제1단계에서 제조된 알칼리 자극제를 혼합 분쇄하거나, 괘상의 고로슬래그와 상기 제1단계에서 제조된 알칼리 자극제를 혼합 분쇄한 후 보통 포틀랜드 시멘트를 혼합하거나, 괘상의 고로슬래그를 분쇄한 후 보통 포틀랜드 시멘트와 상기 제1단계에서 제조된 알칼리 자극제를 혼합하면 고로슬래그 시멘트를 제조하는 제2단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트의 제조방법.
  6. 제4항에 따른 고로슬래그 시멘트를 제조하는 방법으로서,
    괘상의 칼슘설페이트에 실리카졸을 첨가 분쇄한 후 칼슘페리알루미네이트 분말, 소듐칼슘설페이트 분말을 첨가 혼합하거나, 괘상의 칼슘설페이트에 실리카졸과 소듐칼슘설페이트 분말을 첨가 분쇄한 후 칼슘페리알루미네이트 분말 첨가 혼합하면서 고로슬래그 시멘트의 물성개선용 알칼리 자극제를 제조하는 제1단계;
    괘상의 고로슬래그, 보통 포틀랜드 시멘트용 클링커, 상기 제1단계에서 제조된 알칼리 자극제를 혼합 분쇄한 후 플라이애시를 첨가 혼합하거나, 괘상의 고로슬래그와 상기 제1단계에서 제조된 알칼리 자극제를 혼합 분쇄한 후 보통 포틀랜드 시멘트와 플라이애시를 첨가 혼합하거나, 괘상의 고로슬래그를 분쇄한 후 보통 포틀랜드 시멘트와 상기 제1단계에서 제조된 알칼리 자극제 및 플라이애시를 첨가 혼합하면서 고로슬래그 시멘트를 제조하는 제2단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트의 제조방법.
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