KR101366174B1 - Ecofriendly cement binder composite - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시멘트 5~20wt%, 고로슬래그미분말 30~70wt%, 플라이애시 10~30wt%, 고칼슘애시 5~15wt%, 이수석고, 무수석고 및 탈황석고 중 어느 한가지 이상으로 이루어진 활성화 결합재 3~7wt%를 포함하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 제공한다.The present invention 5 ~ 20wt% cement, blast furnace slag powder 30 ~ 70wt%, fly ash 10 ~ 30wt%, high calcium ash 5 ~ 15wt%, activated binder made of at least one of gypsum, anhydrous gypsum and desulfurized gypsum 3 ~ 7wt It provides an environmentally friendly binder composition comprising%.
Description
본 발명은 고칼슘애시를 포함하는 산업부산물을 이용한 탄소저감형 콘크리트용 친환경 결합재 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to an environmentally friendly binder composition for carbon reduction concrete using industrial by-products containing high calcium ash.
현재 지구온난화 방지를 위한 전세계적 협력체계의 구축이 심도있게 진행되고 있으며, 이에 따라 건설분야에서도 글로벌화, 녹색건설 증대 및 기술혁신의 요구가 화두가 되고 있다. 우리나라의 온실가스 중 대부분을 차지하는 탄소 배출량은 2007년 기준 약 4억 9천만톤으로 OECD내에서 6위, 전세계에서 9위를 차지하고, 이 중 건설교통분야의 비중은 43.2%로 높은 비중을 차지하고 있다. 특히 국내 건설산업 규모는 GDP의 17% 수준에 달하며, 이 중 38%의 비중을 차지하는 건설재료는 시멘트, 철강과 같이 다량의 탄소 발생과 국가 에너지소비의 약 25%를 소모하는 산업부문에 해당한다.Currently, the establishment of a global cooperation system to prevent global warming is in progress, and accordingly, the demand for globalization, green construction, and technological innovation in the field of construction is becoming a hot topic. Carbon emissions, which account for most of Korea's greenhouse gases, was about 490 million tons in 2007, ranking 6th in the OECD and 9th in the world. Of these, construction and transportation account for 43.2%. . In particular, the domestic construction industry accounts for 17% of GDP, and construction materials, which account for 38%, are industrial sectors that consume a large amount of carbon and consume about 25% of national energy consumption, such as cement and steel. .
또한 2008년 국내 전체 탄소 발생량은 6.6억톤으로 건설재료 중 콘크리트산업에서 약 10%가 발생되는 것으로 조사되었으며, 대부분의 탄소 발생이 시멘트 제조시에 발생된다. 시멘트 1톤 생산시 약 0.8톤의 이산화탄소가 발생하며, 그 중 60% 이상이 공정 중 석회석의 탈탄산반응에 의해 발생한다.
In 2008, the total carbon generation in Korea was 6.6 billion tons, which is estimated to be about 10% in the concrete industry among the construction materials. Most of the carbon is generated during cement production. About 0.8 tonnes of carbon dioxide is produced in the production of one tonne of cement, more than 60% of which is produced by the decarbonate reaction of limestone in the process.
시멘트의 혼합재로 흔히 사용되는 것은 고로슬래그미분말과 플라이애시 등의 산업부산물과 석회석 미분말 등이 있다. 혼합재의 사용은 클링커 양의 저감에 따른 탄소 배출량 저감뿐만 아니라 콘크리트의 수화열특성 개선 및 고밀도화를 통한 내화학성 및 염소이온침투 저항성 등의 내구성을 향상시키는 작용을 하며, 낮은 비중과 적절한 유변학적 특성으로 인하여 초유동 콘크리트 제조에도 적합하다.
Commonly used cement mixtures include industrial by-products such as blast furnace slag powder and fly ash, and limestone fine powder. The use of mixtures is a function of carbon due to the reduction of the amount of clinker. It not only reduces emissions, but also improves hydration heat characteristics of concrete and improves durability such as chemical resistance and chlorine ion penetration resistance through high density, and is suitable for producing super flow concrete due to its low specific gravity and appropriate rheological properties.
그러나 고로슬래그미분말, 플라이애시와 같은 산업부산물은 실리카 성분이 석회와 시멘트의 수화생성물인 수산화칼슘과 반응하여 안정된 불용성화합물을 형성하나, 그 반응성이 상대적으로 매우 느려 다량으로 사용할 경우, 콘크리트의 초기강도 발현에 악영향을 미칠 수 있으며, Ca이온 공급원인 시멘트가 일정 수준 이하일 경우 포졸란 물질의 반응성을 활성화시키지 못해 콘크리트의 강도 및 내구성을 하락시키는 원인이 될 수 있다. 또한, 콘크리트 강도 발현을 위해 과도하게 결합재 사용량을 증가시키거나, 단위수량을 감소시킬 경우, 콘크리트 점성 증가로 인한 작업성 불량 발생 및 콘크리트 원가 상승으로 인한 구조물의 경제성에 불리한 결과를 초래할 수 있다.
Industrial by-products such as blast furnace slag powder and fly ash, however, react with calcium hydroxide, which is a hydrate product of lime and cement, to form a stable insoluble compound, but its reactivity is relatively slow, resulting in the initial strength of concrete when used in large quantities. If the cement, which is a Ca ion source, is below a certain level, it may not activate the reactivity of the pozzolanic material, which may cause the strength and durability of the concrete to decrease. In addition, excessively increasing the amount of binder used to increase the strength or decrease the number of units, may result in a poor workability due to the increase in the viscosity of the concrete and the economical efficiency of the structure due to the increase in the cost of concrete.
이에 기후변화협약에 능동적으로 대응하고, 향후 시멘트 산업의 경쟁력 제고를 위해 산업부산물 활용 증대를 통한 탄소저감형 친환경 시멘트 개발이 필요하다.
Therefore, it is necessary to develop carbon-reduced eco-friendly cement by actively responding to the climate change convention and increasing industrial by-products in order to enhance the competitiveness of the cement industry.
본 발명에서는 다량의 산업부산물 사용 및 시멘트 사용량 감소에 따른 콘크리트의 강도 및 내구성 저하를 개선하기 위하여 고칼슘애시와 활성화 결합재가 일정 비율로 포함된 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a binder composition for eco-friendly concrete containing a high ratio of calcium ash and an active binder in a certain ratio in order to improve the strength and durability of the concrete according to the use of a large amount of industrial by-products and the decrease in the amount of cement used.
특히, 고로슬래그미분말과 플라이애시를 주원료로 하고 무수석고, 이수석고 및 탈황석고 중 어느 한가지 이상으로 구성된 활성화 결합재를 일정 범위로 첨가함으로써 다량의 산업부산물 사용에 따른 조기강도 저하가 큰 폭으로 개선되는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 제공하고자 한다.
In particular, blast furnace slag powder and fly ash as the main raw material, and the addition of an activated binder composed of any one of anhydrous gypsum, dihydrate gypsum and desulfurized gypsum in a certain range to significantly improve the early strength reduction due to the use of a large amount of industrial by-products To provide an environmentally friendly binder composition for concrete.
전술한 과제의 해결을 위해 본 발명은, 시멘트 5~20wt%, 고로슬래그미분말 30~70wt%, 플라이애시 10~30wt%, 고칼슘애시 5~15wt%, 이수석고, 무수석고 및 탈황석고 중 어느 한가지 이상으로 이루어진 활성화 결합재 3~7wt%를 포함하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention, cement 5 ~ 20wt%, blast furnace slag powder 30 ~ 70wt%,
이때, 상기 고칼슘애시는 유리석회(CaO)함량이 20~60wt%, SO3함량은 2~7wt%, 분말도 2,000~5,000㎠/g인 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the high calcium ash may be characterized in that the glass lime (CaO) content 20 ~ 60wt%, SO 3 content is 2 ~ 7wt%, the powder degree 2,000 ~ 5,000 ㎠ / g.
또한, 상기 고로슬래그미분말은 고로수쇄슬래그를 미분쇄한 것으로서, 분말도가 3,000~4,500 ㎠/g인 것을 특징으로 할 수 있다.
In addition, the blast furnace slag powder is a pulverized blast furnace slag, it may be characterized in that the powder degree is 3,000 ~ 4,500
본 발명에 따른 결합재 조성물은 시멘트를 적게 함유하고, 고칼슘애시, 플라이애시, 고로슬래그미분말 등 산업부산물을 다량 포함하고 있어 시멘트 제조시 발생하는 탄소 배출량을 저감시켜 환경보존에 주요한 역할을 한다.The binder composition according to the present invention contains a small amount of cement, and contains a large amount of industrial by-products such as high calcium ash, fly ash, blast furnace slag powder, and thus plays a major role in environmental conservation by reducing carbon emissions generated during cement production.
또한 본 발명에 따른 결합재가 콘크리트에 적용되는 경우에 고칼슘애시와 활성화 결합재인 석고가 Ca이온을 다량 공급하여, 고로슬래그미분말과 플라이애시의 잠재수경성의 활성화 및 포졸란 반응을 지속적으로 이루어지게 한다. 따라서 기존의 저시멘트 결합재와 달리 다량의 알칼리 자극제를 사용할 필요가 없어, 다량의 알칼리 자극제 사용시 발생할 수 있는 작업성 저하, 급결현상 및 백화현상 등을 방지하고,콘크리트 시공성을 향상시켜 주는 효과가 있다.In addition, when the binder according to the present invention is applied to concrete, high calcium ash and gypsum as an activating binder supply a large amount of Ca ions, thereby continually performing the latent hydraulic activation and pozzolanic reaction of blast furnace slag powder and fly ash. Therefore, unlike the existing low cement binder, there is no need to use a large amount of alkali stimulant, thereby preventing workability degradation, rapid freezing and whitening that may occur when using a large amount of alkali stimulant, and improving concrete workability.
한편 본 발명에 따른 결합재가 콘크리트에 적용되는 경우에 고칼슘애시와 석고에 존재하는 유리석회와 SO3로 인해 시멘트 감소에 의한 강도 저하를 보상하며, 수화열 저감 및 내염해성 증가와 같은 내구성 측면에서 우수한 성능을 발휘할 수 있게 해준다.
Meanwhile, when the binder according to the present invention is applied to concrete, it compensates for the decrease in strength due to the reduction of cement due to the glass lime and SO 3 present in the high calcium ash and gypsum, and excellent performance in terms of durability such as reduction of heat of hydration and increase of salt resistance. It can be used.
[도 1]은 고칼슘애시 열분석결과표이다.1 is a high calcium ash thermal analysis results table.
본 발명은 시멘트 5~20wt%, 고로슬래그미분말 30~70wt%, 플라이애시 10~30wt%, 유리석회(CaO)를 함유하는 고칼슘애시 5~15wt%, 이수석고, 무수석고 및 탈황석고 중 어느 한가지 이상으로 이루어진 활성화 결합재 3~7wt%를 포함하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 제공한다.
The present invention is any one of cement 5 ~ 20wt%, blast furnace slag powder 30 ~ 70wt%,
또한 본 발명은 상기 고칼슘애시는 유리석회(CaO)함량이 20~60wt%, SO3함량은 2~7wt%, 분말도 2,000~5,000㎠/g인 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 함께 제공한다.
In another aspect, the present invention provides a high calcium ash glass lime (CaO) content of 20 ~ 60wt%, SO 3 content of 2 ~ 7wt%, powder also provides an environment-friendly concrete binder composition, characterized in that 2,000 ~ 5,000㎠ / g. do.
또한 본 발명은 상기 고로슬래그미분말은 고로수쇄슬래그를 미분쇄한 것으로서, 분말도가 3,000~4,500 ㎠/g인 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 함께 제공한다.
In another aspect, the present invention is a blast furnace slag fine powder is a pulverized blast furnace slag, provides a binder composition for eco-friendly concrete, characterized in that the powder degree is 3,000 ~ 4,500
또한 본 발명은 상기 결합재 조성물의 시멘트, 고로슬래그미분말, 고칼슘애시, 활성화 결합재의 성분에 SO3 가 포함되어 있고, 상기 결합재 조성물의 전체에 대한 유리석회의 함량은 1~8wt%, SO3함량은 4~8wt%인 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 함께 제공한다.
In addition, the present invention is a cement, blast furnace slag powder, high calcium ash, the binder component of the binder composition SO 3 Is included, the content of free lime for the whole of the binder composition is provided with an environmentally-friendly concrete binder composition, characterized in that 1 to 8wt%, SO 3 content is 4 to 8wt%.
이하에서는 먼저 본 발명의 결합재 조성물을 살펴보고, 본 발명에서 제시하는 분체비율에 따른 구체적인 실험에 따라 본 발명의 특성을 설명하도록 한다.
Hereinafter, look at the binder composition of the present invention, to explain the characteristics of the present invention according to a specific experiment according to the powder ratio proposed in the present invention.
1. 본 발명의 1. The present invention
결합재Binders
조성물 Composition
(1) 시멘트 (1) Cement
본 발명의 결합재 조성물 중 시멘트는 콘크리트의 제조에 필요한 결합재의 성분으로 일반적으로 사용되는 조성물이다. 상기 시멘트의 주요성분은 CaO, SiO2, Al2O3 및 Fe2O3 등이며 이들은 시멘트의 주요한 성질인 수화·응결·경화 등의 작용을 지배하는 주요광물의 구성을 추산, 판단하는 근거가 된다. 상기 시멘트는 물과 수화반응을 일으키고 이를 통해 응결과 경화 반응이 진행되도록 한다. 상온·상압하에서 진행되는 수화반응의 대표적인 생성물은 C-S-H 수화물(규산화 칼슘 수화물) 및 Ca(OH)2(수산화 칼슘)이다.Cement in the binder composition of the present invention is a composition generally used as a component of the binder required for the production of concrete. The main components of the cement are CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 and Fe 2 O 3, etc. These are the basis for estimating and judging the composition of the main minerals that govern the action of hydration, condensation, hardening, etc. do. The cement causes a hydration reaction with water, thereby allowing the coagulation and curing reactions to proceed. Representative products of the hydration reaction proceeding at room temperature and atmospheric pressure are CSH hydrate (calcium silicate hydrate) and Ca (OH) 2 (calcium hydroxide).
일반적인 결합재 조성물은 대부분 시멘트로만 구성되지만 본 발명에 따른 결합재 조성물은 제조시 석회석의 탈탄산으로 다량의 이산화탄소를 배출하는 시멘트의 함량이 5~20wt%인 저시멘트 결합재 조성물로서 시멘트 사용량을 대폭 줄일 수 있게 해주어 친환경적이다. 시멘트는 5~20wt%를 함유하도록 한 점은 5wt% 이하로 포함할 경우, 콘크리트의 강도를 발현하는 주결합재의 부족과 여타 혼합물의 반응을 활성화시키는 Ca이온의 공급원이 부족하여 콘크리트 강도발현에 문제가 발생할 수 있으며, 20wt% 이상이면 본 발명의 목적인 탄소 발생량을 저감하려는 목적에 부합하지 못하고, 결합재의 수화열이 증가하여 콘크리트에 적용시 온도균열이 발생할 확률이 증가하기 때문이다.
The general binder composition is composed mostly of cement, but the binder composition according to the present invention is a low cement binder composition containing 5 to 20wt% of cement, which emits a large amount of carbon dioxide as decarbonated limestone, so that the amount of cement can be significantly reduced. It is environmentally friendly. The point of containing 5 ~ 20wt% of cement is less than 5wt%, the lack of a main binder that expresses the strength of concrete and the lack of a source of Ca ions that activates the reaction of other mixtures. May occur, the carbon of which is the object of the present invention if more than 20wt% This is because the heat of hydration of the binder is increased and the probability of temperature cracking when applied to concrete increases because it does not meet the purpose of reducing the generation amount.
(2) (2)
고로슬래그Blast furnace slag
미분말Fine powder
고로슬래그 미분말은 제철소에서 발생하는 산업부산물로써, 일반적으로 고로슬래그미분말은 플라이애시에 미치지 못하지만 어느 정도의 수화열 저감효과를 가지며, 잠재수경성에 의해 플라이애시보다 우수한 강도발현을 한다. 본 발명의 결합재 조성물의 전체 중량비 중 고로슬래그 미분말의 함유량은 30~70wt%인 것이 바람직하다. 고로슬래그 미분말의 함유량이 30wt% 이하일 경우, 시멘트 사용량 감소에 따라 조기 강도발현에 주요한 역할을 하는 주재료의 함량이 낮아져 강도발현이 미흡하게 되고, 고로슬래그 미분말의 함유량이 70wt% 이상이면 결합재의 점성 증가로 콘크리트 작업성이 저하될 뿐만 아니라, 고분말도 인한 건조 및 자기 수축율 증가로 균열발생 확률이 증가하게 되기 때문이다.
The blast furnace slag powder is an industrial by-product generated in steel mills. Generally, the blast furnace slag powder does not reach the fly ash, but it has a certain effect of reducing the heat of hydration. It is preferable that content of blast furnace slag fine powder in the total weight ratio of the binder composition of this invention is 30-70 wt%. When the content of blast furnace slag powder is 30wt% or less, the content of main material which plays a major role in early strength expression decreases as the amount of cement used decreases, so that strength expression is insufficient, and when the content of blast furnace slag powder is 70wt% or more, the viscosity of the binder increases. This is because not only the concrete workability is lowered, but also the probability of cracking is increased due to the increase of drying and self shrinkage due to high powder.
특히 상기 고로슬래그 미분말은 미분쇄한 분말도가 3,000~4,500㎠/g인 것을 이용하는 것이 바람직한데, 분말도가 3,000㎠/g 이하일 경우에는 입자가 조대하여 잠재수경성이 지연되어 강도 발현에 악영향을 미치게 되고, 분말도가 4,500㎠/g 이상일 경우에는 결합재의 분말도가 과도하게 높아 점성이 증가함에 따라 콘크리트의 작업성을 저하시키는 원인이 될 수 있기 때문이다.
In particular, the blast furnace slag fine powder is preferably pulverized powder of 3,000 ~ 4,500
(3) (3)
플라이애시Fly ash
플라이애시(fly ash)는 본 발명을 통해 개발하고자 하는 친환경 결합재에서 함유량이 10~30wt%인 것이 바람직하다. 일반적으로 플라이애시는 그 자체로는 수경성이 없으나 실리카 성분이 석회와 시멘트의 수화생성물인 수산화칼슘과 서서히 반응하여 안정된 불용성화합물을 생성하여 경화하는 성질이 있으므로, 콘크리트의 수화열 감소 효과 및 장기강도 발현을 위해 10~30wt%인 것이 바람직하다.
Fly ash (fly ash) is preferably in the content of 10 ~ 30wt% in the environmentally friendly binder to be developed through the present invention. In general, fly ash is not hydrophobic in itself, but the silica component reacts slowly with calcium hydroxide, which is a hydration product of lime and cement, to form a stable insoluble compound and to harden it. It is preferable that it is 10-30 wt%.
(4) (4)
고칼슘애시High calcium ash
고칼슘애시는 열병합발전소와 제지공정에서 발생하는 산업부산물이다. 중소규모의 열병합발전소에서는 질산화물과 황산화물의 배출을 최소하기 위해 일반 화력발전소와 달리 연소온도가 850℃로 비교적 저온이기 때문에 화력발전소에서 발생하는 플라이애시(KS L 5405)와 매우 상이한 화학적 특성을 가지고 있다. 제지공정에서는 석회석 미분말이 다량 포함된 슬러지가 발생하는데, 슬러지를 소각하는 과정에서 애시가 전기집진기에 포집되게 된다. 이는 열병합발전소에서 질산화물의 배출을 방지하기 위해 연소온도를 850℃ 정도로 유지하고, 암모니아를 분무하는 등의 방법을 사용하는 과정에서 발생하여 고함량의 유리석회(CaO)가 존재하며, SO3 및 MgO가 일반 플라이애시에 비해 다량 포함되어 있는 것이 특징이다. 이러한 차이는 화력발전소 정제 플라이애시와 본 발명에서 사용되는 고칼슘애시의 특징을 비교한 비교표인 [표 1]에서 확인할 수 있다. High calcium ash is an industrial by-product of cogeneration and papermaking. Small and medium-sized cogeneration plants have very different chemical characteristics than fly ash (KS L 5405) generated from thermal power plants because the combustion temperature is relatively low at 850 ° C, unlike general thermal power plants, to minimize emissions of nitric oxide and sulfur oxides. have. In the papermaking process, sludge containing a large amount of fine limestone powder is generated, and ash is collected in the electrostatic precipitator during incineration of the sludge. This occurs during the process of maintaining the combustion temperature at about 850 ℃ to prevent the release of nitric oxide in the cogeneration plant, and spraying ammonia, so that a high content of free lime (CaO) exists, SO 3 and MgO It is characterized in that it contains a large amount compared to the general fly ash. This difference can be seen in [Table 1], which is a comparison table comparing the characteristics of the thermal power plant refined fly ash and the high calcium ash used in the present invention.
본 발명의 결합재 조성물은 시멘트 사용량 저감에 따른 강도 저하를 보상하고자 열병합발전소와 제지공정에서 발생하는 고칼슘애시 5~15wt%를 포함하고 있으며, 특히 상기 고칼슘애시에는 유리석회가 20~60wt%, SO3가 2~7wt%로 함유되어 있는 것이 바람직하다. 고칼슘애시의 함량을 통해 Ca이온이 충분히 공급되어 고로슬래그미분말과 플라이애시의 잠재수경성 및 포졸란 반응이 지속적으로 이루어질 수 있어 콘크리트의 우수한 장기강도 발현과 내구성 향상을 도모할 수 있다.
The binder composition of the present invention contains 5 ~ 15wt% of high calcium ash generated in the cogeneration plant and the papermaking process to compensate for the decrease in strength according to the reduction of the amount of cement used, in particular the high calcium ash 20 ~ 60wt%, SO 3 Is preferably contained at 2 to 7wt%. Ca ions are sufficiently supplied through the content of high calcium ash, so that the latent hydrocurable and pozzolanic reactions of blast furnace slag powder and fly ash can be continuously performed, thereby promoting excellent long-term strength expression and durability improvement of concrete.
상기 유리석회는 고로슬래그미분말 및 플라이애시 등의 혼합재의 포졸란 반응성에 기여하여 강도발현에 주요한 역할을 하는바, 20wt% 이하일 경우, 혼합재의 포졸란 반응에 의한 수화생성물이 부족하여 강도 발현이 미흡하게 되고, 60wt% 이상일 경우, 유리석회의 빠른 반응으로 Ca 이온이 과도하게 생성되어 수화반응을 지연시키는 작용을 하게 됨으로 강도발현이 지연되는 결과를 초래하게 된다. The glass lime plays a major role in the strength expression by contributing to the pozzolanic reactivity of the blast furnace slag powder and fly ash, such as fly ash, when less than 20wt%, insufficient strength expression due to the lack of hydration products by the pozzolanic reaction of the mixture In case of more than 60wt%, Ca ions are excessively generated due to the rapid reaction of glass lime, which delays the hydration reaction, resulting in delayed strength expression.
또한 상기 고칼슘애시에 포함되는 SO3함량은 2~7wt% 범위가 바람직한데, 유리석회와 마찬가지로 SO3는 시멘트 및 혼합재의 반응성을 촉진시켜 조기강도발현에 유효한 작용을 하게 되지만, 2~7wt% 범위를 벗어날 경우에는 수화생성물 부족 및 수화 지연 작용을 하여 경화체의 강도발현이 저하되기 때문이다.
In addition, the content of SO 3 contained in the high calcium ash is preferably in the range of 2 to 7 wt%. Like glass lime, SO 3 promotes the reactivity of the cement and the mixed material, thereby effectively acting at early strength, but in the range of 2 to 7 wt%. This is because when the hydration product is insufficient and the hydration retardation action is reduced the strength expression of the cured product.
한편, 고칼슘애시의 분말도는 2,000~5,000㎠/g 범위가 바람직한데, 2,000㎠/g 이하이면 조대한 입자가 장기 재령까지 미반응으로 존재하는 경우에는 유리 석회의 늦은 반응에 의한 팽창압 발현으로 구조물에 균열을 발생시키는 요인이 될 수 있으며, 5,000㎠/g 이상일 때는 초기에 고칼슘애시의 급격한 반응으로 인해 콘크리트의 작업성 저하 및 경시변화가 증가될 염려가 있다.
On the other hand, the powdery range of high calcium ash is preferably in the range of 2,000 to 5,000
(5) 활성화 (5) activation
결합재Binders
활성화 결합재는 이수석고, 무수석고 및 탈황석고 중 어느 한 가지 이상으로 이루어진 것으로서, 본 발명에서는 활성화 결합재의 함량을 3~7 wt% 로 제시하고 있다. 이는 일반적으로 시멘트에서는 석고가 시멘트의 초기 급격한 반응을 제어하기 위한 응결지연제로 작용하지만, 본 발명의 경우 다량의 혼합재를 포함하고 있으므로 본 발명에서 활성화 결합재로 이용하는 석고는 고로슬래그미분말의 잠재수경성을 촉진시키는 작용을 하는 것은 물론 높은 발열과 함께 급격한 반응을 일으키는 유리석회와 반응하여 초기 작업성 확보 및 강도발현에 주요한 역할을 하기 때문이다. 활성화 결합재의 함량이 3wt%이하이면, SO3함량 부족으로 혼합재가 조기에 반응하지 못해 강도발현이 미흡하며, 7wt%이상이면 과도한 SO3로 인해 강도발현이 지연되게 되므로 본 발명에서 제시하는 3~7 wt%의 활성화 결합재가 포함되는 것이 바람직하다.The activated binder is composed of at least one of dihydrate gypsum, anhydrous gypsum, and desulfurized gypsum. In the present invention, the content of the activated binder is 3-7 wt%. In general, although gypsum acts as a coagulation retardant to control the initial rapid reaction of cement in cement, gypsum used as an active binder in the present invention promotes latent hydraulic properties of blast furnace slag powder because the present invention includes a large amount of mixture. This is because it plays a key role in securing initial workability and strength by reacting with glass lime which causes rapid reaction with high heat generation. If the content of the activated binder is less than 3wt%, the strength of the mixture is insufficient due to the lack of SO 3 content, the strength expression is insufficient, and if more than 7wt% the strength expression is delayed due to
(6) 전체 (6) full
결합재Binders
조성물에 포함된 Contained in the composition
유리석회Glass lime
함량 및 Content and
SOSO
33
함량비율Content ratio
특히 본 발명은 상기 결합재 조성물 중 고칼슘애시에 유리석회가 함유되어 있고, 시멘트, 고로슬래그미분말, 고칼슘애시, 활성화 결합재에 부분적으로 SO3가 함유되어 있어 고칼슘애시에 포함된 유리석회 함량 및 SO3 함량비율뿐만 아니라 결합재 조성물 전체의 유리석회 및 SO3 함량비율도 중요하다. In particular, in the present invention, the high calcium ash is contained in the high calcium ash of the binder composition, and the cement, the blast furnace slag powder, the high calcium ash, and the active binder is partially contained SO 3 contained in the high calcium ash content and SO 3 Not only the content ratio but also the free lime and SO 3 The content ratio is also important.
상기 결합재 조성물의 전체에 대한 유리석회의 함량은 1~8wt%, SO3함량은 4~8wt%인 것이 바람직하다. 결합재 조성물 중 시멘트에는 2.5wt% 정도의 SO3가 함유되어 있으며, 고로슬래그미분말에는 3wt% 정도가, 석고 등의 활성화 결합재에도 약 40~53wt% 정도의 SO3가 함유되어 있어 전체 결합재 조성물의 SO3의 함량을 4~8wt%로, 유리석회의 함량은 1~8wt%로 비율을 맞추어 콘크리트에 적용하는 것이 압축강도 및 내구성에 효과적이다.
It is preferable that the content of free lime is 1 to 8 wt% and the SO 3 content is 4 to 8 wt% based on the total amount of the binder composition. Cement contains about 2.5wt% of SO 3 in cement, blast furnace slag powder contains about 3wt%, and activated binders such as gypsum contain about 40 ~ 53wt% of SO 3 . It is effective for compressive strength and durability to apply 3 to the content of 3 to 4 ~ 8wt%, glass lime content of 1 ~ 8wt%.
2. 본 발명의 2. The present invention
결합재Binders
조성물에 대한 시험 Test on the composition
(1) 본 발명의 시험을 위한 배합조건(1) Formulation conditions for the test of the present invention
본 발명의 결합재 조성물은 강도발현에 기여하는 시멘트 함량을 낮춘 것으로서, 고로슬래그 미분말과 플라이애시를 주원료로 하고 무수석고, 이수석고 및 탈황석고 중 어느 한가지 이상으로 구성된 활성화 결합재와 고칼슘애시를 혼합하여 Ca이온을 충분히 공급한다.The binder composition of the present invention is to lower the cement content contributing to the strength expression, the main raw material of the blast furnace slag powder and fly ash, mixed with an active binder composed of at least one of anhydrous gypsum, dihydrate gypsum and desulfurized gypsum and high calcium ash Ca Enough ions are supplied.
특히 혼합재의 반응성 촉진을 위해 고칼슘애시 및 활성화 결합재인 석고를 포함하게 된다. 고칼슘애시의 주성분인 유리석회는 초기에 강도발현을 소폭 지연시키나, 장기 강도 발현에 주요한 작용을 하며, 석고에 포함된 SO3는 고로슬래그 미분말의 잠재수경성의 활성화를 촉진시켜 조기강도발현에 탁월한 성능을 발휘하게 된다. 그러나, 고칼슘애시와 석고의 함량이 부족하거나 과도한 경우 적정 수준의 성능을 발휘할 수 없기 때문에 이는 고칼슘애시와 석고의 화학성분을 고려한 적절한 혼합비로 조정될 수 있으며, 상기의 특정 범위를 벗어날 경우 결합재의 강도발현이 미흡할 수 있으며, 강도 발현시간이 과도하게 지연되어 본 발명에서 얻고자 하는 성능에 만족할 수 없게 된다.In particular, to promote the reactivity of the mixture includes a high calcium ash and an activated binder gypsum. Glass lime, the main component of high calcium ash, delays the strength development slightly initially, but plays a major role in the development of long-term strength. SO 3 contained in gypsum promotes the activation of latent hydraulic properties of blast furnace slag powder, which is excellent for early strength development. Will be used. However, if the content of high calcium ash and gypsum is insufficient or excessive, the proper level of performance can not be achieved, and this can be adjusted to an appropriate mixing ratio in consideration of the chemical composition of high calcium ash and gypsum. This may be insufficient, and the strength development time may be excessively delayed to satisfy the performance to be obtained in the present invention.
따라서 본 발명에서는 시멘트, 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 고칼슘애시와 활성화 결합재로 무수석고를 혼합한 콘크리트용 결합재 조성물을 제공하는 바, 본 발명의 결합재 조성물을 이용하는 경우, 저시멘트임에도 KS L ISO 679에 준한 우수한 조기강도 및 장기강도를 나타내는지를 확인하기 위한 시험을 수행하였다.
Therefore, the present invention provides a binder composition for concrete, in which anhydrous gypsum is mixed with cement, blast furnace slag fine powder, fly ash, high calcium ash and an activated binder. In the case of using the binder composition of the present invention, the cement composition according to KS L ISO 679 Tests were conducted to confirm that they exhibited moderate good early strength and long term strength.
이하의 [표 2]는 본 발명에 속하는 실시예와 비교예의 분체 배합조건을 나타내고 있다.
Table 2 below shows powder blending conditions of Examples and Comparative Examples belonging to the present invention.
* SP3 : 고로슬래그미분말 분말도 3000cm2/g
* SP4 : 고로슬래그미분말 분말도 4000cm2/g
* SP7 : 고로슬래그미분말 7000cm2/g
* FA : 플라이애시
* HA1, 2 : 고칼슘애시
* GY : 천연무수석고* OPC: Cement
* SP3: Blast Furnace Slag Powder Powder 3000cm2 / g
* SP4: Blast Furnace Slag Powder Powder 4000cm2 / g
* SP7: Blast Furnace Slag Powder 7000cm2 / g
* FA: Fly Ash
* HA1, 2: high calcium ash
* GY: Natural Anhydrous Gypsum
이하의 [표 3]은 고칼슘애시 화학분석결과를 나타낸 것이다.
Table 3 below shows the results of high calcium ash chemical analysis.
(㎠/g)Powder figure
(
본 발명에서는 [표 3]의 화학분석결과에 나타낸 바와 같이 CaO 함량이 다른 두 가지 시료를 이용하여 시험을 진행하였다. In the present invention, as shown in the chemical analysis results of Table 3, the test was performed using two samples having different CaO contents.
[도 1]은 고칼슘애시 열분석결과표이다. [도 1]의 열분석결과에서 나타나는 바와 같이 450℃부근에서 수산화칼슘에 의한 흡열피크와 750℃부근에서 탈탄산에 의한 흡열피크가 나타나면서, HA1의 경우 순수한 CaO로 존재하는 유리석회의 함량은 약 33wt%이며, HA2는 약 28wt% 수준의 유리석회를 함유하도록 하고 있음을 확인할 수 있다.
1 is a high calcium ash thermal analysis results table. As shown in the thermal analysis results of FIG. 1, the endothermic peak due to calcium hydroxide near 450 ° C. and the endothermic peak due to decarbonated acid near 750 ° C. appear, and in the case of HA1, the content of free lime present as pure CaO is about It is 33wt%, it can be seen that HA2 contains about 28wt% level of free lime.
(2) 압축강도(2) compressive strength
본 발명을 이용한 모르타르의 압축강도를 확인하기 위하여 상기 [표 2]에서 제시한 실시예 1~5를 본 발명의 압축강도 발현 특성을 KS L ISO 679에 준하여 비교예 1~8과 비교평가하였다.
In order to confirm the compressive strength of the mortar using the present invention, Examples 1 to 5 shown in [Table 2] were compared and evaluated for the compressive strength expression characteristics of the present invention according to KS L ISO 679 and Comparative Examples 1 to 8.
[표 4]는 상기 [표 2]에서 제시한 실시예와 비교예의 배합조건을 이용한 모르타르 압축강도 측정결과를 나타낸 것이다. Table 4 shows the mortar compressive strength measurement results using the mixing conditions of the examples and comparative examples presented in the above [Table 2].
본 발명의 실시예의 경우 조기부터 강도발현이 우수하여 재령 7일에서 25MPa이상의 조기강도를 발현하여 고칼슘애시와 석고가 첨가되지 않은 비교예 1~3에 비해 우수한 조기 강도를 발현하고 있다. 또한 시멘트 함량이 감소되었음에도 불구하고 장기강도 발현에서도 비교예에 비교하여 우수한 결과를 나타내고 있다. 이는 석고 첨가 시 수화 초기에 고황산염의 수화물을 생성하여 조기강도 발현에 주요한 작용을 하며, 이후 고칼슘애시 중에 포함되어 있는 유리석회가 고로슬래그미분말 및 플라이애시와 포졸란 반응을 하여 장기강도 발현이 향상된 결과이다. In the case of the embodiment of the present invention, the strength was excellent from the early stage, the early strength of 25MPa or more at 7 days of age to express the early strength superior to Comparative Examples 1 to 3 without the addition of high calcium ash and gypsum. In addition, although the cement content is reduced, excellent results are shown in comparison with the comparative example even in long-term strength expression. This is the result of the formation of high sulfate in the early hydration when gypsum is added, which plays a major role in the early strength expression.Afterwards, the free lime contained in high calcium ash reacts with blast furnace slag powder and fly ash and pozzolanic reaction to improve long-term strength expression. to be.
또한, 비교예 4~8에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위에 속하는 결합재 조성 범위를 벗어날 경우, 초기강도 발현 저조 및 시멘트 함량 부족에 따른 장기강도 발현 감소로 본 발명에서 얻고자 하는 압축강도 발현 성능을 얻지 못하는 것을 확인할 수 있으며, 특히 비교예 8의 경우 과도한 석고 첨가로 본 발명의 범위를 벗어남에 따라 조기 강도 지연 이후 재령 28일까지 강도발현이 저조한 것을 확인할 수 있다.
In addition, as shown in Comparative Examples 4 to 8, when out of the range of the binder composition belonging to the scope of the present invention, the compressive strength expression performance to be obtained in the present invention by reducing the initial strength expression and reduced long-term strength expression due to the lack of cement content It can be confirmed that it can not be obtained, in particular, in the case of Comparative Example 8 can be confirmed that the strength expression is poor until the 28 days of age after the early strength delay, according to the out of the scope of the present invention by excessive addition of gypsum.
상기 결합재를 이용하여 제조한 콘크리트 배합 및 콘크리트 물성은 하기 [표 5]와 같다.
Concrete mixture and concrete properties prepared using the binder is as shown in Table 5 below.
(vol%)W / B
(vol%)
(vol%)S / a
(vol%)
(kg/m3)Binder
(kg / m 3 )
(wt%)WR / B
(wt%)
(mm)slump flow
(mm)
(vol%)Air
(vol%)
(W/B=물결합재, S/a=잔골재율, Binder=결합재, WR=감수제)
(W / B = water binder, S / a = fine aggregate ratio, Binder = binder, WR = water reducing agent)
[표 5]는 본 발명이 제공하는 결합재 조성물을 이용하여 배합한 콘크리트에 대한 실험결과이다. 이 때 물결합재비는 결합재 100부피% 대비 물의 부피%, 잔골재율은 굵은골재와 잔골재를 합한 전체 골재 100부피% 대비 잔골재의 부피%를 의미한다. 결합재의 단위는 콘크리트의 단위체적 1m3당 중량(kg)으로 나타낸 것이고, 감수제는 결합재 100중량%(wt%)를 기준으로 한 중량%(wt%), 공기량은 콘크리트 전체 100부피%를 기준으로 한 부피%로 나타내었다.
Table 5 shows the experimental results for the concrete blended using the binder composition provided by the present invention. At this time, the water binder ratio is the volume% of water compared to 100% by volume of the binder, and the aggregate aggregate means the volume% of the fine aggregate relative to 100% by volume of the total aggregate, which is the coarse aggregate and the fine aggregate. The units of the binding agent will represented by the weight (kg) per unit volume per 1m 3 of concrete, a water-reducing agent is a weight% (wt%), based on the
먼저 [표 5]에서 실시예 3과 비교예 2를 비교하면 동일 조건하에 고칼슘애시가 함유된 본 발명의 결합재를 이용한 실시예 3의 경우에 슬럼프 플로우 수치가 높아 작업성이 향상될 수 있음을 확인할 수 있다.When comparing Example 3 and Comparative Example 2 in the first [Table 5] in the case of Example 3 using the binder of the present invention containing a high calcium ash under the same conditions it is confirmed that the high slump flow value can be improved workability Can be.
또한 실시예 5와 비교예 2를 비교하여 보면, 슬럼프 플로우가 650mm로 동일한 조건에서 비교예 2는 감수제가 0.75 부피%로 포함되어 있는데 비해 실시예 5에서는 감수제가 0.70 부피%로 포함되고 있으므로, 결국 본 발명을 적용하였을 때에는 감수제의 함량이 낮아도 동일한 슬럼프 플로우 수치가 산출되는 효과를 얻을 수 있다. 이는 고칼슘애시 중에 존재하는 유리석회가 시멘트의 수화반응을 초기에 지연시켜 작업 성능을 향상시키기 때문이다. In addition, when comparing the Example 5 and Comparative Example 2, the slump flow is 650mm in Comparative Example 2 containing the water reducing agent 0.75% by volume in the same conditions, while in Example 5, because the water reducing agent is contained 0.70% by volume, When the present invention is applied, the same slump flow value can be obtained even if the content of the reducing agent is low. This is because the glass lime present in the high calcium ash delays the hydration reaction of the cement early to improve the working performance.
한편, 콘크리트 압축강도 특성 또한, 실시예가 비교예에 비해 조기부터 우수한 강도발현특성을 나타내며, 재령 28일까지 유지되는 것을 확인할 수 있으나, 비교예의 경우 고분말도의 고로슬래그미분말을 적용한 비교예 3을 제외하고 재령 3일부터 강도발현이 저조하여 재령 28일까지 강도발현이 미흡한 것을 확인할 수 있다. On the other hand, the compressive strength characteristics of concrete also shows that the embodiment exhibits superior strength expression characteristics from the early stage compared to the comparative example, it can be confirmed that it is maintained until the age of 28 days, except for Comparative Example 3 in which the blast furnace slag powder of the high powder degree is applied. It was confirmed that strength expression was low from 3 days of age, so that the strength expression was insufficient until 28 days of age.
비교예 3은 고로슬래그미분말의 고분말도화로 인한 콘크리트 조직치밀화로 초기에는 우수한 강도발현특성을 나타내고 있으나, 이후 포졸란 물질의 반응을 위한 시멘트 함량 부족으로 재령 28일에서 강도발현이 저조한 것을 확인할 수 있다.
Comparative Example 3 exhibited excellent strength expression characteristics initially due to the densification of concrete structure due to the high powder density of blast furnace slag powder, but it was confirmed that the strength expression was poor at 28 days due to the lack of cement content for the reaction of pozzolanic materials.
또한 결합재 조성물 전체의 유리석회 및 SO3의 함량비율에 따른 효과에 대하여는 실시예 4 및 비교예 8을 비교하였을 때 실시예 4의 모르타르 압축강도가 재령 28일에 비교예 8에 비해 현저하게 유지되는 것을 통하여 확인할 수 있다.
In addition, the mortar compressive strength of Example 4 was significantly maintained as compared to Comparative Example 8 on the 28th day when comparing the Example 4 and Comparative Example 8 with respect to the effect of the content ratio of glass lime and SO 3 of the entire binder composition This can be confirmed through.
따라서, 콘크리트 특성에 있어서도 본 발명의 결합재 조성물을 이용한 경우가 슬럼프 플로우가 상대적으로 증가하여 우수한 작업성능을 발휘하고 있으며, 압축강도 역시 재령 3일부터 우수한 강도발현의 특성을 나타내고 재령 28일까지 그 강도가 유지되는 것을 확인할 수 있다.
Therefore, in the case of using the binder composition of the present invention also in the concrete properties, the slump flow is relatively increased, showing excellent work performance, and the compressive strength also shows the characteristics of excellent strength expression from 3 days old to 28 days old. It can be seen that is maintained.
(3) (3)
염해저항성Salt resistance
콘크리트 염해저항성에 따른 내구성 평가는 상기 [표 2]의 실시예 및 비교예 의 일부에 대한 염분확산계수를 산출하여 평가하였다. [표 6]은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 재령 7일과 28일의 염분확산계수의 산출결과이다.
The durability evaluation according to the concrete salt resistance was evaluated by calculating the salinity diffusion coefficients for some of the examples and comparative examples of the above [Table 2]. Table 6 shows the calculation results of the salinity diffusion coefficients of the 7th and 28th days of the Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
(10-12m2/s)Salinity Diffusion Coefficient
(10 -12 m 2 / s)
재령 7일에서는 상대적으로 시멘트에 비해 고분말도의 산업부산물을 다량 사용하여 실시예 1, 2와 비교예 1, 2가 큰 차이에 보이지 않으나, 실시예 1, 2가 비교예 1, 2보다 소폭 낮은 염분확산계수를 나타내며 초기부터 우수한 내구성능을 발휘하고 있으며, 재령 28일에서는 지속적인 포졸란 반응성에 의한 콘크리트 조직치밀화로 실시예 1, 2가 비교예 1, 2에 비해 탁월한 내구성능을 발휘하고 있음을 확인할 수 있다.
In the seventh day, relatively large amounts of industrial by-products are used in comparison with cement, so that Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 do not show significant differences, but Examples 1 and 2 are slightly lower than Comparative Examples 1 and 2. It shows salinity diffusion coefficient and shows excellent durability from the beginning, and in 28 days, it was confirmed that Examples 1 and 2 showed superior durability compared to Comparative Examples 1 and 2 due to continuous densification of concrete structure by continuous pozzolanic reactivity. Can be.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 친환경 콘크리트용 결합재 조성물은 산업부산물을 사용하여 탄소저감효과를 가져오므로 친환경적이며, 압축강도 및 염해저항성이 기존의 결합재에 비해 우수한 특징을 가지고 있다.
As described above, the binder composition for eco-friendly concrete according to the present invention is eco-friendly because it brings the effect of reducing carbon by using industrial by-products, and has excellent characteristics compared to conventional binders in terms of compressive strength and salt resistance.
본 발명은 위에서 언급한 바와 같이 첨부된 도면과 관련하여 설명되었으나 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이 건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Therefore, the claims of the present invention include modifications and variations that fall within the true scope of the invention.
없음none
Claims (4)
상기 고칼슘애시는 유리석회(CaO)함량이 20~60wt%, SO3함량은 2~7wt%, 분말도 2,000~5,000㎠/g인 것을 특징으로 하고, 상기 고로슬래그미분말은 고로수쇄슬래그를 미분쇄한 것으로서, 분말도가 3,000~4,500 ㎠/g인 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물.
Cement 5 ~ 20wt%, blast furnace slag powder 30 ~ 70wt%, fly ash 10 ~ 30wt%, high calcium ash 5 ~ 15wt%, hydrated gypsum, anhydrous gypsum and desulfurized gypsum comprising 3 ~ 7wt% of one or more activated binder But
The high calcium ash is characterized in that the glass lime (CaO) content 20 ~ 60wt%, SO 3 content is 2 ~ 7wt%, powder degree 2,000 ~ 5,000 ㎠ / g, The blast furnace slag powder is finely ground blast furnace chain slag As one, the binder composition for eco-friendly concrete, characterized in that the powder degree is 3,000 ~ 4,500 cm 2 / g.
상기 결합재 조성물의 시멘트, 고로슬래그미분말, 고칼슘애시, 활성화 결합재에는 SO3 가 함유되어 있고,
상기 결합재 조성물의 전체에 대한 유리석회의 함량은 1~8wt%, SO3함량은 4~8wt%인 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물.In claim 1,
Cement, blast furnace slag powder, high calcium ash, the activated binder of the binder composition is SO 3 Contains,
The content of free lime for the whole of the binder composition is 1 ~ 8wt%, SO 3 content of 4 ~ 8wt% eco-friendly concrete binder composition, characterized in that.
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