KR101471381B1 - 무기결합재 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 마그네시아 광물 분말, 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 사문석 분말 25∼900중량부를 포함하며, 상기 마그네시아 광물 분말과 상기 사문석 분말은 수화반응의 활성도를 높이기 위해 600∼1000℃의 온도에서 소성 처리되어 있고, 상기 마그네시아 광물 분말의 브레인 분말도가 2,000∼10,000㎠/g 범위이고, 상기 사문석 분말의 브레인 분말도가 2,000∼10,000㎠/g 범위인 것을 특징으로 하는 무기결합재 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 1450℃ 이상의 고온에서 소성하는 시멘트 제품을 대신할 수 있으며, 소성온도가 낮고 이산화탄소 발생량도 적으면서 압축강도 특성이 우수하며, 수화활성도가 높고, 내구성이 우수하다.

Description

무기결합재 조성물{Inorganic binder composite}
본 발명은 무기결합재 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1450℃ 이상의 고온에서 소성하는 시멘트 제품을 대신할 수 있으며, 소성온도가 낮고 이산화탄소 발생량도 적으면서 압축강도 특성이 우수한 새로운 무기질 결합재 조성물에 관한 것이다.
기존 무기질 결합재로서 대표격인 시멘트는 1450℃ 이상의 고온에서 소성하여 제조되므로 제조 과정에서 자원 및 에너지가 많이 소비되며, 특히 이산화탄소를 다량으로 발생시킨다.
최근에는 전 세계적인 이슈인 친환경 녹색성장기술과 관련하여 에너지 절약기술 및 신재생에너지 기술이 주목받고 있으며, 또한 친환경적이고 이산화탄소 배출이 저감될 수 있는 기술이 주목받고 있다.
시멘트 1톤 생산 시 약 950kg의 이산화탄소가 배출하게 되는데, 국가적인 이산화탄소 감축 목표를 달성하기 위해서는 시멘트 산업에서 발생하는 이산화탄소의 배출을 줄이기 위한 노력이 요구되고 있다.
현재 시멘트 산업에서 이산화탄소를 줄이기 위한 다양한 노력이 진행되고 있는데, 가장 대표적인 방법이 이산화탄소 포집 기술과 더불어 슬래그나 플라이애쉬 같은 포졸란 물질을 다량으로 첨가하는 혼합시멘트의 개발과, 비소성 시멘트의 개발 등이 있으나, 혼합시멘트나 비소성 시멘트는 기본적으로는 모두 무기질 결합재로 시멘트를 사용하는 것이다.
에너지 및 이산화탄소를 줄이기 위해서는 이산화탄소 발생량이 적거나 발생량보다 흡수량이 더 많은 시멘트의 개발이 필요하며, 또한 소성온도도 기존의 제품보다 획기적으로 낮출 필요가 있다. 소성온도가 낮고 이산화탄소를 흡수하는 성질이 갖는 새로운 무기질 결합재의 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 1450℃ 이상의 고온에서 소성하는 시멘트 제품을 대신할 수 있으며, 소성온도가 낮고 이산화탄소 발생량도 적으면서 압축강도 특성이 우수하며, 수화활성도가 높고, 내구성이 우수한 무기결합재 조성물을 제공함에 있다.
본 발명은, 마그네시아 광물 분말, 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 사문석 분말 25∼900중량부를 포함하며, 상기 마그네시아 광물 분말과 상기 사문석 분말은 수화반응의 활성도를 높이기 위해 600∼1000℃의 온도에서 소성 처리되어 있고, 상기 마그네시아 광물 분말의 브레인 분말도가 2,000∼10,000㎠/g 범위이고, 상기 사문석 분말의 브레인 분말도가 2,000∼10,000㎠/g 범위인 것을 특징으로 하는 무기결합재 조성물을 제공한다.
상기 사문석 분말은 활성도를 높이기 위해 NaHCO3 및 Na2CO3 중에서 선택된 1종 이상의 포화수용액으로 180∼240℃의 오토클레이브에서 수열 처리되어 있을 수 있다.
상기 무기결합재 조성물은 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 MgCl2 0.1∼16중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기결합재 조성물은 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 MgSO4 0.1∼16중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기결합재 조성물은 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 MgCO3 0.1∼16중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기결합재 조성물은 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 NaCl 0.1∼16중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기결합재 조성물은 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 NaHPO4 0.1∼16중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기결합재 조성물은 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 MgCl2, MgSO4, MgCO3, NaCl 및 NaHPO4 중에서 선택된 2종 이상의 강도개선제 0.1∼16중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기결합재 조성물은 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 실리카흄, 플라이애쉬 및 고로슬래그 중에서 선택된 1종 이상의 포졸란 물질 0.5∼80중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 무기결합재 조성물은, 1450℃ 이상의 고온에서 소성하는 시멘트 제품을 대신할 수 있으며, 소성온도가 낮고 이산화탄소 발생량도 적으면서 압축강도 특성이 우수하며, 수화활성도가 높고, 내구성이 우수하다.
본 발명에 의하면, 에너지 소비 및 이산화탄소 발생량을 줄일 수 있으며, 사문석을 사용함으로써 이산화탄소를 흡수하는 효과를 얻을 수도 있다.
도 1은 실험예 5에 따라 700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말, 700℃에서 소성한 사문석 분말, 그리고 실리카흄을 혼합한 무기결합재 조성물의 3일, 7일, 28일 후 압축강도를 나타낸 도면이다.
도 2는 실험예 6에 따라 700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말, 700℃에서 소성한 사문석 분말, 그리고 실리카흄, 플라이애쉬, 고로슬래그를 각각 혼합하고, 여기에 MgCl2를 혼합한 무기결합재 조성물의 3일, 7일, 28일 후 압축강도를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무기결합재 조성물은, 마그네시아 광물 분말, 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 사문석 분말 25∼900중량부를 포함하며, 상기 마그네시아 광물 분말과 상기 사문석 분말은 수화반응의 활성도를 높이기 위해 600∼1000℃의 온도에서 소성 처리되어 있고, 상기 마그네시아 광물 분말의 브레인 분말도가 2,000∼10,000㎠/g 범위이고, 상기 사문석 분말의 브레인 분말도가 2,000∼10,000㎠/g 범위일 수 있다.
시멘트를 제조하는데 에너지가 많이 소비되고 제조 과정에서 이산화탄소가 대량 발생되지만, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무기결합재 조성물은 소성 온도가 낮고 이산화탄소 흡수량이 많은 사문석(마그네슘 실리케이트계 광물) 분말과 마그네시아 광물 분말을 기본으로 한다.
마그네시아 광물은 MgO계 광물로서 MgO의 함량이 80중량% 이상(예컨대, 80∼99.9중량%)인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
마그네시아 광물의 입도 크기가 큰 경우에는 볼밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill)과 같은 분쇄 공정을 이용하여 목표하는 크기로 분쇄하여 사용할 수 있으며, 마그네시아 광물 분말의 브레인 분말도는 2,000∼10,000㎠/g 범위인 것이 바람직한데, 분말도가 높을수록 수화 작용이 빠르므로 조기강도가 높고 워커빌리티, 수밀성 및 내구성도 높아지며, 2,000㎠/g 미만인 경우에는 입자 간 결합에 어려움이 발생될 수 있고, 10,000㎠/g을 초과하는 경우에는 분말의 제조가 어려울 뿐만 아니라 가격이 비싸 경제적이지 못하다.
마그네시아 광물 자체를 사용하여도 되지만, 수화반응의 활성도(수화활성도)를 높이기 위해 600∼1000℃의 온도에서 소성 처리된 마그네시아 광물 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 소성 온도가 600∼1000℃로 낮기 때문에 에너지의 소모가 적고, 비용이 절약되어 경제적이며, 대량 생산에 적합한 장점이 있다. 상기 소성 처리는 공기(air) 분위기와 같은 산화 분위기에서 10분∼24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
사문석(serpentine)은 마그네슘 실리케이트계 광물로서 화학식이 Mg3Si2O5(OH)4)이다. 사문석은 성분 함량으로 MgO 30∼60중량% 및 SiO2 30∼45중량%를 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 사문석은 마그네시아 광물의 약점인 강도가 약하고 내수성 등의 내구성이 약한 단점을 보완하여 줄 수 있다.
사문석의 입도 크기가 큰 경우에는 볼밀링(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill)과 같은 분쇄 공정을 이용하여 목표하는 크기로 분쇄하여 사용할 수 있으며, 사문석 분말의 브레인 분말도는 2,000∼10,000㎠/g 범위인 것이 바람직한데, 분말도가 높을수록 수화 작용이 빠르므로 조기강도가 높고 워커빌리티, 수밀성 및 내구성도 높아지며, 2,000㎠/g 미만인 경우에는 입자 간 결합에 어려움이 발생될 수 있고, 10,000㎠/g을 초과하는 경우에는 분말의 제조가 어려울 뿐만 아니라 가격이 비싸 경제적이지 못하다.
상기 사문석 분말은 활성도를 높이기 위해 NaHCO3 및 Na2CO3 중에서 선택된 1종 이상의 포화수용액으로 180∼240℃의 오토클레이브에서 수열 처리된 것을 사용할 수 있다. 사문석 분말을 NaHCO3 및 Na2CO3 중에서 선택된 1종 이상의 포화수용액에 담그고 180∼240℃의 오토클레이브에서 수열 처리함으로써 사문석 분말의 활성도를 높일 수 있는 장점이 있다.
광물인 사문석 자체를 사용하여도 되지만, 수화반응의 활성도(수화활성도)를 높이기 위해 600∼1000℃의 온도에서 소성 처리된 사문석 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 소성 온도가 600∼1000℃로 낮기 때문에 에너지의 소모가 적고, 비용이 절약되어 경제적이며, 대량 생산에 적합한 장점이 있다. 상기 소성 처리는 공기(air) 분위기와 같은 산화 분위기에서 10분∼24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
상기 사문석 분말은 상기 무기결합재 조성물에 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 25∼900중량부, 더욱 바람직하게는 40∼120중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 무기결합재 조성물은 MgCl2를 더 포함할 수 있다. 상기 무기결합재 조성물에 MgCl2가 첨가되면 강도, 특히 압축강도가 개선되고 내구성이 개선되며 빠른 경화 특성을 나타내는 효과가 있다. 상기 MgCl2는 상기 무기결합재 조성물에 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 0.1∼16중량부, 더욱 바람직하게는 0.2∼8중량부 함유되는 것이 바람직한데, 상기 MgCl2의 함량이 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만이면 압축강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 MgCl2의 함량이 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 16중량부를 초과하면 빠른 경화 특성을 나타내지만 더 이상의 압축강도 및 내구성 개선 효과를 기대하기 어렵고 가격경쟁력이 떨어질 수 있어 경제적이지 못하다.
또한, 상기 무기결합재 조성물은 MgSO4를 더 포함할 수 있다. 상기 무기결합재 조성물에 MgSO4가 첨가되면 강도, 특히 압축강도가 개선되고 내구성이 개선되며 빠른 경화 특성을 나타내는 효과가 있다. 상기 MgSO4는 상기 무기결합재 조성물에 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 0.1∼16중량부, 더욱 바람직하게는 0.2∼8중량부 함유되는 것이 바람직한데, 상기 MgSO4의 함량이 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만이면 압축강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 MgSO4의 함량이 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 16중량부를 초과하면 빠른 경화 특성을 나타내지만 더 이상의 압축강도 및 내구성 개선 효과를 기대하기 어렵고 가격경쟁력이 떨어질 수 있어 경제적이지 못하다.
또한, 상기 무기결합재 조성물은 MgCO3를 더 포함할 수 있다. 상기 무기결합재 조성물에 MgCO3가 첨가되면 강도, 특히 압축강도가 개선되고 내구성이 개선되며 빠른 경화 특성을 나타내는 효과가 있다. 상기 MgCO3는 상기 무기결합재 조성물에 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 0.1∼16중량부, 더욱 바람직하게는 0.2∼8중량부 함유되는 것이 바람직한데, 상기 MgCO3의 함량이 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만이면 압축강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 MgCO3의 함량이 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 16중량부를 초과하면 빠른 경화 특성을 나타내지만 더 이상의 압축강도 및 내구성 개선 효과를 기대하기 어렵고 가격경쟁력이 떨어질 수 있어 경제적이지 못하다.
또한, 상기 무기결합재 조성물은 NaCl를 더 포함할 수 있다. 상기 무기결합재 조성물에 NaCl이 첨가되면 강도, 특히 압축강도가 개선되고 내구성이 개선되며 빠른 경화 특성을 나타내는 효과가 있다. 상기 NaCl은 상기 무기결합재 조성물에 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 0.1∼16중량부, 더욱 바람직하게는 0.2∼8중량부 함유되는 것이 바람직한데, 상기 NaCl의 함량이 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만이면 압축강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 NaCl의 함량이 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 16중량부를 초과하면 빠른 경화 특성을 나타내지만 더 이상의 압축강도 및 내구성 개선 효과를 기대하기 어렵고 가격경쟁력이 떨어질 수 있어 경제적이지 못하다.
또한, 상기 무기결합재 조성물은 NaHPO4를 더 포함할 수 있다. 상기 무기결합재 조성물에 NaHPO4이 첨가되면 강도, 특히 압축강도가 개선되고 내구성이 개선되며 빠른 경화 특성을 나타내는 효과가 있다. 상기 NaHPO4은 상기 무기결합재 조성물에 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 0.1∼16중량부, 더욱 바람직하게는 0.2∼8중량부 함유되는 것이 바람직한데, 상기 NaHPO4의 함량이 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만이면 압축강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 NaHPO4의 함량이 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 16중량부를 초과하면 빠른 경화 특성을 나타내지만 더 이상의 압축강도 및 내구성 개선 효과를 기대하기 어렵고 가격경쟁력이 떨어질 수 있어 경제적이지 못하다.
한편, 상기 무기결합재 조성물은 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 MgCl2, MgSO4, MgCO3, NaCl 및 NaHPO4 중에서 선택된 2종 이상의 강도개선제 0.1∼16중량부를 더 포함할 수 있다. MgCl2, MgSO4, MgCO3, NaCl 및 NaHPO4 중에서 선택된 2종 이상을 사용함으로써 씨너지 효과를 기대할 수 있고 강도, 특히 압축강도와 내구성을 개선하고 빠른 경화 특성을 나타내는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 상기 무기결합재 조성물은 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 실리카흄, 플라이애쉬 및 고로슬래그 중에서 선택된 1종 이상의 포졸란 물질 0.5∼80중량부를 더 포함할 수 있다. 실라카흄은 포졸란 물질의 대표적인 물질이고, 플라이애쉬는 발전 산업에서 나오는 물질이며, 고로슬래그는 제철 산업에서 나오는 물질이다. 실리카흄, 플라이애쉬 및 고로슬래그는 마그네시아 광물의 약점인 강도가 약하고 내수성 등의 내구성이 약한 단점을 보완하여 줄 수 있고, 장기강도를 개선할 수 있다. 상기 무기결합재 조성물에 실리카흄, 플라이애쉬 및 고로슬래그 중에서 선택된 1종 이상의 포졸란 물질을 첨가하게 되면 강도 및 내구성을 개선할 수 있다. 상기 실리카흄, 플라이애쉬 및 고로슬래그 중에서 선택된 1종 이상의 포졸란 물질은 상기 무기결합재 조성물에 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 0.5∼80중량부 함유되는 것이 바람직한데, 상기 실리카흄, 플라이애쉬 및 고로슬래그 중에서 선택된 1종 이상의 포졸란 물질의 함량이 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 0.5중량부 미만이면 압축강도, 내구성 및 장기강도 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 실리카흄, 플라이애쉬 및 고로슬래그 중에서 선택된 1종 이상의 포졸란 물질의 함량이 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 80중량부를 초과하면 더 이상의 압축강도, 내구성 및 장기강도 개선 효과를 기대하기 어렵고 가격경쟁력이 떨어질 수 있어 경제적이지 못하다. 포졸란 물질의 입도 크기가 큰 경우에는 볼밀링(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill)과 같은 분쇄 공정을 이용하여 목표하는 크기로 분쇄하여 사용할 수 있으며, 실리카흄, 플라이애쉬 및 고로슬래그 중에서 선택된 1종 이상의 포졸란 물질의 브레인 분말도는 2,000∼10,000㎠/g 범위인 것이 바람직한데, 분말도가 높을수록 수화 작용이 빠르므로 조기강도가 높고 워커빌리티, 수밀성 및 내구성도 높아지며, 2,000㎠/g 미만인 경우에는 입자 간 결합에 어려움이 발생될 수 있고, 10,000㎠/g을 초과하는 경우에는 분말의 제조가 어려울 뿐만 아니라 가격이 비싸 경제적이지 못하다.
본 발명의 무기결합재 조성물은 소성온도가 낮고 이산화탄소 발생량도 적으면서 또한 압축강도 특성이 우수하다.
본 발명의 무기결합재 조성물은 1450℃ 이상의 고온에서 소성하는 기존의 시멘트 제품을 대체할 수 있으며, 상기 무기결합재 조성물은 물과 혼합되어 실제 작업하려는 현장에 시공될 수 있다. 상기 무기결합재 조성물과 물의 혼합비율은 실제 작업하려는 현장 상황, 적용되는 구조물, 시공 방법 등에 따라 적절하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 무기결합재 조성물은 잔골재 및 물과 혼합되어 모르타르 조성물로도 사용이 가능하다.
또한, 본 발명의 무기결합재 조성물은 잔골재, 굵은골재 및 물과 혼합되어 콘크리트 조성물로도 사용이 가능하다.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
아래의 표 1에 이하의 실험예들에서 사용된 원료의 화학조성(성분)을 나타내었다.
재료 CaO SiO2 Fe2O3 SO3 Al2O3 MgO Ig. Loss
사문석 2.8 37.5 10.7 - 1.27 35.3 1.94
실리카흄 95.2 - - 0.9 - 0.04 3.69
마그네시아 광물 1.05 0.36 0.33 0.11 0.42 55.9 40.9
플라이애쉬 2.8 54.8 5.5 0.2 28.9 0.7 3.59
고로슬래그 42.7 33.4 5.2 0.88 16.7 4.3 0.19
<실험예 1>
700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말에 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 실리카흄, 고로슬래그, 플라이애쉬를 각각 30중량부를 혼합하여 무기결합재 조성물을 제조하고, 상기 무기결합재 조성물에 물을 1:1의 중량비로 혼합한 후, 4㎝×4㎝×16㎝의 몰드에 주입하여 28일 후의 압축강도를 측정하였다. 이때, 분산제 등은 사용하지 않았다. 상기 소성은 공기 분위기에서 1시간 동안 수행하였는데, 소성 온도인 700℃까지는 10℃/min의 승온속도로 승온하였으며, 700℃에서 1시간 동안 유지한 후에 자연냉각하였다. 이때, 사용된 마그네시아 광물 분말의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였고, 실리카흄의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였으며, 고로슬래그의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였고, 플라이애쉬의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였다.
아래의 표 2에 실험예 1에 따라 700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말에 무기질 첨가재로 실리카흄, 고로슬래그, 플라이애쉬를 각각 혼합한 무기결합재 조성물의 28일 후 압축강도를 나타내었다.
28일 후의 압축강도(kgf/cm2)
플라이애쉬 첨가 120
고로슬래그 첨가 125
실리카흄 첨가 145
<실험예 2>
700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말에 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 실리카흄, 고로슬래그, 플라이애쉬를 각각 30중량부를 혼합하고, 여기에 MgCl2를 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 3.85중량부를 혼합하여 무기결합재 조성물을 제조하고, 상기 무기결합재 조성물에 물을 1:1의 중량비로 혼합한 후, 4㎝×4㎝×16㎝의 몰드에 주입하여 28일 후의 압축강도를 측정하였다. 이때, 분산제 등은 사용하지 않았다. 상기 소성은 공기 분위기에서 1시간 동안 수행하였는데, 소성 온도인 700℃까지는 10℃/min의 승온속도로 승온하였으며, 700℃에서 1시간 동안 유지한 후에 자연냉각하였다. 이때, 사용된 마그네시아 광물 분말의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였고, 실리카흄의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였으며, 고로슬래그의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였고, 플라이애쉬의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였다.
아래의 표 3에 실험예 2에 따라 700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말에 무기질 첨가재로 실리카흄, 고로슬래그, 플라이애쉬를 각각 첨가하고, 여기에 MgCl2를 혼합한 무기결합재 조성물의 28일 후 압축강도를 나타내었다.
샘플 28일 후의 압축강도(kgf/cm2)
플라이애쉬 및 MgCl2 첨가 250
고로슬래그 및 MgCl2 첨가 255
실리카흄 및 MgCl2 첨가 280
표 2와 표 3을 참조하면, MgCl2를 첨가한 실험예 2의 경우에는 MgCl2를 첨가하지 않은 실험예 1의 경우보다 압축강도가 증가한 것으로 나타났다.
<실험예 3>
NaHCO3 포화수용액을 이용하여 180℃의 오토클레이브에서 5시간 동안 수열 처리한 사문석 분말과, 마그네시아 광물 분말을 700℃에서 소성 처리하고, 700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말과 사문석 분말을 혼합하여 무기결합재 조성물을 제조하고, 상기 무기결합재 조성물에 물을 1:1의 중량비로 혼합한 후, 4㎝×4㎝×16㎝의 몰드에 주입하여 28일 후의 압축강도를 측정하였다. 이때, 분산제 등은 사용하지 않았으며, 상기 마그네시아 광물 분말과 상기 사문석 분말은 각각 90:10, 70:30, 50:50의 중량비로 혼합하였다. 상기 소성은 공기 분위기에서 1시간 동안 수행하였는데, 소성 온도인 700℃까지는 10℃/min의 승온속도로 승온하였으며, 700℃에서 1시간 동안 유지한 후에 자연냉각하였다. 이때, 사용된 마그네시아 광물 분말의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였고, 사문석 분말의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였다.
아래의 표 4에 실험예 3에 따라 700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말과 700℃에서 소성한 사문석 분말을 혼합한 무기결합재 조성물의 28일 후 압축강도를 나타내었다.
마그네시아 광물 분말과 사문석 분말의 중량비 28일 후의 압축강도(kgf/cm2)
90:10 180
70:30 220
50:50 200
표 2와 표 4를 참조하면, 실험예 3에 따라 마그네시아 광물 분말과 사문석 분말을 혼합하여 사용한 경우에는 실험예 1에 따라 마그네시아 광물 분말에 실리카흄, 고로슬래그 또는 플라이애쉬를 혼합하여 사용한 경우보다 압축강도가 높은 것으로 나타났다.
<실험예 4>
NaHCO3 포화수용액을 이용하여 180℃의 오토클레이브에서 5시간 동안 수열 처리한 사문석 분말과, 마그네시아 광물 분말을 700℃에서 소성 처리하고, 700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말과 사문석 분말을 혼합하고, 여기에 MgCl2를 마그네시아 광물 분말과 사문석 분말의 전체 함량 100중량부에 대하여 5중량부를 혼합하여 무기결합재 조성물을 제조하고, 상기 무기결합재 조성물에 물을 1:1의 중량비로 혼합한 후, 4㎝×4㎝×16㎝의 몰드에 주입하여 28일 후의 압축강도를 측정하였다. 이때, 분산제 등은 사용하지 않았으며, 상기 마그네시아 광물 분말과 상기 사문석 분말은 각각 90:10, 70:30, 50:50의 중량비로 혼합하였다. 상기 소성은 공기 분위기에서 1시간 동안 수행하였는데, 소성 온도인 700℃까지는 10℃/min의 승온속도로 승온하였으며, 700℃에서 1시간 동안 유지한 후에 자연냉각하였다. 이때, 사용된 마그네시아 광물 분말의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였고, 사문석 분말의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였다.
아래의 표 5에 실험예 4에 따라 700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말, 700℃에서 소성한 사문석 분말, 그리고 MgCl2를 혼합한 무기결합재 조성물의 28일 후 압축강도를 나타내었다.
마그네시아 광물 분말과 사문석 분말의 중량비 28일 후의 압축강도(kgf/cm2)
90:10 380
70:30 420
50:50 400
표 4 및 표 5를 참조하면, MgCl2를 첨가한 실험예 4의 경우에는 MgCl2를 첨가하지 않은 실험예 3의 경우보다 압축강도가 증가한 것으로 나타났다.
<실험예 5>
마그네시아 광물 분말과 사문석 분말을 700℃에서 소성 처리하고, 700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말과 사문석 분말을 혼합하고, 여기에 실리카흄을 마그네시아 광물 분말과 사문석 분말의 전체 함량 100중량부에 대하여 10중량부를 혼합하여 무기결합재 조성물을 제조하고, 상기 무기결합재 조성물에 물을 1:1의 중량비로 혼합한 후, 4㎝×4㎝×16㎝의 몰드에 주입하여 압축강도 변화를 측정하였다. 이때, 분산제 등은 사용하지 않았으며, 상기 마그네시아 광물 분말과 상기 사문석 분말은 각각 70:30, 50:50, 30:70의 중량비로 혼합하였다. 상기 소성은 공기 분위기에서 1시간 동안 수행하였는데, 소성 온도인 700℃까지는 10℃/min의 승온속도로 승온하였으며, 700℃에서 1시간 동안 유지한 후에 자연냉각하였다. 이때, 사용된 마그네시아 광물 분말의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였고, 사문석 분말의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였으며, 실리카흄의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였다.
도 1에 실험예 5에 따라 700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말, 700℃에서 소성한 사문석 분말, 그리고 실리카흄을 혼합한 무기결합재 조성물의 3일, 7일, 28일 후 압축강도를 나타내었다. 도 1에서 (a)는 마그네시아 광물 분말과 사문석 분말을 70:30의 중량비로 혼합하고 실리카흄을 혼합한 경우이고, (b)는 마그네시아 광물 분말과 사문석 분말을 50:50의 중량비로 혼합하고 실리카흄을 혼합한 경우이며, (c)는 마그네시아 광물 분말과 사문석 분말을 30:70의 중량비로 혼합하고 실리카흄을 혼합한 경우이다.
도 1을 참조하면, 초기 3일 후의 압축강도는 유사하게 나타났으며, 28일 후의 압축강도는 마그네시아 광물 분말과 사문석 분말을 70:30의 중량비로 혼합한 경우에서 가장 높게 나타났다.
<실험예 6>
마그네시아 광물 분말과 사문석 분말을 700℃에서 소성 처리하고, 700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말과 사문석 분말을 혼합하고, 여기에 포졸란 물질인 실리카흄, 플라이애쉬, 고로슬래그를 마그네시아 광물 분말과 사문석 분말의 전체 함량 100중량부에 대하여 각각 10중량부를 혼합하고, 여기에 MgCl2를 마그네시아 광물 분말, 사문석 분말 및 포졸란 물질의 전체 함량 100중량부에 대하여 5중량부를 혼합하여 무기결합재 조성물을 제조하고, 상기 무기결합재 조성물에 물을 1:1의 중량비로 혼합한 후, 4㎝×4㎝×16㎝의 몰드에 주입하여 압축강도 변화를 측정하였다. 이때, 분산제 등은 사용하지 않았으며, 상기 마그네시아 광물 분말과 상기 사문석 분말은 50:50의 중량비로 혼합하였다. 상기 소성은 공기 분위기에서 1시간 동안 수행하였는데, 소성 온도인 700℃까지는 10℃/min의 승온속도로 승온하였으며, 700℃에서 1시간 동안 유지한 후에 자연냉각하였다. 이때, 사용된 마그네시아 광물 분말의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였고, 사문석 분말의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였으며, 실리카흄의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였고, 플라이애쉬의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였고, 고로슬래그의 블레인 분말도는 4,000㎠/g 정도 였다.
도 2에 실험예 6에 따라 700℃에서 소성한 마그네시아 광물 분말, 700℃에서 소성한 사문석 분말, 그리고 실리카흄, 플라이애쉬, 고로슬래그를 각각 혼합하고, 여기에 MgCl2를 혼합한 무기결합재 조성물의 3일, 7일, 28일 후 압축강도를 나타내었다. 도 2에서 (a)는 마그네시아 광물 분말, 사문석 분말, 실리카흄 및 MgCl2를 혼합한 경우이고, (b)는 마그네시아 광물 분말, 사문석 분말, 플라이애쉬 및 MgCl2를 혼합한 경우이며, (c)는 마그네시아 광물 분말, 사문석 분말, 고로슬래그 및 MgCl2를 혼합한 경우이다.
도 2를 참조하면, 고로슬래그를 첨가한 경우에서 압축강도가 가장 높게 나타났다. 도 1과 비교하여 보면 마그네시아 광물 분말, 사문석 분말, 실리카흄 및 MgCl2를 혼합한 경우인 실험예 6의 경우가 MgCl2를 첨가하지 않고 마그네시아 광물 분말, 사문석 분말, 실리카흄을 혼합한 경우인 실험예 5에 비하여 압축강도가 높게 나타났다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (9)

  1. 마그네시아 광물(사문석을 제외한 마그네시아 광물임) 분말, 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 사문석 분말 25∼900중량부를 포함하며,
    상기 마그네시아 광물 분말과 상기 사문석 분말은 수화반응의 활성도를 높이기 위해 600∼1000℃의 온도에서 소성 처리되어 있고,
    상기 마그네시아 광물 분말의 브레인 분말도가 2,000∼10,000㎠/g 범위이고,
    상기 사문석 분말의 브레인 분말도가 2,000∼10,000㎠/g 범위인 것을 특징으로 하는 무기결합재 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 사문석 분말은 활성도를 높이기 위해 NaHCO3 및 Na2CO3 중에서 선택된 1종 이상의 포화수용액으로 180∼240℃의 오토클레이브에서 수열 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 무기결합재 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 MgCl2 0.1∼16중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무기결합재 조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 MgSO4 0.1∼16중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무기결합재 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 MgCO3 0.1∼16중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무기결합재 조성물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 NaCl 0.1∼16중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무기결합재 조성물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 NaHPO4 0.1∼16중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무기결합재 조성물.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 MgCl2, MgSO4, MgCO3, NaCl 및 NaHPO4 중에서 선택된 2종 이상의 강도개선제 0.1∼16중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무기결합재 조성물.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마그네시아 광물 분말 100중량부에 대하여 실리카흄, 플라이애쉬 및 고로슬래그 중에서 선택된 1종 이상의 포졸란 물질 0.5∼80중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무기결합재 조성물.
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