KR101523795B1 - 클링커 함량이 낮은 콘크리트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 질량비로,
- 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 또는 5300 ㎠/g 이상, 바람직하게는 5500 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 그레인 형태의 포틀랜드 클링커, 및
- 슬래그를 포함하는 건식 바인더 프리믹스로서,
상기 클링커의 최소량 (단위: 질량%) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅰ) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅱ) 에 따라 결정되고,
Figure 112010018504902-pct00035
식 (Ⅰ)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지고,
Figure 112010018504902-pct00036
식 (Ⅱ)
여기서, BSSk 는 클링커의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이며,
슬래그의 최소량 (단위: 질량%) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커와의 혼합물의 경우에는 식 (Ⅲ) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커와의 믹스의 경우에는 식 (Ⅳ) 에 따라 결정되고,
Figure 112010018504902-pct00037
식 (Ⅲ)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지는 클링커의 Dv97 이고,
BSSS 는 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이며,
Figure 112010018504902-pct00038
식 (Ⅳ)
여기서, BSSk 및 BSSS 는 각각 클링커와 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이고,
상기 바인더 프리믹스 내 클링커의 총량이 엄격히 60 % 미만인 건식 바인더 프리믹스를 제공한다. 또한, 본 발명은, 상기 건식 바인더 프리믹스를 응집물과 혼합함으로써 획득되는 건식 바인더 믹스, 및 물과 혼합함으로써 획득되는 습식 콘크리트 조성물을 제공한다.

Description

클링커 함량이 낮은 콘크리트{CONCRETE WITH LOW CLINKER CONTENT}
본 발명은 클링커 함량이 낮은 콘크리트뿐만 아니라, 그러한 콘크리트의 제조 방법 및 이 제조 방법의 실시에 유용한 조성물에 관한 것이다.
통상적인 구조 콘크리트, 특히 C25/30 종류의 콘크리트 (즉, 혼합 후 28 일에 16 × 32 ㎝ 원통에 대해, EN 206-1 표준에 따라 측정된 일반 압축 강도가 적어도 25 ㎫ 임) 의 분야에서, 시멘트의 품질이 일반적으로 콘크리트 1 ㎥ 당 260 ∼ 360 ㎏ 이다. 더욱이, 현재 유럽 표준은 통상적인 구조 콘크리트에 대해 260　㎏/㎥ 미만의 시멘트 레벨을 제공하지 않는다.
오늘날, 이산화탄소의 높은 방출은 시멘트 제조 방법, 그리고 더 구체적으로는 그 필수 구성성분인 클링커 때문이다. 클링커의 그레인 (grain) 의 생성은 실제로,
a) 원재료 조분 (raw meal) 을 예열 및 탈탄 (원재료, 특히 석회석 및 클레이 (clay) 의 연삭에 의해 달성됨) 시키는 것; 그리고
b) 상기 조분을 1450 ∼ 1550 ℃ 의 온도에서 소성 (firing) 및 클링커링 (clinkering) 한 후, 급속 냉각시키는 것
을 필요로 한다.
이러한 두 단계는 한편으로는 탈탄의 직접 생성물로서 그리고 다른 한편으로는 온도를 높이기 위한 소성 단계에서 이루어지는 연소의 부산물로서 CO2 를 생성한다.
방출 레벨은, 65 % 의 클링커 (클링커 1톤 당 방출되는 CO2 평균 850 ㎏ 에 기초함) 를 함유하는 C25/30 콘크리트를 제조하기 위해 일반적으로 사용되는 바인더의 경우 바인더 1톤 당 약 560 ㎏ 의 CO2 에 달하고, 이는 초고성능 콘크리트의 경우보다 훨씬 더 많다.
오늘날, 시멘트 및 콘크리트 조성물을 제조하기 위한 표준 프로세스에서 이산화탄소의 높은 방출은 주된 환경 문제를 구성하고, 현 상황에서, 높은 경제적 벌금에 처해진다.
그러므로, 만족스러운 기계적 특성, 특히 건설 산업에서의 사용 측면에서 기존의 콘크리트에 동등한 기계적 특성을 제공하는 콘크리트를, 이산화탄소를 적게 방출하면서 제조할 수 있는 프로세스에 대한 강한 요구가 존재한다. 특히, 콘크리트의 바람직한 일반 압축 강도는, EN 206-1 표준에 따라 28 일 후에 25 ㎫ 이상이어야 한다. 한편, 콘크리트의 바람직한 평균 압축 강도는, 20 ℃ 에서 혼합 후 16 시간에, 4 ㎫ 이상, 바람직하게는 5 ㎫ 이상이어야 하고, 측정은, 20 ℃ ± 2 ℃ 및 95 % 보다 높은 상대 습도에서 EN 12390-2 표준에 따라 유지되는 원통형 시편에 대해, EN 12390-3 표준에 따라 행해진다. 바람직한 습식 콘크리트의 유동학적 특성도 또한 만족스러워야 하고, 특히 혼합된 혼합물의 점성이 혼합 후 2 시간이 경과하더라도 취급이 용이할 정도로 충분히 낮아야 한다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 질량비로,
- 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 또는 5300 ㎠/g 이상, 바람직하게는 5500 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 그레인 형태의 포틀랜드 클링커, 및
- 슬래그를 포함하는 건식 바인더 프리믹스로서,
상기 클링커의 최소량 (단위: 질량%) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅰ) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅱ) 에 따라 결정되고,
Figure 112010018504902-pct00001
식 (Ⅰ)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어진 클링커의 DV97 이고,
Figure 112010018504902-pct00002
식 (Ⅱ)
여기서, BSSk 는 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이며,
슬래그의 최소량 (단위: 질량%) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커와의 혼합물의 경우에는 식 (Ⅲ) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커와의 혼합물의 경우에는 식 (Ⅳ) 에 따라 결정되고,
Figure 112010018504902-pct00003
식 (Ⅲ)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지는 클링커의 Dv97 이고,
BSSS 는 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이며,
Figure 112010018504902-pct00004
식 (Ⅳ)
여기서, BSSk 및 BSSS 는 각각 클링커와 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이고,
상기 바인더 프리믹스 내 클링커의 총량이 엄격히 60 % 미만인 건식 바인더 프리믹스를 제공하는 것이다.
식 (Ⅰ) 및 식 (Ⅲ) 에서, << ln >> 은 자연 로그를 의미한다.
일 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 건식 바인더 프리믹스는 200 ㎛ 이하의 Dv90 을 갖는 보완 (complementary) 물질을 더 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 건식 바인더 프리믹스는 0.05 ∼ 1.5 질량%, 바람직하게는 0.1 ∼ 0.8 질량% 의 가소제, 바람직하게는 폴리카르복실레이트 종류의 가소제를 또한 포함한다.
본 발명에 따른 건식 바인더 프리믹스의 일 실시형태에 따르면, 클링커는 10 ∼ 20 ㎛ 의 Dv97 또는 6500 ㎠/g 이상, 바람직하게는 8500 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 그레인 형태이다.
일 실시형태에 따르면, 보완 물질은 불활성 차지 (inert charge) 를 구성한다.
본 발명에 따른 건식 바인더 프리믹스의 일 실시형태에 따르면, 보완 물질은 플라이 애시, 석회석 파우더, 하소된 셰일, 메타카올린, 규산질 충전재, 실리카 파우더, 포졸란, 슬래그, 또는 클링커 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
일 실시형태에 따르면, 건식 바인더 프리믹스는 가속제 및/또는 공기 연행제 (air-entraining agent) 및/또는 농후제 및/또는 지연제 및/또는 클레이 불활성화제 (clay inerting agent) 및/또는 가소제를 더 포함한다.
또한, 본 발명은, 부피비로,
- 적어도 10 % 의 전술한 건식 바인더 프리믹스; 및
- 90 % 이하의 응집물 (aggregate)
을 포함하는 건식 바인더 믹스를 제공한다.
본 발명에 따른 건식 바인더 믹스의 일 실시형태에 따르면, 응집물은 모래 및 자갈을 포함하고, 모래의 양 대 자갈의 양의 질량비가 1.5 : 1 ∼ 1 : 1.8, 바람직하게는 1.25 : 1 ∼ 1 : 1.4, 더 바람직하게는 1.2 : 1 ∼ 1 : 1.2 이다.
또한, 본 발명은,
- 적어도 10 부피% 의, 변형예에서 보완 물질을 더 포함하는 전술한 건식 바인더 프리믹스; 및
- 90 부피% 이하의 응집물
과 함께, 140 ∼ 220 l/㎥ 의 유효한 물을 포함하는 습식 콘크리트 조성물로서, 상기 % 는 총 건식 부피에 대한 비율에 해당하는 습식 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 습식 콘크리트 조성물의 일 실시형태에 따르면, 응집물은 모래 및 자갈을 포함하고, 모래의 양 대 자갈의 양의 질량비가 1.5 : 1 ∼ 1 : 1.8, 바람직하게는 1.25 : 1 ∼ 1 : 1.4, 더 바람직하게는 1.2 : 1 ∼ 1 : 1.2 이다.
본 발명에 따른 습식 콘크리트 조성물의 일 실시형태에 따르면, 사용되는 유효한 물의 양은 140 으로부터 200 l/㎥ 까지, 바람직하게는 150 으로부터 180　l/㎥ 까지 변한다 (EN 206-1 표준, 문단 3.1.30 참조).
일 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 습식 콘크리트 조성물은 임계 (threshold) 콘크리트이다.
일 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 습식 콘크리트 조성물은, 20 ℃ 에서 혼합 후 16 시간에 4 ㎫ 초과의 평균 압축 강도, 및 혼합 후 28 일에 25 ㎫ 초과의 일반 압축 강도를 갖는다.
일 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 습식 콘크리트 조성물은 ASTM C230 표준 콘을 이용한 경우, 1 분 45 초 (이 중 30 초는 50 ㎐ 진동수 및 0.5 ㎜ 진폭임) 후에 180 ∼ 270 ㎜, 바람직하게는 215 ∼ 235 ㎜ 의 퍼짐 (spread) 을 갖는다.
본 발명에 따른 습식 콘크리트 조성물의 일 실시형태에 따르면, Abrams 콘을 이용한 슬럼프 (slump) (또는 슬럼프 값) 는 0 ∼ 250 ㎜, 바람직하게는 100 ∼ 240 ㎜ 이다.
또한, 본 발명은, 상기한 조성물로 이루어진 경화된 콘크리트 물건을 제공한다.
또한, 본 발명은
- 전술한 혼합물을 140 ∼ 220 l/㎥ 의 유효한 물과 혼합하는 단계; 또는
- 변형예에서 보완 물질을 더 포함하는 프리믹스를 응집물 및 140 ∼ 220 l/㎥ 의 유효한 물과 혼합하는 단계; 또는
- 변형예에서 보완 물질을 포함하지 않는 프리믹스를 보완 물질, 응집물 및 140 ∼ 220 l/㎥ 의 유효한 물과 혼합하는 단계
를 포함하는 습식 콘크리트 조성물의 제조 방법을 제공한다.
게다가, 본 발명에 따른 습식 콘크리트 조성물의 제조 방법의 변형예에 따르면, 혼합은 황산 칼슘의 존재 하에서 행해진다.
또한, 본 발명은,
- 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 또는 5300 ㎠/g 이상, 바람직하게는 5500 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 그레인 형태의 포틀랜드 클링커;
- 슬래그;
- 황산 칼슘;
- 200 ㎛ 이하의 Dv90 을 갖는 보완 물질;
- 1500 ∼ 2200 ㎏/㎥, 바람직하게는 1700 ∼ 2000 ㎏/㎥ 의 응집물;
- 가소제; 및
- 선택적으로, 가속제 및/또는 공기 연행제 및/또는 농후제, 및/또는 지연제 및/또는 클레이 불활성화제를,
- 140 ∼ 220 l/㎥ 의 유효한 물
과 혼합하는 단계를 포함하는 습식 콘크리트 조성물의 제조 방법으로서,
상기 클링커의 최소량 (단위: ㎏/㎥) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅴ) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅵ) 에 따라 결정되고,
Figure 112010018504902-pct00005
식 (Ⅴ)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지는 클링커의 Dv97 이고,
Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
Figure 112010018504902-pct00006
식 (Ⅵ)
여기서, BSSk 는 클링커의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이고,
Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
상기 슬래그의 최소량 (단위: ㎏/㎥) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커와의 혼합물의 경우에는 식 (Ⅶ) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커와의 혼합물의 경우에는 식 (Ⅷ) 에 따라 결정되고,
Figure 112010018504902-pct00007
식 (Ⅶ)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지는 클링커의 Dv97 이고,
BSSS 는 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이며,
Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
Figure 112010018504902-pct00008
식 (Ⅷ)
여기서, BSSk 및 BSSS 는 각각 클링커와 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이고,
Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
상기 보완 물질의 최소량 (단위: ㎏/㎥) 은 하기 식 (Ⅸ) 에 따라 결정되고,
220 - (슬래그의 양) - (클링커의 양) - (황산 칼슘의 양) 식 (Ⅸ);
습식 콘크리트 내 클링커의 총량은 200 ㎏/㎥ 이하인 습식 콘크리트 조성물의 제조 방법을 제공한다.
식 (Ⅴ) 및 식 (Ⅶ) 에서, << ln >> 은 자연 로그를 의미한다.
습식 콘크리트 조성물의 제조 방법의 일 실시형태에 따르면, 클링커 및/또는 슬래그 및/또는 보완 물질은 프리믹스에 대해 전술한 바와 같다.
습식 콘크리트 조성물의 제조 방법의 일 실시형태에 따르면, 유효한 물의 사용량은 140 으로부터 200 l/㎥ 까지, 바람직하게는 150 으로부터 180 l/㎥ 까지 변한다.
또한, 본 발명은,
- 전술한 습식 콘크리트 조성물을 캐스팅하는 단계
를 포함하는 캐스팅된 습식 콘크리트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
- 전술한 습식 콘크리트 조성물 또는 전술한 캐스팅된 습식 콘크리트 조성물을 경화시키는 단계
를 포함하는 콘크리트 물건의 생산 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 지금까지 공지된 콘크리트에 의해 만족되지 않던 CO2 방출의 감소 요구에 응할 수 있다. 실제로, 본 발명의 범위 내에서 사용되는 시멘트 (특히 클링커) 의 양은 종래 필요하던 양보다 더 적다. 보다 구체적으로는, 본 발명이 20 ℃ 에서 대략 16 시간의 폼 (form) 제거 시간 및 혼합 후 28 일에 25 ㎫ 이상의 일반 압축 강도를 갖는 콘크리트를 제공하므로, 유발되는 CO2 방출은, 콘크리트의 기계적 성능에서 어떠한 큰 감소를 발생시키지 않으면서, 표준 C25/30 종류의 콘크리트에 비해 대략 50 ∼ 60 % 만큼 감소된다. 게다가, 습식 콘크리트 조성물의 유동성은 표준 콘크리트 조성물의 유동성과 동일한 정도로 유지된다. 더욱이, 본 발명에 의하면, 클링커의 매우 낮은 레벨에도 불구하고, 표준 함량의 클링커를 갖는 제형 (formulation) 을 이용하여 얻어지는 것과 동일한 정도의 초기 (early-age) 강도를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 얻어지는 콘크리트는 다음의 이점을 갖는다:
- 본 발명에 따른 건식 바인더 프리믹스의 비용이 표준 C25/30 콘크리트를 제조하는데 사용되는 건식 바인더 프리믹스의 비용보다 일반적으로 7 ∼ 10 % 더 적게 들 수 있다.
본 발명의 실시형태의 다양한 특정 목적 및 이점은 모든 제형 파라미터의 완전한 최적화에 의해 그리고 특히 하기에 의해 획득될 수 있다:
- 다양한 물질의 입자 패킹 (packing) 의 최적화 (이로써, 주어진 유동학적 거동을 위해 물의 양을 최소화할 수 있음);
- 혼합물의 토폴로지 (topology), 즉 시멘트 수화물의 << 접착점 (glue point) >> 에 의한 모래 및/또는 응집물의 입자들 사이의 부착 인터페이스 (adhesion interface) 의 공간의 증가 및 균질성 (homogeneity) 의 최적화 (특히, 보통의 포틀랜드 시멘트의 클링커 그레인보다 약 2 ∼ 5 배 더 미세한 클링커 그레인의 사용을 통한 최적화);
- << 크로노-제형 (chrono-formulation) >> 의 추구, 즉 (기계적 강도의 증가에 있어서 클링커의 릴레이 (relay) 로서 어느 정도 작용하는) 다른 바인딩 재료가 장기 기계적 강도의 획득을 제공하도록 조절된 양으로 존재하는 동안, 단기 기계적 강도의 획득을 보장하기 위한 최소량의 클링커 이용;
- 비교적 낮은 전체 물 수요 (demand) (특히 낮은 공극 (porosity)) 를 갖는 재료의 선택에 의한 전체 물 수요의 조절 (이로써, 또한 압축 강도가 최대화될 수 있음);
- 다양한 혼합재, 특히 가소제 (유동화제 (superplasticizer)) 의 최적화 (이로써, 파우더의 분산이 최적화되어 패킹이 최적화됨으로써, 유효한 물의 감소가 최대화될 수 있음).
도 1 은, 하기 예에서 사용되는 시멘트의 입도측정 프로파일 (granulometric profile) 을 보여준다. x 축에는 크기 (단위: ㎛) 를 나타내었고, y 축에는 부피% 를 나타내었다. 1번 곡선은 << 선택된 SPLC dv97 = 16 ㎛ >> 시멘트에 해당하고, 2번 곡선은 CEM Ⅰ 52.5 HTS Le Teil 시멘트에 해당하며, 3번 곡선은 << 미분화된 (micronised) SPLC dv97 = 15 ㎛ >> 시멘트에 해당한다 (예 4 참조).
도 2 는, 하기 예에서 사용되는 석회석 충전재 (limestone filler) 의 입도측정 프로파일을 보여준다. x 축에는 크기 (단위: ㎛) 를 나타내었고, y 축에는 부피% 를 나타내었다. 1번 곡선은 BL200 충전재를 나타내고, 2번 곡선은 Calgar FV 충전재를 나타내며, 3번 곡선은 Mikhart 15 충전재를 나타내고, 4번 곡선은 Calgar 40 충전재를 나타낸다 (예 4 참조).
도 3 은, 하기 예에서 사용되는 슬래그의 입도측정 프로파일을 보여준다. x 축에는 크기 (단위: ㎛) 를 나타내었고, y 축에는 부피% 를 나타내었다. 1번 곡선은 3260 ㎠/g 의 블레인 (Blaine) 표면적으로 산업적으로 연삭된 (ground) Fos/Mer 슬래그를 보여준다. 2번 곡선은 9150 ㎠/g 의 블레인 표면적까지 미분화된 동일한 슬래그를 보여준다 (예 4 참조).
도 4 는, 하기 예에서 사용되는 응집물의 입도측정 프로파일을 보여준다. x 축에는 크기 (단위: ㎜) 를 나타내었고, y 축에는 부피% 를 나타내었다. 1번 곡선은 Honfleur 0/4R 모래 (충적 강 모래 (alluvial river sand)) 를 나타내고, 2번 곡선은 Cassis 0/3.15 모래 (부순 모래) 를 나타내며, 3번 곡선은 Cassis 6.3/10 응집물 (부순 자갈) 을 나타내고, 4번 곡선은 St Bonnet 0/5R 응집물을 나타낸다 (예 4 참조).
이제, 이하의 설명에서 본 발명을 비제한적인 방식으로 더 상세히 설명한다.
클링커
<< 클링커 >> 는 본 발명에서 EN 197-1 표준 (문단 5.2.1) 에서 규정된 포틀랜드 (Portland) 클링커로서 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 포틀랜드 클링커는 표준 포틀랜드 시멘트, 특히 EN 197-1 유럽 표준에 기재되어 있는 시멘트로부터 획득될 수 있다. 예컨대, CEM Ⅰ 또는 CEM Ⅱ 52.5 N 또는 R 또는 PM (마린 (marine) 구조, NF P 15-317 표준) 시멘트 또는 PMES 시멘트 (마린 구조, 설페이티드 워터 (sulphated water), NF P 15-319 표준) 를 이용하는 것이 가능하다. 시멘트는 HRI 형 (높은 초기 강도) 일 수 있다.
몇몇의 경우, 특히 CEM Ⅱ 형의 경우, 포틀랜드 시멘트는 순수한 클링커를 포함하지 않는다. CEM Ⅱ 형의 포틀랜드 시멘트는 적어도 하나의 부가적인 물질 (슬래그, 실리카 흄, 포졸란, 플라이 애시, 하소된 셰일, 석회석 등) 과 혼합된 클링커를 37 질량% 이하의 양으로 포함한다. 그러므로, 사용되는 클링커가 그러한 시멘트로부터 유래한 것이라면, 부가적인 물질(들)이 슬래그 중에서 또는 위에서 언급한 "보완 물질" (200 ㎛ 이하의 Dv90, 바람직하게는 200 ㎛ 이하의 Dv97 을 갖는 그레인 형태의 물질인 경우) 중에서 산출된다.
그러한 시멘트는, 본 발명에 요구되는 특징, 즉 10 ∼ 30 ㎛, 바람직하게는 10 ∼ 20 ㎛ 의 Dv97, 또는 EN 196-6 표준 (문단 4) 에 따른 5300 ㎠/g 이상, 바람직하게는 5500 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커를 제공하기 위해, (공압 분류 (pneumatic classification) 에 의해) 연삭 및/또는 절삭되어야 한다.
본 발명의 변형예에 따르면, 클링커는 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 및 5300 ㎠/g 이상, 바람직하게는 5500 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는다.
본 발명의 제 2 변형예에 따르면, 클링커는 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 및/또는 5300 ㎠/g 이상, 바람직하게는 5500 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는다.
본 발명의 제 3 변형예에 따르면, 클링커는 5300 ㎠/g 이상, 바람직하게는 5500 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는다.
본 발명의 제 4 변형예에 따르면, 클링커는 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는다.
본 발명에 따른 클링커는 초미세 (ultrafine) 클링커라고 묘사될 수 있다. 시멘트는 예컨대 Horomillⓒ 의 다듬질 밀, 진자 또는 볼 밀 또는 에어제트 밀형에 연결된 연삭 또는 수직형의 주된 그라인더를 포함하는 연삭 플랜트를 이용하여 연삭될 수 있다. 제 2, 제 3 제너레이션 (generation) 또는 초고효율 공압 선택기 또는 분류기 (classifier) 를 이용하는 것도 또한 가능하다.
본 발명은, 입자간 접착점의 최적 분포에 의한 매트릭스의 균질성 (homogeneity) 을 최대화하기 위해, 클링커의 크기를 줄임으로써, 시멘트 그레인의 확산 거리를 최대화한다.
Dv97 (부피 기준) 은 입자 크기 분포의 97번째 백분위수 (percentile) 에 해당하고, 즉 입자의 97 %가 Dv97 보다 더 작은 크기를 갖고, 입자의 3 % 가 Dv97 보다 더 큰 크기를 갖는다. 이와 유사하게, Dv90 은 입자 크기 분포의 90번째 백분위수에 해당하고, 즉 입자의 90 % 가 Dv90 보다 더 작은 크기를 갖고, 입자의 10 % 가 Dv90 보다 더 큰 크기를 갖는다.
일반적으로, Dv90, Dv97 및 동일한 유형의 다른 값 (이들은 입자 또는 그레인의 집합 (collection) 의 입도측정 프로파일 (부피 분포) 의 특징임) 은 200 ㎛ 미만의 입자 크기에 대해 레이저 입도측정에 의해 또는 200 ㎛ 초과의 입자 크기에 대해 체질 (sieving) 에 의해 결정될 수 있다.
그렇지만, 개별 입자들이 응집하는 경향을 갖는 때에는, 레이저 회절 입도측정에 의해 측정되는 겉보기 크기가 실제 입자 크기 (이는 해석을 왜곡시키기 쉬움) 보다 더 중요하다는 점에서, 전자 현미경에 의해 입자 크기를 결정할 필요가 있다.
가용성 알칼리의 함량이 높은 시멘트를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 이로써, 예컨대 슬래그 성분의 활성화가 가능하다.
슬래그
용어 << 슬래그 >> 는 본 발명에서, 최소 80 % 의 글라스 (glass) 함량을 가지며 2500 ㎠/g 의 최소 미세도 (블레인 비표면적, 표준화된 방법 EN 196-6) 까지 연삭된, EN 197-1 표준 (문단 5.2.2) 에 따른 고로 (blast furnace) 슬래그로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 슬래그는 단독으로 또는 서로 조합되어 이용될 수 있다. 본 기술분야의 당업자는 슬래그의 반응성, 즉 혼합 후 1일부터 28일까지 압축 강도를 향상시키는 능력에 따라 적절한 슬래그를 선택할 것이다. 이 능력은 사용되는 슬래그의 종류 및 특정 원산지 (provenance) 에 따라 변한다.
보완 물질
<< 보완 물질 >> 은 Dv90 이 200 ㎛ 이하인, 바람직하게는 Dv97 이 200 ㎛ 이하인 그레인 형태의 물질로 이해되어야 한다.
이 물질은 매트릭스용 충전 물질로서 역할할 수 있고, 즉 크기가 더 큰 그레인을 갖는 다른 물질들 사이의 간극 (gap) 을 채운다.
보완 물질이 바인더 물질이 될 수 있다고 생각할 수 있지만, 본 발명의 따른 콘크리트의 (특히, 비용 측면에서의) 최적화에 따르면, 보완 물질이 불활성 차지, 즉 (유압 또는 포졸란 활성없이) 비결합성 물질 (non-binding materials) 인 것이 선호된다.
예컨대, 석회석 파우더 (석회석 충전재) 또는 플라이 애시 또는 이들의 혼합물을 보완 물질로서 이용하는 것이 가능하다. 하소된 셰일, 메타카올린, 규산질 충전재, 실리카 파우더, 포졸란 (EN197-1 표준, 문단 5.2.3 참조), 슬래그 또는 다시 본 발명에 따른 클링커와는 다른 클링커를 이용하는 것도 또한 가능하다.
황산 칼슘
<< 황산 칼슘 >> 은 본 발명에서, EN 197-1 표준 (문단 5.4) 에서 규정된 것처럼, 바인더에 황산염 (SO3) 을 제공할 수 있는 어떤 물질로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 황산 칼슘은 특히 석고, 반수화물, 경석고 또는 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 황산 칼슘은 천연 상태에서 존재할 수도 있고 또는 특정 산업 프로세스의 부산물 형태로서 산업상 얻어질 수도 있다.
본 발명에 따른 황산 칼슘의 양은, 20 ℃ 에서 24 시간 후에 최적의 기계적 압축 강도가 되도록, 종래 방식으로 조절된다. 바람직하게는, EN 196-2 표준 (문단 8) 에 기재된 방법에 따라 결정되는, 본 발명에 따른 황산 칼슘의 양은, 혼합물 (클링커 + 슬래그 + 보완 물질 + 황산 칼슘) 의 질량에 대해, 황산염 (SO3) 의 질량% 로, 2.0 ∼ 3.5 % 이다.
물
콘크리트는 다른 카테고리의 물을 포함한다. 유효한 물은, 응집물, 클링커, 슬래그 및 보완 물질에 의해 형성되는 솔리드 스켈레톤 (solid skeleton) 의 그레인들 사이에 위치하는 콘크리트의 내부 물이다. 그러므로, 유효한 물은 수화 (hydration) 및 일관성 (consistency) 획득에 필요한 물을 나타낸다. 한편, 콘크리트는 응집물, 슬래그 및 보완 물질의 공극 (porosity) 에 의해 유지되는 물을 포함한다. 이 물은 유효한 물로 고려되지 않는다. 이는 구속되어 있어서 시멘트의 수화 또는 일관성 획득에 참여하지 않는 것으로 추정된다. 전체 물은 (혼합시에) 혼합물 내 모든 물을 나타낸다.
건식 바인더 프리믹스
본 발명에 따른 건식 바인더 프리믹스는, 질량비로,
- 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 또는 5300 ㎠/g 이상, 바람직하게는 5500 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 그레인 형태의 포틀랜드 클링커, 및
- 슬래그를 포함하고,
상기 클링커의 최소량 (단위: 질량%) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅰ) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅱ) 에 따라 결정되고,
Figure 112010018504902-pct00009
식 (Ⅰ)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지고,
Figure 112010018504902-pct00010
식 (Ⅱ)
여기서, BSSk 는 클링커의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이며,
슬래그의 최소량 (단위: 질량%) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커의 경우에는 식 (Ⅲ) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커와의 혼합물의 경우에는 식 (Ⅳ) 에 따라 결정되고,
Figure 112010018504902-pct00011
식 (Ⅲ)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지는 클링커의 Dv97 이고,
BSSS 는 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이며,
Figure 112010018504902-pct00012
식 (Ⅳ)
여기서, BSSk 및 BSSS 는 각각 클링커와 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이고,
바인더 프리믹스 내 클링커의 총량은 엄격히 60 % 미만이다.
바람직하게는, 상기 클링커의 최소량 (단위: 질량%) 은 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅰ bis) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅱ bis) 에 따라 결정되고,
Figure 112010018504902-pct00013
식 (Ⅰ bis)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지고,
Figure 112010018504902-pct00014
식 (Ⅱ bis)
여기서, BSSk 는 클링커의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이며,
슬래그의 최소량 (단위: 질량%) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커의 경우에는 식 (Ⅲ bis) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커와의 혼합물의 경우에는 식 (Ⅳ bis) 에 따라 결정되며,
Figure 112010018504902-pct00015
식 (Ⅲ bis)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지는 클링커의 Dv97 이고,
BSSS 는 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이며,
Figure 112010018504902-pct00016
식 (Ⅳ bis)
여기서, BSSk 및 BSSS 는 각각 클링커와 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이다.
식 (Ⅰ bis) 및 식 (Ⅲ bis) 에서, << ln >> 은 자연 로그를 의미한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 건식 바인더 프리믹스는 200 ㎛ 이하의 Dv90 을 갖는 보완 물질을 더 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 건식 바인더 프리믹스는 황산 칼슘을 더 포함한다.
클링커, 슬래그 및 보완 물질은 유리하게는, 응집물 및 물과 혼합되기 위한 (첨가된 물이 없는) 건식 바인더 프리믹스를 형성하도록, 위에서 주어진 비율에 따라 조합될 수 있다.
본 발명에 따른 다음의 건식 바인더 프리믹스가 특히 유리하다:
- 클링커, 슬래그 및 석회석 파우더;
- 클링커, 슬래그 및 플라이 애시.
유리하게는, 본 기술분야에서 전형적으로 이용되는 1 이상의 혼합재 (admixture) 가 이 건식 바인더 프리믹스에 포함될 수 있다: 가속제 (accelerator) 및/또는 공기 연행제 및/또는 농후제 및/또는 지연제 및/또는 클레이 불활성화제 및/또는 가소제. 특히, 특히 폴리카르복실레이트 종류의 가소제 (유동화제) 를 특히 0.05 ∼ 1.5 질량%, 바람직하게는 0.1 ∼ 0.8 질량% 포함시키는 것이 유용하다.
<< 클레이 불활성화제 >> 는, 클레이가 유압 바인더의 특성에 미치는 해로운 효과를 줄이거나 없앨 수 있는 모든 분자로 이해되어야 한다. 특히 국제특허출원 WO 2006/032785 및 WO 2006/032786 에 기재된 것과 같은 클레이 불활성화제를 이용하는 것이 가능하다.
응집물
본 발명에 따른 응집물의 정의는, 본 발명에 따른 응집물이 32 ㎜ 이하의 최대 Dmax 크기를 갖는다는 점에서, XPP18-545 표준의 정의와 같다. 본 발명에 따른 응집물은, 모래 (체를 통과함으로써 규정되는 4 ㎜ 미만의 최대 Dmax 크기를 갖는 그레인, EN 12620 표준, 문단 3.8) 및/또는 자갈 (체에 걸림으로써 규정되는 4 ㎜ 초과의 최소 Dmin 크기를 갖는 그레인 또는 조약돌 (pebble), EN 12620 표준, 문단 3.9) 을 포함한다.
응집물은 석회석, 규산질 또는 실리카-석회석 본질일 수 있다.
모래와 자갈은 깨지거나 부숴질 수 있다. 부순 모래는 강 모래보다 더 많은 비율의 미립자 (fine) 를 포함한다. 모래 분야에서 사용되는 용어에 따라, 미립자는 63 ㎛ 미만의 크기를 갖는 (체를 통과하는) 그레인이다.
모래가 미립자를 1 % (모래의 질량 분율) 의 과잉량으로 포함하는 경우, 임계값 1 % 를 초과하여 모래에 존재하는 미립자 (63 ㎛ 미만의 분율) 의 양과 동일한 양만큼 전술한 << 보완 물질 >> 의 양을 감소시킴으로써, 모래에 의해 공급되는 미립자의 양을 고려할 필요가 있다.
바람직하게는, 모래와 응집물의 클레이 함량은 1 % 미만이다. 높은 클레이 함량은 콘크리트 가공성 (workability) 에 악영향을 미친다.
모래의 양 대 자갈의 양의 질량비는 바람직하게는 1.5 : 1 ∼ 1 : 1.8, 더 바람직하게는 1.25 : 1 ∼ 1 : 1.4, 특히 바람직하게는 1.2 : 1 ∼ 1 : 1.2, 그리고 이상적으로는 대략 1 : 1 이다.
건식 바인더 믹스
응집물, 클링커, 슬래그, 보완 물질, 선택적인 혼합재 (특히, 가소제) 가 (첨가된 물이 없는) 건식 바인더 믹스에서 조합될 수 있다. 그러한 건식 바인더 믹스는 전술한 건식 바인더 프리믹스를 응집물과 혼합함으로써 또는 다른 성분들을 처음부터 직접 혼합함으로써 제조될 수 있다.
그러면, 다른 성분들의 부피비는 다음과 같이 규정될 수 있다:
- 적어도 10 % 의 전술한 건식 바인더 프리믹스; 및
- 90 % 이하의 응집물.
바람직하게는, 본 발명에 따른 건식 바인더 믹스는 보완 물질을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 건식 바인더 믹스는 황산 칼슘을 더 포함한다.
따라서, 건식 바인더 믹스는, 단지 물과 혼합됨으로써 사용될 수 있는 건식 레디믹스 (ready-mix) 콘크리트일 수 있다.
본 발명에 따른 건식 바인더 믹스의 변형예에 따르면, 다른 성분들의 부피비는 다음과 같이 규정될 수 있다:
- 적어도 10 % 의 전술한 건식 바인더 프리믹스; 및
- 90 % 이하의 자갈.
바람직하게는, 본 발명에 따른 건식 바인더 믹스는 황산 칼슘을 더 포함한다.
본 발명에 따른 건식 바인더 믹스의 변형예에 따르면, 다른 성분들의 부피비는 다음과 같이 규정될 수 있다:
- 적어도 10 % 의 전술한 건식 바인더 프리믹스; 및
- 90 % 이하의 모래.
바람직하게는, 본 발명에 따른 건식 바인더 믹스는 황산 칼슘을 더 포함한다.
콘크리트
본 발명에서 용어 << 습식 콘크리트 >> 는 신규 (fresh) 콘크리트 (EN 206-1 표준, 문단 3.1.2 참조) 로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 습식 콘크리트는,
- 변형예에서 보완 물질을 더 포함하는, 적어도 10 부피% 의 건식 바인더 프리믹스; 및
- 90 부피% 이하의 응집물을,
- 140 ∼ 220 l/㎥ 의 유효한 물
과 혼합함으로써 제조된다.
% 는 총 건식 부피에 대한 비율에 해당한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 습식 콘크리트는 황산 칼슘을 더 포함한다.
또한, 습식 콘크리트는 전술한 건식 믹스를 140 ∼ 220 l/㎥ 의 유효한 물과 혼합함으로써 직접 제조될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트는 다른 성분들을 함께 물과 직접 혼합함으로써 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 습식 콘크리트 조성물을 제조하기 위한 프로세스는,
- 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 또는 5300 ㎠/g 이상, 바람직하게는 5500 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 그레인 형태의 포틀랜드 클링커;
- 슬래그;
- 황산 칼슘;
- 200 ㎛ 이하의 Dv90 을 갖는 보완 물질;
- 1500 ∼ 2200 ㎏/㎥, 바람직하게는 1700 ∼ 2000 ㎏/㎥ 의 응집물;
- 가소제; 및
- 선택적으로, 가속제 및/또는 공기 연행제 및/또는 농후제, 및/또는 지연제 및/또는 클레이 불활성화제를,
- 140 ∼ 220 l/㎥ 의 유효한 물
과 혼합하는 단계를 포함하고,
상기 클링커의 최소량 (단위: ㎏/㎥) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅴ) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅵ) 에 따라 결정되고,
Figure 112010018504902-pct00017
식 (Ⅴ)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지는 클링커의 Dv97 이고,
Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
Figure 112010018504902-pct00018
식 (Ⅵ)
여기서, BSSk 는 클링커의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이고,
Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
상기 슬래그의 최소량 (단위: ㎏/㎥) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커와의 혼합물의 경우에는 식 (Ⅶ) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커와의 혼합물의 경우에는 식 (Ⅷ) 에 따라 결정되고,
Figure 112010018504902-pct00019
식 (Ⅶ)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지는 클링커의 Dv97 이고,
BSSS 는 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이며,
Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
Figure 112010018504902-pct00020
식 (Ⅷ)
여기서, BSSk 및 BSSS 는 각각 클링커와 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이고,
Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
상기 보완 물질의 최소량 (단위: ㎏/㎥) 은 하기 식 (Ⅸ) 에 따라 결정되고,
220 - (슬래그의 양) - (클링커의 양) - (황산 칼슘의 양) 식 (Ⅸ);
습식 콘크리트 내 클링커의 총량은 200 ㎏/㎥ 이하이다.
<< ㎏/㎥ >> 는, 생산되는 콘크리트 1 ㎥ 당 사용되는 물질의 질량으로 이해되어야 한다.
바람직하게는, 상기 클링커의 최소량 (단위: ㎏/㎥) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅴ bis) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅵ bis) 에 따라 결정되고,
Figure 112010018504902-pct00021
식 (Ⅴ bis)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지는 클링커의 Dv97 이고,
Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
Figure 112010018504902-pct00022
식 (Ⅵ bis)
여기서, BSSk 는 클링커의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이고,
Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
슬래그의 최소량 (단위: ㎏/㎥) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커와의 혼합물의 경우에는 식 (Ⅶ bis) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커와의 혼합물의 경우에는 식 (Ⅷ bis) 에 따라 결정되고,
Figure 112010018504902-pct00023
식 (Ⅶ bis)
여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지는 클링커의 Dv97 이고,
BSSS 는 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이며,
Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이고,
Figure 112010018504902-pct00024
식 (Ⅷ bis)
여기서, BSSk 및 BSSS 는 각각 클링커와 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이고,
Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이다.
식 (Ⅴ bis) 및 식 (Ⅶ bis) 에서, << ln >> 은 자연 로그를 의미한다.
상기 클링커의 사용량은 바람직하게는 180 ㎏/㎥ 미만, 유리하게는 150 ㎏/㎥ 미만, 바람직하게는 120 ㎏/㎥ 미만이다.
바람직하게는, 보완 물질의 최소량 (단위: ㎏/㎥) 은 하기 식 (Ⅸ bis) 에 따라 결정된다:
220 - (슬래그의 양) - (클링커의 양) - (황산 칼슘의 양) 식 (Ⅸ bis)
본 발명에 따른 습식 콘크리트의 제조 프로세스의 일 실시형태에 따르면, 유효한 물의 사용량은 140 으로부터 200 l/㎥ 까지, 바람직하게는 150 으로부터 180 l/㎥ 까지 변한다. 따라서, 특정 실시형태에 따르면, 유효한 물의 이 양이 표준 콘크리트에 비해 감소된다.
바람직하게는, 응집물은 모래 및 자갈을 포함하고, 모래의 양 대 자갈의 양의 질량비는 1.5 : 1 ∼ 1 : 1.8, 더 구체적으로 1.25 : 1 ∼ 1 : 1.4, 특히 1.2 : 1 ∼ 1 : 1.2, 그리고 이상적으로 대략 1 : 1 이다.
문제의 상기 재료는 특별한 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 바인더 믹스 및 프리믹스에 대해 위에서 설명한 것과 동일한 특징을 갖는다.
혼합은 콘크리트 믹싱 플랜트에서 종래 믹서를 이용하여 또는 직접 드럼트럭 믹서에서 본 기술분야에서 통상적인 혼합 시간 동안 행해진다.
본 발명에 따라 얻어지는 습식 콘크리트 조성물은, 특히 16 시간 후 및 28 일 후 압축 강도 측면과 유동학 측면에서, 표준 C25/30 종류의 콘크리트에 유사한 기계적 특성, 바람직하게는 적어도 동일하게 양호하거나 또는 심지어 더 양호한 기계적 특성을 갖는다.
특히, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 평균 압축 강도는, 20 ℃ 에서 혼합 후 16 시간에서 4 ㎫ 이상, 바람직하게는 5 ㎫ 이상이고, 혼합 후 28 일에서 25 ㎫ 이상, 바람직하게는 28 ㎫ 이상이다.
본 발명에 따른 습식 콘크리트의 일 실시형태에 따르면, Abrams 콘을 이용한 슬럼프 (또는 슬럼프 값) 는 0 ∼ 250 ㎜, 바람직하게는 100 ∼ 240 ㎜ 이고, 측정은 EN 12350-2 유럽 표준 (1999년 12월) 에 따라 행하였다.
본 발명에 따른 습식 콘크리트의 일 실시형태에 따르면, 1 분 후 퍼짐은, 진동이 없는 ASTM C230 표준 콘을 이용한 경우, 50 ∼ 140 ㎜, 바람직하게는 85 ∼ 105 ㎜ 이다.
본 발명에 따른 습식 콘크리트의 일 실시형태에 따르면, 1 분 후 퍼짐은 진동이 있는 ASTM C230 표준 콘을 이용한 경우, 180 ∼ 270 ㎜, 바람직하게는 215 ∼ 235 ㎜ 이고, 측정은 하기 예 6 에 기재한 것처럼 행해졌다.
따라서, 본 발명에 따른 콘크리트는 표준 C25/30 콘크리트와 동등한 유동학적 특성을 갖는다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 임계 콘크리트이다. << 임계 콘크리트 >> 는, 유동을 시작하기 위해서는 양의 에너지 (예컨대, 전단력, 진동 또는 충격) 의 공급을 요하는 (습식) 콘크리트로 이해된다. 반대로, 비임계 콘크리트는 외부 에너지 공급없이도 스스로 유동한다. 따라서, 임계 콘크리트는 본질적으로 에너지 임계값 미만에서는 변형가능한 탄성 고체와 같이 거동하고, 이 에너지 임계값 초과에서는 점성의 유체와 같이 거동한다.
본 발명에 따른 콘크리트를 제조하는데 사용되는 클링커의 양은 표준 C25/30 콘크리트를 제조하는데 필요한 양보다 훨씬 더 적고, 이는 CO2 방출 측면에서 많은 절약 (saving) 수단을 제공한다. 95 ㎏/㎥ 의 석회석 및 260 ㎏/㎥ 의 시멘트를 포함하는 기준 C25/30 포뮬라 (formula) 에 비해, 예컨대 100 ∼ 120 ㎏/㎥ 의 클링커를 포함하는 본 발명에 따른 콘크리트는 대략 50 ∼ 60 % 의 CO2 방출의 절약을 제공한다.
본 발명에 따른 콘크리트는 보통의 방법에 따라 캐스팅될 수 있고, 수화/경화 후에, 경화된 콘크리트 물건, 예컨대 구성 요소, 구조 요소 또는 그외 물건이 얻어진다.
예
이하의 예는 본 발명을 보여주며, 본 발명을 제한하지 않는다.
예 1: 레이저 입도측정 방법
Malvern MS2000 레이저 입도측정기를 이용하여, 다른 파우더들의 입도측정 곡선을 얻었다. 습식 방법 (수성 매체) 에 의해 측정을 실시하였고, 입자의 크기는 0.02 ㎛ ∼ 0.2 ㎜ 이어야 한다. 광원은 적색 He-Ne 레이저 (632 ㎚) 및 청색 다이오드 (466 ㎚) 에 의해 제공된다. 광학 모형은 Fraunhofer 의 광학 모형이고, 산출 매트릭스는 다분산형이다.
펌프 속도 2000 rpm, 교반 속도 800 rpm 에서 먼저 배경 잡음을 측정하고, 초음파의 부존재에서 10 초 동안 소음 측정을 실시한다. 장치의 눈금/블랭크 측정 단계 동안, 레이저의 광 강도는 적어도 80 % 가 되도록 하고, 배경 소음에 대한 감소하는 지수 곡선이 얻어진다. 그렇지 않으면, 셀 렌즈 (cell lense) 를 깨끗이 해야 한다.
그리고 나서, 다음의 파라미터, 즉 펌프 속도 2000 rpm, 교반 속도 800 rpm, 초음파 부존재 하에서, 샘플에서 첫번째 측정을 실시한다. 샘플은 10 ∼ 20 % 불투명도 (obscuration) 를 갖도록 도입된다. << 불투명도 >> 는 이미터와 중앙 센서 (탁도계) 사이의 현탁액 순환에 의한 레이저 신호의 소광 (extinction) 으로서 이해되어야 한다. 100 % 불투명도는 신호의 완전한 소광에 해당한다. 반대로, 0 % 불투명도는 어떠한 입자도 없는 순수한 투명 유체에 해당한다. 불투명도는 현탁액 내 고형물의 농도 및 입자의 굴절률에 의존한다. 불투명도의 안정화 후, 침지와 측정 사이의 시간을 10 초로 고정한 채로 측정을 실시한다. 측정 지속시간은 30 초이다 (30000 회절 이미지가 분석됨). 얻어진 그라뉼로그램 (granulogram) 에서, 파우더의 파퓰레이션 (population) 중 일부가 응집될 수 있다는 사실을 고려하여야 한다.
다음으로, (탱크를 비우지 않은 채) 초음파로 두번째 측정을 실시한다. 펌프 속도를 2500 rpm 으로 하고, 1000 rpm 으로 교반하고, 100 % (30 와트) 에서 초음파를 방출하였다. 이러한 조건을 3 분간 유지한 후, 초기 파라미터를 저장한다: 펌프 속도 2000 rpm, 교반 속도 800 rpm, 초음파 부존재. (발생할 수 있는 기포를 제거하기 위해) 10 초 경과 후, 측정을 30 초 동안 실시하였다 (30000 이미지가 분석됨). 이 두번째 측정은 초음파 분산에 의한 응집파괴된 (deagglomerated) 파우더에 해당한다.
결과의 안정성을 입증하기 위해, 각각의 측정을 적어도 2 번 반복한다. 각각의 작업 기간 전에, 입도측정 곡선이 알려진 표준 샘플 (Sifraco C10 실리카) 에 의해 상기 장치의 눈금을 정한다. 본 명세서에서 주어진 모든 측정 및 나타낸 범위는 초음파로 얻은 값에 해당한다.
예 2: 비표면적을 측정하는 방법
BET 비표면적:
다른 파우더의 비표면적은 다음과 같이 측정된다. 하기 질량의 파우더 샘플을 취한다: 30 ㎡/g 이상의 추정 비표면적에 대해 0.1 ∼ 0.2 g; 10 ∼ 30 ㎡/g 의 추정 비표면적에 대해 0.3 g; 3 ∼ 10 ㎡/g 의 추정 비표면적에 대해 1 g; 2 ∼ 3 ㎡/g 의 추정 비표면적에 대해 1.5 g; 1.5 ∼ 2 ㎡/g 의 추정 비표면적에 대해 2 g; 1 ∼ 1.5 ㎡/g 의 추정 비표면적에 대해 3 g.
샘플의 부피에 따라, 3 ㎤ 또는 9 ㎤ 셀을 이용한다. 측정 셀 조립체 (셀 + 글라스 로드 (glass rod)) 를 칭량한다. 그리고 나서, 셀에 샘플을 추가한다: 생성물은 셀의 목부의 상부로부터 1 ㎜ 미만이어서는 안 된다. 그 조립체 (셀 + 글라스 로드 + 샘플) 를 칭량한다. 측정 셀을 탈기 유닛에 위치시키고, 샘플을 탈기한다. 탈기 파라미터는 포틀랜드 시멘트, 석고, 포졸란의 경우 30　분 / 45 ℃; 슬래그, 슬리카 흄, 플라이 애시 알루미늄을 함유한 시멘트, 석회석의 경우 3 시간 / 200 ℃; 그리고 대조 (control) 알루미나의 경우 4 시간 / 300 ℃ 이다. 탈기 후에 스토퍼 (stopper) 로 셀을 빠르게 폐쇄한다. 그 조립체를 칭량하고, 그 결과를 기록한다. 모든 칭량은 스토퍼없이 실시된다. 셀 + 탈기된 샘플의 질량으로부터 셀의 질량을 빼서, 샘플의 질량을 획득한다.
그리고 나서, 샘플을 측정 유닛에 위치시킨 후, 샘플을 분석한다. 분석기는 Beckman Coulter SA 3100 이다. 측정은 주어진 온도, 이 경우, 액체 질소의 온도, 즉 -195 ℃ 에서 샘플에 의한 질소의 흡착에 기초한다. 상기 장치는 흡착물질 (adsorbate) 이 그의 포화 증기압 상태에 있는 기준 셀의 압력, 및 흡착물질의 알고 있는 부피가 주입된 샘플 셀의 압력을 측정한다. 이들 측정의 결과로 얻어지는 곡선이 흡착 등온선이다. 측정 프로세스에서, 셀의 데드 스페이스를 알 필요가 있고: 그러므로, 분석 전에 헬륨으로 이 부피를 측정한다.
미리 산출된 샘플의 질량을 파라미터로서 입력한다. BET 표면적은 실험 곡선으로부터 선형 회귀에 의해 소프트웨어로 결정된다. 비표면적이 21.4 ㎡/g 인 실리카에 대한 10 회 측정으로부터 획득되는 재현성의 표준 편차는 0.07 이다. 비표면적이 0.9 ㎡/g 인 시멘트에 대한 10 회 측정으로부터 획득되는 재현성의 표준 편차는 0.02 이다. 기준 생성물에 대해 매 2 주에 한 번 대조를 실시한다. 1 년에 두 번, 제조자에 의해 제공되는 기준 알루미나와 대조를 실시한다.
블레인 비표면적:
이는 EN 196-6 표준 (문단 4) 에 따라 결정된다.
예 3: 원재료
이하에서 다음의 재료를 더 특히 이용한다.
시멘트: CPA CEM I 52.5 시멘트가 이용된다 (Lafarge 시멘트 - Saint-Pierre la Cour 시멘트 공장, << SPLC >> 라고 함). 이를 만들기 위해, 2 가지 방법, 즉 선택 및 미분화를 이용한다.
선택은 Alpine Hosokawa AFG100 분리기를 이용하여 실시된다. 이 방법을 따르면, 다음 품질의 시멘트: << 선택된 SPLC dv97 = 16 ㎛ >> 시멘트 (터빈 속도: 1분 당 13000 회전, 42.95 % 회수되는 재료) 가 생성된다.
Alpine Hosokawa AFG200 대향 에어제트 밀을 이용하여 미분화를 실시하였다. 15 ㎛ 의 dv97 이 얻어지도록 터빈의 회전 속도를 설정하였다. 이 미분화된 시멘트를 이제 << 미분화된 SPLC dv97 = 15 ㎛ >> 라고 칭한다.
이러한 2 개의 시멘트 품질의 입도측정 프로파일을 도 1 에 나타내었다. 이 시멘트는 클링커 95 %, 석회석 2 % 및 충전재 3 % 를 갖는 기본 혼합물로부터 획득되고, 여기에 석고 또는 경석고 5 % 및 선택적으로는 연마제 및/또는 크롬 Ⅵ 환원제가 첨가된다. 따라서, 시멘트는 적어도 90 % 의 클링커를 포함한다.
(Lafarge 에 의해 공급되는) Le Teil 로부터의 HTS CEM Ⅰ52.5 PMES 시멘트가 기준 콘크리트 (기준 C25/30) 로 이용된다.
슬래그는 Fos sur Mer 부터 유래한다. 이는 산업적으로 연삭된다. 2 개의 미립도 (fineness) 가 이용된다: 3260 및 3500 ㎠/g (블레인 표면적). Alpine Hosokawa AFG200 대향 에어제트 밀을 이용하여, 3260 ㎠/g 블레인 표면적의 슬래그의 샘플을 블레인 9150 ㎠/g 까지 미분화한다. 다른 배치 (batch) 의 슬래그를 다음과 같이 비표면적으로 명명한다:
- << 슬래그 3500 ㎠/g　>>;
- << 슬래그 3260 ㎠/g　>>;
- << 미분화된 슬래그 9150 ㎠/g >>.
3260 ㎠/g 및 9150 ㎠/g 비표면적의 슬래그의 입도측정 프로파일을 도 3 에 나타내었다.
보완 물질: 하기 리스트의 석회석 충전재를 이용하였다.
- BET 비표면적 0.99 ㎡/g 및 NF EN 933-9 표준에 따른 메틸렌 블루 값 (MBF) 0.6 g/100 g 을 갖는 Calgar 40 (Provencale SA);
- BET 비표면적 1.2 ㎡/g 및 NF EN 933-9 표준에 따른 메틸렌 블루 값 (MBF) 0.27 g/100 g 을 갖는 Mikhart 15 (공급업자 Provencale SA);
- BET 비표면적 0.86 ㎡/g 및 NF EN 933-9 표준에 따른 메틸렌 블루 값 (MBF) 0.3 g/100 g 을 갖는 BL200 (공급업자 Omya);
- BET 비표면적 1.08 ㎡/g 및 NF EN 933-9 표준에 따른 메틸렌 블루 값 (MBF) 0.3 g/100 g 을 갖는 Calgar FV (Provencale SA).
이들 재료의 입도측정 프로파일을 도 2 에 나타내었다.
혼합재:
예에서 이용되는 생성물은 다음과 같다:
- Chryso 로부터의 유동화제 << Optima 203 >>, 이는 폴리카르복실레이트 종류임;
- Chryso 로부터의 가소제 << Chrysoplast 209　>>, 이는 리그노술폰산염 종류임;
- Chryso 로부터의 유동화제 << Premia 180　>>, 이는 폴리카르복실레이트 종류임;
- Chryso 로부터의 가소제 << Optima 100　>>, 이는 폴리포스포네이트 종류임;
- Chryso 로부터의 가소제 << Omega 101 >>, 이는 폴리카르복실레이트 종류임;
- 트리부틸포스페이트 베이스를 갖는 소포제 (anti-foaming agent) << TBP >>.
응집물: 다음 리스트의 재료가 이용된다:
- Cassis　 모래 0/3.15 (부순 모래);
- Honfleur 모래　0/4R (충적 강 모래);
- St Bonnet 모래 0/5R (충적 강 모래);
- Cassis　응집물 6.3/10 (부순 자갈).
이들 재료의 입도측정 프로파일을 도 4 에 나타내었다.
예 4: 본 발명에 따른 콘크리트 제형
다음의 포뮬라는, 대조 (control) 인 C25/30 포뮬라를 제외하고, 본 발명에 따른 콘크리트 조성물의 배합물이다. 사용된 재료는 예 3 에서 설명한 것이다. 각 수치는, 1 ㎥ 의 콘크리트를 제조하는데 사용된 재료의 질량 (단위: ㎏) 에 해당한다.
포뮬라 G3-1
Cassis 응집물 6.3/10 941.5
Honfleur 모래 0/4R 941.5
선택된 SPLC 시멘트 dv97 = 16 ㎛ 100
BL200 충전재 218.8
슬래그 3500 ㎠/g 60
Optima 203 혼합재 2.3
전체 물 164.2
유효한 물 142
포뮬라 G3-2
Cassis 응집물 6.3/10 941.5
Cassis 모래 0/3.15 941.5
선택된 SPLC 시멘트 dv97 = 16 ㎛ 100
BL200 충전재 93.8
슬래그 3500 ㎠/g 60
Optima 203 혼합재 2.3
전체 물 164.2
유효한 물 145
사용된 모래 (강 모래가 아닌 부순 모래) 가 많은 양의 미립자를 포함하기 때문에, 보완 물질 분율을 고려하여, 충전재의 양은 G3-1 포뮬라에 비해 G3-2 포뮬라에서 감소된다.
포뮬라 G3-3
Cassis 응집물 6.3/10 941.5
Honfleur 모래 0/4R 941.5
선택된 SPLC 시멘트 dv97 = 16 ㎛ 100
Calgar FV 충전재 218.8
슬래그 3500 ㎠/g 60
Optima 203 혼합재 2.5
전체 물 164
유효한 물 142
포뮬라 G3-4
Cassis 응집물 6.3/10 941.5
Honfleur 모래 0/4R 941.5
선택된 SPLC 시멘트 dv97 = 16 ㎛ 100
Calgar 40 충전재 217.9
슬래그 3500 ㎠/g 60
Optima 203 혼합재 3
전체 물 163.6
유효한 물 142
포뮬라 G3-5
Cassis 응집물 6.3/10 941.5
Honfleur 모래 0/4R 941.5
선택된 SPLC 시멘트 dv97 = 16 ㎛ 100
Mikhart 15 충전재 217.9
슬래그 3500 ㎠/g 60
Optima 203 혼합재 3.5
전체 물 163.2
유효한 물 142
포뮬라 G4-1
Cassis 응집물 6.3/10 920
Honfleur 모래 0/4R 920
선택된 SPLC 시멘트 dv97 = 16 ㎛ 120
BL200 충전재 126
슬래그 3500 ㎠/g 100
CHRYSOPLAST 209 혼합재 0.80
전체 물 193
유효한 물 171
포뮬라 G4-2
Cassis 응집물 6.3/10 920
Honfleur 0/4R 모래 920
선택된 SPLC 시멘트 dv97 = 16 ㎛ 120
BL200 충전재 144
슬래그 3500 ㎠/g 80
CHRYSOPLAST 209 혼합재 1.02
전체 물 195
유효한 물 173
포뮬라 G4-3 및 G4-4 는 슬래그의 미립도가 그의 투입량 (dosage) 에 미치는 영향을 강조한다.
포뮬라 G4-3
Cassis 응집물 6.3/10 920
St Bonnet 0/5R 모래 920
미분화된 SPLC 시멘트 dv97 = 15 ㎛ 120
BL200 충전재 144
슬래그 3260 ㎠/g 80
OMEGA 101 혼합재 0.86
TBP 혼합재 0.03
전체 물 184.1
유효한 물 161
포뮬라 G4-4
Cassis 응집물 6.3/10 920
St Bonnet 0/5R 모래 920
미분화된 SPLC 시멘트 dv97 = 15 ㎛ 120
BL200 충전재 180
슬래그 9150 ㎠/g 40
OMEGA 101 혼합재 1.07
TBP 혼합재 0.03
전체 물 184.1
유효한 물 161
포뮬라 C25/30 (기준)
Cassis 응집물 6.3/10 900
Honfleur 0/4R 모래 900
Le Teil 로부터의 CEM Ⅰ 52.5 N HTS 시멘트 257
BL200 충전재 95
CHRYSOPLAST 209 혼합재 0.54
전체 물 189
유효한 물 173
예 5: 본 발명에 따른 콘크리트의 성능
다음의 측면에 대해 본 발명에 따른 콘크리트의 성능을 평가하였다.
- 압축 강도. 20 ℃ ± 2 ℃ 및 95 % 초과의 상대 습도에서 EN 12390-2 표준에 따라 유지되는 원통형 시편에 대해, EN 12390-3 표준에 따라 압축 강도가 결정된다.
평균 압축 강도 측정의 결과를 하기 표 1 에 기록하였는데, 이는 특히 상기 포뮬라가 16 시간에 4 ㎫ 이상 및 28 일에 25 ㎫ 이상의 (심지어 30 ㎫ 에 가까운) 평균 압축 강도를 제공함을 보여준다.
Figure 112010018504902-pct00025
상기 콘크리트조성물의 유동성도 또한 평가하였다. 이를 위해, 퍼짐의 "정적 상태" 및 "진동 상태" 측정을 다음과 같이 실시하였다:
ASTM C230 표준에 기재된 ASTM 콘을 이용한다. 600 ㎜ × 600 ㎜ 정사각형 압판 (platen) 을 구비한 진동하는 전자기 SINEX TS100 테이블 (진동수 50 ㎐, 진폭 0.5 ㎜) 에 상기 콘을 위치시킨다. 건식 표면에서 퍼짐 측정을 실시한다. 3방향에서 퍼짐을 측정하고, 가장 가까운 5 ㎜ 로 반올림된 평균값을 기록한다.
제조: 2 리터의 건식 혼합물을 탱크에 도입하고, 30 초간 저속으로 혼합한 후, 믹서를 정지시키고, 물과 액체 혼합재의 총량을 도입하고, 2 분간 저속으로 혼합을 실시한다. 혼합 종료시, 즉 물과의 접촉 후 2 분 (T = 2 분) 경과시, 콘을 한번에 충전하고 평평하게 한 후, 콘을 들어올린다.
T = 3 분일 때, 1 분을 기다린 후, "정적 상태" 퍼짐을 측정한다.
T = 3 분 15 초일 때, 50 ㎐ 및 0.5 ㎜ 진폭으로 30 초간 진동을 시작한다.
T = 3 분 45 초일 때, "진동 상태" 퍼짐을 측정한다.
콘크리트를 회수하고, 측정하는 동안 건조되는 것을 방지하기 위해 밀폐 플라스틱 자루 (bag) 에 유지한다. 각각의 샘플링 전에, 주걱을 이용하여 페이스트를 약간 젓는다.
T = 10 분일 때, 콘을 한번에 충전하고 평평하게 한 후, 콘을 들어올린다.
T = 11 분일 때, 1 분을 기다린 후, "정적 상태" 퍼짐을 측정한다.
T = 11 분 15 초일 때, 50 ㎐ 및 0.5 ㎜ 진폭으로 30 초간 진동을 시작한다.
T = 11 분 45 초일 때, "진동 상태" 퍼짐을 측정한다.
그 결과를 하기 표 2 에 나타내었다. 이는, 본 발명에 따라 제조된 콘크리트가 유동성 측면에서 표준 C25/30 콘크리트만큼 양호한 만족스러운 성능을 가짐을 보여준다. 진동이 있는 경우와 없는 경우에 얻어진 결과들 사이의 차이는 (표분 C25/30 콘크리트와 유사한) 유체 임계 거동을 강조한다.
Figure 112010018504902-pct00026

Claims (15)

  1. - 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 그레인 형태의 포틀랜드 클링커;
    - 슬래그;
    - 황산 칼슘;
    - 200 ㎛ 이하의 Dv90 을 갖는 보완 물질;
    - 1500 ∼ 2200 ㎏/㎥ 의 응집물;
    - 가소제; 및
    - 선택적으로, 가속제, 공기 연행제, 농후제, 지연제 및 클레이 불활성화제 중 하나 이상을,
    - 140 ∼ 220 l/㎥ 의 유효한 물
    과 혼합하는 단계를 포함하는 습식 콘크리트 조성물의 제조 방법으로서,
    상기 클링커의 최소량 (단위: ㎏/㎥) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅴ) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커에 대해 식 (Ⅵ) 에 따라 결정되고,
    Figure 112014110362226-pct00043
    식 (Ⅴ)
    여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지는 클링커의 Dv97 이고,
    Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
    Figure 112014110362226-pct00044
    식 (Ⅵ)
    여기서, BSSk 는 클링커의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이고,
    Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
    상기 슬래그의 최소량 (단위: ㎏/㎥) 은, 10 ∼ 30 ㎛ 의 Dv97 을 갖는 클링커와의 혼합물의 경우에는 식 (Ⅶ) 에 따라 또는 5300 ㎠/g 이상의 블레인 비표면적을 갖는 클링커와의 혼합물의 경우에는 식 (Ⅷ) 에 따라 결정되고,
    Figure 112014110362226-pct00045
    식 (Ⅶ)
    여기서, Dv97k 는 ㎛ 로 주어지는 클링커의 Dv97 이고,
    BSSS 는 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이며,
    Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
    Figure 112014110362226-pct00046
    식 (Ⅷ)
    여기서, BSSk 및 BSSS 는 각각 클링커와 슬래그의 블레인 비표면적 (단위: ㎠/g) 이고,
    Weff 는 유효한 물의 양 (단위: l/㎥) 이며,
    상기 보완 물질의 최소량 (단위: ㎏/㎥) 은 하기 식 (Ⅸ) 에 따라 결정되고,
    220 - (슬래그의 양) - (클링커의 양) - (황산 칼슘의 양) 식 (Ⅸ);
    습식 콘크리트 내 클링커의 총량은 200 ㎏/㎥ 이하이고,
    상기 보완 물질은 매트릭스용 충전 물질이며,
    상기 유효한 물은 수화 (hydration) 및 일관성 (consistency) 획득에 필요한, 습식 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 유효한 물의 사용량이 140 으로부터 200 l/㎥ 까지 변하는 습식 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 제조 방법에 의해 획득되는 습식 콘크리트 조성물.
  4. 제 3 항에 따른 습식 콘크리트 조성물로부터 획득되는 경화된 콘크리트 물건.
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