KR101547272B1 - 산업 부산물을 함유하는 고강도 시멘트, 모르타르 및 콘크리트 - Google Patents

산업 부산물을 함유하는 고강도 시멘트, 모르타르 및 콘크리트 Download PDF

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Abstract

비산회의 시멘트 특성이 주의 깊게 조절된 시멘트 조성물. 이 시멘트 조성물은 구연산 (
Figure 112009050462909-pct00010
pH 2.2) 및 알칼리 수산화물 (
Figure 112009050462909-pct00011
pH 12 내지 14)와 금속 탄산염 (
Figure 112009050462909-pct00012
pH 11.6) 등의 실질적으로 강한 유리 산 및 유리 염기일 수 있다. 이들 강한 화학 약품의 사용은 이 제품의 사용 중에 산 염기 반응을 일으킨다. 이들 강한 화학 약품 대신에, 예컨대 구연산칼륨 등의 구연산염이 반응 촉진제로서 사용될 수 있다. 상기 조성물 중에는 붕산 화합물이 응결 지완제로서 사용될 수 있다.
Figure 112009050462909-pct00013
수화가능한 시멘트, 비산회 시멘트.

Description

산업 부산물을 함유하는 고강도 시멘트, 모르타르 및 콘크리트 {HIGH STRENGTH CEMENT, MORTAR AND CONCRETE INCLUDING INDUSTRIAL BY-PRODUCTS}
[0001] 원래의 건축, 보수, 프리캐스트 블록 (precast block), 외장, 스프레이 및 기타의 용도를 위한 혼합형 하이드롤릭 시멘트 재료와 이들의 콘크리트 및 모르타르 유도체를 생산하기 위한 신규의 조성물계가 개시되어 있다. 이들 재료는 칼슘 함유 산업 부산물의 화학 활성제, 응결 지완제, 결합 증진제 및 기계적 강도 개선제와의 조절된 반응을 나타낸다.
[0002] 포졸란 특성이 있는 재료는 물 및 유리 석회 (遊離石灰; free lime)의 존재하에 석회 중의 칼슘과 반응하여 규산칼슘 수화물을 생성하는 유리질 실리카와 알루미나를 함유한다. 천연 및 공업용 포졸란의 양자가 있다.
[0003] 공업용 포졸란은 산업 공정 중에 생성되며, 예컨대 C급 및 F급 비산회 (飛散灰; fly-ash)를 함유한다. 이들 비산회는 석탄의 연소 중에 생성된다. 이들은 연소 중에 유리 상태의 무정형 구조로 용융된 석탄에 존재하는 무기질의 난연성 성분으로 이루어져 있다. 공업적으로 제조되는 비산회 분류는 사용하는 석탄의 종류에 달려 있다. 갈탄 또는 아역청탄의 연소는 일반적으로 C급 비산회를 생성한다. 무연탄 및 역청탄의 연소는 일반적으로 F급 비산회를 생성한다.
[0004] ASTM C618이 정의하는 바와 같이, C급 비산회의 특성은 F급 비산회보다 고함량의 석회를 함유하는 것이다. C급 비산회 중 고함량의 석회는 C급 비산회로 하여금 자가 경화성으로 되도록 하는 반면, F급 비산회는 일반적으로 시멘트 재료를 형성하는 데 추가의 석회 또는 시멘트의 첨가를 요한다.
[0005] 천연 포졸란의 예로서는 N급 포졸란회 (灰)가 있다. N급 포졸란회는, 예컨대 수 종의 규조토, 오팔형 규질암과 이판암, 응회암, 화산회와 부석암 및 하소된 점토와 이판암 등의 천연 포졸란 또는 하소된 천연 포졸란이다.
[0006] C급, F급 및 N급 포졸란회의 이화학적 특성은 ASTM-C618에 의하여 더 상세히 정의되어 있는데, 그 내용 전체를 본 명세서에 참고를 포함시킨다.
[0007] 시멘트 조성물 중에, 일반적으로 포틀랜드 시멘트의 존재하에 비산회를 사용하는 것은 알려져 있다. 예컨대, 브루크 (Brook) 등의 미국 특허 제5,556,458호에서는 최소 20%의 포틀랜드 시멘트를 요한다. 특히, 브루크 등은 비산회 조성물의 낮은 초기 강도를 극복하기 위하여 그들의 조성물에 포틀랜드 시멘트를 요한다고 지적하고 있다.
[0008] 그라비트 (Gravitt) 등의 미국 특허 제4,997,484호 및 힉스 (Hicks)등의 미국 특허 제7,288,148호에서는 포틀랜드 시멘트가 없는 비산회 시멘트 조성물을 개시하고 있으나, 구연산 (
Figure 112009050462909-pct00001
pH 2.2)의 알칼리 수산화물 (
Figure 112009050462909-pct00002
pH 12 내지 14) 또는 금속 탄산염 (
Figure 112009050462909-pct00003
pH 11.6)의 어느 한 쪽과의 혼합한 효과를 이용하는 산-염기 반응계에 의존하고 있다. 그러나, 그라비트와 힉스의 비산회 시멘트 조성물은 다수의 시멘트 용도에 필요한 강도와 경도를 나타내지 않는다.
발명의 요약
[0009] 천연 및/또는 공업용 포졸란 분말의 시멘트 특성들이 주의 깊게 조절되어 있는 시멘트 조성물이 기재되어 있다. 상기 시멘트 조성물에는 실질적으로 구연산 (
Figure 112013005332269-pct00004
pH 2.2) 및 알칼리 수산화물 (
Figure 112013005332269-pct00005
pH 12 내지 14)과 금속 탄산염 (
Figure 112013005332269-pct00006
pH 11.6)을 비롯한 알칼리 금속 활성제 등의 강산 및 강염기를 함유하지 않아도 된다. 시멘트 수화를 활성화 또는 촉진시키기 위하여 전통적인 산-염기 화학 반응에 의존하는 대신에, 본 발명은 중성 pH 수화 활성제 또는 응결 촉진제에 의존한다. 본 발명에 의하면, 중성 pH 수화 활성제가 일차적인 활성제이다. 양호한 실시 상태에 의하면, 상기 활성제의 pH는 6 내지 9이다. 더 양호한 실시 상태에 의하면, 상기 활성제의 pH는 6.5 내지 8.5이다. pH 범위가 이들 범위 이외에 속하는 기타의 활성제는 시멘트 조성물 중에 소량으로 존재할 수 있는데, 다만 중성 pH 활성제는 시멘트 조성물 중의 활성제 총량의 50 wt% 이상으로 존재한다. 별법을 설명하자면, pH가 약 6 미만 또는 약 9 이상인 활성제는 시멘트 조성물 중의 전체 활성제 총량의 50 wt% 미만, 좋기로는 30 wt% 미만, 더 좋기로는 25 wt% 미만으로 존재하여야 한다. pH가 6 및 9 범위 이외인 활성제의 예로서는, 구연산 및 수산화칼륨 등의 알칼리 금속 활성제와 수산화칼륨 등의 알칼리 금속 탄산염이 있다.
[0010] 본 발명에 따라 사용하는 중성 pH 활성제로서 구연산염, 말산, 말론산, 글리콜산과 이들 산의 염 및 질산칼슘이 있다. 본 발명의 목적상, "중성 pH"라는 용어는 6 내지 9 범위의 pH를 의미한다.
[0011] 본 발명의 양호한 실시 상태에 따르면, 예컨대 구연산칼륨 등의 중성 pH 구연산염이 활성제로서 사용된다. 단일 구연산염이나 구연산염들의 조합물이 단독 활성제로서 사용될 수 있다. 별법으로서, 상기 구연산염 또는 구연산염들은 기타 기지의 활성제들과 함께 조합하여 사용될 수 있는데, 다만 pH가 6 미만 또는 9 보다 높은 활성제들은, 시멘트 조성물 중의 전체 활성제 총량의 50 wt% 미만, 좋기로는 30 wt% 미만, 더 좋기로는 25 wt% 미만으로 존재한다. 붕소 함유 화합물 또는 기타 통상의 응결 지완제들도 역시 상기 조성물에 사용될 수 있다.
[0012] 시멘트는 C급 비산회, F급 비산회, N급 포졸란회를 단독으로 또는 조합물 형태로 함유할 수 있다. 상기 시멘트는 발연 실리카, 알루민산칼슘, 산화마그네슘, 석회, 붕산염계 중에서의 1종 이상의 응결 지완용 첨가제 [예컨대, 붕산 또는 붕사 (硼砂)], 글루코-헵토네이트나트륨 등의 유기 응결 지완제, 메타카올린 등의 반응성 점토, 규회석, 공기 연행제 (AEA), 라텍스, 섬유 (파괴 인성용), 수축 보상 첨가제 및 감수제 (減水劑)를 함유하는 기타의 첨가제도 역시 함유할 수 있다. 주된 포졸란 분말이 F급 비산회 또는 N급 포졸란회인 경우, 시멘트는 1종 이상의 칼슘이 풍부한 재료, 좋기로는 시멘트 킬른 더스트, 석회 킬른 더스트, 퍼네이스 슬래그 및 세정 집진기회(scrubber ash) 등의 산업 부산물들을 함유한다.
[0013] 공지되어 있는 시멘트는 단독으로 또는 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트 및 기타 통상의 시멘트류 등의 다른 시멘트류와 혼합하여 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 시멘트류는 이들의 우수한 특성을 나타내기 위하여 다른 시멘트류의 존재를 요하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따르는 시멘트는 실질적으로 포틀랜드 시멘트를 함유하지 않아도 된다.
[0014] 본 발명의 목적상, "실질적으로 함유하지 않은"이라는 문구는 전술한 조성물의 총량을 기준으로 하여 1 wt% 미만의 양으로 존재한다는 의미이다.
[0015] 상기 시멘트 조성물들은 시멘트 외에도 1종 이상의 충전재 (充塡材)도 역시 함유할 수 있다.
[0016] 본 발명에 따른 시멘트 조성물들은 기대 이상의 높은 수치 안정성, 강도, 경도, 작업 시간, 침투성, 내황산염성, 동결 융해 저항성, 알칼리 골재 반응성의 완화 및/또는 응결 시간에 특징이 있다.
[0017] 한 가지 실시 상태에 따르면, 수화가능한 시멘트(hydratable cement)는 포졸란 분말과, 1종 이상의 중성 pH 활성제 및 응결 지완제를 함유하는데, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘 15 wt% 이상을 함유하고, 상기 중성 pH 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 총량의 50 wt% 이상을 차지하며, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 20 wt% 미만의 포틀랜드 시멘트를 함유한다.
[0018] 또 한 가지 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 구연산염 활성제를 함유하는데, 상기 구연산염 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 95 wt% 이상을 함유한다.
[0019] 또 다른 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 포졸란 분말과, 적어도 하나는 pH가 약 6 내지 약 9인 2종 이상의 활성제 및 응결 지완제를 함유하는데, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘 15 wt% 이상을 함유하고, 상기 pH가 약 6 내지 약 9인 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 50 wt% 이상을 차지한다.
[0020] 또 한 가지 실시 상태에 따르면, 시멘트 조성물은 포졸란 분말; 적어도 하나는 pH가 약 6 내지 약 9인 2종 이상의 활성제; 및 응결 지완제를 함유하는 수화가능한 시멘트 및 1종 이상의 골재 충전재를 함유하는데, 여기서 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘 15 wt% 이상을 함유하고, 상기 pH가 약 6 내지 약 9인 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 50 wt% 이상을 차지한다. 골재 충전재는 실리카 모래, 천연 모래, 석재 생산으로부터 얻은 세골재 (細骨材), 노저회 (爐底灰), 슬래그, 그라운드 유리, 재활용 주물사 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 시멘트 조성물은 작업 시간이 10분 내지 2 시간, 또는 2 시간 이상일 수 있다.
[0021] 또 다른 실시 상태에 따르면, 상기 시멘트 조성물은 포졸란 분말; 1종 이상의 중성 pH 활성제; 및 응결 지완제를 함유하는 수화가능한 시멘트 및 1종 이상의 골재 충전재를 함유하는데, 여기서 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘 15 wt% 이상을 함유하고, 상기 중성 pH 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 총량의 50 wt% 이상을 차지하며, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 20 wt% 미만의 포틀랜드 시멘트를 함유한다.
[0022] 또 다른 실시 상태에 따르면, 제조품은 포졸란 분말과, 적어도 하나는 pH가 약 6 내지 약 9인 2종 이상의 활성제 및 응결 지완제를 함유하는 수화 및 경화된 시멘트 조성물을 함유하는데, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘 15 wt% 이상을 함유하고, 상기 pH가 약 6 내지 약 9인 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 50 wt% 이상을 차지한다.
[0023] 또 한 가지 실시 상태에 따르면, 제조품은 포졸란 분말과, 1종 이상의 중성 pH의 활성제 및 응결 지완제를 포함하는 수화 및 경화된 시멘트 조성물을 포함하는데, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘 15 wt% 이상을 함유하고, 상기 중성 pH 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 총량의 50 wt% 이상을 차지하며, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 20 wt% 미만의 포틀랜드 시멘트를 함유한다.
[0024] 기타의 실시 상태에 따르면, 상기 제조품은 도로, 교량 또는 활주로 표면이나 기타의 포장, 연석, 인도, 프리캐스트 블록, 외장 또는 외장 피복, 건물, 도로, 교량 또는 기타의 기초 구조, 건물 기둥과 들보 및 기타의 구조 요소, 벽, 바닥과 천정을 비롯한 건물 파티션 및 분무 가능한 표면 피복 또는 기타의 분무 가능한 도포일 수 있다.
[0025] 또 다른 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 20 wt% 미만, 더 좋기로는 15 wt% 미만의 양으로 포틀랜드 시멘트를 함유할 수 있다.
[0026] 또 다른 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 10 wt% 미만, 좋기로는 5 wt% 미만, 더 좋기로는 2 wt% 미만의 양으로 포틀랜드 시멘트를 함유할 수 있다.
[0027] 또 한 가지 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 실질적으로 포틀랜드 시멘트를 함유하지 않는다.
[0028] 또 다른 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘 20 wt% 이상을 함유할 수 있다.
[0029] 또 다른 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 칼시아(calsia) 대 실리카(silica)의 몰비가 약 1.2 대 1 내지 약 1.4 대 1일 수 있다.
[0030] 또 한 가지 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량을 기준으로 하여 30 wt% 미만, 더 좋기로는 25 wt% 미만의 양으로 알칼리 금속 활성제를 함유할 수 있다.
[0031] 또 다른 실시 상태를 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량을 기준으로 하여 20 wt% 미만, 15 wt% 미만, 10 wt% 미만, 5 wt% 미만, 2 wt% 미만의 양으로 알칼리 금속 활성제를 함유할 수 있다.
[0032] 또 한 가지 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량을 기준으로 하여 30 wt% 미만, 더 좋기로는 25 wt% 미만의 양으로 알칼리 금속 탄산염을 함유할 수 있다.
[0033] 또 다른 실시 상태를 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량을 기준으로 하여 20 wt% 미만, 15 wt% 미만, 10 wt% 미만, 5 wt% 미만, 2 wt% 미만의 양으로 알칼리 금속 탄산염을 함유할 수 있다.
[0034] 또 한 가지 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량을 기준으로 하여 30 wt% 미만, 더 좋기로는 25 wt% 미만의 양으로 구연산을 함유할 수 있다.
[0035] 또 다른 실시 상태를 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량을 기준으로 하여 20 wt% 미만, 15 wt% 미만, 10 wt% 미만, 5 wt% 미만, 2 wt% 미만의 양으로 구연산을 함유할 수 있다.
[0036] 또 한 가지 실시 상태에 따르면, 상기 포졸란 분말은 C급 비산회, F급 비산회, N급 포졸란회 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
[0037] 또 다른 실시 상태에 따르면, 상기 포졸란 분말은 본질적으로 C급 비산회, F급 비산회로 구성되며, 상기 C급 비산회는 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 50 내지 80 wt%의 양으로 존재하고, F급 비산회는 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 10 내지 30 wt%의 양으로 존재한다.
[0038] 또 다른 실시 상태에 따르면, 수화가능한 시멘트는 칼슘이 풍부한 재료 첨가제, 좋기로는 시멘트 킬른 더스트, 석회 킬른 더스트, 퍼네이스 슬래그, 세정 집진기회 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 산업 부산물들을 함유할 수 있다.
[0039] 또 다른 실시 상태에 따르면, 상기 포졸란 분말은 본질적으로 C급 비산회로 구성되어 있다.
[0040] 또 한 가지 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 50 내지 95 wt%의 양으로 C급 비산회를 함유할 수 있다.
[0041] 또 다른 실시 상태에 따르면, 상기 포졸란 분말은 본질적으로 F급 비산회로 구성되며, 상기 수화가능한 시멘트는 칼슘이 풍부한 재료 첨가제를 더 함유한다.
[0042] 또 다른 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 0.5 내지 50 wt%의 양으로 F급 비산회를 함유할 수 있다.
[0043] 또 한 가지 실시 상태에 따르면, 상기 포졸란 분말은 본질적으로 N급 포졸란회로 구성되며, 상기 수화가능한 시멘트는 칼슘이 풍부한 재료 첨가제를 더 함유한다.
[0044] 또 다른 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 이 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 0.5 내지 50 wt%의 양으로 N급 포졸란회를 함유할 수 있다.
[0045] 또 한 가지 실시 상태에 따르면, 상기 응결 지완제는 붕산염 화합물을 함유하고, 좋기로는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 0.1 내지 3.0 wt%의 양으로 함유한다.
[0046] 또 다른 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 황산염 또는 유기 화합물을 함유한다.
[0047] 또 한 가지 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 구연산칼륨 또는 구연산나트륨, 좋기로는 구연산칼륨을 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 0.1 내지 15 wt% 양으로 함유한다.
[0048] 또 다른 실시 상태에 따르면, 상기 수화가능한 시멘트는 발연 실리카, 알루민산칼슘, 산화마그네슘, 석회, 메타카올린 등의 반응성 점토, 규회석, 공기 연행제 (AEA), 라텍스, 섬유, 감수제 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 첨가제를 함유한다.
발명의 상세한 설명
[0052] 본 발명이 있기 전에는, 일반적으로 대부분 시멘트 용도에 요하는 강도와 경도를 제공하는 데에는 고온 소결 (포틀랜드 시멘트의 경우) 또는 강산-강염기 화학 반응 (종전의 일부 포졸란 시멘트의 경우)이 필요하다고 믿어졌다. 이러한 일반적인 견해와는 달리, 본 발명자들은 중성 pH 활성제, 특히 구연산염을 이용함으로써 포틀랜드 시멘트나 통상의 산-염기 활성제 화학 작용에 따라 제조되는 포졸란 시멘트에 비하여 기대 이상으로 특성이 우수한 시멘트 제품을 제조할 수 있다는 사실을 발견하였다.
[0053] 포졸란 분말의 시멘트 특성이 주의 깊게 조절되고, 통상의 산-염기 화학 작용의 이용을 요하지 않는 시멘트 조성물이 설명된다. 그 대신, 1종 이상의 중성 pH 활성제, 예컨대 구연산칼륨 등의 구연산염이 반응 활성제로 사용된다. 중성 pH 활성제의 기타의 예로서는 말산, 말론산, 글리콜산과 이들 산의 염, 질산칼슘 및 기타의 질산염이 있다. 상기 중성 pH 활성제는 비산회의 존재하에 용해 또는 해리되며, 물의 첨가시 상기 비산회와의 수화 반응이 균질하고 잘 조절된 방식으로 진행되도록 해준다. 상기 조성물 중에 붕소 함유 화합물 또는 기타 통상의 응결 지완제들을 사용하여 수화 반응을 느리게하거나 완화시킬 수도 있다. 이 조절된 반응 접근 방식은 10분의 짧은 시간으로부터 2 시간 이상에 이르는 범위의 작업 시간을 가능하게 해준다.
[0054] 본 발명의 실시 상태는 포졸란 재료, 예컨대 C급 비산회와 F급 비산회 양자의 조합도 역시 포함한다. C급 비산회의 반응은 상당한 열을 발생할 수 있으며, 이 열은 그 제품의 생성시 초기 단계 수축을 유발할 수 있다. 이 수축은 균열 및 기재로부터의 층간 분리를 야기할 수 있다. F급 비산회는 CaO를 함유하지 않거나 또는 약간 함유하고, 구연산칼륨 활성제와 서서히 반응한다. 따라서, 반응 혼합물 중의 일부 F급 비산회가 함유되면 그 혼합물은 전체에 걸쳐 강하고, 균질한 크기의 유리 미소 구체를 균질하게 분산시킴으로써 고체 생성물이 형성되는 반응을 완화시킨다.
[0055] 본 명세서에 기재되어 있는 바와 같이, 이 조절된 중성 pH 반응 화학 작용을 이용하면, 구연산과 금속 수산화물 활성제 사이의 산-염기 반응에 의존하는 C급 비산회계 시멘트 및 포틀랜드 시멘트에 의하여 얻은 결정상보다 더 안정한 결정상의 생성을 가능하게 해준다.
C 3 S 1 .5~2.0 결정 구조
[0056] 포틀랜드 시멘트 및 기타의 회 (灰)를 기초로 하는 시멘트는 모두 칼슘 산화물-알루미늄 산화물-규소 산화물계의 결정상을 기초로 한다. 이 계의 결정상은 도 1의 3상 (三相) 상태도에 나타나 있다.
[0057] 이 3상 상태도에 있어서, 포틀랜드 시멘트는 일반적으로 C3S 또는 C2S 결정 구조인 것에 특징이 있다. 구연산과 금속 수산화물 활성제 사이의 산-염기 반응에 의존하는 C급 비산회계 시멘트는 일반적으로 C2 ~2.5S 결정 구조인 것에 특징이 있다.
[0058] 수학적 분석 결과는 본 명세서에 기재되어 있는 실시 상태들은 조성물의 독특한 특징을 제공하는 것으로 믿어지는 C3S1 .5~2.0 구조에 특징이 있다는 것을 나타내고 있다. 이 상은 도 1의 음영 영역에 속하며, 랭키나이트 (Rankinite)로 알려져 있는 광물 구조와 매우 밀접하게 유사한 결정 구조를 나타내고, 수화시, 애프윌라이트 (Afwillites) 및 CaO·SiO2·0.35H2O로 알려져 있는 광물 구조로 전환된다. 이 상은 도 2의 2상 (二相) 상태도에 역시 C3S2로서 나타나 있고, 50 내지 60% SiO2 범위에서 발생한다.
[0059] 상기 3계 (三系), 즉 포틀랜드 시멘트, 산-염기회 시멘트 및 본 명세서에 기재되어 있는 중성 화학 작용 시멘트를 비교함에 있어서, 도 3에 나타낸 결정 배향은 본 발명의 시멘트로 특징짓는 것으로 믿어지는 C3S1.5~2.0 구조가 상기 상이한 3계의 가장 안정한 결정 구조를 형성하는 방법을 나타내고 있다. 도 3은 정렬된 구조, 불완전하게 정렬된 구조 및 무질서한 구조의 2차원 표현이다. 본 발명에 기재되어 있는 C3S1.5~2.0 구조를 이용하는 재료들은 도 3(a)에 의하여, 표준 산-염기 반응에 따라 제조된 C급 비산회 시멘트의 결정 구조는 도 3(b)에 의하여, 포틀랜드 시멘트의 결정 구조는 도 3(c)에 의하여 나타내고 있다. CS 몰비의 목적하는 균형에 도달시킴으로써, 고강도 무정형 구조가 형성될 수 있다.
[0060] 이들 양호한 구조에 도달하기 위하여, 물과 반응시, 시멘트 재료들은 칼시아 대 실리카의 몰비 (C 대 S)가 좋기로는 약 1 대 1 내지 약 1.8 대 1, 일반적으로는 약 1.1 대 1 내지 약 1.5 대 1인 수화물을 함유한다. 특정의 예로서는, 상기 C 대 S의 몰비는 약 1.2 대 1, 1.3 대 1 또는 1.4 대 1일 수 있다. 칼슘 함유 산업 부산물 (예컨대, C급 비산회) 및 저함량의 칼슘 또는 규산질 산업 부산물 (예컨대, F급 비산회)의 상대적인 양은 목적하는 C 대 S의 몰비를 달성하기 위하여 선택될 수 있다.
재료
[0061] 본 발명에 따른 시멘트는 이하에서 설명할 재료들을, 모래, 석재 및 기타의 충전재를 함유하지 않는 전체 시멘트 조성물의 중량 백분률로 표현되는 양으로 함유할 수 있다. 본 명세서에서 일반적으로 사용하는 "시멘트"라는 용어는 결합제 조성물을 나타낸다. 본 명세서에서 일반적으로 사용하는 "시멘트 조성물"이라는 용어는 시멘트 (또는 결합제)와, 예컨대 모래, 석재 등의 충전재의 조합물을 나타낸다. 상기 시멘트 혼합물은 일반적으로 약 5 내지 약 60 %의 시멘트를 함유한다.
[0062] 1) 천연 또는 공업용 포졸란 분말. 포졸란 분말의 예로서는 C급 비산회, F급 석탄회 및 N급 포졸란회가 있다. 시멘트 혼합물은 고함량의 칼슘 함유 포졸란 분말인 C급 비산회를 함유할 수 있다. 어떤 실시 상태에 있어서, C급 비산회는 약 50 내지 95 wt%의 범위, 약 60 내지 85 wt%의 범위 이내 또는 약 70 내지 85 wt%의 범위 이내의 시멘트를 함유할 수 있다. 좋기로는, 상기 고함량의 칼슘 함유 포졸란 분말의 산화물 (CaO)로서 표시되는 칼슘 함량은 약 22 wt% 이상이며, 약 22 내지 약 30 wt%의 범위이다. 상기 CaO 함량이 낮으면, 수산화칼슘, 질산칼슘, 탄산칼슘 등의 성분을 함유하는 석회를 추가하여도 좋다. 본 명세서에서는 고함량의 칼슘 함유 포졸란 분말인 C급 비산회의 사용이 주로 기재되어 있지만, 어떤 실시 상태에서는 기타의 칼슘 함유 포졸란 분말류도 C급 비산회를 일부 또는 전부의 대체물로서 사용될 수 있다 (예컨대, 고로 슬래그, 시멘트 킬른 더스트 및 석회 킬른 더스트).
[0063] 시멘트는 추가로 또는 별법으로서 1종 이상의 비교적 저함량의 칼슘 또는 고함량의 규소 함유 포졸란 분말을 함유할 수 있다. 상기 시멘트는 산화물로서 표시되는 칼슘 함량이 약 22 wt% 미만, 더 좋기로는 15 wt% 미만인 1종 이상의 포졸란 분말을 함유하는 것이 좋다. 어떤 실시 상태에 있어서, F급 비산회는 상기 시멘트 중에, 예컨대 약 0.5 내지 약 50 wt%의 범위, 약 1 내지 약 25 wt%의 범위 이내 또는 약 2 내지 약 15 wt%의 범위 이내로 함유될 수 있다. 본 명세서에서는 저함량의 칼슘 함유 포졸란 분말인 F급 비산회의 사용이 주로 기재되어 있지만, 어떤 실시 상태에서는 기타의 칼슘이 비교적 저함량 및/또는 고함량의 실리콘 함유 함유 포졸란 분말류도 F급 비산회를 일부 또는 전부의 대체물로서 사용될 수 있다 (예컨대, N급 포졸란회, 화산회, 노저회, 목질회 (wood ash), 도시 소각로회, 제올라이트 등). 저함량의 칼슘 함유 포졸란 분말은 포졸란 분말 성분의 대부분을 구성하는 정도까지 상기 조성물에 필요한 칼슘 함량을 제공하기 위하여 칼슘이 풍부한 재료가 첨가되어야 한다. 양호한 칼슘이 풍부한 재료로서는 고로 슬래그, 시멘트 킬른 더스트 및 석회 킬른 더스트 및 세정 집진기회 등의 산업 부산물을 들 수 있다.
[0064] 발연 실리카는 단기 강도, 장기 강도, 결합 강도, 탄성 및/또는 열적 성질을 증대시키기 위하여 시멘트에 사용될 수 있다. 발연 실리카가 존재할 경우, 발연 실리카는 예컨대 약 0.5 내지 10 wt%의 범위 또는 약 1 내지 약 7 wt%의 범위 이내로 존재할 수 있다.
[0065] 상기 시멘트는 산화물로 표시되는 칼슘 총함량이 15 wt% 이상인 것이 좋다. 상기 CaO 함량이 낮을 경우, 상기 칼슘 함량을 달성하기 위하여 수산화칼슘, 질산칼슘, 탄산칼슘 등의 성분을 함유하는 석회를 추가할 수 있다.
[0066] 2) 알루민산칼슘은 생성물의 단기 강도를 증대시키는 데 사용될 수 있다. 알루민산칼슘은, 예컨대 약 1 내지 약 25 wt%의 범위 또는 약 5 내지 약 20 wt%의 범위 이내로 존재할 수 있다.
[0067] 3) 산화마그네슘은 생성물의 부피 안정성을 강화시키는 데 사용될 수 있다. 산화마그네슘은, 예컨대 약 0.5 내지 약 15 wt%의 범위 또는 약 2 내지 약 10 wt%의 범위 이내로 존재할 수 있다.
[0068] 4) 석회 (CaO 또는 CaOH) 첨가물들은 제품 작업성을 증대시키는 데 사용될 수 있고, 수축 보상제로서의 작용 및/또는 응결 지완제로서의 기능을 한다. 석회는, 예컨대 약 0.1 내지 약 5 wt%의 범위로 존재할 수 있다. 상기 조성물에 첨가되는 석회의 양은 비산회 중에 존재하는 석회의 양에 좌우될 수 있다.
[0069] 5) 붕산염은 강도 획득 응결 지완제로 사용될 수 있다. 양호한 붕산염으로서는, 예컨대 붕사가 약 0.1 내지 약 5 wt%의 범위, 0.1 내지 3 wt% 또는 0.1 내지 약 2 wt%의 범위로 존재하는 붕산염계로부터의 1종 이상의 응결 지완용 첨가제가 있다. 붕산도 역시 사용되거나, 또는 그 대신 예컨대 붕산염이 약 0.1 내지 약 2 wt%의 범위 또는 약 0.2 내지 약 1.7 wt%의 범위 이내로 존재하는 붕산염이 사용될 수도 있다. 사붕산칼륨 수화물 및 사붕산나트륨 수화물 등의 기타의 붕산염들이 추가로 또는 그 대신에 사용될 수도 있다. 이들 붕산염은 존재하는 기질에 결합 강도를 증가시키거나 응결 지완제로 첨가될 수 있다. 붕산염 이외에 또는 붕산염 대신에 황산염 및 유기 화합물을 함유하는 기타 기지의 응결 지완제들이 사용될 수 있다.
[0070] 6) 구연산염계로부터의 단독 또는 복수의 활성제를 함유할 수 있다. 예를 들면, 구연산칼륨, 구연산칼슘 및/또는 구연산나트륨은, 예컨대 시멘트 총량에 대하여 약 0.1 내지 약 15 wt%의 범위 또는 시멘트 총량에 대하여 약 2 내지 약 5 wt%의 범위로 존재할 수 있다. 이들 활성제는 시멘트 중에서 유일한 활성제로 존재할 수 있다. 별법으로서, 기타의 중성 pH이 아닌 활성제가 존재할 수 있으나, 중성 pH 활성제들이 활성제 성분의 50 % 이상을 차지한다.
[0071] 구연산염 활성제 이외에 또는 그 대신에 사용될 수 있는 중성 pH 활성제의 다른 예로서는 말산, 말론산, 글리콜산과 이들 산의 염 및 질산칼슘과 기타의 질산염들을 들 수 있다.
[0072] 7) 기타의 성분으로서는, 예컨대 메타카올린 등의 반응성 점토, 규회석, 공기 연행제 (AEA), 라텍스, 섬유 (파괴 인성용), 수축 보상 첨가제 및 감수제를 들 수 있다.
[0073] 어떤 실시 상태에 있어서, 본 발명의 시멘트류는 실질적으로 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트 및 기타 통상의 시멘트류를 함유하지 않는다. 또 다른 실시 상태에 있어서, 본 발명의 시멘트류는 포틀랜드 시멘트를 비롯한 기타의 시멘트류를 함유할 수 있으나, 그러한 기타의 시멘트류는 본 발명의 시멘트 총량의 약 20 wt% 미만, 좋기로는 약 15 wt% 미만, 더 좋기로는 10 wt% 미만의 양으로 제공된다.
[0074] 여러 가지 실시 상태에 있어서는 다른 종류의 재료에서 사용되는 바와 같은 알칼리 수산화물 (
Figure 112009050462909-pct00007
pH 12 내지 14) 및 금속 탄산염 (
Figure 112009050462909-pct00008
pH 11.6) 등의 알칼리 금속 활성제를 실질적으로 함유하지 않거나 그 대신 실질적으로 함유하지 않아도 역시 좋다. 여러 가지 실시 상태에 있어서, 구연산 (
Figure 112009050462909-pct00009
pH 2.2) 및/또는 붕산보다 더 강한 기타의 산도 실질적으로 함유하지 않거나 그 대신 실질적으로 함유하지 않아도 역시 좋다.
[0075] 본 발명에 따른 시멘트 조성물은 시멘트 외에도 1종 이상의 충전재를 함유할 수 있다. 어떤 실시 상태에 의하면, 세골재 (모래) 입도 범위는 ASTM 규격에 일치시키기 위하여 미세 실리카 모래에서부터 천연 또는 인조 모래에 걸친 것 일수 있다. 이들 충전재로서는, 예컨대 실리카 모래, 천연 모래, 석재 생산으로부터 얻은 세골재, 노저회, 슬래그, 그라운드 유리 및/또는 재활용 주물사를 들 수 있다. 충전재의 특정의 예로서는 C33 모래, NJ60 모래, C144 모래, #8 석재 및 #57 석재 등의 상이한 골재 등급을 들 수 있다.
[0076] 본 발명은, 본 발명의 전체 범위 내에서 특정의 실시 상태들을 예시하기 위한 다음의 예들을 참조함으로써 더 충분히 이해할 수 있다.
[0049] 도 1은 CaO-Al2O3-SiO2계에서의 결정상의 3상 (三相) 상태도이다.
[0050] 도 2는 CaO-SiO2계의 2상 (二相) 상태도이다.
[0051] 도 3은 정렬된 구조, 불완전하게 정렬된 구조 및 무질서한 구조의 2차원 도식이다.
[0077] 표 1은 본 명세서의 실시예에 설명되어 있는 상이한 시멘트들의 중량 백분율을 나타내고 있다. 표 2는 본 명세서의 실시예에 설명되어 있는 시멘트 조성물 중의 시멘트, 모래 및 골재의 중량 백분율을 나타내고 있다. 표 1 중의 각 실시예에 대하여, 각 성분의 백분율의 ±25%, ±15% 및 ±10%의 변화량을 비롯한 추가의 제제들이 계획되었다.
재료 실시예
#1		 실시예
#2		 실시예
#3		 실시예
#4		 실시예
#5		 실시예
#6		 실시예
#7		 실시예
#8
C급 비산회 78.5 62.7 63.3 81.1 78.8 76.1 53.4 64.8
F급비산회 12.7 2.2 12.4 9.8 14.6 27.9 18.5
발연 실라카 1.7 2.3 4.4 1.6 3.5 2.4
알루민산칼슘 17.0 16.2
산화마그네슘 3.8 11.8 13.9 8.1 1.8
석회 0.7 1.5 1.8
황산알루미늄 0.7 0.9
붕산 1.1 0.4 0.6 0.6 0.2 0.9 1.2
붕사 1.9 0.46 0.8 0.3 2.0 1.4
규회석 2.3
구연산칼륨 3.9 2.5 3.2 4.7 4.5 3.1 2.3 7.4
섬유 0.04 0.7 1.1
감수제 0.16 0.2
라텍스 0.03
공기 연행제(AEA) 0.001 0.003 0.002 0.001 0.001 0.001
재료 실시예
#1		 실시예
#2		 실시예
#3		 실시예
#4		 실시예
#5		 실시예
#6		 실시예
#7		 실시예
#8
시멘트 26.4 29.6 43.0 20.9 18.5 19.75 43.0 54.0
C33 모래 31.8 30.40 39.03 37.00 34.20 42.05 46.00
NJ60 모래 57.00
#8 석재 41.8 39.93 17.91
#57 석재 42.10 47.30 38.20
콘크리트 보수 제품
[0078] 실시예 #1
[0079] 표 1과 표 2에 기재되어 있는 성분들을 함께 혼합한 다음, 사용 전에 표 1과 표 2의 성분들의 총량에 비하여 5.94 wt%의 물로 수화시켰다. 다음 특성의 제품이 생성되었다.
실시예 #1
특성 결과 (4 in x 8 in 실린더) 실험 방법
압축 강도, psi (MPa)
4 시간
1 일-24 시간
7 일
28 일
2800 (15.9)
3614 (24.9)
6200 (42.7)
9212 (63.5)
ASTM C 39
ASTM C 39
ASTM C 39
ASTM C 39
결합 강도, psi (MPa)
1 일-24 시간
7 일
2256 (15.5)
3274 (22.6)
ASTM C 882
ASTM C 882
휨 강도, psi (MPa)
7 일
28 일
834 (5.8)
997 (6.9)
ASTM C 78
ASTM C 78
인장 강도, psi (MPa)
24 시간
7 일
28 일
528 (3.7)
784 (5.4)
902 (6.2)
ASTM C 496
ASTM C 496
ASTM C 496
스케일링 저항성
50 사이클
0
ASTM C 672
탄성 계수, 105 psi (GPa)
28 일
5.5 (3.7)
ASTM C 469
열팽창 계수, in/in/℉
28 일
4.7
AASHTO TP 60
길이 변화, 총길이의 %
28일 담금/28일 건조
-0.0440/-0.0280
ASTM C 157
응결 시간 (凝結時間)
@72F/22C (2 in (5 ㎝)에서)
최초
최종

30 내지 35분
35 내지 45분
서비스 복귀
풋 트래픽(foot traffic)
휠드 트래픽(wheeled traffic)
2 내지 3 시간
5 내지 6 시간
[0080] 이 제품은 신속하게 응결시키는 턴키 방식 (turn-key) 보수 재료 (시멘트+모래+석재)로 사용될 수 있다. 이는 통상의 드럼 믹서를 이용하여 복수 유닛으로서 혼합시킬 수 있다. 물의 첨가시로부터 2 시간 내에 2500 psi의 강도 획득이 성취될 수 있다. 특정의 용도에 따라, 물 5 내지 6 wt% 범위의 수화량이 사용될 수 있다. 작업/배치 시간은 30 내지 50 분일 수 있다. 28일째의 최종 강도는 9000 psi 이상이다.
[0081] 다음의 표 4는 물의 첨가 전에 시멘트 조성물의 중량에 대하여 백분률로 표시한 실시예 1의 시멘트에 사용된 각 성분에 대한 양호한 범위를 나타내고 있다.
재료 양호한 범위 더 양호한 범위
C급 비산회 70 내지 95 75 내지 80
F급 비산회 1 내지 25 10 내지 15
발연 실리카
알루민산칼슘
산화마그네슘 1 내지 10 2 내지 15
석회
황산알루미늄
붕산 0.1 내지 2 0.5 내지 1.5
붕사
규회석
구연산칼륨 1 내지 8 2 내지 5
섬유
감수제
라텍스
공기 연행제 (AEA) 0.0005 내지 0.003 0.0005 내지 0.002
[0082] 실시예 #2
[0083] 표 1과 표 2에 기재되어 있는 성분들을 함께 혼합한 다음, 사용 전에 표 1과 표 2의 성분들의 총량에 비하여 7.94 wt%의 물로 수화시켰다. 다음 특성의 제품이 생성되었다.
실시예 #2
특성 결과 (4 in x 8 in 실린더) 실험 방법
압축 강도, psi (MPa)
2 시간
1 일-24 시간
7 일
28 일
2514 (14.3)
5210 (35.9)
7220 (49.8)
9300 (64.1)
ASTM C 39
ASTM C 39
ASTM C 39
ASTM C 39
결합 강도, psi (MPa)
1 일-24 시간
7 일
2004 (11.4)
3018 (17.1)
ASTM C 882
ASTM C 882
휨 강도, psi (MPa)
7 일
28 일
855 (5.9)
1008 (6.9)
ASTM C 78
ASTM C 78
인장 강도, psi (MPa)
24 시간
7 일
28 일
530 (3.7)
790 (5.4)
900 (6.2)
ASTM C 496
ASTM C 496
ASTM C 496
스케일링 저항성
50 사이클
0
ASTM C 672
탄성 계수, 105 psi (GPa)
28 일
4.25 (2.9)
ASTM C 469
열팽창 계수, in/in/℉
28 일
4.7
AASHTO TP 60
길이 변화, 총길이의 %
28일 담금/28일 건조
0.0230/-0.0430
ASTM C 157
응결 시간
@72F/22C (2 in (5 ㎝)에서)
최초
최종

20 내지 30분
30 내지 40분
[0084] 이 제품은 신속하게 응결시키는 턴키 방식 보수 재료 (시멘트+모래+석재)로 사용될 수 있다. 이는 통상의 드럼 믹서를 이용하여 복수 유닛으로서 혼합시킬 수 있다. 물의 첨가시로부터 2 시간 내에 2500 psi의 강도 획득이 성취될 수 있다. 특정의 용도에 따라, 물 6.5 내지 8 wt% 범위의 수화량이 사용될 수 있다. 작업/배치 시간은 20 내지 40 분일 수 있다. 28일째의 최종 강도는 9000 psi 이상이다.
[0085] 다음의 표 6는 물의 첨가 전에 시멘트 조성물의 중량에 대하여 백분률로 표시한 실시예 2의 시멘트에 사용된 각 성분에 대한 양호한 범위를 나타내고 있다.
재료 양호한 범위 더 양호한 범위
C급 비산회 50 내지 75 55 내지 65
F급 비산회 1 내지 10 1 내지 5
발연 실리카 1 내지 6 1 내지 3
알루민산칼슘 10 내지 25 15 내지 20
산화마그네슘 1 내지 18 10 내지 15
석회
황산알루미늄
붕산
붕사 .1 내지 5 1 내지 3
규회석
구연산칼륨 1 내지 8 1.5 내지 5
섬유
감수제
라텍스 0.01 내지 0.06 0.02 내지 0.05
공기 연행제 (AEA) 0.0005 내지 0.005 0.001 내지 0.004
[0086] 실시예 #3
[0087] 표 1과 표 2에 기재되어 있는 성분들을 함께 혼합한 다음, 사용 전에 표 1과 표 2의 성분들의 총량에 비하여 11.6 wt%의 물로 수화시켰다. 다음 특성의 제품이 생성되었다.
실시예 #3
특성 결과 (4 in x 8 in 실린더) 실험 방법
압축 강도, psi (MPa)
1 시간
3 시간
1 일-24 시간
7 일
28 일
2500
4636
5807
6255
6500
ASTM C 928
ASTM C 928
ASTM C 928
ASTM C 928
결합 강도, psi (MPa)
1 시간
7 일
1700
2000
ASTM C 928
ASTM C 928
휨 강도, psi (MPa)
7 일
28 일
610
850
ASTM C 928
ASTM C 928
인장 강도, psi (MPa)
7 일
28 일
225
300
ASTM C 928
ASTM C 928
스케일링 저항성
50 사이클
0
ASTM C 928
탄성 계수, 105 psi (GPa)
28 일
3.3 (2.2)
ASTM C 928
열팽창 계수, in/in/℉
28 일
2.55
ASTM C 928
길이 변화, 총길이의 %
28일 담금/28일 건조
실험
ASTM C 928
응결 시간
@72F/22C (2 in (5 ㎝)에서)
최초
최종

10 내지 15분
15 내지 20분
서비스 복귀
풋 트래픽
휠드 트래픽
40분
2 시간
[0088] 이 제품은 신속하게 응결시키는 턴키 방식 보수 재료 (시멘트+모래+석재)로 사용될 수 있다. 이는 드럼 믹서를 이용하여 단일 버킷 제품으로서 혼합시킬 수 있다. 물의 첨가시로부터 1 시간 내에 2500 psi의 강도 획득이 성취될 수 있다. 특정의 용도에 따라, 물 10 내지 12 wt% 범위의 수화량이 사용될 수 있다. 최종 강도는 6000 psi 이상이다.
[0089] 다음의 표 8는 물의 첨가 전에 시멘트 조성물의 중량에 대하여 백분률로 표시한 실시예 3의 시멘트에 사용된 각 성분에 대한 양호한 범위를 나타내고 있다.
재료 양호한 범위 더 양호한 범위
C급 비산회 50 내지 75 55 내지 65
F급 비산회
발연 실리카 1 내지 6 2 내지 3
알루민산칼슘 10 내지 25 15 내지 20
산화마그네슘 1 내지 18 10 내지 15
석회
황산알루미늄
붕산 0.1 내지 1.5 0.2 내지 0.5
붕사 0.1 내지 5 0.2 내지 1
규회석
구연산칼륨 1 내지 8 1.5 내지 5
섬유
감수제 0.1 내지 0.3 0.1 내지 0.2
라텍스
공기 연행제 (AEA) 0.0005 내지 0.005 0.001 내지 0.004
구조용 콘크리트
[0090] 실시예 #4
[0091] 표 1과 표 2에 기재되어 있는 성분들을 함께 혼합한 다음, 사용 전에 표 1과 표 2의 성분들의 총량에 비하여 3.8 wt%의 물로 수화시켰다. 다음 특성의 제품이 생성되었다.
실시예 #4
특성 결과 실험 방법
압축 강도, psi (MPa)
4 시간
1 일-24 시간
7 일
28 일
2200 (15.2)
4340 (29.9)
7360 (50.8)
9370 (6437)
ASTM C 39
ASTM C 39
ASTM C 39
ASTM C 39
결합 강도, psi (MPa)
1 일-24 시간
7 일
*TBD
*TBD
ASTM C 882
ASTM C 882
휨 강도, psi (MPa)
7 일
28 일
712 (4.9)
768 (5.3)
ASTM C 78
ASTM C 78
인장 강도, psi (MPa)
28 일
750 (5.2)
ASTM C 496
스케일링 저항성
50 사이클
0
ASTM C 672
탄성 계수, 105 psi (GPa)
28 일
5.00 (3.4)
ASTM C 469
열팽창 계수, in/in/℉
28 일
4.7
AASHTO TP 60
길이 변화, 총길이의 %
28일
56일
252일
*TBD
*TBD
*TBD
ASTM C 157
ASTM C 157
ASTM C 157
응결 시간
@72F/22C (2 in (5 ㎝)에서)
최초
최종

95분
105분
[0092] 이 제품은 골재 없이 제조된 다음, 고객에 의하여 표 2에 설명되어 있는 골재와 함께 혼합시킬 수 있다. 상기 제품은 슬럼프, 작업 시간 및 종결 시간이 광범위하도록 설계되며, 통상 4 내지 6 시간 내에 2500 psi를 제공할 수 있다. 이 제품은 혼합시킬 선택 사양이 있어서 현장 조건이 상기 제품의 적용/용도가 최적으로될 때까지 화학 활성제를 억제할 수 있다. 이는 상기 제품 내에서 콘크리트 응결 또는 유해 반응을 일으키는 일이 없이, 운송 트럭으로 하여금 그 제품을 작업 현장으로 6 시간 이상 운반할 수 있도록 해준다. 특정의 용도에 따라, 물 3 내지 7 wt% 범위의 수화량이 사용될 수 있다. 28일째의 최종 강도는 9000 psi 초과이다.
[0093] 다음의 표 10은 물의 첨가 전에 시멘트 조성물의 중량에 대하여 백분률로 표시한 실시예 4의 시멘트에 사용된 각 성분에 대한 양호한 범위를 나타내고 있다.
재료 양호한 범위 더 양호한 범위
C급 비산회 70 내지 95 75 내지 85
F급 비산회 1 내지 25 10 내지 15
발연 실리카
알루민산칼슘 1 내지 15 4 내지 10
산화마그네슘
석회 0.5 내지 5 0.5 내지 1.5
황산알루미늄 0.4 내지 4 0.4 내지 1.4
붕산 0.1 내지 2 0.5 내지 1.0
붕사 0.1 내지 5 0.1 내지 2
규회석
구연산칼륨 1 내지 8 2 내지 6
섬유 0.01 내지 2 0.02 내지 1
감수제 0.01 내지 2 0.05 내지 0.08
라텍스
공기 연행제 (AEA) 0.0005 내지 0.003 0.0005 내지 0.002
[0094] 용량 콘크리트 믹서를 위한 제형
[0095] 실시예 #5
[0096] 표 1에 기재되어 있는 성분들을 함께 혼합한 다음, 사용 전에 표 1과 표 2의 성분들의 총량에 비하여 4.5 wt%의 물로 수화시켰다. 다음 특성의 제품이 생성되었다.
실시예 #5
특성 결과 실험 방법
압축 강도, psi (MPa)
2 시간
4 시간
1 일-24 시간
7 일
28 일
3000 (20.7)
3200 (22.1)
4200 (29.0)
7200 (50.0)
10000 (69.0)
ASTM C 39
ASTM C 39
ASTM C 39
ASTM C 39
ASTM C 39
결합 강도, psi (MPa)
1 일-24 시간
7 일
2274 (15.7)
3510 (24.2)
ASTM C 882
ASTM C 882
휨 강도, psi (MPa)
7 일
28 일
700 (4.8)
1000 (6.9)
ASTM C 78
ASTM C 78
인장 강도, psi (MPa)
7 일
28 일
TBD
650 (4.5)
ASTM C 496
ASTM C 496
스케일링 저항성
25 사이클
0
ASTM C 672
탄성 계수, 105 psi (GPa)
28 일
5.0 (3.4)
ASTM C 469
열팽창 계수, in/in/℉
28 일
4.7 (3.2)
AASHTO TP 60
길이 변화, 총길이의 %
28일 담금/28일 건조
-0.0200/-0.0400
ASTM C 157
응결 시간
@72F/22C (2 in (5 ㎝)에서)
최초
최종

20 내지 30분
30 내지 40분
[0097] 제제된 바와 같이, 이 제품은 용량 콘크리트 트럭 내에서 생산하기 위한 것이다. 사용자들은 지역별로 생산한 골재를 표 2에 제시되거나 또는 요구되는 비율로 가한다. 상기 제품은 고전단 믹서 내에서 최소의 혼합으로 작업하도록 설계된다. 2 시간 내에 2500 psi를 얻게 된다. 용량 혼합은 필요로 하는 콘크리트의 현장 생산을 가능하게 되도록 해준다. 용량 믹서는 시멘트를 계량해 낸 후, 배합 설계마다 필수적인 모래와 석재 및 물을 가한다. 특정의 용도에 따라, 물 4 내지 7 wt% 범위의 수화량이 사용될 수 있다.
[0098] 다음의 표 12는 물의 첨가 전에 시멘트 조성물의 중량에 대하여 백분률로 표시한 실시예 5의 시멘트에 사용된 각 성분에 대한 양호한 범위를 나타내고 있다.
재료 양호한 범위 더 양호한 범위
C급 비산회 70 내지 95 75 내지 85
F급 비산회 1 내지 25 10 내지 15
발연 실리카 1 내지 10 2 내지 6
알루민산칼슘 1 내지 15 4 내지 10
산화마그네슘
석회 0.1 내지 5 0.5 내지 2
황산알루미늄 0.1 내지 5 0.5 내지 2
붕산 0.1 내지 2 0.5 내지 1.0
붕사 0.1 내지 5 0.1 내지 2
규회석
구연산칼륨 1 내지 8 2 내지 6
섬유
감수제 0.01 내지 1.0 0.05 내지 0.1
라텍스
공기 연행제 (AEA) 0.0005 내지 0.003 0.0005 내지 0.002
특수 콘크리트
[0099] 실시예 #6
[00100] 표 1과 표 2에 기재되어 있는 성분들을 함께 혼합한 다음, 표 1과 표 2의 성분들의 총량에 비하여 4.4 wt%의 물로 수화시켰다. 다음 특성의 제품이 생성되었다.
실시예 #6
특성 결과 실험 방법
압축 강도, psi (MPa)
6 시간
1 일-24 시간
7 일
28 일
2605 (18.0)
3860 (26.6)
6215 (42.8)
9300 (64.1)
ASTM C 39
ASTM C 39
ASTM C 39
ASTM C 39
결합 강도, psi (MPa)
1 일-24 시간
7 일
2274 (15.7)
3295 (22.7)
ASTM C 882
ASTM C 882
휨 강도, psi (MPa)
7 일
28 일
855 (5.9)
1008 (6.9)
ASTM C 78
ASTM C 78
인장 강도, psi (MPa)
7 일
28 일
490 (3.4)
720 (5.0)
ASTM C 496
ASTM C 496
스케일링 저항성
50 사이클
0
ASTM C 672
탄성 계수, 105 psi (GPa)
28 일
4.25 (2.9)
ASTM C 469
열팽창 계수, in/in/℉
28 일
4.7
AASHTO TP 60
길이 변화, 총길이의 %
28일 담금/28일 건조
0.0230/-0.0430
ASTM C 157
응결 시간
@72F/22C (2 in (5 ㎝)에서)
최초
최종

35 내지 45분
45 내지 60분
[00101] 이 제품은 보수 제품 또는 구조 콘크리트로서 사용될 수 있는 조기 고강도의 시멘트질의 콘크리트이다. 상기 제품은 내화 유리 섬유를 함유한다. 배치 24 시간 내에, 이 제품은 최고 1500℉ (815℃)의 간헐적인 온도에 노출될 수 있다. 이 제품은 소면적 보수용으로는 통상의 이동식 드럼 믹서 내에서, 또는 대규모용으로는 운송 트럭 또는 용량 트럭 내에서 혼합시킬 수 있다. 특정의 용도에 따라, 물 4 내지 5 wt% 범위의 수화량이 사용될 수 있다.
[00102] 다음의 표 14는 물의 첨가 전에 시멘트 조성물의 중량에 대하여 백분률로 표시한 실시예 6의 시멘트에 사용된 각 성분에 대한 양호한 범위를 나타내고 있다.
재료 양호한 범위 더 양호한 범위
C급 비산회 65 내지 90 75 내지 85
F급 비산회 1 내지 25 10 내지 20
발연 실리카 0.5 내지 5 1 내지 3
알루민산칼슘
산화마그네슘
석회 0.1 내지 5 0.5 내지 3
황산알루미늄
붕산 0.1 내지 2 0.1 내지 0.5
붕사 0.1 내지 5 1 내지 3
규회석
구연산칼륨 1 내지 8 2 내지 6
섬유 0.02 내지 2 0.1 내지 1
감수제
라텍스
공기 연행제 (AEA) 0.0005 내지 0.003 0.0005 내지 0.002
[00103] 실시예 #7
[00104] 표 1과 표 2에 기재되어 있는 성분들을 함께 혼합한 다음, 표 1과 표 2의 성분들의 총량에 비하여 9.3 wt%의 물로 수화시켰다. 다음 특성의 제품이 생성되었다. 분무 가능한 콘크리트 제형으로 생성하였다. 이 제형은 숏크리트 (Shotcrete), 건나이트 (Gunnite), 모르타르 분무 장치 및 기타의 고객 주문형 분무기를 비롯한 각종 분무 장치를 사용하여 도포시킬 수 있다. 이 제품의 독특한 특성으로서는 2 시간 이내의 1000 psi 이상의 조기 고강도, 그 제품이 풀림 (run), 처짐 또는 늘어짐 (sag)을 나타내는 일이 없이 1 인치 이상의 두께를 분무 형성시키는 것을 가능하게 하는 습식 점성, 그리고 30분 이상의 작업 시간을 들 수 있다. 특정의 용도에 따라, 물 7 내지 10 wt% 범위의 수화량이 사용될 수 있다.
[00105] 다음의 표 15는 물의 첨가 전에 시멘트 조성물의 중량에 대하여 백분률로 표시한 실시예 7의 시멘트에 사용된 각 성분에 대한 양호한 범위를 나타내고 있다.
재료 양호한 범위 더 양호한 범위
C급 비산회 40 내지 65 45 내지 60
F급 비산회 10 내지 40 20 내지 35
발연 실리카 1 내지 6 2 내지 5
알루민산칼슘
산화마그네슘 1 내지 15 5 내지 10
석회
황산알루미늄
붕산 0.1 내지 2 0.5 내지 1.5
붕사
규회석 1 내지 5 1.5 내지 4
구연산칼륨 1 내지 8 2 내지 4
섬유 0.1 내지 2.0 0.1 내지 1.5
감수제 0.1 내지 0.4 0.1 내지 0.3
라텍스
공기 연행제 (AEA)
[00106] 실시예 #8
[00107] 표 1과 표 2에 기재되어 있는 성분들을 함께 혼합한 다음, 9.1 wt%의 물로 수화시켰다. 그라우트 (grout) 및 모르타르 제형이 생성되었다. 상기 제품들은 통상의 그라우트 (통상의 혼합 조건에 의한 ~120분의 작업 시간)와 유사하게 작업할 수 있게 설계되어 있는 반면, 28일 내에 10,000 psi 이상의 최대 강도를 획득할 수 있다. 특정의 용도에 따라, 물 8 내지 12 wt% 범위의 수화량이 사용될 수 있다.
[00108] 다음의 표 16은 물의 첨가 전에 시멘트 조성물의 중량에 대하여 백분률로 표시한 실시예 8의 시멘트에 사용된 각 성분에 대한 양호한 범위를 나타내고 있다.
재료 양호한 범위 더 양호한 범위
C급 비산회 50 내지 75 55 내지 70 64.8
F급 비산회 10 내지 30 12 내지 25 18.5
발연 실리카 1 내지 6 2 내지 4 2.4
알루민산칼슘
산화마그네슘 1 내지 5 1 내지 3 1.8
석회 1 내지 5 1 내지 3 1.8
황산알루미늄 0.1 내지 2 0.5 내지 1.5 0.9
붕산 0.1 내지 2 0.5 내지 1.8 1.2
붕사 0.5 내지 2.5 0.5 내지 2 1.4
규회석
구연산염칼륨 2 내지 10 5 내지 9 7.4
섬유
감수제
라텍스
공기 연행제 (AEA)
[00109] 상기 제형들은 고강도, 변경 가능한 응결 시간 및 신속한 서비스 복귀 (return to service)의 독특하고 유용한 조합물들을 제공한다.
[00110] 추가의 특별 제형들로서는 다음과 같은 것들이 있다.
[00111] 토양 안정제 - 토양 안정제는 중간 정도 강도의 가진 토양을 생성하도록 실시예 4 시멘트 등의 시멘트 혼합물을 여러 가지 토양과 혼합하여 생성시킬 수 있다. 상기 토양 안정제는 ~10%의 시멘트로 구성된다. 상기 제품은 건조 조건에서 토양에 시멘트를 혼합한 다음, 그 제품을 물로 분사시키는 것을 포함하는 여러 가진 혼합법을 이용함으로써 생성시킬 수 있다. 최대 강도는 ~1000 psi인데, 이는 유사한 비율 (%)의 포틀랜드 시멘트를 사용하는 통상의 접근 방식에 비하여 훨씬 월등하다. 이 제품의 독특한 특성은 현재의 포틀랜드 시멘트 토양 안정제보다 훨씬 더 초기의 차량 운송량에 견딜 수 있는 강도의 성취능이다. 상기 제품의 또 다른 독특한 특성은 중금속과 기타의 화학적 오염의 침출을 제어하는 그의 능력이다.
[00112] 콘크리트 블록 - 본 명세서에 기재되어 있는 시멘트, 예컨대 실시예 4의 제형은 모래 및 골재와 함께 혼합하여 콘크리트 블록을 생성시킬 수 있다. 이 방식에 따른 콘크리트 블록은 다음과 같은 이점을 제공할 수 있다. 즉, 1) 물의 첨가 후 2 내지 4 시간 내에 >1000 psi의 조기 고강도를 달성한다. 2) 통상의 콘크리트 블록의 요건인 증기 양생의 필요성이 없이 조기 고강도를 달성한다. 3) 10,000 psi의 최종 강도 (28일)를 달성한다. 4) 수리 공극률 (hydraulic porosity)이 매우 낮은 블록을 생산한다.
[00113] 외장 - 상기 시멘트는 이 시멘트를 모래 및 고강도 섬유와 함께 혼합하여 외장을 생성하는 데에도 역시 사용될 수 있다. 이들 제형은 24 시간의 혼합 사간 내에는 10,000 psi의 압축 강도, 그리고 28일 내에는 20,000 psi 이상의 압축 강도를 나타낸다.
[00114] 롤러 다짐 콘크리트 (RCC) - 상기 시멘트는 롤러 다짐 콘크리트 (RCC)의 생성하는 데에도 역시 사용될 수 있다. 이러한 용도에 있어서, 상기 시멘트를 콘크리트의 백분율, %로서의 시멘트 총량이 10 내지 15%가 되도록 모래와 조골재 (粗骨材)와 혼합한다. 상기 제품은 본질적으로 슬럼프가 없고, 통상의 콘크리트/아스팔트 연전기 (延展機)를 이용하여 기계적으로 도포시킨다. 연전 후에, 상기 제품은 진동식 롤러에 의하여 압착시킬 수 있다. 이 제품은 즉각적으로 풋 트래픽 (foot traffic)이 가능하고, 24 시간 내에 3000 psi 이상의 압축 강도와, 28 일 내에 8000 psi 이상의 압축 강도를 달성한다.
제조 방법
[00115] 소면적 보수 제품 (예컨대, 실시예 1 내지 3)은 예컨대, 중량 손실 분말 공급기를 개별적으로 사용하여 각 제품 패키지 또는 "버킷"에 대한 성분을 측정함으로써 생성시킬 수 있고, 측정이 되고 나면, 이어서 저장 및/또는 출하하기 위하여 밀봉하기 전에 신속히 각 버킷을 혼합할 수 있다. 이 기술은 유닛 간의 규정상의 변동량을 감소시켜준다. 별법으로서, 이들 제품은 리본 혼합법을 비롯한 임의의 기지의 기술에 의하여 제조될 수도 있다. 상기 소면적 제품은 100% 예비 혼합될 수 있으므로, 사용 전에 이들의 혼합 과정은 제품, 물 및 혼합으로서 간단하다.
[00116] 대면적 제품 (예컨대, 실시예 4)은 사용 전 활성제 이외의 모든 성분을 혼합함으로 생성될 수 있다. 이때 상기 활성제는 콘크리트를 이것의 반응을 개시하기 위하여 필요로 할 경우에 첨가될 수 있다. 상기 활성제가 첨가되고 나면, 종결 (終結)에 이르는 화학 반응이 개시된다. 특정의 혼합법은 상기 종결 이전에 이용 가능한 작업 시간이 얼마나 되는지를 결정하게 된다.
[00117] 예컨대, 운송 트럭은 배치 플랜트 (batch plant)에서 실시예 4에 따른 혼합물을 적재할 수 있다. 현재 상기 운송 트럭은 콘크리트를 더 이상 사용할 수 없을 때까지 4 내지 6 시간 또는 그 이상의 시간이 있다. 상기 시간 중의 임의의 시점에, 상기 활성제는 액체 또는 고체 분말로서 첨가될 수 있고 (가장 적합하기로는 건설 현장), 상기 콘크리트를 적소에 하역할 수 있다. 이 능력은 운송 트럭이 배치 플랜트에서 적재되는 순간으로부터 허용 가능한 작업 시간이 일반적으로 90분인 포틀랜드 시멘트에 비하여 대단한 큰 이점을 제공한다.
[00118] 용량 혼합형 제품 (예컨대, 실시예 5 및 7)은 원격 조작하에 시멘트, 석재 및 모래를 균질한 양으로 첨가함으로써 조제된다. 응결 촉진제 및 응결 지완제를 양자를 함유하는 시멘트 부분은 고전단 믹서 내에서 모래 및 석재와 함께 혼합될 수 있다. 이 방식에 대한 선택 사항으로써 상기 응결 촉진제 및 응결 지완제는 분말 또는 액체 형태 중 어느 한 가지 형태로 첨가될 수 있다.
[00119] 본 발명은 명세서 본문 및 도면에서 여러 가지 숫자 범위를 개시하고 있다. 본 발명은 그 개시된 숫자 범위에 걸쳐 실시될 수 있기 때문에, 명세서 중에 정확한 범위 제한은 축어적으로 언급되어 있지 않지만, 개시된 숫자 범위는 그 개시된 숫자 범위 내의 임의의 범위 또는 값을 본질적으로 지지하고 있다.
[00120] 이상의 설명은 이 기술 분야의 숙련자로 하여금 본 발명을 실시 및 사용할 수 있게 해주며, 특정의 용도 및 그의 필요 조건과 관련하여 제공된다. 양호한 실시 상태에 대한 여러 가지 변경은 이 기술 분양의 숙련된 자에게 용이하게 자명하게 될 것이며, 본 명세서에 정의된 일반적인 원리를 본 발명의 정신과 범위를 벗어남이 없이 기타의 실시 상태 및 응용에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 나타낸 실시 상태에 한정시키려는 것이 아니라, 본 명세서에 개시되어 있는 원리와 특징과 일치하는 가장 광범위한 범위를 부여하기 위한 것이다. 마지막으로, 본 명세서에서 언급된 특허와 간행물들의 전체 기재 내용을 본 명세서에 참고를 포함시킨다.

Claims (59)

  1. 수화가능한 시멘트에 있어서,
    포졸란 분말과,
    1종 이상의 중성 pH 활성제와,
    응결 지완제
    를 함유하고,
    상기 수화가능한 시멘트는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘을 15 wt% 이상 함유하며,
    상기 중성 pH 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 중 활성제 총량의 50 wt% 이상을 차지하고,
    상기 수화가능한 시멘트는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트 및 기타 통상의 시멘트의 함량이 20 wt% 미만인 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  2. 제1항에 있어서, 구연산염 활성제를 함유하고, 상기 구연산염 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 95 wt% 이상의 양으로 함유되는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 포틀랜드 시멘트의 함량이 15 wt% 미만인 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  4. 제1항에 있어서, 포틀랜드 시멘트를 실질적으로 함유하지 않는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수화가능한 시멘트는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘을 20 wt% 이상 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  6. 제1항에 있어서, 칼시아 대 실리카의 몰비는 1.2 대 1 내지 1.4 대 1인 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 포졸란 분말은 C급 비산회, F급 비산회, N급 포졸란회 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 포졸란 분말은 C급 비산회, F급 비산회를 포함하고, 상기 C급 비산회는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 50 내지 80 wt%, F급 비산회는 10 내지 30 wt%의 양으로 존재하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 수화가능한 시멘트는 칼슘이 풍부한 재료 첨가제를 더 함유하되, 상기 칼슘이 풍부한 재료 첨가제는 시멘트 킬른 더스트, 석회 킬른 더스트, 퍼네이스 슬래그, 세정 집진기회 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 산업 부산물을 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 포졸란 분말은 C급 비산회를 포함하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  12. 제1항에 있어서, 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 50 내지 95 wt%의 C급 비산회를 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  13. 제1항에 있어서, 상기 포졸란 분말은 F급 비산회를 포함하고, 상기 수화가능한 시멘트는 칼슘이 풍부한 재료 첨가제를 더 함유하되, 상기 칼슘이 풍부한 재료 첨가제는 시멘트 킬른 더스트, 석회 킬른 더스트, 퍼네이스 슬래그, 세정 집진기회 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 산업 부산물을 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서, 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 0.5 내지 50 wt%의 F급 비산회를 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  16. 제1항에 있어서, 상기 포졸란 분말은 N급 포졸란회를 포함하고, 상기 수화가능한 시멘트는 칼슘이 풍부한 재료 첨가제를 더 함유하되, 상기 칼슘이 풍부한 재료 첨가제는 시멘트 킬른 더스트, 석회 킬른 더스트, 퍼네이스 슬래그, 세정 집진기회 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 산업 부산물을 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  17. 삭제
  18. 제1항에 있어서, 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 0.5 내지 50 wt%의 N급 포졸란회를 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  19. 제1항에 있어서, 상기 응결 지완제는 붕산염 화합물을 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  20. 제1항에 있어서, 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 0.1 내지 3.0 wt%의 붕산염 응결 지완제를 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  21. 제1항에 있어서, 상기 응결 지완제는 황산염을 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  22. 제1항에 있어서, 상기 1종 이상의 중성 pH 활성제는 구연산칼륨 또는 구연산나트륨을 포함하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  23. 제1항에 있어서, 상기 1종 이상의 중성 pH 활성제는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 0.1 내지 15 wt%의 구연산칼륨을 포함하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  24. 제1항에 있어서, 발연 실리카, 알루민산칼슘, 산화마그네슘, 석회, 메타카올린, 규회석, 공기 연행제 (AEA), 라텍스, 섬유, 감수제 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 첨가제를 더 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  25. 수화가능한 시멘트에 있어서,
    포졸란 분말;
    적어도 하나는 pH가 6 내지 9인 2종 이상의 활성제로서 상기 2종 이상의 활성제들은 알칼리 금속 활성제, 알칼리 금속 탄산염, 또는 구연산을 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 10 wt% 미만으로 포함하는 것인, 적어도 하나는 pH가 6 내지 9인 2종 이상의 활성제; 및
    응결 지완제
    를 함유하고,
    상기 수화가능한 시멘트는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘을 15 wt% 이상 함유하며,
    pH가 6 내지 9인 상기 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 50 wt% 이상을 차지하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  26. 제25항에 있어서, 알칼리 금속 활성제의 함량이 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 10 wt% 미만인 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  27. 제25항에 있어서, 알칼리 금속 탄산염의 함량이 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 10 wt% 미만인 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 제25항에 있어서, 구연산의 함량이 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 10 wt% 미만인 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 제25항에 있어서, 포틀랜드 시멘트의 함량이 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 20 wt% 미만인 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  34. 제25항에 있어서, 포틀랜드 시멘트의 함량이 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 15 wt% 미만인 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  35. 제25항에 있어서, 포틀랜드 시멘트를 실질적으로 함유하지 않는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  36. 제25항에 있어서, 상기 수화가능한 시멘트는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘을 20 wt% 이상 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  37. 제25항에 있어서, 칼시아 대 실리카의 몰비는 1.2 대 1 내지 1.4 대 1인 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  38. 제25항에 있어서, 상기 포졸란 분말은 C급 비산회, F급 비산회, N급 포졸란회 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  39. 제25항에 있어서, 상기 포졸란 분말은 C급 비산회, F급 비산회를 포함하고, 상기 C급 비산회는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 50 내지 80 wt%, F급 비산회는 10 내지 30 wt%의 양으로 존재하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  40. 제25항에 있어서, 칼슘이 풍부한 재료 첨가제를 더 함유하되, 상기 칼슘이 풍부한 재료 첨가제는 시멘트 킬른 더스트, 석회 킬른 더스트, 퍼네이스 슬래그, 세정 집진기회 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 산업 부산물을 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  41. 삭제
  42. 제25항에 있어서, 상기 포졸란 분말은 C급 비산회를 포함하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  43. 제25항에 있어서, 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 50 내지 95 wt%의 C급 비산회를 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  44. 제25항에 있어서, 상기 포졸란 분말은 F급 비산회를 포함하고, 상기 수화가능한 시멘트는 칼슘이 풍부한 재료 첨가제를 더 함유하되, 상기 칼슘이 풍부한 재료 첨가제는 시멘트 킬른 더스트, 석회 킬른 더스트, 퍼네이스 슬래그, 세정 집진기회 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 산업 부산물을 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  45. 삭제
  46. 제25항에 있어서, 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 0.5 내지 50 wt%의 F급 비산회를 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  47. 제25항에 있어서, 상기 포졸란 분말은 N급 포졸란회를 포함하고, 상기 수화가능한 시멘트는 칼슘이 풍부한 재료 첨가제를 더 함유하되, 상기 칼슘이 풍부한 재료 첨가제는 시멘트 킬른 더스트, 석회 킬른 더스트, 퍼네이스 슬래그, 세정 집진기회 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 산업 부산물을 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  48. 삭제
  49. 제25항에 있어서, 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 0.5 내지 50 wt%의 N급 포졸란회를 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  50. 제25항에 있어서, 상기 응결 지완제는 붕산염 화합물을 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  51. 제25항에 있어서, 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 0.1 내지 3.0 wt%의 붕산염 응결 지완제를 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  52. 제25항에 있어서, 응결 지완제는 황산염을 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  53. 제25항에 있어서, 상기 pH가 6 내지 9인 활성제는 구연산칼륨 또는 구연산나트륨을 포함하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  54. 제25항에 있어서, 상기 pH가 6 내지 9인 활성제는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 0.1 내지 15 wt%의 구연산칼륨을 포함하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  55. 제25항에 있어서, 발연 실리카, 알루민산칼슘, 산화마그네슘, 석회, 메타카올린, 규회석, 공기 연행제 (AEA), 라텍스, 섬유, 감수제 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 첨가제를 더 함유하는 것이 특징인 수화가능한 시멘트.
  56. 1종 이상의 골재 충전재 및 수화가능한 시멘트를 함유하는 시멘트 조성물에 있어서,
    상기 수화가능한 시멘트는
    포졸란 분말;,
    적어도 하나는 pH가 6 내지 9인 2종 이상의 활성제로서 상기 2종 이상의 활성제들은 알칼리 금속 활성제, 알칼리 금속 탄산염, 또는 구연산을 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 10 wt% 미만으로 포함하는 것인, 적어도 하나는 pH가 6 내지 9인 2종 이상의 활성제; 및
    응결 지완제
    를 함유하고,
    상기 수화가능한 시멘트는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘을 15 wt% 이상 함유하며,
    pH가 6 내지 9인 상기 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 50 wt% 이상을 차지하는 것이 특징인 시멘트 조성물.
  57. 1종 이상의 골재 충전재 및 수화가능한 시멘트를 함유하는 시멘트 조성물에 있어서,
    상기 수화가능한 시멘트는
    포졸란 분말과,
    1종 이상의 중성 pH 활성제와,
    응결 지완제
    를 함유하고,
    상기 수화가능한 시멘트는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘을 15 wt% 이상 함유하며,
    상기 중성 pH 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 50 wt% 이상을 차지하고,
    상기 수화가능한 시멘트 중의 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트 및 기타 통상의 시멘트의 함량은 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 20 wt% 미만인 것이 특징인 시멘트 조성물.
  58. 포졸란 분말;
    적어도 하나는 pH가 6 내지 9인 2종 이상의 활성제로서 상기 2종 이상의 활성제들은 알칼리 금속 활성제, 알칼리 금속 탄산염, 또는 구연산을 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 10 wt% 미만으로 포함하는 것인, 적어도 하나는 pH가 6 내지 9인 2종 이상의 활성제; 및
    응결 지완제
    를 포함하는 수화가능한 시멘트의 수화 및 경화된 시멘트 조성물을 포함하는 제조품으로서,
    상기 수화가능한 시멘트는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘을 15 wt% 이상 함유하며,
    pH가 6 내지 9인 상기 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 50 wt% 이상을 차지하는 것이 특징인 제조품.
  59. 포졸란 분말;
    1종 이상의 중성 pH 활성제; 및
    응결 지완제
    를 포함하는 수화가능한 시멘트의 수화 및 경화된 시멘트 조성물을 포함하는 제조품으로서,
    상기 수화가능한 시멘트는 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 산화물로 표시되는 칼슘을 15 wt% 이상 함유하며,
    상기 중성 pH 활성제는 상기 수화가능한 시멘트 중의 활성제 총량의 50 wt% 이상을 차지하고,
    상기 수화가능한 시멘트 중의 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트 및 기타 통상의 시멘트의 함량은 상기 수화가능한 시멘트의 총량을 기준으로 하여 20 wt% 미만인 것이 특징인 제조품.
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