KR101700017B1 - 황 제강-슬래그 골재 콘크리트 - Google Patents

황 제강-슬래그 골재 콘크리트 Download PDF

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Abstract

황-제강 슬래그 골재 콘크리트, 및 황-제강 슬래그 골재 콘크리트의 제조방법 및 원소 황의 처리방법은 개시된다. 구현 예에 있어서, 상기 황-제강 슬래그 골재 콘크리트는 원소 황, 제강 슬래그 골재, 석회석 미분말, 및 모래를 포함한다. 가소제와 같은, 개질제는, 요구되지 않고 상기 황-모래 석회석 모르타르의 구현 예에 사용되지 않는다. 상기 황-제강 슬래그 골재 콘크리트의 제조방법의 구현 예에 있어서, 각각의 상기 원소 황, 석회석 미분말, 제강-슬래그, 및 모래는 적어도 140 ℃로 가열되고, 그 다음 조합되며, 그 다음 고화된다.

Description

황 제강-슬래그 골재 콘크리트 {Sulfur Steel-Slag Aggregate Concrete}
본 발명은 황 기반 콘크리트를 생산하는데 이를 사용하는 황의 처리를 위한 방법 및 조성물에 관한 것이다.
통상적 시멘트 콘크리트는 포틀랜드 시멘트, 모래, 골재, 및 물의 혼합물이다. 이러한 포틀랜드 시멘트 콘크리트는 건축물의 공사를 포함하는 다양한 목적을 위해 사용될 수 있다. 상기 포틀랜드 시멘트는 상기 콘크리트를 함께 결합하는 바인더이다. 불행하게도, 상기 포틀랜드 시멘트의 생산은 상당한 에너지를 소비하기 때문에 에너지 집약적이고, 따라서 상당한 이산화탄소 (CO2)를 생산한다. 실제로, 상기 포틀랜드 시멘트의 생산은 회전 노 (rotating kiln)에서, 1400-1500 ℃로 시멘트 클링커 (cement clinker)를 가열하는 단계를 포함한다. 환경적 문제점에 부가하여, 상기 시멘트 클링커를 생산하는데 요구된 열은 건강 및 안전 위험이 있다. 생산 동안 이러한 에너지 소비는 건축재로서 이를 사용하는 것에 대한 우려를 일으킨다. 정유공장에서 풍부하게 생산되는, 황은 콘크리트에서 선택적 바인더로서 사용될 수 있다.
종래의 황 콘크리트는 (바인더로서) 황, 골재, 모래, 및 석탄회 (fly ash)를 함유한다. 화력발전소 (thermal power plants)에서 석탄의 소비로부터의 폐기물인, 석탄회는 충진제로서 사용된다. 그러나, 석탄회는 항상 쉽게 이용가능하지 않다. 더욱이, 석탄회는 포틀랜드 시멘트 콘크리트에서 사용하기 위한 석탄회에 대한 수요 때문에 상대적으로 비쌀 수 있다. 석탄회의 값 및 비가동률 (unavailability)은 건축물 성분에서 황 콘크리트의 사용을 막는다.
황 콘크리트의 사용에 대한 다른 단점이 있다. 예를 들어, 고분자 개질제 (polymer modifiers)는 황 콘크리트의 연성 (ductility)을 증가시키기 위한 개질제로서 통상적으로 요구되지만, 이러한 개질제는 황 콘크리트의 값을 증가시킨다. 또 다른 단점은 자갈 및 바위와 같은, 종래의 골재로 제조된 황 콘크리트가 물 및 황산에 노출된 경우 열화의 징후를 나타내는 것이다. 따라서, 석탄회 및 고분자 개질제의 사용을 제거하는 황 콘크리트를 갖는 것이 유리할 것이다.
본 발명의 구현 예는 제강 슬래그 골재 황 콘크리트 (steel slag aggregate sulfur concrete), 상기 제강 슬리그 황 콘크리트의 제조방법, 및 원소 황 (elemental sulfur)의 처리방법을 포함한다. 구체적으로, 제강 슬래그 황 콘크리트의 구현 예는 황, 미세 골재, 제강 제조공정의 부산물, 및 석회석 미분말 (limestone powder)을 포함한다. 구현 예에 있어서, 상기 혼합물은 약 47중량%의 제강 슬래그 골재, 28중량%의 모래, 15중량%의 황, 및 10중량%의 석회석 미분말을 포함한다. 실험적 데이터는 제강 슬래그 골재 황 콘크리트가 물 및 황산에 노출된 경우 우수한 성능을 나타내는 것을 보여준다. 상기 제강 슬래그 골재 황 콘크리트는 구조적 및 비-구조적 황 콘크리트 성분을 제조하는데 사용될 수 있다. 상기 제강 슬래그 골재 황 콘크리트의 구현 예의 특성은 황, 석탄회, 및 독점 개질제 (proprietary modifier)를 활용하여 제조된 보통 황 콘크리트의 것보다 더 우수하다.
상기 제강 슬래그 골재 황 콘크리트의 구현 예는 종래의 골재 및 상업적 고분자 개질제의 사용을 제거한다. 구현 예에 있어서, 석회석 미분말은 석탄회의 대용으로서 사용된다. 석회석 미분말의 사용은 이의 비용을 감소시면서 상기 콘크리트의 내구성을 증가시킨다.
구현 예에 있어서, 황 콘크리트 조성물은 원소 황; 제강 슬래그 골재; 석회석 미분말; 및 모래를 포함할 수 있고, 상기 원소 황은 액체 상태를 생성하기 위해 적어도 140 ℃에서 가열되며, 상기 제강 슬래그 골재, 상기 석회석 미분말, 및 상기 모래 각각은 적어도 140 ℃에서 가열되고, 그 다음 상기 액체 상태 원소 황과 조합되며, 그 다음 고체 상태를 생성하기 위해 냉각시켜 고화시킨다. 구현 예에 있어서, 상기 석회석 미분말은 No. 100 체 (sieve)를 통해 통과시키는 것을 허용하는 분말도 (fineness)를 갖는다. 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 약 40-50중량%의 제강 슬래그 골재를 포함할 수 있다. 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 약 25-30중량%의 모래를 포함할 수 있다. 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 약 10-15중량%의 석회석 미분말을 포함할 수 있다. 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 약 15-20중량%의 황을 포함할 수 있다. 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 약 40-50중량%의 제강 슬래그 골재, 약 25-30중량%의 모래, 약 10-15중량%의 석회석 미분말, 및 약 15-20중량%의 황을 포함할 수 있다. 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 약 15중량%의 황, 47중량%의 제강 슬래그 골재, 28중량%의 모래, 및 10중량%의 석회석 미분말을 포함한다.
구현 예에 있어서, 상기 조성물은 미소한 기포 셀(fine entrained gas cells)이 없을 수 있다. 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 개질제가 없을 수 있다. 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 가소제 (plasticizers)가 없을 수 있다. 구현 예에 있어서, 상기 조성물은, 고체 상태에서, 물에서 안정하다. 구현 예에 있어서, 상기 조성물은, 고체 상태에서, 1 중량% 미만의 물을 흡수한다.
원소 황의 처리방법의 구현 예는 액체 상태로 원소 황을 가열하는 단계; 적어도 140 ℃에서 제강 슬래그 골재, 석회석 미분말, 및 모래를 각각 가열하는 단계; 콘크리트 혼합물을 생성하기 위하여 상기 액체-상태 원소 황과 각각의 가열된 제강 슬래그 골재, 석회석 미분말, 및 모래를 조합시키는 단계; 및 상기 콘크리트 혼합물을 냉각을 통하여 고화시키는 단계를 포함한다. 구현 예에 있어서, 상기 제강 슬래그는 전기로 (electric arc furnace)에서 강철을 제련시켜 생산된다.
고체 황은 오일 및 가스 생산의 부산물로서 생산될 수 있다. 당업자들이 인식하고 있는 바와 같이, 원소 황 (S˚)은 (예를 들어, SO4과 같은, 황산염과 대조적으로) 오직 황 원자를 함유하는 분자이다. 원소 황은 결정화 형태에서 노란 색상을 가질 수 있다. 원소 황은 황 오염원이 석유 및 천연 가스를 정제시에 제거된 경우 부산물로서 생산될 수 있다. 상기 황은 약 127℃ 내지 약 149℃ (260°내지 300°F)의 범위 온도에서 용융될 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 원소 황은 용융 상태로 상기 황을 가열하는 단계 및 그 다음 제강 슬래그, 석회석 (limestone), 및 모래와 이를 조합하는 단계를 포함하는 공정을 통해 처리된다. 본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 황-제강 슬래그 골재 콘크리트 ("SSAC") 혼합은 원소 황, 제강 슬래그 골재, 석회석 미분말, 및 모래를 포함할 수 있다.
석회석 미분말은, 예를 들어, 석회석을 파쇄하여, 석회석으로부터 생산된다. 석회석은 탄산칼슘 (CaCO3)의 결정 형태일 수 있다. 상기 석회석 미분말은 상대적으로 균일한 입자 크기를 갖거나 또는 다양한 입자 크기를 갖는 미세 분말이다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 석회석 미분말은 150 마이크로미터보다 더 미세할 수 있고, 따라서 No. 100 체를 통과한다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 석회석 미분말은 상기 SSAC 혼합물의 가소성을 증가시키고, 상기 황 농도를 희석시키며, 이것을 더 적은 점성을 만든다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 석회석 미분말은 표 1에서 나타낸 조성을 가질 수 있다.
석회석 미분말의 대표 구현 예의 조성
구성분 중량, %
CaO 45.7
SiO2 11.8
Fe2O3 0.68
Al2O3 2.17
MgO 1.8
LOI 35.1
하나의 구현 예에 있어서, 상기 석회석 미분말은 물 또는 산에 대한 SSAC의 내성에 영향을 미치지 않는 반면, 석회석 골재는 부정적 영향을 가질 수 있다. 상기 석회석 미분말은 블렌더 (blender) 및 충진제로서 작용한다. 상기 석회석 미분말은 또한 황과 화학적으로 결합되고, 따라서 물로부터 보호된다. 반대로, 종래의 석회석 골재는, 황 및 물 사이의 반응의 결과로서 형성된 산에 직접 노출되고, 따라서 물에 의한 공격을 당하기 쉽다. 다양한 구현 예에 있어서, 석회석 미분말의 퍼센트는 약 47%의 석회석 골재를 가질 수 있는 종래의 황 콘크리트와 대조적으로, 약 10% 내지 약 12.5%의 범위로 제한될 수 있다. 본 명세서의 목적을 위하여, 조성물 퍼센트는 특별히 명시되지 않는다면, 중량 퍼센트로 나타낸다. 더욱이, 석회석 미분말은 상기 석회석 골재보다 마모시 손실 또는 안정성 손실 (Soundness loss)에 대해 덜 민감하다 (안정성 손실 시험은 체 no. 50 (300 마이크로미터) 이상에 보유된 샘플에 적용가능하고, 마모시 손실은 번호 8 체 (2.36 mm) 이상에 보유된 샘플에 적용가능하다).
모래는 롤 모래 (rolled sand) 또는 사구 모래 (dune sand)로 분류될 수 있다. 사구 모래는 언덕에 바람에 의해 쌓인 바람-운반 모래의 유형이고, 원형의 무기물 입자 (mineral grain)를 가질 수 있다. 사구 모래 또는 롤 모래는 0.1 내지 1 mm의 범위인 직경을 갖는 무기물 입자를 포함할 수 있다. 상기 모래는 상기 SSAC에서 미세 골재로서 사용될 수 있다. 구현 예에 있어서, 미세 골재로서 사용된 모래는 0.6 mm 보다 미세하다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 미세 골재는 석영 모래 (quartz sand)일 수 있다. 상기 무기물 입자는 석영 또는 다른 무기물일 수 있다.
하나의 구현 예에 있어서, 석영 모래와 같은 미세 골재는, 다른 이유 가운데, 이것이 대부분 석영이고, 0.6 mm보다 더 미세하다는 사실에 기인하여, 손상에 대해 영향을 받지 않거나 또는 덜 영향을 받는다. 산은 석영 물질에 매우 낮은 반응을 갖는다. 더구나, 상기 석영 모래가 매우 미세하기 때문에, 이것은 치밀한 매트릭스를 형성하기 위해 상기 황 및 석회석과 블렌드될 수 있다. 상기 결과는 만약 굵은 모래 또는 탄산염 모래가 사용된다면 다르다. 또한, 자연에서 알칼리인, 상기 탄산염-계 모래는 물과 황의 반응에 기인하여 형성된 산과 반응할 수 있다. 실제로, 탄산염-계 모래는 견본의 균열을 유도하는 습기의 존재하에서 황에 의해 생산된 황산과 반응할 수 있다. 상기 SSAC의 하나의 구현 예에 대한 모래의 조성은 표 2에 나타낸다.
미세 골재의 대표적인 구현 예의 조성
구성분 중량, %
SiO2 80 - 98
Fe2O3 0.3 - 0.9
Al2O3 0.6 - 4.0
MgO 0.3 - 1.0
CaO 0.2 - 7.0
상기 SSAC의 구현 예에 대한 모래의 크기의 단계적 차이는 표 3에서 나타낸다.
미세 골재 모래의 대표적인 구현 예의 크기의 단계적 차이
체 크기 (보통 개구, mm) % 통과
No 4 (4.75 mm) 100
No 8 (2.40 mm) 100
No 16 (1.20 mm) 100
No 30 (0.60 mm) 96.2
No 50 (0.30 mm) 61.4
No 100 (0.15 mm) 21.9
No 200 (0.075 mm) 1.0
제강 슬래그는 상기 SSAC에서 굵은 골재로서 사용된다. SSAC에 대한 상기 제강 슬래그 골재는 전기로에서 강철을 정련시켜 생산된 제강 슬래그일 수 있다. 이러한 제강 슬래그는, 표 4에 나타낸 바와 같이, 화학적 조성 및 물리적 특성 모든 관점에서 고로 슬래그 (blast furnace slag)로부터 생산된 골재와 다르다. 전기로에서 강철을 정련시켜 생산된 슬래그 및 고로에서 강철을 생산하여 생산된 슬래그는 각각 "제강 슬래그"로 명명될 수 있기 때문에, SSAC의 구현 예에서 사용된 상기 제강 슬래그는 이를 전기로 슬래그로 호칭하여 구분될 수 있다. 특별한 언급이 없는 한, 본 명세서에서 용어 "제강 슬래그"는, SSAC의 구현 예를 참조하여, 전기로에서 강철을 정련하여 생산된 슬래그를 의미한다. 본 명세서에 기재된 특성과 유사한 화학적 또는 물리적 요구사항을 갖는 제강 슬래그 또는 전기로 슬래그 골재는 SSAC를 생산하는데 활용될 수 있다. 예를 들어, 구현 예에 있어서, 상기 제강 슬래그는 상기 제강 슬래그 중량의 약 20-25%인 Fe2O3 함량을 갖는다. 구현 예에 있어서, 상기 Fe2O3 함량은 상기 제강 슬래그의 약 20-30 중량%이다. 구현 예에 있어서, 상기 Fe2O3 함량은 약 26.6%이다. 전기로 슬래그의 대표적일 구현 예, 및 고로 슬래그의 비교 샘플의 조성은 표 4에 나타낸다.
고로 슬래그 및 제강 슬래그 (전기로 슬래그) 골재의 화학적 조성 및 물리적 특성
특징/조성물 (SSAC의 구현 예에 사용된)
슬래그 샘플의 중량%로서 제강 슬래그
(전기로 슬래그) 골재 		슬래그 샘플의 중량%로서
고로 슬래그 골재
SiO2 1 미만 27-38
Fe2O3 26.6 2 미만
Cao 20.2 34-43
Al2O3 6.67 7-12
MgO 6.1 7-15
비중 3 이상 2.0 내지 2.5
물 흡수 1 미만 1에서 6까지
안정성 손실 1 미만 12
마모시 손실 1 미만 35 내지 45
용융 황, 제강 슬래그, 석회석 미분말, 및 모래를 조합하여 생성된 혼합물은 황 콘크리트로서 사용된다. 황 콘크리트 및 황 모르타르는 용융된 황 및 하나 이상의 골재, 모래, 및 충진제를 조합하여 생성된다. 고화된 경우, 상기 황은 상기 황 콘크리트 또는 황 모르타르에서 바인더로서 제공될 수 있다. 상기 골재의 크기는 콘크리트가 통상적으로 모르타르보다 더 큰 골재를 포함하기 때문에, 상기 조성물이 콘크리트 또는 모르타르인지의 여부에 따라 결정할 수 있다.
본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 황-제강 슬래그 골재 콘크리트 ("SSAC") 혼합은 원소 황, 제강 슬래그 골재, 석회석 미분말, 및 모래를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예는 어떤 고분자 개질제를 사용하지 않는다. 상기 원소 황은, 예를 들어, S8 동소체 (allotrope)일 수 있다. 황의 다른 동소체는 S6, S7, S9-S15, S18, 또는 S20을 포함하여, 사용될 수 있다. 상기 모래는 석영 모래 일 수 있고, 사구 모래 또는 롤 모래일 수 있다. 상기 석회석 미분말은, 예를 들어, 150 마이크로미터보다 더 미세한 (따라서 No. 100 체를 통과하는) 것과 같은 미세 석회석 미분말일 수 있다. 상기 SSAC 혼합은 액체 상태를 생성하기 위해 적어도 140 ℃로 원소 황을 가열하여, 그리고 적어도 140 ℃로 상기 제강 슬래그 골재, 상기 석회석 미분말, 및 상기 모래를 각각 가열하여 액체로서 제조된다. 상기 액체-상태 황 및 상기 가열된 제강 슬래그 골재, 석회석 미분말, 및 모래는 그 다음 상기 고체가 상기 액체 황에 현탁되도록 조합될 수 있다. 상기 액체 황이 냉각된 경우, 이것은 고체 상태 SSAC를 생성할 수 있다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 SSAC는 약 40-50%의 제강 슬래그 골재, 25-30%의 모래, 10-15%의 석회석 미분말, 및 15-20%의 황을 가질 수 있다. 몇몇 구현 예는 개질제가 없다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 SSAC는 약 15%의 황을 가질 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 SSAC는 약 47%의 제강 슬래그 골재를 가질 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 SSAC는 약 28% 모래를 가질 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 SSAC는 약 10% 석회석 미분말을 가질 수 있다. 하나의 구현 예는 약 15%의 황, 47%의 제강 슬래그 골재, 28%의 모래, 10%의 석회석 미분말 및 개질제가 없는 것을 포함할 수 있다.
각각의 구현 예는 (가소제, 점도제 (viscosofiers), 및 레오로지성 개질제를 포함하는) 화학적 개질제와 같은, 개질제, 및 공기가 없을 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 미소한 기포 셀은 상기 SSAC에 의도적으로 도입되지 않고, 따라서, 상기 SSAC는 미소한 기포 셀이 없다. 이것은 황 콘크리트를 생성하는데 필수적 단계로서 미소한 기포 셀을 의도적으로 생성하는 최신 방법과는 다르다. 화학적 개질제는 상기 황 콘크리트의 특성을 변경하기 위해 황 콘크리트에 첨가되는 개질제이다. SSAC의 구현 예에서는 아니지만, 종래의 황 콘크리트에서 사용된 화학적 개질제의 예로는 디시클로펜타디엔 (DCPD); DCPD 및 사이클로펜타디엔의 올리고머; 석회석; 스티렌; DCPD 및 스티렌; 나프탈렌; 올레핀성 탄화수소 고분자; 비투멘; 5-에틸리덴-2-노보넨 (norbornene); 및 Chempruf™를 포함할 수 있다.
SSAC는 상업적 고분자 개질제로 제조된 황 콘크리트보다 습기 및 산성 환경에서 좀더 안정하다. 실제로, SSAC는 연장된 시간 동안 물에 함침되거나 또는 노출된 적용에서 안정될 수 있다. 유사하게, SSAC는 연장된 시간 동안 산에 함침되거나 또는 노출된 적용에서 안정될 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 황 및 상기 제강 슬래그 골재 사이의 결합은 황 및 화산암 또는 굵은 석회석 골재 사이의 결합보다 더 강하다. 반대로, 슬래그가 없는 석회석을 사용한 콘크리트는 물에 침지된 경우 분해된다.
SSAC의 구현 예는 상기 SSAC가 물에 불침투성이거나 또는 거의 불침투성이 되도록, 물의 흡수 및 산 공격에 내성을 갖는다. 굵은 석회석 골재 또는 화산암과 같은, 골재의 다른 유형은 물에 의해 불침투성이고, 따라서, 물-유도 분해를 방지하기 위해 엔캡슐화에 반드시 의존해야 한다. 상기 제강 슬래그 골재의 물 흡수는 1 중량% 미만일 수 있다. 반대로, 종래의 골재의 물 흡수는 2중량% 초과이다.
고화 전에, SSAC는 석회석 미분말을 포함하지 않는 황 콘크리트보다 더 우수한 성형성 (moldability)을 가질 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 SSAC는 석회석 미분말을 포함하지 않는 황 모르타르보다 붓기를 더 쉽게 만들 수 있는, 증가된 유동성 (flowability)을 가질 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 이의 액체 상태에서 상기 SSAC는, 이를 붓는 경우, 거푸집 공사가 가능한 충분한 유동성을 갖는다. 미세 석회석 미분말을 사용한 구현 예는 굵은 석회석 골재를 갖거나 또는 어떤 석회석을 갖지 않는 황 콘크리트와 같은 미세 석회석 미분말을 사용하지 않는 구현 예보다 좀더 작업가능할 수 있다.
SSAC의 구현 예는 물 또는 황산에 침지시 석회석, 현무암, 또는 자갈 골재로 제조된 황 콘크리트 견본보다 더 우수한 성능을 나타낸다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 SSAC의 증가된 성능은 제강 슬래그 골재의 사용에 대한, 다른 이유 가운데, 적어도 부분적으로 기여될 수 있다. 상기 다른 유형의 골재와 비교하여, 상기 제강 슬래그 골재의 증가된 성능은, 상기 제강 슬래그 골재; 낮은 안정성 손실; 마모시 낮은 손실; 및 낮은 물 흡수의 하기 특성들을 나타낸다. 어떤 이론에 제한을 두지는 않지만, 상기 미세 석회석 미분말은 SSAC 내에서 균열 전파를 완화시키고, 이에 의해 상기 SSAC의 내구성을 증진한다고 믿어진다. 기포 셀은 균열 전파의 이러한 완화를 위해 요구되지 않는다.
원소 황과 같은, 황은 원유와 같은 탄화수소를 정제하는 경우 부산물로서 생산될 수 있다. 사워 원유 (sour crude)로 알려진, 몇몇 유형의 원유는 0.5% 이상의 황을 가질 수 있다. 원유로부터 제거된 황은 저장 또는 처리되어야 한다. 구현 예에 있어서, 상기 황은 황-제강 슬래그 골재 콘크리트에 이를 혼입시켜 처리된다.
다양한 구현 예에 있어서, 황-제강 슬래그 골재 콘크리트는 120 ℃ 초과의 온도에서 노출되지 않는 적용에서 사용된다. 상기 적용들은 포장 석판, 타일, 균열된 콘크리트의 보수, 및 벽, 슬라브, 및 빔 상에 페어 코트 (fair coat)를 포함할 수 있다.
하나의 구현 예에 있어서, 황-제강 슬래그 골재 콘크리트는 마루, 벽, 구조적 기둥 및 빔 상에 페어 코트, 및 공정 장비와 같은 적용에서 내산성 코팅으로서 사용된다. 하나의 구현 예에 있어서, SSAC는 연장된 시간 동안 물에 노출된 적용에서 사용된다. 가소제 또는 다른 개질제 없이 만들어진 SSAC를 포함하는, SSAC는 고체 상태에서 물에 안정할 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 고체 상태에서, SSAC는 1 중량% 미만의 물을 흡수한다.
상기 SSAC의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 압축 강도는 54 MPa 초과이다. 표 5를 참조하면, 황-제강 슬래그 골재 콘크리트의 구현 예의 압축 강도는 석회석 골재, 황, 석탄회 및 상업적 개질제로 제조된 콘크리트와 비교된다. 비록 후자의 압축 강도가 전자보다 더 클지라도, 상기 압축 강도 사이의 차이는 상대적으로 상당하다.
압축강도 비교
혼합 명 조성물 견본 번호 압축강도, MPa 평균 압축 강도, MPa


MSC-39-NCP		 제강 슬래그 골재
● 제강 슬래그 골재-47%
● 모래-28%
● 석회석 미분말-10%
● 황-15%
● 개질제-0%
1
52.39

54.51
2 56.91
3 54.23


MSC-11		 석회석 골재
● 석회석 골재-47%
● 모래-28%
● 비산회-12.5%
● 황-10%
● 개질제-2.5%
1
62.36

59.95
2 59.53
3 57.96
표 6을 참조하면, 황-제강 슬래그 골재 콘크리트의 구현 예의 휨 강도 (flexural strength)는 석회석 골재, 황, 석탄회 및 상업적 개질제로 만들어진 콘크리트와 비교된다. 비록 후자의 휨 강도가 전자보다 더 클지라도, 두 개의 혼합의 압축 강도 사이의 차이는 상대적으로 상당하다.
휨 강도 비교
혼합 조성물 견본 번호 파단의 모듈러스, MPa 파단 모드


MSC-39-NCP
 제강 슬래그 골재
●제강 슬래그 골재s-47%
●모래-28%
●석회석 미분말-10%
●황-15%
●개질제-0% 		1 8.70 중앙 3분점에서 파단
2 9.05 중앙 3분점에서 파단
3 9.26 중앙 3분점에서 파단
평균 9.00

MSC-11		 석회석 골재
●석회석 골재-47%
●모래-28%
●비산회-12.5%
●황-10%
●개질제-2.5% 		1 10.75 중앙 3분점에서 파단
2 10.86 중앙 3분점에서 파단
3 12.44 중앙 3분점에서 파단
평균 11.35
표 7을 참조하면, 슬래그 골재를 갖는 SSAC의 구현 예는 120일 초과동안 물에서 안정성이 예상외로 입증된 반면, 개질제를 갖는 굵은 석회석 골재를 갖는 황 콘크리트는 물에서 4일 이내에 악화되고, 어떤 개질제 없는 굵은 석회석 골재를 갖는 황 콘크리트는 물에서 58일 이내에 저하된다. 유사하게, 굵은 골재로서 자갈을 갖는 황 콘크리트는 물에서 30일 이내에 악화된다.
물 안정성 비교
시험 샘플 번호 혼합 %에서
굵은 골재 유형 및 함량 		혼합%에서
미세 골재 유형 및 함량		 혼합 %에서
충진 유형 및
함량		 황 개질제 물에서 악화될 때까지의 기간
1 석회석 47% 사구 모래 28% 석회석 미분말 10% 12.5% 2.5% 4일 미만
2 석회석 47% 사구 모래 28% 석회석 미분말 10% 15% 0 58일 미만
3 자갈 47% 사구 모래 28% 석회석 미분말 10% 10% 2.5% 30일 미만
4 슬래그 골재 사구 모래 28% 석회석 미분말 10% 15% 0 120일 초과
5 슬래그 골재 사구 모래 28% 석회석 미분말 12.5% 15% 0 317일 초과
안정성 손실은 물질의 내산성을 수량화할 수 있는 미터법이다. 마그네슘 안정성 손실 (ASTM C88)은 110℃에서 샘플을 건조하고, 순환 수에 대해 시험을 반복하는 16 내지 18 시간 동안 황산 마그네슘 용액에 골재 샘플을 침지시켜 결정된다. 상기 시험의 마지막에서, 상기 안정성 손실은 시험 전 및 후에 샘플의 중량을 비교하여 계산된다. SSAC에서 사용된 상기 제강 슬래그 골재의 안정성 손실은 다른 골재의 것보다 덜하다. 표 8에서 나타낸 바와 같이, 상기 제강 슬래그 골재의 안정성 손실은 1% 미만이고, 반면 다른 골재에서는 약 10% 이상이다.
다양한 유형의 골재의 안정성 손실
골재 안정성 손실, %
제강 슬래그 0.83
석회석 14.1
자갈 18.2
현무암 (Igneous) 9.26
마모시 손실은 마모로부터 물질의 내손상성을 정량화할 수 있는 미터법이다. ASTM C 131에 따라 시험된 경우 상기 제강 슬래그 골재의 마모시 손실은 다른 골재의 것보다 덜하다. 하기 표 9에서 나타낸 바와 같이, 상기 제강 슬래그 골재의 마모시 손실은 1% 미만이고, 다른 유형의 골재에서는 17%를 초과한다.
다양한 유형의 골재의 마모시 손실
골재 마모시 손실, %
제강 슬래그 0.26
석회석 21.2
자갈 (골짜디 골재) 41.6
현무암 (Igneous) 17.2*
*문헌으로부터 얻은 값
물 흡수는 물질에 의해 흡수된 물의 양을 정량화하는데 사용될 수 있다. 상기 제강 슬래그 골재의 물 흡수는, 하기 표 10에서 나타낸 바와 같이, 다른 유형의 골재의 것보다 덜하다.
다양한 유형의 골재의 물 흡수
골재 물 마모 %
제강 슬래그 0.85
석회석 2.0
자갈 (골짜기 골재) 1.9
현무암 (Igneous) 1.10
비록 본 발명이 상세하게 기재되었을지라도, 다양한 변화, 치환, 및 변형은 본 발명의 원리 및 범주에 벗어나지 않고 지금 이후로 만들어질 수 있다고 이해될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주는 하기 청구항 및 이들의 적절한 법적 균등물에 의해 결정될 수 있다.
"단수"형태는, 특별한 언급이 없는 한, 적어도 하나 또는 하나 이상을 의미한다.
선택적 또는 선택적으로는 후속하여 기재된 사건 또는 상황이 발생할 수 있거나 또는 발생하지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 상기 기재는 상기 사건 또는 상황이 발생한 경우 및 발생하지 않은 경우를 포함한다.
범위는 "약" 하나의 특정 값으로부터, 및/또는 "약" 다른 특정 값으로 본 발명에서 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현된 경우, 또 다른 구현 예는 상기 범위 내에 모든 조합과 함께, 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지를 포함되는 것으로 이해될 것이다.
특허 또는 공보를 참조하는, 본 출원의 전반에 걸쳐, 이들 문헌의 전체적인 내용의 개시는, 이들 문헌이 본 명세서에서 만들어진 서술을 반박하는 경우를 제외하고, 본 발명이 속하는 기술분야의 상태에서 더욱 기술하기 위하여, 본 출원에 참조로서 혼입되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 원소 황;
    제강 슬래그 골재;
    석회석 미분말; 및
    석영 모래를 포함하며,
    상기 원소 황은 액체 상태를 생성하기 위해 적어도 140 ℃로 가열되고, 상기 제강 슬래그 골재, 상기 석회석 미분말 및 상기 모래는 각각 적어도 140 ℃로 가열된 다음 상기 액체 상태 원소 황과 조합되며, 상기 원소 황은 그 다음 고체 상태 콘크리트 조성물을 생성하기 위해 냉각을 통하여 고화시키며,
    여기서 상기 조성물은 40-50중량%의 제강 슬래그 골재를 포함하는 황 콘크리트 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 석회석 미분말은 150 마이크로미터보다 더 미세한 황 콘크리트 조성물.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 조성물은 25-30중량%의 모래를 더욱 특징으로 하는 황 콘크리트 조성물.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 조성물은 10-15중량%의 석회석 미분말을 더욱 특징으로 하는 황 콘크리트 조성물.
  6. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 조성물은 15-20중량%의 황을 더욱 특징으로 하는 황 콘크리트 조성물.
  7. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 조성물은 40-50중량%의 제강 슬래그 골재, 25-30중량%의 모래, 10-15중량%의 석회석 미분말, 및 15-20중량%의 황을 더욱 특징으로 하는 황 콘크리트 조성물.
  8. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 조성물은 15중량%의 황, 47중량%의 제강 슬래그 골재, 28중량%의 모래, 및 10중량%의 석회석 미분말을 더욱 특징으로 하는 황 콘크리트 조성물.
  9. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 조성물은 미소한 기포 셀(fine entrained gas cell)이 없는 황 콘크리트 조성물.
  10. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 조성물은 개질제가 없는 황 콘크리트 조성물.
  11. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 조성물은 가소제가 없는 황 콘크리트 조성물.
  12. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 제강 슬래그는 20-30중량%의 Fe2O3를 특징으로 하는 황 콘크리트 조성물.
  13. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 모래는 0.6mm보다 더 미세한 황 콘크리트 조성물.
  14. 15-20중량%의 원소 황;
    40-50중량%의 제강 슬래그 골재;
    10-15중량%의 석회석 미분말; 및
    25-30중량%의 모래를 포함하는 황 콘크리트 조성물로서;
    상기 원소 황은 액체 상태를 생성하기 위해 적어도 140 ℃로 가열되고, 상기 제강 슬래그 골재, 상기 석회석 미분말 및 상기 모래는 각각 적어도 140 ℃로 가열된 다음 상기 액체 상태 원소 황과 조합되며, 상기 조성물은 그 다음 고체 상태 콘크리트 조성물을 생성하기 위해 냉각을 통하여 고화시키는 황 콘크리트 조성물.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 석회석 미분말은 150 마이크로미터보다 더 미세한 황 콘크리트 조성물.
  16. 청구항 14 또는 15에 있어서,
    상기 조성물은 47중량%의 제강 슬래그 골재, 28중량%의 모래, 15중량%의 황, 및 10중량%의 석회석 미분말을 더욱 특징으로 하는 황 콘크리트 조성물.
  17. 청구항 14 또는 15에 있어서,
    상기 조성물은 미소한 기포 셀이 없는 황 콘크리트 조성물.
  18. 청구항 14 또는 15에 있어서,
    상기 조성물은 개질제가 없는 황 콘크리트 조성물.
  19. 원소 황을 액체 상태로 가열시키는 단계;
    제강 슬래그 골재, 석회석 미분말, 및 모래를 각각 적어도 140 ℃로 가열시키는 단계;
    콘크리트 혼합물을 생성하기 위하여 상기 액체-상태 원소 황과 각각의 가열된 제강 슬래그 골재, 석회석 미분말, 및 모래를 조합시키는 단계; 및
    상기 콘크리트 혼합물을 냉각을 통하여 고화시키는 단계를 포함하는 원소 황의 처리방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제강 슬래그는 전기로에서 강철을 제련시켜 생성되는 원소 황의 처리방법.
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