KR101730050B1 - 탈황석고를 사용한 미네랄하이드레이트 단열 소재 및 그 제조 방법 - Google Patents

탈황석고를 사용한 미네랄하이드레이트 단열 소재 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101730050B1
KR101730050B1 KR1020140113115A KR20140113115A KR101730050B1 KR 101730050 B1 KR101730050 B1 KR 101730050B1 KR 1020140113115 A KR1020140113115 A KR 1020140113115A KR 20140113115 A KR20140113115 A KR 20140113115A KR 101730050 B1 KR101730050 B1 KR 101730050B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gypsum
mineral hydrate
heat insulating
slurry
insulation material
Prior art date
Application number
KR1020140113115A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160025800A (ko
Inventor
추용식
서성관
박재완
윤영민
Original Assignee
한국세라믹기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국세라믹기술원 filed Critical 한국세라믹기술원
Priority to KR1020140113115A priority Critical patent/KR101730050B1/ko
Publication of KR20160025800A publication Critical patent/KR20160025800A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101730050B1 publication Critical patent/KR101730050B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/14—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements
    • C04B28/16—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements containing anhydrite, e.g. Keene's cement
    • C04B28/165—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements containing anhydrite, e.g. Keene's cement containing synthetic anhydrite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B11/00—Calcium sulfate cements
    • C04B11/26—Calcium sulfate cements strating from chemical gypsum; starting from phosphogypsum or from waste, e.g. purification products of smoke
    • C04B11/262—Calcium sulfate cements strating from chemical gypsum; starting from phosphogypsum or from waste, e.g. purification products of smoke waste gypsum other than phosphogypsum
    • C04B11/264—Gypsum from the desulfurisation of flue gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/044—Polysilicates, e.g. geopolymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • C04B22/08—Acids or salts thereof
    • C04B22/14—Acids or salts thereof containing sulfur in the anion, e.g. sulfides
    • C04B22/142—Sulfates
    • C04B22/143—Calcium-sulfate
    • C04B22/145—Gypsum from the desulfuration of flue gases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

본 발명은 단열 소재 제조시 천연 자원인 생석회 및 무수석고 대신에 탈황석고를 혼합하여, 천연 자원의 사용을 줄이고 산업 부산물을 재활용하여 원료 비용이 절감된 미네랄하이드레이트 단열 소재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르는 탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재 제조 방법은, OPC 50wt%, 규석 35wt%, 탈황석고 15wt%로 이뤄지는 100wt%의 혼합 분말 원료에 알루미늄 분말 0.6중량부를 혼합하여 배합물을 조성하는 단계; 상기 배합물에 혼합수 130중량부를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; 상기 슬러리를 양생, 수열합성, 건조하여 경화체를 생성하는 단계를 포함하는 것을 구성적 특징으로 한다.

Description

탈황석고를 사용한 미네랄하이드레이트 단열 소재 및 그 제조 방법{MINERAL HYDRATE INSULATION MATERIAL USING DESULFURIZATION GYPSUM AND FABRICATION METHOD THEREOF}
본 발명은 탈황석고를 이용한 미네랄하이드레이트 단열 소재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 단열 소재 제조시 천연 자원인 생석회 및 무수석고 대신에 탈황석고를 혼합하여, 천연 자원의 사용을 줄이고 산업 부산물을 재활용하여 원료 비용이 절감된 미네랄하이드레이트 단열 소재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
건물에서 배출되는 온실가스는 우리나라 전체 온실가스 배출량의 약 25% 수준이며, 이는 선진국 수준인 40%까지 증가할 것으로 예상된다.
해외 건축시장에서는 고효율 친환경성능을 갖춘 단열소재의 개발이 진행 중이며, 이미 유럽 및 일본 등의 선진국에서는 기존 단열소재의 문제점(강도, 내열성, 시공성, 인체유해성 등)을 극복한 다양한 제품을 사용하고 있다.
따라서 국내에서도 에너지 자원 절약, 안전하고 쾌적한 주거환경 조성 등을 위해 새로운 개념의 단열소재 및 부품이 개발되고 있다.
기존의 유기단열재로는 스티로폼이나 폴리우레탄 등이 주로 사용되는데, 우수한 단열성능을 갖지만, 연소시 많은 유독가스가 발생하고 시공성 및 강도 특성도 취약하다.
무기단열재로는 유리섬유, 암면 등이 주로 사용되는데, 내열성능과 단열성능은 우수하나 수분(물)을 흡수하는 능력이 매우 커서, 이로 인한 처짐현상, 시공성 불량 등의 문제점이 있다.
경량 기포 콘크리트(Autoclaved Lightweight Concrete, ALC)는 강도가 우수하여 시공이 용이하고, 내화성을 갖으며, 인체 및 환경에 대해 무해하다는 장점을 갖지만, 하지만 기존의 유기/무기 단열재보다 비중(0.5/cm3)과 열전도율(≒0.11W/mK)이 높아, 단열성능이 불량하다.
미네랄 하이드레이트(mineral hydrate) 단열소재는 경량 기포 콘크리트(ALC)의 장점을 극복한 소재로, 분말시료를 물과 발포제 등을 혼합하여, 발포시킨 후, 오토클레이브(Autoclave)에서 수열합성방법으로 제조되는 방식은 유사하나, 배합시 기공량을 극대화(기공량 80~90%)로 하여, ALC보다 발포정도 및 내부기공률이 증가하여, ALC보다 초경량이며, 우수한 열전도율과 시공성을 갖는다.
일반적으로 미네랄 하이드레이트 단열소재는 발포방법에 따라 크게 두 가지로 분류된다. 첫 째는 알루미늄 분말, 아연 분말, 과산화수소, 칼슘 카바이드 등의 화학반응에 의해 발생되는 가스를 이용한 가스 콘크리트(Gas Concrete)이고, 두번 째는 표면활성제(AE제)나 젤라틴, 사포닌, 기포안정제 등의 혼합액을 기계적으로 발포시켜 슬러리 중에 혼합하는 발포 콘크리트(Foamed Concrete)이며, 가스 콘크리트에 대해서는 "수열합성법을 이용한 무기계 단열소재 제조방법 및 특성에 관한 연구(2), 225~232, 한국건설순환자원학회지, 2013년"에 개시되어 있다.
가스 콘크리트의 일종인 미네랄 하이드레이트 단열소재는, 보통 포트랜드 시멘트(ordinary portland cement, OPC) 50wt%, 규석 35wt%, 무수석고 5wt%, 생석회 10wt%의 분말을 슬러리 상태로 혼합한 후, 알루미늄 분말로 발포시키는 단열 소재로, 0.11~ 0.20g/㎤의 비중 및 0.05 ~ 0.045W/mK의 열전도율을 갖는다.
이처럼 높은 단열성을 갖는 경량의 미네랄 하이드레이트 단열소재를 제작하기 위해 사용되는 무수석고 및 생석회는 천연 자원으로 이를 대체할 수 있는 저렴한 물질을 얻기 위한 연구가 활발히 진행중이다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 미네랄 하이드레이트 단열 소재 제조시 사용되는 분말원료(OPC, 규석, 생석회, 석고) 중 생석회 및 석고를 산업 부산물인 탈황석고로 대체함으로써 산업 부산물 재사용 및 천연 자원 사용을 억제하는 것이다.
본 발명에 따르는 탈황 석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재 제조 방법은, OPC 50wt%, 규석 35wt%, 탈황석고 15wt%로 이뤄지는 100wt%의 혼합 분말 원료에 알루미늄 분말 0.6중량부를 추가로 혼합하여 배합물을 조성하는 단계; 상기 배합물에 혼합수 130중량부를 추가로 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 슬러리를 양생, 수열합성, 건조하여 경화체를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재는 OPC 50wt%와 규석 35wt%와 탈황석고 15wt%로 이뤄지는 100wt%의 혼합 분말 원료에 알루미늄 분말 0.6중량부와 혼합수 130중량부를 추가로 혼합하여 구성되는 것을 구성적 특징으로 한다.
바람직하게는, 탈황석고는 2.95wt%의 SiO2, 58.4wt%의 CaO, 0.91wt%의 Al2O3, 0.54wt%의 Fe2O3, 35.6wt%의 SO3, 0.89wt%의 MgO를 포함한다.
바람직하게는, 탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재의 압축 강도는 0.44MPa이다.
바람직하게는, 탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재의 열전도율은 0.048W/mK이다.
바람직하게는, 탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재의 비중은 0.11g/㎤이다.
바람직하게는, 탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재는 50.5wt%의 SiO2와, 29.7wt%의 CaO와, 1.80wt%의 SO3를 포함한다.
본 발명에 따르는 탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재는 단열 소재 제조시 분말 재료로 탈황석고를 혼합하여 저렴한 비용으로 열전도율 및 비중을 유지할 수 있다.
도1은 표2의 탈황석고 배합비율에 따라 각각 배합된 직후 및 2시간 이후에 측정된 슬러리 높이를 나타내는 그래프이다.
도2는 표2의 탈황 석고 배합 비율에 따라 각각 제조된 1차 시편들의 압축 강도를 나타내는 그래프이다.
도3은 표2의 탈황 석고 배합 비율에 따라 각각 제조된 1차 시편들의 열전도율을 나타내는 그래프이다.
도4는 표2의 탈황 석고 배합 비율에 따라 각각 제조된 1차 시편들의 비중을 나타내는 그래프이다.
도5는 표3의 알루미늄 분말 배합 비율에 따라, 탈황 석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재 2차 시편들과 일반 미네랄하이드레이트 단열 소재 시편 각각에 대한 비중과 압축 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도6은 표3의 알루미늄 분말 배합 비율에 따라, 탈황 석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재 2차 시편들과 일반 미네랄하이드레이트 단열 소재 시편 각각에 대한 비중과 열전도율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도7의 (a)는 일반 미네랄하이드레이트 단열 소재의 다공성을 나타내는 사진이고, (b)는 탈황 석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재 시편의 다공성을 나타내는 사진이다.
도8a는 일반 미네랄하이드레이트 단열 소재 시편의 XRD 패턴을 나타내는 그래프이고, 도8b는 탈황 석고를 사용하는 미네랄 하이드레이트 단열 소재 시편의 XRD 패턴을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따르는 탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재에 대해 도면을 참고로 하여 설명한다.
OPC, 규석, 생석회, 석고를 분말원료로 사용하는 일반 미네랄하이드레이트에 비해, 생석회 및 규석 대신에 탈황석고를 사용하는 미네랄 하이드레이트 단열 소재의 경우 비중, 열전도율 및 압축강도에 있어서 어떠한 특성을 갖는지를 알아보고, 탈황석고 최적 배합비를 얻기 위해 다음과 같은 실험을 실시한다.
1. 1차 시편 제작
일반적인 미네랄하이드레이트 단열소재의 열전도율 및 압축강도와 거의 유사한 열전도율 및 압축 강도를 갖는 탈황석고 첨가 미네랄하이드레이트 단열소재의 탈황석고 최적 배합비를 얻기 위해, 1차 시편을 제작하여, 탈황석고 배합비에 따르는 압축 강도, 열전도성, 비중의 변화를 측정하고, 또한 슬러리 발포 및 침하 정도를 조사한다.
탈황 석고를 혼합한 미네랄하이드레이트 단열 소재 및 ALC에 사용되는 출발원료의 주요 구성성분은 표1과 같다(단위 : wt%).
SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3 SO3 MgO
1종 포틀랜드 시멘트
(OPC)		 21.82 62.12 5.86 2.74 2.36 2.73
규석
(quartzite)		 92.1 0.36 2.36 2.26 0.05 1.06
생석회
(lime)		 1.68 90.38 0.39 0.43 0.70 0.87
무수석고
(anhydrous gypsum)		 1.71 39.32 0.45 0.18 53.18 -
탈황석고
(desulfurization gypsum)		 2.95 58.4 0.91 0.54 35.6 0.89
탈황석고 배합비 도출을 위해 사용되는 출발원료는 미네랄 하이드레이트 단열소재에서 사용되는 원료와 동일하다. 화학분석을 통한 SiO2원으로는 규석이 사용되고, CaO원으로는 생석회와 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)에 추가로 무수석고, 탈황석고 등이 사용되는 분말이며, 발포제인 알루미늄 분말, 기포안정제 등이 추가배합제로 구성된다.
본 발명에서 미네랄하이드레이트 단열소재를 제조하기 위해 생석회 및 무수석고 대신에 사용되는, 산업부산물인 탈황석고는 일반적으로 표1에 표시된 바와 같이, 2.95wt%의 SiO2, 58.4wt%의 CaO, 0.91wt%의 Al2O3, 0.54wt%의 Fe2O3, 35.6wt%의 SO3, 0.89wt%의 MgO로 구성되어 있다.
본 발명에서, 미네랄하이드레이트 단열소재(Ref.) 및 4종의 탈황석고 첨가 미네랄하이드레이트 1차 시편 제작을 위한 출발 원료는 표2(단위 : wt%)에 표시된 바와 같은 배합비로 구성된다.
표2에서 미네랄하이드레이트 단열소재(Ref.)는 OPC, 규석, 생석회, 무수석고를 포함하는 혼합 분말 원료를 기준(100wt%)로 하고. 나머지 물질(물, 알루미늄 분말)을 혼합 분말 원료에 대해 외할(外割) 첨가 방식으로 첨가한다. 즉, 미네랄하이드레이트 단열소재(Ref.)의 혼합 분말 원료는 OPC 50wt%, 규석 35wt%, 생석회 10wt% 및 무수석고 5wt%를 배합한 것으로, 여기에 혼합 분말 원료 대비 130중량부의 물과 0.6중량부의 알루미늄 분말을 외할로 첨가한다.
샘플 Ref. No.1 No.2 No.3 No.4
1종 포틀랜드 시멘트
(OPC)		 50 50 50 50 50
규석
(quartzite)		 35 35 35 35 35
생석회
(lime)		 10 7 10 5 -
무수석고
(anhydrous gypsum)		 5 3 - - -
탈황석고
(desulfurization gypsum)		 - 5 5 10 15
물 130
Al 분말 0.6
CaO/SiO2 몰 비(mole ratio) 1.04 0.85 0.77 0.64 0.63
4종의 탈황석고 첨가 미네럴하이드레이트 1차 시편(No.1, No.2, No.3, No.4)은 미네랄하이드레이트 단열소재(Ref.)의 혼합 분말 원료 중 생석회 및 무수석고의 일부 또는 전량을 탈황석고로 대체하고, 여기에 물과 알루미늄 분말을 외할 첨가 방식으로 첨가한다.
1차 시편 No.1의 경우 혼합 분말 원료는 OPC 50wt%, 규석 35wt%, 생석회 7wt%, 무수석고 3wt% 및 탈황석고 5wt%를 배합한 것으로, 여기에 혼합 분말 원료 대비 130중량부의 물과 0.6중량부의 알루미늄 분말을 첨가한다.
1차 시편 No.2의 경우 혼합 분말 원료는 OPC 50wt%, 규석 35wt%, 생석회 10wt% 및 탈황석고 5wt%를 배합한 것으로, 여기에 혼합 분말 원료 대비 130중량부의 물과 0.6중량부의 알루미늄 분말을 첨가한다.
1차 시편 No.3의 경우 혼합 분말 원료는 OPC 50wt%, 규석 35wt%, 생석회 5wt% 및 탈황석고 5wt%를 배합한 것으로, 여기에 혼합 분말 원료 대비 130중량부의 물과 0.6중량부의 알루미늄 분말을 첨가한다.
1차 시편 No.4의 경우 혼합 분말 원료는 OPC 50wt%, 규석 35wt% 및 탈황석고 15wt%를 배합한 것으로, 여기에 혼합 분말 원료 대비 130중량부의 물과 0.6중량부의 알루미늄 분말을 외할로 첨가한다.
OPC나 규석은 혼합수의 반응속도가 빠르므로, 슬러리 상의 일정한 발포를 위해, 3 ~ 5 분 동안 혼합 분말 원료를 롤밀(roll mill)을 통해 고르게 혼합한 후, 물을 혼합 분말 원료 대비 130중량부 혼합하여 슬러리 상태로 만들고, 발포제(Al 분말)과 기포 안정제를 외할로 첨가하여 혼합한다.
표2와 같은 탈황 석고 혼합 함량을 갖는 혼합 분말 원료에 물, 발포제, 기포 안정제를 혼합하여 생성된 슬러리로부터 생성되는 1차 시편들의 물성을 측정한 결과는 다음과 같다.
1-2. 탈황석고 혼합 함량에 따르는 발포 정도 측정
발포 정도를 측정함으로써, 슬러리의 반응성 및 알루미늄 발포제와의 반응 상태를 예측할 수 있다.
발포상태는 출발원료의 분말도 및 성분함량의 차이에 따라 달라진다. 탈황석고 혼합 함량에 따른 발포 정도를 측정하기 위해, 20 x 20 x 20cm의 스티로폼 몰드에서, 각 배합조건에 따라 배합한 후 직후의 발포 전 상태인 슬러리의 높이와 2시간 이후 발포가 완료된 최종 상태에서의 슬러리의 높이를 측정한 결과는 도1의 그래프와 같다.
도1에 도시된 바와 같이, 탈황석고로 전량 대체된 No.4 배합물 슬러리는 Ref. 배합물 슬러리에 비해 비교적 높은 발포 정도(180mm)를 나타낸다. 일부만 탈황석고로 대체된 No.1 배합물 슬러러는 Ref. 배합물 슬러리에 비해 비교적 덜 발포되었으며(170mm), No.2 및 No.3 배합물 슬러리는 Ref. 배합물 슬러리 만큼 발포된 후 윗부분이 침하된다. 이러한 침하 현상은 탈황석고를 사용하기 때문으로, 무수석고보다 CaO함량이 높은 탈황석고를 사용하는 경우, 물과의 수화반응으로 슬러리 내부의 온도가 급상승하여 기포들이 급격하게 생성되며, 이렇게 급격하게 생성된 기포들은 서로 병합되어 큰 기포를 생성하는데, 이러한 큰 기포들은 슬러리의 비중을 이기지 못해 발포된 슬러리의 상부가 침하된다.
1-3. 탈황석고 혼합 함량에 따르는 압축 강도 측정
본 발명에서는 UTM을 이용하여 KS F 2701 규격에 따라 매초 9.8N/㎠의 재하속도(loading velocity)로 압축강도를 측정한다. 압축강도는, 표2의 배합비에 따라 제작되어 10 x 10 x 10cm 크기로 절단된 시편을 준비하고, 시편을 (70±5)℃로 건조한 후 실온으로 식혀서, 그 함수율이 (10±2)%가 되는 상태에서 발포방향의 직각방향으로부터 가압하고, 시편이 파괴될 때의 하중(P)을 시편의 가압 면적(A)으로 나눔으로써 얻을 수 있다.
Figure 112014082228719-pat00001
( W 1 : 표준 건조 질량(g) , W 0 : 절대 건조 질량(g))
Figure 112014082228719-pat00002
도2는 표2의 배합비에 따라 제작된 시편들의 압축강도를 나타내는 그래프이다. 도2에 도시된 바와 같이, Ref. 시편의 압축 강도는 0.47Mpa이고, No.1, No.2, No.3, No.4 탈황 석고 첨가 미네랄하이트레이트 시편의 압축 강도는 각각 0.45Mpa, 0.43Mpa, 0.44Mpa, 0.44Mpa이다.
1-4. 탈황석고 혼합 함량에 따르는 열전도율 측정
1차 시편의 열전도율 측정은 KS L 9016의 평판열류계법으로 Thermo ELECTRON CORPORATION HAAKE PHOENIX 2 의해 상판 35℃, 하판 15℃에서 측정한다. 열전도율 측정 시편의 크기는 20cm×20cm×3cm이다.
도3은 표2의 배합비에 따라 제작된 시편들의 열전도율을 나타내는 그래프이다. 도3에 도시된 바와 같이, Ref. 시편의 열전도율은 0.047W/mK이고, No.1, No.2, No.3, No.4 탈황 석고 첨가 미네랄하이트레이트 시편의 열전도율은 각각 0.048W/mK, 0.051W/mK, 0.052W/mK, 0.48W/mK이다.
1-5. 탈황석고 혼합 함량에 따르는 비중 측정
출발원료로, 표2와 같이, 생석회 및 무수석고 대신 탈황석고를 일부 또는 전량 혼합하여 제조된 1차 시편의 비중을 측정한다. 비중은 KS F 2701 규격에 따라 100℃이상에서 24시간 동안 건조한 후, 실온에서 식힌 상태에서 부피와 질량을 각각 디지털 자와 전자저울을 이용하여 측정한다.
도4는 표2의 배합비에 따라 제작된 시편들의 비중을 나타내는 그래프이다. 도4에 도시된 바와 같이, Ref. 시편의 비중은 0.12g/㎤이고, No.1, No.2, No.3, No.4 탈황 석고 첨가 미네랄하이트레이트 시편의 비중은 각각 0.13g/㎤, 0.21g/㎤, 0.18g/㎤, 0.11g/㎤이다.
이상 살펴본 바와 같이, 도1의 그래프에서 나타난 바와 같은 슬러리의 침하로 인해 비중의 차이가 도4와 같이 나타난다. 또한, 비중의 차이로 인한 열전도율의 차이로 Ref.에 비해 비중이 높아지는 만큼, 열전도율도 Ref.에 비해 높아지는 것을 알 수 있다. 그러나, No.4 시편의 경우 Ref. 시편을 제외한 다른 배합비의 시편에 비해 비교적 비중과 열전도율이 낮다.
Ref. 시편과 No,4 시편은 각각 비중이 0.12g/cm3, 0.11g/cm3 이고, 열전도율은 각각 0.047W/mK, 0.048W/mk라는 평균값으로, No.4 시편은 비중에 비해 열전도율이 높은 것을 알 수 있다. 이는, 탈황석고를 물과 혼합할 때 탈황된 성분들이 물 위에 분리되면서 물성에도 영향을 주는 거라 사료된다.
도1 내지 도4의 그래프를 통해, 제조시 탈황석고를 제조공정상 가장 많이 사용하며, 미네랄하이드레이트 단열소재와 비교하여, 동일한 물성을 갖는 No.4 시편의 배합비가 최적배합비임을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따르는 탈황석고를 사용한 미네랄하이드레이트 단열 소재를 제조하기 위한 혼합 분말 원료의 최적 배합비는 OPC 50wt%, 규석 35wt%, 탈황석고 15wt%이다.
2. 최적 배합 조건에 의한 비중별 2차 시편 제작
전술한 바와 같이 탈황석고를 사용한 미네랄하이드레이트 단열 소재 제조용 최적 배합비의 혼합 분말 원료에 Al 분말 첨가량을 다르게 하는 2차 시편을 제작하여 비중별 일관성 및 열전도율과 압축강도의 변화를 알아본다.
2차 시편 배합비는 표3(단위 : wt%)과 같다.
샘플 D-1 D-2 D-3
1종 포틀랜드 시멘트
(OPC)		 50 50 50
규석
(quartzite)		 35 35 35
탈황석고
(desulfurization gypsum)		 15 15 15
물(중량부) 130
Al 분말(중량부) 0.6 0.5 0.13
비중(g/㎤) 0.12 0.23 0.35
도출된 최적배합조건이 실제 공정에서 사용되는데, Green Cake(배합 후, 24시간 양생한 상태)은 Autoclave 과정을 거친 뒤 수열합성 및 수화물 등으로 인해 강도가 발현된다. Green cake 상태에서, 일정한 강도를 유지하여야, 공정상에서 운송이나, 미동에 의한 크랙 및 물성이 변화되는 요인을 줄일 수 있다.
독일이나 중국 등에서 생산되고 있는 표3의 비중0.12g/cm3, 0.23g/cm3, 0.35g/cm3 제품(D-1, D-2, D-3)의 강도를 기준으로, 탈황석고가 첨가된 미네랄하이드레이트 단열소재의 비중, 압축강도, 열전도율을 및 ALC와 비교 분석하고, 각각의 XRD분석을 통해 주성분에 대한 분석을 진행하면 다음과 같다.
표4는 OPC 50wt%, 규석 35wt%, 생석회 10wt%, 무수석고 5wt%의 혼합 분말 원료로 제조되는 일반 미네랄하이드레이트 단열 소재(Ref.)와, 본 발명에 따라 OPC 50wt%, 규석 35wt%, 탈황석고 15wt%의 혼합 분말 원료로 제조되는 미네랄하이드레이트 단열 소재 각각의 주요 구성 성분의 비율을 나타내는 표이다.
샘플 분석 성분 wt%
일반 미네랄하이드레이트
단열소재(Ref.)
 SiO2 51.0
CaO 27.5
SO3 2.46
탈황석고 첨가
미네랄하이드레이트 단열소재		 SiO2 50.5
CaO 29.7
SO3 1.80
표4에 표시된 바와 같이, 본 발명에 따르는 탈황석고 첨가 미네랄하이드레이트 단열소재는 50.5wt%의 SiO2와, 29.7wt%의 CaO와, 1.80wt%의 SO3를 주요 성분으로 포함하고 있다.
도5는 본 발명에 따르는 탈황석고를 혼합한 미네랄하이드레이트 단열소재 시편 및 일반 미네랄하이드레이트 단열소재 시편의 각각의 비중대비 압축강도를 측정한 결과를 나타낸다. 도5의 그래프에서 알 수 있듯이, 비중이 늘어날수록, 본 발명에 따르는 탈황석고를 혼합한 미네랄하이드레이트 단열소재 시편의 압축 강도가 일반 미네랄하이드레이트 단열 소재 시편의 압축 강도보다 약 3MPa 떨어짐을 알 수 있으며, 이러한 정도의 차이는 출발원료의 종류 및 배합 조건의 변화로 인해 조절가능하다.
도6은 표3의 알루미늄 분말 배합 비율에 따라, 탈황 석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재 2차 시편들과 일반 미네랄하이드레이트 단열 소재 시편 각각에 대한 비중과 열전도율의 관계를 나타내는 그래프이고, 도7의 (a)는 일반 미네랄하이드레이트 단열 소재의 다공성을 나타내는 사진이고, (b)는 탈황 석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재 시편의 다공성을 나타내는 사진이며, 도8a는 일반 미네랄하이드레이트 단열 소재 시편의 XRD(X-ray diffraction, X 선 회절 분석) 패턴을 나타내는 그래프이고, 도8b는 탈황 석고를 사용하는 미네랄 하이드레이트 단열 소재 시편의 XRD 패턴을 나타내는 그래프이다.
도6, 도7, 도8a 및 도8c를 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따르는 탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열소재는 탈황 석고 대신 생석회 및 무수석고를 사용하는 일반 미네랄하이드레이트 단열소재와 비슷한 정도의 비중 및 열전도율, 유사한 기공율, 유사한 크기의 피크를 갖는 XRD 패턴을 갖는다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르는 탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재는 출발원료의 종류 및 배합 조건의 변화로 인해 조절가능한 정도의 차이(약 3MPa)를 가지나, 종래의 미네랄하이드레이트 단열 소재와 동등한 비중 및 열전도율을 유지하여, 종래의 생석회 및 무수석고를 사용하는 일반 미네랄하이드레이트 단열소재를 대체할 수 있으며, 따라서 산업부산물의 재활용 및 천연자원의 사용을 줄이는 친환경 제조 공정을 실현할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 혼합 분말 원료를 준비하는 단계;
    상기 혼합 분말 원료에 혼합 분말 원료 대비 0.6중량부의 알루미늄 분말을 추가로 혼합하여 배합물을 조성하는 단계;
    상기 배합물에 상기 혼합 분말 원료 대비 130중량부의 혼합수를 추가로 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계;
    상기 슬러리를 양생, 수열합성, 건조하여 경화된 단열 소재를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 혼합 분말 원료는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 50wt%, 규석 35wt%, 탈황석고 15wt%로 이뤄지고,
    상기 탈황 석고는 2.95wt%의 SiO2, 58.4wt%의 CaO, 0.91wt%의 Al2O3, 0.54wt%의 Fe2O3, 35.6wt%의 SO3, 0.89wt%의 MgO로 구성되고,
    상기 단열 소재는 50.5wt%의 SiO2와, 29.7wt%의 CaO와, 1.80wt%의 SO3를 포함하는 것을 특징으로 하는
    탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 따르는 방법에 의해 제조되는 미네랄하이드레이트 단열 소재.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 단열 소재의 압축 강도는 0.44MPa인 것을 특징으로 하는 탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 단열 소재의 열전도율은 0.048W/mK인 것을 특징으로 하는 탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 단열 소재의 비중은 0.11g/㎤인 것을 특징으로 하는 탈황석고를 사용하는 미네랄하이드레이트 단열 소재.
  9. 삭제
KR1020140113115A 2014-08-28 2014-08-28 탈황석고를 사용한 미네랄하이드레이트 단열 소재 및 그 제조 방법 KR101730050B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140113115A KR101730050B1 (ko) 2014-08-28 2014-08-28 탈황석고를 사용한 미네랄하이드레이트 단열 소재 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140113115A KR101730050B1 (ko) 2014-08-28 2014-08-28 탈황석고를 사용한 미네랄하이드레이트 단열 소재 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160025800A KR20160025800A (ko) 2016-03-09
KR101730050B1 true KR101730050B1 (ko) 2017-04-25

Family

ID=55536318

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140113115A KR101730050B1 (ko) 2014-08-28 2014-08-28 탈황석고를 사용한 미네랄하이드레이트 단열 소재 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101730050B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100963907B1 (ko) * 2009-07-21 2010-06-17 에스이엠 주식회사 시멘트나 석고를 이용하여 얻은 경량기포단열재의 제조방법
JP2011201752A (ja) 2010-03-26 2011-10-13 Clion Co Ltd 軽量気泡コンクリートの製造方法
KR101416046B1 (ko) * 2013-11-25 2014-07-08 한국세라믹기술원 시멘트계 무기단열소재 및 이의 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100963907B1 (ko) * 2009-07-21 2010-06-17 에스이엠 주식회사 시멘트나 석고를 이용하여 얻은 경량기포단열재의 제조방법
JP2011201752A (ja) 2010-03-26 2011-10-13 Clion Co Ltd 軽量気泡コンクリートの製造方法
KR101416046B1 (ko) * 2013-11-25 2014-07-08 한국세라믹기술원 시멘트계 무기단열소재 및 이의 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
논문201405

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160025800A (ko) 2016-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Borges et al. Performance of blended metakaolin/blastfurnace slag alkali-activated mortars
US9353008B2 (en) Structural lightweight concrete or mortar, method for manufacturing same and use thereof as self-placing concrete
KR102637810B1 (ko) 경량기포콘크리트용 조성물 및 이를 이용한 경량기포콘크리트 제조 방법
KR101269450B1 (ko) 시멘트 몰탈용 팽창재 조성물
JP6314683B2 (ja) セメント組成物及びその製造方法
RU2499777C2 (ru) Сухая строительная смесь
KR101390132B1 (ko) 1종 조강형 시멘트를 사용한 고강도 콘크리트 조성물 및 콘크리트
JP7294204B2 (ja) セメント組成物及びセメント組成物の製造方法
KR20140038627A (ko) 폐발포폴리스틸렌 골재를 활용한 초경량 기포콘크리트 조성물 및 이를 활용한 초경량 기포콘크리트 벽체의 제조방법
KR101247288B1 (ko) 경량 기포 콘크리트의 제조방법 및 경량 기포 콘크리트
KR20190027994A (ko) 방수형 기포콘크리트 블록의 습식 제조방법
KR101730050B1 (ko) 탈황석고를 사용한 미네랄하이드레이트 단열 소재 및 그 제조 방법
JP2009161384A (ja) トバモライト含有固化物、及び、その製造方法
KR101861228B1 (ko) 초기 강도가 향상된 콘크리트 조성물
KR20110109286A (ko) 고강도 콘크리트용 원료를 이용한 경량 기포 콘크리트 및 그 제조방법
KR20130015960A (ko) 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재 및 그의 제조방법
JP2012106885A (ja) 軽量気泡コンクリート
KR101909088B1 (ko) 상압 증기양생에 의하여 양생시간을 단축시킨 단열소재 및 이의 제조 방법
JP2011184222A (ja) コンクリートの乾燥収縮低減方法及びコンクリートの製造方法
RU2359945C1 (ru) Строительный раствор
RU2327671C1 (ru) Состав для получения газобетона
KR20190047911A (ko) 슬래그 혼입형 칼슘실리케이트계 무기단열소재의 제조방법
RU2558040C1 (ru) Арболитовая смесь
JP7334659B2 (ja) セメント組成物及びセメント組成物の製造方法
RU2452714C1 (ru) Способ приготовления бетонной смеси на пористом заполнителе

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant