KR101874621B1 - 비산회 기반 기포화 경량 결합제 및 방법 - Google Patents

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Abstract

제품 예를들면 시멘트 패널에 대한 개선된 압축강도를 가지는 경량 시멘트 결합제 조성물 제조방법이 개시된다. 본 방법은 비산회, 구연산의 알칼리금속염, 규산알칼리금속, 공기 혼입을 위한 기포제, 물 및 바람직한 실시예에서 기포안정제를 혼합한다. 조성물은 등급 C 비산회, 등급 F 비산회 및 이들 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 비산회, 구연산의 알칼리금속염, 규산알칼리금속, 기포제, 및 바람직하게는 기포안정제, 예를들면 폴리비닐알코올을 포함하고, 응결지연제를 사용할 필요가 없다. 등급 F 비산회를 함유하는 조성물은 선택적으로 III 타입 포틀랜드 시멘트를 함유할 수 있다.

Description

비산회 기반 기포화 경량 결합제 및 방법{LIGHTWEIGHT FOAMED FLY ASH BASED BINDERS AND METHOD}
본 출원은 전체가 참조로 본원에 포함되는 2010.12.30자 출원된 미국임시출원번호 61/428839의 이익을 주장하며, 본원에 전체가 참조로 포함되는 비산회 기반 경량 골재의 현장 제조방법 명칭의 2010.12.30자 출원된 미국임시출원번호61/428819 및 비산회 기반 경량 골재의 현장 제조방법 명칭의 2011.9.4자 출원된 미국특허출원번호 13/232128와 관련된다.
포괄적으로 본 발명은 급속 경화 및 조기 강도 달성이 필요한 다양한 용도에 적용될 수 있는 신속 응결 시멘트 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 건물의 습한 장소 및 건조한 장소에서 사용될 수 있는 우수한 내습성의 시멘트 보드 제작용도의 비산회 기반 기포화 시멘트 결합제 조성물에 관한 것이다. 정치 또는 이동 성형틀 또는 연속 이동 벨트상에 투입하여 곧 처리될 수 있도록 시멘트 혼합물이 급속 응결되는 조건에서 시멘트 보드와 같은 프리캐스트 콘크리트 제품이 제작된다. 이상적으로는, 시멘트 혼합물을 적당량의 물과 혼합한 후 이러한 시멘트 혼합물은 약 20 분, 바람직하게는 10 내지 13 분, 더욱 바람직하게는 4 내지 6 분 내 곧 응결된다.
본원에 참조로 포함되는 Perez-Pena 등의 미국특허 6,869,474는, 알카놀아민을 수경시멘트 예를들면 포틀랜드 시멘트에 첨가하고, 초기 슬러리 온도가 최소한 90° F (32° C)이 되는 조건에서 물이 포함된 슬러리를 형성하여 달성되는 시멘트-기반 제품 예를들면 시멘트 보드 제작용 급속 응결 시멘트 조성물을 논의한다. 추가 반응성 재료 예를들면 고 알루미나 시멘트, 황산칼슘 및 포졸란 물질 예를들면 비산회가 포함된다. 급속 응결로 시멘트 제품의 신속한 제조가 가능하다. 첨가된 트리에탄올아민은 비산회 및 석고 수준을 높이고 알루민산칼슘시멘트가 필요없는 상대적으로 단기 최종 응결시간의 조제물을 제조할 수 있는 강력한 급결제일 수 있다. 그러나, 트리에탄올아민이 포함된 조제물은 반응성 분말로서 주로 수경시멘트 예를들면 포틀랜드 시멘트 및 석고를 함유하고, 이는 본 발명에 기재된 비산회 재료 활성에 의한 규산알루민산염 (alumnosilicate) 상과 비교할 때 알루민산염 상 가용도를 제한한다.
본원에 참조로 포함되는 Perez-Pena 등의 미국특허 7,670,427에는, 알카놀아민 및 인산염을 수경시멘트 예를들면 포틀랜드 시멘트에 첨가하고, 초기 슬러리 온도가 최소한 90° F (32° C) 제공되는 조건에서 물이 포함된 슬러리를 형성하여 달성되는 시멘트-기반 제품 예를들면 시멘트 보드 제작용 조기 압축강도를 가지는 급속 응결 시멘트 조성물을 논의한다. 추가 반응성 재료 예를들면 고 알루미나 시멘트, 황산칼슘 및 비산회와 같은 포졸란 물질이 포함된다. 재차, 모든 조성물은 상당한 함량의 수경시멘트 및 석고를 함유한다.
Perez-Pena의 (2008.9.25자 출원된 미국특허출원번호 12/237,634) 미국특허공개번호 US 2010-0071597 A1에는 신속하게 응결되고 상대적으로 높은 조기 압축강도를 가지는 콘크리트 혼합물을 형성하기 위하여 비산회 및 구연산알칼리금속 예를들면 구연산나트륨을 이용한 조제물을 논의한다. 본원에 기재된 활성화 비산회 결합제의 문제점 중 하나는, 공기를 혼입하여 경량 보드를 제작하기 위한, 이들 결합제 및 전통적 기포계 사이의 작용이 최악이라는 것이다. 상기 개시 방법에 의한 전통적 기포와 함께 제조되는 비산회 기반 결합제는 기포 붕괴 및/또는 상당한 강도 저하가 초래된다.
본원에 참조로 포함되는 Galer 등의 미국특허 4,488,909는 급속 응결 시멘트 조성물을 논의한다. 본 조성물을 물과 혼합한 후 약 20분 이내 모든 잠재적인 에트린자이트를 형성함으로써 이산화탄소 저항성 제품을 신속하게 제조할 수 있다. 시멘트 조성물의 핵심 성분들은 포틀랜드 시멘트, 고알루미나 시멘트, 황산칼슘 및 석회이다. 포졸란 예를들면 비산회, 몬모릴로나이트 점토, 규조토 및 부석은 약 25%까지 첨가될 수 있다. 시멘트 조성물은 약 14 내지 21 wt% 고알루미나 시멘트를 포함하고, 이는 다른 성분들과 배합되어 시멘트 혼합물 조기 응결 원인인 에트린자이트 및 다른 알루민산칼슘 수화물 조기 형성을 가능하게 한다. 이들의 발명에서, Galer 등은 고알루미나 시멘트 (HAC)를 이용하여 알루민산염을 제공하고 석고를 이용하여 황산이온을 제공하여 에트린자이트를 형성하고 시멘트 혼합물의 급속 응결을 달성하였다.
에트린자이트는 화학식 Ca6Al2(SO4)3·32 H2O 또는 달리 3 CaO·Al2O3·3 CaSO4·32 H2O을 가지는 칼슘알루미늄황산염 화합물이다. 에트린자이트는 긴 침상 결정을 형성하므로, 시멘트 보드에 급속 조기 강도를 부여하여, 성형틀 또는 연속주조 및 성형 벨트 상에 투입하면 곧 취급할 수 있다.
일반적으로, Galer 등의 급속 응결 조제물은 여러 한계가 있다.
Brook 등의 미국특허번호5,536,310는 10-30 중량부 (pbw)의 수경시멘트 예를들면 포틀랜드 시멘트, 50-80 pbw 비산회, 및 시멘트 조성물에서 비산회 고 함량 사용에 의한 개시된 단점을 극복하기 위하여 조성물 반응 및 응결시간을 촉진시키는데 사용되는 0.5-8.0 pbw의 카르복실산의 자유산으로 표현되는 예를들면 구연산 또는 이의 알칼리금속염, 예를들면, 구연산삼칼륨 또는 구연산삼나트륨, 및 붕산 또는 붕사와 같은 지연 첨가제들을 포함한 다른 통상의 첨가제들을 함유한 시멘트 조성물을 개시한다.
Brook 등의 미국특허번호5,536,458는 수경시멘트 예를들면 포틀랜드 시멘트, 70-80 중량부의 비산회, 및 시멘트 조성물에서 비산회 고 함량 사용에 의한 공지 단점을 극복하기 위하여 조성물 반응 및 응결시간을 촉진시키는데 사용되는 0.5-8.0 pbw의 자유 카르복실산 예를들면 구연산 또는 이의 알칼리 금속염 예를들면 구연산칼륨 또는 구연산나트륨, 수산화칼륨과 같은 첨가제, 지연 첨가제들 예를들면 붕산 또는 붕사를 포함한 다른 통상의 첨가제들을 함유한 시멘트 조성물을 개시한다.
Harris의 미국특허번호4,494,990은 포틀랜드 시멘트 예를들면 25-60 pbw, 비산회 예를들면 3-50 pbw 및 1 pbw 미만의 구연산나트륨을 포함한 시멘트 혼합물을 개시한다.
Boggs 등의 미국특허번호6,827,776은 포틀랜드 시멘트, 바람직하게는 구연산인 산의 활성화 슬러리 pH 조절로 응결 시간이 제어되는 비산회, 및 알칼리 또는 알칼리토금속 수산화물 또는 산 성분의 염일 수 있는 염기를 포함한 수경시멘트 조성물을 개시한다.
Kirkpatrick 등의 US 5,490,889는 배합 수경시멘트를 개시하며 물, 비산회 (50.33-83.63 pbw), 포틀랜드 시멘트, 미분 실리카, 붕산, 붕사, 구연산 (0.04-2.85 pbw) 및 알칼리금속 활성화제, 예를들면 수산화리튬 (LiOH) 또는 수산화칼륨을 포함한다.
Styron의 미국특허번호5,997,632는 수경시멘트 조성물을 개시하며 88-98 wt. % 비산회, 1-10 wt. % 포틀랜드 시멘트 및 약 0.1-4.0 wt.% 구연산을 포함한다. 바람직한 최소 석회 함량21%를 달성하는 석회는 선광제와 배합된 아역청 비산회 또는 아-역청 비산회로 제공된다. 구연산과 더불어 Styron은 알칼리 공급원 예를들면 수산화칼륨 또는 수산화나트륨을 사용한다.
선행기술 제품의 시멘트 혼합물 최종 응결시간은9분 이상이고 표준 콘크리트 제품에 대하여 2-3시간까지도 연장된다. 최종 응결시간이란, 화학반응이 계속하여 진행되더라도, 제조된 콘크리트 제품이 취급되고 쌓을 수 있는 정도로 시멘트 혼합물이 응결되는 시간으로 통상 정의된다.
선행 콘크리트 제품의 반응성 분말 블렌드에서 유형 I 포틀랜드 시멘트 (OPC로도 알려짐) 및/또는 III 타입 포틀랜드 시멘트뿐 아니라 고알루미나 시멘트 (알루민산칼슘 시멘트) 사용 함량은 매우 높다. 전형적으로, 포틀랜드 시멘트는 반응성 분말 블렌드의 60% 이상이고 고알루미나 시멘트는 14 wt% 이상이다.
조제물이 예를들면 강도가 개선된 바탕판 및 다른 벽 용도 또는 천장용 경량 시멘트 콘크리트 제품 제조에 사용되도록 포틀랜드 시멘트, 알루미늄 시멘트 및 비산회 기반 결합제 혼합물 중량을 줄이는 방법이 필요하다.본 방법은 중량이 감소되고 저렴한 비용으로 제조되는압축강도가 개선된 조제물을 개발한 것이다.
본 발명은 신속 응결 비산회 기반 기포화 시멘트 결합제 조성물 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명 중량이 감소되고 조기 및 최종 압축강도가 개선된 경량 시멘트 조성물을 제공한다 . 본 시멘트 조성물은 구연산나트륨, 규산나트륨, 기포제, 기포안정제 및 등급 C 비산회 또는 등급 C 및 등급 F 비산회 블렌드를 포함한 반응성 분말이 함유된 기포 결합제 용액에서 형성된다.
본 발명은 급속 응결되고, 압축강도 및 내수성이 개선된 경량 시멘트 혼합물 제공방법을 포함하며: 주변온도 또는 그 이상에서, 물, 반응성 분말, 구연산 알칼리금속의 급결재, 및 반응성 분말 경량 골재 혼합단계로 구성되고, 여기에서 물 대 반응성 분말 고체의 비율은 약 0.17 내지 0.27:1.0 및 더욱 바람직하게는 약 0.20 내지 0.25:1.0이고, 반응성 분말은 실질적으로 100 wt. % 비산회를 포함하고, 수경시멘트 및 석고 (수화 황산칼슘)를 포함하지 않는다.
본 시멘트 반응성 분말은 최소한 비산회를 포함하고 또한 포틀랜드 시멘트 유형 I (OPC) 및/또는 III 타입 포틀랜드 시멘트, 알루민산칼슘 시멘트 (CAC) (통상 알루미늄 시멘트 또는 고알루미나 시멘트로 칭함), 및 비-비산회 무기 첨가제를 포함할 수 있다.
시멘트 조성물 중40 wt%까지의 시멘트 반응성 분말 블렌드는 실질적으로 거의 또는 전혀 시멘트 특성을 가지지 않는 비-비산회 무기 첨가제들일 수 있다.
등급 C 비산회는 일반적으로 석회를 포함한다. 따라서, 시멘트 조성물의 반응성 분말은 전형적으로 외부에서 첨가된 석회는 존재하지 않는다
전형적으로 초기 슬러리 온도는 실온 (약 75° F) 내지 약 100°F -115°F (24°C 내지 약 38°-46°C)이다.
길모아 침으로 측정된 시멘트 조성물의 최종 응결시간 (즉, 이후 시멘트 보드가 취급될 수 있는 시간)은 적당량의 물과 혼합된 후 길어야 20 분, 바람직하게는 10 내지 13 분 이하, 더욱 바람직하게는 약 4 내지 6 분이어야 한다. 단기 응결시간 및 높은 조기 압축강도는 생산율을 증가시키고 제품 제조비용을 낮출 수 있다.
본 발명은 급속 응결 시멘트 조성물은 급속 경화 및 조기 강도 달성이 요구되는 다양한 용도에 사용될 수 있다. 슬러리가 상승온도에서 형성될 때 시멘트 조성물의 응결을 촉진시키는 구연산의 알칼리금속염, 예를들면 구연산칼륨 및/또는 구연산나트륨을 사용하면 시멘트 제품 예를들면 시멘트 보드 생산속도를 높일 수 있다.
슬러리 중 구연산알칼리금속 함량은 본 발명의 시멘트 반응성 성분들을 기준으로 약 1.5 내지 6 wt. %, 바람직하게는 약 1.5 내지 4.0 wt. %, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 3.5 wt. %, 및 가장 바람직하게는 약 3.5 wt. %이다. 구연산칼륨 또는 구연산나트륨 및 구연산칼륨의 혼합물이 사용될 수 있지만 구연산나트륨이 바람직하다. 상기된 바와 같이, 중량백분율은 반응성 성분들 (시멘트 반응성 분말) 100 중량부 기준이다. 따라서 예를들면, 100 파운드의 시멘트 반응성 분말에 대하여, 총 구연산나트륨은 약 1.5 내지 4.0 파운드가 존재한다.
본 발명의 전형적인 시멘트 반응성 분말은 75 내지 100 wt % 비산회 및0 wt. % 수경시멘트 또는 석고를 포함한다. 전형적으로 최소한 비산회 절반은 유형 C 비산회이다.
다른 전형적인 시멘트 반응성 분말은 반응성 분말 중량 기준으로 75 내지 100 wt % 비산회, 0 내지 25 wt% III 타입 포틀랜드 시멘트를 포함하고, 여기에서 비산회는 등급 F 비산회를 포함한다.
구연산알칼리금속, 규산알칼리금속 및 비산회 간의 상승작용 효과가 존재한다. 규산알칼리금속 예를들면 규산나트륨을 첨가하면, 알루민산칼슘 시멘트, 트리에탄올아민 또는 부식성 알칼리금속 수산화물, 예를들면 수산화칼륨 또는 수산화나트륨과 같은 촉진제를 사용하는 조성물과 비교할 때 고함량 비산회 함유 조성물의 조기 및 장기 압축강도 달성의 장점이 있다.
또한, 구연산알칼리금속 및 규산알칼리금속을 첨가하면 다른 촉진제 예를들면 황산알루미늄과는 달리 혼합 유동성을 증가시키고, 콘크리트 혼합물을 조기 고화시킨다.
다른 첨가제들, 예를들면, 시멘트 반응성 분말로 고려되지 않지만 전체 시멘트 조성물 일부를 구성하는 불활성 골재도 존재할 수 있다. 이러한 다른 첨가제들은 하나 이상의 모래, 골재, 경량 충전제, 감수제 예를들면 유동화제, 응결촉진제, 응결지연제, 공기-연행제, 기포제, 수축조절제, 슬러리 점도조정제 (증점제), 착색제 및 내부경화제를 포함하고, 본 발명의 시멘트조성물 공정성능 및 용도에 따라 필요한 정도로 포함될 수 있다.
본 발명의 경량 시멘트 조성물은 프리캐스트 콘크리트 건축 제품 예를들면 건축물의 습한 곳 및 건조한 곳에 사용될 수 있는 우수한 내습성을 가지는 시멘트 보드 제작에 사용될 수 있다. 시멘트 혼합물이 정치 또는 이동 성형틀 또는 연속 이동 벨트에 투입된 후 곧 보드가 취급될 수 있도록 시멘트 혼합물이 급속 응결될 수 있는 조건에서 프리캐스트 콘크리트 제품 예를들면 시멘트 보드가 제작된다.
경량 시멘트 조성물은 콘크리트 패널, 바닥, 오버레이, 마감, 두겁 뿐 아니라 콘크리트 도로 보수 혼합물을 포함한 임의의 콘크리트 제품에 적용될 수 있다. 본 발명의 경량 조성물로 제조된 콘크리트 제품은 석고 함유 조성물과 비교하여 내수성을 필요로 하는 분야 및 더 높은 탄소이력을 가지는 시멘트 함유 조성물보다 더욱 높은 압축강도를 필요로 하는 분야 에 특히 유리하다.
달리 명시되지 않는 한, 본원에서 모든 백분율, 비율 및 비례는 중량 기준이다.
도 1은 알파올레핀술폰산염 비누 기포제를 이용하여 현장 (in-situ) 기포 형성되는 구연산나트륨, 규산나트륨과의 비산회 기포화 혼합물에 대하여 구연산나트륨 및 규산나트륨이 구연산나트륨 단독의 경우와 비교하여 정육면체 (cube) 압축강도 대 밀도에 대한 영향을 보이는 실시예 1의 결과 도면이다.
도 2는 표 2-1의 데이터 점들에 대한 PVOH로 예비 형성된 기포가 있는 비산회 기포 결합제 및 표 2-2의 데이터 점들에 대한 PVOH 없이 예비 형성된 기포를 가지는 혼합물에 대한 압축강도 대 밀도를 보이는 실시예 2의 결과 도면이다.
본 발명은 압축강도 및 내수성이 개선된 경량 시멘트 혼합물 제공방법을 포함하며: 물, 반응성 분말, 구연산 알칼리금속, 및 경량 골재 혼합단계로 구성되고 여기에서 물 대 반응성 분말 고체의 비율은 약 0.17 내지 0.35:1.0, 전형적으로 약 0.17 내지 0.30:1.0, 더욱 바람직하게는 약 0.2 내지 0.23:1.0이다. 반응성 분말은 75 내지 100 wt. % 비산회 및 0 내지 25 wt. % 수경시멘트 및/또는 석고를 포함한다. 전형적으로 본 발명은 바람직하게는 10 내지 13 분 이내, 더욱 바람직하게는 약4 내지 6 분 이내에 급속 응결하도록 비산회를 포함한 시멘트 반응성 분말을 구연산칼륨 및/또는 구연산나트륨 및 물과 초기 슬러리 온도가 최소한 실온 내지 115°F (24°C 내지 41°C)에서 혼합한다.
또한 본 발명은 급속 최종 응결 성능 및 조기 압축강도가 개선된 시멘트 조성물을 제공한다
전형적인 성분들은 하기 표 A에 나열된다.
Figure 112013065706912-pct00001
일반적으로 물 대 시멘트 반응성 분말 중량비는 약 0.15 내지 0.3:1.0이다. 불활성 경량 골재는 시멘트 반응성 분말 일부가 아니다.
특정 이론에 구속되지 않고, 등급 C 비산회 단독 또는 등급 C 및 등급 F 비산회의 블렌드를 포함한 고 비산회 무기 함량 75 내지 100 wt %의 시멘트 반응성 분말; 및 무 포틀랜드 시멘트, 알루민산칼슘 시멘트 또는 석고 제공단계; 및 시멘트 반응성 분말, 구연산알칼리금속, 규산알칼리금속 및 물을 혼합하여 실온 또는20° C 이상의 상승 온도에서 슬러리를 형성하는 단계로 반응성 분말 블렌드 및 구연산알칼리금속의 수화 결과 비산회에 존재하는 규산알루민산알칼리 수화물 및/또는 규산알루미늄 및/또는 규산알루민산칼슘 화합물 수화물이 형성되어 급속 응결로 조기 압축강도가 달성된다는 이론이 제시된다.
따라서, 최소 물 함량이 제공되어 시멘트 반응성 분말을 수화시키고 급속하게 비산회에 존재하는 규산알루민산알칼리 수화물 및 다른 수화물을 형성한다. 구연산의 알칼리 염 첨가로 시멘트 슬러리의 작업 용이성이 크게 향상된다. 전형적으로, 슬러리에서 물 대 반응성 분말 블렌드의 중량비는 약 0.20 내지 0.35:1, 더욱 전형적으로 약 0.20 내지 0.30:1, 바람직하게는 약 0.20 내지 0.25:1이다. 물 함량은 시멘트 조성물에 존재하는 개별 재료의 필요에 따라 달라진다.
수화과정에서 규산알루민산알칼리 수화물 및/또는 규산알루미늄 및/또는 규산알루민산칼슘 화합물의 다른 수화물은 매우 급속히 형성되어 본 발명의 시멘트조성물 중 시멘트 반응성 분말 블렌드와 함께 제조되는 혼합물에 급속 응결 및 강도를 부여한다. 시멘트-기반 제품 예를들면 시멘트 보드 제작에 있어서, 규산알루민산알칼리 수화물 및/또는 규산알루미늄 및/또는 규산알루민산칼슘 화합물의 다른 수화물이 형성됨으로써 본 발명의 시멘트조성물이 적당량의 물과 혼합된 후 수분 내로 시멘트 보드가 취급될 수 있다.
조성물 응결은 ASTM C266 시험절차에 규정된 길모아 침을 이용하여 측정되는 초기 및 최종 응결시간으로 특정된다. 또한 최종 응결시간은 콘크리트 제품, 예를들면, 콘크리트 패널이 충분히 고화되어 취급되고 콘크리트 바닥 또는 도로의 경우 사용될 수 있을 정도로 고화되는 시간에 해당한다. 상대적으로 높은 조기 (3 내지 5 시간) 압축강도는 변형 없이 더 높은 응력을 견딜 수 있으므로 콘크리트 재료에 있어서 장점일 수 있다. 당업자들은 최종 응결시간 도달 이후에 경화반응이 계속된다는 것을 이해할 것이다.
조성물 조기강도는 ASTM C109에 규정된 24 시간 또는 14일 경화 후 압축강도를 측정하여 특정된다. 높은 조기 강도가 달성되면 쌓아 놓은 패널 취급이 용이하다.
본 발명의 바람직한 조성물에서, 몰타르 농도 범위 입방피트당 60 내지 65 파운드 (pcf) 및 정육면체 압축강도 범위 약 1,000 내지 1,400 psi로 최종 응결시간 약 5 분이 달성된다.
시멘트 반응성 분말
시멘트 반응성 분말은 비산회 및 선택적으로 포틀랜드 시멘트를 함유한다. 시멘트 반응성 분말은 전형적으로 75 내지 100 wt. %, 더욱 전형적으로 80 내지 100 wt. %, 비산회 및 0 내지 25 wt. % 포틀랜드 시멘트를 포함한다. 시멘트 반응성 분말은 바람직하게는 88.5-100 wt% 비산회로 구성된다. 시멘트 반응성 분말은 더욱 바람직하게는 100 wt% 등급 C 비산회를 가지고 수경시멘트를 함유하지 않는다.
바람직하게는 시멘트 반응성 분말은 10 내지 40 wt. % 석회를 함유한다. 그러나, 본 석회는 일반적으로 첨가된 석회가 아니다. 오히려 비산회의 화학적 성분으로서 포함된 것이다.
본 발명 시멘트조성물의 시멘트 반응성 분말 주성분은 비산회 무기 첨가제, 바람직하게는 등급 C 비산회이다. 비산회는 비산회 및 비-비산회 무기 첨가제들 제하의 절에서 하기된다.
비산회와 더불어, 시멘트 반응성 분말은 선택적으로 0 내지 25 wt. %의 시멘트 첨가제들 예를들면 포틀랜드 시멘트, 알루민산칼슘 시멘트, 황산칼슘 또는 석고 (분말석고)를 포함한다. 그러나, 낮은 물 함량의 본 발명의 시멘트 조성물, 즉 이들 선택적 시멘트 첨가제들을 포함한 물 대 반응성 분말 중량비가 약 0.17 내지 0.35: 1.0인 시멘트 조성물은 추가 시멘트 첨가제들이 없는 동일한 낮은 물 함량의 본 발명의 조성물과 비교하여 상당히 압축강도가 낮아진다.
예를들면, 압축강도가 요구되지 않거나 더 높은 물 대 반응성 분말 비율이 적용되는 예를들면 약 0.35: 1.0 이상의 일부 시멘트 반응성 분말 블렌드에서, 포틀랜드 시멘트 약 0 내지 25 wt% 및 비산회 75 내지100 wt %가 사용될 수 있다.
비산회 및 비-비산회 무기 첨가제들
전통적인 반응성 분말 조성물의 수경시멘트는 포졸란 특성을 가지는 비산회, 예를들면 등급 C 비산회, 등급 F 비산회 또는 이들의 혼합물, 특히 등급 C 비산회로 실질적으로 대체된다. 실질적으로, 거의, 또는 시멘트질 특성을 가지지 않은 다른 선택적 비-비산회 무기 첨가제들이 첨가될 수 있다. 본 발명의 시멘트 반응성 분말에 첨가되는 경우, 포졸란 특성을 가지는 비-비산회 무기 첨가제들이 바람직하다.
ASTM C618-97은 포졸란 재료를“ 거의 또는 전혀 시멘트 가치를 가지지 않지만, 미분 형태로 수분 존재에서 수산화칼슘과 정상 온도에서 화학 반응하여 시멘트 특성을 가지는 화합물을 형성하는 규소 또는 규소 및 알루미늄 재료”로 정의한다. 포졸란 특성을 가지는 포졸란 재료로 다양한 천연 및 인조 재료들이 언급된다. 일부 예시적 포졸란 재료는 부석, 퍼라이트, 규조토, 실리카퓸, 응회암, 화산회, 왕겨, 메타카올린, 분쇄 과립 고로슬랙, 및 비산회를 포함한다.
이들 모든 포졸란 재료는 단독 사용되거나 배합되어 본 발명의 시멘트 반응성 분말 일부를 형성한다.
비산회는 본 발명의 시멘트 반응성 분말 블렌드에서 바람직한 포졸란이다. 고함량의 산화칼슘 및 알루민산칼슘 함유 비산회 (예를들면 ASTM C618 표준에 의한 등급 C 비산회)가 하기와 같이 바람직하다. 다른 무기 첨가제들 예를들면 탄산칼슘, 질석, 점토, 및 분쇄 운모 역시 선택적 무기 첨가제들로 포함된다.
비산회는 석탄 연소로부터 형성되는 미분 부산물이다. 분쇄 석탄을 연소시키는 발전소 설비 보일러는 대부분 상업적으로 입수 가능한 비산회를 생성한다. 이들 비산회는 주로 유리질 구형 입자들뿐 아니라 적철석 및 자철석의 잔류물, 숯, 및 냉각과정에서 형성된 일부 결정상으로 이루어진다. 비산회 입자들 구조, 조성 및 특성은 석탄 구조, 조성 및 비산회 형성 연소공정에 따라 달라진다. ASTM C618 표준에 의하면 크게 2종의 콘크리트용 비산회 등급을 인정한다 - 등급 C 및 등급 F. 이들 두 등급의 비산회는 일반적으로 지질학적 연대에 걸친 석탄 형성 과정의 차이로 인한 상이한 석탄에서 유래된다. 등급 F 비산회는 통상 무연탄 또는 역청탄 연소로부터 생성되고, 등급 C 비산회는 통상 갈탄 또는 아역청탄에서 생성된다.
ASTM C618 표준은 등급 F 및 등급 C 비산회를 주로 포졸란 특성에 따라 구분한다. 따라서, ASTM C618 표준에서, 등급 F 비산회 및 등급 C 비산회의 주요 사양차이는 조성물에서 SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 최저 한계이다. 등급 F 비산회의 SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 최저 한계는 70%이고 등급 C 비산회의 경우 50%이다. 따라서, 등급 F 비산회는 등급 C 비산회보다 더욱 포졸란 특성을 가진다. ASTM C618 표준에서 명백하게 인정되지 않지만, 등급 C 비산회는 전형적으로 높은 산화칼슘 (석회) 함량을 가진다.
등급 C 비산회는 통상 포졸란 특성 외에도 자유 석회 (산화칼슘)로 인한 시멘트 특성을 가지지만, 등급 F는 물과 단독으로 혼합될 때 거의 시멘트 특성이 없다. 고함량의 산화칼슘이 존재함으로써 등급 C 비산회는 시멘트 특성을 가져 물과 혼합될 때 규산칼슘 및 알루민산칼슘 수화물을 형성한다. 하기 실시예에서 보이는 바와 같이, 특히 알루민산칼슘 시멘트 및 석고가 사용되지 않는 바람직한 조제물에서 등급 C 비산회는 우수한 결과를 제공하는 것으로 확인된다.
전형적으로 시멘트 반응성 분말에서 최소한 50 wt. %의 비산회는 등급 C 비산회이다. 더욱 전형적으로 최소한 75 wt. %의 시멘트 반응성 분말은 등급 C 비산회이다. 더 더욱 바람직하게는 최소한 88.5 wt. %의 시멘트 반응성 분말은 등급 C 비산회이다.
비산회에서 발견되는 전형적인 무기물은 무엇보다도 수정 (SiO2), 물라이트 (Al2Si2O13), 겔레나이트 (Ca2Al2SiO7), 적철석 (Fe2O3), 자철석 (Fe3O4) 이다. 또한, 암석들 예를들면 규선석, 남정석 및 홍주석에서 통상 발견되는 모두 분자식 Al2SiO5 로 표시되는 규산알루미늄 다형성 무기물들 역시 비산회에서 발견된다.
아역청탄에서 제조되는 전형적인 등급 C 비산회는 표 B에 나열된 조성물을 가진다.
Figure 112013065706912-pct00002
비산회 분말도는 ASTM 시험 절차 C-311 ("포틀랜드 시멘트 콘크리트 무기혼합물로서 비산회 시료채취 및 시험절차")에서 시험될 때 전형적으로 약 34% 이하가 325 메시 체 (U.S. 계열)에 걸리는 정도이다. 이러한 비산회는 바람직하게는 회수되고 자가-응결 특성으로 건조하게 사용된다.
전형적인 적합한 등급 F 비산회는 표 C 에 나열된 조성물을 가진다.
Figure 112013065706912-pct00003
비산회는 실질적으로 본 발명의 반응성 분말의 모든 시멘트 재료를 구성한다. 다른 일반 시멘트 첨가제들이 등급 C 비산회와 함께 첨가될 필요가 없고 본 발명 경량 골재 조성물의 압축강도를 줄이는 것으로 확인되었다.
등급 C 비산회보다 실질적으로 알루미나 및 석회가 적은 등급 F 비산회가, 등급 C 비산회의 실질적인 함량을 대체하여, 즉 배합 비산회의 약 46-60 wt% 이상 사용되면, 등급 F 비산회 결합제 압축강도를 알루미나 및 석회 함량이 실질적으로 더 많은 등급 C 비산회 60 wt% 이상 함유된 조성물로 얻어진 강도로 높이기 위하여 III 타입 포틀랜드 시멘트가 첨가될 필요가 있다는 것을 확인하였다. 특히 결합제 시스템에서 60 wt %까지 등급 F 비산회가 사용되면, 30 wt %까지 III 타입 포틀랜드 시멘트를 첨가하면 등급 F 비산회에 단지 등급 C 비산회가 첨가된 것보다 3.5배 이상 결합제 압축강도를 높인다. 따라서 등급 F 비산회가 현재 결합제에 사용되면, 바람직한 혼합물은 약 46 내지 60 wt % 등급 F 비산회, 10 내지 29 wt % III 타입 포틀랜드 시멘트 및 10 내지 32 wt % 등급 C 비산회 및 2 내지 4 wt % 구연산나트륨 및 물이다. 임의의 포틀랜드 시멘트가 필요한 경우 비산회에 대한 물의 비율은 약 0.37 이하 및 더욱 바람직하게는 0.33 이하로 유지되어야 한다.
본 발명에서, III 타입 포틀랜드 시멘트와 같은 수경시멘트 사용이 회피될 수 있고, 반응성 분말로서 III 타입 포틀랜드 시멘트를 함유한 등급 F 비산회의 혼합물 대신 실질적으로 전부 등급 C 비산회를 사용하여 상대적으로 신속한 조기강도 전개가 달성된다. 반응성 분말이 본 발명인 바람직한 등급 C 비산회인 경우, 유형 I 및 유형 II포틀랜드 시멘트 또는 다른 수경시멘트 예를들면 백색 시멘트, 슬랙 시멘트 예를들면 고로 슬랙 시멘트, 및 포졸란 배합 시멘트, 팽창 시멘트, 술포알루민산칼슘 시멘트, 및 유정 시멘트를 포함한 반응성 분말에 사용되는 기타 통상적인 시멘트들은 필요하지 않다.
구연산의 알칼리금속염
본 발명에서, 구연산의 알칼리금속염 예를들면 구연산나트륨 또는 칼륨을 사용하면, 양호한 조기 압축강도를 달성하면서도 혼합물을 상대적으로 양호한 유동성으로 만들고 너무 빨리 고화되지 않도록, 즉, 실온 이상의 온도에서 혼합될 때 5-10 분 이내 신속하게 고화되지 않도록 한다.
구연산의 알칼리금속염, 예를들면 구연산칼륨 또는 구연산나트륨 투여량은, 본 발명의 시멘트 반응성 성분들 100 부 기준으로 약 1.5 내지 6.0 wt. %, 바람직하게는 약 1.5 내지 4.0 wt. %, 더욱 바람직하게는 약 2.0 내지 3.5wt. % 및 가장 바람직하게는 약 3.5 wt %이다. 따라서 예를들면, 100 파운드의 시멘트 반응성 분말에서, 약 1.5 내지 4.0 총 파운드의 구연산칼륨 및/또는 구연산나트륨이 존재한다. 바람직한 구연산알칼리금속은 구연산칼륨 및 구연산나트륨 특히 구연산삼칼륨 일수화물 및 구연산삼나트륨 일수화물이다.
규산알칼리금속
본 발명에서, 규산알칼리금속 예를들면 규산나트륨 또는 규산칼륨을 사용하면, 혼합물은 상대적으로 양호한 유동성을 가지고 양호한 조기 압축강도를 달성하면서도 너무 빨리 고화되지 않고, 즉, 실온 이상의 온도에서 혼합 후 5-10 분 이내로 빨리 고화도지 않는다.
무수 규산나트륨 또는 규산칼륨은, 본 발명의 시멘트 반응성 성분들 100 부 기준으로 약0.25 내지 1.0 wt. %, 바람직하게는 약 0.5 wt. 내지 1.0 wt. %, 및 더욱 바람직하게는 약 1.0 이다. 따라서 예를들면, 100 파운드의 시멘트 반응성 분말 중, 총 약 0.5 내지 1.0 파운드의 규산칼륨 및/또는 규산나트륨이 존재한다. 바람직한 규산알칼리금속염은 무수 트리옥실메타규산나트륨, 및 특히 Fischer Scientific (기술 등급)의 규산나트륨 오수화물 212.74이다.
응결지연제
본 발명의 조성물 일 성분으로 응결지연제를 선택적으로 사용할 수 있다. 지연제 주요 기능은 슬러리 혼합물가 너무 빨리 고화되지 않도록 하여 다른 반응성 성분들과의 상승적 물리적 작용 및 화학적 반응을 촉진하는 것이다.
통상적인 지연제 예를들면 구연산, 타르타르산, 말산, 아세트산, 붕산, 기타 등은 구연산의 알칼리금속염, 예를들면, 구연산나트륨 또는 구연산칼륨 사용으로 회피될 수 있고, 통상적인 응결지연제 없이 이들 구연산알칼리금속을 사용하면 양호한 유동성을 제공하고, 콘크리트 슬러리가 너무 급속히 고화되는 것을 방지할 수 있다.
이차 무기 급결제
상기된 바와 같이, 구연산알칼리금속은, 추가 지연제 결여 조건에서, 극단적인 급속 응결 특성, 양호한 유동성, 상대적으로 높은 압축강도를 시멘트 혼합물에 부여하는 주 요인이다. 그러나, 구연산알칼리금속과 혼합하여, 다른 무기 급결제가 이차 무기 급결제로서 본 발명의 시멘트조성물에 첨가될 수 있다.
이들 이차 무기 급결제 첨가로 구연산알칼리금속 첨가에 의해 달성되는 감소와 비교하여 단일 약간의 응결시간 감소가 기대된다. 이러한 이차 무기 급결제의 예시로는 탄산나트륨, 탄산칼륨, 질산칼슘, 아질산칼슘, 개미산칼슘, 초산칼슘, 염화칼슘, 탄산리튬, 질산리튬, 아질산리튬, 황산알루미늄, 알카놀아민, 폴리인산염 및 기타 등을 포함한다. 시멘트 보드 파스너 부식이 염려되는 경우에는 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 염화칼슘 사용은 피해야 한다. 보통 이차 무기 급결제는 필요하지 않다. 이차 급결제 사용은 필수적이지 않고 본 발명의 바람직한 조성물의 일부가 아니다. 사용되는 경우, 100 중량부의 시멘트 반응성 분말 블렌드에 대한 이차 무기 급결제 중량비는 전형적으로 약 1.0 wt. % 이하, 바람직하게는 약 0.25 wt% 이하이다. 이들 이차 무기 급결제는 단독 또는 배합 사용된다.
유동화제 및 공기 연행제
구연산의 알칼리금속염, 예를들면 구연산나트륨 또는 구연산칼륨을 사용하면 감수제 (유동화제)를 회피할 수 있고, 이들 구연산알칼리금속을 사용하면 양호한 유동성을 제공하고 콘크리트 슬러리가 너무 빨리 고화되는 것을 방지할 수 있다.
공기 연행제는 본 발명 시멘트 슬러리에 첨가되어 현장에서 공기 방울 (기포)를 형성한다. 공기 연행제는 전형적으로 콘크리트에서 미세 공기방울을 포획할 목적으로 사용되는 계면활성제이다. 달리, 외부에서 기포를 생성하는 공기 연행제가 사용될 수 있고 기포는 혼합공정에서 본 발명 조성물에 도입되어 제품 밀도를 감소시킬 수 있다. 외부에서 기포를 전형적으로 생성하기 위하여 공기 연행제 (액상 기포제라고도 알려짐), 공기 및 물을 적당한 기포발생장치에서 혼합한다. 기포안정제 예를들면 폴리비닐알코올은 기포가 시멘트 슬러리에 첨가되기 전에 기포에 투입될 수 있다.
예시적 공기 연행제 /기포제는 무엇보다도 알킬 술폰산염, 알킬벤졸술폰산염 (alkylbenzolfulfonate) 및 알킬 에테르 황산염 올리고머를 포함한다. 이들 기포제의 일반식에 대한 상세 사항들은 본원에 참조로 포함되는 미국특허 제 5,643,510호에 개시된다.
예를들면 ASTM C 260 " 콘크리트용 공기-연행 혼합물을 위한 표준 사양 " (2006.8.1)에 개시된 표준에 일치하는 공기연행제 (기포제)가 적용될 수 있다. 이러한 공기 연행제는 당업자에게 잘 공지되어 있고 Kosmatka 등 " 콘크리트 혼합물 설계 및 제어", 4판, 포틀랜드 시멘트 연합회, 특히 "공기 혼입된 콘크리트" 제하의 8장 (미국특허공개번호 2007/0079733 A1에서 인용)에 기재된다. 상업적으로 입수 가능한 공기 연행제는 빈솔 우드 레진, 술폰화 탄화수소, 지방 및 수지산, 지방족 치환된 아릴 술폰산염, 예를들면 술폰화 리그닌 염 및 다수의 음이온성 또는 비이온성 계면활성제 형태의 기타 계면활성제, 아비에틴산나트륨, 포화 또는 불포화 지방산 및 이의 염, 텐시드, 알킬-아릴 -술폰산염, 페놀 에톡실레이트, 리그노술폰산염, 수지 비누, 수산화스테아린산나트륨, 라우릴황산염, ABS (알킬벤젠술폰산염), LAS (선형 알킬벤젠술폰산염), 알칸술폰산염, 폴리옥시에틸렌 알킬(페닐)에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬(페닐)에테르 에스테르 황산 또는 이의 염들, 폴리옥시에틸렌 알킬(페닐)에테르 에스테르 인산 또는 이의 염들, 단백질 재료, 알케닐술포숙신산염, 알파-올레핀술폰산염, 알파 올레핀 술폰산나트륨염, 또는 라우릴황산나트륨 또는 술폰산염 및 이들 혼합물을 포함한다.
전형적으로 공기연행제 (기포제)는 시멘트 조성물 총 중량 기준으로 약0.01 내지 8 wt. % 이다.
다른 화학적 혼합물 예를들면 수축조절제, 착색제, 점도조정제 (증점제) 및 내부경화제 역시 필요하다면 본 발명의 조성물에 첨가될 수 있다.
면포
다른 유형의 별개 강화섬유들 역시 본 발명의 결합제로 제조되는 시멘트 보드 조성물에 포함될 수 있다. 재료 예를들면 고분자-피복 유리섬유 및 고분자 재료 예를들면 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 나일론으로 제조된 면포는 기능과 용도에 따라 시멘트-기반 제품 보강용으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 제조되는 시멘트 보드는 전형적으로 고분자-피복 유리섬유로 제조된 면포로 강화된다.
골재 및 충전제
개시된 시멘트 반응성 분말 블렌드는 본 발명 시멘트조성물의 급속 응결 성분을 형성하지만, 용도 및 분야에 따라 조성물에 다른 재료가 포함될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 수 있다.
예를들면, 시멘트 보드 용도로는, 원하는 제품 특성을 과도하게 훼손시키지 않는 경량 보드를 제조하는 것이 바람직하다. 이러한 목적은 경량 골재 및 충전제를 첨가하여 달성될 수 있다. 예시적 유용한 경량 골재 및 충전제는 include 고로슬랙, 화산 응회암, 부석, 발포 점토, 셰일, 및 퍼라이트, 중공 세라믹 구체, 중공 플라스틱 구체, 발포 플라스틱 비드, 및 기타 등을 포함한다. 시멘트 보드 제조를 위하여, 발포 점토 및 셰일 골재가 특히 유용하다. 조성물에사용될 때 발포 플라스틱 비드 및 중공 플라스틱 구체는 극단적으로 낮은 부피밀도로 인하여 중량기준으로 극소량이 요구된다.
선택된 경량 골재 또는 충전제에 따라서, 반응성 분말 블렌드에 대한 경량 골재 또는 충전제의 중량비는 약 1/100 내지 200/100, 바람직하게는 약 2/100 내지 125/100이다. 예를들면, 경량 시멘트 보드 제작을 위하여, 반응성 분말 블렌드에 대한 경량 골재 또는 충전제의 중량비는 바람직하게는 약2/100 내지 125/100이다. 경량 제품 특성이 중요한 기준이 아닌 용도에서, 콘크리트 조성에 통상 사용되는 강모래 및 거친 골재가 본 발명 조성물의 일부로 적용될 수 있다.
초기 슬러리 온도
본 발명에서, 초기 고온 슬러리를 제공하는 조건으로 슬러리를 형성하는 것이 시멘트 조제물의 급속 응결 및 경화를 달성하기 위하여 중요하다는 것을 확인하였다. 초기 슬러리 온도는 최소한 약 실온이어야 한다. 38°C 내지 41°C 범위의 슬러리 온도는 단기 응결시간을 달성할 수 있고, 따라서 바람직하다
일반적으로, 본 범위 내에서 초기 슬러리 온도를 높이면 반응이 진행하면서 온도 상승 속도가 증가되고 응결시간이 단축된다. 따라서, 초기 슬러리 온도 95°F (35°C)가 초기 슬러리 온도 90°F (32.2°C)보다 바람직하고, 온도 100°F (37.7°C)가 95°F (35°C)보다 바람직하고, 온도 115°F (41.1°C)가 100°F (37.7°C) 보다 바람직하고, 온도 110°F (40.6°C)가 105°F (41.1°C) 보다 바람직하다. 초기 슬러리 온도 상승 이점은 광폭 온도 범위 상단으로 갈수록 감소된다고 판단된다.
당업자들이 이해하듯, 초기 슬러리 온도 달성은 하나 이상의 방법으로 달성될 수 있다. 아마 가장 편리한 방법은 하나 이상의 슬러리 성분들을 가열하는 것이다. 실시예들에서, 본 발명자들은, 건조 반응성 분말 및 미-반응성 고체에 첨가될 때, 생성 슬러리가 원하는 온도로 달성되도록 일정 온도로 가열된 물을 공급하였다. 달리, 필요한 경우 고체를 주위 온도 이상에서 제공할 수 있다. 열을 슬러리에 제공하는 스트림을 이용하는 것은 적용될 수 있는 다른 가능한 방법이다.
잠재적으로 더욱 느리지만, 슬러리를 주위 온도에서 제조하고, 즉시 (예를들면, 약 10, 5, 2 또는 1 분 이내) 온도가 약 90°F 이상 (또는 임의의 다른 상기 범위)으로 상승되도록 가열하여도, 본 발명의 장점을 달성할 수 있다.
프리캐스트 콘크리트 제품 예를들면 시멘트 보드 제조
프리캐스트 콘크리트 제품 예를들면 시멘트 보드는 반응성 분말이 골재, 충전제 및 다른 필수 성분들과 혼합되고, 이어 물 및 다른 화학적 첨가제들을 첨가하고 바로 혼합물을 몰드 또는 연속 주조 및 성형 벨트에 투입하는 연속 공정에 의해 가장 효과적으로 제조된다.
시멘트 혼합물의 급속 응결 특성으로 인하여 시멘트 블렌드의 건식 성분들 및 물과의 혼합은 주조 공정 바로 직전에 수행된다는 것을 이해할 수 있다. 규산알루민산알칼리 수화물 및/또는 규산알루미늄 및/또는 규산알루민산칼슘 화합물의 다른 수화물 형성 결과, 콘크리트 제품은 고화되고, 절단되고, 처리되고 더욱 경화되도록 적체된다
비산회 결합제에 공기 혼입을 위하여 두 바업이 사용되었다.
하나의 방법은 (하기 실시예 1) 비산회 결합제를 예정 시간 동안 혼합하면서 기포 혼합물, 즉 알파올레핀술폰산염 (AOS) 비누를 비산회 결합제에 첨가하고 방울 또는 에어 포켓을 현장 발생시키는 것이었다. 제2 방법은 기포를 현장외 (ex-situ)에서 제조하고 비산회 결합제와 혼합하는 것이다. 이 경우 비산회 슬러리에 혼입되면서 기포 방울이 붕괴되는 것을 방지하기 위하여 알파올레핀술폰산염 (AOS) 비누 및 폴리비닐알코올 (PVOH)의 혼합물을 이용할 필요가 있다는 것을 확인하였다. PVOH 첨가는 안정제로서 작용하며 기포 안정성 및 비산회 기포화 결합제의 치밀한 일체성 (cellular integritity)에 중요한 것으로 보인다.
하기 본원에 기재된 비산회 기포화 조성물은 총 조성물의 백분율로서 75-80.5% 비산회, 3 내지 6% 구연산나트륨 (또는 칼륨), 0.5 내지 1.5% 규산나트륨, 14 내지 20% 물 및 0.4 내지 0.7% 기포제를 포함한다. 구연산나트륨이 구연산칼륨을 대체하거나 이들 양 구연산염의 블렌드가 사용될 수 있다. 바람직한 기포제는 탄소 장쇄 (C12-C16)로 제조된 안정된 비누이고 혼합 과정에서 반응에 의한 원하지 않은 암모니아 악취를 방지하기 위하여 암모니아가 포함되지 않은 것이다.
본 작업은 비산회 기포화 결합제의 성공적인 생산은 다음과 같은 두 인자들을 최적화하는 것이라는 것을 보인다:
비산회 결합제 반응속도.
비산회/구연산나트륨 결합제에 기포 도입 방법.
물, 구연산나트륨, 규산나트륨 및 기포제는 먼저 균일하게 혼합된다. 이들 성분을 비산회 반응성 분말에 첨가한다. 본 혼합물의 기포발생은 즉시 개시되고 3 내지 6 분 내에 완료된다. 혼합 후 혼합물 온도 상승이 개시되고, 저자에 의한 이전 특허출원에 기재된 바와 같이 발열반응을 의미한다. 실온에서 경화는 첫 24 hr 동안 계속되고 최종 강도는 수일 내에 달성된다. 형성된 현장 기포 결합제는 경량화 및 압축강도 개선의 유일한 조합을 제시한다.
상기 성분들은 반응성 분말 (비산회)에 대한 물 중량비가 0.18/1 내지 0.23로 배합되었다. 혼합물의 정육면체 압축강도를 표준 실험 방법으로 측정되었다. 혼합물 미세구조를 주사전자현미경으로 분석하였다.
실시예들
하기 실시예들은 구연산알칼리금속 및 구연산나트륨 첨가가 본 발명의 시멘트조성물의 슬러리 온도 상승 거동, 응결 특성 및 정육면체 압축강도 (CCS)에 미치는 영향을 보인다. 반응성 분말 성분들로서 포틀랜드 시멘트, 등급 C 비산회, 및 황산칼슘 이수화물 (분말석고) 의 혼합물들이 사용된다.
실시예 1 - 혼합 절차 (현장 기포화 )
규산나트륨을 물에 첨가하고 용해시킨다. 구연산나트륨을 용액에 첨가하고 용해시킨다. 비누를 생성된 규산나트륨/구연산나트륨 용액에 첨가한다. 규산나트륨, 구연산나트륨 및 비누 용액을 비산회 반응성 분말에 첨가하고 중간속도로 호바트 혼합기에서 혼합한다. 약 40 초 후에, 혼합속도를 (#3)으로 올리고 총 4-6분 까지 계속 혼합한다.
먼저 모든 규산나트륨이 용해되고 이후 구연산나트륨이 용해될 때까지 교반하여2.5 내지 8.0% 규산나트륨, 15 내지 35% 구연산나트륨의 용액을 제조한다. 본 용액에 3-6% 기포제를 첨가한다. 이것을 첨가하면 구연산나트륨 용액 점도가 상당히 높아지고 이는 구연산나트륨 및 기포제와의 상승작용을 의미한다. 사용된 계면활성제는 Akzo Nobel의 상표명 Witconate AOS인 알파올레핀술폰산염 (AOS) 비누이다.
실온에서 용액을 혼합하고 결합제가 충전된 정육면체 몰드는 90% 상대습도 및 90° F 온도로 유지되는 조화실에 실험이 끝날 때까지 보관한다.
본 실시예는, 황산칼슘 반수화물과 혼화된 것과 대비하여 황산칼슘 이수화물과 혼화된 구연산나트륨 및 등급 C 비산회를 함유한 기포화 결합제의 압축강도 성능 개선을 위한 규산나트륨 용액 사용이 상기 혼합 절차에서 얻어진 골재 입자들에 주는 영향을 보인다. 표 1은 2% 구연산나트륨 및 다양한 함량의 규산나트륨 및 기포제 (AOS)를 첨가하여 현장 기포화 되는 비산회 슬러리들에 대한 조성물 및 압축강도 값들을 보인다. 3 내지 5 분 동안 비산회 분말과 혼합하여 소정의 밀도를 얻기 전에 모든 혼합물 및 기포제를 물에 첨가하였다. 도1은 규산나트륨 없이 구연산나트륨이 함유된 결합제와 대비되는 구연산나트륨 및 규산나트륨이 함유된 기포 비산회 결합제에 대한 압축강도 대 밀도 관계를 보인다.
비산회 활성화에 사용된 혼합물, 예를들면 구연산칼륨, 구연산나트륨 및 선택적 첨가제들 예를들면 구연산, 붕사, 붕산을 물에 첨가한 후 비산회, 시멘트 및 임의의 선택적 경량 골재와 혼합하였다.
본원에 기재된 조성물은 발포 점토 골재 대 시멘트 반응성 분말의 중량비를 0.56 : 1.0로 배합하였다.
정육면체를 습한 타월이 들어있는 밀봉 플라스틱 백 내부에 실온에서 24시간 동안 보관하고, 탈형하고 14 일 실험하는 동안 90% 상대습도 및 90º F인 조화실에 두었다. ASTM C109 절차에 특정된 부하 속도로 프로그램된 압축기 SATEC UTC 120HVL를 이용하여 정육면체를 분쇄하는데 필요한 최대하중을 측정하였다.
실시예 1에 포함된 조성물을 반응성 분말에 대한 물의 중량비를 약 0.26/1 및 비산회 (반응성 분말)에 대한 발포 점토 골재의 중량비를 약 0.56/1로 배합하였다.
알칼리구연산염을 물에 용해시킨 후 실온에서 시멘트와 혼합하였다. 고형의 알칼리구연산염을 시멘트와 함께 혼합물에 첨가하는 다른 실험들은 동일한 결과를 주었다. 호바트 혼합기에서 혼합한 후 혼합물을 표준 2인치 정육면체 몰드에 부었다.
ASTM C109 절차에 특정된 부하 속도로 프로그램된 압축기 SATEC UTC 120HVL를 이용하여 실험 시간에 정육면체를 분쇄하는데 필요한 최대하중을 측정하였다
이들 실시예에 적용된 원료 및 성분들은 다음과 같았다:
규산나트륨
알파올레핀술폰산염 비누 (Witconate)
등급 C 비산회 (Campbell)
발포 점토 골재
구연산나트륨 (구연산삼나트륨 일수화물)
물 대 비산회 반응성 분말의 중량비 범위는 전형적으로 0.22 내지 0.287: 1.0이고, 반응성 분말이 실질적으로 100 wt % 등급 C 비산회이고 거의 또는 전혀 석고를 포함하지 않을 때에는 중량비는 바람직하게는0.22 내지 0.2: 1이다. 등급 C 비산회 일부가 등급 F 비산회로 대체되는 경우, 석고가 사용되지만 본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면 석고함량은 최소한이다.
실시예 1(혼합물들 1-17) - 현장 혼합 절차 (In Situ Mixing Procedure)
먼저 규산나트륨을 물에 용해시키고, 이후 구연산나트륨을 용액에 첨가하여 용해시킨다. 그리고 비누 기포제를 규산나트륨/및 구연산나트륨 용액에 첨가한다. 생성된 규산나트륨, 구연산나트륨 및 비누 수용액을 등급 C 비산회 반응성 분말에 넣고 호바트 혼합기에서 중간속도로 혼합한다. 약 40 초 후 혼합기 속도를 놀리고 (속도 #3) 총 4-6 분까지 혼합을 계속한다.
먼저 모든 규산나트륨이 용해되고 이후 구연산나트륨이 용해될 때까지 교반하여2.5 내지 8.0% 규산나트륨, 15 내지 35% 구연산나트륨의 용액을 제조한다. 본 용액에 3-6% 기포제를 첨가한다. 이것을 첨가하면 구연산나트륨 용액 점도가 상당히 높아지고 이는 구연산나트륨 및 기포제와의 상승작용을 의미한다. 사용된 계면활성제는 Akzo Nobel의 상표명 Witconate AOS인 알파올레핀술폰산염 (AOS) 비누이다
액체 및 혼합물을 실온에서 보관하고 결합제가 충전된 정육면체 몰드는 90% 상대습도 및 90° F 온도로 유지되는 조화실에 실험이 끝날 때까지 보관한다.
표 1은 여러 투입 함량의 규산나트륨 및 생 (raw) 비누가 첨가된 중량비 20/100의 등급 C 비산회 및 2.0 wt % 구연산나트륨을 포함한 혼합물 조성을 보인다. 이들 조성물에서 비산회에 대한 구연산나트륨 중량%를 비산회 중량에 대하여 2.0 %로 유지하였다. 표 1의 데이터는, 구연산나트륨만이 함유된 비산회 결합제와 비교하여 구연산나트륨이 있는 규산나트륨 함량 증가는 비산회 기포 결합제 동일 밀도에서 정육면체 압축강도를 높인다는 것을 보인다. 온다
표 1에서 CCS는 정육면체 압축강도의 약어이다.
Figure 112013065706912-pct00004
일정 수준의 구연산나트륨을 가지는 혼합물에 있어서 혼합물 온도 상승에 대한 규산나트륨 함량 증가 효과는 도 1에 도시된다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 규산나트륨 투입량이 높은 혼합물은 동일 밀도에서 압축강도가 급격히 상승한다.
2.0 wt % 구연산나트륨 및 무 규산나트륨의 혼합물 #1 및 #2의 경우, 압축강도는 밀도 67 pcf. 에서800 psi 이하로 상승되나, 2.0 wt % 구연산나트륨 함유 동일 슬러리에 0.5 내지 1.0 wt. % 규산나트륨이 첨가되면 동일 밀도에서 약 1200 내지 1400 psi 이상인 경우와 비교된다. 이러한 비교는 규산나트륨이 존재하면 구연산나트륨만 함유한 혼합물에 대하여 측정된 조기 압축강도보다 상대적으로 더 높은 압축강도와 연관된 반응을 촉진시킨다는 것을 의미한다.
실시예 2 - 현장외 기포 ( Ex - Situ foam )를 위한 혼합 절차
혼합절차 (현장외 기포제)
먼저 PVOH가 완전히 용해될 때까지 온수(50 내지 80C)를 이용하여 PVOH 용액 (농도 2 내지 5%)을 제조한다. 용액을 실온으로 식히고 계면활성제 비누 (8% 비누 용액)를 첨가하여 기포를 발생시킨 후 표준 혼합절차로 비산회/구연산나트륨/물 슬러리와 혼합한다. 본 실시예에서 규산나트륨은 첨가하지 않았고 주목적은 현장외 기포를 이용한 비산회 기포 결합제에 대한 PVOH의 영향을 결정하는 것이었다. 사용된 계면활성제는 Akzo Nobel의 상표명 Witconate AOS의 알파올레핀술폰산염 (AOS) 비누이다. 사용된 PVOH는 Scksui Specialty Chemical America LLC, Scksui Chemical Company Ltd.의 CELVOL 205-S이다.
조제물 예를들면 비누 용액과 PVOH 동반 기포제를 이용한 #2는 표 2-1에 포함되고 조제물 예를들면 4% 비누 용액과 무 PVOH의 기포제를 이용한 #2는 표 2-2에 포함된다. 총 액체 함량은 비누용액에 사용된 물인 혼합수, 및 비산회 및 수 혼합물에 첨가되는 기포 제조용 기포제 함량을 포함하였다. 표 2-1 및 표 2-2에 기재된 데이터 점들을 도 2에 도시한다. 정육면체 시편들을 실시예 1에서와 유사하게 경화하였다.
기포 안정성이 개선되었고 본 기포화 절차로 상대적으로 더 작은 기포방울들이 존재하였다. 실험실에서, PVOH 첨가 전 현장외 기포제가 있는 혼합물에 대하여, 기포 결합제는 몰드에 주조되자마자 불안정 효과 예를들면 기포 붕괴, 합체 현상을 보였다. 이러한 불안정 효과는 기포 결합제가 공기와 접촉하는 최상 표면 가까이에서 가장 현저하였다. 이와는 반대로, 현장 기포제에 PVOH가 첨가된 혼합물은 비산회/구연산나트륨 결합제와 혼합될 때 붕괴를 일으키지 않았고 대신 나안으로 확인하기 어려운 긴밀한 미세 방울들의 망을 보였다. 개선된 기포 안정성으로 슬러리 밀도 범위가 38 내지 70 pcf인 안정한 비산회 기포 결합제가 가능하다. PVOH 첨가로 밀도 범위 하한 (38 내지 40 pcf)에서 압축강도에 큰 영향을 미치지 않지만, 40 pcf 밀도 이상 특히 50 내지70 pcf 범위의 혼합물에서는 압축강도 개선이 현저하였다. 도 2에서 도시된 표 2-1 및 2-2에서 포함된 결과들은 PVOH를 첨가하면 (현장외) 기포제를 통하여 첨가된 공기방울 변형을 억제함으로써 비산회 결합제의 취성 거동을 개선시킨다는 것을 보인다.
Figure 112013065706912-pct00005
Figure 112013065706912-pct00006
도 2에서, 압축강도 대 밀도는 표 2-1에 데이터들이 포함된 PVOH 동반 예비 형성 기포제의 기포 비산회 결합제 및 표 2-2 데이터들의 무 PVOH의 예비 형성 기포제의 혼합물에 대한 것이다. 상대적으로 더 작은 방울 크기로 인하여 상대적으로 더 높은 비율의 공기가 비산회 결합제와 혼합될 수 있으므로 본 방법이 유리하다.
실시예 3 - 등급 F 비산회를 이용하여 제조된 혼합물
등급 F 비산회를 이용한 예비 결과가 등급 C 비산회의 유사한 조제물과 비교할 때 등급 F 비산회 결합제가 상대적으로 낮은 압축강도를 보였으므로 전기 실험들은 구연산나트륨 또는 구연산칼륨과 배합되는 주요 시멘트 결합제로서 등급 C 비산회 이용에 집중하였다. 사용되는 석탄의 지역 공급원에 따라 두 가지 중 한 유형의 비산회를 이용할 수 있다면 상업적으로 바람직하다. 화학적 분석을 통하여 등급 C 및 등급 F 비산회의 주요 화학적 조성 차이는 등급 F 비산회에 비하여 등급 C의 더 높은 석회 함량 (10% 대 20%)이라는 것은 잘 알려져 있다.
본 실시예에서 혼합물은 하기 성분들을 포함하였다:
성분 A=등급 F 비산회
성분 B=III 타입 PC
성분 C=물
종정 변수 X=구연산나트륨
혼합물 성분 각각의 함량 하한 및 상한 경계 및 실시예 3에서 사용되는 정규화 비율들은 표 3-1에 나타난다. 총 혼합물로 배합되는 각각의 성분에 대한 하한 및 상한 경계는 연구 제약을 도입한 것에 주목하라. 예를들면, 최소 물 함량은 실험 실제 조건으로 표시된다. 또한, 혼합물 주요 성분은 등급 F 비산회이고 이는 이들 혼합물과의 선행 경험에 기초하여 선택되었다. 유사하게, 하한 수준의 구연산나트륨은 이전 작업에 따라 선택되었고, 상한 수준은 이전 연구된 바와 같이 상대적으로 더 높은 수준에서 정보 취합을 위하여 선택하였다.
Figure 112013065706912-pct00007
표 3-2는 실험 혼합물 설계를 보인다. 기재된 표준 혼합방법으로 38개의 혼합물을 제조하였다. 혼합물 성분들을 일정 수준의 발포 점토 골재 및 퍼라이트와 배합하였다. 구연산나트륨을 혼합수에 첨가한 후 비산회, 시멘트 및 경량 골재와 배합하였다.
또한, 표 3-2는 (물 대 비산회 및 시멘트) W/C 비율로 표기된 혼합물 성분들을 포함한다. 비산회 함량은 FA/(FA+PC) 백분율로 표기된다. W=혼합수, C= FA + PC= 총 시멘트 (또는 반응성 분말), FA= 등급 F 비산회 및 PC= 포틀랜드 시멘트 III 타입이라는 것에 주목하라. 표 3-2에서, 백분율로 표기되지 않는 한 함량 단위는 그램이다. 표 3-2 및 3-3에서, PC는 포틀랜드 시멘트를 의미하고 FA는 비산회를 의미한다.
Figure 112013065706912-pct00008
Figure 112013065706912-pct00009
표 3-3은 24 시간 및 14 일 경화 후 측정된 실시예 2에서 사용된 혼합물에 대한 정육면체 압축강도를 포함한다.
24-hr CCS 데이터로부터 관찰 사항들은 다음과 같다:
특히 상대적으로 낮은 수준의 구연산나트륨을 가지는 혼합물에 대하여 물 함량이 증가하면 24 hr-강도는 크게 감소된다.
강도 감소는 구연산나트륨 증가로 보상될 수 있다.
(등급 F 비산회 함량 감소 만큼의) 포틀랜드 시멘트 함량 증가로 24-hr 압축강도는 크게 증가한다. 이는 등급 C 비산회 사용에서 관찰되는 결과와 상반된다.
24-hr CCS 데이터로부터 관찰 사항들은 다음과 같다:
특히 상대적으로 낮은 수준의 구연산나트륨을 가지는 혼합물에 대하여 물 함량이 증가하면 24 hr-강도는 크게 감소된다.
강도 감소는 구연산나트륨 증가로 보상될 수 있다. (등급 F 비산회 함량 감소 만큼의) 포틀랜드 시멘트 함량 증가로 24-hr 압축강도는 크게 증가한다. 이는 이전 실험에서 보고된 등급 C 비산회 사용에서 관찰되는 결과는 반대되는 거동이다.
실시예 3에서 사용된 혼합물에 대한 압축강도 분석으로부터 하기 관찰 사항들이 주목된다:
전체적으로, 고체에 대한 물 비율이 증가하면 강도는 감소된다.
24-hr CCS 및 14 일 CCS는 직접 연관된다.
14-일 CCS 및 등급 F 비산회 함량은 역 상관 관계이지만 포틀랜드 시멘트 함량과는 직접 연관된다.
실시예 3 결과는 등급 F 비산회 및 III 타입 PC 및 구연산나트륨의 블렌드는 원하는 강도 달성에 적요될 수 있다는 것을 나타낸다.
또한 이들 결과는, 석회 결여 등급 F 비산회가 적용될 때, 소량의 포틀랜드 시멘트 첨가는 석회 및 알루미나 함량을 보완하여 필요 강도를 달성할 수 있다는 것을 보인다.
실시예 3 결과에 기초한 등급 F 비산회 및 III 타입 포틀랜드 시멘트 혼합물에 대한 바람직한 조성 인자들은 다음과 같다:
70 내지 90% 등급 F 비산회
10 내지 30% 포틀랜드 시멘트 III 타입
구연산나트륨 2 내지 4%
물/(비산회 + 포틀랜드 시멘트) <0.37 및 바람직하게는 <0.33
실시예 4.
또한 본 실시예는 구연산나트륨 및 등급 C 비산회의 기포 결합제 압축강도 성능 개선을 위한 규산나트륨 함유 용액 사용 효과를 설명한다.
표 4-1 및 4-2는 물에 첨가된 구연산나트륨 및 기포제/비누를 이용한 기포 비산회 혼합물에 대한 조성물 및 압축강도 수치를 보이고 표 4-3은 비산회 반응성 분말과 혼합되기 전에 규산나트륨 및 구연산나트륨 및 기포제가 물에 첨가되는 기포 비산회 혼합물의 조성 및 압축강도를 보인다.
표 4-1에서 각각 밀도가 65.4 및 59.8 pcf인 혼합물 #2 및 #4는, 14 일 압축강도가 각각 661 및 479이다. 표 4-2에서, 혼합물 밀도 감소의 유사한 부정적 효과를 주목하였고 밀도가 62.9 pcf인 혼합물 # 2의 압축강도는 514 psi이다.
Figure 112013065706912-pct00010
Figure 112013065706912-pct00011
Figure 112013065706912-pct00012
Figure 112013065706912-pct00013
모든 실험 혼합물은 등급 C 비산회 함량이 1000g이고 구연산나트륨 함량은 40 그램이고, 등급 C 비산회 중량 기준으로 구연산나트륨 wt %는 4.0%가 된다.
모든 실험 혼합물은 등급 C 비산회 함량이 1000g이고 구연산나트륨 함량은 40 그램이므로, 등급 C 비산회 중량 기준으로 구연산나트륨 wt %는 4.0%가 된다
표 4-3 및 4-4에서 알 수 있는 바와 같이, 규산나트륨 및 구연산나트륨 모두를 가지는 혼합물의 압축강도는 표 3-1 및 3-2에서 규산나트륨이 없는 혼합물의 압축강도의 2배 이상이었다. 예를들면, 표 4-3에서 밀도가 51.4 pcf인 혼합물 #1은 압축강도가 471 psi이고 규산나트륨이 첨가되지 않았을 때 표 4-1에서 밀도 59.8의 혼합물 #4에 대한 압축강도 479 psi와 대등하였다. 또한, 표 4-4에서 59.5 내지 65.5 pcf 범위의 밀도로 제조된 혼합물의 압축강도는 891 내지 1327 psi이고 표 4-1에서 밀도 65.4 pcf 및 압축강도 660 psi의 규산나트륨이 없는 혼합물과 비교할 때 선호된다.
표 4-3 및 4-4 결과를 검토하면, 비산회의 1.5 wt %를 초과하는 규산나트륨 중량% 증가는 압축강도를 크게 증가시키지 못하고 따라서 바람직하지 않다. 또한 1.5 wt % 규산나트륨 이상 투입하면 기포제 성능이 감소되는 경향을 보였다. 규산나트륨 추천 투입 함량은 약 0.25 내지 1.5 wt. %이고, 바람직한 범위는 약 0.5 내지 1.0 wt. %이다. 0.25 wt % 이하의 규산나트륨은 압축강도에서 상당한 개선을 제공하지 않는다.
규산나트륨은 초기 발열반응 제어 및 비산회 및 구연산나트륨 기포화에 요구되는 혼합 초기 3-6 분 동안 형성되는 점성의 비산회 및 구연산나트륨 결합제 블로잉에 조력하는 것으로 확인되었다.
본 발명 구현을 위한 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 본 분야의 당업자들은 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 변경 및 부가가 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims (14)

  1. 물,
    75 내지 100 wt %의 비산회를 포함하는 100 중량부의 시멘트 반응성 분말,
    1 내지 200 중량부의 골재,
    1.5 내지 6 중량부의 구연산의 알칼리금속염,
    급속 응결을 위한 0.5 내지 1.5 중량부의 규산알칼리금속,
    2.0 내지 6.0 중량부의 기포제, 및
    기포안정제를 혼합하는 단계로 구성되고,
    상기 중량부는 시멘트 반응성 분말 100 중량부 당 건조 기준이며,
    물 대 시멘트 반응성 분말의 중량비는 0.22 내지 0.287:1.0이고,
    상기 비산회는 등급 C 비산회, III 타입 포틀랜드 시멘트 동반 등급 F 비산회; 또는 선택적으로 III 타입 포틀랜드 시멘트가 동반된 등급 C 비산회 및 등급 F 비산회의 혼합물이며,
    선택적으로 상기 반응성 분말은 수경 시멘트를 포함하지 않고,
    개선된 압축강도 및 내수성을 갖는, 시멘트 보드 제조를 위한, 경량 시멘트 혼합물 제공방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기포안정제는, 반응성 분말, 골재, 구연산의 알칼리금속염 및 규산알칼리금속 첨가 전에 기포제 및 물에 첨가되어 현장외 (ex-situ)에서 기포를 발생시키는 폴리비닐 알코올을 포함하는, 경량 시멘트 혼합물 제공방법.
  3. 제1항에 있어서, 반응성 분말은 88.5 내지 100 wt % 등급 C 비산회를 포함하는, 경량 시멘트 혼합물 제공방법.
  4. 제1항에 있어서, 기포를 가지는 혼합물의 밀도는 0.48 내지 1.04 g/cm3 (30 내지 65 pcf)이고, 14 일 후 측정된 압축강도는 6.90 내지 9.65 MPa (1000 psi 내지 1400 psi)인, 경량 시멘트 혼합물 제공방법.
  5. 제1항에 있어서, 구연산의 알칼리금속염은 구연산나트륨, 구연산칼륨, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군의 최소한 하나이고, 함량은 비산회 반응성 분말 중량 기준으로 1.5 내지 6.0 wt. %인, 경량 시멘트 혼합물 제공방법.
  6. 제1항에 있어서, 공기-연행제, 이차 무기 급결제 및 이들 혼합물로 이루어진 군의 최소한 하나를, 상기 혼합물에 혼화하는 단계를 더욱 포함하는, 경량 시멘트 혼합물 제공방법.
  7. 제1항에 있어서, 비산회는 등급 C 비산회이고, 응결지연제가 혼합물에 포함되지 않고 혼합물 응결은 혼합물 형성 후 4 내지 6 분 후에 달성되는, 경량 시멘트 혼합물 제공방법.
  8. 시멘트 보드 제조를 위한 경량 시멘트 혼합물 제조용 조성물에 있어서,
    75 내지 100 wt % 비산회를 포함하는 100 중량부의 시멘트 반응성 분말;
    1 내지 200 중량부의 골재,
    1.5 내지 6 중량부의 구연산의 알칼리금속염,
    급속 응결을 위한 0.5 내지 1.5 중량부의 규산알칼리금속,
    2.0 내지 6.0 중량부의 기포제,
    기포안정제, 및
    물로 구성되는 혼합물을 포함하고,
    혼합물에서 물 대 시멘트 반응성 분말 고체의 중량 비율은 0.22 내지 0.287:1이고,
    용액 중 물에 대한 기포안정제의 농도는 2 내지 5 %이고;
    비산회는 등급 C 비산회, III 타입 포틀랜드 시멘트 동반 등급 F 비산회; 또는 선택적으로 III 타입 포틀랜드 시멘트가 동반된 등급 C 비산회 및 등급 F 비산회의 혼합물이고;
    선택적으로 상기 반응성 분말은 수경 시멘트를 포함하지 않고,
    기포를 가지는 응결 혼합물의 밀도는 0.48 내지 1.04 g/cm3 (30 내지 65 pcf)이고, 14 일 후 측정된 응결 혼합물의 압축강도는 6.90 내지 9.65 MPa (1000 psi 내지 1400 psi)인, 시멘트 보드 제조를 위한, 경량 시멘트 혼합물 제조용 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 반응성 분말은 88.5 내지 100 wt. % 등급 C 비산회, 선택적으로 실리카퓸을 포함하지만 수경시멘트 또는 응결지연제를 포함하지 않는, 경량 시멘트 혼합물 제조용 조성물.
  10. 제8항에 있어서, 혼합물은 시멘트 분말 중량 기준으로, 구연산나트륨, 구연산칼륨 및 이들 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 최소한 하나의 구연산의 알칼리금속염 1.5 내지 6.0 wt. %, 및 규산나트륨, 규산칼륨 및 이들 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 최소한 하나의 규산알칼리금속 분말 0.25 내지 1.0 wt. %를 포함하는, 경량 시멘트 혼합물 제조용 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 기포안정제는 폴리비닐알코올을 포함하는, 경량 시멘트 혼합물 제공방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 기포안정제는 폴리비닐알코올을 포함하는, 경량 시멘트 혼합물 제조용 조성물.
  13. 제11항에 있어서, 상기 규산알칼리금속은 규산나트륨 및 규산칼륨 중 적어도 하나를 포함하는, 경량 시멘트 혼합물 제공방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 규산알칼리금속은 규산나트륨 및 규산칼륨 중 적어도 하나를 포함하는, 경량 시멘트 혼합물 제조용 조성물.
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