KR101930109B1 - 포졸란 재료를 포함하는 시멘트질 결합제 - Google Patents

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Abstract

시멘트질 조성물로서, (a) 60 내지 94중량%의, 적어도 하나의 포졸란 재료; (b) 적어도 0.5중량%의, 칼슘 설포알루미네이트(CSA); (c) 1.2 내지 11중량%의, 황산칼슘 반수화물, 무수 황산칼슘, 황산칼슘 이수화물, 황산나트륨 및 황산 나트륨 칼슘으로 이루어진 황산염의 군으로부터 선택되는, S03로 표시되는, 적어도 하나의 무기 황산염; 및 (d) 적어도 3중량%의, S03로 표시되는, 전체 황산염 함량을 포함하는 결합제를 포함하고; 상기 시멘트질 조성물은 최대 3%의 천연 석회를 포함하고; 상기 시멘트질 조성물은 최대 10%의 알루미나 시멘트를 포함하되; 상기 조성물의 함량은, 건조 무골재 기준으로, 계산된 것인 시멘트질 조성물이 제공된다.

Description

포졸란 재료를 포함하는 시멘트질 결합제{CEMENTITIOUS BINDERS CONTAINING POZZOLANIC MATERIALS}
본 출원은 2011년 4월 14일자에 출원된 특허 출원 제GB1106345.0호; 2012년 1월 26일자에 출원된 제GB1201266.2호; 및 2012년 3월 25일자에 출원된 제GB1205205.6호의 우선권을 주장한다.
기술분야
본 발명은 칼슘 설포알루미네이트 및 적어도 하나의 포졸란 재료를 포함하는 시멘트질 결합제에 관한 것이다.
이러한 포졸란 재료의 예로는 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(ground granulated blast furnace slag), 비산회 및 실리카 퓸 또는 천연 포졸란, 예컨대 하소 셰일, 하소 클레이 또는 메타카올린을 들 수 있다.
포졸란 재료는 보충적 시멘트질 재료 또는 잠재적 수경성을 갖는 재료로 분류될 수 있다. 비산회, 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그, 실리카 퓸 및 천연 포졸란, 예컨대 하소 셰일, 하소 클레이 또는 메타카올린은, 포틀랜드 또는 블렌딩된 시멘트와 함께 사용될 때, 수경성 또는 포졸란 활성 또는 둘 다를 통해 경화된 콘크리트의 특성에 기여하는 재료이다. 포졸란은 미세하게 분산된 형태로 수분 존재 하에 포틀랜드 시멘트의 수화에 의해 방출된 수산화칼슘과 화학적으로 반응하여 규산칼슘 수화물 및 다른 시멘트질 화합물을 형성하는 규산질 또는 알루미노 규산질 재료이다. 몇몇 보충적 시멘팅 재료의 느린 포졸란 반응 때문에, 보통 필요한 것보다 더 긴 기간 동안 연속 습식 경화 및 양호한 경화 온도가 제공될 필요가 있다.
예를 들면, 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(ground granulated blast furnace slag: GGBFS)가 알칼리 활성제, 예컨대 보편적 포틀랜드 시멘트(ordinary Portland cement: OPC) 및/또는 황산염 활성제인 황산칼슘의 존재 하에 수경성 반응성을 나타내는 잠재적 수경성 재료 또는 결합제로 고려되는 것으로 알려져 있다. 황산칼슘의 존재 하에, 형성된 주요 수화 생성물은 에트린자이트 및 C-S-H 상이다.
포틀랜드 시멘트 및 GGBFS로 구성된 슬래그 시멘트에서, 용광로 슬래그의 품질이 증가하면서 초기 및 중기 기계적 성능이 감소하는 것으로 또한 알려져 있다.
엠. 마이클 등("The influence of gypsum ratio on the mechanical performance of slag cement accelerated by calcium sulfoaluminate cement", Construction and Building Materials, Vol. 25, pp 1298-1304 (2011))은 GGBFS, OPC, 칼슘 설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate: CSA) 클링커(clinker) 및 황산칼슘을 포함하는 시멘트질 조성물을 개시하고 있다. 상기 조성물은 30%의 OPC, 30%의 GGBFS, 24 내지 34%의 칼슘 설포알루미네이트 클링커를 포함하고, 나머지는 황산칼슘이다.
한국 특허 문헌 KR 제10-0931008호는 15 내지 25중량부의 무기 결합제, 3 내지 8중량부의 물 및 100중량부의 골재를 포함하는 물 투과성 포설 재료를 개시하고 있다. 상기 결합제는 60 내지 80중량%의 초미세 수쇄 용광로 슬래그, 5 내지 20중량%의 CSA, 0.5 내지 5중량%의 에틸-비닐 아세테이트(EVA)계 말분 수지, 0.5 내지 10중량%의 폐석고 및 5 내지 20중량%의 천연 석회를 포함한다.
한국 특허 문헌 KR 제10-0896005호는 55 내지 95중량%의 미세 용광로 슬래그, 2 내지 10중량%의 칼슘 설포알루미네이트 및 3 내지 35중량%의 황산 나트륨 칼슘(sodium calcium sulfate)(Na2Ca(S04)2)을 포함하는, 레미콘의 강도를 개선하기 위한 혼합물 복합제를 개시하고 있다. 다양한 황산염 공급원이 고려된다. 바람직하게는, 혼합물 복합제는 3 내지 25중량%의 결합제를 구성한다. 결합제는 통상적으로 약 50중량%의 OPC를 포함한다. KR 제10-0896005호에 따르면, CSA는 포틀랜드 시멘트와 함께 사용될 때 다량의 에트린자이트를 생성함으로써 강도에 기여한다.
이러한 진전에도 불구하고, 본 발명자들은 개선되고, 환경 친화적이고, 비용 효과적인 포졸란계 시멘트질 조성물에 대한 필요성을 인식하였고, 본 개시내용 및 특허청구범위의 주제는 이러한 필요성을 충족하는 것에 목표한다.
본 발명의 교시에 따르면, 시멘트질 조성물로서, (a) 60 내지 94중량%의, 적어도 하나의 포졸란 재료; (b) 적어도 0.5중량%의, 칼슘 설포알루미네이트(CSA); (c) 1.2 내지 11중량%의, 황산칼슘 반수화물, 무수 황산칼슘, 황산칼슘 이수화물, 황산나트륨 및 황산 나트륨 칼슘으로 이루어진 황산염의 군으로부터 선택되는, S03로 표시되는, 적어도 하나의 무기 황산염; 및 (d) 적어도 3중량%의, S03로 표시되는, 전체 황산염 함량을 포함하는 결합제를 포함하고; 상기 시멘트질 조성물은 최대 3%의 천연 석회를 포함하고; 상기 시멘트질 조성물은 최대 10%의 알루미나 시멘트를 포함하고; 상기 조성물의 함량은, 건조 무골재(dry aggregateless) 기준으로, 계산된 것인 시멘트질 조성물이 제공된다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물 내의 상기 포졸란 재료의 함량은 적어도 63중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물 내의 상기 포졸란 재료의 함량은 적어도 67중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물 내의 상기 포졸란 재료의 함량은 적어도 70중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물 내의 상기 포졸란 재료의 함량은 적어도 72중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물 내의 상기 포졸란 재료의 함량은 적어도 75중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물 내의 상기 포졸란 재료의 함량은 적어도 78중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물 내의 상기 포졸란 재료의 함량은 적어도 82중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물 내의 상기 포졸란 재료의 함량은 적어도 84중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은, S03로 표시되는, 상기 무기 황산염을 최대 10.5중량% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은, S03로 표시되는, 상기 무기 황산염을 최대 10중량% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은, S03로 표시되는, 상기 무기 황산염을 최대 9.5중량% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은, S03로 표시되는, 상기 무기 황산염을 적어도 1.5중량% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은, S03로 표시되는, 상기 무기 황산염을 적어도 1.8중량% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은, S03로 표시되는, 상기 무기 황산염을 적어도 2.1중량% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은, S03로 표시되는, 상기 무기 황산염을 적어도 2.5중량% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 CSA를 적어도 0.75% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 CSA를 적어도 0.85% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 CSA를 적어도 1% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 CSA를 적어도 1.2% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 CSA를 적어도 1.5% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 CSA를 적어도 2% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 CSA를 적어도 2.75% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 CSA를 적어도 3.5% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 CSA를 적어도 4.5% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 CSA를 적어도 5.5%, 적어도 6%, 적어도 6.5%, 적어도 7%, 적어도 7.5% 또는 적어도 8% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 천연 석회를 최대 2% 또는 최대 1% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 천연 석회를 실질적으로 포함하지 않는다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 알루미나 시멘트를 최대 7%, 최대 5%, 최대 3%, 최대 2% 또는 최대 1% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 알루미나 시멘트를 실질적으로 포함하지 않는다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 중합체 수지를 최대 0.2% 또는 0.1% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 중합체 수지를 실질적으로 포함하지 않는다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 물을 추가로 포함하고, 상기 결합제 및 상기 물은 습식 시멘트질 혼합물을 형성한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 물을 추가로 포함하고, 상기 결합제 및 상기 물은 습식 시멘트질 페이스트를 형성한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물 내의 보편적 포틀랜드 시멘트(OPC)의 함량은, 상기 결합제를 기준으로, 최대 15%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 OPC의 함량은, 상기 결합제를 기준으로, 최대 10%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 OPC의 함량은, 상기 결합제를 기준으로, 최대 7%, 최대 5%, 최대 3%, 최대 2% 또는 최대 1%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 보편적 포틀랜드 시멘트(OPC)를 실질적으로 포함하지 않는다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 적어도 하나의 골재 재료를 추가로 포함하고, 상기 결합제, 상기 골재 재료 및 상기 물은 습식 콘크리트 혼합물을 형성한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 포졸란 재료, 상기 CSA 함유 재료 및 상기 무기 황산염의 전체 함량은, 상기 건조 무골재 기준으로, 시멘트질 조성물 중 적어도 85중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 전체 함량은, 상기 건조 무골재 기준으로, 시멘트질 조성물 중 적어도 88중량%, 적어도 90중량%, 적어도 92중량% 또는 적어도 95중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 칼슘 설포알루미네이트는 이리마이트(ye'elimite)를 포함하거나, 대부분 포함하거나, 주로 포함하거나, 실질적으로 이것으로 이루어진다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 무기 황산염은 상기 황산칼슘 반수화물, 상기 무수 황산칼슘 및 상기 황산칼슘 이수화물 중 적어도 하나를 포함하거나, 대부분 포함하거나, 주로 포함하거나, 실질적으로 이것으로 이루어진다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 무기 황산염은 황산칼슘 반수화물을 포함하거나, 대부분 포함하거나, 주로 포함하거나, 실질적으로 이것으로 이루어진다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 황산칼슘 반수화물은 알파 황산칼슘 반수화물을 포함하거나, 대부분 포함하거나, 주로 포함하거나, 실질적으로 이것으로 이루어진다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 황산칼슘 반수화물은 베타 황산칼슘 반수화물을 포함하거나, 대부분 포함하거나, 주로 포함하거나, 실질적으로 이것으로 이루어진다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 무기 황산염은 상기 무수 황산칼슘을 포함하거나, 대부분 포함하거나, 주로 포함하거나, 실질적으로 이것으로 이루어진다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 무수 황산칼슘은 경석고를 포함하거나, 대부분 포함하거나, 주로 포함하거나, 실질적으로 이것으로 이루어진다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 무기 황산염은 황산칼슘 이수화물을 포함하거나, 대부분 포함하거나, 주로 포함하거나, 실질적으로 이것으로 이루어진다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물 내의 상기 포졸란 재료의 함량은 적어도 72%이고, 상기 조성물 내의 상기 칼슘 설포알루미네이트의 함량은 적어도 0.75%이고, 상기 전체 황산염 함량은 S03로서 계산할 때 3중량% 내지 14중량% 범위이고, 상기 포졸란 재료, 상기 CSA 함유 재료 및 상기 무기 황산염의 전체 함량은 상기 시멘트질 조성물 중 적어도 85중량%, 적어도 90중량% 또는 적어도 95중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물 내의 상기 CSA 함유 재료 및 상기 무기 황산염의 전체 함량은, 상기 건조 무골재 기준으로, 12중량% 내지 30중량% 범위이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 CSA 및 상기 무기 황산염의 전체 함량은, 상기 건조 무골재 기준으로, 적어도 15중량%, 적어도 16.5중량% 또는 적어도 18중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 CSA 및 상기 무기 황산염의 전체 함량은, 상기 건조 무골재 기준으로, 최대 28중량%, 최대 26중량% 또는 최대 24중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 CSA는 칼슘 설포알루미네이트 클링커 내에 배치되고, 상기 조성물은, 상기 건조 무골재 기준으로, 상기 클링커를 적어도 2.75중량% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 클링커를 적어도 3.5%, 적어도 4%, 적어도 4.5%, 적어도 5.5%, 적어도 7%, 적어도 9%, 적어도 11.5%, 적어도 13%, 적어도 15%, 적어도 18%, 적어도 20%, 적어도 22%, 적어도 25%, 적어도 28% 또는 적어도 32% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 나트륨의 전체 중량 함량은, 상기 건조 무골재 기준으로, 최대 3%, 최대 2.5%, 최대 2%, 최대 1.5%, 최대 1%, 최대 0.75% 또는 최대 0.5%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, S03로 표시되는, 상기 전체 황산염 함량은, 상기 건조 무골재 기준으로, 최대 15중량%, 최대 14중량%, 최대 13중량% 또는 최대 12중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 물 함량은 상기 결합제 조성물과의 중량 대 중량 기준으로 적어도 10%, 적어도 15%, 적어도 20%, 적어도 25%, 적어도 30%, 적어도 35% 또는 적어도 40%이고, 상기 결합제 조성물은, 건조 무골재 기준으로, 계산된다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 클링커의 벨라이트 함량은 적어도 5중량%, 적어도 10중량%, 적어도 15중량%, 적어도 20중량%, 적어도 30중량% 또는 적어도 40중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 클링커 내의 CSA에 대한 벨라이트의 중량비는 적어도 0.2, 적어도 0.25, 적어도 0.3, 적어도 0.4, 적어도 0.5, 적어도 0.75, 적어도 1, 적어도 1.25, 적어도 1.5 또는 적어도 1.7이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 적어도 하나의 포졸란 재료는 분쇄된 수쇄 슬래그를 포함하거나, 대부분 포함하거나, 실질적으로 이것으로 이루어진다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 분쇄된 수쇄 슬래그는 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그를 포함하거나, 대부분 포함하거나, 실질적으로 이것으로 이루어진다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 적어도 하나의 포졸란 재료는 비산회를 포함하거나, 대부분 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 비산회를 적어도 10중량%, 적어도 20중량%, 적어도 40중량%, 적어도 50중량% 또는 적어도 60중량% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 적어도 하나의 포졸란 재료는 실질적으로 비산회로 이루어진다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 적어도 하나의 포졸란 재료는 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그 및 비산회를 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 조성물은 상기 비산회를 적어도 10중량%, 적어도 20중량%, 적어도 40중량%, 적어도 50중량% 또는 적어도 60중량% 포함한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 적어도 하나의 포졸란 재료는 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그 및 비산회를 포함하고, 상기 비산회는 적어도 25%, 적어도 50% 또는 적어도 75%의 상기 적어도 하나의 포졸란 재료를 구성한다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 적어도 하나의 포졸란 재료는 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그 및 비산회를 포함하고, 상기 비산회 대 상기 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그의 중량비는 적어도 1:3, 적어도 1:1 또는 적어도 3:1이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 비산회는 F형 비산회를 포함하거나, 대부분 포함하거나, 실질적으로 이것으로 이루어진다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 비산회는 C형 비산회를 포함하거나, 대부분 포함하거나, 실질적으로 이것으로 이루어진다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 벨라이트의 농도는, 상기 건조 무골재 기준으로, 적어도 0.3중량%, 적어도 0.5중량%, 적어도 0.7중량%, 적어도 0.85중량% 또는 적어도 1중량%이다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 칼슘 알루미노페라이트의 농도는, 상기 건조 무골재 기준으로, 최대 3중량%, 최대 2.5중량%, 최대 2중량%, 최대 1.5중량%, 최대 1중량%, 최대 0.75중량% 또는 최대 0.5중량%이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 시멘트질 조성물을 제조하는 방법으로서, (a) 본원에 기재된 결합제를 제공하는 단계; 및 (b) 상기 결합제 및 상기 물을 혼합하여 상기 습식 시멘트질 혼합물을 형성하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
기재된 바람직한 실시양태에서의 다른 추가의 특징에 따르면, 상기 방법은 (c) 골재 재료를 상기 결합제 및 상기 물과 혼합하여 제2 습식 시멘트질 혼합물을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명은 오직 예의 방식으로 첨부 도면을 참조하여 본원에 기재되어 있다.
도 1은 시간 함수로서 대조군 조성물에 비해 몇몇 예시적인 본 발명의 조성물의 압축 강도의 전개를 나타낸 막대 그래프 도면.
본 발명에 따른 시멘트질 결합제의 원리 및 실행은 도면 및 명세서를 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 실시양태를 자세히 설명하기 전에, 본 발명이 이의 적용에서 하기 명세서에 기재되거나 도면에 도시된 구성성분의 구성 및 배치의 상세내용으로 제한되지 않는 것으로 이해된다. 본 발명은 다른 실시양태로 다양한 방식으로 수행되거나 실행될 수 있다. 또한, 본원에 사용된 어법 및 전문용어는 설명 목적을 위한 것이고 제한으로서 인식되어서는 안 되는 것으로 이해된다.
엠. 마이클 등에 따르면, III형 CEM과 같은 용광로 슬래그 시멘트의 산업 개발은 특히 엠. 마이클 등의 초기 단계에서 이의 제한된 기계적 성능에 의해 방해되었다. 70% 초과의 용광로 슬래그를 포함하는 슬래그 시멘트의 기계적 성능은 포틀랜드 시멘트와 관련하여 낮은 것으로 추가로 개시되어 있다.
그러나, 본 발명자들은 놀랍게도 적어도 60%의 적어도 하나의 포졸란 재료, 많은 경우에, 적어도 70%, 적어도 75%, 적어도 80% 및 적어도 85%의 포졸란을 포함하는 블렌딩된 시멘트가 유리하게 아주 높은 기계적 강도를 가질 수 있다는 것을 발견하였다. 게다가, 이 본 발명의 포졸란계 조성물은 단기간 및 장기간 동안 높은 기계적 강도를 나타낼 수 있고, 바람직하게는 시멘트가 화학적으로 및 기계적으로 발생하는 전체 기간에 걸쳐 계속해서 이러한 높은 기계적 강도를 나타낼 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 양태에 따르면, 60 내지 94중량%의, 적어도 하나의 포졸란 재료; 적어도 0.5중량%의, 칼슘 설포알루미네이트(CSA); 1.2 내지 11중량%의, 황산칼슘 반수화물, 무수 황산칼슘, 황산칼슘 이수화물, 황산나트륨 및 황산 나트륨 칼슘으로 이루어진 황산염의 군으로부터 선택되는, S03로 표시되는, 적어도 하나의 무기 황산염; 및 적어도 3중량%의, S03로 표시되는, 전체 황산염 함량을 포함하는 결합제를 포함하는 시멘트질 조성물로서, 상기 조성물의 함량이, 건조 무골재 기준으로, 계산된 것인 시멘트질 조성물이 제공된다. 상기 시멘트질 조성물은 천연 석회, 알루미나 시멘트 및 중합체 수지를 통상적으로 포함하지 않는다.
적어도 하나의 포졸란 재료는 적어도 하나의 비산회(예를 들면, C형, F형)에 의해 적어도 부분적으로 대체될 수 있는 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그를 통상적으로 포함한다. 실리카 퓸, 메타카올린, 하소 셰일, 하소 클레이 또는 부석을 비롯한 다른 포졸란 재료가 상기 슬래그를 적어도 부분적으로 대체할 수 있고, 비산회와 배합될 수 있다. 과도한 실험 없이 당해 분야의 당업자가 결합제 제제의 이러한 조정을 할 수 있는 것으로 이해된다.
시멘트의 다양한 기계적 특성이, 순수한 CSA 기준으로, 0.5중량%의 칼슘 설포알루미네이트의 첨가에 의해 상당히 개선될 수 있다는 것이 놀랍다. 더 통상적으로, 상기 조성물 내의 칼슘 설포알루미네이트의 함량은 적어도 0.75%, 적어도 0.85%, 적어도 1.0%, 적어도 1.2%, 적어도 1.5%, 적어도 2.75%, 적어도 3%, 적어도 3.5%, 적어도 4.5% 또는 적어도 5%일 수 있다. 몇몇 경우에, 상기 조성물 내의 칼슘 설포알루미네이트의 함량은 적어도 5.5%, 적어도 6%, 적어도 6.5%, 적어도 7%, 적어도 7.5% 또는 적어도 8%일 수 있다.
칼슘 설포알루미네이트는 여러 포졸란 재료, 석고 및 시멘트질 혼합물의 다양한 성분에 비해 고가일 수 있다. 본 발명자들은 더 우수한 기계적 및 화학적 특성을 갖는 시멘트질 조성물을 성취함과 동시에 상기 조성물 내의 칼슘 설포알루미네이트 함량을, 순수한 CSA 기준으로, 25%, 20%, 15%, 12%, 10%, 8%, 6% 또는 5%의 최대 값으로 제한할 수 있다는 것을 발견하였다.
통상적으로, CSA는 CSA 클링커 내에 위치한다. 본 발명의 시멘트질 조성물은 유리하게는 CSA 클링커를, 건조 무골재 기준으로, 적어도 2.75%, 적어도 3.5%, 적어도 4% 또는 적어도 4.5중량% 포함할 수 있다. 더 통상적으로, 본 발명의 시멘트질 조성물은 CSA 클링커를 적어도 3.5%, 적어도 4%, 적어도 4.5%, 적어도 5.5%, 적어도 7%, 적어도 9%, 적어도 11.5%, 적어도 13%, 적어도 15%, 적어도 18%, 적어도 20%, 적어도 22%, 적어도 25%, 적어도 28% 또는 적어도 32% 포함한다.
상기 클링커는 유리하게는 벨라이트를 포함할 수 있다. 상기 클링커 내의 벨라이트 함량은 적어도 5중량%, 적어도 10중량%, 적어도 15중량%, 적어도 20중량%, 적어도 30중량% 또는 적어도 40중량%일 수 있다. 통상적으로, 상기 클링커 내의 벨라이트 함량은 12중량% 내지 60중량% 범위일 수 있다.
상기 클링커 내의 또는 상기 시멘트질 조성물 내의 CSA에 대한 벨라이트의 중량비는 적어도 0.2, 적어도 0.25, 적어도 0.3, 적어도 0.4, 적어도 0.5, 적어도 0.75, 적어도 1, 적어도 1.25, 적어도 1.5 또는 적어도 1.7일 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 CSA 클링커는 칼슘 알루미노페라이트 [(Ca2(Al,Fe)205)]가 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 본 발명에 따라 사용되는 CSA 클링커는 칼슘 알루미노페라이트를 10% 미만, 7% 미만, 4% 미만, 2.5% 미만 또는 1% 미만 포함할 수 있다.
상기 클링커 내의, 산화철로 표시되는, 철의 양은 7% 미만, 5% 미만 또는 3% 미만일 수 있고, 더 통상적으로, 2.8% 미만, 2.5% 미만, 1.5% 미만, 1% 미만, 0.75% 미만 또는 0.5% 미만일 수 있다. 본 발명의 결합제 내의 철 농도는 다양한 원료 공급원에 매우 의존할 수 있다. 예를 들면, 다양한 비산회 생성물은 산화철을 적어도 몇 % 포함할 수 있다. 다양한 슬래그 조성물은 산화철을 더 적은 양, 예를 들면 적어도 0.2% 또는 적어도 0.4%, 그러나 종종 1% 미만 포함할 수 있다.
상기 시멘트의 초기 강도는 무기 황산염 화합물, 통상적으로 경석고(CaS04), 석고(CaS04ㆍ2H20), 반수화물(CaS04ㆍ1/2H20) 또는 다른 황산염 공급원, 예컨대 글라우버라이트(Na2Ca(S04)2) 및 황산나트륨(Na2S04)의 첨가에 의해 개선될 수 있다. 이러한 황산염 함유 재료는 초기 강도를 이의 용해도 및 용해도 동력학에 따라 다양한 정도로 개선한다는 것이 밝혀졌다. 전체 황산염 함량은, S03로 계산할 때, 칼슘 설포알루미네이트, 포졸란 재료, 및 임의의 OPC 또는 다른 성분에 기여하는 황산염 함량을 포함하여 적어도 2.5중량%이다. 더 통상적으로, 전체 황산염 함량은, S03로 계산할 때, 적어도 3중량%, 적어도 4중량%, 적어도 5중량%, 적어도 7중량% 또는 적어도 10중량%일 수 있다.
과량의 황산염은 상기 시멘트질 조성물의 최종 강도에 해롭게 영향을 미칠 수 있다. 본 발명자들은 상기 조성물 내의 전체 황산염 함량은, S03로 계산할 때, 최대 15중량%, 더 통상적으로, 11중량%, 10중량% 또는 9중량% 이하이어야 한다는 것을 발견하였다.
이론에 제한되고자 함이 없이, 본 발명자들은 이러한 과량의 황산염이, 시멘트질 조성물의 강도를 감소시키는, 높은 기공 비용적을 생성하거나, 촉진하거나, 그렇지 않으면 이것과 연관된다고 생각하였다.
본 발명자들은 본 발명의 결합제 제조 시, 이산화탄소 방출이 보편적 포틀랜드 시멘트 제조와 관련하여 감소된다는 것을 발견하였다.
실시예
하기 실시예를 참조하고, 이는 상기 설명과 함께 비제한 방식으로 본 발명을 예시한다.
실시예 1
대조군으로서, 100%의 III형 OPC를 포함하고 450그램으로 칭량된 선행 기술의 시멘트질 결합제를 제조하였다. 상기 결합제를 유럽 규격(EN standard) 197에 따라 1,350그램의 표준 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 건조 블렌드를 189그램의 물 및 수용성 설폰화 멜라민 중축합물에 기초한 분말화 초가소제인 0.7그램의 멜멘트(Melment)(등록상표) F10과 혼합하였다.
시험 큐브 세트를 제조하였고, 한 세트는 3시간 및 24시간에 압축 강도를 측정하기 위한 것이고, 2개 세트는 3일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 평가하기 위한 것이다.
실시예 2
대조군으로서, 80%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 3.5μ) 및 15%의 황산칼슘 이수화물 및 5%의 포틀랜드 시멘트(I형 CEM 52.5)를 포함하는 선행 기술의 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 189그램의 물 및 2.5그램의 멜멘트(등록상표) F10을 첨가하였다. 시험 큐브 세트를 제조하였고, 한 세트는 3시간 및 24시간에 압축 강도를 측정하기 위한 것이고, 2개 세트는 3일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 평가하기 위한 것이다.
표 1은 시간 함수로서 실시예 1 및 실시예 2에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
Figure 112013101579966-pct00001
실시예 3
80%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 3.5μ), 15%의 알파 황산칼슘 반수화물 및 5%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트 또는 하기 광물 조성을 갖는 클링커를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다:
Figure 112013101579966-pct00002
(달리 기재되지 않은 한, 이는 모든 실시예에서 사용되는 CSA 클링커의 조성이다). 상기 조성물 내의 CSA 대 벨라이트의 비는 약 1.7:1이었다.
따라서, 상기 시멘트질 결합제 내의 CSA의 농도는 약 1.3%(5% x 26%)였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 189그램의 물 및 2.5그램의 멜멘트(등록상표) F10을 첨가하였다.
시험 큐브 세트를 제조하였고, 한 세트는 3시간 및 24시간에 압축 강도를 측정하기 위한 것이고, 2개 세트는 3일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 평가하기 위한 것이다.
실시예 3 내지 실시예 17에 사용된 슬래그는 하기 화학 조성을 가졌다:
Figure 112013101579966-pct00003
실시예 4
80%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 3.5μ), 연도 가스 탈황(flue gas desulfurization: FGD)에 의해 생성된 15%의 황산칼슘 이수화물(CaS04ㆍ2H2O)) 및 5%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 189그램의 물 및 2.5그램의 멜멘트(등록상표) F10을 첨가하였다.
시험 큐브 세트를 제조하였고, 한 세트는 3시간 및 24시간에 압축 강도를 측정하기 위한 것이고, 2개 세트는 3일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 평가하기 위한 것이다.
실시예 5
80%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 3.5μ), 15%의 무수 황산칼슘(CaS04 또는 경석고) 및 5%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트("CSA 클링커")를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 189그램의 물 및 1.8그램의 멜멘트(등록상표) F10을 첨가하였다.
시험 큐브 세트를 제조하였고, 한 세트는 3시간 및 24시간에 압축 강도를 측정하기 위한 것이고, 2개 세트는 3일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 평가하기 위한 것이다.
표 2는 시간 함수로서 실시예 3 내지 실시예 5에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
실시예 6
80%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 13μ), 15%의 알파 황산칼슘 반수화물 및 5%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 189그램의 물 및 2.5그램의 멜멘트(등록상표) F10을 첨가하였다. 시험 큐브 세트를 제조하였고, 한 세트는 3시간 및 24시간에 압축 강도를 측정하기 위한 것이고, 2개 세트는 3일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 평가하기 위한 것이다.
표 3은 시간 함수로서 실시예 3 및 실시예 6에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
Figure 112013101579966-pct00004
Figure 112013101579966-pct00005
실시예 7
75%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 3.5μ), 15%의 알파 황산칼슘 반수화물 및 10%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 189그램의 물 및 2.4그램의 멜멘트(등록상표) F10을 첨가하였다.
시험 큐브 세트를 제조하였고, 한 세트는 3시간 및 24시간에 압축 강도를 측정하기 위한 것이고, 2개 세트는 3일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 평가하기 위한 것이다.
실시예 8
70%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 3.5μ), 15%의 알파 황산칼슘 반수화물 및 15%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 189그램의 물 및 2.4그램의 멜멘트(등록상표) F10을 첨가하였다.
시험 큐브 세트를 제조하였고, 한 세트는 3시간 및 24시간에 압축 강도를 측정하기 위한 것이고, 2개 세트는 3일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 평가하기 위한 것이다.
실시예 9
65%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 3.5μ), 15%의 알파 황산칼슘 반수화물 및 20%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 189그램의 물 및 4.0그램의 멜멘트(등록상표) F10을 첨가하였다.
시험 큐브 세트를 제조하였고, 한 세트는 3시간 및 24시간에 압축 강도를 측정하기 위한 것이고, 2개 세트는 3일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 평가하기 위한 것이다.
표 4는 시간 함수로서 실시예 3 및 실시예 7 내지 실시예 9에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
Figure 112013101579966-pct00006
도 1은 왼쪽에서부터 오른쪽으로 시간 함수로서 실시예 2(80%의 GGBFS를 포함하는 대조군 샘플), 실시예 3, 실시예 7, 실시예 8 및 실시예 9의 압축 강도의 진행을 보여주는 막대 그래프 도면이다. 3시간, 1일, 3일, 7일, 28일(습식 및 건식) 및 90일(습식 및 건식)에 압축 강도를 측정하였다.
실시예 10
75%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 3.5μ), 15%의 무수 황산칼슘(경석고) 및 10%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 189그램의 물 및 5.0그램의 멜멘트(등록상표) F10을 첨가하였다.
시험 큐브 세트를 제조하였고, 한 세트는 3시간 및 24시간에 압축 강도를 측정하기 위한 것이고, 2개 세트는 3일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 평가하기 위한 것이다.
표 5는 시간 함수로서 실시예 10에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
Figure 112013101579966-pct00007
실시예 11
20%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 4.5μ), 60%의 F형 비산회, 15%의 알파 황산칼슘 반수화물 및 5%의 칼슘 설포알루미네이트 클링커를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 212그램의 물을 첨가하였다.
실시예 11 및 실시예 12 내지 실시예 17에서 사용된 F형 비산회는 하기 화학 조성을 가졌다:
Figure 112013101579966-pct00008
3시간 및 24시간 및 2일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 측정하기 위해 시험 큐브를 제조하였다.
표 6은 시간 함수로서 실시예 11에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
실시예 12
40%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 4.5μ), 40%의 F형 비산회, 15%의 알파 황산칼슘 반수화물 및 5%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 212그램의 물을 첨가하였다.
3시간 및 24시간 및 2일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 측정하기 위해 시험 큐브를 제조하였다.
표 6은 시간 함수로서 실시예 12에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
실시예 13
60%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 4.5μ), 20%의 F형 비산회, 15%의 알파 황산칼슘 반수화물 및 5%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 212그램의 물을 첨가하였다.
3시간 및 24시간 및 2일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 측정하기 위해 시험 큐브를 제조하였다.
표 6은 시간 함수로서 실시예 13에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
실시예 14
65%의 F형 비산회, 15%의 알파 황산칼슘 반수화물 및 20%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 212그램의 물을 첨가하였다.
3시간 및 24시간 및 2일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 측정하기 위해 시험 큐브를 제조하였다.
표 7은 시간 함수로서 실시예 14에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
Figure 112013101579966-pct00009
실시예 15
15%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 4.5μ), 50%의 F형 비산회, 15%의 알파 황산칼슘 반수화물 및 20%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 212그램의 물을 첨가하였다.
3시간 및 24시간 및 2일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 측정하기 위해 시험 큐브를 제조하였다.
표 7은 시간 함수로서 실시예 15에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
실시예 16
30%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 4.5μ), 35%의 F형 비산회, 15%의 알파 황산칼슘 반수화물 및 20%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 212그램의 물을 첨가하였다.
3시간 및 24시간 및 2일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 측정하기 위해 시험 큐브를 제조하였다.
표 7은 시간 함수로서 실시예 16에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
실시예 17
50%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 4.5μ), 15%의 F형 비산회, 15%의 알파 황산칼슘 반수화물 및 20%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 212그램의 물을 첨가하였다.
3시간 및 24시간 및 2일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 측정하기 위해 시험 큐브를 제조하였다.
표 7은 시간 함수로서 실시예 17에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
Figure 112013101579966-pct00010
실시예 18
32.5%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 5μ), 32.5%의 F형 비산회, 15%의 무수 황산칼슘(경석고) 및 20%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 216그램의 물을 첨가하였다.
사용된 슬래그는 표준 XRF 규격에 따라 하기 화학 조성을 가졌다:
Figure 112013101579966-pct00011
3시간 및 24시간 및 2일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 측정하기 위해 시험 큐브를 제조하였다.
표 8은 시간 함수로서 실시예 18에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
실시예 19
40%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 5μ), 40%의 F형 비산회, 15%의 무수 황산칼슘(경석고) 및 5%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 450그램으로 칭량된 결합제를 실시예 1에서처럼 1,350그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 216그램의 물을 첨가하였다.
사용된 슬래그는 표준 XRF 규격에 따라 하기 화학 조성을 가졌다:
Figure 112013101579966-pct00012
3시간 및 24시간 및 2일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 측정하기 위해 시험 큐브를 제조하였다.
표 8은 시간 함수로서 실시예 19에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
실시예 20
75%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(d50 = 3.6μ), 10%의 무수 황산칼슘(경석고) 및 15%의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트, 또는 18%의 벨라이트, 60%의 이리마이트 및 9%의 황산칼슘의 광물 조성을 갖는 클링커(알리프레(Alipre) 1호, 이탈리아)를 포함하는 시멘트질 결합제를 제조하였다. 따라서, 상기 CSA 클링커 내의 CSA 대 벨라이트의 비는 약 3.3:1이었다.
상기 조성물 내의 CaO, Si02, Al203 및 S03의 함량이 하기 표 9에 제공되어 있다. 본원에 언급된 다른 CSA 클링커 내의 이 성분의 농도가 또한 제공되어 있다.
Figure 112013101579966-pct00013
Figure 112013101579966-pct00014
따라서, 상기 시멘트질 결합제 내의 CSA의 농도는 약 2.7%(15% x 18%)였다. 900그램으로 칭량된 결합제를 2,700그램의 모래와 혼합하여 25%의 결합제 및 75%의 모래를 포함하는 혼합물을 생성하였다. 상기 혼합물에 378그램의 물 및 5그램의 멜멘트(등록상표) F10을 첨가하였다.
3시간 및 24시간 및 2일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 측정하기 위해 시험 큐브를 제조하였다.
표 10은 시간 함수로서 실시예 20에서 진행된 압축 강도를 제공한다.
실시예 21 및 실시예 22
실시예 20를 반복하였고, 0.28그램 및 0.87그램의 시트르산을 각각 실시예 21 및 실시예 22에서 첨가하였다.
3시간 및 24시간 및 2일, 7일, 28일 및 90일에 압축 강도를 측정하기 위해 시험 큐브를 제조하였다.
실시예 21 및 실시예 22에서 진행된 압축 강도가 시간 함수로서 표 10에 제공되어 있다.
Figure 112013101579966-pct00015
명세서 및 하기 특허청구범위 부문에서 사용되는 용어 보편적 포틀랜드 시멘트(OPC)는, 일반 의미로 사용될 때, 당해 분야의 당업자가 보편적 포틀랜드 시멘트라 생각하는 것으로 인식되는 다양한 포틀랜드 시멘트를 의미하도록 의도되고, 구체적으로 백색 보편적 포틀랜드 시멘트(white ordinary Portland cement: WOPC)를 포함하도록 의도된다.
명세서 및 하기 특허청구범위 부문에서 사용되는 용어 "칼슘 설포알루미네이트" 또는 "CSA"는, 완전한 표현으로 사용될 때, 칼슘 설포알루미네이트의 화학 종을 의미한다. 칼슘 설포알루미네이트의 주요 형태는 3CaOㆍ3Al203ㆍCaS04로 표시될 수 있다. 용어 "칼슘 설포알루미네이트"는 천연 칼슘 설포알루미네이트(예를 들면, 이리마이트) 및 합성 칼슘 설포알루미네이트 둘 다를 의미하도록 의도된다.
명세서 및 하기 특허청구범위 부문에서 사용되는 용어 "칼슘 설포알루미네이트 시멘트", "칼슘 설포알루미네이트 클링커" 또는 이의 약어(예컨대 "CSA 클링커")는 "칼슘 설포알루미네이트"의 화학 종을 포함하는 시멘트 또는 클링커를 의미한다.
명세서 및 하기 특허청구범위 부문에서 사용되는 용어 "칼슘 설포알루미네이트를 포함하는 재료" 또는 "CSA를 포함하는 재료"는 CSA 클링커, 이리마이트를 포함하는 CSA계 광물, 또는 순수한 또는 실질적으로 순수한 CSA를 의미한다.
명세서 및 하기 특허청구범위 부문에서 사용되는 용어 "백분율" 또는 "%"는 달리 기재되지 않은 한 중량%를 의미한다.
유사하게, 명세서 및 하기 특허청구범위 부문에서 사용되는 용어 "비"는 달리 기재되지 않은 한 중량비를 의미한다.
별개 실시양태와 관련하여 명확성을 위해 기재된 본 발명의 특정한 특징은 또한 단일 실시양태와 함께 제공될 수 있는 것으로 이해된다. 반대로, 단일 실시양태와 관련하여 명확성을 위해 기재된 본 발명의 다양한 특징은 또한 별개로 또는 임의의 적절한 하위조합으로 제공될 수 있다.
본 발명이 이의 특정 실시양태와 관련하여 기재되어 있지만, 많은 변경, 변형 및 변화가 당해 분야의 당업자에게 명확하다는 것이 확실하다. 따라서, 특허청구범위의 정신 및 넓은 범위 내에 해당하는 이러한 모든 변경, 변형 및 변화를 포괄하도록 의도된다. 본 명세서에서 언급된 모든 공보, 특허 및 특허 출원은, 각각의 개별적인 공보, 특허 또는 특허 출원이 참조문헌으로 본원에 포함된 것으로 구체적으로 및 개별적으로 표시된 것과 동일한 정도로 참조문헌으로 그 전문이 본원에 포함된다. 또한, 본원에서의 임의의 참조문헌의 인용 또는 확인은 이러한 참조문헌이 본 발명에 대한 선행 기술로서 이용 가능하다는 인정으로 구성되어서는 안 된다.

Claims (78)

  1. 시멘트질 조성물로서,
    결합제를 포함하되, 상기 결합제는,
    (a) 72 내지 94중량%의 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그(ground granulated blast furnace slag: GGBFS);
    (b) 적어도 0.5중량%의 칼슘 설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate: CSA);
    (c) 1.2 내지 11중량%의, 황산칼슘 반수화물, 무수 황산칼슘, 황산칼슘 이수화물, 황산나트륨 및 황산 나트륨 칼슘(sodium calcium sulfate)으로 이루어진 황산염의 군으로부터 선택되는, S03로 표시되는, 적어도 하나의 무기 황산염; 및
    (d) 적어도 3중량% 그리고 최대 11중량%의, S03로 표시되는, 전체 황산염 함량을 함유하며;
    상기 CSA는 구조식 3CaO·3Al2O3·CaSO4를 지니고,
    상기 시멘트질 조성물은 최대 3 중량%의 천연 석회를 포함하며;
    상기 시멘트질 조성물은 최대 3 중량%의 알루미나 시멘트를 포함하며;
    상기 시멘트질 조성물은 최대 3 중량%의 보편적 포틀랜드 시멘트(OPC)를 포함하고;
    상기 시멘트질 조성물은 최대 5 중량%의 상기 CSA를 포함하며;
    상기 조성물의 함량은, 건조 무골재(dry aggregateless) 기준으로 계산된, 시멘트질 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조성물 내의 상기 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그의 함량은 적어도 75중량%인, 시멘트질 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조성물 내의 상기 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그의 함량은 적어도 78중량%인, 시멘트질 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 조성물 내의 상기 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그의 함량은 적어도 82중량%인, 시멘트질 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은, S03로 표시되는, 상기 무기 황산염을 최대 1.5중량% 포함하는, 시멘트질 조성물.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 물을 추가로 포함하되, 상기 결합제와 상기 물은 습식 시멘트질 혼합물을 형성하는 시멘트질 조성물.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물 내의 상기 칼슘 설포알루미네이트의 함량은 적어도 0.75 중량%이고, 상기 분쇄된 수쇄 용광로 슬래그, 상기 CSA를 함유하는 재료 및 상기 무기 황산염의 합쳐진 함량은, 상기 시멘트질 조성물 중 적어도 85중량%인, 시멘트질 조성물.
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