KR101978073B1 - 친환경 슬래그 시멘트 조성물 - Google Patents

친환경 슬래그 시멘트 조성물 Download PDF

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Abstract

친환경 슬래그 시멘트 조성물에 관한 발명이 개시된다. 본 발명의 친환경 슬래그 시멘트 조성물은 시멘트 및 수재슬래그의 합 98~99.5 중량%; 및 분진 혼합물 0.5~2 중량%를 포함하며, 상기 분진 혼합물은 소결 배가스 분진 및 소성 분진 중 하나 이상을 포함한다.

Description

친환경 슬래그 시멘트 조성물 {ECO-FRIENDLY CEMENT COMPOSITION COMPRISING SLAG}
본 발명은 친환경 슬래그 시멘트 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 수쇄 슬래그 및 분진 혼합물을 포함하는 친환경 슬래그 시멘트 조성물에 관한 것이다.
건설 재료로 주로 사용되는 시멘트는, 이산화탄소(CO2) 발생 원단위가 높아, 대체 재료가 활발히 연구되고 있다. 한편, 대체 원료로 사용되는 제철 공정에서 발생하는 수재슬래그는 장기 강도 측면에서 장점이 있으나, 다량 치환하는 경우에는 초기강도가 저하되며, 상기 초기강도 저하에 따른, 건설 공기 증가로 인해 치환량이 한계가 있었다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2015-00443341호(2015.04.24. 공개, 발명의 명칭: 촉진 양생 콘크리트용 시멘트 조성물)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 작업성, 성형성 및 경화된 성형체의 기계적 강도가 우수한 친환경 슬래그 시멘트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 초기강도가 우수하며, 건설공기 단축 효과가 우수한 친환경 슬래그 시멘트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 친환경적 효과가 우수한 친환경 슬래그 시멘트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 친환경 슬래그 시멘트 조성물에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 친환경 슬래그 시멘트 조성물은 시멘트 및 수재슬래그의 합 98~99.5 중량%; 및 분진 혼합물 0.5~2 중량%를 포함하며, 상기 분진 혼합물은 소결 배가스 분진 및 소성 분진 중 하나 이상을 포함한다.
한 구체예에서 상기 수재슬래그는 산화철(Fe2O3) 1~5 중량%, 산화칼슘(CaO) 35~43 중량%, 이산화규소(SiO2) 30~43 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10~15 중량% 및 산화마그네슘(MgO) 4~12 중량%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 소결 배가스 분진은 나트륨(Na) 20~40 중량%, 황산화물(SO4) 55~75 중량%, 철(Fe) 0.1~0.5 중량%, 염소(Cl) 3~8 중량%, 칼륨(K) 0.1~1.5 중량%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1 중량%, 포스페이트(PO4) 0.1~1 중량%, 브롬(Br) 0.01~0.1 중량% 및 칼슘(Ca) 0.01~0.2 중량%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 소성 분진은 산화칼슘(CaO) 40~60 중량%, 산화규소(SiO2) 0.5~3 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.1~1 중량%, 오산화인(P2O5) 0.01~0.05 중량%, 산화마그네슘(MgO) 0.5~2 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 0.1~1.5 중량%, 산화칼륨(K20) 0.5~2 중량%, 산화티타늄(TiO2) 0.1~0.5 중량%, 산화망간(MnO) 0.01~0.05 중량%, 산화나트륨(Na2O) 0.05~0.5 중량% 및 황산화물(SO3) 0.1~1.5 중량%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 분진 혼합물은 소결 배가스 분진 및 소성 분진을 1.5:1~4:1 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 친환경 슬래그 시멘트 조성물은, 작업성, 성형성 및 경화된 성형체의 기계적 강도가 우수하고, 초기강도가 우수하여, 건설공기 단축 효과가 우수하여 공사 지연을 방지할 수 있고, 제철 부산물 재활용하여, 환경 부하를 줄이며 이산화탄소를 다량 배출하는 시멘트 사용량을 저감할 수 있어, 친환경적 효과가 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 및 본 발명에 대한 비교예에 대하여, 양생시간 경과에 따른 압축강도 변화를 측정한 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
친환경 슬래그 시멘트 조성물
본 발명의 하나의 관점은 친환경 슬래그 시멘트 조성물에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 친환경 슬래그 시멘트는 시멘트, 수재슬래그 및 분진 혼합물을 포함한다.
상기 시멘트는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 보통 포틀랜드 시멘트를 포함할 수 있다.
상기 수재슬래그는 고로공정에서 발생하는 슬래그를 고압살수를 이용하여 냉각하여 분말 형태로 제조할 수 있다. 한 구체예에서 상기 수재슬래그는 산화철(Fe2O3) 0.1~5 중량%, 산화칼슘(CaO) 35~43 중량%, 이산화규소(SiO2) 30~43 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10~15 중량% 및 산화마그네슘(MgO) 4~12 중량%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 시멘트 및 수재슬래그는 1:0.5~1:1.5 중량비로 포함될 수 있다. 상기 중량비에서 본 발명의 압축강도 및 초기 강도 향상 효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 1:0.8~1:1.2 중량비로 포함될 수 있다.
상기 시멘트 및 수재슬래그의 함량은 상기 시멘트 조성물 전체중량에 대하여 98~99.5 중량% 포함된다. 상기 시멘트 및 수재슬래그를 98 중량% 미만으로 포함시, 초기 강도의 확보가 어려우며, 99.5 중량%를 초과하여 포함시 초기 강도의 확보가 어려워 건설 공기의 단축이 어려울 수 있다.
상기 분진혼합물은 소결 배가스 분진 및 소성 분진 중 하나 이상을 포함한다. 상기 소결 배가스 분진은 소결광의 생산 공정시 발생하는 소결 배가스에 함유된 분진을 사용할 수 있다. 상기 소결 배가스 분진은 나트륨(Na)계 분진일 수 있다. 상기 소결 배가스 분진은 용해도가 높고, 슬래그의 산화 피막을 파괴하여 초기 강도를 증가시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 소결 배가스 분진은 나트륨(Na) 20~40 중량%, 황산화물(SO4) 55~75 중량%, 철(Fe) 0.1~0.5 중량%, 염소(Cl) 3~8 중량%, 칼륨(K) 0.1~1.5 중량%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1 중량%, 포스페이트(PO4) 0.1~1 중량%, 브롬(Br) 0.01~0.1 중량% 및 칼슘(Ca) 0.01~0.2 중량%를 포함할 수 있다. 상기 함량으로 포함시, 용해도가 우수하고, 슬래그의 산화 피막을 파괴하여 초기 강도를 증가시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 소성 분진은 칼슘(Ca)계 분진으로, 초기 알카리 조건을 형성하여 슬래그 자극 및 초기 강도 향상 효과를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 소성 분진은 석회석 소성시 발생하는 분진을 사용할 수 있다. 상기 소성 분진을 포함시 알칼리 조건을 형성하여 슬래그 자극 효과가 우수하고, 시멘트 조성물의 초기 강도 상승 효과가 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 소성 분진은 산화칼슘(CaO) 40~60 중량%, 산화규소(SiO2) 0.5~3 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.1~1 중량%, 오산화인(P2O5) 0.01~0.05 중량%, 산화마그네슘(MgO) 0.5~2 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 0.1~1.5 중량%, 산화칼륨(K20) 0.5~2 중량%, 산화티타늄(TiO2) 0.1~0.5 중량%, 산화망간(MnO) 0.01~0.05 중량%, 산화나트륨(Na2O) 0.05~0.5 중량% 및 황산화물(SO3) 0.1~1.5 중량%를 포함할 수 있다. 상기 조건에서 알칼리 조건을 형성하여 슬래그 자극 효과가 우수하고, 시멘트 조성물의 초기 강도 상승 효과가 우수할 수 있다.
상기 분진 혼합물은 상기 시멘트 조성물 전체 중량에 대하여 0.5~2 중량% 포함된다. 상기 분진 혼합물을 0.5 중량% 미만으로 포함시, 상기 시멘트 조성물의 초기 강도 상승 효과가 미미하며, 2 중량%를 초과하여 포함시 상기 시멘트 조성물의 염소(Cl) 함량이 기준치를 초과할 수 있다.
한 구체예에서 상기 분진 혼합물은 소결 배가스 분진 및 소성 분진을 1.5:1~4:1 중량비로 포함할 수 있다. 상기 중량비 조건에서 상기 혼합물 성분 사이의 상승효과가 우수하여, 상기 시멘트 조성물의 기계적 강도 상승효과, 초기 강도 상승효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 2:1~3:1 중량비로 포함될 수 있다.
본 발명의 친환경 슬래그 시멘트 조성물은, 작업성, 성형성 및 경화된 성형체의 기계적 강도가 우수하고, 특히 양생 후 3일 경과 시점에서의 초기강도가 우수하여, 건설공기 단축 효과가 우수하여 공사 지연을 방지할 수 있고, 제철 부산물 재활용하여, 환경 부하를 줄이며 이산화탄소를 다량 배출하는 시멘트 사용량을 저감할 수 있어, 친환경적 효과가 우수할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예 및 비교예
실시예 1
보통 포틀랜드 시멘트 및 수재슬래그 98 중량%(보통 포틀랜드 시멘트 및 수재슬래그 1:1 중량비 혼합) 및 분진 혼합물(소결 배가스분진) 2 중량%를 포함하는 친환경 슬래그 시멘트 조성물을 제조하였다.
실시예 2
보통 포틀랜드 시멘트 및 수재슬래그 98 중량%(보통 포틀랜드 시멘트 및 수재슬래그 1:1 중량비 혼합) 및 분진 혼합물(소결 배가스분진 1 중량% 및 소성 분진 1 중량%)를 포함하는 친환경 슬래그 시멘트 조성물을 제조하였다.
실시예 3
보통 포틀랜드 시멘트 및 수재슬래그 98 중량%(보통 포틀랜드 시멘트 및 수재슬래그 1:1 중량비 혼합) 및 분진 혼합물(소결 배가스분진 1.5 중량% 및 소성 분진 0.5 중량%)를 포함하는 친환경 슬래그 시멘트 조성물을 제조하였다.
비교예 1
보통 포틀랜드 시멘트를 단독 사용하였다.
비교예 2
수재슬래그를 단독 사용하였다.
한편 상기 실시예에 사용된 소결 배가스 분진 및 소성 분진은, 각각 하기 표 1 및 표 2와 같은 성분을 포함하는 것을 적용하였다.
Figure 112017128020803-pat00001
Figure 112017128020803-pat00002
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~2의 시멘트 조성물을 이용하여 타설 성형 후 20℃에서 양생하였다. 그 다음에 KS L 5105 “수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법”에 의거하여 상기 실시예 1~3 및 비교예 1~2의 재령 시간 경과에 따른 압축강도를 측정하여 그 결과를 하기 도 1에 나타내었다.
상기 도 1의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예 1~3의 경우, 양생 후 3일 경과 시점에서의 초기 강도가, 일반 시멘트를 적용한 비교예 1와 동등한 수준을 확보하였으며, 양생 후 7일 경과 시점의 압축강도는 비교예 1~2보다 월등히 우수하였다. 특히, 본 발명의 분진 혼합물을 특정 함량으로 포함하는 실시예 3의 경우, 상기 비교예 1보다 최종 압축강도가 더욱 향상됨을 알 수 있었다. 이를 통하여, 본 발명의 분진 혼합물을 적용시, 슬래그 시멘트의 초기강도 저하에 따른 건설공기 증가 문제 등, 슬래그 치환량의 한계를 극복할 수 있음을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (6)

  1. 시멘트 및 수재슬래그의 합 98~99.5 중량%; 및
    분진 혼합물 0.5~2 중량%를 포함하며,
    상기 분진 혼합물은 소결 배가스 분진 및 소성 분진을 2:1~3:1 중량비로 포함하고,
    상기 소성 분진은 산화칼슘(CaO) 40~60 중량%, 산화규소(SiO2) 0.5~3 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.1~1 중량%, 오산화인(P2O5) 0.01~0.05 중량%, 산화마그네슘(MgO) 0.5~2 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 0.1~1.5 중량%, 산화칼륨(K20) 0.5~2 중량%, 산화티타늄(TiO2) 0.1~0.5 중량%, 산화망간(MnO) 0.01~0.05 중량%, 산화나트륨(Na2O) 0.05~0.5 중량% 및 황산화물(SO3) 0.1~1.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 슬래그 시멘트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수재슬래그는 산화철(Fe2O3) 0.1~5 중량%, 산화칼슘(CaO) 35~43 중량%, 이산화규소(SiO2) 30~43 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10~15 중량% 및 산화마그네슘(MgO) 4~12 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 슬래그 시멘트 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소결 배가스 분진은 나트륨(Na) 20~40 중량%, 황산화물(SO4) 55~75 중량%, 철(Fe) 0.1~0.5 중량%, 염소(Cl) 3~8 중량%, 칼륨(K) 0.1~1.5 중량%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1 중량%, 포스페이트(PO4) 0.1~1 중량%, 브롬(Br) 0.01~0.1 중량% 및 칼슘(Ca) 0.01~0.2 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 슬래그 시멘트 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트 및 수재슬래그는 1:0.5~1:1.5 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 슬래그 시멘트 조성물.
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