KR102230734B1 - 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제 및 이를 포함하는 비소성 시멘트 콘크리트 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방향족 산과 글리세린류 또는 글리콜류의 반응으로 생성된 다가 하이드록시기-함유 방향족 화합물을 포함하는 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제 및 이를 포함하는 비소성 시멘트 조성물에 관한 것으로, 소수성 작용기와 친수성 작용기를 포함함으로써 분산성을 부여하여 비소성 시멘트 콘크리트의 작업성을 향상시키고 경화체 내의 수산화칼슘이 소모되어 C-S-H상이 생성될 때, 작고 치밀하게 발달하도록 하여 비소성 시멘트 콘크리트의 압축강도를 증진시키며, 일반 혼화제와 사용상 제약 없이 혼용이 가능하다.

Description

비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제 및 이를 포함하는 비소성 시멘트 콘크리트 조성물 {Reaction accelerator for non-sintering cement concrete and composition of non-sintering cement concrete comprising it}
본 발명은 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제에 대한 것으로, 보다 상세하게는 정전기적 반발력의 효과를 갖는 벤젠고리 작용기와 입체장애 및 물에 대한 용해성에 영향을 미치는 다가 하이드록시기를 포함하여 압축강도를 높이고 유동성을 향상시키기 위한 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제 및 이를 포함하는 비소성 시멘트 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
최근 세계적으로 지구온난화 문제가 중대한 화두가 됨에 따라 기후변화협약 및 탄소배출권 거래제도 등과 같은 이산화탄소(CO2) 발생을 제한하려는 환경정책이 전 세계적으로 시행되고 있다.
건설 재료인 시멘트 생산과정에서 배출되는 이산화탄소의 양은 전 세계적으로 배출되는 이산화탄소 양의 약 7%에 이르고 있어, 건설 산업에서도 이산화탄소를 줄이기 위한 다양한 노력이 시도되고 있다.
현재 건설 산업에서 가장 널리 사용되고 있는 포틀랜드 시멘트는 석회질 원료, 점토질 원료 및 철질 원료 등을 적당한 비율로 분쇄하여 혼합한 후 칼슘실리케이트 및 알루미네이트상을 생성시키기 위하여 약 1,600℃의 높은 온도에서 소결하여 얻는데, 이 소성과정에서 지구 온난화의 주범인 이산화탄소가 다량 배출되어 환경 부하를 가중시키는 부정적인 재료로 인식되고 있다.
이에 따라 기존 시멘트를 대체하기 위한 저탄소 비소성 시멘트 결합재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 철강 산업 부산물인 고로슬래그와 발전 산업 부산물인 각종 애쉬를 재활용함으로써 기존 시멘트를 대체하려는 다양한 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 이러한 재료들은 환경오염물질을 저감시키는 환경친화적인 원료로 일반적으로 사용되는 포틀랜드 시멘트에 비하여 에너지 소비 및 이산화탄소 배출이 적은 특징이 있다.
고로 슬래그(Blast furnace slag)와 플라이 애쉬(Fly ash)는 결합재로 시멘트와 혼합하여 널리 사용되고 있어, 비소성 시멘트 원료로 활용하기 위한 폭넓은 연구가 진행되고 있다.
비소성 시멘트 원료로 고로 슬래그나 플라이 애쉬를 활용하는 연구에서는, 비소성 시멘트의 반응을 활성화하여 수화상 또는 경화체를 형성하기 위하여 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 물유리(규산나트륨) 등과 같은 강알칼리성 자극제를 주로 사용하고 있다. 이러한 강알칼리성 자극제는 OH- 이온이 슬래그 표면과 반응하여 슬래그 내부의 Si4+, Al3+, Ca2+, Mg2+, Na+ 이온을 용출시키고 이렇게 용출된 이온 중 Si4+와 Al3+는 OH- 이온과 결합하여 Si(OH)3O-, Al(OH)4 - 음이온을 형성한다. 강알칼리성 자극제는 경화제의 수화상에 직접적으로 작용하여 급격한 반응을 초래하므로 작업성을 저하시키고, 높은 pH로 인하여 작업성 향상을 위하여 사용하는 감수제와 같은 콘크리트 혼화제 사용이 제한되는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 강알칼리성 자극제 대신 수산화칼슘(Ca(OH)2), 황화칼슘(CaS) 등과 같은 칼슘계열 자극제를 사용하여 급격한 반응을 억제함으로써 유동성을 확보하고 비교적 안정적인 경화체를 형성시키고자 하는 연구가 진행되고 있다. 이러한 자극제의 사용은 감수제와 같은 콘크리트 혼화제의 사용이 용이하여 강도 증진과 작업성 향상을 가능하게 한다.
순환유동층 애쉬(Circulating Fluidized Bed Combustion Ash; CFBC)는 칼슘계열 자극제로 사용될 수 있다. 순환유동층 애쉬는 적당하게 분쇄된 석탄입자와 유동 매체인 석회석의 혼합 가루층에 적정 속도의 공기를 불어 넣어 부유 유동층 상태를 만들어 연소시키는 것으로, 저질탄이나 바이오매스 부산물까지도 연소가 가능하고 연소 중 이산화황(SO2)과 질소산화물(NOX) 제거 효율을 높이기 위하여 석회석을 유동매체로 사용함으로써 황화반응을 통한 보일러 내 탈황효과가 있다는 점이 특징이다.
순환유동층 연소방식의 보일러에서 생성되는 애쉬는 800~900℃의 상대적으로 낮은 연소온도에서 생성되고 부정형의 형태를 갖는다. 유동매체가 석회석일 경우, 탈탄산반응이 진행되어 석회석(CaCO3)은 이산화탄소(CO2)를 방출하고 산화칼슘(CaO)이 되고, 탈황 방식의 순환유동층 보일러에서 발생된 삼산화황(SO3)과 상기의 산화칼슘이 반응하여 황산칼슘(CaSO4)이 생성된다. 그러므로 순환유동층 애쉬의 주성분은 산화칼슘, 황산칼슘과 함께 산화규소(SiO2)이다. 산화규소와 산화칼슘이 반응하여 칼슘실리케이트(CaO-SiO2-H2O)계의 치밀한 수화상을 형성하여 비소성 시멘트 콘크리트에 강도를 부여한다.
대한민국 특허등록 제10-1713828호에서는 고로 수쇄 슬래그, 플라이 애쉬 또는 이들의 혼합물을 원료로 하고 칼슘계열 자극제를 사용하여 무시멘트 경화체를 제조할 때 사용하는 촉진형 혼화제에 촉진형 성분으로 글리세린 또는 글리세린과 트리에탄올아민의 혼합물을 포함하는 무시멘트 촉진형 혼화제를 개시하고 있다. 이러한 혼화제를 사용하면, 트리올기 화합물이 경화촉진작용을 하고 수산화칼슘이 소모되어 강도발현에 중요한 수화상으로 C-S-H(Calcium Silicate Hydrates) 상이 생성되고. C-S-H 상이 작고 치밀하게 발달되어 강도 발현에 유리한 수화상을 형성하므로 생성된 무시멘트 경화체의 강도를 20~60% 증진시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 트리올기 화합물을 사용함으로써 발생하는 작업성 저하의 문제가 있고 강도 또한 보다 개선할 필요성이 있다.
대한민국 특허공개 제10-2005-0041439호 대한민국 특허공개 제10-2010-0040143호 대한민국 특허공개 제10-2010-0126736호 대한민국 특허등록 제10-1317647호 대한민국 특허등록 제10-1713828호
본 발명은, 주원료로 고로 슬래그, 플라이 애쉬 및 이들의 혼합물 중 어느 하나를 사용하고, 칼슘계열 자극제를 사용하며 트리올기 화합물을 경화보조제로 사용하여 비소성 시멘트 콘크리트를 제조하는 과정에서, 트리올기 화합물의 사용으로 인해 발생하는 작업성 저하 문제를 해결하고 강도를 보다 향상시키고자 하는 것으로, 본 발명에서는 유동성을 연장시켜 작업성 저하 문제를 해결하고 동시에 비소성 시멘트 콘크리트의 압축강도를 향상시킬 수 있는 다가 하이드록시기-함유 방향족 화합물을 포함하는 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제 및 이를 포함하는 비소성 시멘트 콘크리트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는,
(a) 고로 슬래그 또는 플라이 애쉬 또는 이들의 혼합물인 주원료;
(b) 칼슘계열 자극제;
(c) 경화보조제인 트리올기 화합물; 및
(d) 방향족 산과 글리세린류 또는 글리콜류의 반응으로 생성된 다가 하이드록시기-함유 방향족 화합물인 반응 촉진제를 포함하는, 비소성 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 조성물은, 반응 촉진제로 아민류, 글리세린류, 글리콜류 및 리그닌류 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서는,
고로 슬래그 또는 플라이 애쉬 또는 이의 혼합물인 주원료와; 칼슘계열 자극제; 경화보조제인 트리올기 화합물을 포함하는 비소성 시멘트 콘크리트의 반응을 촉진시키기 위한 반응 촉진제에 있어서,
상기 반응 촉진제는 방향족 산과 글리세린류 또는 글리콜류의 반응으로 생성된 다가 하이드록시기-함유 방향족 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제를 제공한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 비소성 시멘트 콘크리트 조성물을 포함하는 활성 모르타르를 제공한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 비소성 시멘트 콘크리트 조성물을 포함하는 활성 콘크리트를 제공한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 비소성 시멘트 콘크리트 조성물로 제조된 비소성 시멘트 콘크리트 제품을 제공한다. 상기 콘크리트 제품은 바람직하게는 벽돌, 블록, 타일, 수로관, 하수관, 경계석, 콘크리트 파일, 프리스트레스트 콘크리트 파일, 콘크리트 패널, 콘크리트관, 맨홀, 기포콘크리트 및 콘크리트 구조물 중 어느 하나이다.
본 발명의 비소성 시멘트 반응 촉진제는 고로 슬래그, 플라이 애쉬 또는 이의 혼합물을 원료로 하고 칼슘계열 자극제와 경화보조제로 트리올기 화합물을 포함하는 비소성 시멘트 콘크리트 조성물에서 유동성을 연장시켜 작업성을 향상시키고 압축강도를 증진시킬 수 있다. 즉, 칼슘계열 자극제를 사용하여 비소성 시멘트 콘크리트를 제조할 때 첨가된 경화보조제인 트리올기 화합물이 경화촉진작용을 하여 강도를 증진시키며, 분자 내에 친수성기와 소수성기를 포함하는 반응 촉진제가 분산성 향상에 기여하여 작업성을 향상시키고, 반응 촉진제의 소수성기에 포함된 카르복시기(-COOH)가 칼슘(Ca2+)양이온과 상호작용으로 인하여 수산화칼슘이 소모되어 형성되는 C-S-H 수화상이 작고 치밀하게 발달되어, 강도 발현에 유리한 수화상을 형성함으로써 비소성 시멘트 콘크리트의 강도를 더욱 향상시키게 된다.
또한, 본 발명의 반응 촉진제는 일반 콘크리트 혼화제와 혼용이 가능하여 사용상 제약이 없을 뿐만 이니라, 비소성 시멘트 콘크리트를 제조할 때 동일한 강도에서 분체 사용량을 줄일 수 있으므로 원가를 절감할 수 있다.
본 발명에서는 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제와 이를 포함하는 비소성 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다. 본 발명의 비소성 시멘트 콘크리트 조성물은, (a) 고로 슬래그 또는 플라이 애쉬 또는 이들의 혼합물인 주원료; (b) 칼슘계열 자극제; (c) 경화보조제인 트리올기 화합물; 및 (d) 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제를 포함한다. 또한, 상기 비소성 시멘트 콘크리트 조성물을 포함하는 활성 모르타르와 활성 콘크리트를 제공하며, 상기 비소성 시멘트 콘크리트 조성물로 제조된 비소성 시멘트 콘크리트 제품을 제공한다. 이하 각각에 대해 설명한다.
1. 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제
본 발명의 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제는 다가 하이드록시기-함유 방향족 화합물을 포함한다. 다가 하이드록시기-함유 방향족 화합물은 방향족 산과 글리세린류 또는 글리콜류의 반응으로 생성된 합성물을 포함하며, 최종산물 뿐 아니라 반응과정에서 생성되는 부반응물 및 중간화합물 등을 모두 포함한다.
방향족 산으로는 무수프탈산, 프탈산, 이소프탈산, 벤조산, 또는 2개 이상의 아세트산 치환기를 가진 벤젠 및 나프탈렌 중 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 무수프탈산을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
글리세린류는 글리세린, 디글리세린, 트리글리세린, 폴리글리세린, 포스포글리세린, 디포스포글리세린 및 트리포스포글리세린 중 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 글리세린은 바이오디젤 부산물로 얻어지는 것을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
글리콜류는 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 모노에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌글리콜 중에서 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 방향족 산과 글리세린류 또는 글리콜류는 1:1~2의 몰비로 반응시키는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 방향족 산과 글리세린류 또는 글리콜류의 반응으로 생성된 다가 하이드록시기-함유 방향족 화합물의 대표적인 예로는 하기 화학식 1 내지 4의 화합물이 있다.
Figure 112018088061635-pat00001
Figure 112018088061635-pat00002
Figure 112018088061635-pat00003
Figure 112018088061635-pat00004
상기와 같은 다가 하이드록시기-함유 방향족 화합물은 분자 내에 친수성기와 소수성기를 모두 포함하여 분산성을 향상시키고 작업성을 향상시킨다. 또한, 벤젠고리 작용기가 정전기적 반발력의 효과를 가지고, 소수성기에 포함된 카르복시기(Carboxyl group; -COOH)가 칼슘(Ca2+) 양이온과 상호작용하여 수산화칼슘이 소모되어 형성되는 C-S-H 수화상이 작고 치밀하게 발달되어 강도 발현에 유리한 수화상을 형성하여 비소성 시멘트 콘크리트의 압축강도를 증진하고 유동성을 향상시킨다.
상기 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제는 아민류, 글리세린류, 글리콜류 및 리그닌류 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
아민류는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 트리이소프로판올아민, N,N-비스(2-하이드록시프로필)에탄올아민, N,N-비스(2-하이드록시에틸)아미노-2-프로판올 및 N-메틸 디에탄올아민, 1-[(2-하이드록시에틸)아미노]-2-프로판올{1-[(2-hydroxyethyl)amino]-2-propanol}을 포함한다.
글리세린류는 글리세린, 디글리세린, 트리글리세린, 폴리글리세린, 포스포글리세린, 디포스포글리세린 및 트리포스포글리세린을 포함한다. 글리세린은 바이오디젤 부산물로 얻어지는 것을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
글리콜류는 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 모노에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌글리콜을 포함한다.
리그닌류는 칼슘 리그노설포네이트(Calcium lignosulfonate)와 나트륨 리그노설포네이트(Sodium lignosulfonate)를 포함한다.
아민류, 글리세린류, 글리콜류 및 리그닌류 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 경우, 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제와 이들 성분은 1 : 1~3의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다.
본 발명의 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제는 비소성 시멘트 콘크리트에서 혼화제로 사용된다.
상기 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제는 일반 포틀랜드 시멘트 콘크리트용 혼화제를 하나 이상 더 포함할 수 있다.
2. 비소성 시멘트 콘크리트 조성물
(1) 주원료
비소성 시멘트 콘크리트를 제조하기 위한 주원료로는 비소성 시멘트 콘크리트의 제조에 통상 사용되는 원료인 고로 슬래그 또는 플라이 애쉬 또는 이의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
(2) 칼슘계열 자극제
칼슘계열 자극제로는 황산칼슘, 질산칼슘, 규산칼슘, 수산화칼슘, 염화칼슘, 스테아린산칼슘, 메타인산칼슘, 젖산칼슘 및 산화칼슘 중에서 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 칼슘계열 자극제는 강알칼리성 자극제에 비해 안정적인 반응을 나타낸다.
칼슘계열 자극제로는 황산칼슘과 산화칼슘을 모두 포함하는 CFBC 애쉬를 사용하는 것이 보다 바람직하다. CFBC 애쉬의 황산칼슘은 고로 슬래그 내의 산화알루미늄(Al2O3), 이산화규소(SiO2) 성분과 반응하여 에트링가이트(ettringite)의 수화상을 생성하고, 산화칼슘은 배합수와 접촉시 CaO + H2O --> Ca(OH)2의 반응으로 고로 슬래그의 자극제 역할을 하는 수산화칼슘을 생성한다. 생성된 수산화칼슘은 고로 슬래그와 반응하여 CS-H 수화상(CaO-SiO2-H2O)계의 치밀한 수화상(경화상)을 형성하여 고로 슬래그 기반의 무시멘트에 강도를 부여한다. 수산화칼슘은 초기 및 장기 압축강도 발현에 매우 유리한 약알칼리성 자극제이며, 수쇄 슬래그와 매우 안정적인 반응을 하므로 무시멘트의 초기 유동성 및 시간 경과에 따른 유동성의 손실 제어에 매우 효과적이다. CFBC 애쉬의 산화칼슘 성분은 높은 온도에서 생성되어 활성을 가짐으로써 시중의 생석회 성분보다 높은 강도의 발현성을 나타낸다.
플라이 애쉬는 고로 슬래그와 같이 자경성은 없으나 수산화칼슘 등의 자극제가 있는 경우 수화하여 경화한다. 플라이 애쉬는 고로 슬래그에 비하여 비정질(유리질성분)성분이 비교적 적으나, 수산화칼슘 자극제와 매우 안정적인 반응을 하여, 초기 강도 발현보다는 장기 강도 발현에 유리하다.
(3) 경화보조제인 트리올기 화합물
트리올기 화합물은 말단에 트리올기, 즉 알코올기 또는 히드록시기(-OH)를 3개 포함하는 화합물로서, 대표적인 트리올기 화합물은 글리세린, 트리에탄올아민(TEA) 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
트리올기 화합물은 칼슘계열 자극제를 사용하여 무시멘트를 제조할 때 경화촉진작용을 하여 강도를 증진시킨다.
(4) 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제
비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제에 대한 설명은 상기에 기재한 바와 같다.
비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제와 트리올기 화합물은 1 : 8~10의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하며, 1:9의 중량비로 혼합하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 비소성 시멘트 콘크리트 조성물에서, 상기 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제는 상기 주원료 100중량부에 대하여 0.001~ 30중량부로 사용하는 것이 바람직하며, 0.01~ 15중량부로 사용하는 것이 보다 바람직하고, 0.1~10 중량부 로 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
3. 활성 모르타르, 활성 콘크리트 및 비소성 시멘트 콘크리트 제품
상기 비소성 시멘트 콘크리트 조성물을 이용하여, 당업계에서 사용되는 통상적인 방법으로 활성 모르타르, 활성 콘크리트, 비소성 시멘트 콘크리트 제품을 제조할 수 있다.
대표적인 비소성 시멘트 콘크리트 제품으로는 벽돌, 블록, 타일, 수로관, 하수관, 경계석, 콘크리트 파일, 프리스트레스트 콘크리트 파일, 콘크리트 패널, 콘크리트관, 맨홀, 기포콘크리트, 콘크리트 구조물 등이 있다.
비소성 시멘트 콘크리트 제품을 생산하는 과정에서 양생조건은 일반 포틀랜드 시멘트 콘크리트의 제조방법에서와 유사하나, 60~100℃의 온도로 증기양생하는 것이 바람직하고, 65~85℃의 온도로 증기양생하는 것이 보다 바람직하다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
반응 촉진제의 제조 : 무수프탈산과 글리세린의 반응
500㎖ 둥근바닥플라스크에 무수프탈산 148.10g(1.00몰)과 글리세롤(글리세린) 92.1g(1.0몰)을 혼합 후 교반하면서 가열하여 온도를 120~130℃로 약 2시간 30분 동안 유지하면서 반응을 진행하였다.
<실시예 2>
반응 촉진제의 제조 : 무수프탈산과 모노에틸렌 글리콜의 반응
500㎖ 둥근바닥플라스크에 무수프탈산 148.10g(1.00몰)과 모노에틸렌 글리콜 62.1g(1.0몰)을 혼합 후 교반하면서 가열하여 온도를 120~130℃로 약 2시간 30분 동안 유지하면서 반응을 진행하였다.
<실시예 3>
반응 촉진제의 제조 : 무수프탈산과 디에틸렌 글리콜의 반응
500㎖ 둥근바닥플라스크에 무수프탈산 148.10g(1.00몰)과 디에틸렌 글리콜 106.1g(1.0몰)을 혼합 후 교반하면서 가열하여 온도를 120~130℃로 약 2시간 30분 동안 유지하면서 반응을 진행하였다.
<실시예 4>
반응 촉진제와 경화보조제의 혼합 : 무수프탈산과 글리세린의 반응생성물과 크루드 글리세린의 혼합
실시예 1의 반응 촉진제와 트리올기 화합물인 크루드 글리세린(crude glycerin, CG)을 1:9의 중량비로 혼합한 후 물을 첨가하여 84% 수용액을 제조하였다.
<실시예 5>
반응 촉진제와 경화보조제의 혼합 : 무수프탈산과 에틸렌 글리콜의 반응생성물과 크루드 글리세린의 혼합
실시예 2의 반응 촉진제와 트리올기 화합물인 크루드 글리세린을 1:9의 중량비로 혼합한 후 물을 첨가하여 84% 수용액을 제조하였다.
<실시예 6>
반응 촉진제와 경화보조제의 혼합 : 무수프탈산과 디에틸렌 글리콜의 반응생성물과 크루드 글리세린의 혼합
실시예 3의 반응 촉진제와 트리올기 화합물인 크루드 글리세린을 1:9의 중량비로 혼합한 후 물을 첨가하여 84% 수용액을 제조하였다.
<제조예 1 내지 3>
비소성 시멘트 콘크리트 제품의 제조
주원료로는 고로 슬래그를 사용하였다. 고로 슬래그는 일반 시판중인 S사의 제품을 사용하였으며, 비표면적은 4,700㎠/g이었다.
칼슘계열 자극제로 CFBC 애쉬를 사용하였다. 칼슘 자극제로서 사용한 CFBC 애쉬는 비표면적이 5000㎠/g가 되도록 진동밀로 분쇄하여 사용하였다
고로 슬래그 75중량부와 CFBC 애쉬 25중량부에 실시예 4 내지 6의 반응 촉진제와 트리올기 화합물의 혼합물 1중량부를 혼합하였다. 상기 혼합물 중 반응 촉진제와 트리올기 화합물의 비율은 1:9이었다.
각 재료를 건식혼합한 후 소정의 배합수를 첨가하여 모르타르 믹서기에서 혼합하였다. 재료들을 혼합한 반죽을 성형체 몰드에 넣고 2시간 동안 상온(20℃)에서 정치한 후 65℃에서 4시간 동안 증기양생하였다. 성형체 몰드로는 (5×5×5)㎤ 크기의 큐빅(cubic) 형태의 몰드를 사용하였으며, 65℃에서 양생한 후 몰드에서 탈형하여 비소성 시멘트 콘크리트 제품을 얻었다.
< 비교예 1 내지 3>
반응 촉진제인 실시예 1 내지 3의 다가 하이드록시기-함유 방향족 화합물을 사용하고 경화보조제인 트리올기 화합물을 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 제조예 1 내지 3과 동일한 방법으로 비교예 1 내지 3의 콘크리트 제품을 제조하였다.
<실험예 1>
비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제의 압축강도 확인
상기 제조예 1 내지 3의 비소성 시멘트 콘크리트 제품의 압축강도를 다음과 같이 확인하였다.
대조구로는 대표적인 트리올기 화합물인 글리세린을 사용하여 동일한 방법으로 비소성 시멘트 콘크리트 제품을 제조하였다. 글리세린은 99% 글리세린(G)과 크루드 글리세린(CG)을 사용하였다.
반응촉진제와 경화보조제를 사용한 제조예 1 내지 3의 시료와 대조구인 99% 글리세린(G)과 크루드 글리세린(CG)을 사용한 시료의 압축강도를 1일, 7일 및 28일째 압축강도 측정기를 사용하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 W/B 고로
슬래그		 CFBC
애쉬		 첨가제 압축강도(MPa)
1일 7일 28일
G 48.5 75 25 1.0 20.86 26.59 37.32
CG 48.5 75 25 1.0 19.05 24.94 36.25
제조예 1 48.5 75 25 1.0 21.72 26.45 40.45
제조예 2 48.5 75 25 1.0 18.54 25.63 36.56
제조예 3 48.5 75 25 1.0 19.20 26.18 37.83
※ 배합강도(25-24-180), 바인더(비소성 시멘트)340kg/m3, AD 24kg/m3
상기 표 1의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 반응 촉진제와 경화보조제를 모두 사용하여 제조한 콘크리트 시료인 제조예 1 내지 3은 경화보조제인 트리올기 화합물만 사용한 대조구인 글리세린과 비교하였을 때 유사하거나 높은 압축강도를 나타내었다.
<실험예 2>
비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제의 유동특성 확인
상기 제조예 1 내지 3의 비소성 시멘트 콘크리트 제품의 유동특성을 다음과 같이 확인하였다.
비교를 위하여 비교예 1 내지 3의 비소성 시멘트 콘크리트 제품을 사용하였다. 대조구로는 대표적인 트리올기 화합물인 글리세린을 사용하여 동일한 방법으로 비소성 시멘트 콘크리트 제품을 제조하였다. 글리세린은 99% 글리세린(G)과 크루드 글리세린(CG)을 사용하였다.
유동특성은 몰탈 흐름시험기를 사용하였고, 시험방법은 KS L 5111을 따라 측정하였다. 비소성 시멘트 콘크리트를 제조한 직후와 60분 후의 유동특성을 확인하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 첨가제 사용량
(중량부)		 타격횟수 플로우(mm)
제조 직후 60분 후
G 1.0 15 165 121
CG 1.0 15 170 131
비교예 1 1.0 15 192 159
비교예 2 1.0 15 184 136
비교예 3 1.0 15 177 141
제조예 1 1.0 15 211 173
제조예 2 1.0 15 191 148
제조예 3 1.0 15 80 153
비소성 콘크리트 배합 : 바인더(비소성 시멘트) 320kg, s/a=48.5
99% 글리세린(G), 크루드 글리세린(CG)
트리올기 화합물인 글리세린만 사용한 대조구에 비하여 다가 하이드록시기-함유 방향족 화합물을 반응 촉진제로 사용한 비교예 1 내지 3의 유동특성이 우수하였다. 또한 반응 촉진제와 경화보조제인 트리올기 화합물을 모두 사용한 제조예 1 내지 3이 글리세린만 사용한 대조구나 반응 촉진제만 사용한 비교예 1 내지 3에 비하여 유동특성이 우수하며, 60분 후에도 작업성 확보가 충분할 정도의 플로우 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.

Claims (18)

  1. (a) 고로 슬래그 또는 플라이 애쉬 또는 이들의 혼합물인 주원료;
    (b) 황산칼슘, 질산칼슘, 규산칼슘, 수산화칼슘, 염화칼슘, 스테아린산칼슘, 메타인산칼슘, 젖산칼슘 및 산화칼슘 중에서 선택된 하나 이상의 칼슘계열 자극제;
    (c) 경화보조제인 트리올기 화합물; 및
    (d) 방향족 산과 글리세린류 또는 글리콜류의 반응으로 생성된 다가 하이드록시기-함유 방향족 화합물인 반응 촉진제를 포함하는, 비소성 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트리올기 화합물은 글리세린, 트리에탄올아민(TEA) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징을 하는, 비소성 시멘트 콘크리트 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응 촉진제는 주원료 100중량부 당 0.001~30중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는, 비소성 시멘트 콘크리트 조성물.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    반응 촉진제로 아민류, 글리세린류, 글리콜류 및 리그닌류 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비소성 시멘트 콘크리트 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 아민류는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 트리이소프로판올아민, N,N-비스(2-하이드록시프로필)에탄올아민, N,N-비스(2-하이드록시에틸)아미노-2-프로판올 및 N-메틸 디에탄올아민 및 1-[(2-하이드록시에틸)아미노]-2-프로판올{1-[(2-hydroxyethyl)amino]-2-propanol} 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 비소성 시멘트 콘크리트 조성물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 리그닌류는 칼슘리그노설포네이트(Calcium lignosulfonate)와 나트륨리그노설포네이트(Sodium lignosulfonate) 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 비소성 시멘트 콘크리트 조성물.
  8. 고로 슬래그 또는 플라이 애쉬 또는 이의 혼합물인 주원료와; 칼슘계열 자극제; 경화보조제인 트리올기 화합물을 포함하는 비소성 시멘트 콘크리트의 반응을 촉진시키기 위한 반응 촉진제에 있어서,
    상기 칼슘계열 자극제는 황산칼슘, 질산칼슘, 규산칼슘, 수산화칼슘, 염화칼슘, 스테아린산칼슘, 메타인산칼슘, 젖산칼슘 및 산화칼슘 중에서 선택된 하나 이상이며,
    상기 반응 촉진제는 방향족 산과 글리세린류 또는 글리콜류의 반응으로 생성된 다가 하이드록시기-함유 방향족 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방향족 산은 무수프탈산, 프탈산, 이소프탈산, 벤조산, 및 2개 이상의 아세트산 치환기를 가진 벤젠 및 나프탈렌 중 선택된 것임을 특징으로 하는 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 글리세린류는 글리세린, 디글리세린, 트리글리세린, 폴리글리세린, 포스포글리세린, 디포스포글리세린 및 트리포스포글리세린 중 선택된 것임을 특징으로 하는 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 글리콜류는 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 모노에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌글리콜 중 선택된 것임을 특징으로 하는 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 방향족 산과 글리세린류 또는 글리콜류의 반응은, 상기 방향족 산과 글리세린류 또는 글리콜류를 1:1~2의 몰비로 반응시키는 것을 특징을 하는 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 반응 촉진제는 아민류, 글리세린류, 글리콜류 및 리그닌류 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 촉진제는 상기 주원료 100중량부 당 0.001~30중량부로 사용하는 것을 특징으로 하는 비소성 시멘트 콘크리트용 반응 촉진제.
  15. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항의 비소성 시멘트 콘크리트 조성물을 포함하는 활성 모르타르.
  16. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항의 비소성 시멘트 콘크리트 조성물을 포함하는 활성 콘크리트.
  17. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항의 비소성 시멘트 콘크리트 조성물로 제조된 비소성 시멘트 콘크리트 제품.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 비소성 시멘트 콘크리트 제품은 벽돌, 블록, 타일, 수로관, 하수관, 경계석, 콘크리트 파일, 프리스트레스트 콘크리트 파일, 콘크리트 패널, 콘크리트관, 맨홀, 기포콘크리트 및 콘크리트 구조물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비소성 시멘트 콘크리트 제품.
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