KR20040091145A - 시멘트 혼화재 - Google Patents

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KR20040091145A
KR20040091145A KR10-2004-7014658A KR20047014658A KR20040091145A KR 20040091145 A KR20040091145 A KR 20040091145A KR 20047014658 A KR20047014658 A KR 20047014658A KR 20040091145 A KR20040091145 A KR 20040091145A
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다이헤이요우 세멘토 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 C2S 100중량부에 대해서, C2AS를 10∼100중량부 함유하고, 또한, C3A의 함유량이 20중량부 이하인 소성물 및 이를 분쇄하여 되는 시멘트 혼화재 및 포틀랜드 시멘트 클린커 분쇄물 100중량부에 대해서, 해당 소성물의 분쇄물 5∼100중량부를 함유하는 시멘트에 관한 것이다.
본 발명의 소성물을 분쇄한 시멘트 혼화재를 이용하면, 수화열이 낮고, 또한 유동성이 양호한 시멘트를 얻을 수 있다.

Description

시멘트 혼화재{CEMENT ADMIXTURE}
현재, 시멘트 산업에서는, 산업 폐기물, 일반 폐기물을 시멘트 원료로서 재자원화하고 있다(예를 들면, 일본 특개소 56-120552호 공보, 일본 특개 2000-281395호 공보 등). 그러나 폐기물을 시멘트 원료로서 대량으로 사용하면, 시멘트중의 C3A 량이 증가하여 그 결과, 시멘트의 수화열이 상승한다고 하는 문제가 있었다. 또, 그러한 시멘트와 혼화제를 이용해 모르타르나 콘크리트를 제조하는 경우에는, 모르타르 플로우나 슬럼프가 작아져, 플로우 손실나 슬럼프 손실이 커지는 결점도 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 시멘트의 수화열을 저하시키고 또한 유동성이 양호한 시멘트 혼화재를 제공하는 것에 있다.
[발명의 개시]
상기의 실정을 감안하여, 본 발명자들은 열심히 연구를 실시한 결과, C2S (2 CaO·SiO2) 및 C2AS(2CaO·A12O3·SiO2)를 특정의 비율로 함유하고 C3A (3CaO·A1203) 함유량이 20중량부 이하의 소성물의 분쇄물이, 포틀랜드 시멘트 클린커와 혼합했을 때에, 시멘트의 수화열이 낮고, 한편 유동성이 양호한 것을 발견하고, 본 발명을 완성했다.
즉, 본 발명은, C2S 100중량부에 대해서, C2AS를 10∼100중량부 함유하고, C3A의 함유량이 20중량부 이하인 것을 특징으로 하는 소성물 및 이를 분쇄한 시멘트 혼화재를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은, 포틀랜드 시멘트 클린커 분쇄물 100중량부에 대해서, 상기 소성물의 분쇄물 5∼100중량부를 함유하는 시멘트를 제공하는 것이다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
본 발명의 소성물은 C2S 및 C2AS를 함유하는 것으로, C2S 100중량부에 대해서, C2AS를 10∼100중량부, 바람직하게는 20∼90중량부를 함유하는 것이다. C2AS 함유량이 10중량부 미만에서는 소성시에 소성온도를 올려도 프리 라임(free lime)량(미반응 C2O량)이 저하되기 어렵고, 소성이 곤란하게 되며, 또한, 생성되는 C2S도 수화 활성이 없는 γ형 C2S일 가능성이 높아져 시멘트의 강도를 크게 저하시킬 수있다. 한편, C2AS 함유량이 100중량부를 넘으면, 고온에서의 융액이 증가하기 위해 소성가능 온도가 좁아지고, 또한 C2S가 적기 때문에, 시멘트의 초기 및 장기 강도가 함께 저하한다.
본 발명의 소성물은 C2S 100중량부에 대하여 C3A의 함유량이 20중량부 이하, 바람직하게는 10중량부 이하이다. 20중량부를 넘으면, 시멘트의 수화열이 상승하고, 유동성도 악화된다.
이러한 조성의 소성물은, 예를 들면 산업 폐기물, 일반 폐기물 및 건설 발생토로부터 선택되는 1종 이상을 원료로 하고, 이를 고온에서 소성하는 것으로 제조할 수가 있다.
산업 폐기물로서는, 예를 들면 석탄재; 생 콘크리트 슬러지, 하수 슬러지, 정수 슬러지, 건설 슬러지, 제철 슬러지 등의 각종 슬러지; 드릴링으로부터 버려진 폐토, 각종 소각재, 주물사, 암면, 폐유리, 용광로 2차 재, 건축폐기물, 콘크리트 폐재 등을 들 수 있고; 일반 폐기물로서는, 예를 들면 하수 슬러지건분, 도시 쓰레기 소각재, 조개 껍질 등을 들 수 있다. 또한, 건설 발생토로서는, 건설 현장이나 공사 현장 등으로부터 발생하는 토양이나 잔토, 또는 폐토양 등을 들 수 있다.
또, 소성물의 원료 조성에 따라서는, 특히, 상기 산업 폐기물, 일반 폐기물 및 건설 발생토로부터 선택되는 1종 이상(이하, 폐기물 원료라고 칭한다)을 원료로서 이용했을 경우, C4AF (4CaO·A1203·Fe2O3)가 생성되는 경우가 있지만, 본 발명의 소성물에서는 C2AS의 일부, 바람직하게는 C2AS중량의 70중량% 이하가 C4AF로 치환될 수도 있다. C4AF 가 이 범위를 넘어 치환되면, 소성의 온도 범위가 좁아져서 제조의 관리가 어려워진다.
본 발명의 소성물의 광물 조성은, 사용 원료중의 CaO, SiO2, A12O3, Fe2O3의 각 함유량(중량 %)으로부터, 다음 식에 의해 계산될 수 있다.
C4AF = 3.04 × Fe2O3
C3A = 1.61 × CaO - 3.00 × SiO2- 2.26 × Fe2O3
C2AS = -1.63 × CaO + 3.04 × SiO2+ 2.69 × Al2O3+ 0.57 × Fe2O3
C2S = 1.02 × CaO + 0.95 × SiO2-1.69 ×Al2O3- 0.36 × Fe2O3
따라서, 예를 들면, 폐기물 원료 중에 칼슘이 부족한 경우에는, 그 부족분을 조정하기 위해서, 석회석 등을 혼합하여 이용할 수 있다. 혼합 비율은, 폐기물 원료의 조성에 따라 얻을 수 있는 소성물의 조성이 본 발명의 범위 내가 되도록 적당하게 결정하면 좋다.
이들을 고온에서 소성 시킬 때의 소성온도는 1000∼1350℃, 특히 1200∼1330℃인 것이 소성공정의 용융상의 상태가 양호하므로 바람직하다.
이용하는 장치는 특히 한정되지 않고, 예를 들면 로터리 킬른 등을 이용할 수가 있다. 또한, 로터리 킬른으로 고온에서 소성할 때에는, 연료 대체 폐기물, 예를 들면 폐유, 폐타이어, 폐플라스틱 등을 사용할 수가 있다.
이러한 소성에 의해, C2AS가 생성하고, 그 만큼 C3A량이 Bogue식으로부터유도되는 양보다 적게 되어 본 발명과 같은 조성의 소성물을 얻을 수 있다.
본 발명의 시멘트 혼화재는 이와 같이 하여 얻을 수 있는 소성물을 분쇄하여 되는 것이다. 소성물의 분쇄물 100중량부에 대해서 석고를 SO3환산으로 1∼6중량부 함유시킬 수도 있다.
분쇄 방법은 특히 제한되지 않고, 예를 들면 볼 밀 등을 이용해 통상의 방법으로 분쇄하면 좋다. 소성물의 분쇄물은 블레인(Blaine) 비표면적이 2500∼5000㎠/g인 것이 모르타르나 콘크리트의 블리딩(bleeding)의 저감이나 유동성, 강도 발현성의 관점에서 바람직하다.
본 발명의 시멘트는 상기와 같은 소성물의 분쇄물을 포틀랜드 시멘트 클린커 분쇄물 100중량부에 대해서 5∼100중량부 혼합하는 것으로 얻을 수 있다. 혼합량은 시멘트의 종류에 따라 다르지만, 예를 들면 보통 포틀랜드 시멘트로서 사용하는 경우는 5∼50중량부, 특히 10∼40중량부를 혼합하는 것이 바람직하고, 저열시멘트로서 사용하는 경우는 50∼100중량부, 특히 66 ∼100중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 시멘트에는 석고를 배합할 수가 있으며, 시멘트 중에 총 SO3환산으로 1.5∼5중량 % , 특히 2∼3.5중량 % , 더욱 2.5∼3중량 % 배합하는 것이 일반적인 응결 성상을 얻을 수 있으므로 바람직하다. 석고로서는, 특히 제한되지 않지만, 예를 들면 이수석고(dihydrate gypsum), α형 또는 β형 반수석고(hemihydrate gypsum), III형 무수석고, II형 무수석고 등을 들 수 있고 이들을 단독 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다.
본 발명의 시멘트는, 상기 성분 등을 혼합하여 제조할 수 있지만, 그 방법은 특히 제한되지 않지만, 예를 들면, 포트랜드 시멘트 클린커, 소성물, 석고 등의 배합 성분을 혼합한 후 분쇄하여도, 혹은 각 성분을 분쇄한 후에 혼합해도 좋다. 또한, 소성물과 석고를 분쇄해 얻을 수 있던 시멘트 혼화재를 시멘트 클린커 분쇄물과 혼합해 제조할 수도 있다. 얻을 수 있는 시멘트는 블레인(Blaine) 비표면적이 2500∼4500 ㎠/g 인 것이 모르타르나 콘크리트의 블리딩 저감이나, 유동성, 강도 발현성의 관점에서 바람직하다.
실시예
다음에, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 여기에 의해 조금도 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
표 1 에 나타낸 조성의 소성물을 제조했다.
즉, 석회석, 생 콘크리트 슬러지, 하수 슬러지, 건설 발생토의 원료를 표 1에 나타난 조성으로 조제하고, 소형 로터리 킬른을 이용하여 프리 라임량이 1% 이하가 되도록, 표 1에 나타내는 온도로 고온에서 소성하였다. 이용한 원료의 화학 조성은 표 2에 나타내는 바와 같다.
표 1
표 2
No. 7 및 No. 8 의 소성물은 공업원료를 이용하여 조제했다. C2S 100중량부에 대하여 C2AS 및 C4AF를 합계로 5중량부 밖에 함유하지 않는 No.7 에서는 소성온도 1450℃로 프리 라임이 1% 이하가 되었지만, 냉각 중에 소성물이 더스팅(dusting)(분화)되어 강도 발현성이 없는 γ형태의 C2S 가 생성되었다. 한편, C2AS 및 C4AF를 합계로 105중량부 함유하는 No. 8 에서는 1230℃에서 입자를 만들기 시작하여 1250℃에서 프리 라임이 0.5% 이하가 되었지만, 그 이상 온도를 올리면, 융액량이 극단적이게 증대하고 용융하게 되어 소성이 곤란하게 되었다.
실시예 2
클린커로서 표 3에 나타내는 조성의 보통 포틀랜드 시멘트 클린커, 석고로서 배탈이수석고(스미토모 금속회사 제품)를 이용하고 이것들과 각 소성물을 표 4에 나타내는 비율로 혼합하고, 패치식 볼 밀로 블레인(Blaine) 비표면적이 3250 ± 50 ㎠/g 가 되도록 동시 분쇄하여 시멘트를 제조했다.
얻어진 시멘트에 대해서, 수화열, 모르타르 플로우 및 모르타르 압축 강도를 평가했다. 결과를 표 4에 아울러 나타낸다.
(평가방법 )
(1) 수화열 :
JIS R 5203에 따라서 측정했다.
(2) 모르타르 플로우 :
W/C=0.35, S/C=2, 시멘트중량에 대해서 0.8중량 %의 폴리카르복실산계 고성능 AE 감수제를 혼합한 것을 5분간 혼합하여 반죽한 모르타르에 대해서 JIS R 5201-1997에 규정되고 있는 플로우 콘을 이용해 JIS R 5201에 따라서 모르타르 플로우를 측정했다.
(3) 모르타르 압축 강도 :
3일, 7일 및 28 일 후의 모르타르 압축 강도를 JIS R 5201에 따라서 측정했다.
표 3
*표 2에 나타난 조성의 것
표 4
* 1 : 시멘트중의중량 %
* 2 : 클린커 100중량부에 대한중량부
표 4의 결과에서, OPC 2(No. 2)는 OPC 1(No. 1)과 비교하여 모르타르 압축 강도는 크지만, 수화열이 크고 모르타르 플로우도 큰 폭으로 작다. OPC 2는 원료로서 하수 슬러지를 꽤 많이 이용하고 있기 때문에 C3A, C4AF량이 많아 유동성이 저하했다. 따라서, 원료로서 하수 슬러지를 비교적 다량으로 이용하여 보통 시멘트 클린커를 제조하는 것은 곤란하고, 하수 슬러지를 원료로 하는 경우에는 OPC 1과 같이 규석이나 철원료도 필요하게 되어 하수 슬러지의 사용량도 제한된다. 이것에 대해, 본 발명의 소성물은 하수 슬러지 등의 폐기물을 비교적 다량으로 유효 이용하는 것이 가능하고, 또한 폐기물만으로도 제조할 수 있다. 게다가 모르타르나 콘크리트 등의 강도나 유동성에 악영향을 주는 일없이 일반의 시멘트에 혼합하여 사용할 수가 있다.
OPC l에 대해서, 소성물 No.1을 혼합한 시멘트는 혼합량의 증가에 수반하여 수화열이 감소하고 모르타르 플로우도 증대한다. 다만, 혼합량의 증가에 수반하여 재령초기의 3일, 7일 강도가 저하하고 42중량부까지 첨가했을 경우(No. 5)에는 보통 시멘트로서는 압축 강도가 작다. OPC 2에 대해서 42중량부를 첨가했을 경우에는, 수화열, 모르타르 플로우 및 압축 강도가 OPC l과 동등했다.
더욱, OPC l에 대해서, 66중량부, 100중량부를 첨가했을 경우에는 보통 시멘트로서는 압축 강도가 작지만, 수화열이 큰 폭으로 저감되어 중용열 시멘트나 저열시멘트로서의 규격을 만족하고 있다.
소성물 No. 1보다 C3A 함유량이 많은 소성물 No. 2를 이용했을 경우 (No. 9), 수화열은 OPC l보다 저감되어 모르타르 플로우도 커졌지만, 그 효과는 소성물 No. 1보다 작았다. 다만, 강도 저하도 소성물 No. 1보다 작았다.
C2S 100중량부에 대해서, C3A 함유량이 20중량부를 넘는 소성물 No. 3을 이용했을 경우(No. 10), 압축 강도는 저하하지 않지만, 수화열이 OPC l보다 증가하고 모르타르 플로우도 저하했다.
소성물 No. 4 , No. 5는 석회석을 이용하지 않고, 생 콘크리트 슬러지(및 하수 슬러지)만을 고온에서 소성하여 얻은 소성물이다. 이를 OPC l에 대해서 25중량부 첨가했을 경우도, 석회석을 이용한 소성물과 비교하여 손색없는 성능을 나타내는 것이 확인되었다.
소성물 No. 7, No. 8을 OPC l에 25중량부 혼합했을 경우에는 수화열은 큰폭으로 저감되어 모르타르 플로우도 커지지만, 압축 강도가 큰폭으로 저하하여, 재령 28일이 되어도 회복하지 않았다.
실시예 3
(1) 시멘트 혼화재의 제조 :
실시예 1로 얻어진 소성물 No. 1 및 No. 6과 배탈이수석고(스미토모 금속회사 제품)를 표 5에 나타내는 비율로 혼합하고, 패치식 볼 밀로 블레인(Blaine) 비표면적이 3250±50㎠/g가 되도록 분쇄하여 혼화재를 얻었다.
(2) 시멘트의 제조 :
실시예 2 중, 표 4의 No. l의 시멘트에 상기 혼화재를 표 5에 나타내는 비율로 혼합하여 시멘트를 제조했다. 얻어진 시멘트의 수화열, 모르타르 플로우 및 모르타르 압축 강도를 실시예 2와 같게 하여 평가했다. 결과를 표 5에 아울러 나타낸다.
표 5
* 1 : 소성물 100중량부에 대한중량부
* 2 : 시멘트중의 클린커 100중량부에 대한중량부
시험예 1
실시예 2 중, 표 4의 No. 1, No. 4 및 No. 13의 시멘트를 사용하여 콘크리트의 슬럼프, 공기량 및 압축 강도를 측정했다.
콘크리트의 배합은 표 6에 나타낸 바와 같다.
또한, 콘크리트의 슬럼프는 JIS A 1101에 따라, 공기량은 JIS A 1128 에 따라, 압축 강도는 JIS A 1108에 따라서 측정했다. 또, 공시체의 치수는 φ 10 × 20 ㎝로 했다. 결과를 표 7에 나타낸다.
표 6
세(細)골재 ; 해사(海砂) : 쇄사(碎砂) = 1 : 3 (질량비 ) 혼합물 (F.M : 2.93)
조(粗)골재 ; 쇄석 2005 (F.M. : 6.65)
감수제 ; NMB 회사 제품 No.70
AE제 ; NMB 회사 제품, 202A
표 7
* 1 : 시멘트중의중량 %
* 2 : 클린커 100중량부에 대한중량부
시험예 2
실시예 2 중, 표 4 의 No. 1의 시멘트에 실시예 3으로 제조한 시멘트 혼화재를 표 8에 나타내는 양을 첨가하여 얻을 수 있는 시멘트를 사용하여 시험예 1과 같게 하고, 콘크리트의 슬럼프, 공기량 및 압축 강도를 측정했다. 결과를 표 8에 나타낸다.
표 8
* 1 : 소성물 100중량부에 대한중량부
* 2 : 시멘트중의 클린커 100중량부에 대한중량부
본 발명은 시멘트의 수화열을 저하시키고 또한 유동성이 양호한 시멘트 혼화재에 관한 것이다.
본 발명의 소성물을 분쇄한 시멘트 혼화재를 이용하면, 수화열이 낮고 한편 유동성이 양호한 시멘트를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 소성물은 산업 폐기물, 일반 폐기물, 건설 발생토를 원료로할 수 있고, 또한 폐기물만으로 제조할 수도 있어 다량의 폐기물의 유효 이용을 꾀할 수가 있다. 게다가 폐기물을 저온에서 소성시켜 얻을 수 있으므로, 연료도 절약된다.

Claims (8)

  1. C2S 100중량부에 대해서, C2AS를 10∼100중량부 함유하고, 또한 C3A의 함유량이 20중량부 이하인 것을 특징으로 하는 소성물.
  2. 제 1항에 있어서, C2AS의 일부가 C4AF로 치환되어 있는 소성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 산업 폐기물, 일반 폐기물 및 건설 발생토로부터 선택되는 1종 이상을 원료로 하는 소성물.
  4. 제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 있어서, 1000∼1350℃에서 소성시켜 얻을 수 있는 소성물.
  5. 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항 기재의 소성물을 분쇄하여 되는 시멘트 혼화재.
  6. 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항 기재의 소성물의 분쇄물 100중량부에 대해서, 석고를 SO3환산으로 1∼6중량부 함유하는 시멘트 혼화재.
  7. 포틀랜드 시멘트 클린커 분쇄물 100중량부에 대해서, 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항 기재의 소성물의 분쇄물 5∼100중량부를 함유하는 시멘트.
  8. 제 7항에 있어서, 석고를 SO3환산으로 1.5∼5중량% 함유하는 시멘트.
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