KR20070121808A - 수경성 결합제 - Google Patents

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KR20070121808A
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호스트-마이클 루드위그
토마스 뉴만
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컨스트럭션 리서치 앤 테크놀로지 게엠베하
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Abstract

본 발명은 물이 첨가되었을 때 자유로운 흐름성(free-flowing) 또는 고화(solidifying) 특성을 갖는 결합제(binding agent) 및, 고화를 촉진하는데 사용되는 촉진제 성분을 포함하는 수경성 결합제에 관한 것이다. 촉진 성분은 높은 비표면 및 낮은 입자 사이즈를 갖는 극미세 칼슘 하이드록사이드를 함유한다.

Description

수경성 결합제{HYDRAULIC BINDING AGENT}
본 발명은 물의 첨가에 따라 흐를 수 있고 세팅(setting)할 수 있는 바인더 성분, 및 경화 프로세스를 촉진하는 역할을 하는 촉진제 성분을 구비하는 수경성 바인더(hydraulic binder), 및 상기 바인더를 사용하여 제조된 콘크리트 건축 요소(part), 상기 콘크리트 건축 요소의 제조 방법, 및 모르타르 또는 콘크리트를 제조하기 위한 상기 바인더의 용도에 관한 것이다.
콘크리트의 제조를 위해서 급속히 경화하는 수경성 바인더(hydraulic binder)에 대한 요구가 오랜 기간 동안 알려져 왔다. 현재까지 이러한 요구는, 본질적으로 특수한 급속 세팅 시멘트에 의해 또는 첨가제가 혼합된 시멘트를 기초로 한 급속 세팅 시멘트에 의해 충족되었다. 이와 같은 많은 제품들이 수선, 토목 공학의 분야에서, 또는 인테리어 작업의 분야에서, 예를 들어, 플라스터(plaster), 모르타르 또는 스크리드(screed) 시스템에서 현재 사용된다.
본질적으로 특수한 급속 세팅 시멘트는 변형된 포틀랜드(Portland) 시멘트를 기초로 제조된 시멘트로, 그 클링커 베이스(clinker base)가 포틀랜드 시멘트와는 명확히 상이한 특수한 시멘트로 분류될 수 있다.
속성 경화(quick hardening)의 분야에서, 변형된 포틀랜드 시멘트는 이러한 용도로 특별히 연소된 포틀랜드 시멘트 클링커로부터 제조될 수 있다.
통상의 포틀랜드 시멘트 클링커와 대조적으로, 이러한 클링커들은 높은 석회 표준(일반적으로 > 100) 및 높은 실리케이트율(silicate moduli)(일반적으로 > 3)에 의해 구분될 수 있다. 그 결과, 시멘트의 초기 강도 발생에 필수적인 트리칼슘 실리케이트(C3S) 함량이, 통상의 포틀랜드 시멘트에 비해 현저히 증가된다. 이러한 클링커로부터 제조된 시멘트는 통상의 포틀랜드 시멘트보다 20%까지 높은 초기 강도를 이룰 수 있다.
변형된 포틀랜드 시멘트의 그룹은 또한 세팅 조절제(setting regulator)로서 황산염 캐리어(일반적으로 황산칼슘)를 함유하지 않거나 또는 매우 조금 함유하는 시멘트를 포함한다. 필요에 따라, C3A 함량은 각각의 클링커와 함께 증가된다. 이러한 시멘트는 콘크리트 또는 모르타르의 급속한 세팅을 가져오며, 그러므로 거나이트(gunite) 분야에서 널리 사용된다. 종종, 그린 강도(green strength)를 증가시키기 위해서, 황산알루미늄 또는 수산화알루미늄과 같은 비-알칼리성 촉진제, 또는 알칼리 수산화물, 알칼리 액체 글래스 또는 기타 알칼리염을 기초로 한 알칼리-함유 촉진제가 첨가된다. 이러한 시멘트는 본질적으로 세팅 프로세스만을 촉진하고, 실제 강도의 발생을 촉진하지 않기 때문에, 속성 세팅 시멘트의 그룹으로 잠정적으로만 할당된다.
경화 프로세스를 촉진하기 위해 사용되는 특수한 시멘트는 기초를 형성하는 클링커의 상이한 조성으로 인해 포틀랜드 시멘트와 상이하다. 이러한 그룹의 전형적인 대표적인 시멘트로는 알루미늄함유(aluminous) 시멘트, 설포알루미네이트(sulfoaluminate) 시멘트 및 조절된 세트(regulated set) 시멘트 등이 있다.
알루미늄함유 시멘트 또는 고 알루미나 시멘트는 종종 칼슘 알루미네이트 시멘트로도 언급된다. 습도-결정 크링커 상(humidity-determining clinker phase)은 모노칼슘 알루미네이트(CA), 칼슘 디알루미네이트(CA2) 및 메이에나이트(mayenite)(C12A7)이다. 그 외에 존재하는 실리카 기반 클링커 상(C2S 및 C2AS)은 강도에 미미하게 기여한다. 알루미늄함유 시멘트는 낮은 온도에서도 최단 시간 내에 극도로 높은 압축 강도를 달성할 수 있다. 이러한 시멘트로 24시간 후 60N/mm2에 이르는 압축 강도를 정확히 얻을 수 있다. 형성된 상기 두 수화물 상(hydrate phase)인 CAH10 및 C2AH8은 이러한 높은 초기 강도의 원인이 된다. 시간이 지나면, 이러한 수화물 상은 습도 및 > 23℃의 온도에 의해 촉진되는 열적으로 안정한 C3AH6으로 변형된다. 상기 변형은 물의 방출 및 다공성(porosity)의 강한 증가와 관련되 고, 강도의 강한 감소의 원인이다. 이러한 배경 정보에 기초하여, 알루미늄함유 시멘트는 EN206-1:2001-07 또는 DIN 1045-2:2001-07에 따라 엔지니어링 빌딩의 건축용으로 사용될 수 없다.
알루미늄성 시멘트의 적용 영역 중에는, 특히, 내화성 재료, 웰 시멘트 제형(well cement formulation) 및 건축 화학의 분야가 있다.
칼슘 설포알루미네이트 시멘트 또는 칼슘 알루미네이트 설페이트 시멘트는 주요 클링크 상으로서, 칼슘 알루미네이트 설페이트(C4A3S), 디칼슘 실리케이트(C2S) 및 칼슘 알루미네이트 페라이트(C2(A,F))를 함유한다. 원료 혼합 조성에 따라, 더 많은 양의 마그네슘, 플루오라이드 또는 철을 클링커 상으로 합칠 수 있다. 초기 수화에서, 다량의 에트린가이트(ettringite) 및 모노설페이트가 형성되며, 이들은 (3시간 후 종종 30N/mm2에 이르는)상당한 초기 강도를 가져온다. 수화 과정에서 발생하는 부피 팽창으로 인해, 이러한 시멘트는 예를 들어 스크리드에서, 종종 수축 보정기(shrinkage compensator)로 사용된다. 이러한 시멘트로부터 만들어진 구조적 성분은 상당한 강도의 손실이 수반되는 급속한 탄화(carbonation)를 보이는 경향이 있다. 포틀랜드 시멘트의 사용과는 반대로, 이러한 시멘트로부터 만들어진 구조적 요소에서 강화 스틸 또는 프리스트레싱(prestressing) 스틸은 부식으로부터 보호되지 않는다. 일반적으로, 이러한 시멘트들은 다른 시멘트와 혼합하여서만 사 용한다.
조절된 세트 시멘트 또는 제트(jet) 시멘트 또는 칼슘 알루미네이트 플루오라이드 시멘트는, 주요 클링크 상인 C3S에 부가하여, 일차적으로 플루오로알루미네이트-함유 상 C11A7.CaF2 및 석고를 함유한다. 대부분의 경우, 이러한 시멘트는 또한 석회 성분을 함유한다. 수화 중, 상기 플루오로알루미네이트는 다량의 에트린가이트를 형성하며, 1시간 후 16N/mm2에 이르는 높은 초기 강도의 원인이 된다. 콘크리트 또는 모르타르의 너무 급속한 세팅을 방지하기 위해서, 세팅 지연제가 종종 가해진다. 이러한 시멘트는 시장에서 한정 상품(niche product)에서만 그 지위를 보유할 수 있었다. 이러한 시멘트로부터 만들어진 구조적 성분은 외부 표면에서 열악한 내구성을 나타냈다.
상기에 지명된 특별한 시멘트 외에도, 알리나이트(alinite)(C11A7.CaCl2)에 기초한 일부 초기 고강도 시멘트들도 있다. 그러나, 이러한 시멘트들은 강화 스틸에 관한 부식-촉진 효과에 기인하여 실용적인 중요성이 거의 없다.
대부분의 경우, 더 급속히 경화하는 수경성 바인더는 다양한 첨가제와의 혼합 시멘트로서 제조된다. 이러한 시스템의 기초는 언제나 포틀랜드 시멘트 또는 포틀랜드 시멘트 클링커이다.
이러한 혼합 시멘트의 대다수는 알루미나성(aluminatic) 및/또는 알루미노-페라이트 클링커 상을 자극하고, 그에 따라 에트린가이트, 모노설페이트 또는 심지어 칼슘 알루미네이트 수화물의 형성을 가속하는 첨가제를 함유한다. 가용성 알루미늄 화합물(예를 들어, 황산알루미늄, 수산화알루미늄) 또는 알루미늄함유 시멘트 성분의 첨가에 의해, 강도 형성 수화물 상의 부분이 더욱 증가될 수 있다.
알칼리 카보네이트, 과일 산 또는 술포네이트가 경화를 촉진하기 위해서 종종 사용된다. 또한, 가공 특성 및 강도 발달 특징을 조절하기 위해서, 다양한 첨가제(예를 들어, 플라이 애쉬, 마이크로실리카, 메타카올린) 및/또는 혼합물(액화기(liquefier), 포스페이트 지연제 등)이 가해진다.
다음에, 포틀랜드 시멘트에 기초한 특허받은 혼합 시멘트의 다수의 예들을 설명한다.
EP 0517869 B1에서는, 포틀랜드 시멘트에 기초한 시스템이 기재되어 있다. 높은 강도를 생성할 수 있도록 하기 위해서, C4AF 부분은 9.5%보다 더 많아야 한다. 카보네이트 도너는 K2CO3 (바이카보네이트 또는) 트리하이드레이트 및 트리칼슘 시트레이트 모노하이드레이트(필요에 따라 디포타슘 옥살레이트 모노하이드레이트와 혼합됨)로서 시스템에 가해진다. 이와 같은 시스템을 사용하여, 4시간 후 20N/mm2에 이르는 강도를 얻을 수 있다.
DE 4223494 C2에는 적은 부분의 알루미늄성 시멘트 및, 소듐 카보네이트, 소듐 설페이트, 칼슘 하이드록사이드, 리튬 카보네이트, 칸 타르테이트(kann tartate) 및 Ca 리그닌(Ca lignin) 설포네이트의 첨가제를 갖는 포틀랜드 시멘트에 기초한 시스템이 기재되어 있다. 1시간 후 7N/mm2에 이르는 강도를 얻을 수 있다.
DE 4313148에는, 포틀랜드 시멘트, 마이크로실리카 또는 메타카올린(metakaolin), 소듐 시트레이트 및 리그닌 또는 나프탈린 설포네이트로 구성된 촉진된 시스템이 기재되어 있다. 1시간 후 4N/mm2에 이르는 강도를 얻을 수 있다.
DE 10141864A1에는 극도로 미세한 분말의 포틀랜드 시멘트 클링커, 글루콘산 또는 글루코네이트(gluconate), 알루미나 핫 멜트 시멘트 및, 필요에 따라 추가의 첨가제로 구성된 급속 세팅 시멘트 바인더 혼합물이 기재되어 있다. 얻을 수 있는 강도는 4시간 후 20N/mm2 이상이다.
칼슘 알루미네이트 수화물, 에트린가이트 및/또는 모노설페이트 형성의 증가 를 통한 시스템의 촉진은 각 콘크리트의 임의의 부분적인 영역에서의 내구성 감소의 원인이 된다. 또한 상기 바인더들은, 알칼리 카보네이트 및/또는 하이드록시카르복시산에 의해 유발된 철의 복합체 형성(complexation)에 기인한 콘크리트 표면상의 바람직하지 않은 갈색으로의 착색을 일으킬 수 있다. 또한 마지막으로, 시스템을 조절하는데 사용되는 많은 재료들은 시멘트의 증가된 흡습성(hygroscopic) 수분 흡수를 초래하고, 그에 따라 보관에 대한 적합성이 감소한다.
따라서, 이러한 제품들은 콘크리트 구조 공학의 영역에서 자리잡을 수 없었다. 그러나 이들은 수선 및 유지의 분야, 플라스터 및 모르타르 산업의 분야 및 건축 화학의 분야에서 사용된다.
강도의 발생에 결정적인 C-S-H 상 형성의 촉진은, 제한된 강도 포텐셜로 수화물 상을 초래하는 알루미네이트 및/또는 알루미네이트 페라이틱 반응(alluminate ferritic reaction)의 촉진보다 훨씬 더 효과적이다.
C-S-H 상 형성의 촉진은 칼슘에 대하여 용해성 생성물(solubility product)을 증가시키는 염의 사용에 의한 혼합 시멘트로 실현될 수 있다. 이는 할로겐화물, 슈도할로겐화물, 질산염, 질화물 및 포름산염(formiate)를 포함한다. 각각의 칼슘염들 및 다른 다원자가 양이온들과의 염들은 촉진에 대하여 특히 적합하다. 알칼리 양성자는 칼슘에 대하여 용해성 생성물을 감소시키고, C-S-H 상 형성의 촉진을 저 지한다.
전술한 재료들 중에서, 할로겐화물은 C-S-H 상의 형성에 가장 큰 효과를 갖는다. 우수한 효용 및 낮은 비용 때문에, 과거에는 칼슘 클로라이드가 시멘트 수화를 촉진하기 위해서 사용되었다. 그러나 클로라이드 및 기타 할로겐화물은 프리-스트레싱 스틸(pre-stressing steel) 또는 강화 스틸의 부식을 현저하게 촉진하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 이유로, 이와 같은 재료들은, 특히 EN 206-1:2007-07에 따른 구조적(constructive) 스틸 및 프리스트레스트 콘크리트에만 사용될 수 있었다. 또한, 이러한 촉진제들은 그들로부터 만들어진 부분의 불충분한 내구성 및 현저히 감소된 최종 강도를 가져왔다. 그러나, 촉진 효과는 슈도할로겐화물, 질산염, 질화물 및 포름산염으로 덜 발생하였다. 그러나, 이러한 염들은 또한 콘크리트에서 스트레스트 또는 비스트레스트 스틸의 부식을 촉진할 수 있다. 스틸 또는 프리스트레스트 콘크리트에 대한 이들의 적용은 제한되며, CEN 국가의 영역에서 각 나라의 규제를 받는다. 따라서, 예를 들어, 독일에서는, 스틸 콘크리트 건축에서 경화 프로세스를 촉진하기 위해서 포름산염만이 사용될 수 있다. 프리스트레스트 콘크리트에 대한 사용은 금지된다.
경화 촉진제로서 석고의 사용은 통상적으로 목표로 하는 내구성 및 응력 하 콘크리트의 강도에 관하여 에트린가이트의 형성에 기인하여 문제의 소지가 있다.
특히 플라스터 및 스크리드에 대하여, 낮은 수축을 나타내는 다른 급속 세팅, 시멘트-기반 수경성 바인더는 DE 197 54 826 A1으로부터 알려져 있다. 이 공개공보에 따르면, 에트린가이트 문제는 초기 특정 에트린가이트 형성에 반응성 CaSO4 화합물의 개별 첨가로 작용시켜서 해결될 수 있는데, 가능하게는, 어떠한 2차 에트린가이트도 후속의 경화 상에서 형성되지 않는다. 그러나, 이러한 알려진 바인더의 세팅 특성은 아직까지 만족스럽지 못하다.
또한 - 특히 콘크리트 건축 요소, 특히 사전에 제조된 건축 요소의 제조의 관점에서 - 통상의 조건 하에서 한번의 워크 시프트(work shift) 내에서 콘크리트 건축 요소의 급속 형성(rapid form) 스트리핑(stripping) 및 로딩(loading)을 포함하는, 전체 콘크리팅(concreting) 프로세스의 완료를 가능하게 하는 어떠한 급속 세트 시멘트(quick set cement)도 알려진 바 없다. 그러므로, 콘크리트 제조의 요구를 위험 없이 만족시키는 수경성 바인더 및/또는 상기 바인더로부터 만들어진 콘크리트가 필요로 하는 경제적인 특성을 가지는 수경성 바인더는 없다.
본 발명은 수경성 바인더(hydraulic binder)로부터 만들어진 제품이 최대의 초기 강도를 획득하는 것을 가능케 하는 수경성 바인더를 개발하는 과제에 기초한 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 과제는 독립항인 청구항 1에 기재되고, 또한 종속항인 청구항 2 내지 청구항 17에서 상세히 설명된 바와 같은 수경성 바인더에 의해, 놀랍게도 단순한 방식으로 해결된다. 본 발명에 따른 수경성 바인더의 촉진제 성분에 존재하는 극도로 미세한 칼슘 하이드록사이드는 큰 표면, 예를 들어 15m2/g이상, 특히 25m2/g 이상의 비표면(specific surface)(DIN 66132에 따른 BET 표면)을 나타내고, 40 질량 퍼센트 이상, 바람직하게는 70 질량 퍼센트 이상의, 20μ 이하의 입자 크기의 입자로 구성된다. 칼슘 하이드록사이드의 이러한 극도로 높은 비표면에 기초하여, C-S-H 상(phase)에 대해 본 발명에 따라 가능한 충분한 씨드 크리스탈(seed crytal)이 존재하며, 그의 형성은 시멘트 수화의 강도-결정 인자와 같이 결정적이다. 따라서 C-S-H 상의 형성은 촉진된 방식으로 발생할 수 있으며, 각 콘크리트의 높은 초기 강도가 신속하게 얻어질 수 있다.
본 발명은 칼슘 하이드록사이드가 강도-결정 C-S-H 상의 결정핵생성(nucleation)에 대한 미미한 효과만을 갖는다는 것을 여전히 주목하는 "Tagung Bauchemie"([Building Chemistry Conference], Erlangen, 2004, page 135-139)에 비해 놀라운 것이다.
본 발명에 따라, 상기 수경성 바인더의 제조는 매우 간단한데, 그 이유는 배출 가스 클리닝을 위한 소석회(slaked lime)로서 통상적으로 사용되는 극-미세(super-fine) 칼슘 하이드록사이드를 상업적으로 입수가능하기 때문이다.
청구항 1에 따른 수경성 바인더로부터 제조된 콘크리트는 가공 시간, 최종 강도 및 내구성의 측면에서 모든 적용-관련 요구사항을 충족한다. 특히, EN 206-1:2007-07 또는 DIN 1045-2:2001-07에 따른 모든 요구사항이 충족된다.
일반적으로, 경화 촉진의 효과는 칼슘 하이드록사이드의 비표면이 크면 클수록 증가된다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 덩어리(agglomerate) 형성을 촉진하는, 입자들의 표면 에너지를 증가시키거나 또는 소결하려는 경향을 제한하기 위해서, 칼슘은 30m2/g 이상의 비표면을 가져야 하며, 그 상한은 100m2/g, 바람직하게는 75m2/g, 특히 바람직하게는 50m2/g 이하이다. 더욱 바람직한 구현예에서, 극-미세 칼슘 하이드록사이드는 입자 사이즈 1 내지 10㎛, 바람직하게는 3 내지 5㎛의 입자 40 질량 퍼센트 이상, 및/또는 입자 사이즈 4 내지 16㎛, 바람직하게는 8 내지 12㎛의 입자 70 질량 퍼센트로 구성된다.
바람직한 구현예에서, 촉진제 성분은 수경성 바인더 대비, 1 내지 15 질량 퍼센트, 바람직하게는 3 내지 10 질량 퍼센트, 특히 바람직하게는 4 내지 6 질량 퍼센트의 비율로 존재하는 것으로 규정된다. 특히, 이러한 비율은 문제없이 조절될 수 있고, 특정한 요구사항에 따라 신속히 선택될 수 있다.
다른 바람직한 구현예에서, 촉진제 성분은 실용상의 이유로(보관), 건조, 분말 형태로 존재한다. 원칙적으로, 촉진제 성분은 물의 첨가 후에 흐를 수 있고 세팅(setting)할 수 있는 임의의 바인더 성분과 결합될 수 있지만; 바인더 성분이 포틀랜드(Portland) 시멘트 CEM Ⅰ및/또는 콤포지트 시멘트 CEM Ⅱ를 함유 및/또는 바람직하게는 이들로 구성된 구현예가 특히 바람직하다.
증가된 시멘트 분쇄는 일반적으로 더 높은 초기 강도를 가져온다. 그러나, 시멘트의 증가된 분쇄 분말도(fineness)에 필연적으로 수반하는 더 높은 물 함량은 초기 및 최종 강도의 감소를 가져오며, 다시 말해 증가된 시멘트 분쇄의 유리한 효과가 제한된다. 바람직한 구현예에서, 이러한 분쇄 분말도는 3000 내지 7000cm2/g(Blaine에 따라서), 바람직하게는 4000 내지 6000cm2/g이다.
촉진에도 불구하고, 포틀랜드 시멘트에 있는 상당한 강도-형성 상은 알라이트(alite) 또는 트리칼슘 실리케이트 C3S에 남는다.
따라서 바람직한 구현예에서 바인더 성분은 50 내지 75 질량 퍼센트, 바람직하게는 55 내지 65 질량 퍼센트(항상 시멘트 클링커 부분 대비)의 C3S 부분을 가져야 한다.
다른 바람직한 구현예에서, 1.8 질량 퍼센트 이하, 바람직하게는 1.2 질량 퍼센트 이하의 나트륨 당량으로 표현되는 알칼리 함량은, 보관성을 저하시킬 수 있는 일부 알칼리 화합물의 흡습성 특성에 기초하여 바인더에서 선택된다. 바인더 성분의 선택은 일반적으로 각 콘크리트의 특정한 요구사항에 의존한다. 바람직한 구현예에서, 바인더 성분은 제조 클래스 52.5R의 시멘트이다. 수경성 바인더에 포함되는 바인더 성분의 양은 촉진제 성분 및 추가의 가능한 첨가제의 농도 선택에 의존하며; 바람직한 구현예에서, 바인더 성분의 비율은 (수경성 바인더 대비) 85 내지 99 질량 퍼센트, 바람직하게는 90 내지 97 질량 퍼센트, 특히 바람직하게는 94 내지 96 질량 퍼센트이다.
본 발명의 범위는 또한 바인더 성분의 하나 또는 몇 개, 특히 극-미세 칼슘 하이드록사이드가, 일부 타입의 코팅으로 제공되는 바인더를 배타적으로 포함한다.
또한, 본 발명은 촉진제 성분이 다른 재료와 혼합된 형태로 극-미세 칼슘 하이드록사이드를 함유하는, 본 발명의 범주 하에 해당하는 바인더를 명백하게 포함한다.
청구항 18에 따라서 본 발명에 따른 바인더를 사용하여 제조된 제품은, EN 206-1:2001-07 또는 DIN 1045-2:2001-07의 요구사항을 바람직하게 충족하는, 콘크리트 건축 요소(part), 특히 사전에 제조된 건축 요소를 포함한다.
또한, 청구항 1 내지 청구항 17에 청구된 수경성 바인더가 첨가된 건축 재료의 제조 방법도 보호될 것을 추구한다.
마지막으로, 모르타르 및 콘크리트, 특히 청구항 23에 청구된 콘크리트 성분의 제조를 위한 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 하나, 또는 청구항 18에 따른 수경성 바인더의 사용은 보호될 것을 추구한다.
도면 중 도 1은 수경성 바인더(hydraulic binder)의 구현예의 열흐름 열량측정(calorimetry)을 나타낸다.
본 발명에 따른 촉진제 성분으로 사용된 극-미세 칼슘 하이드록사이드의 장점은 하기 두 구현예를 이용하여 설명될 것이다. 설명을 위해서, 이러한 구현예들은 바인더 성분만이 사용된 버전, 여기서는 포틀랜드(Portland) 시멘트 CEM Ⅰ, 52.5R(이하, BMK라 칭함)과 비교될 것이다. 구현예 1에서, 비표면 20m2/g(BET)의 칼 슘 하이드록사이드로 구성된 촉진제 성분이, 포틀랜드 시멘트, 즉 BMK로 구성된 바인더 성분과 함께 사용된다. 수경성 바인더(hydraulic binder) 대비 극-미세 칼슘 하이드록사이드의 비율은 5%이다. 각각의 콘크리트를 제조하기 위해서, 이러한 바인더 370kg/m3, 물 148kg/m3, 골재(aggregate) 1920kg/m3가 사용되며, (콘크리트에 대해서 ca. 50cm의 흐름 밀도(flow consistency)가 얻어지도록) 대략 4kg/m3의 상업적으로 입수가능한 액화기(liquefier)가 가해진다. 이 콘크리트로 28일 후 74.5N/mm2의 압축 강도를 얻고(표 1 참조), 다시 말해 이는 특히 통상적으로 요구되는 압축 강도를 충족하며, 심지어 촉진제 성분이 사용되지 않은 비교 버전의 압축 강도를 초과한다. 표 1에 기재된 값에 기초하여, 이 구현예에서 6시간 후 10.7N/mm2의 초기 강도가 관찰되고, 8시간 후 27N/mm2의 초기 강도가 관찰되었음을 또한 알 수 있다. 촉진제 성분이 없는 버전의 값과 비교하여, 이러한 증가된 값들은, 도면에서 열흐름 열량측정에 의해 나타낸 바와 같이, 5 내지 10 시간의 시간 간격 동안 바인더의 각각 증가된 화학 반응에 기인한다. 콘크리트의 초기 강도에 대한 상대적인 목표 값은 15N/mm2인데, 그 이유는 상기 압축 강도가 통상적으로 콘크리트 건축 요소, 특히 사전에 제조된 건축 요소의 형성을 스트립(strip)하기 충분하기 때문이다. 구현예 1에서 이러한 값은 대략 6시간 반 후 얻어졌다.
제2 구현예에서, 역시 BMK 포틀랜드 시멘트인 바인더 성분과 함께, 비표면 43m2/g의 칼슘 하이드록사이드로부터 만들어진 촉진제 성분이 사용된다. 물, 골재 및 액화기와 수경성 바인더의 정량 및 혼합비는 제1 구현예에서와 같이 선택된다. 여기서 28일에 73.8N/mm2의 강도로 충분한 최종 강도를 또한 얻었다. 극도로 높은 BET 표면(43m2/g)을 갖는 칼슘 하이드록사이드를 기초로 한 이러한 촉진제 성분의 장점은, 도면에서 열흐름 열량측정에 의해 나타낸 바와 같이, 콘크리트의 혼합 후 시작하고 바인더의 상대적으로 가벼운 화학 반응을 특징으로 하는 휴식 상(rest phase)이 훨씬 더 현저하게 감소되는 것이다.
표 1에 나열된 바와 같이 겨우 6시간 후 25.2N/mm2에 이르는, 구현예 2에 따라 만들어진 콘크리트의 매우 높은 초기 강도는, 이 케이스에서, 콘크리트 요소, 특히 사전에 제조된 콘크리트 요소의 형성의 신속한 스트리핑 및 로딩이 6시간보다 적은 시간 후에 가능함을 나타낸다. 이는 한 번의 시프트(ca. 8 시간) 내에서, 다시 말해 통상의 조건 하에서, 다시 말해 고가이고 복잡한 열 처리의 사용 없이, 완전한 콘크리팅 프로세스의 완료를 가능케 한다. 따라서 예를 들어, 통상의 조건 하에서, 3-시프트 조작에서 콘크리팅을 수행하는 것이 가능하며, 특히 단시간 내에 많은 수의 콘크리트 요소가 필요할 때 및/또는 상대적으로 비싼 거푸집공사(formwork) 타입이 신속히 다시 순환되도록 하기 위해 유리하다.
[표 1] 구현예에 기재된 콘크리트의 강도 경과(strength progression)
콘크리트 첨가제 강도 다음... 데이터 인 (data in) N/mm2
4시간 6시간 8시간 28일
1. 촉진제 성분 없음 0.0 3.5 19.3 73.1
2. 구현예 1에 따라 2.6 10.7 27.0 74.5
3. 구현예 2에 따라 5.1 25.2 39.0 73.8
본 발명은 도면에 나타낸 구현예로 한정되는 것은 아니다. 대신, 다른 성분과 함께 본 발명에 따른 바인더의 사용 및 다양한 의도된 용도가 또한 계획된다.

Claims (25)

  1. 물의 첨가 후에 흐를 수 있고 세팅(setting)할 수 있는 바인더 성분, 및 세팅을 촉진하는 역할을 하는 촉진제 성분을 포함하는 수경성 바인더(hydraulic binder)로서, 상기 촉진제 성분이,
    15m2/g 이상, 특히 25m2/g 이상의 비표면(specific surface)(DIN 66132에 따른 BET 표면), 및/또는
    20μm 이하의 입자 크기로 된 입자를, 칼슘 하이드록사이드의 전체 중량 대비 40 질량 퍼센트 이상, 특히 칼슘 하이드록사이드의 전체 중량 대비 70 질량 퍼센트 이상 갖는,
    극-미세(super-fine) 칼슘 하이드록사이드를 함유하는 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 극-미세 칼슘 하이드록사이드는 30m2/g 이상의 비표면을 나타내는 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 극-미세 칼슘 하이드록사이드는 100m2/g 이하, 바람직하게는 75m2/g 이하, 특히 바람직하게는 50m2/g 이하의 비표면을 나타내는 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 극-미세 칼슘 하이드록사이드는 10μm 이하, 바람직하게는 5μm 이하의 입자 크기로 된 입자 40 질량 퍼센트 이상, 및/또는
    16μm 이하, 바람직하게는 12μm 이하의 입자 크기로 된 입자 70 질량 퍼센트로 구성된 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 극-미세 칼슘 하이드록사이드는 1μm 이상, 바람직하게는 3μm 이상의 입자 크기로 된 입자 40 질량 퍼센트 이상, 및/또는
    4μm 이상, 바람직하게는 8μm 이상의 입자 크기로 된 입자 70 질량 퍼센트로 구성된 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉진제 성분은 1 질량 퍼센트 이상, 바람직하게는 3 질량 퍼센트 이상, 특히 바람직하게는 4 질량 퍼센트 이상의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉진제 성분은 15 질량 퍼센트 이하, 바람직하게는 10 질량 퍼센트 이하, 특히 바람직하게는 6 질량 퍼센트 이하의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉진제 성분은 건조, 분말 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바인더 성분은 포틀랜드(Portland) 시멘트 CEM Ⅰ(DIN EN 197에 따라) 및/또는 콤포지트 시멘트 CEM Ⅱ(DIN EN 197에 따라)를 함유하거나, 또는 바람직하게는 이들로 구성된 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바인더 성분의 분쇄 분말도는 3000cm2/g(Blaine에 따라) 이상, 바람직하게는 4000cm2/g 이상인 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바인더 성분의 분쇄 분말도는 7000cm2/g(Blaine에 따라) 이하, 바람직하게는 6000cm2/g 이하인 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  12. 청구항 9에 있어서, C3S 부분이 시멘트 클링커 부분(포틀랜드 시멘트 및/또는 콤포지트 시멘트) 대비 50 질량 퍼센트 이상, 바람직하게는 55 질량 퍼센트 이 상인 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  13. 청구항 9 또는 청구항 12에 있어서, C3S 부분이 시멘트 클링커 부분(포틀랜드 시멘트 및/또는 콤포지트 시멘트) 대비 75 질량 퍼센트(바인더 성분 대비) 이하, 바람직하게는 65 질량 퍼센트 이하인 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서, 나트륨 당량으로 표현되는 알칼리 함량이 1.8 질량 퍼센트(바인더 성분 대비) 이하, 바람직하게는 1.2 질량 퍼센트 이하인 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바인더 성분은 강도 클래스 52.5R의 시멘트인 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바인더 성분은 각각 상기 바인더의 전체 양 대비, 85 질량 퍼센트 이상, 바람직하게는 90 질량 퍼센트 이상, 특히 바람직하게는 94 질량 퍼센트 이상의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바인더 성분은 각각 상기 바인더의 전체 양 대비, 99 질량 퍼센트 이하, 바람직하게는 97 질량 퍼센트 이하, 특히 바람직하게는 96 질량 퍼센트 이하의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서, 성분 요소(part)의 하나 또는 몇 개, 특히 극-미세 칼슘 하이드록사이드가, 코팅으로 제공되는 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉진제 성분이 다른 재료와 혼합된 형태로 극-미세 칼슘 하이드록사이드를 함유하는 것을 특징으로 하는 수경성 바인더.
  20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 기재된 수경성 바인더를 사용하여 제조된, 바람직하게는 EN 206-1:2007-07 또는 DIN 1045-2:2001-07의 요구사항에 따르는 레디믹스(ready-mix) 콘크리트, 또는 도로 표면, 콘크리트 폴(pole) 또는 파운데이션(foundation)과 같은 콘크리트 요소, 특히 사전에 제조된 콘크리트 요소.
  21. 흐를 수 있고 세팅할 수 있는 건축 재료를 제조 또는 제공하기 위한 방법으로서,
    제1 단계에서, 혼합 장치(mixing device)의 하나 이상의 첨가제, 및/또는 기 초 액체(base liquid), 하나 이상의 첨가제, 기초 재료(base material)와 같은 원재료들이, 특히 주어진 혼합비로 첨가되고,
    제2 단계에서, 혼합 장치에서 및/또는 혼합 장치에 의해 상기 혼합 성분들이 강하고 균질하게 혼합되어, 흐를 수 있고 세팅할 수 있는 건축 재료(building material)가 형성되고,
    제3 단계에서, 흐를 수 있고 세팅할 수 있는 상기 건축 재료를 용기에 제공하거나, 및/또는 주어진 형태 내로 또는 주어진 영역 상으로 떨어뜨리거나, 주입하거나 또는 붓고,
    단계 1에서, 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 하나에 따른 수경성 바인더를 함유하는 기초 물질(base substance)이 첨가되는 것을 특징으로 하는, 건축 재료를 제조 또는 제공하기 위한 방법.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 제1 단계에서 첨가제로서 미세한 모래 및/또는 모래 및/또는 자갈이 첨가되고, 기초 액체로서 물이 첨가되며, 상기 제2 단계에서 상기 혼합 성분들이 첨가되어 (프레시) 모르타르 또는 (프레시) 콘크리트를 형성하는 것을 특징으로 하는, 건축 재료를 제조 또는 제공하기 위한 방법.
  23. 청구항 21 또는 청구항 22에 있어서, 제1 단계에서 첨가제로서 액화기(liquefier)가 첨가되고, 제2 단계에서 상기 혼합 성분들이 혼합되어 (액체) 모르타르 또는 (액체) 콘크리트를 형성하는 것을 특징으로 하는, 건축 재료를 제조 또는 제공하기 위한 방법.
  24. 청구항 21 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 단계에서, 흐를 수 있고 세팅할 수 있는 상기 건축 재료를, 콘크리트 건축 요소, 특히 사전에 제조된 콘크리트 요소에 대한 거푸집공사(formwork) 타입 내로, 또는 도로 표면, 준비된 지면의 영역(prepared area of soil), 건물 벽, 천장 또는 건물 바닥 상으로 떨어뜨리거나, 주입하거나 또는 붓는 것을 특징으로 하는, 건축 재료를 제조 또는 제공하기 위한 방법.
  25. 모르타르, 특히 수선 모르타르, 또는 콘크리트, 특히 레디믹스 콘크리트, 또는 청구항 20에 따른 콘크리트 구조 요소의 제조를 위한, 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 기재된 수경성 바인더의 용도.
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