KR20110053270A

KR20110053270A - 조강 포졸란 시멘트 배합물

Info

Publication number: KR20110053270A
Application number: KR1020117008115A
Authority: KR
Inventors: 존 엠. 구인; 앤드류 에스. 한센
Original assignee: 로만 시멘트, 엘엘시
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-05-19
Also published as: CA2739657A1; EP2337769A4; US7972432B2; EP2337769B1; US20110259246A1; AU2009302232B2; CA2739657C; CN102007085B; RU2011118370A; WO2010042838A3; US20100313795A1; ZA201102630B; BRPI0920370A2; US20100089293A1; AU2009302232A2; US7799128B2; CN102007085A; WO2010042838A2; US8323399B2; AU2009302232A1

Abstract

조강 포졸란 시멘트는 삼칼슘 실리케이트를 포함하는 더 큰크기의 포졸란 입자 및 더 작은 크기의 수경 시멘트 입자를 포함한다 (예를 들어, 포틀랜드 시멘트). 10 ㎛ 초과의 입자는 주로 (50%, 65%, 75%, 85% 또는 95%) 포졸란 입자이고, 10 ㎛ 미만의 입자는 주로 (50%, 65%, 75%, 85% 또는 95%) 수경 시멘트 입자이다. 수경 시멘트로부터 과량의 칼슘이 임의로 보충 석회와 조합하여 포졸란 입자와의 반응을 위해 이용가능한 수산화칼슘을 형성한다. 포졸란 시멘트 (조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자)의 적어도 30%, 40%, 45%, 55%, 65% 또는 75%가 포졸란으로 구성되고 70%, 60%, 55%, 45%, 35% 또는 25% 미만이 수경 시멘트로 구성된다.

Description

조강 포졸란 시멘트 배합물 {HIGH EARLY STRENGTH POZZOLAN CEMENT BLENDS}

관련 출원과의 상호 참조

본 출원은 조기 출원된 미국 임시 출원번호 61/104,661 (2008년 10월 10일 출원) (이것의 개시내용의 전체가 여기에서 참고문헌으로 포함된다)의 우선권을 주장한다.

1. 발명의 분야

본 발명은 일반적으로 콘크리트의 제조에서 사용되는 수경 시멘트, 더 특별하게는 포졸란을 포함하는 수경 시멘트의 분야에 관한 것이다.

2. 관련 기술

로마 사람들은 2000년 후에도 서있는 장엄한 건물 및 수도교를 짓기 위하여 "로만 시멘트"를 사용하였다. 로만 시멘트는 포졸란 (예를 들어 화산재 또는 분쇄된 벽돌)을 석회 및 물과 혼합하여 석회-포졸란 시멘트를 형성함으로써 만들어졌다. 로만 시멘트의 수화 생성물은 현대식 포트랜드 시멘트에서와 필수적으로 동일하지만 훨씬 더 천천히 형성되므로 로만 시멘트가 현대식 시멘트 재료로서는 비실용적이다.

현대식 콘크리트에서, 비산재 및 화산재와 같은 포졸란이 포틀랜드 시멘트의 일부를 대체하기 위해 종종 사용된다. 포틀랜드 시멘트의 일부를 포졸란으로 대체하면 고 내구성, 저 클로라이드 투과성, 낮은 크리프, 화학 공격에 대한 높은 저항성, 낮은 비용 및 환경 영향의 감소를 가진 개선된 콘크리트가 얻어진다. 포졸란은 포틀랜드 시멘트의 수화 동안에 방출되는 과량의 수산화칼슘과 반응하고 따라서 탄소화를 막는데 도움이 된다. 그러나, 포졸란이 일반적으로 강도 발생을 지연시키기 때문에 얼마나 많은 포틀랜드 시멘트를 포졸란으로 대체할 수 있는지에는 한계가 있다.

콘크리트를 제조할 때 포졸란 함량을 증가시키고 포틀랜드 시멘트 함량을 감소시키는 것에서 유래되는 잠재적인 경제적 및 환경적 장점에도 불구하고, 현재 수준에서 기술적 한계가 그들의 실제 사용을 제한하고 있다. 미국에서 레디믹스 콘크리트의 40% 미만이 어쨌든 어떠한 포졸란이라도 사용하고 있으며 포졸란을 사용하는 것 중에서 전형적인 대체 수준은 약 10 내지 15%인 것으로 추산된다. 상당히 처리된 콘크리트는 전체 결합제의 퍼센트로서 더 많은 포졸란을 포함할 수 있지만, 배합 시멘트의 결점을 극복하기 위해 콘크리트를 처리하는데는 비용이 많이 들고, 이는 포졸란의 유리한 성질이 처리 비용을 능가하는 고층 건물 및 큰 공공 작업 구조물과 같은 고가의 건축 프로젝트에서만 정당화되는 정도이다. 대부분의 경우에, 콘크리트 강도 발생을 지연시키는 포졸란의 경향이 대체 상한선을 만들고 그 너머에서는 포틀랜드 시멘트 대체의 장점이 사라진다. 간략하게, 예컨대 일반적 목적의 콘크리트에서와 같이 제조 비용 및 제조 용이성이 주된 관점일 때, 포졸란은 전형적으로 적은 양으로 사용되거나 전혀 사용되지 않는다.

발명의 요약

본 발명은, 높은 조기 강도 발생을 유지하면서, 포틀랜드 시멘트의 포졸란 대체 수준을 증가시키기 위해 최적화된 입자 크기인 포졸란 시멘트 배합물에 관한 것이다. 조기 강도 발생을 현저히 감소시키지 않으면서 포졸란 대체 수준을 증가시킴으로써, 본 발명의 포졸란 시멘트 배합물은 기존의 시멘트 및 콘크리트에 비하여 포졸란 대체의 경제적 및 환경적 장점을 더욱 충분히 실현한다.

하나의 실시양태에 따르면, 통상적인 포틀랜드 시멘트(OPC) (예를 들어, 유형 I 및 II 시멘트)를 쉽게 대체할 수 있는 포졸란 시멘트 배합물이 제공된다. 본 발명의 포졸란 시멘트 배합물은 통상적인 포틀랜드 시멘트(OPC)에서 발견되는 고 반응성 미세 포틀랜드 시멘트 입자 (예를 들어 약 0.1 내지 10 ㎛의 분포)의 동일하거나 유사한 농도를 유지함으로써 포졸란의 강도 지연 효과를 피한다. 조대 포틀랜드 시멘트 입자를 동일하거나 유사한 입자 크기 분포 및/또는 미립도를 가진 조대 포졸란 입자의 유사한 양으로 대체한다. 조대 포졸란 입자는 미세한 포틀랜드 시멘트 입자의 반응을 분산시키고 조절하는 것을 돕고, 물 수요를 감소시키고, OPC에 함유된 조대 포틀랜드 시멘트 입자와 동일한 방식으로 장기간 강도 발생을 제공한다.

OPC 및 비산재 양쪽 모두는 전형적으로 약 0.1 내지 45 ㎛ 범위의 입자 크기 분포를 갖고, 대략 절반은 약 10 내지 15 ㎛ 미만의 "미세한" 입자로 구성되고 절반은 약 10 내지 15 ㎛ 초과의 "조대" 입자로 구성된다. 포틀랜드 시멘트 및 비산재 또는 다른 포졸란의 최적화된 배합물은 (1) 포틀랜드 시멘트로부터 조대 입자를 제거하고 미세 입자를 주로 또는 독점적으로 유지하고, (2) 포졸란으로부터 미세 입자의 일부 또는 전부를 제거하고 조대 입자를 유지하고, (3) 미세한 포틀랜드 시멘트 및 조대 포졸란 입자를 함께 배합함으로써 제공될 수 있다. 그 결과는 콘크리트에서 OPC와 동일하거나 유사한 조기 강도 발생을 제공하는 새로운 포졸란 시멘트 배합물이다. 그리고, 이것은 실질적으로 OPC 미만의 비용이 든다.

하나의 실시양태에 따르면, 포틀랜드 시멘트 및 포졸란 입자를 분리하는 컷오프 입자 크기가 존재할 수 있다 (예를 들어 약 5 내지 30 ㎛ 범위). 이 실시양태에서, 포틀랜드 시멘트 입자의 대부분 또는 전부는 컷오프 크기이거나 그 미만일 것이고 (예를 들어 약 20 ㎛, 15 ㎛, 10 ㎛, 7.5 ㎛ 또는 5 ㎛ 미만), 포졸란 입자의 대부분 또는 전부는 컷오프 크기이거나 그 이상일 것이다 (예를 들어, 약 5 ㎛, 7.5 ㎛, 10 ㎛, 15 ㎛ 또는 20 ㎛ 초과). 일부 경우에, 포틀랜드 시멘트의 포졸란 대체 수준은 입자 크기 컷오프를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 입자 크기 컷오프를 상승시키면 일반적으로 포졸란 대체 수준이 저하되고 컷오프를 저하시키면 포졸란 대체 수준이 증가된다. 일부 실시양태에서, 포틀랜드 시멘트 분획의 전체 미립도가 포졸란 분획의 미립도를 실질적으로 초과하는 한, 포틀랜드 시멘트와 포졸란 입자 크기 사이에서 상당한 중복이 존재할 수 있다. 미세한 포틀랜드 시멘트 입자를 분산시키는 것을 돕기 위하여 비교적 적은 양의 미세 포졸란 입자가 포함될 수도 있다.

분쇄에 의한 것이든 선택에 의한 것이든 더 미세한 포졸란의 사용과 일반적으로 관련되는, 포졸란 시멘트 배합물의 반응성 및 조기 강도 발생을 증가시키기 위한 기존의 방법과는 반대로, 여기에 개시된 포졸란 시멘트는 비교적 조대한 포졸란 분획을 유지시키거나 심지어 포졸란 분획의 미립도를 감소시키는 직관에 반하는 접근법을 사용하여 만들어진다. 일반적으로, 본 발명은 시멘트 조성물에서 입자 크기 분포의 균형을 주로 더 큰크기의 포졸란 입자 및 더 작은 크기의 수경 시멘트 입자 쪽으로 변위시킴으로써 조강(high early strength) 포졸란 시멘트를 제공한다. 이러한 방식으로, 수경 시멘트 및 포졸란 분획이 각각 최고의 사용 상태에 놓여진다.

OPC의 조기 강도 발생을 제공하는 것은 주로 더 작은 시멘트 입자임이 밝혀졌다. 수화 동안에 물이 시멘트 입자 내로 느리고 제한적으로 침투되는 것에 기인하여, 단지 매우 작은 포틀랜드 시멘트 입자 (예를 들어 0.1 내지 5 ㎛)는 처음 28일에 완전히 수화된다. 더 큰입자는 단지 표면에서만 부분적으로 수화된다. 10 내지 20 ㎛보다 큰 포틀랜드 시멘트 입자는 완전히 수화되는데 몇 년이 걸릴 수 있다. 더 큰크기의 포틀랜드 시멘트 입자의 사용은, 적절한 강도 발생 기간 동안에 이러한 입자의 반응되지 않은 내부 부피가 고가의 충진제로서 작용하기 때문에 헛될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 경화 시간을 조절하고 원하는 물 수요 및 레올로지를 제공하고 장기간 강도에 기여하기 위해서는 OPC에 더 큰크기의 포틀랜드 시멘트 입자를 포함시키는 것이 필요하다. 매우 미세하게 분쇄된 포틀랜드 시멘트는 유형 III 급속 경화 시멘트에 속하고, 이것은 더 높은 조기 강도를 발생시키지만 유형 I 및 II 시멘트에 비해 장기간 강도를 낮춘다.

OPC로서 유사한 강도 발생 프로파일을 유지하고 유사한 물 수요 및 레올로지를 유지하기 위하여, 더 큰크기의 수경 (예, 포틀랜드) 시멘트 입자의 대부분 또는 전부를 유사한 크기의 포졸란 입자로 대체할 수 있다. 단 시간에, 느리게 반응하는 포졸란 입자가 이들이 대체하는 더 큰크기의 수경 시멘트 입자와 유사하게 거동한다. 이들은 충분히 반응하고, 높은 조기 강도가 유지되는 작은 수화 시멘트 입자와 충분히 화학적으로 상용가능하다. 그러나, 분쇄된 불활성 돌 또는 모래와 같은 미반응 충진제와는 달리, 포졸란은 계속 반응하고 시간 경과에 따라 시멘트 페이스트의 성장 및 콘크리트 강도에 기여한다. 포졸란 시멘트는 장 시간에서 OPC의 강도와 동일하거나 심지어 초과하는 강도를 발생시킬 수 있기 때문에, 본 발명의 포졸란 시멘트의 장 기간 강도는 OPC의 강도와 동일하거나 초과할 수 있다.

중간 내지 높은 수준의 포틀랜드 시멘트를 포졸란으로 대체하고 OPC와 유사한 강도 및 성능 특징을 유지하는 능력은 놀랍고, 더 작은 포틀랜드 시멘트 입자를 사용하는 동안에 OPC와 유사한 전체 포졸란 시멘트 배합물의 입자 크기 분포를 유지시킴으로써 예상 밖의 결과가 만들어질 수 있다. OPC 및 포졸란의 전통적인 배합물에 비하여, 포졸란 시멘트 배합물은 28일에 충분히 수화되는 작은 포틀랜드 시멘트 입자의 더 높은 퍼센트를 갖고, 이에 의해 원하는 시간 틀에 포틀랜드 시멘트의 잠재력의 전부를 풀어버릴 수 있다. 포틀랜드 시멘트의 이러한 증가된 사용은, 여기에 기재된 포졸란 시멘트 배합물이 높은 부피의 포졸란과 함께 OPC와 유사한 성능 특징을 달성할 수 있는 한가지 주된 이유이다.

더 미세한 포틀랜드 시멘트 입자는 조대 포졸란 분획에 이롭다. 충분히 수화된 미세한 포틀랜드 시멘트 입자는 추가의 석회를 방출하고, 이것은 포졸란 반응을 촉진하고 증가된 장기간 강도를 생성한다. 따라서, 미세한 시멘트 입자 및 조대 포졸란 입자의 조합은, 현재 실행되는 충분한 범위의 입자 분포의 포졸란 및 포틀랜드 시멘트를 배합하는 것에 의해서는 달성될 수 없는 상승작용을 일으킨다.

입자 크기 최적화된 포졸란 시멘트 배합물의 다른 중요한 장점은 이산화탄소 방출의 감소이다. 포틀랜드 시멘트는 사람이 만든 이산화탄소의 5% 이상에 기여하는 것으로 추정된다. 수화되지 않은 시멘트 입자의 코어에서 소모된 시멘트는 여기에 기재된 포졸란 시멘트 배합물에서 경감되는 소모물 환경 비용을 나타낸다. 시멘트 사용의 이러한 감소는 시멘트의 성능에 전혀 손실이 없기 때문에 탄소 방출의 진정한 감소를 나타낸다.

일부 경우에, 산화칼슘 또는 수산화칼슘을 첨가함으로써 수경 시멘트에 의해 제공되는 과량의 수산화칼슘의 양을 보충하는 것이 유리할 수도 있다. 석회-포졸란 반응을 촉진하기 위하여 잿물 또는 기타 강염기를 첨가할 수도 있다. 대안적으로, 시멘트 클링커에서 삼칼슘 실리케이트 대 이칼슘 실리케이트의 비율을 증가시킴으로써 수경 시멘트 분획에서 칼슘의 상대량이 증가될 수 있다.

간략하게, 더 큰포졸란 입자와 더 작은 수경 시멘트 입자의 상대량 및 입자 크기 분포를 적절히 균형을 이룸으로써, 본 발명은, 유사하거나 뛰어난 유동 성질, 내구성, 감소된 투과성 및 화학 공격에 대한 저항성을 나타내면서, OPC에 비하여 동일하거나 양호한 조기 및 최종 강도를 가질 수 있는 포졸란 시멘트 조성물을 제공한다. 또한, 이것은 더 높은 조기 강도 및 장기간 강도 및 내구성을 제공하기 위해 OPC를 미세 분쇄된 포졸란으로 과부하 또는 대체하는 현행 체계에 비하여 고가의 혼화제의 사용을 줄이거나 없애면서 낮은 비용으로 CO₂ 방출을 감소시키면서 실행될 수 있다.

본 발명의 이들 및 기타 장점은 하기 상세한 설명 및 첨부된 청구의 범위로부터 더욱 명백하거나 이하 기재된 본 발명의 실행에 의해 알 수 있을 것이다.

[도면의 간단한 설명]

본 발명의 상기 및 기타 장점 및 특징을 더욱 명확히 하기 위하여, 본 발명의 더욱 특별한 설명은 첨부된 도면에 예증된 특별한 실시양태를 참조하여 주어질 것이다. 이러한 도면은 본 발명의 단지 예증된 실시양태 만을 나타내는 것으로 이해되고 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 본 발명은 첨부된 도면을 사용함으로써 추가의 특이성 및 세부사항과 함께 설명될 것이다:

도 1은 포졸란 시멘트 배합물을 제조하기 위한 시스템의 개략도이다;

도 2는 대조 배합물 및 100% 포틀랜드 시멘트와 포졸란 시멘트 배합물을 비교하는 그래프이다.

바람직한 실시양태의 상세한 설명

I. 도입

일반 및 고층 구조물 양쪽 모두에서 사용되는 통상적인 포틀랜드 시멘트 (예를 들어, 유형 I 및 II 시멘트)를 대체할 수 있는 조강 포졸란 시멘트가 개시되어 있다. 본 발명의 포졸란 시멘트는 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 특유한 분포를 포함하고, 여기에서 더 큰크기의 입자는 대부분 또는 독점적으로 포졸란을 포함하고 더 작은 크기의 입자는 대부분 또는 독점적으로 수경 시멘트를 포함한다. 포졸란의 수화를 실행하기 위해 요구되는 수산화칼슘은 수경 시멘트 분획으로부터 과량의 시멘트에 의해 제공된다. 그 결과는 뛰어난 장기간 강도 및 내구성 및 낮은 비용 및 CO₂ 배출을 가진 OPC와 유사한 높은 조기 강도를 제공하는 시멘트 조성물이 얻어진다.

단지 표면에서만 반응하고 고가의 충진제로서 주로 작용하는 큰 입자의 형태의 소모 포틀랜드 시멘트보다는 오히려, 본 발명은 단 기간에 (예를 들어, 7일, 28일 또는 45일) 실질적으로 또는 충분히 수화되는 더 미세하고 더 반응성인 입자를 사용함으로써 수경 시멘트의 결합 능력을 훨씬 더 많이 해제한다. 미세한 수경 시멘트 입자의 빠른 경화를 조절하고 수경 시멘트 입자를 분산시키는데 도움이 되는 더 큰포졸란 입자를 사용함으로써 물 수요가 감소된다. 이러한 방식으로, 수경 시멘트 및 포졸란 분획이 각각 최고의 사용 상태에 놓여진다.

하나의 실시양태에 따르면, OPC와 근접한 블레인(Blaine) 미립도 및 입자 크기 분포를 가진 (예를 들어 로진-래믈러-스퍼링-베넷 분포에 의해 기재됨) 조강 포졸란 시멘트를 만들 수 있다. 이러한 방식으로, 시멘트 조성물은 물 수요, 레올로지 및 강도 발생의 측면에서 OPC와 유사하게 거동할 수 있다.

달리 규정되지 않는 한, 퍼센트는 중량 퍼센트로 이해되어야 한다. 그러나, 수경 시멘트 및 포졸란의 밀도 사이에 상당한 불균형이 존재한다면 대체되는 수경 시멘트의 유사한 부피 대신에 포졸란의 균등한 부피가 첨가되도록 조절할 수 있다. 예를 들어, 포졸란 대체물의 올바른 중량은 시멘트 감소 중량을 포졸란 밀도 대 시멘트 밀도의 비율로 곱함으로써 결정될 수 있다.

II . 시멘트 조성물

A. 입자 크기 분포

완벽히 구형 입자의 입자 크기는 직경에 의해 측정된다. 비산재는 그것이 어떻게 형성되는지에 기인하여 일반적으로 구형이긴 하지만, 포틀랜드 시멘트 및 포졸란 입자는 구형이 아닐 수도 있다. 따라서, "입자 크기"는 분쇄되거나 달리 처리된 비 구형 재료, 예컨대 포틀랜드 시멘트 및 다수의 포졸란의 입자 크기를 결정하기 위해 허용된 방법에 따라 결정되어야 한다. 샘플에서 입자의 크기는 육안 관찰에 의해 또는 일련의 체의 사용에 의해 측정될 수 있다. 입자 크기는 광학 또는 전자 현미경 분석에 의해 개별적으로 측정될 수 있다. 입자 크기 분포(PSD)는 레이저 또는 x-선 회절(XRD)에 의해 결정되거나 추정될 수 있다.

본 발명에 따른 포졸란 시멘트 조성물 (즉, 배합된 시멘트)은 전형적으로 넓은 입자 크기 범위 (예를 들어, 약 0.1 내지 120 ㎛, 또는 약 0.1 내지 100 ㎛, 또는 약 0.1 내지 80 ㎛, 또는 약 0.1 내지 60 ㎛ 또는 약 0.1 내지 45 ㎛)에 걸쳐 퍼져있는 입자의 분포를 포함한다. 하나의 실시양태에 따르면, 약 20 ㎛ 초과 (예를 들어, 약 20 내지 100 ㎛, 또는 약 20 내지 60 ㎛의 범위에 걸쳐 분포됨)의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 50%는 포졸란을 포함하고 50% 미만은 수경 시멘트를 포함한다. 바람직하게는, 약 20 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 65%는 포졸란을 포함하고 약 35% 미만은 수경 시멘트를 포함한다. 더 바람직하게는, 약 20 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 75%는 포졸란을 포함하고 약 25% 미만은 수경 시멘트를 포함한다. 보다 더 바람직하게는, 약 20 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 85%는 포졸란을 포함하고 약 15% 미만은 수경 시멘트를 포함한다. 가장 바람직하게는, 약 20 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 95%는 포졸란을 포함하고 약 5% 미만은 수경 시멘트를 포함한다. 일부 경우에, 약 20 ㎛ 초과의 입자의 필수적으로 전부가 포졸란을 포함하고 수경 프레스를 포함하는 것은 없는 것이 바람직할 수도 있다.

다른 실시양태에서, 약 15 ㎛ 초과 (예를 들어 약 15 내지 100 ㎛ 또는 약 15 내지 60 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 50%는 포졸란을 포함하고 50% 미만은 수경 시멘트를 포함한다. 바람직하게는, 약 15 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 65%가 포졸란을 포함하고 약 35% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 더 바람직하게는, 약 15 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 75%가 포졸란을 포함하고 약 25% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 보다 더 바람직하게는, 약 15 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 85%가 포졸란을 포함하고 약 15% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 가장 바람직하게는 약 15 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 95%가 포졸란을 포함하고 약 5% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 일부 경우에, 약 15 ㎛ 초과의 필수적으로 모든 입자가 포졸란을 포함하고 수경 시멘트를 포함하는 것이 없는 것이 바람직할 수도 있다.

또 다른 실시양태에서, 약 10 ㎛ 초과 (예를 들어 약 10 내지 100 ㎛ 또는 약 10 내지 60 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 50%는 포졸란을 포함하고 50% 미만은 수경 시멘트를 포함한다. 바람직하게는, 약 10 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 65%가 포졸란을 포함하고 약 35% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 더 바람직하게는, 약 10 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 75%가 포졸란을 포함하고 약 25% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 보다 더 바람직하게는, 약 10 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 85%가 포졸란을 포함하고 약 15% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 가장 바람직하게는 약 10 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 95%가 포졸란을 포함하고 약 5% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 일부 경우에, 약 10 ㎛ 초과의 필수적으로 모든 입자가 포졸란을 포함하고 수경 시멘트를 포함하는 것이 없는 것이 바람직할 수도 있다.

또 다른 실시양태에서, 약 7.5 ㎛ 초과 (예를 들어 약 7.5 내지 100 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 50%는 포졸란을 포함하고 50% 미만은 수경 시멘트를 포함한다. 바람직하게는, 약 7.5 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 65%가 포졸란을 포함하고 약 35% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 더 바람직하게는, 약 7.5 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 75%가 포졸란을 포함하고 약 25% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 보다 더 바람직하게는, 약 7.5 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 85%가 포졸란을 포함하고 약 15% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 가장 바람직하게는 약 7.5 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 95%가 포졸란을 포함하고 약 5% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 일부 경우에, 약 7.5 ㎛ 초과의 필수적으로 모든 입자가 포졸란을 포함하고 수경 시멘트를 포함하는 것이 없는 것이 바람직할 수도 있다.

마지막으로, 일부 경우에, 약 5 ㎛ 초과 (예를 들어 약 5 내지 100 ㎛ 또는 약 5 내지 60 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 50%는 포졸란을 포함하고 50% 미만은 수경 시멘트를 포함하는 것이 바람직할 수도 있다. 바람직하게는, 약 5 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 65%가 포졸란을 포함하고 약 35% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 더 바람직하게는, 약 5 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 75%가 포졸란을 포함하고 약 25% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 보다 더 바람직하게는, 약 5 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 85%가 포졸란을 포함하고 약 15% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 가장 바람직하게는 약 5 ㎛ 초과의 입자의 적어도 약 95%가 포졸란을 포함하고 약 5% 미만이 수경 시멘트를 포함한다. 일부 경우에, 약 5 ㎛ 초과의 필수적으로 모든 입자가 포졸란을 포함하고 수경 시멘트를 포함하는 것이 없는 것이 바람직할 수도 있다.

하나의 실시양태에 따르면, 약 20 ㎛ 미만 (예를 들어 약 0.1 내지 20 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 약 75%는 수경 시멘트를 포함하고 25% 미만은 포졸란을 포함한다. 바람직하게는, 약 20 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 80%가 수경 시멘트를 포함하고 약 20% 미만이 포졸란을 포함한다. 더 바람직하게는, 약 20 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 85%가 수경 시멘트를 포함하고 약 15% 미만이 포졸란을 포함한다. 보다 더 바람직하게는, 약 20 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 90%가 수경 시멘트를 포함하고 약 10% 미만이 포졸란을 포함한다. 가장 바람직하게는 약 20 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 95%가 수경 시멘트를 포함하고 약 5% 미만이 포졸란을 포함한다. 일부 경우에, 약 20 ㎛ 미만의 필수적으로 모든 입자가 수경 시멘트를 포함하고 포졸란을 포함하는 것이 없는 것이 바람직할 수도 있다.

다른 실시양태에 따르면, 약 15 ㎛ 미만 (예를 들어 약 0.1 내지 15 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 약 75%는 수경 시멘트를 포함하고 25% 미만은 포졸란을 포함한다. 바람직하게는, 약 15 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 80%가 수경 시멘트를 포함하고 약 20% 미만이 포졸란을 포함한다. 더 바람직하게는, 약 15 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 85%가 수경 시멘트를 포함하고 약 15% 미만이 포졸란을 포함한다. 보다 더 바람직하게는, 약 15 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 90%가 수경 시멘트를 포함하고 약 10% 미만이 포졸란을 포함한다. 가장 바람직하게는 약 15 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 95%가 수경 시멘트를 포함하고 약 5% 미만이 포졸란을 포함한다. 일부 경우에, 약 15 ㎛ 미만의 필수적으로 모든 입자가 수경 시멘트를 포함하고 포졸란을 포함하는 것이 없는 것이 바람직할 수도 있다.

또 다른 실시양태에 따르면, 약 10 ㎛ 미만 (예를 들어 약 0.1 내지 10 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 약 75%는 수경 시멘트를 포함하고 25% 미만은 포졸란을 포함한다. 바람직하게는, 약 10 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 80%가 수경 시멘트를 포함하고 약 20% 미만이 포졸란을 포함한다. 더 바람직하게는, 약 10 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 85%가 수경 시멘트를 포함하고 약 15% 미만이 포졸란을 포함한다. 보다 더 바람직하게는, 약 10 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 90%가 수경 시멘트를 포함하고 약 10% 미만이 포졸란을 포함한다. 가장 바람직하게는 약 10 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 95%가 수경 시멘트를 포함하고 약 5% 미만이 포졸란을 포함한다. 일부 경우에, 약 10 ㎛ 미만의 필수적으로 모든 입자가 수경 시멘트를 포함하고 포졸란을 포함하는 것이 없는 것이 바람직할 수도 있다.

또 다른 실시양태에 따르면, 약 7.5 ㎛ 미만 (예를 들어 약 0.1 내지 7.5 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 약 75%는 수경 시멘트를 포함하고 25% 미만은 포졸란을 포함한다. 바람직하게는, 약 7.5 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 80%가 수경 시멘트를 포함하고 약 20% 미만이 포졸란을 포함한다. 더 바람직하게는, 약 7.5 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 85%가 수경 시멘트를 포함하고 약 15% 미만이 포졸란을 포함한다. 보다 더 바람직하게는, 약 7.5 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 90%가 수경 시멘트를 포함하고 약 10% 미만이 포졸란을 포함한다. 가장 바람직하게는 약 7.5 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 95%가 수경 시멘트를 포함하고 약 5% 미만이 포졸란을 포함한다. 일부 경우에, 약 7.5 ㎛ 미만의 필수적으로 모든 입자가 수경 시멘트를 포함하고 포졸란을 포함하는 것이 없는 것이 바람직할 수도 있다.

마지막으로, 약 5 ㎛ 미만 (예를 들어 약 0.1 내지 5 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 약 75%는 수경 시멘트를 포함하고 약 25% 미만은 포졸란을 포함하는 것이 바람직할 수도 있다. 바람직하게는, 약 5 ㎛ 미만의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 약 80%가 수경 시멘트를 포함하고 약 20% 미만이 포졸란을 포함한다. 더 바람직하게는, 약 5 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 85%가 수경 시멘트를 포함하고 약 15% 미만이 포졸란을 포함한다. 보다 더 바람직하게는, 약 5 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 90%가 수경 시멘트를 포함하고 약 10% 미만이 포졸란을 포함한다. 가장 바람직하게는 약 5 ㎛ 미만의 입자의 적어도 약 95%가 수경 시멘트를 포함하고 약 5% 미만이 포졸란을 포함한다. 일부 경우에, 약 5 ㎛ 미만의 필수적으로 모든 입자가 수경 시멘트를 포함하고 포졸란을 포함하는 것이 없는 것이 바람직할 수도 있다. 이것에도 불구하고, 충분한 조기 강도를 유지하고 표면 탄소화를 감소시키거나 방지하기 위해서 약 5 ㎛ 미만의 입자 크기를 가진 미세 분리된 포졸란 (예, 발연 실리카, 메타카올린 또는 분쇄되거나 분류된 비산재)의 소량 (예, 약 0.5 내지 3%)을 사용하는 것이 바람직할 수도 있다.

단-기간 강도 발생 (예, 1 내지 3일)을 더 증가시키기 위하여, 일부 경우에 포졸란 입자의 강도 지연 효과를 상쇄시키기 위하여 다량의 매우 작은 수경 시멘트 입자 (즉, 0.1 내지 2.5 ㎛)를 가진 포졸란 시멘트를 과부하하는 것이 바람직할 수도 있다. 따라서, 수경 시멘트 입자의 적어도 약 50 중량%가 2.5 ㎛ 미만의 입자 크기를 가질 수 있다 (즉, D₅₀는 2.5 ㎛이다). 다른 실시양태에서, 수경 시멘트 입자의 적어도 약 60 중량%는 2.5 ㎛ 미만의 입자 크기를 가질 수 있다 (즉, D₆₀는 2.5 ㎛이다). 또 다른 실시양태에서, 수경 시멘트 입자의 적어도 약 70 중량%는 2.5 ㎛ 미만의 입자 크기를 가질 수 있다 (즉, D₇₀는 2.5 ㎛이다). 또 다른 실시양태에서, 수경 시멘트 입자의 적어도 약 80 중량%는 2.5 ㎛ 미만의 입자 크기를 가질 수 있다 (즉, D₈₀는 2.5 ㎛이다). 일부 경우에서, 수경 시멘트 입자의 적어도 약 90 중량%는 2.5 ㎛ 미만의 입자 크기를 가질 수 있다 (즉, D₉₀는 2.5 ㎛이다). 일부 경우에 수경 시멘트 입자의 필수적으로 전부 (적어도 약 99%)가 약 2.5 ㎛ 미만의 입자 크기를 가질 수 있다.

주로 포졸란인 더 큰입자와 주로 수경 시멘트인 더 작은 입자 간의 컷오프로서 입자 크기가 선택되는지의 결정은 다수의 요인에 의존된다. 이들은 원하는 반응성, 포졸란 대 수경 시멘트의 비, 잔 골재 대 굵은 골재의 비율, 혼화제, 촉진제, 지연제, 수화 안정화제 및 충진제의 사용 등을 포함한다. 일반적으로, 포졸란 대 수경 시멘트의 비율을 증가시키는 것은 강도 발생을 지연시킬 수 있는 반면, 수경 시멘트 대 포졸란의 비율을 증가시키는 것은 강도 발생을 촉진시키는 경향이 있다. 보충 석회 또는 기타 칼슘 공급원이 경화를 촉진시킬 수 있고, 큰 시멘트 및/또는 포졸란 입자에 비해서 매우 작은 수경 시멘트 입자 (예, 약 10 ㎛ 미만 또는 약 5 ㎛ 미만)의 상대량을 증가시키는 것도 마찬가지일 수 있다 (즉, 더 작은 수경 시멘트 입자가 더 큰 입자에 비해 더 빨리 수화된다). 석회-포졸란 반응을 촉진함으로써 (예를 들어, 포졸란 입자로부터 실리케이트 이온이 누출되는 속도를 증가시킴으로써) 잿물 및 기타 강염기가 강도 발생을 촉진시킬 수 있다.

포졸란 및 수경 시멘트의 상대 비율 및 입자 크기 컷오프에 관하여, 하나의 실시양태에 따르면, 약 20 ㎛ 초과의 큰 입자의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 약 65%, 더 바람직하게는 적어도 약 75%, 보다 더 바람직하게는 적어도 약 85%, 가장 바람직하게는 적어도 약 95%가 포졸란을 포함하고, 약 5 ㎛ 미만의 더 작은 입자의 적어도 약 75%, 바람직하게는 적어도 약 80%, 더 바람직하게는 적어도 약 85%, 보다 더 바람직하게는 적어도 약 90%, 가장 바람직하게는 적어도 약 95%가 수경 시멘트를 포함하는 포졸란 시멘트 조성물이 제공된다. 다른 실시양태에 따르면, 적용가능한 포졸란 범위와 관련된 더 큰입자는 약 15 ㎛ 초과, 약 10 ㎛ 초과, 약 7.5 ㎛ 초과 또는 약 5 ㎛ 초과의 입자를 포함할 수도 있다. 다른 실시양태에 따르면, 적용가능한 수경 시멘트 범위와 관련된 더 작은 입자는 약 7.5 ㎛ 미만, 약 10 ㎛ 미만, 약 15 ㎛ 미만 또는 약 20 ㎛ 미만의 입자를 포함할 수도 있다.

이를 고려하여, 포졸란 분획은 일반적으로 수경 (예, 포틀랜드) 시멘트 분획의 평균 입자 크기를 초과하는 평균 입자 크기를 가질 것이다. 일반적으로, 포졸론 분획의 평균 입자 크기는 수경 시멘트 분획의 평균 입자 크기의 약 1.25배 내지 약 50배, 바람직하게는 약 1.5배 내지 약 30배, 더 바람직하게는 약 1.75배 내지 약 20배, 가장 바람직하게는 수경 시멘트 분획의 평균 입자 크기의 약 2배 내지 약 15배의 범위이다.

달리 언급된 방식인 수경 시멘트 분획의 블레인(Blaine) 미립도는 포졸란 분획의 약 1.25배 내지 약 50배, 바람직하게는 1.5배 내지 약 30배, 더 바람직하게는 약 1.75배 내지 약 20배, 가장 바람직하게는 약 2배 내지 약 15배 일 수도 있다. 예를 들어 수경 시멘트 분획의 블레인 미립도는 약 500 m²/kg 이상, 바람직하게는 약 650 m²/kg 이상, 더 바람직하게는 약 800 m²/kg 이상이고, 포졸론 분획의 블레인 미립도는 약 325 m²/kg 이하, 바람직하게는 약 300 m²/kg 이하, 더 바람직하게는 약 275 m²/kg 이하일 수도 있다.

포졸란 분획의 반응성을 역균형시키기 위하여 수경 시멘트 분획의 반응성을 선택하거나 조절할 수 있다 (예를 들어, 반응성을 증가시키거나 감소시키기 위해 평균 입자 크기 또는 미립도를 감소시키거나 증가시킴으로써, 반응성을 증가시키거나 감소시키기 위해 삼칼슘 실리케이트 대 이칼슘 실리케이트의 비율을 증가시키거나 감소시킴으로써, 보충 석회의 양을 증가시키거나 감소시킴으로써, 석고의 양을 증가시키거나 감소시킴으로써, 등등). 예를 들어, 포졸란이 느리게 반응하는 경우에, 수경 시멘트 분획의 반응성을 증가시키는 것이 유리할 수도 있다. 역으로, 포졸란이 더 빠르게 반응하는 경우에, 바람직한 전체 반응성을 유지하기 위해 수경 시멘트 분획의 반응성을 감소시키는 것이 바람직할 수도 있다. 이용가능한 포졸란의 반응성을 최상으로 공급하기 위해 수경 시멘트 분획의 반응성을 조절함으로써, 본 발명은 각종 상이한 이용가능한 포졸란을 사용하는 동안에 원하는 수준의 반응성 및 조기 강도 발생을 가진 포졸란 시멘트를 제조할 수 있다.

본 발명의 실시양태에서, 적어도 약 30%의 포졸란 및 약 70% 미만의 수경 시멘트 (예를 들어, 55 내지 70 부피% 수경 시멘트 및 30 내지 45 부피% 포졸란)를 포함하는 포졸란 시멘트 조성물이 제공된다. 다른 실시양태에서, 적어도 약 40%의 포졸란 및 약 60% 미만의 수경 시멘트를 포함하는 포졸란 시멘트 조성물이 제공된다. 다른 실시양태에서, 적어도 약 45%의 포졸란 및 약 55% 미만의 수경 시멘트를 포함하는 포졸란 시멘트 조성물이 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 적어도 약 55%의 포졸란 및 약 45% 미만의 수경 시멘트를 포함하는 포졸란 시멘트 조성물이 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 적어도 약 65%의 포졸란 및 약 35% 미만의 수경 시멘트를 포함하는 포졸란 시멘트 조성물이 제공된다. 다른 실시양태에서, 적어도 약 75%의 포졸란 및 약 25% 미만의 수경 시멘트를 포함하는 포졸란 시멘트 조성물이 제공된다.

포졸란 및 수경 시멘트의 입자 크기 분포에 대해 여기에 제공된 범위가 중량 퍼센트로 표현되지만, 본 발명의 다른 실시양태에서, 이러한 범위는 부피 퍼센트로 표현될 수 있다. 중량 퍼센트를 부피 퍼센트로 전환시키는 것은 다양한 재료의 밀도 비율을 사용하는 것을 필요로 할 수도 있다. 또한, 포졸란이 상당한 양의 칼슘 (예, CaO)을 함유하는 정도까지, 이러한 칼슘의 중량 또는 부피를 계산하고 이것을 "보충 석회"로 간주하는 것이 바람직할 수도 있다.

일부 경우에, OPC와 유사한 경화 성질을 가진 포졸란 시멘트를 제공하기 위하여 불활성 충진제를 포함하는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 매우 작은 수경 시멘트 입자의 비교적 많은 양이 사용되는 경우에 (예를 들어, 2.5 ㎛ 미만의 D₅₀), 포졸란 시멘트는 일부 목적을 위해서 너무 빨리 강도를 발생할 수도 있다. 다시 말해서, 수경 시멘트 분획의 강도-촉진 효과는 포졸란 분획의 강도 지연 효과보다 클 수도 있고 너무 빨리 응고시키거나 경화시킬 수도 있다. 수경 시멘트 대 포졸란의 비율을 단순히 감소시키는 것보다는 오히려, 수경 시멘트 입자 사이의 증가된 간격을 제공하고 이에 의해 초기 경화 시간을 늦추기 위해 불활성 충진제를 첨가하는 것이 바람직할 수도 있다. 하나의 실시양태에 따르면, 부피를 차지하고, 수경 시멘트 및/또는 포졸란 입자의 분리를 증가시키고 물 수요를 감소시키기 위하여 불활성 충진제는 더 굵은 입자 (예, 20-300 ㎛)를 포함할 수도 있다. 다른 실시양태에 따르면, 불활성 충진제는 더 미세한 입자 (예를 들어 약 20 ㎛ 미만)를 포함할 수도 있다. 불활성 충진제는 당 기술분야에 공지된 불활성 충진제를 포함할 수도 있고, 그의 예는 분쇄된 돌, 바위 및 기타 지질 재료를 포함한다 (예를 들어, 분쇄된 화강암, 분쇄된 모래, 분쇄된 보크사이트, 분쇄된 석회암, 분쇄된 실리카, 분쇄된 알루미나 및 분쇄된 석영).

B. 수경 시멘트

"포틀랜드 시멘트"는 보통 삼칼슘 실리케이트("C₃S"), 이칼슘 실리케이트("C₂S"), 삼칼슘 알루미네이트 ("C₃A") 및 테트라-칼슘 알루미노페라이트 ("C₄AF")를 ASTM C-150 및 EN 197과 같은 규격에 의해 설정된 특정한 양으로 함유하는 분쇄된 입상 재료를 가리킨다. 여기에서 사용된 용어 "수경 시멘트"는 포틀랜드 시멘트를 가리키고, 높은 함량의 삼칼슘 실리케이트, 통상적인 포틀랜드 시멘트와 화학적으로 유사하거나 비슷한 시멘트, 및 ASTM 규정 C-150-00에 속하는 시멘트를 가진 시멘트 조성물을 포함하는, 4개 클링커 재료 (즉, C₂S, C₃S, C₃A 및 C₄AF) 중의 하나 이상을 함유하는 수압에 의해 경화가능한 재료에 관련된다.

일반적으로, 수경 시멘트는 물과 혼합하고 경화될 때 물에 의한 붕괴에 저항성인 재료이다. 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 개질된 포틀랜드 시멘트 또는 석조 시멘트일 수 있다. 거래되고 있는 "포틀랜드 시멘트"는, 수경 칼슘 실리케이트, 칼슘 알루미네이트 및 칼슘 알루미노페라이트를 포함하고 보통 토지내 첨가로서 황산칼슘의 하나 이상의 형태를 함유하는, 큰 시멘트 클링커 입자 (또는 작은 노듈)을 분쇄함으로써 만들어지는 수경 시멘트를 의미한다. 포틀랜드 시멘트는 ASTM C-150에서 유형 I, II, III, IV 및 V로서 분류된다. 다른 수압에 의해 경화가능한 재료는 분쇄된 입상 용광로 슬래그, 수경 수화된 석회, 백색 시멘트, 칼슘 알루미네이트 시멘트, 실리케이트 시멘트, 포스페이트 시멘트, 고-알루미나 시멘트, 마그네슘 옥시클로라이드 시멘트, 유정 시멘트 (예, 유형 VI, VII 및 VIII) 및 이들 및 다른 유사한 재료의 조합을 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 포틀랜드 시멘트는 유형 I, II 또는 V 시멘트를 위해 ASTM C-150에 따른 화학 조성물을 갖고, 레디믹스 산업을 위해 유리한 성질을 갖는 경향이 있다.

포틀랜드 시멘트는 전형적으로 시멘트 클링커를 미세한 분말로 분쇄함으로써 제조된다. 다양한 유형의 시멘트 분쇄기는 클링커를 분쇄하기 위해 현재 사용되고 있다. 전형적인 분쇄 공정에서, 원하는 미립도가 달성될 때까지 클링커가 분쇄된다. 전형적으로 직경 약 45 ㎛ 초과의 입자를 제거하기 위해 시멘트를 분류하고, 이것을 추가의 분쇄를 위한 분쇄기로 되돌려 보낸다. 포틀랜드 시멘트는 전형적으로 원하는 미립도 및 0.1 내지 100 ㎛, 바람직하게는 0.1 내지 45 ㎛의 입자 크기 분포를 갖도록 분쇄된다. 포틀랜드 시멘트 분말의 "미립도"를 결정하기 위해 일반적으로 허용된 방법은 "블레인 투과성 시험"이고, 이것은 시멘트 분말의 양을 통해 공기를 불어넣고 시멘트의 공기 투과성을 결정함으로써 수행된다. 이것은 시멘트 입자의 전체 비표면적 및 입자 크기 분포의 대략적인 근사값을 제공하고, 이것은 비표면적에 관련된다.

OPC와는 반대로, 본 발명의 포졸란 시멘트는 포틀랜드 시멘트 입자의 정상 분포를 사용하는 것이 아니라 상기 언급된 바와 같이 다소 작은 입자를 사용한다. 더 큰수경 시멘트 입자의 전부 또는 실질적인 분량을 유사한 크기의 포졸란 입자로 "대체"한다 (예를 들어, 이들이 대체한 수경 시멘트 입자와 동일하거나 유사한 입자 크기 분포 및/또는 미립도를 갖고/갖거나 수경 시멘트 입자의 평균 입자 크기를 상당히 초과하는 평균 입자 크기를 갖는다). 더 큰수경 시멘트 입자를 포졸란 입자로 대체하는 것은 비용, 전체 CO₂ 배출량 및 너무 많은 시멘트를 포함함으로써 유발되는 해로운 효과 (예를 들어, 크리프, 수축 및 내구성 감소)를 감소시킨다.

하나의 실시양태에 따르면, 수경 시멘트 입자의 적어도 약 85%, 바람직하게는 적어도 약 90%, 더 바람직하게는 적어도 약 95%, 가장 바람직하게는 적어도 약 99%가 약 20 ㎛ 미만의 입자 크기 (예를 들어 약 0.1 내지 20 ㎛의 범위에 걸쳐 분포됨)를 가질 것이다. 언급된 다른 방식인 수경 시멘트 입자의 D₈₅, D₉₀, D₉₅ 또는 D₉₉는 이러한 실시양태에서 약 20 ㎛ 이하이다. 유사한 언급이 하기 실시양태에 적용된다. 다른 실시양태에 따르면, 수경 시멘트 입자의 적어도 약 85%, 바람직하게는 적어도 약 90%, 더 바람직하게는 적어도 약 95%, 가장 바람직하게는 적어도 약 99%가 약 15 ㎛ 미만 (예를 들어 약 0.1 내지 15 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 입자 크기를 가질 것이다. 또 다른 실시양태에 따르면, 수경 시멘트 입자의 적어도 약 85%, 바람직하게는 적어도 약 90%, 더 바람직하게는 적어도 약 95%, 가장 바람직하게는 적어도 약 99%가 약 10 ㎛ 미만 (예를 들어 약 0.1 내지 10 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 입자 크기를 가질 것이다. 또 다른 실시양태에 따르면, 수경 시멘트 입자의 적어도 약 85%, 바람직하게는 적어도 약 90%, 더 바람직하게는 적어도 약 95%, 가장 바람직하게는 적어도 약 99%가 약 7.5 ㎛ 미만 (예를 들어 약 0.1 내지 7.5 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 입자 크기를 가질 것이다. 다른 실시양태에서, 수경 시멘트 입자의 적어도 약 85%, 바람직하게는 적어도 약 90%, 더 바람직하게는 적어도 약 95%, 가장 바람직하게는 적어도 약 99%가 약 5 ㎛ 미만 (예를 들어 약 0.1 내지 5 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 입자 크기를 가질 것이다.

C. 포졸란

포졸란은 시멘트 성질을 가진 안정한 불용성 화합물을 형성하기 위해 물의 존재 하에서 통상적인 온도에서 유리 석회와 조합되는 성분을 함유하는 재료로서 정의된다. 포졸란은 2개의 군, 천연 및 인공으로 나뉠 수 있다. 천연 포졸란은 일반적으로 화산성 재료가지만 규조토를 포함한다. 인공 포졸란은 주로 점토 및 셰일과 같은 천연 재료 및 특정한 규소성 돌 및 분쇄된 연료 재 (예, 비산재)의 열 처리에 의해 수득되는 생성물이다.

화산성 유래의 포졸란은 화산성 먼지 및 재의 침착으로부터 비롯된 유리질의 일관되지 않는 재료 또는 꽉찬 응회암으로 구성된다. 이들은 연속적으로 침착되는 응고된 바위-유사 형태 기본 재료 (예, 강유역 화산토)에서, 또는 더욱 파편의 결합되지 않은 상태 (예, 이탈리아 포졸란)에서 발생할 수 있다. 천연 포졸란의 예는 화산토, 진주암, 이탈리아 포졸란, 산토린 암, 토스카 및 테틴을 포함한다.

강유역 화산토는 원래 존재하는 광물의 대부분이 수화되고 분해되어지는 장기간동안 CO₂-포함 물의 작용을 받은 조면암 (알칼리 장석) 응회암이다. 이것은 소량의 휘석, 각섬석, 운모 등과 함께 장석, 백류석 및 석영과 같은 다양한 결정성 미네랄 성분을 함유하는 등방성 분쇄 체로 구성된다. 화산토의 거의 절반에 상응하는 유리질 기질은 변화를 겪고 제올라이트 화합물로 구성되며 그중에는 방비석 및 캐버자이트(chabazite) 또는 헤쉘라이트(herschellite)이다.

산토린토는 경석, 흑요석 및 결정성 장석, 휘석 및 석영 등의 단편과 혼합된 입상 등방성 재료로 주로 구성된다.

미국에서 발견된 천연 화산성 포졸란은 주로 70 내지 76%의 실리카 함량에 상응하는 굴절율을 가진 유문암 유리를 함유하는 응회암이다. 유리 함량은 약 50% 내지 거의 100%이다. 나머지 성분은 다양한 양의 몬트모릴로나이트-유형 점토와 함께 석영, 장석, 흑운모, 각섬석, 자소휘석, 새니딘(sanidine), 방해석 및 소량의 오팔을 포함한다.

주된 인공 포졸란은 연소된 점도 및 셰일, 스펜드 오일 셰일, 연소 게이즈, 연소 몰러, 분쇄된 연료 재 (예, 비산재) 및 분쇄된 슬래그이다. 이러한 생성물을 원하는 미립도 (통상적으로 OPC와 동일한 미립도)까지 분쇄한다.

비산재는 석탄의 연소 동안에 생성되는 잔류물이다. 이것은 일반적으로 석탄을 태워 동력을 얻는 플랜트의 굴뚝에서 포획되는 반면, 바닥 재는 노의 바닥에서 제거된다. 연소되는 석탄의 원료 및 형성에 의존하여, 비산재의 성분이 매우 상당히 다양하지만, 모든 비산재는 실질적인 양의 이산화규소 (SiO₂) (양쪽 모두 무정형 및 결정성)를 포함하고 매우 다양한 양의 산화칼슘 (CaO)을 포함한다. 바닥 재는 일반적으로 비산재보다 가치가 낮지만 세정되고 분쇄되어 유용한 포졸란을 얻을 수 있다.

비산재 재료는 배기 가스에 현탁되는 동안에 유리질 구 또는 방울로서 고화되고 정전 침전장치 또는 필터 주머니에 의해 수집된다. 배기 가스에 현탁되는 동안 입자가 고화되기 때문에, 비산재 입자가 일반적으로 구형이고 약 0.1 내지 100 ㎛ 크기의 범위이다. 이들은 대부분 이산화규소 (SiO₂)로 구성되고 2가지 형태로 존재한다: 둥글고 매끄러운 무정형 및 예리하고 뾰족하고 해로운 결정성; 산화알루미늄(Al₂O₃) 및 산화철(Fe₂O₃). 비산재는 일반적으로 고 균질성이고, 다양한 확인가능한 결정성 상, 예컨대 석영, 물라이트(mullite) 및 다양한 산화철과 유리질 입자의 혼합물로 구성된다.

비산재의 2가지 부류는 ASTM C-618에 의해 정의된다: 부류 F 및 부류 C. 이러한 부류 사이의 주된 차이는 재에서 칼슘, 실리카, 알루미나 및 철 내용물의 함량이다. 부류 F 비산재는 전형적으로 10% 미만의 석회 (CaO)를 함유하고; 부류 C 비산재는 일반적으로 20% 초과의 석회(CaO)를 함유한다. 비산재의 화학 성질은 연소된 석탄의 화학 함량에 의해 크게 영향을 받는다 (즉, 무연탄, 역청 및 갈탄). 모든 비산재가 ASTM C-618 요건을 충족하지 않으며, 용도에 의존하여 이것은 필요하지 않을 수도 있다. 일부 표준에 따르면, 75%의 비산재가 45 ㎛ 이하의 미립도를 가져야 하고 점화 시 손실(LOI)로 측정 시에 4% 미만의 탄소 함량을 갖는다. 생 비산재의 입자 크기 분포는 석탄 분쇄기 및 보일러 성능의 성능 변화에 기인하여 일정하게 변동될 수 있다. 콘크리트에서 사용되는 비산재는 기계적 공기 분류장치와 같은 분리 장치를 사용하여 처리된다. 물의 존재 하에서, 부류 C 비산재가 경화하고 시간에 걸쳐 강도를 얻을 것이다. 부류 F와는 단리, 자기-시멘트화 부류 C 비산재가 활성화제를 필요로 하지 않는다. 알칼리 및 설페이트 (SO₄) 함량은 일반적으로 부류 C 비산재에서 더 높고, 이것은 부류 C 비산재를 알칼리 또는 설페이트 공격을 받을 수 있는 콘크리트에 대하여 부류 F 비산재보다 덜 매력적으로 만든다.

용광로 슬래그는 용광로에서 무쇠의 제조에서 수득되는 부산물이고, 석회 유출물과 철 광석의 흙과 같은 성분의 조합에 의해 형성된다. 슬래그의 조성은 광석의 성질, 석회 유출물의 조성, 코크스 소모 및 만들어지는 철의 종류에 의존하여 넓은 범위에 걸쳐 다양할 수 있다. 이러한 변동은 4개 주요 성분 (석회, 실리카, 알루미나 및 마그네시아) 및 부 성분 (황화물 형태의 황, 산화제1철 및 산화망간)의 상대적 함량에 영향을 미친다. 일반적으로, 슬래그의 산화망간 함량이 상당히 높을 때 철-망간 생성의 특별한 경우를 제외하고는, 석회 함량은 30-50%의 범위이고, 실리카 28-38%, 알루미나 8-24%, 마그네시아 1-18%, 황 1-2.5% 및 산화제1철 및 산화망간 1-3%의 범위일 수 있다.

상기 예 이외에도, 본 발명의 포졸란 시멘트를 제조하기 위하여 천연이든 인공이든 포졸란 활성을 나타내는 기타 지질학적 물질이 사용될 수 있다. 규조토, 단백석, 수암, 점토, 셰일, 비산재, 발연 실리카, 화산성 응회암, 경석 및 화산토가 공지된 포졸란의 일부이다. 물 수요를 감소시키고 이에 의해 원하는 흐름 성질을 유지하면서 강도를 향상시키기 위하여 더 균일한 표면을 가진 포졸란 (예, 구형 또는 회전타원체)이 바람직할 수도 있다. 일반적으로 구형 포졸란의 예는 이것이 어떻게 형성되는지에 기인하여 비산재이다. 일반적으로 분쇄된 포졸란은 더 톱니같은 형태를 갖고, 이것은 물 수요를 증가시킬 수 있다. 따라서, 더욱 균일한 표면을 가진 포졸란을 얻을 수 있도록, 이러한 공정이 바람직할 것이다. 일부 경우에, 미세한 포졸란 입자가 미세한 시멘트 입자와 상호작용하고 분산되어 증가된 유동성을 생성할 수 있다. 초미세 포졸란, 예컨대 발연 실리카가 전형적으로 유동성을 감소시키고 물 수요를 증가시킨다.

포졸란 성질인 것으로 일반적으로 간주되는 재료 내의 석회 (CaO) 내용물은 상기 언급된 바와 같이 약 0 중량% 내지 약 50 중량%로 크게 변할 수 있다. 하나의 실시양태에 따르면, 포졸란의 석회 함량은 약 35 중량%보다 적다. 다른 실시양태에서, 석회 함량은 약 25% 미만일 것이다. 또 다른 실시양태에서, 석회 함량은 약 15% 미만일 것이다. 또 다른 실시양태에서, 포졸란의 석회 함량은 약 10 중량% 미만일 것이다. 일부 경우에, 이것은 약 5% 미만일 수도 있다.

상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 시멘트에서 포졸란 분획의 입자 크기 분포는 OPC에서 발견되는 큰 입자 분획의 분포와 유사할 수 있다 (예를 들어 10 내지 45 ㎛). 하나의 실시양태에 따르면, 포졸란 입자의 적어도 약 85%, 바람직하게는 적어도 약 90%, 더 바람직하게는 적어도 약 95%, 가장 바람직하게는 적어도 약 99%가 약 5 ㎛ 초과 (예를 들어, 약 5 내지 100 ㎛, 또는 약 5 내지 60 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)의 입자 크기를 가질 것이다. 다른 방식으로 언급하면, 포졸란 입자의 D₁₅, D₁₀, D₅ 또는 D₁은 이 실시양태에서 약 5 ㎛ 이상이다. 유사한 언급이 이하 실시양태에 적용된다. 다른 실시양태에서, 포졸란 입자의 적어도 약 85%, 바람직하게는 적어도 약 90%, 더 바람직하게는 적어도 약 95%, 가장 바람직하게는 적어도 약 99%가 약 7.5 ㎛ 초과 (예를 들어, 약 7.5 내지 100 ㎛ 또는 약 7.5 내지 60 ㎛의 범위에 걸쳐 분포됨)의 입자 크기를 가질 것이다. 다른 실시양태에 따르면, 포졸란 입자의 적어도 약 85%, 바람직하게는 적어도 약 90%, 더 바람직하게는 적어도 약 95%, 가장 바람직하게는 적어도 약 99%가 약 10 ㎛ 초과의 입자 크기 (예를 들어, 약 10 내지 100 ㎛ 또는 약 10 내지 60 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)를 가질 것이다. 또 다른 실시양태에 따르면, 포졸란 입자의 적어도 약 85%, 바람직하게는 적어도 약 90%, 더 바람직하게는 적어도 약 95%, 가장 바람직하게는 적어도 약 99%가 약 15 ㎛ 초과의 입자 크기 (예를 들어, 약 15 내지 100 ㎛ 또는 약 15 내지 60 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)를 가질 것이다. 또 다른 실시양태에서, 포졸란 입자의 적어도 약 85%, 바람직하게는 적어도 약 90%, 더 바람직하게는 적어도 약 95%, 가장 바람직하게는 적어도 약 99%가 약 20 ㎛ 초과의 입자 크기 (예를 들어, 약 20 내지 100 ㎛ 또는 약 20 내지 60 ㎛ 범위에 걸쳐 분포됨)를 가질 것이다.

물론, 더 큰크기의 포졸란 입자를 포함하는 목적은 물 수요를 감소시키는 것으로 이해될 것이다. OPC에서 발견되지 않는 불규칙한 입자 크기 분포를 사용하여 달성하기 위하여, 이러한 입자 크기 분포가 여기에 개시된 하나 이상의 범위에 속하는 이상 본 발명의 범위 내일 것이다. 따라서, 좁은 범위 (예를 들어, 약 20 내지 60 ㎛, 또는 약 25 내지 50 ㎛, 또는 약 30 내지 40 ㎛)에 걸쳐 분포된 포졸란 입자가 사용될 수도 있다. 이것에도 불구하고, 미세한 시멘트 입자를 분산시키고 유동성을 증가시키는 것을 돕기 위하여 미세한 포졸란 입자 (예를 들어, 약 1 내지 3 ㎛)의 작은 퍼센트가 바람직할 수도 있다. 또한, 모든 것이 동일하다면 더 구형이거나 균일한 입자가 물 수요를 감소시키고, 이것은 이러한 입자들이 동일하거나 더 낮은 물 수요를 제공하면서 더 고르지 못한 입자에 비해 평균적으로 더 작을 수 있음을 의미한다.

출발 포졸란 재료의 입자 크기 분포에 의존하여, 미세한 포졸란 입자의 적어도 일부를 제거할 뿐만 아니라 가장 조대 입자의 적어도 일부를 제거하는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 약 120 ㎛, 100 ㎛, 80 ㎛, 60 ㎛ 또는 45 ㎛ 초과의 입자의 실질적인 분량 (예를 들어, 적어도 약 90%)를 제거하는 것이 바람직할 수도 있다. 따라서, 포졸란 분획이 약 120 ㎛ 미만, 바람직하게는 약 100 ㎛ 미만, 더 바람직하게는 약 80 ㎛ 미만, 보다 더 바람직하게는 약 60 ㎛ 미만, 가장 바람직하게는 약 45 ㎛ 미만의 D₉₀을 갖는 것이 바람직할 수도 있다.

D. 보충 석회 및 기타 염기

상기 언급된 바와 같이, 삼칼슘 실리케이트를 함유하는 포틀랜드 시멘트와 같은 수경 시멘트는 전형적으로 포졸란과의 반응을 위해 이용가능한 과량의 수산화칼슘을 제공할 것이다. 수경 시멘트 중의 삼칼슘 실리케이트의 상대 비율 및 포졸란 시멘트 조성물 내의 수경 시멘트의 상대량에 의존하여, 포졸란 분획과의 반응을 위해 추가의 수산화칼슘을 제공하기 위하여 보충 석회 (예, 산화칼슘 또는 수산화칼슘)을 포함시키는 것이 바람직할 수도 있다. 보충 석회의 양은 포졸란의 양 및 칼슘 결핍에 의존하여 전체 포졸란 시멘트 조성물의 약 0 내지 30 중량%, 또는 약 2 내지 25%, 또는 약 5 내지 20%의 범위일 수도 있다.

더 많은 석회와 균형을 이룬 시멘트 조성물을 수득하기 위하여 보충 석회를 포졸란 및 수경 시멘트와 혼합할 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 범위 내에서 포졸란 시멘트를 포함하는 새로운 콘크리트 또는 다른 시멘트 조성물에 보충 석회의 일부 또는 전부를 첨가할 수도 있다. 다른 혼화제 또는 충진제에 관해서도 동일하다.

석회-포졸란 반응을 촉진하기 위하여 다른 염기, 예컨대 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 알칼리 금속 산화물, 및 알칼리 금속 수산화물을 첨가할 수 있다.

III . 입자 크기 최적화 시멘트 및 포졸란의 수득

원하는 입자 크기 분포 및/또는 미립도를 가진 수경 시멘트 및 비산재를 수득하기 위해 공지된 방법이 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다. 일반적으로, 입자 크기 최적화된 수경 시멘트는 원하는 입자 크기 분포를 갖도록 하기 위하여 시멘트 크링커를 분쇄하고 분류함으로써 수득될 수 있다.

도 1은 여기에 기재된 방법을 수행하기 위한 시스템(100)을 나타낸다. 하나의 실시양태에서, 포졸란 입자의 초기 흐름 (예를 들어, 약 0.1 내지 100 ㎛ 범위에 걸쳐 분포된 입자 크기)을 사일로(110)에 저장할 수 있다. 수경 시멘트 입자의 초기 흐름 (예를 들어, 약 0.1 내지 45 ㎛ 범위에 걸쳐 분포된 입자 크기를 가진 포틀랜드 시멘트)을 사일로(112)에 저장할 수 있다. 초기 포졸란 흐름을 공기 분류장치(114)에 전달하고 원하는 D₉₀ (예를 들어 약 45 ㎛)에서 상부 컷을 수행한다. 상부 컷(예를 들어, 약 45 ㎛) 초과의 입자를 분쇄하여 화살표 (118)로 표시된 밀폐된 회로에서 분쇄기(116)에서 상부 컷 미만의 입자를 얻는다. 포졸란 공급원이 원하는 것보다 더 미세하다면 원하는 D₁₀ (예를 들어 약 10 ㎛) 미만의 입자의 적어도 일부를 제거하기 위해 포졸란을 먼지제거하기 위하여 분류장치(114) 및/또는 두 번째 분류장치 (도시되지 않음)를 사용할 수 있다. 이어서 하부 컷과 상부 컷 사이의 포졸란 입자 (예를 들어, 약 10 내지 45 ㎛의 범위에 걸쳐 분포됨)의 변형된 흐름을 혼합을 위해 믹서(120)에 전달한다.

사일로(112)로부터 수경 시멘트의 초기 흐름을 공기 분류장치(122)로 보내고 원하는 D₉₀ (예를 들어 약 10 ㎛)로 절단한다. 미세한 시멘트 입자를 믹서(120)로 보내고, 조대 시멘트 입자를 분쇄기(124)로 보내고 화살표(126)에 의해 나타낸 것과 같이 밀폐된 회로에서 분쇄하여 원하는 D₉₀ (예를 들어, 약 10 ㎛)를 가진 입자 크기 분포를 달성한다. 분쇄된 시멘트 입자를 믹서(120)로 보내고 혼합하여 배합된 포졸란 시멘트를 생성한다. 분류되고 분쇄된 시멘트 입자는 수경 시멘트 입자의 변형된 흐름을 포함한다. 믹서(120)는 당 기술분야에 공지된 배합 장치일 수 있거나 또는 심지어 분쇄기일 수 있다. 믹서(120)가 분쇄기인 경우에, 분쇄 이외의 시멘트 및 포졸란 입자의 긴밀한 혼합을 보장하기 위하여, 분쇄 양이 선택될 수 있거나 또는 심지어 최소화될 수 있긴 하지만 시멘트 및 포졸란의 입자 크기의 어느 정도의 감소가 예상된다. 믹서(120)로부터 포졸란 시멘트 배합물을 이후의 사용 또는 분포를 위해 하나 이상의 저장 호퍼(128)로 전달할 수 있다.

본 출원에 기재된 입자 크기 분포 범위 내에 시멘트 입자 및 포졸란 입자를 제조하기 위하여 시스템(100)을 사용할 수 있다. 추가로, 시스템(100)은 더 많거나 더 적은 분쇄기 및 분류장치, 도관, 주머니 하우스, 분석 장치 및 당 기술분야에 공지된 기타 하드웨어를 포함할 수 있다. 수경 시멘트 및 포졸란 입자는 컨베이어, 공기식 시스템, 무거운 장치 등을 포함하여 당 기술분야에 공지된 임의의 기술을 사용하여 시스템(100)에 저장되고 이동될 수 있다. 수경 시멘트는 분쇄 시멘트로서 또는 클링커로서 제공될 수 있다. 그로써, 시스템(100)은 시멘트 기술에서 이해되는 바와 같이 최종 분쇄기 내에 혼입될 수 있다. 추가로, 시스템(100)은 폐쇄 회로 분쇄에 추가로 또는 그에 대한 대안으로서 개방 회로 분쇄를 사용할 수 있다. 시스템(100)은 가장 조대 포졸란 입자가 재분쇄되는 것을 나타내는 반면, 당업자라면 포졸란이 종종 소모 재료가고 제거된 거칠고 미세한 포졸란 분획의 사용이 불필요함을 인지할 것이다.

하나의 실시양태에 따르면, 수경 시멘트 클링커는 공지된 방법에 따라, 예컨대 막대 분쇄기 및/또는 볼 분쇄기를 사용하여 분쇄될 수 있다. 이러한 방법은 전형적으로 약 0.1 내지 100 ㎛의 넓은 입자 크기 분포를 가진 시멘트를 생성한다. 그 후에 미세한 입자 분획을 분리하기 위하여 공기 분류장치를 통해 분쇄된 시멘트를 통과시킨다. 조대 분획을 분쇄기로 되돌리고/되돌리거나 조대 분획을 재분쇄하기 위하여 전용 분쇄기로 도입할 수 있다. 미세한 입자 분획을 분리하기 위하여 공기 분류장치를 통해 재분쇄된 시멘트 재료를 통과시킨다. 두 번째 분류 단계로부터의 미세 분획을 첫 번째 분류 단계로부터의 미세 분획과 배합할 수 있다. 모든 시멘트를 원하는 입자 크기 분포까지 분쇄하고 분류할 때까지 이러한 방법을 반복할 수 있다. 분쇄된 시멘트를 반복적으로 분류하고 조대 분획을 재분쇄하고 미세 분획과 함께 배합하는 것은, 이것이 만들어진 크링커와 실질적으로 동일한 화학을 가진 미세한 시멘트 재료를 생성한다. 분쇄 공정 동안 또는 후에, 당 기술분야에 공지된 분쇄 보조제 및 배합 성분(예, 석고)을 첨가할 수 있다.

대안적인 실시양태에서, 조대 분획으로부터 미세 분획을 분리하고, 조대 분획을 재분쇄하고, 재분쇄된 재료를 분류하고, 첫 번째 및 두 번째 미세 분획을 배합하기 위해 최종 수경 시멘트, 예컨대 OPC를 분류할 수 있다. 모든 시멘트가 원하는 입자 크기 분포까지 분쇄되고 분류될 때까지 이 방법을 반복할 수 있다. 분쇄된 시멘트를 반복적으로 분류하고, 조대 분획을 재분쇄하고 미세 분획과 함께 배합하는 것은 유리하게는 원래의 수경 시멘트와 실질적으로 동일한 화학을 가진 미세한 시멘트 재료를 생성한다. 일례로서, 석고가 OPC의 미세한 입자 분획에 종종 농축되기 때문에, 첫 번째 분류 단계는 미세 분획에 석고를 농축할 수 있다. 조대 분획을 재분쇄하고 새로 수득된 미세 분획(들)을 원래의 미세 분획과 배합하는 것은 석고 대 칼슘 실리케이트 및 알루미네이트의 원래의 균형을 회복할 수 있다.

포졸란 분획 (예, 비산재)는, 이것이 매우 미세하고/하거나 매우 조대 입자의 바람직하지 못한 양을 함유하는 정도까지, 매우 미세하고/하거나 매우 조대 입자의 적어도 일부를 제거하기 위하여 공기 분류장치를 사용하여 유사하게 분류될 수 있다. 분류 동안에 제거된 매우 조대 포졸란 입자 (예를 들어, 약 60 내지 120 ㎛ 초과)는 바람직한 입자 크기 분포에 속하도록 분쇄되거나 달리 처리될 수 있다 (예를 들어, 당 기술분야에 공지된 다른 분쇄 방법에 의해). 분류 공정 동안에 제거되는 매우 미세한 포졸란 입자 (예를 들어, 약 10 ㎛ 미만)가 최종 사용자 (예를 들어, 그라우트 제조업자)에게 판매될 수 있고 그 자체로 또는 초미세 생성물 (예를 들어 약 1 ㎛ 미만)으로 더 분쇄되어, 공극 투과성이 감소된 고 강도 콘크리트를 형성하기 위해 사용되는 발연 실리카 및 메타카올린과 같은 비교적 고가의 포졸란을 위한 대체물로서 작용할 수 있는 고 반응성 포졸란 재료를 수득한다.

원하는 입자 크기 분포 및/또는 미립도를 가진 수경 시멘트 및 포졸란 분획을 수득하기 위한 다른 방법, 예컨대 기계적 체가 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 고 부피 공기 분류에 비해 대개 훨씬 더 느리고 더 비싸다.

상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 포졸란 시멘트 배합물은 유형 I 및 유형 II 시멘트를 포함하여 OPC를 대체할 수 있다. 유형 I 및 유형 II 시멘트는 ASTM C-150에 의해 정의되는 특징을 가진 결합제를 가리키기 위해 사용되는 용어이다. 당업자가 이해할 수 있듯이, ASTM C-150 시멘트를 대체할 수 있는 일반적 목적의 배합 시멘트는 레디믹스 산업에서 유형 I 또는 유형 II 시멘트의 대체물로서 작용하기 위하여 경화 시간 및 ASTM C-150의 범위에 속하는 다른 성능 특징을 가져야 한다. 하나의 실시양태에서, 배합된 시멘트는 ASTM C-150-08 또는 C-150-00 (양쪽 모두 참고문헌으로 포함됨)에 정의된 바와 같이 유형 I/II OPC의 미립도 및/또는 경화 시간 요건을 충족한다. 하나의 실시양태에서, 본 발명의 포졸란 시멘트 배합물은 약 200 m²/kg 내지 약 650 m²/kg, 더 바람직하게는 약 280 m²/kg 내지 약 600 m²/kg, 보다 더 바람직하게는 약 300 m²/kg 내지 약 500 m²/kg, 가장 바람직하게는 약 350 m²/kg 내지 약 450 m²/kg 범위의 미립도를 갖는다.

바람직한 실시양태에서, 포졸란 시멘트 조성물의 경화 시간은 경화 시간을 위한 ASTM C-150 표준 내에 있고, 이것은 C-191 (여기에서 참고문헌으로 포함됨)에 따른 비캣 시험을 사용한다. 하나의 실시양태에서, 초기 설정 시간은 약 30분 내지 약 500분, 더 바람직하게는 약 45분 내지 약 375분, 가장 바람직하게는 약 60분 내지 약 350분의 범위이다.

하나의 실시양태에서, 포졸란 시멘트는 0.9 미만, 더 바람직하게는 0.80 미만의 C-151 (여기에서 참고문헌으로 포함됨)에 의해 정의된 오토클레이브 팽창 최대값%를 갖는다.

하나의 실시양태에서, 포졸란 시멘트는 ASTM C-109 (여기에서 참고문헌으로 포함됨)에 따른 강도를 정의하는 ASTM C-150에 따른 유형 I/II 시멘트의 압축 강도 시험을 충족한다. 하나의 실시양태에서, 포졸란 시멘트 배합물의 3-일 강도는 적어도 약 10 MPa, 더 바람직하게는 적어도 약 12 MPa이다. 하나의 실시양태에서, 포졸란 시멘트 배합물의 7-일 강도는 적어도 약 17 MPa, 더 바람직하게는 적어도 약 19 MPa이다. 하나의 실시양태에서, 포졸란 시멘트 배합물의 28-일 강도는 적어도 약 28 MPa, 더 바람직하게는 적어도 약 32 MPa이다.

상기 언급된 바와 같이, 하나의 실시양태에서, 포졸란 시멘트 배합물은 유형 III 시멘트보다는 유형 I/II 시멘트의 유사한 성능 특징을 갖고 이것은 빠른 경화 시멘트이고 일반적으로 레디믹스 산업을 위해 유리한 것이 아니다. 유형 I/II 시멘트가 모방되는 경우에, 조기 강도는 바람직하게는 유형 III 시멘트보다 적고, 이에 의해 더 양호한 장 기간 강도가 얻어질 것이다. 이러한 실시양태에서, ASTM C109에 따른 포졸란 시멘트 배합물의 1-일 강도는 바람직하게는 약 15 MPa 미만, 더 바람직하게는 약 12 MPa 미만, 가장 바람직하게는 약 10 MPa 미만이고, 3-일 강도는 바람직하게는 약 24 MPa 미만, 더 바람직하게는 약 22 MPa 미만, 가장 바람직하게는 약 19 MPa 미만이다.

포졸란 시멘트 배합물은 ASTM C-150에 기재된 유형 I 또는 유형 II 시멘트의 다른 특징을 가질 수도 있다. 추가로, 포졸란 시멘트 배합물은 배합된 시멘트를 위해 ASTM C-595-08에 기재된 특징을 가질 수도 있다. 하나의 실시양태에서, 본 발명의 포졸란 시멘트 배합물에서 포졸란의 최대 중량 퍼센트는 약 40% 이하일 수 있다. 포졸란의 중량 비율을 제한하는 것은 대부분의 포졸란 공급원에서 가변 화학의 효과를 최소화할 수 있다.

본 발명의 포졸란 시멘트 배합물은 유형 I/II 시멘트의 상기 특징의 어느 것을 조합하여 가질 수 있다. 이러한 ASTM 관련된 특징은 상기 기재된 입자 크기 분포 범위와의 조합으로 사용될 수 있다.

IV . 시멘트질 조성물

콘크리트, 모르타르, 그라우트, 성형 조성물 또는 기타 시멘트질 조성물을 만들기 위하여 본 발명의 포졸란 시멘트 조성물이 사용될 수 있다. 일반적으로, "콘크리트"란 수경 시멘트 결합제 및 골재를 포함하는 시멘트질 조성물, 예컨대 미세하고 굵은 골재 (예, 모래 및 바위)를 포함하는 시멘트질 조성물을 가리킨다. "모르타르"는 전형적으로 시멘트, 모래 및 석회를 포함하고, 벽돌 또는 콘크리트 블록의 중량을 지탱하기에 충분히 강할 수 있다. 공간, 예컨대 콘크리트 구조물의 틈 또는 균열, 구조 물체 사이의 공간, 및 타일 사이의 공간을 채우기 위해 "그라우트"가 사용된다. 성형 또는 주조된 물체, 예컨대 단지, 구유, 기둥, 분수, 장식용 돌 등을 제조하기 위하여 "성형 조성물"이 사용된다.

물은 새로운 콘크리트, 모르타르 또는 그라우트가 유동되거나 원하는 형태로 성형되도록 하는 반응물 및 레올로지 변형제 양쪽 모두가 된다. 수경 시멘트 결합제는 물과 반응하고, 이것은 다른 고체 성분들이 함께 결합하는 것이고 강도 발생의 원인이 된다. 본 발명의 범위 내에서 시멘트질 조성물은 전형적으로 수경 시멘트 (예, 포틀랜드 시멘트), 포졸란 (예, 비산재), 물, 및 골재 (예, 모래 및/또는 바위)를 포함할 것이다. 첨가될 수 있는 다른 성분들은 물 및 이에 한정되지 않지만 촉진제, 지연제, 가소제, 감수제, 물 결합제 등을 포함하여 임의의 혼화제를 포함한다.

본 발명의 포졸란 시멘트 조성물은 시멘트질 조성물 내에 혼입되기 이전에 제조될 수 있거나 (즉, 배합) 또는 동일반응계에서 제조될 수도 있는 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 시멘트질 조성물을 제조할 때 수경 시멘트 및 포졸란 입자의 일부 또는 전부를 함께 혼합할 수 있다. 포졸란 수화의 속도 및/또는 정도를 증가시키기 위해 보충 석회가 요망되는 경우에, 보충 석회 또는 다른 염기의 적어도 일부를 시멘트질 조성물에 직접 첨가할 수도 있다.

포졸란 분획의 수화를 촉진하기 위하여, 수경 시멘트 입자를 물에 노출시키기 전에 수화를 개시하기 위하여 포졸란 입자의 적어도 일부를 수성 수산화칼슘 또는 기타 염기성 수용액으로 전-처리하는 것이 바람직할 수도 있다. 이것은 더 빨리 반응하는 수경 시멘트 입자와 더 느리게 반응하는 포졸란 입자 사이의 수화의 시간 간격을 좁히는데 도움이 될 것이다. 예를 들어, 수경 시멘트 분획을 물에 노출시키기 전에 적어도 약 30분 동안 포졸란 분획의 적어도 일부를 수성 수산화칼슘과 혼합할 수도 있다. 대안적으로, 수경 시멘트를 물에 노출시키기 전에 적어도 약 1시간, 적어도 약 3시간, 적어도 약 5시간, 또는 적어도 약 8시간 동안 포졸란을 수성 수산화칼슘과 혼합할 수 있다.

수경 시멘트의 상대적 반응성 및 수경 시멘트 대 포졸란의 비율에 의존하여, 수화를 촉진하거나 지연시키는 것이 바람직할 수도 있다. 수경 시멘트 입자 (예를 들어, 약 50% 초과)가 매우 작은 평균 입자 크기 (예를 들어, 약 5 ㎛ 미만, 약 3 ㎛ 미만 또는 약 1 ㎛ 미만)를 갖는 경우에, 높은 조기 강도를 부여하기 위하여, 경화를 지연시키고 순간 응고 및/또는 빠른 경화를 막는 수화 안정화제를 포함하는 것이 바람직할 수도 있다. 수화 안정화제의 사용은, 조절불가능하거나 순간 응고를 막으면서 높은 조기 강도를 달성하기 위하여, 매우 작은 수경 시멘트 입자의 사용을 허용할 수도 있다.

수경 시멘트의 수화를 억제하기 위하여 "수화 안정화제" (또한 연장된 응고 지연제로 공지됨)가 사용될 수 있다. 가장 일반적으로 사용되는 수화 안정화제는 석고이고, 이것은 삼칼슘 알루미네이트의 수화를 억제하고 삼칼슘 알루미네이트와 에트링게이트의 형성을 통해 순간 응고를 막는다. 하나의 실시양태에 따르면, 수경 시멘트 및/또는 포졸란 및/또는 수경 시멘트/포졸란 혼합물에서 급속 반응 삼칼슘 알루미네이트 및 기타 알루미네이트의 양을 기준으로 하여 석고의 양을 증가시키거나 감소시키는 것이 바람직할 수도 있다. 석고의 증가는 알루미네이트의 응고를 지연시킨다. 석고의 저하는 알루미네이트의 응고를 촉진한다. 각각의 배합물을 위해 바람직한 응고 시간을 달성하기 위하여 상이한 포졸란 시멘트 배합물을 위해 석고의 양을 최적화하는 것이 바람직할 수도 있다.

다른 형태의 수화 안정화제는 수경 시멘트 입자의 표면에서 칼슘 이온을 잡는 것 (즉, 킬레이트화, 착물화 또는 다른 방식의 결합)에 의해 수화물 형성 속도를 느리게 한다. 수화 안정화제의 예는 히드록실 및/또는 아미노기를 함유하는 폴리포스폰산 또는 카르복실산을 포함한다.

일부 경우에, 촉진제를 포함하는 것이 바람직할 수도 있다. 수경 시멘트를 활성화하기 위해 사용될 수 있는 촉진제는 통상적인 시멘트 촉진제, 예컨대 ASTM C 494 유형 C 혼합물로 분류되는 것으로부터 선택될 수 있다. 이들은 알칼리 토류 금속 할로겐화물 (염화칼슘 등), 알칼리 토류 금속 아질산염 (아질산칼슘 등), 알칼리 토류 금속 질산염 (질산칼슘 등), 알칼리 토류 금속 포름산염 (포름산칼슘 등), 알칼리 금속 티오시아네이트 (소듐 티오시아네이트 등), 트리에탄올아민 등을 포함한다. 수경 시멘트 함량 (즉, 포졸란 제외)을 기준으로 한 양은 약 0.5 내지 6 중량%, 바람직하게는 약 1 내지 5 중량%이어야 한다.

시멘트질 조성물의 유동성을 증가시키고/거나 물 수요를 감소시키기 위하여 감수제가 특히 유용할 수도 있다. 통상적인 중간-범위 및 고-범위 감수제가 사용될 수 있다. 5%의 최소 물 감소 및/또는 약 1 내지 2 인치의 침체의 증가를 달성하기 위하여 통상적인 감수제가 사용될 수 있다. 중간-범위 감수제는 물 수요를 8 내지 15% 만큼 감소시킬 수 있다. 고-범위 감수제는 물 수요를 12 내지 40% 만큼 감소시킬 수 있다. 더운 날씨에 콘크리트의 응고를 느리게 하기 위하여 중간-범위 및 고-범위 감수제가 사용될 수 있다.

V. 실시예

과거 시제로 표현된 다음 실시예는 실제로 제조되었던 본 발명의 실시양태를 예증한다. 현재 시제로 표현된 실시예는 가설적인 성질이지만, 그럼에도 불구하고 본 발명의 범위 내에서 실시양태를 예증한다.

만들어진 모르타르 입방체의 강도를 시험하기 위하여 ASTM C-109에 따라 시멘트질 모르타르 조성물을 제조하였다. 물에 시멘트를 첨가하고 느린 속도에서 30초간 혼합하고 느린 속도로 혼합하면서 모래를 30초에 걸쳐 첨가하고 혼합을 멈추고 벽을 긁고 혼합물을 90초간 정치시키고 중간 속도에서 60초 동안 혼합하는 것을 포함하여 ASTM C-109에 의해 설정된 표준 절차에 따라서 모르타르 조성물을 제조하였다.

표준 유동판을 사용하여 각각의 시멘트질 모르타르 조성물의 흐름을 시험하였으며, 모르타르의 샘플을 표의 가운데에 놓고 표를 25 raps로 처리하고 얻어지는 물체의 직경을 4개 방향에서 측정하고 함께 첨가하여 센티미터로 복합체 흐름 값을 제공하였다.

그 후에, 금형을 반만 채우고 충진 도구를 사용하여 금형에 모르타르를 압축하고 금형을 위까지 채우고 충진 도구를 사용하여 모르타르를 압축하고 금형에서 모르타르의 표면을 평평하게 하는 것을 포함하여, ASTM C-109에 의해 설정된 표준 절차를 사용하여 모르타르 입방체 금형 내로 모르타르를 충진하였다.

모르타르 입방체 금형을 표준 습도 방에 1일 동안 놓아두었다. 그 후에, 금형으로부터 모르타르 입방체를 꺼내고 포화 석회 수용액으로 채워진 양동이 안에 담구었다. 그 후에, 3일, 7일 및 28일에 표준 압축 강도 프레스를 사용하여 압축 강도에 대해 입방체를 시험하였다.

실시예 1 내지 4

실시예 1 내지 4는 포틀랜드 시멘트와 비산재의 70:30 배합물을 최적화하는 입자 크기의 효과를 예증한다. 실시예 1 내지 4의 각각에서 사용되는 포틀랜드 시멘트는 유형 V 시멘트를 더 정교하게 분쇄함으로써 만들어지는 유형 II이었다. 실시예 1은 입자 크기 최적화된 70:30 시멘트/포졸란 배합물이었다. 이것은 "시멘트 #11"로 확인되는 분류된 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 이것은 유형 II 포틀랜드 시멘트를 프로그레시브 인더스트리즈 (알라바마 실라코가에 위치함)에 의해 제조된 마이크로사이저 공기 분류장치를 통해 통과시키고 미세 분획을 수집함으로써 수득되었다. 실시예 1은 "비산재 8z1"으로 확인된 분류된 비산재를 사용하였으며, 이것은 부류 F 비산재를 공기 분류장치를 통해 2회 통과시켜, 먼저 약 10 ㎛ 미만의 미립자의 대부분을 제거하고 두 번째로 약 50 ㎛ 초과의 미립자의 대부분을 제거함으로써 수득되었다. 공기 분류장치는 네쓰크-콘둑스 말테크닉(Netzsch-Condux Mahltechnik) GmbH (독일 하나우에 위치함)의 모델 CFS 8 HDS이었다. 실시예 2 및 3은 양쪽 모두 포틀랜드 시멘트 및 비산재의 70:30 대조 배합물이었으며 이것은 분류되지 않은 유형 II 시멘트 ("대조 시멘트") 및 부류 F 비산재 ("대조 비산재")를 사용하였다. 실시예 4는 100% 통상적인 유형 II 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 포틀랜드 시멘트 및 비산재 분획의 입자 크기 분포는 실라스 1064 입자 크기 분석장치를 사용하여 네쓰크-콘둑스 말테크닉 (Netzsch-Condux Mahltechnik) GmbH에서 결정되었으며 이것을 이하 표 1에 기재한다.

실시예 1 내지 4에 따른 모르타르 입방체를 제조하는데 사용되는 조성물 및 유동 및 강도 결과를 하기 표 2에 기재한다. 30% 부피 대체물을 유지하기 위해 포틀랜드 시멘트에 비해 감소된 밀도를 설명하기 위하여, 70:30 배합물에 첨가되는 비산재의 양을 감소시켰다.

표 2에서 데이터로부터 알 수 있듯이, 실시예 1의 본 발명의 70:30 배합물은 3일째에 실시예 4의 100% OPC 조성물의 강도의 93%, 7일째에 강도의 83%, 및 28일째에 강도의 90%를 가졌다. 비교로서, 실시예 2 및 3의 70:30 대조 배합물은 3일째에 실시예 4의 100% OPC 조성물의 강도의 각각 56% 및 55%를 갖고, 7일째에 각각 강도의 65% 및 56%, 및 28일째에 강도의 70% 및 78%를 가졌다. 입자 크기 최적화 포틀랜드 시멘트 및 비산재 분획은 3, 7 및 28일에 대조군에 비해 실질적으로 더 큰강도 발생을 일으켰다. 강도의 증가는 3일째에 특히 현저하였다. 도 2는 실시예 1 내지 4의 조성물을 사용하여 수득된 강도를 그래프로 예증하고 비교한다.

실시예 5 내지 14

시멘트 #11 및 비산재 8z1을 사용하여 다른 모르타르 조성물 (즉, 60:40 및 70:30 배합물)을 제조하였다. 추가로, "시멘트 #13"으로 확인된 다른 분류된 시멘트 재료 및 "비산재 7G"로 확인된 다른 분류된 비산재를 사용하여 모르타르 조성물을 제조하였다. 시멘트 #13은 시멘트 #11과 동일한 설비에서 분류되었다. 시멘트 #11, 시멘트 #13 및 대조 시멘트의 입자 크기 분포를 벡맨 코울터 LS 13 320 X-선 회절 분석장치를 사용하여 분류 설비에서 결정하고 하기 표 3에 기재한다.

비산재 7G를 비산재 8z1 네쓰크-콘둑스 말테크닉(Netzsch-Condux Mahltechnik GmbH)와 동일한 설비에서 분류하지만 단지 한번 분류하여 미세 입자를 제거하였다. 조대 입자를 제거하기 위해 두 번째로 분류하지 않았다. 실라스 1064 입자 크기 분석기를 사용하여 비산재 7G의 입자 크기 분포를 결정하고, 하기 표 4에 나타낸다. 비교를 위하여 대조 비산재의 PSD가 포함된다.

실시예 5 내지 14에 따른 모르타르 입방체를 제조하는데 사용되는 조성물 및 유동 및 강도 결과를 하기 표 5 및 6에 나타낸다. 30% 또는 40% 부피 대체물을 유지하기 위하여 포틀랜드 시멘트에 비해 감소된 밀도를 설명하기 위하여 배합물의 일부에 첨가되는 비산재의 양을 감소시켰다. 다른 경우에, 대체물은 30 중량% 또는 40 중량%이었다. 하나의 예에서, 잿물이 첨가되었으며 다른 예에서 소석회를 첨가하였다.

하기 실시예는 여기에 개시된 원리를 기초로 한 가설 예이다.

실시예 15

규정된 양으로 하기 성분들을 조합함으로써 조강 포졸란 시멘트를 제조한다:

성분 중량 기준의 양 입자 크기 범위

포틀랜드 시멘트 45% 0.1 - 20 ㎛

포졸란 50% 20 - 100 ㎛

수산화칼슘 5% 1 - 10 ㎛

상기 조성물은 OPC에 필적하는 조기 강도를 갖고 1년 후에 OPC와 동일하거나 그를 초과하는 강도 및 내구성을 갖는다.

실시예 16

성분 중량 기준의 양 입자 크기 범위

포틀랜드 시멘트 40% 0.1 - 15 ㎛

포졸란 53% 15 - 100 ㎛

수산화칼슘 7% 1 - 10 ㎛

실시예 17

성분 중량 기준의 양 입자 크기 범위

포틀랜드 시멘트 30% 0.1 - 10 ㎛

포졸란 60% 10 - 100 ㎛

수산화칼슘 10% 1 - 10 ㎛

실시예 18

성분 중량 기준의 양 입자 크기 범위

포틀랜드 시멘트 20% 0.1 - 5 ㎛

포졸란 65% 10 - 100 ㎛

수산화칼슘 15% 1 - 10 ㎛

본 발명은 그의 의도 또는 필수 특징에서 벗어나지 않으면서 다른 특정한 형태로 구현될 수도 있다. 기재된 실시양태는 모든 측면에서 단지 일례일 뿐이고 제한적인 것으로 간주되지 않는다. 따라서 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명에 의한 것보다는 첨부된 청구의 범위에 의해 표시된다. 청구의 범위의 균등물의 의미 및 범위에 속하는 모든 변화는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

Claims

시멘트질 성질을 가진 고체 수화 생성물을 형성하기 위하여 물의 존재 하에 수산화칼슘과 반응할 수 있는, 약 5 ㎛ 초과의 D₁₅ 및 약 120 ㎛ 미만의 D₉₀을 가진 상이한 크기의 포졸란 입자의 분포; 및
물과 혼합될 때 과량의 수산화칼슘을 제공하고 포졸란 입자의 적어도 일부와의 반응을 위해 이용될 수 있는 삼칼슘 실리케이트 및/또는 이칼슘 실리케이트로 적어도 부분적으로 이루어진, 약 5 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 범위의 D₈₅를 가진 상이한 크기의 수경 시멘트 입자의 분포
를 포함하고,
수경 시멘트 입자의 미립도가 포졸란 입자의 미립도보다 약 1.25 내지 약 50배 더 크고,
약 20 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 시멘트 입자의 적어도 약 65%가 포졸란 입자를 포함하고, 약 20 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 시멘트 입자의 약 35% 미만이 수경 시멘트 입자를 포함하는, 포졸란 시멘트 조성물.
제1항에 있어서, 수경 시멘트 입자가 약 7.5 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 범위의 D₉₀을 갖고, 약 20 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 시멘트 입자의 적어도 약 75%가 포졸란 입자를 포함하고, 약 20 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 시멘트 입자의 약 25% 미만이 수경 시멘트 입자를 포함하는, 포졸란 시멘트 조성물.
제1항에 있어서, 수경 시멘트 입자가 약 10 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 범위의 D₉₅를 갖고, 약 20 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 시멘트 입자의 적어도 약 85%가 포졸란 입자를 포함하고, 약 20 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 시멘트 입자의 약 15% 미만이 수경 시멘트 입자를 포함하는, 포졸란 시멘트 조성물.
제1항에 있어서, 수경 시멘트 입자가 약 5 ㎛ 내지 약 15 ㎛ 범위의 D₈₅를 갖고, 약 15 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 시멘트 입자의 적어도 약 65%가 포졸란 입자를 포함하고, 약 15 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 시멘트 입자의 약 35% 미만이 수경 시멘트 입자를 포함하는, 포졸란 시멘트 조성물.
제1항에 있어서, 수경 시멘트 입자가 약 7.5 ㎛ 내지 약 15 ㎛ 범위의 D₉₀을 갖고, 약 15 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 시멘트 입자의 적어도 약 75%가 포졸란 입자를 포함하고, 약 15 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 시멘트 입자의 약 25% 미만이 수경 시멘트 입자를 포함하는, 포졸란 시멘트 조성물.
제1항에 있어서, 수경 시멘트 입자가 약 5 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 범위의 D₈₅를 갖고, 약 10 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 시멘트 입자의 적어도 약 65%가 포졸란 입자를 포함하고, 약 10 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 시멘트 입자의 약 35% 미만이 수경 시멘트 입자를 포함하는, 포졸란 시멘트 조성물.
제1항에 있어서, 포졸란 입자가 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 30 부피%를 구성하고, 수경 시멘트 입자가 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 70 부피% 이하를 구성하는 포졸란 시멘트 조성물.
제1항에 있어서, 잔 골재, 굵은 골재, 석회, 잿물, 감수 혼화제, 촉진제, 지연제, 수화 안정화제, 레올로지 개질제 또는 물 중 적어도 하나를 더 포함하는 포졸란 시멘트 조성물.
제1항에 있어서, 포졸란 시멘트 조성물이 약 280 m²/kg 내지 약 600 m²/kg 범위의 블레인(Blaine) 미립도를 가진 포졸란 시멘트 조성물.
제1항에 있어서, 포졸란 시멘트 조성물이 300 m²/kg 내지 약 500 m²/kg 범위의 블레인 미립도를 가진 포졸란 시멘트 조성물.
제1항에 있어서, 수경 시멘트 입자가 약 650 m²/kg 초과의 블레인 미립도를 갖고 포졸란 입자의 블레인 미립도보다 약 1.5 내지 약 30배 더 큰 블레인 미립도를 갖는 포졸란 시멘트 조성물.
제1항에 있어서, 수경 시멘트 입자가 약 800 m²/kg 초과의 블레인 미립도를 갖고 포졸란 입자의 블레인 미립도보다 약 1.75 내지 약 20배 더 큰 블레인 미립도를 갖는 포졸란 시멘트 조성물.
수경 시멘트 입자의 초기 흐름을 제공하고;
포졸란 입자의 초기 흐름을 제공하고;
수경 시멘트 입자의 초기 흐름에 비해 증가된 미립도를 갖고 약 20 ㎛ 미만의 D₉₀을 가진 수경 시멘트 입자의 변형된 흐름을 수득하기 위하여 수경 시멘트 입자를 분쇄하고/하거나 분류하고;
약 120 ㎛ 미만의 D₉₀ 및 적어도 약 5 ㎛의 D₁₅를 가진 포졸란 입자의 변형된 흐름을 수득하기 위하여 포졸란 입자의 적어도 일부를 제거하고/하거나 분쇄하고;
수경 시멘트 및 포졸란 입자의 변형된 흐름을 배합하여 포졸란 시멘트 조성물을 수득하는
것을 포함하는, 포졸란 시멘트 조성물의 제조 방법.
제13항에 있어서, 약 60 ㎛ 초과의 포졸란 입자의 적어도 일부를 제거하여 약 80 ㎛ 미만의 D₉₀을 가진 포졸란 입자의 변형된 흐름을 수득하는 것을 더 포함하는 방법.
제13항에 있어서, 포졸란 시멘트 조성물에 석고, 잔 골재, 굵은 골재, 석회, 잿물, 감수 혼화제, 촉진제, 지연제, 수화 안정화제, 레올로지 개질제 또는 물 중 적어도 하나를 첨가하는 것을 더 포함하는 방법.
제13항에 있어서, 포졸란 시멘트 조성물을 하나 이상의 골재 및 물과 배합하여 콘크리트 조성물을 수득하는 것을 더 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 수경 시멘트 입자 및 포졸란 입자를 콘크리트 조성물의 제조 동안에 함께 배합하는 방법.
시멘트질 성질을 가진 고체 수화 생성물을 형성하기 위하여 물의 존재 하에 수산화칼슘과 반응할 수 있는 포졸란 입자; 및
물과 혼합될 때 과량의 수산화칼슘을 제공하고 포졸란 입자의 적어도 일부와의 반응을 위해 이용가능한 삼칼슘 실리케이트 및/또는 이칼슘 실리케이트로 적어도 부분적으로 이루어진 수경 시멘트 입자
를 포함하고, 수경 시멘트 입자가 약 5 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 범위의 D₉₀ 및 포졸란 입자의 블레인 미립도보다 적어도 약 1.25배 더 큰 블레인 미립도를 갖고, 약 20 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 약 75 부피%가 포졸란 입자로 구성되고 약 20 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 약 25 부피% 미만이 수경 시멘트 입자로 구성되는, 포졸란 시멘트 조성물.
제18항에 있어서, 수경 시멘트 입자가 약 5 ㎛ 내지 약 15 ㎛ 범위의 D₉₀ 및 포졸란 입자의 블레인 미립도보다 적어도 약 1.5배 더 큰 블레인 미립도를 갖고, 약 15 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 적어도 약 75 부피%가 포졸란 입자로 구성되고 약 15 ㎛ 초과의 조합된 포졸란 및 수경 시멘트 입자의 약 25 부피% 미만이 수경 시멘트 입자로 구성되는, 포졸란 시멘트 조성물.
제18항에 있어서, 포졸란이 비산재, 화산토, 천연 포졸란 및 화산 재로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나의 요소를 포함하는 포졸란 시멘트 조성물.
시멘트질 성질을 가진 고체 수화 생성물을 형성하기 위하여 물의 존재 하에 수산화칼슘과 반응할 수 있는 무정형 또는 유리질 상을 포함하는 비산재 및/또는 천연 포졸란 입자; 및
물과 혼합될 때 과량의 수산화칼슘을 제공하고 비산재 및/또는 천연 포졸란 입자의 적어도 일부와의 반응을 위해 이용가능한 삼칼슘 실리케이트 및/또는 이칼슘 실리케이트로 적어도 부분적으로 이루어진 수경 시멘트 입자
를 포함하고, 수경 시멘트 입자가 약 5 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 범위의 D₉₀ 및 비산재 및/또는 천연 포졸란 입자의 블레인 미립도보다 적어도 약 1.25배 더 큰 블레인 미립도를 갖고, 약 20 ㎛ 초과의 조합된 비산재 및/또는 천연 포졸란 입자 및 수경 시멘트 입자의 적어도 약 75 부피%가 비산재 및/또는 천연 포졸란 입자로 구성되고 약 20 ㎛ 초과의 조합된 비산재 및/또는 천연 포졸란 입자 및 수경 시멘트 입자의 약 25 부피% 미만이 수경 시멘트 입자로 구성되는, 포졸란 시멘트 조성물.
제21항에 있어서, 수경 시멘트 입자가 약 5 ㎛ 내지 약 15 ㎛ 범위의 D₉₀ 및 비산재 및/또는 천연 포졸란 입자의 블레인 미립도보다 적어도 약 1.5배 더 큰 블레인 미립도를 갖고, 약 15 ㎛ 초과의 조합된 비산재 및/또는 천연 포졸란 입자 및 수경 시멘트 입자의 적어도 약 75 부피%가 비산재 및/또는 천연 포졸란 입자로 구성되고 약 15 ㎛ 초과의 조합된 비산재 및/또는 천연 포졸란 입자 및 수경 시멘트 입자의 약 25 부피% 미만이 수경 시멘트 입자로 구성되는, 포졸란 시멘트 조성물.
제21항에 있어서, 포졸란 시멘트 조성물이 비산재를 포함하고 실질적으로 천연 포졸란을 포함하지 않는 포졸란 시멘트 조성물.
제21항에 있어서, 포졸란 시멘트 조성물이 천연 포졸란을 포함하고 실질적으로 비산재를 포함하지 않는 포졸란 시멘트 조성물.
제21항에 있어서, 분쇄된 슬래그를 더 포함하는 포졸란 시멘트 조성물.
제21항에 있어서, 잔 골재, 굵은 골재, 석회, 잿물, 감수 혼화제, 촉진제, 지연제, 수화 안정화제, 레올로지 개질제 또는 물 중 적어도 하나를 더 포함하는 포졸란 시멘트 조성물.