KR20130107578A - 슬래그 시멘트 조성물 및 이를 이용한 슬래그 시멘트 혼입 모르타르 - Google Patents

슬래그 시멘트 조성물 및 이를 이용한 슬래그 시멘트 혼입 모르타르 Download PDF

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Abstract

본 발명은 슬래그 시멘트 조성물 및 이를 이용한 슬래그 시멘트 모르타르에 관한 것이다.
본 발명에 따른 슬래그 시멘트 조성물은 보통 포틀랜드 시멘트와, 슬래그 미분말, 망초 또는 탈황석고 중 적어도 하나를 포함하는 것으로서, 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 슬래그 미분말 35~50 중량부, 망초 3.5~8 중량부, 탈황석고 1~10 중량부의 비율로 혼합되는 것에 특징이 있다.

Description

슬래그 시멘트 조성물 및 이를 이용한 슬래그 시멘트 혼입 모르타르{Furnace slag cement composition and Mortar mixed with the furnace slag cement composition}
본 발명은 토목 및 건축재료로 사용되는 시멘트 조성물 및 모르타르에 관한 것으로서, 특히 철강산업의 부산물로 배출되는 고로슬래그가 첨가된 슬래그 시멘트 조성물 및 이 슬래그 시멘트 조성물을 이용한 모르타르에 관한 것이다.
시멘트나 콘크리트 제조시 통상적으로 고로슬래그 미분말, 플라이 애쉬, 기타의 포졸란 재료들이 혼화재로서 많이 사용되고 있다. 혼화재는 산업부산물을 활용하여 상대적으로 고가인 시멘트량을 대체하므로 경제성은 물론 자원 재활용에 기여한다. 나아가, 혼화재는 강도 발현, 화학저항성 증대, 콘크리트 수화열 저감을 통한 등 내구성 향상에도 기여하는 것으로 확인되어 기능성 콘크리트 제조에 있어 사용실적이 늘어나고 있는 추세이다.
여러 혼화재 중에서 고로슬래그 미분말은 화학저항성 증대, 콘크리트의 수화열에 의한 온도상승 제어, 알칼리 골재반응 억제, 해수에 대한 저항성 및 장기강도 등이 크게 개선되는 장점이 인정되어 많이 이용되고 있다. 또한 시멘트 제조에 비하여 이산화탄소 발생량이 현저하게 감소하므로 친환경적이라는 장점도 있다.
하지만, 고로슬래그 미분말은 물과 접촉하게 되면 고로슬래그 입자의 표면에 불투수성의 산성 피막이 입자를 둘러싸게 되어 수화반응이 억제되는데, 이 때문에 고로슬래그 미분말을 사용하면 초기의 수화반응 발현율이 현저히 떨어지고, 특히 저온에서의 강도 발현율이 낮은 특성이 나타난다.
도 1은 보통 포틀랜드 시멘트와 고로슬래그 미분말을 혼합한 고로슬래그 시멘트의 초기 압축강도 차이를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 고로슬래그 미분말을 첨가한 고로슬래그 시멘트의 경우 보통 포틀랜드 시멘트를 단독으로 사용한 경우에 비하여 1일 및 3일 재령에서의 초기 압축강도가 60~70% 정도에 불과하다. 초기 압축강도의 저하는 공사 기간의 저하로 나타나므로, 다른 많은 장점에도 불구하고 고로슬래그 시멘트의 적극적인 활용이 제한되고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 초기 압축강도가 보통 포틀랜드 시멘트와 동등한 정도로 향상될 수 있도록 물성이 개선된 슬래그 시멘트 조성물과, 이 슬래그 시멘트 조성물을 혼합한 모르타르를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 슬래그 시멘트 조성물은, 보통 포틀랜드 시멘트와, 슬래그 미분말, 무수석고 및 망초를 포함하는 것으로서, 상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 상기 슬래그 미분말 35~50 중량부, 상기 무수석고 2~10 중량부, 상기 망초 3.5~8 중량부의 비율로 혼합되는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 탈황석고가 상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 1~10 중량부의 비율로 추가적으로 혼합될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시에에서, 상기 슬래그 미분말은 과산화수소, 황산알루미늄과 티오황산나트륨(Na2S2O3) 중 적어도 하나를 포함하는 자극제를 물에 혼합한 전처리용액을 고로슬래그에 분사한 후 상기 고로슬래그를 분쇄하여 미분말로 형성하여 제조가능하다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자극제는 물 100 중량부에 대하여 5~10 중량부의 비율로 혼합하며, 상기 전처리 용액은 상기 고로슬래그 100 중량부에 대하여 0.5~1.5 중량부의 비율로 분사하여 제조되며, 고로슬래그는 밀(mill)에서 2~5분 분쇄되어 4,000~4500Cm2/g의 분말도를 가진다.
한편 본 발명에 따른 슬래그 시멘트 혼입 모르타르는 상기한 조성으로 이루어진 슬래그 시멘트와 모래 및 물을 혼합하여 제조된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래그 시멘트 조성물은 슬래그 미분말로 시멘트를 치환함으로써 경제성은 물론 내염성, 내화학성, 장기 압축강도를 증진시킴과 동시에 슬래그 시멘트의 문제로 지적되었던 초기 압축강도 저하를 망초, 탈황석고, 무수석고를 혼합함으로써 해결하였다.
또한, 본 발명에서는 슬래그 미분말을 제조함에 있어서 티오황산나트륨, 황산알루미늄 또는 과산화수소를 물에 희석하여 고로슬래그에 전처리함으로써, 고로슬래그에 산화 피막을 형성 및 제거한다. 이에 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래그 미분말을 사용하여 모르타르나 콘크리트를 형성하는 경우, 슬래그 미분말의 산화 피막이 제거된 상태이므로 여타의 알카리 자극제 없이도 수화가 원활하게 일어나 초기 강도가 높게 발현되는 특징이 있다. 또한, 슬래그 미분말을 분쇄하는 과정에서도 산화 피막이 제거된 상태이므로 분쇄 효율이 상승되는 이점이 있다.
도 1은 보통 포틀랜드 시멘트와 고로슬래그 미분말을 혼합한 고로슬래그 시멘트의 초기 압축강도 차이를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 슬래그 시멘트 조성물의 초기 압축강도를 실험한 결과를 나타낸 표이다.
도 3은 고로슬래그를 전처리하여 슬래그 미분말을 제조하는 방법에 대한 개략적 공정 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전처리된 슬래그 미분말을이용한 슬래그 시멘트 조성물의 초기 강도를 실험한 결과가 나타난 표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래그 시멘트 조성물에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬래그 시멘트 조성물은, 보통 포틀랜드 시멘트, 슬래그 미분말, 무수석고, 망치 및 탈황석고를 포함한다.
보통 포틀랜드 시멘트는 주성분으로서 실리카, 알루미늄, 산화철 및 석회를 포함한 원료를 적당한 비율로 혼합하고, 이 혼합물을 소성하여 얻은 클링커에 적량의 석고를 가하여 분말화 한 것이다. 보통 포틀랜드 시멘트의 종류는 1종 보통 포틀랜드 시멘트, 2종 중용열 포틀랜드 시멘트, 3종 조강 포틀랜드 시멘트, 4종 저열 포틀랜드 시멘트, 5종 내황산염 포틀랜드 시멘트로 나누어지며, 본 발명에서는 용도에 따라 각 종류의 포틀랜드 시멘트를 모두 적용할 수 있다.
슬래그 미분말은 용광로를 이용하여 철광석에서 선철을 만들 때 부산물로서 생기는 고로슬래그를 분쇄하여 제조한다.
본 발명에서 슬래그 미분말은 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 35~50 중량부의 비율로 혼합된다. 슬래그 미분말은 보통 포틀랜드 시멘트를 치환하여 사용하는 것인데, 혼합율이 시멘트 100 중량부에 대하여 25~30 중량부 정도인 경우 치환에 따른 경제성이나 내화학성 등의 효과가 크게 나타나지 않는다. 그러나 혼합율이 너무 높아지게 되면 모르타르나 콘크리트의 초기 강도의 발현이 지연되므로 문제가 있다.
이에 본 발명에서는 슬래그 미분말의 치환율을 최대한 높이면서도, 망초 등의 알카리성 자극제와 슬래그 미분말의 전처리라는 2가지 수단을 통해 초기 강도의 발현을 보장할 수 있도록 슬래그 미분말의 혼합 비율을 결정하였다.
슬래그 미분말은 화학저항성 증대, 콘크리트의 수화열에 의한 온도상승 제어, 알칼리 골재반응 억제, 해수에 대한 저항성 및 장기강도 등이 크게 개선되는 장점이 인정되어 시멘트 혼화재로 많이 이용되고 있다. 또한 시멘트 제조에 비하여 이산화탄소 발생량이 현저하게 감소하므로 친환경적이라는 장점도 있다.
이러한 장점에도 불구하고 슬래그 미분말을 이용하여 모르타르나 콘크리트를 형성하는 경우 초기 강도가 저하되는 문제점이 있다. 즉, 고로슬래그가 물과 접촉되면 칼슘 이온이 용출되면서 고로슬래그 표면에 부정형의 ASH6 피막을 형성하게 된다. 이 피막은 물의 투과성 및 고로슬래그로부터 칼슘, 마그네슘 및 알루미늄 등의 이온이 용출되는 것을 저해하기 때문에 수화 반응을 지연시키는 문제가 있다. 이에 알카리성의 자극제를 통해 고로슬래그 표면에서 발생하는 산성 피막을 제거할 필요가 있다.
본 발명에서는 상기한 바와 같이 고로슬래그 미분말의 산성 피막을 제거하여 수경성이 발현되도록 하기 위하여 2가지의 수단을 채용하였다. 그 하나는 모르타르나 콘크리트를 형성할 때, 슬래그 미분말에 무수석고와 망초를 혼입하여 산성 피막을 제거하는 것이며, 다른 하나는 고로슬래그를 분쇄하여 미분말을 만들기 전에 미리 산성 피막을 제거하는 것이다.
첫 번째 방법으로서, 망초, 무수석고 및 탈황석고를 사용하여 산화 피막을 제거할 수 있다.
기존의 고로슬래그 시멘트에서도 알카리 자극제를 이용하여 슬래그 미분말의 수경성을 발현시키는 방법이 사용되지만, 본 발명에서는 망초, 탈황석고를 알카리 자극제로 사용하는 점에 특징이 있다.
본 발명에서 사용하는 망초의 구성성분은 대략 SiO2 0.02 중량%, Al2O3 0.02 중량%, CaO 0.09 중량%, MgO 0.45 중량%, SO3 51.63 중량%, Na2O 45.61 중량%로 이루어진다.
또한 본 발명에서 사용하는 탈황석고는 화력발전소 등에서 화석연료의 연소시 발생되는 아황산가스를 제거하기 위하여 분말 석회석 흡수제와 반응시키면 그 부산물로서 발생되는 것이다. 구성성분은 대략 SiO2 1.44 중량%, Al2O3 0.41 중량%, Fe2O3 0.93 중량%, CaO 44.27 중량%, MgO 1.80 중량%, K2O 0.10 중량%, Na2O 0.19 중량%, SO3 33.15 중량%, P2O5 0.02 중량%로 이루어진다.
그리고 본 발명에서 사용하는 무수석고의 구성성분은 대략 SiO2 1.32 중량%, Al2O3 0.5 중량%, Fe2O3 0.09 중량%, CaO 39.23 중량%, MgO 0.43 중량%, SO3 55.08 중량%, K2O 0.08 중량%, Na2O 0.32 중량%로 이루어진다.
상기한 바와 같이, 망초, 탈황석고 및 무수석고는 모두 삼산화황의 함량이 많은 강알카리성을 띠므로 슬래그 미분말의 표면에 생성되는 산성 피막을 제거하여 슬래그 미분말의 수화를 촉진시킬 수 있다.
본 발명에서 망초는 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 3.5~8 중량부의 비율로 혼합된다.
보통 포틀랜드 시멘트에 망초를 혼합하여 수화반응을 일으킨 결과 시멘트의 주요 수화반응 생성물인 칼사이트(calcite) 이외에도 황산염과의 반응으로 집섬(gypsum), 에트린자이트 및 도오마사이트(thaumasite)가 나타났다. 포틀랜드 시멘트의 경우 조성 광물 비에 따라 성능 저하 형태가 상이하게 나타나는데, 특히 C3A량과 칼슘실리케이트비가 가장 적은 저열 포틀랜드 시멘트가 황산염 침식 저항성에서 우수한 것으로 확인되었다.
이에 포틀랜드 시멘트를 기준으로 망초의 혼합 비율을 실험하였으며, 망초가 시멘트 100 중량부에 대하여 8 중량부를 초과하는 경우 초기 강도는 증진되는 것을 확인하였으나 시멘트 경화체에서 에트린자이트 안정성이 결여되어 조직 구조를 다공화시키는 문제가 있다. 또한, 망초의 혼합 비율이 상기한 범위 미만인 경우 초기 강도의 발현에 문제가 있는 것으로 확인되었다. 이에 본 발명에서는 보통 포틀랜드 시멘트에 대하여 3.5~8 중량부의 범위로 망초를 혼합한다.
그리고 무수석고는 시멘트 100 중량부에 대하여 2~10 중량부의 비율로 혼합한다. 무수석고를 혼합하는 양이 상기한 범위보다 작으면 초기 강도가 충분하게 발현되지 않으며, 혼합량이 증가하면 에트린자이트를 나타내는 침상의 생성이 많아지지만 위 범위를 초과하는 경우 지연 효과에 따른 강도 저하가 발생하므로 바람직하지 않다.
또한 본 발명에서 탈황석고는 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 1~10 중량부의 범위로 혼합된다. 탈황석고의 혼합량이 1 중량부 미만인 경우 슬래그 미분말의 산화 피막 제거에 효과적이지 않으며, 10 중량부를 초과하는 경우 건조수축 및 강도발현이 낮게 나타나기 때문이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 슬래그 미분말을 보통 포틀랜드 시멘트에 대하여 35~50 중량부의 범위로 혼합하여 시멘트를 대체함으로써 내염해성, 내화학성 등의 물성을 증가시키면서도, 망초, 탈황석고 및 무수석고를 이용하여 슬래그 시멘트에서 문제가 되는 초기 강도 저하 문제를 해결한다.
본 출원인은 망초, 무수석고 및 탈황석고를 혼합하였을 때 슬래그 시멘트의 초기 압축강도에 대하여 실험하였다.
실험에서는 비교를 위하여 6개의 시료를 준비하였다. 즉, 보통 포틀랜드 시멘트 단독(시료1), 보통 포틀랜드 시멘트 70중량%와 일반 고로슬래그 미분말 30 중량%를 혼합한 조성물(시료2)를 제조하였다. 그리고 본 발명에 따른 슬래그 시멘트 조성물로서, 시료 3 내지 시료 6을 제조하였다.
시료 3은 보통 포틀랜드 시멘트 72 중량%와 슬래그 미분말 25 중량%, 무수석고와 망초를 각각 1.5 중량%로 혼합하였다. 시료 4는 보통 포틀랜드 시멘트 70 중량%, 슬래그 미분말 25 중량%, 무수석고와 망초를 각각 2.5 중량%의 비율로 혼합하였다. 또한, 시료 5는 보통 포틀랜드 시멘트 70 중량%, 슬래그 미분말 28 중량%, 망초 2 중량%로 혼합하였으며, 시료 6은 보통 포틀랜드 시멘트 70 중량%, 슬래그 미분말 27 중량%, 탈황석고 3 중량%의 비율로 혼합하였다.
도 2의 표에는 본 발명에 따른 슬래그 시멘트 조성물의 초기 압축강도를 실험한 결과가 나타나 있다.
도 2를 참조하면, 시료 1과 같이 보통 포틀랜드 시멘트를 단독으로 사용한 경우의 압축강도를 100%로 기준하였을 때, 슬래그 미분말만을 치환한 시료 2에서는 1일, 3일 및 7일 재령에서 압축강도가 각각 52%, 68%, 79%로 낮게 나타났다.
그러나, 본 발명에 따라 망초, 무수석고, 탈황석고를 혼합한 경우 초기 압축강도가 포틀랜드 시멘트 단독에 비하여 92~115%로 높게 나타났다. 특히, 석고와 망초를 각각 2.5 중량%로 혼합한 시료 3과, 탈황석고를 3 중량%로 혼합한 시료 6의 경우 3일 및 7일 재령에서 모두 보통 포틀랜드 시멘트의 압축강도를 초과하였다.
위에서는 본 발명에 따른 슬래그 시멘트 조성물과 보토 포틀랜드 시멘트를 비교하였으나, 실제적으로 중요한 비교대상은 포틀랜드 시멘트에 슬래그 미분말만을 사용한 시료 2가 되어야 한다. 즉, 본 발명은 슬래그 미분말로 시멘트를 치환하는 전제에서 초기 강도의 저하를 개선하기 위한 것이기 때문이다. 시료 2를 비교대상으로 하여 시료3~시료6을 각각 비교하면 30~40% 이상의 초기 압축강도가 향상됨을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에서 슬래그 미분말의 치환율 증가에 따른 초기 강도 저하의 문제를 해결하기 위한 두 번째 방법이 제공된다. 두 번째 방법으로서, 고로슬래그를 분쇄하기 전에 전처리를 통해 피막이 제거된 슬래그 미분말을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 고로슬래그를 전처리하여 슬래그 미분말을 제조하는 방법에 대한 개략적 공정 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 슬래그 미분말 제조방법은, 용액제조단계, 살수단계 및 분쇄단계를 구비한다.
용액제조단계에서는 과산화수소(H2O2), 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 또는 티오황산나트륨(Na2S2O3)을 물에 혼합하여 전처리용액을 제조한다. 과산화수소, 황산알루미늄과, 티오황산나트륨을 선택적으로 물에 혼합하거나, 또는 과산화수소와 티오황산나트륨 및 황산알루미늄을 함께 물에 혼합하여 전처리용액을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 고로슬래그를 미분말로 분쇄하기 전에 알카리성 자극제, 특히 과산화수소 또는 티오황산나트륨을 처리하도록 하였다.
이에 본 발명에서 채용하는 슬래그 미분말의 제조방법에서는 과산화수소, 황산알루미늄 및/또는 티오황산나트륨을 물에 혼합한 전처리 용액을 제조한다. 즉, 과산화수소, 황산알루미늄 또는 티오황산나트륨을 물 100 중량부에 대하여 5~10 중량부의 비율로 혼합하여 전처리용액을 제조한다.
자극제가 물에 대하여 5 중량부 미만으로 혼합되는 경우 고로슬래그의 산화 피막을 제거하는데 효과가 작으며, 10 중량부를 초과하는 경우 고로슬래그의 풍화 속도가 현저하게 빨라지며 수경성 반응으로 자체 응결이 일어나는 문제가 있다.
상기한 바와 같이 자극제를 물에 희석하여 전처리용액이 제조되면, 살수단계에서는 전처리용액을 분쇄 전 상태의 고로슬래그에 분사한다. 구체적으로, 고로슬래그가 컨베이어 벨트를 통해 이동하는 과정에서 전처리용액을 고로슬래그에 뿌린다. 살수되는 전처리용액의 양은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 0.5~1.5 중량부의 비율이다. 예컨대, 고로슬래그가 시간당 500톤이 공급되면, 전처리용액은 시간당 1톤을 고로슬래그에 살수한다. 고로슬래그는 자체적으로 7%의 수분을 함유하고 있지만, 고로슬래그에 일단 피막이 형성되기 위해서는 외부로부터 물이 공급되어야 한다.
본 발명의 일 실시에에서, 전처리용액이 고로슬래그에 작용하여 산화 피막을 제거하기 위해서 전처리용액을 통해 물을 공급하는 것이다. 다만 공급되는 물의 양이 위 범위보다 적으면 피막의 형성 및 제거의 과정 자체가 원활하게 일어나지 않으므로 바람직하지 않다. 또한 물의 양이 위 범위보다 많으면 수화가 촉진되고, 추후 고로슬래그를 분쇄하는 과정에서 온도가 상승하여 분쇄성이 저하되므로 바람직하지 않다.
그리고, 상기한 바와 같이, 살수단계에서 전처리용액을 고로슬래그에 분사하는 방식 이외에 고로슬래그를 전처리용액에 일시적으로 침전시키는 방법이 사용될 수도 있다. 다만, 대량 생산의 과정에서 고로슬래그를 침전시키는 방식은 생산성을 저하시킬 수 있으므로, 본 실시예와 같이 전처리용액을 고로슬래그에 분사하는 방식이 보다 효과적이다.
상기한 바와 같이, 전처리용액이 분사된 고로슬래그는 보통 포틀랜드 시멘트와 다르게 수화반응 초기에 높은 농도의 OH- 이온이 존재하므로, 유도기가 없는 경우에도 고로슬래그의 불규칙한 망목구조가 강알카리에 의해 결합이 끊어지면서 Ca2+, Si4 +, Mg2 +, Al3 + 등 이온들이 용출되어 수화가 빠르게 진행된다.
상기한 바와 같이, 피막이 제거된 상태에서 전처리된 고로슬래그를 버티컬 밀과 같은 분쇄기에 투입하여 고로슬래그를 미분말 상태로 분쇄하는 분쇄단계를 수행한다.
본 발명에서와 같이 전처리를 수행하여 피막을 제거하게 되면, 분쇄효율이 상승되어 공정시간이 단축되고, 비용이 절감되는 이점이 있다. 버티컬 밀에서 대략 2~4분 정도 분쇄를 수행하여, 4,000~4500Cm2/g의 분말도를 지닌 슬래그 미분말을 얻을 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 채용되는 슬래그 미분말은, 티오황산나트륨, 황산알루미늄 또는 과산화수소를 물에 희석하여 고로슬래그에 전처리함으로써, 고로슬래그에 산화 피막을 형성 및 제거한다. 이에 본 발명에 따른 슬래그 미분말을 사용하여 모르타르나 콘크리트를 형성하는 경우, 슬래그 미분말의 산화 피막이 제거된 상태이므로 무수석고 등의 자극제 없이도 수화가 원활하게 일어나 초기 강도가 높게 발현되는 특징이 있다.
또한, 슬래그 미분말을 분쇄하는 과정에서도 산화 피막이 제거된 상태이므로 분쇄 효율이 상승되는 이점이 있다.
한편, 상기한 바와 같이, 슬래그 미분말을 제조할 때 전처리를 하지 않는 경우라도, 본 발명에서는 알카리 자극제로서 망초, 탈황석고, 무수석고를 사용함으로써 슬래그 미분말의 산화 피막을 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 슬래그 시멘트 조성물의 초기 강도에 대하여 실험하였으며, 그 결과가 도 4의 표에 나타나 있다.
실험에서는 비교를 위하여 10개의 시료를 준비하였다. 즉, 보통 포틀랜드 시멘트 단독(시료1), 보통 포틀랜드 시멘트 70중량%와 일반 고로슬래그 미분말 30 중량%를 혼합한 조성물(시료2)를 제조하였다. 그리고 본 발명에 따른 슬래그 시멘트 조성물로서, 보통 포틀랜드 시멘트에 황산알루미늄을 전처리한 슬래그 미분말을 30 중량%로 혼합한 조성물(시료3), 과산화수로를 전처리한 조성물(시료4), 및 티오황산나트륨을 전처리한 슬래그 미분말을 30 중량%로 혼합한 조성물(시료5)을 제조하였다.
또한, 다른 물질을 이용하여 고로슬래그를 전처리하여 티오황산나트륨, 황산알루미늄 및 과산화수소를 전처리한 경우와 비교하였는데, Na2S2O4(시료6) 수산화나트륨(시료7), 염화칼슘(시료8), 염화칼륨(시료9) 및 탄산나트륨(시료10)을 전처리한 조성물을 제조하였다.
본 발명의 실시예에 따른 시료 3 내지 시료 5를 포함하여, 비교예를 위한 시료들(시료6~10)의 경우 모두 전처리용액에서 자극제를 물 100 중량부에 대하여 10 중량부로 혼합하였다.
도 4에 나타난 표를 참조하면, 시료 1과 같이 보통 포틀랜드 시멘트 단독으로 모르타르를 조성하였을 때를 100%의 기준으로 할 때, 일반 슬래그 미분말을 포함한 경우 1일 재령이 51%, 3일 재령이 70%, 7일 재령이 77%의 비율로 낮게 나타났다.
그러나 본 발명에 따라 제조된 시료 3 내지 시료 5에서는 1일 재령이 53% 내외, 3일 재령이 80% 내외, 7일 재령이 85% 내외로 일반 슬래그 미분말을 사용한 경우에 비하여 높게 나타났다.
수산화나트륨, 염화칼슘, 수산화칼륨 등을 전처리한 경우에도 본 발명에서와 같이 티오황산나트륨, 황산나트륨 및 과산화수소를 이용하여 전처리한 경우에 비하여 초기 강도가 상대적으로 낮게 나타나는 것을 확인하였다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 슬래그 미분말이 가지는 내염성, 내화학성 및 장기 강도 증대라는 장점을 최대한 살리기 위하여 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 슬래그 미분말을 35~50 중량부의 범위로 혼합하며, 이에 따른 초기 압축강도 저하를 해결하기 위하여 망초, 탈황석고 등의 알카리성 자극제를 첨가하거나 또는 슬래그 미분말을 티오황산나트륨(과산화수소, 황산알루미늄)을 이용하여 전처리하였다.
실험 결과, 슬래그 미분말의 치환율을 상기한 바와 같이 높이는 경우에도 초기 압축강도의 저하 문제를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 슬래그 미분말의 사용을 확대할 수 있다는 것을 확인하였다.
또한, 본 발명에 따른 슬래그 시멘트 조성물과 모래 및 물을 혼합하여 슬래그 시멘트 혼입 모르타르 또는 콘크리트를 형성할 수 있으며, 이 경우에도 내화학성, 장기 압축강도는 물론 문제시되었던 초기 압축강도도 확보될 수 있다.

Claims (7)

  1. 보통 포틀랜드 시멘트와, 슬래그 미분말, 망초 또는 탈황석고 중 적어도 하나를 포함하는 슬래그 시멘트 조성물로서,
    상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 상기 슬래그 미분말 35~50 중량부, 상기 망초 3.5~8 중량부, 상기 탈황석고 1~10 중량부의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 슬래그 시멘트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    무수석고가 상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 2~10 중량부의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 슬래그 시멘트 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬래그 미분말은,
    과산화수소와 황산알루미늄 및 티오황산나트륨 중 적어도 하나를 포함하는 자극제를 물에 혼합한 전처리용액을 고로슬래그에 분사한 후 상기 고로슬래그를 분쇄하여 미분말로 형성하여 제조된 것을 특징으로 하는 슬래그 시멘트 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자극제는 물 100 중량부에 대하여 5~10 중량부의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 슬래그 시멘트 조성물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전처리 용액은 상기 고로슬래그 100 중량부에 대하여 0.5~1.5 중량부의 비율로 분사하는 것을 특징으로 하는 슬래그 시멘트 조성물.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전처리용액이 분사된 고로슬래그는 밀(mill)에서 2~4분 분쇄되어 4,000~4500Cm2/g의 분말도를 가지는 것을 특징으로 하는 슬래그 시멘트 조성물.
  7. 슬래그 시멘트, 모래 및 물을 포함하여 이루어지는 슬래그 시멘트 혼입 모르타르에 있어서,
    상기 슬래그 시멘트는 상기 청구항 1 내지 청구항 6에 기재된 슬래그 시멘트 조성물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 슬래그 시멘트 혼입 모르타르.


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