KR20140019643A - Cement paste containing 2-dimension-graphite-oxide and manufacture method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to cement paste containing 2D graphite oxide with thickness of atomic unit and plane diameter of several tens of micrometer size and a manufacturing method thereof. The present invention provides 2D graphite oxide and cement paste mixed with cement and water. Moreover, the invention also provides a method for manufacturing cement paste, wherein the method includes a step (a) of manufacturing liquid phase slurry containing 2D graphite oxide and a step (b) of mixing the liquid phase slurry, cement, and water. [Reference numerals] (AA) Section; (BB) Nano material; (CC) Macro material; (DD) Zero-dimensional material; (EE) Cement powder; (FF) Admixture powder; (GG) One-dimensional material; (HH) Carbon nanotube; (II) Nano wire; (JJ) Nano fiber; (KK) Reinforced steel; (LL) Fiber; (MM) Two-dimensional material; (NN) Graphite oxide; (OO) Three-dimensional material; (PP) Sand; (QQ) Gravel

Description

2차원 흑연산화물을 포함한 시멘트 페이스트 및 그 제조방법{Cement Paste containing 2-dimension-graphite-oxide and Manufacture method thereof}Cement paste containing two-dimensional graphite oxide and its manufacturing method {Cement Paste containing 2-dimension-graphite-oxide and Manufacture method

본 발명은 원자단위의 얇은 두께와 수십 마이크로미터 크기의 평면 직경을 갖는 2차원 흑연산화물(2-dimension-graphite-oxide)이 첨가된 시멘트 페이스트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a cement paste to which two-dimensional graphite oxide (2-dimension-graphite-oxide) having a thin thickness in atomic units and a plane diameter of several tens of micrometers is added, and a method of manufacturing the same.

시멘트는 넓은 뜻으로는 물질과 물질을 접착하는 물질을 의미하지만 일반적으로 토목용이나 건축용의 무기질의 결합경화제를 뜻한다. 이 중에서도 오늘날 흔히 시멘트로 불리는 것은 포틀랜드 시멘트다. 포틀랜드 시멘트의 주성분은 석회(CaO), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철(Fe2O) 등이다. 이 시멘트는 이것들을 함유한 원료를 적당한 비율로 충분히 혼합하여, 그 일부가 용융·소성(燒成)된 클링커(clinker)에 적당량의 석고를 가하여 분말로 만든 것이다. 시멘트는 주요 건설자재로서 콘크리트 또는 시멘트를 주원료로 한 2차 제품용으로 사용한다.Cement broadly means a substance that bonds a substance to a substance, but generally refers to an inorganic binder hardener for civil engineering or construction. Among them, what is commonly referred to as cement today is Portland cement. The main components of Portland cement are lime (CaO), silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O), and the like. This cement is made of powder by sufficiently mixing the raw materials containing these in an appropriate ratio, adding an appropriate amount of gypsum to a clinker in which a part is melted and baked. Cement is the main construction material used for secondary products with concrete or cement as the main raw material.

이러한 시멘트에 물 및 필요에 따라 첨가하는 첨가제를 섞어 만든 것을 시멘트 페이스트(Cement Paste)라 한다. 시멘트 페이스트는 모르타르 또는 콘크리트의 전(前) 단계 조성물로서, 시멘트 페이스트에 잔골재(모래)를 배합한 것이 모르타르 조성물이고, 모르타르에 굵은골재(자갈)까지 더 포함시킨 것이 콘크리트 조성물이다. 다만, 시멘트 페이스트 자체도 지반개량용(그라우팅용)으로 많이 사용된다.Cement paste is made by mixing water and additives added as needed. The cement paste is a mortar composition in which the fine aggregate (sand) is added to the cement paste, and the coarse aggregate (gravel) is further included in the mortar. However, cement paste itself is also widely used for ground improvement (grouting).

시멘트 페이스트, 모르타르 및 콘크리트는 시멘트의 수화반응에 의해 경화되는데, 모래, 자갈과 같은 3차원 입자에 의한 강화효과로 인해 시멘트 페이스트보다는 모르타르가, 모르타르보다는 콘크리트가 더욱 강한 압축강도를 갖게 되며, 이는 3차원 강화효과라 칭할 수 있다.Cement paste, mortar and concrete are hardened by the hydration reaction of cement, and the strengthening effect of three-dimensional particles such as sand and gravel causes mortar than cement paste and concrete to have stronger compressive strength than mortar. It can be called dimensional reinforcement effect.

한편, 시멘트 페이스트, 모르타르 및 콘크리트의 결합재로는 시멘트 이외에 고로슬래그, 플라이애시 등의 혼화재를 혼용하여 압축강도를 더욱 강화시킬 수 있는데 이는 잠재수경성 반응, 포졸란 반응 등에 의해 형성되는 미세입자(0차원)가 콘크리트 내부의 미세공극을 밀실하게 충전하는 메카니즘에 따른 효과이므로 이는 0차원 강화효과라 칭할 수 있다.On the other hand, as a binder of cement paste, mortar, and concrete, a mixture of blast furnace slag, fly ash, etc. can be used to further strengthen the compressive strength. This is called the 0-dimensional reinforcing effect because the effect of the mechanism to tightly fill the micro voids inside the concrete.

또한, 시멘트 페이스트, 모르타르 및 콘크리트 조성물에는 유리섬유, 강섬유, 탄소섬유, 플라스틱 섬유 등을 혼입시킴으로써 인장강도를 강화할 수 있는데, 섬유가 선형인 점에 기하여 이를 1차원 강화효과라 칭할 수 있다. 아울러 철근에 의해 콘크리트의 인장강도를 보강하는 것 역시 1차원 강화효과라 칭할 수 있다.In addition, the cement paste, mortar and concrete composition may be reinforced by incorporating glass fiber, steel fiber, carbon fiber, plastic fiber, etc., tensile strength can be strengthened, it can be referred to as a one-dimensional reinforcement effect because the fiber is linear. In addition, reinforcing the tensile strength of concrete by reinforcing bar can also be called a one-dimensional reinforcing effect.

다만, 종래에 시멘트 페이스트, 모르타르 및 콘크리트에 대한 2차원 강화 기술은 알려진 바 없다.
However, conventional two-dimensional reinforcing techniques for cement paste, mortar and concrete are not known.

본 발명은 기존에는 이용되지 않았던 판형의 2차원 나노소재를 이용하여 새로운 기능성을 발현하는 시멘트 페이스트, 모르타르 및 콘크리트를 제공하기 위한 것이다.
The present invention is to provide a cement paste, mortar and concrete expressing a new functionality using a plate-shaped two-dimensional nanomaterial that has not been used previously.

본 발명은 전술한 과제 해결을 위한 것으로서 「2차원 흑연산화물, 시멘트 및 물이 혼합된 시멘트 페이스트」를 제공한다.
The present invention provides a "cement paste in which two-dimensional graphite oxide, cement, and water are mixed" to solve the above problems.

또한, 본 발명은 「(a) 2차원 흑연산화물을 포함하는 액상슬러리를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 액상슬러리, 시멘트 및 물을 혼합하는 단계; 를 포함하는 시멘트 페이스트 제조방법」을 함께 제공한다.In addition, the present invention "(a) preparing a liquid slurry containing a two-dimensional graphite oxide; And (b) mixing the liquid slurry, cement and water; Cement paste manufacturing method comprising a '' together.

상기 (a)단계 실시 후에는 「(a-1) 상기 액상슬러리를 가열하여 함수율을 낮추는 단계」, 「(a-2) 상기 액상슬러리에 알칼리금속, 알칼리금속의 하이드록시 화합물, 알칼리 토금속의 할라이드 화합물, 알칼리 토금속의 하이드록시 화합물, 아민류 화합물, 강염기성 화합물 중 어느 하나 이상을 투여하여 2차원 흑연산화물의 표면 친수성기를 일부 제거하는 단계」, 「(a-3) 상기 액상슬러리에 자외선을 조사하여 2차원 흑연산화물의 표면 친수성기를 일부 제거하는 단계」, (a-4) 상기 액상슬러리에 2차원 흑연산화물 흡착물질을 투여하여 함수율을 낮추는 단계」 중 어느 하나를 선택적으로 추가 실시할 수 있으며, 위 (a-1)단계 내지 (a-4)단계 중 2이상을 병행 실시할 수도 있다.
After the step (a), "(a-1) heating the liquid slurry to lower the water content ''," (a-2) the alkali metal, the hydroxy compound of the alkali metal, the halide of the alkaline earth metal in the liquid slurry. Removing some of the surface hydrophilic groups of the two-dimensional graphite oxide by administering at least one of a compound, a hydroxy compound of an alkaline earth metal, an amine compound, and a strong base compound, '' (a-3) by irradiating ultraviolet light to the liquid slurry. Removing a portion of the surface hydrophilic group of the two-dimensional graphite oxide ", (a-4) by lowering the water content by administering the two-dimensional graphite oxide adsorbent to the liquid slurry" may optionally be additionally carried out. Two or more of steps (a-1) to (a-4) may be performed in parallel.

본 발명에 따른 2차원 흑연산화물을 포함한 시멘트 페이스트는 경화시 압축강도, 인장강도, 휨강도가 개선되며 방열성능, 전자파차폐성능, 광촉매기능, 방사선차폐기능 등을 기대할 수 있다. 이러한 고 기능성 시멘트 페이스트에는 모래를 혼합하여 고 기능성 모르타르를 제조할 수 있고, 모래와 함께 자갈을 더 혼합하여 고 기능성 콘크리트를 제조할 수 있어 건축, 토목 분야에서 다양한 활용이 가능하다.
The cement paste including the two-dimensional graphite oxide according to the present invention is improved in the compressive strength, tensile strength, bending strength during curing and can be expected heat dissipation performance, electromagnetic shielding performance, photocatalyst function, radiation shielding function. The high functional cement paste can be mixed with sand to produce a high functional mortar, and further mixed with sand to produce high functional concrete can be used in a variety of construction, civil engineering.

도 1은 본 발명에 적용되는 흑연산화물의 기술적 의의를 정리한 표이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 2차원 흑연산화물을 포함하는 액상슬러리를 촬영한 사진이다.
도 3은 2차원 흑연산화물의 함량에 따른 콘크리트의 압축강도 변화 양상을 나타낸 그래프이다.
1 is a table summarizing the technical significance of the graphite oxide applied to the present invention.
Figure 2 is a photograph of the liquid slurry containing a two-dimensional graphite oxide applied to the present invention.
3 is a graph showing a change in compressive strength of concrete according to the content of the two-dimensional graphite oxide.

본 발명은 「2차원 흑연산화물, 시멘트 및 물이 혼합된 시멘트 페이스트」를 제공한다. 본 발명은 시멘트 페이스트에 관한 것이나, 시멘트 페이스트에 잔골재를 혼합한 모르타르나 굵은골재를 더 혼합한 콘크리트에까지 확대 적용할 수 있음은 당연하다. 본 발명은 시멘트 페이스트, 모르타르 및 콘크리트에 대한 2차원 강화 기술이라 할 수 있으며, 2차원 흑연산화물이 2차원 강화를 위한 핵심 소재이다(도 1 참조). The present invention provides a "cement paste in which two-dimensional graphite oxide, cement and water are mixed". The present invention relates to a cement paste, but it is obvious that the present invention can be extended to mortar or coarse concrete mixed with fine aggregate in cement paste. The present invention may be referred to as a two-dimensional reinforcement technology for cement paste, mortar and concrete, and two-dimensional graphite oxide is a core material for two-dimensional reinforcement (see FIG. 1).

일반적으로 흑연소재는 층간 약한 반데르발스힘(예, 연필심)에 의하여 층간 박리가 쉽게 되어 시멘트 페이스트, 모르타르, 콘크리트에 들어갈 경우 강도 저하를 일으킨다. 그러나 흑연의 동소체인 탄소나노튜브는 흑연분말과는 달리 층간 벗겨짐이 없는 고강도 1차원 나노소재이며, 이 소재가 시멘트 페이스트, 모르타르, 콘크리트 등에 첨가되어 고루 분산되는 경우 그 경화체의 인장강도가 향상된다. 그러나 탄소나노튜브를 콘크리트 조성물 내에 고르게 분산시키는 것 자체가 쉽지 않고 탄소나노튜브는 피부 또는 호흡경로를 통해 인체 내에 유입되는 경우 인체 조직 내에 박혀 채 밖으로 배출이 되지 않아 신체 기능상의 여러 가지 문제점을 유발할 수 있다는 점에서 건축, 토목용 소재로 다량 사용되기에는 위험성이 있으며 그 가격 또한 비싸다.In general, graphite material is easily peeled off by a weak van der Waals force (eg, pencil lead) between layers, resulting in a decrease in strength when entering cement paste, mortar, or concrete. However, carbon nanotubes, which are allotropes of graphite, are high-strength one-dimensional nanomaterials that do not have peeling between layers, unlike graphite powder, and when the materials are evenly dispersed in cement paste, mortar, and concrete, the tensile strength of the cured body is improved. However, evenly dispersing the carbon nanotubes in the concrete composition itself is not easy, and when the carbon nanotubes are introduced into the human body through the skin or the respiratory pathway, they are not embedded in the human tissue and are not discharged out. It is dangerous to be used in a large amount as a building and civil engineering material in that it is expensive.

본 발명에 적용되는 2차원 흑연산화물은 저가의 원료와 공정을 통해 다량 수득할 수 있으며, 판형으로 이루어진 소재이므로 서로 엉기거나 말리지 않아 인체에 대한 위험성이 없고 분산성이 좋으므로 새로운 건축용 첨가소재로 적용하기에 유리한 조건들이 갖추어져 있다. The two-dimensional graphite oxide applied to the present invention can be obtained in a large amount through low-cost raw materials and processes, and because it is a plate-like material does not entangle or dry with each other, there is no danger to human body and good dispersion, so it is applied as a new building additive material. Advantageous conditions are provided below.

상기 2차원 흑연산화물을 제조하기 위한 원료로서의 흑연은 천연흑연, 판상흑연, 토상흑연, 인조흑연, 나노흑연 분말, 층간삽입 흑연종들(예, 황산 혹은 인산이 intercalation된 흑연종), 팽창흑연, 폐흑연(폐전지, 폐배터리 흑연 종들) 등 화학적 산화를 통하여 층이 벗겨질 수 있는 것이면 가능하다.Graphite as a raw material for producing the two-dimensional graphite oxide is natural graphite, plate graphite, earth graphite, artificial graphite, nano graphite powder, intercalated graphite species (eg, graphite species intercalated sulfuric acid or phosphoric acid), expanded graphite, It is possible if the layer can be peeled off through chemical oxidation such as waste graphite (waste cells, waste battery graphite species).

흑연으로부터 흑연산화물을 얻는 방법으로는 휴머스(Hummers)법, 수정된 휴머스(Modified Hummers)법, 슈타우덴마이어(Staudenmair)법, 호프만(Hofman)법, 햄디(Hamdi)법 등을 적용할 수 있다. 또한, 흑연을 산화시키기 위한 핵심 산화제로는 진한황산, 질산소다 및 과망간산칼륨의 혼합제와 진환황산, 진한질산 및 염소산칼륨의 혼합제를 예시할 수 있다. 또한, 기타 산화제로서 HNO3, H2SO4, H4P2O7, H3AsO4, HF, H2SeO4, HClO4, CF3COOH, BF3(CH3COOH)2, HSO3F, H5IO6, KMn04, NaNO3, KClO3, NH4CLO3, AgClO3, HClO3, NaCl4, NH4ClO4, CrO3, (NH4)2S2O8, PbO2, MnO2, As2O5, Na2O2, H2O2, N2O5, Mn3 +, Mn4 +, MnO2, KMnO4, HNO3, HNO4, CrO3, 초산, 개미산, 염소산, HI, HCL, HBr 중에서 선택된 두 가지 이상을 혼합한 것을 적용할 수 있다. 구체적인 산화제의 조성으로서는 3KMNO4/H2SO4/0.5NaNO3(or HNO3), 6KMO4/H2SO4/0.5NaNO3(or HNO3), 6KMnO4/9:1H2SO4-H3PO4 등이 있으며 산화제 조합은 이 조성에 한정되지는 않는다. As a method of obtaining graphite oxide from graphite, a Hummers method, a modified Hummers method, a Steudenmair method, a Hofman method, and a Hamdi method may be used. Can be. In addition, the core oxidizing agent for oxidizing graphite can be exemplified by a mixture of concentrated sulfuric acid, sodium nitrate and potassium permanganate and a mixture of jinhwan sulfuric acid, concentrated nitric acid and potassium chlorate. As other oxidizing agents, HNO 3 , H 2 SO 4 , H 4 P 2 O 7 , H 3 AsO 4 , HF, H 2 SeO 4 , HClO 4 , CF 3 COOH, BF 3 (CH 3 COOH) 2 , HSO 3 F, H 5 IO 6 , KMn0 4 , NaNO 3 , KClO 3 , NH 4 CLO 3 , AgClO 3 , HClO 3 , NaCl 4 , NH 4 ClO 4 , CrO 3 , (NH 4 ) 2 S 2 O 8 , PbO 2 , MnO 2 , As 2 O 5 , Na 2 O 2 , H 2 O 2 , N 2 O 5 , Mn 3 + , Mn 4 + , MnO 2 , KMnO 4 , HNO 3 , HNO 4 , CrO 3 , Acetic Acid, Formic Acid, Chloric Acid, HI, HCL, HBr You can apply a mixture of two or more selected. As the composition of the specific oxidizing agent 3KMNO 4 / H 2 SO 4 /0.5NaNO 3 (or HNO 3), 6KMO 4 / H 2 SO 4 /0.5NaNO 3 (or HNO 3), 6KMnO 4/9: 1H 2 SO 4 -H 3 PO 4 and the like, and the oxidant combination is not limited to this composition.

상기 방법들을 통하여 제조된 2차원 흑연산화물은 원자층이 1~10층이며 판의 표면 직경은 원료로 사용된 흑연입자의 크기에 비례하며 1~100마이크로미터 크기를 갖는다.The two-dimensional graphite oxide prepared by the above method has an atomic layer of 1 to 10 layers, the surface diameter of the plate is proportional to the size of the graphite particles used as a raw material and has a size of 1 to 100 micrometers.

본 발명에서 사용된 2차원 흑연산화물을 제조하는 과정의 일예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 흑연 100g과 NaNO3 400g을 18ℓ H2SO4 용액에 넣고 냉각시키면서 KMnO4 1Kg을 1시간에 걸쳐 천천히 넣었다. 그 후 4~7% H2SO4 50ℓ를 1시간에 걸쳐 천천히 넣어주고 H2O2을 넣은 혼합액을 제조하였다. 그 후 침전물을 3%H2SO4/0.5%H2O2로 씻거나 다시 물로 씻어준다. 이후 상기 혼합액에서 침전이 안되는 수화물들, 흑연 초미립 찌꺼기 불순물들을 걸러내고, 고형분 함량을 늘리기 위하여 3,000~5,000RPM으로 원심분리하여 침전물만 얻어내었다. 상기 초미립 흑연 찌꺼기 불순물들은 시멘트 페이스트, 모르타르 및 콘크리트의 강도 물성을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 과정을 통해 최종적으로 2차원 흑연산화물이 0.1~20wt% 함유된 액상슬러리를 얻을 수 있다. 이러한 액상슬러리는 수분 함량이 많지만 미세한 크기의 2차원 흑연산화물이 물속에서 고르게 분산되어 뻑뻑한 상태가 된다(도 2 참조). 따라서 이러한 상태의 액상슬러리에 바로 시멘트를 혼합하기는 어려우며 물을 더 첨가하여 혼합해야 한다. 결과적으로 시멘트 페이스트 내의 2차원 흑연산화물의 함량이 물 100중량부(액상슬러리의 물과 첨가되는 물의 총합) 대비 10중량부 이내의 범위에 있을 때 상기 액상슬러리, 시멘트 및 물의 혼합 작업이 수월하게 진행될 수 있고, 시멘트 페이스트의 유동성이 적정 수준으로 유지될 수 있다.
Hereinafter, an example of a process of manufacturing the two-dimensional graphite oxide used in the present invention will be described. 100 g of graphite and 400 g of NaNO 3 were added to an 18 L H 2 SO 4 solution, and 1 K g of KMnO 4 was slowly added over 1 hour while cooling. Thereafter, 50 L of 4-7 % H 2 SO 4 was slowly added over 1 hour to prepare a mixed solution containing H 2 O 2 . The precipitate is then washed with 3% H 2 SO 4 /0.5%H 2 O 2 or again with water. After filtering the hydrates that do not precipitate in the mixed solution, graphite ultra-fine debris impurities, centrifugation at 3,000 ~ 5,000RPM to increase the solid content was obtained only precipitate. The ultra-fine graphite waste impurities cause a decrease in strength properties of cement paste, mortar and concrete. Through this process it is possible to finally obtain a liquid slurry containing 0.1 ~ 20wt% two-dimensional graphite oxide. These liquid slurries have a lot of water content but are finely dispersed in water, and the two-dimensional graphite oxide is uniformly dispersed in water (see FIG. 2). Therefore, it is difficult to mix cement directly into the liquid slurry in this state, and it is necessary to add water to mix. As a result, when the content of the two-dimensional graphite oxide in the cement paste is within the range of 10 parts by weight relative to 100 parts by weight of the water (total of the liquid slurry and the added water), the mixing operation of the liquid slurry, cement and water can be easily performed. And the fluidity of the cement paste can be maintained at an appropriate level.

이상과 같은 시멘트 페이스트 제조방법은 (a) 2차원 흑연산화물을 포함하는 액상슬러리를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 액상슬러리, 시멘트 및 물을 혼합하는 단계; 로 정리할 수 있다. 분말상태의 2차원 흑연산화물과 시멘트 및 물을 직접 혼합시킬 수도 있으나 이러한 경우는 시멘트 페이스트 경화체의 압축강도 증진에 크게 기여하지 못하는 것으로 나타났다(도 3 참조, 도 3의 "흑연산화물 고형분 함량"은 물 100중량부에 대한 2차원 흑연산화물의 중량비). 이는 분말상태의 2차원 흑연산화물과 시멘트 및 물을 직접 혼합할 경우에는 2차원 흑연산화물 분말이 시멘트 분말 사이에 고르게 분산되지 않기 때문인 것으로 사료된다. 따라서 본 발명에서는 먼저 2차원 흑연산화물을 포함하는 액상슬러리를 제조한 후, 그 액상슬러리와 시멘트 및 물을 혼합함으로서 2차원 흑연산화물 분말이 시멘트 페이스트 내에 고르게 분산되도록 하였다. Cement paste manufacturing method as described above (a) preparing a liquid slurry containing a two-dimensional graphite oxide; And (b) mixing the liquid slurry, cement and water; I can arrange it. Powdered two-dimensional graphite oxide can be directly mixed with cement and water, but in this case, it does not appear to contribute significantly to the improvement of compressive strength of the hardened cement paste (see FIG. 3, and "graphite oxide solid content" of FIG. Weight ratio of two-dimensional graphite oxide to 100 parts by weight). This may be because the two-dimensional graphite oxide powder is not evenly dispersed between the cement powder when the two-dimensional graphite oxide, cement and water are directly mixed. Therefore, in the present invention, first, a liquid slurry containing two-dimensional graphite oxide is prepared, and then the liquid slurry and the cement and water are mixed to uniformly disperse the two-dimensional graphite oxide powder in the cement paste.

다만, 2차원 흑연산화물을 포함하는 액상슬러리는 점도가 높아 시멘트 및 물을 혼합한 상태에서 믹싱작업이 어렵다. 따라서 상기 액상슬러리와 시멘트와 물의 믹싱 작업을 수월하게 진행할 수 있는 방법이 요구되며, 본 발명에서는 다음과 같은 4가지 방법을 제공한다.
However, liquid slurry containing two-dimensional graphite oxide has a high viscosity, making it difficult to mix in a state where cement and water are mixed. Therefore, a method for facilitating the mixing operation of the liquid slurry and cement and water is required, and the present invention provides the following four methods.

(1) 액상 가열 처리법(1) liquid phase heat treatment method

본 발명은 「상기 (a)단계 실시 후, (a-1) 상기 액상슬러리를 가열하여 함수율을 낮추는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 페이스트 제조방법」을 제공한다. 이 방법은 상기 액상슬러리에 열을 가하여 끓여주는 방법으로서 물속 충동에 의하여 흑연 산화물들이 침전이 일어나 함수율이 줄어든 흑연 산화물을 얻어낼 수 있다. 결국 액상슬러리의 체적이 줄어들어 시멘트 및 물과의 믹싱작업이 수월해진다.
The present invention is a "step (a), after the step of (a-1) heating the liquid slurry to lower the moisture content; Cement paste manufacturing method characterized in that it further comprises. This method is to boil by heating the liquid slurry to obtain graphite oxide with reduced water content due to precipitation of graphite oxides by impulse in water. As a result, the volume of liquid slurry is reduced, making it easier to mix cement and water.

(2) 화학적 처리법(2) chemical treatment

본 발명은 「상기 (a)단계 실시 후, (a-2) 상기 액상슬러리에 알칼리금속, 알칼리금속의 하이드록시 화합물, 알칼리 토금속의 할라이드 화합물, 알칼리 토금속의 하이드록시 화합물, 아민류 화합물, 강염기성 화합물 중 어느 하나 이상을 투여하여 2차원 흑연산화물의 표면 친수성기를 일부 제거하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 페이스트 제조방법」을 제공한다.According to the present invention, after the step (a), (a-2) a hydroxy compound of an alkali metal, an alkali metal, a halide compound of an alkaline earth metal, a hydroxy compound of an alkaline earth metal, an amine compound, a strong basic compound in the liquid slurry. Administering any one or more of to remove some of the surface hydrophilic groups of the two-dimensional graphite oxide; Cement paste manufacturing method characterized in that it further comprises.

이 방법은 알카리 금속 (Li, Na, K, Rb, Cs), 알카리 토금속들의 할라이드 (F, Cl, Br, I) 화합물 및 이들의 하이드록시 화합물, 아민류, 강염기성 화합물을 이용하여 흑연산화물의 표면 카르복실기 또는 하이드록시기들을 일부 제거하는 원리이다. 이러한 화학적 처리법 실시를 위한 대표적인 시약으로는, KI, NaOH, Ca(OH)2, 바닷물, 염수 등을 예시할 수 있다. 이들은 흑연 산화물들의 표면 친수성기들을 화학적인 원인에 의하여 일부 혹은 상당량 제거시킬 수 있다. 이와 같이 2차원 흑연산화물의 표면 친수성기를 일부 제거함으로써 액상슬러리의 점도가 낮아져 액상슬러리, 시멘트 및 물의 믹싱작업이 수월해진다.
This method is based on the surface of graphite oxide using alkali metal (Li, Na, K, Rb, Cs), halide (F, Cl, Br, I) compounds of alkaline earth metals and their hydroxy compounds, amines, and strong base compounds. The principle is to remove some of the carboxyl or hydroxy groups. Representative reagents for implementing such a chemical treatment method may be KI, NaOH, Ca (OH) 2, seawater, brine and the like. They can remove some or a substantial amount of surface hydrophilic groups of graphite oxides by chemical causes. By removing some of the surface hydrophilic groups of the two-dimensional graphite oxide in this way, the viscosity of the liquid slurry is lowered, which facilitates mixing of the liquid slurry, cement and water.

(3) 자외선(자연광포함) 조사 처리법(3) UV (including natural light) irradiation treatment

본 발명은 「상기 (a)단계 실시 후, (a-3) 상기 액상슬러리에 자외선을 조사하여 2차원 흑연산화물의 표면 친수성기를 일부 제거하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 페이스트 제조방법」을 제공한다.According to the present invention, after the step (a), (a-3) removing the surface hydrophilic group of the two-dimensional graphite oxide by irradiating ultraviolet rays to the liquid slurry; Cement paste manufacturing method characterized in that it further comprises.

액상슬러리에 자외선을 조사하여 2차원 흑연 산화물의 표면 친수성기들을 상당수 제거할 수 있다. 이와 같이 2차원 흑연산화물의 표면 친수성기를 일부 제거함으로써 액상슬러리의 점도가 낮아져 액상슬러리, 시멘트 및 물의 믹싱작업이 수월해진다. 비슷한 원리로서, 세라믹 분말들, 즉 광활성 효과가 있는 산화물 반도체 분말(TiO2, WO3, Fe2O3 등) 혼합하여 자외선을 조사할 경우 그 효과는 더욱 커지는데, 그 이유는 자외선에 의하여 산화물 반도체 표면에 전자와 정공이 형성되고 이들 전자와 정공들이 2차원 흑연 산화물들을 공격하여 표면 친수성기들을 떼어내기 때문이다. 첨가된 산화물 반도체 분말자체는 시멘트 페이스트, 모르타르 및 콘크리트의 혼화제, 충진제 등으로 이용되기도 한다.
Ultraviolet radiation to the liquid slurry can remove a large number of surface hydrophilic groups of the two-dimensional graphite oxide. By removing some of the surface hydrophilic groups of the two-dimensional graphite oxide in this way, the viscosity of the liquid slurry is lowered, which facilitates mixing of the liquid slurry, cement and water. As a similar principle, the effect is further increased when ultraviolet rays are mixed with ceramic powders, that is, oxide semiconductor powders having a photoactive effect (TiO 2 , WO 3 , Fe 2 O 3, etc.), which is because This is because electrons and holes are formed on the semiconductor surface, and these electrons and holes attack two-dimensional graphite oxides to remove surface hydrophilic groups. The added oxide semiconductor powder itself may be used as a cement admixture, mortar and concrete admixture, filler, and the like.

상기 액상슬러리의 양산시에는 자외선 조사 비용을 줄이기 위해 자연광 조사를 1일~수주간 조사하여도 비슷한 효과를 가질 수 있다. 그 이유로서 자연광에는 자외선이 들어 있고, 자외선은 물을 통과하기 때문이다.In the mass production of the liquid slurry may have a similar effect even if irradiated with natural light irradiation for one day to several weeks in order to reduce the ultraviolet irradiation cost. This is because natural light contains ultraviolet rays, and ultraviolet rays pass through water.

예를 들어, 여름날 콘크리트 욕조에 흑연산화물을 희석시키고 반도체 산화물 분말을 저어주면서 실외에 방치하면 반나절만으로도 상당히 함수량이 줄어든 흑연산화물 슬러리를 얻을 수 있다. 이러한 결과의 이유로는 콘크리트 욕조의 태양광 흡수에 의하여 가열되는 효과, 자외선 효과, 자외선에 의한 반도체 산화물 효과 3가지를 들 수 있다.
For example, when the graphite oxide is diluted in a concrete bath on a summer day and the semiconductor oxide powder is stirred and left outdoors, a graphite oxide slurry having a significantly reduced water content can be obtained in only half a day. There are three reasons for this result: heating effect by solar absorption of concrete bath, ultraviolet effect, semiconductor oxide effect by ultraviolet light.

(4) 물리적 침전 처리법(4) physical precipitation treatment

본 발명은 「상기 (a)단계 실시 후, (a-4) 상기 액상슬러리에 2차원 흑연산화물 흡착물질을 투여하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 페이스트 제조방법」을 제공한다.The present invention, "A after the step (a), (a-4) administering the two-dimensional graphite oxide adsorbent to the liquid slurry; Cement paste manufacturing method characterized in that it further comprises.

이러한 물리적 침전법은 상기 (1)~(3) 방법과는 다른 방법으로서, 2차원 흑연산화물들을 흡착할 수 있는 물질을 사용하는 것이다. 이러한 물리적 침전법에 사용될 수 있는 대표적인 물질로서는 규조토, 다공성 실리카, 고운 오니, 고운 진흙, 탄산칼슘, 폐조개껍데기 분말, 게껍질 분말 등이 있다. 즉, 흑연 산화물들은 상기 흡착물질들과 흡착을 일으켜 침전하게 되며, 침전된 혼합체는 수분함량이 상대적으로 줄어들게 된다. 이와 같은 혼합체 침전물 용액을 저어서 그대로 사용하거나, 침전물을 걸러 투입하거나, 반건조, 완전 건조하여 사용할 수 있게 된다.
This physical precipitation method is different from the above methods (1) to (3), and uses a material capable of adsorbing two-dimensional graphite oxides. Representative materials that can be used in the physical precipitation method include diatomaceous earth, porous silica, fine sludge, fine mud, calcium carbonate, shell shell powder, crab shell powder and the like. That is, the graphite oxides are adsorbed with the adsorbents to precipitate, and the precipitated mixture is relatively reduced in water content. The mixture precipitate solution can be used as it is, or the precipitate is filtered out, semi-dried or completely dried.

이하에서는 본 발명이 제공하는 2차원 흑연산화물을 포함한 시멘트 페이스에 기초한 콘크리트의 물성에 대한 비교 실험결과를 기술하기로 한다.Hereinafter, the comparative experimental results for the physical properties of the concrete based on the cement face including the two-dimensional graphite oxide provided by the present invention will be described.

아래의 [표 1]은 2차원 흑연산화물이 포함되지 않은 일반 콘크리트(이하 '비교예'라 함)와 2차원 흑연산화물이 포함된 콘크리트(이하 '실시예'라 함)의 조성을 나타낸 배합표이다. [표 1]에 나타나지는 않았으나 비교예와 실시예 공히 감수제를 결합재 100중량부 대비 0.5중량부의 비율로 첨가(즉, 1.65㎏/㎥)하였고, AE제를 결합재 100중량부 대비 0.014의 비율로 첨가(즉, 0.0462㎏/㎥)하였다. 비교예와 실시예는 결합재량, 결합재의 조성, 물-결합재비, 공기량, 잔골재율 등이 동일하다.[Table 1] below is a compound table showing the composition of general concrete (hereinafter referred to as 'comparative example') and two-dimensional graphite oxide containing two-dimensional graphite oxide (hereinafter referred to as 'example'). Although not shown in [Table 1], both the comparative example and the example were added with a water reducing agent at a ratio of 0.5 parts by weight to 100 parts by weight of the binder (ie, 1.65 kg / m 3), and the AE agent was added at a ratio of 0.014 with respect to 100 parts by weight of the binder. (Ie, 0.0462 kg / m 3). Comparative Examples and Examples are the same amount of binder, composition of the binder, water-binding ratio, air amount, fine aggregate ratio and the like.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

- W : 물, - B : 결합재, - C : 1종 보통 포틀랜드 시멘트, -W: water,-B: binder,-C: Class 1 ordinary portland cement,

- FA : 플라이애시, - BFS : 고로슬래그 미분말, S : 잔골재, -FA: fly ash,-BFS: blast furnace slag powder, S: fine aggregate,

- G : 굵은골재, - GO : 2차원 흑연산화물-G: coarse aggregate,-GO: 2D graphite oxide

- Plain : 2차원 흑연산화물이 포함되지 않은 일반 콘크리트-Plain: General concrete without 2D graphite oxide

- 실시예 : 2차원 흑연산화물이 포함된 콘크리트Example: Concrete containing two-dimensional graphite oxide

- W/B : 물-결합재비(결합재 100중량부에 대한 물의 중량비)W / B: Water-binding ratio (weight ratio of water to 100 parts by weight of binder)

- air : 공기량(콘크리트 100부피부에 대한 공기의 부피비)
-air: air volume (volume ratio of air to concrete 100 parts by volume)

아래의 [표 2]는 비교예와 실시예의 슬럼프 및 재령별 압축강도를 정리하여 나타낸 것이다.Table 2 below summarizes the compressive strength of each slump and the age of the comparative example and the example.

[표 2][Table 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

위 실시예의 경우 2차원 흑연산화물이 2.2㎏/㎥(물 100중량부 대비 1.16중량부) 첨가된 것인데, 비교예에 비해 재령별 압축강도가 모두 크게 향상된 반면, 슬럼프는 거의 동등한 수준으로 나타났다.
In the case of the above example, the two-dimensional graphite oxide was added 2.2 kg / ㎥ (1.16 parts by weight compared to 100 parts by weight of water), the compressive strength of each age was significantly improved compared to the comparative example, the slump was found to be almost the same level.

없음none

Claims (8)

2차원 흑연산화물, 시멘트 및 물이 혼합된 시멘트 페이스트.
Cement paste mixed with two-dimensional graphite oxide, cement and water.
제1항에서,
상기 2차원 흑연산화물은 물 100중량부 대비 0.01~10.0중량부 포함된 것을 특징으로 하는 시멘트 페이스트
In claim 1,
The two-dimensional graphite oxide is a cement paste, characterized in that 0.01 to 10.0 parts by weight compared to 100 parts by weight of water
(a) 2차원 흑연산화물을 포함하는 액상슬러리를 제조하는 단계; 및
(b) 상기 액상슬러리, 시멘트 및 물을 혼합하는 단계; 를 포함하는 시멘트 페이스트 제조방법.
(a) preparing a liquid slurry containing two-dimensional graphite oxide; And
(b) mixing the liquid slurry, cement and water; Cement paste manufacturing method comprising a.
제3항에서, 상기 (a)단계 실시 후,
(a-1) 상기 액상슬러리를 가열하여 함수율을 낮추는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 페이스트 제조방법.
According to claim 3, After the step (a) is carried out,
(a-1) lowering the water content by heating the liquid slurry; Cement paste manufacturing method characterized in that it further comprises.
제3항에서, 상기 (a)단계 실시 후,
(a-2) 상기 액상슬러리에 알칼리금속, 알칼리금속의 하이드록시 화합물, 알칼리 토금속의 할라이드 화합물, 알칼리 토금속의 하이드록시 화합물, 아민류 화합물, 강염기성 화합물 중 어느 하나 이상을 투여하여 2차원 흑연산화물의 표면 친수성기를 일부 제거하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 페이스트 제조방법.
According to claim 3, After the step (a) is carried out,
(a-2) The liquid slurry is administered with at least one of an alkali metal, an alkali metal hydroxy compound, an alkaline earth metal halide compound, an alkaline earth metal hydroxy compound, an amine compound, and a strong base compound to obtain a two-dimensional graphite oxide. Removing some surface hydrophilic groups; Cement paste manufacturing method characterized in that it further comprises.
제3항에서, 상기 (a)단계 실시 후,
(a-3) 상기 액상슬러리에 자외선을 조사하여 2차원 흑연산화물의 표면 친수성기를 일부 제거하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 페이스트 제조방법.
According to claim 3, After the step (a) is carried out,
(a-3) removing some surface hydrophilic groups of the two-dimensional graphite oxide by irradiating the liquid slurry with ultraviolet rays; Cement paste manufacturing method characterized in that it further comprises.
제6항에서,
상기 (a-3)단계는 상기 액상슬러리에 광활성 효과가 있는 산화물 반도체 분말을 첨가한 후 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 시멘트 페이스트 제조방법.
The method of claim 6,
The step (a-3) is a cement paste manufacturing method, characterized in that by irradiating ultraviolet light after adding the oxide semiconductor powder having a photoactive effect to the liquid slurry.
제3항에서, 상기 (a)단계 실시 후,
(a-4) 상기 액상슬러리에 2차원 흑연산화물 흡착물질을 투여하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 페이스트 제조방법.
According to claim 3, After the step (a) is carried out,
(a-4) administering a two-dimensional graphite oxide adsorbent to the liquid slurry; Cement paste manufacturing method characterized in that it further comprises.
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