KR20140115420A - 시멘트 조성물 및 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트 조성물 및 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 시멘트 조성물과 골재를 포함하여 이루어지며, 시멘트 조성물은 보통 포틀랜드 시멘트와 혼화재 및 플라이애쉬를 포함하여 이루어지며, 상기 혼화재는 티탄석고, 석회석 및 정수오니를 포함하여 이루어지고, 보통 포틀랜드 시멘트와 혼화재 사이의 배합 비율은, 보통 포틀랜드 시멘트 91~97 중량%와, 혼화재 3~9 중량%로 이루어지며, 플라이애쉬가 보통 포틀랜드 시멘트 대비 1~3중량%의 범위로 혼합된 것에 특징이 있다.

Description

시멘트 조성물 및 콘크리트 조성물{Cement and concrete composition}

본 발명은 토목 및 건축재료로 사용되는 시멘트에 관한 것으로서, 특히 초기 압축강도와 장기 압축강도가 모두 우수하게 발현되는 시멘트 조성물에 관한 것이다.

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.

그러나 슬래그 미분말을 사용한 시멘트의 경우 장기 압축강도가 높게 나오지만 초기 압축강도가 낮아 공기지연 등의 문제가 있었다.

반면, 속경성 시멘트 또는 조강시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트에 보크사이트, 카올린, 형석 등을 첨가하여 클링커를 만들고, 이 클링커에 무수 석고, 반수 석고 등을 첨가하여 분쇄한 시멘트를 말한다. 속경성 시멘트를 사용한 콘크리트는 매우 빠르게 경화되어 재령 2~3시간 내에 200~300kgf/cm² 정도의 높은 압축강도를 나타내게 된다. 이에 속경성 시멘트는 긴급 보수, 보강공사 등에 주로 사용된다.

속경성 시멘트는 수화과정에서 형성되는 C₃S의 양이 대략 46% 정도로 보통 43% 정도의 양으로 형성되는 보통 포틀랜드 시멘트의 보다 매우 높다. 반면 속경성 시멘트는 수화과정에서 형성되는 C₂S 양이 2.3% 정도에 불과하여, 보통 포틀랜드 시멘트의 C₂S의 양 27.9%에 비하여 현저하게 낮다.

C₃S의 양이 많으면 초기의 수화반응이 빠르기 때문에 속경성이 나타나지만, 급격한 수화반응으로 인하여 추후 건조수축 및 균열이 발생하는 문제점이 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 슬래그 미분말을 이용한 시멘트의 경우 초기 압축강도가 낮아 문제가 되며, 속경성 시멘트의 경우 높은 수화열에 따른 균열이 발생하여 장기 압축강도가 저하되는 문제점이 있었다.

이에 속경성 시멘트로서의 속경성을 유지하면서도, 수화과정에서의 발열량을 낮추어 건조수축이나 균열로 인하여 장기강도가 저하되는 문제를 보완할 필요가 있다.

한편, 시멘트나 콘크리트 제조시 통상적으로 다양한 혼화재가 사용되고 있다. 혼화재는 산업부산물을 활용하여 상대적으로 고가인 시멘트를 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.

이에 초기 압축강도 저하와 장기 압축강도 저하의 문제를 동시에 해결하는 방법으로서 새로운 혼화재의 첨가를 통한 해결을 고려할 필요가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 혼화재를 이용하여 초기 압축강도와 장기 압축강도가 모두 일정 수준 이상으로 보장될 수 있는 시멘트 및 콘크리트 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시멘트 조성물은, 보통 포틀랜드 시멘트와 혼화재 및 플라이애쉬를 포함하여 이루어지는 속경성 시멘트 조성물로서, 상기 혼화재는 티탄석고, 석회석 및 정수오니를 포함하여 이루어지고, 상기 보통 포틀랜드 시멘트와 혼화재 사이의 배합 비율은, 상기 보통 포틀랜드 시멘트 91~97 중량%와, 혼화재 3~9 중량%로 이루어지며, 플라이애쉬가 상기 보통 포틀랜드 시멘트 대비 1~3중량%의 범위로 혼합된 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 플라이애쉬의 분말도는 4700Cm²/g 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 고로슬래그 미분말이 추가적으로 혼합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 혼화재는 상기 티탄석고는35~45 중량%, 상기 석회석은 25~35 중량%, 건조된 양을 기준으로 상기 정수오니는 25~35 중량%의 비율로 혼합된다.

그리고, 상기 혼화재는 가열을 통해 소성처리하되, 상기 티탄석고와 석회석은 소성 전 건조 과정을 미리 거치며, 상기 정수오니는 수분이 함유된 상태로 소성하는 것이 바람직하며, 상기 혼화재를 소성할 때의 온도는 600~1350℃의 범위이다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 정수오니에는 수분이 70~80 중량%의 비율로 함유되어 있다.

한편, 본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 시멘트 조성물과 골재를 포함하여 이루어지는 것으로서, 시멘트는 상기한 조성의 시멘트 조성물인 것에 특징이 있다.

본 발명에 따른 시멘트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 조성물은 보통 포틀랜드 시멘트에 혼화재를 첨가함으로써, 초기 재령에서 높은 압축강도를 유지함은 물론 건조수축이나 균열 발생이 일어나지 않으므로 장기강도도 높은 수준으로 발현되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에서 사용하는 혼화재인 티탄석고와, 정수오니 및 석회석의 성분을 나타낸 표이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에서 사용하는 혼화재의 소성 전 및 소성 후의 현미경 사진이다.
도 4는 티탄석고, 석회석 및 정수오니를 소성 및 분쇄한 후의 혼화재의 화학성분 및 함량을 나타낸 표이다.
도 5는 본 발명에서 사용하는 플라이애쉬의 특성을 비교한 표이다.
도 6은 본 발명에 따른 속경성 시멘트를 이용하여 제조한 콘크리트 시료의 배합표이다.
도 7 및 도 8은 도 6의 표에 따라 제조된 콘크리트 시료에 대한 압축강도를 시험한 결과가 나타나 있는 표와 그래프이다.
도 9는 도 5의 시료1 내지 시료 4의 수화열을 측정한 결과가 나타나 있는 표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 조성물에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 속경성 시멘트 조성물은 시멘트와 혼화재를 포함하여 이루어진다.

본 발명에서 시멘트는 토목 및 건축 업계에서 일반적으로 사용하는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)를 사용한다.

그리고 본 발명에서는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하면서도 속경성 및 장기강도를 발현하기 위해 혼화재를 사용한다. 본 발명에서 사용하는 혼화재는 본 출원인에 의해 고로슬래그 시멘트의 초기 강도를 높이기 위해 개발된 것이다. 즉, 고로슬래그 시멘트의 경우 장기 압축강도는 매우 우수한 반면, 초기 압축강도가 매우 낮아 공사 기간이 길어지는 등의 문제가 있었다. 본 출원인은 고로슬래그 시멘트의 초기 압축강도를 올리고자 혼화재를 개발하여 고로슬래그 시멘트의 단점을 보완하였다.

본 출원인은 본 혼화재를 보통 포틀랜드 시멘트에 단독으로 적용한 결과, 보통 포틀랜드 시멘트가 매우 빨리 경화되면서 초기 재령에서 압축강도가 높게 형성되는 것을 확인하였으며, 더 나아가 속경성 시멘트의 문제로 지적되었던 높은 수화열에 따른 건조수축 및 균열이 발생되지 않음을 발견하였다.

이에 본 혼화재를 보통 포틀랜드 시멘트에 첨가하여 속경성 및 장기강도 우수성을 확보한 것이다. 본 발명에서 사용하는 혼화재는 티탄석고, 석회석 및 정수오니로 이루어진다.

도 1의 표에는 본 발명에서 사용하는 혼화재인 티탄석고와, 정수오니 및 석회석의 성분이 나타나 있다.

티탄석고(titanogypsum)는 황산법으로 산화 티탄를 제조할 때 부산물로 생성되는 화학 석고이다.

본 발명의 일 실시예에서 사용하는 티탄석고의 경우 황의 산성을 석회로 중화시키는 화학반응 공정에서 발생되는 부산물로서, 개략적 성분함량은 도 1의 표에 나타난 바와 같다. 즉, SiO₂ 2.1 중량%, Al₂O₃ 0.7 중량%, Fe₂O₃ 1.0중량%, CaO 39.2 중량%, MgO 0.5 중량%, SO₃ 54.3 중량%, K₂O 0.1 중량%, TiO₂ 1.7 중량%로 이루어진다.

상기한 바와 같이, 티탄석고는 SO₃의 함량이 54.3 중량%, CaO의 함량이 39.2중량%로서 매우 높다. 따라서 C₃A 계열 및 알카리 함유량이 많은 시멘트에 티탄석고가 과량 혼합되는 경우 시멘트의 응결이 너무 빨라지고, 너무 적게 첨가되는 경우 응결이 지연되고 시멘트가 과팽창되는 문제가 있다. 이에 본 발명의 일 실시예에서는 티탄석고를 35~45 중량%의 비율로 혼화재에 혼합한다.

그리고, 본 발명에서 사용하는 석회석의 경우, 도 1의 표에 나타난 바와 같이, CaO 성분이 96.7 중량%로 압도적인 비율을 차지하며, 티탄석고 및 물과 함께 혼합되는 경우 빠른 수화반응을 통해 시멘트의 초기 강도를 증진시키는 역할을 하는 것으로 실험을 통해 확인되었다. 그리고 CaO 성분은 시멘트 내에서 지속적으로 수화반응을 일으키는데, 특히 시멘트의 초기 강도를 증대시키는 작용을 한다.

또한, 본 발명에서 사용하는 정수오니는 정수처리장에서 생물학적 처리를 통해 발생하는 부산물로서, 도 1의 표에 나타난 바와 같이, SiO₂와 Al₂O₃의 함량이 각각 46.6 중량% 및 39.7 중량%로 높다. SiO₂는 주로 시멘트의 장기 강도 발현에 기여하며, Al₂O₃는 시멘트의 초기 강도 발현에 기여한다.

본 발명에서는 석회석과 정수오니를 각각 25~35 중량%의 비율로 혼합하여, 시멘트의 초기 강도 및 장기 강도가 모두 일정 수준 이상으로 발현되도록 한다.

정수오니는 탁질과 수산화알루미늄이 주성분인데 본 실시예에서 사용하는 정수오니는 수분이 70~80%의 범위로 함유되어 있다. 위에서 정수오니를 25~35중량%의 범위로 혼화재에 혼합한다고 하는 것의 의미는 수분을 제거한 상태의 건조량을 기준으로 하는 것이다. 본 실시예에 따른 혼화재를 제조하는 공정에서는 정수오니를 건조하지 않고 수분을 함유한 상태로 그대로 소성을 진행하므로, 실제 정수오니의 첨가량은 수분의 중량을 합하여 계산된다.

한편, 본 발명에서는 상기한 티탄석고, 석회석 및 정수오니를 그대로 사용하는 것이 아니라, 소성 처리를 한다는 데에 중요한 특징이 있다.

즉, 상기한 비율로 티탄석고, 석회석 및 정수오니를 혼합한 상태로 로에 넣고 600~1450℃의 온도로 대략 20~40분 동안 가열한다. 이수석고의 경우 소성을 하는 경우 수분이 증가하는 현상만 나타날 뿐, 시멘트에 혼합하였을 때 특별한 변화를 일으키지 않는다. 그러나, 티탄석고의 경우 소성을 한 후 시멘트에 혼합하는 경우 석회석 및 정수오니와 화학적 반응을 통해 에트린자이트(CSH) 및 C₃S를 생성하며, 시멘트의 압축강도를 증진시키는 것으로 확인되었다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 혼화재에 대한 실험 결과로서, 혼화재를 소성하기 전에 찍은 현미경 사진 및 소성 후에 찍은 현미경 사진이 나타나 있다.

도 2의 소성 전 사진과 도 3의 소성 후 사진을 비교하면, 도 3의 소성 후 현미경 사진에서는 침상으로 에트린자이트가 형성되었음을 알 수 있다. 이렇게 본 발명에 따른 혼화재를 소성하게 되면 에트린자이트 광물이 형성됨으로써 시멘트의 초기 강도를 증진시키게 된다. 또한, 본 발명에 따른 혼화재를 소성하면 혼합제는 강알카리성을 나타내어 슬래그 시멘트의 자극제로서 작용할 수 있다.

특히, 본 실험에서 티탄석고를 상대적으로 많이 혼합하는 경우 에트린자이트의 생성이 늘어나는 반면, 티탄석고의 양을 줄이는 경우 에트린자이트의 형성이 줄어드는 것을 확인하였다. 이에 본 발명에서는 시멘트의 초기 강도를 증진시키고자 하는 경우, 티탄석고의 양을 대략 40 중량%로 혼합하며, 정수오니와 석회석은 30 중량%의 비율로 혼합한다.

에트린자이트의 형성은 특히 시멘트의 초기 강도에 영향을 주므로, 슬래그 시멘트의 초기 강도 발현 저하의 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

그리고, 본 발명에서 혼화재를 소성할 때, 티탄석고와 석회석의 경우 사전에 건조하는 과정을 거치며, 정수오니는 수분이 함유된 상태 그대로 소성처리 한다. 정수오니는 70~80%의 수분을 함유하고 있으며, 이 수분으로 인하여 티탄석고, 석회석 및 정수오니가 소성과정에서 혼화재로 광물화하는데 기여하기 때문이다. 또한, 티탄석고와 석회석은 105℃의 건조로에서 사전에 건조를 거치면서 수분을 증발시키기 때문에 혼화재의 각 성분별 배합비율을 정확하게 맞출 수 있다. 석회석과 티탄석고의 경우 정수오니와 달리 자체적으로 보유한 수분 함량을 정확하게 측정하기 곤란하므로 건조를 통해 수분을 제외한 상태로 만들어 배합비율을 맞출 수 있다.

다른 한편으로 정수오니의 경우 105℃ 정도에서 건조를 하면 악취가 심하게 발생하여 작업 환경은 물론 주변의 민원이 발생할 수 있으며, 소성과정에서 일정량의 수분을 필요로 하므로 정수오니의 함유 수분을 통해 2가지의 문제를 함께 해결한다.

도 4에는 티탄석고, 석회석 및 정수오니를 다양한 배합비율로 혼합하여 소성 및 분쇄한 후의 혼화재의 화학성분 및 함량이 나타나 있다. 도 4의 표를 참고하면, 티탄석고와 석회석 및 정수오니를 1:1:1의 범위로 혼합하였을 때와, 4:3:3의 비율로 혼합하였을 때 CaO와 SO₃의 함량이 가장 많은 것으로 조사되어, 초기압축강도와 장기압축강도가 고르게 발현되는데 있어서도 최적화된 배합으로 평가된다.

한편, 본 발명에서는 플라이애쉬를 더 혼합하는 것에 특징이 있다. 플라이애쉬는 보통 포틀랜드 시멘트 대비 1~3중량%의 범위로 혼합된다. 플라이애쉬를 사용하면 콘크리트의 재료분리 및 블리딩 현상이 감소되며, 수밀성이 향상되는 특징이 있다.

특히, 본 발명에서 사용하는 플라이애쉬는, 도 5에 나타난 바와 같이, 분말도가 4700Cm²/g으로 매우 작은 세립질로 되어 있어 반응성이 우수하며, 속경성을 발휘한다는 점에 특징이 있다. 또한 플라이애쉬 1종과 비교하여, 이산화규소의 함량이 높으며, 강열 감량이 낮다는 특징이 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에서는 고로슬래그 미분말을 첨가할 수 있다. 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 산성피막이 입자를 둘러싸게 되어 수화반응이 억제되는데, 이 때문에 고로슬래그 미분말을 사용하면 초기의 수화반응 발현율이 현저히 떨어지고, 특히 저온에서의 강도 발현율이 낮다.

즉, 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.

그러나, 본 발명에서 사용하는 혼화재는 고로슬래그 미분말의 산성 피막을 빠르게 제거하여 수화를 촉진시키는 이점이 있다. 따라서, 고로슬래그 미분말을 첨가하는 경우에도 본 발명에 따른 시멘트 조성물의 속경성에 영향을 미치지 않으며, 고로슬래그의 중요한 장점인 장기강도 발현을 기대할 수 있다.

상기한 바와 같은 조성으로 이루어진 혼화재를 시멘트에 첨가하여 시멘트 조성물을 제조하였으며, 이렇게 제조된 시멘트 조성물에 대한 압축강도 실험을 진행하였다.

실험에서는 4개의 콘크리트 시료를 제조하였다. 1번 시료는 보통 포틀랜드 시멘트를 단독으로 사용한 것이고, 2번 시료는 보통 포틀랜드 시멘트에 혼화재를 중량%로 혼합하였고, 3번 시료는 보통 포틀랜드 시멘트에 혼화재를 7중량%의 범위로 혼합하였고, 3번 시료는 보통 포틀랜드 시멘트에 혼화재를 9중량%로 혼합한 것이다. 고로슬래그미분말(BFS), 플라이애쉬(F/A)을 2~4번 시료에 첨가하였고, 물/시멘트비와 모래와 자갈의 배합비율은 도 6의 배합표와 같다.

도 6의 배합표에 따른 조성으로 제조된 콘크리트 시료에 대한 압축강도를 측정하였으며, 그 결과가 도 7의 표 및 도 8의 그래프에 나타나 있다.

도 7 및 도 8의 표를 참고하면, 보통 포틀랜드 시멘트를 단독으로 사용한 1번 시료의 경우에 비하여 본 발명에 따라 혼화재를 첨가한 2번 및 3번 시료는 1일 재령에서 압축강도가 5% 정도 높게 나타나 초기 압축강도가 높게 발현되는 것을 확인하였다. 그리고 14일 및 28일의 장기 재령에서는 2~4번 시료가 1번 시료에 비하여 압축강도가 20% 이상 높게 나타나 장기강도도 높게 나타나는 것을 확인하였다.

본 발명에서 사용하는 혼화재는 원래 고로슬래그 시멘트의 초기 압축강도를 증대시키기 위한 것이었으므로, 보통 포틀랜드 시멘트에 혼합하였을 때 초기 압축강도가 높아지는 것은 당연히 기대되는 사항이다. 중요한 점은 티탄석고, 석회석 및 정수오니로 이루어진 혼화재를 사용하여 초기 압축강도를 높게 발현시키는 경우, 수화열도 높아져 추후 수축저감과 균열이 발생할 수 있다는 것이다.

그러나, 본 발명에 따른 시멘트와 이를 이용한 콘크리트에서는 수축저감과 균열이 발생하지 않고 장기 압축강도가 보장된다는 점이 매우 중요하다. 이는 본 발명에 따른 혼화재를 사용하면 보통의 속경성 시멘트와 달리 높은 수화열이 발생하지 않기 때문이다.

도 9의 그래프는 상기 시료1 내지 시료 4의 수화열을 측정한 결과가 나타나 있다.

일반적으로 초기 압축강도가 높게 나타나는 시멘트의 경우 수화열도 보통 포틀랜드 시멘트에 비하여 높게 나타나야 하지만, 도 9의 그래프에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 시멘트에서는 수화열이 보통 포틀랜드 시멘트와 유사한 패턴을 그리며 편차가 크지 않음을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 혼화재를 사용하면 초기 압축강도는 높게 발현되지만, 수화열이 높지 않아 수축저감이나 균열 저항성이 크다는 것을 알 수 있다. 이 점이 본 발명에 따른 시멘트의 장기강도가 높게 나타나는 이유 중 하나이다. 장기 압축강도가 높은 또 다른 이유는 슬래그 미분말을 사용한 것으로 이해될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 시멘트는 티탄석고, 석회석 및 정수오니를 소성 및 분쇄하여 혼합함으로써, 초기 압축강도가 높게 발현될 뿐만 아니라, 수화열이 높지 않고 슬래그 미분말을 사용한 결과 장기 압축강도 또한 높게 나타나 기존의 속경성 시멘트 및 슬래그 시멘트의 단점들이 보완된다.

또한 본 발명에서 사용하는 티탄석고, 석회석 및 정수오니는 산업부산물을 재활용한 것으로서 친환경적이며, 재료의 원활한 공급이 가능하고, 경제적이라는 이점이 있으므로 건설 및 토목 업계에서 폭넓은 활용이 기대된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 초기 압축강도를 더욱 증대시켜 초속경 시멘트와 유사한 성질을 부여할 수 있다. 이를 위하여, 본 발명에서 사용하는 슬래그 미분말에 대한 전처리를 수행할 수 있다.

즉, 과산화수소(H₂O₂), 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃) 또는 티오황산나트륨(Na₂S₂O₃)을 물에 혼합하여 전처리용액을 제조한다. 과산화수소, 황산알루미늄 및 티오황산나트륨을 선택적으로 물에 혼합하거나, 또는 과산화수소와 황산알루미늄 및 티오황산나트륨을 함께 물에 혼합하여 전처리용액을 제조할 수 있다. 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 제조된 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.

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.

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⁺, Si^{4 +}, Mg^{2 +}, Al^{3 +} 등 이온들이 용출되어 수화가 빠르게 진행된다.

상기한 바와 같이, 피막이 제거된 상태에서 전처리된 고로슬래그를 버티컬 밀과 같은 분쇄기에 투입하여 고로슬래그를 미분말 상태로 분쇄한 후 보통 포틀랜드 시멘트에 혼합하면, 전처리를 수행하지 않은 경우에 비하여 초기 압축강도가 훨씬 높게 나타날 수 있다.

본 발명에서와 같이 전처리를 수행하여 피막을 제거하게 되면 부수적인 효과도 발생한다. 즉, 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.

이에 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래그 미분말을 사용하여 모르타르나 콘크리트를 형성하는 경우, 슬래그 미분말의 산화 피막이 제거된 상태이므로 초기 압축강도가 속경성 시멘트에 준하게 높게 나타날 수 있다.

물론, 본 발명에서는 티탄석고, 석회석 및 정수오니를 사용함으로써, 슬래그 미분말에 대한 전처리 없이도 시멘트 조성물의 초기 압축강도를 일정 수준 이상으로 보장할 수 있지만, 상기한 바와 같이, 전처리를 수행하면 초기 압축강도를 훨씬 높여서 더 높은 수준에서 속경성을 발현할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

1. 보통 포틀랜드 시멘트와 혼화재 및 플라이애쉬를 포함하여 이루어지는 시멘트 조성물로서,
   상기 혼화재는 티탄석고, 석회석 및 정수오니를 포함하여 이루어지고,
   상기 보통 포틀랜드 시멘트와 혼화재 사이의 배합 비율은, 상기 보통 포틀랜드 시멘트 91~97 중량%와, 혼화재 3~9 중량%로 이루어지며,
   플라이애쉬가 상기 보통 포틀랜드 시멘트 대비 1~3중량%의 범위로 혼합된 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 혼화재는 상기 티탄석고는35~45 중량%, 상기 석회석은 25~35 중량%, 건조된 양을 기준으로 상기 정수오니는 25~35 중량%의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
3. 제1항에 있어서,
   상기 혼화재는 가열을 통해 소성처리하되,
   상기 티탄석고와 석회석은 소성 전 건조 과정을 미리 거치며, 상기 정수오니는 수분이 함유된 상태로 소성하는 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
4. 제1항에 있어서,
   상기 정수오니에는 수분이 70~80 중량%의 비율로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
5. 제3항에 있어서,
   상기 혼화재를 소성할 때의 온도는 600~1350℃의 범위인 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
6. 제1항에 있어서,
   상기 플라이애쉬의 분말도는 4700Cm²/g 이상인 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
7. 제1항에 있어서,
   고로슬래그 미분말이 추가적으로 혼합되는 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
8. 시멘트 조성물과 골재를 포함하여 이루어지는 콘크리트 조성물로서,
   상기 시멘트는 청구항 1 내지 청구항 7에 기재된 시멘트 조성물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물.

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