KR20200021266A - Binder composition comprising fly ash and high-strength binder prepared therefrom - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a binder composition including fly ash and a high strength binder prepared therefrom. According to the present invention, a specific content of formate is mixed with a binder obtained by mixing fly ash which is an industrial by-product and quicklime (CaO) to form a C-S-H bond, AFm phase, and katoite and calcite crystals in a binder after curing, and to increase a ratio thereof at the same time, thereby reducing pores and enhancing the initial strength and the long-term strength over time. The binder of the present invention may exhibit the strength the same as or higher than that of a cement-based binder, thereby being used as a binder substituted for the conventional cement-based binder.

Description

플라이애시를 포함하는 결합재 조성물 및 이로부터 제조된 고강도 결합재{BINDER COMPOSITION COMPRISING FLY ASH AND HIGH-STRENGTH BINDER PREPARED THEREFROM}Binder composition comprising a fly ash and a high-strength binder prepared therefrom BINDER COMPOSITION COMPRISING FLY ASH AND HIGH-STRENGTH BINDER PREPARED THEREFROM

본 발명은 플라이애시를 포함하는 결합재 조성물 및 이로부터 제조된 고강도 결합재에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 산업부산물인 플라이애시에 포름산염을 혼합한 조성물을 이용하여, 기존의 시멘트계 결합재를 대체할 수 있는 친환경적이면서 가격 경쟁력이 우수한 결합재를 얻는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a binder composition comprising a fly ash and a high strength binder prepared therefrom. Specifically, the present invention relates to a technology for obtaining an environmentally friendly and cost-competitive binder that can replace an existing cement-based binder using a composition mixed with formate of fly ash, which is an industrial by-product.

포틀랜드 시멘트는 도로, 교량, 터널, 항만, 주택, 건물 등 각종 사회간접자본의 건설에 널리 사용되는 건설용 구조재료이다. 이러한 시멘트는 석회석 등을 주원료로 하여 고온의 소성 과정을 거쳐 제조되는데, 이 과정에서, 생성되는 시멘트 1톤 당 약 0.7 내지 1.0톤의 이산화탄소 가스를 배출하게 된다. Portland cement is a structural material widely used in the construction of various social overhead capital such as roads, bridges, tunnels, harbors, houses, buildings. Such cement is manufactured through a high temperature firing process using limestone as a main raw material, and in this process, about 0.7 to 1.0 ton of carbon dioxide gas is discharged per ton of cement produced.

이에 따라, 환경적인 측면에서 산업부산물을 재활용하여 시멘트를 대체하기 위한 연구가 계속 진행되고 있다(한국 공개특허공보 제2002-0070527호 참조).Accordingly, research on replacing cement by recycling industrial by-products is being conducted in an environmental aspect (see Korean Laid-Open Patent Publication No. 2002-0070527).

시멘트를 대체하기 위한 산업부산물의 재활용은 시멘트 제조에 의한 이산화탄소 배출량을 감소시킬 수 있어 지구 환경에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 20세기 초반부터 화력발전소의 주요 산업부산물인 플라이애시를 재활용하기 위한 연구가 지속되고 있다. 국내에서는 플라이애시를 모르타르 및 콘크리트의 혼화재료로 주로 사용하고 있으나, 대부분이 활성도가 낮은 저칼슘 플라이애쉬를 사용하고 있어 플라이애시 전체 소비량은 선진국에 비해 낮은 실정이다. 또한, 아직까지 플라이애시와 같은 산업부산물을 시멘트에 일부 혼합하여 제조한 결합재들만이 알려져 있을 뿐(일본 등록특허 제5688069호), 시멘트를 전혀 사용하지 않는 무시멘트계 대체재는 알려져 있지 않거나 또는 강도 측면에서 저조한 물성을 보이는 것이 대부분이다. Recycling industrial by-products to replace cement can reduce the carbon dioxide emissions from cement production, which can have a positive impact on the global environment. Research into recycling fly ash, a major industrial by-product of thermal power plants, has been ongoing since the early 20th century. In Korea, fly ash is mainly used as a mixed material of mortar and concrete, but since most of them use low-calcium fly ash with low activity, the total consumption of fly ash is lower than that of developed countries. In addition, only binders manufactured by mixing some industrial by-products such as fly ash with cement are known (Japanese Patent No. 5688069), and cement-based substitutes which do not use cement at all are not known or in terms of strength. Most of them show poor physical properties.

한국 공개특허공보 제2002-0070527호Korean Unexamined Patent Publication No. 2002-0070527 일본 등록특허 제5688069호Japanese Patent No. 5688069

따라서, 본 발명은 시멘트계 결합재와 동등하거나 우수한 수준의 강도를 갖는 친환경 결합재 조성물을 제공하되, 비용 측면에서도 보다 경제적으로 제조할 수 있는 결합재 조성물을 제공하고자 한다. Accordingly, the present invention provides an environmentally friendly binder composition having a level of strength equivalent to or superior to that of cement-based binders, but also to provide a binder composition that can be manufactured more economically in terms of cost.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 플라이애시 100 중량부, 생석회(CaO) 5 내지 40 중량부 및 포름산염 1 내지 20 중량부를 포함하는, 결합재 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a binder composition comprising 100 parts by weight of fly ash, 5 to 40 parts by weight of quicklime (CaO) and 1 to 20 parts by weight of formate.

상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 (1) 플라이애시 100 중량부, 생석회(CaO) 5 내지 40 중량부 및 포름산염 1 내지 20 중량부를 혼합하여 결합재 조성물을 제조하는 단계; 및 (2) 상기 조성물에 물을 혼합하여 양생하는 단계를 포함하는, 결합재의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above another object, the present invention comprises the steps of (1) preparing a binder composition by mixing 100 parts by weight of fly ash, 5 to 40 parts by weight of quicklime (CaO) and 1 to 20 parts by weight of formate; And (2) it provides a method for producing a binder, comprising the step of curing by mixing water to the composition.

상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상기 결합재 조성물을 양생시켜 얻어진 결합재를 제공한다.In order to achieve the above another object, the present invention provides a binder obtained by curing the binder composition.

본 발명은 산업부산물인 플라이애시와 생석회(CaO)를 혼합한 바인더에 특정 함량으로 포름산염을 혼합함으로써, 양생 이후에 결합재 내 카토이트(katoite) 결정, C-S-H 결합, AFm phase, 및 방해석(calcite) 결정을 형성함과 동시에 이들의 비율을 높임으로써 공극을 줄이고, 초기 강도 및 시간 경과에 따른 장기 강도를 증진시킬 수 있다. 이렇게 제조된 본 발명의 결합재는 시멘트계 결합재와 동등하거나 또는 그 이상의 강도를 나타낼 수 있으므로, 종래 시멘트계 결합재를 대체할 수 있는 결합재로 사용될 수 있다. The present invention is to mix the formate to a specific content in a binder of a mixture of fly ash and quicklime (CaO), which is an industrial by-product, after the curing, the katoite crystal in the binder, CSH bond, AFm phase, and calcite By increasing the proportion of these while forming crystals, it is possible to reduce the voids and to increase the initial strength and the long-term strength over time. Thus prepared binder of the present invention may exhibit the same or more strength than the cement-based binder, it can be used as a binder that can replace the conventional cement-based binder.

또한, 본 발명은 산업부산물인 플라이애시를 주성분으로 하고 있으므로, 제조 과정에서 이산화탄소 발생이 적어 친환경적이고, 대형 제조시설 없이 재료들의 단순 혼합만으로 목적하는 결합재를 경제적으로 제조할 수 있다. In addition, since the present invention is mainly composed of fly ash, which is an industrial by-product, it produces less carbon dioxide in the manufacturing process and is environmentally friendly, and it is possible to economically manufacture a desired binder by simply mixing materials without a large manufacturing facility.

따라서, 본 발명의 결합재 조성물 및 이로부터 제조된 결합재는 건축, 타일 접착, 줄눈 시공 등 시멘트계 결합재가 사용될 수 있는 전 분야에 유용하게 적용될 수 있다. Therefore, the binder composition of the present invention and the binder prepared therefrom can be usefully applied to all fields in which cement-based binders can be used, such as construction, tile bonding, joint construction, and the like.

도 1은 결합재 샘플들의 양생 기간에 따른 압축 강도를 나타낸 그래프이다(평가예 1).
도 2는 결합재 샘플들의 양생 기간에 따른 XRD 회절분석 그래프이다(평가예 2).
도 3은 재령 28일 기준 결합재 샘플들의 열중량분석 그래프이다(평가예 3).
도 4는 재령 28일 기준 결합재 샘플들의 27Al 핵자기 공명 분광 분석 그래프이다(평가예 4).
도 5 내지 7은 재령 3일 및 28일 기준 결합재 샘플들의 공극 크기를 수은압입법으로 측정하여 나타낸 그래프이다(평가예 5).
1 is a graph showing the compressive strength according to the curing period of the binder samples (Evaluation Example 1).
2 is an XRD diffraction graph according to the curing period of the binder samples (Evaluation Example 2).
3 is a thermogravimetric analysis of binder samples of age 28 days (Evaluation Example 3).
4 is a graph of 27 Al nuclear magnetic resonance spectroscopy of the binder samples of age 28 days (Evaluation 4).
5 to 7 are graphs showing the pore sizes of the binder samples of age 3 and 28 by mercury intrusion (evaluation example 5).

본 발명은 이하에 개시된 내용에 한정되는 것이 아니라, 발명의 요지가 변경되지 않는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다. The present invention is not limited to the contents disclosed below, but may be modified in various forms as long as the gist of the present invention is not changed.

본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 본 명세서에 기재된 구성성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로써 수식되는 것으로 이해하여야 한다."Including" in the present specification means that it may further include other components unless otherwise specified. In addition, all numbers and expressions indicating the amounts of ingredients, reaction conditions, and the like described herein are to be understood as being modified in all instances by the term "about" unless otherwise specified.

본 발명은 플라이애시 100 중량부, 생석회(CaO) 5 내지 40 중량부 및 포름산염 1 내지 20 중량부를 포함하는, 결합재 조성물을 제공한다.The present invention provides a binder composition comprising 100 parts by weight of fly ash, 5 to 40 parts by weight of quicklime (CaO) and 1 to 20 parts by weight of formate.

상기 각각의 원료 성분들은 건식 상태로 혼합될 수 있다. 예를 들면, 상기 조성물은 상기 플라이애시, 생석회 및 포름산염 각각의 분말을 혼합한 것일 수 있다. Each of the raw material components may be mixed in a dry state. For example, the composition may be a mixture of the powder of each of the fly ash, quicklime and formate.

이하 각 성분별로 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each component will be described in detail.

플라이애시Fly ash (Fly (Fly ash;FAash; FA ))

플라이애시는 석탄을 연소하는 화력 발전소 등에서 발생하는 석탄재 중 미분탄 연소 보일러의 집진기로 포집되는 입자상의 재를 말한다.Fly ash refers to particulate ash collected by a dust collector of a pulverized coal combustion boiler among coal ashes generated from a coal-fired power plant.

플라이애시는 시멘트의 성질을 개선하기 위한 목적으로 사용되고 있으며, 주로 시멘트에 혼화제로 혼합되어 쓰인다.Fly ash is used for the purpose of improving the properties of cement, and is mainly mixed with cement as admixture.

본 발명에서는 이러한 플라이애시를 주성분으로 포함하고, 하기 설명하는 다른 성분들과 혼합함으로써 시멘트와 동등 또는 그 이상의 강도를 갖는 결합재를 형성할 수 있다. In the present invention, the fly ash may be included as a main component and mixed with other components described below to form a binder having a strength equal to or greater than that of cement.

플라이애시는 SiO2, Al2O3 를 주성분으로 포함하는 유리질 물질로서 구형에 가까운 입자 형태를 갖는다. Fly Ash is SiO 2 , Al 2 O 3 It is a glassy substance containing as a main component, and has a particle shape close to spherical shape.

구체적으로, 상기 플라이애시는 0.5 내지 500 ㎛, 1 내지 500 ㎛, 0.5 내지 300 ㎛, 0.5 내지 280 ㎛, 또는 0.5 내지 235 ㎛의 평균입경을 가질 수 있고, SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, K2O, MgO, Na2O, TiO2, SO3 및 P2O5를 각각 45 내지 70 중량%, 15 내지 30 중량%, 5 내지 15 중량%, 1 내지 10 중량%, 0.1 내지 3 중량%, 0.1 내지 3 중량%, 0.1 내지 3 중량%, 0.1 내지 2 중량%, 0.1 내지 2 중량% 및 0.1 내지 2 중량%의 양으로 포함할 수 있다. Specifically, the fly ash may have an average particle diameter of 0.5 to 500 ㎛, 1 to 500 ㎛, 0.5 to 300 ㎛, 0.5 to 280 ㎛, or 0.5 to 235 ㎛, SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 45 to 70 weight percent, 15 to 30 weight percent, 5 to 15 weight percent, 1 to 10 weight percent of O 3 , CaO, K 2 O, MgO, Na 2 O, TiO 2 , SO 3 and P 2 O 5 , respectively. , 0.1 to 3 wt%, 0.1 to 3 wt%, 0.1 to 3 wt%, 0.1 to 2 wt%, 0.1 to 2 wt% and 0.1 to 2 wt%.

생석회(quicklime( CaOCaO ))

생석회는 상기 플라이애시의 포졸란 반응을 유도하는 활성화제이다.Quicklime is an activator that induces the pozzolanic response of the fly ash.

포졸란 반응은 단독으로는 물과 반응하여 경화하지 못하는 물질들, 예컨대, 플라이애시, 규조토, 화산재, 시멘트 등이 수중에서 석회와 반응하여 경화하는 반응을 말한다.The pozzolanic reaction refers to a reaction in which substances which cannot react with water alone and harden, for example, fly ash, diatomaceous earth, volcanic ash, cement, and the like react with lime in water to cure.

상기 플라이애시는 단독으로 물과 반응 및 경화하지 못하므로, NaOH와 같은 강알칼리 활성화제를 이용하여 활성화시켜 사용하는 것이 일반적이었다. 그러나, 알칼리 활성화제는 pH가 높고 가격이 비싸 상용화하는데 문제가 있다.Since the fly ash alone cannot react with and harden with water, it was generally used by activating a strong alkali activator such as NaOH. However, alkali activators have high pH and high price, which causes problems in commercialization.

본 발명은 이러한 알칼리 활성화제보다 저렴하고 pH가 낮은 생석회를 사용하여 플라이애시를 석회 활성화시켜 포졸란 반응을 유도할 수 있다. 나아가, 상기 생석회를 포함하는 조성물은 양생 후, 결합재 내에 시멘트와 동일한 C-S-H 결합을 가짐으로써 시멘트와 유사한 물성을 가질 수 있다. The present invention can induce pozzolanic reactions by lime-activating fly ashes using quicklime which is cheaper than these alkali activators and has a lower pH. Furthermore, the composition including the quicklime may have properties similar to those of cement by having the same C-S-H bond as cement in the binder after curing.

상기 생석회의 함량은 상기 플라이애시 100 중량부를 기준으로 5 내지 40 중량부, 또는 10 내지 35 중량부일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 플라이애시의 포졸란 반응을 적정 속도로 유도할 수 있다.The quicklime content may be 5 to 40 parts by weight, or 10 to 35 parts by weight based on 100 parts by weight of the fly ash. Within this range, the pozzolanic reaction of the fly ash can be induced at an appropriate rate.

포름산염Formate

포름산염은 일반적으로 시멘트의 응결촉진제, 부식방지제, 동결방지제로 많이 사용되고 있으나, 본 발명에서는 석회 활성화된 플라이애시에 첨가되어 결합재 내 C-S-H 결합, 알루미나-산화철-황산염(AFm phase) 결정, 카토이트(katoite) 결정 및 방해석(calcite) 결정을 형성시킬 수 있다. Formate is generally used as a coagulant, corrosion inhibitor, and cryoprotectant of cement, but in the present invention, it is added to lime-activated fly ash to form CSH bond, alumina-iron oxide-sulphate (AFm phase) crystal, katoite) crystals and calcite crystals can be formed.

C-S-H 결합(calcium-silicate-hydrate 결합)은 시멘트에 존재하는 주요 결합 구조이며, AFm phase는 수화된 결합재 내 형성되는 상(phase) 또는 구조로서 알루미나-산화철-황산염을 포함한다.C-S-H bond (calcium-silicate-hydrate bond) is the main bond structure present in cement, and AFm phase includes alumina-iron oxide-sulphate as a phase or structure formed in the hydrated binder.

카토이트(katoite) 결정은 알루미늄, 칼슘, 수소, 산소 및 실리콘을 포함하는 정육면체 광물을 의미한다. 방해석(calcite) 결정은 탄산칼슘으로 이루어진 흰색 또는 투명한 광물질이다.Katoite crystals refer to cube minerals including aluminum, calcium, hydrogen, oxygen, and silicon. Calcite crystals are white or transparent minerals made of calcium carbonate.

이러한 결합 및 결정을 포함하는 결합재는 C-S-H 결합 생성을 촉진하고 경화체 내 공극률 및 공극 크기를 감소시킬 수 있으므로 결합재의 강도를 현저히 향상시킬 수 있다. Binders containing such bonds and crystals can promote C-S-H bond formation and reduce the porosity and pore size in the cured body, which can significantly improve the strength of the binder.

본 발명에 따르면, 상기 포름산염은 Ca(HCOO)2, NaHCOO, 및 KHCOO로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 구체적으로 Ca(HCOO)2, NaHCOO, 또는 KHCOO 일 수 있다. 이때, 상기 포름산염은 99% 순도의 것일 수 있다.According to the present invention, the formate may be at least one selected from the group consisting of Ca (HCOO) 2 , NaHCOO, and KHCOO, and specifically, Ca (HCOO) 2 , NaHCOO, or KHCOO. In this case, the formate may be 99% pure.

상기 포름산염의 함량은 상기 플라이애시 100 중량부를 기준으로 1 내지 20 중량부, 또는 1 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 결합재 형성시 결합재 내 C-S-H 결합, 알루미나-산화철-황산염(AFm phase) 결정, 카토이트(katoite) 결정 및 방해석(calcite) 결정을 형성할 수 있으므로, 압축 강도를 보다 향상시킬 수 있다.The content of the formate may be 1 to 20 parts by weight, or 1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the fly ash. Within this range, it is possible to form CSH bonds, alumina-iron oxide-sulphate (AFm phase) crystals, katowite (katoite) crystals, and calcite crystals in the binder when the binder is formed, thereby improving compressive strength. .

상술한 바와 같은 조성물은 양생 후, X-선 회절(XRD) 스펙트럼 측정 시 C-S-H 피크, 알루미나-산화철-황산염(AFm phase) 피크, 카토이트(katoite) 피크 및 방해석(calcite) 피크를 포함할 수 있다. 이때, C-S-H 피크는 C-S-H 결합에 기인하여 생기는 피크를, AFm phase 피크는 알루미나-산화철-황산염 결정의 존재에 기인하여 생기는 피크를, 카토이트 피크는 카토이트 결정의 존재에 기인하여 생기는 피크를, 방해석 피크는 방해석 결정의 존재에 기인하여 생기는 피크를 각각 의미한다. The composition as described above may include a CSH peak, an alumina-iron oxide-sulphate (AFm phase) peak, a katotoite peak, and a calcite peak after X-ray diffraction (XRD) spectrum measurement after curing. . In this case, the CSH peak is a peak due to the CSH bond, the AFm phase peak is a peak due to the presence of alumina-iron oxide-sulphate crystals, the cathotic peak is a peak due to the presence of the cathoid crystals, calcite Peaks each mean a peak resulting from the presence of calcite crystals.

이때, 양생은 결합재의 경화를 유지 또는 촉진하기 위해 결합재에 가하는 환경적 처리로서, 구체적으로는 결합재 조성물을 고온에서 습윤한 환경 조건 하에 경화시키는 고온 습윤 양생을 의미한다. In this case, curing is an environmental treatment applied to the binder to maintain or promote curing of the binder, and specifically, refers to a high temperature wet curing for curing the binder composition under wet environment conditions.

상기 조성물은 양생 전 대비 양생 후 알루미늄(Al)을 감소된 양으로 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 알루미늄은 플라이애시의 주성분이기 때문에, 플라이애시가 생석회에 의해 석회 활성화된 후 포름산염과 수중에서 반응 및 경화하여, 상기 C-S-H 결합, 알루미나-산화철-황산염(AFm phase) 결정, 및 카토이트(katoite) 결정을 형성함으로써 감소하게 된다.The composition may include a reduced amount of aluminum (Al) after curing compared to before curing. Specifically, since the aluminum is the main component of the fly ash, the fly ash is lime activated by quicklime, and then reacted and cured with formate in water to form the CSH bond, alumina-iron oxide-sulphate (AFm phase) crystal, and katoi. It is reduced by forming a katoite crystal.

고강도 High strength 결합재의Of binder 제조방법 Manufacturing method

본 발명은 (1) 플라이애시 100 중량부, 생석회(CaO) 5 내지 40 중량부 및 포름산염 1 내지 20 중량부를 혼합하여 결합재 조성물을 제조하는 단계; 및 (2) 상기 조성물에 물을 혼합하여 양생하는 단계를 포함하는, 결합재의 제조방법을 제공한다.The present invention is to prepare a binder composition by mixing (1) 100 parts by weight of fly ash, 5 to 40 parts by weight of quicklime (CaO) and 1 to 20 parts by weight of formate; And (2) it provides a method for producing a binder, comprising the step of curing by mixing water to the composition.

재령은 상기 조성물에 물을 혼합하여 양생을 시작한 이후 경과일수를 말한다. Age is the number of days since the start of curing by mixing water with the composition.

단계 (1)에서는 플라이애시, 생석회 및 포름산염을 포함하는 조성물을 제조한다.Step (1) prepares a composition comprising fly ash, quicklime and formate.

상기 조성물은 이들 각각의 원료 성분들을 건식 상태로 혼합할 수 있다.The composition may mix these respective raw ingredients in a dry state.

상기 조성물에 포함되는 성분들의 혼합 비율은, 상기 플라이애시 100 중량부를 기준으로, 생석회 5 내지 40 중량부, 또는 10 내지 35 중량부일 수 있고, 포름산염은 1 내지 20 중량부, 또는 1 내지 15 중량부일 수 있다. The mixing ratio of the components included in the composition may be 5 to 40 parts by weight, or 10 to 35 parts by weight, based on 100 parts by weight of the fly ash, and formate is 1 to 20 parts by weight, or 1 to 15 parts by weight. It may be wealth.

단계 (2)에서는 상기 조성물에 물을 혼합하여 양생한다. 구체적으로, 상기 단계 (2)에서는 상기 조성물 100 중량부를 기준으로 20 내지 50 중량부, 또는 20 내지 40 중량부의 양으로 물을 혼합할 수 있다. 상기 범위 내일 때, 조성물 양생 후에 높은 압축 강도를 발휘하는데 보다 유리하다. In step (2), the composition is cured by mixing water. Specifically, in step (2), water may be mixed in an amount of 20 to 50 parts by weight, or 20 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the composition. When in the said range, it is more advantageous to exhibit high compressive strength after composition curing.

상기 양생은 1 내지 50일, 3 내지 40일, 7 내지 30일, 15 내지 30일, 또는 25 내지 30일의 기간 동안 수행될 수 있다. 상기 양생 기간 범위 내에서, 상기 조성물이 보다 높은 압축강도를 발휘할 수 있다.The curing may be carried out for a period of 1 to 50 days, 3 to 40 days, 7 to 30 days, 15 to 30 days, or 25 to 30 days. Within the curing period, the composition can exhibit a higher compressive strength.

상기 단계 (2)의 양생은 고온 습윤 양생일 수 있다. 예를 들면, 상기 단계 (2)의 양생은 40 내지 80℃ 또는 50 내지 75℃의 온도 및 80% 이상, 80 내지 95%, 또는 90 내지 99%의 상대습도(RH) 조건에서 수행할 수 있다.  The curing of step (2) may be high temperature wet curing. For example, curing of step (2) can be carried out at a temperature of 40 to 80 ℃ or 50 to 75 ℃ and a relative humidity (RH) of 80% or more, 80 to 95%, or 90 to 99%. .

보다 구체적으로, 상기 단계 (2)의 양생은 60℃ 및 상대습도 95% 조건에서 물과 혼합하고 3일 내지 28일의 기간동안 수행될 수 있다. 상기 압축강도는 예를 들어 KS L 5105의 규준에 따라 측정된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 압축강도는 3일 재령에서 8 내지 25 MPa, 7일 재령에서 10 내지 45 MPa, 또는 10 내지 42 MPa, 또는 28일 재령에서 10 MPa 이상, 13 MPa 이상, 10 내지 55 MPa 또는 13 내지 51 MPa일 수 있다. More specifically, the curing of step (2) may be carried out for 3 to 28 days of mixing with water at 60 ℃ and 95% relative humidity conditions. The compressive strength may be measured according to the standards of KS L 5105, for example. For example, the compressive strength is 8 to 25 MPa at 3 days of age, 10 to 45 MPa at 7 days of age, or 10 to 42 MPa, or at least 10 MPa, at least 13 MPa, 10 to 55 MPa at 28 days of age, or 13 to 51 MPa.

이러한 방법에 의해 본 발명은 상기 결합재 조성물을 양생 후 경화시켜 얻어진 결합재를 제공할 수 있다. By this method, the present invention can provide a binder obtained by curing the binder composition after curing.

결합재Binder

본 발명에 따르면, 상기 결합재는 다수의 공극을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 결합재는 구조 내 50 nm 이하, 20 nm 이하, 20 내지 40 nm, 10nm 내지 20 nm, 또는 10 nm 이하의 크기를 갖는 공극을 가질 수 있다.According to the present invention, the binder may have a plurality of voids. Specifically, the binder may have pores having a size of 50 nm or less, 20 nm or less, 20 to 40 nm, 10 nm to 20 nm, or 10 nm or less in the structure.

상기 결합재 내 공극은 모세관 공극(capillary pore)과 공기 공극(air void, 모세관 공극보다 큼)으로 구분될 수 있다. 일반적으로, 공극의 비율이 적을수록 강도 측면에서 바람직하다, 또한, 공기 공극의 비율보다 모세관 공극의 비율이 높을수록 바람직하다. The pores in the binder may be divided into capillary pores and air voids (greater than capillary pores). In general, the smaller the proportion of the pores, the better in terms of strength, and the higher the proportion of the capillary pores than the proportion of the air pores.

50 nm 이하의 크기를 갖는 모세관 공극을 포함하는 경우 크리프(creep; 일정한 하중이 장기간 유지될 때 결합재 변형이 증대되는 현상) 및 수축 등의 장기거동에 바람직한 영향을 줄 수 있는 반면, 50 nm보다 큰 모세관 공극을 포함하는 경우는 강도에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.Including capillary pores with a size of 50 nm or less may have a desirable effect on long-term behaviors such as creep (a phenomenon in which binder deformation increases when a constant load is maintained for a long time) and shrinkage, while larger than 50 nm Including capillary pores can negatively affect strength.

본 발명에 따른 결합재는 모세관 공극의 평균 크기가 미세한 수준일 뿐만 아니라, 종래 시멘트계 결합재 대비 모세관 공극 및 공기 공극의 비율이 낮으므로, 강도 향상에 보다 효과적이다. The binder according to the present invention is not only fine in the average size of the capillary pores, but also has a low ratio of capillary pores and air pores compared to conventional cement-based binders, and thus is more effective in improving strength.

나아가, 상기 결합재는 50% 이하, 40 내지 50%, 30 내지 40%, 또는 20 내지 30%의 공극률을 가질 수 있다. 상기 범위 내일 때, 결합재의 초기 강도 및 장기 강도가 보다 우수하게 향상될 수 있다.  Further, the binder may have a porosity of 50% or less, 40-50%, 30-40%, or 20-30%. When in the above range, the initial strength and the long term strength of the binder can be improved better.

상기 결합재는 양생 시작 후, 25일 이상 재령시 또는 28일 재령시 10 MPa 이상, 13 MPa 이상, 10 내지 55 MPa, 또는 13 내지 51 MPa의 압축 강도를 가질 수 있다. The binder may have a compressive strength of at least 10 MPa, at least 13 MPa, at least 10 MPa, at least 55 MPa, or at least 13 MPa at 25 days or more, or 28 days of age after the start of curing.

상술한 바와 같이, 본 발명은 산업부산물인 플라이애시와 생석회(CaO)를 혼합한 바인더에 특정 함량으로 포름산염을 혼합함으로써, 양생 이후에 결합재 내 카토이트(katoite) 결정, C-S-H 결합, AFm phase, 및 방해석(calcite) 결정을 형성함과 동시에 이들의 비율을 높임으로써 공극을 줄이고, 초기 강도 및 시간 경과에 따른 장기 강도를 증진시킬 수 있다. 이렇게 제조된 본 발명의 결합재는 시멘트계 결합재와 동등하거나 또는 그 이상의 강도를 나타낼 수 있으므로, 종래 시멘트계 결합재를 대체할 수 있는 결합재로 사용될 수 있다. As described above, the present invention is to mix the formate to a specific content in a binder of fly ash and quicklime (CaO), which is an industrial by-product, after curing, the catoite crystals in the binder, CSH bond, AFm phase, And by forming calcite crystals and increasing their ratios, it is possible to reduce voids and to increase initial strength and long-term strength over time. Thus prepared binder of the present invention may exhibit the same or more strength than the cement-based binder, it can be used as a binder that can replace the conventional cement-based binder.

또한, 본 발명은 산업부산물인 플라이애시를 주성분으로 하고 있으므로, 제조 과정에서 이산화탄소 발생이 적어 친환경적이고, 대형 제조시설 없이 재료들의 단순 혼합만으로 목적하는 결합재를 경제적으로 제조할 수 있다. In addition, since the present invention is mainly composed of fly ash, which is an industrial by-product, it produces less carbon dioxide in the manufacturing process and is environmentally friendly, and it is possible to economically manufacture a desired binder by simply mixing materials without a large manufacturing facility.

따라서, 본 발명의 결합재 조성물 및 이로부터 제조된 결합재는 건축, 타일 접착, 줄눈 시공 등 시멘트계 결합재가 사용될 수 있는 전 분야에 유용하게 적용될 수 있다. Therefore, the binder composition of the present invention and the binder prepared therefrom can be usefully applied to all fields in which cement-based binders can be used, such as construction, tile bonding, joint construction, and the like.

상기 내용을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The above content is described in more detail by the following examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the examples is not limited thereto.

[[ 실시예Example ] ]

실시예Example 1:  One: 플라이애시를Fly ash 포함하는  Containing 결합재Binder 조성물의 제조 Preparation of the composition

플라이애시(fly ash;FA)(하동 화력발전소) 85 중량부, 생석회(CaO) 15 중량부 및 포름산염으로서 포름산칼슘(Ca(HCOO)2) 1 중량부를 혼합하여 결합재 조성물을 제조하였다.A binder composition was prepared by mixing 85 parts by weight of fly ash (FA) (Hadong Thermal Power Plant), 15 parts by weight of quicklime (CaO), and 1 part by weight of calcium formate (Ca (HCOO) 2 ) as formate.

실시예Example 2 내지 15:  2 to 15: 플라이애시를Fly ash 포함하는  Containing 결합재Binder 조성물의 제조 Preparation of the composition

하기 표 1에 기재된 포름산염의 함량(중량부) 및/또는 종류를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 결합재 조성물을 제조하였다.A binder composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content (parts by weight) and / or type of the formate described in Table 1 below were used.

FAFA CaOCaO 포름산염Formate Ca(HCOO)2 Ca (HCOO) 2 NaHCOONaHCOO KHCOOKHCOO 대조군Control 8585 1515 -- -- -- 실시예 1Example 1 8585 1515 1One -- -- 실시예 2Example 2 8585 1515 22 -- -- 실시예 3Example 3 8585 1515 33 -- -- 실시예 4Example 4 8585 1515 44 -- -- 실시예 5Example 5 8585 1515 55 -- -- 실시예 6Example 6 8585 1515 -- 1One -- 실시예 7Example 7 8585 1515 -- 22 -- 실시예 8Example 8 8585 1515 -- 33 -- 실시예 9Example 9 8585 1515 -- 44 -- 실시예 10Example 10 8585 1515 -- 55 -- 실시예 11Example 11 8585 1515 -- -- 1One 실시예 12Example 12 8585 1515 -- -- 22 실시예 13Example 13 8585 1515 -- -- 33 실시예 14Example 14 8585 1515 -- -- 44 실시예 15Example 15 8585 1515 -- -- 55

[[ 평가예Evaluation example ]]

평가예 1: 압축 강도Evaluation Example 1: Compressive Strength

상기 실시예 1 내지 15의 조성물 100 중량부에 대하여 물 30 중량부를 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 상기 페이스트를 한 변이 50 mm인 정육면체형의 틀에 넣고 60℃ 및 상대습도 95% 조건을 유지하며 최대 재령 28일까지 양생하여, 결합재를 각각 얻었다. A paste was prepared by mixing 30 parts by weight of water with respect to 100 parts by weight of the composition of Examples 1 to 15. The paste was placed in a 50 mm cube-shaped mold and cured up to 28 days at 60 ° C. and 95% relative humidity to obtain a binder.

상기 얻어진 결합재의 압축강도를 포틀랜드 시멘트 물리 성능 규준(KS L 5105)에 따라 측정하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.The compressive strength of the obtained binder was measured according to the Portland Cement Physical Performance Standard (KS L 5105), and the results are shown in FIG. 1.

도 1을 살펴보면, 포름산칼슘 첨가한 실시예 1 내지 5의 경우, 3일(초기) 재령시에 압축 강도가 급격히 증가한 것을 알 수 있고, 28일 재령시에는 압축 강도가 45 MPa까지 도달한 것을 확인할 수 있다. 또한, 포름산나트륨 및 포름산칼륨을 첨가한 경우(실시예 6 내지 15)에도 포름산염을 포함하지 않은 대조군에 비해 높은 압축 강도를 나타냄을 확인할 수 있다. 이로부터, 포름산염이 결합재의 강도 향상에 효과적이라는 것을 알 수 있다.Looking at Figure 1, in the case of Examples 1 to 5 added calcium formate, it can be seen that the compressive strength sharply increased at 3 days (initial) age, and confirmed that the compressive strength reached 45 MPa at 28 days of age Can be. In addition, even when sodium formate and potassium formate are added (Examples 6 to 15), it can be seen that the compressive strength is higher than that of the control group without the formate. From this, it can be seen that formate is effective for improving the strength of the binder.

평가예 2: X선 회절(X-Ray Diffraction; XRD) 분석Evaluation Example 2 X-Ray Diffraction (XRD) Analysis

실시예 3, 8 및 13의 조성물에 대하여 상기 평가예 1과 동일한 방법으로 결합재를 제조하였다. 상기 결합재를 각각 재령 1일, 3일 및 28일 양생시킨 후 분쇄하여, X선 회절 분석기(D/MAX 2500V/PC, Rigaku 社)로 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.For the compositions of Examples 3, 8 and 13, a binder was prepared in the same manner as in Evaluation Example 1. The binder was cured for 1 day, 3 days and 28 days of age, respectively, and ground and measured by an X-ray diffractometer (D / MAX 2500V / PC, Rigaku Co., Ltd.). The results are shown in FIG.

도 2를 살펴보면, 대조군의 그래프에는 플라이애시에 존재하는 결정과 함께 C-S-H 피크, 카토이트(katoite) 피크, 방해석(calcite) 피크, 및 수산화칼슘(Ca(OH)2) 피크가 나타난 것을 볼 수 있다.Referring to FIG. 2, the graph of the control group shows that the CSH peak, the katotoite peak, the calcite peak, and the calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) peak appear with the crystals present in the fly ash.

한편, 포름산칼슘을 포함하는 실시예 3으로부터 제조된 결합재는 수산화칼슘의 피크가 급격히 감소하는 대신, C-S-H 피크의 hump(피크에서 솟아나온 완만한 봉우리 부분)가 증가하였으며, AFm phase는 시간 경과에 따라 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 마찬가지로, 포름산나트륨 및 포름산칼륨을 포함하는 실시예 8 및 13도 이와 유사한 그래프를 나타냈다. 이로부터, 포름산염을 포함하는 결합재 조성물로부터 제조된 결합재는 구조 내 AFm phase, C-S-H 결합, 카토이트 결정 등의 비율이 증가하여 결합재의 강도 향상에 효과적이라는 것을 알 수 있다.On the other hand, the binder prepared from Example 3 containing calcium formate increased the hump of the CSH peak (smooth peak portion emerging from the peak) instead of the sharp decrease in the calcium hydroxide peak, and the AFm phase decreased over time. I could confirm that. Similarly, Examples 8 and 13, including sodium formate and potassium formate, showed similar graphs. From this, it can be seen that the binder prepared from the binder composition including the formate is effective in improving the strength of the binder by increasing the ratio of AFm phase, C-S-H bond, and katowite crystal in the structure.

평가예Evaluation example 3:  3: 열중량Heat weight 분석( analysis( ThermoThermo GravimetricGravimetric /Derivative / Derivative ThermoThermo GravimetricGravimetric Analysis; TG/DTG) Analysis; TG / DTG)

실시예 3, 8 및 13의 조성물에 대하여 상기 평가예 1과 동일한 방법으로 결합재를 제조하였다. 상기 결합재를 28일 양생시킨 후 분쇄하여 열중량분석기(SDT Q600, TA Instruments 社)로 분석하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.For the compositions of Examples 3, 8 and 13, a binder was prepared in the same manner as in Evaluation Example 1. The binder was cured for 28 days and then crushed and analyzed by thermogravimetric analyzer (SDT Q600, TA Instruments). The results are shown in FIG.

도 3을 살펴보면, 100℃ 부근에서 C-S-H 및 AFm phase의 DTG 피크를 볼 수 있고, 600 내지 700℃부근에서는 방해석의 DTG 피크를 볼 수 있다.Referring to Figure 3, the DTG peak of the C-S-H and AFm phase can be seen in the vicinity of 100 ℃, DTG peak of the calcite can be seen around 600 to 700 ℃.

한편, 대조군의 경우 수산화칼슘의 피크가 관찰되는 것으로 보아 반응하지 못하고 남아있는 것을 확인할 수 있는 반면, 실시예 3(포름산칼슘 포함)의 경우에는 수산화칼슘이 모두 소모되어 피크가 관찰되지 않음과 동시에 C-S-H와 카토이트의 피크가 증가한 것으로 보아 결합재 내 C-S-H와 카토이트가 생성되었음을 알 수 있다. On the other hand, in the case of the control group, the peak of the calcium hydroxide was observed, it can be confirmed that it remains unreacted, while in the case of Example 3 (including calcium formate), all of the calcium hydroxide is consumed, the peak is not observed and at the same time CSH and katoi Increased peaks in the bonds indicate the formation of CSH and catheters in the binder.

또한, 실시예 3, 8 및 13의 조성물로부터 얻어진 결합재들은 28일 재령 기준 전체 질량 감소(total weight loss)양이 현저하게 줄어들고 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 결합재 내 C-S-H와 카토이트 결정이 형성되고 이들의 비율이 증가함에 따라 반응물의 양이 감소한 것을 의미한다. 따라서, 포름산칼슘을 포함하는 결합재는 C-S-H 및 카토이트의 형성이 촉진되어 결합재의 강도 증진에 효과적이라는 것을 알 수 있다. In addition, it can be seen that the binders obtained from the compositions of Examples 3, 8, and 13 are significantly reduced in total weight loss based on the 28-day age. This means that the amount of reactants decreases as C-S-H and catoite crystals form in the binder and their proportions increase. Therefore, it can be seen that the binder containing calcium formate is effective in enhancing the strength of the binder by promoting the formation of C-S-H and the catote.

평가예Evaluation example 4: 4: 2727 AlAl 핵자기 공명 분광법( Nuclear magnetic resonance spectroscopy ( 2727 AlAl Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance ; Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance; 2727 Al MAS NMR)Al MAS NMR)

실시예 3, 8 및 13의 조성물에 대하여 상기 평가예 1과 동일한 방법으로 결합재를 제조하였다. 상기 결합재를 28일 양생시킨 후 분쇄하여 27Al 핵자기 공명 분광기(400 MHz(C) Solid State Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer, Bruker 社)로 분석하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.For the compositions of Examples 3, 8 and 13, a binder was prepared in the same manner as in Evaluation Example 1. The binder was cured for 28 days and then crushed and analyzed by a 27 Al nuclear magnetic resonance spectrometer (400 MHz (C) Solid State Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer, Bruker). The results are shown in FIG.

이때, 플라이애시는 Al의 주공급원이므로, 도 4의 모든 스펙트럼은 플라이애시와 동일한 면적을 가지도록 표준화하였다. 참고로, 플라이애시는 50 ppm을 중심으로 하는 4면체 배위의 피크, 50 ppm 부근의 넓은 비대칭형의 5면체 배위 피크 및 0ppm 부근에서 육면체 배위의 피크를 갖는다.In this case, since fly ash is the main source of Al, all spectra of FIG. 4 are normalized to have the same area as the fly ash. For reference, the fly ash has a peak of tetrahedral coordination centered at 50 ppm, a broad asymmetric pentahedral coordination peak near 50 ppm, and a hexahedral coordination peak near 0 ppm.

도 4를 살펴보면, 50 ppm을 중심으로 하는 피크(4면체 배위)가 급격히 감소하는 것으로 보아 플라이애시 내 Al이 감소하였음을 알 수 있고, 이는 활성화제(CaO)로 인해 용해되어 줄어든 것으로 예상된다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the peak in the 50 ppm center (a tetrahedral coordination) decreases sharply, indicating that Al in the fly ash is decreased, which is expected to be reduced by dissolution due to the activator (CaO).

한편, 60 내지 70 ppm 부근에서 4면체 배위의 피크가 나타난 것으로 보아 Al이 C-S-H 결합으로 치환, 및/또는 카토이트가 형성되었음을 알 수 있다. 또한, 10 ppm 부근에서 6면체 배위 피크가 강하게 나타난 것으로 보아 결합재 내 AFm phase가 형성되었음을 알 수 있다. On the other hand, since the peak of tetrahedral coordination appeared in the vicinity of 60 to 70 ppm, it can be seen that Al is substituted with a C-S-H bond and / or a catote is formed. In addition, strong hexahedral coordination peaks appeared near 10 ppm, indicating that the AFm phase was formed in the binder.

평가예Evaluation example 5:  5: 결합재Binder 내 공극 측정- Measure porosity 수은압입법Mercury intrusion (Mercury Intrusion Mercury Intrusion PorosimetryPorosimetry ; MIP); MIP)

실시예 3, 8 및 13의 조성물에 대하여 상기 평가예 1과 동일한 방법으로 결합재를 제조하였다. 이때, 상기 결합재는 한변이 5 mm인 정육면체형으로 제조하였다. For the compositions of Examples 3, 8 and 13, a binder was prepared in the same manner as in Evaluation Example 1. At this time, the binder was prepared in a cube shape of one side 5mm.

상기 결합재를 3일 및 28일 양생시킨 후 공극률 측정기(Autopore IV 9500, Micrometrics 社)를 사용하여, 수은압입법으로 결합재 내 공극률 및 평균 공극의 크기를 측정하였다. 그 결과를 도 5 내지 7에 나타내었다.After curing the binder for 3 days and 28 days, using a porosity meter (Autopore IV 9500, Micrometrics), by mercury intrusion The porosity and average pore size in the binder were measured. The results are shown in FIGS. 5 to 7.

도 5 내지 7을 살펴보면, 대조군의 경우 50 nm 내외의 다양한 크기의 모세관공극이 분포한 반면, 실시예 3(포름산칼슘 포함)의 경우에는 50 nm 이하의 공극들이 다수 분포하고 있는 것으로 보아, 재령 초기부터 강도가 향상되었음을 알 수 있다.Referring to FIGS. 5 to 7, the capillary pores having various sizes of about 50 nm were distributed in the control group, whereas in Example 3 (including calcium formate), the pores of 50 nm or less were distributed. It can be seen that the strength is improved.

한편, 경화시간이 경과함에 따라 공극 부피 및 공극의 평균 크기가 모두 감소한 것을 볼 수 있다.On the other hand, as the curing time elapses, it can be seen that both the pore volume and the average size of the pores decrease.

동일 28일 재령에서의 공극률 및 공극크기를 비교해보면, 공극률의 감소폭은 작은 반면 공극크기의 감소폭이 매우 큰 것으로 보아, 강도 증진에 공극 크기의 감소가 유효하게 작용하는 것을 알 수 있다. Comparing the porosity and the pore size at the same 28-day age, the decrease in porosity while the decrease in pore size is very large, it can be seen that the reduction in pore size is effective to increase the strength.

Claims (13)

플라이애시 100 중량부, 생석회(CaO) 5 내지 40 중량부 및 포름산염 1 내지 20 중량부를 포함하는, 결합재 조성물.A binder composition comprising 100 parts by weight of fly ash, 5 to 40 parts by weight of quicklime (CaO) and 1 to 20 parts by weight of formate. 제1항에 있어서,
상기 포름산염이 Ca(HCOO)2, NaHCOO, 및 KHCOO로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 결합재 조성물.
The method of claim 1,
The binder composition is at least one member selected from the group consisting of Ca (HCOO) 2 , NaHCOO, and KHCOO.
제1항에 있어서,
상기 생석회가 플라이애시의 포졸란 반응을 유도하는 활성화제인, 결합재 조성물.
The method of claim 1,
The quicklime is a binder composition, which is an activator for inducing a pozzolanic reaction of fly ash.
제1항에 있어서,
상기 플라이애시가 1 내지 500 ㎛의 평균 입경을 갖고,
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, K2O, MgO, Na2O, TiO2, SO3 및 P2O5를 각각 45 내지 70 중량%, 15 내지 30 중량%, 5 내지 15 중량%, 1 내지 10 중량%, 0.1 내지 3 중량%, 0.1 내지 3 중량%, 0.1 내지 3 중량%, 0.1 내지 2 중량%, 0.1 내지 2 중량% 및 0.1 내지 2 중량%의 양으로 포함하는, 결합재 조성물.
The method of claim 1,
The fly ash has an average particle diameter of 1 to 500 μm,
SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CaO, K 2 O, MgO, Na 2 O, TiO 2 , SO 3 and P 2 O 5 , respectively, 45 to 70 wt%, 15 to 30 wt%, 5 In amounts of from 15% by weight, 1 to 10% by weight, 0.1 to 3% by weight, 0.1 to 3% by weight, 0.1 to 3% by weight, 0.1 to 2% by weight, 0.1 to 2% by weight and 0.1 to 2% by weight. Binder composition.
제1항에 있어서,
상기 조성물이 양생 후, X-선 회절(XRD) 스펙트럼 측정 시 C-S-H 피크, 알루미나-산화철-황산염(AFm phase) 피크, 카토이트(katoite) 피크 및 방해석(calcite) 피크를 포함하는, 결합재 조성물.
The method of claim 1,
The binder composition, after curing, comprises a CSH peak, an alumina-iron oxide-sulphate (AFm phase) peak, a katotoite peak, and a calcite peak upon X-ray diffraction (XRD) spectrum measurement.
제1항에 있어서,
상기 조성물이 양생 전 대비 양생 후 알루미늄(Al)을 감소된 양으로 포함하는, 결합재 조성물.
The method of claim 1,
Binder composition, wherein the composition comprises a reduced amount of aluminum (Al) after curing compared to before curing.
(1) 플라이애시 100 중량부, 생석회(CaO) 5 내지 40 중량부 및 포름산염 1 내지 20 중량부를 혼합하여 결합재 조성물을 제조하는 단계; 및
(2) 상기 조성물에 물을 혼합하여 양생하는 단계를 포함하는, 결합재의 제조방법.
(1) preparing a binder composition by mixing 100 parts by weight of fly ash, 5 to 40 parts by weight of quicklime (CaO) and 1 to 20 parts by weight of formate; And
(2) mixing and curing water in the composition, a method for producing a binder.
제7항에 있어서,
상기 단계 (2)에서, 상기 조성물 100 중량부를 기준으로 20 내지 50 중량부의 양으로 물을 혼합하는, 결합재의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
In the step (2), the water is mixed in an amount of 20 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the composition, a method for producing a binder.
제7항에서,
상기 단계 (2)의 양생을 40 내지 80℃의 온도 및 80% 이상의 상대습도(RH) 조건에서 수행하는, 결합재의 제조방법.
In claim 7,
Curing of the step (2) is carried out at a temperature of 40 to 80 ℃ and relative humidity (RH) of 80% or more, the manufacturing method of the binder.
제1항의 결합재 조성물을 양생시켜 얻어진 결합재.A binder obtained by curing the binder composition of claim 1. 제10항에 있어서,
상기 결합재가 다수의 공극을 가지며, 상기 공극이 20 nm 이하의 크기를 갖는, 결합재.
The method of claim 10,
The binder has a plurality of pores, the pores having a size of 20 nm or less.
제10항에 있어서,
상기 결합재가 50% 이하의 공극률을 갖는, 결합재.
The method of claim 10,
The binder having a porosity of 50% or less.
제10항에 있어서,
상기 결합재가 양생 시작 후 25일 이상 재령시, 13 MPa 이상의 압축강도를 갖는, 결합재.
The method of claim 10,
The binder has a compressive strength of at least 13 MPa when the binder is at least 25 days after the start of curing.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020070527A (en) 2001-02-28 2002-09-10 최연왕 Refeelin artficial light weight aggregate amanufactuing method using waste PET bottle and Ground Granulated Blast-Furnace Slag
JP5688069B2 (en) 2012-12-20 2015-03-25 電気化学工業株式会社 Cement composition, mortar or concrete using the same
KR20150086257A (en) * 2012-10-09 2015-07-27 브이에이치에스씨 엘티디. Process for treating fly ash and a rotary mill therefor
JP5843441B2 (en) * 2010-12-17 2016-01-13 デンカ株式会社 Hardening accelerator and cement composition using the same
KR20160053387A (en) * 2014-11-04 2016-05-13 (주)에스엠테크 Cementless promotion-type admixture, and cementless composition comprising it
KR20180009261A (en) * 2016-07-18 2018-01-26 이지스 주식회사 Mixture of early strength for cement concrete including slag and manufacturing method of the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020070527A (en) 2001-02-28 2002-09-10 최연왕 Refeelin artficial light weight aggregate amanufactuing method using waste PET bottle and Ground Granulated Blast-Furnace Slag
JP5843441B2 (en) * 2010-12-17 2016-01-13 デンカ株式会社 Hardening accelerator and cement composition using the same
KR20150086257A (en) * 2012-10-09 2015-07-27 브이에이치에스씨 엘티디. Process for treating fly ash and a rotary mill therefor
JP5688069B2 (en) 2012-12-20 2015-03-25 電気化学工業株式会社 Cement composition, mortar or concrete using the same
KR20160053387A (en) * 2014-11-04 2016-05-13 (주)에스엠테크 Cementless promotion-type admixture, and cementless composition comprising it
KR20180009261A (en) * 2016-07-18 2018-01-26 이지스 주식회사 Mixture of early strength for cement concrete including slag and manufacturing method of the same

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