KR20200101971A - 시멘트질 제품에서 기계적 강도 및 co2 저장을 향상시키는 방법 - Google Patents

시멘트질 제품에서 기계적 강도 및 co2 저장을 향상시키는 방법 Download PDF

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후나이디 알리 샤키르 알
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Abstract

경화 시멘트질 물품을 경화시키는 방법은 건조 증기 및 이산화탄소(CO2)를 시멘트질 물품을 함유하는 경화 챔버 내로 동시에 유동시키는 단계를 포함한다. 경화 챔버 내의 상대 습도는 약 50% 내지 약 70%일 수 있고, 경화 챔버 내의 온도는 약 50℃ 내지 약 70℃일 수 있다. 2.5 부피% 내지 40 부피%의 CO2 농도를 갖는 건조 증기와 CO2 혼합물이 경화 챔버 내에 제공되고, 시멘트질 물품은 약 4시간 내지 16시간의 기간 동안 경화된다. 이러한 방법으로 경화된 시멘트질 제품은 15 wt% 초과의 CO2 흡수율 및 건조 증기 또는 CO2 만으로 경화된 시멘트질 제품보다 적어도 10% 더 높은 기계적 강도를 가질 수 있다.

Description

시멘트질 제품에서 기계적 강도 및 CO2 저장을 향상시키는 방법
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2017년 12월 27일자에 출원된 미국 출원 일련 번호 제15/855,348호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조에 의해 원용된다.
본 명세서는 일반적으로 시멘트질 물품(cementitious article)을 경화시키는 방법, 보다 구체적으로 증기(steam)와 이산화탄소를 사용하여 시멘트질 물품을 경화시키는 방법에 관한 것이다.
시멘트질 제품, 예컨대, 콘크리트 블록, 콘크리트 계단, 콘크리트 카운터 탑 등은 성형기에서 콘크리트 혼합물로부터 목적하는 형상을 형성하고, 그 다음 경화시킴으로써 상업적으로 제조될 수 있다. 콘크리트 혼합물은 시멘트 결합제, 모래, 골재 및 물을 포함할 수 있다. 콘크리트 혼합물은 전형적으로 호퍼로부터 제품 주형으로 유동하고, 목적하는 형상을 갖는 시멘트질 물품이 주형 내에 형성된다. 그 후 시멘트질 물품은 경화되어 시멘트질 제품을 형성한다. 시멘트질 물품은 공기에 대한 노출에 의해서 서서히, 예를 들어, 7 내지 30일 사이에 경화될 수 있다.
시멘트질 제품의 생산성을 높이기 위해 가속 경화를 사용할 수 있다. 특히, 가속 경화는 안정적인 시멘트질 제품을 비교적 신속하게 제공하기 위해 사용될 수 있어서, 시멘트질 제품이 완제품으로서 선적될 수 있기까지의 시간을 단축시킨다. 가속 경화는 전형적으로 콘크리트 제품을 인클로저(enclosure) 또는 챔버(종종 경화 챔버라고 지칭)에 배치하고, 경화 챔버 내의 온도 및 상대 습도를 수 시간 동안 제어하는 것을 포함한다. 시멘트질 제품은 포장 및 선적을 위해서 시멘트질 제품이 충분히 경화되기 전에 약 8 내지 48 시간 사이에 경화 챔버에서 정치될 수 있다. 그러나, 가속 경화를 위한 에너지 요건은 비용이 많이들 수 있다. 따라서, 시멘트질 물품을 경화시키는 대안적인 방법이 필요하다.
시멘트질 물품을 경화시키는 일 실시형태는 시멘트 결합제, 물, 골재 및 물의 혼합물로부터 형성된 시멘트질 물품을 제공하는 단계를 포함한다. 시멘트 결합제는 Ca3SiO5를 함유한다. 시멘트질 물품은 경화 챔버 내에 배치되고, 약 40% 내지 약 80%의 경화 상대 습도 및 약 50℃ 내지 약 150℃의 경화 온도가 경화 챔버 내에서 유지된다. 시멘트질 물품은 경화 상대 습도 및 경화 온도를 약 4 내지 약 24시간의 기간 동안 유지시키면서, 건조 증기(dry steam)와 CO2의 혼합물을 경화 챔버 내로 유동시킴으로써 경화된다. 건조 증기와 CO2의 혼합물 중의 CO2의 농도는 약 2.5% 내지 약 20.0%이고/이거나 경화 챔버 내의 CO2의 농도는 약 2.5 부피% 내지 약 50 부피%이고, 경화된 시멘트질 물품은 적어도 15 중량%의 CO2 흡수율을 갖는다.
시멘트질 물품을 경화시키는 또 다른 실시형태는 시멘트 결합제, 물, 골재 및 물의 혼합물로부터 형성된 시멘트질 물품을 제공하는 단계를 포함한다. 시멘트 결합제는 Ca3SiO5를 함유하고, 시멘트질 물품은 경화 챔버 내에 배치된다. 약 40% 내지 약 80%의 경화 상대 습도 및 약 50℃ 내지 약 150℃의 경화 온도가 경화 챔버 내에서 유지된다. 시멘트질 물품은 경화 상대 습도 및 경화 온도를 약 4 내지 약 24시간의 기간 동안 유지시키면서, 건조 증기와 CO2의 혼합물을 경화 챔버 내로 유동시킴으로써 경화된다. 건조 증기와 CO2의 혼합물 중의 CO2의 농도는 약 2.5% 내지 약 20.0%이고/이거나 경화 챔버 내의 CO2의 농도는 약 2.5 부피% 내지 약 50 부피%이고, 하기 반응 중 적어도 하나에 의해서 시멘트질 물품 내에 Ca(OH)2가 형성된다:
2Ca3SiO5(s) + 7H2O(l) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3Ca(OH)2(s),
및
2Ca3SiO5(s) + 7H2O(g) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3Ca(OH)2(s).
또한, 건조 증기와 CO2의 혼합물로부터의 CO2는 시멘트질 물품과 반응하여 하기 반응 중 적어도 하나에 의해서 시멘트질 물품 중에 CaCO3를 형성한다:
2Ca3SiO5(s) + 3 CO2(g) + 4 H2O(l) → 3CaOㆍ 2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3 CaCO3(s),
및
Ca(OH)2(s) + CO2(g) → CaCO3(s) + H2O(l).
실시형태에서, 경화된 시멘트질 물품은 적어도 15 중량%, 예를 들어 적어도 20 중량%의 CO2 흡수율을 갖는다.
또 다른 실시형태에서, 이산화탄소를 시멘트질 물품 내에 저장하는 방법은 건조 증기와 CO2의 혼합물을 제공하고, CO2의 농도는 약 2.5% 내지 20.0%이고/이거나 경화 챔버 내의 CO2의 농도는 약 2.5 부피% 내지 약 50 부피%인 단계, 및 시멘트 결합제, 모래, 골재 및 물의 혼합물로부터 형성된 시멘트질 물품을 제공하는 단계를 포함한다. 시멘트 결합제는 Ca3SiO5를 포함한다. 시멘트질 물품은 경화 챔버 내에 배치되고, 약 50% 내지 약 70%의 경화 상대 습도 및 약 50℃ 내지 약 70℃의 경화 온도가 경화 챔버 내에서 유지된다. 건조 증기와 CO2의 혼합물이 도입되어, 4 내지 24시간의 기간 동안 경화 챔버 내로 유동하여 시멘트질 물품을 경화시킨다. 화학 화합물 Ca(OH)2가 하기 반응 중 적어도 하나에 의해서 시멘트질 물품 내에 형성된다:
2Ca3SiO5(s) + 7H2O(l) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3Ca(OH)2(s),
및
2Ca3SiO5(s) + 7H2O(g) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3Ca(OH)2(s).
또한, 건조 증기와 CO2의 혼합물로부터의 CO2는 시멘트질 물품 중의 Ca3SiO5 및 Ca(OH)2 중 적어도 하나와 반응하여 하기 반응 중 적어도 하나에 의해서 시멘트질 물품 중에 CaCO3를 형성한다:
2Ca3SiO5(s) + 3 CO2(g) + 4 H2O(l) → 3CaOㆍ 2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3 CaCO3(s),
및
Ca(OH)2(s) + CO2(g) → CaCO3(s) + H2O(l).
건조 증기와 CO2의 기체 혼합물로 경화된 시멘트질 물품에서 CO2 흡수율은 적어도 15 중량%이다.
또 다른 실시형태에서, 시멘트질 제품은 콘크리트 혼합물을 주형에 붓고, 시멘트질 물품을 형성하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된다. 콘크리트 혼합물은 Ca3SiO5를 갖는 시멘트 결합제, 골재 및 물을 포함할 수 있다. 시멘트질 물품은 6시간 내지 10시간의 기간 동안 경화 챔버 내에 배치된다. 경화 챔버는 약 50℃ 내지 70℃의 온도 및 약 50% 내지 약 70%의 상대 습도를 갖는 경화 환경을 가질 수 있다. 건조 증기와 CO2가 경화 챔버 내에 도입되고, 경화 챔버 내로 유동하고, 경화된 시멘트질 물품이 형성된다. 경화 챔버 내로 유동하는 건조 증기와 CO2 중의 CO2의 부피 백분율(부피%) 단위의 농도는 약 5 부피% 내지 10 부피이고%, 건조 증기와 CO2는 시멘트질 물품의 기공 내로 그리고 기공을 통해서 유동한다. 화학 화합물 Ca(OH)2가 하기 반응 중 적어도 하나에 의해서 시멘트질 물품 내에 형성된다:
2Ca3SiO5(s) + 7H2O(l) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3Ca(OH)2(s),
및
2Ca3SiO5(s) + 7H2O(g) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3Ca(OH)2(s).
또한, CO2는 시멘트질 물품과 반응하여 하기 반응 중 적어도 하나에 의해서 시멘트질 물품 중에 CaCO3를 형성한다:
2Ca3SiO5(s) + 3 CO2(g) + 4 H2O(l) → 3CaOㆍ 2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3 CaCO3(s),
및
Ca(OH)2(s) + CO2(g) → CaCO3(s) + H2O(l).
경화된 시멘트질 물품은 경화 챔버로부터 제거되고, 15 wt% 이상의 중량 백분율(wt%) 단위의 CO2 흡수율을 갖는다. 일부 실시형태에서, 경화된 시멘트질 물품에서 CO2 흡수율은 20 wt% 이상이다. 다른 실시형태에서, 경화된 시멘트질 물품에서 CO2 흡수율은 25 wt% 이상이다.
추가의 특징 및 이점은 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 제시될 것이며, 부분적으로는 설명으로부터 당업자에게 쉽게 명백해지거나, 또는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 및 이의 청구범위뿐만 아니라 첨부된 도면에 기재된 바와 같은 실시형태를 실시함으로써 이해될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단지 예시이며, 청구범위의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 기본틀을 제공하기 위해 의도된 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 추가의 이해를 제공하도록 포함되고, 이러한 명세서의 일부에 혼입되어 이를 구성한다. 도면은 하나 이상의 실시형태를 예시하고, 상세한 설명과 함께 다양한 실시형태의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 명세서에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른 시멘트질 물품의 경화 방법을 개략적으로 도시하고;
도 2는 본 명세서에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른 시멘트질 물품의 경화를 위한 경화 챔버를 개략적으로 도시하고;
도 3은 상이한 양의 증기와 CO2를 함유하는 경화 환경을 사용하여 도 2에 도시된 바와 같은 경화 챔버에서 경화된 콘크리트 샘플의 3개 세트에 대한 압축 강도를 그래프로 도시하고;
도 4는 상이한 양의 증기와 CO2를 함유하는 경화 환경을 사용하여 도 2에 도시된 바와 같은 경화 챔버에서 경화된 콘크리트 샘플의 3개 세트에 대한 x-선 회절 스캔을 그래프로 도시한다.
하기 내용은 본 개시내용의 많은 실시형태에 대한 광범위한 설명을 제시한다. 본 설명은 단지 예시인 것으로 해석되어야 하고, 가능한 모든 실시형태를 기술하지 않으며, 가능한 모든 실시형태를 기술하는 것은 불가능하지는 않지만 비현실적일 것이며, 본 명세서에 기재된 임의의 특징, 특성, 성분, 조성, 제품, 단계 또는 방법론은 삭제되거나, 본 명세서에 기재된 임의의 다른 특징, 특성, 성분, 조성, 제품, 단계 또는 방법론과 조합되거나, 이들로 부분적으로 또는 전체적으로 대체될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 본 특허의 출원일 이후에 개발될 현재 기술 또는 기술을 사용하여 다수의 대안적인 실시형태가 구현될 수 있으며, 이는 여전히 청구범위의 범주 내에 있을 것이다.
도 1을 참고하면, 시멘트질 물품을 경화시키는 방법(10)은 증기 및 이산화탄소(CO2)의 혼합물(본 명세서에서 "증기와 CO2" 또는 "증기와 CO2 기체 혼합물"이라고도 지칭)을 내부에 시멘트질 물품(본 명세서에서 "콘크리트 물품"이라고도 지칭)이 배치된 경화 챔버 내로 동시에 유동시키는 단계를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "시멘트질 물품(들)" 또는 "콘크리트 물품(들)"은 최종 제품으로서 경화되고, 선적될 준비가 되기 전에 콘크리트 혼합물로부터 형성된 물품을 지칭하고, 용어 "시멘트질 제품(들)" 또는 "콘크리트 제품(들)"은 최종 제품으로서 경화되고, 선적될 준비가 된 시멘트질 물품을 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "증기"는 "건조 증기", 즉 기체 상(H2O(g))의 물을 지칭하고, 용어 "CO2"는 달리 언급되지 않는 한 기체상의 CO2를 지칭한다.
경화 챔버 내로 유동하는 부피 백분율(부피%) 단위의 증기와 CO2의 혼합물 중의 CO2의 농도는 약 2.5 부피% 내지 약 40 부피%일 수 있다. 즉, 경화 챔버 내로 유동하는 증기와 CO2의 전체 부피에 대한 CO2의 부피는 약 2.5 부피% 내지 약 40 부피%이다. 증기 및 CO2는 시멘트질 제품 중의 화합물, 특히 규산 삼칼슘과 반응하여 수산화칼슘 및 탄산칼슘을 형성하는데, 이들 둘 다는 시멘트질 제품의 강도를 증가시킨다. 또한, CO2는 시멘트질 물품의 경화 동안 형성된 수산화칼슘과 반응하여 탄산칼슘을 형성함으로써 시멘트질 제품 내에서 CO2를 격리시킬 수 있다. 실시형태에서, 초기 경화 단계 동안 형성된 수산화칼슘의 양은, 시멘트질 물품 내의 수화열이 CO2의 부재 하에서의 경화에 비해서 감소되도록 조절된다. 이론에 얽매이고자 함은 아니지만, 시멘트질 물품 내의 감소된 수화열은 초기 경화 단계 동안 시멘트질 물품의 열 팽창을 감소시켜, 시멘트질 물품 내에 형성되는 미세균열을 감소시킨다. 시멘트질 제품 내의 미세균열의 감소는 경화된 시멘트질 제품의 강도를 증가시킨다.
여전히 도 1을 참조하면, 방법(10)은 단계(100)에서 콘크리트를 혼합하는 단계를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "콘크리트"는 시멘트 결합제, 골재 및 물의 혼합물을 지칭한다. 시멘트 결합제는 규산 삼칼슘(Ca3SiO5 또는 3CaOㆍSiO2), 규산 이칼슘(Ca2SiO4 또는 2CaOㆍSiO2), 알루민산 삼칼슘(Ca3Al2O6 또는 3CaOㆍAl2O3ㆍFe2O3), 철알루민산 사석회(Ca4Al2Fe2O10 또는 4CaOㆍAl2O3ㆍFe2O3) 및 석고(CaSO4ㆍ2H2O)를 함유하는 포틀랜드(Portland) 시멘트 결합제일 수 있다. 포틀랜드 시멘트 결합제의 하나의 비제한적인 조성물을 하기 표 1에 제공한다.
Figure pct00001
표 1은 포틀랜드 시멘트 결합제의 조성을 제공하지만, 본 명세서에 기재된 방법 및 이러한 방법에 의해서 형성된 시멘트질 제품은 다른 유형의 시멘트 결합제를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 기재된 방법과 함께 사용될 수 있는 시멘트 결합제의 비제한적인 예는 신속 고화 시멘트 결합제, 저열 시멘트 결합제, 황산염 내성 시멘트 결합제, 백색 시멘트 결합제, 포졸란 시멘트 결합제, 소수성 시멘트 결합제, 유색 시멘트 결합제, 방수 시멘트 결합제, 용광로 시멘트 결합제, 공기 연행(air entraining)시멘트 결합제, 고 알루미나 시멘트 결합제 및 팽창성 시멘트 결합제를 포함한다.
시멘트 결합제 중의 골재는 화학적으로 불활성인 고체 물질을 포함할 수 있다. 골재는 다양한 형상 및 크기를 가질 수 있고, 모래의 미세 입자에서부터 큰 코스 암석에 이르는 다양한 물질로 제조될 수 있다. 골재는 초경량 골재, 경량 골재, 정상 중량 골재 및 고중량 골재를 포함할 수 있다. 초경량 골재의 비제한적인 예는 질석, 세라믹 구체 및 펄라이트를 포함한다. 경량 골재는 팽창 점토, 셰일 또는 슬레이트 또는 분쇄 벽돌을 포함할 수 있다. 정상 중량 골재는 분쇄 석회석, 모래, 강 자갈 또는 분쇄 재활용 콘크리트를 포함할 수 있고, 고중량 골재는 강철 또는 철 샷 또는 강철 또는 철 펠릿을 포함할 수 있다.
시멘트 결합제, 골재 및 물에 더하여, 콘크리트 혼합물 및/또는 콘크리트 혼합물로부터 형성된 시멘트질 제품의 내구성, 작업성, 강도 등을 증가시키기 위해 혼합물이 콘크리트 혼합물에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 세제 형태의 공기 연행 혼합물을 콘크리트 혼합물에 첨가하여 콘크리트 혼합물의 내구성 및 작업성을 개선시킬 수 있다. 초가소제 혼합물(예를 들어, 중합체 첨가제)을 첨가하여 작업 가능한 콘크리트에 필요한 물을 감소시킴으로써 시멘트질 제품의 강도를 증가시킬 수 있다. 당과 같은 지연 혼합물을 사용하여 콘크리트 혼합물의 경화 시간을 지연시키고 시멘트 제품의 장기 강도를 증가시킬 수 있다. 대안으로, 염화칼슘과 같은 가속화 혼합물을 첨가하여 콘크리트 혼합물의 경화 시간을 빨라지게 하고, 시멘트질 물품의 초기 강도를 개선시킬 수 있다. 플라이애쉬와 같은 미네랄 혼합물을 첨가하여 작업 능력, 가소성 및 강도를 개선시킬 수 있고, 금속 산화물과 같은 안료 혼합물을 첨가하여 시멘트질 물질에 색상을 제공할 수 있다.
단계(102)에서 콘크리트 혼합물을 주형에 붓고, 주형의 형상으로 시멘트질 물품을 형성한다. 주형 및 형성된 시멘트질 물품의 비제한적인 예는 블록(일반적으로 콘크리트 블록이라고 지칭됨), 계단, 조리대, 조립식 콘크리트 벽 등을 포함한다. 단계(104)에서 시멘트질 물품을 경화 챔버 내에 배치한다. 인클로저(200) 내의 온도(본 명세서에서 "경화 온도"라고도 지칭)는 제어될 수 있다. 예를 들어, 인클로저(200) 내의 경화 온도는 약 40℃ 내지 약 80℃일 수 있다. 실시형태에서, 인클로저(200) 내의 경화 온도는 약 50℃ 내지 약 70℃일 수 있다. 다른 실시형태에서, 인클로저(200) 내의 경화 온도는 약 55℃ 내지 약 65℃일 수 있다. 추가의 다른 실시형태에서, 인클로저(200) 내의 경화 온도는 약 57℃ 내지 약 63℃일 수 있다. 인클로저(200) 내의 상대 습도(본 명세서에서 "경화 상대 습도"라고도 지칭)가 또한 제어될 수 있다. 예를 들어, 인클로저(200) 내의 경화 상대 습도는 약 40% 내지 약 80%일 수 있다. 실시형태에서, 인클로저(200) 내의 경화 상대 습도는 약 50% 내지 약 70%일 수 있다. 다른 실시형태에서, 인클로저(200) 내의 경화 상대 습도는 약 55% 내지 약 65%일 수 있다. 추가의 다른 실시형태에서, 인클로저(200) 내의 경화 상대 습도는 약 57% 내지 약 63%일 수 있다.
실시형태에서, 단계(103)에서 시멘트질 물품을 경화 챔버 내에 배치하기 전에 공기 경화시킬 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "공기 경화된"은 시멘트질 물품을 주변 조건, 즉, 주변 온도 및 주변 상대 습도에서 경화시키는 것을 지칭한다. 예를 들어, 시멘트질 물품은 약 1시간 내지 8시간, 예를 들어 2시간의 기간 동안 주변 공기에서 경화될 수 있다. 다른 실시형태에서, 단계(104)에서 시멘트질 물품을 경화 챔버 내에 배치하기 전에 공기 경화시키지 않는다.
단계(104) 시멘트질 입자를 경화 챔버 내에 배치한 후, 단계(108)에서 증기와 CO2 기체 혼합물을 경화 챔버 내에 도입한다. 실시형태에서, 증기는 제1 유입구를 통해서 경화 챔버 내로 유동하고, CO2는 제1 유입구와 상이한 제2 유입구를 통해서 경화 챔버 내로 유동한다. 다른 실시형태에서, 증기와 CO2 기체 혼합물은 단일 유입구를 통해서 경화 챔버 내로 도입된다. 증기는 단계(106)에서 생성될 수 있다. 예를 들어, 전력 보일러, 열 회수 시스템 등으로부터의 증기가 인클로저(200) 내로 펌핑될 수 있다. 증기와 CO2 기체 혼합물 중의 CO2의 농도는 약 2.5 부피% 내지 약 40.0 부피%일 수 있다. 예를 들어, 증기와 CO2 기체 혼합물 중의 CO2의 농도는 2.5 부피%, 3.0 부피%, 3.5 부피%, 4.0 부피%, 4.5 부피%, 5.0 부피%, 5.5 부피%, 6.0 부피%, 6.5 부피%, 7.0 부피%, 7.5 부피%, 8.0 부피%, 8.5 부피%, 9.0 부피%, 9.5 부피%, 10.0 부피%, 10.5 부피%, 11.0 부피%, 11.5 부피%, 12.0 부피%, 12.5 부피%, 13.0 부피%, 13.5 부피%, 14.0 부피%, 14.5 부피%, 15.0 부피% 또는 15.5 부피%, 16.0 부피%, 18.0 부피%, 20.0 부피%, 25.0 부피%, 30.0 부피% 또는 35.0 부피% 이상 및 40.0 부피%, 35.0 부피%, 30.0 부피%, 25.0 부피%, 20.0 부피%, 19.5 부피%, 19.0 부피%, 18.5 부피%, 18.0 부피%, 17.5 부피%, 17.0 부피%, 16.5 부피%, 16.0 부피%, 15.5 부피%, 15.0 부피%, 14.5 부피%, 14.0 부피%, 13.5 부피%, 13.0 부피%, 12.5 부피%, 12.0 부피%, 11.5 부피%, 11.0 부피%, 10.5 부피%, 10.0 부피%, 9.5 부피%, 9.0 부피%, 8.5 부피%, 8.0 부피%, 7.5 부피%, 7.0 부피%, 6.5 부피%, 6.0 부피% 또는 5.5 부피% 이하일 수 있다. 실시형태에서, 증기와 CO2 기체 혼합물 중의 CO2의 농도는 약 2.5 부피% 내지 약 15.0 부피%일 수 있다. 다른 실시형태에서, 증기와 CO2 기체 혼합물 중의 CO2의 농도는 약 2.5 부피% 내지 약 10.0 부피%일 수 있다.
시멘트질 물품은 단계(108)에서 약 2시간 내지 24시간의 기간 동안 경화 챔버 내에서 경화된다. 예를 들어, 시멘트질 물품은 단계(108)에서 약 4시간 내지 약 16시간의 기간 동안 경화 챔버 내에서 경화될 수 있다. 실시형태에서, 시멘트질 물품은 6시간 내지 약 12시간의 기간 동안 경화 챔버 내에서 경화될 수 있다. 다른 실시형태에서, 시멘트질 물품은 약 7시간 내지 약 9시간, 예를 들어, 약 8시간의 기간 동안 경화 챔버 내에서 경화될 수 있다. 경화 챔버 내에서의 경화 동안, 증기와 CO2 기체 혼합물은 시멘트질 물품의 기공 내로 그리고 기공을 통해서 유동하고, 시멘트 결합제와 반응하여 하기에 보다 상세히 논의되는 바와 같은 수산화칼슘 및 탄산칼슘을 형성한다. 시멘트질 물품 내에서 수산화칼슘 및 탄산칼슘의 형성은 경화 공정 동안 2배의 이점을 갖는다. 특히, 수산화칼슘 및 탄산칼슘의 형성은 시멘트질 물품의 강도를 증가시키고, 탄산칼슘의 형성은 시멘트질 물품에 의한 CO2 흡수(CO2 격리)를 초래한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "CO2 흡수율" 또는 "CO2 격리"는 시멘트질 물품 또는 시멘트질 제품 내의 CO2의 장기간 저장을 지칭한다. 실시형태에서, 경화된 시멘트질 물품은 15 wt% 이상의 중량 백분율(wt%) 단위의 CO2 흡수율을 가질 수 있다. 다른 실시형태에서, 경화된 시멘트질 물품은 20 wt% 이상의 CO2 흡수율을 가질 수 있다. 추가의 다른 실시형태에서, 경화된 시멘트질 물품은 25 wt% 이상의 CO2 흡수율을 가질 수 있다.
경화된 시멘트질 물품(시멘트질 제품)은 단계(110)에서 경화 챔버로부터 제거된다. 시멘트질 제품은 단계(112)에서 공기 경화 및 수 분사로 추가로 경화될 수 있다. 시멘트질 제품의 공기 경화와 수 분사는 총 7일 동안 공기 중에서 경화 및 1일 2회 물을 분사를 포함할 수 있다. 시멘트질 제품은 또한 단계(114)에서 공기 경화를 사용하여 추가로 경화될 수 있다. 예를 들어, 시멘트질 제품은 추가로 28일 동안 공기 경화될 수 있다.
단계(108)에서 경화 챔버 내에서의 경화 동안, 물은 반응하여 시멘트 결합제의 화합물을 수화시킨다. 규산 칼슘의 수화 단독은 시멘트질 제품의 강도에 기여할 수 있고, 규산 삼칼슘은 경화의 최초 7일 이내에 발생된 강도 대부분에 대한 책임이 있을 수 있고, 규산 이칼슘의 수화는 더 긴 시간에 수득되는 강도에 책임이 있을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 규산 삼칼슘의 수화는 하기 화학 반응을 통해서 일어나고:
2Ca3SiO5 (s) + 7H2O (l) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O (s) + 3 Ca(OH)2 (s) (1)
규산 이칼슘의 수화는 하기 화학 반응을 통해서 일어난다:
2Ca2SiO4 (s) + 5 H2O (l) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O (s) + Ca(OH)2 (s) (2).
실시형태에서, 건조 증기는 액체 물로 응측되고, 이것이 규산 삼칼슘과 반응하여 수산화칼슘을 형성한다. 즉, 건조 증기는 시멘트질 물품의 기공 내로 유동하고, 기공 내에서 응축하여 기공 내에 수분(물)을 제공하고, 이것은 규산 삼칼슘과 반응하여 수산화칼슘을 형성한다. 대안으로 또는 이에 더하여, 건조 증기는 규산 삼칼슘과 직접 반응하여 하기 화학 반응을 통해서 수산화칼슘을 형성한다:
2Ca3SiO5(s) + 7H2O(g) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O(s) (3).
또한, 건조 증기는 응축열 또는 전도열을 통해서 규산 삼칼슘에 열을 제공할 수 있고, 이것은 수산화칼슘 형성의 동역학을 향상시킬 수 있다.
단계(108)에서 경화 챔버 내에서의 경화 동안, 증기와 CO2의 혼합물 중의 CO2는 시멘트 결합제의 규산칼슘과 반응하여 탄산칼슘을 형성한다. 특히, CO2는 시멘트질 물품의 기공 내로 확산되고, 물로 용매화되어 CO2(수성)를 형성하는데, 이것은 결국 수화되어 탄산(H2CO3)을 형성한다. 탄산은 이온화되어 H+, HCO3 - 및 CO3 2-의 이온을 형성한다. H+ 이온은 시멘트질 시스템의 pH를 감소시키는데, 이것은 결국 규산 삼칼슘 및 규산 이칼슘의 용해를 초래하여 Ca2+ 및 SiO4 4-의 이온을 방출한다. Ca2+ 이온은 CO3 2- 이온과 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)을 형성한다. CO2와 규산 삼칼슘의 전체 반응은 하기와 같고:
2Ca3SiO5 (s) + 3CO2 (g) + 4H2O (l) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O (s) + 3CaCO3 (s) (4)
CO2와 규산 이칼슘의 전체 반응은 하기와 같다:
4Ca2SiO2 (s) + 2CO2 (g) + 8H2O (l) → 2(3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O) (s) + 2CaCO3 (s) (5).
규산칼슘과 반응하는 CO2에 더하여, 규산칼슘과 물의 반응에 의해서 형성된 수산화칼슘(예를 들어, 상기 반응 (1), (2) 및/또는 (3)을 통해서)은 하기 전체 반응을 통해서 탄산칼슘으로 전환될 수 있다:
Ca(OH)2 (s) + CO2 (g) → CaCO3 (s) + H2O (l) (6).
따라서, CO2는 탄산칼슘의 양을 증가시키면서, 시멘트질 제품 중의 수산화칼슘의 양을 감소시킬 수 있다.
탄산칼슘을 형성하기 위한 시멘트질 물품에서의 CO2와 규산 삼칼슘의 반응 및 탄산칼슘을 형성하기 위한 CO2와 수산화칼슘의 반응은 시멘트질 제품의 강도를 증가시킨다는 것을 이해해야 한다. CO2는 또한 CO2의 부재 하에서, 상기 반응 (1), (2) 및/또는 (3)에 따라서 형성될 수산화칼슘의 적어도 일부의 형성을 방지하고/하거나 형성된 수산화칼슘의 일부를 탄산칼슘으로 전환시킨다. 즉, CO2의 존재는 탄산칼슘의 형성을 초래할 뿐만 아니라 본 명세서에 기재된 방법을 사용하여 형성되는 시멘트질 물품 내에서 수산화칼슘의 형성 및 양을 조절한다. 수산화칼슘 형성의 이러한 조절(예를 들어, 감소)은 증기 단독으로의 경화와 비교할 때 시멘트질 물품에서 수화열을 감소시킬 수 있다. 이론에 얽매이고자 함은 아니지만, 시멘트질 물품에서의 수화열의 감소는 초기 경화 단계 동안 시멘트질 물품에서 열 팽창 및 미세균열을 감소시킬 수 있다. 시멘트질 제품 내의 미세균열의 감소는 시멘트질 제품의 강도를 증가시킨다는 것을 이해해야 한다. 즉, 시멘트질 제품에서 결함(미세균열)이 적을 수록 증기 단독으로의 경화와 비교할 때 강도 증가가 관찰된다.
이제 도 2를 참고하면, 본 명세서에 기재된 방법을 사용하여 시멘트질 물품을 경화시키기 위한 경화 챔버(20)가 도시되어 있다. 경화 챔버(20)는 벽(210), 바닥(220) 및 지붕(230)에 의해서 정의된 인클로저(200)를 포함한다. 복수의 시멘트질 물품(205)이 인클로저(200) 내에 배치될 수 있다. 제1 유입구(240) 및 제2 유입구(250)가 포함되며, 이것은 증기와 CO2의 혼합물을 인클로저(200) 내로 유동시키기 위해서 사용될 수 있다. 실시형태에서, 증기는 하나의 유입구(유입구(240))를 통해서 인클로저(200) 내로 유동할 수 있고, CO2, 예를 들어, 순수한(100 부피%) CO2는 별개의 유입구(유입구(250))를 통해서 인클로저(200) 내로 유동할 수 있다. 대안으로, 단일 유입구, 예를 들어, 제1 유입(240) 또는 제2 유입구(250)를 사용하여 증기와 CO2의 혼합물을 인클로저(200) 내로 유동시킬 수 있다. 가습기(260) 및 가열기(270)를 포함시켜 경화 챔버(20)의 인클로저(200) 내의 상대 습도 및 온도를 제어할 수 있다.
증기와 CO2의 혼합물 중의 CO2의 농도는 시멘트질 제품 중의 수산화칼슘과 탄산칼슘의 목적하는 조합을 제공하는 것을 이해해야 한다. 특히, 경화 챔버(20)의 인클로저(200) 내로 도입되는 증기와 CO2의 혼합물 중의 CO2의 농도는, 목적하는 수산화칼슘이 형성되도록 하여 주어진 양의 수산화칼슘이 존재하여 강도를 제공하고, 주어진 양이 존재하여 CO2와 반응하여 (예를 들어, 상기 반응(6)에 따라서) 탄산칼슘을 형성함으로써 강도를 제공하고 CO2를 격리시킨다.
상기에서 구현된 바와 같은 시멘트질 제품의 형성 방법을 사용하여 임의의 적절한 시멘트질 제품을 형성할 수 있다. 방법의 실시형태에 의해 형성된 물품의 비제한적인 예는 콘크리트 블록, 콘크리트 계단, 콘크리트 카운터 탑 및 사전 제조된 콘크리트 벽 및 구조물을 포함한다. 다양한 실시형태는 하기 실시예에 의해서 보다 명확해질 것이다.
실시예
이제 도 1 및 도 2를 참고하면, 증기와 CO2의 혼합물을 사용한 경화 효과를 결정하기 위해서 콘크리트 압축 샘플의 3개의 세트를 제조하고, 상이한 조건 하에서 경화시켰다. 동일한 양 유형의 시멘트 결합제 및 골재, 및 동일한 양의 물을 사용하여 콘크리트 샘플의 3개의 세트를 제조하였다. 콘크리트 샘플의 제1 세트를 하기 경화 절차를 사용하여 경화시켰다: 2시간 동안 공기 경화; 8시간 동안 증기(즉, 증기 단독) 중에서의 경화; 총 7일 동안 공기 경화 및 1일 2회의 수 분사; 28일 동안 공기 중에서의 경화. 콘크리트 샘플의 제2 세트를 하기 경화 절차를 사용하여 경화시켰다: 2시간 동안 공기 경화; 증기와 10 부피%의 CO2(즉, 증기 및 5 부피% CO2) 중에서 8시간 동안 경화; 총 7일 동안 공기 경화 및 1일 2회 수 분사; 28일 동안 공기 중에서의 경화. 콘크리트 샘플의 제3 세트를 하기 경화 절차를 사용하여 경화시켰다: 2시간 동안 공기 경화; 8시간 동안 CO2 중에서의 경화(즉, CO2 단독); 총 7일 동안 공기 경화 및 1일 2회 수 분사; 28일 동안 공기 중에서의 경화. 샘플의 3개의 세트 각각에 경화 절차의 요약을 하기 표 2에 요약한다. 도 2에 도시된 바와 같은 경화 챔버 내에서 증기, 증기와 5 부피% CO2, 및 CO2에서의 경화를 수행하였다. 경화 챔버 내의 온도는 60℃였고, 상대 습도는 60%였다. 따라서, 샘플의 3개 세트의 경화 동안의 유일한 변수는 증기 및 CO2 농도였다.
Figure pct00002
샘플의 3개의 세트를 각각 경화 챔버 내에서 8시간 동안 경화시킨 후 및 7일 동안 1일 2회 수 분사하면서 공기 경화시킨 후에 압축 강도 시험에 적용하였다. 압축 강도 시험의 결과를 도 3에 도시한다. 경화 챔버에서 8시간 동안 경화시킨 후, 샘플의 제1 세트(증기 단독)는 22.5 메가 파스칼(MPa)의 압축 강도를 가졌고, 샘플의 제2 세트(증기와 10 부피% CO2)는 24.2 MPa의 압축 강도를 가졌고, 샘플의 제3 세트(CO2 단독)는 4.7 MPa의 압축 강도를 가졌다. 따라서, 샘플의 제2 세트(증기와 10 부피% CO2)는 샘플의 제1 세트(증기 단독)에 비해서 강도가 7.6% 증가하였고, 샘플의 제3 세트(CO2 단독)에 비해서 강도가 415% 증가하였다. 총 7일 동안 공기 경화와 1일 2회 수 분사 후, 샘플의 제1 세트(증기 단독)는 29.8 MPa의 압축 강도를 가졌고, 샘플의 제2 세트(증기와 10 부피% CO2)는 34.8 MPa의 압축 강도를 가졌고, 샘플의 제3 세트(CO2 단독)는 29.2 MPa의 압축 강도를 가졌다. 따라서, 샘플의 제2 세트(증기와 10 부피% CO2)는 샘플의 제1 세트(증기 단독)에 비해서 강도가 16.8% 증가하였고, 샘플의 제3 세트(CO2 단독)에 비해서 강도가 19.2% 증가하였다.
샘플의 3개의 세트를 또한 CO2 흡수율에 대해서 분석하였고, 결과를 하기 표 3에 요약한다. 하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 샘플의 제1 세트(증기 단독)는 6.25 wt%의 중량 백분율(wt%) 단위의 CO2 흡수율을 가졌다. 샘플의 제2 세트(증기와 10 부피% CO2)는 20.05 wt%의 평균 CO2 흡수율을 가졌다. 샘플의 제3 세트(CO2 단독)는 9.2 wt%의 평균 CO2 흡수율을 가졌다. 따라서, 샘플의 제2 세트(증기와 10 부피% CO2)는 샘플의 제1 세트(증기 단독)에 비해서 CO2 흡수율이 220% 증가하였고, 샘플의 제3 세트(CO2 단독)에 비해서 CO2 흡수율이 118% 증가하였다. 따라서, 증기와 10 부피% CO2로의 경화는 순수한 CO2 중에서의 경화에 비해서 향상된 CO2 격리를 제공하였다. 상기에서 주목된 바와 같이, 그리고 이론에 얽매이고자 함은 아니지만, 경화 챔버(20)의 내부(250) 내에 도입된 증기와 CO2 기체 혼합물 중의 CO2의 농도는 시멘트질 제품에 강도를 제공하고, 탄산칼슘 형성을 위한 공급원으로서의 역할을 할 수 있는 바람직한 양의 수산화칼슘을 생성할 수 있다.
Figure pct00003
x-선 회절(XRD)을 사용하여 샘플의 3개의 세트를 또한 수 분사하면서 7일의 공기 경화 후 상 또는 화합물 식별에 대해서 분석하였고, 도 4는 3개의 샘플 각각의 XRD 스캔을 그래프로 나타낸다. 샘플의 제1 세트("증기"로 표시됨)에 대한 XRD 스캔과 관련하여, 수산화칼슘(Ca (OH)2)에 대한 비교적 높은 피크가 관찰되는 반면 탄산칼슘에 대해서는 상대적으로 낮은 피크가 관찰된다. 샘플의 제3 세트("CO2"로 표시됨)에 대한 XRD 스캔과 관련하여, 수산화칼슘(Ca (OH)2)에 대한 비교적 낮은 피크가 관찰되고, 탄산칼슘에 대해서는 상대적으로 높은 피크가 관찰된다. 이 결과는 표 3에 나타낸 CO2 흡수율과 일치한다. 그러나, 샘플의 제2 세트(증기와 CO2)에 대한 XRD 스캔을 참조하면, 수산화칼슘의 경우 상대적으로 낮은 피크가 관찰되고, (샘플의 제1 세트 및 제3 세트에 비해서) 탄산칼슘에 대해서 가장 높은 피크가 관찰된다. 따라서, 표 3에 나타낸 CO2 흡수율 결과와 일치하여, XRD 스캔은 본 명세서에 기술된 증기와 CO2 기체 혼합물로의 경화가 증기 단독 및 CO2 단독으로의 경화와 비교할 때 시멘트질 제품에 의한 CO2 격리를 향상시킨다는 것을 입증한다.
본 명세서에 기재된 시멘트 제품을 형성하는 방법은 증기와 CO2의 혼합물을 사용하기 때문에, 시멘트질 물품에 의한 CO2 흡수율은 증기 단독으로의 경화 및 CO2 단독으로의 경화와 비교할 때 상당히 향상된다. 또한, 본 명세서에 기재된 증기와 CO2의 혼합물은 시멘트질 제품에 대한 강도 증가를 제공할 수 있다. 이론에 제한되고자 함은 아니지만, 강도의 증가는 시멘트질 제품 내의 탄산칼슘의 형성 및 양의 증가 및/또는 시멘트질 제품 내의 결함의 감소에 기인한다. 본 명세서에 기재된 방법을 사용하여 제조된 시멘트질 제품에 대한 이러한 CO2 흡수율 및 강도의 증가는 제조 비용을 감소시키고 CO2 격리의 원인을 제공할 수 있다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서에 제시된 임의의 방법은 그 단계가 특정 순서로 수행될 것을 요구하는 것으로 해석되도록 어떠한 방식으로도 의도되지 않는다. 따라서, 방법 청구범위가 실제로 그 단계에 뒤따르는 순서를 인용하지 않거나, 청구범위 또는 설명에서 단계가 특정 순서로 제한되어야 한다는 것이 구체적으로 언급되지 않은 경우, 어떠한 방식으로도 임의의 특별한 순서가 암시되는 것으로 의도되지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 양, 크기, 제형, 파라미터 및 다른 양 및 특징이 정확하지 않고, 정확할 필요가 없지만, 공차, 변환 계수, 반올림, 측정 오류 등 및 당업자에게 공지된 다른 요소를 반영하여, 필요에 따라 근사치 및 / 또는 더 크거나 더 작을 수 있다는 것을 의미한다. 일반적으로, 양, 크기, 제형, 파라미터 또는 다른 양 또는 특성은 명시적으로 언급되어 있는지 여부에 관계없이 "약"또는 "대략"이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "또는"은 포괄적이며: 보다 구체적으로, "A 또는 B"라는 문구는 "A, B 또는 A 및 B 둘 다"를 의미한다. 배타적인 "또는"은 예를 들어 "A 또는 B"및 "A 또는 B 중 하나"와 같은 용어로 본 명세서에서 지정된다.
단수 표현은 본 발명의 요소 및 구성성분을 기재하기 위해서 사용된다. 이러한 표현의 사용은 이들 요소 또는 구성성분 중 하나 이상이 존재함을 의미한다. 이들 용어는 수식된 명사가 단수 명사라는 것을 나타내기 위해 통상적으로 사용되지만, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 표현은 특정 예에서 달리 언급되지 않는 한 복수를 포함한다. 유사하게, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 정관사는 또한 특정 경우에 달리 언급되지 않는 한 수식된 명사가 단수 또는 복수일 수 있음을 의미한다.
당업자는 본 개시내용의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 명백히 알 수 있을 것이다. 본 개시내용의 사상 및 물질을 포함하는 개시된 실시형태의 변형, 조합, 하위 조합 및 변형은 당업자에게 발생할 수 있으므로, 본 개시내용의 범주는 첨부된 청구범위의 범주 및 이들의 등가물 내의 모든 것을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 시멘트질 물품(cementitious article)을 경화시키는 방법으로서,
    시멘트 결합제, 골재 및 물의 혼합물로부터 형성된 시멘트질 물품을 제공하되, 시멘트 결합제는 Ca3SiO5를 포함하는, 단계;
    시멘트질 물품을 경화 챔버 내에 배치하는 단계;
    경화 상대 습도를 경화 챔버 내에서 약 40% 내지 약 80%로 유지시키는 단계;
    경화 온도를 경화 챔버 내에서 약 50℃ 내지 약 80℃로 유지시키는 단계;
    경화 상대 습도 및 경화 온도를 약 4시간 내지 약 24시간의 기간 동안 유지시키면서, 건조 증기(dry steam)와 CO2의 혼합물을 경화 챔버 내로 유동시킴으로써 시멘트질 물품을 경화시키되,
    건조 증기와 CO2의 혼합물 중의 CO2의 농도는 약 2.5 부피% 내지 약 20.0 부피%이고,
    Ca(OH)2는 하기 반응 중 적어도 하나에 의해서 형성되고:
    2Ca3SiO5(s) + 7H2O(l) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3Ca(OH)2(s), 및
    2Ca3SiO5(s) + 7H2O(g) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3Ca(OH)2(s),
    건조 증기와 CO2의 혼합물로부터의 CO2는 시멘트질 물품과 반응하여 하기 반응 중 적어도 하나에 의해서 시멘트질 물품 중에 CaCO3를 형성하고:
    2Ca3SiO5(s) + 3 CO2(g) + 4 H2O(l) → 3CaOㆍ 2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3CaCO3(s), 및 Ca(OH)2(s) + CO2(g) → CaCO3(s) + H2O(l),
    경화된 시멘트질 물품은 15 중량% 이상의 CO2 흡수율을 포함하는, 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 경화 챔버 내에 건조 증기와 CO2의 혼합물을 유동시키는 것은 건조 증기를 제1 유입구를 통해서 경화 챔버 내로 유동시키고, 순수한 CO2를 유동시키는 것은 제1 유입구와 상이한 제2 유입기를 통해서 경화 챔버 내로 유동시키고, 제1 유입구를 통한 건조 증기의 유동 및 제2 유입구를 통한 CO2의 유동은 경화 챔버 내에서 CO2의 농도를 약 2.5 부피% 내지 약 20.0 부피%로 유지시키는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 경화 챔버 내로 유동하는 건조 증기와 CO2의 혼합물 중의 CO2의 농도는 약 5 부피% 내지 약 10 부피%인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 경화 상대 습도는 약 50% 내지 약 70%인, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 경화 온도는 약 50℃ 내지 약 70℃인, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 시멘트질 물품은 약 4시간 내지 약 16시간의 기간 동안 경화 챔버 내에서 경화되는, 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 시멘트질 물품은 약 6시간 내지 약 10시간의 기간 동안 경화 챔버 내에서 경화되는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 경화된 시멘트질 물품은 20 중량% 이상의 CO2 흡수율을 포함하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 경화된 시멘트질 물품은 25 중량% 이상의 CO2 흡수율을 포함하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 시멘트질 물품을 경화 챔버 내에서 경화시키기 전에 시멘트질 물품을 공기 중에서 약 1시간 내지 약 4시간 동안 경화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 시멘트질 물품을 경화 챔버 내에서 경화시킨 후에 시멘트질 물품을 공기 경화 및 수 분사시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 시멘트질 물품을 공기 경화 및 수 분사시키는 단계 후에 시멘트질 물품을 공기 경화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 시멘트질 물품 내에 이산화탄소를 저장하는 방법으로서,
    건조 증기와 CO2의 혼합물을 제공하되, 건조 증기와 CO2의 혼합물은 약 2.5 부피% 내지 약 20.0 부피%의 CO2의 농도를 포함하는, 단계;
    시멘트 결합제, 골재 및 물의 혼합물로부터 형성된 시멘트질 물품을 제공하되, 시멘트 결합제는 Ca3SiO5를 포함하는, 단계;
    시멘트질 물품을 경화 챔버 내에 배치하는 단계;
    경화 상대 습도를 경화 챔버 내에서 약 50% 내지 약 70%로 유지시키는 단계;
    경화 온도를 경화 챔버 내에서 약 50℃ 내지 약 70℃로 유지시키는 단계;
    건조 증기와 CO2의 혼합물을 4 내지 24시간의 기간 동안 경화 챔버 내로 유동시키고, 시멘트질 물품을 경화시키되,
    하기 반응 중 적어도 하나에 의해서 Ca(OH)2가 시멘트질 물품 내에 형성되고:
    2Ca3SiO5(s) + 7H2O(l) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3Ca(OH)2(s) 및
    2Ca3SiO5(s) + 7H2O(g) → 3CaOㆍ2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3Ca(OH)2(s),
    건조 증기와 CO2의 혼합물로부터의 CO2는 시멘트질 물품과 반응하여 하기 반응 중 적어도 하나에 의해서 시멘트질 물품 중에 CaCO3를 형성하고:
    2Ca3SiO5(s) + 3 CO2(g) + 4 H2O(l) → 3CaOㆍ 2SiO2ㆍ4H2O(s) + 3CaCO3(s), 및
    Ca(OH)2(s) + CO2(g) → CaCO3(s) + H2O(l),
    경화된 시멘트질 물품에서 CO2 흡수율은 15 중량% 이상인, 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 경화 챔버 내에 건조 증기와 CO2의 혼합물을 유동시키는 것은 건조 증기를 제1 유입구를 통해서 경화 챔버 내로 유동시키고, 순수한 CO2를 유동시키는 것은 제1 유입구와 상이한 제2 유입구를 통해서 경화 챔버 내로 유동시키고, 제1 유입구를 통한 건조 증기의 유동 및 제2 유입구를 통한 CO2의 유동은 경화 챔버 내에서 CO2의 농도를 2.5 부피% 내지 약 20.0 부피%로 유지시키는, 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 경화 상대 습도는 약 50% 내지 약 70%이고, CO2 흡수율은 20 중량% 이상이고, 시멘트질 물품은 시멘트질 물품을 건조 증기와 CO2의 혼합물 중에서 경화시키기 전에 공기 중에서 약 1시간 내지 약 4시간 동안 경화되는, 방법.
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