KR20210069037A - 고로 슬래그 미분말의 활성화 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, - 광물 결합제의 중량을 기준으로 적어도 30 중량%의 슬래그를 포함하는 광물 결합제, - 수산화칼슘으로 이루어지거나 이를 포함하는 슬래그의 수화를 위한 활성화제 및 - 탄산리튬, 황산리튬 및 탄산나트륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 염으로 이루어지거나 이를 포함하는 공동-활성화제를 포함하는 개선된 광물 결합제 조성물에 관한 것이다. 개선된 광물 결합제 조성물은 응결 시간의 감소 및 조기 강도의 증가를 나타낸다.
Description
본 발명은 슬래그를 포함하는 개선된 광물 결합제 조성물에 관한 것이다.
포틀랜드 시멘트는 건설 산업에서 가장 많이 사용되는 광물 결합제이다. 그러나, 포틀랜드 시멘트 클링커(Portland cement clinker)의 생성은 가연성 물질의 연소 과정으로 인한 그리고 또한 탄산칼슘의 탈카복실화 공정에서 생성되는 CO2의 다량 배출의 원인이 된다.
따라서, 더 낮은 온도에서 더 적은 탄산칼슘을 이용하여 생성될 수 있는 대체 물질이 점점 더 많이 사용되고 있다. 고로 슬래그 미분말(ground granulated blast furnace slag: GGBS)은 이러한 물질 중 하나이다. 이는 콘크리트 또는 모르타르에서 광물 결합제로서 포틀랜드 시멘트의 일부 또는 전체를 대체하여, 유사한 기계적 특성을 달성하지만 내약품성의 개선, 더 저렴한 비용 및 더 우수한 지속가능성을 가질 수 있다. 그러나, 슬래그는 잠재적인 수경성 물질이며, 이는 수화를 시작하기 위해 활성화가 필요하다는 것을 의미한다. 추가적으로, 수화는 전형적으로 느리다. 포틀랜드 시멘트와의 배합물에서는, 슬래그의 수화를 위한 활성화제의 첨가가 필수적이지 않다. 그러나, 이와 같은 배합물에서 응결 시간은 전형적으로 길고 수화 반응은 느리다. NaOH는 종종 슬래그의 수화를 활성화시키는 데 사용된다. 그러나, NaOH는 고도로 부식성이며, 피부, 눈 또는 점막과 접촉하면 심각한 손상을 유발할 수 있다. 추가적으로, NaOH를 포함하는 건식 광물 결합제 조성물에서, 건식 조성물이 생성될 때 그리고 건식 조성물이 물과 혼합될 때 위험한 분진이 형성될 수 있다.
따라서, 건설 산업에서 슬래그의 사용을 증가시키기 위해 덜 유해한 활성화제가 필요하다.
US 5,411,092는 물, 입도가 2000 내지 15000 ㎠/g인 고로 슬래그, 및 트라이소듐 포스페이트를 포함하는 활성화제를 포함하는 조성물로 유정 및 가스정을 굳히는 방법을 기재한다. 기재된 추가적인 활성화제는 옥살레이트 또는 시트레이트 이온이다. 활성화제는 추가로 지연제와 조합될 수 있다.
US 5,026,215는 물, 비표면적이 적어도 9,500 ㎠/g인 초미립자 슬래그, 분산제 및 촉진제를 포함하는 조성물에 의한 형성을 그라우팅(grouting)하는 방법을 개시하며, 물 대 슬래그의 비율은 0.5:1 내지 10:1이다. 활성화제는 바람직하게는 알칼리 또는 알칼리 토류 산화물, 수산화물 또는 염을 포함한다. 바람직한 활성화제는 NaOH이다.
US 2017/0362123은 고체 광물 화합물, 예컨대, 고로 슬래그, 플라이애시 또는 유리 분말, 및 적어도 30 중량%의 인산 유래 염을 포함하는 활성화 시스템을 포함하는 수경성 결합제를 개시한다.
응결 시간이 감소되고 강도 발현이 더 빠른 슬래그를 포함하는 개선된 광물 결합제 조성물에 대한 요구가 여전히 존재한다.
본 발명의 주제는 슬래그를 포함하고 빠른 응결 및 개선된 조기 강도를 나타내는 비용 효율적이고 친환경적인 광물 결합제 조성물을 제공하는 것이다.
놀랍게도 이러한 과제는 청구항 1에 기재된 바와 같은 광물 결합제 조성물에 의해 수행될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
광물 결합제는 적어도 30 중량%의 슬래그를 포함하며, 이는 환경적인 이유로 매우 바람직하다. 이와 같은 다량의 시멘트 교체는 생성되는 CO2의 양을 효과적으로 감소시킨다.
수산화칼슘으로 이루어지거나 이를 포함하는 활성화제는 낮은 용량에서도 매우 효과적이다. 수산화칼슘은, 종종 슬래그를 활성화시키는 데 사용되는 NaOH보다 부식성이 적고, 가격이 저렴하다.
공동-활성화제는 수산화칼슘과 함께 매우 효과적으로 응결 시간을 추가로 감소시키며 광물 결합제 조성물을 포함하는 슬래그의 조기 강도를 증가시킨다.
본 발명은,
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광물 결합제의 중량을 기준으로 적어도 30 중량%의 슬래그를 포함하는 광물 결합제,
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수산화칼슘으로 이루어지거나 이를 포함하는 슬래그의 수화를 위한 활성화제 및
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탄산리튬, 황산리튬 및 탄산나트륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 염으로 이루어지거나 이를 포함하는 공동-활성화제
를 포함하는 광물 결합제 조성물에 관한 것이다.
본 문헌에서, 용어 "광물 결합제"는 수화 반응에서 물과 반응하여 고체 수화물을 형성하는 무기 결합제를 말한다. 이는, 예를 들어 수경성 결합제(예를 들어, 시멘트), 잠재적인 수경성 결합제(예를 들어, 슬래그), 포졸란 결합제(예를 들어, 플라이애시), 또는 비-수경성 결합제일 수 있다. 황산칼슘, 및 특히 황산칼슘 반수화물은 본 맥락에서 광물 결합제인 것으로 간주된다. 그러나, 광물 결합제의 중량은 본 발명 전체에 걸쳐 황산칼슘, 특히 황산칼슘 반수화물 없이 계산된다. 즉, 선택적으로 존재하는 황산칼슘, 특히 황산칼슘 반수화물의 중량은 본 발명의 광물 결합제의 중량의 계산에 있어서 제외된다.
용어 "광물 결합제 조성물"은 광물 결합제를 포함하는 조성물을 말한다.
용어 "슬래그"는, 또한 슬래그 시멘트로도 불리는 고로 슬래그 미분말(GGBS)을 말한다. 고로 슬래그는 철광석, 코크스 및 석회석 또는 백운석이 용광로에서 함께 용융되어 철을 생성할 때 형성된다. 고로 슬래그는 공정에서 생성되는 비-금속 부산물이다. 이는 주로 실리케이트, 알루미노실리케이트 및 칼슘-알루미나-실리케이트로 이루어진다. 수쇄 슬래그(granulated slag)는 다량의 물에 의해 빠르게 냉각되어 결정화가 거의 없거나 전혀 없는 유리질 상태의 모래와 같은 과립을 생성한다. 수쇄 슬래그는 GGBS로 분쇄된다. 슬래그는 잠재적인 수경성 결합제이다.
용어 "잠재적인 수경성 결합제"는 첨가제에 의해 활성화될 때 물과 반응하여 고체 수화물로 되는 광물 결합제를 말한다.
용어 "활성화제"는 슬래그의 수화를 활성화시킬 수 있는 첨가제를 말한다.
용어 "공동-활성화제"는 응결 시간을 감소시키고/거나 활성화된 슬래그의 경화 반응을 가속화시킬 수 있는 첨가제를 말한다.
광물 결합제는 바람직하게는 적어도 36 중량%, 바람직하게는 적어도 66 중량%, 더 바람직하게는 적어도 82 중량%, 특히 적어도 90 중량%의 슬래그를 포함한다.
광물 결합제의 적합한 추가 성분에는, 예를 들어 포틀랜드 시멘트, 플라이애시, 실리카흄, 천연 포졸란 또는 연소된 오일 셰일이 있다.
바람직하게는, 슬래그는 블레인(Blaine) 방법에 의해 측정한 비표면적이 2,000 내지 10,000 ㎠/g, 더 바람직하게는 4,000 내지 9,000 ㎠/g, 특히 4,300 내지 8,000 ㎠/g이다.
특별한 장점은 비표면적이 4,400 내지 6,000 ㎠/g의 범위인 슬래그이다.
슬래그의 비표면적을 조정하기 위해, 비표면적이 상이한 슬래그와 배합하는 것이 유리할 수 있다.
이와 같은 분말도를 가지는 슬래그는 낮은 수분 함량에서 우수한 작업성 및 물과 혼합 후 광물 결합제 조성물의 빠른 강도 발현과 관련하여 특히 적합하다.
바람직하게는, 광물 결합제는 포틀랜드 시멘트 및 슬래그를 포함하는 혼합 시멘트이다.
적합한 혼합 시멘트는 예를 들어 DIN EN 197-1에서 CEM IIIA, CEM IIIB, CEM IIIC 및 CEMV/B로 정의된 시멘트 또는 ASTM C595에서 유형 IS, 포틀랜드 고로 슬래그 시멘트로 정의된 시멘트이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 광물 결합제는 슬래그로 이루어진다. 이 경우에, 광물 결합제 조성물 중 유일한 광물 결합제는 슬래그이다. 이는 특히 친환경적이다.
바람직하게는, 활성화제는 50 내지 100 중량%의 수산화칼슘을 포함한다. 활성화제의 바람직한 다른 성분은 추가로 알칼리 토류 수산화물 또는 알칼리 수산화물, 바람직하게는 수산화나트륨, 수산화리튬 또는 수산화칼륨일 수 있다.
가장 바람직하게는, 활성화제는 수산화칼슘으로 이루어진다.
바람직하게는, 활성화제는 광물 결합제의 중량을 기준으로 0.3 내지 4 중량%, 더 바람직하게는 0.4 내지 3.5 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%, 특히 0.6 내지 2.5 중량%로 존재한다.
0.3 중량% 미만의 용량은 슬래그를 효과적으로 활성화시키기에 불충분할 수 있고 4 중량% 초과의 용량은 광물 결합제 조성물의 작업성에 부정적일 수 있다.
공동-활성화제가 광물 결합제 조성물의 성능을 추가로 개선시키는 데 사용된다.
놀랍게도, 공동-활성화제는 초기 응결 시간을 감소시킬 뿐만 아니라, 수화 반응 속도를 증가시킨다.
바람직하게는, 공동-활성화제는 탄산리튬 및/또는 탄산나트륨, 더 바람직하게는 탄산리튬을 포함한다.
또한 공동-활성화제가 탄산리튬 및/또는 탄산나트륨, 바람직하게는 탄산리튬으로 이루어진 경우에도 유리할 수 있다.
바람직하게는, 공동-활성화제는 광물 결합제의 중량에 대하여 0.1 내지 3 중량%, 더 바람직하게는 0.12 내지 2 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 0.14 내지 1 중량%, 특히 0.16 내지 0.8 중량%로 존재한다.
이와 같은 공동-활성화제의 용량은 응결 시간을 감소시키고 초기 강도를 개선시킬 수 있다.
공동-활성화제의 0.1 중량% 미만의 용량은 응결 시간을 효과적으로 감소시키고/거나 광물 결합제의 경화를 가속화시키기에 불충분할 수 있고, 3 중량% 초과의 용량은 작업성 및 비용에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
바람직하게는, 활성화제 대 공동-활성화제의 중량비는 20:1 내지 1:1, 더 바람직하게는 10:1 내지 1.1:1이다.
이와 같은 비율은 광물 결합제의 응결 및/또는 수화를 가속화시키는 데 효과적일 뿐만 아니라, 비용을 낮게 유지한다.
바람직하게는, 광물 결합제 조성물은 황산칼슘이 없는 광물 결합제의 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%, 더 바람직하게는 0.2 내지 3 중량%, 특히 0.3 내지 2 중량%의 탄산칼슘, 바람직하게는 탄산칼슘 반수화물을 더 포함한다. 이는 상기에서 언급한 바와 같이, 광물 결합제의 중량에 대한 황산칼슘의 중량%의 계산에 있어서, 황산칼슘 자체는 광물 결합제의 중량 계산에 고려되지 않음을 의미한다.
황산칼슘은 광물 결합제의 리올로지 특성뿐만 아니라, 강도 발현을 개선시킬 수 있다.
바람직하게는, 광물 결합제 조성물은 유동화제(superplasticizer)를 더 포함한다.
바람직하게는, 유동화제는 폴리알킬렌 글라이콜 측쇄를 포함하는 음이온성 빗살형-중합체(comb-polymer)를 포함한다.
용어 "폴리알킬렌 글라이콜 측쇄를 포함하는 음이온성 빗살형-중합체"는 중합체의 백본에 음이온성 기 및 폴리알킬렌 글라이콜의 측쇄를 포함하는 중합체를 말한다. 음이온성 기는 바람직하게는 카복실레이트 기, 설포네이트 기, 설페이트 기, 포스페이트 기 및 포스포네이트 기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 측쇄는 바람직하게는 에스터, 에터, 이미드 및/또는 아미드 기를 통해 중합체 백본에 결합된다.
폴리알킬렌 글라이콜 측쇄는 바람직하게는 에틸렌 글라이콜 또는 프로필렌 글라이콜 또는 에틸렌- 및 프로필렌 글라이콜로 구성된다. 가장 바람직한 것은 폴리에틸렌 글라이콜의 측쇄이다.
바람직하게는, 빗살형-중합체는 화학식 I의 구조 단위
및 화학식 II의 구조 단위
를 포함하고,
여기서,
R1은 각각의 경우에 서로 독립적으로 -COOM, -SO2-OM, -O-PO(OM)2 및/또는 -PO(OM)2이고,
R2 및 R5는 각각의 경우에 서로 독립적으로 H, -CH2-COOM 또는 1 내지 5개의 탄소 원자를 가지는 알킬 기이며,
R3 및 R6은 각각의 경우에 서로 독립적으로 H 또는 1 내지 5개의 탄소 원자를 가지는 알킬 기이고,
R4 및 R7은 각각의 경우에 서로 독립적으로 H, -COOM 또는 1 내지 5개의 탄소 원자를 가지는 알킬 기이거나,
R1 및 R4가 -CO-O-CO-(무수물)로 고리를 형성하는 경우,
M은 각각의 경우에 서로 독립적으로 H+, 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온, 2가 또는 3가 금속 이온, 암모늄 이온 또는 유기 암모늄 기이며,
p = 0, 1 또는 2이고,
o = 0 또는 1이며,
m = 0, 또는 1 내지 4의 숫자이고,
n = 2 내지 250, 보다 특히 10 내지 200이며,
X는 각각의 경우에 서로 독립적으로 -O- 또는 -NH-이고,
R8은 각각의 경우에 서로 독립적으로 H, C1- 내지 C20-알킬 기, -사이클로헥실기 또는 -알킬아릴기이며,
A = C2- 내지 C4-알킬렌이다.
바람직하게는, 구조 단위 I 대 구조 단위 II의 몰비는 0.7 내지 10 : 1, 더 바람직하게는 1 내지 8 : 1, 특히 1.5 내지 5 : 1이다.
빗살형-중합체가 추가 구조 단위 III을 포함하는 경우 유리할 수 있다. 바람직한 구조 단위 III은 아크릴 또는 메트아크릴 알킬 에스터, 아크릴 또는 메트아크릴 하이드록시알킬 에스터, 비닐아세테이트, 스타이렌 또는 N-비닐피롤리돈을 포함하는 군으로부터 선택되는 단량체로부터 유래된다.
바람직하게는, 음이온성 빗살형-중합체는 카복실산 및/또는 염 기 및 폴리에틸렌 글라이콜 측쇄를 포함한다.
이와 같은 중합체는 물과 혼합될 때 광물 결합제 조성물에 매우 효과적인 분산제이며, 특히 본 발명의 광물 결합제 조성물에 적합하다.
유동화제가 폴리알킬렌 글라이콜 측쇄를 포함하는 하나 초과의 음이온성 빗살형-중합체를 포함하는 경우 유리할 수 있다. 예를 들어 음이온성 기의 유형 또는 양, 측쇄의 길이 또는 수 또는 추가적인 단량체 단위가 다른 상이한 빗살형-중합체의 조합은 작업성, 작업성 시간 및 물 수요와 관련하여 광물 결합제 조성물의 성능을 촉발시키는 데 도움이 될 수 있다.
용리액으로서 0.067 M Na2HPO4 및 0.01 M NaN3을 포함하는 물을 이용하여 폴리에틸렌 글라이콜 표준물에 대하여 SEC로 측정한, 폴리알킬렌 글라이콜 측쇄를 포함하는 음이온성 빗살형-중합체의 질량 평균 분자량(Mw)은 바람직하게는 5,000 내지 200,000 g/mol, 더 바람직하게는 8,000 내지 150,000 g/mol, 특히 바람직하게는 10,000 내지 130,000 g/mol, 특히 12,000 내지 80,000 g/mol이다.
바람직하게는, 유동화제는 분말이다.
바람직하게는, 유동화제는 광물 결합제의 중량에 대한 건조 물질로 계산하여, 0.02 내지 4 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 2 중량%, 더 바람직하게는 0.08 내지 1 중량%, 특히 0.1 내지 0.5 중량%로 존재한다.
바람직하게는, 광물 결합제 조성물은 점도-증강제, 바람직하게는 다당류, 더 바람직하게는 특히 웰란검, 크산탄검, 디우탄검 및 젤란검으로 이루어진 군으로부터 선택되는 미생물 다당류, 바람직하게는 디우탄검을 더 포함한다.
이와 같은 검은 수용성이고, 광물 결합제 조성물의 일부일 수 있는 많은 화학물질과 혼화성이며, 원치 않는 방식으로 광물 결합제의 응결에 영향을 미치지 않는다. 상기 검은 물과 혼합 후 광물 결합제 조성물의 침강 또는 블리딩(bleeding)을 방지하는 데 매우 효과적이다.
바람직하게는, 점도-증강제는 광물 결합제의 중량을 기준으로 0.006 내지 0.5 중량%로 존재한다.
점도-증강제가 미생물 다당류인 경우, 이는 바람직하게는 광물 결합제의 중량을 기준으로 0.006 내지 0.1 중량%, 더 바람직하게는 0.01 내지 0.05 중량%로 존재한다.
바람직하게는, 광물 결합제 조성물은 소포제, 계면활성제, 착색제, 살생물제, 지연제, 공기연행제, 리올로지 개선제, 증점제, 수축 감소제 또는 부식 억제제와 같은 추가 첨가제를 포함한다.
바람직한 광물 결합제 조성물에서
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활성화제는 수산화칼슘이고 0.3 내지 4 중량%, 바람직하게는 0.4 내지 3.5 중량%, 더 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%, 특히 0.6 내지 2.5 중량%로 존재하며,
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공동-활성화제는 탄산리튬 및/또는 탄산나트륨이고 0.1 내지 3.0 중량%, 바람직하게는 0.12 내지 2 중량%, 더 바람직하게는 0.14 내지 1 중량%로 존재하며,
광물 결합제 조성물은
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0 내지 4 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 2 중량%, 더 바람직하게는 0.08 내지 1 중량%, 특히 0.1 내지 0.5 중량%의, 바람직하게는 폴리알킬렌 글라이콜 측쇄를 포함하는 음이온성 빗살형-중합체를 포함하는, 적어도 하나의 유동화제,
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0 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 3 중량%, 더 바람직하게는 0.3 내지 2 중량%의 황산칼슘,
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0.006 내지 0.5 중량%의 점도-증강제, 바람직하게는 다당류, 및
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0 내지 3 중량%의 추가 첨가제
를 더 포함하며,
여기서 모든 중량%는 광물 결합제의 중량을 기준으로 한다.
바람직하게는, 광물 결합제 조성물은 불활성 광물 충전제를 더 포함한다. 광물 충전제는 가장 미세한 모래 입자로부터 거친 자갈에 이르기까지 다양한 형상, 크기 또는 다양한 물질로 이용가능한 화학적으로 불활성인 고체 물질이다. 전형적으로 모르타르 또는 콘크리트에서 사용되는 기본적으로 모든 충전제가 적합하다.
바람직하게는, 광물 결합제 조성물은 모르타르 또는 콘크리트이다.
광물 결합제 조성물의 모든 성분은 고체 물질로서 혼합되어 물과 혼합될 때까지 저장될 수 있는 고체 광물 결합제 조성물을 생성할 수 있다.
광물 결합제 조성물의 일부가 다른 성분과 혼합되기 전 몇 시간, 몇 개월 또는 몇 년 동안 포장되어 저장될 수 있는 예비-혼합물로 혼합되는 경우 유리할 수 있다.
바람직하게는, 예비-혼합물은 활성화제, 공동-활성화제 및 선택적인 황산칼슘, 유동화제 및/또는 점도-증강제를 혼합함으로써 생성될 수 있다.
본 발명의 추가 양태는 조성물의 중량을 기준으로
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5 내지 95 중량%의 수산화칼슘,
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5 내지 60 중량%의 탄산리튬, 황산리튬 및/또는 탄산나트륨, 바람직하게는 탄산리튬 및/또는 탄산리튬,
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0 내지 40 중량%, 바람직하게는 1 내지 30 중량%의 황산칼슘,
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0 내지 35 중량%, 바람직하게는 5 내지 30 중량%의 유동화제, 바람직하게는 폴리알킬렌 글라이콜 측쇄를 포함하는 음이온성 빗살형-중합체,
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0 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 10 중량%의 점도-증강제, 및
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0 내지 20 중량%의 추가 첨가제
를 포함하여 광물 결합제의 중량을 기준으로 적어도 30 중량%의 슬래그를 포함하는 광물 결합제의 응결 및/또는 경화를 가속화시키는 조성물의 용도이다.
본 발명의 광물 결합제 조성물은 물과 혼합될 때 경화된다. 바람직하게는, 수성 광물 결합제 조성물에서 물 대 광물 결합제의 중량비는 0.22 대 0.7, 더 바람직하게는 0.25 대 0.5, 훨씬 더 바람직하게는 0.3 대 0.4이다. 이와 같은 물 함량은 경화체의 강도 개선을 초래한다.
본 발명의 추가 양태는 물과 혼합한 후 상기 기재한 바와 같이 광물 결합제 조성물의 경화 후에 수득되는 경화체, 특히 구조물의 일부이다.
구조물은, 예를 들어 다리, 건물, 터널, 도로 또는 활주로일 수 있다.
실시예
하기 실시예는 제한적이지 않으며, 본 발명의 예시한다.
1. 물질
Ecocem은 밀도가 약 2,900 ㎏/㎥, 평균 입도(D50)가 11㎛, 블레인 비표면적이 약 4,500 ㎠/g이며, 에코켐 머터리얼스 리미티드(Ecocem Materials Ltd.; 아일랜드)로부터 입수 가능한 고로 슬래그 미분말(GGBFS)이다.
Ecocem Superfine은 밀도가 약 2,900 ㎏/㎥, 평균 입도(D50)가 5㎛, 블레인 비표면적이 7,000 내지 8,000 ㎠/g이며, 에코켐 머터리얼스 리미티드(아일랜드)로부터 입수 가능한 미세 분쇄 GGBFS이다.
CEM III/A는 하이델베르크시멘트 아게(HeidelbergCement AG; 독일)로부터 입수 가능한 DIN EN 197-1에 따른 혼합 시멘트인 CEM III/A 32.5 N-LH이다.
수산화칼슘은 칼크파브릭 넷스탈 아게(Kalkfabrik Netstal AG, 스위스)로부터 입수 가능한 Nekapur® 2였다.
탄산리튬 및 황산리튬은 시그마-알드리치 쉐미 게엠베하(Sigma-Aldrich Chemie GmbH; 스위스)에서 구입하였다.
탄산나트륨은 메르크 카게아아(Merck KGaA; 독일)에서 구입한 Emsure®였다.
황산칼슘은 크나우프 아게(Knauf AG; 독일)로부터 입수 가능한 황산칼슘 반수화물(CaSO4 . ½H2O)이었다.
Sika® ViscoCrete®-125P는 시카(Sika; 스위스)로부터 입수 가능한 폴리아알킬렌 글라이콜 측쇄를 포함하는 음이온성 빗살형-중합체를 기반으로 하는 유동화제 분말이다.
리그닌설포네이트(Ligninsulfonate)는 시판되는 Na-리그닌설포네이트 분말이다.
Kelco-crete® DG-F는 CP 켈코(CP Kelco; 미국)로부터 입수 가능한 디우탄검이다.
2. 적용 테스트
광물 결합제 조성물을 생성하고 물과 혼합한 다음 이의 성능을 테스트하였다. 광물 결합제 조성물은 최대 응집체 크기가 0.3 ㎜인 미세 모르타르였다.
2.1 측정 방법
EN 196-3에 따라 자동화 비캇(Vacat) 장치 비카트론(Vicatronic)을 이용하여 모르타르의 응결 시간을 측정하였다.
모르타르의 압축 강도는 40 × 40 × 160 ㎜ 크기의 프리즘 상에서 측정하였다. 모르타르로 몰드를 채우고 흙손으로 표면을 매끄럽게 하여 혼합 직후 시편을 생성하였다. 몰드를 20℃에서 저장하였다. 일련을 프리즘을 생성하고 미리 정한 시간 간격으로 프리즘을 탈형시키고 테스트하였다. EN 196-1에 따라 프리즘의 강도를 측정하였다.
2.2. 건조 광물 결합제의 생성, 물과의 혼합 및 생성물의 성능
광물 결합제 조성물의 모든 성분을 표 1 내지 4에 주어진 양으로 30초 동안 속도 1로 기계적 혼합기(키친에이드 모델 아티산(KitchenAid Model Artisan), 5KSM150)에서 건조 상태로 혼합하였다.
그 다음 물을 첨가하고 덩어리를 30초 동안 속도 2에서 혼합하였다. 혼합을 중단시키고; 덩어리를 수동으로 균질화시킨 다음 추가 2분 동안 속도 4로 다시 혼합하였다.
표 1은 Ca(OH)2로 활성화된 모르타르 M1 내지 M7의 조성물, 및 응결 시간과 10 및 24시간 후 압축 강도에 대한 탄산리튬과 황산칼슘의 영향을 나타낸다. 물 대 슬래그의 중량비는 0.36이었다.
표 2는 Ca(OH)2로 활성화된 모르타르 M8 내지 M10의 조성물, 및 응결 시간과 10 및 24시간 후 압축 강도에 대한 탄산나트륨의 영향을 나타낸다. 물 대 슬래그의 중량비는 0.36이었다.
표 3은 Ca(OH)2로 활성화된 모르타르 M11 내지 M16의 조성물, 및 응결 시간과 10시간 후 압축 강도에 대한 탄산리튬의 영향을 나타낸다. 물 대 슬래그의 중량비는 0.36이었다.
표 4는 모르타르 M17 내지 M19의 조성물, 및 유체 점도를 얻기 위한 조성물의 물 요구량에 대한 유동화제의 영향을 나타낸다.
Claims (15)
- 광물 결합제 조성물로서,
- 광물 결합제의 중량을 기준으로 적어도 30 중량%의 슬래그를 포함하는 광물 결합제,
- 수산화칼슘으로 이루어지거나 이를 포함하는 슬래그의 수화를 위한 활성화제 및
- 탄산리튬, 황산리튬 및 탄산나트륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 염으로 이루어지거나 이를 포함하는 공동-활성화제
를 포함하는, 광물 결합제 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 광물 결합제는 적어도 36 중량%, 바람직하게는 적어도 66 중량%, 더 바람직하게는 적어도 82 중량%, 특히 적어도 90 중량%의 슬래그를 포함함을 특징으로 하는, 광물 결합제 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬래그는 블레인 방법에 의해 측정한 비표면적이 4,400 내지 6,000 ㎠/g임을 특징으로 하는, 광물 결합제 조성물.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광물 결합제는 포틀랜드 시멘트 및 슬래그를 포함하는 혼합 시멘트임을 특징으로 하는, 광물 결합제 조성물.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광물 결합제는 슬래그로 이루어짐을 특징으로 하는, 광물 결합제 조성물.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화제는 광물 결합제의 중량을 기준으로 0.3 내지 4 중량%, 바람직하게는 0.4 내지 3.5 중량%, 더 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 0.6 내지 2.5 중량%로 존재함을 특징으로 하는, 광물 결합제 조성물.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동-활성화제는 탄산리튬 및/또는 탄산나트륨, 더 바람직하게는 탄산리튬을 포함함을 특징으로 하는, 광물 결합제 조성물.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동-활성화제는 탄산리튬 및/또는 탄산나트륨, 더 바람직하게는 탄산리튬으로 이루어짐을 특징으로 하는, 광물 결합제 조성물.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동-활성화제는 광물 결합제의 중량에 대하여 0.1 내지 3 중량%, 바람직하게는 0.12 내지 2 중량%, 더 바람직하게는 0.14 내지 1 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 0.16 내지 0.8 중량%로 존재함을 특징으로 하는, 광물 결합제 조성물.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화제 대 공동-활성화제의 중량비는 20:1 내지 1:1, 바람직하게는 10:1 내지 1.1:1임을 특징으로 하는, 광물 결합제 조성물.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 황산칼슘이 없는 광물 결합제의 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 3 중량%, 특히 0.3 내지 2 중량%의 탄산칼슘, 바람직하게는 탄산칼슘 반수화물을 더 포함함을 특징으로 하는, 광물 결합제 조성물.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 유동화제, 바람직하게는 폴리알킬렌 글라이콜 측쇄를 포함하는 음이온성 빗살형-중합체(comb-polymer)를 더 포함함을 특징으로 하는, 광물 결합제 조성물.
- 제1항에 있어서,
- 상기 활성화제는 수산화칼슘이고 0.3 내지 4 중량%로 존재하며,
- 상기 공동-활성화제는 탄산리튬 및/또는 탄산나트륨이고 0.1 내지 3.0 중량%로 존재하며,
상기 광물 결합제 조성물은,
- 0 내지 4 중량%의 적어도 하나의 유동화제,
- 0 내지 5 중량%의 황산칼슘,
- 0.006 내지 0.5 중량%의 점도-증강제, 및
- 0 내지 3 중량%의 추가 첨가제
를 더 포함하되,
모든 중량%는 광물 결합제의 중량을 기준으로 함을 특징으로 하는, 광물 결합제 조성물. - 조성물의 중량을 기준으로
- 5 내지 95 중량%의 수산화칼슘,
- 5 내지 60 중량%의 탄산리튬, 황산리튬 또는 탄산나트륨,
- 0 내지 40 중량%의 황산칼슘,
- 0 내지 35 중량%의 유동화제,
- 0 내지 20 중량%의 점도-증강제, 및
- 0 내지 20 중량%의 추가 첨가제
를 포함하여 광물 결합제의 중량을 기준으로 적어도 30 중량%의 슬래그를 포함하는 광물 결합제의 응결 및/또는 경화를 가속화시키는 조성물의 용도. - 물과 혼합한 후 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 광물 결합제 조성물의 경화 후에 수득되는 경화체, 특히 구조물의 일부.
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