KR20220152855A - Curing method of cementitious materials using alkaline activator aqueous solution - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 일 실시예는 알칼리 활성화제 수용액을 활용한 시멘트 조성물의 양생 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명의 일 실시예는 비교적 짧은 시간동안 양생하더라도 강도 발현이 일어나는 알칼리 활성화제 수용액을 활용한 시멘트 조성물의 양생 방법에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a method for curing a cement composition using an aqueous alkali activator solution. More specifically, one embodiment of the present invention relates to a method for curing a cement composition using an aqueous alkali activator solution in which strength is developed even when cured for a relatively short time.
이산화탄소를 포함한 온실 가스 배출은 지구 온난화의 원인 중 하나이며, 이는 세계 자연 재해의 빈도와 범위를 증가시킨다. 포틀랜드 시멘트의 시멘트 클링커(clinker) 생산량은 전 세계 CO2 배출량의 약 4%를 차지(2017년 통계)하며, 건설 산업에서 심각한 문제로 여겨지고 있다.Greenhouse gas emissions, including carbon dioxide, are one of the causes of global warming, which increases the frequency and extent of natural disasters around the world. Portland Cement's cement clinker production accounts for about 4 % of global CO2 emissions (2017 statistics) and is considered a serious problem in the construction industry.
시멘트 기반 물질의 양생을 가속화하기 위해 CO2를 사용하는 것은 대기 중 CO2 농도를 낮추는 방법 중 하나로 알려져 있다. 포틀랜드 시멘트의 알라이트(alite) 및 벨라이트(belite)와 같은 규산 칼슘은 자발적으로 탄산되어 탄산 칼슘 (CaCO3)이 주로 생성된다. CO2 양생 과정에서 CaCO3는 캐스트 모르타르 및 콘크리트의 기공에 침전되기 때문에 조기에 CO2 양생된 시멘트 기반 재료는 강도가 빠르게 상승한다. 기공의 치밀화는 시멘트 페이스트 매트릭스 및 계면 전이 구역을 포함하여 미세 구조를 미세화하여 보다 빠른 시간 내에 더 높은 강도를 얻게 된다.The use of CO 2 to accelerate the curing of cement-based materials is known as one of the ways to lower the CO 2 concentration in the atmosphere. Calcium silicates, such as alite and belite of Portland cement, are spontaneously carbonated to form calcium carbonate (CaCO 3 ). During the CO 2 curing process, CaCO 3 is precipitated in the pores of cast mortar and concrete, so the early CO 2 cured cement-based material rapidly increases in strength. The pore densification refines the microstructure, including the cement paste matrix and interfacial transition zone, resulting in higher strength in a shorter time.
또한, 포틀랜드 시멘트를 대체하는 대체 시멘트를 사용하여 CO2 배출량을 줄이는 방법이 알려져 있다. 칼슘 설포 알루미네이트 시멘트는 소성 공정을 저온에서 할 수 있는 장점이 있다. 포틀랜드 시멘트의 소성과 비교하여 소성 온도가 약 100 내지 200 ℃ 감소하며, 이는 CO2 배출량 감소에 기여한다. 또한 고로 슬래그 및 플라이 애쉬(fly ash)와 같은 산업 부산물로 합성된 지오폴리머(geopolymer)를 포함하는 알칼리 활성화 바인더는 유망한 대안 중 하나이다. 고로 슬래그 또한 다량의 규산 칼슘을 함유한다. 수화는 잠재적으로 알칼리 활성화제가 필요한 탄화에 취약하다. 알칼리 활성화제는 칼슘이 슬래그 입자로부터 용해될 수 있게 하고, 칼슘은 강도의 발달에 기여하는 C-S-H 겔의 형성에 참여한다.It is also known how to reduce CO 2 emissions by using an alternative cement that replaces Portland cement. Calcium sulfoaluminate cement has the advantage of being able to perform the firing process at a low temperature. Compared to the firing of Portland cement, the firing temperature is reduced by about 100 to 200 °C, which contributes to a reduction in CO 2 emissions. Alkali-activated binders, which also include geopolymers synthesized from industrial by-products such as blast furnace slag and fly ash, are one promising alternative. Blast furnace slag also contains large amounts of calcium silicate. Hydration is vulnerable to carbonization, which potentially requires an alkali activator. Alkaline activators allow calcium to dissolve from slag particles, and calcium participates in the formation of CSH gels, contributing to the development of strength.
본 발명의 일 실시예에서는 알칼리 활성화제 수용액을 활용한 시멘트 조성물의 양생 방법을 제공하고자 한다. 더욱 구체적으로 본 발명의 일 실시예에서는 비교적 짧은 시간동안 양생하더라도 강도 발현이 일어나는 알칼리 활성화제 수용액을 활용한 시멘트 조성물의 양생 방법을 제공하고자 한다.In one embodiment of the present invention, it is intended to provide a method for curing a cement composition using an aqueous alkali activator solution. More specifically, in one embodiment of the present invention, it is intended to provide a method for curing a cement composition using an aqueous alkali activator solution in which strength is developed even when cured for a relatively short time.
본 발명의 일 실시예에 의한 시멘트 조성물의 양생 방법은 고로 슬래그 미분말, 규사 및 액상의 규산 나트륨을 포함하는 시멘트 조성물을 압축하여 성형하는 단계; 시멘트 조성물을 기건 상태에서 양생하는 예비 양생 단계; 예비 양생된 시멘트 조성물을 알칼리 활성화제 수용액에 수중 양생하는 1차 양생 단계; 및 1차 양생된 시멘트 조성물을 95% 이상의 상대 습도 분위기에서 양생하는 2차 양생 단계를 포함한다.A cement composition curing method according to an embodiment of the present invention includes the steps of compressing and molding a cement composition containing blast furnace slag fine powder, silica sand, and liquid sodium silicate; A preliminary curing step of curing the cement composition in an air-conditioned state; A first curing step of curing the pre-cured cement composition in aqueous alkali activator solution; and a secondary curing step of curing the primary cured cement composition in a relative humidity atmosphere of 95% or more.
시멘트 조성물은 고로 슬래그 미분말 100 중량부, 규사 100 내지 500 중량부 및 액상의 규산 나트륨 10 내지 50 중량부 포함한다.The cement composition includes 100 parts by weight of blast furnace slag fine powder, 100 to 500 parts by weight of silica sand, and 10 to 50 parts by weight of liquid sodium silicate.
고로 슬래그 미분말은 SiO2: 30 내지 33 중량%, Al2O3: 12 내지 14 중량%, CaO: 43 내지 48 중량% 포함한다.The blast furnace slag fine powder includes SiO 2 : 30 to 33 wt%, Al 2 O 3 : 12 to 14 wt%, and CaO: 43 to 48 wt%.
액상의 규산 나트륨 내의 Na2O에 대한 SiO2의 중량 비율이 2.0 내지 3.5 일 수 있다.The weight ratio of SiO 2 to Na 2 O in the liquid sodium silicate may be 2.0 to 3.5.
성형하는 단계에서 시멘트 조성물을 0.5MPa 이상으로 압축할 수 있다.In the molding step, the cement composition may be compressed to 0.5 MPa or more.
예비 양생 단계에서 시멘트 조성물을 60% 이하의 상대 습도 분위기에서 3 내지 12시간 동안 양생할 수 있다.In the preliminary curing step, the cement composition may be cured for 3 to 12 hours in a relative humidity atmosphere of 60% or less.
1차 양생 단계에서, 알칼리 활성화제 수용액은 KOH, NaOH 및 Na2SiO3 중 1종 이상을 포함할 수 있다.In the first curing step, the aqueous alkaline activator solution may include one or more of KOH, NaOH, and Na 2 SiO 3 .
1차 양생 단계에서, 알칼리 활성화제 수용액의 알칼리 활성화제의 농도는 1 내지 5M일 수 있다.In the first curing step, the concentration of the alkali activator in the aqueous alkali activator solution may be 1 to 5M.
1차 양생 단계에서, 알칼리 활성화제 수용액은 이산화탄소를 5 분 내지 1시간 동안 용해시킨 것일 수 있다.In the first curing step, the alkaline activator aqueous solution may be obtained by dissolving carbon dioxide for 5 minutes to 1 hour.
1차 양생 단계에서, 알칼리 활성화제 수용액은 pH 8 내지 pH 14일 수 있다.In the first curing step, the aqueous alkaline activator solution may be pH 8 to pH 14.
예비 양생 단계, 1차 양생 단계 및 2차 양생 단계는 각각 15 내지 50℃의 온도에서 수행될 수 있다.The preliminary curing step, the first curing step and the second curing step may be carried out at a temperature of 15 to 50 ° C, respectively.
도 1은 실시예에서 슬래그 1을 사용하여 양생한 시멘트 조성물의 압축 강도 측정 결과이다.
도 2는 실시예에서 슬래그 2를 사용하여 양생한 시멘트 조성물의 압축 강도 측정 결과이다.1 is a result of measuring the compressive strength of a cement composition cured using slag 1 in Example.
2 is a result of measuring the compressive strength of a cement composition cured using slag 2 in Example.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.Terms such as first, second and third are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers and/or sections. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first part, component, region, layer or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is only for referring to specific embodiments and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of "comprising" as used herein specifies particular characteristics, regions, integers, steps, operations, elements and/or components, and the presence or absence of other characteristics, regions, integers, steps, operations, elements and/or components. Additions are not excluded.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined differently, all terms including technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries are additionally interpreted as having meanings consistent with related technical literature and currently disclosed content, and are not interpreted in ideal or very formal meanings unless defined.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명의 일 실시예에 의한 시멘트 조성물의 양생 방법은 고로 슬래그 미분말, 규사 및 액상의 규산 나트륨을 포함하는 시멘트 조성물을 압축하여 성형하는 단계; 시멘트 조성물을 기건 상태에서 양생하는 예비 양생 단계; 예비 양생된 시멘트 조성물을 알칼리 활성화제 수용액에 수중 양생하는 1차 양생 단계; 및 1차 양생된 시멘트 조성물을 95% 이상의 상대 습도 분위기에서 양생하는 2차 양생 단계를 포함한다.A cement composition curing method according to an embodiment of the present invention includes the steps of compressing and molding a cement composition containing blast furnace slag fine powder, silica sand, and liquid sodium silicate; A preliminary curing step of curing the cement composition in an air-conditioned state; A first curing step of curing the pre-cured cement composition in aqueous alkali activator solution; and a secondary curing step of curing the primary cured cement composition in a relative humidity atmosphere of 95% or more.
이하에서는 시멘트 조성물의 양생 방법을 각 단계별로 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the curing method of the cement composition will be described in detail for each step.
먼저, 고로 슬래그 미분말, 규사 및 액상의 규산 나트륨을 포함하는 시멘트 조성물을 압축하여 성형한다.First, a cement composition containing fine blast furnace slag powder, silica sand, and liquid sodium silicate is compacted and molded.
시멘트 조성물은 고로 슬래그 미분말, 규사 및 액상의 규산 나트륨을 포함한다. 시멘트 조성물로서, 고로 슬래그 미분말 규사 및 액상의 규산 나트륨은 널리 알려져 있으며, 적절한 것을 선택하여 사용할 수 있다. 그 외에 시멘트를 포함하며, 시멘트의 종류는 특별히 제한하지 않는다.The cement composition includes blast furnace slag fine powder, silica sand and liquid sodium silicate. As cement compositions, blast furnace slag finely powdered silica sand and liquid sodium silicate are widely known, and appropriate ones can be selected and used. In addition, cement is included, and the type of cement is not particularly limited.
고로 슬래그 미분말은 시멘트 조성물 내에서 강도 발현에 기여하는 C-S-H 수화물을 생성하는 역할을 한다. 고로 슬래그 미분말은 SiO2: 30.0 내지 33.0 중량%, Al2O3: 12.0 내지 14.0 중량%, CaO: 43.0 내지 48.0 중량% 포함할 수 있다. 고로 슬래그 미분말은 전술한 SiO2, Al2O3, CaO외에도 다양한 산화물을 더 포함할 수 있다. 예컨데, Na2O, K2O, MgO, MnO, TiO2, SO3, P2O5, Fe2O3, BaO, ZrO2, V2O5, SrO 및 Y2O3 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 이들은 각각 5 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 고로 슬래그 미분말은 SiO2: 30.0 내지 31.0 중량%, Al2O3: 13.0 내지 13.5 중량%, CaO: 45.0 내지 48.0 중량% 포함할 수 있다.The blast furnace slag fine powder plays a role of generating CSH hydrate contributing to the development of strength in the cement composition. The blast furnace slag fine powder may include SiO 2 : 30.0 to 33.0 wt%, Al 2 O 3 : 12.0 to 14.0 wt%, and CaO: 43.0 to 48.0 wt%. The blast furnace slag fine powder may further include various oxides in addition to the aforementioned SiO 2 , Al 2 O 3 , and CaO. For example, at least one of Na 2 O, K 2 O, MgO, MnO, TiO 2 , SO 3 , P 2 O 5 , Fe 2 O 3 , BaO, ZrO 2 , V 2 O 5 , SrO and Y 2 O 3 may further include. These may further contain up to 5% by weight each. More specifically, the blast furnace slag fine powder may include SiO 2 : 30.0 to 31.0 wt%, Al 2 O 3 : 13.0 to 13.5 wt%, and CaO: 45.0 to 48.0 wt%.
규사는 주 성분이 SiO2로 이루어져 있으며, 시멘트 조성물 분야에서 널리 알려져 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다. 더욱 구체적으로 4호 규사를 사용할 수 있으며, 이는 평균 입도가 1.2 내지 1.5 mm이다.Since silica sand is composed of SiO 2 as a main component and is widely known in the field of cement compositions, a detailed description thereof will be omitted. More specifically, No. 4 silica sand may be used, which has an average particle size of 1.2 to 1.5 mm.
고로 슬래그 미분말 100 중량부에 대해 규사는 100 내지 500 중량부 포함할 수 있다. 규사가 너무 적으면 조성물 내 공기량 확보에 있어 문제가 발생할 수 있다. 규사가 너무 많으면, 바인더가 부족하여 조성물의 혼합에 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 고로 슬래그 미분말 100 중량부에 대해 규사는 250 내지 350 중량부 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 중량부란 고로 슬래그 미분말에 대한 상대적인 중량 비율을 의미한다.100 to 500 parts by weight of silica sand may be included with respect to 100 parts by weight of the blast furnace slag fine powder. If the silica sand is too small, a problem may occur in securing the amount of air in the composition. If there is too much silica sand, there may be a problem in mixing the composition due to insufficient binder. More specifically, silica sand may be included in an amount of 250 to 350 parts by weight based on 100 parts by weight of the blast furnace slag fine powder. In one embodiment of the present invention, the weight part means a relative weight ratio with respect to the blast furnace slag fine powder.
규산 나트륨(Na2SiO3)는 액상 형태로 첨가될 수 있다. 액상의 규산 나트륨 내에서 Na2O에 대한 SiO2의 중량 비율(SiO2/Na2O)이 2.0 내지 3.5일 수 있다. 적절한 비율이 첨가된 규산 나트륨을 사용하여야 고로 슬래그 미분말을 적절히 알칼리 활성화할 수 있다. 더욱 구체적으로 2.5 내지 3.3이 될 수 있다.Sodium silicate (Na 2 SiO 3 ) can be added in liquid form. A weight ratio of SiO 2 to Na 2 O (SiO 2 /Na 2 O) in the liquid sodium silicate may be 2.0 to 3.5. Sodium silicate added in an appropriate ratio should be used to properly alkali-activate the blast furnace slag powder. More specifically, it may be 2.5 to 3.3.
고로 슬래그 미분말 100 중량부에 대해 규산 나트륨은 10 내지 50 중량부 포함할 수 있다. 규산 나트륨이 너무 적으면 알칼리 활성화가 적절히 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다. 규사가 너무 많으면, 조성물 생성에 있어 재료 분리의 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 고로 슬래그 미분말 100 중량부에 대해 규산 나트륨은 35 내지 50 중량부 포함할 수 있다. 규산 나트륨은 액상이므로, 규산 나트륨의 중량은 용매를 포함한 중량으로 정의한다. 10 to 50 parts by weight of sodium silicate may be included with respect to 100 parts by weight of the blast furnace slag fine powder. Too little sodium silicate can cause problems with insufficient alkali activation. Too much silica sand can cause material separation problems in creating the composition. More specifically, 35 to 50 parts by weight of sodium silicate may be included based on 100 parts by weight of the blast furnace slag fine powder. Since sodium silicate is a liquid, the weight of sodium silicate is defined as the weight including the solvent.
이렇게 제조된 시멘트 조성물은 몰드에 주입하고, 압축하여 성형할 수 있다.The cement composition thus prepared may be molded by injecting into a mold and compressing it.
성형 압력은 0.5MPa 이상일 수 있다. 성형 압력이 너무 낮으면, 적절한 형상을 얻기 어렵다. 성형 압력이 너무 높으면 성형체 내에 공극량이 적어, 후술할 수중 양생 과정에서 알칼리 활성화제가 골고루 공급되지 못할 수 있다. 더욱 구체적으로 성형 압력은 0.7 내지 1.5MPa일 수 있다.The molding pressure may be 0.5 MPa or more. If the molding pressure is too low, it is difficult to obtain an appropriate shape. If the molding pressure is too high, the amount of voids in the molded body is small, and the alkali activator may not be evenly supplied during the underwater curing process described later. More specifically, the molding pressure may be 0.7 to 1.5 MPa.
다음으로, 예비 양생 단계는 시멘트 조성물을 기건 상태에서 양생한다.Next, in the preliminary curing step, the cement composition is cured in an air-dried state.
기건 상태란 대기 내 습도가 적은 상태를 의미한다. 기건 상태에서 양생함으로써, 성형체 내에 잔류하는 수분을 일부 제거하여, 후술할 수중 양생 과정에서 알칼리 활성화제가 골고루 공급되도록 할 수 있다. 더욱 구체적으로 기건 상태는 60% 이하의 상대 습도 분위기일 수 있다. 더욱 구체적으로 50% 이하의 상대 습도 분위기일 수 있다.Air condition means a condition with low humidity in the atmosphere. By curing in an air-dry state, some of the moisture remaining in the molded body can be removed, so that the alkali activator can be evenly supplied during the underwater curing process to be described later. More specifically, the air-conditioned condition may be a relative humidity atmosphere of 60% or less. More specifically, it may be a relative humidity atmosphere of 50% or less.
예비 양생 단계에서 온도는 15 내지 50℃일 수 있다. 더욱 구체적으로 20 내지 30℃일 수 있다. 더욱 구체적으로 23 내지 25℃일 수 있다.In the preliminary curing step, the temperature may be 15 to 50 °C. More specifically, it may be 20 to 30 °C. More specifically, it may be 23 to 25 °C.
예비 양생 단계는 3 내지 12시간 동안 수행될 수 있다. 전술한 시간 동안 양생함으로써, 후술할 수중 양생 과정에서 알칼리 활성화제가 골고루 공급되도록 할 수 있다. 더욱 구체적으로 5 내지 6.5 시간 동안 수행될 수 있다.The pre-curing step may be performed for 3 to 12 hours. By curing for the above-mentioned time, it is possible to ensure that the alkali activator is evenly supplied in the underwater curing process to be described later. More specifically, it may be performed for 5 to 6.5 hours.
다음으로, 1차 양생 단계는 예비 양생된 시멘트 조성물을 알칼리 활성화제 수용액에 수중 양생한다. 1차 양생 단계에서 알칼리 활성화제가 시멘트 조성물에 공급되어, 강도 발현이 일어난다.Next, in the first curing step, the pre-cured cement composition is cured in water in an alkaline activator aqueous solution. In the primary curing step, an alkali activator is supplied to the cement composition to develop strength.
이 때, 알칼리 활성화제 수용액은 알칼리 활성화제로서, KOH, NaOH 및 Na2SiO3 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 알칼리 활성화제는 슬래그 내 칼슘 이온의 반응을 촉진시켜 강도를 향상시키는 역할을 한다. 더욱 구체적으로 KOH를 포함할 수 있다.At this time, the alkali activator aqueous solution may include at least one of KOH, NaOH, and Na 2 SiO 3 as an alkali activator. Alkaline activators promote the reaction of calcium ions in slag to improve strength. More specifically, KOH may be included.
알칼리 활성화제 수용액의 알칼리 활성화제의 농도는 1 내지 5M일 수 있다. 알칼리 활성화제의 농도가 너무 적으면, 전술한 알칼리 활성화제의 역할을 적절히 수행할 수 없으며, 강도 향상이 적절히 이루어지지 않는다. 알칼리 활성화제의 농도가 너무 높으면, 작업에 있어 안전의 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 알칼리 활성화제 수용액의 알칼리 활성화제의 농도는 1 내지 1.5M일 수 있다.The concentration of the alkali activator in the aqueous alkali activator solution may be 1 to 5M. If the concentration of the alkali activator is too low, the function of the alkali activator described above cannot be properly performed, and the strength improvement is not adequately achieved. If the concentration of the alkali activator is too high, safety problems may arise in operation. More specifically, the concentration of the alkali activator in the aqueous alkali activator solution may be 1 to 1.5M.
알칼리 활성화제 수용액은 이산화탄소를 포함할 수 있다. 이산화탄소는 수용액 내에 용해되어 존재할 수 있다. 알칼리 활성화제 수용액은 이산화탄소를 5 분 내지 1시간 동안 용해 시킨 것일 수 있다. 이산화탄소를 용해시킴으로써, 탄산화 반응을 통해 강도를 더욱 향상시킬 수 있으며, 온실가스 감축에도 기여할 수 있다. 다만, 이산화탄소를 너무 많이 포함하는 경우, 알칼리 활성화제 수용액의 pH가 감소하여 슬래그 내 칼슘이온의 반응이 줄어들어 강도가 오히려 줄어들 수 있다.The aqueous alkaline activator solution may include carbon dioxide. Carbon dioxide may exist dissolved in an aqueous solution. The aqueous alkaline activator solution may be obtained by dissolving carbon dioxide for 5 minutes to 1 hour. By dissolving carbon dioxide, strength can be further improved through a carbonation reaction, and it can also contribute to reducing greenhouse gases. However, if too much carbon dioxide is included, the pH of the alkaline activator aqueous solution decreases, reducing the reaction of calcium ions in the slag, and thus reducing the strength.
전술한 것과 같이 처리함으로써, 알칼리 활성화제 수용액 내 알칼리 활성화제 1 몰 수 대비 이산화탄소가 0.1 몰 수 내지 1 몰 수 만큼 용해될 수 있다. 더욱 구체적으로 알칼리 활성화제 수용액은 이산화탄소를 5 분 내지 25분 동안 용해 시킨 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 15분 내지 25분 동안 용해 시킨 것일 수 있다.By treating as described above, 0.1 to 1 mole of carbon dioxide can be dissolved in the alkaline activator aqueous solution with respect to 1 mole of the alkali activator. More specifically, the alkaline activator aqueous solution may be obtained by dissolving carbon dioxide for 5 to 25 minutes. More specifically, it may be dissolved for 15 to 25 minutes.
이렇게 적절한 알칼리 활성화제 및 이산화탄소를 포함하는 알칼리 활성화제 수용액은 pH가 8 내지 14가 될 수 있다. pH가 너무 낮은 경우, 알칼리 활성화제가 적절히 포함되지 않거나, 이산화탄소가 너무 많이 포함된 경우로서, 적절한 강도를 얻을 수 없다. pH가 너무 높은 경우, 알칼리 활성화제가 너무 많이 포함되거나, 이산화탄소가 너무 적게 포함된 경우로서, 적절한 강도를 얻을 수 없다. 더욱 구체적으로 pH가 10 내지 14.0가 될 수 있다. 더욱 구체적으로 12 내지 13.5가 될 수 있다.An aqueous alkali activator solution containing an appropriate alkali activator and carbon dioxide may have a pH of 8 to 14. If the pH is too low, an alkali activator is not properly included, or carbon dioxide is too much, so proper strength cannot be obtained. When the pH is too high, too much alkaline activator or too little carbon dioxide is included, an appropriate strength cannot be obtained. More specifically, the pH may be 10 to 14.0. More specifically, it may be 12 to 13.5.
1차 양생 단계에서 온도는 15 내지 50℃일 수 있다. 더욱 구체적으로 20 내지 30℃일 수 있다. 더욱 구체적으로 23 내지 25℃일 수 있다.In the first curing step, the temperature may be 15 to 50°C. More specifically, it may be 20 to 30 °C. More specifically, it may be 23 to 25 °C.
1차 양생 단계는 1 내지 5일 동안 수행될 수 있다. 전술한 시간 동안 양생함으로써, 알칼리 활성화제가 골고루 공급되도록 할 수 있다. 더욱 구체적으로 2 일 내지 3 일 동안 수행될 수 있다.The first curing step may be performed for 1 to 5 days. By curing for the above-mentioned period of time, the alkali activator can be evenly supplied. More specifically, it may be performed for 2 to 3 days.
다음으로, 2차 양생 단계는 1차 양생된 시멘트 조성물을 95% 이상의 상대 습도 분위기에서 양생한다. 이산화탄소 분위기에서 2차 양생하기 이전에 먼저 습도가 높은 분위기에서 1차 양생함으로써, 몰드로부터 단시간에 시편을 탈형할 수 있다. 1차 양생 단계의 습도가 너무 낮으면, 단시간에 탈형이 어려울 수 있으며, 또한, 건조수축일 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 2차 양생 단계의 상대 습도는 80 내지 85%일 수 있다.Next, in the secondary curing step, the primary cured cement composition is cured in a relative humidity atmosphere of 95% or more. By performing primary curing in a high-humidity atmosphere before secondary curing in a carbon dioxide atmosphere, the specimen can be demolded in a short time from the mold. If the humidity in the primary curing step is too low, demolding may be difficult in a short time, and drying shrinkage may occur. More specifically, the relative humidity of the secondary curing step may be 80 to 85%.
2차 양생 단계에서 온도는 15 내지 50℃일 수 있다. 더욱 구체적으로 20 내지 30℃일 수 있다. 더욱 구체적으로 23 내지 25℃일 수 있다.In the secondary curing step, the temperature may be 15 to 50 °C. More specifically, it may be 20 to 30 °C. More specifically, it may be 23 to 25 °C.
2차 양생 단계는 3일 내지 28일 동안 수행할 수 있다.The second curing step may be performed for 3 to 28 days.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are only for exemplifying the present invention, and the present invention is not limited thereto.
제조예 : 고로 슬래그 미분말의 준비Production Example: Preparation of blast furnace slag fine powder
고로 슬래그 미분말(ground-granulated blast-furnace slag, GGBFS, 현대제철) 2종을 준비하였다. 고로 슬래그 미분말을 X-선 형광 분석기를 이용하여 그 성분을 분석하여 표 1에 정리하였다. 표 1의 단위는 중량%이다. Other에는 BaO, ZrO2, V2O5, SrO 및 Y2O3가 포함되었다.Two types of blast-furnace slag (ground-granulated blast-furnace slag, GGBFS, Hyundai Steel) were prepared. Therefore, the components of the fine powder of slag were analyzed using an X-ray fluorescence analyzer and summarized in Table 1. The unit of Table 1 is % by weight. Others included BaO, ZrO 2 , V 2 O 5 , SrO and Y 2 O 3 .
표 1에 정리되어 있듯이, 고로 슬래그 미분말은 석회와 실리카가 주 성분임을 확인할 수 있다. As summarized in Table 1, it can be confirmed that lime and silica are the main components of the blast furnace slag fine powder.
실시예Example
고로 슬래그 미분말과 4호 규사(평균 입도 1.2 내지 1.5mm)를 액상의 규산 나트륨과 혼합하여 제조하였다. 여기서 사용한 액상의 규산 나트륨은 SiO2/Na2O 중량 비율이 3.1인 제품을 사용하였다. 각각 물과 일대일 부피 비율로 혼합하여 사용하였다. 슬래그 1의 고로 슬래그 미분말 사용 시, 슬래그 100 중량부 대비 규산 나트륨 수용액 35 중량부와, 슬래그 2의 고로 슬래그 미분말 사용 시, 슬래그 100 중량부 대비 규산 나트륨 수용액 50 중량부로 혼합하였다. 그리고 규사는 고로 슬래그 미분말 100 중량부 대비 300 중량부로 혼합하였다. 플레네터리 믹서로 5분가량 혼합한 후, 40 mm 정사각형 크기의 몰드에 1 MPa 힘으로 압축 성형하여 성형체를 제작하였다. 이때, 제작된 시편의 전체 부피 대비 공극량이 17 부피%가 되도록 샘플 중량을 일정하게 계량하여 압축 성형하였다. 제작된 샘플들은 6 시간 상대 습도 45%의 가량 기건 상태에서 건조를 시켰다. 이후, 건조된 샘플들을 수산화 칼륨 1M 몰농도 수용액에 수중 양생을 하였다. 이때, 수산화 칼륨 1M 몰농도 수용액은 이산화탄소 용해된 양에 따라 다섯 종류로 분류하여 각각 샘플을 양생하였다. 이산화탄소가 전혀 녹지 않은 용액은 수산화 칼륨 1M 몰농도 수용액은 pH값이 약 14이고, 실시예 1 로 명명하였다. 그리고 이산화탄소 10분 용해시킨 수산화 칼륨 1M 몰농도 수용액은 pH 값이 13에서 14사이 값을 가졌고 실시예 2라고 명명하였다. 또한, 이산화탄소 20분 용해시킨 수산화 칼륨 수용액은 pH 값이 12에서 13사이 값을 가졌고, 실시예 3이라고 명명하였다. 30분 용해시킨 수용액은 pH 값이 11에서 12사이 값을 가졌고 실시예 4로 명명하였다. 이렇게 수산화 칼륨 1M 몰농도의 수용액에 샘플을 66시간(샘플 제작 후 3일 재령) 수중 양생 진행하였다. 수중 양생 이후 95% 상대 습도, 25℃의 공기 중에서 추가 양생을 28일까지 진행하였다.It was prepared by mixing fine blast furnace slag powder and No. 4 silica sand (average particle size of 1.2 to 1.5 mm) with liquid sodium silicate. The liquid sodium silicate used herein was a product having a weight ratio of SiO 2 /Na 2 O of 3.1. Each was used after being mixed with water in a one-to-one volume ratio. When using the blast furnace slag fine powder of slag 1, 35 parts by weight of sodium silicate aqueous solution was mixed with 100 parts by weight of slag, and when using blast furnace slag fine powder of slag 2, 50 parts by weight of sodium silicate aqueous solution was mixed with 100 parts by weight of slag. Silica sand was mixed at 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the blast furnace slag fine powder. After mixing for about 5 minutes with a planetary mixer, a molded body was produced by compression molding at a force of 1 MPa in a 40 mm square mold. At this time, the sample weight was constantly weighed and compression molded so that the amount of voids relative to the total volume of the manufactured specimen was 17% by volume. The fabricated samples were dried in an air-dry condition of about 45% relative humidity for 6 hours. Thereafter, the dried samples were cured in water in a 1M molarity aqueous solution of potassium hydroxide. At this time, the 1M molarity aqueous solution of potassium hydroxide was classified into five types according to the dissolved amount of carbon dioxide, and each sample was cured. A solution in which carbon dioxide was not dissolved at all had a pH value of about 14 in a 1 M molarity aqueous solution of potassium hydroxide, and was named Example 1. In addition, the 1M molarity aqueous solution of potassium hydroxide dissolved in carbon dioxide for 10 minutes had a pH value between 13 and 14 and was named Example 2. In addition, the potassium hydroxide aqueous solution dissolved in carbon dioxide for 20 minutes had a pH value between 12 and 13, and was named Example 3. The aqueous solution dissolved for 30 minutes had a pH value between 11 and 12 and was named Example 4. In this way, the sample was cured in water for 66 hours (3 days after sample production) in an aqueous solution of 1M molarity of potassium hydroxide. After curing in water, additional curing was carried out in the air at 95% relative humidity and 25 ° C for up to 28 days.
또한, 비교를 위해 샘플을 기건 상태에서 건조 후, 95% 상대 습도, 25℃의 공기 중에서 양생한 비교예(Control)을 준비하였다.In addition, for comparison, a comparative example (Control) was prepared in which the sample was dried in an air-conditioned state and then cured in air at 95% relative humidity and 25 ° C.
각 샘플은 혼합 후 3일, 7일 및 28일 압축 강도를 측정하였다. 압축 강도는 각각 4개의 샘플을 측정하여 평균 값을 산출하였다. 측정된 압축 강도는 슬래그 1을 사용한 샘플은 도 1, 슬래그 2를 사용한 샘플은 도 2에 정리하였다.Each sample was measured for compressive strength at 3, 7 and 28 days after mixing. For the compressive strength, an average value was calculated by measuring each of the four samples. The measured compressive strength is summarized in FIG. 1 for the sample using slag 1 and FIG. 2 for the sample using slag 2.
도 1 및 도 2에 나타나듯이, 3일 재령 시, 비교예는 강도를 발현하지 못하였지만, 수산화 칼륨 1M 몰농도의 수용액과 이산화탄소를 용해시킨 수산화 칼륨 1M 수용액에서는 강도를 발현하였다. 하지만, 이산화탄소를 상대적으로 많이 용해시킨 실시예 4의 경우, 슬래그 1로 구성된 샘플은 강도 발현을 하지 못하였다. 이는 초기에 알칼리 활성화제로 샘플을 수중 양생함으로써, 샘플 내 충분한 알칼리 활성화제 보충으로 인한 강도발현이 일어났다고 보아진다. 또한, 도 1에서 이산화탄소를 적정 용해시킨 실시예 2의 수산화 칼륨 수용액에 수중 양생한 샘플의 강도 발현이 제일 뛰어났다. 이는 탄산화 반응으로 인한 샘플의 강도 발현을 더욱 촉진시켰다고 볼 수 있다. 7일 재령 시, 비교예는 여전히 강도가 발현되지 않았다. 그와 반대로 수산화 칼륨 수용액에 수중 양생 후 95% 상대 습도, 25℃의 공기 중에서 추가 양생한 샘플들의 강도 발현은 뛰어났다. 특히, 도 1 및 도 2에서 슬래그의 종류 상관없이 이산화탄소를 적정 용해시킨 실시예 2의 샘플에서 강도 발현이 우수했다. 반면, 도 1, 슬래그 1을 사용한 실시예 4는 여전히 강도 발현을 보이지 않았다. 최종적인 28일 강도에서는 비교예의 샘플의 강도 발현이 있었다. 슬래그 1을 사용한 샘플들(도 1)에서는 오히려 수산화 칼륨 1M 몰농도 수용액에 수중 양생했던 샘플의 비해 비교예 샘플의 강도가 커졌고, 슬래그 2를 사용한 샘플들(도 2) 또한 강도가 비슷하였다. 하지만, 슬래그 1과 슬래그 2를 사용한 샘플들 중 실시예 3의 강도 발현이 제일 우수하였다.As shown in FIGS. 1 and 2, at the age of 3 days, the comparative example did not develop strength, but developed strength in a 1M aqueous solution of potassium hydroxide and a 1M aqueous solution of potassium hydroxide in which carbon dioxide was dissolved. However, in the case of Example 4 in which a relatively large amount of carbon dioxide was dissolved, the sample composed of slag 1 did not develop strength. It is believed that the development of strength due to sufficient alkali activator replenishment in the sample occurred by initially curing the sample in water with an alkali activator. In addition, in FIG. 1, the strength expression of the sample cured in water in the potassium hydroxide aqueous solution of Example 2 in which carbon dioxide was appropriately dissolved was the best. It can be seen that this further accelerated the strength expression of the sample due to the carbonation reaction. At 7 days of age, the comparative example still did not develop strength. On the contrary, the strength development of the samples additionally cured in air at 25°C and 95% relative humidity after water curing in aqueous potassium hydroxide solution was excellent. In particular, strength development was excellent in the sample of Example 2 in which carbon dioxide was appropriately dissolved regardless of the type of slag in FIGS. 1 and 2. On the other hand, Fig. 1, Example 4 using slag 1 still showed no strength development. In the final 28-day strength, there was strength development of the sample of Comparative Example. In the samples using slag 1 (FIG. 1), the strength of the comparative sample was higher than that of the sample cured in water in a 1M molarity aqueous solution of potassium hydroxide, and the samples using slag 2 (FIG. 2) were also similar in strength. However, among the samples using slag 1 and slag 2, the strength expression of Example 3 was the best.
초기 재령 3일에서는 알칼리 활성화제 수용액에 수중 양생한 샘플들의 초기 강도 발현이 비교예 대비 뛰어났다. 재령 28일 후엔 비교예 샘플은 알칼리 활성화제 수용액에 수중 양생했던 샘플들과 비슷한 수준의 강도 발현되었지만, 실시예 3ㄴ의 샘플들에서는 더 우수한 강도 발현이 일어났다. 이는 알칼리 활성화제 수용액에 이산화탄소를 용해시켜 수용액의 pH를 12로 맞춘 용액으로 수중 양생하는 것이 최종적인 강도 발현에 더욱 우수하다는 것을 알 수 있었다.At the initial age of 3 days, the initial strength expression of the samples cured in water in an alkaline activator aqueous solution was superior to that of the comparative example. After 28 days of age, the comparative sample exhibited a similar level of strength to the samples cured in water in an alkaline activator aqueous solution, but better strength development occurred in the samples of Example 3b. It was found that curing in water with a solution of adjusting the pH of the aqueous solution to 12 by dissolving carbon dioxide in an aqueous alkali activator solution is more excellent in final strength development.
본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the examples and can be manufactured in various different forms, and those skilled in the art to which the present invention pertains may change other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It will be appreciated that this can be implemented. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting.
Claims (11)
상기 시멘트 조성물을 기건 상태에서 양생하는 예비 양생 단계;
예비 양생된 시멘트 조성물을 알칼리 활성화제 수용액에 수중 양생하는 1차 양생 단계; 및
1차 양생된 시멘트 조성물을 95% 이상의 상대 습도 분위기에서 양생하는 2차 양생 단계를 포함하는 시멘트 조성물의 양생 방법.compressing and molding a cement composition containing blast furnace slag fine powder, silica sand, and liquid sodium silicate;
A preliminary curing step of curing the cement composition in a dry state;
A first curing step of curing the pre-cured cement composition in aqueous alkali activator solution; and
A cement composition curing method comprising a secondary curing step of curing the primary cured cement composition in a relative humidity atmosphere of 95% or more.
상기 시멘트 조성물은 상기 고로 슬래그 미분말 100 중량부, 상기 규사 100 내지 500 중량부 및 상기 액상의 규산 나트륨 10 내지 50 중량부 포함하는 시멘트 조성물의 양생 방법.According to claim 1,
The cement composition includes 100 parts by weight of the blast furnace slag fine powder, 100 to 500 parts by weight of the silica sand, and 10 to 50 parts by weight of the liquid sodium silicate.
상기 고로 슬래그 미분말은 SiO2: 30 내지 33 중량%, Al2O3: 12 내지 14 중량%, CaO: 43 내지 48 중량% 포함하는 시멘트 조성물의 양생 방법.According to claim 1,
The blast furnace slag fine powder is SiO 2 : 30 to 33% by weight, Al 2 O 3 : 12 to 14% by weight, CaO: 43 to 48% by weight Curing method of a cement composition.
상기 액상의 규산 나트륨 내의 Na2O에 대한 SiO2의 중량 비율이 2.0 내지 3.5인 시멘트 조성물의 양생 방법.According to claim 1,
The method of curing a cement composition wherein the weight ratio of SiO 2 to Na 2 O in the liquid sodium silicate is 2.0 to 3.5.
상기 성형하는 단계에서 상기 시멘트 조성물을 0.5MPa 이상으로 압축하는 시멘트 조성물의 양생 방법.According to claim 1,
A cement composition curing method of compressing the cement composition to 0.5 MPa or more in the molding step.
상기 예비 양생 단계에서 상기 시멘트 조성물을 60% 이하의 상대 습도 분위기에서 3 내지 12시간 동안 양생하는 시멘트 조성물의 양생 방법.According to claim 1,
In the preliminary curing step, the cement composition is cured in a relative humidity atmosphere of 60% or less for 3 to 12 hours.
상기 1차 양생 단계에서, 상기 알칼리 활성화제 수용액은 KOH, NaOH 및 Na2SiO3 중 1종 이상을 포함하는 시멘트 조성물의 양생 방법.According to claim 1,
In the first curing step, the aqueous alkali activator solution contains at least one of KOH, NaOH and Na 2 SiO 3 Curing method of a cement composition.
상기 1차 양생 단계에서, 상기 알칼리 활성화제 수용액의 알칼리 활성화제의 농도는 1 내지 5M인 시멘트 조성물의 양생 방법.According to claim 1,
In the first curing step, the concentration of the alkali activator in the aqueous alkali activator solution is 1 to 5M.
상기 1차 양생 단계에서, 상기 칼리 활성화제 수용액은 이산화탄소를 5 분 내지 1시간 동안 용해시킨 것인 시멘트 조성물의 양생 방법.According to claim 1,
In the first curing step, the potassium activator aqueous solution is a method of curing a cement composition in which carbon dioxide is dissolved for 5 minutes to 1 hour.
상기 1차 양생 단계에서, 상기 알칼리 활성화제 수용액은 pH 8 내지 pH 14인 시멘트 조성물의 양생 방법.According to claim 1,
In the first curing step, the aqueous alkaline activator solution is pH 8 to pH 14 curing method of the cement composition.
상기 예비 양생 단계, 상기 1차 양생 단계 및 상기 2차 양생 단계는 각각 15 내지 50℃의 온도에서 수행되는 시멘트 조성물의 양생 방법.According to claim 1,
The preliminary curing step, the first curing step, and the second curing step are each performed at a temperature of 15 to 50 ° C.
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