WO2020017710A1 - 시멘트 콘크리트용 조강혼합물 및 그 제조방법 - Google Patents

시멘트 콘크리트용 조강혼합물 및 그 제조방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a crude steel mixture for cement concrete, and more particularly, to a crude steel mixture for cement concrete that can express a higher early strength and storage stability than the existing cement concrete mixture by improving the production process of the crude steel mixture.
  • the early strength of concrete is an important part in precast concrete, which is made by pouring concrete into a mold.
  • precast the strength of concrete is rapidly expressed by steam curing using steam, which consumes a large amount of energy.
  • Precast is one of the important parts because the turnover rate of the mold used in the production of molded concrete of a certain shape is important. Therefore, early strength development of concrete becomes an important factor in order to use less energy and increase the turnover rate of the mold.
  • Korean Registered Patent No. 120942 discloses a method of increasing the strength by making a sub-mixed concrete, but the construction cost increases significantly with the increase of the material cost and the increase in the amount of additional aggregates. There is a problem.
  • Korean Patent No. 1396859 discloses a method of increasing the strength by adding a liquid coarse and powder coarse for the production of concrete. However, this has a problem in that each of the crude steel is to be managed and used, even considering the compounding ratio.
  • An object of the present invention is to provide a crude steel mixture for one-component cement concrete excellent in early strength, versatility, convenience, storage stability and economics, which has been devised to improve the above problems.
  • Another object of the present invention to provide a method for producing the crude steel mixture for cement concrete.
  • a calcium compound selected from the group consisting of calcium oxide, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium formate, calcium acetate, calcium sulfate, and mixtures thereof,
  • silicon compound selected from the group consisting of silicon dioxide, silica fume, sodium silicate, potassium silicate, water glass, aluminum silicate, calcium silicate, fly ash, bottom ash and mixtures thereof, preferably 5 to 85 parts by weight, More preferably 10 to 70 parts by weight,
  • an alkali metal or alkaline earth metal compound selected from the group consisting of acetates, formates, nitrates, nitrites, sulfates, thiosulfates, carbonates, chlorides, halides and mixtures of alkali or alkaline earth metals, preferably 5 To 85 parts by weight, more preferably 10 to 70 parts by weight,
  • dispersant preferably 3 to 70 parts by weight, more preferably 5 to 60 parts by weight, and
  • 0.1 to 10 parts by weight preferably 0.5 to 10 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight, and more preferably 3 to 8 parts by weight, per 100 parts by weight of cement of cement concrete, to be coarse to the cement concrete. It is characterized by giving.
  • It may further comprise 0.01 to 15 parts by weight of cement, preferably 0.01 to 10 parts by weight, more preferably 0.01 to 5 parts by weight.
  • the solid content of the crude steel mixture for cement concrete may be 10 to 70% by weight, preferably 15 to 65% by weight, more preferably 20 to 60% by weight.
  • Antifoaming agent may further comprise 0.001 to 5 parts by weight, preferably 0.1 to 5 parts by weight.
  • the thickener may further comprise 0.001 to 5 parts by weight, preferably 0.1 to 1 part by weight.
  • the viscosity of the crude steel mixture for cement concrete may be 10 to 1000 cPs.
  • the annual viscosity change of the crude steel mixture for cement concrete may be 0 to 1000 cPs.
  • the pH of the crude steel mixture for cement concrete may be 9 to 14.
  • Preparing a calcium compound aqueous solution by mixing 30 to 120 parts by weight of water, preferably 40 to 100 parts by weight of water;
  • silicon compound selected from the group consisting of silicon dioxide, silica fume, sodium silicate, potassium silicate, water glass, aluminum silicate, calcium silicate, fly ash, bottom ash and mixtures thereof, preferably 5 to 85 parts by weight, More preferably 10 to 70 parts by weight,
  • an alkali metal or alkaline earth metal compound selected from the group consisting of acetates, formates, nitrates, nitrites, sulfates, thiosulfates, carbonates, chlorides, halides and mixtures of alkali or alkaline earth metals, preferably 5 To 85 parts by weight, more preferably 10 to 70 parts by weight,
  • Preparing a silicon compound and an aqueous solution of an alkali metal or alkaline earth metal compound by mixing 10 to 240 parts by weight of water, preferably 60 to 200 parts by weight of water;
  • dispersant preferably 3 to 70 parts by weight, more preferably 5 to 60 parts by weight, and
  • Preparing a dispersant aqueous solution by mixing 5 to 40 parts by weight of water, preferably 10 to 30 parts by weight of water;
  • the step (D) may be carried out in a reactor equipped with an anchor type stirrer and a resolver type stirrer.
  • reaction tank may be provided with two to six dissolver-type stirrers, preferably two to four, and more preferably two to three.
  • the dissolver-type stirrer may have a flow that rotates about the rotation axis is superior to the flow parallel to the rotation axis.
  • the aqueous calcium compound solution, the silicon compound, and the alkali metal or alkaline earth metal compound aqueous solution may be added dropwise onto the impeller of the dissolver in the step (D).
  • the aqueous calcium compound solution, the silicon compound, and the alkali metal or alkaline earth metal compound aqueous solution may be added dropwise in the step (D).
  • aqueous calcium compound solution in step (D) may be added dropwise for 0.5 to 10 hours, preferably 1 to 6 hours.
  • the silicon compound and the aqueous alkali or alkaline earth metal compound solution are added dropwise for 0.5 to 10 hours, preferably 1 to 8 hours.
  • reaction tank in the step (D) may be maintained at 5 to 95 °C, preferably 10 to 60 °C.
  • the crude steel mixture for cement concrete is 0.5 to 24 hours, preferably 0.5 to 18 hours, more preferably 0.5 to 12 hours at 5 to 95 ° C, preferably 7 to 80 ° C, more preferably 10 to 60 ° C. It can further comprise the step of maintaining.
  • It may further comprise a dispersion treatment step of passing the crude steel mixture for cement concrete to the bead mill.
  • the average particle diameter of the bead mill may be 0.1 to 1 mm, preferably 0.3 to 0.8 mm.
  • the bead of the bead mill may be selected from the group consisting of ceramics such as zirconia or alumina, glass, aluminum alloy and mixtures thereof.
  • the average pore size of the filtration membrane in the filtration may be 0.1 to 10 ⁇ m, preferably 0.5 to 5 ⁇ m.
  • the solid content of the crude steel mixture for cement concrete may be 10 to 70% by weight, preferably 15 to 65% by weight, more preferably 20 to 60% by weight.
  • Antifoaming agent may further comprise 0.001 to 5 parts by weight, preferably 0.1 to 5 parts by weight.
  • the thickener may further comprise 0.001 to 5 parts by weight, preferably 0.1 to 1 part by weight.
  • stirring in the preparation of the crude steel mixture for cement concrete may be made within the mixing index range of 0.5 to 6, preferably 0.7 to 4.5, more preferably 1 to 3.
  • the crude steel mixture for cement concrete of the present invention is characterized in that produced by the above method.
  • the crude steel mixture for cement concrete of the present invention increases the early strength even at a low cement content when applied to cement concrete, thereby reducing the construction period, cost reduction and energy saving can be expected.
  • the development of such early strength brings about a reduction in the amount of steam used in the precast field that is cured with steam as well as general concrete, so that the advantages of the crude steel mixture of the present invention stand out.
  • the crude steel mixture of the present invention is a one-component, so the convenience of the user is maximized, the precipitation of the product generated during long-term storage through the improvement of the manufacturing process Problems such as performance degradation.
  • 1 is a manufacturing process diagram of the crude steel mixture for cement concrete of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing a cross section of the reaction tank used in the preparation of the crude steel mixture for cement concrete of the present invention.
  • the crude steel mixture for cement concrete is a calcium compound selected from the group consisting of calcium oxide, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium formate, calcium acetate, calcium sulfate and mixtures thereof, silicon dioxide, silica fume, sodium silicate , Silicon compounds selected from the group consisting of potassium silicate, water glass, aluminum silicate, calcium silicate, fly ash, bottom ash and mixtures thereof; acetates, formates, nitrates, nitrites, sulfates, thiosulfates, carbonates, alkali or alkaline earth metals; Alkali metal or alkaline earth metal compounds selected from the group consisting of chlorides, halides and mixtures thereof, dispersants, and water.
  • a calcium compound selected from the group consisting of calcium oxide, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium formate, calcium acetate, calcium sulfate and mixtures thereof, silicon dioxide, silica fume, sodium silicate , Silicon compounds selected from the group consisting of potassium
  • the crude steel mixture for cement concrete contains 100 parts by weight of a calcium compound selected from the group consisting of calcium oxide, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium formate, calcium acetate, calcium sulfate and mixtures thereof, and the silicon dioxide, silica fume, and silicic acid 1 to 100 parts by weight, preferably 5 to 85 parts by weight, more preferably 10 to 10 parts by weight of a silicon compound selected from the group consisting of sodium, potassium silicate, water glass, aluminum silicate, calcium silicate, fly ash, bottom ash and mixtures thereof 70 parts by weight of the alkali metal or alkaline earth metal acetate, formate, nitrate, nitrite, sulfate, thiosulfate, carbonate, chloride, halides and mixtures selected from the group consisting of 1 to 1 100 parts by weight, preferably 5 to 85 parts by weight, more preferably 10 to 70 parts by weight It contains.
  • a calcium compound selected from the group consisting of calcium oxide, calcium hydroxide, calcium
  • the dispersant preferably 3 to 70 parts by weight, more preferably 5 to 60 parts by weight, and the water is 45 to 400 parts by weight, preferably 80 to 380 parts by weight, more preferably Preferably from 110 to 330 parts by weight.
  • the crude steel mixture for cement concrete of the present invention is 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.5 to 10 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight, still more preferably 3 to 8 parts by weight of cement of cement concrete Mix weight parts to give roughness to the cement concrete.
  • the calcium compound selected from the group consisting of calcium oxide, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium formate, calcium acetate, calcium sulfate and mixtures thereof activates a base during the coagulation and curing of cement to promote the formation of calcium silicate hydrate.
  • calcium oxide absorbs moisture and carbon dioxide and decomposes into calcium hydroxide and calcium carbonate.
  • the crude steel mixture for cement concrete of the present invention per 100 parts by weight of the calcium compound, silicon dioxide, silica fume, sodium silicate, potassium silicate in order to activate the base in the cement condensation and curing process to promote the formation of calcium silicate hydrate 1 to 100 parts by weight, preferably 5 to 85 parts by weight, more preferably 10 to 70 parts by weight of a silicon compound selected from the group consisting of water glass, aluminum silicate, calcium silicate, fly ash, bottom ash and mixtures thereof It may include.
  • a silicon compound selected from the group consisting of water glass, aluminum silicate, calcium silicate, fly ash, bottom ash and mixtures thereof It may include.
  • the crude steel mixture for cement concrete of the present invention is composed of acetates, formates, nitrates, nitrites, sulfates, thiosulfates, carbonates, chlorides, halides and mixtures thereof per 100 parts by weight of the calcium compound, alkali or alkaline earth metals. It may further comprise 1 to 100 parts by weight, preferably 5 to 85 parts by weight, more preferably 10 to 70 parts by weight of an alkali metal or alkaline earth metal compound selected from the group. When the content of the alkali metal or alkaline earth metal compound is within the above range, an appropriate hydration reaction rate can be ensured, so that the desired early strength can be obtained.
  • the alkali metal or alkaline earth metal compound weakens the coating around the calcium silicate hydrate to promote crystal growth, and consequently facilitates condensation and curing of the cement. These compounds are activated by the aforementioned calcium compounds to participate in the reaction.
  • Such alkali metal or alkaline earth metal compounds include sodium acetate, calcium acetate, potassium acetate, acetate, calcium formate, and formate as organic components, and inorganic components include calcium nitrate, calcium nitrite, calcium chloride, calcium bromide, calcium iodide, Soluble calcium salt, iron chloride, magnesium chloride, sodium chloride, sulfate, potassium hydroxide, carbonate, thiosulfate, calcium aluminate silicate and the like.
  • the dispersant inhibits the aggregation between particles of calcium compounds, silicon compounds, alkali metals or alkaline earth metal compounds constituting the crude steel mixture of the present invention, and allows the particles to be spaced apart from each other by using electrostatic or physical repulsive force. Through this, even strength is expressed in the entire area of the cement concrete, and it is possible to secure sufficient workability while reducing the amount of water to be blended.
  • the content of such a dispersant may be 1 to 80 parts by weight, preferably 3 to 70 parts by weight, and more preferably 5 to 60 parts by weight, per 100 parts by weight of the calcium compound. If the content of the dispersant is less than 1 part by weight, the viscosity of the crude steel mixture is too high, making it difficult to use.
  • the content of water may be 45 to 400 parts by weight, preferably 80 to 380 parts by weight, more preferably 110 to 330 parts by weight per 100 parts by weight of the calcium compound. If the content of the water is less than 45 parts by weight, the viscosity of the crude steel mixture is too high and difficult to manufacture, on the contrary, if the content of the water content exceeds 400 parts by weight, the logistic cost may be increased, and phase separation between components of the crude steel mixture may occur.
  • the crude steel mixture for cement concrete of the present invention 0.01 to 15 parts by weight of cement, preferably 0.01 to 10 parts by weight, more preferably 0.01 per 100 parts by weight of the calcium compound so that the crude steel performance can be expressed more quickly. To 5 parts by weight may be further included. When content of the said cement is in the said range, it becomes possible to express roughening performance more quickly as mentioned above.
  • the solid content of the crude steel mixture for cement concrete may be 10 to 70% by weight, preferably 15 to 65% by weight, more preferably 20 to 60% by weight. It is preferable that the solid content be within the above range while lowering the logistics cost while expressing the desired roughing performance.
  • the crude steel mixture for cement concrete of the present invention may further comprise 0.001 to 5 parts by weight, preferably 0.1 to 5 parts by weight of the antifoaming agent per 100 parts by weight of the calcium compound.
  • the content of the antifoaming agent is within the above range, it is possible to suppress the decrease in strength due to bubbles in the cement concrete while taking into account economics.
  • the antifoaming agent is used to remove bubbles generated when mixing the components constituting the crude steel mixture for cement concrete of the present invention.
  • bubbles occur in the crude steel mixture for cement concrete, there may be a problem that the strength of the concrete is reduced.
  • the crude steel mixture for cement concrete may further comprise 0.001 to 5 parts by weight, preferably 0.01 to 1 part by weight of a thickener, per 100 parts by weight of the calcium compound.
  • a thickener per 100 parts by weight of the calcium compound.
  • the viscosity of the crude steel mixture for cement concrete may be 10 to 1000 cPs.
  • the viscosity is within the above range, it is possible to smoothly work while suppressing phase separation of the constituents, thereby ensuring an appropriate level of workability.
  • the annual viscosity change amount of the crude steel mixture for cement concrete may be 0 to 1000 cPs.
  • the annual viscosity change amount is less than 1000 cPs can be secured in the appropriate range of commerciality.
  • the pH of the crude steel mixture for cement concrete may be 9 to 14.
  • the pH is within the above range it is possible to express a high-speed hydration reaction is preferred.
  • the reactor used in the preparation of the crude steel mixture for cement concrete of the present invention is equipped with an anchor type stirrer and a dissolver type stirrer, and a dropping line is provided so that each aqueous solution can be dropped in the liquid onto the impeller of the dissolver type stirrer.
  • a dropping line is provided so that each aqueous solution can be dropped in the liquid onto the impeller of the dissolver type stirrer.
  • the dissolver type stirrer illustrated in FIG. 3 like the anchor type stirrer, has a flow that rotates about the rotation axis over the flow parallel to the rotation axis. This is distinguished from propeller type axial flow impeller or turbine type radial stirrer, and the crude steel mixture prepared in the environment where rotational flow is dominant shows better storage stability.
  • the reactor may be provided with 2 to 6, preferably 2 to 4, more preferably 2 to 3 dissolver type stirrer, the storage stability is improved when provided with two or more resolver type stirrer Appeared.
  • the dropping line is also formed on the impeller of each dissolver type stirrer, it is preferable that a plurality of reaction vessels are formed.
  • the anchor stirrer is preferably 10 to 1000 rpm, and the dissolver stirrer is preferably stirred in the range of 500 to 3000 rpm, but is not limited thereto.
  • a calcium compound selected from the group consisting of calcium oxide, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium formate, calcium acetate, calcium sulfate and mixtures thereof, and 30 to 120 parts by weight of water, preferably 40 to 100 parts by weight of calcium
  • a calcium compound selected from the group consisting of calcium oxide, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium formate, calcium acetate, calcium sulfate and mixtures thereof, and 30 to 120 parts by weight of water, preferably 40 to 100 parts by weight of calcium
  • a silicon compound selected from the group consisting of silicon dioxide, silica dioxide, silica silicate, sodium silicate, potassium silicate, water glass, aluminum silicate, calcium silicate, fly ash, bottom ash and mixtures thereof, per 100 parts by weight of the calcium compound
  • a silicon compound selected from the group consisting of silicon dioxide, silica dioxide, silica silicate, sodium silicate, potassium silicate, water glass, aluminum silicate, calcium silicate, fly ash, bottom ash and mixtures thereof, per 100 parts by weight of the calcium compound
  • the prepared calcium compound aqueous solution, silicon compound, and alkali or alkaline earth metal compound aqueous solution and dispersant aqueous solution are mixed to prepare a crude steel mixture for cement concrete of the present invention.
  • the dropwise addition of the aqueous calcium compound solution is more preferably added dropwise in the liquid onto the impeller of the dissolver type stirrer in the reaction tank to improve storage stability.
  • the anchor stirrer is prepared while stirring at the same time.
  • the dropping time is 0.5 to 10 hours, preferably 1 to 6 hours
  • the silicon compound and the alkaline or alkaline earth metal compound aqueous solution is 0.5 to 10 hours, preferably 1 to 8 hours
  • the dropwise addition of the two aqueous solutions is preferably started at the same time.
  • the temperature in the reactor is maintained at 5 to 95 ° C, preferably 10 to 60 ° C.
  • the crude steel mixture for cement concrete is 0.5 to 24 hours, preferably 0.5 to 18 hours, more preferably 5 to 95 ° C, preferably 7 to 80 ° C, more preferably 10 to 60 ° C. It may further comprise the step of maintaining for 0.5 to 12 hours.
  • the holding temperature and the holding time are within the above range, the reaction can be sufficiently progressed while preventing the vaporization of water and maintaining the economic efficiency, thereby securing the performance and stability of the crude steel mixture of the present invention.
  • 0.01 to 15 parts by weight of cement preferably 0.01 to 10 parts by weight, more preferably 0.01 to 5 parts by weight, and defoamer 0.001 to 5 parts by weight per 100 parts by weight of the calcium compound as described above during or after completion of the addition.
  • Parts preferably 0.1 to 5 parts by weight, and / or 0.001 to 5 parts by weight, preferably 0.1 to 1 parts by weight of thickener.
  • the average particle diameter of the bead mill may be 0.1 to 1 mm, preferably 0.3 to 0.8 mm. If the average particle diameter is less than the above range, the average particle diameter of the bead is so small that the beads exit the bead mill and are dispersed. The particle size of the bead is smaller than that of the crude steel mixture, so that the dispersion efficiency is lowered. On the contrary, if the particle diameter exceeds the above range, the particle size of the beads is too large than that of the crude steel mixture, resulting in a decrease in the dispersion efficiency and, thus, a time required for dispersion.
  • the beads may be selected from the group consisting of ceramics such as zirconia or alumina, glass, aluminum alloys and mixtures thereof.
  • the method of manufacturing a crude steel mixture for cement concrete of the present invention may further include filtering the crude steel mixture for cement concrete.
  • the average pore size of the filtration membrane in the filtration may be 0.1 to 10 ⁇ m, preferably 0.5 to 5 ⁇ m. If the average pore size of the filtration membrane is less than the above range, the crude steel mixture blocks the filtration membrane, and thus, the filtration is not performed smoothly. There is a problem.
  • the Mixing Index is defined as follows:
  • the anchor stirrer power is expressed in kW and the anchor stirrer rotational speed is expressed in rpm.
  • the mixing index is preferably 0.5 to 6, preferably 0.7 to 4.5, more preferably 1 to 3. If the mixing index is less than the above range, the crude steel mixture is formed to be larger than the speed at which the raw material of the crude steel mixture is dispersed, and thus the crude steel mixture is formed into large particles, which causes problems such as precipitation and performance degradation. On the contrary, if the mixing index exceeds the above range, the raw material of the crude steel mixture is dispersed faster than the aggregation rate, so that aggregation between the raw materials is minimized, but the process cost is increased by using more energy than necessary. In addition, the stirring force increased according to the excess mixing index may cause a shortening of the life of the stirrer.
  • the crude steel mixture for cement concrete of the present invention is characterized in that it is produced by the above method.
  • 150 g of calcium acetate was added to 120 g of water, followed by stirring sufficiently to prepare an aqueous calcium compound solution.
  • 80 g of liquid sodium silicate and 40 g of sodium hydroxide (50% aqueous solution) were added and sufficiently stirred to prepare a silicon compound and an alkali metal compound aqueous solution.
  • 50 g of a dispersing agent (EGIS, Korea) and 50 g of water were added to the reaction tank provided with an anchor stirrer and a high speed dissolver stirrer, and it stirred sufficiently, and prepared the dispersing agent aqueous solution.
  • aqueous calcium compound solution and the aqueous silicon compound and alkali metal compound solution were added dropwise (Examples 1 and 2) or liquid drop (Examples 3 and 4) on a high speed dissolver stirrer, and the aqueous calcium compound solution was added for 5 hours and the aqueous silicon compound solution was used. Dropwise addition for 3 hours. After the dropwise addition of the aqueous solution, stirring was maintained for 4 hours to prepare a crude steel mixture for cement concrete of the present invention. Specific operating conditions were the diameter of the reactor 29 cm, the diameter of the anchor stirrer 12 cm, the rotation speed of the anchor stirrer 500 rpm, the power of the motor connected to the anchor stirrer was 50 W.
  • Sedimentation rate (%) 100 ⁇ (Height of sediment / Total height of crude steel mixture solution)
  • Example 1 The crude steel mixture prepared in Example 1 was subjected to a dispersion process in a bead mill (1 L) filled with 0.8 mm beads as shown in Table 3 below to prepare a crude steel mixture for cement concrete of the present invention, and then measuring the degree of precipitation. Table 3 shows.
  • Example 10 the dispersant solution and the silicon compound and alkali metal compound aqueous solution was supplied into the reaction tank, and then the calcium compound aqueous solution was added dropwise for 5 hours (Example 10), or the dispersant solution and calcium compound aqueous solution in the reaction tank After supplying the silicon compound and the alkali metal compound aqueous solution for 3 hours dropwise in the liquid (Example 11) to prepare a crude steel mixture for cement concrete of the present invention, and measured the degree of precipitation is shown in Table 4 below.
  • the degree of precipitation after 0 days of the crude steel mixture for cement concrete of the present invention was 0%.
  • Cement mortar was prepared in the mixing ratio of Table 5 below (Reducing Agent: Aegis, Korea).
  • Test Example 1 shows that when the amount of cement is the same, a larger early compressive strength value is obtained by adding the crude steel mixture of the present invention.
  • Cement concrete was prepared in the mixing ratio of Table 7 below (resistant: Aegis, Korea).
  • Test Example 2 showed that when the amount of cement is the same, a larger early compressive strength value is obtained by adding the crude steel mixture of the present invention.

Abstract

본 발명은 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법에 관한 것으로서, 칼슘 화합물, 규소 화합물, 알칼리금속 등의 수산화물, 분산제 및 물을 포함한다. 또한 본 발명에 따른 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 시멘트의 함량을 낮춤에도 콘크리트의 조기강도를 높게 발현할 수 있으며, 1액형으로 제조되어 사용의 편의성 및 장기 보관 안정성이 우수한 특성을 가지고 있다.

Description

시멘트 콘크리트용 조강혼합물 및 그 제조방법
본 발명은 시멘트 콘크리트용 조강혼합물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조강혼합물의 생산공정을 개선하여 기존 시멘트 콘크리트 혼합물보다 높은 조기강도 및 저장안정성을 발현할 수 있는 시멘트 콘크리트용 조강혼합물에 관한 것이다.
시멘트 콘크리트 제조할 시에 시멘트의 비율을 줄이고 이를 대체할 수 있는 플라이애쉬, 고로슬래그 등의 값싼 산업부산물을 사용하는 것이 요구되고 있다. 이러한 산업부산물의 발생량은 해마다 증가하는 추세에 있고 연간 2,000 만 톤 이상 발생되고 있어 시멘트의 대체제로 바람직하다. 그러나 산업부산물을 적용할 경우에 콘크리트의 조기강도가 감소하는 문제점이 발생되어 이를 해결할 수 있는 조강첨가제의 필요성이 점차 대두되고 있다.
또한 동절기에 콘크리트를 타설하게 되면 콘크리트의 강도 발현이 현저히 지연됨에 따라 공사기간도 길어지게 되는데, 이를 해결하기 위해 타설된 콘크리트 주위에 열을 가하여 강도 발현 시간을 단축하기도 한다. 하지만 이러한 점들은 공사 비용의 증가로 이어지기 때문에 콘크리트의 강도 발현 시간의 단축은 주요한 과제가 되고 있다.
이밖에도 성형틀에 콘크리트를 부어 제작하는 프리캐스트 콘크리트에서도 콘크리트 조기강도 발현은 중요한 부분이다. 특히 프리캐스트에서는 증기를 이용한 스팀 양생으로 콘크리트의 강도를 빠르게 발현하게 되는데, 이때 많은 양의 에너지를 소모하게 된다. 프리캐스트는 일정한 모양의 성형된 콘크리트를 제작하는 것이기에 사용되는 성형틀의 회전율이 중요한 부분 중에 하나이다. 따라서, 적은 에너지를 사용하고 성형틀의 회전율을 높이기 위해 콘크리트의 조기강도 발현은 중요한 요소가 된다.
종래 시멘트 콘크리트의 조기강도를 높일 수 있도록 다양한 물질을 적용하고 있으나, 이러한 물질을 적용하여 시멘트 콘크리트를 제조할 때 필요한 물질을 각각 혼합함에 따라 사용하기가 번거로운 단점이 있다. 또한, 이러한 물질은 단순 혼합 시 침전, 반응 등의 문제가 발생되기도 한다.
한국등록특허 제 120942호 는 부배합 콘크리트로 제조하여 강도를 상향 조정하는 방법을 개시하고 있다, 그러나, 이는 시멘트량의 증가에 따른 재료비 상승 및 부가적인 골재 등의 사용량 증가에 따라 공사비가 큰 폭으로 증가하는 문제점이 있다.
한국등록특허 제 1396859 호는 콘크리트 제조 시 액상조강제와 분말조강제를 첨가하여 강도를 상향하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이는 각각의 조강제를 관리 및 사용해야 하고, 배합비율까지 고려해야 한다는 문제점이 있다.
따라서, 간편하고 경제적이면서도 조기강도와 저장안정성이 우수한 시멘트 콘크리트용 조강혼합물에 대한 업계의 요구가 지대한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로 조기강도, 범용성, 편의성, 보관안정성 및 경제성이 우수한 1 액형 시멘트 콘크리트용 조강혼합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여,
산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 칼슘포메이트, 초산칼슘, 황산칼슘 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 칼슘 화합물 100 중량부,
이산화실리콘, 실리카퓸, 규산나트륨, 규산칼륨, 물유리, 규산알루미늄, 규산칼슘, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 규소 화합물 1 내지 100 중량부, 바람직하게는 5 내지 85 중량부, 보다 바람직하게는 10 내지 70 중량부,
알칼리금속 또는 알칼리토금속의 초산염, 포름산염, 질산염, 아질산염, 황산염, 티오황산염, 탄산염, 염화물, 할로겐화물 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 1 내지 100 중량부, 바람직하게는 5 내지 85 중량부, 보다 바람직하게는 10 내지 70 중량부,
분산제 1 내지 80 중량부, 바람직하게는 3 내지 70 중량부, 보다 바람직하게는 5 내지 60 중량부, 및
물 45 내지 400 중량부, 바람직하게는 80 내지 380 중량부, 보다 바람직하게는 110 내지 330 중량부를 포함하고,
시멘트 콘크리트의 시멘트 100 중량부 당 0.1 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 10 중량부, 더욱 바람직하게는 3 내지 8 중량부를 혼합하여 상기 시멘트 콘크리트에 조강성을 부여하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당,
시멘트 0.01 내지 15 중량부, 바람직하게는 0.01 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 0.01 내지 5 중량부를 추가로 포함할 수 있다.
그리고, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 고형분 함량은 10 내지 70 무게%, 바람직하게는 15 내지 65 무게%, 보다 바람직하게는 20 내지 60 무게%일 수 있다.
또한, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당,
소포제 0.001 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량부를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당,
증점제 0.001 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 1 중량부를 추가로 포함할 수 있다.
그리고, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 점도는 10 내지 1000 cPs일 수 있다.
그리고, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 연간 점도 변화량은 0 내지 1000 cPs일 수 있다.
그리고, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 pH는 9 내지 14일 수 있다.
한편, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법은
(A) 산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 칼슘포메이트, 초산칼슘, 황산칼슘 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 칼슘 화합물 100 중량부,
물 30 내지 120 중량부, 바람직하게는 40 내지 100 중량부를 혼합하여 칼슘 화합물 수용액을 제조하는 단계;
(B) 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당,
이산화실리콘, 실리카퓸, 규산나트륨, 규산칼륨, 물유리, 규산알루미늄, 규산칼슘, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 규소 화합물 1 내지 100 중량부, 바람직하게는 5 내지 85 중량부, 보다 바람직하게는 10 내지 70 중량부,
알칼리금속 또는 알칼리토금속의 초산염, 포름산염, 질산염, 아질산염, 황산염, 티오황산염, 탄산염, 염화물, 할로겐화물 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 1 내지 100 중량부, 바람직하게는 5 내지 85 중량부, 보다 바람직하게는 10 내지 70 중량부,
물 10 내지 240 중량부, 바람직하게는 60 내지 200 중량부를 혼합하여 규소 화합물, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 수용액을 제조하는 단계;
(C) 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당,
분산제 1 내지 80 중량부, 바람직하게는 3 내지 70 중량부, 보다 바람직하게는 5 내지 60 중량부, 및
물 5 내지 40 중량부, 바람직하게는 10 내지 30 중량부를 혼합하여 분산제 수용액을 제조하는 단계; 및
(D) 상기 칼슘 화합물 수용액과, 규소 화합물, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 수용액을 분산제 수용액에 적가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법은
상기 단계 (D)는 앵커(anchor)형 교반기 및 디졸버(dissolver)형 교반기를 구비한 반응조 내에서 수행될 수 있다.
그리고, 상기 반응조는 디졸버형 교반기를 2 내지 6 개, 바람직하게는 2 내지 4 개, 보다 바람직하게는 2 내지 3 개 구비할 수 있다.
그리고, 상기 디졸버형 교반기는 회전축을 중심으로 회전하는 유동이 회전축과 평행한 유동보다 우세할 수 있다.
그리고, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법은 상기 단계 (D)에서 칼슘 화합물 수용액과 규소 화합물, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 수용액을 상기 디졸버형 교반기의 임펠러 위에 적가할 수 있다.
그리고, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법은 상기 단계 (D)에서 칼슘 화합물 수용액과 규소 화합물, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 수용액을 액중 적가할 수 있다.
또한, 상기 단계 (D)에서 칼슘 화합물 수용액은 0.5 내지 10 시간, 바람직하게는 1 내지 6 시간 동안 적가될 수 있다.
또한, 상기 단계 (D)에서 규소 화합물, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 수용액은 0.5 내지 10 시간, 바람직하게는 1 내지 8 시간 동안 적가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 (D)에서 반응조는 5 내지 95 ℃, 바람직하게는 10 내지 60 ℃로 유지될 수 있다.
그리고, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법은
상기 단계 (D) 이후에,
상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물을 5 내지 95 ℃, 바람직하게는 7 내지 80 ℃, 보다 바람직하게는 10 내지 60 ℃에서 0.5 내지 24 시간, 바람직하게는 0.5 내지 18 시간, 보다 바람직하게는 0.5 내지 12 시간 동안 유지하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법은
상기 단계 (D) 이후에,
상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물을 비드밀에 통과시키는 분산처리 단계를 추가로 포함할 수 있다.
그리고, 상기 비드밀의 비드 평균입경은 0.1 내지 1 mm, 바람직하게는 0.3 내지 0.8 mm일 수 있다.
그리고, 상기 비드밀의 비드는 지르코니아나 알루미나와 같은 세라믹, 글래스, 알루미늄합금 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
그리고, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법은
상기 단계 (D) 이후에,
상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물을 여과하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
그리고, 상기 여과에서 여과막의 평균 공극크기는 0.1 내지 10 ㎛, 바람직하게는 0.5 내지 5 ㎛일 수 있다.
그리고, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 고형분 함량은 10 내지 70 무게%, 바람직하게는 15 내지 65 무게%, 보다 바람직하게는 20 내지 60 무게%일 수 있다.
또한, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법은 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당,
소포제 0.001 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량부를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법은 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당,
증점제 0.001 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 1 중량부를 추가로 포함할 수 있다.
그리고, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조 시 교반은 0.5 내지 6, 바람직하게는 0.7 내지 4.5, 보다 바람직하게는 1 내지 3의 혼합지수 범위 내에서 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 상기 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 시멘트 콘크리트에 적용 시 낮은 시멘트 함량에서도 조기강도를 높이고, 이로 인하여 공사기간 단축, 비용절감 및 에너지 절약 등의 효과를 기대할 수 있다. 이러한 조기강도의 발현은 일반 콘크리트 뿐만 아니라, 증기로 양생하는 프리캐스트 분야에서도 증기 사용량의 절감을 가져와 본 발명 조강혼합물의 장점이 두드러진다. 또한 조기강도 발현을 위해 다양한 물질을 정해진 비율로 혼합해야 했던 종래기술에 비해, 본 발명 조강혼합물은 1 액형이므로 사용자의 편의성이 극대화되고, 제조공정의 개선을 통해 장기 보관시에 발생되는 제품의 침전, 성능 저하 등의 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조공정도이다.
도 2는 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조에 사용되는 반응조의 단면을 도시한 개략도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 본 명세서에 기재된 내용들이 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 혼합지수 (Mixing Index)는 다음과 같이 정의된다:
혼합지수
= ( 앵커 교반기 일률 [kW] * 앵커 교반기 회전속도 [rpm] )^1/3
* ( 앵커 교반기 직경 / 반응조 직경 ).
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 칼슘포메이트, 초산칼슘, 황산칼슘 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 칼슘 화합물, 이산화실리콘, 실리카퓸, 규산나트륨, 규산칼륨, 물유리, 규산알루미늄, 규산칼슘, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 규소 화합물, 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 초산염, 포름산염, 질산염, 아질산염, 황산염, 티오황산염, 탄산염, 염화물, 할로겐화물 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물, 분산제, 및 물을 포함한다.
상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 상기 산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 칼슘포메이트, 초산칼슘, 황산칼슘 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 칼슘 화합물을 100 중량부를 함유하며, 상기 이산화실리콘, 실리카퓸, 규산나트륨, 규산칼륨, 물유리, 규산알루미늄, 규산칼슘, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 규소 화합물을 1 내지 100 중량부, 바람직하게는 5 내지 85 중량부, 보다 바람직하게는 10 내지 70 중량부를 함유하고, 상기 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 초산염, 포름산염, 질산염, 아질산염, 황산염, 티오황산염, 탄산염, 염화물, 할로겐화물 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물을 1 내지 100 중량부, 바람직하게는 5 내지 85 중량부, 보다 바람직하게는 10 내지 70 중량부를 함유한다. 그리고 상기 분산제 1 내지 80 중량부, 바람직하게는 3 내지 70 중량부, 보다 바람직하게는 5 내지 60 중량부를 함유하며, 상기 물은 45 내지 400 중량부, 바람직하게는 80 내지 380 중량부, 보다 바람직하게는 110 내지 330 중량부를 함유한다. 그리고 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강 혼합물은 시멘트 콘크리트의 시멘트 100 중량부 당 0.1 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 10 중량부, 더욱 바람직하게는 3 내지 8 중량부를 혼합하여 상기 시멘트 콘크리트에 조강성을 부여한다.
상기 산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 칼슘포메이트, 초산칼슘, 황산칼슘 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 칼슘 화합물은 시멘트의 응결 및 경화 과정에서 염기를 활성화시켜 칼슘실리케이트하이드레이트의 형성을 촉진한다. 상기 군에서 산화칼슘은 수분과 이산화탄소를 흡수하여 수산화칼슘과 탄산칼슘으로 분해된다.
또한, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 시멘트의 응결 및 경화 과정에서 염기를 활성화시켜 칼슘실리케이트하이드레이트의 형성을 촉진하기 위하여 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당, 이산화실리콘, 실리카퓸, 규산나트륨, 규산칼륨, 물유리, 규산알루미늄, 규산칼슘, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 규소 화합물 1 내지 100 중량부, 바람직하게는 5 내지 85 중량부, 보다 바람직하게는 10 내지 70 중량부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 규소 화합물의 함유량이 상기 범위 이내일 때 콘크리트의 반응속도를 적절하게 유지할 수 있어 원하는 조기강도를 얻는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당, 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 초산염, 포름산염, 질산염, 아질산염, 황산염, 티오황산염, 탄산염, 염화물, 할로겐화물 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 1 내지 100 중량부, 바람직하게는 5 내지 85 중량부, 보다 바람직하게는 10 내지 70 중량부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물의 함유량이 상기 범위 이내일 때 적절한 수화반응 속도를 확보할 수 있어 원하는 조기강도를 얻는 것이 가능하다.
상기 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물은 칼슘실리케이트하이드레이트 주변의 피막을 약화시켜 그 결정 성장을 촉진하고 그 결과 시멘트의 응결 및 경화가 용이하게 진행되도록 한다. 이들 화합물은 전술한 칼슘 화합물에 의해 활성화되어 반응에 참여하게 된다. 이러한 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물로는 유기성분으로 초산나트륨, 초산칼슘, 초산칼륨, 초산염, 포름산칼슘, 포름산염 등이 있으며, 무기성분으로는 질산칼슘, 아질산칼슘, 염화칼슘, 브롬화칼슘, 요오드화칼슘, 가용성칼슘염, 염화철, 염화마그네슘, 염화나트륨, 황산염, 수산화칼륨, 탄산염, 티오황산염, 칼슘알루미네이트실리케이트 등이 있다.
상기 분산제는 본 발명의 조강혼합물을 구성하는 칼슘 화합물, 규소 화합물, 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 등의 입자간 응집을 저해하고, 정전기적 또는 물리적 반발력을 이용하여 상기 입자들이 서로 이격되도록 한다. 이를 통해 시멘트 콘크리트의 전체 영역에서 고른 강도가 발현되고, 배합되는 물의 양을 적게 하면서도 충분한 작업성을 확보할 수 있게 된다. 이러한 분산제의 함유량은 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당 1 내지 80 중량부, 바람직하게는 3 내지 70 중량부, 보다 바람직하게는 5 내지 60 중량부일 수 있다. 상기 분산제의 함유량이 1 중량부 미만이면 조강혼합물의 점도가 지나치게 높아져 제조도 사용도 어렵게 되고, 반대로 80 중량부를 초과하면 경제성이 떨어질 뿐만 아니라 조강혼합물의 구성성분끼리 상분리가 발생할 수 있다. 또한 기포발생으로 인한 강도 저하가 발생되어 이를 해결하기 위해 불필요한 소포제를 사용하는 경우가 발생되고, 이밖에 다량의 분산제로 인하여 콘크리트의 조기강도 저하 요인이 발생될 수 있다.
그리고, 상기 물의 함유량은 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당 45 내지 400 중량부, 바람직하게는 80 내지 380 중량부, 보다 바람직하게는 110 내지 330 중량부일 수 있다. 상기 물의 함유량이 45 중량부 미만이면 조강혼합물의 점도가 지나치게 높아져 제조도 사용도 어렵게 되고, 반대로 400 중량부를 초과하면 물류비용의 증가를 초래할 뿐만 아니라 조강혼합물의 구성성분끼리 상분리가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 보다 신속하게 조강성능이 발현될 수 있도록 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당, 시멘트 0.01 내지 15 중량부, 바람직하게는 0.01 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 0.01 내지 5 중량부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 시멘트의 함유량이 상기 범위 이내일 때 전술한 바와 같이 보다 신속하게 조강성능을 발현시키는 것이 가능해진다.
또한 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 고형분 함량은 10 내지 70 무게%, 바람직하게는 15 내지 65 무게%, 보다 바람직하게는 20 내지 60 무게%일 수 있다. 상기 고형분 함량이 상기 범위 이내인 것이 원하는 조강성능을 발현하면서도 물류비용을 낮출 수 있어 바람직하다.
또한, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당, 소포제 0.001 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 소포제의 함유량이 상기 범위 이내일 때 경제성까지 고려하면서 시멘트 콘크리트 내의 기포로 인한 강도 저하를 억제할 수 있다.
상기 소포제는 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물을 구성하는 성분들을 혼합하였을 때 발생하는 기포를 제거하기 위해 사용한다. 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물에 기포가 발생할 경우, 콘크리트의 강도가 감소되는 문제가 생길 수 있다.
또한, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당, 증점제 0.001 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.01 내지 1 중량부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 증점제의 함유량이 상기 범위 이내일 때 구성성분의 상분리를 억제하면서도 원활한 작업을 가능케 하는 적절한 점도를 확보할 수 있다.
또한, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 점도는 10 내지 1000 cPs일 수 있다. 상기 점도가 상기 범위 이내일 때 구성성분의 상분리를 억제하면서도 원활한 작업이 가능해져 적절한 수준의 작업성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 연간 점도 변화량은 0 내지 1000 cPs일 수 있다. 상기 연간 점도 변화량이 1000 cPs 이하일 때 적절한 범위의 상품성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 pH는 9 내지 14 일 수 있다. 상기 pH가 상기 범위 이내일 때 빠른 속도의 수화반응을 발현시킬 수 있어 바람직하다.
본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물 제조방법을 단계별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
(1) 조강혼합물 제조를 위한 반응조 설비
본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물 제조에 사용되는 반응조에는 앵커형 교반기와 디졸버형 교반기가 장착되어 있으며, 디졸버형 교반기의 임펠러 위로 각각의 수용액이 액중 적가될 수 있도록 적가 라인이 구비된다. 수용액의 적가가 액면에서 이루어질 수도 있으나, 액중으로 적가되는 것이 저장안정성 측면에서 보다 바람직하다.
도 3에 예시된 상기 디졸버형 교반기는 앵커형 교반기와 마찬가지로, 회전축을 중심으로 회전하는 유동이 회전축과 평행한 유동보다 우세하다. 이는 프로펠러(propeller)형 교반기 (axial flow impeller)나 터빈(turbine)형 교반기 (radial flow impeller)와 구별되는 것으로서, 회전 유동이 우세한 환경에서 제조된 조강혼합물이 더 우수한 저장안정성을 나타낸다.
그리고, 상기 반응조는 디졸버형 교반기를 2 내지 6 개, 바람직하게는 2 내지 4 개, 보다 바람직하게는 2 내지 3 개 구비할 수 있는데, 2 개 이상의 디졸버형 교반기를 구비했을 때 저장안정성이 향상되는 것으로 나타났다. 나아가, 상기 적가 라인 역시 각각의 디졸버형 교반기의 임펠러 위에 형성되어, 반응조에 복수 개 형성되는 것이 바람직하다. 앵커형 교반기는 10 내지 1000 rpm, 디졸버형 교반기는 500 내지 3000 rpm의 범위에서 교반해 주는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
(2) 칼슘 화합물 수용액 제조
산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 칼슘포메이트, 초산칼슘, 황산칼슘 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 칼슘 화합물 100 중량부, 및 물 30 내지 120 중량부, 바람직하게는 40 내지 100 중량부를 혼합하여 칼슘 화합물 수용액을 제조한다.
(3) 규소 화합물, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 수용액 제조
상기 칼슘 화합물 100 중량부 당, 이산화실리콘, 실리카퓸, 규산나트륨, 규산칼륨, 물유리, 규산알루미늄, 규산칼슘, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 규소 화합물 1 내지 100 중량부, 바람직하게는 5 내지 85 중량부, 보다 바람직하게는 10 내지 70 중량부, 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 초산염, 포름산염, 질산염, 아질산염, 황산염, 티오황산염, 탄산염, 염화물, 할로겐화물 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 1 내지 100 중량부, 바람직하게는 5 내지 85 중량부, 보다 바람직하게는 10 내지 70 중량부, 및 물 10 내지 240 중량부, 바람직하게는 60 내지 200 중량부를 혼합하여 규소 화합물, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 수용액을 제조한다.
(4) 분산제 수용액 제조
상기 칼슘 화합물 100 중량부 당, 분산제 1 내지 80 중량부, 바람직하게는 3 내지 70 중량부, 보다 바람직하게는 5 내지 60 중량부, 및 물 5 내지 40 중량부, 바람직하게는 10 내지 30 중량부를 혼합하여 분산제 수용액을 제조한다.
(5) 조강혼합물 제조
상기 제조된 칼슘 화합물 수용액, 규소 화합물, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 수용액 및 분산제 수용액을 혼합하여 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물을 제조한다. 상기 혼합은 먼저 반응조 내 분산제 수용액을 투입하고 여기에 칼슘 화합물 수용액, 규소 화합물, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 수용액을 적가하는 것이 바람직하다.
특히, 적가하는 상기 칼슘 화합물 수용액 등은 반응조 내 디졸버형 교반기의 임펠러 위로 액중 적가시키며 교반하는 것이 저장안정성을 제고할 수 있어 더욱 바람직하다. 또한 앵커 교반기도 동시에 교반을 해주며 제조한다. 적가 시간은 칼슘 화합물 수용액이 0.5 내지 10 시간, 바람직하게는 1 내지 6 시간, 규소 화합물, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 수용액은 0.5 내지 10 시간, 바람직하게는 1 내지 8 시간의 범위에서 진행하며, 두 수용액의 적가는 동시에 시작하는 것이 바람직하다. 적가 도중 반응조 내의 온도는 5 내지 95 ℃, 바람직하게는 10 내지 60 ℃로 유지한다.
적가 완료 후에는 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물을 5 내지 95 ℃, 바람직하게는 7 내지 80 ℃, 보다 바람직하게는 10 내지 60 ℃에서 0.5 내지 24 시간, 바람직하게는 0.5 내지 18 시간, 보다 바람직하게는 0.5 내지 12 시간 동안 유지하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 유지온도 및 유지시간이 상기 범위 이내일 때 물의 기화를 방지하고 경제성을 유지하면서도 반응을 충분히 진행시킬 수 있어 본 발명 조강혼합물의 성능 및 안정성을 확보할 수 있다.
상기 적가 도중 또는 적가 완료 후에 전술한 바와 같이 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당, 시멘트 0.01 내지 15 중량부, 바람직하게는 0.01 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 0.01 내지 5 중량부, 소포제 0.001 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량부, 및/또는 증점제 0.001 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 1 중량부를 추가로 포함할 수 있다.
(6) 분산 처리 공정
상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물을 비드밀에 통과시키는 분산처리 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 비드밀의 비드 평균입경은 0.1 내지 1 mm, 바람직하게는 0.3 내지 0.8 mm일 수 있으며, 평균입경이 상기 범위 미만이면 비드의 평균입경이 너무 작아 비드가 비드밀을 빠져나가는 현상이 발생하고 분산시키고자 하는 조강혼합물보다 비드 입경이 너무 작아 분산효율이 떨어지며, 반대로 상기 범위를 초과하면 조강혼합물보다 비드의 입경이 너무 커져 분산효율이 저하되고 그 결과 분산에 소요되는 시간이 너무 길어지는 문제점이 있다. 비드는 지르코니아나 알루미나와 같은 세라믹, 글래스, 알루미늄합금 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 비드밀에 의한 분산처리를 통해 본 발명 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 저장안정성이 제고되고, 나아가 이를 포함한 시멘트 모르타르 및 시멘트 콘크리트의 압축강도가 증가한다.
(7) 필터 처리 공정
본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법은 상기 시멘트 콘크리트용 조강혼합물을 여과하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 여과에서 여과막의 평균 공극크기는 0.1 내지 10 ㎛, 바람직하게는 0.5 내지 5 ㎛일 수 있다. 여과막의 평균 공극크기가 상기 범위 미만이면 조강혼합물이 여과막을 막아 여과가 원활하게 이루어지지 않으며, 반대로 상기 범위를 초과하면 조강혼합물 내에 존재하는 불순물이 여과막을 통과하여 제조된 조강혼합물의 품질이 저하하는 문제점이 있다.
특히 본 발명에서는 최종제품인 조강혼합물의 침전 발생을 억제하기 위해 교반조건을 엄밀하게 제어할 필요가 있다. 조강혼합물은 원료의 특성상 혼합 및 교반 과정에서 응집과 분산이 동시에 발생된다. 이에 교반 과정을 통해 응집과 분산 속도에 대해 적절한 조절이 요구된다. 따라서, 실험실에서의 혼합성능을 스케일업 후에도 담보하기 위해 혼합지수 (Mixing Index)라는 새로운 변수를 도입하였다.
상기 혼합지수 (Mixing Index)는 다음과 같이 정의된다:
혼합지수
= ( 앵커 교반기 일률 [kW] * 앵커 교반기 회전속도 [rpm] )^1/3
* ( 앵커 교반기 직경 / 반응조 직경 ).
표시된 바와 같이 앵커 교반기 일률은 kW 단위로 표시되고, 앵커 교반기 회전속도는 rpm 단위로 표시된다.
본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조 시 교반은 상기 혼합지수가 0.5 내지 6, 바람직하게는 0.7 내지 4.5, 보다 바람직하게는 1 내지 3의 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하다. 혼합지수가 상기 범위 미만이면 조강혼합물의 원료가 분산되는 속도보다 응집되는 속도가 빨라 조강혼합물이 큰 입자로 형성되고, 이렇게 형성된 큰 입자는 침전 발생, 성능 저하 등의 문제점을 일으킨다. 반대로 혼합지수가 상기 범위를 초과하면 조강혼합물의 원료가 응집되는 속도보다 분산되는 속도가 빨라 원료 간의 응집이 최소화되지만, 필요 이상의 에너지를 사용하게 되어 공정 비용이 상승한다. 또한 초과된 혼합지수에 따라 상승된 교반력은 교반기의 수명을 단축시키는 원인이 될 수 있다.
또한, 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물은 상기 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것을 뿐 이로 인해 본 발멸의 범위가 제한되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1 내지 4 : 조강혼합물의 제조 (1)
물 120 g에 초산칼슘 150 g을 첨가하고 충분히 교반하여 칼슘 화합물 수용액을 제조하였다. 물 240 g에 액상규산나트륨 80 g과 수산화나트륨 (50% 수용액) 40 g을 첨가하고 충분히 교반하여 규소 화합물 및 알칼리금속 화합물 수용액을 제조하였다. 앵커 교반기와 고속 디졸버 교반기가 설치되어 있는 반응조 내에 분산제 50 g(이지스, 한국)과 물 50 g을 첨가하고 충분히 교반하여 분산제 수용액을 제조하였다. 칼슘 화합물 수용액, 및 규소 화합물 및 알칼리금속 화합물 수용액은 고속 디졸버 교반기 위로 액중 적가 (실시예 1 및 2) 또는 액면 적가 (실시예 3 및 4)하며, 칼슘 화합물 수용액을 5 시간, 규소 화합물 수용액을 3 시간 동안 적가하였다. 수용액의 적가 후, 4 시간 동안 교반을 유지시켜 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물을 제조하였다. 구체적인 운전조건은 상기 반응조의 직경이 29 cm, 앵커 교반기의 직경이 12 cm, 앵커 교반기의 회전속도가 500 rpm, 앵커 교반기와 연결된 모터의 일률이 50 W였다.
각 실시예에 대해 침전 발생 정도를 다음과 같이 측정하였다:
① 제조된 조강혼합물을 10 ℓ 용기에 주입,
② 용기 내 조강혼합물의 높이를 측정,
③ 일정 시간 경과 후 바닥에 침전물의 높이 측정.
상기와 같이 측정하여 하기 수학식 1의 식으로 침전율을 계산하였다.
[수학식 1]
침전율(%) = 100 × ( 침전물의 높이 / 조강혼합물 용액의 전체높이 )
Figure PCTKR2018015319-appb-T000001
실시예 5 : 조강혼합물의 제조 (2)
실시예 1과 동일한 과정을 거치되, 앵커형 교반기 대신 패들형 교반기를 사용하여 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물을 제조하고, 침전 발생 정도를 측정하여 다음 표 2에 나타내었다.
Figure PCTKR2018015319-appb-T000002
실시예 6 내지 9 : 조강혼합물의 제조 (3)
실시예 1에서 제조된 조강혼합물을 아래 표 3과 같이 0.8 mm 비드가 충진된 비드밀 (1ℓ)에서 분산 공정을 처리하여 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물을 제조하고, 침전 발생 정도를 측정하여 다음 표 3에 나타내었다.
Figure PCTKR2018015319-appb-T000003
실시예 10 내지 11 : 조강혼합물의 제조 (4)
실시예 1과 동일한 과정을 거치되, 반응조 내에 분산제 수용액과 규소 화합물 및 알칼리금속 화합물 수용액을 공급한 후 칼슘 화합물 수용액을 5 시간 동안 액중 적가하거나 (실시예 10), 반응조 내에 분산제 수용액과 칼슘 화합물 수용액을 공급한 후 규소 화합물 및 알칼리금속 화합물 수용액을 3 시간 동안 액중 적가하여 (실시예 11) 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물을 제조하고, 침전 발생 정도를 측정한 다음 이를 다음 표 4에 나타내었다.
Figure PCTKR2018015319-appb-T000004
실시예 12 : 조강혼합물의 제조 (5)
실시예 1과 동일한 과정을 거치되, 반응조의 직경이 2 m, 앵커 교반기의 직경이 1 m, 앵커 교반기의 회전속도가 80 rpm, 앵커 교반기와 연결된 모터의 일률이 1.5 kW였다. 이렇게 제조한 본 발명의 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 1 일 경과 후 침전 발생 정도는 0 %였다.
제조예 1 내지 6 : 시멘트 모르타르의 제조
하기 표 5의 혼합비율로 시멘트 모르타르를 제조하였다 (감수제: 이지스, 한국).
Figure PCTKR2018015319-appb-T000005
시험예 1 : 첨가량 및 양생온도에 따른 시멘트 모르타르의 압축강도 변화
상기 제조예 1 내지 6에서 제조한 시멘트 모르타르에 대해 조강혼합물의 첨가량 및 온도에 따른 압축강도를 측정하였다. 측정은 온도 10 ℃와 20 ℃, 상대습도는 60 %에서 24 시간 동안 양생한 후에 이루어졌으며, 그 결과는 표 6에 나타내었다.
Figure PCTKR2018015319-appb-T000006
상기 시험예 1의 결과를 보면 시멘트의 양이 동일할 때 본 발명의 조강혼합물을 첨가함으로써 보다 큰 조기 압축강도값을 얻음을 알 수 있다.
제조예 7 내지 10 : 시멘트 콘크리트의 제조
하기 표 7의 혼합비율로 시멘트 콘크리트를 제조하였다 (감수제: 이지스, 한국).
Figure PCTKR2018015319-appb-T000007
시험예 2 : 첨가량 및 양생온도에 따른 시멘트 콘크리트 압축강도 변화
상기 제조예 7 내지 10에서 제조한 시멘트 콘크리트에 대해 조강혼합물의 첨가에 따른 압축강도를 측정하였다. 측정은 온도 20 ℃와 50 ℃, 상대습도는 60 %에서 양생한 후에 이루어졌으며, 그 결과를 표 8에 나타내었다.
Figure PCTKR2018015319-appb-T000008
상기 시험예 2의 결과를 보면 시멘트의 양이 동일할 때 본 발명의 조강혼합물을 첨가함으로써 보다 큰 조기 압축강도값을 얻음을 알 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것을에 의해 정해져야 할 것이다.
[부호의 설명]
1: 앵커형 교반기
2: 디졸버형 교반기

Claims (9)

  1. 산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 칼슘포메이트, 초산칼슘, 황산칼슘 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 칼슘 화합물 100 중량부,
    이산화실리콘, 실리카퓸, 규산나트륨, 규산칼륨, 물유리, 규산알루미늄, 규산칼슘, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 규소 화합물 1 내지 100 중량부,
    알칼리금속 또는 알칼리토금속의 초산염, 포름산염, 질산염, 아질산염, 황산염, 티오황산염, 탄산염, 염화물, 할로겐화물 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 1 내지 100 중량부,
    분산제 1 내지 80 중량부, 및
    물 45 내지 400 중량부를 포함하고,
    시멘트 콘크리트의 시멘트 100 중량부 당 0.1 내지 10 중량부를 혼합하여 상기 시멘트 콘크리트에 조강성을 부여하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 콘크리트용 조강혼합물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 칼슘 화합물 100 중량부 당, 시멘트 0.01 내지 15 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 콘크리트용 조강혼합물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 칼슘 화합물 100 중량부 당, 소포제 0.001 내지 5 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 콘크리트용 조강혼합물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 칼슘 화합물 100 중량부 당, 증점제 0.001 내지 5 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 콘크리트용 조강혼합물.
  5. (A) 산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 칼슘포메이트, 초산칼슘, 황산칼슘 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 칼슘 화합물 100 중량부, 및
    물 30 내지 120 중량부를 혼합하여 칼슘 화합물 수용액을 제조하는 단계;
    (B) 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당,
    이산화실리콘, 실리카퓸, 규산나트륨, 규산칼륨, 물유리, 규산알루미늄, 규산칼슘, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 규소 화합물 1 내지 100 중량부,
    알칼리금속 또는 알칼리토금속의 초산염, 포름산염, 질산염, 아질산염, 황산염, 티오황산염, 탄산염, 염화물, 할로겐화물 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 1 내지 100 중량부, 및
    물 10 내지 240 중량부를 혼합하여 규소 화합물, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 수용액을 제조하는 단계;
    (C) 상기 칼슘 화합물 100 중량부 당,
    분산제 1 내지 80 중량부, 및
    물 5 내지 40 중량부를 혼합하여 분산제 수용액을 제조하는 단계; 및
    (D) 상기 칼슘 화합물 수용액과, 규소 화합물, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 수용액을 분산제 수용액에 적가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 단계 (D)에서 칼슘 화합물 수용액은 0.5 내지 10 시간 동안 적가되는 것을 특징으로 하는, 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 단계 (D)에서 규소 화합물, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 화합물 수용액은 0.5 내지 10 시간 동안 적가되는 것을 특징으로 하는, 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 단계 (D)에서 반응조는 5 내지 95 ℃로 유지되는 것을 특징으로 하는, 시멘트 콘크리트용 조강혼합물의 제조방법.
  9. 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 청구항의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 시멘트 콘크리트용 조강혼합물.
PCT/KR2018/015319 2018-07-20 2018-12-05 시멘트 콘크리트용 조강혼합물 및 그 제조방법 WO2020017710A1 (ko)

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