WO2020111829A1 - 칼슘 알루미네이트 무기물 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 시멘트 조성물 - Google Patents

칼슘 알루미네이트 무기물 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 시멘트 조성물 Download PDF

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WO2020111829A1
WO2020111829A1 PCT/KR2019/016611 KR2019016611W WO2020111829A1 WO 2020111829 A1 WO2020111829 A1 WO 2020111829A1 KR 2019016611 W KR2019016611 W KR 2019016611W WO 2020111829 A1 WO2020111829 A1 WO 2020111829A1
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WO
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calcium aluminate
inorganic material
source
temperature
ratio
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Application number
PCT/KR2019/016611
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English (en)
French (fr)
Inventor
이한승
이광명
이윤수
Original Assignee
한양대학교 에리카산학협력단
성균관대학교산학협력단
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/32—Aluminous cements

Definitions

  • the present invention relates to a calcium aluminate inorganic material and a method for manufacturing the same, and a cement composition comprising the same, more specifically, a calcium aluminate inorganic material composed of calcium aluminate inorganic materials having different compositions and a method for manufacturing the same, and the same It is related to the cement composition.
  • concrete is the most used material because it has excellent properties in terms of economy, formability, and durability compared to other materials.
  • concrete is a ceramic material and has high brittleness and low ductility. Therefore, most construction structures are constructed by using rebar together to compensate for the low ductility of concrete.
  • reinforcing bars used to compensate for the shortcomings of concrete are protected by a passivation film in a concrete environment with a high alkalinity of pH 12-13.5.
  • the neutralization process in which the pH is lowered due to carbon dioxide (CO 2 ) in the atmosphere occurs near the reinforcing bar or where chlorine ions penetrate from the outside
  • corrosion of the reinforcing bar is promoted.
  • expansion pressure is generated inside the concrete due to the corrosion product of the reinforcing bar.
  • cracks in the concrete, peeling and peeling of the concrete surface, and the like result in deterioration of structural and durability performance of the reinforced concrete structure.
  • chloride attack of reinforced concrete occurs frequently around the world and is also a deterioration phenomenon of concrete with high interest.
  • C 3 A is one of calcium aluminate clinkers, 12CaO ⁇ 7Al 2 O 3 (C 12 A 7 ), CaO ⁇ Al 2 O 3 (CA), CaO ⁇ 2Al 2 O 3 (CA 2 ) and CaO ⁇ 6Al 2
  • C 3 A is one of calcium aluminate clinkers, 12CaO ⁇ 7Al 2 O 3 (C 12 A 7 ), CaO ⁇ Al 2 O 3 (CA), CaO ⁇ 2Al 2 O 3 (CA 2 ) and CaO ⁇ 6Al 2
  • CaO ⁇ 6Al 2 Among calcium aluminate inorganics such as O 3 (CA 6 ), it exhibits a fairly rapid hydration reaction property and high heat of hydration. Since high heat of hydration can cause temperature cracking in mass concrete, it can be solved by reducing the content of C 3 A, but there is a disadvantage that salt resistance is reduced.
  • CA CaOAl 2 O 3
  • CA 2 CA 2 (CaO2Al 2 O 3 )
  • C 2 AS (2CaOAl 2 O 3 SiO 2 ) high content of calcium aluminate mineral and its production Method, and to provide a cement composition comprising the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a calcium aluminate inorganic salt with improved salt inhibitory properties, a method for manufacturing the same, and a cement composition comprising the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a calcium aluminate inorganic material capable of mass production, a method of manufacturing the same, and a cement composition comprising the same.
  • the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
  • the present invention provides a method for manufacturing a calcium aluminate inorganic material.
  • the method of manufacturing the calcium aluminate inorganic material comprises a first source material comprising calcium oxide (CaO), and a second source material comprising aluminum oxide (Al 2 O 3 ) to form a base source.
  • a step of manufacturing, and heat-treating the base source to produce a calcium aluminate-based inorganic material comprising a first calcium aluminate inorganic material and a second calcium aluminate inorganic material having a higher aluminum oxide content than the first calcium aluminate inorganic material Including a step, by controlling the mixing ratio (wt%) of the first source material and the second source material, the proportion of the second calcium aluminate inorganic material (wt%) in the composition of the calcium aluminate-based inorganic material It may include controlling to be higher than the ratio (wt%) of the first calcium aluminate inorganic material.
  • the base source, the first source material of more than 30 wt% and less than 33 wt% and the second source material of more than 66 wt% and less than 69 wt% are mixed, and the calcium aluminate-based inorganic material In the composition of the ratio of the second calcium aluminate inorganic material may include more than 85 wt%.
  • the heat treatment of the base source may include heat-treating the base source at a first temperature to calcinate the base source, and heat-treating the base source at a second temperature higher than the first temperature. Sintering the base source by adding the ratio of the ratio of the first calcium aluminate mineral and the ratio of the second calcium aluminate mineral in the composition of the calcium aluminate-based inorganic material according to the second temperature. It may include what is controlled to more than 97 wt%.
  • the second temperature may include more than 1450 °C less than 1550 °C.
  • the second temperature may be controlled according to a mixing ratio of the first source material and the second source material.
  • the second temperature is controlled to 1550° C. or higher and .
  • the second temperature is controlled to be greater than 1450°C and less than 1550°C can do.
  • the method of manufacturing the calcium aluminate inorganic material is a step of preparing a base source by mixing limestone and bauxite, and heat treating the base source to form a first calcium aluminate inorganic material, And manufacturing a calcium aluminate-based inorganic material comprising a second calcium aluminate inorganic material having a higher calcium oxide content than the first calcium aluminate inorganic material, wherein the calcium aluminate is controlled by controlling the heat treatment temperature of the base source.
  • the proportion of the first calcium aluminate inorganic and the proportion of the second calcium aluminate inorganic in the composition of the nate-based inorganic material may be controlled.
  • the base source may include being controlled to be greater than 1350°C and less than 1500°C.
  • the first calcium aluminate inorganic material may include CA 2 (CaO 2 Al 2 O 3 ), and the second calcium aluminate inorganic material may include C 2 AS (2CaOAl 2 O 3 SiO 2 ). .
  • the sum of the proportion of the first calcium aluminate inorganic and the proportion of the second calcium aluminate inorganic in the composition of the calcium aluminate-based inorganic material may include exceeding 70 wt%.
  • the present invention provides a calcium aluminate mineral.
  • the calcium aluminate inorganic material includes a first calcium aluminate inorganic material and a second calcium aluminate inorganic material having a higher aluminum oxide content than the first calcium aluminate inorganic material, and 2
  • the ratio of the calcium aluminate mineral is higher than the ratio of the first calcium aluminate mineral, and the sum of the ratio of the ratio of the first calcium aluminate mineral and the ratio of the second calcium aluminate mineral to total weight is 90 wt% or more. can do.
  • the first calcium aluminate inorganic is included in a proportion of more than 13.1 wt% and less than 19.1 wt%
  • the second calcium aluminate inorganic may be included in a proportion of more than 71.5 wt% and less than 85.6 wt% .
  • the first calcium aluminate inorganic material may include CA (CaOAl 2 O 3 ), and the second calcium aluminate inorganic material may include CA 2 (CaO2Al 2 O 3 ).
  • the present invention provides a cement composition.
  • the cement composition may include 5-15 wt% of calcium aluminate mineral, and Portland cement according to the above-described embodiment.
  • a method of manufacturing a calcium aluminate inorganic material is a base by mixing the first source material containing calcium oxide (CaO) and the second source material comprising aluminum oxide (Al 2 O 3 ) Preparing a source, and heat-treating the base source to form a calcium aluminate-based inorganic material comprising a first calcium aluminate inorganic material and a second calcium aluminate inorganic material having a higher aluminum oxide content than the first calcium aluminate inorganic material.
  • a calcium aluminate-based inorganic material comprising a first calcium aluminate inorganic material and a second calcium aluminate inorganic material having a higher aluminum oxide content than the first calcium aluminate inorganic material.
  • the calcium aluminate-based inorganic material containing the agent containing the agent
  • the composition ratio of 1 calcium aluminate inorganic substance and the 2nd calcium aluminate inorganic substance can be controlled. Accordingly, the cement composition prepared using the calcium aluminate inorganic material according to the embodiment and ordinary Portland cement may have improved chloride resistance.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a calcium aluminate inorganic material according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a salt resistance mechanism of the cement composition according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a calcium aluminate inorganic material according to a second embodiment of the present invention.
  • 6 and 7 are photographs of a pellet manufacturing process of calcium aluminate inorganic raw materials.
  • Example 8 is a state diagram of a pilot-sacle test operation of the calcium aluminate inorganic production process according to Example 12 of the present invention.
  • Example 9 is a photograph of a rotary kiln used in the manufacturing process of calcium aluminate mineral according to Example 12 of the present invention.
  • Example 10 is a photograph and composition graph of a calcium aluminate inorganic material according to Example 12 of the present invention.
  • 11 and 12 is a photograph confirming the salt resistance of the cement composition prepared through the calcium aluminate mineral according to an embodiment of the present invention.
  • 13 is a graph comparing the composition ratio of CA and CA 2 according to the mixing ratio of limestone and alumina.
  • Example 14 is a graph comparing the composition ratio of CA and CA 2 in the calcium aluminate mineral according to Example 3 of the present invention.
  • Example 15 is a graph comparing the composition ratio of CA and CA 2 in the calcium aluminate mineral according to Example 4 of the present invention.
  • Example 16 is a graph measuring the size of limestone and bauxite used in the manufacturing process of calcium aluminate mineral according to Example 6 of the present invention.
  • Example 17 is a graph comparing the composition ratio of C 2 AS and CA 2 in the calcium aluminate mineral according to Example 8 of the present invention.
  • a component when referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on another component, or a third component may be interposed between them.
  • a third component may be interposed between them.
  • the thickness of the films and regions are exaggerated for effective description of the technical content.
  • first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Therefore, what is referred to as the first component in one embodiment may be referred to as the second component in another embodiment.
  • first component in one embodiment may be referred to as the second component in another embodiment.
  • second component in another embodiment.
  • Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment.
  • 'and/or' is used to mean including at least one of the components listed before and after.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a calcium aluminate inorganic material according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view showing a salt resistance mechanism of the cement composition according to an embodiment of the present invention.
  • the method of manufacturing a calcium aluminate inorganic material according to the first embodiment of the present invention, the step of preparing a base source by mixing a first source material and a second source material (S110), and the base source It may include a step of preparing a calcium aluminate-based inorganic material by heat treatment (S120).
  • S110 first source material
  • S120 second source material
  • the first source material and the second source material may be mixed to produce the base source.
  • the first source material may include calcium oxide (CaO).
  • the first source material may include limestone.
  • the second source material may include aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the second source material may include calcined alumina for sintering.
  • the base source may be prepared by wet mixing. Specifically, the base source may be prepared by mixing the first source material, the second source material, and water (H 2 O). In this case, water (H 2 O) may be mixed at 20 to 25 wt% based on the total weight of the first source material and the second source material. Thereafter, the first source material, the second source material, and the material in which the water is mixed may be dried in a polyethylene container for 24 hours at a temperature of about 100°C.
  • the base source may be prepared by dry mixing. Specifically, the base source may be prepared by mixing the first source material and the second source material at a speed of 200 rpm through a steel ball of 10 mm in a ball mill.
  • the base source may be heat treated.
  • the calcium aluminate inorganic material according to the first embodiment may be prepared.
  • the heat treatment of the base source may include heat-treating the base source at a first temperature to calcinate the base source, and heat-treating the base source at a second temperature higher than the first temperature. It may include the step of sintering (sintering) the base source. More specifically, the base source is heated at a rate of 10°C/min in an electric furnace, heat-treated for 1 hour at a temperature of 900°C, and calcined, and heat-treated for 30 minutes at a temperature of 1300°C to 1500°C. It can be sintered.
  • the calcium aluminate inorganic material may include a first calcium aluminate inorganic material and a second calcium aluminate inorganic material.
  • the second calcium aluminate inorganic material may have a higher aluminum oxide (Al 2 O 3 ) content than the first calcium aluminate inorganic material.
  • the first calcium aluminate inorganic material may include CA (CaOAl 2 O 3 ).
  • the second calcium aluminate inorganic material may include CA 2 (CaO 2 Al 2 O 3 ).
  • calcium aluminate minerals including CA(CaOAl 2 O 3 ) and CA 2 (CaO 2 Al 2 O 3 ) can be prepared.
  • the mixing ratio of the first source material (limestone) and the second source material (alumina) is controlled so that the first calcium aluminate contained in the calcium aluminate inorganic material is controlled.
  • the composition ratio of the inorganic material (CA) and the second calcium aluminate inorganic material (CA 2 ) may be controlled.
  • the first source material of greater than 30 wt% and less than 33 wt% and the second source material of greater than 66 wt% and less than 69 wt% may be controlled in the base source manufacturing step.
  • the ratio of the second calcium aluminate inorganic material in the composition of the calcium aluminate inorganic material may be controlled to 85 wt% or more. Accordingly, the chloride resistance of the cement composition described below can be improved.
  • the second temperature is controlled in the sintering step of the base source, the first calcium aluminate inorganic (CA) and the second calcium aluminate inorganic (containing the calcium aluminate inorganic) ( The composition ratio of CA 2 ) can be controlled.
  • the second temperature may be controlled to be greater than 1450°C and less than 1550°C.
  • the sum of the ratio of the first calcium aluminate mineral and the ratio of the second calcium aluminate mineral in the composition of the calcium aluminate mineral may be controlled to be 97 wt% or more. Accordingly, the chloride resistance of the cement composition described below can be improved.
  • the second temperature in the sintering step of the base source may be controlled according to the mixing ratio of the first source material and the second source material mixed in the base source manufacturing step. have.
  • the second temperature may be controlled to 1550°C or higher. have.
  • the first source material greater than 31 wt% and less than 36 wt% and the second source material greater than 64 wt% and less than 69 wt% are mixed, the second temperature is controlled to be greater than 1450°C and less than 1550°C.
  • the sum of the ratio of the first calcium aluminate mineral and the ratio of the second calcium aluminate mineral in the composition of the calcium aluminate mineral may be controlled to 80 wt% or more. Accordingly, the chloride resistance of the cement composition described below can be improved. Detailed description of the improvement of the chlorine resistance of the cement composition will be described later.
  • the calcium aluminate inorganic material according to the first embodiment may be used as a cement composition together with OPC.
  • salt resistance may be improved by the calcium aluminate inorganic material.
  • the calcium aluminate mineral according to the first embodiment including CA 2 and CA can form the AFm phase in the Ca(OH) 2 environment (Portland cement environment).
  • the calcium aluminate mineral through ion exchange reaction of chloride ion (Cl -) and secure the carbonate ion (CO 3 2-) and hydroxide ions (OH -) can be discharged. Due to this, the cement composition including the calcium aluminate inorganic material and Portland cement according to the first embodiment may improve salt resistance by fixing chlorine ions penetrating into concrete.
  • the cement composition may have a high salt resistance.
  • the content of the calcium aluminate mineral according to the first embodiment in the cement composition is excessively high, due to the low hydration reactivity of the calcium aluminate inorganic, a problem that the compressive strength of the cement composition may be lowered have.
  • the content of the calcium aluminate inorganic material according to the first embodiment in the cement composition is excessively low, a problem that does not have the above-described salt resistance resistance may be generated.
  • the content of the calcium aluminate inorganic material according to the first embodiment in the cement composition must be controlled. Specifically, when the weight of the calcium aluminate inorganic material according to the first embodiment compared to the total weight of the cement composition is controlled to 5 to 15 wt%, salt resistance can be improved as well as compressive strength of the cement composition. .
  • a method of manufacturing a calcium aluminate inorganic material according to a first embodiment of the present invention is a mixture of the first source material containing calcium oxide (CaO) and the second source material comprising aluminum oxide (Al 2 O 3 )
  • a base source To prepare a base source, and heat-treating the base source to form a calcium aluminate system comprising a first calcium aluminate inorganic material and a second calcium aluminate inorganic material having a higher aluminum oxide content than the first calcium aluminate inorganic material
  • the calcium aluminate-based inorganic is included Composition ratios of the first calcium aluminate inorganic material and the second calcium aluminate inorganic material may be controlled. Accordingly, the cement composition prepared using the calcium aluminate inorganic material according to the first embodiment and ordinary Portland
  • the calcium aluminate inorganic material according to the first embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same have been described.
  • the calcium aluminate inorganic material according to the second embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same are described.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a calcium aluminate inorganic material according to a second embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a calcium aluminate mineral according to a second embodiment of the present invention comprises: preparing a base source by mixing limestone and bauxite (S210), and the base
  • the heat treatment of the source may include the step of preparing a calcium aluminate-based inorganic material (S220).
  • S220 calcium aluminate-based inorganic material
  • the limestone (limestone) and bauxite (bauxite) may be mixed to prepare the base source.
  • the base source may be prepared by wet mixing.
  • the base source may be prepared by mixing limestone, bauxite, and water (H 2 O).
  • water (H 2 O) may be mixed at 20 to 25 wt% based on the total weight of limestone and bauxite.
  • the limestone, bauxite, and water-mixed material may be placed in a polyethylene container and dried at a temperature of about 100° C. for 24 hours.
  • the base source may be prepared by dry mixing. Specifically, the base source may be prepared by mixing limestone and bauxite at a speed of 200 rpm through a 10 mm steel ball in a ball mill.
  • the base source may be heat treated.
  • the calcium aluminate inorganic material according to the second embodiment may be prepared.
  • the heat treatment of the base source may include heat-treating the base source at a first temperature and calcining the base source, and heat-treating the base source at a second temperature higher than the first temperature. It may include the step of sintering (sintering) the base source. More specifically, the base source is heated at a rate of 10°C/min in an electric furnace, heat-treated for 1 hour at a temperature of 900°C, and calcined, and heat-treated for 30 minutes at a temperature of 1300°C to 1500°C. It can be sintered.
  • the calcium aluminate inorganic material may include a first calcium aluminate inorganic material and a second calcium aluminate inorganic material.
  • the second calcium aluminate inorganic material is more calcium oxide than the first calcium aluminate inorganic material.
  • the content of (CaO) may be higher.
  • the first calcium aluminate inorganic material may include CA 2 (CaO 2 Al 2 O 3 ).
  • the second calcium aluminate inorganic material may include C 2 AS (2CaOAl 2 O 3 SiO 2 ).
  • calcium aluminate minerals including CA 2 (CaO 2 Al 2 O 3 ) and C 2 AS (2CaOAl 2 O 3 SiO 2 ) can be prepared.
  • the second temperature is controlled in the sintering step of the base source, the first calcium aluminate inorganic (CA 2 ) and the second calcium aluminate inorganic (C) included in the calcium aluminate inorganic
  • the composition ratio of 2 AS) can be controlled.
  • the second temperature may be controlled to 1350°C and less than 1500°C.
  • the sum of the ratio of the first calcium aluminate mineral and the ratio of the second calcium aluminate inorganic in the composition of the calcium aluminate inorganic may be controlled to 70 wt% or more. Accordingly, the chloride resistance of the cement composition described below can be improved.
  • the calcium aluminate inorganic material according to the second embodiment may be used as a cement composition together with OPC.
  • salt resistance may be improved by the calcium aluminate inorganic material.
  • the calcium aluminate inorganic material according to the second embodiment including C 2 AS and CA 2 may form an AFm phase in a Ca(OH) 2 environment (Portland cement environment). Accordingly, the calcium aluminate mineral through ion exchange reaction of chloride ion (Cl -) and secure the carbonate ion (CO 3 2-) and hydroxide ions (OH -) can be discharged. For this reason, the cement composition comprising the calcium aluminate inorganic material and Portland cement according to the second embodiment may improve salt resistance by fixing chlorine ions penetrating into concrete.
  • the cement composition may have a high salt resistance have. Accordingly, as described above, the salt resistance of the cement composition can be improved by controlling the second temperature at which the base source is sintered.
  • the content of the calcium aluminate mineral according to the second embodiment in the cement composition is excessively high, due to the low hydration reactivity of the calcium aluminate inorganic, a problem that the compressive strength of the cement composition may be lowered have.
  • the content of the calcium aluminate inorganic material according to the second embodiment in the cement composition is excessively low, a problem that does not have the above-described salt resistance resistance may be generated. Accordingly, in order to improve not only salt resistance but also compressive strength of the cement composition, the content of the calcium aluminate inorganic material according to the second embodiment in the cement composition must be controlled.
  • the weight of the calcium aluminate inorganic material according to the second embodiment compared to the total weight of the cement composition is controlled to 5 to 15 wt%, it is possible to improve not only salt resistance resistance but also compressive strength of the cement composition. .
  • a method of manufacturing a calcium aluminate mineral according to a second embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a base source by mixing limestone and bauxite, and heat treating the base source to heat the first calcium aluminate Comprising the steps of producing a calcium aluminate-based inorganic material, and a second calcium aluminate inorganic material having a higher content of calcium oxide than the first calcium aluminate inorganic material, by controlling the heat treatment temperature of the base source, the
  • the composition of the calcium aluminate-based inorganic material may include controlling the proportion of the first calcium aluminate inorganic material and the proportion of the second calcium aluminate inorganic material. Accordingly, the cement composition prepared using the calcium aluminate inorganic material and the ordinary Portland cement according to the second embodiment may improve chloride resistance.
  • a base source was prepared by mixing 29.97 wt% of limestone, 70.03 wt% of calcined alumina for sintering, and water, and placed in a polyethylene container and dried at a temperature of about 100° C. for 24 hours.
  • Example 1 Calcium aluminate mineral according to was prepared.
  • a base source was prepared by mixing 30.64 wt% limestone, 69.36 wt% calcined alumina for sintering, and water, and placed in a polyethylene container and dried at a temperature of about 100° C. for 24 hours.
  • Example 2 Calcium aluminate mineral according to was prepared.
  • a base source was prepared by mixing 31.97 wt% of limestone, 68.03 wt% of calcined alumina for sintering, and water, and placed in a polyethylene container and dried at a temperature of about 100° C. for 24 hours.
  • the dried base source is heated in an electric furnace at a rate of 10° C./min, calcined for 1 hour at a temperature of 900° C., and 30 minutes at a temperature of 1400° C., 1450° C., 1500° C., and 1550° C.
  • a calcium aluminate inorganic material according to Example 3 was prepared.
  • Calcium aluminate minerals prepared at a temperature of 1400°C are defined as Example 3-1
  • calcium aluminate minerals prepared at a temperature of 1450°C are defined as Example 3-2
  • the aluminate mineral is defined as Example 3-3
  • the calcium aluminate mineral prepared at a temperature of 1550° C. is defined as Example 3-4.
  • a base source was prepared by mixing 33.92 wt% of limestone, 66.08 wt% of calcined alumina for sintering, and water, and placed in a polyethylene container and dried at a temperature of about 100° C. for 24 hours.
  • the dried base source is heated in an electric furnace at a rate of 10° C./min, calcined for 1 hour at a temperature of 900° C., and 30 minutes at a temperature of 1400° C., 1450° C., 1500° C., and 1550° C.
  • a calcium aluminate inorganic material according to Example 4 was prepared.
  • Example 4-1 Calcium aluminate mineral prepared at a temperature of 1400 °C is defined as Example 4-1, calcium aluminate mineral prepared at a temperature of 1450 °C is defined as Example 4-2, and calcium prepared at a temperature of 1500 °C
  • the aluminate mineral is defined as Example 4-3, and the calcium aluminate mineral prepared at a temperature of 1550° C. is defined as Example 4-4.
  • a base source was prepared by mixing 35.84 wt% limestone, 64.16 wt% calcined alumina for sintering, and water, and placed in a polyethylene container and dried at a temperature of about 100° C. for 24 hours.
  • the dried base source is heated in an electric furnace at a rate of 10° C./min, calcined for 1 hour at a temperature of 900° C., and 30 minutes at a temperature of 1400° C., 1450° C., 1500° C., and 1550° C.
  • a calcium aluminate inorganic material according to Example 5 was prepared.
  • Calcium aluminate mineral prepared at a temperature of 1400 °C is defined as Example 5-1
  • calcium aluminate mineral prepared at a temperature of 1450 °C is defined as Example 5-2
  • the aluminate mineral is defined as Example 5-3
  • the calcium aluminate mineral prepared at a temperature of 1550° C. is defined as Example 5-4.
  • a base sauce was prepared by mixing 63.22 wt% limestone, 36.78 wt% bauxite, and water, and placed in a polyethylene container and dried at a temperature of about 100° C. for 24 hours.
  • the dried base source is heated in an electric furnace at a rate of 10° C./min, calcined for 1 hour at a temperature of 900° C., and 30 minutes at a temperature of 1300° C., 1350° C., 1400° C., and 1500° C.
  • a calcium aluminate inorganic material according to Example 6 was prepared.
  • Example 6-1 Calcium aluminate minerals prepared at a temperature of 1300°C are defined as Example 6-1, calcium aluminate minerals prepared at a temperature of 1350°C are defined as Example 6-2, and calcium prepared at a temperature of 1400°C
  • the aluminate mineral is defined as Example 6-3, and the calcium aluminate mineral prepared at a temperature of 1500° C. is defined as Example 6-4.
  • a base sauce was prepared by mixing 56.76 wt% of limestone, 43.24 wt% of bauxite, and water, and placed in a polyethylene container and dried at a temperature of about 100° C. for 24 hours.
  • Example 7 Calcium aluminate mineral according to was prepared.
  • a base source was prepared by mixing 51.22 wt% of limestone, 48.78 wt% of bauxite, and water, and placed in a polyethylene container and dried at a temperature of about 100° C. for 24 hours.
  • the dried base source is heated in an electric furnace at a rate of 10° C./min, calcined for 1 hour at a temperature of 900° C., and 30 minutes at a temperature of 1300° C., 1350° C., 1400° C., and 1500° C.
  • a calcium aluminate mineral according to Example 8 was prepared.
  • Calcium aluminate mineral prepared at a temperature of 1300°C is defined as Example 8-1
  • calcium aluminate mineral prepared at a temperature of 1350°C is defined as Example 8-2
  • calcium prepared at a temperature of 1400°C The aluminate mineral is defined as Example 8-3
  • the calcium aluminate mineral prepared at a temperature of 1500° C. is defined as Example 8-4.
  • a base source was prepared by mixing 53.85 wt% limestone, 46.15 wt% bauxite, and water, and placed in a polyethylene container and dried at a temperature of about 100° C. for 24 hours.
  • the dried base source is heated in an electric furnace at a rate of 10° C./min, calcined for 1 hour at a temperature of 900° C., and 30 minutes at a temperature of 1300° C., 1350° C., 1400° C., and 1500° C.
  • a calcium aluminate inorganic material according to Example 9 was prepared.
  • Example 9-1 Calcium aluminate minerals prepared at a temperature of 1300°C are defined as Example 9-1, calcium aluminate minerals prepared at a temperature of 1350°C are defined as Example 9-2, and calcium prepared at a temperature of 1400°C
  • the aluminate mineral is defined as Example 9-3, and the calcium aluminate mineral prepared at a temperature of 1500° C. is defined as Example 9-4.
  • Example 10 Calcium aluminate mineral according to was prepared.
  • Example 11 Calcium aluminate mineral according to was prepared.
  • a base source was prepared by mixing 37.5 wt% limestone, 62.5 wt% calcined alumina for sintering, and water, and placed in a polyethylene container and dried at a temperature of about 100° C. for 24 hours.
  • the dried base source was heated in a rotary kiln, and sintered for 30 minutes at a temperature of 1400° C. to prepare a calcium aluminate inorganic material according to Example 12.
  • 6 and 7 are photographs of a pellet manufacturing process of calcium aluminate inorganic raw materials.
  • FIG. 8 is a state diagram of a pilot-sacle test operation of the calcium aluminate inorganic production process according to Example 12 of the present invention
  • Figure 9 is a rotary kiln used in the calcium aluminate inorganic production process according to Example 12 of the present invention
  • 10 is a photograph and composition graph of a calcium aluminate inorganic material according to Example 12 of the present invention.
  • Example 12 The composition of the calcium aluminate inorganic material according to Example 12 is summarized through ⁇ Table 3> below. Examples 12-1, 12-2, and 12-3 show calcium aluminate inorganics heat-treated at different temperatures.
  • Example 12-1 Example 12-2
  • Example 12-3 Average C 2 AS 4.2 wt% 5.5 wt% 4.2 wt% 4.6 wt% CA 35.2 wt% 35.1 wt% 36.6 wt% 35.6 wt% CA 2 45.8 wt% 49.0 wt% 46.5 wt% 47.1 wt% CA 6 0.9 wt% 1.4 wt% 0.8 wt% 1.0 wt% C 3 A - - - - CAS 2 - - - - CaO - - - - Al 2 O 3 13.9 wt% 9.0 wt% 11.9 wt% 11.6 wt%
  • the calcium aluminate mineral according to Example 12 is mostly composed of CA 2 and CA 2 , it was confirmed that the CA 2 /CA mass ratio is about 1.32.
  • 11 and 12 is a photograph confirming the salt resistance of the cement composition prepared through the calcium aluminate mineral according to an embodiment of the present invention.
  • each cement was immersed in 165 g/L aqueous solution of NaCl for 35 days, and then Penetration depth was measured. The penetration depth of chlorine ion was confirmed by Electron probe micro-analysis (EPMA).
  • EPMA Electron probe micro-analysis
  • OPC was used for the cement according to the comparative example (Plain)
  • cement (A10) according to the embodiment was usually used for cement containing 90 wt% of Portland cement and 10 wt% of the calcium aluminate mineral according to the above example 12 Became.
  • 13 is a graph comparing the composition ratio of CA and CA 2 according to the mixing ratio of limestone and alumina.
  • the composition of CA 2 contained in the calcium aluminate mineral is as high as 85 wt% or more. You can see it appears.
  • Example 14 is a graph comparing the composition ratio of CA and CA 2 in the calcium aluminate mineral according to Example 3 of the present invention.
  • Example 3-1 1400°C 19.6 56.9 76.5
  • Example 3-2 1450°C 19.1 71.5 90.6
  • Example 3-3 1500°C 14.6 82.4 97
  • Example 3-4 1550°C 13.1 85.6 98.7
  • Example 15 is a graph comparing the composition ratio of CA and CA 2 in the calcium aluminate mineral according to Example 4 of the present invention.
  • Example 4-1 1400°C 21.7 57.4 79.1
  • Example 4-2 1450°C 28 67.6 95.6
  • Example 4-3 1500°C 23.7 74.6 98.3
  • Example 4-4 1550°C 22.9 76.2 99.1
  • Example 16 is a graph measuring the size of limestone and bauxite used in the manufacturing process of calcium aluminate mineral according to Example 6 of the present invention.
  • the sizes of limestone and bauxite used in the manufacturing process of the calcium aluminate mineral according to Example 6 of the present invention are measured and illustrated. As can be seen in Figure 16, it was found that the median of limestone size is 34.05 ⁇ m and the median value of bauxite is 19.71 ⁇ m.
  • Example 17 is a graph comparing the composition ratio of C 2 AS and CA 2 in the calcium aluminate mineral according to Example 8 of the present invention.
  • Example 8-1 1300°C 23.5 4.4 27.9
  • Example 8-2 1350°C 41.8 30.9 72.7
  • Example 8-3 1400°C 42.9 32 74.9
  • Example 8-4 1500°C 44.2 50.3 94.5
  • Calcium aluminate inorganic material according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same, and a cement composition comprising the same are materials for preventing deterioration of a reinforced concrete structure, and may be used in construction structures in a marine environment.

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Abstract

칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법이 제공된다. 상기 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법은, 칼슘 산화물(CaO)을 포함하는 제1 소스 물질, 및 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하는 제2 소스 물질을 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계, 및 상기 베이스 소스를 열처리하여 제1 칼슘 알루미네이트 무기물, 및 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 보다 알루미늄 산화물의 함량이 높은 제2 칼슘 알루미네이트 무기물을 포함하는 칼슘 알루미네이트계 무기물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

칼슘 알루미네이트 무기물 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 시멘트 조성물
본 발명은 칼슘 알루미네이트 무기물 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 시멘트 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 조성이 서로 다른 칼슘 알루미네이트 무기물들로 구성된 칼슘 알루미네이트 무기물 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 시멘트 조성물에 관련된 것이다.
건설분야에서 콘크리트는 타 재료에 비해 경제성, 성형성, 내구성에 있어서 우수한 성질을 가지기 때문에 가장 많이 사용되는 재료이다. 하지만 콘크리트는 세라믹 재료로써 취성이 높고 연성이 낮은 성질을 나타낸다. 따라서 대부분의 건설구조물은 콘크리트의 연성이 낮은 성질을 보완하기 위해서 철근을 같이 사용하여 구축된다.
일반적으로 콘크리트의 단점을 보완하기 위해 사용되는 철근은 고알칼리 상태인 pH 12-13.5의 콘크리트 내부 환경에서 부동태 피막을 통해 보호가 된다. 하지만 대기 중의 이산화탄소(CO2)로 인해 pH가 낮아지는 중성화 과정이 철근 부근에서 일어나거나 외부로부터 염소이온의 침투가 되는 환경에서는 철근의 부식이 촉진된다. 이렇게 철근의 부식이 발생하게 되면 철근의 부식생성물로 인해 콘크리트 내부에서 팽창압이 발생한다. 팽창압의 발생은 콘크리트 내부의 균열, 콘크리트 표면의 박리 및 박락 등이 발생하여 철근콘크리트 구조물의 구조적 및 내구적 성능의 저하가 발생한다. 특히, 철근콘크리트의 염해(Chloride attack)는 전 세계적으로 많이 발생되며, 관심도가 높은 콘크리트의 열화현상이기도 하다.
철근콘크리트의 염해 저항성 향상에 기여하는 보통 포틀랜드 시멘트 (Ordinary portland cement, OPC)의 클링커 (Clinker) 중에는 3CaO·Al2O3(C3A)가 있다. C3A는 칼슘 알루미네이트 클링커 중 하나인데, 12CaO·7Al2O3(C12A7), CaO·Al2O3(CA), CaO·2Al2O3(CA2) 그리고 CaO·6Al2O3(CA6)와 같은 칼슘 알루미네이트 무기물 중에서도 상당히 빠른 수화반응 특성과 높은 수화열을 나타낸다. 높은 수화열은 매스 콘크리트에서는 온도균열을 발생 시킬 수 있기 때문에, C3A의 함유량을 줄임으로써 이를 해결할 수는 있으나, 염해 저항성은 작아지는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, CA(CaOAl2O3), CA2(CaO2Al2O3) 및 C2AS(2CaOAl2O3SiO2)의 함유량이 높은 칼슘 알루미네이트 무기물 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 시멘트 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 염해 저해성이 향상된 칼슘 알루미네이트 무기물 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 시멘트 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 대량생산이 가능한 칼슘 알루미네이트 무기물 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 시멘트 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법은 칼슘 산화물(CaO)을 포함하는 제1 소스 물질, 및 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하는 제2 소스 물질을 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계, 및 상기 베이스 소스를 열처리하여 제1 칼슘 알루미네이트 무기물, 및 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 보다 알루미늄 산화물의 함량이 높은 제2 칼슘 알루미네이트 무기물을 포함하는 칼슘 알루미네이트계 무기물을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 제1 소스 물질 및 상기 제2 소스 물질의 혼합 비율(wt%)을 제어하여, 상기 칼슘 알루미네이트계 무기물의 조성 중 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율(wt%)이 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율(wt%)보다 높도록 제어하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스는, 30 wt% 초과 33 wt% 미만의 상기 제1 소스 물질 및 66 wt% 초과 69 wt% 미만의 상기 제2 소스 물질이 혼합되고, 상기 칼슘 알루미네이트계 무기물의 조성 중 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율은 85 wt% 이상인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스 열처리 단계는, 상기 베이스 소스를 제1 온도에서 열처리하여 상기 베이스 소스를 하소(calcination)하는 단계, 및 상기 베이스 소스를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 열처리하여 상기 베이스 소스를 소결(sintering)하는 단계를 포함하되, 상기 제2 온도에 따라 상기 칼슘 알루미네이트계 무기물의 조성 중 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 및 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율의 합이 97 wt% 이상으로 제어되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 온도는 1450℃ 초과 1550℃ 미만인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 소스 물질 및 상기 제2 소스 물질의 혼합 비율에 따라, 상기 제2 온도가 제어되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 29 wt% 초과 31 wt% 이하의 상기 제1 소스 물질 및 69 wt% 초과 71 wt% 이하의 상기 제2 소스 물질이 혼합된 경우 상기 제2 온도는 1550℃ 이상으로 제어되고, 31 wt% 초과 36 wt% 이하의 상기 제1 소스 물질 및 64 wt% 초과 69 wt% 이하의 상기 제2 소스 물질이 혼합된 경우 상기 제2 온도는 1450℃ 초과 1550℃ 미만으로 제어되는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법은, 석회석(limestone) 및 보크사이트(bauxite)를 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계, 및 상기 베이스 소스를 열처리하여 제1 칼슘 알루미네이트 무기물, 및 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 보다 칼슘 산화물의 함량이 높은 제2 칼슘 알루미네이트 무기물을 포함하는 칼슘 알루미네이트계 무기물을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 베이스 소스의 열처리 온도를 제어하여, 상기 칼슘 알루미네이트계 무기물의 조성 중 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 및 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율이 제어되는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스는 1350℃ 초과 1500℃ 미만으로 제어되는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물은 CA2(CaO2Al2O3)를 포함하고, 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물은 C2AS(2CaOAl2O3SiO2)를 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 칼슘 알루미네이트계 무기물의 조성 중 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 및 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율의 합은 70 wt%를 초과하는 것을 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 칼슘 알루미네이트 무기물을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물은, 제1 칼슘 알루미네이트 무기물, 및 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 보다 알루미늄 산화물의 함량이 높은 제2 칼슘 알루미네이트 무기물을 포함하되, 전체 중량 대비 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율은 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 보다 높고, 전체 중량 대비 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 및 제2 칼슘 알루미네트 무기물의 비율의 합은 90 wt% 이상인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물은 13.1 wt% 초과 19.1 wt% 미만의 비율로 포함되고, 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물은 71.5 wt% 초과 85.6 wt% 미만의 비율로 포함될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물은 CA(CaOAl2O3)를 포함하고, 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물은 CA2(CaO2Al2O3)를 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 시멘트 조성물을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 시멘트 조성물은 상술된 실시 예에 따르면 칼슘 알루미네이트 무기물 5~15 wt%, 및 포틀랜드 시멘트를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법은 칼슘 산화물(CaO)을 포함하는 상기 제1 소스 물질, 및 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하는 상기 제2 소스 물질을 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계, 및 상기 베이스 소스를 열처리하여 제1 칼슘 알루미네이트 무기물, 및 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 보다 알루미늄 산화물의 함량이 높은 제2 칼슘 알루미네이트 무기물을 포함하는 칼슘 알루미네이트계 무기물을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 제1 소스 물질 및 상기 제2 소스 물질의 혼합 비율(wt%)을 제어하거나, 상기 베이스 소스의 열처리 온도를 제어하여, 상기 칼슘 알루미네이트계 무기물이 포함하는 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 및 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 조성 비율을 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물과 보통 포틀랜드 시멘트를 이용하여 제조된 시멘트 조성물은 염화 저항성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시멘트 조성물의 염해 저항성 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예 3-3에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 촬영한 사진이다.
도 6 및 도 7은 칼슘 알루미네이트 무기물 원료의 펠렛제조 과정을 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시 예 12에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조공정의 pilot-sacle 시험 운행의 상태도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예 12에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조공정에 사용되는 Rotary kiln을 촬영한 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시 예 12에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 사진 및 조성 그래프이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 통해 제조된 시멘트 조성물의 염해 저항성을 확인하는 사진이다.
도 13은 석회석 및 알루미나의 혼합 비율에 따른 CA 및 CA2의 조성 비율을 비교하는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시 예 3에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 내의 CA 및 CA2의 조성 비율을 비교하는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시 예 4에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 내의 CA 및 CA2의 조성 비율을 비교하는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시 예 6에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조과정에서 사용되는 석회석 및 보크사이트의 크기를 측정한 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시 예 8에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 내의 C2AS 및 CA2의 조성 비율을 비교하는 그래프이다.
도 18은 석회석 및 보크사이트의 혼합 비율에 따른 C2AS 및 CA2의 조성 비율을 비교하는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시멘트 조성물의 염해 저항성 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법은, 제1 소스 물질 및 제2 소스 물질을 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계(S110), 및 상기 베이스 소스를 열처리하여 칼슘 알루미네이트계 무기물을 제조하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명된다.
상기 S110 단계에서는, 상기 제1 소스 물질 및 상기 제2 소스 물질이 혼합되어 상기 베이스 소스가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 소스 물질은 칼슘 산화물(CaO)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 소스 물질은 석회석(limestone)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 소스 물질은 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 소스 물질은 소결용 소성 알루미나(Alumina)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스는 습식 혼합(wet mixing)되어 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 베이스 소스는 상기 제1 소스 물질, 상기 제2 소스 물질, 및 물(H2O)이 혼합되어 제조될 수 있다. 이 경우, 물(H2O)은 상기 제1 소스 물질 및 상기 제2 소스 물질의 전체 중량 대비 20~25 wt%로 혼합될 수 있다. 이후, 상기 제1 소스 물질, 상기 제2 소스 물질, 및 물이 혼합된 물질은 polyethylene 용기에 담겨 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스는 건식 혼합(dry mixing)되어 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 베이스 소스는 상기 제1 소스 물질 및 상기 제2 소스 물질이, 볼 밀(Ball mill)내에서 10 mm의 Steel ball을 통해 200 rpm의 속도로 혼합되어 제조될 수 있다.
상기 S120 단계에서는, 상기 베이스 소스가 열처리될 수 있다. 이에 따라, 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물이 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스 열처리 단계는, 상기 베이스 소스를 제1 온도에서 열처리하여 상기 베이스 소스를 하소(calcination)하는 단계, 및 상기 베이스 소스를 상기 제1 온도 보다 높은 제2 온도에서 열처리하여 상기 베이스 소스를 소결(sintering)하는 단계를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 베이스 소스는, 전기로에서 10℃/min의 속도로 가열되되, 900℃의 온도에서 1시간동안 열처리되어 하소(calcination)되고, 1300℃~1500℃의 온도에서 30분동안 열처리되어 소결(sintering)될 수 있다.
상기 칼슘 알루미네이트 무기물은, 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 및 제2 칼슘 알루미네이트 무기물을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물은, 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 보다 알루미늄 산화물(Al2O3) 함량이 더 높을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물은 CA(CaOAl2O3)를 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물은 CA2(CaO2Al2O3)를 포함할 수 있다.
즉, 석회석 및 소결용 소성 알루미나를 혼합하고 열처리함에 따라, CA(CaOAl2O3) 및 CA2(CaO2Al2O3)를 포함하는 칼슘 알루미네이트 무기물이 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스 제조 단계에서 상기 제1 소스 물질(석회석) 및 상기 제2 소스 물질(알루미나)의 혼합 비율이 제어되어, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물이 포함하는 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물(CA) 및 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물(CA2)의 조성 비율이 제어될 수 있다.
예를 들어, 상기 베이스 소스 제조 단계에서 30 wt% 초과 33 wt% 미만의 상기 제1 소스 물질 및 66 wt% 초과 69 wt% 미만의 상기 제2 소스 물질이 혼합되도록 제어될 수 있다. 이 경우, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물의 조성 중 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율은 85 wt% 이상으로 제어될 수 있다. 이에 따라, 후술되는 시멘트 조성물의 염화 저항성이 향상될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스의 소결 단계에서 상기 제2 온도가 제어되어, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물이 포함하는 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물(CA) 및 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물(CA2)의 조성 비율이 제어될 수 있다.
예를 들어, 상기 베이스 소스의 소결 단계에서 상기 제2 온도는 1450℃ 초과 1550℃ 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물의 조성 중 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 및 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율의 합이 97 wt% 이상으로 제어될 수 있다. 이에 따라, 후술되는 시멘트 조성물의 염화 저항성이 향상될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스 제조 단계에서 혼합되는 상기 제1 소스 물질 및 상기 제2 소스 물질의 혼합 비율에 따라, 상기 상기 베이스 소스의 소결 단계에서의 상기 제2 온도가 제어될 수 있다.
예를 들어, 29 wt% 초과 31 wt% 이하의 상기 제1 소스 물질 및 69 wt% 초과 71 wt% 이하의 상기 제2 소스 물질이 혼합되는 경우, 상기 제2 온도는 1550℃ 이상으로 제어될 수 있다. 이와 달리, 31 wt% 초과 36 wt% 이하의 상기 제1 소스 물질 및 64 wt% 초과 69 wt% 이하의 상기 제2 소스 물질이 혼합되는 경우, 상기 제2 온도는 1450℃ 초과 1550℃ 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물의 조성 중 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 및 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율의 합이 80 wt% 이상으로 제어될 수 있다. 이에 따라, 후술되는 시멘트 조성물의 염화 저항성이 향상될 수 있다. 시멘트 조성물의 염화 저항성 향상에 대한 구체적인 설명은 후술된다.
상기 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물은, OPC와 함께 시멘트 조성물로 사용될 수 있다. 상기 시멘트 조성물의 경우, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물에 의하여 염해 저항성이 향상될 수 있다.
보다 구체적으로, CA2 및 CA를 포함하는 상기 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물은, 도 2에 도시된 바와 같이, Ca(OH)2 환경(포틀랜드 시멘트 환경)에서 AFm phase를 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물은, 이온 교환반응을 통하여 염소이온(Cl-)과 탄산이온(CO3 2-)을 고정하고, 수산화이온(OH-)을 배출할 수 있다. 이로 인해, 상기 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 및 포틀랜드 시멘트를 포함하는 시멘트 조성물은, 콘크리트 내로 침투되는 염소이온을 고정함에 따라, 염해 저항성이 향상될 수 있다.
결과적으로, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물의 조성 중 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물(CA) 및 상기 제2 칼슘 알루미네이트(CA2)의 함량이 높을수록, 상기 시멘트 조성물은 높은 염해 저항성을 가질 수 있다. 특히, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물의 조성 중 상기 제2 칼슘 알루미네이트(CA2)의 함량이 높을수록, 상기 시멘트 조성물은 높은 염해 저항성을 가질 수 있다.
이에 따라, 상술된 바와 같이, 상기 제1 소스 물질 및 상기 제2 소스 물질의 혼합 비율을 제어하거나, 상기 베이스 소스가 소결되는 제2 온도를 제어함으로써, 상기 시멘트 조성물의 염해 저항성을 향상시킬 수 있다.
다만, 상기 시멘트 조성물 내에서 상기 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 함량이 과도하게 높아지는 경우, 칼슘 알루미네이트 무기물의 낮은 수화 반응성으로 인하여, 시멘트 조성물의 압축강도가 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. 이와 달리, 상기 시멘트 조성물 내에서 상기 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 함량이 과도하게 낮아지는 경우, 상술된 염해 저항성의 이점을 갖지 못하는 문제점이 발생될 수 있다. 이에 따라, 염해 저항성이 향상될 뿐만 아니라 시멘트 조성물의 압축강도까지 향상되기 위해서는, 상기 시멘트 조성물 내의 상기 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 함량이 제어되어야 한다. 구체적으로, 상기 시멘트 조성물 전체 중량 대비 상기 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 중량이 5~15 wt%으로 제어되는 경우, 염해 저항성이 향상될 뿐만 아니라 시멘트 조성물의 압축강도까지 향상될 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법은 칼슘 산화물(CaO)을 포함하는 상기 제1 소스 물질, 및 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하는 상기 제2 소스 물질을 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계, 및 상기 베이스 소스를 열처리하여 제1 칼슘 알루미네이트 무기물, 및 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 보다 알루미늄 산화물의 함량이 높은 제2 칼슘 알루미네이트 무기물을 포함하는 칼슘 알루미네이트계 무기물을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 제1 소스 물질 및 상기 제2 소스 물질의 혼합 비율(wt%)을 제어하거나, 상기 베이스 소스의 열처리 온도를 제어하여, 상기 칼슘 알루미네이트계 무기물이 포함하는 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 및 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 조성 비율을 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물과 보통 포틀랜드 시멘트를 이용하여 제조된 시멘트 조성물은 염화 저항성이 향상될 수 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 및 그 제조방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 및 그 제조방법이 설명된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법은, 석회석(limestone) 및 보크사이트(bauxite)를 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계(S210), 및 상기 베이스 소스를 열처리하여 칼슘 알루미네이트계 무기물을 제조하는 단계(S220)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명된다.
상기 S210 단계에서는, 석회석(limestone) 및 보크사이트(bauxite)가 혼합되어 상기 베이스 소스가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스는 습식 혼합(wet mixing)되어 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 베이스 소스는 석회석, 보크사이트, 및 물(H2O)이 혼합되어 제조될 수 있다. 이 경우, 물(H2O)은 석회석 및 보크사이트의 전체 중량 대비 20~25 wt%로 혼합될 수 있다. 이후, 석회석, 보크사이트, 및 물이 혼합된 물질은 polyethylene 용기에 담겨 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스는 건식 혼합(dry mixing)되어 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 베이스 소스는 석회석 및 보크사이트가, 볼 밀(Ball mill)내에서 10 mm의 Steel ball을 통해 200 rpm의 속도로 혼합되어 제조될 수 있다.
상기 S220 단계에서는, 상기 베이스 소스가 열처리될 수 있다. 이에 따라, 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물이 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스 열처리 단계는, 상기 베이스 소스를 제1 온도에서 열처리하여 상기 베이스 소스르 하소(calcination)하는 단계, 및 상기 베이스 소스를 상기 제1 온도 보다 높은 제2 온도에서 열처리하여 상기 베이스 소스를 소결(sintering)하는 단계를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 베이스 소스는, 전기로에서 10℃/min의 속도로 가열되되, 900℃의 온도에서 1시간동안 열처리되어 하소(calcination)되고, 1300℃~1500℃의 온도에서 30분동안 열처리되어 소결(sintering)될 수 있다.
상기 칼슘 알루미네이트 무기물은, 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 및 제2 칼슘 알루미네이트 무기물을 포함할 수 있다 .일 실시 예에 따르면, 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물은 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 보다 칼슘 산화물(CaO)의 함량이 더 높을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물은 CA2(CaO2Al2O3)를 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물은 C2AS(2CaOAl2O3SiO2)를 포함할 수 있다.
즉, 석회석 및 보크사이트를 혼합하고 열처리함에 따라, CA2(CaO2Al2O3) 및 C2AS(2CaOAl2O3SiO2)를 포함하는 칼슘 알루미네이트 무기물이 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스의 소결 단계에서 상기 제2 온도가 제어되어, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물이 포함하는 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물(CA2) 및 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물(C2AS)의 조성 비율이 제어될 수 있다.
예를 들어, 상기 베이스 소스의 소결 단계에서 상기 제2 온도는 1350℃ 처과 1500℃ 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물의 조성 중 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 및 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율의 합이 70 wt% 이상으로 제어될 수 있다. 이에 따라, 후술되는 시멘트 조성물의 염화 저항성이 향상될 수 있다.
상기 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물은, OPC와 함께 시멘트 조성물로 사용될 수 있다. 상기 시멘트 조성물의 경우, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물에 의하여 염해 저항성이 향상될 수 있다.
보다 구체적으로, C2AS 및 CA2를 포함하는 상기 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물은, Ca(OH)2 환경(포틀랜드 시멘트 환경)에서 AFm phase를 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물은, 이온 교환반응을 통하여 염소이온(Cl-)과 탄산이온(CO3 2-)을 고정하고, 수산화이온(OH-)을 배출할 수 있다. 이로 인해, 상기 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 및 포틀랜드 시멘트를 포함하는 시멘트 조성물은, 콘크리트 내로 침투되는 염소이온을 고정함에 따라, 염해 저항성이 향상될 수 있다.
결과적으로, 상기 칼슘 알루미네이트 무기물의 조성 중 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물(CA2) 및 상기 제2 칼슘 알루미네이트(C2AS)의 함량이 높을수록, 상기 시멘트 조성물은 높은 염해 저항성을 가질 수 있다. 이에 따라, 상술된 바와 같이, 상기 베이스 소스가 소결되는 제2 온도를 제어함으로써, 상기 시멘트 조성물의 염해 저항성을 향상시킬 수 있다.
다만, 상기 시멘트 조성물 내에서 상기 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 함량이 과도하게 높아지는 경우, 칼슘 알루미네이트 무기물의 낮은 수화 반응성으로 인하여, 시멘트 조성물의 압축강도가 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. 이와 달리, 상기 시멘트 조성물 내에서 상기 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 함량이 과도하게 낮아지는 경우, 상술된 염해 저항성의 이점을 갖지 못하는 문제점이 발생될 수 있다. 이에 따라, 염해 저항성이 향상될 뿐만 아니라 시멘트 조성물의 압축강도까지 향상되기 위해서는, 상기 시멘트 조성물 내의 상기 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 함량이 제어되어야 한다. 구체적으로, 상기 시멘트 조성물 전체 중량 대비 상기 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 중량이 5~15 wt%으로 제어되는 경우, 염해 저항성이 향상될 뿐만 아니라 시멘트 조성물의 압축강도까지 향상될 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법은 석회석(limestone), 및 보크사이트(bauxite)를 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계, 및 상기 베이스 소스를 열처리하여 제1 칼슘 알루미네이트 무기물, 및 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 보다 칼슘 산화물의 함량이 높은 제2 칼슘 알루미네이트 무기물을 포함하는 칼슘 알루미네이트계 무기물을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 베이스 소스의 열처리 온도를 제어하여, 상기 칼슘 알루미네이트계 무기물의 조성 중 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 및 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율이 제어되는 것을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물과 보통 포틀랜드 시멘트를 이용하여 제조된 시멘트 조성물은 염화 저항성이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 및 그 제조방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 및 이를 포함하는 시멘트 조성물의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예 1에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조
29.97 wt%의 석회석, 70.03 wt%의 소결용 소성 알루미나, 및 물을 혼합하여 베이스 소스를 제조하고, polyethylene 용기에 담아 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조시켰다.
이후, 건조된 베이스 소스를 전기로에서 10℃/min의 속도로 가열되되, 900℃의 온도에서 1시간동안 하소(calcination)시키고, 1550℃의 온도에서 30분동안 소결(sintering)시켜, 실시 예 1에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하였다.
실시 예 2에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조
30.64 wt%의 석회석, 69.36 wt%의 소결용 소성 알루미나, 및 물을 혼합하여 베이스 소스를 제조하고, polyethylene 용기에 담아 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조시켰다.
이후, 건조된 베이스 소스를 전기로에서 10℃/min의 속도로 가열되되, 900℃의 온도에서 1시간동안 하소(calcination)시키고, 1550℃의 온도에서 30분동안 소결(sintering)시켜, 실시 예 2에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하였다.
실시 예 3에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조
31.97 wt%의 석회석, 68.03 wt%의 소결용 소성 알루미나, 및 물을 혼합하여 베이스 소스를 제조하고, polyethylene 용기에 담아 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조시켰다.
이후, 건조된 베이스 소스를 전기로에서 10℃/min의 속도로 가열되되, 900℃의 온도에서 1시간동안 하소(calcination)시키고, 1400℃, 1450℃, 1500℃, 및 1550℃의 온도에서 30분동안 소결(sintering)시켜, 실시 예 3에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하였다. 1400℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 3-1로 정의되고, 1450℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 3-2로 정의되고, 1500℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 3-3으로 정의되고, 1550℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 3-4로 정의된다.
실시 예 4에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조
33.92 wt%의 석회석, 66.08 wt%의 소결용 소성 알루미나, 및 물을 혼합하여 베이스 소스를 제조하고, polyethylene 용기에 담아 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조시켰다.
이후, 건조된 베이스 소스를 전기로에서 10℃/min의 속도로 가열되되, 900℃의 온도에서 1시간동안 하소(calcination)시키고, 1400℃, 1450℃, 1500℃, 및 1550℃의 온도에서 30분동안 소결(sintering)시켜, 실시 예 4에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하였다. 1400℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 4-1로 정의되고, 1450℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 4-2로 정의되고, 1500℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 4-3으로 정의되고, 1550℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 4-4로 정의된다.
실시 예 5에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조
35.84 wt%의 석회석, 64.16 wt%의 소결용 소성 알루미나, 및 물을 혼합하여 베이스 소스를 제조하고, polyethylene 용기에 담아 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조시켰다.
이후, 건조된 베이스 소스를 전기로에서 10℃/min의 속도로 가열되되, 900℃의 온도에서 1시간동안 하소(calcination)시키고, 1400℃, 1450℃, 1500℃, 및 1550℃의 온도에서 30분동안 소결(sintering)시켜, 실시 예 5에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하였다. 1400℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 5-1로 정의되고, 1450℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 5-2로 정의되고, 1500℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 5-3으로 정의되고, 1550℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 5-4로 정의된다.
실시 예 6에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조
63.22 wt%의 석회석, 36.78 wt%의 보크사이트, 및 물을 혼합하여 베이스 소스를 제조하고, polyethylene 용기에 담아 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조시켰다.
이후, 건조된 베이스 소스를 전기로에서 10℃/min의 속도로 가열되되, 900℃의 온도에서 1시간동안 하소(calcination)시키고, 1300℃, 1350℃, 1400℃, 및 1500℃의 온도에서 30분동안 소결(sintering)시켜, 실시 예 6에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하였다. 1300℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 6-1로 정의되고, 1350℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 6-2로 정의되고, 1400℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 6-3으로 정의되고, 1500℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 6-4로 정의된다.
실시 예 7에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조
56.76 wt%의 석회석, 43.24 wt%의 보크사이트, 및 물을 혼합하여 베이스 소스를 제조하고, polyethylene 용기에 담아 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조시켰다.
이후, 건조된 베이스 소스를 전기로에서 10℃/min의 속도로 가열되되, 900℃의 온도에서 1시간동안 하소(calcination)시키고, 1400℃의 온도에서 30분동안 소결(sintering)시켜, 실시 예 7에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하였다.
실시 예 8에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조
51.22 wt%의 석회석, 48.78 wt%의 보크사이트, 및 물을 혼합하여 베이스 소스를 제조하고, polyethylene 용기에 담아 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조시켰다.
이후, 건조된 베이스 소스를 전기로에서 10℃/min의 속도로 가열되되, 900℃의 온도에서 1시간동안 하소(calcination)시키고, 1300℃, 1350℃, 1400℃, 및 1500℃의 온도에서 30분동안 소결(sintering)시켜, 실시 예 8에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하였다. 1300℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 8-1로 정의되고, 1350℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 8-2로 정의되고, 1400℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 8-3으로 정의되고, 1500℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 8-4로 정의된다.
실시 예 9에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조
53.85 wt%의 석회석, 46.15 wt%의 보크사이트, 및 물을 혼합하여 베이스 소스를 제조하고, polyethylene 용기에 담아 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조시켰다.
이후, 건조된 베이스 소스를 전기로에서 10℃/min의 속도로 가열되되, 900℃의 온도에서 1시간동안 하소(calcination)시키고, 1300℃, 1350℃, 1400℃, 및 1500℃의 온도에서 30분동안 소결(sintering)시켜, 실시 예 9에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하였다. 1300℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 9-1로 정의되고, 1350℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 9-2로 정의되고, 1400℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 9-3으로 정의되고, 1500℃의 온도에서 제조된 칼슘 알루미네이트 무기물은 실시 예 9-4로 정의된다.
실시 예 10에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조
33.02 wt%의 석회석 및 66.98 wt%의 보크사이트를 볼 밀(Ball mill) 내에 넣고 10 mm의 Steel ball을 이용하여 200rpm의 속도로 혼합시켜 베이스 소스를 제조하고, polyethylene 용기에 담아 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조시켰다.
이후, 건조된 베이스 소스를 전기로에서 10℃/min의 속도로 가열되되, 900℃의 온도에서 1시간동안 하소(calcination)시키고, 1400℃의 온도에서 3시간동안 소결(sintering)시켜, 실시 예 10에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하였다.
실시 예 11에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조
26.99 wt%의 석회석 및 73.01 wt%의 보크사이트를 볼 밀(Ball mill) 내에 넣고 10 mm의 Steel ball을 이용하여 200rpm의 속도로 혼합시켜 베이스 소스를 제조하고, polyethylene 용기에 담아 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조시켰다.
이후, 건조된 베이스 소스를 전기로에서 10℃/min의 속도로 가열되되, 900℃의 온도에서 1시간동안 하소(calcination)시키고, 1400℃의 온도에서 3시간동안 소결(sintering)시켜, 실시 예 11에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하였다.
실시 예 12에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조
37.5 wt%의 석회석, 62.5 wt%의 소결용 소성 알루미나, 및 물을 혼합하여 베이스 소스를 제조하고, polyethylene 용기에 담아 약 100℃의 온도에서 24시간 동안 건조시켰다.
이후, 건조된 베이스 소스를 Rotary kiln에서 가열하되, 1400℃의 온도에서 30분간 소결(sintering)시켜, 실시 예 12에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하였다.
상기 실시 예 1 내지 실시 예 11에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조에 사용된 석회석, 보크사이트, 및 소결용 소성 알루미나의 구체적인 조성은 아래의 <표 1>과 같다.
원료 석회석 보크사이트 알루미나
화학조성 (wt%) CaO 54.29 0.81 0.02
Al2O3 0.69 76.59 99.60
SiO2 1.50 15.62 0.12
Fe2O3 0.30 2.00 0.04
MgO 1.11 0.16 -
TiO2 - 3.90 -
Na2O 0.01 0.05 -
K2O 0.08 0.24 -
SO3 0.02 0.02 -
P2O5 0.02 0.31 0.20
Loss on ignition (wt%) 41.90 0.96 -
또한, 상기 실시 예 1 내지 실시 예 11에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조과정에 사용된 석회석, 보크사이트, 소결용 소성 알루미나의 혼합 비율(wt%) 몰비(molar ratio), 및 공정 종류(습식 or 건식)가 아래의 <표 2>를 통해 정리된다.
구분 혼합비율(wt%) 몰비(Molar ratio) 공정 종류(습식/건식)
석회석 보크사이트 알루미나 Al2O3/CaO SiO2/CaO
실시 예 1 29.97 - 70.03 2.36 0.03 습식
실시 예 2 30.64 - 69.36 2.29 0.03 습식
실시 예 3 31.97 - 68.03 2.15 0.03 습식
실시 예 4 33.92 - 66.08 1.97 0.03 습식
실시 예 5 35.84 - 64.16 1.81 0.03 습식
실시 예 6 63.22 36.78 - 0.45 0.16 습식
실시 예 7 56.76 43.24 - 0.59 0.20 습식
실시 예 8 51.22 48.78 - 0.74 0.26 습식
실시 예 9 53.85 46.15 - 0.67 0.23 습식
실시 예 10 33.02 66.98 - 1.57 0.54 건식
실시 예 11 26.99 73.01 - 2.10 0.73 건식
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예 3-3에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 촬영한 사진이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 열처리되기 전 상태(before burning)의 상기 실시 예 3-3에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 사진 촬영하여 도 4에 도시하고, 소결된 상태(after sintering)의 상기 실시 예 3-3에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 사진 촬영하여 도 5에 도시하였다. 도 4 및 도 5에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 3-3에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법을 통해, 칼슘 알루미네이트 무기물이 용이하게 형성된 것을 확인할 수 있었다.
도 6 및 도 7은 칼슘 알루미네이트 무기물 원료의 펠렛제조 과정을 촬영한 사진이다.
도 6 및 도 7을 통해 확인할 수 있듯이, 칼슘 알루미네이트 무기물 원료의 펠렛이 용이하게 제조된 것을 확인할 수 있었다.
도 8은 본 발명의 실시 예 12에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조공정의 pilot-sacle 시험 운행의 상태도이고, 도 9는 본 발명의 실시 예 12에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 제조공정에 사용되는 Rotary kiln을 촬영한 사진이고, 도 10은 본 발명의 실시 예 12에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 사진 및 조성 그래프이다.
도 8 내지 도 10에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 12에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물은 Rotary kiln을 통해 제조된 것을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 경우, 대량 생산 공정이 가능함을 알 수 있다. 상기 실시 예 12에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 조성은 아래의 <표 3>을 통해 정리된다. 실시 예 12-1, 12-2, 및 12-3은 서로 다른 온도에서 열처리된 상태의 칼슘 알루미네이트 무기물을 나타낸다.
구분 실시 예 12-1 실시 예 12-2 실시 예 12-3 평균
C2AS 4.2 wt% 5.5 wt% 4.2 wt% 4.6 wt%
CA 35.2 wt% 35.1 wt% 36.6 wt% 35.6 wt%
CA2 45.8 wt% 49.0 wt% 46.5 wt% 47.1 wt%
CA6 0.9 wt% 1.4 wt% 0.8 wt% 1.0 wt%
C3A - - - -
CAS2 - - - -
CaO - - - -
Al2O3 13.9 wt% 9.0 wt% 11.9 wt% 11.6 wt%
<표 3>을 통해 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 12에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물은 대부분 CA2 및 CA2로 구성되어 있으며, CA2/CA 질량비가 약 1.32인 것을 확인할 수 있었다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 통해 제조된 시멘트 조성물의 염해 저항성을 확인하는 사진이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 비교 예에 따른 시멘트(Plain) 및 실시 예에 따른 시멘트(A10)를 준비한 후, 각각의 시멘트를 NaCl 165 g/L 수용액에 35일간 침지시킨 후, 염소이온의 침투 깊이를 측정하였다. 염소이온의 침투 깊이는 Electron probe micro-analysis(EPMA)를 통해 확인하였다. 비교 예에 따른 시멘트(Plain)는 OPC가 사용되었고, 실시 예에 따른 시멘트(A10)는 보통 포틀랜드 시맨트 90 wt% 및 상기 실시 예 12에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 10 wt%를 포함하는 시멘트가 사용되었다.
도 11 및 도 12에서 확인할 수 있듯이, 비교 예에 따른 시멘트에는 염소이온이 13.72 mm 침투하였지만, 실시 예에 따른 시멘트에는 염소이온이 11.50 mm 침투한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시 예에 따른 시멘트의 경우 침투된 대부분의 염소이온이 고정되어 고정 염화물 형태로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 시멘트는, 비교 예에 따른 시멘트와 비교하여 염화 저항성이 높은 것을 알 수 있었다.
도 13은 석회석 및 알루미나의 혼합 비율에 따른 CA 및 CA2의 조성 비율을 비교하는 그래프이다.
도 13을 참조하면, 실시 예 1, 실시 예 2, 실시 예 3-4, 실시 예 4-4, 및 실시 예 5-4에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물(소결 온도는 1550℃로 동일)을 준비한 후 각각의 조성을 측정하여 나타내었다. 도 13의 결과는 아래의 <표 4>를 통해 정리된다.
구분 혼합 비율(wt%) 칼슘 알루미네이트 무기물 조성(wt%)
석회석 알루미나 CA CA2 CA6 Al2O3
실시 예 1 29.97 70.03 2.1 78.4 17.2 2.4
실시 예 2 30.64 69.36 1.6 79.2 17.2 2.0
실시 예 3-4 31.97 68.03 13.1 85.6 0.4 0.9
실시 예 4-4 33.92 66.08 22.9 76.2 0.2 0.7
실시 예 5-4 35.84 64.14 32.8 66.1 0.3 0.8
도 13 및 <표 4>를 통해 확인할 수 있듯이, 석회석 및 소결용 소성 알루미나를 혼합하여 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하는 경우, CA 및 CA2의 비율이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시 예 3-4에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 경우 CA2 조성이 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
결과적으로, 30 wt% 초과 33 wt% 미만의 석회석 및 66 wt% 초과 69 wt% 미만의 소결용 소성 알루미나가 혼합되는 경우, 칼슘 알루미네이트 무기물이 포함하는 CA2의 조성이 85 wt% 이상으로 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예 3에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 내의 CA 및 CA2의 조성 비율을 비교하는 그래프이다.
도 14를 참조하면, 상기 실시 예 3-1, 3-2, 3-3, 및 3-4에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 준비한 후 각각의 조성을 측정하여 나타내었다. 도 14의 결과는 아래의 <표 5>를 통해 정리된다.
구분 소결 온도 칼슘 알루미네이트 무기물 조성(wt%)
CA CA2 CA+CA2(Total)
실시 예 3-1 1400℃ 19.6 56.9 76.5
실시 예 3-2 1450℃ 19.1 71.5 90.6
실시 예 3-3 1500℃ 14.6 82.4 97
실시 예 3-4 1550℃ 13.1 85.6 98.7
도 14 및 <표 5>를 통해 확인할 수 있듯이, 소결 온도가 증가함에 따라, CA+CA2의 조성 비율이 점점 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 1550℃의 온도에서 소결된 실시 예 3-4에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 경우, 높은 마모저항성으로 분말화 과정(grinding process)이 어려운 문제점이 발생되었다.
이에 따라, CA+CA2의 조성 비율이 높은(97 wt% 이상) 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하기 위해서는, 베이스 소스를 소결하는 온도를 1450℃ 초과 1550℃ 미만으로 제어하는 것이 효과적인 방법임을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시 예 4에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 내의 CA 및 CA2의 조성 비율을 비교하는 그래프이다.
도 15를 참조하면, 상기 실시 예 4-1, 4-2, 4-3, 및 4-4에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 준비한 후 각각의 조성을 측정하여 나타내었다. 도 15의 결과는 아래의 <표 6>을 통해 정리된다.
구분 소결 온도 칼슘 알루미네이트 무기물 조성(wt%)
CA CA2 CA+CA2(Total)
실시 예 4-1 1400℃ 21.7 57.4 79.1
실시 예 4-2 1450℃ 28 67.6 95.6
실시 예 4-3 1500℃ 23.7 74.6 98.3
실시 예 4-4 1550℃ 22.9 76.2 99.1
도 15 및 <표 6>을 통해 확인할 수 있듯이, 소결 온도가 증가함에 따라, CA+CA2의 조성 비율이 점점 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 1550℃의 온도에서 소결된 실시 예 4-4에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 경우, 높은 마모저항성으로 분말화 과정(grinding process)이 어려운 문제점이 발생되었다.
이에 따라, CA+CA2의 조성 비율이 높은(97 wt% 이상) 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하기 위해서는, 베이스 소스를 소결하는 온도를 1450℃ 초과 1550℃ 미만으로 제어하는 것이 효과적인 방법임을 알 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시 예 6에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조과정에서 사용되는 석회석 및 보크사이트의 크기를 측정한 그래프이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 실시 예 6에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조과정에서 사용되는 석회석(limestone) 및 보크사이트(bauxite)의 크기를 측정하여 나타내었다. 도 16에서 확인할 수 있듯이, 석회석 크기의 중앙값은 34.05μm이고, 보크사이트 크기의 중앙값은 19.71μm인 것을 알 수 있었다.
도 17은 본 발명의 실시 예 8에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 내의 C2AS 및 CA2의 조성 비율을 비교하는 그래프이다.
도 17을 참조하면, 상기 실시 예 8-1, 8-2, 8-3, 및 8-4에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물을 준비한 후 각각의 조성을 측정하여 나타내었다. 도 17의 결과는 아래의 <표 7>을 통해 정리된다.
구분 소결 온도 칼슘 알루미네이트 무기물 조성(wt%)
C2AS CA2 C2AS+CA2(Total)
실시 예 8-1 1300℃ 23.5 4.4 27.9
실시 예 8-2 1350℃ 41.8 30.9 72.7
실시 예 8-3 1400℃ 42.9 32 74.9
실시 예 8-4 1500℃ 44.2 50.3 94.5
도 17 및 <표 7>을 통해 확인할 수 있듯이, 소결 온도가 증가함에 따라, C2AS+CA2의 조성 비율이 점점 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 1500℃의 온도에서 소결된 실시 예 8-4에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 경우, 높은 마모저항성으로 분말화 과정(grinding process)이 어려운 문제점이 발생되었다.
이에 따라, C2AS+CA2의 조성 비율이 높은(70 wt% 이상) 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하기 위해서는, 베이스 소스를 소결하는 온도를 1350℃ 초과 1500℃ 미만으로 제어하는 것이 효과적인 방법임을 알 수 있다.
도 18은 석회석 및 보크사이트의 혼합 비율에 따른 C2AS 및 CA2의 조성 비율을 비교하는 그래프이다.
도 18을 참조하면, 실시 예 6-3, 실시 예 7, 실시 예 8-3, 및 실시 예 9-3에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물(소결 온도는 1400℃로 동일)을 준비한 후 각각의 조성을 측정하여 나타내었다. 도 18의 결과는 아래의 <표 8>을 통해 정리된다.
구분 혼합 비율(wt%) 칼슘 알루미네이트 무기물 조성(wt%)
석회석 보크사이트 C2AS CA2 C2AS+CA2 (Total)
실시 예 6-3 63.22 36.78 43.5 17.1 60.6
실시 예 7 56.76 43.24 43.5 27.7 71.2
실시 예 8-3 51.22 48.78 42.9 32 74.9
실시 예 9-3 53.85 46.15 41.1 12.5 53.6
도 18 및 <표 8>을 통해 확인할 수 있듯이, 석회석 및 보크사이트를 혼합하여 칼슘 알루미네이트 무기물을 제조하는 경우, C2AS 및 CA2의 비율이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시 예 8-3에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물의 경우 C2AS+CA2 조성이 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
결과적으로, 51.22 wt% 미만의 석회석 및 48.78 wt% 미만의 보크사이트가 혼합되는 경우, 칼슘 알루미네이트 무기물이 포함하는 C2AS+CA2의 조성이 74 wt% 이상으로 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 시멘트 조성물은 철근 콘크리트 구조물의 열화를 방지하는 재료로서, 해양 환경에 있는 건설구조물에 이용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 칼슘 산화물(CaO)을 포함하는 제1 소스 물질, 및 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하는 제2 소스 물질을 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계; 및
    상기 베이스 소스를 열처리하여 제1 칼슘 알루미네이트 무기물, 및 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 보다 알루미늄 산화물의 함량이 높은 제2 칼슘 알루미네이트 무기물을 포함하는 칼슘 알루미네이트계 무기물을 제조하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 소스 물질 및 상기 제2 소스 물질의 혼합 비율(wt%)을 제어하여, 상기 칼슘 알루미네이트계 무기물의 조성 중 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율(wt%)이 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율(wt%)보다 높도록 제어하는 것을 포함하는 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 소스는, 30 wt% 초과 33 wt% 미만의 상기 제1 소스 물질 및 66 wt% 초과 69 wt% 미만의 상기 제2 소스 물질이 혼합되고,
    상기 칼슘 알루미네이트계 무기물의 조성 중 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율은 85 wt% 이상인 것을 포함하는 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 소스 열처리 단계는,
    상기 베이스 소스를 제1 온도에서 열처리하여 상기 베이스 소스를 하소(calcination)하는 단계; 및
    상기 베이스 소스를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 열처리하여 상기 베이스 소스를 소결(sintering)하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 온도에 따라 상기 칼슘 알루미네이트계 무기물의 조성 중 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 및 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율의 합이 97 wt% 이상으로 제어되는 것을 포함하는 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 온도는 1450℃ 초과 1550℃ 미만인 것을 포함하는 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 소스 물질 및 상기 제2 소스 물질의 혼합 비율에 따라, 상기 제2 온도가 제어되는 것을 포함하는 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    29 wt% 초과 31 wt% 이하의 상기 제1 소스 물질 및 69 wt% 초과 71 wt% 이하의 상기 제2 소스 물질이 혼합된 경우 상기 제2 온도는 1550℃ 이상으로 제어되고,
    31 wt% 초과 36 wt% 이하의 상기 제1 소스 물질 및 64 wt% 초과 69 wt% 이하의 상기 제2 소스 물질이 혼합된 경우 상기 제2 온도는 1450℃ 초과 1550℃ 미만으로 제어되는 것을 포함하는 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법.
  7. 제1 칼슘 알루미네이트 무기물, 및 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 보다 알루미늄 산화물의 함량이 높은 제2 칼슘 알루미네이트 무기물을 포함하되,
    전체 중량 대비 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율은 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 보다 높고,
    전체 중량 대비 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 및 제2 칼슘 알루미네트 무기물의 비율의 합은 90 wt% 이상인 것을 포함하는 칼슘 알루미네이트 무기물.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물은 13.1 wt% 초과 19.1 wt% 미만의 비율로 포함되고, 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물은 71.5 wt% 초과 85.6 wt% 미만의 비율로 포함되는 칼슘 알루미네이트 무기물.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물은 CA(CaOAl2O3)를 포함하고, 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물은 CA2(CaO2Al2O3)를 포함하는 칼슘 알루미네이트 무기물.
  10. 제7항에 따른 칼슘 알루미네이트 무기물 5~15 wt%, 및 포틀랜드 시멘트를 포함하는 시멘트 조성물.
  11. 석회석(limestone), 및 보크사이트(bauxite)를 혼합하여 베이스 소스를 0제조하는 단계; 및
    상기 베이스 소스를 열처리하여 제1 칼슘 알루미네이트 무기물, 및 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물 보다 칼슘 산화물의 함량이 높은 제2 칼슘 알루미네이트 무기물을 포함하는 칼슘 알루미네이트계 무기물을 제조하는 단계를 포함하되,
    상기 베이스 소스의 열처리 온도를 제어하여, 상기 칼슘 알루미네이트계 무기물의 조성 중 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 및 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율이 제어되는 것을 포함하는 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 베이스 소스는 1350℃ 초과 1500℃ 미만으로 제어되는 것을 포함하는 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물은 CA2(CaO2Al2O3)를 포함하고, 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물은 C2AS(2CaOAl2O3SiO2)를 포함하는 칼슘 알루미네이트 무기물의 제조방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 칼슘 알루미네이트계 무기물의 조성 중 상기 제1 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율 및 상기 제2 칼슘 알루미네이트 무기물의 비율의 합은 70 wt%를 초과하는 것을 포함하는 칼슘 알루미네이트 물기물의 제조방법.
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