KR100717090B1 - 시멘트 조성물 - Google Patents

Abstract

보통의 포틀랜드 시멘트와 동등한 초기 강도 발현성을 가지며, 클링커 소성량을 감소시킬 수 있으므로, 환경부하 감소형의 토목ㆍ건축업계에서 사용되는 시멘트 조성물을 제공한다. 3CaOㆍSiO₂ 함유량이 60% 이상인 포틀랜드 시멘트와 고로 서냉 슬래그 분말을 함유하여 이루어지는 시멘트 조성물이고, 상기 시멘트 조성물 100 부중, 고로 서냉 슬래그 분말의 함유량이 10 ∼ 50 부인 시멘트 조성물.

Description

시멘트 조성물 {CEMENT COMPOSITION}

본 발명은 주로 토목ㆍ건축업계에서 사용되는 시멘트 조성물에 관한 것이다. 본 발명에서 사용하는 부 또는 % 는 특별한 규정이 없는 한 질량기준이다.

최근 환경문제가 현재화되고 있어, 각 업계에서 환경부하의 감소가 요구되고 있다.

전체 산업에서 배출되는 이산화탄소량에 대한 토목ㆍ건설업계가 차지하는 비율이 매우 크기 때문에, 특히 토목ㆍ건설업계에서는 환경부하의 감소가 절실히 요구되고 있다.

시멘트 산업에서 배출되는 이산화탄소는 그 대부분이 원료인 석회석의 소성이나, 그 때 사용하는 연료의 연소에 유래하고 있다.

따라서, 이산화탄소 배출량을 경감시키기 위해서는, 시멘트 클링커의 소성량을 감소시키는 것이 가장 유효한 방법이고, 시멘트 사용량을 감소시켜 각종 혼합재를 혼합한 각종 혼합 시멘트의 이용을 추진하는 것이 매우 중요하다.

그러나, 혼합 시멘트는 초기의 강도 발현성이 떨어진다는 과제를 갖는 것이었다.

초기 강도는 탈형 사이클과 깊은 관련이 있어 공사기간을 단축하는 데 있어 서도 중요하며, 현재로서는, 초기 강도 발현성이 양호하고, 특히 혼화재를 30% 초과하여 사용하여도 보통의 포틀랜드 시멘트와 동등한 강도 발현성이 얻어지는 시멘트 조성물의 개발이 기대되고 있는 실정이다.

한편, 제철소에서 부생되는 고로(高爐) 서냉 슬래그는, 노반재나 시멘트 원료에 이용되고 있지만, 발생량에 대한 처리량은 극히 미량이고, 그 유효한 이용방법은 아직 모색 중이다.

따라서, 본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 여러 가지 노력을 거듭한 결과, 3CaOㆍSiO₂ 함유량이 60% 이상인 포틀랜드 시멘트와 고로 서냉 슬래그 분말을 함유하여 이루어진 시멘트 조성물을 사용함으로써, 초기 강도 발현성이 양호하고, 특히 고로 서냉 슬래그 분말을 10 ∼ 50 % 사용한 시멘트 조성물이, 보통의 포틀랜드 시멘트와 동등한 강도 발현성이 얻어지는 것을 지견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 3CaOㆍSiO₂ 함유량이 60% 이상인 포틀랜드 시멘트와 고로 서냉 슬래그 분말을 함유하여 이루어진 시멘트 조성물로서, 이 시멘트 조성물 100 부 중 고로 서냉 슬래그 분말의 함유량이 10 ∼ 50 부인 시멘트 조성물이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에서 사용하는 3CaOㆍSiO₂ (이하, C₃S 라 함) 함유량이 60% 이상인 포 틀랜드 시멘트 (이하, 시멘트 물질이라고도 함) 는, C₃S 함유량이 60% 이상이면 되고, 3CaOㆍAl₂O₃, 4CaOㆍAl₂O₃ㆍFe₂O₃, 2CaOㆍSiO₂ 및 석고 등의 함유량은 특별히 한정되는 것은 아니다. 포틀랜드 시멘트로는, 조성이 다른 2 종 이상의 포틀랜드 시멘트의 혼합물도 사용할 수 있고, 이 경우 C₃S 함유량은 혼합물에 함유되는 각각의 포틀랜드 시멘트의 C₃S 함유량의 가중평균치를 의미한다.

통상, 포틀랜드 시멘트는, CaO 를 C, SiO₂ 를 S, Al₂O₃ 를 A, Fe₂ O₃ 를 F 로 나타내면, C₂S, C₃S, C₃A 및 C₄AF 를 주체로 하는 클링커와 석고로 구성되어 있다.

시멘트 물질로는, 조강 시멘트와 초조강 시멘트 등의 사용이 바람직하고, 이들은 시판품으로서 입수가능하다.

시멘트 물질의 입도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 브레인 비표면적치 (이하, 브레인값이라 함) 로 3000 ∼ 8000 ㎠/g 정도가 바람직하다. 3000 ㎠/g 미만에서는 보통 포틀랜드 시멘트와 비슷한 초기 강도 발현성을 얻는 본발명의 효과를 얻을 수 없는 경우가 있고, 8000 ㎠/g 을 얻도록 분쇄하여도 더 이상의 효과 증진을 기대할 수 없다. 그 중에서도, 상기 브레인값은 3500 ∼ 6000 ㎠/g 이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 고로 서냉 슬래그 분말 (이하, 서냉 슬래그라 함) 은, 서냉되어 결정화한 고로 슬래그이다. 서냉 슬래그는, 통상 드라이피트 또는 밭이라 불리는 냉각 야드에 용융 슬래그를 흘려 넣고, 자연 방냉과 적당한 살수에 의 해 냉각되어, 결정질의 괴상 슬래그로서 얻어진다.

서냉 슬래그의 화학성분의 비율에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 주성분인 SiO₂ 는 25 ∼ 45%, CaO 는 30 ∼ 50%, Al₂O₃ 는 10 ∼ 20%, MgO 는 3 ∼ 10% 정도의 범위이다. 그 외에, 미량 성분인 Na₂O, K₂O, Fe₂O ₃, MnO, TiO₂, S 등을 각각 2% 이하의 범위로 포함하고 있다.

서냉 슬래그의 브레인값은 4000 ㎠/g 을 초과하는 것이 바람직하고, 4500 ㎠/g 이상이 더욱 바람직하고, 5000 ㎠/g 이상이 가장 바람직하다. 브레인값이 4000 ㎠/g 이하이면, 블리딩의 억제효과를 얻을 수 없는 경우가 있다. 한편, 이 브레인값은 과도하게 커지면 혼련 수량이 많아져, 강도 발현성이나 내구성이 악화되는 경우가 있으므로, 8000 ㎠/g 이하의 범위가 바람직하다.

또한, 서냉 슬래그의 유리화율은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 30% 이하이며, 10% 이하가 바람직하다. 유리화율이 30% 를 초과하면 발열량이 커지는 경우가 있다.

본 발명에서 말하는 유리화율 (X) 은 X(%)=(1-S/S₀)×100 으로 구해진다. 여기서, S 는 분말 X 선 회절법에 의해 구해지는 서냉 슬래그중의 주요 결정성 화합물인 멜리라이트 (게레나이트 2CaOㆍAl₂O₃ㆍSiO₂ 와 아카마나이트 2CaOㆍMgOㆍ2SiO₂ 의 고용체) 의 주 피크의 면적이고, S₀ 는 서냉 슬래그를 1000 ℃ 에서 3 시간 가열한 후, 5℃/분의 냉각속도로 냉각한 것의 멜리라이트의 주 피크의 면적을 나타낸다.

서냉 슬래그의 성분은 고로 수쇄 슬래그와 동일한 조성을 가지고 있고, 구체적으로는 SiO₂, CaO, Al₂O₃ 및 MgO 등을 주요 화학성분으로 하며, 기타 TiO₂, MnO, Na₂O, S, Cr₂O₃, P₂O₅ 및 Fe₂O₃ 등을 들 수 있다.

또한, 서냉 슬래그를 조제하는 경우, 시멘트 물질의 클링커를 분쇄할 때 동시 분쇄해도 되고, 따로 분쇄해도 관계없다.

서냉 슬래그의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 C₃S 함유량이 60% 이상인 포틀랜드 시멘트와 서냉 슬래그로 이루어진 시멘트 조성물 100 부중 10 ∼ 50 부가 바람직하고, 30 ∼ 40 부가 보다 바람직하다. 10 부 미만에서는 환경부하 감소의 관점에서 충분하지 않고, 50 부를 초과하면 강도 발현성이 악화되는 경우가 있다.

본 발명의 시멘트 조성물의 입도는, 사용하는 목적이나 용도에 의존하므로 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 브레인값으로 3000 ∼ 8000 ㎠/g 이 바람직하고, 4000 ∼ 6000 ㎠/g 이 보다 바람직하다. 3000 ㎠/g 미만에서는 강도 발현성을 충분히 얻을 수 없는 경우가 있고, 8000 ㎠/g 을 초과하면 작업성이 악화되는 경우가 있다.

본 발명의 시멘트 조성물은 각각의 재료를 시공시에 혼합해도 되고, 미리 혼합해 두어도 관계없다.

본 발명에서는, 시멘트 조성물 외에, 모래나 자갈 등의 골재, 보강섬유재, 감수제, 고성능 감수제, 고성능 AE 감수제, 증점제, 시멘트 팽창재, 방청제, 방동제, 벤토나이트나 몬모릴로나이트 등의 점토 광물, 제오라이트, 히드로탈시트 및 히드로카르마이트 등의 이온 교환체, 플라이 애쉬, 석회석 분말, 고로 수쇄 슬래그 미분말 및 실리카 흄 등을 본 발명의 목적을 실질적으로 저해하지 않는 범위에서 병용하는 것이 가능하다.

이하, 실험예에 의해 본 발명을 상세히 설명한다.

실험예 1

표 1 에 나타내는 시멘트 물질과 서냉 슬래그로 이루어진 시멘트 조성물 100 부에 대해, 물 50 부와 모래 300 부를 혼합하여 모르타르를 조제하여 압축강도를 측정하였다. 결과를 표 1 에 병기한다.

<사용 재료>

시멘트 물질 A : 보통 포틀랜드 시멘트 (CaO : 65.29%, SiO₂ : 22.14%, Al₂O₃ : 4.91%, Fe₂O₃ : 2.96%, SO₃ : 1.86%), C₃S 함유량 55%,

시멘트 물질 B : 조강 포틀랜드 시멘트 (CaO : 66.87%, SiO₂ : 22.34%, Al₂O₃ : 4.11%, Fe₂O₃ : 2.30%, SO₃ : 2.33%), C₃S 함유량 65%,

시멘트 물질 C : 시멘트 물질 A 50 부와 시멘트 물질 B 50 부의 혼합물, C₃S 함유량 60%,

서냉 슬래그 : 고로 서냉 슬래그의 분쇄품 (CaO : 39.50%, SiO₂ : 31.70%, Al₂O₃ : 14.80%, MgO : 7.20%), 브레인값 4500 ㎠/g, 비중 3.00, 유리화율 2%,

모래 : JIS R 5201 에서 사용하는 표준 모래

물 : 수돗물

<측정방법>

압축강도 : JIS R5201 에 준하여 측정.

실험 번호	시멘트 물질		서냉 슬래그 함유량(부)	압축강도(N/㎟)			비고
	종류	함유량(부)		1일	3일	7일
1-1	A	100	0	10.5	23.0	41.0	비교예
1-2	A	65	35	7.5	16.2	29.3	비교예
1-3	B	65	35	13.3	26.4	44.9	실시예
1-4	C	65	35	11.8	24.7	43.0	실시예

실험예 2

표 2 에 나타내는 시멘트 물질 B 와 서냉 슬래그를 사용한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 실시하였다. 결과를 표 2 에 병기한다.

실험 번호	시멘트 물질		서냉 슬래그 함유량(부)	압축강도(N/㎟)			비고
	종류	함유량(부)		1일	3일	7일
2-1	B	100	0	21.9	40.3	53.2	비교예
2-2	B	90	10	19.5	39.2	54.1	실시예
2-3	B	80	20	18.3	36.2	51.3	실시예
2-4	B	70	30	15.3	31.8	47.1	실시예
1-3	B	65	35	13.3	26.4	44.9	실시예
2-5	B	60	40	12.6	25.7	44.3	실시예
2-6	B	50	50	11.6	24.9	43.2	실시예

본 발명의 시멘트 조성물을 사용함으로써, 보통 포틀랜드 시멘트와 동등한 초기 강도 발현성을 가지며, 포틀랜드 시멘트를 소성하기 위한 클링커 소성량을 감소시킬 수 있기 때문에, 환경부하 감소형 시멘트 조성물로 할 수 있는 등의 효과를 나타낸다.

Claims (6)

1. 3CaOㆍSiO₂ 함유량이 60% 이상인 포틀랜드 시멘트와 4000 내지 8000 ㎠/g 인 고로(高爐) 서냉 슬래그 분말을 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
2. 상기 고로 서냉 슬래그 분말이, 상기 고로 서냉 슬래그 분말과 상기 포틀랜드 시멘트의 합계 100 부중에 10 ∼ 50 부 포함되는 시멘트 조성물.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 포틀랜드 시멘트의 입도가 브레인 비표면적치로서 3000 ∼ 8000 ㎠/g 인 시멘트 조성물.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고로 서냉 슬래그는 SiO₂ 25 ∼ 45%, CaO 30 ∼ 50%, Al₂O₃ 10 ∼ 20% 및 MgO 3 ∼ 10% 를 주성분으로 하는 시멘트 조성물.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고로 서냉 슬래그의 입도가 브레인 비표면적치로서 4500 내지 8000 ㎠/g 인 시멘트 조성물.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고로 서냉 슬래그의 유리화율이 30% 이하인 시멘트 조성물.