KR20230117421A - 낮은 탄소 발자국 및 높은 초기 강도를 갖는 수경성결합제 - Google Patents

낮은 탄소 발자국 및 높은 초기 강도를 갖는 수경성결합제 Download PDF

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바르바라 베네베누티
에르베 프리다
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Abstract

본 발명은 낮은 CO2 발자국(footprint)을 갖고, 분쇄된 시멘트 클링커(clinker) 함량이 낮고, 기존의 LC3 유형 또는 다른 SCM 함유 결합제보다 더 높은 초기 강도를 나타내는 신규 수경성 결합제(hydraulic binder)에 관한 것이다.

Description

낮은 탄소 발자국 및 높은 초기 강도를 갖는 수경성 결합제
본 발명은 건설, 특히 시멘트 분야에 관한 것이다.
콘크리트 및 모르타르에서 시멘트는 수경성 결합제(hydraulic binder)로 사용된다. 포틀랜드 시멘트(PC: Portland cement)는 포틀랜드 시멘트 클링커(Portland cement clinker)와 다양한 배합 물질 및 적당량의 석고를 혼합하여 얻어지는 수경성 결합 물질을 지칭한다. PC는 가장 널리 사용되고 일반적으로 사용되는 시멘트 유형이다.
포틀랜드 클링커는 시멘트 가마에서 점토와 같은 알루미노실리케이트 물질과 석회석을 하소 및 소결하여 생산된다. 시멘트의 주요 성분인 클링커의 생산은 시멘트 생산의 CO2 배출량의 대부분을 차지하며, 하소 온도(약 1500℃)에 도달하는 데 필요한 연료의 연소와 석회석의 탈탄소화에서 발생한다. 2018년 현재 시멘트 생산은 전세계 탄소 배출량의 약 8%를 발생시켜 지구 온난화에 크게 기여하였다. 따라서 시멘트의 탄소 발자국(carbon footprint)을 줄이는 것이 중요하다.
시멘트의 CO2 발자국을 줄이는 고전적인 방법은 분쇄된 클링커의 일부를 CO2 발자국이 낮은 2차 시멘트질 물질(SCM)로 대체하여 시멘트의 클링커 계수를 줄이는 것이다. SCM 중에서, 본 발명에서 특히 관심을 갖는 것은 결합제로서 작용하는 잠재 수경성(수화를 위해 외부 알칼리도가 필요함)을 갖는 물질 또는 포졸란 활성을 갖는 물질(즉, 반응을 위해 약간의 칼슘 첨가가 필요함)이다.
포졸란 활성이 있는 일반적으로 사용 가능한 물질 중에서 예를 들어 미국 특허 No. 5626665에 기재된 바와 같은 하소 점토(calcinied clay)는 PC 클링커를 부분적으로 대체할 수 있는 좋은 후보이다. 이는 비교적 반응성이 높고 점토가 풍부한 물질이다. 이를 생산하기 위해서는, 이것이 클링커에 필요한 온도(>1500℃)보다 낮은 800℃에 가까운 온도에서 하소되기 때문에 포틀랜드 클링커보다 훨씬 적은 에너지가 필요하다. 이는 또한 카르보네이트가 분해되어 CO2를 방출하는 클링커와 달리 하소 시 물만 방출한다.
물과 칼슘(일반적으로 포틀랜드 시멘트에서 나옴)이 있는 경우, 하소 점토는 잘 알려진 포졸란 반응을 통해 반응한다. 이는 포틀랜드 시멘트에 의해 형성된 것과 매우 유사하지만 동역학이 훨씬 더 느린 수화물을 형성한다. 이 반응은 과학 문헌에 잘 설명되어 있다(Skibsted et al Cement and Concrete Research 124, 2019). 하소 점토는 양질의 점토를 사용할 수 있는 여러 국가에서 수십 년 동안 포틀랜드 시멘트와 함께 사용되었다.
보다 최근에 연구자들은 하소 점토와 칼슘 카르보네이트(석회석)의 결합이 결합 시스템의 성능을 개선시키는 추가 수화물 형성으로 이어지는 시너지 효과를 생성한다는 사실을 발견하였다. 석회석은 CO2 발자국이 매우 낮은 저렴하고 널리 사용 가능한 제품이므로, 포틀랜드 클링커의 일부가 하소 점토와 석회석(LS, CaCO3)의 혼합으로 대체될 때 CO2 발자국과 결합제 비용을 추가로 줄일 수 있다.
이러한 접근 방식으로 얻은 결합제는 이제 "LC3" 결합제(석회석 하소 점토 시멘트)라고 한다. 이는 2010년 3월 포틀랜드 클링커, 열처리 점토 및 석회석으로 이루어진 높은 기계적 강도와 낮은 클링커 함량을 나타내는 새로운 유형의 시멘트를 기재한 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne의 John Rossen "Ternary cement blends based on metakaolin and limestone" 석사 논문의 출판물에 설명되어 있다. LC3 결합제 유형 조성물의 예는 [포틀랜드 시멘트 중량%: 하소 점토 중량%: 석회석 중량%] = [70:20:10], [55:30:15], [40:40:20]이다.
이러한 유형의 결합제는 유럽 특허 EP 2 429 966에도 기재되어 있다.
LC3 유형 결합제는 이제 과학 논문에 널리 기재되어 있다.
LC3 유형 시멘트는 유사한 장기(long-term) 강도를 유지하면서 기존 포틀랜드 시멘트와 비교하여 일반적으로 -30% 내지 -40%로 CO2 발자국을 크게 감소시켰다. 구조의 치밀화와 화학적 변화 덕분에 LC3-유형 결합제를 함유하는 시스템 또한 더 양호한 내구성을 나타낼 수 있다. 단점으로, 하소 점토(및 모든 포졸란 또는 잠재 수경성 물질)의 포졸란성은 일반적으로 허용 가능한 수준의 장기 강도(28일)로 이어지는 한편, 이의 반응성은 초기(1일)에 더 낮은 클링커 계수를 보상할 만큼 충분히 빠르지 않아 강도 저하로 이어진다. 따라서, LC3는 PC보다 훨씬 낮은 초기 강도(1일 내지 3일)를 나타낸다.
따라서, 이러한 결점은 예를 들어 프리캐스트(precast), 수리 또는 3D 인쇄와 같이 초기 강도를 요구하는 적용 분야에서 이러한 결합제를 사용하지 못하게 한다.
따라서, 증가된 초기 강도와 함께 낮은 탄소 발자국을 제공하는 개선된 대체 결합제를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 LC3-유형 시멘트(또는 SCM 함유 시멘트)에 대한 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC) 또는 칼슘 설포알루미네이트 시멘트(CSA)의 회합에 기초하여 LC3-유형 결합제 또는 다른 SCM 함유 결합제의 느린 강도 발달의 한계에 대한 해결책을 제공하여, 낮은 CO2 발자국을 유지하면서 이를 가속화하고 더 높은 초기 강도를 제공한다.
본 발명은 또한 유사한 CO2 발자국에 대해 더 높은 강도 및 내구성을 제공하거나 더 낮은 CO2 발자국에 대해 동일한 강도를 제공하는 LC3 또는 SCM 함유 시멘트의 장기 강도를 개선하는 것을 목표로 한다.
본 발명은 1일 및 28일을 포함하는 모든 연령(age)에서 LC3 결합제 또는 SCM 함유 결합제와 비교하여 강도/CO2 발자국 비율을 증가시킨다.
CAC 및 CSA는 반응성이 높은 특수 시멘트이지만 상대적으로 비용이 높기 때문에, 빠른 강도 발현 및/또는 다른 특수한 특징이 필요한 특정 적용에 사용된다.
CAC 또는 CSA는 예를 들어 US 9,604,879 또는 Amathieu 등으로부터의 논문(Amathieu et al International Conference on Calcium Aluminate Cements. 303-317, 2001)에 기재된 바와 같이 소량으로 포틀랜드 시멘트와 회합되어, 빠른 응결(setting) 및 강도 발현 시스템을 얻을 수 있다. 이러한 조합의 하나의 단점은 순수한 PC 시스템과 비교하여 장기 강도가 감소한다는 점이다. CAC와 PC의 조합은 잘 알려져 있고 문서화되어 있으며 일부 상용 제품, 특히 건설 적용 분야에서 탐색되고 있다.
한편, CAC 또는 CSA와 포졸란 및/또는 잠재 수경성 물질, 특히 하소 점토 및 메타카올린의 조합은 거의 연구되지 않았다.
일부 논문, 예컨대 (Nowacka et al Przemyst Chemiczny 96/4. 770-774)는 메타카올린과 CAC의 조합을 언급하지만, 순수한 CAC 시스템의 전환 반응을 피하는 광학계에서 언급하고 있다(전환 반응은 장기적으로 순수한 CAC 수화물의 강도의 강한 감소로 이어짐).
이러한 시스템은 CAC와 몇 퍼센트의 메타카올린으로 이루어지며 포틀랜드 시멘트는 없다. 이러한 시스템에서는 탄소 발자국을 줄이거나 강도 개발을 가속화하려는 의도가 없으며, 전환과 관련된 강도의 장기적인 손실을 피하려는 의도만 있다.
일부 문헌에서는 AAM(알칼리 활성화 물질)이라는 시스템에 CAC를 첨가하는 것을 언급한다(Palomo et al Proceedings of the Centenary Conference, Avignon, 30 June-2 July 2008. 465-474). AAM은 슬래그 또는 메타카올린과 같은 포졸란 및/또는 잠재 수경성 물질로 이루어지며, 이는 소듐 하이드록사이드와 같은 강알칼리의 첨가에 의해 활성화된다. CAC 또는 CSA는 최적의 알루미나 대 실리카 비율을 얻기 위해 이러한 시스템에서 반응성 알루미나의 공급원으로 사용될 수 있는데, 이러한 물질이 일반적으로 최적보다 낮은 알루미나 함량을 갖기 때문이다.
이러한 시스템은 다량의 포졸란 또는 잠재 수경성 물질, 몇 퍼센트의 강알칼리 및 몇 퍼센트의 CAC 또는 CSA로 이루어진다. 여기에는 포틀랜드 시멘트가 사용되지 않는다.
PC, 포졸란 또는 잠재 수경성 물질(특히 하소 점토) 및 CAC의 동시 조합과 초기 및 후기 강도 및 CO2 발자국에 미치는 영향에 대한 정보를 찾을 수 없다.
또한, 문헌은 PC의 수화에 미치는 CAC 또는 CSA의 효과 및 PC의 수화에 미치는 포졸란의 효과를 기재하지만, 포졸란의 수화에 미치는 CAC 또는 CSA의 효과는 기재하지 않는다. CAC 또는 CSA 및 포졸란은 알루미네이트 이온의 공급원이므로, 하나의 존재가 다른 하나의 반응에 영향을 미칠 것으로 예상될 수 있다. 또한, CAC는 칼슘의 공급원으로 작용할 수 있어서, 포졸란 반응에 영향을 미칠 것으로 예상되나, 이러한 효과는 문헌에서 발견되지 않았다.
제1 목적에 따르면, 본 발명은 하기를 포함하는 결합제 조성물에 관한 것이다:
- 포틀랜드 시멘트 및/또는 미분 포틀랜드 시멘트 클링커(ground Portland Cement clinker),
- 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC) 및/또는 칼슘 설포 알루미네이트 시멘트(CSA),
- 선택적으로 칼슘 설페이트 공급원,
- 포졸란(pozzolanic) 및/또는 잠재 수경성 물질
을 포함하며,
상기 결합제 조성물은 적어도 1.5%의 칼슘 설페이트를 포함한다.
본 발명의 결합제는
- LC3 또는 SCM 함유 결합제의 낮은 CO2 발자국을 유지하며,
- LC3 또는 SCM 함유 결합제의 초기 강도를 개선하고,
- LC3, 또는 SCM 함유 결합제의 장기 강도를 순수한 포틀랜드 시멘트와 유사하거나 우수한 수준으로 개선하며,
- 1일 및 28일을 포함한 모든 연령에서 LC3 결합제 또는 SCM 함유 결합제와 비교하여 강도/CO2 발자국 비율을 증가시킨다.
시멘트의 강도는 아래 표에 따라 2일, 7일 또는 28일에서의 압축 강도에 의해 유럽 표준 EN 196-1에 따라 결정될 수 있다:
28일의 강도에 따라 52.5, 42.5 및 32.5의 3개의 주요 범주가 정의된다. 초기 강도는 2일에서의 강도에 따라 3개의 하위 범주로 정의된다: L로 표시되는 초기 강도가 낮은 범주, N으로 표시되는 일반적인 초기 강도 범주 및 R로 표시되는 높은 초기 강도 범주.
예를 들어, 2일에 전달되는 강도는 42.5 R의 경우 20 MPa보다 높아야 하고 42.5 N의 경우 10 MPa보다 높아야 하는 반면, 범주 42.5 L은 2일에 특정 강도 수준을 필요로 하지 않는다.
그러나, 이러한 범주는 예를 들어 프리캐스트, 수리 모르타르 또는 3D 인쇄와 같은 일부 적용 프로그램과 관련이 없다. 이러한 적용에서 강도는 2일 이전, 때로는 처음 몇 시간 또는 심지어 1시간 미만에 필요할 수 있다. 이 경우 특정 적용 프로그램 참조가 적용될 수 있다.
CO2 발자국을 줄이기 위해 SCM에 의한 클링커의 희석은 초기 강도 감소의 2차 효과로 이어진다. 하기 실시예로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 초기 강도가 개선된 LC3 유형 결합제 또는 SCM 함유 결합제를 사용할 수 있게 한다. 또한 이는 참조 시멘트의 CO2 발자국을 줄일 수 있다.
본 발명의 결합제는 LC3에 매우 근접한 CO2 발자국을 제공하지만, 이는 포틀랜드 시멘트와 동일한 강도 수준을 1일에 제공하고 놀랍게도 28일에 훨씬 더 높은 강도((즉) 장기 강도)를 제공한다.
따라서, 본 발명의 결합제는 임의의 강도 요건의 모든 적용에 적합할 수 있지만 표준 시멘트보다 CO2 발자국이 낮다.
일 구현예에 따르면, 결합제 조성물은
- 포틀랜드 시멘트 및/또는 미분 포틀랜드 시멘트 클링커,
- 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC) 및/또는 칼슘 설포 알루미네이트 시멘트(CSA),
- 칼슘 설페이트 공급원,
- 포졸란
을 포함하며,
- 상기 결합제 조성물은 적어도 1.5%(중량)의 칼슘 설페이트를 포함한다.
일 구현예에 따르면, 결합제 조성물은
- 20 중량% 내지 90 중량%, 바람직하게는 50 중량% 내지 70 중량%의 포틀랜드 시멘트(PC) 및/또는 미분 포틀랜드 시멘트 클링커; 및/또는
- 0.5 중량% 내지 40 중량%, 바람직하게는 2 중량% 내지 10 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC) 또는 칼슘 설포 알루미네이트 시멘트(CSA); 및/또는
- 1.5 중량% 내지 44.5 중량%, 바람직하게는 2 중량% 내지 15 중량%의 칼슘 설페이트 공급원; 및/또는
- 5 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 50 중량%의 포졸란 및/또는 잠재 수경성 물질(latent hydraulic material)
을 포함한다.
보다 구체적으로, 결합제 조성물은
- 50 중량% 내지 70 중량%의 포틀랜드 시멘트(PC) 및/또는 미분 포틀랜드 시멘트 클링커,
- 2 중량% 내지 20 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC) 및/또는 칼슘 설포 알루미네이트 시멘트(CSA),
- 2 중량% 내지 15 중량%의 칼슘 설페이트 공급원,
- 10 중량% 내지 70 중량%의 포졸란 및/또는 잠재 수경성 물질
을 포함할 수 있다.
유럽 표준 EN 197-1에 따르면 포틀랜드 시멘트 클링커는 칼슘 실리케이트(3 CaO·SiO2 및 2 CaO·SiO2) 질량의 적어도 2/3로 구성되고 나머지는 알루미늄 및 철-함유 클링커상(clinker phase) 및 다른 화합물로 구성된 수경성 물질이다. CaO 대 SiO2의 비율은 2.0 이상이어야 한다. 마그네슘 옥사이드 함량(MgO)은 5.0 질량%를 초과하지 않아야 한다.
포틀랜드 시멘트 클링커는 일반적으로 옥사이드, CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 및 소량의 다른 물질로 표현되는 원소를 함유하는 원료(조분(raw meal), 페이스트 또는 슬러리)의 정확히 명시된 혼합물을 소결하여 만들어진다. 조분, 페이스트 또는 슬러리는 미세하게 분할되고 친밀하게 혼합되므로 균질하다.
PC 클링커는 칼슘 카르보네이트 공급원(예를 들어 석회석)과 알루미노-실리케이트 공급원(예를 들어 점토)을 포함하는 원료의 균질 혼합물을 고온의 회전식 가마에서 가열하여 만들 수 있다. 셰일, 모래, 철광석, 보크사이트, 비산회 및 슬래그와 같은 2차 원료가 존재할 수 있다.
클링커의 광물학적 조성은 원료, 가마의 온도, 가열 및 냉각의 연속기간과 조건에 따라 의존할 수 있다.
EN-197-1에 따르면, 미미한 추가 성분은 무기 천연 광물 물질, 클링커 생산 공정으로부터 유래된 무기 광물 물질 또는 성분이다. 미량의 추가 성분은 시멘트의 물리적 특성(예를 들어 작업성 또는 보수성)을 개선시킬 수 있다. 이들은 불활성이거나 약간의 수경성, 잠재 수경성 또는 포졸란 특성을 가질 수 있다. 이들은 생산 또는 배송 상태에 따라 제조되며, 즉, 선택, 균질화, 건조 및 분쇄될 수 있다. 이들은 시멘트의 물 요구량을 눈에 띄게 증가시키지 않아야 하며, 어떤 식으로든 콘크리트 또는 모르타르의 열화에 대한 저항성을 손상시키거나 보강재의 부식 보호를 감소시키지 않아야 한다.
본 발명에 따르면, 본원에 사용되는 시멘트는 CEM 유형의 시멘트를 지칭한다. 유럽 표준 EN-197-1에 정의된 바와 같이, CEM 시멘트는 수경성 결합제, 즉 물과 혼합될 때 수화 반응 및 공정을 통해 응결되고 경화되는 페이스트를 형성하고 경화 후 물 속에서도 이의 강도 및 안정성을 유지하는 페이스트를 형성하는 미세하게 분쇄된 무기 물질이다.
표준은 상이한 부류의 CEM 시멘트를 설명한다. 포틀랜드 시멘트는 CEM I 시멘트 유형에 상응한다. 이는
- 95 내지 100%(중량)의 클링커, 및
- 0 내지 5%(중량 기준)의 미미한 추가 성분
을 포함한다.
EN-197-1에 정의된 대로, CEM의 다른 부류(CEM II 내지 CEM V)는 클링커 대신 석회석, 고로 슬래그 또는 포졸란과 같은 SCM을 점점 더 많이 함유한다.
EN-197-1은 또한 장기 강도에 따라 CEM을 분류한다. 3개의 부류는 EN-196-1에 따라 측정된 28일에서의 최소 압축 강도, MPa에 상응하는 32.5, 42.5 및 52.5이다.
마지막으로, CEM 시멘트는 이의 단기 강도에 따라 분류된다. N 시멘트는 2일에 "정상" 강도를 나타내고, R 시멘트는 2일에 높은 강도를 나타내고, L 시멘트(CEM III에만 적용됨)는 낮은 강도를 갖는다.
본 발명에 사용되는 포틀랜드 시멘트는 상업적으로 입수 가능한 등급, 예컨대 Heidelberg(PC-M)에서 생산된 CEM I 52.5R Milke Premium, Holcim(PC-N)에서 생산된 CEM I 42.5N Normo 및 Jura Cement의 CEM I 52.5N(PC-J)에서 선택될 수 있다. 포틀랜드 시멘트 대신 포틀랜드 클링커를 사용할 수도 있다.
칼슘 알루미네이트 시멘트 또는 CAC는 주로 수경성 칼슘 알루미네이트로 구성된 시멘트를 지칭한다. 대체 이름에는 "백반 시멘트" 또는 "고알루미나 시멘트"가 포함될 수 있다. 결정화 칼슘 알루미네이트 시멘트의 주요 활성상은 모노칼슘 알루미네이트(CaAl2O4, CA) 및 도데카칼슘 헵타-알루미네이트(Ca12Al14O33, C12A7)이다.
CAC는 C/A 비율로 정의되는 알루미나(A) 및 칼슘 옥사이드(C)의 각각의 함량이 가변적일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 이의 몰 C/A 비율은 1 내지 3에 포함될 수 있다. CAC는 결정질 및/또는 비정질일 수 있다. 구현예에 따르면, 칼슘 알루미네이트 시멘트는 2% 내지 50%의 결정상 및 50% 내지 98%의 비정질상(중량 기준)을 포함한다.
CAC는 전형적으로 30% 내지 75%의 Al2O3, 0.1% 내지 18%의 Fe2O3 및 20% 내지 55%의 CaO(중량 기준)를 포함할 수 있다.
다양한 CAC는 Ciment Fondu, Ternal RG, Ternal white 등과 같은 상이한 브랜드 명칭으로 상업적으로 입수 가능하다.
칼슘 설포알루미네이트 시멘트 또는 CSA는 옐리마이트(ye'elimite)(Ca4Al6SO15, C4A3$), 벨라이트(Ca2SiO4, C2S), 칼슘 설페이트(CaSO4, C$) 및 알루미노페라이트(Ca4Al2FeO10, C4AF) 광물상으로 주로 구성된 시멘트를 지칭한다.
CSA는 알루미나(Al2O3), 칼슘 옥사이드(CaO) 및 황산염(SO3)에서 각각 다양한 함량을 가질 수 있다.
CSA는 전형적으로 10%(중량에 의해) 내지 50%의 Al2O3, 0.5% 내지 10%의 Fe2O3, 3% 내지 20%의 SiO2, 4% 내지 35%의 SO3, 및 35% 내지 65%의 CaO를 포함할 수 있다.
다양한 CSA는 예를 들어 Ali Pre, Ali Cem 및 Alpenat와 같은 다양한 브랜드 명칭으로 상업적으로 입수 가능하다.
칼슘 설페이트 공급원은 수화(예를 들어 석고, CaSO4·2 H2O), 무수(무수석고, CaSO4), 반수화(반수화물, CaSO4·0.5 H2O) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 석고와 무수석고는 천연적으로 발견된다. 반수화물을 포함한 칼슘 설페이트는 특정 산업 공정의 부산물로도 입수 가능하다.
본 발명에서 결합제 조성물이 적어도 1.5%의 칼슘 설페이트를 포함하는 특징은 결합제 조성물 내 칼슘 설페이트의 총 함량을 지칭한다. 특히, 칼슘 설페이트는 이의 조성물에 일부를 함유하는 PC 및/또는 첨가될 수 있는 선택적인 칼슘 설페이트 공급원에 의해 가져올 수 있다.
무수석고, 반수화물 및 석고는 상업적으로 입수 가능하거나 천연 자원에서 추출된다.
포졸란 및 잠재 수경성 물질은 비산재, 실리카 연기, 하소 점토, 하소 편암 및 분쇄 고로 슬래그(ground blast-furnace slag)를 포함한다.
본원에 사용되는 용어 "잠재 수경성 물질"은 수경 활성 자체가 없지만 높은 pH에 의해 활성화될 때 결합제로서 거동할 물질, 예를 들어 분쇄 고로 슬래그 및 W형 비산회를 지칭한다. 한편, 포졸란 물질은 활성화되고 반응하기 위해 칼슘과 하이드록사이드 이온을 둘 다 필요로 한다.
유럽 표준 EN 197-1에 정의된 용어 <<포졸란 물질>>은 규산질 또는 실리코-알루미늄 조성물 또는 이들의 조합의 천연 성분을 지칭한다. 포졸란 물질은
- 천연 포졸라나(P)(즉), 적합한 화학적 및 광물학적 조성을 가진 화산 기원 또는 퇴적암의 물질; 및
- 천연 하소된 포졸라나(Q)(즉), 열처리에 의해 활성화되는 화산 기원의 물질, 점토, 셰일 또는 퇴적암
을 포함한다.
일 구현예에 따르면, 포졸란 물질은 바람직하게는 하소 점토를 지칭한다.
하소 점토는 500℃ 초과, 일반적으로 결합수를 제거하기 위해 650℃ 내지 850℃로 포함된 온도에서 가열된 점토를 정의한다.
점토는 전형적으로 실리코알루미네이트 화합물인 몬모릴로나이트, 카올리나이트, 운모 및 장석, 및 석영, 및 불순물로서 유리 옥사이드를 포함한다.
가열된 경우, 카올리나이트는 탈하이드록실화(dehydroxylate)되고, 복잡한 비정질 구조인 메타카올린으로 변환된다. 하소 점토의 메타카올리나이트 함량은 하소 전 카올리나이트의 상응하는 점토 함량에 의존한다. 하소 점토는 전형적으로 1 내지 99 중량%, 바람직하게는 70 내지 95 중량%의 메타카올린(MK)을 포함한다.
하소 점토는 Argical M1000과 같이 상업적으로 입수 가능하다.
일 구현예에 따르면, 결합제는 하나 이상의 성분을 추가로 포함할 수 있다. 추가 성분에는 응결 개질제 및/또는 탄소질 광물이 포함될 수 있다.
본원에 사용되는 응결 개질제는 시멘트의 응결 특성을 개질하는 데 적합한 제제, 예컨대 가속화제 또는 지연제를 포함한다.
특히, 개질제는 시트르산, 타르타르산, 소듐 글루코네이트, Na2CO3, K2CO3, Li2CO3, Li2SO4, LiOH로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본원에 사용되는 "탄소질 광물"은 특히 석회석 및 백운석을 지칭한다.
석회암은 일반적으로 카르보네이트 퇴적암을 지칭하며; 이의 주요 물질은 칼슘 카르보네이트(CaCO3)의 상이한 결정 형태인 방해석과 아라고나이트 광물을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 석회석은 유럽 표준 EN 197-1에 따라 하기 요건을 충족하는 것으로 정의된다:
a) 칼슘 옥사이드 함량으로부터 계산된 칼슘 카르보네이트(CaCO3) 함량은 적어도 75 질량%이어야 한다.
b) EN 933-9에 따라 메틸렌 블루 테스트로 결정된 점토 함량은 1.20 g/100 g을 초과해서는 안 된다. 이 테스트를 위해 석회석은 EN 196-6에 따라 비표면으로 결정된 약 5000 cm2/g의 분말도(fineness)까지 분쇄되어야 한다.
c) 총 유기 탄소(TOC) 함량은 prEN 13639:1999에 따라 테스트될 때 하기 기준 중 하나를 준수해야 한다: - LL: 0.20 질량%를 초과하지 않아야 한다. - L: 0.50 질량%를 초과하지 않아야 한다.
일 구현예에 따르면, 결합제는 탄소질 광물, 전형적으로 5 내지 40 중량%의 이러한 탄소질 광물을 추가로 포함할 수 있다.
특히, 결합제는 석회석, 전형적으로 5 내지 40 중량%의 석회석을 추가로 포함할 수 있다. 석회석은 Imercarb 3와 같이 상업적으로 입수 가능하다.
일 구현예에 따르면, 잠재 수경성 물질은 고로 슬래그 미분말(ground granulated blast-furnace slag)이다.
일 구현예에 따르면, 결합제는
- 0.5 중량% 내지 80 중량%의 포틀랜드 시멘트;
- 0.5 중량% 내지 20 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC);
- 0.5 중량% 내지 15 중량%의 칼슘 설페이트 공급원; 및
- 20 중량% 내지 95 중량%의 잠재 수경성 물질
을 포함할 수 있다.
훨씬 더 구체적으로, 결합제는
- 0.5 중량% 내지 60 중량%의 포틀랜드 시멘트;
- 0.5 중량% 내지 20 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC);
- 0.5 중량% 내지 15 중량%의 칼슘 설페이트 공급원; 및
- 40 중량% 내지 95 중량%의 잠재 수경성 물질
을 포함할 수 있다.
이들 구현예에서, 고로 슬래그 미분말은 특히 잠재 수경성 물질로 언급될 수 있다.
제2 목적에 따르면, 본 발명은 본 발명의 결합제 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
전형적으로, 상기 방법은 주위 온도에서 성분을 혼합하고, 선택적으로 얻어진 혼합물을 분쇄 및/또는 균질화하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 건설 조성물(즉, 빌딩 블록 및 패널을 포함하는 건설 파트(construction part)의 제조 및/또는 조립에 유용한 조성물)을 제조하기 위한 상기 결합제의 용도에 관한 것이다. 대표적인 건설 조성물은 모르타르와 콘크리트를 포함한다.
따라서 추가 목적에 따르면, 본 발명은 모르타르 및 콘크리트를 포함하는 본 발명의 수경성 결합제를 포함하는 건설 조성물에 관한 것이다.
상기 건설 조성물은 모래, 자갈, 석회와 같은 추가 성분을 포함할 수 있다.
추가 목적에 따르면, 본 발명은 본 발명의 결합제를 물과 혼합하는 단계를 포함하는 건설 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
이 단계는 일반적으로 주위 온도에서 수행된다. 물 및 결합제의 각각의 양은 결합제의 성질, 원하는 건설 조성물 및 의도된 용도에 의존할 수 있다. 전형적으로, 물/결합제 비율은 0.1 내지 2에 포함될 수 있다.
대안적인 구현예에 따르면, 본 발명은 또한 건설 조성물의 제조 방법에 관한 것으로서, 적어도 포틀랜드 시멘트 및/또는 미분 포틀랜드 시멘트 클링커와 포졸란 및/또는 잠재 수경성 물질을 포함하는 모르타르 또는 콘크리트를 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC) 및/또는 칼슘 설포 알루미네이트 시멘트(CSA), 및 선택적으로 칼슘 설페이트 공급원을 포함하는 슬러리와 혼합하는 단계를 포함하고; 형성된 결합제 조성물은 건조 성분의 중량 기준으로 적어도 1.5%의 칼슘 설페이트를 포함한다.
이러한 추가 목적에서, 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC) 및/또는 칼슘 설포 알루미네이트 시멘트(CSA), 및 선택적으로 칼슘 설페이트 공급원을 포함하는 슬러리는 차단제를 추가로 포함할 수 있다.
예를 들어, 차단제는 붕산, 시트르산, 타르타르산 및 이들의 염, 메타인산, 아인산, 인산, 포스폰산으로부터 선택되는 인-함유 화합물 및 물과의 반응에 의해 이들 화합물 중 임의의 화합물을 형성할 수 있는 임의의 화합물을 포함한다.
슬러리는 칼슘 알루미네이트 시멘트 및/또는 칼슘 설포 알루미네이트 시멘트의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.1 중량 내지 10 중량, 더 바람직하게는 0.3 중량% 내지 10 중량%의 차단제를 포함할 수 있다.
슬러리는 특허 출원 WO 203/093344에 기재된 방법에 따라 안정화될 수 있다.
추가 목적에 따르면, 본 발명은 또한 상기 정의된 방법에 의해 얻을 수 있는 건설 조성물에 관한 것이다.
더욱 추가의 목적에 따르면, 본 발명은 본 발명의 건설 조성물을 포함하는 건설 파트에 관한 것이다.
추가 목적에 따르면, 본 발명은 건설, 프리캐스팅, 모르타르 수리 또는 3D 인쇄에 있어서 본 발명의 결합제의 용도에 관한 것이다.
도 1은 실시예 1의 조성물 1 내지 4의 1일 내지 28일 사이의 압축 강도를 예시한다.
도 2는 실시예 1의 조성물 1 내지 4의 CO2 발자국을 예시한다.
도 3은 실시예 1의 조성물 1 내지 4의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
도 4는 실시예 1의 조성물 1 내지 4의 포틀랜드석(portlandite) 함량을 예시한다.
도 5는 실시예 2의 조성물 1 내지 3 및 조성물 5 내지 6의 1일 내지 28일 사이의 압축 강도를 예시한다.
도 6은 실시예 2의 조성물 1 내지 3 및 조성물 5 내지 6의 CO2 발자국을 예시한다.
도 7은 실시예 2의 조성물 1 내지 3 및 조성물 5 내지 6의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
도 8은 실시예 2의 조성물 1 내지 3 및 조성물 5 내지 6에 대한 누적 열을 예시한다.
도 9는 실시예 3의 조성물 1 내지 3 및 조성물 9 내지 10의 1일 내지 28일 사이의 압축 강도를 예시한다.
도 10은 실시예 3의 조성물 1 내지 3 및 조성물 9 내지 10의 CO2 발자국을 예시한다.
도 11은 실시예 3의 조성물 1 내지 3 및 조성물 9 내지 10의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
도 12는 순수한 PC, LC3-PC 및 PC N을 포함하는 가속화된 LC3 PC의 조성물의 1일 내지 28일 사이의 압축 강도를 예시한다.
도 13은 순수한 PC, LC3-PC 및 PC J를 포함하는 가속화된 LC3 PC의 조성물의 1일 내지 28일 사이의 압축 강도를 예시한다.
도 14는 순수한 PC, LC3-PC 및 PC M을 포함하는 가속화된 LC3 PC의 조성물의 1일 내지 28일 사이의 압축 강도를 예시한다.
도 15는 순수한 PC, LC3-PC 및 PC N을 포함하는 가속화된 LC3 PC의 조성물의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
도 16은 순수한 PC, LC3-PC 및 PC J를 포함하는 가속화된 LC3 PC의 조성물의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
도 17은 순수한 PC, LC3-PC 및 PC M을 포함하는 가속화된 LC3 PC의 조성물의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
도 18은 순수한 PC, LC3, 가속화된 LC3의 조성물 및 실시예 5의 조성물의 압축 강도를 예시한다.
도 19는 순수한 PC, LC3, 가속화된 LC3의 조성물 및 실시예 5의 조성물의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
도 20은 순수한 PC, LC3, 가속화된 LC3의 조성물 및 실시예 5의 조성물의 CO2 발자국을 예시한다.
도 21은 최대 10시간 동안 실시예 6의 조성물의 초음파 속도를 예시한다.
도 22는 최대 24시간 동안 실시예 6의 조성물의 초음파 속도를 예시한다.
도 23은 실시예 6의 조성물의 압축 강도를 예시한다.
도 24는 실시예 6의 조성물의 CO2 발자국을 예시한다.
도 25는 실시예 6의 조성물의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
도 26은 실시예 7의 조성물의 압축 강도를 예시한다.
도 27은 실시예 7의 조성물의 CO2 발자국을 예시한다.
도 28은 실시예 7의 조성물의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
도 29는 실시예 8의 조성물의 압축 강도를 예시한다.
도 30은 실시예 8의 조성물의 CO2 발자국을 예시한다.
도 31은 실시예 8의 조성물의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
도 32는 실시예 9의 조성물의 압축 강도를 예시한다.
도 33은 실시예 9의 조성물의 CO2 발자국을 예시한다.
도 34는 실시예 9의 조성물의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
도 35는 최대 24시간 동안 실시예 9의 조성물의 초음파 속도를 예시한다.
도 36은 실시예 10의 조성물의 압축 강도를 예시한다.
도 37은 실시예 10의 조성물의 CO2 발자국을 예시한다.
도 38은 실시예 10의 조성물의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
도 36은 실시예 10의 조성물의 압축 강도를 예시한다.
도 37은 실시예 10의 조성물의 CO2 발자국을 예시한다.
도 38은 실시예 10의 조성물의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
도 39는 실시예 11의 조성물의 압축 강도를 예시한다.
도 40은 실시예 11의 조성물의 CO2 발자국을 예시한다.
도 41은 실시예 11의 조성물의 1일 및 28일에서의 수율을 예시한다.
실시예
실시예에 사용된 원료 및 이의 각각의 참조문헌이 아래에 나열되어 있다.
원료의 주요 특성은 아래 표에 나와 있다:
실시예 1
아래 표 1은 결합제의 다양한 조성을 보여준다. 결합제는 25% 결합제와 75% 모래로 이루어진 EN 196-1에 따라 제조된 표준 모르타르에서 테스트되었다. 강도 값은 EN 196-1에 기재된 테스트 방법에 따라 표준 모르타르에서 얻었다. 모든 건조 분말 형태의 결합제는 모르타르를 제조하기 전에 함께 혼합되었다.
참조가 되는 조성물 1의 결합제는 순수한 PC로 이루어진다.
조성물 2의 결합제는 PC, 하소 점토, 석회석 및 칼슘 설페이트의 혼합물로 이루어져서 LC3 유형 결합제이다. 이는 또한 참조로서의 역할을 한다.
조성물 3의 결합제는 PC, 하소 점토, 석회석, 칼슘 설페이트 및 CAC의 혼합물로 이루어지며, 본 발명에 따른 가속화된 LC3 결합제를 나타낸다. 여기에서 LC3에 존재하는 석회석의 일부는 총 결합제 함량의 10% 수준에서 CAC와 칼슘 설페이트의 혼합물로 대체된다.
조성물 4의 결합제는 PC, 석영, 석회석, 칼슘 설페이트 및 CAC의 혼합물로 이루어진다. 이는 하소 점토를 불활성 물질인 석영 모래로 대체한 것을 제외하고는 조성물 3과 동일하다. 이 조성물은 조성물 3과 4를 비교할 때 하소 점토의 효과를 나타내는 역할을 한다.
결합제 조성물은 총 결합제 중량에 대한 중량 백분율로 표시되고, 모르타르 조성물은 그램으로 표시된다.
각각의 결합제의 압축 강도는 EN 196-1에 따라 1일부터 28일까지 측정된다. 각각의 조성물의 1일 및 28일에서의 강도는 PC 참조 및 LC3 참조와 비교된다.
CO2 발자국은 결합제의 각각의 성분의 발자국을 기준으로 계산된다. 각각의 조성물의 발자국은 PC 및 LC3 참조와 비교된다.
CO2 단위당 관련 모르타르의 강도를 고려한 결합제의 수율은 1일 및 28일 동안 계산된다. 다시, 각각의 조성물의 수율은 PC 및 LC3 참조와 비교된다.
결과는 도 1에 예시되어 있다.
도 1에서 명백한 바와 같이, LC3 결합제(조성물 2)는 순수한 PC(조성물 1)보다 더 낮은 1일에서의 초기 강도를 나타내는 반면, 본 발명의 결합제(조성물 3)는 도 2에 도시된 바와 같이 유사한 CO2 발자국을 가지면서도 LC3 결합제보다 67% 더 높은 초기 강도를 나타낸다. 실제로, 가속화된 LC3(조성물 3)은 종래의 LC3(조성물 2)보다 CO2 발자국이 14% 더 높을 뿐이며 순수한 PC보다 32% 더 낮다.
하소 점토 대신 불활성 충전제를 사용한 조성물 4는 우수한 초기 강도를 보여, 제1일에서 점토가 강도와 협력하지 않음을 시사한다. 이의 약간 더 나은 강도는 알려진 충전제 효과와 관련이 있을 수 있다.
7일부터 조성물 3과 조성물 4 사이에 상당한 차이가 있으며, 이는 점토가 수화되기 시작하였고 이제 강도에 기여하고 있음을 나타낸다.
28일째에 LC3의 강도는 순수한 PC의 강도와 유사하였고, 이는 문헌에 따른 것이다. 가속화된 LC3는 차례로 훨씬 더 높은 강도를 가지며 LC3 시스템보다 51% 더 우수하다. CAC와 칼슘 설페이트의 첨가로 인한 후기(later age) 강도의 이러한 상당한 증가는 이들 2개 결합제가 주로 초기 강도를 개선할 것으로 예상되었기 때문에 예측 불가능하다.
하소 점토와 CAC 사이의 부정적인 상호작용의 징후는 검출되지 않았다. 실제로, 본 발명에 따른 가속화 시스템에 의해 LC3의 장기 강도가 단기 강도만큼 크게 개선되었기 때문에 결합제 사이에 긍정적인 시너지 효과가 있는 것으로 보인다. 순수한 PC 시스템과 비교하여 장기 강도가 더욱 개선되었다: 가속화된 LC3(조성물 3)은 28일에 67 MPa를 전달하며, 순수한 PC(조성물 1)의 경우 48 MPa과 비교하여 40% 증가하고, 이는 조성물 3의 수경성 결합제 함량이 조성물 1의 100%와 비교하여 단지 83.3%이기 때문에 매우 놀랍다.
상이한 제형을 더 잘 비교하기 위해, 본원에서 결합 시스템의 수율이라고 하는, CO2 톤당 압축 강도 비율이 고려될 있다. 도 3에는 4개의 조성물의 수율이 나와 있다.
1일에서, LC3 시스템의 수율은 순수한 PC보다 약간 더 낮으며, 이는 동일한 수준의 강도에 도달하기 위해 더 많은 CO2가 방출된다. 28일에 추세가 역전되어 LC3의 수율은 PC보다 56% 더 양호하다.
한편, 가속화된 LC3는 장단기적으로 PC 및 LC3보다 수율이 더 양호하다. 1일에 이의 수율은 PC보다 32% 더 양호하고 28일에 106% 더 높다. 이는 본 발명에 따른 결합 시스템이 포틀랜드 시멘트보다 동일한 양의 CO2에 대해 2배 이상의 강도를 전달함을 의미한다.
이들 시스템에서 일어나는 수화 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해, 조성물 1 내지 4를 0.4의 물/결합제 비율과 함께 표 1의 설명에 따른 결합제 및 물로만 이루어진 결합제 페이스트의 형태로 테스트하였다. 그 후에, 페이스트를 XRD로 분석하여 1, 3, 7 및 28일에 포틀랜드석 함량을 정량화하였다. 시스템에서 포틀랜드석 양의 변화(evolution)(도 4)는 포졸란 반응의 변화를 간접적으로 나타낸다.
순수한 PC 시스템(조성물 1)에서 PC의 수화에 의해 포틀랜드석이 방출되고 이의 양은 시간이 지남에 따라 증가한다.
LC3 시스템에서는 포틀랜드 양이 절반만 존재하므로 순수한 PC 시스템과 비교하여 절반 정도의 포틀랜드석이 형성될 것으로 예상되는데, 이는 메타카올린이 아직 반응하지 않았을 가능성이 높은 1일 시점에서 관찰된다. 3일째에, 포틀랜드석의 양은 PC의 절반 미만이며, 이는 메타카올린의 포졸란 반응이 시작되어 일부를 소모하였음을 시사한다. 그 순간부터 포틀랜드석 양은 더 빨리 감소하며, 이는 포졸란 반응이 가속화됨을 나타낸다.
28일째에 LC3 페이스트는 여전히 약간의 포틀랜드석을 갖지만, 메타카올린의 포졸란 반응에서 소모되기 때문에 PC 페이스트보다 훨씬 적다.
가속화된 LC3 시스템(조성물 3)에서 PC 수화에 의해 생성된 포틀랜드석은 에트링가이트(ettringite)의 형성에 의해 소모된다. 시간이 지남에 따라 포틀랜드석의 양은 낮게 유지되며, 이는 이것이 PC 수화에 의해 형성되면서 포졸란 반응에 의해 지속적으로 소모됨을 시사한다. LC3와 마찬가지로, 가속화된 LC3 시스템에서는 일부 포틀랜드석이 시간이 지남에 따라 여전히 존재하여 콘크리트 보강재를 보호한다.
하소 점토가 불활성 석영으로 대체된 조성물 4의 경우, 1일 후에 포졸란 반응에 의해 소모되지 않기 때문에 시스템의 포틀랜드석 양은 증가한다.
이러한 결과는 하소 점토가 포틀랜드석을 소모하는 포졸란 반응을 거치며 시스템의 강도 발달에 기여하고 있음을 확인시켜 준다.
실시예 2
조성물 3, 5 및 6의 결합제는 모두 본 발명에 따른 가속화된 LC3 결합제의 가능한 변형을 예시하기 위해 상이한 비율의 CAC+C$를 함유하는 PC, 하소 점토, 석회석, 칼슘 설페이트 및 CAC의 혼합물로 이루어진다.
조성물 3은 10%의 가속화 결합제(CAC+C$)를 함유하고, 조성물 5는 5%의 동일한 가속화 결합제를 함유하고, 조성물 6은 7%의 가속화 결합제를 함유한다. 가속화 결합제는 조성물에서 동일한 양의 석회석을 대체하여 전체 결합제 양을 일정하게 유지시킨다.
도 5는 결합제에서 CAC와 칼슘 설페이트의 양의 효과를 예시한다. 이는 이들 사이에서 상이한 양의 가속화 결합제를 갖는 3개의 조성물을 비교하고, 참조 - 조성물 1-순수한 PC 및 조성물 2-LC3과 비교한다.
증가하는 양의 CAC와 칼슘 설페이트 조합을 첨가할 때, 석회석의 일부(전체 결합제 양과 비교하여 5%, 7% 및 10%)에서, 단기 강도가 증가한다(참조 LC3과 비교하여 각각 73%, 87% 및 67%). 이는 CAC의 높은 반응성 덕분에 예상된다. 흥미롭게도, 조성물 3, 5 및 6이 유사한 강도를 갖기 때문에 가속화제의 양은 하루에 도달한 강도에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 보인다.
더 놀랍게도, 장기 강도는 가속화 결합제의 첨가에 의해 훨씬 개선되어, 순수한 PC보다 더 나은 성능을 발휘한다. 장기 강도에 미치는 이러한 강한 긍정적 효과는 메타카올린의 포졸란 반응과 가속화 결합제의 시너지 효과를 다시 시사한다. 본원에서, 가속화 결합제의 양이 많을수록 장기 강도가 최대 51% 증가까지 더 크게 상승한다.
도 6에서 볼 수 있듯이, 가속화 결합제의 첨가는 결합제의 CO2 발자국에 미치는 영향이 작다. 모든 가속화된 LC3 시스템은 순수한 PC보다 더 양호한 강도를 전달하면서도 CO2 발자국이 훨씬 낮다(36% 더 낮은 정도까지 낮아짐).
결합제의 CO2 수율 톤당 강도를 분석함으로써(도 7), 가속화 결합제의 양에 관계없이 이의 수율이 장단기적으로 순수한 PC 및 LC3보다 우수함을 관찰할 수 있다.
도 8에 표시된 미세열량계로 얻은 누적 열 분석은 증가하는 양의 CAC+칼슘 설페이트를 첨가함으로써 수화 반응이 가속화되어 더 일찍 열을 방출함을 보여준다.
이러한 더 빠른 반응은 가속화된 LC3 시스템(조성물 3, 5 및 6)에서 관찰되는 더 빠른 강도 발달과 상관관계가 있을 수 있다.
가속화된 시스템은 열 방출의 2개 단계로 해석되는 2-단계 반응을 가지며, 10%의 가속화 결합제를 갖는 시스템에 대해 더 가시적이다. 150h에서 축적된 열은 LC3 시스템보다 우수하며, 이는 해당 시스템에서 추가 반응이 발생하였음을 시사한다. 가속화된 시스템의 경우 150h에서 방출되는 열 수준은 첨가된 CAC의 양에 비례한다.
놀랍게도 150h(6.25일)에 가속화된 LC3 시스템에 의해 방출되는 열은, 이러한 연령에서 이의 강도가 순수한 PC보다 더 높은 경향이 있더라도(7일째에 이들은 모두 더 높음), 순수한 PC 시스템보다 더 낮거나 이와 유사하다. 강도에 대한 열의 비율이 상이한 서로 다른 반응이 일어나고 있음이 시사된다.
본 실시예의 조성물은 결합제 조성물에서 PC의 양을 감소시키는 효과를 보여준다. 이는 조성물 1(100% PC), 조성물 2(LC3, 50% PC 함유) 및 조성물 3(역시 50% PC를 함유하는 가속화된 LC3)을 하기 조성물과 비교한다:
· 조성물 9 = 45%의 CEM I을 포함하는 가속화된 LC3. 더 낮은 PC 양은 석회석의 증가로 보상되어 총 결합제 양을 일정하게 유지시킨다. 조성물의 나머지는 조성물 3과 동일하다.
· 조성물 10 = 40%의 CEM I을 포함하는 가속화된 LC3. 더 낮은 PC 양은 석회석의 증가로 보상되어 총 결합제 양을 일정하게 유지시킨다. 조성물의 나머지는 조성물 3과 동일하다.
도 9에서, 가속화된 LC3 결합제 내 PC의 감소는 초기 및 후기 강도의 점진적인 감소로 이어짐을 관찰할 수 있다. 1일에서, 가속화된 시스템은 순수한 PC보다 강도가 낮지만 LC3 시스템보다 여전히 우수하다.
7일부터, 가속화된 LC3 시스템은 순수한 PC 및 LC3보다 더 높은 강도를 나타내며, 이는 본 발명에 따른 가속화 결합제의 첨가가 결합제의 PC 감소를 완전히 보상할 수 있음을 보여준다. 단지 40%의 PC를 포함하는 가속화된 LC3 시스템은 100% PC 시스템의 강도를 15% 초과하고 50%의 PC를 포함하는 LC3의 강도를 24% 초과한다.
도 10에서 볼 수 있듯이 결합제의 PC 양 감소는 물론 CO2 발자국 감소로 이어진다.
가속화된 LC3 시스템에서 PC 함량 감소는 한편으로는 강도 감소로 이어지고 다른 한편으로는 CO2 발자국 감소로 이어지므로 결과적인 수율은 조성물 3, 9 및 10에 대해 매우 유사하다(도 11). 이들은 모두 LC3 시스템보다 최대 37% 더 높게 유지되고 순수한 PC보다 최대 113% 더 우수하게 유지되며, 이는 2배 초과의 MPa가 결합제에 의해 방출되는 각각의 톤의 CO2에 대해 얻어짐을 의미한다.
실시예 4:
본 발명의 가능한 변형을 예시하기 위해 PC의 상이한 성질을 테스트하였다.
조성물 7-1, 7-2 및 7-3은 CEM I 52.5N Jura 시멘트에 기초한 반면, 조성물 8-1, 8-2 및 8-3은 CEM I 52.5R Milke Premium에 기초하였다. 이들은 위에 제시된 CEM I 42.5N Holcim Normo에 기초한 조성물 1(순수한 PC), 2(LC3 유형 결합제) 및 3(가속화된 LC3 유형 결합제)과 유사하며, PC의 특성만 상이하다.
3개 유형의 PC에 대한 3개 유형의 시스템을 비교하면 실시예 1에 기재된 추세가 상이한 종류의 PC에 유효한지 확인할 수 있을 것이다.
Holcim Normo PC(PC N)로 얻은 압축 강도는 Jura PC(PC J) 및 Milke Premium PC(PC M)로 얻은 압축 강도와 함께 제시된다(도 12 내지 14).
PC J를 사용한 조성물의 거동은 PC N의 것과 매우 유사하다. 가속화된 LC3 시스템은 모든 연령에서 LC3 시스템보다 우수한 성능을 나타낸다: 압축 강도는 1일에서 18% 더 높고 28일에서 50% 더 높다. 이의 성능도 7일째부터 순수한 PC보다 우수하고 28일째에는 29% 더 양호하였다.
이러한 추세는 PC M을 사용할 때도 유사하다. 가속화된 LC3는 모든 연령에서 LC3 시스템보다 훨씬 더 높은 강도를 갖는다(1일에 +60%, 28일에 +28%). 그러나 모든 연령에서 이러한 시멘트의 매우 높은 성능으로 인해, 가속화된 LC3 시스템은 7일을 제외하고는 이를 능가하지 않는다. 1일 및 28일에서, 가속화된 LC3는 순수한 PC보다 각각 6% 및 3% 더 낮은 강도를 갖는다.
그러나, 조성물의 수율을 고려하면, 가속화된 LC3와 PC 사이의 차이가 더 커져 본 발명에서 제안된 가속화된 LC3를 사용하는 것의 분명한 이점을 보여준다.
모든 경우에 테스트된 모든 PC에 대해 가속화된 LC3의 수율이 LC3 및 순수한 PC 시스템의 수율보다 우수하다. 1일에 상응하는 PC와 비교하여 최대 39%, 그리고 상응하는 LC3와 비교하여 최대 47%까지 수율을 높일 수 있다.
28일째에, 가속화된 LC3의 수율은 상응하는 PC보다 43% 내지 106% 더 우수하고 상응하는 LC3보다 13% 내지 33% 더 우수하다(도 15 내지 17).
가속화된 LC3가 기존 LC3과 비교하여 상이한 유형의 PC를 사용하는 경우에도 장단기적으로 우수한 성능을 발휘하는 것으로 확인된다.
가속화된 LC3는 28일 강도가 74 MPa인 Milke Premium과 같은 매우 높은 강도를 가진 시스템을 제외하고는 순수한 PC 시스템의 강도를 능가한다.
CO2 발자국을 고려하면, 가속화된 LC3는 PC, 심지어 Milke Premium보다 성능이 훨씬 우수하여 결합제의 CO2 배출량 톤당 훨씬 우수한 강도 수율에 도달한다.
실시예 5
하기 표 6 및 7에는 PC, 하소 점토, 석회석, 칼슘 설페이트 및 칼슘 알루미네이트의 혼합물로 이루어진 결합제의 예가 제시되어 있으며, 여기서 칼슘 알루미네이트 가속화제의 성질은 다양하다. 조성물 3에서 칼슘 대 알루미나(C/A) 비율이 1.7인 비정질 CAC(ACAC)와 미세 입도법(d50=5.7 μm)을 사용하여 시스템을 가속화하였다. 조성물 11에서는 더 높은 C/A를 갖는 ACAC가 사용되었고, 조성물 12에서는 더 거친 ACAC(d50=12 μm)가 사용되었다.
도 18 내지 20은 결합제에서 ACAC와 칼슘 설페이트의 특성이 미치는 효과를 보여준다. 3개의 상이한 ACAC를 포함하는 가속화된 LC3를 이들 사이에서 비교하고, 참조 - 조성물 1 - 순수한 PC 및 조성물 2 - LC3을 비교한다.
ACAC의 3개의 특성 모두 시스템을 가속화하여 1일 강도를 높일 수 있음이 관찰되었다. 비(非)가속화된 LC3과 비교하여 67%에서 128%까지 개선되었다. C/A가 높은 ACAC에서 초기에 최고의 성능이 얻어진다.
후기에 모든 가속화된 시스템은 OPC 및 LC3 시스템보다 더 높은 강도를 가지며, C/A가 낮은 ACAC에서 최상의 성능이 얻어진다. ACA1은 28일 압축강도가 PC보다 40%, LC3보다 51% 더 우수하다.
이 범위의 d50에서 ACAC의 분말도는 성능에 영향을 미치지 않는 것으로 보인다.
3개의 ACAC의 CO2 발자국은 유사하므로 수율은 강도에만 의존한다. ACAC 2는 초기에 최상의 수율을 갖는 한편, ACAC 1은 후기에 최상의 수율을 갖는다.
실시예 6 - GGBS 기초-시멘트의 가속화
CEM I(PC) 참조와 비교하여 GBS(고로 슬래그 미분말) 함유 결합제의 가속화가 본원에 제시된다. 이러한 결합제는 석회석을 포함하거나 포함하지 않으면서 CEM I과 GGBS를 혼합하여 제조되었다. 정확한 조성은 아래의 표 8 및 9에 주어진다.
이 실시예는 CEM I(PC) 참조와 비교한 GGBS(고로 슬래그 미분말)-함유 결합제의 가속화를 제시한다. 이러한 결합제는 석회석을 포함하거나 포함하지 않으면서 CEM I과 GGBS를 혼합하여 제조되었다. 정확한 조성은 아래 표에 나와 있다.
조성물 13: 순수한 CEM I(PC)
조성물 14: PC+ GGBS+ 석회석
조성물 15: 가속화된 PC+ GGBS+ 석회암
조성물 16: PC+ GGBS
조성물 17: 가속화된 PC+ GGBS
테스트된 2개의 GGBS-기초 결합제의 경우 도 X에 표시된 초음파 측정에서 볼 수 있듯이 가속화제가 첨가될 때 더 빠른 구조가 관찰된다. 이러한 더 빠른 구조는 6시간에서 압축 강도로 해석되며 이는 비(非)가속화된 시스템에 대해서도 순수한 PC에 대해서도 제시되지 않는다. 24시간 강도는 가속화제의 사용으로 개선되어, PC+ GGBS+ 석회암 시스템의 경우 27%, PC+GGBS 시스템의 경우 34% 증가한다.
28일 강도 또한 가속화제의 첨가로 상당히 증가하여 순수한 PC보다 더 우수한 강도로 이어진다.
가속화제의 첨가로 인해 결합제의 CO2 발자국이 약간 증가하였음에도 불구하고 수율은 개선된다. 모든 GGBS 기초 시스템은 순수한 PC보다 훨씬 더 높은 수율을 가지며, 가속화된 시스템이 가장 높은 수율을 나타낸다. 실제로 가속화된 PC+ GGBS+ 석회암 시스템의 28일에서의 MPa/톤 CO2 수율은 비가속화된 시스템보다 8% 더 높고, 순수한 PC보다 178% 더 높은 한편, 가속화된 PC+GGBS의 경우 수율은 비가속화된 시스템보다 25% 더 우수하고, 순수한 PC보다 240% 더 우수하다.
실시예 7: 칼슘 알루미네이트 시멘트의 상이한 성질
이 실시예는 하나는 주로 CA(CAC 1)로 이루어지고 또 다른 하나는 C12A7(CAC 2)로 이루어진 2개의 결정질 CAC로 가속화된 LC3 시스템을 나타낸다. 이들 2개의 가속화된 시스템은 순수한 OPC, LC3, 및 비정질 CAC를 사용하는 가속화된 LC3와 비교된다. 결과는 도 26 내지 28에 예시되어 있다.
2개의 결정질 CAC는 비정질 CAC보다 상대적으로 덜 효율적이지만 LC3 시스템의 강도 발현을 가속화할 수 있다. 장기 강도는 또한 결정질 CAC를 사용하여 개선되어, 비가속화된 LC3과 비교하여 28일 강도가 36%에서 54% 사이로 증가한다.
결정질 CAC의 CO2 발자국은 비정질 CAC보다 낮지만 더 많은 양이 첨가되므로 시스템의 최종 발자국은 매우 가깝다.
결정질 CAC와 비정질 CAC는 둘 다 비가속화된 LC3과 비교하여 24시간 및 28일에서 수율 개선으로 이어진다. ACAC의 경우 28일 수율은 36%만큼 개선되고, CAC 1의 경우 47%만큼 개선되고, CAC 2의 경우 33%만큼 개선된다.
실시예 8: 하소 점토의 상이한 성질
이 실시예에서는 하나는 다량의 카올리나이트(CC 1)를 함유하고 또 다른 하나는 더 적은 양(CC2)을 함유하는 2개의 상이한 점토를 사용하는 LC3 시스템이 비교되었다. 두 시스템 모두 비정질 CAC를 사용하여 가속화된 구성에서도 테스트되었다. 순수한 PC가 있는 시스템은 참조용으로 제시된다. 결과는 도 29 내지 31에 예시되어 있다.
본 발명자들은, 사용된 점토가 무엇이든 간에 LC3 시스템(순수한 PC 시스템도 포함)은 6시간에 강도가 없음을 관찰한다. 그러나, 가속화된 시스템은 10 MPa에 가까운 압축 강도를 나타낸다. 1일에 두 점토를 모두 포함하는 LC3는 유사한 수준의 강도를 가지며 순수한 PC 참조보다 56% 더 낮다. 한편, 가속화된 시스템은 PC보다 36% 내지 40% 높은 강도를 갖는다.
28일에 높은 카올리나이트 점토를 포함하는 LC3는 압축 강도가 55 MPa로 순수한 PC(50 MPa)보다 약간 높은 한편, 낮은 카올리나이트 점토를 포함하는 LC3는 44 MPa에 불과하다.
LC3 시스템에 광물 가속화제를 첨가하면 최종 강도가 훨씬 개선된다. CC1의 경우, 비가속화된 LC3과 비교하여 33%, CC2의 경우 59% 개선된다. 두 가속화된 시스템 모두 PC보다 강도가 훨씬 높아 CC1의 경우 113%, CC2의 경우 108%의 수율이 증가한다.
결론적으로 광물 가속화제를 첨가하면 점토에 관계없이 LC3의 모든 연령에서 성능이 개선된다. 또한 이는 낮은 카올리나이트 점토를 함유한 LC3의 낮은 성능을 보상하여, 높은 카올리나이트 점토로 얻은 것과 유사한 수준으로 만든다.
실시예 9 : 상이한 응결 조절제
이 실시예에서는 가속화된 LC3의 조성물에서 상이한 응결 지연제가 광물 가속화제에 조합되었다: 3개의 상이한 용량의 타르타르산, 소듐 글루코네이트 및 시트르산. 가속화된 시스템을 순수한 PC 및 LC3 시스템과 비교하였다. 결과는 도 32 내지 35에 예시되어 있다.
지연제는 모르타르의 응결 시간에 영향을 미칠 것이며, 이는 초음파 곡선의 시작과 관련이 있을 수 있고: 모르타르를 통해 이동하는 초음파의 속도가 빠르게 증가하기 시작하는 순간이다. 0.36%의 타르타르산을 함유하는 가속화된 LC3의 시작은 2.5h에 발생하며; 투입량이 0.22%로 감소하면 0.8h에 시작되고 0.43%로 증가하면 약 4h에 시작된다. 응결 지연제 혼합제의 양을 조정함으로써 가속화된 LC3 시스템의 시작(및 따라서 응결 시간)을 쉽게 조절할 수 있다. 6h 강도는 물론 지연제의 투입량에 의해 영향을 받으며, 지연제의 양이 증가하면 감소하지만, 24h부터는 강도가 투입량과 상당히 독립적으로 된다. 28일에서 강도는 비가속화된 LC3 시스템의 56 MPa와 비교하여 상이한 양의 타르타르산을 함유하는 가속화된 시스템의 경우 77 MPa 내지 79 MPa 범위이다.
지연제의 다른 특성도 광물 가속화제와 함께 사용될 수 있다. 이 실시예에서는 긴 응결 시간을 보장하는 데 사용되는 강한 지연제인 소듐 글루코네이트과 짧은 응결 시간이 필요한 시스템에 사용되는 약한 지연제인 시트르산이 있는 시스템이 제시된다.
0.18%의 소듐 글루코네이트를 사용하면 가속화된 LC3는 0.43%의 타르타르산을 사용하는 시스템과 유사한 약 4시간에 시작된다. 그러나 6h 강도는 약간 감소한 반면 24h에서는 압축 강도가 두 지연제 모두 동일한 수준에 도달한다. 28일에 강도는 타르타르산보다 훨씬 더 양호하여 86 MPa에 이르며, 순수한 PC 시스템과 비교하여 43% 그리고 비가속화된 LC3과 비교하여 54% 증가한다.
시트르산을 사용하면 순수한 PC, 비가속화된 LC3 및 타르타르산을 함유하는 가속화된 LC3과 비교하여 모든 연령에서 성능이 개선된다. 실제로 이러한 매우 빠른 시스템에서 6h 강도가 가장 높아 12.5 MPa에 도달하고 28일 강도는 90 MPa에 도달하여, 비가속화된 LC3과 비교하여 61% 개선된다.
지연제 특성은 낮은 투입량을 고려할 때 결합제의 CO2 발자국에 거의 영향을 미치지 않는다. 그런 다음 이들의 선택은 예상되는 성능, 특히 원하는 응결 시간만을 기준으로 해야 한다. 시트르산과 같은 더 약한 지연제는 짧은 응결 시간이 필요한 시스템에 사용될 수 있으며 높은 6h 강도로 이어진다. 소듐 글루코네이트와 같은 더 강한 지연제는 몇 시간의 응결 시간을 얻을 수 있지만 얻어진 6h 강도는 약간 더 낮다. 24h에서 상이한 지연제로 얻은 강도는 유사하며, 수율도 LC3 시스템보다 32% 내지 52% 더 높다.
실시예 10 : 천연 포졸란을 함유하는 시멘트의 가속화
이 실시예에서 배합(blended) 시멘트는 65%의 CEM I과 35%의 Micrasil(천연 포졸란)을 혼합하여 구성되었다. 이 배합 시멘트는 광물 가속화제를 사용하여 가속화되었다.
28일 결과는 아직 이용 가능하지 않으므로, 가속화된 시스템과 비가속화된 시스템 사이의 비교는 1일 및 7일 강도에 기초하여 이루어진다. 결과는 도 36 내지 38에 예시되어 있다.
가속화제를 첨가하면 1일 강도가 14.4 MPa에서 22.0 MPa로 53% 증가하고 7일 강도는 19% 증가하여, 광물 가속화제가 천연 포졸란을 함유하는 낮은 CO2 시멘트의 강도 발현을 개선할 수 있음을 보여준다.
광물 가속화제를 첨가하면 결합제의 CO2 발자국이 4%만 증가하여 모든 연령에서 더 나은 수율을 얻을 수 있다. 1일에 가속화된 시스템의 수율은 비가속화된 시스템보다 47% 더 우수하고 7일에는 14% 개선된다.
실시예 11: CEM II 32.5N B/LL에 기초한 LC3의 가속화
이 실시예에서 CEM II 32.5N B/LL은 LC3-유사 시스템을 제조하기 위해 하소 점토에 조합되었지만 3개 대신 2개의 구성요소만 사용하였다. 실제로 CEM II B/LL에는 이미 석회석이 포함되어 있으므로 예를 들어 제한된 수의 사일로(silo)를 사용할 수 있는 건조-믹스 플랜트에서 편리할 수 있는 점토의 첨가만 필요하다. 결과는 도 39 내지 41에 예시되어 있다.
하소 점토로 CEM II의 20%를 대체하면 24시간 강도가 순수한 CEM II보다 약간 낮지만 28일 강도는 29% 더 높은 2-구성요소 LC3을 얻을 수 있다.
이러한 LC3-유사 시스템이 광물 가속화제를 사용하여 가속화되는 경우, 단기 및 장기 모두 훨씬 개선된다. 1일에 강도는 CEM II와 비교하여 106%, LC3-유사 시스템과 비교하여 151% 증가한다. 28일째에는 CEM II와 비교하여 97%, LC3-유사 시스템과 비교하여 53% 증가한다.
가속화된 시스템의 CO2 발자국은 LC3-유사 시스템과 매우 가깝고 CEM II보다 낮기 때문에, 강도가 크게 증가하여 1일과 28일 모두에서 훨씬 더 높은 수율을 얻을 수 있다.
초음파 측정은 하기와 같이 수행되었다:
초음파 장치를 사용하여 모르타르의 구조 또는 경화를 추적하였다. 신선한 모르타르를 직경 5 cm, 높이 5 cm의 원형 베이스가 있는 원통형 실리콘 몰드에 배치된다. 모르타르와 직접 접촉하는 몰드 한쪽의 개구부에는 초음파 방출기가 배치되어 있으며; 원형 섹션의 반대편에 있는 몰드의 또 다른 개구부에는 초음파 센서가 배치된다. 방출기 및 센서는 시간이 지남에 따라 구조화되고 경화되는 3 cm의 모르타르 층에 의해 분리된다. 초음파의 전파 속도는 모르타르의 강성에 의존하고, 경화될수록 초음파 속도가 빨라진다. 초음파의 속도는 24시간 동안 1초마다 기록되어, 시간 경과에 따른 속도의 변화를 보여주는 곡선을 그릴 수 있게 하며, 이는 모르타르의 경화와 직접적으로 상관관계가 있을 수 있다.
테스트된 2개의 GGBS-기초 결합제의 경우 도 21 내지 22에 표시된 초음파 측정에 표시된 바와 같이 가속화제가 첨가될 때 더 빠른 구조화가 관찰된다.
이러한 더 빠른 구조화는 6시간 압축 강도로 해석되며, 비가속화된 시스템이나 순수한 PC에는 없다. 24시간 강도는 가속화제의 사용으로 개선되어, PC+ GGBS+ 석회암 시스템의 경우 27% 그리고 PC+GGBS 시스템의 경우 34% 증가한다.
28일 강도 또한 가속화제의 첨가로 상당히 증가하여 순수한 PC보다 더 우수한 강도로 이어진다.
가속화제의 첨가로 인해 GGBS 함유 결합제의 CO2 발자국이 약간 증가함에도 불구하고 수율은 개선된다. 모든 GGBS 기초 시스템은 순수한 PC보다 훨씬 더 높은 수율을 가지며, 가속화된 시스템이 가장 높은 수율을 나타낸다. 실제로 가속화된 PC+ GGBS+ 석회암 시스템의 28일에서의 MPa/톤 CO2 수율은 비가속화된 시스템보다 8% 그리고 순수한 PC보다 178% 더 높으며, 가속화된 PC+GGBS의 경우 수율은 비가속화된 시스템보다 25% 그리고 순수한 PC보다 240% 더 우수하다.

Claims (18)

  1. 결합제 조성물로서,
    - 포틀랜드 시멘트 및/또는 미분 포틀랜드 시멘트 클링커,
    - 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC) 및/또는 칼슘 설포 알루미네이트 시멘트(CSA),
    - 선택적으로 칼슘 설페이트 공급원,
    - 포졸란 및/또는 잠재 수경성 물질
    을 포함하며,
    - 상기 결합제 조성물은 적어도 1.5%의 칼슘 설페이트를 포함하는, 결합제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    - 20 중량% 내지 90 중량%의 포틀랜드 시멘트(PC) 및/또는 미분 포틀랜드 시멘트 클링커,
    - 0.5 중량% 내지 40 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC) 및/또는 칼슘 설포 알루미네이트 시멘트(CSA),
    - 1.5 중량% 내지 44.5 중량%의 칼슘 설페이트 공급원,
    - 5 중량% 내지 50 중량%의 포졸란 물질
    을 포함하는, 결합제.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 50 중량% 내지 70 중량%의 포틀랜드 시멘트(PC) 및/또는 미분 포틀랜드 시멘트 클링커,
    - 2 중량% 내지 20 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC) 및/또는 칼슘 설포 알루미네이트 시멘트(CSA),
    - 2 중량% 내지 15 중량%의 칼슘 설페이트 공급원 ,
    - 10 중량% 내지 70 중량%의 포졸란 및/또는 잠재 수경성 물질
    을 포함하는, 결합제.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포졸란 물질은 하소 점토인, 결합제.
  5. 제1항에 있어서,
    - 0.5 중량% 내지 80 중량%의 포틀랜드 시멘트;
    - 0.5 중량% 내지 20 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC);
    - 0.5 중량% 내지 15 중량%의 칼슘 설페이트 공급원; 및
    - 20 중량% 내지 95 중량%의 잠재 수경성 물질
    을 포함하는, 결합제.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    - 0.5 중량% 내지 60 중량%의 포틀랜드 시멘트;
    - 0.5 중량% 내지 20 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC);
    - 0.5 중량% 내지 15 중량%의 칼슘 설페이트 공급원; 및
    - 40 중량% 내지 95 중량%의 잠재 수경성 물질
    을 포함하는, 결합제.
  7. 제1항, 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 잠재 수경성 물질은 고로 슬래그 미분말(ground granulated blast-furnace slag)인, 결합제.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    5 중량% 내지 40 중량%의 탄소질 광물을 추가로 포함하는, 결합제.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 응결 개질제(set modifier)를 추가로 포함하는, 결합제.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 개질제는 시트르산, 타르타르산, 소듐 글루코네이트, Na2CO3, K2CO3로 이루어진 군으로부터 선택되는, 결합제.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼슘 알루미네이트 시멘트는 30%(중량 기준) 내지 75%의 Al2O3 및 0.1% 내지 18%의 Fe2O3를 포함하는, 결합제.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼슘 알루미네이트 시멘트는 50%(중량 기준) 내지 98%의 비정질상(amorphous phase)을 포함하는, 결합제.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포졸란 물질은 1 중량% 내지 99 중량%의 메타카올린(MK)을 포함하는, 결합제.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 결합제를 물과 혼합하는 단계를 포함하는 건설 조성물의 제조 방법.
  15. 제14항에 따른 방법에 의해 수득 가능한, 건설 조성물.
  16. 제15항에 있어서,
    모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물인, 건설 조성물.
  17. 3D 프린팅에서의 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 결합제의 용도.
  18. 제15항 또는 제16항의 건설 조성물을 포함하는 건설 파트.
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