WO2011087304A2 - 복합 알칼리 활성화제를 포함하는 무시멘트 알칼리 활성결합재, 이를 이용한 모르타르 또는 콘크리트 - Google Patents

복합 알칼리 활성화제를 포함하는 무시멘트 알칼리 활성결합재, 이를 이용한 모르타르 또는 콘크리트 Download PDF

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양근혁
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Definitions

  • the present invention relates to a cement-based alkali-active binder, more specifically to cement, to improve the compressive strength of mortar and concrete using an alkali-activated binder as a binder, and to have low field applicability such as quickening characteristics, fluidity loss and economic efficiency.
  • a new compounding ratio of cementless alkaline active binders, mortars and concrete comprising the same, which can be improved.
  • cement or cement clinker
  • CaCO 3 a representative inorganic binder
  • Energy is consumed and a large amount of CO 2 gas is generated, which is at least 44% by weight of the cement production.
  • the carbon dioxide generated is about 7% of global greenhouse gas emissions.
  • IPCC 1 a specialized research institute for global warming and climate change, has no international efforts to reduce greenhouse gas concentrations in the atmosphere. Atmospheric temperatures are expected to continue to increase during the 21st century.
  • blast furnace slag generated in steel mills is actively utilized, the dependence of limestone can be lowered to reduce the environmental load, and the effects of global environmental problems such as industrial waste recycling can be expected, and the effect of improving the long-term strength and durability of concrete can be expected.
  • the present inventors have developed the Cemented Alkali Active Binder which improves the field applicability by adjusting the content and the mixing ratio of the alkali activator included in the Cemented Alkali Active Binder as a result of trying to solve the above disadvantages and problems of the prior art. By this, the present invention was completed.
  • an object of the present invention is to increase the compressive strength in the applied mortar and / or concrete, and at the same time, a cement-based alkali active binder containing a composite alkali activator of a new composition that can improve the low field applicability, such as fastening properties, fluidity loss, It is to provide a cementless mortar and concrete comprising the same.
  • Another object of the present invention is to combine the alkali activator in the optimum formulation, that is, by using a complex alkali activator to reduce the amount of addition of the alkali activator to obtain the required strength, including the cement cement alkali active binder with improved economic efficiency, To provide cement mortar and concrete.
  • Another object of the present invention is to provide a uniform strength than the existing alkali active binder is applied, excellent cement stability active material, excellent cement mortar and concrete comprising the same.
  • the present invention is at least one raw material selected from the group consisting of slag, fly ash, metakaolin; And it provides a cement-based alkaline active binder comprising a composite alkali activator containing an alkaline hydroxide and carbonate.
  • the raw material is included 88 to 96% by weight
  • the composite alkali activator is included from 4 to 12% by weight.
  • the complex alkali activator contains an alkali hydroxide and carbonate in a weight ratio of 2-4: 4-6.
  • the alkaline hydroxide is at least one selected from the group consisting of potassium hydroxide, sodium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, barium hydroxide.
  • the carbonate is at least one selected from the group consisting of potassium carbonate, sodium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate and barium carbonate.
  • the present invention provides a cement mortar, characterized in that it comprises a cement-based alkali active binder of any one of claims 1 to 5 in place of cement.
  • cementless alkaline active binder and sand is blended in a weight ratio of 1: 2 to 3.
  • the present invention provides a cementless concrete, characterized in that it comprises a cementless alkali active binder of any one of claims 1 to 5 in place of cement.
  • the present invention also provides a cementless concrete product, characterized in that made of the concrete of claim 8.
  • the concrete product comprises bricks, blocks, tiles, sewer pipes, boundary stones, concrete piles, prestressed concrete, concrete panels, concrete pipes, manholes, foam concrete, concrete structures. .
  • the present invention has the following excellent effects.
  • the alkali activator in an optimum formulation, that is, by using a complex alkali activator, the amount of addition of the alkali activator for obtaining the required strength can be reduced, thereby improving economic efficiency.
  • 1 is a graph showing three-dimensional compressive strength of cement mortar mortar 1 to 25 of the cement mortar 1 to 25 respectively prepared by applying the cement cement active material 1 to 25 prepared in accordance with embodiments of the present invention
  • FIG. 2 is a graph illustrating the relationship between the age and compressive strength of cement mortars 1 to 5 among the cement mortars shown in FIG. 1;
  • 3 is a bar graph showing the 28-day compressive strength of cement mortar 1 to 5 of the cement mortar shown in FIG.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the age and compressive strength of cement mortar 6 to 10 of the cement mortar shown in FIG.
  • FIG. 5 is a bar graph showing a compressive strength of 28 days of cement mortar 6 to 10 among the cement mortars shown in FIG. 1;
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the age and compressive strength of cement mortar 11 to 15 of the cement mortar shown in FIG.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the age and compressive strength of cement mortar 16 to 20 of the cement mortar shown in FIG.
  • FIG. 9 is a bar graph showing a compressive strength of 28 days of cement mortar 16 to 20 among the cement mortars shown in FIG. 1;
  • FIG. 11 is a bar graph showing the compressive strength of the 28-day compressive mortar mortar 21 to 25 of the cement mortar shown in Figure 1,
  • 12 to 14 are graphs showing the condensation characteristics of cement mortar according to the content of the composite alkali activator contained in the cement cement alkali active composite of the present invention.
  • Cementium alkali active binder comprising the composite alkali activator of the present invention is a cement-based alkali active binder that can replace cement, cement mortar or concrete containing the same, in particular any one of slag, fly ash, metakaolin as raw material using the above, and as activators alkali hydroxide ions (OH -) is that the use of the technical features for containing alkali hydroxide and carbonate ions (CO 3 2-) a complex alkali activation formulation containing the carbonate to a constant weight ratio of the first have.
  • the alkali activator in addition to the strength of the mortar or concrete applied by using a composite alkali activator in which two or more alkaline inorganic materials are blended in a specific compounding ratio, instead of the alkali activator that is used alone in the conventional cement active binder, that is, the alkaline inorganic material. This is because field applicability has been remarkably improved.
  • the present invention solves the problems of cement toxicity due to the use of cement and carbon dioxide (CO 2 ) generated during cement production, depletion of natural resources according to the production of cement, and improve the economics by reducing the amount of alkaline inorganic materials added In addition, it is possible to obtain a uniform strength and excellent product stability.
  • CO 2 carbon dioxide
  • the cementless alkaline active binder of the present invention contains 88 to 96% by weight of the raw material, 4 to 12% by weight of the composite alkali activator, the raw material may be used in the powder of 4,000 cm 2 / g or more
  • the slag may be any one or more of blast furnace slag, electric furnace slag, converter slag, preferably blast furnace slag is used.
  • the composite alkali activator preferably contains an alkali hydroxide and a carbonate in a weight ratio of 2 to 4: 4 to 6, more preferably an alkaline hydroxide and a carbonate are contained in a weight ratio of 3: 5.
  • the alkaline hydroxide is all compounds having alkalinity and containing ion OH (OH ⁇ ), preferably at least one selected from the group consisting of potassium hydroxide, sodium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide and barium hydroxide.
  • the carbonate is a salt in which hydrogen of carbonate is substituted with a metal, that is, a compound composed of carbon dioxide and a metal oxide or hydroxide, and contains carbonate (CO 3 2- ), preferably potassium carbonate, sodium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate It may be any one or more selected from the group consisting of barium carbonate.
  • a metal that is, a compound composed of carbon dioxide and a metal oxide or hydroxide, and contains carbonate (CO 3 2- ), preferably potassium carbonate, sodium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate It may be any one or more selected from the group consisting of barium carbonate.
  • GGBS finely ground blast furnace slag into a powder of a constant size, and refers to ground granulated blast furance slag.
  • the compounding weight ratio (W / B) of the water (W) and the cementless alkali active binder 1 (B) obtained in Example 1 is 50%, and the compounding weight ratio (B /) of the alkali active binder 1 (B) and the fine aggregate (A).
  • A) was 1: 1: 2.45 to mix and uniformly stirred to prepare Cement mortar 1.
  • cementium mortars 2 to 25 were prepared in the same manner as in Example 26, except that the cementless alkali active binders 2 to 25 obtained in Examples 2 to 25 were used instead of the cementless alkali active binder 1, respectively.
  • the mortar mortar 1 to 25 prepared in Examples 26 to 50 was cured at room temperature to form a cured product, and the compressive compressive strength according to the content of the composite alkali activator was tested and the results are shown in FIGS. 1 to 11. .
  • the combined alkali activator that is, the combination of sodium hydroxide and sodium carbonate had a notable effect on the coagulation characteristics of the cement mortar.
  • the increase in the amount of sodium hydroxide dominates the reduction of the mortar setting time, it can be seen that the coagulation characteristics are controlled by the addition of sodium carbonate, that is, the coagulation can be effectively delayed by increasing the amount of sodium carbonate.
  • the experimental results indicate that the cement-based alkali-activated binder according to the present invention uses a complex alkali activator containing hydroxide ions (OH ⁇ ) and carbonate ions (CO 3 2- ), that is, “hydroxyl (OH ⁇ ) +
  • the anionic groups of carbonate (CO 3 2- ) "are combined, the strength performance is improved as well as the composite alkali activation by enabling stable and uniform strength expression in the mortar and / or concrete to which the cementless alkali active binder is applied. It shows that the setting time can be controlled by adjusting the mixing ratio of the anion group of the agent.
  • the present invention can manufacture a cement cement secondary products including lightweight brick, brick, sidewalk block, shore block, fish block, sewage pipe, boundary stone, concrete pipe as concrete containing cement cement alkali active binder
  • cementless concrete structural members can also be manufactured.
  • the cementless concrete product of the present invention includes a non-sodium alkali active binder including a secondary concrete product and a concrete structural member. The strength expression is not only stable and uniform, but also the expressed strength can be maintained. This is improved.

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Abstract

본 발명은 무시멘트 알칼리활성결합재에 관한 것으로 보다 구체적으로는 시멘트를 대체하여 결합재로서 알칼리활성결합재가 사용되는 모르타르 및 콘크리트의 압축강도를 개선하는 동시에 급결특성, 유동성손실과 경제성 등 낮은 현장적용성까지 개선할 수 있는 새로운 배합비의 무시멘트 알칼리 활성결합재, 이를 포함하는 모르타르 및 콘크리트에 관한 것이다. 본 발명의 무시멘트 알칼리활성결합재에 의하면 원재료를 활성화시킬 수 있는 알칼리활성화제의 새로운 배합을 통해 기존에 알려진 무시멘트 알칼리활성결합재보다 경제성, 현장적용성에서 우수한 알칼리활성결합재를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 시멘트 사용에 따른 시멘트 독성 및 시멘트 제조시 발생되는 이산화탄소 (CO2), 시멘트 생산에 따른 천연자원의 고갈 등의 문제점을 해결할 수 있다.

Description

복합 알칼리 활성화제를 포함하는 무시멘트 알칼리 활성결합재, 이를 이용한 모르타르 또는 콘크리트
본 발명은 무시멘트 알칼리활성결합재에 관한 것으로 보다 구체적으로는 시멘트를 대체하여 결합재로서 알칼리활성결합재가 사용되는 모르타르 및 콘크리트의 압축강도를 개선하는 동시에 급결특성, 유동성손실과 경제성 등 낮은 현장적용성까지 개선할 수 있는 새로운 배합비의 무시멘트 알칼리 활성결합재, 이를 포함하는 모르타르 및 콘크리트에 관한 것이다.
일반적으로 건설 산업에 이용되는 모르터 및 콘크리트는 결합재, 물 및 골재로 구성되는데 이때 이용되는 대표적인 무기결합재인 시멘트(또는 시멘트 클링커)는 제조 공정 중에 원료의 주성분이 CaCO3 인 석회석을 열처리하는 과정에서 막대한 에너지가 소비되며, 시멘트 제조량의 44 중량% 이상인 다량의 CO2 가스가 발생하게 된다. 이 때 발생하는 이산화탄소가 전 세계 온실가스 방출량의 약 7%에 해당된다.
한편, 온실가스로 인한 기후변화 및 지구온난화는 이미 전 세계의 모든 국가에 심각한 위협이 되고 있으며 지구온난화 및 기후변화에 대한 전문 연구기관인 IPCC1는 대기 중 온실가스 농도를 낮추기 위한 국제적인 노력이 없을 경우 21세기 동안 대기온도는 지속적으로 증가할 것으로 전망하고 있다.
따라서 온실가스인 상기 CO2 배출 규제와 관련하여 시멘트 제조업종의 CO2 감축 목표치가 어떻게 설정되느냐에 따라 앞으로 시멘트 클링커의 생산량 감축이 불가피 할 것인데, 세계의 시멘트 수요량은 21세기 초반까지 매년 2.5 ∼ 5.8 % 정도 의 증가가 예상되고 있으므로, 교통의정서의 준수와 시멘트 수요의 증가를 동시에 충족시키기 위해서는 상기 CO2 의 배출이 감소되거나 전혀 없는 새로운 무기결합재의 개발이 시급하다.
현재 이러한 문제를 인식하고 CO2를 감소시키기 위해 국내외의 콘크리트 제조업체들은 친환경 콘크리트에 대한 관심 증가와 함께 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 제조시 방출되는 이산화탄소 감축을 위한 기술개발을 위해 노력하고 있다.
또한 미국 콘크리트 산업은 "Vision 2030 : A Vision for the Concrete Industry"에서 친환경 콘크리트를 만들기 위한 계획을 발표하였다. 시멘트산업에서의 탄산가스 문제는 원료 채굴로부터 소성, 분해, 수송 그리고 궁극적으로 건설에 이르기까지 각 단계에서의 에너지 절감문제를 적극적으로 고려하여야 하며 이러한 노력은 이에 대한 결과로서 고로슬래그나 플라이애시 등과 같은 산업부산물을 시멘트에 대해 일부 치환한 콘크리트의 사용이 점차 보편화되고 있다.
제철소에서 발생하는 고로슬래그를 적극 활용할 경우, 석회석 의존도를 낮추어 환경부하저감 효과와 더불어, 산업폐기물 재활용 이라는 지구환경문제 효과 또한 기대할 수 있으며 콘크리트의 장기강도 증진 및 내구성 증진의 효과도 기대할 수 있다.
이와 같은 또 다른 노력으로 시멘트의 부분대체재로 고로슬래그 또는 플라이애쉬를 혼입하고 알칼리활성화제를 사용하여 강도성능을 높인 알칼리활성결합재에 대한 연구가 국내외로 활발히 진행되고 있는 실정이다.
그런데, 콘크리트 분야의 친환경재료 개발을 목표로 선행 연구된 시멘트 대체재로서 사용되는 무시멘트 알칼리활성결합재들은 주로 규산나트륨을 활성화제로 사용한 무시멘트 알칼리활성콘크리트의 연구가 진행되었고 배합강도 모델이 제시되었다.
그러나 요구강도 확보를 위해 알칼리활성화제의 첨가량이 증가하여 초기 유동성을 빠르게 손실하고 급결하는 경향을 보였으며 또한 첨가량 증가에 따른 경제성측면에서도 제조단가 상승 등 낮은 현장적용성은 해결해야할 문제로 남겨진 상태이다.
따라서, 상술된 문제점이 해결된 새로운 조성의 무시멘트 알칼리활성결합재에 대한 기술개발의 필요성이 대두되었다.
본 발명자는 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과 무시멘트 알칼리활성결합재에 포함되는 알칼리활성화제의 함량 및 배합비를 조절하여 현장적용성을 향상시킨 무시멘트 알칼리활성결합재를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 적용된 모르타르 및/또는 콘크리트에서 압축강도를 개선하는 동시에 급결특성, 유동성손실 등 낮은 현장적용성까지 개선할 수 있는 새로운 조성의 복합 알칼리활성화제를 함유하는 무시멘트 알칼리 활성결합재, 이를 포함하는 무십멘트 모르타르 및 콘크리트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 알칼리 활성화제를 최적 배합으로 조합하여 즉 복합 알칼리 활성화제를 사용함으로써 필요강도를 얻기 위한 알칼리 활성화제의 첨가량을 감소시킬 수 있어 경제성이 개선된 무시멘트 알칼리 활성결합재, 이를 포함하는 무시멘트 모르타르 및 콘크리트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존 알칼리활성결합재가 적용된 것 보다 균일한 강도를 얻을 수 있어 제품안정성이 우수한 무시멘트 알칼리 활성결합재, 이를 포함하는 무시멘트 모르타르 및 콘크리트를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 슬래그, 플라이애쉬, 메타카올린으로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 원재료; 및 알칼리성수산화물과 탄산염을 함유하는 복합 알칼리활성화제를 포함하는 무시멘트 알카리 활성결합재를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 원재료는 88 내지 96중량%포함되고, 상기 복합 알칼리활성화제는 4 내지 12중량%로 포함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 복합 알칼리활성화제는 알칼리성수산화물과 탄산염이 2~4 : 4~6의 중량비로 함유된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 알칼리성 수산화물은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화바륨으로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 탄산염은 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산바륨으로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상이다.
또한, 본 발명은 시멘트를 대체하여 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 무시멘트 알칼리활성결합재를 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 모르타르를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 무시멘트 알칼리활성결합재와 모래는 1: 2~ 3의 중량비로 배합된다.
또한, 본 발명은 시멘트를 대체하여 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 무시멘트 알칼리활성결합재를 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트를 제공한다.
또한, 본 발명은 제 8 항의 콘크리트로 제조된 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 제품을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 콘크리트 제품은 벽돌, 블록, 타일, 하수관, 경계석, 콘크리트 파일, 프리스트레스트 콘크리트(Prestressed Concrete), 콘크리트 패널, 콘크리트 관, 맨홀, 기포(氣泡) 콘크리트, 콘크리트 구조물을 포함한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.
본 발명에 의하면. 적용된 모르타르 및/또는 콘크리트에서 압축강도를 개선하는 동시에 급결특성, 유동성손실 등 낮은 현장적용성까지 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 알칼리 활성화제를 최적 배합으로 조합하여 즉 복합 알칼리 활성화제를 사용함으로써 필요강도를 얻기 위한 알칼리 활성화제의 첨가량을 감소시켜 경제성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 기존 알칼리활성결합재가 적용된 것 보다 균일한 강도를 얻을 수 있어 제품안정성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 무시멘트 알칼리활성결합재1 내지 25를 적용하여 각각 제조된 무시멘트모르타르1 내지 25의 재령28일 압축강도를 3차원적으로 나타낸 그래프,
도 2는 도 1에 도시된 무시멘트모르타르들 중 무시멘트모르타르 1 내지 5의 재령과 압축강도 관계를 나타낸 그래프,
도 3은 도 1에 도시된 무시멘트모르타르들 중 무시멘트모르타르 1 내지 5의 재령28일 압축강도를 나타낸 막대그래프,
도 4는 도 1에 도시된 무시멘트모르타르들 중 무시멘트모르타르 6 내지 10의 재령과 압축강도 관계를 나타낸 그래프,
도 5은 도 1에 도시된 무시멘트모르타르들 중 무시멘트모르타르 6 내지 10의 재령28일 압축강도를 나타낸 막대그래프,
도 6은 도 1에 도시된 무시멘트모르타르들 중 무시멘트모르타르 11 내지 15의 재령과 압축강도 관계를 나타낸 그래프,
도 7은 도 1에 도시된 무시멘트모르타르들 중 무시멘트모르타르 11 내지 15의 재령28일 압축강도를 나타낸 막대그래프,
도 8는 도 1에 도시된 무시멘트모르타르들 중 무시멘트모르타르 16 내지 20의 재령과 압축강도 관계를 나타낸 그래프,
도 9은 도 1에 도시된 무시멘트모르타르들 중 무시멘트모르타르 16 내지 20의 재령28일 압축강도를 나타낸 막대그래프,
도 10은 도 1에 도시된 무시멘트모르타르들 중 무시멘트모르타르 21 내지 25의 재령과 압축강도 관계를 나타낸 그래프,
도 11은 도 1에 도시된 무시멘트모르타르들 중 무시멘트모르타르 21 내지 25의 재령28일 압축강도를 나타낸 막대그래프,
도 12 내지 도 14는 본 발명의 무시멘트 알칼리 활성 복합재에 포함된 복합 알칼리활성화제의 함량에 따른 무시멘트 모르타르들의 응결특성을 나타낸 그래프.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들 및 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 복합 알칼리 활성화제를 포함하는 무시멘트 알칼리 활성결합재는 시멘트를 대체할 수 있는 무시멘트 알칼리 활성 결합재, 이를 포함하는 무시멘트 모르타르 또는 콘크리트로서 특히 원재료로서 슬래그, 플라이애쉬, 메타카올린 중 어느 하나 이상을 사용하고, 알칼리활성화제로서 수산화이온(OH-)을 함유하는 알칼리성수산화물과 탄산이온(CO3 2-)을 함유하는 탄산염을 일정 중량비로 배합한 복합 알칼리활성화제를 사용한 것에 그 기술적 특징이 있다.
즉, 본 발명에서는 기존 무시멘트 알칼리 활성결합재에 단독으로 사용되던 알칼리활성화제 즉 알칼리성 무기질 재료 대신 2가지 이상의 알칼리성 무기질 재료가 특정 배합비로 배합된 복합 알칼리 활성화제를 사용함으로써 적용된 모르타르 또는 콘크리트의 강도뿐만 아니라 현장적용성이 현저하게 개선되었기 때문이다.
또한, 본 발명은 시멘트 사용에 따른 시멘트 독성 및 시멘트 제조시 발생되는 이산화탄소(CO2), 시멘트 생산에 따른 천연자원의 고갈 등의 문제점을 해결하고, 알칼리성 무기질 재료의 첨가량을 감소시킴으로써 경제성을 개선시킬 뿐만 아니라 균일한 강도를 얻을 수 있어 제품안정성이 우수하다.
보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 무시멘트 알칼리활성결합재는 원재료는 88 내지 96중량%포함하고, 복합 알칼리활성화제는 4 내지 12중량% 포함하는데, 원재료는 분말도 4,000 cm2/g 이상의 것이 사용될 수 있으며 특히 슬래그는 고로슬래그, 전기로슬래그, 전로슬래그 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있는데, 바람직하게는 고로슬래그가 사용된다.
또한, 복합 알칼리활성화제는 알칼리성수산화물과 탄산염이 2~4 : 4~6의 중량비로 함유되는 것이 바람직한데, 보다 바람직하게는 알칼리성수산화물과 탄산염이 3:5의 중량비로 함유되는 것이다.
여기서, 알칼리성 수산화물은 알칼리성을 띠고 수산화이온(OH-)을 함유하는 모든 화합물로서, 바람직하게는 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화바륨으로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 탄산염은 탄산의 수소가 금속으로 치환된 염 즉 이산화탄소와 금속산화물 또는 수산화물로 구성되는 화합물로서 탄산이온(CO3 2-)을 함유하는데, 바람직하게는 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산바륨으로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
이하 실시예들에서 사용되는 "GGBS"는 고로슬래그를 일정한 크기의 분말로 미분쇄한 것으로 고로슬래그 미분말(Ground Granulated Blast Furance Slag)을 의미한다.
실시예1
GGBS 96중량%, 수산화나트륨 2중량%, 탄산나트륨 2중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재1을 제조하였다.
실시예2
GGBS 95중량%, 수산화나트륨 2중량%, 탄산나트륨 3중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재2를 제조하였다.
실시예3
GGBS 94중량%, 수산화나트륨 2중량%, 탄산나트륨 4중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재3을 제조하였다.
실시예4
GGBS 93중량%, 수산화나트륨 2중량%, 탄산나트륨 5중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재4을 제조하였다.
실시예5
GGBS 92중량%, 수산화나트륨 2중량%, 탄산나트륨 6중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재5를 제조하였다.
실시예6
GGBS 95중량%, 수산화나트륨 3중량%, 탄산나트륨 2중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재6을 제조하였다.
실시예7
GGBS 94중량%, 수산화나트륨 3중량%, 탄산나트륨 3중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재7을 제조하였다.
실시예8
GGBS 93중량%, 수산화나트륨 3중량%, 탄산나트륨 4중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재8을 제조하였다.
실시예9
GGBS 92중량%, 수산화나트륨 3중량%, 탄산나트륨 5중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재9을 제조하였다.
실시예10
GGBS 91중량%, 수산화나트륨 3중량%, 탄산나트륨 6중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재10을 제조하였다.
실시예11
GGBS 94중량%, 수산화나트륨 4중량%, 탄산나트륨 2중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재11을 제조하였다.
실시예12
GGBS 93중량%, 수산화나트륨 4중량%, 탄산나트륨 3중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재12를 제조하였다.
실시예13
GGBS 92중량%, 수산화나트륨 4중량%, 탄산나트륨 4중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재13을 제조하였다.
실시예14
GGBS 91중량%, 수산화나트륨 4중량%, 탄산나트륨 5중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재14를 제조하였다.
실시예15
GGBS 90중량%, 수산화나트륨 4중량%, 탄산나트륨 6중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재15를 제조하였다.
실시예16
GGBS 93중량%, 수산화나트륨 5중량%, 탄산나트륨 2중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재16을 제조하였다.
실시예17
GGBS 92중량%, 수산화나트륨 5중량%, 탄산나트륨 3중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재17를 제조하였다.
실시예18
GGBS 91중량%, 수산화나트륨 5중량%, 탄산나트륨 4중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재18을 제조하였다.
실시예19
GGBS 90중량%, 수산화나트륨 5중량%, 탄산나트륨 5중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재19를 제조하였다.
실시예20
GGBS 89중량%, 수산화나트륨 5중량%, 탄산나트륨 6중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재20을 제조하였다.
실시예21
GGBS 92중량%, 수산화나트륨 6중량%, 탄산나트륨 2중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재21을 제조하였다.
실시예22
GGBS 91중량%, 수산화나트륨 6중량%, 탄산나트륨 3중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재22를 제조하였다.
실시예23
GGBS 90중량%, 수산화나트륨 6중량%, 탄산나트륨 4중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재23을 제조하였다.
실시예24
GGBS 89중량%, 수산화나트륨 6중량%, 탄산나트륨 5중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재24을 제조하였다.
실시예25
GGBS 88중량%, 수산화나트륨 6중량%, 탄산나트륨 6중량%를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재25를 제조하였다.
실시예26
물(W)과 실시예1에서 얻어진 무시멘트 알칼리활성결합재1(B)의 배합중량비(W/B)가 50%이고, 알칼리활성결합재1(B)와 잔골재(A)의 배합중량비(B/A)가 1: 2.45가 되도록 배합하여 균일하게 교반하여 무시멘트모르타르1을 제조하였다.
실시예27 내지 실시예50
무시멘트알칼리활성결합재1 대신 실시예2 내지 실시예25에서 얻어진 무시멘트알칼리활성결합재2 내지 25를 각각 사용한 것을 제외하면 실시예26과 동일한 방법으로 무시멘트모르타르2 내지 25를 각각 제조하였다.
실험예1
실시예26 내지 실시예50에서 제조된 무시멘트모르타르1 내지 25를 실온에서 양생하여 경화체를 형성하였으며 복합 알칼리활성화제의 함량에 따른 재령압축강도를 실험하여 그 결과를 도 1 내지 도11에 도시하였다.
도 1 내지 도 11은 을 참조하면, 무시멘트모르타르에 적용된 무시멘트 알칼리활성결합재에 포함된 복합 알칼리활성화제의 함량이 8~10중량%이면 30MPa이상의 강도가 발현되었음을 알 수 있다.
또한, 실시예1 내지 실시예5에서 얻어진 무시멘트알칼리활성결합재(NaOH 2중량%) 및 실시예6 내지 실시예10에서 얻어진 무시멘트알칼리활성결합재(NaOH 3중량%)에서는 탄산나트륨(Na2CO3)첨가량이 5중량%까지 증가할 때 압축강도는 선형적으로 증가하다가 그 이상이 첨가될 경우에는 강도가 하락하는 경향성을 보였다. 그러나 실시예11 내지 실시예25에서 얻어진 무시멘트알칼리활성결합재(NaOH 4중량%이상)에서는 탄산나트륨의 첨가량이 증가할 때 지속적으로 압축강도가 상승하는 결과를 확인할 수 있었다.
실험예 2
실시예26 내지 실시예50에서 제조된 무시멘트모르타르1 내지 25를 이용하여 복합 알칼리활성화제의 함량에 따른 무시멘트 모르타르들의 응결특성을 실험하였고 그 결과를 도12 내지 도 14에 나타내었다.
도12 내지 도 14를 참조하면, 복합 알칼리활성화제 즉 수산화나트륨과 탄산나트륨의 조합은 무시멘트 모르타르의 응결특성에도 주목할 만한 영향을 미쳤음을 알 수 있다.
즉, 수산화나트륨을 단독으로 첨가하는 경우에는 첨가량이 증가됨에 따라 응결시간이 감소되고 있는 결과와 비교할 때 탄산나트륨이 수산화나트륨과 조합되어 첨가되면 전체 복합 알칼리활성화제의 첨가량을 비교할 때 탄산나트륨의 첨가량이 증가할수록 응결시간을 증가함을 알 수 있다.
이것은 특히 수산화나트륨 6중량%의 응결곡선과 수산화나트륨 3중량%와 탄산나트륨 4중량%, 5중량%가 조합된 응결곡선에서 확인할 수 있다.
또한 수산화나트륨의 첨가량 증가가 모르타르의 응결시간 감소에 지배적으로 작용하는데, 이러한 응결특성이 탄산나트륨을 첨가시키게 되면 제어되는데 즉 탄산나트륨의 첨가량을 증가시킴에 따라 응결이 효과적으로 지연될 수 있음을 알 수 있다.
구체적으로 개시하지는 않았지만 이상의 실험결과들은 콘크리에서도 동일하였다.
따라서, 상기 실험결과들은 본 발명에 따른 무시멘트 알칼리 활성 결합재가 수산화이온(OH-)과 탄산이온(CO3 2-)을 함유한 복합 알칼리활성화제를 사용함으로써 즉 "수산화이온(OH-) +탄산이온(CO3 2-)"의 음이온 그룹이 조합되면, 상기 무시멘트 알칼리 활성 결합재가 적용된 모르타르 및/또는 콘크리트에서 안정적이고 균일한 강도 발현을 가능하게 함으로써 강도성능이 개선될 뿐만 아니라 복합 알칼리활성화제의 음이온그룹의 배합비를 조절하여 응결시간을 제어할 수 있는 것을 보여준다.
또한, 본 발명은 무시멘트 알칼리활성결합재를 포함하는 콘크리트로 경량 벽돌, 벽돌, 보도블록, 호안블록, 어도블록, 하수관, 경계석, 콘크리트 관을 포함하는 무시멘트 콘크리트 2차제품을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 무시멘트 콘크리트 구조부재 또한 제조할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 무시멘트 콘크리트제품은 콘크리트 2차제품 및 콘크리트 구조부재를 포함하는 비나트륨계 알칼리활성결합재를 포함하는데, 그 강도발현이 안정적이고 균일할 뿐만 아니라 발현된 강도가 유지될 수 있어 품질이 향상된다.
또한, 실시예로 나타내지는 않았으나 상기와 같은 실험결과는 무시멘트 알칼리활성결합재에 포함되는 복합 알칼리활성화제에 포함되는 음이온 그룹 즉 "수산화이온(OH-) +탄산이온(CO3 2-)"이 일정 배합비로 존재하게 되면 음이온과 결합되는 양이온이 달라져도 예를 들어 수산화바륨과 탄산칼슘의 조합이 복합 알칼리활성화제로 사용된 경우도 유사하였다. 또한, 상술된 실시예 및 실험예에 사용된 무시멘트 알칼리활성결합재의 고로슬래그를 대체하여 플라이애쉬를 사용하여도 상술한 바와 유사한 결과를 얻을 수 있었다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (10)

  1. 슬래그, 플라이애쉬, 메타카올린으로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 원재료; 및
    알칼리성수산화물과 탄산염을 함유하는 복합 알칼리활성화제를 포함하는 무시멘트 알카리 활성결합재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원재료는 88 내지 96중량%포함되고, 상기 복합 알칼리활성화제는 4 내지 12중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 알카리 활성결합재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 알칼리활성화제는 알칼리성수산화물과 탄산염이 2~4 : 4~6의 중량비로 함유되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 알카리 활성결합재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 알칼리성 수산화물은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화바륨으로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리활성결합재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄산염은 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산바륨으로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 무시멘트 알칼리활성결합재.
  6. 시멘트를 대체하여 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 무시멘트 알칼리활성결합재를 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 모르타르.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 무시멘트 알칼리활성결합재와 모래는 1: 2 ~ 3의 중량비로 배합되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 모르타르.
  8. 시멘트를 대체하여 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 무시멘트 알칼리활성결합재를 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트.
  9. 제 8 항의 콘크리트로 제조된 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 제품.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 콘크리트 제품은 벽돌, 블록, 타일, 하수관, 경계석, 콘크리트 파일, 프리스트레스트 콘크리트(Prestressed Concrete), 콘크리트 패널, 콘크리트 관, 맨홀, 기포(氣泡) 콘크리트, 콘크리트 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 제품.
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