KR20140043493A - 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 - Google Patents
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Abstract
보그식에 의한 계산값의 광물 조성이 C3S＞70% 또한 C2S＜5%이고, L.S.D.가 1을 초과하며, 유리석회량이 0.5∼7.5중량%인 고활성 시멘트 클링커에 석고를 SO3 환산으로 1.5∼4.0중량% 첨가하여 이루어지는 고활성 시멘트 60∼97중량%와, 고로슬래그, 무수석고, 석회석 미분말, 포졸란 물질 중 1종 이상으로 이루어지는 무기 혼화재 3∼40중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물이고, 먼저 개발된 고 C3S이고 또한 극저 C2S의 고활성 시멘트의 유효 이용을 도모함과 함께, 한랭지와 같은 저온 환경하 혹은 중성화가 진행되기 쉬운 환경하에서 이용하는 콘크리트나 모르타르의 시멘트로서 적절한 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물을 제공한다.
Description
본원발명은, 클링커 중의 보그식에 의한 계산값의 광물 조성이 C3S＞70% 또한 C2S＜5%의 고활성 시멘트를 모체로 한 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물로, 혼합 시멘트와 비슷한 것이어도 보통 포틀랜드 시멘트와 같은 강도 발현성과 중성화 억제 성능을 가져, 한랭지와 같은 저온 환경하 혹은 중성화가 진행되기 쉬운 환경하에서 이용하는 콘크리트나 모르타르의 시멘트로서 적절한 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물에 관한 것이다.
최근, 지구온난화 방지책의 하나로 이산화탄소의 배출량의 삭감이 요구되고 있어 시멘트 업계에서도 당해 삭감에 몰두하여 왔는데, 삭감책의 하나로 포틀랜드 시멘트에 고로슬래그나 플라이 애시 등의 무기 혼화재를 혼화한 혼합 시멘트, 시멘트 조성물의 활용이 주목되고 있다.
이러한 혼합 시멘트, 시멘트 조성물을 활용하면, 시멘트 소성에 수반되는 연료로부터 발생하는 이산화탄소의 삭감뿐만 아니라, 주원료인 석회석의 탈(脫)탄산에 의한 이산화탄소의 발생도 삭감할 수 있다. 또한, 일반적으로, 고로슬래그나 플라이 애시 등의 무기 혼화재를 혼화한 혼합 시멘트, 시멘트 조성물은, 포틀랜드 시멘트와 비교하여 저열, 차염성(遮鹽性), 내황산염성, 알칼리 골재 반응 억제라는 점에서 우수하므로, 성능면에서도 니즈가 높아지고 있다.
그러나, 몇가지 결점도 있고, 그 하나로서, 상기 혼합 시멘트, 시멘트 조성물은 포틀랜드 시멘트에 비하여 알칼리분(주로 칼슘분)이 적어 중성화가 진행되기 쉽다는 점이 있다. 중성화 억제에 대해서는 종래부터 검토되고 있고, 예를 들면, 특허문헌 1에는 제강슬래그, 고로슬래그 미분말 및 플라이 애시와, 또한, 포틀랜드 시멘트, 고로 시멘트, 플라이 애시 시멘트 및 소석회의 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는, 중성화가 진행되기 쉬운 환경하에서도 철근의 부식을 억제하는 시멘트 조성물이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는 (A) 고로슬래그 분말, 플라이 애시, 실리카흄에서 선택되는 1종 이상의 분말과, (B) 2CaO·SiO2 및 2CaO·Al2O3·SiO2를 함유하고, 2CaO·SiO2 100질량부에 대하여, 2CaO·Al2O3·SiO2+4CaO·Al2O3·Fe2O3가 10∼100질량부이며, 3CaO·Al2O3의 함유량이 20질량부 이하인 소성물의 분쇄물과, (C) 석고와, (D) 포틀랜드 시멘트 클링커 분쇄물을 포함하는 내중성화 특성이 양호한 시멘트 조성물이 개시되어 있다.
또한, 상기 혼합 시멘트, 시멘트 조성물에서의 결점의 다른 하나로서, 단기 재령(材令)에서의 강도 발현성이 작고, 특히 겨울과 같은 저온하에서는 좋지 않다는 점이 있다.
저온하에서의 강도 발현성의 개선에 대해서도 검토되고 있고, 예를 들면, 특허문헌 3에는 3CaO·SiO2 함유량이 60중량% 이상이고 블레인 값이 3500∼7000㎠/g인 시멘트 100중량부에 대하여, 무수석고 100중량부, 황산알루미늄을 무수물 환산으로 20∼150중량부, 알루민산알칼리금속염 5∼15중량부, 및 알칼리금속 또는 알칼리토류금속의 질산염 및/또는 아질산염을 20∼150중량부 함유하여 이루어지는 시멘트 혼화재 2∼10중량부를 함유하여 이루어지는 시멘트 조성물이 개시되어 있다.
또한, 상기 중성화와 상기 저온 환경하에서의 강도 발현의 양쪽 문제의 해결을 도모한 것으로 특허문헌 4가 있다. 여기에는, 블레인 비표면적이 6000∼10000㎠/g이고 유리화율 70% 이상인 CaO 40∼55질량%, Al2O3 25∼40질량%, SiO2 10∼25질량% 및 Li2O 1∼10질량%의 CaO-Al2O3-SiO2-Li2O계 유리 100질량부와, 블레인 비표면적이 2000∼8000㎠/g인 γ-2CaO·SiO2 5∼300질량부를 함유하여 이루어지는, 저온 환경하에서의 강도 발현성과 내황산염 저항성과 중성화 저항성이 우수한 수경성(水硬性) 시멘트 조성물이 개시되어 있다.
상기 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 나타내는 바와 같이, 중성화 억제를 도모한 시멘트 조성물은 몇 가지 알려져 있지만, 사용되고 있는 시멘트가 종래의 포틀랜드 시멘트, 혼합 시멘트이기 때문에 단기 강도 발현이 양호하다고는 할 수 없어, 저온 환경하에서의 단기 강도를 충분히 확보할 수 없게 되는 경우가 있다.
또한, 특허문헌 3에 나타내는 바와 같이, 저온하에서의 강도 발현성의 개선을 도모한 시멘트 조성물도 알려져 있으나, 중성화 억제를 고려한 혼합 시멘트가 아니고, 경화촉진제 등의 다양한 첨가재를 병용하고 있기 때문에 고가의 것이 되어 버린다.
특허문헌 4에는 저온 환경하에서의 강도 발현성과 중성화 저항성이 우수한 수경성 시멘트 조성물이 개시되어 있으나, 특수한 화학 조성의 수경성 조성물이기 때문에 제조하기 어려워 범용성이 부족하다.
한편, 본원 발명자들은, 본원발명에 앞서, 고 C3S이고 유리석회가 있고 극저 C2S의 「고활성 시멘트」를 개발하였다.(일본국 특원2011-35810 참조) 이 시멘트는, 조강 포틀랜드 시멘트보다 수화(水和) 활성이 높아, 시멘트 소성 원료로서 산업 폐기물도 사용할 수 있는 종래의 규격에는 적합하지 않은 시멘트이다.
본원발명은, 상기 과제에 비추어서, 상기 「고활성 시멘트」의 유효 이용을 도모함과 함께, 혼합 시멘트와 비슷한 것이어도 보통 포틀랜드 시멘트와 같은 강도 발현성과 중성화 억제 성능을 가짐으로써, 한랭지와 같은 저온 환경하 혹은 중성화가 진행되기 쉬운 환경하에서 이용하는 콘크리트나 모르타르의 시멘트로서 적절한 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원발명은, 보그식에 의한 계산값의 광물 조성이 C3S＞70% 또한 C2S＜5%이고, L.S.D.가 1을 초과하며, 유리석회량이 0.5∼7.5중량%인 고활성 시멘트 클링커에 석고를 SO3 환산으로 1.5∼4.0중량% 첨가하여 이루어지는 고활성 시멘트 60∼97중량%와, 고로슬래그, 무수석고, 석회석 미분말, 포졸란 물질 중 1종 이상으로 이루어지는 무기 혼화재 3∼40중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물이다.
고활성 시멘트 클링커란, 수화 활성이 높고, 당해 시멘트 클링커에 의한 시멘트의 컨덕션 칼로리미터에서의 수화 발열 속도의 피크치가 조강 시멘트 클링커 상당의 클링커에 의한 시멘트의 그것보다 크고, 또한, 수화 발열량이 조강 시멘트 클링커 상당의 클링커에 의한 시멘트의 그것보다 많은 클링커를 말한다.
이 고활성 시멘트 클링커는, 광물 조성이 보그식에 의한 계산값으로, C3S＞70%, C2S＜5%이고, 바람직하게는 C2S＜3%이다.
C3S가 70% 이하에서는, 종래의 조강 시멘트와 동등 이상의 수화 활성을 가지는 고활성 시멘트를 얻기 어려워진다. 또한, 환경조건에 따라서는 중성화 억제가 불충분하게 될 우려가 있다.
C2S가 5% 이상이면 칼슘알루미네이트계 광물이나 비정질물 등으로 이루어지는 간극상(間隙相)이 적어지므로 고활성 시멘트 클링커를 소성하기 어려워지거나 알루미늄분을 많이 포함하는 산업 폐기물의 시멘트 소성 원료로서의 사용이 어려워진다.
또한, 종래의 조강 시멘트에서는, 시멘트 클링커의 L.S.D.(석회 포화도)가 1이하가 되도록 시멘트 소성 원료의 조합이 이루어지나, 본 발명의 고활성 시멘트 클링커에서는, L.S.D.＞1이다. L.S.D.＞1이 되도록 시멘트 소성 원료를 조합함으로써, C3S＞70%, C2S＜5%의 고활성 시멘트 클링커를 얻기 쉬워진다.
상기와 같이, 본 발명의 고활성 시멘트 클링커에서는, L.S.D.＞1이므로, 시멘트 클링커 중에 유리석회를 포함하게 되나, 그 양을 0.5∼7.5중량%로 한정한다.
0.5중량% 미만에서는, 고온의 소성 또는 소성대의 위치·길이가 변화하여 킬른 내부의 벽돌이 파손되는 경우가 있다. 7.5중량%를 초과하면, 시멘트 클링커 중의 유리석회의 수화에 의해 과잉된 팽창을 하는 경우가 있다.
고활성 시멘트는, 상기 고활성 시멘트 클링커에 석고를 SO3 환산으로 1.5∼4.0중량%가 되도록 첨가하여 이루어지는 것이다. 1.5중량% 미만에서는 시멘트 클링커 중의 C3A가 급결하여 콘크리트 제품을 제조할 때에 충분한 작업시간을 확보할 수 없는 경우가 있다. 4.0중량%를 초과하면, 시멘트의 경화 후에 미반응의 석고에 의해 지연 팽창이 생기는 경우가 있다.
이 고활성 시멘트는, 상기 고활성 시멘트 클링커를 모체로 하고 있으므로, 조강 포틀랜드 시멘트 이상의 수화 활성을 가진다. 또한, 종래의 시멘트 규격에 얽매이는 것이 아니므로, 시멘트 규격이 중시되어 포틀랜드 시멘트 등이 아니면 안되는 용도에는 사용하기 어려우나, 그렇지 않으면 폭넓게 쓸 수 있는 범용성이 높은 시멘트이다.
또한, 실리카분에 비하여 칼슘분이 많고 유리석회도 포함하므로 수산화칼슘을 생성하기 쉬워 중성화 억제에 대하여 유효하다.
본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물은, 상기 고활성 시멘트 60∼97중량%와, 고로슬래그, 무수석고, 석회석 미분말, 포졸란 물질 중 1종 이상으로 이루어지는 무기 혼화재 3∼40중량%로 이루어지는 것이다.
상기 고활성 시멘트를 이용하여, 이 고활성 시멘트의 배합 비율을 넉넉하게 함으로써, 다양한 무기염이나 유기 폴리머로 이루어지는 화학 첨가제를 이용하지 않아도, 단기 강도 발현성, 특히 저온하에서의 단기 강도 발현성이 우수하고, 중성화 억제 능력도 있는 시멘트 조성물이 얻어진다.
본원발명에서 이용하는 무기 혼화재는, 고로슬래그, 무수석고, 석회석 미분말, 포졸란 물질 중 1종 이상으로 이루어지는 것이다.
고로슬래그는 종래부터 고로 시멘트나 시멘트 혼화재나 시멘트 조성물에 이용되고 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 고로슬래그는 단일 성분으로 이용해도 다른 무기 혼화 재료와 조합하여 이용해도 된다. 고로슬래그는 유동성의 확보, 장기 강도의 신장, 수화열의 억제, 차염성에 기여한다.
무수석고도 종래부터 시멘트 혼화재나 시멘트 조성물에 이용되고 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 무수석고는 유동성의 확보, 단기 강도의 신장, 수축의 억제에 기여한다. 무수석고는 다른 무기 혼화 재료와 조합하여 이용하는 것이 바람직하다.
석회석 미분말도 종래부터 시멘트 혼화재나 시멘트 조성물에 이용되고 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 석회석 미분말은 유동성의 확보, 단기 강도의 신장, 수축의 억제에 기여한다. 석회석 미분말도 다른 무기 혼화 재료와 조합하여 이용하는 것이 바람직하다.
포졸란 물질로는, 실리카흄, 메타카올린, 활성 실리카분(粉), 규조토, 왕겨재, 활성 백토, 플라이 애시 미분(微粉), 플라이 애시 조분(粗粉) 등의 종래부터 시멘트 혼화 재료로서 이용하고 있는 것을 들 수 있다. 포졸란 물질은 강도 발현, 유동성의 확보, 수화열의 억제에 기여한다. 포졸란 물질은 단일 성분으로 이용해도 다른 무기 혼화 재료와 조합하여 사용해도 된다.
본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물에서, 고활성 시멘트의 함유량은 60∼97중량%이다.
60중량% 미만(무기 혼화재가 40중량% 이상)에서는 저온 환경하에서 충분한 강도가 얻어지지 않거나 중성화가 진행되기 쉬운 환경하에서의 중성화를 억제할 수 없는 경우가 있다. 97중량%를 초과(무기 혼화재가 3중량% 이하)하면 상기 무기 혼화재를 혼화한 것에 의한 효과가 충분히 얻어지지 않아, 종래의 혼합 시멘트가 가지는 작용 효과(예를 들면, 저열, 차염성, 내황산염성 등)를 얻기 어려워져 혼합 시멘트 상당의 것이라고는 말하기 어려워진다.
상기 본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물에서, 무기 혼화재의 바람직한 형태는 복수개 있고, 이들 중의 어느 것을 이용해도 된다. 하기의 각 계(系)에서 각 구성 재료가 하기의 범위에 있으면, 강도 개선이나 중성화 억제뿐만 아니라, 종래의 혼합 시멘트가 가지고 있는 성능(예를 들면, 저열, 차염성, 내황산염성 등)과 동등한 성능도 얻기 쉬워진다.
<고로슬래그-석회석 미분말계 무기 혼화재>
바람직한 형태의 하나로서, 고로슬래그-석회석 미분말계가 있다. 이 계는, 수축이나 발열도 억제하고 싶고, 비용을 억제하고 싶은 경우 등에 이용하면 된다. 산업 부산물인 고로슬래그의 유효 활용도 도모할 수 있다. 이 계에서는 상기 무기 혼화재가 고로슬래그와 석회석 미분말로 이루어지고, 상기 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 2∼39중량%, 상기 석회석 미분말의 함유량이 1∼10중량%이다.
고로슬래그의 함유량을 2∼39중량%로 하는 것은, 2중량% 미만에서는 첨가 효과가 충분히 얻어지지 않거나 39중량%를 초과하면 단기 강도의 발현성이 나빠지는 경우가 있기 때문이다.
또한, 석회석 미분말의 함유량을 1∼10중량%로 하는 것은, 1중량% 미만에서는 첨가 효과가 충분히 얻어지지 않거나 10중량%를 초과하면 장기 강도의 신장이 불충분하게 되는 경우가 있기 때문이다.
<고로슬래그-석회석 미분말-무수석고계 무기 혼화재>
바람직한 형태의 다른 하나로서, 고로슬래그-석회석 미분말-무수석고계가 있다. 이 계는 상기 고로슬래그-석회석 미분말계에 무수석고를 가한 것이다. 무수석고를 가함으로써 에트린자이트의 생성이 증가하므로, 저온 환경하에서의 초기 강도 발현성을 더 높일 수 있다.
이 계는, 수축도 억제하고 싶고, 황산염 등의 내약품성도 얻고 싶은, 즉탈(卽脫) 제품을 제조하는 경우 등에 이용하면 된다. 이 계에서는 상기 무기 혼화재가 고로슬래그와 석회석 미분말과 무수석고로 이루어지고, 상기 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 1∼38중량%, 상기 석회석 미분말의 함유량이 1∼10중량%, 상기 무수석고의 함유량이 1∼5중량%이다.
고로슬래그의 함유량을 1∼38중량%로 하는 것은 상기 이유와 동일하다. 석회석 미분말의 함유량을 1∼10중량%로 하는 것도 상기 이유와 동일하다. 무수석고의 함유량을 1∼5중량%로 하는 것은, 1중량% 미만에서는 첨가 효과가 충분히 얻어지지 않거나 하는 경우가 있고, 5중량%를 초과하면 지연 팽창이 발생할 가능성이 생기기 때문이다. 또한, 고로슬래그의 적절한 함유량의 범위가 상기 계와 조금 어긋나는 이유는, 무수석고가 더 가해진 것에 의한 것이다.
<고로슬래그-포졸란 물질-석회석 미분말-무수석고계 무기 혼화재>
바람직한 형태의 다른 하나로서, 고로슬래그-포졸란 물질-석회석 미분말-무수석고계가 있다. 이 계는 상기 고로슬래그-석회석 미분말-무수석고계에 포졸란 물질을 가한 것이다.
이 계는, 수화열도 억제하고 싶고, 고내구성의 것을 얻고 싶은, 가열 양생 제품을 제조하는 경우 등에 이용하면 된다. 포졸란 물질을 가함으로써 포졸란 반응에 의해 칼슘실리케이트 수화물(C-S-H)이 생성되기 쉬워지므로, 황산 침지 등에서의 수산화칼슘의 중화 반응과 같은 열화(劣化) 요인에 대한 내구성도 향상된다.
포졸란 물질은 포졸란 활성이 높은 것이라면 한정되지 않으나, 플라이 애시는 바람직하다. 플라이 애시는 산업 부산물이므로 고로슬래그와 동일하게 유효 이용을 도모할 수 있음과 함께, 유동성도 향상된다.
따라서, 이 계에서는 상기 무기 혼화재가 고로슬래그와 포졸란 물질과 석회석 미분말과 무수석고로 이루어지고, 상기 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 1∼38중량%, 상기 포졸란 물질인 플라이 애시의 함유량이 1∼38중량%, 상기 석회석 미분말의 함유량이 0.5∼5중량%, 상기 무수석고의 함유량이 0.5∼5중량%이다. 고로슬래그의 함유량을 1∼38중량%로 하는 것은 상기 이유와 동일하다.
석회석 미분말의 함유량을 0.5∼5중량%로 하는 것도 상기 이유와 동일하다. 무수석고의 함유량을 0.5∼5중량%로 하는 것도 상기 이유와 동일하다. 플라이 애시의 함유량을 1∼38중량%로 하는 것은, 1중량% 미만에서는 첨가 효과가 충분히 얻어지지 않거나 38중량%를 초과하면 단기 강도의 발현성이 나빠지는 경우가 있기 때문이다.
또한, 무수석고, 석회석 미분말의 적절한 함유량의 범위가 상기 계와 조금 어긋나는 이유는, 포졸란 물질을 더 가하여 정합성(整合性)을 도모한 것에 의한 것이다.
<포졸란 물질계 무기 혼화재>
바람직한 형태의 다른 하나로서, 포졸란 물질계가 있다. 이 계는 포졸란 물질 단일 성분으로 이루어지는 가장 단순한 계이다. 이 계는, 수화열을 억제하면서 저렴하게 고강도 제품을 얻고 싶을 때에 이용하면 된다.
포졸란 물질을 가함으로써 포졸란 반응에 의해 칼슘실리케이트 수화물(C-S-H)이 생성되기 쉬워지므로, 중∼장기 강도의 발현성은 좋다. 또한, 시멘트가 상기 고활성 시멘트이므로 단기 강도도 충분히 확보할 수 있고, 중성화 억제 성능도 가진다. 포졸란 물질은 포졸란 활성이 높은 것이라면 한정되지 않으나, 단일 성분으로 이용하는 경우에는 극히 포졸란 활성이 높은 실리카흄이 바람직하다.
따라서, 이 계에서는 상기 무기 혼화재가 포졸란 물질로 이루어지고, 상기 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 포졸란 물질인 실리카흄의 함유량이 3∼15중량%이다. 실리카흄의 함유량을 3∼15중량%로 하는 것은, 3중량% 미만에서는 첨가 효과가 충분히 얻어지지 않거나 하는 경우가 있고 15중량%를 초과하면 작업성을 확보하기 어려워짐과 함께 고비용이 되기 때문이다.
<고로슬래그-포졸란 물질계 무기 혼화재>
바람직한 형태의 다른 하나로서, 고로슬래그-포졸란 물질계가 있다. 이 계는 상기 포졸란 물질계에 고로슬래그를 가한 것이다. 이 계는, 고로슬래그의 유효 이용을 도모하면서 저렴하게 고강도를 얻고 싶을 때에 이용하면 된다. 포졸란 물질로서 실리카흄을 이용하는 경우에는 고로슬래그를 가함으로써 유동성이나 장기 강도의 신장의 향상, 비용 저감이 가능하다.
따라서, 이 계에서는 상기 무기 혼화재가 고로슬래그와 포졸란 물질로 이루어지고, 상기 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 1∼38중량%, 상기 포졸란 물질인 실리카흄의 함유량이 2∼15중량%이다. 고로슬래그의 함유량을 1∼38중량%로 하는 것은 상기 이유와 동일하다.
실리카흄의 함유량을 2∼15중량%로 하는 것도 상기와 동일한 이유이다. 실리카흄의 적절한 함유량의 범위가 상기 계와 조금 어긋나는 것은, 고로슬래그를 더 가하여 정합성을 도모한 것에 의한 것이다.
<고로슬래그-포졸란 물질-무수석고계 무기 혼화재>
바람직한 형태의 다른 하나로서, 고로슬래그-포졸란 물질-무수석고계가 있다. 이 계는 상기 고로슬래그-포졸란 물질계에 무수석고를 가한 것이다. 이 계는, 고강도의 가열 양생 제품, 고강도의 즉탈 제품을 얻고 싶을 때에 이용하면 된다.
무수석고를 가함으로써 에트린자이트의 생성이 증가하므로, 저온 환경하에서의 초기 강도 발현성을 더 높일 수 있다. 따라서, 이 계에서는 상기 무기 혼화재가 고로슬래그와 포졸란 물질과 무수석고로 이루어지고, 상기 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 1∼37중량%, 상기 포졸란 물질인 실리카흄의 함유량이 1∼15중량%, 상기 무수석고의 함유량이 1∼9중량%이다.
고로슬래그의 함유량을 1∼37중량%로 하는 것은 상기와 동일한 이유이다. 실리카흄의 함유량을 1∼15중량%로 하는 것도 상기와 동일한 이유이다. 무수석고의 함유량을 1∼9중량%로 하는 것은, 1중량% 미만에서는 첨가 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있고 9중량%를 초과하면 지연 팽창이 발생할 가능성이 생기기 때문이다. 고로슬래그, 실리카흄의 적절한 함유량의 범위가 상기 계와 조금 어긋나는 이유는, 무수석고를 더 가하여 정합성을 도모한 것에 의한 것이다.
<상기 계 이외의 무기 혼화재>
각 재료의 공급면, 경제면 등에서, 상기 계 이외의 계의 무기 혼화재로 할 수도 있다. 예를 들면, 고로슬래그-무수석고계, 포졸란 물질-무수석고계 등이다. 이러한 계에서도 각 재료의 함유량의 바람직한 범위는 상기 범위와 동일한 정도이다.
또한, 상기 본원발명에서의 고활성 시멘트에 있어서의 고활성 시멘트 클링커는, 상기와 같이, 광물 조성이 보그식에 의한 계산값으로 C2S＜5%이나, 상기 C2S의 보그식에 의한 계산값이 0% 미만(마이너스 값)이 되도록 하는 것은 바람직하다. 보그식에 의한 클링커 광물 조성은 계산값이므로, 조건에 따라서는 계산값이 마이너스가 되어버리는 경우가 있다.
현실적으로는 함유량이 마이너스가 되는 일은 없으므로, X선 회절로 분석하면, 근소하게 피크가 확인되는 경우도 있다. 이 발명에서는, C2S의 보그식에 의한 계산값이 0% 미만(마이너스 값)이고, 계산상은 C2S를 포함하지 않는 것을 나타내는 것이다. 마이너스 값으로서는, 예를 들면, -4%∼-14% 정도이다.
또한, 상기 고활성 시멘트 클링커 중의 황산분이 SO3 환산으로 1중량% 미만이 되도록 하는 것도 바람직하다. 1중량% 미만으로 함으로써, 클링커 소성시의 배기 가스 중에서의 SOX(유황산화물)의 발생이 억제된다.
(1) 본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물에 의하면, 보그식에 의한 계산값의 광물 조성이 C3S＞70% 또한 C2S＜5%이고, L.S.D.가 1을 초과하며, 유리석회량이 0.5∼7.5중량%인 고활성 시멘트 클링커에 석고를 SO3 환산으로 1.5∼4.0중량% 첨가하여 이루어지는 새로 개발한 「고활성 시멘트」의 유효 이용을 도모할 수 있다. 또한, 이 고활성 시멘트는 규격에 얽매이지 않는 시멘트이므로 시멘트 소성 원료로서 산업 폐기물을 이용할 수 있어, 산업 폐기물의 처리도 겸할 수 있다.
(2) 본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물은, 고활성 시멘트를 베이스로 하고 있으므로 저온 환경하에서의 강도 발현성이 우수하고 중성화 억제 효과도 겸비하여, 혼합 시멘트 상당의 것임에도 불구하고, 보통 포틀랜드 시멘트와 동등 이상의 강도 발현성 및 중성화 억제 성능을 가진다. 또한, 당해 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물의 배합 조성 형태에 따라서는 종래로부터의 혼합 시멘트가 가지는 차염성, 내황산염성 등의 성능도 겸비할 수 있으므로, 종래부터 한랭지에서 사용되어 온 혼합 시멘트, 중성화가 진행되기 쉬운 환경하에서 사용되어 온 혼합 시멘트의 대체 시멘트로서 적합하다.
(3) 본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물은, 고활성 시멘트와 무기 혼화재(고로슬래그, 석회석 미분말, 무수석고, 포졸란 물질)의 조합으로 이루어지고, 목적이나 용도에 따라 무기 혼화재의 계나 배합 비율, 고활성 시멘트와 무기 혼화재의 배합 비율을 자유롭게 설계할 수 있으므로, 저온 환경하, 내중성화가 필요한 환경하 뿐만 아니라, 종래부터 혼합 시멘트가 사용되어 온 토목건축분야, 토양·지반분야, 폐기물처리 등의 환경분야에서 폭넓게 사용할 수 있다.
이하, 본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물에 대하여, 보다 자세하게 설명한다.
본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물은, 상술과 같이, 본원 발명자들이 앞서 개발한 「고활성 시멘트」와 무기 혼화재(고로슬래그, 무수석고, 석회석 미분말, 포졸란 물질 중 1종 이상)로 이루어진다. 먼저, 이러한 각 재료에 대하여 설명한다.
[구성 재료]
A. 고활성 시멘트
본원발명에서 이용하는 고활성 시멘트는, 본원발명에 앞서 본원 발명자들이 먼저 개발한 것이고, 먼저 개발한 고활성 시멘트 클링커에 석고를 첨가하여 이루어지는 것이다. 단기 강도 발현성, 중∼장기 발현성 모두 좋고, 중성화 억제에 대하여 유효하다.
[고활성 시멘트 클링커]
(1) 광물 조성
본원발명에서 이용하는 고활성 시멘트 클링커는, 광물 조성이 보그식에 의한 계산값으로, C3S＞70%, C2S＜5%이고, 나머지가 칼슘알루미네이트계를 주체로 한 간극상이다.
보그식은 종래부터 시멘트 클링커 중의 주요 광물 조성을 산정하는데 이용되고 있는 식이고, 각 광물의 비율은 화학 조성의 분석 결과로부터 산정된다. 얻어진 비율은, 어디까지나 화학 조성의 분석 결과에 근거하는 산정값이므로, 시멘트 클링커 중의 실제의 비율과 합치하는 것이 아니다. 또한, %는 질량%이다.
[보그식]
C3S(%)=(4.07×CaO%)-(7.60×SiO2%)-(6.7×Al2O3%)-(1.43×Fe2O3%)-(2.85×SO3%)
C2S(%)=(2.8×SiO2%)-(0.754×C3S%)
C3A(%)=(2.65×Al2O3%)-(1.69×Fe2O3%)
C4AF(%)=3.04×Fe2O3%
C3S는 단기 재령에서부터 장기 재령에 걸쳐 시멘트 강도 발현의 주가 되는 광물이며, 이것이 많을수록 고강도이고 또한 조강이 된다. C2S는 단기 재령에서의 강도 발현에는 그다지 기여하지 않으나, 장기에 걸쳐 수화를 계속하기 때문에 장기 재령에서의 강도 발현에는 기여하고, 이것이 많을수록 저발열이고 장기 재령에서의 강도의 신장이 좋은 것이 된다. 또한, 화학 저항성이나 건조 수축에 우수한 것이 된다.
C3A는 수화 활성이 높고, 단기 재령에서의 강도 발현에 크게 기여한다. 그러나, 이것이 많으면 급경성(急硬性)이고 장기 재령에서의 강도의 신장이 나쁜 것이 된다. 또한, 수화 발열이 높고 화학 저항성이나 건조 수축에 뒤떨어진 것이 된다.
C4AF는 수화 성능으로서는 두드러진 특징은 없으나, 클링커 소성에서는 간극상으로서 역소성(易燒成)에 공헌한다.
본원발명에서 C3S＞70%로 하는 것은, 극히 초기 수화 활성이 높은 시멘트를 얻기 위해서이며, C3S가 70% 이하에서는 종래의 조강 시멘트와 동등 이상의 수화 활성을 가지는 고활성 시멘트를 얻기 어려워진다. 상한은 특별히 한정되지 않으나, 85% 이하가 바람직하다.
85%를 초과하면 유리석회량도 현저하게 증가해버리는 경우가 있어, 시멘트 클링커의 품질 안정을 유지할 수 없게 되어버린다. 또한, 보다 수화 활성이 높은 C3A 등의 칼슘알루미네이트계의 광물을 다용하지 않는 것은, 장기에서의 강도 발현, 워커빌리티, 내구성 등을 고려한 것에 기인한다.
한편, 본원발명에서 C2S＜5%로 하는 것은, 클링커 소성 조건을 종래에 비하여 크게 바꾸지 않고 극히 초기 수화 활성이 높은 시멘트를 얻기 위해서이고, C2S가 5% 이상이면 칼슘알루미네이트계 광물이나 비정질물 등으로 이루어지는 간극상이 적어지므로 시멘트 클링커를 소성하기 어려워지거나 상대적으로 C3S량이 감소하므로 본원발명의 목적을 달성하기 어려워진다.
하한치는 특별히 한정되지 않으나, 보그식에 의한 계산값이고 C2S량은 상기식과 같이, SiO2량과 C3S량의 관계로 결정되므로, SiO2량이 적고 C3S량이 많은 경우에는, 계산값이 0 미만(마이너스 값)이 되는 경우도 발생한다. 본 발명에서는, 이와 같은 0 미만도 포함하고, 안정적으로 C3S를 다량으로 얻기 위하여 0 미만이 되는 것이 바람직하다.
본원발명에서 이용하는 고활성 시멘트 클링커는, 상기 C3S와 C2S 이외에는 칼슘알루미네이트계를 주체로 한 간극상으로 이루어진다. 간극상에는 C3A, C4AF 등의 광물이 포함된다. C3A는 상기 보그식에 의한 계산값으로 4∼9% 포함되어 있는 것이 바람직하다. 또한, C4AF는 8∼16% 포함되어 있는 것이 바람직하다. 이 범위에 있으면, C3S＞70%, C2S＜5%의 시멘트 클링커가 안정되어 소성하기 쉬워진다. 나머지는 비정질 간극상 등이다.
(2) 황산분
본원발명에서 이용하는 고활성 시멘트 클링커 중의 황산분은, SO3 환산으로 1중량% 미만이 바람직하다. 1중량% 이상이면 배기 가스 중에 SOX(유황산화물)가 발생하거나, 프리히터 내부에서 고결물(固結物)이 생성되어 폐색되는 경우가 있으므로 바람직하지 않다.
(3) 유리석회
본원발명에서 이용하는 고활성 시멘트 클링커에서는, C3S의 수화 활성을 보다 높게 하기 위하여, 발열량을 크게 하여 반죽 온도를 높게 하기 위한 유리석회를 클링커 중에 포함시키는 것은 바람직하다. 그 양은, 0.5∼7.5중량%이다. 0.5중량% 미만에서는 충분한 효과를 얻을 수 없다. 7.5중량%를 초과하면 팽창을 일으키거나, 유동성의 저하를 일으키므로 바람직하지 않다.
다음에, 상기 고활성 시멘트 클링커의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(4) 제조 방법
상기 고활성 시멘트 클링커의 제조는, 종래의 조강 포틀랜드 시멘트 클링커의 제조와 특별히 크게 다르지 않고, 소정의 시멘트 소성 원료를 C3S＞70%, C2S＜5%, 유리석회량이 0.5∼7.5중량%로, 되도록 황산분이 SO3 환산으로 1중량% 미만이 되는 시멘트 클링커를 얻을 수 있도록 조합하고 조합 원료를 시멘트 킬른 등에서 소성하여 제조한다.
i) 시멘트 클링커 소성 원료
종래부터 클링커 주원료로 사용되고 있는 석회석, 점토, 규석, 철 원료 등을 종래와 동일하게 하여 사용할 수 있다. 이 외에, 재이용이 그다지 진행되고 있지 않은, 칼슘분을 CaO 환산으로 20중량% 이상을 포함하는 칼슘이 풍부한 산업 폐기물을 이용하는 것이 바람직하다.
칼슘분을 CaO 환산으로 20중량% 이상을 포함하는 폐기물로서는, 용선 예비 처리에 의한 탈황 슬래그, 이것을 자선(磁選)하여 철분을 제거한 탈황 슬래그, 환원 처리에 의해 철분을 제거한 전로 슬래그, 요업계 사이딩 폐재 등의 폐건재, 생콘크리트 슬러지 등을 들 수 있다.
용선 예비 처리에 의한 탈황 슬래그는, 선철 중의 유황분을 제거한 슬래그이고, 주성분이 칼슘과 철이다. 자석으로 선별하여 철분을 제거한 칼슘이 많은 탈황 슬래그도 이용할 수 있다. 용선 예비 처리란, 철강의 고순도화를 위하여 전로정련의 전(前)공정에서 규소, 인, 유황을 제거하는 공정이다.
환원 처리에 의해 철분을 제거한 전로 슬래그란, 예를 들면 하기 문헌의 LD 슬래그이다. 이 LD 슬래그도 이용할 수 있다.
S.Kubodera, T.Koyama, R.Ando and R.Kondo, An Approach to the full utilization of LD Slag, Transactions of The Iron and Steel Institute of Japan, 419-427(1979)
요업계 사이딩재는 주원료로서 시멘트질 원료와 섬유질 원료를 성형하고, 양생·경화시킨 것으로, 목섬유 보강 시멘트판, 섬유 보강 시멘트판, 섬유 보강 규산칼슘판 등이 있고 주택의 외벽 마감재로 이용되고 있다.
작금의 주택 보수나 주택 해체에 따른 폐재가 증가되고 있어 그 처리가 검토되고 있다. 폐재에서의 시멘트질 부분은 칼슘이 풍부한 시멘트 조성이 되어 있으므로, 고활성 시멘트 클링커의 제조 원료로서 이용 가능하다.
생콘크리트 슬러지는, 레디-믹스트 콘크리트 공장에서 플랜트의 믹서, 호퍼, 애지데이터 차 등에 부착한 콘크리트, 반품 콘크리트 및 반품 콘크리트의 세정 배수를 농축하여 유동성을 잃은 상태의 슬러지, 또는 슬러지를 건조한 것이다.
이러한 산업 폐기물은, 석회석이나 점토의 일부 대체로서 이용할 수 있다. 시멘트 클링커 소성 원료에의 첨가량은, 석회석 및 점토의 화학 성분에 따르나, 시멘트 클링커 1t당 400kg 이하가 바람직하다. 시멘트 클링커 1t당 400kg 이상 첨가하면 불순물이 증가해버려 클링커 소성을 하기 어려워지거나 얻어지는 시멘트 클링커의 품질에 악영향을 끼치는 경우가 있다. 산업 폐기물을 석회석의 일부 대체로서 이용하면, 탄산 가스 배출량의 삭감에도 연결되므로, 환경 부하 저감의 관점에서 바람직하다.
ⅱ) 원료 조합
소성 후에 목적의 화학 조성·광물 조성의 클링커가 얻어지도록 조합 설계되고, 이에 근거하여 상기 각 시멘트 클링커 소성 원료가 계량되어 원료 밀에서의 혼합 분쇄나 블렌딩 사일로에서의 혼합이 행하여진다.
상기 조합 설계는, 종래와 동일하게 H.M.(수경률), A.I.(활동 계수), S.M.(규산률), I.M.(철률), L.S.D.(석회 포화도)의 비율 계수(모듈러스)를 이용하여 행한다. 통상은, C3S의 생성량에 크게 관계되는 H.M.과 소성의 용이함과 관계되는 S.M.이 중시되나, 본원발명에서는 L.S.D.(석회 포화도)를 중시한다.
L.S.D.(석회 포화도)는 이산화규소, 산화알루미늄, 산화철과 결합할 수 있는 산화칼슘량을 1.0으로 하는 지표이고, 다음의 식으로 나타내어진다.
L.S.D.=100CaO/(2.80×SiO2%+1.18×Al2O3%+0.65Fe2O3%)
L.S.D.가 1 이하이면, 충분히 시간을 들임으로써 유리석회를 0%로 할 수 있으나, L.S.D.＞1의 경우에는, 소성 온도를 높게 하여도, 소성 시간을 길게 하여도, 항상 유리석회가 남아버린다. 통상의 시멘트 클링커에서는 0.92∼0.96이고, 조강 포틀랜드 시멘트 클링커에서도 0.94∼1.00이다.
본원발명의 고활성 시멘트 클링커에서는, L.S.D.＞1이다. L.S.D.＞1로 하고, 굳이 유리석회가 남도록 시멘트 소성 원료를 조합함으로써, C3S＞70%, C2S＜5%의 칼슘분이 많은 시멘트 클링커를 소성할 수 있다. 유리석회의 존재에 의해 초기 수화열이 높아지므로 C3S를 활성화할 수 있고, 고로슬래그와 혼합했을 때에는 자극제로도 작용한다.
상한치는 특별히 제한되지 않으나, 유리석회량이 너무 많으면 팽창하는 등 클링커의 안정성이 부족하므로 1.16 정도 이하가 바람직하다.
종래와 동일하게, H.M(수경률), A.I.(활동 계수), S.M.(규산률), I.M.(철률)의 비율 계수(모듈러스)를 이용하는 경우에는, H.M(수경률)이 2.2∼2.3인 때는 S.M.(규산률)이 1.7∼2.4 또한 I.M.(철률)이 1.0∼2.1이고, H.M(수경률)이 2.1∼2.2 미만인 때는 S.M.(규산률)이 1.5∼2.0 또한 I.M.(철률)이 0.9∼1.4인 것이 바람직하다.
ⅲ) 클링커 소성
본원발명에서 이용하는 고활성 시멘트 클링커는, 상기 원료 조합에 의한 시멘트 소성 원료를, 시멘트 소성 킬른에 의해, 종래의 조강 포틀랜드 시멘트 클링커 소성과 동일하게 하여 소성함으로써 얻어진다. 소량의 소성이라면 전기로(電氣爐) 소성이어도 된다.
소성 온도는 1250∼1600℃가 바람직하다. 1250℃ 미만에서는 C3S의 생성 자체가 불가능하다. 또한 1600℃를 초과하면 로터리 킬른 내부의 내화물이 용해되는 등 시멘트 클링커의 소성에 지장이 있다. 소성 후의 클링커 냉각, 조쇄(粗碎) 등은 종래와 동일하다.
[고활성 시멘트]
본원발명에서 이용하는 고활성 시멘트는, 상기 고활성 시멘트 클링커에 석고를 SO3 환산으로 1.5∼4.0중량%가 되도록 첨가하고, 분쇄 조제와 함께 마무리 밀 등에서 혼합 분쇄되어 얻어진다. 공정이나 장치는 종래의 시멘트 제조에서의 마무리 공정과 동일하다. 석고와 분쇄 조제도 종래의 시멘트 제조에서 사용되고 있는 것과 동일하다.
첨가하는 석고의 양은, SO3 환산으로 1.5∼4.0중량%이다. 1.5중량% 미만에서는, 시멘트 클링커 중의 C3A가 급결하여 콘크리트 제품 등을 제조할 때에 충분한 작업 시간을 확보할 수 없는 경우가 있다. 4.0중량%를 초과하면, 시멘트의 경화 후에 미반응의 석고에 의해 지연 팽창이 생기는 경우가 있다. 분말도는, 특별히 한정하지 않으나, 블레인 값으로 3000㎠/g 이상이 바람직하다.
종래의 조강 포틀랜드 시멘트는 분말도가 커서 고성능 감수제가 효과가 있기 어려우므로, 소정의 유동성을 얻으려면 물비율을 높게 하거나 고성능 감수제(減水劑)의 양을 조금 많게 해야만 하였으나, 본원발명에서 이용하는 상기 고활성 시멘트는, 종래의 조강 포틀랜드 시멘트 이상으로 수화 활성이 높으므로 종래의 조강 포틀랜드 시멘트만큼 분말도를 크게 할 필요는 없고, 또한, 크게 하여도 물에 접했을 때에 유리석회 등이 신속히 수화되어 입자표면에 수화물층을 형성하므로, 필요 이상으로 물비율을 높게 하거나 고성능 감수제의 양을 많게 하지 않아도 소정의 유동성을 얻을 수 있다.
Ｂ. 무기 혼화재
(a) 고로슬래그
고로슬래그는, 제철소의 고로에서 선철을 만들 때에 발생하는 부산물로, 고로로부터 선철과 함께 약 1500℃의 용융 상태로 취출된 후, 수냉 고화된 모래 형상의 비정질체를 분쇄한 것이며, 알칼리 자극제에 의해 수화 반응을 일으키는 잠재 수경성을 가지는 것이다. 종래부터 고로 시멘트나 시멘트 혼화재에 사용되고 있는 것으로 블레인 값이 1500㎠/g 이상의 것이라면 품질은 특별히 한정되지 않으나, JIS A 6206:1997 「콘크리트용 고로슬래그 미분말」에 적합한 것이 바람직하다. 고로슬래그는 유동성의 확보, 수화열 억제, 장기 강도의 신장, 차염성 등에 기여한다.
(b) 석회석 미분말
석회석 미분말은, 탄산칼슘으로 이루어지고 순도는 통상 입수 가능한 석회석이라면 문제없이 사용할 수 있다. 종래부터 시멘트, 시멘트 조성물, 시멘트 혼화재에 사용되고 있는 것이라면, 공급면, 경제면에서도 바람직하다. 석회석 미분말은, 석회석을 분쇄하여 필요에 따라 분급함으로써 제조되나, 블레인 비표면적은 2000∼10000㎠/g이 바람직하다. 2000㎠/g 미만에서는 석회석 미분말의 첨가 효과가 얻어지지 않는다. 1000㎠/g을 초과하면 함유량에 따라서는 유동성이 나빠짐과 함께 비용 상승도 된다. 석회석 미분말은 유동성의 확보, 단기 강도의 신장, 수축 억제에 기여한다.
(c) 무수석고
무수석고로는, 천연 무수석고, 불산 무수석고, 천연 이수석고나 부산 이수석고 혹은 폐석고보드로부터 회수한 이수석고를 소성하여 제조한 무수석고 등이 있으나, 무수석고를 90% 이상 함유하고 있는 석고라면, 모두 사용할 수 있다. 또한, 무수석고의 분말도는, 특별히 한정하지 않으나, 블레인 값으로 3000∼8000㎠/g, 바람직하게는 4000∼6000㎠/g이다. 무수석고는 주로 단기 강도 개선에 기여하나 유동성의 확보, 수축 억제에도 작용한다.
(d) 포졸란 물질
포졸란 물질이란 물의 존재하에서 Ca(OH)2 또는 Ca이온과 반응하여 새로운 수화물을 생성하는 반응 특성(포졸란 반응 특성)을 가지는 SiO2나 Al2O3가 많은 무기물질을 말하고, 실리카흄, 메타카올린, 활성 실리카분, 규조토, 왕겨재, 활성 백토, 플라이 애시 미분, 플라이 애시 조분 등을 들 수 있다. (상기 고로슬래그도 포졸란 물질의 일종으로 볼 수 없지도 않으나, 본원발명에서 말하는 포졸란 물질에는 고로슬래그는 포함되지 않는다.)
그 중에서도, 아크식 전기로 등에 의해 금속 실리콘이나 페로실리콘을 정련할 때의 배기 가스 중에 포함되는 부산물인 실리카흄은 높은 포졸란 반응 특성을 가지고 있어 부산물의 유효 이용도 되므로, 종래부터 고강도화 재료로서 수없이 사용되어 오고 있는데, 본원발명에서도 포졸란 물질로서 실리카흄을 사용하는 것은 바람직하다.
실리카흄은 종래부터 시멘트 혼화재 등에 사용되어 온 것이라면 특별히 품질은 한정되지 않으나, JIS A 6207:2000 「콘크리트용 실리카흄」에 적합한 것이 바람직하다. 포졸란 물질은 강도 발현에 기여하고, 내구성의 향상, 수화열 억제에도 작용한다.
다음에, 상기 각 재료를 이용한 본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물의 배합례에 대하여 설명한다.
[배합례]
본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물은, 상기 고활성 시멘트에 상기 고로슬래그와 상기 석회석 미분말과 상기 무수석고와 상기 포졸란 물질 중 1종 이상으로 이루어지는 무기 혼화재를 혼화하여 이루어진다.
이 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물은, 적어도 고활성 시멘트를 60중량% 이상 또한 무기 혼화재를 3중량% 이상 포함하고 있지 않으면 안된다. 고활성 시멘트가 60중량% 미만에서는 본원발명이 목적으로 하는 강도 개선, 중성화 억제를 얻기 어렵다. 즉, 보통 포틀랜드 시멘트와 동등한 강도 발현성 및 중성화 억제 성능을 가지는 혼합 시멘트 상당의 것이 얻어지지 않는다.
또한, 무기 혼화재가 3중량% 미만에서는, 무기 혼화재를 구성하는 상기 각 재료의 작용 효과를 얻기 어려워지고, 강도 개선이나 중성화 억제뿐만 아니라, 종래의 혼합 시멘트가 가지고 있는 성능(예를 들면, 저열, 차염성, 내황산염성 등)과 동등한 성능도 얻기 어려워져, 혼합 시멘트와 비슷한 것이라고는 말하기 어려워진다.
상기와 같이, 포졸란 물질은 단일 성분으로 이용해도 고로슬래그나 석회석 미분말이나 무수석고와 조합하여 이용해도 어느 쪽이어도 되지만, 고로슬래그, 석회석 미분말, 무수석고는 적어도 다른 양자 중 어느 하나와 조합하여 이용하는 것이 바람직하다.
이것은, 상기와 같이, 포졸란 물질은 단∼장기 강도 발현에 크게 기여하므로 단일 성분이라도 본원발명의 목적을 달성하기 쉬우나, 고로슬래그, 석회석 미분말, 무수석고는 단∼장기 강도 발현의 적어도 일부에는 기여하지만 단일 성분으로는 충분한 효과가 얻어지지 않기 때문이다.
본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물은, 상기 조건을 충족시키는 것이면 되고, 재료 공급, 폐재 이용, 비용 등의 관점을 고려하여 무기 혼화재는 다양한 계의 것으로 할 수 있다.
바람직한 계로는, (가) 고로슬래그-석회석 미분말계, (나) 고로슬래그-석회석 미분말-무수석고계, (다) 고로슬래그-석회석 미분말-무수석고-포졸란 물질계, (라) 포졸란 물질계, (마) 고로슬래그-포졸란 물질계, (바) 고로슬래그-포졸란 물질-무수석고계이다.
이러한 계라면 강도 개선이나 중성화 억제의 향상을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 혼합 시멘트가 가지고 있는 작용 효과도 유지하기 쉬워진다. 이러한 (가)∼(바)의 무기 혼화재를 이용한 각 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물의 적절한 사용은, 전술한 바와 같다.
〔무기 혼화재〕
(가) 고로슬래그-석회석 미분말계
고로슬래그-석회석 미분말계에서의 적절한 배합은, 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 2∼39중량%, 상기 석회석 미분말의 함유량이 1∼10중량%이다. 이와 같은 배합으로 하는 것은 전술한 바와 같다.
(나) 고로슬래그-석회석 미분말-무수석고계
고로슬래그-석회석 미분말-무수석고계에서의 적절한 배합은, 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 1∼38중량%, 상기 석회석 미분말의 함유량이 1∼10중량%, 상기 무수석고의 함유량이 1∼5중량%이다. 이와 같은 배합으로 하는 것은 전술한 바와 같다.
(다) 고로슬래그-석회석 미분말-무수석고-포졸란 물질계
고로슬래그-석회석 미분말-무수석고-포졸란 물질계에서의 적절한 재료와 배합은, 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 1∼38중량%, 상기 포졸란 물질인 플라이 애시의 함유량이 1∼38중량%, 상기 석회석 미분말의 함유량이 0.5∼5중량%, 상기 무수석고의 함유량이 0.5∼5중량%이다. 이와 같은 재료와 배합으로 하는 것은 전술한 바와 같다.
(라) 포졸란 물질계
포졸란 물질계에서의 적절한 재료와 배합은, 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 포졸란 물질인 실리카흄의 함유량이 3∼15중량%이다. 이와 같은 재료와 배합으로 하는 것은 전술한 바와 같다.
(마) 고로슬래그-포졸란 물질계
고로슬래그-포졸란 물질계에서의 적절한 재료와 배합은, 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 1∼38중량%, 상기 포졸란 물질인 실리카흄의 함유량이 2∼15중량%이다. 이와 같은 재료와 배합으로 하는 것은 전술한 바와 같다.
(바) 고로슬래그-포졸란 물질-무수석고계
고로슬래그-포졸란 물질-무수석고계에서의 적당한 재료와 배합은, 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 1∼37중량%, 상기 포졸란 물질인 실리카흄의 함유량이 1∼15중량%, 상기 무수석고의 함유량이 1∼9중량%이다. 이와 같은 재료와 배합으로 하는 것은 전술한 바와 같다.
다음에 본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물의 제조 방법에 대하여 설명한다.
[중성화 억제형 조강 시멘트 조성물의 제조]
본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물의 제조는, 종래의 혼합 시멘트를 제조하는 혼합 설비를 적절히 이용하면 된다. 또한, 생콘크리트 공장 등에서 콘크리트 제조시에 고활성 시멘트와 무기계 혼화재를 별도 계량에 의해 제조해도 된다.
다음에 본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물의 성능 확인 시험에 대하여 설명한다.
[중성화 억제형 조강 시멘트 조성물의 성능 확인 시험]
본원발명은, 전술한 바와 같이, 강도 발현성, 특히 저온 환경하에서의 단기 강도 발현성이 우수하고, 중성화 억제 효과도 있는 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그래서, 촉진 중성화 시험과 10℃ 및 20℃에서의 압축 강도 시험을 행하였다.
＜사용 재료＞
(1) 시멘트
1) 고활성 시멘트
석회석, 점토 등의 공업 원료를 소정의 성분이 되도록 조정한 시멘트 소성 원료를 1450℃에서 소성함으로써 C3S가 72%이고 또한 C2S가 1%이고, L.S.D.가 1.02이며, 유리석회량이 2.5중량%인 고활성 시멘트 클링커를 제조하고, 이것에 이수석고를 SO3 환산으로 3.0중량% 첨가하여 시제(試製) 고활성 시멘트를 얻었다. 제조는 원료 공정에서 마무리 공정까지 모두 시멘트 공장의 실제 기기를 이용하였다.
2) 보통 포틀랜드 시멘트(태평양시멘트사제;비교용)
(2) 무기 혼화재
1) 고로슬래그 미분말(디씨사의 세라멘트;블레인 값 4470㎠/g)
2) 석회석 미분말(지치부태평양사제;블레인 값 10240㎠/g)
3) 무수석고(디씨사제;블레인 값 3840㎠/g)
4) 포졸란 물질
·플라이 애시(전원개발사제)
·실리카흄(이집트산)
5) 모래
·JIS R 5201 「시멘트의 물리 시험」에 준거한 표준 모래
＜시멘트 조성물의 배합＞
본원발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 및 비교예에서의 시멘트 조성물의 각 배합을 표 1에 나타낸다.
[표 1]
상기 각 시멘트 조성물은, 소정 배합의 각 구성 재료를 V형 혼합기로 혼합하여 얻었다.
＜모르타르의 조합과 반죽 섞기＞
모르타르의 조합과 반죽 섞기는, JIS R 5201 「시멘트의 물리 시험 방법」에 기재된 모르타르의 조합과 반죽 섞기 방법에 준하여 행하였다. 또한, 시멘트 조성물은 전체를 시멘트로 간주하여 조합하였다.
＜촉진 중성화 시험＞
상기 방법에 의해 제작한 모르타르를 JIS A 1153 「콘크리트의 촉진 중성화 시험 방법」에 준거하여 촉진 중성화를 행하고, 촉진 중성화 깊이를 측정하였다. 측정 재령은, 1주, 4주, 8주로 하였다.
＜압축 강도 시험＞
상기 방법에 의해 제작한 모르타르에 의한 4×4×16cm의 모르타르 공시체를 이용하고, JIS R 5201 「시멘트의 물리 시험 방법」에 기재된 압축 강도 시험 방법에 준하여 행하였다. 단, 시험 재령은, 3일, 7일, 28일로 하였다. 또한, 시험 재령까지의 양생은, 10℃와 20℃의 2종류의 양생 온도에서 행하였다.
또한, 단기 재령(3일, 7일)에서는, 강도 발현성에 미치는 양생 온도의 영향을 보기 위하여, 10℃에서의 강도와 20℃에서의 강도의 비율 『강도 비율=(10℃에서의 압축 강도/20℃에서의 압축 강도)×100』을 구하였다.
＜결과＞
촉진 중성화 시험의 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 압축 강도 시험의 결과를 표 3에 나타낸다.
[표 2]
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예는, 혼합 시멘트 상당이라고는 말할 수 없는 비교예 No.2 이외의 비교예에 비하여 촉진 중성화 깊이가 작다. 특히, 고로 시멘트 상당의 혼합 시멘트인 비교예 No.3, 보통 포틀랜드 시멘트 단일 성분인 비교예 No.4에 비해서도 촉진 중성화 깊이가 작다.
따라서, 본 발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물은, 종래의 혼합 시멘트와 비슷한 것임에도 불구하고 종래의 혼합 시멘트보다 중성화 억제 성능이 높아, 보통 포틀랜드 시멘트와 동등 이상의 중성화 억제 성능을 가지는 것이라고 말할 수 있다.
[표 3]
상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예는, 대체로, 비교예에 비하여 강도 발현성이 좋다. 고로 시멘트 상당의 혼합 시멘트인 비교예 No.3, 보통 포틀랜드 시멘트 단일 성분인 비교예 No.4에 비해서도 강도 발현성이 좋고, 특히 재령 3일의 단기 강도의 차이는 크다. 강도 비율은 75% 이상인 것이 바람직한데, 실시예는 모두 75% 이상으로 높다.
또한, 시멘트의 종류 이외에는 동일 배합인 배합 No.9와 No.10, 배합 No.15와 No.16, 배합 No.23과 No.24, 배합 No.28과 No.29의 각 비교에서 알 수 있는 바와 같이, 고활성 시멘트를 이용한 쪽이 강도 발현성은 좋고, 특히 10℃라는 저온 환경하에서의 단기 강도가 크게 개선된다.
본 발명의 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물은, 종래의 혼합 시멘트와 비슷한 것임에도 불구하고 종래의 혼합 시멘트보다 강도 발현성이 좋고, 특히 저온 환경하에서의 단기 강도가 개선되어, 보통 포틀랜드 시멘트와 동등 이상의 강도 발현성을 가지는 것이라고 말할 수 있다.
Claims (7)
- 보그식에 의한 계산값의 광물 조성이 C3S＞70% 또한 C2S＜5%이고, L.S.D.가 1을 초과하며, 유리석회량이 0.5∼7.5중량%인 고활성 시멘트 클링커에 석고를 SO3 환산으로 1.5∼4.0중량% 첨가하여 이루어지는 고활성 시멘트 60∼97중량%와, 고로슬래그, 무수석고, 석회석 미분말, 포졸란 물질 중 1종 이상으로 이루어지는 무기 혼화재 3∼40중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 무기 혼화재가 고로슬래그와 석회석 미분말로 이루어지고, 상기 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 2∼39중량%, 상기 석회석 미분말의 함유량이 1∼10중량%인 것을 특징으로 하는 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 무기 혼화재가 고로슬래그와 석회석 미분말과 무수석고로 이루어지고, 상기 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 1∼38중량%, 상기 석회석 미분말의 함유량이 1∼10중량%, 상기 무수석고의 함유량이 1∼5중량%인 것을 특징으로 하는 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 무기 혼화재가 고로슬래그와 포졸란 물질과 석회석 미분말과 무수석고로 이루어지고, 상기 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 1∼38중량%, 상기 포졸란 물질인 플라이 애시의 함유량이 1∼38중량%, 상기 석회석 미분말의 함유량이 0.5∼5중량%, 상기 무수석고의 함유량이 0.5∼5중량%인 것을 특징으로 하는 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 무기 혼화재가 포졸란 물질로 이루어지고, 상기 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 포졸란 물질인 실리카흄의 함유량이 3∼15중량%인 것을 특징으로 하는 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 무기 혼화재가 고로슬래그와 포졸란 물질로 이루어지고, 상기 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 1∼38중량%, 상기 포졸란 물질인 실리카흄의 함유량이 2∼15중량%인 것을 특징으로 하는 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 무기 혼화재가 고로슬래그와 포졸란 물질과 무수석고로 이루어지고, 상기 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물 중, 상기 고로슬래그의 함유량이 1∼37중량%, 상기 포졸란 물질인 실리카흄의 함유량이 1∼15중량%, 상기 무수석고의 함유량이 1∼9중량%인 것을 특징으로 하는 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물.
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