KR100544450B1

KR100544450B1 - 시멘트 클링커 처리 방법

Info

Publication number: KR100544450B1
Application number: KR1019997008485A
Authority: KR
Inventors: 블라디미르 로닌
Original assignee: 블라디미르 로닌
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 2006-01-24
Also published as: GR3037016T3; CN1251082A; CN1166579C; NZ337943A; RU2194676C2; SK282715B6; WO1998042629A1; AU6754098A; EP0975557A1; PT975557E; HU221747B1; US6241816B1; EE04186B1; NO324615B1; SE9701129L; DE69801221D1; SE510766C2; ATE203500T1; BR9808419A; NO994629D0

Abstract

물과 석고, 그리고 가능하게는 감수제를 동시에 장입하면서 관상 분쇄기에서 클링커를 분쇄함으로써 시멘트 클링커를 처리하는 방법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 물은 pH가 대략 9 내지 13이며 클링커의 분쇄 중에 분쇄기로 주입한다. 한 가지 바람직한 실시예에 따르면, 전술한 높은 pH 값을 갖는 물에 미소 충전제 및/또는 감수제의 일부를 혼합하여 슬러리를 형성하며, 이 슬러리를 상기 분쇄 공정 중에 건조 상태의 미소 충전제 및/또는 감수제와 함께 분쇄기로 주입한다.

Description

시멘트 클링커 처리 방법{A METHOD OF TREATING CEMENT CLINKER}

본 발명은 시멘트 클링커(cement clinker)의 처리 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 시멘트 클링커의 분쇄 공정에서 시멘트 클링커를 처리하는 방법에 관한 것이다.

본 발명과 관련된 시멘트 클링커는 포틀랜드 시멘트 클링커인 것이 바람직하지만, 본 발명은 포틀랜드 시멘트 클링커에 한정되지 않으며 다른 시멘트 클링커에도 적용될 수 있다.

본 발명과 가장 가까운 종래 기술로서, 유럽 특허 출원 EP 0 081 861호와 국제 공개 공보 WO 94/00403호에는 포틀랜드 시멘트 클링커를 광물질 첨가제 및 유기질 감수제(organic water reduction agent)와 함께 분쇄하는 방법이 개시되어 있다. 후자의 국제 공개 공보에 따르면, 온도 조절을 목적으로 최종 분쇄기 챔버에 물도 첨가한다.

감수제의 분자가 클링커 입자에 물리적 및 화학적으로 흡착됨에 따라, 결과적인 분쇄된 시멘트는 표준 포틀랜드 시멘트에 비해 물 요구량이 감소하고 강도치가 상승하게 된다. 이 방법에 있어서 결정적인 결점의 하나는 포틀랜드 시멘트와 감수제 간의 반응 정도를 조절하기가 곤란하다는 점인데, 이 반응은 최종 시멘트의 특성의 불안정성에 직접 영향을 준다.

종래의 방법에 따라 감수제를 물과 함께 콘크리트에 직접 첨가함으로써도 동일하게 물 요구량을 감소시킬 수 있다. 이들 방법으로는 포틀랜드 클링커의 화학적 반응성을 두드러지게 증가시킬 수 없다.

본 발명은 제조되는 시멘트의 강도 특성을 향상시기 위하여 클링커를 분쇄하고 거기에 다른 물질을 첨가하면서 시멘트 클링커를 처리하는 방법에 관한 것이다.

따라서, 본 발명은 물과 석고, 그리고 가능하게는 감수제를 첨가하면서 관상 분쇄기(tubular mill)에서 클링커를 분쇄함으로써 시멘트 클링커를 처리하는 방법으로서, 클링커의 분쇄 중에 pH가 대략 9 내지 13인 물을 분쇄기로 주입하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 여러 실시 형태와 관련하여 보다 상세하게 설명하겠다.

보통, 시멘트 클링커는 먼저 900-1450℃의 온도로 가열로(加熱爐) 내에서 클링커를 가열 처리, 즉 소성하여, 예컨대 3CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂, 3CaO·Al₂O₃, 4CaO·Al₂O₃·SiO₂ 화합물을 형성한다. 이 처리 공정으로부터 통상의 포틀랜드 시멘트를 얻는다.

두번째 단계로, 강제(鋼製) 볼을 포함하는 관상 분쇄기에서 석고와 함께 클링커를 10-20㎛의 입자 크기로 분쇄한다. 이 분쇄 공정 중에 물을 첨가한다. 본 발명은 이 두번째 단계에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 클링커의 분쇄 중에 pH가 대략 9 내지 13인 물을 분쇄기로 주입한다.

본 발명의 매우 바람직한 한 가지 실시 형태에 따르면, 주입되는 물은 전기분해에 의해 전술한 pH값을 갖게 된다.

따라서, 분쇄기에 OH^- 이온이 주입된다. 이들 이온은 수화되지 않은 시멘트 입자의 표면에 고착되어 qCaO·mSiO₂·nH₂O 착물의 형성을 촉진하는 고반응성 라디칼을 구성한다. 이 착물은 시멘트 입자의 표면에 형성된다.

관상 분쇄기에서 클링커를 분쇄함으로써 직경이 10-20㎛인 시멘트 입자를 함유하는 건조 생성물을 얻게 되며, 상기 시멘트 입자는 그 표면이 상기 착물을 포함하는 예비 수화된 피막으로 완전히 또는 부분적으로 피복될 정도로 예비 수화된다.

입자들은 예비 수화되어 있기 때문에 반응성이 매우 좋다. 클링커의 표면에 OH^-라디칼이 흡착되면, 입자에 히드로실리케이트 피막이 형성됨에 따라 상기 착물의 형성 및 활성화가 이루어진다. 이 착물은 물과 후속 반응하는 핵형성제(nucleant)의 역할을 한다. 이들 결과가 조합되면, 후술하는 실시예로부터 명백해지겠지만 시멘트 페이스트의 강도 발현 및 기공률 감소가 현저히 개선된다.

한 가지 바람직한 실시 형태에 따르면, 분쇄 공정 중에 미소 충전제(microfill agent) 및/또는 감수제를 첨가한다.

본 발명의 매우 바람직한 한 가지 실시 형태에 따르면, 분쇄 공정 중에 건조 미소 충전제 및/또는 감수제를 첨가하는 동안에, 미소 충전제 및/또는 감수제 중 일부는 pH 값이 높은 전술한 물과 혼합하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 분쇄 공정 중에 분쇄기 안으로 주입한다.

감수제를 슬러리화하고 전기 분해에 의해 전술한 pH 값을 갖게 한 후 분쇄기에 주입하는 것이 바람직하다.

건조 물질/슬러리의 비율은 95중량%/5중량% 내지 85중량%/15중량%의 범위에 있는 것이 바람직하다.

슬러리 중의 액상은 슬러리 중량의 50%를 초과하는 것이 바람직하다.

다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 용광로 슬래그 및 석회석과 같은 SiO₂ 함유 물질 형태의 미소 충전제를, 분쇄기로 공급되는 미소 충전제와 감수제 및 물의 합계 중량의 80% 이하의 양으로 관상 분쇄기에 공급한다.

또 다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 나프탈렌 또는 멜라민 또는 이들의 조합을 함유하는 리그노술포네이트(lignosulfonate)계 중합체와 같은 중합체 형태의 감수제를, 분쇄기로 공급되는 미소 충전제와 감수제 및 물의 합계 중량의 5% 이하의 양으로 관상 분쇄기에 공급한다.

이하, 몇 가지 실시예를 설명하겠다. 하기의 표는 물 요구량, 압축 강도 및 기공률과 관련하여 얻은 결과를 기재한 것이다.

실시예 1

화학 조성이 중량%로 C₃S=64.5, C₂S=11.0, C₃A=9.5, C₄AF=9.0, Na₂O=0.10, K₂O=0.25인 포틀랜드 시멘트 클링커를 관상 분쇄기에 장입하였다. 이 조성 중에서 문자 C는 CaO의 약어이고 A는 Al₂O₃, F는 Fe₂O₃의 약어이다. 관상 분쇄기의 직경은 1.5m, 길이는 3.5m이다. 클링커 중량의 3%에 해당하는 양의 석고를 통상의 급수 시스템에서 취출한 증류되지 않은 물 및 포틀랜드 시멘트 클링커와 함께 장입하였다. 그 물은 암페어수 1.75A/dm², 전압 380V의 직류 전기장에서 2분간 전기 분해하여 11.2의 pH값을 얻은 것이다. 이 물을 분산된 형태로 관상 분쇄기에 공급하였다. 생성된 시멘트의 비표면적(Blaine)은 4800cm²/g였다.

그렇게 얻은 시멘트와 물을 호버트(Hobart) 믹서에서 3분간 혼합하여 표준 주도의 시멘트 페이스트를 얻었다. 이 시멘트 페이스트를 각 측면의 높이가 20mm인 입방체 강 몰드에 주입하고 진동 테이블에서 조밀화하였다. 시멘트 페이스트 샘플을 20℃의 물에서 경화시킨 후 압축 시험을 행하였다.

실시예 2

전술한 실시예 1에 따른 포틀랜드 시멘트 클링커를 전통적인 방법으로 분쇄하였고 전술한 실시예 1에 따라 시멘트 페이스트 샘플을 제조하였다.

실시예 3

실시예 1에서 정의된 클링커에 해당하는 포틀랜드 시멘트 클링커를 미소 충전제로서의 예비 분쇄된 석회석과 함께 실시예 1에 따라 분쇄하였다. 이 때, 석회석의 비표면적(Blaine)은 3000cm²/g였다. 예비 분쇄된 석회석의 총중량은 시멘트 중량의 15 중량%에 해당하였으며, 두 가지의 다른 상태로 장입하였는데, 다시 말하면 석회석 전체 중량의 80%는 고체 건조 상태로, 그 나머지 20%는 35중량%의 물로 슬러리화된 상태로 장입하였다.

슬러리의 액상은 11.5의 pH를 얻기 위해 3.5A/dm²및 380V로 2분간 전기분해한 수도물로 이루어졌다.

상기 슬러리를 분산된 상태로 관상 분쇄기에 장입하였다. 이 때 클링커와 석고 및 건조 미소 충전제와 함께 장입하였다. 생성된 시멘트의 비표면적(Blaine)은 4780cm²/g였다.

실시예 1에서 설명한 방법으로 시멘트 페이스트 샘플을 제조하였다.

실시예 4

포틀랜드 시멘트 클링커와 석회석 미소 충전제를 실시예 3에서와 동일한 양만큼 전통적인 방법으로 분쇄하였으며, 석회석 미소 충전제는 건조 상태로만 첨가하였다. 생성된 시멘트의 비표면적(Blaine)은 4813cm²/g였다.

실시예 5

이 실시예에서 행하는 절차는, 시스템에 액화제를 첨가하였다는 점을 제외하면 실시예 1과 동일하다. 액화제는 멜라민 타입 초가소화제(superplasticizing agent), 즉 스웨덴의 세멘타 아베(Cementa AB)에서 제조한 Flyt 92

의 40중량% 용액 형태였다. 액화제는 전체 분쇄기 장입물의 1중량%에 해당하는 양만큼 첨가하였다.

액화제는 슬러리의 액상을 전기분해하기 전에 그 액상에 첨가하였다.

시멘트 페이스트 샘플은 도 1에 따라 제조하였다.

실시예 6

이 실시예에서 행한 절차는, 시멘트 페이스트의 캐스팅 중에 실시예 5에 따른 액화제를 실시예 5에서와 동일한 양만큼 통상적인 방법으로 물과 함께 첨가하였다는 점을 제외하고 실시예 2와 동일한 방식으로, 즉 전통적인 분쇄 방식으로 행하였다.

실시예 7

이 실시예에서 행한 절차는 실시예 1에서와 동일하였다. 그렇게 얻은 시멘트 페이스트를 국제 특허 출원 WO 94/25411호(PCT/SE94/00389)에 개시된 방법으로 처리하였는데, 이 처리에서는 시멘트 페이스트를 직경 10mm의 진동원을 구비하며 110rpm의 진동수로 작동하는 진동 분쇄기에서 30분간 처리하였다. 분쇄 매체 대 혼합물의 중량비는 9:1이었다.

시멘트 페이스트 샘플은 실시예 1에 따라 제조하였다.

실시예 8

이 실시예에서 행한 절차는 실시예 2와 동일하였다. 그렇게 얻은 시멘트 페이스트를 국제 특허 출원 WO 94/25411호(PCT/SE94/00389)에 개시된 방법으로 처리하였다. 전술한 실시예 7을 참조하기 바란다.

표에서 "물 요구량" 항목은 표준 주도의 시멘트 페이스트를 제조하기 위해 필요한 물의 양을 시멘트 중량의 백분율로 나타낸 값을 의미한다.

실시예	물 요구량(%)	압축강도(MPa)			기공률(cm³/g)
		경화 시간(일)
		1	7	28
1	23.5	35.1		73.6	91.1	0.070
2	23.4	24.4		57.4	68.8	0.091
3	23.2	30.2		68.2	75.1	0.079
4	23.5	18.9		44.4	54.9	0.092
5	19.8	48.2		87.1	100.3	0.034
6	20.1	39.1		70.3	82.1	0.041
7	23.1	39.7		80.1	98.0	0.066
8	23.5	36.3		74.1	92.0	0.069

위의 표로부터 명백하듯이, 본 발명의 방법에 따라 제조된 시멘트 페이스트는 기계적 강도가 높고 기공률이 낮다. 그러나, 물 요구량은 대체로 동일하다.

그러므로, 본 발명은 통상의 포틀랜드 시멘트에 비해 화학적 반응성이 매우 뛰어난 포틀랜드 시멘트를 제공한다는 것을 알 수 있으며, 이는 시멘트 페이스트가 주어진 강도에서 더 빠르게 경화되고 최종 강도치가 매우 크다는 점으로 확인된다.

지금까지 본 발명을 다양한 실시예와 여러 실시 형태를 참조하면서 설명하였지만, 사용되는 화합물과 관련된 비율들은 원하는 특성의 시멘트를 얻기 위해서 적절한 테스트를 통해 조정할 수 있다는 것을 당업자라면 이해할 것이다.

그러므로, 후술하는 청구범위의 범위 내에서 변형이 가능하기 때문에, 전술한 실시 형태들은 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

Claims

물과 석고 및 감수제를 동시에 첨가하면서 클링커를 관상 분쇄기에서 분쇄함으로써 시멘트 클링커를 처리하는 방법에 있어서,

클링커의 분쇄 중에 pH 9 내지 pH 13인 물을 주입하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 처리 방법.
제1항에 있어서, 전기분해를 통해 상기 pH 값을 갖게 된 물을 주입하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분쇄 공정 중에 미소 충전제 및 감수제 중 적어도 하나를 첨가하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 처리 방법.
제3항에 있어서, 상기 pH 값을 갖는 물과 상기 미소 충전제 및 감수제 중 적어도 하나의 일부를 혼합하여 슬러리를 형성하며, 이 슬러리를 상기 분쇄 공정 중에 건조 상태의 미소 충전제 및 감수제 중 적어도 하나와 함께 상기 분쇄기로 주입하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 처리 방법.
제4항에 있어서, 고형분 대 슬러리의 비율이 95중량%:5중량% 내지 85중량%:15중량%인 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 처리 방법.
제4항에 있어서, 슬러리 중의 액상이 슬러리 중량의 50%를 초과하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 처리 방법.
제4항에 있어서, SiO₂ 함유 물질 형태의 미소 충전제를 장입되는 미소 충전제와 감수제 및 물의 합계 중량의 80%이하의 양만큼 상기 분쇄기에 장입하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 처리 방법.
제4항에 있어서, 중합체 형태의 감수제를 장입되는 미소 충전제와 감수제 및 물의 합계 중량의 5%에 해당하는 양만큼 상기 분쇄기에 장입하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 처리 방법.
제8항에 있어서, 상기 감수제를 슬러리화하고 상기 pH값을 갖도록 전기분해 한 후 상기 관상 분쇄기로 주입하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 처리 방법.
제7항에 있어서, 상기 SiO₂ 함유 물질은 용광로 슬래그 또는 석회석인 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 처리 방법.
제8항에 있어서, 상기 중합체는 나프탈렌 또는 멜라민 또는 이들의 조합을 함유하는 리그노술포네이트계 중합체인 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 처리 방법.