[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR20170023157A - 시멘트질 재료에 사용하기 위한 플라이 애시 및 개선제를 포함하는 포졸란 조성물 - Google Patents

시멘트질 재료에 사용하기 위한 플라이 애시 및 개선제를 포함하는 포졸란 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR20170023157A
KR20170023157A KR1020177002252A KR20177002252A KR20170023157A KR 20170023157 A KR20170023157 A KR 20170023157A KR 1020177002252 A KR1020177002252 A KR 1020177002252A KR 20177002252 A KR20177002252 A KR 20177002252A KR 20170023157 A KR20170023157 A KR 20170023157A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fly ash
natural
pozzolan
composition
class
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020177002252A
Other languages
English (en)
Inventor
조셉 이얼 토마스
리차드 더글라스 카터
제프레이 알렉산더 위든
Original Assignee
씨알 미네랄즈 컴파니, 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 씨알 미네랄즈 컴파니, 엘엘씨 filed Critical 씨알 미네랄즈 컴파니, 엘엘씨
Publication of KR20170023157A publication Critical patent/KR20170023157A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/12—Natural pozzuolanas; Natural pozzuolana cements; Artificial pozzuolanas or artificial pozzuolana cements other than those obtained from waste or combustion residues, e.g. burned clay; Treating inorganic materials to improve their pozzuolanic characteristics
    • C04B7/13—Mixtures thereof with inorganic cementitious materials, e.g. Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/24—Cements from oil shales, residues or waste other than slag
    • C04B7/26—Cements from oil shales, residues or waste other than slag from raw materials containing flue dust, i.e. fly ash
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/08—Flue dust, i.e. fly ash
    • C04B18/088—Flue dust, i.e. fly ash in high volume fly ash compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/14—Minerals of vulcanic origin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/08—Flue dust, i.e. fly ash
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
    • C04B18/146—Silica fume
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/021—Ash cements, e.g. fly ash cements ; Cements based on incineration residues, e.g. alkali-activated slags from waste incineration ; Kiln dust cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/18—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mixtures of the silica-lime type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/12—Natural pozzuolanas; Natural pozzuolana cements; Artificial pozzuolanas or artificial pozzuolana cements other than those obtained from waste or combustion residues, e.g. burned clay; Treating inorganic materials to improve their pozzuolanic characteristics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/0068—Ingredients with a function or property not provided for elsewhere in C04B2103/00
    • C04B2103/0088—Compounds chosen for their latent hydraulic characteristics, e.g. pozzuolanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/2015—Sulfate resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/2023—Resistance against alkali-aggregate reaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/21—Efflorescence resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/26—Corrosion of reinforcement resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
    • Y02W30/92—

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)

Abstract

비사양 플라이 애시에 천연 또는 다른 포졸란의 추가는 F급 또는 C급 플라이 애시로써 ASTM C618 및 AASHTO 295 하에 인증 받을 수 있는 정도까지 상기 비사양 플라이 애시의 특성을 상당히 향상시킨다는 것이 뜻밖에 발견되었다. 상기 천연 포졸란은 부석 또는 펄라이트와 같은 화산분출물이 될 수 있다. 다른 포졸란은 또한 이러한 선광 공정에 사용될 수 있다. 많은 포졸란은 실험적으로 시험되었고 비사양 플라이 애시를 인증할 수 있는 F급 플라이 애시로 선광하는데 사용될 수 있다. 게다가, 본 발명은 C급 플라이 애시를 더욱 가치가 큰 F급 플라이 애시로 변환하는 방법을 제공한다. 이러한 발견은 F급 플라이 애시 공급 감소를 연기할 것이고 비사양 플라이 애시 폐기물 스트림을 콘크리트, 모르타르 및 그라우트를 보호하고 향상시키는 가치 있고, 인증된 플라이 애시 포졸란으로 바꿀 것이다.

Description

시멘트질 재료에 사용하기 위한 플라이 애시 및 개선제를 포함하는 포졸란 조성물{POZZOLANIC COMPOSITIONS CONTAINING FLY ASH AND REMEDIATION AGENTS FOR USE IN CEMENTITIOUS MATERIALS}
이 국제 특허 출원은 본원에 참고로 인용된, 2014년 6월 25일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/016,965호에 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 콘크리트에 사용하기 위한 포졸란 조성물, 플라이 애시 개선 및/또는 선광(beneficiation) 및 상기와 관련된 방법에 관한 것이다.
화도(volcanic vent)에서 폭발적으로 분출되자마자 용암이 급냉되어 로마 콘크리트의 핵심 성분인, 로마에서 “포졸라나(pozzolana)”라고 불리는 부석 포졸란(pumice pozzolan)이 되었다. 로마수도와 같은 로마의 구조물은 콘크리트에 포졸란(pozzolan)으로써 화산재를 사용했다. 천연 (부석) 포졸란을 사용하는 콘크리트는 수천년 동안 지속되는 것으로 입증되었다. 포졸란은 알칼리-실리카 반응(alkali-silica reaction, ASR), 황산염 유도 팽창(sulfate induced expansion), 백태(efflorescence), 뿐만 아니라 염화물 침투로 인한 철근 산화 및 탈결합(debond)과 같은 다양한 형태의 화학 침식(chemical attack)을 완화하여 콘크리트를 강화한다. 포졸란은 또한 콘크리트 밀도를 높이고, 다공성과 침투성을 줄임으로써, 화학적 침투를 줄이고 장기 압축 강도 및 내구성을 높인다.
연통-애시(flue-ash)로 알려진 플라이 애시는 석탄 연소로 생성되는 잔유물 중 하나이며 연도 가스(flue gases)로 인해 발생하는 미세입자를 포함한다. 산업적 환경에서, 플라이 애시는 대게 석탄 연소시 생성되는 애시를 의미한다. 플라이 애시는 일반적으로 연도 가스가 석탄 화력 발전소의 굴뚝에 도달하기 전에 전기 집진기 또는 기타 입자 여과 장비에 포집된다. 석탄의 원료와 구성에 따라, 플라이 애시의 구성 요소는 상당히 다양하지만, 모든 플라이 애시는 상당한 양의 실리카(이산화규소, SiO2), 알루미나(산화알루미늄, Al2O3), 산화철(Fe2O3), 산화칼슘(CaO), 각종 금속 등을 포함한다.
과거에는 플라이 애시가 일반적으로 대기 중으로 방출되었지만, 최근 수십년 동안 요구되는 오염 방지는 방출되기 전에 포획되는 것을 요구한다. 플라이 애시, 특히 F급 플라이 애시(Class F fly ash)는 수경성 시멘트(hydraulic cement) 또는 수압 플라스터(hydraulic plaster)를 향상시키는 포졸란으로써 사용될 수 있다. 플라이 애시는 콘크리트의 포틀랜드 시멘트 함량의 일부를 대신하여 사용할 수 있다. 플라이 애시는 역사적으로 천연 포졸란보다 훨씬 저렴한 비용으로 이용할 수 있었는데, 그 이유는 관련 폐기 비용이 든 석탄 화력 발전소의 폐기물이었기 때문이다.
플라이 애시 포졸란은 일반적으로 천연 포졸란보다 저렴하며, 일반적으로 알칼리-실리카 반응(ASR)과 같은 화학 침식(chemical attack)이 심각하지 않을 때 사용된다. 또한, 플라이 애시 포졸란(fly ash pozzolan)은 낮은 물-시멘트 비율을 갖는 콘크리트가 요구될 때 바람직하다. 일반적으로 플라이 애시는 천연 포졸란보다 적은 물 수요(water demand)를 창출한다. 그러나 ASR과 같은 화학 침식이 심할 것으로 예상되거나 저밀도 콘크리트가 요구될 때 천연 포졸란이 더 나은 선택이 될 것이다.
ASTM C618 : F급 플라이 애시 및 C급 플라이 애시로 두 종류의 플라이 애시가 정의된다. 이러한 부류의 주요 차이점은 상기 애시의 칼슘, 실리카, 알루미나 및 철의 함량이다. 상기 플라이 애시의 화학적 성질은 연소된 석탄의 화학적 함량에 크게 영향을 받는다.
더 단단하고 오래된 무연탄(anthracite)과 역청탄(bituminous coal)의 연소는 일반적으로 F급 플라이 애시를 만들어낸다. 이러한 플라이 애시는 본질적으로 포졸란이며 석회(CaO)는 20% 미만을 포함한다. 포졸란 성질을 지닌 F급 플라이 애시의 유리질 실리카와 알루미나는 포틀랜드 시멘트, 생석회(quicklime) 또는 수화석회(hydrated lime)와 같은 시멘트제를 필요로 하며, 시멘트질 화합물을 반응시켜 생성하기 위해 물이 존재해야 한다. 시멘트와 물 사이의 수력학적 반응의 주요 부산물인 수산화칼슘(Ca(OH)2)은 모든 포틀랜드 시멘트 기반 콘크리트의 바인더인, 추가적인 칼슘 실리케이트 하이드레이트(C-S-H)를 형성하기 위하여 포졸란이 반응하는 핵심 화학 물질이다.
어린 갈탄(lignite)이나 아역청탄(subbituminous coal)의 연소로 생성된 플라이 애시, C급 플라이 애시(Class C fly ash)는 포졸란 성질을 갖는 것 이외에 자체 시멘트 성질을 가지고 있다. 물이 있으면 C급 플라이 애시가 시간이 지남에 따라 굳어지고 경도를 얻으며, C급 플라이 애시는 일반적으로 석회(CaO)를 20 %이상 함유하고 있다. F급 플라이 애시와 달리, 자체 시멘트성의 C급 플라이 애시는 활성제가 필요하지 않다.
석탄 발전 산업에서, 콘크리트는 플라이 애시의 편리한 시장이었다. 콘크리트 회사의 경우 플라이 애시는 저비용의 포졸란 원료였다. 그러나 최근에는 공급 문제가 나타나기 시작했다. 즉, 발전소의 환경 규제가 증가함에 따라 플라이 애시의 양과 질이 감소하고 있다. 콘크리트의 포졸란으로 사용하기에 적합한 품질의 플라이 애시, 특히 F급 플라이 애시의 가용성이 감소하고 있다. 이 상황은 향후 몇 년간 악화될 것으로 예상된다.
두가지 산업(전력 및 콘크리트)의 문제점을 고려하여, 플라이 애시의 포졸란 품질을 향상시키는 방법이 요구된다. 특히 ASTM C618-12 및 AASHTO M295 하에 인증을 얻기 위해 비사양 플라이 애시(non-spec fly ash)라고도 하는 인증할 수 없는(non-certifiable), 낮은 품질의 플라이 애시가 업그레이드될 수 있는 개선제 또는 선광제 및 프로세스를 만드는 것이 바람직하다.
일부 변형예에서, 본 발명은 콘크리트에 사용하기 위한 포졸란 조성물을 제공하며, 상기 조성물은 천연 포졸란(a natural pozzolan)과 혼합된 플라이 애시를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 천연 포졸란은 약 1중량% 내지 약 99중량%의 농도로 존재하며, 예를 들어 약 10중량% 내지 약 90중량%, 약 30중량% 내지 약 70중량%, 약 40중량% 약 60중량%, 또는 약 60중량% 내지 약 70중량%이다.
일부 실시예에서, 상기 플라이 애시에 대한 상기 천연 포졸란의 중량비는 약 0.01 내지 약 100이며, 예를 들어 약 0.1 내지 약 10, 또는 약 1 내지 약 2이다.
상기 천연 포졸란은 포플란, 화산회(volcanic ash)일 수 있으며, 예를 들어(그러나 이에 제한되지 않음) 테프라(tephra), 응회암(tuff), 화산재(pumicite) 또는 부석(pumice)(이하 총괄적으로 "부석(pumice)"이라고 언급됨) 또는 펄라이트(perlite)로부터 얻은 포졸란일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 천연 포졸란은 부석, 펄라이트, 메타카올린(metakaolin), 규조토(diatomaceous earth), 이그님브라이트(ignimbrites), 하소 셰일(calcined shale), 하소 점토(calcined clay) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 실리카흄(silica fume), 유리분말(ground glass), 유리화된 칼슘 알루미늄규산염(vitrified calcium alumino-silicates) 및 높은 실리카 함량의 F급 플라이 애시와 같은 기타 부산물 포졸란은 또한 개선제(remediation agents) 또는 선광제(beneficiation agents)로 사용될 수 있다. 고로슬래그 미분말(ground granulated blast furnace slag)는 경우에 따라, 또한 비사양 플라이 애시를 ASTM C618에 부합하는 플라이 애시로 개선 또는 향상시키기 위한 개선제 또는 선광제로 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 포졸란 조성물은 F급 포졸란으로써 ASTM C618-12 하에 인증된다. 이들 또는 다른 실시예에서, 상기 조성물은 F급 포졸란으로써 AASHTO M29 하에 인증될 수 있다.
상기 포졸란 조성물은 상기 조성물의 점도를 조절하기 위한 첨가제(additive)를 더 포함할 수 있다. 상기 포졸란 조성물은 콘크리트(concrete)에서 상기 조성물의 물 수요(water demand)를 조절하기 위한 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 콘크리트에 사용하기 위한 포졸란 조성물을 포함하는 시멘트 혼합물을 제공하며, 상기 조성물은 천연 포졸란 또는 다른 포졸란(a natural pozzolan or other pozzolans)과 혼합된 플라이 애시를 포함한다. 일부 변형예에서, 기재된 바와 같은 상기 시멘트 혼합물, 또는 그의 반응 생성물(a reaction product) 및 골재(aggregate)를 포함하는 콘크리트 제품 또는 구조물(structure)이 제공된다. 일부 변형예에서, 포졸란 조성물 또는 그의 반응 생성물 및 골재(aggregate)를 포함하는 콘크리트 제품 또는 구조물이 제공되며, 상기 포졸란 조성물은 천연 포졸란 또는 다른 포졸란과 혼합된 플라이 애시를 포함한다.
본 발명은 또한 콘크리트에 사용하기 위한 포졸란 조성물의 제조방법을 제공하며, 상기 방법은:
플라이 애시의 원재료(source)를 제공하는 단계;
천연 포졸란 또는 다른 효과적인 포졸란을 제공하는 단계; 및
포졸란 조성물을 제조하기 위하여 상기 천연 포졸란 (또는 다른 포졸란)과 상기 플라이 애시를 혼합하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 포졸란 재료로 플라이 애시를 업그레이드하는 방법을 제공하며, 상기 방법은:
초기 플라이 애시(a starting fly ash)를 제공하는 단계;
천연 포졸란 또는 다른 효과적인(efficacious) 포졸란을 제공하는 단계; 및
상기 초기 플라이 애시와 비교하여 향상된 포졸란 조성물을 갖는 업그레이드된 플라이 애시를 제조하기 위하여, 상기 천연 포졸란 (또는 다른 포졸란)과 초기 플라이 애시를 혼합하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 비사양 플라이 애시를 선광하거나 또는 C급 플라이 애시를 인증할 수 있는 F급 플라이 애시로 변환하는 방법을 제공하며, 상기 방법은:
인증된 C급 플라이 애시 또는 인증할 수 없는 플라이 애시를 제공하는 단계;
천연 포졸란 또는 다른 효과적인 포졸란을 제공하는 단계; 및
F급 플라이 애시를 제조하기 위하여, 상기 천연 포졸란 (또는 다른 포졸란)과 상기 C급 플라이 애시 또는 인증할 수 없는 플라이 애시를 혼합하는 단계를 포함한다.
일부 방법 실시예에서, 상기 천연 또는 다른 포졸란은 상기 포졸란 조성물, 업그레이드 된 플라이 애시 또는 F급 플라이 애시에서 약 1중량% 내지 약 99중량%의 농도로 존재한다. 특정 실시예에서, 상기 천연 또는 다른 포졸란은 상기 포졸란 조성물, 업그레이드된, 향상된(enhanced) 또는 변환된(converted) 플라이 애시, 또는 F급 플라이 애시에서 약 10중량% 내지 약 90중량%의 농도로 존재하며, 예를 들어 약 30중량% 내지 약 70중량%, 약 40중량% 내지 약 60중량% 또는 약 60중량%이다.
이러한 방법에서, 상기 천연 또는 다른 포졸란은 부석 또는 펄라이트에서 파생된 포졸란(perlite-derived pozzolan)과 같은 하소된(calcined) 또는 비하소된(uncalcined) 포졸란 재료, 하소 셰일, 하소 점토, 메타카올린, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 실리카흄, 유리 분말 및 높은 비율의 실리카, 알루미나 및 철을 함유한 인증된 F급 플라이 애시와 같은 다른 포졸란도 사용될 수 있다.
일부 방법에서, 상기 포졸란 조성물, 업그레이드된 플라이 애시 또는 F급 플라이 애시는 ASTM C618-12 하에 인증된다. 이러한 방법 또는 다른 방법에서, 상기 포졸란 조성물, 업그레이드된 플라이 애시 또는 F급 플라이 애시는 AASHTO M295 하에 인증된다.
도 1은 부석(pumice)과 함께 다양한 플라이 애시의 원재료(source)를 포함하는 포졸란 조성물을 함유한 시멘트질 재료의 압축 강도를 요약한 실험 데이터의 표이다.
도 2는 메타카올린(metakaolin)과 함께 다양한 플라이 애시의 원재료(source)를 포함하는 포졸란 조성물을 함유한 시멘트질 재료의 압축 강도를 요약한 실험 데이터의 표이다.
도 3은 규조토(diatomaceous earth)와 함께 다양한 플라이 애시의 원재료(source)를 포함하는 포졸란 조성물을 함유한 시멘트질 재료의 압축 강도를 요약한 실험 데이터의 표이다.
도 4는 실리카흄(silica fume)과 함께 다양한 플라이 애시의 원재료(source)를 포함하는 포졸란 조성물을 함유한 시멘트질 재료의 압축 강도를 요약한 실험 데이터의 표이다.
도 5는 이그님브라이트(ignimbrite)와 함께 다양한 플라이 애시의 원재료(source)를 포함하는 포졸란 조성물을 함유한 시멘트질 재료의 압축 강도를 요약한 실험 데이터의 표이다.
도 6은 고로슬래그 미분말(ground granulated blast furnace slag)과 함께 다양한 플라이 애시의 원재료(source)를 포함하는 포졸란 조성물을 함유한 시멘트질 재료의 압축 강도를 요약한 실험 데이터의 표이다.
도 7은 초미세한(3micron) 부석(Source No. 1)과 함께 다양한 플라이 애시의 원재료(source)를 포함하는 포졸란 조성물을 함유한 시멘트질 재료의 압축 강도를 요약한 실험 데이터의 표이다.
도 8a는 부석(pumice)과 함께 다양한 플라이 애시의 원재료(source)를 포함하는 포졸란 조성물을 함유한 시멘트질 재료의 압축 강도를 요약한 실험 데이터의 표이다.
도 8b는 도 8a의 표의 연속이며, 부석(pumice)과 함께 다양한 플라이 애시의 원재료(source)를 포함하는 포졸란 조성물을 함유한 시멘트질 재료의 압축 강도를 요약한 실험 데이터의 표이다.
도 9는 유리화된 칼슘 알루미늄규산염(vitrified calcium alumino-silicate) 재료(폐유리분말(ground waste glass) 또는 유리섬유(fiberglass))와 함께 다양한 플라이 애시의 원재료(source)를 포함하는 포졸란 조성물을 함유한 시멘트질 재료의 압축 강도를 요약한 실험 데이터의 표이다.
도 10은 초미세한(3micron) 부석(Source No. 2)과 함께 다양한 플라이 애시의 원재료(source)를 포함하는 포졸란 조성물을 함유한 시멘트질 재료의 압축 강도를 요약한 실험 데이터의 표이다.
도 11은 일부 실시예에 따라, 비사양 플라이 애시를 인증된 F급 플라이 애시로 전환시키는 것을 입증하는 ASTM C618 인증이다.
도 12는 일부 실시예에 따라, 비사양 플라이 애시를 인증된 F급 플라이 애시로 전환시키는 것을 입증하는 ASTM C618 인증이다.
도 13은 일부 실시예에 따라, 비사양 플라이 애시를 인증된 F급 플라이 애시로 전환시키는 것을 입증하는 ASTM C618 인증이다.
본 발명의 특정 실시예들은 본 발명의 당업자가 본 발명을 이용할 수 있도록, 청구된 발명이 이해될 수 있게 하는 방식으로, 보다 상세히 설명될 것이다.
달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 사용된 반응 조건, 농도, 수율 등을 나타내는 모든 숫자는 모든 경우에서 "약"이라는 용어로 변형된 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 달리 지시되지 않는 한, 하기의 명세서 및 첨부된 청구범위에 기재된 수치 파라미터는 적어도 특정 분석 기술에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 모든 수치는 본질적으로 각각의 시험 측정에서 발견된 표준 편차에서 필연적으로 발생하는 특정 오류를 포함한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용된 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 달리 명시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다. 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 개시 내용이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에 기재된 정의가 특허에 기재된 정의와 상반되거나 또는 이와 내용이 다를 경우, 공개된 특허 출원 및 참고문헌으로 편입된 다른 간행물과 관련하여, 본 명세서에 기재된 정의는 본원에 참고로 인용된 정의에 우선한다.
"포함하는(including)", "포함하는(containing)" 또는 "특징 지어지는(characterized by)"과 동의어인 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 포괄적이거나 제한이 없으며, 추가적으로 인용되지 않는 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않습니다. "포함하는(Comprising)"은 청구범위에 사용되는 용어로, 지명된 청구범위 요소가 필수적이지만, 다른 청구범위 요소가 추가 될 수 있으며 청구범위 내에서 구조를 형성 할 수 있음을 의미한다.
본 명세서에 사용된 “구성되는(consisting of)”은 청구범위에 명시되지 않은 임의의 요소, 단계, 또는 성분을 배제한다. 상기 “구성되는(또는 그 변형)”이 전치사 바로 뒤보다 오히려 청구범위의 본문에 나타날 경우, 그 청구항에 기재된 요소만 제한하며, 다른 오소들은 전체적으로 청구범위에서 배제되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 "본질적으로 구성된(consisting essentially of)"은 특정된 요소 또는 방법 단계에 청구범위를 제한하며, 더하여 청구된 제재의 기준 및 신규한 특성 (들)에 실질적으로 영향을 주지 않는 단계를 제한한다.
"포함하는", "구성되는" 및 "본질적으로 이루어진" 용어와 관련하여, 상기 용어 중 하나는 본 명세서에 사용되며 현재 개시되고 청구된 제재는 다른 두 용어 중 어느 하나의 사용을 포함할 수 있다. 따라서, 달리 명시하지 않는 일부 실시예에서, "포함하는"의 임의의 경우는 "로 구성되거나" 또는 대안적으로 "본질적으로 구성되는"으로 대체될 수 있다.
천연 포졸란(natural pozzolans) 뿐만 아니라 이전에 확인된 다른 포졸란(pozzolans)의 첨가는 다양한 플라이 애시(fly ashes)의 화학적 및 포졸란 성능 특성을 향상시키는 것으로, 예기치 않게 발견되었다. 더 놀라운, 인증할 수 없는 폐 플라이 애시(waste fly ash)는 천연 포졸란제(natural pozzolanic agent)의 추가로 매우 향상되었으며, ASTM C618 및 AASHTO 295 하에 F급 (C급보다 더 나은 성능의 포졸란)으로 인증받을 수 있었다. 게다가, 상기 추가된 천연 포졸란은 플라이 애시에서 예상치 못한 물 수요를 창출하지 못했다. 상기 추가된 천연 포졸란은 낮은 품질의 플라이 애시(F급 또는 C급) 또는 비-사양(non-spc) 플라이 애시를 향상시켜 고성능, 인증된 F급 포졸란 플라이 애시로 만들었다.
F급 포졸란 플라이 애시(Class F fly ash)가 북미 지역의 특정 지역에서 주기적으로 공급이 부족한 반면, 상기 발견된 점으로 인해 F급 플라이 애시 공급의 감소를 연기할 수 있다. 향후 10년 동안 150개가 넘는 석탄 화력 발전소가 폐쇄되거나 천연 가스로 전환될 예정이므로, F급 플라이 애시 부족이 악화될 것이다. 천연 포졸란제(및 다른 포졸란)를 활용하는 것은 인증된 것과 비인증된 것 둘다, 현재 사용 가능한 플라이 애시 공급의 확장 또는 개선(remediation)/선광(beneficiation)을 허용할 수 있다. 또한, 천연 포졸란제(natural pozzolanic agents)는 C급 플라이 애시를 더 바람직한 F급 포졸란으로 전환시키는데 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법은 경제적으로 실현 가능하고, 내구성이 있으며 화학적으로 내성을 갖는 콘크리트를 현재 및 미래에 제조하는데 필요한, 인증된 플라이 애시 포졸란의 장기간 이용을 용이하게 할 수 있다.
천연 또는 다른 포졸란이 적절한 비율의 낮은 품질의 플라이 애시와 혼합되면(하기에 보다 자세하게 설명됨), 이전에 인증되지 않은 플라이 애시는 ASTM C618-12 및 AASHTO M295를 통해 포졸란 인증을 받을 수 있는 수준으로 향상된다.
천연 또는 다른 포졸란이 적절한 비율로 혼합된 경우(하기에 보다 자세하게 설명됨), F급 플라이 애시보다 덜 바람직한 포졸란인 C급 플라이 애시는 더 바람직한 포졸란인, F급 인증 요구사항을 충족시켜 전환될 수 있다.
천연 포졸란(또는 아래에 더 자세히 기재된 다른 포졸란)과 적절한 수준으로 혼합된 이전에 인증할 수 없었던 플라이 애시는 북아메리카에서 현재 인증된 대부분의 플라이 애시의 성능을 충족하거나 능가하는 포졸란의 품질인, F급 또는 C급을 보여준다.
본 발명은 품질이 낮고, 인증되지 않으며, 현재 폐기된 플라이 애시를 ASTM C618-12 및 AASHTO M295 하에서 인증될 수 있는 매우 유용한 F급 포졸란으로 개선하는 것을 용이하게 할 수 있다. F급 포졸란은 콘크리트의 성능 특성을 향상시키기 위해 매우 다양한 콘크리트 혼합 설계(concrete mix designs)에 사용된다. 본 발명은 인증되지 않은 플라이 애시를 개선하여 인증 가능한 품질의 C급 또는 F급 플라이 애시로 향상시키는 데에도 사용될 수 있다. 또한 본 발명은 좋은 품질의 인증을 받은 F급 플라이 애시의 양과 가용성을 확대하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 폐기물 스트림(waste stream) 또는 기존의 플라이 애시 매립/폐기물 퇴적물로부터 낮은 품질의 플라이 애시의 제거를 용이하게 하며, 이를 가정용, 건물용 및 인프라용 콘크리트 생산에 대한 큰 수요가 있는 매우 큰 유용한 제품으로 전환시킨다. 본 발명은 또한 오일 웰 케이싱(oil well casings)을 고정하는 데에 사용되는 오일 필드 시멘트 슬러리(oil field cementing slurries)에서 뿐만 아니라 추출 중에 형성물에 오일이 손실되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 시멘트 회사가 "IP 시멘트"를 제조하는 데 사용될 수 있다. IP 시멘트는 혼합된 콘크리트에 포졸란의 이점을 제공하기 위해 포졸란 재료를 추가하여 변경되었다. 포졸란의 질은 ASR, 알칼리-황산염(alkali-sulfate) 반응 및 염화물 침투의 손상 효과, 특히 강화 스틸(steel)의 산화 및 탈결합(debonding)과 같은 화학 침식(chemical attack)의 완화 또는 다른 형태를 포함하지만 이에 국한되지 않는다; 콘크리트 치밀화 및 불투과성 향상, 장기간 압축 강도 증가, 풍화 작용의 완화 등이 있다.
본 발명은 인증되지 않은 플라이 애시를 고성능 F급 플라이 애시, 또는 개선/선광을 덜 수반한 C급 플라이 애시로 판매할 수 있는 방식으로 향상시키고 개선하여, 석탄 화력 발전 플랜트 또는 그들의 파트너(their partners)에 의해 활용될 수 있다. 이는 연못이나 봉쇄 누출, 또는 토양 및 지하수로의 오염물 침출에서 생겨난 잠재적인 환경적 위험에 대한 간접적 비용과 일일 및 장기 봉쇄 활동에 대한 직접적인 비용을 발생시키는, 폐연못 또는 매립지에 배치되는(또는 이미 존재하는) 플라이 애시와 관련이 있다.
일부 변형에서, 본 발명은 콘크리트에 사용하는 포졸란 조성물을 제공하며, 상기 조성물은 천연 또는 다른 포졸란과 혼합된 플라이 애시를 포함한다. “혼합된(combined)”이라는 것은 상기 플라이 애시 및 천연 포졸란이 물리적으로 혼합되어 있음을 의미한다; 비록 화학적 결합(평형 교환 반응과 같은)이 결코 배제되지 않더라도, 화학 반응은 전형적으로 물의 첨가 없이 일어나지 않을 것이다.
일부 실시예에서, 상기 천연 포졸란은 상기 포졸란 조성물의 약 1중량% 내지 99중량%의 농도로 존재하며, 예를 들어 약 10중량% 내지 90중량%, 약 30중량% 내지 70중량%, 약 40중량% 내지 60중량%, 약 60중량% 내지 70중량%이다. 다양한 실시예에서, 상기 천연 포졸란은 상기 포졸란 조성물의 약 1, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, or 95중량%의 농도로 존재한다.
다양한 실시예에서, 상기 플라이 애시는 상기 포졸란 조성물의 약 1, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, or 95중량%의 농도로 존재한다.
포졸란 조성물은 플라이 애시 및 천연 포졸란 이외의 성분을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 첨가제 또는 혼합물이 또한 도입될 수 있다. 상기 첨가제는 포졸란 조성물 자체의 특성을 조정하거나 최종적인 시멘트 또는 콘크리트에 대한 혼화 특성을 제공하기 위해 첨가될 수 있다. 상기 포졸란 조성물은 조성물의 점도를 조절하기 위하여 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 포졸란 조성물은 콘크리트에서 조성물의 물 수요를 조절하기 위한 첨가제를 더 포함할 수 있다. 또한, 불순물이 존재할 수도 있다.
상기 포졸란 조성물의 일부 실시예에서, 상기 플라이 애시에 대한 상기 천연 포졸란의 중량비는 약 0.01 내지 약 100, 예를 들어 약 0.1 내지 약 10, 또는 약 1 내지 약 2이다. 다양한 실시예에서, 상기 플라이 애시에 대한 상기 천연 포졸란의 중량비는 예를 들어, 약 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.8, 1, 2, 3, 5, 8, 10, 15, 25, 50, 75, 또는 90이다.
본 발명에서, "천연 포졸란", "다른 포졸란", "천연 또는 다른 포졸란" 등은 플라이 애시 개선제로 작용할 수 있는 임의의 포졸란을 제한하고 언급하는 것으로 해석되어서는 안 된다. "플라이 애시 개선제 또는 선광제"는 폐 플라이 애시(a waste fly ash) 또는 C급 플라이 애시를 향상, 전환 또는 개선하는 데 필요한 화학적 및 물리적 특성을 가진 보충 시멘트 재료이다. 바람직한 실시예에서, 상기 플라이 애시 개선제 또는 선광제는 ASTM C618 및/또는 AASHTO M295에 정의된 바와 같이, 폐 플라이 애시 또는 C급 플라이 애시를 인증할 수 있는 F급 플라이 애시로 전환시킨다. 게다가, 플라이 애시 개선제는 이미 인증된 F급 플라이 애시를 개선하거나 향상시킬 수 있으므로, 콘크리트 내에 포졸란으로 사용할 경우, 향상되거나 개선된 F급 플라이 애시는 일반적으로 공급을 늘리고 세트 타임(set time)을 줄이며 초기 압축 강도를 향상시키고, 황산염, 염화물 및 알칼리-실리카 반응과 같은 화학 침식에 대한 완화 특성을 강화한다.
천연 포졸란은 부석(pumice) 또는 펄라이트(perlite)로부터 얻은 포졸란과 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 포졸란 애시(pozzolanic ash)일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 천연 포졸란은 하소 셰일(calcined shale), 하소 점토(calcined clay), 메타카올린(metakaolin), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 상기 포졸란은 고품질의 F 급 플라이 애시, 유리 분말(ground glass), 실리카흄(silica fume) 또는 기타 다른 물질일 수 있다(또는 파생될 수 있음).
다양한 실시예에서, 천연 또는 다른 포졸란 및/또는 다른 보충 시멘트 재료는 부석 (다양한 크기 범위), 펄라이트, 메타카올린(metakaolin), 규조토(diatomaceous earth,), 실리카흄, 이그님브라이트(ignimbrites), 고로슬래그 미분말(ground granulated blast furnace slag), 유리화된 칼슘 알루미늄규산염(vitrified calcium alumino-silicates), 폐유리분말(ground waste glass) 또는 이들의 조합물 또는 파생물(derivatives)일 수 있다.
분말 또는 먼지 형태의 화산재(pumicite)로 불리는 부석(pumice)은 결정체를 포함하거나 포함하지 않는, 고소포성(highly vesicular)의 거친 질감의 화산 유리로 이루어져 있다. 부석은 과열되고, 높은 압력을 받은 암석이 화산에서 극심하게 분출될 때 생성된다. 부석은 화산암(extrusive igneous rock)의 얇고 반투명한 기포벽(bubble walls)을 가진 극히 미세한 소포성(micro-vesicular) 화쇄암의(pyroclastic) 유리로 구성된다. 일반적이지만, 중간체 조성물 마그마(예를 들어, 유문암(rhyolitic), 석영안산암(dacitic), 안산암(andesite), 판텔레리아암(pantellerite), 향암(phonolite), 조면암(trachyte))에서 규질(silicic) 또는 규장질(felsic)만을 얻지 않는다. 부석은 일반적으로 흰색, 크림색, 파란색 또는 회색에서 녹갈색(green-brown) 또는 검정색으로의 범위이며 색상이 엷다.
펄라이트는 상대적으로 높은 수분 함량을 갖는 비정질의 화산 유리로, 일반적으로 흑요석(obsidian)의 수화 작용(hydration)에 의해 형성되는 것으로 여겨진다. 펄라이트는 자연적으로 발생하며 충분히 가열될 때 크게 팽창하는 특이한 성질을 가지고 있다. 스코리아(scoria)는 큰 소포(vesicles)와 두꺼운 소포 벽을 가지고 있고 어두운 색을 띄며 조밀하므로 부석과는 다른, 또 다른 소포성의 화산암(vesicular volcanic rock)이다.
실리카흄은 실리콘-페로실리콘(silicon-ferrosilicon) 합금 제품에서 얻을 수 있는 비정질, 초미세 분말이다. 이그님브라이트(ignimbrite)는 일반적으로 잘게 분쇄된 거의 순수한 형태의 실리카(silica) 또는 규산염(silicate)을 지칭하며, 다양한 형태의 기초석(ground stone) 중 하나이다. 고로슬래그 미분말(ground-granulated blast-furnace slag)은 유리의, 미립자 생성물을 생성하기 위해, 물 또는 수증기 속에서 고로로부터 녹은 아이언 슬래그(iron slag)를 ??칭(quenching)하여 얻어지며, 후에 건조되고 미세 분말로 분쇄된다. 일부 실시예에서, 유리화된 칼슘 알루미늄규산염 포졸란은 재활용된 유리 또는 유리 섬유(fiberglass) 분말, 미세하게 분쇄된 새로운 유리 분말 또는 이들의 조합으로부터 제조될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 천연 또는 다른 포졸란은 비정질 실리카, 비정질 알루미나(amorphous alumina) 및 철을 함유한다. 일부 실시예의 상기 천연 또는 다른 포졸란은 이것의 실리카 함량에 따라 선택된다. 일부 실시예의 상기 천연 또는 다른 포졸란은 이것의 알루미나 함량에 따라 선택된다. 일부 실시예의 상기 천연 또는 다른 포졸란은 이것의 실리카/알루미나 및 철 함량의 조합에 따라 선택된다.
일부 실시예에서, 상기 천연 또는 다른 포졸란은 콘크리트 또는 시멘트 산업에서의 사용에 있어서, 이전에 사용 불가능한 플라이 애시를 유용한 F급 플라이 애시로 변환시키는 정도까지 낮은 품질의 플라이 애시를 개선하기 위한 첨가제로서 사용되도록 높은 실리카 함량 및 포졸란 농도에 따라 선택된다.
일부 실시예에서, 상기 천연 또는 다른 포졸란은 입자 크기 분포, 표면적, 입자 형태 분포, 밀도, 점도 또는 다른 특성에 따라 선택된다. 예를 들어, 부석에서 파생된 포졸란은 물 수요가 적은 구형을 갖는 경향이 있는 플라이 애시 포졸란보다 더 높은 물 수요를 만드는 각진 형태를 가질 수 있다.
천연 또는 다른 포졸란은 개선되거나 향상된 플라이 애시를 얻기 위해 플라이 애시(단순한 혼합과는 대조적으로)와 인터그라인딩될(inter-ground) 수 있다. 인터그라인딩(inter-grinding)은 상기 플라이 애시의 입자 크기를 줄이면서 표면적을 증가시킨다. 플라이 애시 개선 또는 향상 방법은 상기 천연 포졸란을 포함하는 개선되거나 향상된 플라이 애시의 반응성을 증가시켜, 상기 플라이 애시의 포졸란 반응성을 증가시킨다.
일부 실시예에서, 상기 포졸란 조성물은 F급 포졸란으로써 ASTM C618-12("콘크리트에 사용하기 위한 석탄 플라이 애시 및 천연 또는 하소된 천연 포졸란에 대한 표준 사양(Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete)") 하에 인증된다. 이들 또는 다른 실시예에서, 상기 조성물은 F급 포졸란으로써 AASHTO M295("콘크리트에 사용하기 위한 석탄 플라이 애시 및 천연 또는 하소된 천연 포졸란에 대한 표준 사양(Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete)"에 따라) 하에 인증될 수 있다. ASTM C618-12 및 AASHTO M295는 모두 본 발명에 참조로서 완전히 통합된다. 또한, 본 발명에 따른 포졸란 조성물은 미국 또는 다른 나라에서 현재 존재하거나 미래에 개발될 다른 표준 또는 규정에 따라 양자택일적으로 또는 부가적으로 인증될 수 있다.
본 발명은 또한 콘크리트에 사용하기 위한 포졸란 조성물을 포함하는 보충적인 시멘트 혼합물을 제공하며, 상기 조성물은 천연 또는 다른 포졸란과 혼합된 플라이 애시를 포함한다. 본 발명에 의해 제공된 상기 포졸란 조성물은 콘크리트 배합 설계, 시멘트 혼합물 또는 다른 혼합물에 혼합될 수 있다. 대안적으로는, 예를 들어 초기 시멘트 제품, 골재 및 물의 혼합이 이미 시작된 후에, 시멘트 혼합물 또는 다른 혼합물에 상기 플라이 애시 및 천연 포졸란 성분을 도입(혼합)하기 위한 지침이 제공될 수 있다.
일부 변형예에서, 개시된 시멘트 혼합물 또는 그의 반응 생성물을 포함하는 콘크리트 제품 또는 구조물이 제공된다. 일부 변형예에서, 포졸란 조성물 또는 그의 반응 생성물을 포함하는 콘크리트 제품 또는 구조물이 제공되며, 상기 포졸란 조성물은 천연 포졸란과 혼합된 플라이 애시를 포함한다. 상기 콘크리트 제품 또는 구조물은 특별히 제한되지 않는다.
본 발명은 콘크리트에 사용하기 위한 포졸란 조성물의 제조방법을 제공하며, 상기 방법은:
플라이 애시의 원재료(source)를 제공하는 단계;
천연 또는 다른 포졸란을 제공하는 단계; 및
포졸란 조성물을 제조하기 위하여 상기 천연 또는 다른 포졸란과 상기 플라이 애시를 혼합하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 포졸란 재료로 플라이 애시를 업그레이드하는 방법을 제공하며, 상기 방법은:
초기 플라이 애시(a starting fly ash)를 제공하는 단계;
천연 또는 다른 포졸란을 제공하는 단계; 및
상기 초기 플라이 애시와 비교하여 향상된 포졸란 조성물을 갖는 업그레이드된 플라이 애시를 제조하기 위하여 상기 천연 또는 다른 포졸란과 상기 초기 플라이 애시를 혼합하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 C급 플라이 애시를 F급 플라이 애시로 변환하는 방법을 제공하며, 상기 방법은:
인증되거나 인증되지 않은 C급 플라이 애시를 제공하는 단계;
천연 또는 다른 포졸란을 제공하는 단계; 및
F급 플라이 애시를 제조하기 위하여, 상기 천연 또는 다른 포졸란과 상기 C급 플라이 애시를 혼합하는 단계를 포함한다.
일부 방법 실시예에서, 상기 천연 또는 다른 포졸란은 상기 포졸란 조성물, 업그레이드 된 플라이 애시 또는 F급 플라이 애시에서 약 1중량% 내지 약 99중량%의 농도로 존재한다. 특정 실시예에서, 상기 천연 또는 다른 포졸란은 상기 포졸란 조성물, 업그레이드된 플라이 애시 또는 F급 플라이 애시에서 약 10중량% 내지 약 90중량%의 농도로 존재하며, 예를 들어 약 30중량% 내지 약 70중량%, 약 40중량% 내지 약 60중량% 또는 약 60중량%와 같다.
이러한 방법에서, 상기 천연 또는 다른 포졸란은 하소 또는 비하소된 포졸란 애시(부석에서 파생된 포졸란과 같은) 및 펄라이트, 하소 셰일, 하소 점토, DE, 메타 카올린, 실리카흄 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
일부 방법에서, 상기 포졸란 조성물, 업그레이드된 플라이 애시 또는 F급 플라이 애시는 ASTM C618-12 하에 인증된다. 이러한 방법 또는 다른 방법에서, 상기 포졸란 조성물, 업그레이드된 플라이 애시 또는 F급 플라이 애시는 AASHTO M295 하에 인증된다.
[실시예]
이러한 실시예에서, 천연 또는 다른 포졸란과 혼합된 플라이 애시를 포함하는 다양한 포졸란 조성물은 시멘트질 재료에 사용하기 위해 실험적으로 평가된다. 플라이 애시 및 많은 포졸란제의 수많은 근원이 테스트되었다.
I/II 유형 시멘트(Type I/II cement, 도 1 내지 10의 표에 있는 “ΤΙ-Π”)는 상기 테스트 프로그램에 사용된 모든 다른 혼합물의 중량에 있어서, 대조군(100%) 및 60%가 사용된다. 각 혼합물의 나머지 40중량%는 단독으로 또는 개선된/향상된 형태인, 다양한 플라이 애시로 구성되며, 상업적으로 이용 가능한 포졸란을 개선제로 사용한다.
이러한 실시예에 설명된 상기 테스트 프로그램에서 5개 각각의 플라이 애시가 개선, 변환 또는 향상되었다.
Fly Ash Source 1 = F급 플라이 애시(Class F Fly Ash), western U.S.
Fly Ash Source 2 = 비사양 플라이 애시(Non-Spec Fly Ash), OK
Fly Ash Source 3 = 비사양 플라이 애시(Non-Spec Fly Ash), CO
Fly Ash Source 4 = C급 플라이 애시(Class C Fly Ash), TX
Fly Ash Source 5 = C급 플라이 애시(Class C Fly Ash), MO
F급 플라이 애시가 테스트되었다. 현재 하나의 ASTM C618 인증된 F급 플라이 애시(Source 1)는 본 발명을 사용하여 개선되거나 향상되었다. 상기 인증된 플라이 애시는 또한 현재 인증된 F급 플라이 애시에 대하여 다른 교정, 전환 및 향상된 인증할 수 있는 F급 플라이 애시와 비교하여 대조군(control)으로 사용되었다.
비사양 애시(폐기물)는 ASTM C618 및 AASHTO M295하에 인증할 수 없는 것으로 정의된다. 2개의 인증할 수 없는 애시는 상기 테스트에서, Fly Ash Source 2 및 Fly Ash Source 3으로 사용되었다. 이러한 플라이 애시는 F급 플라이 애시로써 C618 인증을 받기 위해 플라이 애시 개선제를 사용하여 개선되거나 선광되었다(도 11 및 도 12 참조).
C급 플라이 애시 또한 테스트되었다. 현재 2개의 ASTM C618에서 인증된 C급 애시(Fly Ash Source 4 및 Fly Ash Source 5)는 본 발명을 사용하여 인증할 수 있는 F급 플라이 애시로 개선 또는 전환되었다. 이러한 플라이 애시는 F급 플라이 애시로써 C618 인증을 받기 위해 플라이 애시 개선제를 사용하여 개선 또는 전환되었다(Source 4 결과에 대해서는 도 13 참조).
하기의 플라이 애시 개선제는 이러한 실시예에서 실험적으로 평가되었다.
부석(325 mesh를90% 통과)
부석(325 mesh를 100% 통과)
부석(3 micron - 두개의 독립적인 원재료, Source Nos. 1 및 2)
메타카올린
규조토
실리카흄
이그님브라이트
고로슬래그 미분말(슬래그, slag)
유리화된 칼슘 알루미늄규산염 재료, 폐유리분말
모든 샘플은 시멘트가 시멘트질 재료의 60%를 차지하는 혼합물로 제조되었다. 테스트 양생(test regimen)은 향상된 제품 차별화를 위해 표준 시멘트 슬러리 혼합 설계(골재 없음)를 사용했다. 물은 약 18°C에서 시멘트와 포졸란 혼합물을 혼합했다. 상기 혼합물은 주위 온도(at ambient temperature)인, 약 21℃(수욕) 또는 약 38℃에서 양생(curing)되었다. 주위 온도에서, 양생 시간의 1일, 7일 및 28일 후에 측정이 수행되었다.
상기 혼합 설계 자체는 2" x 4" 실린더를 사용하여 상기 샘플을 생산할 수 있는 시멘트 슬러리(그라우트, grout) 설계이다. 이로써 시간 및 사용 가능한 공간에 있어서 배칭(batching) 및 양생 공정이 단순화되었다. 또한, 골재는 상기 혼합 설계에 포함되어 있지 않다. 이러한 샘플은 다양한 시멘트 성분들 사이의 유압 및 포졸란 반응과 그에 따른 상대적 강도에 의존한다. 또한, 상당히 높은 60/40(시멘트/포졸란) 비율을 사용함으로써, 여러 가지 포졸란의 상대적 강도 또는 반응성이 훨씬 더 뚜렷할 수 있다.
그 결과는 도 1 내지 도 10의 표에 나타나 있다. 상기 표시된 강도 데이터는 파운드(pounds)/제곱인치(sq. inch)(lbs/in 또는 psi) 단위의 압축 강도(compressive strength)이다. 각 표는 참고용으로만 100% TI-II 시멘트 혼합물(1행)의 압축 강도를 나타내며, 대조군(2열)으로써 C618로 인증된 F급 플라이 애시(Fly Ash Source 1)의 압축 강도를 나타낸다. "1일(1 Day)" 압축 강도는 온도 조절 수조에 약 21°C에서 담궈져 1일 동안 표본을 양생한 후 파단 시험을 말하며, "7일(7 Days)"은 약 21°C에 담궈져 7일 동안 표본을 양생한 7일 후에 파단 시험을 말하며, “28일(28 Days)”은 약 21°C에 담궈져 28일 동안 표본을 양생한 28일 후에 파단 시험을 말한다. 첫번째 데이터 열(column)은 약 38°C에 담궈져 1일 동안 표본을 양생한 후 파단 시험에서의 압축 강도를 나타낸다.
플라이 애시 개선제로써 시험된 모든 상업용 포졸란은 100개가 넘는 그라우트 콘크리트의 배치(batches)에서 압축 강도가 시험되었던 다양한 플라이 애시를 어느 정도 향상시켰다. 황화물(sulfates), 염화물(chlorides) 및 알칼리-실리카 팽창 반응(alkali-silica expansive reactions)에 대한 콘크리트의 내화학성을 높이고, 백화(efflorescence)에 대한 완화를 위해 F급 플라이 애시 또는 천연 포졸란이 시멘트 및 콘크리트에 첨가된다. 대부분의 경우, F급 플라이 애시를 포함한 포졸란은 보통 7일 및 28일 압축 강도 시험이 완료될 때까지 압축 강도를 향상시키지 않는다. 즉, 시멘트만 있는 대조군에 비해, F급 플라이 애시를 사용하는 콘크리트의 강도 향상은 일반적으로 적어도 양생 28일 후에 이루어진다. 그러나, 개선된/선광된 또는 변환된 플라이 애시가 실제로 28일 이내에 대조군을 능가하는 시험에는 예외가 있다.
모든 경우에, 자연 또는 다른 포졸란과 플라이 애시를 혼합하여, 개선된 플라이 애시를 생성함으로써, 상기 플라이 애시의 포졸란 품질이 향상된다는 것이 발견되었다. 이러한 성능 향상은 개선된 플라이 애시가 추가된 콘크리트의 극도의 압축 강도; 및 다양한 화학 침식의 형태(예를 들어, 알칼리-실리카 반응, 황산염-유도된 팽창, 및/또는 염화물 침투)로부터 호스트 콘크리트를 보호하는 측면에서 상기 개선된 플라이 애시의 증가된 완화 특성의 측면에서 실현되었다.
모든 시험의 경우, 플라이 애시에 대한 천연 또는 다른 포졸란의 정확한 혼합 비율에 의존하는 비사양 플라이 애시는 ASTM C618및 AASHTO M295 사양 기준 하에 F급 포졸란으로 인증될 수 있었다는 점에서 개선되었다. 제한 없이, 본질적으로 현재 인증되지 않은 임의의 플라이 애시가 플라이 애시에 대한 ASTM C618 인증을 충족시키기 위해서는 적절히 선택된 천연 포졸란으로 개선될 수 있다는 것이 예상된다.
모든 경우에, 플라이 애시에 대한 천연 포졸란의 정확한 혼합 비율에 따른, 인증된 C급 플라이 애시는 성공적으로 전환되어 C급 애시가 플라이 애시의 더 바람직한 포졸란 급, 즉 F급 플라이 애시로 재분류 될 수 있게 되었다(도 13 참조). 제한 없이, 이러한 실시예에 있는 데이터를 기반으로, ASTM C618 F급 인증 기준을 충족시키기 위해 임의의 인증된 C급 플라이 애시가 성공적으로 개선되고 향상될 수 있다는 점이 예측된다.
제한 없이, 이러한 데이터를 기반으로, 포틀랜드 시멘트-기반의 콘크리트, 모르타르(mortar) 또는 그라우트에 포졸란을 첨가할 때, 현재 인증된 임의의 F급 플라이 애시가 상기 예상되는 성능 이점의 측면에서 향상될 수 있다라는 것이 또한 예상된다.
또한 실리카흄 및 폐유리분말과 같은 산업 부산물은 콘크리트/모르타르(mortar)/그라우트 압축 강도 및 화학 침식의 완화를 향상시키는 용도로 플라이 애시의 성능을 유사하게 향상시킬 수 있다는 것이 발견되었다. 또한 고로슬래그 미분말(“슬래그"라고도 함)이 인증된 것과 비인증된 것의 모든 형태의 플라이 애시의 성능 특성을 향상시킬 수 있다는 것도 발견했다.
사실상 모든 포졸란은 다양한 플라이 애시를 한 단계 또는 다른 정도로 향상시키며, 일부는 매우 상당하다. 따라서, 이러한 실시예의 데이터로부터 얻은 결론은 플라이 애시는 임의의 포졸란에 의해 개선될 수 있다는 것이다. 비사양, 일반적으로 폐기된 또는 매립된 플라이 애시는 ASTM 인증 포졸란의 F급 애시로 개선될 수 있다. ASTM 인증 C급 애시는 ASTM 인증 F급 애시로도 향상되거나 변환될 수 있다. 게다가, 상기 데이터는 비교적 낮은 성능의 F급 플라이 애시(Fly Ash Source 1)가 개선 또는 선광 공정에 의해 크게 향상될 수 있음을 보여준다.
또한, 도 11내지 도 13은 개선 또는 선광 과정이 비사양 애시 또는 C급 애시를 개선 또는 변환한다는 관점에서 효과가 있다는 증거를 보여준다. 이러한 것은 업계에서 인정 받은 독립 연구소에 의해 인증을 받은 실제 ASTM C618 인증을 포함한다. 도 11은 비사양 애시, Fly Ash Source 3이 인증된 사양 F급 플라이 애시로 개선/선광된 것을 보여준다. 도 12는 비사양 애시, Fly Ash Source 2가 인증된 사양 F급 플라이 애시로 개선/선광된 것을 보여준다. 도 13은 사양 C급 플라이 애시, Fly Ash Source 4가 인증된 F급 플라이 애시로 선광/전환된 것을 보여준다.
본 명세서에 인용된 모든 간행물, 특허 및 특허 출원은 각 간행물, 특허 또는 특허 출원이 본 명세서에 구체적 및 개별적으로 제시된 것처럼 그 전체가 본원에 참고로 인용된다.
이 상세한 설명에서, 본 발명의 여러 실시예 및 본 발명이 어떻게 이해되고 실행될 수 있는지에 관한 비제한적인 예들이 참조되었다. 본 발명에 기재된 모든 특징 및 이점을 제공하지 않는 다른 실시예가 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이용될 수 있다. 본 발명은 본 명세서에서 설명된 방법 및 시스템의 통상적인 실험 및 최적화를 포함한다. 어떠한 변형 및 변화도 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
위에서 설명된 방법 및 단계가 특정 순서로 발생하는 특정한 것을 나타내는 경우, 당업자는 특정 단계의 순서가 변경될 수 있고 그러한 변경이 본 발명의 변형에 따른다는 것을 인식할 것이다. 또한, 특정 단계는 가능한 경우 병렬 프로세스에서 동시에 수행될 수 있을 뿐만 아니라 순차적으로 수행될 수도 있다.
따라서, 개시 내용 또는 첨부된 특허청구범위의 균등 범위 내에 있는 본 발명의 변형이 있는 한, 이 특허는 이러한 변형을 또한 포괄하고자 한다. 본 발명은 청구된 것에 의해서만 제한될 수 있다.

Claims (25)

  1. 콘크리트에 사용하기 위한 포졸란 조성물(pozzolanic composition)에 있어서,
    상기 조성물은 천연 또는 다른 포졸란(a natural or other pozzolan)과 혼합된 플라이 애시(fly ash)를 포함하는 포졸란 조성물.
  2. 제 `1 항에 있어서,
    상기 천연 또는 다른 포졸란은 약 1중량% 내지 약 99중량%의 농도로 존재하는 포졸란 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 천연 또는 다른 포졸란은 약 10중량% 내지 약 90중량%의 농도로 존재하는 포졸란 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라이 애시에 대한 상기 천연 또는 다른 포졸란의 중량비는 약 0.01 내지 약 100인 포졸란 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플라이 애시에 대한 상기 천연 또는 다른 포졸란의 중량비는 약 0.1 내지 약 10인 포졸란 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 천연 또는 다른 포졸란은 포졸란 애시(pozzolanic ash)인 포졸란 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 천연 또는 다른 포졸란은 부석(pumice), 펄라이트(perlite), 이그님브라이트(ignimbrites), 또는 임의의 다른 화산 물질(volcanic material)로부터 얻은(derived from) 포졸란 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 천연 또는 다른 포졸란은 부석, 화산재(pumicite), 펄라이트, 화산회(volcanic ash), 메타카올린(metakaolin), 규조토(diatomaceous earth), 실리카흄(silica fume), 이그님브라이트(ignimbrites), 고로슬래그 미분말(ground granulated blast furnace slag, GGBFS), 유리화된 칼슘 알루미늄규산염(vitrified calcium alumino-silicates), 폐유리분말(ground waste glass), 하소 셰일(calcined shale), 하소 점토(calcined clay), 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 포졸란 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 천연 또는 다른 포졸란이 하소되는(calcined) 포졸란 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은 F급 포졸란(Class F pozzolan)으로써 ASTM C618-12 및/또는 AASHTO M295 하에 인증되는 포졸란 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은 상기 조성물의 점도를 조절하기 위한 첨가제(additive)를 더 포함하는 포졸란 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은 콘크리트에 상기 조성물의 물 수요(water demand)를 조절하기 위한 첨가제를 더 포함하는 포졸란 조성물.
  13. 콘크리트에 사용하기 위한 포졸란 조성물을 포함하는 시멘트질 혼합물(cementitious mixture)에 있어서,
    상기 조성물은 천연 또는 다른 포졸란과 혼합된 플라이 애시를 포함하는 시멘트질 혼합물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 플라이 애시에 대한 상기 천연 또는 다른 포졸란의 중량비는 약 0.01 내지 약 100인 시멘트질 혼합물.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 플라이 애시에 대한 상기 천연 또는 다른 포졸란의 중량비는 약 0.1 내지 약 10인 시멘트질 혼합물.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 천연 또는 다른 포졸란은 부석, 화산재, 펄라이트, 화산회, 이그님브라이트, 메타카올린, 규조토, 실리카흄, 고로슬래그 미분말, 유리화된 칼슘 알루미늄규산염, 폐유리분말, 하소 셰일, 하소 점토, 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 시멘트질 혼합물.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 조성물은 F급 포졸란으로써 ASTM C618-12 및/또는 AASHTO M295 하에 인증되는 시멘트질 혼합물.
  18. 제 13 항의 시멘트질 혼합물, 또는 그의 반응 생성물(reaction product) 및 골재(aggregate)를 포함하는 콘크리트 제품 또는 구조물(structure).
  19. 콘크리트에 사용하기 위한 포졸란 조성물의 제조방법으로서,
    플라이 애시의 원재료(source)를 제공하는 단계;
    천연 또는 다른 포졸란을 제공하는 단계; 및
    포졸란 조성물을 제조하기 위하여, 상기 천연 또는 다른 포졸란과 상기 플라이 애시를 혼합하는 단계를 포함하는 포졸란 조성물의 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 플라이 애시는 상기 포졸란의 특성을 향상시키기 위하여, 상기 천연 또는 다른 포졸란의 존재에 의해, 업그레이드되는(upgraded) 포졸란 조성물의 제조방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    C급 플라이 애시(Class C fly ash)가 F급 플라이 애시로 업그레이드되는 포졸란 조성물의 제조방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    비-사양 플라이 애시(a non-spec fly ash), 폐 플라이 애시(waste fly ash)가 F급 플라이 애시로 업그레이드되는 포졸란 조성물의 제조방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 천연 또는 다른 포졸란은 상기 포졸란 조성물에서 약 1중량% 내지 약 99중량%의 농도로 존재하는 포졸란 조성물의 제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 천연 또는 다른 포졸란은 상기 포졸란 조성물에서 약 10중량% 내지 약 90중량%의 농도로 존재하는 포졸란 조성물의 제조방법.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 천연 또는 다른 포졸란은 부석, 화산재, 펄라이트, 화산회, 이그님브라이트, 메타카올린, 규조토, 실리카흄, 고로슬래그 미분말, 유리화된 칼슘 알루미늄규산염, 폐유리분말, 하소 셰일, 하소 점토, 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 포졸란 조성물의 제조방법.
KR1020177002252A 2014-06-25 2015-06-24 시멘트질 재료에 사용하기 위한 플라이 애시 및 개선제를 포함하는 포졸란 조성물 Withdrawn KR20170023157A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462016965P 2014-06-25 2014-06-25
US62/016,965 2014-06-25
PCT/US2015/037399 WO2015200471A1 (en) 2014-06-25 2015-06-24 Pozzolanic compositions containing fly ash and remediation agents for use in cementitious materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170023157A true KR20170023157A (ko) 2017-03-02

Family

ID=54929751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177002252A Withdrawn KR20170023157A (ko) 2014-06-25 2015-06-24 시멘트질 재료에 사용하기 위한 플라이 애시 및 개선제를 포함하는 포졸란 조성물

Country Status (8)

Country Link
US (10) US9561983B2 (ko)
EP (1) EP3160918A4 (ko)
JP (2) JP7036593B2 (ko)
KR (1) KR20170023157A (ko)
CN (1) CN106660873A (ko)
AU (1) AU2015279974A1 (ko)
CA (2) CA2953822C (ko)
WO (1) WO2015200471A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102107721B1 (ko) * 2019-08-01 2020-05-07 공병하 안산암 분진 및 비정질 칼슘 알루미노실리케이트 포졸란을 이용한 콘크리트 구조물 보수보강용 고강도 모르타르 조성물 및 시공 방법

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015200471A1 (en) 2014-06-25 2015-12-30 CR Minerals Company, LLC Pozzolanic compositions containing fly ash and remediation agents for use in cementitious materials
US20180037501A1 (en) * 2015-06-29 2018-02-08 Roman Cement, Llc Modification of properties of pozzolanic materials through blending
US10457601B2 (en) 2017-02-24 2019-10-29 CR Minerals Company, LLC Settable compositions comprising remediated fly ash (RFA) and methods of cementing in subterranean formations
PT3507256T (pt) * 2017-05-15 2021-01-05 Romeo Ilarian Ciuperca Pozolana hialoclastite, sideromelano ou taquilite, cimento e betão usando os mesmos e método de fabrico e de uso dos mesmos
US11236018B2 (en) 2017-05-15 2022-02-01 Romeo Ilarian Ciuperca Hyaloclastite, sideromelane or tachylite pozzolan-based geopolymer cement and concrete and method of making and using same
US9822037B1 (en) 2017-05-15 2017-11-21 Romeo Ilarian Ciuperca Hyaloclastite pozzolan, hyaloclastite based cement, hyaloclastite based concrete and method of making and using same
US10472552B2 (en) 2017-08-08 2019-11-12 Bj Services, Llc Spacer fluids for cementing well bores
US10450494B2 (en) 2018-01-17 2019-10-22 Bj Services, Llc Cement slurries for well bores
AT520755B1 (de) * 2018-07-17 2019-07-15 Markus Fleischanderl Bindemittel zur Herstellung eines auf Hartgesteinsplitt basierenden Freiflächenbelags mit Zement
CN110078429A (zh) * 2019-05-20 2019-08-02 长江三峡技术经济发展有限公司 一种高掺石粉膏混合砂浆
US10920121B1 (en) 2020-03-18 2021-02-16 Saudi Arabian Oil Company Methods of reducing lost circulation in a wellbore using Saudi Arabian volcanic ash
US11820707B2 (en) 2020-03-18 2023-11-21 Saudi Arabian Oil Company Geopolymer cement slurries, cured geopolymer cement and methods of making and use thereof
US11820708B2 (en) 2020-03-18 2023-11-21 Saudi Arabian Oil Company Geopolymer cement slurries, cured geopolymer cement and methods of making and use thereof
US11098235B1 (en) 2020-03-18 2021-08-24 Saudi Arabian Oil Company Methods of converting drilling fluids into geopolymer cements and use thereof
US11015108B1 (en) 2020-03-18 2021-05-25 Saudi Arabian Oil Company Methods of reducing lost circulation in a wellbore using Saudi Arabian volcanic ash
US11066899B1 (en) 2020-03-18 2021-07-20 Saudi Arabian Oil Company Methods of sealing a subsurface formation with saudi arabian volcanic ash
CN111410445A (zh) * 2020-05-09 2020-07-14 中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司 一种环保胶凝材料及其制备方法与应用
CN111807798A (zh) * 2020-06-17 2020-10-23 青海民族大学 一种抗硫酸盐混凝土及其制备方法
CN113683374A (zh) * 2021-07-09 2021-11-23 牛红武 一种调湿防滑火山岩板材及其制备方法
CN114751689A (zh) * 2022-03-08 2022-07-15 中建西部建设新疆有限公司 一种增强抗碱化凝灰岩混凝土及其制备方法
CN115745538B (zh) * 2022-11-05 2023-09-26 江河安澜工程咨询有限公司 一种耐自然侵蚀的人工防汛备防石及其制备方法
WO2024186520A1 (en) * 2023-03-03 2024-09-12 Ciuperca Romeo Ilarian Hyaloclastite polymeric foam, hyaloclastite mineral polymeric filler, hyaloclastite polymeric compositions, and method of making and using same

Family Cites Families (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1001741A (en) 1910-07-13 1911-08-29 Thomas Sidley Downham Shaking and dumping grate.
JPS5171306A (ja) * 1974-12-18 1976-06-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hatsuhoshitsuseramitsukusuno seizohoho
US4642137A (en) * 1985-03-06 1987-02-10 Lone Star Industries, Inc. Mineral binder and compositions employing the same
CN1012951B (zh) * 1987-02-18 1991-06-26 云南省建筑材料科学研究设计院 用高钙粉煤灰生产水泥的方法
US5261461A (en) 1987-06-30 1993-11-16 Chevron Research Company Pipeline rehabilitation articulated gasketed-joint pipe
US4842649A (en) * 1987-10-02 1989-06-27 Pyrament, Inc. Cement composition curable at low temperatures
GB8904273D0 (en) * 1989-02-24 1989-04-12 Sandoz Ltd Improvements in or relating to chemical compounds
EP0431112B1 (en) * 1989-05-22 1994-08-17 Advanced Concrete Technology, Inc. High strength structural perlite concrete
JPH089497B2 (ja) * 1990-06-06 1996-01-31 株式会社クボタ 無機質製品の製造方法
US5223035A (en) * 1990-08-29 1993-06-29 Lafarage Canada Inc. Pozzolan blends
JP3150164B2 (ja) * 1991-05-01 2001-03-26 電気化学工業株式会社 セメント混和材及びセメント組成物
US5352288A (en) * 1993-06-07 1994-10-04 Dynastone Lc Low-cost, high early strength, acid-resistant pozzolanic cement
JPH11268029A (ja) * 1998-03-18 1999-10-05 Taisei Corp コンクリートの偽凝結防止法
JP2001019529A (ja) * 1999-07-01 2001-01-23 Engan Kankyo Kaihatsu Shigen Riyou Center:Kk セメント硬化体
JP2001064066A (ja) * 1999-08-24 2001-03-13 Taiheiyo Cement Corp 高強度コンクリート
US6277189B1 (en) * 1999-08-31 2001-08-21 The Board Of Trustees Of Southern Illinois University Coal combustion by-products-based lightweight structural materials and processes for making them
US6482258B2 (en) * 2000-01-28 2002-11-19 Mineral Resource Technologies, Llc Fly ash composition for use in concrete mix
JP2002256266A (ja) * 2001-02-15 2002-09-11 Soruteko Kk 産業廃棄物を主材とした土壌の改良及び水分調節剤組成物及びその製造方法（ＳｏｉｌｗａｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｕｓｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｗａｓｔｅａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｈｅｒｅｏｆ）
US6733583B2 (en) * 2001-03-14 2004-05-11 Capitol Aggregates, Ltd. Process for producing a blended cement having enhanced cementitious properties capable of combination with class C fly ash
JP4501098B2 (ja) * 2001-09-12 2010-07-14 環境技術開発株式会社 廃棄物からの有用粒状物の回収方法および装置
KR100441640B1 (ko) * 2001-11-14 2004-07-23 (주)한일 산업부산물을 이용한 콘크리트용 분말혼화재
JP2003146732A (ja) * 2001-11-15 2003-05-21 Kawasaki Steel Corp スラグ硬化体の製造方法
AU2003219790A1 (en) * 2002-02-20 2003-09-09 Flowable Fill, Ltd. Controlled low strength flowable fill composition
US20030233962A1 (en) * 2002-06-21 2003-12-25 Dongell Jonathan E. Pozzolan modified portland cement compositions and admixtures therefor
CN1232465C (zh) * 2002-12-24 2005-12-21 清华大学 凝石二元化湿水泥及其用途
US20040231566A1 (en) * 2003-05-20 2004-11-25 Cemex Inc. Process for Fly Ash Beneficiation
JP2005219983A (ja) 2004-02-06 2005-08-18 Hokukon Co Ltd セメント硬化体用細骨材及びこれを用いてなるセメント硬化体
US7247201B2 (en) * 2004-10-07 2007-07-24 Ronald Barbour Pre-blend cement compositions containing non-chloride accelerators
US20060201395A1 (en) 2005-03-08 2006-09-14 Barger Gregory S Blended fly ash pozzolans
JP4390736B2 (ja) * 2005-03-31 2009-12-24 住友大阪セメント株式会社 セメントスラリー及び石炭灰の利用方法
JP2006291085A (ja) * 2005-04-13 2006-10-26 Mitsuaki Sawano 防汚塗料用添加剤
CA2611968C (en) 2005-06-14 2012-06-05 Construction Research & Technology Gmbh Providing freezing and thawing resistance to cementitious compositions
US8070878B2 (en) * 2007-07-05 2011-12-06 United States Gypsum Company Lightweight cementitious compositions and building products and methods for making same
WO2009083809A2 (fr) 2007-10-12 2009-07-09 Lafarge Formulation, utilisation et procédé d'obtention d'un béton léger structurel
US7867954B2 (en) * 2007-10-22 2011-01-11 Sanjel Limited Partnership Pumice containing compositions for cementing a well
EP2303461B1 (en) * 2008-06-05 2019-11-13 Provectus Engineered Materiels Ltd. Upgraded combustion ash and its method of production
FR2937032B1 (fr) * 2008-10-10 2011-06-03 Lafarge Sa Composition a base de materiau hydraulique et/ou pouzzolanique autre que le clinker
US7799128B2 (en) 2008-10-10 2010-09-21 Roman Cement, Llc High early strength pozzolan cement blends
RU2517729C2 (ru) * 2009-01-22 2014-05-27 Те Католик Юниверсити Ов Америка Геополимерные композиционные связущие с заданными характеристиками для цемента и бетона
TW201034995A (en) * 2009-03-20 2010-10-01 China Steel Corp Material formula for concrete pre-casting component and forming method thereof
JP2011057521A (ja) * 2009-09-14 2011-03-24 Tokyo Electric Power Co Inc:The セメント系押出成形用組成物及びセメント製品
US9067824B1 (en) * 2010-02-17 2015-06-30 Roman Cement, Llc Modification of pozzolanic chemistry through blending
JP2011195364A (ja) 2010-03-18 2011-10-06 Mitsubishi Materials Corp コンクリート組成物およびコンクリート硬化体
CN102311292B (zh) * 2010-06-22 2013-04-17 骆洪义 一种土壤根结线虫防治制剂及其制备方法与应用
NL2008575C2 (en) * 2012-03-30 2013-10-01 Nieuwpoort Beheer B V Van Binder composition comprising lignite fly ash.
CN102617067A (zh) * 2012-04-01 2012-08-01 中铁二院工程集团有限责任公司 一种高性能火山灰水泥基材掺合料
KR101390132B1 (ko) * 2012-06-22 2014-04-28 주식회사 포스코건설 1종 조강형 시멘트를 사용한 고강도 콘크리트 조성물 및 콘크리트
US9254490B2 (en) * 2012-10-09 2016-02-09 Vhsc, Ltd. Process for treating fly ash and a rotary mill therefor
WO2015049010A1 (en) * 2013-10-04 2015-04-09 Cemex Research Group Ag Construction castable material with controllable flow or slump
WO2015200471A1 (en) 2014-06-25 2015-12-30 CR Minerals Company, LLC Pozzolanic compositions containing fly ash and remediation agents for use in cementitious materials
US10457601B2 (en) * 2017-02-24 2019-10-29 CR Minerals Company, LLC Settable compositions comprising remediated fly ash (RFA) and methods of cementing in subterranean formations
US9908814B1 (en) * 2017-04-27 2018-03-06 Cement Squared, Inc. Cementitious compositions and methods of making and using the same
CN109005262B (zh) 2018-08-30 2020-06-05 维沃移动通信有限公司 一种摄像头控制方法、终端及计算机可读存储介质

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102107721B1 (ko) * 2019-08-01 2020-05-07 공병하 안산암 분진 및 비정질 칼슘 알루미노실리케이트 포졸란을 이용한 콘크리트 구조물 보수보강용 고강도 모르타르 조성물 및 시공 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US10377667B2 (en) 2019-08-13
WO2015200471A1 (en) 2015-12-30
US9561983B2 (en) 2017-02-07
US20250178959A1 (en) 2025-06-05
US11299424B2 (en) 2022-04-12
CA2953822C (en) 2022-07-19
US20200277227A1 (en) 2020-09-03
US20160311723A1 (en) 2016-10-27
EP3160918A4 (en) 2018-02-21
CA3158926A1 (en) 2015-12-30
CA2953822A1 (en) 2015-12-30
JP2021001114A (ja) 2021-01-07
US20150376061A1 (en) 2015-12-31
US20230416146A1 (en) 2023-12-28
US10689292B2 (en) 2020-06-23
AU2015279974A1 (en) 2017-01-19
US12221380B2 (en) 2025-02-11
US20190047913A1 (en) 2019-02-14
US9611174B2 (en) 2017-04-04
JP7390271B2 (ja) 2023-12-01
US20180297895A1 (en) 2018-10-18
US11773018B2 (en) 2023-10-03
EP3160918A1 (en) 2017-05-03
US20170158559A1 (en) 2017-06-08
US10017418B2 (en) 2018-07-10
JP2017519716A (ja) 2017-07-20
US20190077708A1 (en) 2019-03-14
US20210147292A1 (en) 2021-05-20
US10370295B2 (en) 2019-08-06
CN106660873A (zh) 2017-05-10
JP7036593B2 (ja) 2022-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12221380B2 (en) Pozzolanic compositions containing coal ash and remediation agents for use in cementitious materials
US11884589B2 (en) Settable compositions comprising remediated coal ash and methods of cementing in subterranean formations
Tokyay Cement and concrete mineral admixtures
Sabir et al. Metakaolin and calcined clays as pozzolans for concrete: a review
Payá et al. Reuse of aluminosilicate industrial waste materials in the production of alkali-activated concrete binders
Pacheco-Torgal et al. Influence of sodium carbonate addition on the thermal reactivity of tungsten mine waste mud based binders
Allali et al. The influence of calcium content on the mixture of sodium silicate with different additives: Na2CO3, NaOH and AlO (OH)
Defáveri et al. Glass wool residue: a potential supplementary cementitious material
Sharma et al. Scientific investigation of metakaolin-based cement concrete with rock sand infill
Mansouri et al. Experimental Investigation of Energy Consumption and CO2 Emission in Cement Kiln in Effect of Replacement Natural Pozzolan by Method of Grinding Clinker and Pozzolan Separately
Tsang et al. High-Volume Mineral Admixtures in Cementitious Binders: Towards Carbon-Neutral Construction
Verma et al. Experimental analysis of metakaolin based cement concrete prepared with rock sand filler material

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20170124

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination