준안정성의 가용성 경석고 ＩＩＩ을 안정화시키는 방법, 안정화된 가용성 경석고 ＩＩＩ을 기초로 하는 수경 고착제의 생성 방법, 획득된 수경 고착제, 수경 고착제의 용도, 및 상기 방법의 실현을 위한 산업용 플랜트{METHOD FOR STABILISING METASTABLE SOLUBLE ANHYDRITE III, METHOD FOR PRODUCING A HYDRAULIC BINDER BASED THEREON, THE OBTAINED HYDRAULIC BINDER, THE USES THEREOF AND AN INDUSTRIAL PLANT FOR CARRYING OUT SAID METHOD}
본 발명은 준안정성의 가용성 경석고 III(anhydrite III)을 안정화시키는 방법을 그 목적으로 하며, 또한 안정화된 가용성 경석고 III을 기초로 하는 수경(hydraulic) 고착제(binder)를 생성하는 방법을 목적으로 한다. 본 발명은 또한 획득된 수경 고착제 자체뿐 아니라, 상기 수경 고착제를 시멘트 산업 분야에서 사용하는 것 또한 그 목적으로 한다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실현하게끔 해주는 산업용 플랜트(plant)도 그 목적으로 한다.
본 발명은 시멘트산업 기술분야에 관한 것으로서, 특히 황산칼슘 이수화 물(calcium sulfate dihydrate)의 탈수에서 파생되는 시멘트 조성물에 관한 것이다. 가용성 경석고 III을 기초로 하는 수경 고착제는 이미 당업자에게 잘 알려져 있다. 천연 황산칼슘 이수화물 또는 화학식(CaSO 4 , 2H 2 O)의 합성(석고) 황산칼슘 이수화물 또는 화학식(CaSO 4 , ½H 2 O)의 반수화물(플라스터) 황산칼슘 이수화물을 강하게 탈수(220℃ 내지 360℃에서 행해짐)시키면 0.1 내지 0.2의 ε 값을 지닌 화학식(CaSO 4 , εH 2 O)을 나타내는 준안전성의 가용성 경석고 III을 획득하게 된다. 이보다 더욱 강하게 탈수(약 400℃ 이상)시키면 아주 약한 흡습성의 경석고 II (CaSO 4 , 0H 2 O)를 획득하게 된다. 준안정성의 가용성 경석고 III은 자신의 높은 흡습성으로 인해 보습성을 나타내는 반수화물 또는 전통적인 β플라스터로 급속히 변환하며, 대기 중의 습도에 따라 황산칼슘 이수화물의 상태로 되돌아간다. 당업자는 특히 프랑스특허 FR 2733496 (DUSSEL), FR 2767815 (COURTURIER), FR 2804423 (ENERGETIC INDUSTRIES INTERNATIONAL) 및 국제특허공보 WO 00/47531 (COUTURIER), 국제특허공보 WO 2005/000766 (COUTURIER)를 통해 하기의 두 연속되는 단계를 포함하는 안정화된 가용성 경석고 III을 생성하는 방법들을 이미 알고 있다: a) 황산칼슘 이수화물(천연 또는 합성 석고 또는 플라스터)을 기초로하는 분 말 조성물의 경화 단계; b) 경석고 III의 준안정성 단계를 안정화시켜주는 열 담금질 단계. 선행기술에 따른 방법을 통해 당업자는 경석고 III 입자의 준안정성 상태를 안정화시킬 수 있도록 하기 위해 경석고 III의 입자에 열 변형을 가할 수 있게 된다. 이러한 급작스러운 냉각이 특히 중요한 요인이 되는데, 왜냐하면 이러한 냉각을 통해 경석고 III 입자를 안정화시키기 위해 경석고 III 입자의 결정 구조를 차단 및 고정할 수 있기 때문이다. 이미 알려진 이러한 유형의 방법은 일련의 단점들을 포함한다. 실제적으로, 상기 냉각은 일반적으로 물질 중앙부에 차고 건조한 공기를 주입함으로써 실현된다. 이때 안정화된 경석고 III 입자의 질이 규칙적이지 않은데, 이는 입자 전체에 냉각 효력이 미치지 않기 때문이다. 아울러, 냉각 순간 존재하는 습한 공기로 인해 준안정성 경석고 III이 황산칼슘 이수화물의 반수화물로 원상회복되어, 높은 비용이 소용되는 복합 플랜트를 갖추지 않는 한 산업적으로 획득될 수 있는 안정화된 경석고 III의 양의 수준이 떨어지게 된다. 또한, 가열은 일반적으로 작동 시 상당한 양의 에너지를 필요로 하는 다수의 회전식 화로 내에서 실현된다. 이 점에 있어서, 회전식 화로는 높은 관성을 가지고 있는데, 즉 이들을 재냉각하거나 또는 이들을 원하는 온도에 도달하게끔 하기 위해서는 상당한 시간이 필요하게 된다. 이러한 이유로 인해 생산을 멈추기가 힘들며, 또한 시간 및 에너지적 관점에 있어서 많은 비용이 요구된다.
상기된 선행기술의 단점에 대비하여, 본 발명이 해결하고자 하는 기본적인 기술적 문제는 경석고 III 입자들을 냉각하는 과정을 거치지 않으면서 준안정성의 가용성 경석고 III 입자들을 효율적으로 안정화시키고자 하는 것이다. 본 발명은 또한 안정화된 경석고 III 입자들을 생성하게끔 해주는 실현하기가 간편하면서도 많은 에너지를 필요로 하지 않는 방법을 제안하는 것을 그 목적으로 한다. 본 발명의 또 다른 목적 한가지는 상기 방법을 실현하게끔 해주는 설비 비용이 적게들 뿐 아니라 단순화된 산업용 플랜트를 제안하고자 하는 것이다. 본 발명은 또한 경석고 III을 기초로 하면서 훌륭한 메카닉적 성능을 나타내는 수경 고착제를 제안하는 것을 또 다른 하나의 목적으로 한다. 이러한 기술적 문제들을 해결하기 위하여, 본 출원인은 준안전성의 경석고 III 입자에 기계적 스트레스를 가하여 이 입자들을 효율적으로 안정화시킬 수 있다는 점을 확인하였다. 본 발명의 관점에서 "안정성"이라는 말은 경석고 III 입자의 원상회복 반응속도가 상당히 늦춰졌다는 것을 의미한다. 이러한 점으로 인해, 획득된 수경 고착제가 특별한 문제없이 장시간 저장 및 보존될 수 있으며, 그 특성이 시간의 경과에도 불구하고 거의 동일하게 남아있게 된다. MURAT, M. 및 EL HAJJOUJI,A.는 자신들이 저술한 "Activation of solids by mechanical grinding, consequences for calorimetric investigation on the hydration rate orthorhombic anhydrite" (TEHRMOCHIMICA ACTA, Vol. 85, 1985, 119-122 쪽)에서 하기의 단계들을 포함하는 사방정계(orthorhombic) 경석고의 수화(hydration) 속도 향상 방법을 기술하였다 : a) 표면상 많은 결점을 지닌 합성 사방정계 경석고 CaSO 4 의 획득을 위해 750℃에서 5시간 동안 석고 가루를 하소(calcination)하고; b) 냉각 후, 경석고는 Fritsch 원심분리 분쇄기 내에서 4분 내지 120분 동안 기계적으로 미분화된다. 이러한 분쇄를 하게 되면 화학 반응에서 선호 부위처럼 행동하는 결함부 및 스트레스부의 국부적 도입을 통해 새로운 표면의 반응성이 향상된다. 새로운 표면은 증기에 상당한 민감성을 나타낸다. 하지만 이러한 활성화는 경석고 III의 준안정성 위상을 안정화시키는 장점을 나타내지는 못한다. 본 발명에 의해 제안되는 해결책은 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자에 기계적 스트레스를 가하여 이들의 준안정성 위상을 안정화시키는 것에 관한 것이다. 이와 같은 에너지 관점에서의 저비용 방법을 통해 경석고 III 입자의 결정 구조를 변형시키면서 경석고 III 입자들을 효율적으로 안정화시킬 수 있게 된다. 단순한 방법으로 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자에 기계적 스트레스를 가할 수 있는 본 발명의 일 특징에 따르면, 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자들을 일 벽면에 충돌시킬 수 있으며, 특히 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자들을 입자의 이동 시 입자들이 그 측벽에 충돌될 수 있도록 고안된 충돌 도관 내로 분사하는 것이 좋다. 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자에 최적의 기계적 스트레스를 가할 수 있는 본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 이 입자들이 5m/s 내지 30m/s 사이의 속도로 충돌될 수 있다. 본 발명은 또한 경석고 III을 기초로 하는 수경 고착제의 생성 방법에 관한 것이기도 하며, 이 방법의 특징은 다음과 같다. a) 준안정성의 가용성 경석고 III을 형성하기 위해 황산칼슘 이수화물을 기초로하는 분말 조성물을 가열하고; b) 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자의 준안정성 위상을 안정화시킬 수 있도록 입자에 기계적 스트레스를 가한다. 상기 방법을 통해 기계적 스트레스를 가하여 황산칼슘 이수화물의 입자들을 준안정성의 가용성 경석고 III의 위상으로 안정화시킬 수 있게 된다. 이 방법을 통해 획득된 수경 고착제는 습기에 아주 잘 견디며, 대기 중에서의 원상회복 속도가 늦춰진다. 아울러, 이러한 고착제의 사용을 통해 획득된 콘크리트 또는 모르타르 유형 제품들의 물리적 기계적 특성은 당업자에게 알려져 있는 유사한 수경 고착제의 사용을 통해 획득된 제품들의 특성보다 향상된 특성을 나타낸다. 경석고 III 입자에 기계적 스트레스를 가하기 전에 큰 직경의 경석고 III 입자들을 미분화시키게끔 해주는 본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 황산칼슘 이수화물의 입자에 포함된 H 2 O 분자를 기화시킬 수 있도록, 그리고 황산칼슘 이수화물의 입자의 파열을 야기할 수 있도록 분말 조성물을 가열할 수 있으며, 특히 400 내지 700℃ 사이의 온도에서 그리고 수증기로 포화된 대기에서 플래시(flash) 방법을 통해 황산칼슘 이수화물을 기초로 하는 분말 조성물을 가열하는 것이 좋다. 수경 고착제 생성을 단순화시키게끔 해주는 본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 수증기로 포화된 채 400 내지 700℃ 사이의 온도를 가지며 충돌 도관을 관통하는 뜨거운 공기 내로 분말 조성물을 주입하면서 동시에 단계 a) 및 b)를 실현할 수 있다. 이와 같이 함으로서, 황산칼슘 이수화물 입자들은 이 입자들을 파열하여 준안정성의 가용성 경석고 III를 생성해 내는 효과를 가진 열 스트레스 및 이 입자들의 준안정성 위상을 안정화시켜주는 효과를 가진 기계적 스트레스를 동시에 받게 된다. 본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 단계 b) 이후 획득되는 입자에 열 담금질을 시행한다. 수경 고착제의 물리적 기계적 특성을 변화하게끔 해주는 본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 황산칼슘 이수화물을 기초로 하는 분말 조성물의 가열 온도 및 시간은 준안정성의 가용성 경석고 III 및/또는 경석고 II 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β로의 형성을 위하여 조절된다. "황산칼슘 이수화물의 준안정성의 가용성 경석고 III 및/또는 경석고 II 및/또는 반수화물 β"라는 표현은 "단독의 준안정성의 가용성 경석고 III" 또는 "준안정성의 가용성 경석고 III 및 경석고 II" 또는 "준안정성의 가용성 경석고 III 및 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β" 또는 "준안정성의 가용성 경석고 III 및 경석고 II 및 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β"로 이해되어야 한다. 준안정성의 가용성 경석고 III 입자들이 단계 b) 이전인 단계 a)에서 너무 빨리 원상회복되는 것을 막기 위하여, 황산칼슘 이수화물을 기초로 하는 분말 조성물의 가열 온도 및 시간은 중앙부에서는 준안정성의 가용성 경석고 III를, 표면부에서는 경석고 II를 가지는 입자를 형성할 수 있도록 조절된다. 본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 천연 석고 또는 합성 석고 또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물을 기초로 하는 분말 조성물을 가열한다. 수경 고착제의 특성을 향상시키기 위하여, 분말 조성물이 하기 리스트에 속하는 화합물 중 하나 혹은 다수의 화합물에 혼합된다: 석회, 수경 석회, 생석회, 대리석 가루, 칼슘 탄산염, 폴리카르복시산염. 본 출원인에 의해 검증된 놀라운 특성으로 인해 본 발명은 또한 위에서 기술된 방법을 통해 획득된 수경 고착제를 그 목적으로 한다. 이러한 고착제는 콘크리트 또는 모르타르 유형의 물질을 생성하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 위에서 기술된 방법을 실현할 수 있게끔 해주는 산업용 플랜트에 관한 것으로서, 이러한 플랜트는 황산칼슘 이수화물을 기초로 하는 분말 조성물을 가열하고 준안정성의 가용성 경석고 III을 형성하기 위한 수단 및 상기 입자들의 준안정성 위상을 안정화시킬 수 있도록 입자에 기계적 스트레스를 가하기 위한 수단을 포함한다. 본 발명에 따른 방법의 개념화 및 실현을 단순화시키게끔 해주는 본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자들이 충돌 도관 내로 주입되는데, 이는 상기 입자들이 이동 시 도관 벽에 충돌할 수 있도록 하기 위해서이며, 상기 도관의 입구는 뜨거운 공기를 생성해내는 장치에 연결된다. 충돌 부위를 확장하기 위하여 도관은 원환체 형태로 되는 것이 좋다. 경석고 III의 입자들이 충돌 도관의 출구에서 너무 급속히 원상회복되는 것을 예방하게끔 해주는 본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 상기 출구는 고체 입자와 수증기를 분리하기 위한 수단에 연결된다. 본 플랜트의 수익성을 향상시키기 위하여 수증기는 미세 찌꺼기 입자들을 회복할 수 있는 필터 쪽으로 진행되도록 하는 것이 좋다. 입자의 안정성 및 미세화를 최적화하게끔 해주는 본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 충돌 도관을 빠져나오는 입자들이 압축 공기 제공원에 연결된 제2 충돌 도관 쪽으로 진행되도록 할 수 있다. 본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 열 담금질 장치가 제1 및/또는 제2 충돌 도관의 하부에 배열된다. 외부의 습한 공기가 유입되는 것을 예방하기 위하여, 플랜트는 자신의 내부에서 과압(overpressure)을 생성할 수 있도록 하기 위해 동력화된 여압(pressurization) 장치를 포함하는 것이 좋다. 본 발명의 하나의 변형예에 있어서, 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자에 기계적 스트레스를 가하기 위한 수단은 입자에 기계적 힘을 가할 수 있도록 하기 위해 동력화된 피스톤식 장치일 수 있다. 본 발명의 또 다른 특징들과 장점들은 첨부된 도면들과 함께 아래에서 비 한정적이며 예시의 형태로 부여된 실시예들과 함께 더욱 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 플랜트의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.
황산칼슘 이수화물을 기초로 하는 분말 조성물은 미리 사일로(silo)(1)에 저장된다. 사용되는 분말 조성물은 천연 석고, 합성 석고(특히 황산염석고, 인염석고, 붕산염석고, 티탄산염석고) 또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물(α 또는 β)을 기초로 하는 것이 좋다. 분말 조성물은 하기 리스트에 속하는 화합물 중 하나 혹은 다수의 화합물과 혼합될 수 있다 : 공기가 채워진 석회(air-slaked lime), 수경(hydraulic) 석회, 대리석 가루, 칼슘 탄산염, 폴리카르복시산염. 당업자에게 알려져 있는 이러한 보충 재료를 통해 수경 고착제의 특성, 특히 압력에 대한 기계적 저항성, 화염에 대한 저항성 등의 특성을 향상시킬 수 있게 된다. 실제 사용 시, 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자 및/또는 경석고 II의 입자 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β의 입자를 석회 또는 석회 수산화물과 함께 중량 대비 1 내지 15% 사이의 비 율로 혼합한다. 이러한 후기 하소(calcination) 혼합은 뒤이어 실현되는 본 방법의 단계에서 진행되는 물리-화학적 반응을 향상시키는 것을 목표로 한다. 경석고 III의 원상회복을 늦추기 위해, 잔여 습기 및/또는 대기 중의 습기를 캡춰하려는 목적에서 생석회를 분말 조성물과 혼합할 수도 있다. 처리할 분말 조성물의 입자크기는 사용된 황산칼슘 이수화물의 특성(천연, 합성 또는 반수화물)에 따라 20㎛ 내지 15mm 사이에 포함된다. 분말 조성물은 준안정성의 가용성이거나 또는 경석고 II의 입자 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물β의 입자에 결합된 경석고 III의 입자 만을 형성할 수 있도록 하기 위해 가열 장치 내에서 가열된다. 경석고 II 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물β의 존재를 통해 본 발명의 대상인 수경 고착제의 물리적 기계적 특성을 변형시킬 수 있게 된다. 경석고 II / 경석고 III 가용성 의 중량 비율은 본 발명의 대상인 수경 고착제의 적용 예에 따라 1 내지 100% 사이에 포함되는 것이 좋다. 예를 들어, 20 내지 40% 사이에 포함되는 경석고 II / 경석고 III 가용성 의 중량 비율을 가지는 고착제는 훌륭한 기계적 특성을 나타내게 된다. 이러한 분말 조성물은 수 초 내지 수 시간 동안 변할 수 있는 시간 동안 180 내지 700℃ 사이에서 가열된다. 가열 온도 및 시간은 다양한 요소에 종속되는데, 기본적으로 입자크기, 처리할 분말 조성물의 유형, 사용되는 가열 방법 등에 종속된다. 플래시 하소(flash calcination), 회전식 화로, 양생 통 또는 동등한 모든 유형의 하소 장치를 이용하는 방법을 통한 직접식 또는 간접식의 가열을 행할 수 있다. 하소 시 여러 파라미터를 조절함으로써 요구되는 조성물의 최종 특징에 따라 준안정성의 가용성 경석고 III 및/또는 경석고 II 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β의 비율을 조절할 수 있게 된다. 본 발명의 우선적인 일 특징에 따르면, 황산칼슘 이수화물의 입자 내에 포함되어 있는 H 2 O 분자를 분사할 수 있도록, 그리고 상기 입자의 파열을 야기할 수 있도록 황산칼슘 이수화물을 기초로 하는 분말 조성물을 가열한다. 이를 위해, 위에서 기술된 플래시 가열 방법이 선호되긴 하지만 이러한 결과에 도달하게끔 해주는 다른 모든 유형의 방법들이 당업자에 의해 사용될 수 있다. 선호되는 가열 장치는 버너(21)에 연결된 공기 터빈(20)으로 구성된 플래시 하소장치이다. 분말 조성물이 고온 공기 주입기(22)와 함께 배열되어 있는 도관(30) 내로 주입된 후, 생성된 고온의 공기 흐름을 통해 빠른 속도 (5 내지 30m/s 사이의속도)로 전달된다. 주입기(22)는 난기류를 생성하고 열 교환을 용이하게 할 수 있도록 형상이 만들어진다. 경석고 III의 입자가 과도하게 양생되지 않도록 하기 위해, 약 5초 동안 280 내지 320℃ 사이에 포함되는 온도로 이미 미세화된 (최대 직경 1mm) 황산칼슘 이수화물의 입자에 플래시(flash)를 실현할 수 있다. 본 발명의 선호되는 또 다른 일 특징에 따르면, 플래시는 수증기로 포화된 환경에서 실현되며, 400 내지 600℃ 사이에 포함되는(500℃의 온도가 선호됨) 온도를 가진다. 이처럼 높은 온도를 통해 황산칼슘 이수화물의 입자 속에 포함되어 있는 H 2 O 분자들을 분사시킬 수 있게 되는데, 그 목적은 상기 입자를 파열하여 그 직경을 감소시키기 위함이다. 그 결과 수 밀리미터 (15mm까지)의 직경을 가진 입자의 처리가 가능해지며, 입자에 기계적 스트레스를 가하기 전에 그 직경을 절반 정도 감소시킬 수 있게 된다. 수증기로 포화된 환경을 통하여, 500℃의 온도에서 조차도, 과도한 양생을 야기하지 않으면서 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자를 형성할 수 있게 된다. 당업자는, 플래시 하소장치에 의해 생성된 뜨거운 공기의 양, 가열 온도, 분말 조성물 입자의 직경 등을 조절하면서, 준안정성의 가용성 경석고 III 및/또는 경석고 II 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β의 양을 변화하게 할 수 있다. 예를 들어, 5m/s의 속도를 나타내는 500℃의 뜨거운 공기가, 60 내지 80%의 준안정성의 가용성 경석고 III 및 20 내지 40%의 경석고 II를 형성하기 위해, 10mm의 입자크기를 가지는 황산칼슘 이수화물을 기초로 하는 조성물을 처리하게끔 해준다. 준안정성 위상의 가용성 경석고 III의 입자가 외부의 습한 공기 유입 시 원상회복되지 않도록 하기 위한 방법으로서, 중앙부에서는 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자가 표면부에서는 경석고 II의 입자가 형성될 수 있도록 하기 위해 여러 하소 파라미터를 조절할 수 있다. 경석고 II가 약한 흡습성을 나타내므로 준안정성의 가용성 경석고 III은 경석고 II의 외피를 통해 보호된 채 머무른다. 경석고 III을 형성하기 위해 황산칼슘 이수화물의 입자 내에 포함되어 있는 H 2 O 분자를 제거하게끔 해주는 다른 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 원심분리 방법 또는 초음파를 이용하는 방법의 사용이 예견될 수 있다. 본 발명에 적합하게, 준안정성 위상을 안정화시키기 위하여 경석고 III의 입자에 기계적 스트레스를 가한다. 기계적 스트레스를 통해 경석고 III의 입자 및/는 경석고 II의 입자 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β의 입자의 결정 구조를 변하게끔, 특히 입자의 밀도를 높이도록, 해주며, 또한 더욱 고양된 기계적 저항성을 획득하게 해주며, 또한 준안정성, 즉 수분 재취합 능력,을 현저하게 감소시키게끔 해주는 방법이 실현된다. 이와 같은 결정 구조의 변형은 입자들 상호 간의 충돌 및 마찰에서 기인하는 것이며, 또한 입자 표면의 에너지 변형에서 기인하는 것이다. 기계적 스트레스 영향 하에서 결정 구조가 비틀리고, 그 결과 H 2 O 분자의 귀환을 위해 필요한 공간이 더 이상 존재하지 않게 되는 것이다. 기계적 스트레스의 적용은 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자 (및/또는 경석고 II의 입자 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β의 입자)를 측벽에 충돌시키면서 실현되는 것이 좋다. 하지만 기계적 스트레스를 가하게끔 해주는 동등한 기타 다른 방법들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 입자에 기계적 힘을 가하기 위하여 동력화된 피스톤 장치가 사용될 수 있는데, 이때 입자들은 피스톤에 의해 분쇄될 것이다. 아울러, 이러한 기계적 스트레스의 적용을 통해 새로운 유형의 수경 고착제를 형성하기 위해 경석고 III의 위상을 경석고 II 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β의 위상에 결합시킬 수 있게 된다. 아울러 그 결정 구조가 경석고 II 위상에 결합된 가용성 경석고 III 위상을 포함하는 입자들을 포함하는 수경 고착제를 획득하기 위하여 경석고 II 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β로부터 안정화된 가용성 경석고 III (예를 들어, Gypcement®)을 포함하는 혼합물 상에 직접적으로 기계적 스트레스를 가하는 것이 예견될 수도 있다. 도 1에서, 도관(30)은 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자들이 이동 시 측벽에 충돌될 수 있도록 충돌 도관(4)에 연결되어 있다. 입자들은 측벽에 부딪힐 수 있도록 5 내지 30m/s 사이에 포함되는 속도로 분출되며, 안정화로 이끄는 속도는 안정화시킬 입자의 크기 및 특성에 종속된다. 버너(21)에 연결된 공기 터빈(20)을 통해 상기 속도를 갖는 뜨거운 공기의 흐름을 생성할 수 있게 된다. 대단히 높은 온도에서의 열 충격 및 대단히 빠른 속도에서의 기계적 충격의 공동 활동을 통한 경석고 III (및/도는 경석고 II 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β)의 입자들의 합성이 수경 고착제의 응집력을 보장해준다. 충돌 도관(4)은 매번 방향 전환 시 입자들이 측벽에 충돌될 수 있도록 원환체 형태로 되는 것이 좋다. 충돌 도관(4)은 완벽한 원환체 형태이거나, 방향 전환 전 직선 파트를 포함할 수도 있다. 하지만, 충돌 도관(4)은 입자가 측벽에 충돌될 수 있게끔 해주는 모든 다른 형태를 취할 수도 있으며, 예를 들어 'L' 또는 'U' 자 형태로 된 도관을 들 수 있을 것이다. 실상에서는 RIERA NADEU SA사가 제작하는 터 보-건조기 RINA-JET®을 사용하는 것이 선호된다. 경석고 III (및/도는 경석고 II 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β)의 입자들은 측벽에 충돌되면서 안정화될 뿐 아니라, 파열되기도 한다. 그 결과 입자들이 미세화되어, 5 내지 50㎛ 사이의 입자크기로 감소하는 것이다. 가열 장치에서 하소 파라미터들이 단지 준안정성의 가용성 경석고 III(경우에 따라서는 경석고 II의 외피가 둘러싸인)의 입자만을 형성할 수 있도록 조절된다면, 경석고 II 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β(도시되지 않았음)의 유입장치가 제1 충돌 도관(4) 이후에(또는 이전에) 배열될 수 있다. 도 1에 도시된 플랜트를 이용하여 분말 조성물의 입자에 동시에 - 공기 터빈(20) 및 버너(21)에 의해 생성되는 뜨거운 공기의 열 충격, - 충돌 도관(4) 측벽에 대한 입자의 충돌에서 기인하는 기계적 스트레스 를 가할 수 있다. 하지만, 가열되지 않은 채 미리 대기 온도에서 저장되어 있는 준안정성의 가용성 경석고 III의 입자 (및/또는 경석고 II의 입자 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β의 입자)에 기계적 스트레스를 가하는 것이 가능하기도 하다. 또한 수경 고착제의 기계적 특성을 향상시킬 목적에서 이미 안정화된 경석고 III의 입자에 기계적 스트레스를 가하는 것도 가능하다. 기계적 스트레스의 적용 단계가 경석고 III 안정화의 기본 과정을 마치는 단계이다. 이 단계는 이상의 온도 또는 이하의 온도에서 시간적 간격을 두고 연속적 으로 반복될 수 있으며, 이는 경석고 III / 경석고 II의 중량 관계, 고착제의 수분 재취합 시의 안정성, 원상회복 동역학 따위의 수경 고착제의 물리적 기계적 특성을 향상시키고자 하는 목적에서 행해지는 것이다. 여러 수준을 내포한 이러한 기술이 수경 고착제를 위해 요구되는 파라미터들을 정확하게 조절할 수 있는 가능성을 제공해줄 수 있으며, 또한 경석고 III (및/또는 경석고 II의 및/또는 황산칼슘 이수화물의 반수화물 β)의 위상의 결정 현상들을 관리할 수 있게 해준다. 도 1에 있어서, 충돌 도관(4)의 출구(41)는 자신의 내부 면 상에 배열된다. 이러한 배열을 통해 원하는 직경에 도달한 입자들만이 취합될 수 있게 된다. 충돌 도관(4) 내에서 생성되는 원심분리 가속화로 인해 큰 직경, 즉 무게가 무거운 입자들이 상기 도관의 외부 측면 쪽으로 이끌려서 도관에 충돌하여 파열되고 미분화된다. 작은 직경 및 무게가 가벼운 입자들만이 출구(41)에 도달하여 취합될 수 있다. 입자는 원하는 직경으로 미분화되지 않는 이상 출구(41)에 도달할 수 없으며, 도관(4) 내에서 지속적으로 순환한다. 첨부 도면에 도시된 플랜트와 적합하게, 원심분리 도관(4)의 출구(41)는 또 다른 도관(42)를 통해 고체 입자로부터 수증기를 분리해주는 수단(5)에 연결된다. 실상에 있어, 이는 사이클로닉(cyclonic) 필터로서, 이 필터 내에서 고체 입자들은 하부쪽으로, 수증기는 상부쪽으로 향한다. 취합된 수증기는 또 다른 도관(50)을 통해 미세 찌꺼기 입자들을 취합할 수 있는 제2 필터(6) 쪽으로 향한다. 제2 필터(6)는 에어 펌프 유형으로 된 증기 추출장치(7)에 연결된다. 본 플랜트의 에너지 효율을 증대하기 위하여, 신선한 공기(71)와 혼합된 증기 추출장치(7)에서 파생되는 뜨거운 공기(70)를 이용해 에어 터빈(20)에 동력을 공급하는 것이 가능하다. 충돌 도관(4) 및/또는 고체 입자로부터 수증기를 분리해주는 수단(5) 및/또는 제2 필터(6)에서 파생되는 고체 입자들은 아르키메데스 나사(Archimedes screw)를 매개로 운송 도관(8)을 통해 압축 공기(90) 제공원에 연결된 제2 충돌 도관(9) 쪽으로 이끌려질 수 있다. 제2 충돌 도관(9)은 앞서 기술된 도관과 유사하며, 동일한 방법으로 기능한다. 입자에 기계적 스트레스를 가할 수 있는 모든 다른 장치들이 당업자에 의해 이용될 수 있다. 압축 공기는, 입자들이 적당한 속도로 제2 충돌 도관에 부딪힐 수 있도록, 수경 고착제의 입자들을 제2 충돌 도관(9) 내에서 순환하게끔 해준다. 실제로, 2 내지 15바 사이에서 변화하는 고압의 찬 압축 공기를 주입한다. 이러한 기계적 스트레스를 가함으로써 입자크기를 1 내지 10㎛ 사이로 감소시키기 위한 입자 파열 과정을 마치게 된다. 제2 충돌 도관(9) 내로 유입되는 수경 고착제는 여러 장치와의 접촉을 통한 발생하는 연속적 열 교환으로 인해 120℃보다 낮은 온도를 나타낸다. 하지만, 이 장비들을 단열시키면서 수경 고착제를 300℃의 온도로 보존하는 것이 가능하다. 뜨거운 입자와 찬 압축 공기의 접촉은 마치 열 담금질처럼 작용하며, 경석고 III 입자의 안정화를 완성한다. 당업자에게 알려진 모든 다른 열 담금질 장치가 제2 충돌 도관(9) 또는 제1 충돌 도관(4)의 하부에 배열될 수 있다. 도 1에 있어서, 제2 충돌 도관(9)의 출구(91)는 또 다른 도관(92)을 통해 수경 고착제를 포장하기 전에 저장하는 저장고(10) 쪽에 연결된다. 도시되지 않은 일 변이형에 있어서, 제2 충돌 도관(9)의 출구(91)는 제 3 충돌 도관에 연결될 수 있으며, 또는 추구되는 특성에 도달하는 수경 고착제를 획득할 수 있을 때까지 그 이상의 충돌 도관에 연결될 수 있다. 도시되지 않은 일 변이형에 있어서, 충돌 도관(4) 및/또는 고체 입자로부터 수증기를 분리해주는 수단(5) 및/또는 제2 필터(6)에서 파생되는 고체 입자들은 곧은 도관을 지닌 플래시 하소 장치 쪽으로 이끌린다. 곧은 도관을 가짐으로 해서 입자들을 다른 미네랄 물질들(공기가 채워진 석회, 수경 석회, 생석회, 대리석 가루, 칼슘 탄산염, 폴리카르복시산염...)과 효율적으로 결합할 수 있게 된다. 아울러, 제2 플래시 방법을 이용하여 경석고 III의 열처리를 마치고, 중앙부에서는 경석고 III을 표면부에서는 경석고 II를 가지는 입자들을 형성할 수 있도록 하소 파라미터들을 조절할 수 있다. 저장 사일로(1)의 출구부터 저장고(10)에 이르기까지 플랜트 전체 내에 건조한 대기 상태를 보존하는 것이 유리하다 (10% 이하, 특히 0 내지 5% 사이에 포함되는 공기 습도). 이와 같이 습도 조절을 하기 위해, 외부의 습한 공기의 유입을 막기 위한 과압 장치를 이용한다. 과압 장치는 이동 도관 및 플랜트 전체를 여압(pressurize)할 수 있도록 습기 포획기와 함께 배열되는 건조 공기 압축기로 구성된다. 당업자에게 알려진 동등한 다른 모든 유형의 과압 장치가 사용될 수 있다. 본 발명의 대상인 플랜트 전체 내에서 건조한 대기 상태를 유지하기 위하여, 습도 조절 통제기와 함께 배열되는 습기 추출기를 사용할 수도 있다. 획득된 수경 고착제는 하기와 같은 뛰어난 특성을 보유하게 된다 : - 습기에 대한 안정성 및 물 흡수 안정성 (2% 이하), - 입자의 높은 밀도, - 높은 가용성, - 모든 유형의 골재와 결합되는 높은 기계적 저항성 : 40 내지 80 MPa 사이의 가변성 Rc 및 10 내지 20 MPa 사이의 가변성 Rf, - 초강화 물질의 제작을 용이하게 해주는 고착제의 정밀성에 연계되는 아주 낮은 다공률(porosities), - 모든 유형의 지지물 상에서의 점착력의 증대, 초고성능 복합 기술을 용인해주는 물 감소 첨가제와의 양립성, - 골재의 결합을 통해 획득되는 물질에서 나타나는 일관적인 밀도 및 정밀성의 예외적인 미적 특질, - 수경 고착제를 바탕으로 제작된 조성물의 불에 대한 반응성의 증대. 획득된 수경 고착제는 콘크리트 또는 모르타르 유형의 물질 생성에 사용될 수 있다. 본 출원인은 실험을 통하여, 본 발명에 적합하게 획득된 수경 고착제를 예를 들어 Portland 유형 또는 칼슘 수산화물(석회) 유형의 시멘트와 결합하여, 특히 70 내지 90% p/p 혼합 수경 고착제를 10 내지 30% p/p 혼합 시멘트와 혼합 시 획득된 물질이 물에 대한 저항성을 나타내며, 향상된 기계적 성능을 나타내는 것을 을 검 증하였다. 기계적 성능이 10 내지 15% 향상되었다. 본 출원인은 또한 5% p/p 혼합 석회를 본 발명에 따른 수경 고착제에 첨가하면 기준 모르타르가 유화된다는 것과 기계적 저항성이 30% 향상된다는 것을 검증하였다. |
