활성화된 충전제를 사용하는 안정화된 황 결합

활성화된 충전제를 사용하는 안정화된 황 결합{STABILIZED SULFUR BINDING USING ACTIVATED FILLERS}

본 발명은 미국 에너지부에 의한 계약 DE-AC02-98CH10886 하의 정부 보조로 완성되었다. 미국 정부는 본 발명에 대해 특정 권리를 갖는다.

황은 채굴될 수 있는 값싼 편재성 물질이며 더욱 통상적으로는 배연(flue gas) 탈황 공정 및 석유 정제로부터의 부산물로서 유도된다. 1970년대, 미국 정부는, 부산물로서 생산된 황은 황 생산이 수요를 초과하고 저장 및 경제적 문제점들을 발생시킬 정도로 증가할 것이라고 예측하였다. 따라서, 미국 내무부는 1972년에 황을 활용하는 대안적 방법들을 개발하는 프로그램을 시작하였다.

황은 속성상 열가소성이며, 그 때문에 용융될 수 있고 이후에 역으로 고체 형태로 냉각될 수 있다. 이 성질 때문에, 통상의 수력학적 시멘트 콘크리트에 대한 대안으로서 사용될 수 있는 황-기반 콘크리트 및 복합체 물질을 형성하도록 응집체 또는 충전제와 혼합될 수 있다. 황 콘크리트는 매우 낮은 투과성 및 높은 강도를 가지며, 통상의 수력학적 시멘트 콘크리트를 분해시키는 다수의 가혹한(harsh) 화학물질(예: 강산)에 대한 내성을 갖는다. 특히, 50개 초과의 부식성 환경에 대한 5년간의 산업적 시험 후, 황 콘크리트 물질은 포틀랜드(Portland) 시멘트 콘크리트와 비교할 경우 탁월한 기계적 성질들을 나타낸다. 문헌 [United States Department of the Interior Bureau of Mines Report of Investigations/1988, Wrzesinski, et al. "Permeability and Corrosion Resistance of Reinforced Sulfur Concrete" page 2, first column, middle of second paragraph]; 문헌 [Mc. Bee WC, Sullivan TA Development of specialized sulfur concretes, US Department of the Interior, 1979, Bureau of Mines Report No. 8346, p.22]; 문헌 [Vroom AH Sulfurcrete Another option in the energy / Materials picture // Military Engineering. -1979. 71. - N 462, p. 250-252]; 및 문헌 [Sulfur concrete - golden opportunity // Consr. Prod. -1984. 27. -N1, p. 38] 참조.

그러나, 순수 황은 95.5℃ 미만으로 냉각시킴에 따라, 단사정계(monoclinic) 형태로부터 더 치밀하고 부피를 덜 차지하는 사방정계(orthorhombic) 형태로의 동소체(allotropic) 고체 상 전이를 나타낸다. 즉, 황을 냉각시키면, 고체 내에 물리적 불안정성을 도입시키며 물질을 고도로 긴장시키고 균열(cracking) 및 기계적 고장에 대해 취약해지는 밀도 증가(매트릭스의 수축)가 초래된다.

황의 동소체 고체 상 전이에 의해 초래되는 문제점을 치유하기 위해, 과학자들은 개질된 황 콘크리트를 개발하였다. 미국 내무부의 프로그램 하에서 개발된 개질된 황 콘크리트 시멘트 중 하나는 다이사이클로펜타디엔(DCPD), 및 사이클로펜타디엔의 올리고머, 주로 삼량체 내지 오량체를 함유한다. 이 시멘트는 냉각에 따른 고체 상 전이가 억제되고 생성물이 매우 내구성이도록 황을 중합화시킬 수 있다.

DCPD-개질된 시멘트의 주요 단점은, DCPD 개질제의 비용이 비교적 높고 전세계적으로 입수가 쉽지 않다는 것이다. 더욱이, DCPD는 황 시멘트에 불쾌한 냄새를 부여하고, 그의 증기는 저농도에서도 독성이다. 킨키드(Kinkead) 등의 문헌 ["The Mammalian Toxicity of Dicyclopentadiene" Toxicology and Applied Pharmacology, 20 552-561(1971)], 및 그레고(Gregor R.) 및 해클(Hackl A.)의 문헌 [A New Approach to Sulphur concretes. Ch. In Advances in Chemistry Series, N 165, American Chemical Society, Washington, 1978, pp. 54-78] 참조.

따라서, 저비용 황 콘크리트 생성물에 대한 잠재적 용도를 확대시키기 위해서는 쉽게 입수 가능하고 덜 비싼 신규 개질제들에 대한 개발이 요구된다. 더욱이, 현재 사용되는 중합 방법들에서는 황 매트릭스 내의 확실한 균질화를 보장하지 못하며, 이는 황 콘크리트 또는 복합체 생성물의 내구성 및 강도 성질들에 영향을 미칠 수 있다.

안정한 황 결합 복합체는 유기 개질제로 미리 처리된 고체 응집체의 조합과 황을 반응시킴으로써 제조될 수 있음이 밝혀졌다. 응집체는 예컨대 약 180℃ 초과의 온도까지 가열하여 황과 상호작용함으로써 활성화되는 유기 개질제로부터 잉여 전자 공여체를 함유하는 강화된 반응 부위들을 생성시킨다. 활동적인 혼합(예: 고전단 혼합) 하에서 이 반응을 실시하면 공정을 추가로 강화시킬 것이다. 더욱이, 황 결합 복합체는, 황 원소와 반응하며 냉각시 발생하는 경우의 고체 상 변화, 즉 황 원소를 95℃ 미만으로 냉각하는 경우에 발생하는 단사정계(베타) 상으로부터 사방정계(알파) 상으로의 상 전이를 억제하도록 유기 화학 개질제를 사용하는 황 중합체 매트릭스이다. 억제되지 않는다면, 상 변화는 물질을 내부적으로 긴장되게 하는 고체의 밀도에서의 증가를 초래하며, 하중 또는 충격을 받을 경우 기계적 고장이 날 수 있다.

안정한 황 결합 복합체의 제조방법은, i) 미네랄 충전제, 재, 실리카 모래, 산업 폐기물 및 이들의 조합물들로 이루어진 군으로부터 선택된, 표면을 갖는 고체 응집체를 제공하는 단계; ii) 인접하는 탄소 원자들 사이에 하나 이상의 이중 또는 삼중 공유 결합을 갖는 불포화 탄화수소가 포함된 유기 개질제로 상기 응집체를 함침시켜서 개질제-함침된 응집체를 생성시키는 단계; iii) 상기 개질제-함침된 응집체를 가열 및 건조시켜서 황과의 반응을 위해 응집체의 표면을 활성화시키는 단계; iv) 분말화된 고체 또는 용융된 황 원소를 상기 개질제-함침된 응집체에 첨가하는 단계; v) 임의의 고체 황을 용융시키거나 또는 용융 상태의 황 원소를 개질제-함침된 응집체와 조합하여 유지시키기에 충분히 높은 온도에서 황 원소와 개질제-함침된 응집체를 혼합하는 단계; 및 vi) 상기 액체 혼합물을 냉각시켜서 고체 생성물을 형성시키는 단계를 포함한다.

황 복합체 조성물은, 흑유(black oil), 가스오일(gasoil), 불포화 탄화수소, 고무 및 이들의 조합물들로 이루어진 군으로부터 선택된 유기 개질제, 및 석영, 활석, 규회석, 방해석, 백운석, 운모, 고령토, 장석, 중정석 및 이들의 조합물들로 이루어진 군으로부터 선택된 고체 응집체와 반응하는 황을 포함하여 고강도 황 복합체 생성물을 형성할 수 있다.

황 원소를 결합시키기 위한 개질제-함침된 응집체는, 미네랄 충전제, 재, 실리카 모래, 고체 산업 폐기물 또는 이들의 조합물들로 이루어진 군으로부터 선택된 고체 응집체, 및 흑유, 가스오일, 불포화 탄화수소, 고무 또는 이들의 조합물들로 이루어진 군으로부터 선택된 유기 개질제를 포함할 수 있다.

본 발명을 다른 및 추가의 장점들과 함께 더 잘 이해하기 위해서는 하기 상세한 설명을 참고하며, 그의 범위는 특허청구범위에 지적될 것이다.

안정한 황 결합 복합체, 즉 활성화된 충전제를 사용하는 안정화된 황 결합(stabilized sulfur binding using activated fillers)(SSBAF) 또는 황 중합체 시멘트의 제조방법에서의 제 1 단계는, 미세 입자 크기의 고체 응집체, 예컨대 미네랄 충전제(예: 실리카 모래), 재, 산업 폐기물 또는 이들의 조합물들을 제공하는 것을 포함한다. 선택한 후, 고체 응집체는 연마 및/또는 체질되어서 목적하는 입자 크기를 제공한다.

미네랄 충전제는 불규칙형, 침형(바늘모양), 섬유형 또는 판형일 수 있는 다양한 고체 미립자 물질이다. 가장 보편적으로 사용되는 미립자 충전제는 산업용 미네랄, 예컨대 석영(실리카 모래), 활석(마그네슘 실리케이트), 규회석(칼슘 실리케이트), 방해석(예: 탄산 칼슘), 백운석(칼슘 마그네슘 카보네이트), 운모(예: 알루미늄 및 포타슘 필로실리케이트 또는 백운모), 고령토(알루미노 실리케이트 클레이), 장석(소듐, 포타슘, 철, 칼슘 또는 바륨, 또는 이들 원소의 조합이 함유된 알루미늄의 실리케이트) 및 중정석(바륨 설페이트)이다. 클레이 미네랄은 수분 함량의 함수로서 수축 및 팽윤할 수 있으며, 이로 인해 고체 생성물의 구조적 일체성을 손상시킬 수 있다. 따라서, 안정한 미네랄, 예컨대 석영 실리케이트가 바람직하며, 클레이-유사 미네랄은 SSBAF의 생성을 위해서 회피되는 것이 바람직하다.

재는, 석탄-연소 발전소, 자치(municipal) 고체 폐기물-에너지 플랜트, 및 다양한 야금 및 화학적 제조 공정들을 포함하지만 이에 국한되지 않은 다양한 공급원들로부터 생성된 폐기물이다.

실리카 모래는 미세-분리된 실리카 입자들로 구성된 천연 과립 물질이다. 실리카는 이산화 규소 또는 SiO ₂ 이다. 모래 입자는 통상적으로 약 625 마이크론(1/16 mm)의 최소 직경 및 약 2 mm의 최대 직경을 갖는다.

산업 폐기물은 광물 및 밀(mill) 부스러기, 슬래그 및 야금 폐기물이 포함된 다양한 불활성 고체 산업 부산물을 포함할 수 있다.

고체 응집체는 약 1 mm, 바람직하게는 약 200 마이크론, 더 바람직하게는 약 150 마이크론, 가장 바람직하게는 약 100 마이크론의 최대 입자 크기를 갖는다. 고체 응집체는 약 0.1 마이크론, 바람직하게는 약 1 마이크론, 가장 바람직하게는 약 10 마이크론의 최소 입자 크기를 갖는다. 고체 응집체는 또한 바람직하게는 약 1,000 cm ² /g 초과의 충전제 표면적을 갖는다. 따라서, 응집체의 최종 입자 크기는 약 0.1 마이크론 내지 약 1 mm일 수 있으며, 바람직하게는 약 10 내지 100 마이크론이어야 한다. 응집체들은 적절한 최종 크기에 도달하고 이를 확인하도록 연마 및/또는 체질될 수 있거나; 또는 응집체들은 단지 응집체가 목적하는 입자 크기로 수득되는지 적절한 크기를 확인하도록 체질될 수 있다.

더 높은 압축 강도의 콘크리트를 형성하도록 모래 및 석재(stone)가 수력학적 시멘트에 첨가되는 방식으로, 추가의 미세 및 거친 응집체가 콘크리트 물질을 형성하도록 SSBAF 시멘트와 조합되어 사용될 수 있다.

SSBAF의 제조에 사용된 응집체는 유기 개질제와 황 원소의 반응 개시를 유도하도록 반응 부위를 제공한다. 황 결합 복합체의 품질은 응집체의 품질에 대해 의존적이다. 예를 들면, 응집체들은, 기계적 성질(예: 입자 크기)의 퇴화 없이, 및 시멘트 생성물과 상호작용할 수 있는 불순물 없이 황과 혼합되지 않고 유기 개질제와 혼합되지 않도록 저항할 만큼 충분히 강하게 불활성이어야 한다. 예를 들면, 클레이 물질은 수분과 접촉할 경우 팽윤될 수 있으며, 시멘트 및 상기 시멘트를 사용하여 제조된 콘크리트 생성물의 기계적 고장을 초래할 수 있다.

고체 응집체는 약 10 중량%, 더 바람직하게는 20 중량%, 가장 바람직하게는 약 30 중량%의 최소량으로 황 복합체 내에 존재한다. 고체 응집체는 약 90 중량%, 더 바람직하게는 약 80 중량%, 가장 바람직하게는 약 70 중량%의 최대량으로 황 복합체 내에 존재한다.

제 2 단계는 인접하는 탄소 원자들 사이에 하나 이상의 이중 또는 삼중 공유 결합을 갖는 불포화 탄화수소를 함유하는 유기 개질제로 응집체를 함침시키는 단계를 포함한다. 불포화 탄화수소는 고도로 반응성이며, 이들의 다중 결합들에 대해 부가 반응을 위한 전자 공여체로서 작용하여서 탄소-황 결합을 생성시킨다. 이들 결합은, 냉각 도중 단사정계로부터 사방정계로의 고체 결정 구조의 전이를 억제하며, 이로 인해 사용하게 될 수 있는 황 중합체 시멘트 및 황 복합체 생성물에 대한 안정성을 제공한다.

SSBAF를 위한 잠재적 유기 개질제의 예로는 흑유, 가스오일, 불포화 탄화수소, 고무 또는 이들의 조합물들이 포함된다. 흑유, 가스오일 및 촉매 크래킹 잔사물(catalytic cracking residue)은, 무거운 원유의 더욱 가벼운 유용한 석유 생성물, 예컨대 가솔린, 등유 및 디젤 연료로의 전환을 위한 촉매 크래킹 공정(catalytic cracking process)으로부터의 잔여 생성물을 묘사하는데 사용된 용어이다. 흑유는, 고급 윤활제가 실행 불가능하거나 너무 비싼 경우, 저속-이동 또는 거친 표면의 기계류를 윤활시키는데 사용되는 저급 흑색 석유이다. 가스오일(제 2 가열유(heating oil) 및 디젤 연료로서도 공지되어 있음)는 232 내지 426℃의 끓는 범위를 갖는 석유 증류물이다. 열분해(pyrolysis)로서도 지칭되는 크래킹은, 크기가 큰 알케인을 더 작고 더 유용한 알켄 및 알케인(비반응성 포화 탄화수소)으로의 붕괴(breakdown)이다. 즉, 크래킹은 장쇄 탄화수소의 더 짧은 것들로의 파쇄(breaking)이다. 촉매 크래킹은 크래킹 반응의 속도를 증가시키기 위해 촉매, 예컨대 제올라이트, 알루미늄 하이드로실리케이트, 보크사이트(bauxite) 또는 알루미노실리케이트를 사용한다. 크래킹 속도 및 최종 생성물은 온도 및 촉매의 존재에 크게 의존적이다.

일반적으로, 임의의 충분하게 불포화된 탄화수소가 SSBAF 공정을 위한 유기 개질제로서 사용될 수 있다. 불포화 탄화수소의 수준을 결정하기 위한 방법 중 하나는, 화합물 100 g에 의해 소모된 아이오딘 질량(g)인 아이오딘 값(iodine value)(또는 "아이오딘 흡수 값(iodine adsorption value)", "아이오딘 수(iodine number)" 또는 "아이오딘 지수(iodine index)")이다. 아이오딘 용액은 황색/갈색이며, 아이오딘과 반응하는 물질 내의 임의의 화학 기는 정확한 농도에서 칼라를 사라지게 할 것이다. 따라서, 용액을 황색/갈색으로 유지하는데 필요한 아이오딘 용액의 양은 아이오딘 민감성 반응 기들의 양의 척도이다. 아이오딘 수의 한 적용례는, 석유 제품 내의 불포화 탄화수소의 양의 결정이다. 이 불포화는 아이오딘 생성물과 반응하는 이중 결합의 형태로 존재한다. 아이오딘 수가 더 높아지면, 더 많은 불포화 탄화수소 결합들이 존재한다. SSBAF에 있어서, 아이오딘 수는 100g당 최소 0.8 g이어야 한다.

고무는 가황화되지 않은, 즉 황에 의해 가교결합되지 않은 중합화된 고무 및 고무 단량체를 포함한다. 고무 단량체의 예로는 아이소프렌(2-메틸-1,3-뷰타디엔), 1,3-뷰타디엔, 클로로프렌(2-클로로-1,3-뷰타디엔), 아이소뷰틸렌(메틸프로펜) 및 스타이렌(바이닐 벤젠)이 포함되지만 이에 국한되지 않는다. 고무는, 10,000 kg/cm ² 이하의 압력 및 100 포이즈(poise) 초과의 점도 하에서 부피가 10%까지 감소될 수 있는 임의의 고도의 중합체로서 정의된다.(ASTM 유래)

유기 개질제는 약 1 중량%, 바람직하게는 1.25 중량%, 더 바람직하게는 약 1.5 중량%의 최소량으로 황 복합체 내에 존재한다. 유기 개질제는 약 10 중량%, 바람직하게는 약 7 중량%, 더 바람직하게는 약 3 중량%의 최대량으로 황 복합체 내에 존재한다.

제 3 단계는, 제 2 단계에서 생성된 개질제-함침된 응집체를 가열 및 건조시켜서, 개질제로부터 응집체의 표면으로의 공여 전자들의 교체를 달성하는 단계를 포함한다. 이는 황과의 반응을 위해 응집체(예: 미네랄 충전제)의 표면을 활성화시키도록 작용한다. 개질제-함침된 응집체는 혼합물이 건조 분말을 형성할 때까지 가열된다. 혼합물을 가열하는 과정 동안, 불포화된 탄소 결합들은 응집체의 표면에서 활성화된다. 이 단계의 온도는 약 130 내지 약 200℃, 가장 바람직하게는 약 150 내지 약 190℃일 수 있다.

제 4 단계는 분말화된 고체 또는 용융된 (액체) 황 원소를 개질제-함침된 응집체에 첨가하는 단계를 포함한다.

분말화된 고체 또는 용융된 황 원소는 광물을 포함하는 여러 공급원 또는 배연 탈황 공정들 및 석유 및 가스의 정제로부터 유래될 수 있다. SSBAF 시멘트는 고순도 품질의 황을 요구하지 않는다. 오프-등급(off-grade) 황 함유 탄화수소 불순물이 사용될 수 있다. 그러나, 황화 수소(H ₂ S)가 황으로부터 제거되어야 한다.

황은 약 10 중량%의 최소량으로, 바람직하게는 약 20 중량%의 최소량으로, 더 바람직하게는 약 28 중량%의 최소량으로 복합체 내에 존재한다. 황은 약 90 중량%의 최대량으로, 바람직하게는 약 80 중량%의 최대량으로, 더 바람직하게는 약 68 중량%의 최대량으로 복합체 내에 존재한다.

제 5 단계는, 임의의 고체 황을 액체로 용융시키거나 또는 개질제-함침된 응집체와의 조합된 황 원소의 용융 상태를 유지시키기에 충분하게 높은 온도에서, 황 원소와 개질제-함침된 응집체를 혼합하여서 일정한 균질 혼합이 보장되는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 황 및 개질제-함침된 응집체는 단계 5에서 약 120 내지 약 210℃의 온도까지 가열되어서 황 중합체 쇄들의 형성을 보조하고 냉각시 황의 비결정질 단사정계 구조를 안정화시킨다.

바람직한 실시양태에서, 단계 5에서의 혼합은, 황 복합체 반응을 실시하기에 충분한 에너지를 시스템 내에 도입할 수 있는 높은 전단, 와동(vortex) 또는 초음파 혼합 시스템을 사용하여 실시될 수 있다.

제 6 단계는 액체 혼합물을 냉각시켜서 고체 생성물을 형성시키는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 온도를 빙점 미만으로 신속하게 감소시키는 냉각 공기 또는 물에 노출시킴으로써 쾌속 냉각(켄칭(quenching))이 사용된다. 황 복합체는 이것이 냉각시 상 전이의 억제로 인해 주변 조건들 하에서 분쇄(crumbling), 크래킹 및 분해(degradation)를 저해한다는 측면에서 안정적이다. 고체의 형상은 후속적 사용을 위해 쉽게 패키징되고 재용융될 수 있는 펠릿, 과립, 플레이크 또는 분말을 형성하도록 조작될 수 있다. 펠릿은 격자 또는 스크린을 통해 용융된 황을 통과시켜 액체 소적들을 생성시킨 후 물 켄칭 또는 공기 냉각에 의해 급속하게 냉각시킴으로써 형성될 수 있다. 과립 또는 플레이크는 운동 플랫 벨트 위에 액체 황을 위치시킴으로써 생성되고, 공기 냉각되고, 크기가 감소된다. 용융된 혼합물을 노즐을 통해 분사시켜서 작은 소적들을 생성시킨 후, 켄칭시킴으로써 분말이 형성될 수 있다. 다르게는, 주조된(poured) 콘크리트 생성물 내로 직접 황 중합체가 배합될 수 있다. 이들 생성물은 일정 형태 또는 몰드 내에 위치되고 주변 조건들 하에서 고체로 냉각될 수 있거나, 또는 전술된 바와 같이 냉각을 가속화시킬 수 있다.

바람직한 실시양태에서, SSBAF 콘크리트가 생성되지만, 단 (DCPD) 및 사이클로펜타디엔의 올리고머는 함유하지 않는다.

상기 방법은 높은 강도(예: 25 내지 40 MPa 압축 강도)를 갖는 황 복합체 생성물에 사용될 수 있는 황 중합체 시멘트를 생성시키는데 사용된다. SSBAF 생성물이 고체로 냉각시킨 후 펠릿, 과립, 플레이크 또는 분말 형태로 형성되면, 이는 황 시멘트 결합제로서 후속적으로 사용하기 위해 저장될 수 있다. 생성물은 또한 제조 시점에 또는 후속적인 시점에서 여러 크기의 추가 응집체와 조합될 수 있고, 더욱더 높은 압축 강도(≥70 MPa)를 갖는 황 중합체 콘크리트를 형성하도록 직접 냉각될 수 있다.

각 성분, 즉 조성물 내의 고체 응집체, 유기 개질제 및 황의 백분율은 고체 응집체 및 유기 개질제의 성분의 선택에 따라 크게 달라진다. 적절한 백분율은 당해 분야의 숙련자에 의해 결정될 수 있다.

물질 및 양에 대한 선택은, 콘크리트 시멘트의 성질들, 예컨대 산 및 염 용액들에 의한 침투에 대한 저항성, 최소 수분 흡수성, 기계적 강도 성질, 작업성, 및 고형화에 대한 수축성 및 다른 건축 재료들과 양립 가능한 열 팽창의 계수에 직접적인 영향을 미친다. 특정 황 시멘트 콘크리트 내에 포함된 응집체, 유기 개질제 및 황의 선택 및 양은 당해 분야의 숙련자에 의해 결정될 수 있다.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 조성물은 유기 개질제 및 고체 응집체와 반응된 황을 포함하는 황 결합 복합체이다. 본 발명의 또다른 실시양태는 황 원소 포함 고체 응집체를 유기 개질제와 결합시키기 위한 개질제-함침된 응집체이다.

황 중합체 콘크리트는 다수의 용도를 갖는다. 예를 들면, 황 중합체 콘크리트는 주조된 콘크리트 기초물, 평석(slab), 탱크 등의 건축, 인공 암초, 근해 흙더미(off-shore fill), 발판(footing), 격벽(bulkhead), 도로 포장(road paving), 포장 인도(sidewalk), 타일, 파이프, 포장 도로, 수영장, 산업용 탱크, 철도 버팀목(railway tie) 및 주차장 범퍼 스톱(stop)의 건축을 위한 통상적 수력학적 시멘트 콘크리트 대신에 사용될 수 있다. 황 중합체 콘크리트는 도로 베이스 기초물의 건축을 위한 합성 응집체로서 사용될 수 있다. 또한, 황 콘크리트는 콘크리트가 부식성 환경, 예컨대 산이 취급되는 장소에서의 바닥공사(flooring)에 노출되는 경우에 사용될 수 있다.

황 콘크리트를 위한 특정 용도는 콘크리트가 충족해야 되는 물리적 사양들을 결정한다.

본 발명은 하기 실시예들을 참조하면 더 잘 이해될 수 있다. 하기 실시예들은 본 발명을 예시하며, 어떠한 방식으로도 본 발명 및 그의 범위를 제한하는 것은 아니다.

실시예

크래킹 가스오일, 황 및 모래를 사용하여 SSBAF 황 중합체 시멘트를 제조하였다. 탄화수소 개질제를 카자흐스탄 소재의 파블로다 정제소(Pavlodar refinery)로부터 수득하였다. 크래킹 가스오일은 비점 270 내지 430℃; 밀도 0.82 g/cm ³ 및 아이오딘 수 4.2 g/100g과 같은 성질들을 갖는다. 아이오딘 수는 오일 중의 탄화수소의 불포화의 양의 척도이다. 촉매 크래킹에 의해 생성된 오일에는 불포화 탄화수소가 풍부하게 존재하는 경향을 갖는다. 황을 모스크바 오일 정제소(Moscow oil refinery)로부터 수득하였으며, 99% 초과의 순도를 가졌다. 러시아 및 카자흐스탄의 건축 표준에 부합하는 모스크바(Moscow)로부터의 석영 모래를 사용하였다.

황 콘크리트를 하기 방법에 의해 제조하였다.

(1) 석영 모래를 제공하였다. 0.8 초과 내지 1 mm의 모래 입자들을 폐기하였다. 200 마이크론 미만의 입자들을 갖는 가벼운 분말의 상태까지 콘 연마기(cone grinder) 내에서 모래를 연마하였다. 입자 크기를 상응하는 체(sieve)에 의해 체크하였다.

(2) 모래 분말에 액체 개질제를 함침시켰다.

(3) 모래/개질제 혼합물을 건조한 혼합물(건조한 그레이 분말(dry gray powder))의 상태로 약 180 내지 190℃의 온도까지 건조시켰다.

(4) 황을 혼합물에 첨가하고, 혼합물을 충전제의 연마없이 회전 연마기 내에서 혼합하였다.

(5) 혼합물을 약 180 내지 190℃의 온도에서 용융시켰다.

(6) 용융된 혼합물을 몰드 내에 붓고, 주변 온도에서 냉각시켰다.

미국재료시험협회(American Society for Testing and Materials standard test), ASTM C-39를 사용하여 압축 강도 시험을 실시하였다. 압축 강도, 치명적 고장(catastrophic failure) 없이 응력을 견디는 물질의 능력을 측정하였다(메가 파스칼(MPa)).

4가지 상이한 조성의 황 콘크리트(A, B, C 및 D)를 시험하였다. 상기 4가지 조성에 대한 모래, 황 및 개질제의 중량%는 다음과 같다.

앞서 열거된 4개의 콘크리트 각각의 5개의 샘플들을 시험하였다. 압축 강도 시험의 평균 결과는 하기 표 1에 제시한다.

결과에서는, 크래킹 가스오일 개질제를 사용하여 광범위한 황 및 응집체 혼합물들에 대해 고강도 콘크리트가 제조될 수 있다. 황 콘크리트의 압축 강도는 약 34.5 MPa(5,000 psi)의 압축 강도를 갖는 포틀랜드 시멘트 콘크리트에 견줄만 하였다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시양태들인 것으로 현재 생각되는 것들이 기재되어 있지만, 당해 분야의 숙련자라면 이에 대한 다른 또는 추가의 변화 및 변경들을 이해할 것이며, 하기 특허청구범위에 제시된 바와 같이 발명의 범위 내에 속하는 다른 변화들을 포함하는 것이다.