KR100193364B1 - 시멘트계 재료를 이용한 접지극의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트계 재료를 이용한 접지극의 제작방법에 관한 것으로, 전기전도성을 갖는 도전성재료와 소정의 형태를 유지시켜 주는 결합재와 특정한 물성치를 향상시킬 수 있도록 혼합재와 혼화재를 일정한 비율로 섞어 혼합재료를 얻고, 이 혼합재료에 물을 부어 유동성을 가지게 하면서 균질한 상태로 만든 다음, 일정한 형태를 갖춘 형틀에 충진시킨 후 일정 조건하에서 양생시켜서 일정한 강도를 얻을 수 있게 함으로써, 토지와 유사한 구성성분으로 이루어져 있으면서 단위 면적당 전기전도성이 큰 접지극을 얻을 수 있게 되어, 좁은 공간에 설치를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 설치에 따른 비용을 절감시킬 수 있는 시멘트계 재료를 이용한 접지극의 제작방법을 제공하는데 있다.

Description

시멘트계 재료를 이용한 접지극의 제작방법

본 발명은 시멘트계 재료를 이용한 접지극의 제작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 접지극 제작시 도전성 재질을 포함하는 시멘트를 이용하여 일정한 형상을 성형함으로써, 토양과의 경계면에서의 이질감을 없앨 수 있을 뿐만 아니라 도전성이 높은 시멘트계 재료를 이용한 접지극의 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 건물에는 낙뢰나 이상 접압을 받아 인체나 건물 내에 설치된 기기를 보호하기 위해 건물 상부에 피뢰침 등의 접지설비가 구비되어 있다.

특히, 상기 피뢰침은 지면에 묻혀있는 접지극과 연결되어서, 이 피로침에 떨어진 낙뢰로부터 발생된 이상전압이 접지극을 통하여 지면으로 흘려보내게 된다.

여기서, 기존의 접지극은 전기전도성이 큰 동봉이나 동판을 많이 이용하고 있는데, 이러한 동봉이나 동판은 소정의 크기로 성형제작하게 된다.

그러나, 기존의 접지극은 동봉이나 동판의 전기전도성이 제한되어 있기 때문에 접지저항을 낮추기 위해서는 많은 수의 접지극을 일정한 간격으로 땅 속에 묻어야 하기 때문에, 접지동판의 매설에 따른 비용 및 넓은 접지면적을 필요로 하게 되어, 이에 대한 개선이 필요하게 되었다.

또한, 이 접지극은 지면과 구성성분이 달라 오랫동안 토양 내에 묻어 두게 되면 그 표면이 산화로 접지저항이 커져, 이로 인하여 이상전압을 토양으로 흘려보내 소멸시키기가 어려워지게 된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 전기전도성을 갖는 도전성재료와 소정의 형태를 유지시켜 주는 결합재와 특정한 물성치를 향상시킬 수 있도록 혼합재와 혼화재를 일정한 비율로 섞어 혼합재료를 얻고, 이 혼합재료에 물을 부어 유동성을 가지게 하면서 균질한 상태로 만든 다음, 일정한 형태를 갖춘 형틀에 충진시킨 후 일정 조건하에서 양생시켜서 일정한 강도를 얻을 수 있게 함으로써, 토지와 유사한 구성성분으로 이루어져 있으면서 단위 면적당 전기전도성이 큰 접지극을 얻을 수 있게 되어, 좁은 공간에 설치를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 설치에 따른 비용을 절감시킬 수 있는 시멘트계 재료를 이용한 접지극의 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명의 구성에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

본 발명은 (가) 전기전도성을 부여하기 위한 도전성재료와, 일정한 형상을 유지시켜 주기 위한 시멘트계 결합재와, 재료의 강도 및 내구성을 향상시키기 위한 혼합재와, 재료의 유동특성이나 응결특성 및 성형성을 향상시키기 위한 혼화제를 일정한 비율로 섞어 혼합기 내에서 1분 30초 이상 혼합하여 혼합재료로 얻는 과정과,

(나) 이 혼합재료와 20℃±2℃ 되는 물을 혼합기에 부어 함께 혼합하여 유동성을 갖는 균질한 상태로 혼합하는 과정과,

(다) 이 유동성 혼합물질을 진동다짐기로 다지면서 동선이 삽입된 형틀에 충전시켜 일정한 형태로 성형하는 과정과,

(라) 성형된 혼합물질을 약 25°의 대기중에서 약 4시간정도 방치 후 양생기에 넣어 분당 10℃씩 올려 175℃(약 10기압) 하에서 8시간 정도 양생시킨 후 자연냉각하는 양생과정과,

(마) 양생이 끝난 혼합물질로부터 탈형을 하고 필요한 연결단자를 연결하거나 이 혼합물질의 상하부에 각각 금속제 캡을 씌우는 마무리 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 도전성 재료는 탄소섬유 또는 탄소분말 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합재는 포트랜드계 시멘트, 슬래그시멘트와 플라이애쉬시멘트 등의 혼합시멘트, 초속경시멘트나 알루미나시멘트, 팽창시멘트, 고강도시멘트 등의 특수시멘트 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혼합재료는 탄산칼슘, 실리카퓸, 슬래그, 플라이애쉬, 메타카올린 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혼화제는 유동화제, 응결조절제, 증점제 등을 이용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (가)과정에서 혼합재료의 강도를 증가시키기 위한 세골재는 입도가 5㎜ 이하인 모래를 이용하고, 필요에 따라 색상용 안료를 첨가한 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하는 바, 본 발명의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

본 발명은 시멘트를 이용하여 접지극이 일정한 형태를 유지할 수 있게 하고, 이 시멘트에 전기전도성을 갖는 도전성재료 및 기타 여러 가지 물성치를 가지도록 혼합제와 혼하제를 첨가하여 균질한 혼합재료를 얻어, 이 혼합재료를 형틀에 충진시키면서 양생과정을 거쳐서 접지극을 성형하는 것이다.

본 발명을 제작과정에 의해 구체적으로 설명하면, (가)과정에서 도시된 바와 같이, 먼저 전기전도성을 갖는 도전성재료 및 성형공정후 일정한 형태를 유지할 수 있도록 시멘트계 결합재를 일정한 비율로 섞고, 특정한 물성치를 얻기 위한 혼화제를 함께 섞어 혼합기 내에서 1분 30초이상 혼합하게 된다.

이때, 상기 도전성재료는 탄소섬유 또는 탄소분말 중에서 어느 하나를 이용하고, 상기 결합재는 포트랜드계 시멘트와 슬래그시멘트와 플라이애쉬시멘트 등의 혼합시멘트와, 초속경시멘트나 알루미나시멘트나 팽창시멘트나 고강도시멘트 등의 특수시멘트 중에서 어느 하나를 이용하여, 접지극이 토양과 가장 유사한 구성성분으로 이루어지게 함으로써, 토양과의 접촉저항을 줄여줄 뿐만 아니라 전기전도성을 높여 주게 된다.

또한 본 발명의 접지극은 장시간 동안 지면에 묻혀 이상 전압을 토양으로 방전시켜 주기 때문에 내구성과 유동성 및 제조상의 여러 가지 물성치를 요구하게 되며, 이러한 물성치를 만족시켜 주기 위해 혼합재와 혼화제 등을 첨가하게 된다.

이러한 혼합재로는 탄산칼슘, 실리카퓸, 슬래그, 플라이애쉬, 메타카올린 등을 첨가하여 접지극의 강도 및 내구특성을 향상시키게 되며, 접지극의 유동성 및 응결특성과 성형성을 향상시키기 위한 첨가제로서 유동화제, 응결조절제, 증점제 등을 이용하게 된다.

본 발명의 혼합재료를 얻는 과정에서는, 이것들 외에도 재료의 강도를 증가시키기 위한 세골제로서 입도가 5㎜이하인 모래와 제품의 색상을 조절할 수 있도록 다양한 색상의 안료를 첨가하여 사용하게 된다.

상술한 각 구성성분은 각각 일정한 비율로 옴니믹서나 3차원 믹서 및 V믹서 등의 혼합기에 넣어 1분 30초 이상 혼합하여, 혼합재료를 얻음으로서 (가) 과정을 마치게 된다.

본 발명의 (나) 과정은 상기 (가) 과정에서 얻은 혼합재료를 옴니믹서나 일반 콘크리트 믹서에 넣고 여기에 소정의 온도를 갖는 물을 함께 일정한 비율로 부어, 혼합재질이 유동성을 가지면서 그 다음 과정인 성형을 용이하게 할 수 있도록 유도하게 된다.

이때, 혼합재료는 시멘트계 재료가 혼합되어 있기 때문에 여기에 섞는 물의 온도는 20℃±2℃를 유지하여, 가장 적당한 온도에서 시멘트가 굳을 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 물과 혼합되어 유동성을 갖는 혼합재료는 본 발명의 세 번째 단계인 (다)과정인 성형과정을 거치게 되며, 이러한 성형과정은 일반성형(진동성형)과 가압성형, 압출성형 및 원심형성 중에서 어느 한가지 방법을 이용하게 된다.

먼저, 일반성형 방법은 유동성을 갖는 혼합재료를 형틀에 주입한 다음 형틀의 내외부에 진동을 주게 되는데, 이때 진동수와 진폭이 각각 3,000∼5,000rpm과 0.5∼1.5㎜에서 진동가속도가 5∼15g인 조건에서 진동을 주게 된다.

다른 방법인 가압성형 방법은 상술한 혼합재료를 형틀에 주입한 후 프레스로 100㎏/㎠ 이상의 압력을 가한 상태로 1분 이상 유지하여, 접지극을 성형하게 된다.

또 다른 방법인 원심성형 방법은 저속에서 3g 정도의 원심력으로 1분 회전시킨 다음 12g의 원심력에서 2분, 30g의 원심력에서 4분 정도를 회전시켜서 접지극을 성형하게 된다.

이때, 지면으로 돌출되어 접속되는 동선은 이 혼합물질을 형틀에 주입하기 전에 형틀 내부에 삽입할 수도 있으며, 성형과정을 끝낸 다음에 동선을 삽입하여 접속하는 것도 가능하게 된다.

특히, 본 발명의 (다)과정에서 이용되는 형틀은 내주면을 곡면지게 하여서 지면과 접하는 접지극의 면적을 넓힐 수 있게 되며, 그 형태도 다양하게 성형하여 이용하게 된다.

바람직하기로는 본 발명의 접지극은 소정의 길이를 갖는 환봉 형태로 제작하여 설치를 용이하게 할 수 있으며, 일정한 크기를 갖는 판체 형태로 제작하여 이용할 수도 있다.

이와 같이 성형과정이 끝난 접지극은 형틀을 바로 탈형하지 않고 일정한 강도를 확보할 수 있도록 양생과정을 거치게 된다.

양생과정은 본 발명의 (라)과정에서 이루어지는 과정으로, 일정한 형태로 성형된 혼합물질은 일반양생이나 증기를 이용한 증기양생 또는 오토클레이브 양생을 하게 된다.

여기서, 각 양생조건을 간략하게 살펴보면 일반 양생은 성형된 혼합물질을 온도와 상대습도가 각각 23℃와 95%의 항온 항습 조건에서 24시간 방치한 다음 자연냉각방법으로 냉각시켜 주게 되며, 증기양생은 25℃의 대기중에 4시간 정도 방치한 다음 증기양생기에 넣고 시간당 15℃의 온도로 상승시켜 65℃에서 습도가 100%가 되도록 증기를 발생시킨 후 6시간 동안 그대로 방치한 다음 자연냉각을 하게 되고, 오토클레이브 양생은 25℃의 대기중에서 4시간 정도 방치한 다음 오토클레이브 양생기에 넣어 분당 10℃씩 온도를 올려 175℃(약 10기압)에서 8시간을 양생시켜 자연냉각으로 양생과정을 끝내게 된다.

이와 같이 양생이 끝난 제품은 마지막 과정인 (마)과정에서 형틀로부터 탈형을 하게 되며, 이때 성형과정에서 동선을 삽입하여 충전하지 않은 경우 이 과정에서 동선을 삽입하여 마무리 과정을 마치게 된다.특히, 상기 연결단자는 보통 22㎟ 정도의 피복된 접지선을 이용하게 된다.

또한, 탈형된 제품이 봉형상으로 성형된 경우 접지극을 직접 지면에 대고 햄머 등으로 가압하여 설치하기 때문에, 그 상하부에 가해지는 충격을 견딜 수 있도록 마무리 과정에서 금속제 캡을 씌우게 된다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 토양과 같은 무기질 성분으로 구성된 전기전도성이 우수한 접지극을 제작함으로써, 접지시공시 토양과의 이질감으로 인한 접촉저항의 저감효과가 향상되어 많은 자재나 넓은 접지면적이 필요치 않으므로 시공비용을 절감할 수 있다.

또한, 동봉이나 동판과 달리 토양속에서 부식하지 않으므로 반영구적으로 이용할 수 있게 되어, 유지보수 측면에서도 경제적으로 시공할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (6)

1. (가) 전기전도성을 부여하기 위한 도전성재료와, 일정한 형상을 유지시켜 주기 위한 결합재와, 재료의 강도 및 내구성을 향상시키기 위한 혼합재와, 재료의 유동특성이나 응결특성 및 성형성을 향상시키기 위한 혼화제를 일정한 비율로 섞어 혼합기 내에서 1분 30초 이상 혼합하여 혼합재료로 얻는 과정과, (나) 이 혼합재료와 20℃±2℃ 되는 물을 혼합기에 부어 함께 혼합하여 유동성을 갖는 균질한 상태로 혼합하는 과정과, (다) 이 유동성 혼합물질을 진동다짐기로 다지면서 동선이 삽입된 형틀에 충전시켜 일정한 형태로 성형하는 과정과, (라) 성형된 혼합물질을 약 25°의 대기중에서 약 4시간정도 방치 후 양생기에 넣어 분당 10℃씩 올려 175℃(약 10기압) 하에서 8시간 정도 양생시킨 후 자연냉각하는 양생과정과, (마) 양생이 끝난 혼합물질로부터 탈형을 하고 필요한 연결단자를 연결하거나 이 혼합물질의 상하부에 각각 금속제 캡을 씌우는 마무리 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 시멘트계 재료를 이용한 접지극의 제작방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 재료는 탄소섬유 또는 탄소분말 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 시멘트계 재료를 이용한 접지극의 제작방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 결합재는 포트랜드계 시멘트, 슬래그시멘트와 플라이애쉬시멘트 등의 혼합시멘트, 초속경시멘트나 알루미나시멘트, 팽창시멘트, 고강도시멘트 등의 특수시멘트 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 시멘트계 재료를 이용한 접지극의 제작방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합재료는 탄산칼슘, 실리카륨, 슬래그, 플라이애쉬, 메타카올린 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 시멘트계 재료를 이용한 접지극의 제작방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 혼화제는 유동화제, 응결조절제, 증점제 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 시멘트계 재료를 이용한 접지극의 제작방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 (가)과정에서 혼합재료의 강도를 증가시키기 위한 세골재는 입도가 5㎜ 이하인 모래를 이용하고, 필요에 따라 색상용 안료를 첨가한 것을 특징으로 하는 시멘트계 재료를 이용한 접지극의 제작방법.