KR100475420B1 - 분상기포제 및 그의 제조방법과 분상기포제를 이용한 기포콘크리트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기포콘크리트를 건식원료로 프리믹스화 하여 발포량을 일정하게 조절하여, 안정된 기포콘크리트를 제조할 수 있는 프리믹스형 분상 기포제의 제조와 이를 이용한 기포 콘크리트의 제조방법 및 장치에 관한 것으로서, 용액제 기포제 100중량부 당 모르터(mortar) 배합원료를 200 ∼ 300중량부를 혼합하여 반죽상태의 슬러리를 제조하는 단계; 상기 슬러리 반죽을 압축기에 넣고 작은 구멍을 통해 뽑아내어 과립형으로 만드는 단계; 및 상기 과립형의 슬러리 반죽을 건조시켜 분상화된 입자를 만드는 단계를 포함하는 분상 기포제 제조방법을 제공한다.

Description

분상기포제 및 그의 제조방법과 분상기포제를 이용한 기포 콘크리트 {FOAMING AGENT POWDER FOR AIR-ENTERTAINED CONCRETE AND METHODS OF MANUFACTURING IT AND AIR-ENTRAINED CONCRETE USING THEREWITH}

본 발명은, 기포 콘크리트를 제조하기 위하여 사용되는 기포제에 관한 것으로, 특히 작업과정을 단순화시킬 수 있고, 안정된 품질의 기포콘크리트를 제조할 수 있으며, 기포제를 경제적으로 제조할 수 있는 기포 콘크리트 제조용 분상 기포제에 관한 것이다.

일반적으로, 기포 콘크리트는 일반 콘크리트와는 다르게 경량이면서 우수한 단열 특성을 갖기 때문에 적용 분야의 확대가 기대되는 콘크리트 재료로서, 임의로 배합된 시멘트 조성물과 물로 배합된 슬러리(slurry)에 기포제를 사용하여 다량의 세공기포를 도입한 것이다.

기포 콘크리트를 제조하기 위해 현재 가장 많이 사용되는 방식은 선발포식(pre-foaming system)이다. 이 방식은 기포제를 물에 별도로 희석하여 기포발생 장치를 통해 만들어진 기포 군을 별도로 준비한 시멘트 슬러리에 혼합하는 방식이다. 도1에 도시된 바와 같이, 이러한 선발포식 공정은 크림상의 발포 액과 슬러리를 따로 제조하여, 상기 슬러리와 발포액을 혼합, 펌핑 및 타설 과정을 통해 기포 콘크리트를 제조하게 된다.

다른 방식으로는 기포제를 시멘트 슬러리를 만들 때 함께 넣고 강한 믹싱에 의해 기포를 발생시키는 혼합 교반방식(mixing foaming system)이 있다.

상기 두 방법은 모두 시판되는 용액제 기포제를 투입하는 방식이며, 일반적으로 발포효율을 높이기 위하여, 별도의 발포기를 사용하고 있다. 그러나, 상기와 같은 방식은 발포효율은 높지만, 용액제 기포제를 별도로 제조하는 경우 현장의 여건상 정량의 기포제가 균일하게 투입되기 어렵고, 따라서 안정된 품질의 기포 콘크리트를 시공하기가 쉽지 않은 문제점이 생긴다.

특히, 일반적으로 사용되는 선발포식은 발포 효율을 높이기 위해 발포기를 추가적으로 이용하여야 할 뿐아니라, 도1에 도시된 바와 같이, 용액제 기포제를 발포시키는 과정과 슬러리를 제조하는 과정을 따로 수행하기 때문에 시공이 복잡하고, 발포액과 시멘트 슬러리를 다시 혼합하는 과정에서 일정한 배합으로 관리하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 일반화되어 있는 선발포식을 이용한 공정에서, 용액제 기포제를 분상화시키는 과정을 거친다면, 안정된 품질의 기포 콘크리트를 시공할 수 있으나, 용액제 기포제를 스프레이 드라이어와 같은 고가 장치를 사용하여 분상화 하여야 하므로 비용이 많이 드는 문제점이 있다

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기포제를 분상화 시킴으로써, 안정된 품질의 기포콘크리트를 제조할 수 있고, 그 분상화 과정이 경제적인 기포 콘크리트용 분상 기포제 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 용액제 기포제 100중량부 당 미세 입자로 이루어진 갖는 모르터(mortar) 배합원료를 200 ∼ 300중량부를 혼합하여 반죽상태의 슬러리를 제조하는 단계; 상기 슬러리 반죽을 압축기에 넣고 작은 구멍을 통해 뽑아내어 과립형으로 만드는 단계; 및 상기 과립형의 슬러리 반죽을 건조시켜 분상화된 입자를 만드는 단계를 포함하는 분상 기포제 제조방법을 제공한다.

이하, 기포 콘크리트 제조용 분상 기포제를 제조하는 방법을 설명한다.

용액제 기포제를 별도의 스프레이 건조기 등을 이용하지 않고 간단한 설비에 의해서 분상화 시킬 수 있는 제조방법은 기본적으로, 배합되는 원료중의 한 종류에 용액제 기포제를 혼합하여 반죽을 만드는 단계; 상기의 용액제 기포제와 배합원료가 혼합된 반죽을 과립형으로 만드는 단계; 및 상기 과립형 반죽을 건조시키는 단계를 포함한다.

상기 배합원료는 일반적인 콘크리트에 사용되는 모래, 플라이아쉬, 벤토나이트, 기타 경량 필러 등이 사용될 수 있으며, 용액제 기포제의 수분과 반응하는 시멘트와 같은 수성원료는 사용될 수 없다.

상기 배합 원료들 중 모래는 시멘트와 혼합되는 건식 모르터 형태로 사용되는 과정에서 건조공정이 필요하다. 상기 건조공정에서 모래와 용액제 기포제를 혼합하여 건조시키면 별도의 설비나 비용이 필요 없이 약간의 건조 비용만 추가하여 분상화된 기포제를 제조할 수 있으므로, 기포제가 혼합된 건식 상태의 기포 콘크리트용 건식 모르터를 제조할 수 있다.

본 실시예에서는, 상기의 배합원료중 플라이애쉬를 사용하였으며, 용액제 기포제 100중량부 당 슬러리 프라이애쉬 200 ∼ 300중량부를 혼합하여 상기 배합원료 입자 표면에 용액제 기포제가 코팅된 반죽 상태의 슬러리를 얻는다. 이를 압축기에 넣고 작은 구멍을 통해 뽑아내어 과립상태의 크기로 만들고, 이를 건조시켜 기포 콘크리트 제조용 분상기포제를 제조할 수 있다.

상기의 플라이애쉬, 벤토나이트, 기타 경량 필러등에도 같은 방식을 적용하여 분상화된 기포제를 제조할 수 있다.

상기의 용액제 기포제는 고분자 물질로 이루어진 재료들로써, 광물에서 추출된 합성 고분자의 성상을 갖는 광물성 기포제, 동물재료에서 추출된 단백질로 이루어지며, 천연 고분자의 성상을 갖는 동물성 기포제 및 식물재료에서 추출된 식물성 유지로 이루어지며, 합성고분자 성상을 갖는 식물성 기포제로 나누어진다. 이러한 기포제들은 분해성, 발포배율, 안전성, 용도, 반응성, 내온도성 등에서 다른 특성을 가지지만, 상기의 광물성, 동물성 및 식물성의 용액제 기포제 모두 본 발명의 실시예에서 기포제 원료로 사용될 수 있다.

상기 배합원료로서 사용될 수 있는 플라이애쉬, 규조토 또는 벤토나이트 등은 입자의 크기가 매우 작아서, 기포제가 코팅되면 큰 반응 면적을 갖는다. 따라서 스프레이 드라이어를 이용하여 단독으로 용액제 기포제를 건조시켜 분상화된 기포제를 제조하는 것에 비해, 반응 면적이 더 넓어서 높은 활성도를 나타낸다. 실제로 상기의 배합원료와 같은 무기 필러(filler)의 표면에 용액제 기포제가 코팅되는 경우 총 비 표면적은 5600㎠/g 정도인 반면에 스프레이 드라이어를 이용하여 단독으로 분상화시킨 경우의 통상적인 비 표면적은 5000㎠/g 내외로서, 미세 입자로 이루어진 배합 원료에 용액제 기포제를 코팅하여 건조시키는 경우가 스프레이 드라이어를 이용하여 분상화된 기포제를 제조하는 것보다 높은 활성도를 갖는다.

상기와 같은 본 발명에 의한 분상화된 기포제의 배합 원료로는 플라이애쉬를 사용할 경우, 물 33%, 시멘트 66%, 분상화된 기포제 1% 정도의 혼합비율을 적용하여 기포 콘크리트 제조하며, 바람직하게는 물 1000중량부당 시멘트 1980중량부, 분상화된 기포제 24중량부의 혼합비율이 적당하다. 이때 상기 분상화된 기포제는 용액제기포제와 플라이애쉬를 혼합하여 건조시킨 무게가 24중량부가 되도록 하였다.

분상 기포제를 사용하면 공기주입 믹싱폼 방식으로 기포 콘크리트를 제작할 수 있는데, 그 과정은 도2에 도시된 바와 같이, 발포액과 슬러리를 따로 제조할 필요 없이, 분상 기포제와 모르터(mortar)가 배합된 원료를 구입하여 배합수를 첨가하여 혼합된 슬러리에 공기를 주입하고 그 공기와 슬러리를 혼합하여 기포 콘크리트 슬러리를 제조한 후 펌핑, 타설을 하기 때문에 그 제조 과정이 간단하다.

아래 표1은 상기의 기포발생장치를 이용한 공기 주입 믹싱폼 방식에 의하여 제조된 기포콘크리트의 발포율과 용액제 기포제를 사용하는 기존의 혼합교반방식으로 제조된 기포 콘크리트의 발포율 및 선발포 방식으로 제작된 기포콘크리트의 발포율을 서로 비교한 것이다. 여기서, 상기 표1의 그룹 I 및 그룹 III의 원료 배합원료는 물 1000g당 시멘트 2000g, 용액제 기포제 8g의 비율로 혼합되었다.

		슬러리 특성		물성		비고
		생비중(g/l)	플로우치(mm)	비중(g/㎠)	압축강도(Kgf/㎠)
그룹 I	용액제S형	570	200	0.40	11	압축강도는 재령 29일
	용액제P형	595	210	0.48	12
	용액제V형	580	215	0.40	12
그룹II	분상화S형	570	200	0.42	12
	분상화P형	600	210	0.45	11
	분상화V형	580	210	0.43	11
그룹III	선발포S형	570	210	0.40	12
	선발포P형	585	220	0.42	13
	선발포V형	575	210	0.40	12

상기 표1에서 그룹 I는 용액제 기포제를 혼합한 공기 주입 믹싱 폼 방식(mixing foaming)을 적용하였고, 그룹 II는 본 발명의 내용과 같이, 용액제 기포제를 분상화 시켜 혼합하여 공기주입 믹싱 폼 방식을 적용하였으며, 그룹 III은 용액제 기포제를 선발포식(pre-foaming)에 적용한 기포 콘크리트이다. 또한 상기 표1에서 S형은 광물성 용액제 기포제를 적용한 예이고, P형은 동물성 용액제 기포제, V형은 식물성 용액제 기포제를 적용한 것이다. 상기 결과에서 어떠한 기포제를 사용하더라도 그 결과는 큰 변화가 없음을 알 수 있다. 생비중은 슬러리의 1000cc당 무게로서, 발포의 정도를 측정할 수 있는 수치이고, 플로우치(flow ability)는 발포효율에 큰 영향을 끼치지는 않지만 작업성을 판단할 수 있는 흐름성을 나타낸 것이다. 따라서, 생비중이 낮을수록 발포효율이 높다고 할 수 있다.

상기 표1의 결과에서 나타난 바와 같이, 용액제 기포제와 분상화 기포제를 사용하여 기포콘크리트를 제작한 그룹 I과 그룹II를 비교하였을 때, 생비중과 플로우치의 수치가 거의 비슷하여 발포효율의 차이가 거의 없음을 나타낸다. 또한, 혼합 교반 방식과 선발포식의 발포율을 비교하기 위하여, 그룹 I, II 와 그룹 III의 을 비교한 경우 선발포식이 근소하게 발포효율이 좋은 것으로 나타났으나, 전반적으로 큰 차이가 나지 않는 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기포콘크리트를 제작함에 있어서, 분상화된 기포제를 사용하여, 발포효율이 저하되지 않지만, 균일한 품질의 기포콘크리트를 시공할 수 있으며, 작업이 단순해지고 작업공간이 최소화되는 효과가 있다.

또한, 스프레이 드라이어와 같은 고가의 장비를 사용하지 않고, 분상화된 기포제를 제조할 수 있어서 비용이 저렴해 지는 다른 효과가 있다.

또한, 작업이 정량적으로 이루어지기 때문에, 비 숙련자도 안정된 품질의 기포콘크리트를 시공할 수 있으며, 기포제를 보관하기 위한 별도의 공간이나 인력이 들지않게 하는 또 다른 효과가 있다.

도1은 종래 기술에 의한 용액제 기포제를 사용한 선발포 방식으로 기포 콘크리트를 제조하는 과정을 도시한 흐름도.

도2는 분상기포제를 사용하여 공기 주입 믹싱 폼 방식으로 기포 콘크리트를 제조하는 과정을 도시한 흐름도.

Claims (7)

1. 용액제 기포제 100중량부 당 모르터(mortar) 배합원료를 200 ∼ 300중량부를 혼합하여 반죽상태의 슬러리를 제조하는 단계;

   상기 슬러리 반죽을 과립형으로 만드는 단계; 및

   상기 과립형의 슬러리 반죽을 건조시켜 분상화된 입자를 만드는 단계

   를 포함하되,

   상기 모르터 배합원료의 입자크기는 상기 용액제 기포제가 코팅된 모르터 배합원료의 총 비 표면적이 5600㎠/g 정도가 될 수 있는 정도로 분말도를 갖는 입자크기인

   분상 기포제 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 모르터(mortar) 배합원료는 모래, 플라이애쉬, 벤토나이트 중 선택된 어느 하나로 이루어지는

   분상 기포제 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 용액제 기포제는

   광물에서 합성한 고분자 성상의 갖는 광물성 기포제, 동물성 단백질에서 추출한 천연고분자 성상의 동물성 기포제, 식물성 유지에서 추출한 합성고분자 성상의 식물성 기포제 중 선택된 어느 하나로 이루어진

   분상기포제 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 슬러리 반죽을 과립형으로 만드는 단계는 슬러리 반죽을 압축기에 넣고 작은 구멍을 통해 뽑아내는 단계를 포함하는

   분상기포제 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 방법으로 제조되는 분상기포제.
6. 분상기포제와 시멘트 및 배합수를 혼합하여 제조되는 기포 콘크리트에 있어서,

   상기 분상기포제가, 용액제 기포제 100중량부 당 모르터(mortar) 배합원료를 200 ∼ 300중량부를 혼합하여 반죽상태의 슬러리를 제조하여 상기 슬러리 반죽을 과립형으로 만든 후 상기 과립형의 슬러리 반죽을 건조시켜 분상화된 입자를 만들어 형성되고, 상기 모르터 배합원료의 입자크기는 상기 용액제 기포제가 코팅된 모르터 배합원료의 총 비 표면적이 5600㎠/g 정도가 될 수 있는 정도로 분말도를 갖는 입자크기로 이루어져 형성되는

   기포콘크리트.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 배합수, 시멘트, 분상기포제의 혼합 비율은

   배합수 1000 중량부당 시멘트 1980 중량부, 분상기포제 24중량부의 비율로 이루어진

   기포 콘크리트.