KR100738905B1 - 유황 콘크리트의 제조방법 및 이를 이용한 토목구조물의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유황 콘크리트 제조 방법에 관한 것으로서, 유황 콘크리트는 옹벽블록이나 개·관수로관 및 호안블록, 인공해림초, 수중투여물등과 같이 일정강도를 가진 콘크리트 토목용 구조 재료 등에 다양하게 쓰일 수 있고, 이에 사용되는 유황 콘크리트의 정확한 배합을 위하여 강화재인 동슬래그(Copper-slag)에 제올라이트(zeolite)를 혼합하여 이를 일정한 온도로 예열하는 혼합,예열공정(S1)과, 믹싱기를 이용하여 예열된 혼합물과 충진재인 플라이애시(fly-ash)를 혼합, 믹싱하되, 동시에 가열시키는 믹싱,가열공정(S2), 상기 혼합된 구성물들을 회전시키면서, 유황시멘트(S.P.C)를 투입하되 회전상태를 계속 유지하는 회전공정(S3)의 순으로 순차적으로 진행되면서 유황 콘크리트 제조방법이 완성되며. 이는 자연냉각을 통해 경화된다.
기존의 석회콘크리트와 달리 물이 첨가되지 않을뿐더러, 비중이 높고, 성형이 쉬우며, 노후화되어 폐기처분을 할 경우 재활용이 쉬어 환경 친화적이면서, 기존의 콘크리트를 대체할 수 있는 수단이라고 말할 수 있다.
플라이애시(fly-ash), 동슬래그(Copper-slag), 몰드, 유황 시멘트(S.P.C)(Sulfur Polymer Cement), 제올라이트(zeolite)
Description
도 1은 본 발명 따른 유황 콘크리트 제조의 생산 공정도
도 2는 본 발명에 다른 실시 예에 따라 마사토 및 황토분말을 추가 투입하여
제조되는 유황 콘크리트 제조의 생산 공정도
도 3은 본 발명에 일실시 예에 따른 토목용 구조 재료의 생산 공정도
본 발명은 유황 콘크리트 제조 방법에 관한 것으로서, 옹벽블록이나 개·관수로관 및 호안블록, 인공해림초, 수중투여물등과 같이 일정강도를 가진 토목용 구조 재료 등에 다양하게 쓰일 수 있고, 이에 사용되는 유황 콘크리트의 정확한 배합을 위하여 강화재인 동슬래그(Copper-slag)에 제올라이트(zeolite)를 혼합하고 이를 일정한 온도로 예열하고, 충진재인 플라이애시(fly-ash)를 예열된 상기 혼합물 과 혼합, 가열과정을 동시에 진행하면서 상기 혼합된 구성들을 회전시키면서 유황시멘트(S.P.C)를 투입하고 자연냉각을 통해 경화되는 과정으로 진행되는 것이 특징이다.
일반적으로 콘크리트는 시멘트가 물과 반응하여 굳어지는 수화반응을 이용하여 모래·자갈을 시멘트풀(시멘트를 물로 개어 풀처럼 만든 것)로 둘러싸서 다진 것으로서, 로마시대에 화산회와 석회석을 써서 만든 것이 시초라고 하나, 일반적으로는 19세기 초에 포틀랜드 시멘트가 발명된 후 1867년 프랑스에서 철망으로 보강된 콘크리트가 만들어진 것이 최초이다. 그 후 독일을 중심으로 철근콘크리트의 개발이 계속되어 근년에는 댐이나 도로포장·교량 등의 토목공사나 개·관수로관나 호안블록, 인공해림초, 수중투여물등과 같은 일정강도를 가진 토목용 구조 재료의 중심이 되고 있다.
그러나 이러한 종래의 석회콘크리트의 경우 그 강도유지를 위하여 다량의 시멘트를 첨가하여 제작됨으로써, 이들을 시공한 후에는 이들로부터 발생하는 시멘트의 독성(라돈,유해중금속)들이 밖으로 배출되고, 이러한 유해 성분들은 인류건강에 해를 끼치는 등 각종 환경 오염을 일으키게 되고, 또 이들 콘크리트 레미콘 제품은 습기와 공기의 흐름을 차단하게 되는 등의 문제점을 발생시키고 있으며, 환경을 고려하지 않은 난개발과 무분별한 토목시공으로 발생하는 각종폐기물은 자연환경 파괴가 일어나게 하는 주원인이었다.
그래서 이러한 종래의 석회콘크리트의 제반문제를 조금이나마 해결할 수 있는 유황시멘트(S.P.C)라는 것이 있는데 이는 Sulfur Polymer Cement의 약자로써 산 업 부산물로서의 유황을 화학기질재 특성인 폴리머 반응을 이용하는 것으로서, 열을 통하여 황이 용융되고 이에 따른 황의 점성을 이용한 재료이고, 종래의 석회콘크리트처럼 시멘트와 물이 반응하여 경화되는 것이 아니라 가열을 통한 용융과 자연 냉각을 통한 경화로 이루어지는 원리이며, 고강도, 속경성 및 화학저항성을 갖는 신개념의 건설재료이면서, 친환경적이며, 재료의 소비량이 적어 건축폐기물이 적게 나오고, 가벼우며, 내구성이 탁월하며, 노후화되어 폐기처분을 할 경우 재활용이 쉬어 환경 친화적이다.
또한, 동슬레그라 하여 동(구리)제련에 필요한 황동석, 휘동석, 적동석 등과 같은 광석들이 정광 용융후 마트(matte)용해후나 부분배소후 용융상 용해로부터, 또는 배소반응후 동 직접용융시, 슬래그나 슬래그 선광후의 동제련공정 중에 발생하는 일종의 산업부산물로써, 화학적 조성은 구리(Cu)0.3∼3.0%, 납(Pb)0.2∼4.8%, 아연(Zn)0.1∼11.0%, 철(Fe)32.1∼44.0%, 유황(S) 0.2∼2%, 산화칼슘(CaO)나 산화마그네슘(MgO)0.1∼7.4%, 이산화규소(SiO2)22.8∼37.5%, 산화알루미늄(Al2O3)0.1∼8%, 산화철(Fe3O4)3∼6%로 이루어져 있으며 비중이 클 뿐 아니라 강도 또한 매우 높아 일반적으로 토목공사의 기초로 쓰인다.
이러한 종래 석회콘크리트 제조 기술이 아닌 다른 차원의 콘크리트 제조방법을 만들고자 유황 콘크리트의 제조방법을 제안하고자 하며, 이는 강화재인 동슬래 그와 제올라이트를 혼합하고 혼합된 혼합물에 충진제인 플라이애시를 추가 투입하고 혼합하며 마지막으로 일정량의 유황시멘트(S.P.C)을 추가하여 혼합하되 잘 혼합될 수 있도록 일정시간 믹싱하며, 이러한 믹싱과정과 동시에 일정온도의 열을 가하며, 이 열을 통하여 유황이 폴리머 반응을 일어나고 이렇게 가열된 구성물은 자연 냉각을 통해 경화되는 과정으로 제조방법이 완성되며, 이렇게 제작된 본 발명은 기존의 일반레미콘 문제점이었던 시멘트에서 배출되었던 독성(라돈,유해중금속) 등은 성분들은 인류건강에 해를 끼치는 각종 환경 오염을 어느 정도 해소할 수 있으며, 환경을 고려하지 않은 난개발과 무분별한 토목시공으로 발생하는 자연환경 파괴현상을 줄이는데 그 목적이 있다
또한 개·관수로관이나 호안블록, 옹벽용 블록, 소파블록, 수중에 투여되는 인공해림초 등의 토목구조물에 다양하게 두루 적용할 수 있으며 특히 수중투여물과 같이 물과 관련된 토목구조물에 이용될 경우 환경 친화적인 면까지 얻을 수 있어 새로운 재료를 제공함에 주안점을 두는데 그 목적이 있다.
본 발명은 유황 콘크리트 제조 방법에 관한 것으로서, 유황 콘크리트는 옹벽블록이나 개·관수로관 및 호안블록, 인공해림초, 수중투여물등과 같이 일정강도를 가진 콘크리트 토목용 구조 재료 등에 다양하게 쓰일 수 있고, 이에 사용되는 유황 콘크리트의 정확한 배합을 위하여 강화재인 동슬래그에 제올라이트를 혼합하고 이를 일정한 온도로 예열하는 혼합,예열공정(S1)과, 믹싱기를 이용하여 예열된 혼합 물과 충진재인 플라이애시를 혼합, 믹싱하되, 동시에 가열시키는 믹싱,가열공정(S2), 상기 혼합된 구성물들을 회전시키면서, 유황시멘트(S.P.C)를 투입하되 회전상태를 계속 유지하는 회전공정(S3),의 순으로 순차적으로 진행되면서 유황 콘크리트 제조방법이 완성되며. 이는 자연냉각을 통해 경화된다.
본 발명에 적용되는 유황 콘크리트 제조방법에 대해 도 1을 참조하여 자세히 살펴보면 우선 정확한 중량배합비는 동슬래그 45~65중량%와 제올라이트 3~10중량%를 혼합하면서, 이를 120℃의 온도로 계속 예열시키는 혼합예열공정(S1)과, 이러한 혼합물에 플라이애시 2~5%를 추가투입하여 혼합하되, 믹싱용 장비를 이용하여 혼합하면서 믹싱하며 이렇게 믹싱하는 과정에서 120~150℃로 계속 가열하는 믹싱,가열과정(S2)로 진행되며, 상기 구성물들이 재질의 특성상 모두 분말형태이기 때문에 적어도 5분 이상의 충분한 믹싱이 필요하다.
또한, 믹싱,가열과정(S2)이 끝나면, 중속,저속으로 구동되는 회전체를 이용하여 상기 구성물들을 회전시키면서, 상기 혼합물에 유황시멘트(S.P.C) 30~40중량%을 투입하고 일정시간 회전상태를 유지하는 회전공정(S3)의 과정으로 본 제조발명이 이루어지며, 최종 투입된 유황시멘트(S.P.C)는 가열된 구성물들의 열로 인해 폴리머 반응이 일어나며 회전과정이 끝난 뒤 용융된 구성물들은 자연냉각으로 경화된다.
본 발명의 제 1실시예로써 상기 언급한 중량배합비에 따라 전체중량 2000Kg을 기준으로 각각의 실제중량에 따라 제작됨을 구체화시킨 것으로써 동슬래그 900Kg과 제올라이트 200Kg를 혼합하면서, 이를 120℃의 온도로 계속 예열시키는 혼합예열공정(S1)과, 이러한 혼합물에 플라이애시 100Kg를 추가투입하여 혼합하되, 믹싱용 장비를 이용하여 혼합하면서 믹싱하며 이렇게 믹싱하는 과정에서 120~150℃로 계속 가열하는 믹싱,가열과정(S2)로 진행되며, 상기 구성물들이 재질의 특성상 모두 분말형태이기 때문에 적어도 5분 이상의 충분한 믹싱이 필요하다.
또한, 믹싱,가열과정(S2)이 끝나면, 중속,저속으로 구동되는 회전체를 이용하여 상기 구성물들을 회전시키면서, 상기 혼합물에 유황시멘트(S.P.C) 800Kg을 투입하고 일정시간 회전상태를 유지하는 회전공정(S3)의 과정으로 본 제조발명이 이루어지며, 최종 투입된 유황시멘트(S.P.C)는 가열된 구성물들의 열로 인해 폴리머 반응이 일어나며 회전과정이 끝난 뒤 용융된 구성물들은 자연냉각으로 경화된다.
아래의 표 1은 중량배합비에 따른 구체적인 중량을 나타낸 표이다.
표 1
구 분 | 실시예 1 | 비 고 | |
중 량 (Kg) | 배 합 비 (%) | ||
동슬래그 | 900 | 45 | |
제올라이트 | 200 | 10 | |
플라이애시 | 100 | 5 | |
유황시멘트(S.P.C) | 800 | 40 | |
계 | 2000 | 100 |
본 발명의 제 2실시예로써 상기 언급한 중량배합비에 따라 전체중량 2000Kg을 기준으로 각각의 실제중량에 따라 제작됨을 구체화시킨 것으로써 동슬래그 1300Kg과 제올라이트 60Kg를 혼합하면서, 이를 120℃의 온도로 계속 예열시키는 혼합예열공정(S1)과, 이러한 혼합물에 플라이애시 40Kg를 추가투입하여 혼합하되, 믹싱용 장비를 이용하여 혼합하면서 믹싱하며 이렇게 믹싱하는 과정에서 120~150℃로 계속 가열하는 믹싱,가열과정(S2)로 진행되며, 상기 구성물들이 재질의 특성상 모두 분말형태이기 때문에 적어도 5분 이상의 충분한 믹싱이 필요하다.
또한, 믹싱,가열과정(S2)이 끝나면, 중속,저속으로 구동되는 회전체를 이용하여 상기 구성물들을 회전시키면서, 상기 혼합물에 유황시멘트(S.P.C) 600Kg을 투입하고 일정시간 회전상태를 유지하는 회전공정(S3)의 과정으로 본 제조발명이 이루어지며, 최종 투입된 유황시멘트(S.P.C)는 가열된 구성물들의 열로 인해 폴리머 반응이 일어나며 회전과정이 끝난 뒤 용융된 구성물들은 자연냉각으로 경화된다.
아래의 표 2는 중량배합비에 따른 다른 예로써 구체적인 중량을 나타낸 표이다.
표 2
구 분 | 실시예 2 | 비 고 | |
중 량 (Kg) | 배 합 비 (%) | ||
동슬래그 | 1300 | 65 | |
제올라이트 | 60 | 3 | |
플라이애시 | 40 | 2 | |
유황시멘트(S.P.C) | 600 | 30 | |
계 | 2000 | 100 |
본 발명의 또 다른 실시예로써 도 2를 참조하여 설명하면 상기 구성물에 마사토 및 황토분말을 첨가하되, 마사토 95중량%와 황토분말 5중량%의 비율로 혼합된 모토혼합물를 이용하는 것으로써, 이러한 모토혼합물 25~60중량%를 구비하고 이를 120℃의 온도로 계속 예열시키면서 동슬래그 5~15중량%와 제올라이트 3~10중량%를 추가하여 혼합하는 혼합예열공정(S1')과, 이러한 모토혼합물에 플라이애시 2~5%를 추가투입하여 혼합하되, 믹싱용 장비를 이용하여 혼합하면서 믹싱하며 이렇게 믹싱하는 과정에서 120~150℃로 계속 가열하는 믹싱,가열공정(S2')과 중속,저속으로 구동되는 회전체를 이용하여 상기 구성물들을 회전시키면서, 상기 혼합물에 유황시멘트(S.P.C) 30~45중량%을 투입하고 일정시간 회전상태를 유지하는 회전공정(S3')의 과정으로 본 제조발명이 이루어지며, 최종 투입된 유황시멘트(S.P.C)는 가열된 구성물들의 열로 인해 폴리머 반응이 일어나며 회전과정이 끝난 뒤 용융된 구성물들은 자연냉각으로 경화된다.
아래의 표 3은 상기 마사토와 황토분말이 추가 투입된 다른 실시예에 따른 중량배합비에 따른 구체적인 중량을 나타낸 표이다.
표 3
구 분 | 실시 3 | 실시 4 | 비 고 | ||
중 량 (Kg) | 배합비 (%) | 중 량 (Kg) | 배합비 (%) | ||
마사토 | 475 | 23.75 | 1140 | 57 | |
황토분말 | 25 | 1.25 | 60 | 3 | |
동슬래그 | 300 | 15 | 100 | 5 | |
제올라이트 | 200 | 10 | 60 | 3 | |
플라이애시 | 100 | 5 | 40 | 2 | |
유황시멘트(S.P.C) | 900 | 45 | 600 | 30 | |
계 | 2000 | 100 | 2000 | 100 |
이러한 구성으로 제작된 본 발명을 이용하여 토목공사용 구조재료를 성형하는 방법으로써, 도 3를 참조하여 설명하면, 유황시멘트가 용융되어 경화되기 전의 유황 콘크리트를 구비하는 재료 준비공정(G1)과 가열기를 통해 몰드를 일정온도로 예열시키는 몰드예열공정(G2), 그리고 몰드에 상기 경화되기 전의 유황 콘크리트를 투입하여 일정시간 믹싱, 가열하는 믹싱·가열공정(G3), 가열된 각 구성들이 온도가 40℃까지 내려가면 유황시멘트는 일정경도로 경화되고 이때 몰드를 탈형시키면서 마무리하는 완성공정(G4)으로 과정으로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 유황 콘크리트 제조방법을 통하여 여러 종류의 토목공사용 구조재료에 적용할 수 있을 뿐 아니라 모토에 유황시멘트를 첨가하여 이용하기 때문에 종래의 다량의 시멘트를 이용한 콘크리트의 제반문제였던 시멘트 독성배출 및 유해물질배출등의 반 환경적 문제해결 및 폐기시 재활용이 쉽다는 특징이 있으며 특히 물과 관련된 토목구조물에 이용할 경우 수질개선의 효과도 볼 수 있다.
아래의 표4 은 경동정보대학 하전환경 종합 기술연구소에 의뢰한 상기 본 발명의 수질검사성적에 관한 것으로서 시료 1은 마사토와 황토분말과 유황시멘트 및 제올라이트와 플라이애시를 혼합한 것이고, 시료 2은 본 발명인 동슬래그 와 유황시멘트 및 제올라이트와 플라이애시를 혼합한 것이며, 시료 3은 동슬레그와 황토분말, 마사토 및 제올라이트와 플라이애시와 유황시멘트를 혼합한 것이다.
표 4
검사항목 | 시료 1 | 시료 2 | 시료 3 | 비 고 |
산성도(pH) | 6.67 | 6.98 | 6.61 | 전극법 |
화학적 산소요구량 크롬법 (CODcr) | 24 | 0 | 6 | Qvis cs-2000 |
크롬(Cr) | nd | nd | nd | ICP |
철(Fe) | nd | nd | nd | " |
아연(Zn) | 0.065 | nd | nd | " |
구리(Cu) | nd | nd | nd | " |
카드늄(Cd) | nd | nd | nd | " |
비소(As) | nd | nd | nd | " |
납(Pb) | nd | nd | nd | " |
망간(Mn) | 4.632 | nd | 4.449 | " |
알루미늄(Al) | 1.033 | nd | 0.916 | " |
이온화크롬(Cr6+) | nd | nd | nd | Qvis cs-2000 |
이온화시안(CN-) | nd | nd | nd | " |
총질소량(T-N) | 2.9 | 1.6 | 2.2 | " |
총인량(T-P) | 0.13 | 0.11 | 0.08 | " |
※ nd -> 미검출 (not determined)
이러한 종래의 석회콘크리트 제조 기술이 아닌 다른 차원의 콘크리트 제조방법을 만들고자 유황 콘크리트의 제조방법을 제안하고자 하며, 이는 강화재인 동슬래그에 제올라이트를 혼합하고 혼합된 혼합물에 충진제인 플라이애시를 추가 투입하고 혼합하며 마지막으로 일정량의 유황시멘트(S.P.C)을 추가하여 혼합하되 잘 혼합될 수 있도록 일정시간 믹싱하며, 이러한 믹싱과정과 동시에 일정온도의 열을 가하며, 이 열을 통하여 폴리머 반응을 일어나고 이렇게 가열된 구성물은 자연 냉각을 통해 경화되는 과정으로 제조방법이 완성되며, 이렇게 제작된 본 발명은 기존의 일반레미콘 문제점이었던 시멘트에서 배출되었던 독성(라돈은 유해중금속)등은 성분들은 인류건강에 해를 끼치는 각종 환경 오염을 어느 정도 해소화 시킬 수 있으며, 환경을 고려하지 않은 난개발과 무분별한 토목시공으로 발생하는 자연환경 파괴현상을 줄일 수 있다.
또한 개·관수로관이나 호안블록, 옹벽용 블록, 소파블록, 수중에 투여되는 인공해림초 등의 토목구조물에 다양하게 두루 적용할 수 있으며 특히 수중투여물과 같이 물과 관련된 토목구조물에 이용될 경우 환경 친화적인 면까지 얻을 수 있어 새로운 재료를 제공할 수 있다.
Claims (5)
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- 통상의 유황토 콘크리트의 제조방법에 있어서,제1공정으로서 황토분말 5중량% 와 마사토 95중량%를 혼합한 모토혼합물를 25~60중량%을 구비하고 이를 120℃의 온도로 계속 예열시키면서 동슬래그 5~15중량%와 제올라이트 3~10중량%를 추가하여 혼합하는 혼합예열공정(S1')과,이러한 모토혼합물에 플라이애시 2~5중량%를 추가투입하여 혼합하면서, 120~150℃로 계속 가열하는 믹싱,가열공정(S2')과,회전체를 이용하여 상기 구성물들을 회전시키면서, 상기 혼합물에 유황시멘트(S.P.C) 30~45중량%을 투입하고 내부온도가 80℃의 온도로 내려갈 때까지 회전상태를 유지하는 회전공정(S3')을 거치면서,최종 투입된 유황시멘트(S.P.C)는 가열된 구성물들의 열로 인해 폴리머 반응이 일어나며 회전과정이 끝난 뒤 용융되어 전체 100중량%의 구성물이 되도록 제작됨을 특징으로 하는 유황 콘크리트 제조 방법.
- 상기 4항의 제조방법으로 제작된 유황 콘크리트를 구비하는 투입재료 준비공정(G1)과 몰드 가열시키는 몰드예열공정(G2), 그리고 몰드에 상기 유황 콘크리트를투입하여 일정시간 믹싱, 가열하는 믹싱·가열공정(G3), 가열된 각 구성물들의 온도가 40℃까지 내려가면 유황시멘트는 일정경도로 경화되고 이때 몰드를 탈형시키면서 마무리하는 완성공정(G4)을 특징으로 하는 토목구조물 제조 방법.
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