KR100749926B1 - 굴 껍질을 이용한 내진형 섬유보강 모르타르 및 자동수평재 - Google Patents

굴 껍질을 이용한 내진형 섬유보강 모르타르 및 자동수평재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 굴 껍질을 이용한 내진형 섬유보강 모르타르 및 자동수평재에 관한 것으로, 포틀랜드 시멘트 40~70중량%, 슬래그 10~30중량%, 킬레이트화된 굴 껍질분말 10~20중량%, 석고 1~10중량%, 명반 1~10중량%, 황토 5~15중량% 및 섬유강화제 1~5중량%를 혼합한 혼합물에, 규사를 약 1:1의 비율로 배합하여 이루어지며, 굴 껍질을 효과적으로 활용하여 종래 콘크리트의 낮은 인장 강도 및 압축강도를 개선하고 누수로 인한 철근부식을 방지하며, 해수 및 하수에 강하고 지진에 견디는 힘이 강하며 시멘트 독이 제거된 친환경적인 내진형 섬유보강 모르타르를 제공한다.
굴 껍질, 내진형, 섬유강화제, 자동수평재, 슬래그

Description

굴 껍질을 이용한 내진형 섬유보강 모르타르 및 자동수평재{FIBER REINFORCED EARTHQUAKE PROOF MORTAR AND SELF LEVELING USING OYSTER SHELLS ON THE BEACH}
본 발명은 굴 껍질을 이용한 내진형 섬유보강 모르타르 및 자동수평재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포틀랜드 시멘트에 슬래그, 굴 껍질분말, 석고, 명반, 황토 및 섬유강화제를 혼합하고, 규사를 배합하여 이루어지는 내진형 섬유보강 모르타르 및 여기에 유동 분말를 첨가하여 제조한 자동수평재에 관한 것이다.
일반 콘크리트는 내구성이 크고 형상과 크기를 자유로이 할 수 있으며 비교적 사용되는 골재를 쉽게 얻을 수 있고 제조비용이 저렴하다는 이점이 있으나, 자중이 크고, 인장 강도가 압축강도에 비하여 작으며 취성이 크고 비균질성으로 인한 균열을 예방할 수 없다는 문제점이 있다.
이러한 일반 콘크리트의 단점을 보완하기 위하여 최근에는 보다 강도가 강하고 특수한 사용환경에 따라 특수하게 여러 가지 특수 콘크리트의 사용이 증가하고 있고, 또한 슬래그 등 여러 가지 다양한 형태의 산업 폐기물을 이용한 환경친화적인 콘크리트의 연구 및 개발이 요구되고 있다.
특히, 항만이나 해양 구조물의 과제인 시멘트독의 최소화 및 연장 강도 및 휨강도가 약하다는 일반 시멘트가 갖고 있는 취약점을 보완하여 충분한 연장 강도 및 휨강도를 갖고 내진성이 있으면서도 해수 및 하수에 강한 내해수성을 갖는 콘크리트를 개발할 필요성이 많다.
한편, 해안에 방치되는 조개, 굴, 소라 등의 패류 껍질은 해안에 버려지거나 매립되어 해양 환경오염의 주범이 되고 있으며, 환경친화적으로 그 사용용도를 개발하여 재생 사용할 수 있는 기술을 개발할 필요성이 매우 많다. 특히, 굴 껍질은 연간 약 36만 톤이 해안에 버려져 해양 오염의 원인이 되며, 이를 효율적으로 재생하여 자원화할 수 있는 방안이 절실히 요구된다. 또한, 굴 껍질은 산화칼슘(CaO) 성분이 주성분으로서 콘크리트와 친화적인 재료로서, 콘크리트 제품에 응용하는데에 적절하다는 특징이 있다.
특허 제212878호는 본 출원인이 출원하여 등록된 것으로서, 슬래그 분말 71 중량부와 포틀랜드 시멘트 25 중량부에, 혼화제로 무수석고 2.85중량부, 명반(Alum Stone) 0.9 중량부, 카본블랙(Carbon Black) 0.09중량부, 매칠셀루로이스(Methil Cellouse) 0.1중량부, 실리카슘 0.06 중량부로 함유되어 짐을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 저비용 복합시멘트 조성물이 개시되어 있다. 이것은 슬래그 분말과 포틀랜드 시멘트에 석고, 명반 등의 혼화제를 혼합하여 초기강도 및 압축강도가 증가하고 보다 저렴한 시멘트를 제공한 것이다. 본 발명은 상기 특허 제212878호와 같이 슬래그 및 석고, 명반 등을 이용하여 시멘트의 강도를 향상시키고, 여기에 굴 껍질과 섬유보강재 및 유동 분말 등을 혼합하여 폐기물을 효율적으로 이용함과 함 께 내진성을 강화하고 콘크리트 타설시 작업공정을 단순화한 것이다.
특허 제502698호는 환경친화적인 해양 구조물 제조용 석화 콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 시멘트 20 내지 40중량%, 입도가 0.8~4.75mm인 잔 골재 20 내지 40중량%, 패류껍질을 200 내지 500℃로 가열한 후 입도가 0.8~5.0mm가 되도록 분쇄한 분말 10 내지 20중량%, 입도가 15~40mm인 굵은 골재 20 내지 35중량% 및 혼화제 0.1 내지 5.0중량%를 포함하는 콘크리트 조성물이 개시되어 있다. 즉, 이 출원은 인공어초 등의 수중 구조물에 사용되는 콘크리트 조성물로서, 시멘트를 주성분으로 하고 여기에 석화, 조개류 등의 패류 껍질을 분말 상으로 첨가하여 환경친화적인 콘크리트 조성물을 제조하고자 한 것이다. 그러나 이것은 패류 껍질을 활용하여 친환경적인 콘크리트 조성물을 제공하였다는 점에서 패류 껍질에 의한 환경 오염을 방지할 수 있다는 점에서 본 발명과 일부 공통점이 있으나, 콘크리트 구조물의 내진성 및 강도 면에서는 일반 콘크리트와 마찬가지의 한계를 여전히 갖고 있으며, 시멘트독을 제거하지 못하는 등의 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 종래 콘크리트의 낮은 인장 강도 및 압축강도를 개선하고 누수로 인한 철근부식을 방지하며, 해수 및 하수에 강하고 지진에 견디는 힘이 강하며 시멘트 독이 제거된 친환경적인 내진형 섬유보강 모르타르 및 자동수평재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 산업폐기물인 슬래그 및 해안에 방치되어 환경오염의 주범 이 되고 있는 굴 껍질을 혼합하여 모르타르 및 자동수평재를 제조함으로써, 버려지고 있는 자원을 효율적으로 활용할 수 있어 환경친화적이고 경제적인 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 항만, 해양 등에 설치되는 수중 구조물의 과제인 시멘트 독의 최소화하고, 일반 건축물뿐만 아니라 해수에 강한 내해수성을 가져 항만, 인공어초, 하수종말처리장, 수영장 등 다양한 콘크리트 구조물에 범용적으로 활용될 수 있는 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 굴 껍질을 이용한 내진형 섬유보강 모르타르는 포틀랜드 시멘트 40~70중량%, 슬래그 10~30중량%, 킬레이트화된 굴 껍질분말 10~20중량%, 석고 1~10중량%, 명반 1~10중량%, 황토 5~15중량% 및 섬유강화제 1~5중량%를 혼합한 혼합물과, 규사를 1:1의 비율로 배합한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 굴 껍질을 이용한 내진형 섬유보강 모르타르는 포틀랜드 시멘트 55중량%, 슬래그 10중량%, 킬레이트화된 굴 껍질분말 10중량%, 석고 8중량%, 명반 5중량%, 황토 10중량% 및 섬유강화제 2중량%로 이루어진 혼합물에, 규사를 1:1의 비율로 배합한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 굴 껍질을 이용한 내진형 섬유보강 자동수평재는 상기와 같은 섬유보강 모르타르에 유동 분말을 첨가하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 굴 껍질을 이용한 내진형 섬유보강 모르타르는 포틀랜드 시멘트 40~70중량%, 슬래그 10~30중량%, 킬레이트화된 굴 껍질분말 10~20중량%, 석고 1~10중량%, 명반 1~10중량%, 황토 5~15중량% 및 섬유강화제 1~5중량%를 혼합한 혼합물과, 규사를 1:1의 비율로 배합하여 이루어진다. 또한, 상기 섬유보강 모르타르에 유동 분말을 첨가함으로써 콘크리트 타설시의 공정을 단순화하여 인력을 최소화하고 빠른 공정으로 제조할 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 내진형 섬유보강 모르타르는 포틀랜드 시멘트 55중량%와, 슬래그 10중량%와, 킬레이트화된 굴 껍질분말 10중량%와, 석고 8중량%와, 명반 5중량%와, 황토 10중량% 및 섬유강화제 2중량%를 혼합하고, 여기에 규사를 약 1:1의 비율로 배합하여 이루어진다.
슬래그는 금속의 제련과정에서 발생하는 폐기물로서, 황산염의 화학작용으로 해수 및 하수에 대한 저항성이 우수하고 강도가 증가하며, 수화열이 적다는 특징이 있다. 또한, 슬래그는 포졸란(Pozzolan)을 대표하는 혼화제로서, 포졸란 물질은 시멘트와 친화성이 좋고 비용이 비교적 저렴하다는 장점 등으로 많이 이용되고 있다. 본 발명에서 슬래그 10~30중량% 혼합하는데, 10중량% 이하이면 그 효능이 거의 나타나지 않고, 30중량% 이상을 혼합하면 그 강도가 약해진다.
포졸란 물질은 시멘트와 혼합하면 장기 감도 증가의 수밀, 건조 수축의 감소를 가져오나, 본 발명에서는 초기 강도 상승을 위해 명반 및 석고를 가미하였다.
한편, 해안에 방치된 굴 껍질은 산화칼슘(CaO)를 주성분으로 하여 마찬가지로 산화칼슘을 주성분으로 하는 시멘트와 친화적인 재료라는 특징을 이용하여 굴 껍질을 이용하여 본 발명을 개발하였다. 굴 껍질을 이용하여 콘크리트를 제조할 때 시멘트와 결합력이 우수하여 뛰어난 강도를 갖는 콘크리트 구조물을 얻을 수 있으며, 굴 껍질은 자연물로서 해초의 착상 및 어류의 서식을 증진시킨다. 본 발명에서 굴 껍질 분말의 함유량은 10중량%~20중량%가 적절한데, 상기와 같은 굴 껍질 성분의 효능을 충분히 이용하기 위해선 10중량% 이상이 되어야 하나, 20중량% 이상 혼합하면 시멘트의 강도 및 결합력을 약화시킨다.
굴 껍질은 그 상태로 사용하는 것이 아니라 소성시켜 킬레이트화된 굴 껍질을 사용하였다. 생굴껍질은 비중이 1.0이고 PH가 약 8.5인데, 생굴껍질을 800~1200℃의 고온의 내화조건에서 3~4시간 소성하게 되면 킬레이트화된 굴 껍질이 얻어진다. 이와 같은 조건으로 킬레이트화된 굴 껍질의 비중은 약 0.5이고, PH는 약 12.5이다.
킬레이트화된 굴 껍질 분말을 제조하기 위하여, 먼저 굴 껍질을 수거하여 세척하고 건조시켜 800~1200에서 2~4시간 동안 소성시킨 후 냉각하고 분쇄기에서 200메쉬 이상이 되도록 분쇄한다.
하기 표 1 및 2에는 각각 생굴껍질 및 킬레이트화된 굴 껍질의 성분이 표기되어 있다.
조성 CaCO3 MGCO3 SiO2 CaSO4 기타
함유량(중량%) 93.6 0.96 1.4 0.48 3.56
조성 CaO MgO SiO2 감열감량 기타
함유량(중량%) 56.15 0.55 0.12 42.86 0.32
상기 표 1 및 2에서 보는 바와 같이, 굴 껍질은 산화칼슘(CaO) 성분을 주성분으로 하고 있다. 산화칼슘 성분은 콘크리트와 친화적인 재료로서, 콘크리트 조성물로서 응용하는데에 매우 적절하다.
또한, 본 발명은 황토를 포함하는데, 황토는 온도/습도 조절효과와, 항균 및 탈취효과가 있으며, 인체에 유용한 효과가 있다고 알려져 있는 원적외선 방출량이 많다는 특징이 있다. 또한, 황토는 다량의 탄산칼슘(CaCO3)을 함유한 황토의 주성분은 실리카 알루미나, 철분, 마그네슘 등으로 구성되며, 또한, 표면이 넓은 벌집 구조로 수많은 공간이 복층구조로 되어 있어 이 구멍으로 원적외선이 저장 발산하여 황토의 효소 성분에는 카탈라제, 디페놀 옥시다아제, 시카리제, 프로테아제의 4가지 효소가 함유되어 독소제거, 분해력 비료요소, 정화 역할을 하는 황토는 물과 반응하게 되면 각 입자 간의 응집현상으로 약 6%의 체적 감소현상이 일어나며 이것이 균열의 주된 원인이다.
또한, 본 발명에 따른 황토가 혼합된 섬유보강 모르타르를 어초 수중 구조물에 적용하면, 시멘트독의 제거, 원적외선 방사, 중금속 흡착 등의 효과로 해초 및 어류의 서식을 증가시키고, 해양의 적조현상을 방지하는 효과가 있다.
이와 같은 황토에 석고를 첨가하면 수화반응을 일으키면서 체적이 팽창되며 이 양자 간의 수축, 팽창작용으로 균열을 억제한다.
석고는 시멘트 중의 알루미네이트상과 반응하여 에트링가이트 생성 과정에서 수경성 광물인 칼슘실리게이트상 수화를 촉진하여 수화량 증가하고 화학적 결합수 증대시켜 시멘트 페이스트 중의 공극이 감소하여 고강도 콘크리트 얻을 수 있다. 즉, 석고는 본 발명의 성분인 시멘트 및 황토와 융합하기 좋도록 CaO, Al2O3의 비율을 3:1로 맞추기 위해 사용된다. 또한, 석고는 시멘트의 응결과 경화시간을 조절하기 위하여 첨가되며, 시멘트 안정성을 좋게 하며 초기강도를 강하게 한다. 그러나 석고를 필요 이상으로 첨가하면 응결시간이 너무 늦어지거나 강도에 좋지 않은 영향을 미치므로 적당 양을 사용해야 한다.
한편, 섬유보강재는 콘크리트의 피로저항성 증대, 휨강도 증대, 전단력, 유연성, 충격저항, 파괴저항을 증가시키는 등 콘크리트의 물리적 성질을 향상시킨다. 또한, 와이어 메쉬 설치 작업이 필요없이 경제성, 시공성, 안전성이 확보되고, 음극 이온화 차단으로 구조재의 뛰어난 부식 방지효과가 있다. 본 발명에서는 소성 및 건조수축, 균열 해결, 휨 인성, 인장 강도, 충격 저항성을 향상시키며, 누수로 인한 철근부식을 방지하고자 섬유보강재를 첨가하였다. 또한, 섬유보강재의 첨가는 소성 및 건조수축, 균열해결, 휨 인성, 인장 강도, 충격저항성을 향상시키며, 누수로 인한 철근 부식을 방지시킨다. 섬유보강재 중 P.V.A.(Polyvinyl alcohol) 섬유는 산소, 탄소, 수소분자에서 얻어지는 폴리비닐알코올을 원료로 하고 있으며, 시멘트 매트릭스와의 우수한 친화력이 있어 부착성 및 분산성이 뛰어나다. 특히, 콘크리트의 소성 및 건조수축균열을 억제하고 인장 강도, 휨, 인성 등을 증대시킴으로써 역학적 성질을 개선하여 콘크리트의 장기 내구성을 증가시킨다.
상기와 같이, 포틀랜드 시멘트, 슬래그, 킬레이트화된 굴 껍질분말, 석고, 황토, 명반 및 섬유강화제 등을 혼합한 혼합물에, 규사를 1:1의 비율로 배합하여 내진형 섬유보강 모르타르를 제조한다.
여기에서, 상기 혼합물의 구성은 포틀랜드 시멘트 55중량%, 슬래그 10중량%, 킬레이트화된 굴 껍질분말 10중량%, 석고 8중량%, 명반 5중량%, 황토 10중량% 및 섬유강화제 2중량%로 하는 것이 바람직하다. 이것은 각 구성성분의 혼합비율에 따라 제조되는 모르타르의 강도를 유지함과 동시에 각 성분이 갖는 효능이 효과적으로 발휘되면서, 굴 껍질 등 폐기물의 충분히 활용할 수 있는지 등을 고려한 것이다.
또한, 콘크리트 타설시에 바이브레이터 장비와 타설 인력을 최소화하고자, 상기와 같이 제조된 섬유보강 모르타르에 유동 분말을 가미하여 자동수평재가 되도록 하였다. 또한, 모르타르에 유동분말과 방수재를 첨가하여 방수 자동수평재를 제조할 수 있다. 이 경우 일반 건축물에 있어서, 미장과 방수의 2공정을 하나의 공정으로 단순화하여 장비 및 인력 감소뿐만 아니라 장기강도 증진 및 균열이 예방되는 콘크리트를 제공할 수 있고 건축비를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동수평재는 내해수성을 가지므로 수중 어초 등의 해양 구조물에 사용하는데 장점이 있다. 본 발명에 따른 자동수평재를 수중 어초에 적용하는 경우 일반 콘크리트에 비해 수생 부착식물이 빠른 착상을 이루며, 시멘트독의 최소화로 어류의 서식, 산란을 촉진하고, 섬유보강 및 방수효과로 구조물에 대한 염류의 침투로 인한 부식을 방지하여 내구성이 좋아지고, 해양 구조물을 효율적으로 관리할 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 굴 껍질을 이용한 내진형 섬유보강 모르타르 및 자동수평재는 종래의 일반 콘크리트가 갖고 있는 낮은 인장 강도 및 압축강도를 개선하고 누수로 인한 철근부식을 방지하며, 해수 및 하수에 강하고 지진에 견디는 힘이 강한 내진형 섬유보강 모르타르 및 자동수평재를 제공할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 슬래그와 굴 껍질 등 환경오염의 원인이 되고 있는 폐기물을 효과적으로 처리하고 환경친화적인 제품으로 재생할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 일반 건축물뿐만 아니라 도로, 터널, 항만, 인공어초, 하수종말처리장, 수영장 등의 메스 콘크리트 타설에 효과적이고, 장기 강도가 증진되고 균열이 생기지 않는 콘크리트 제품을 제공할 수 있다는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 시멘트에 슬래그, 굴 껍질, 석고, 명반, 황토 등을 혼합하고 섬유강화제로 보강하며 규사와 혼합하여 이루어지는 내진형 섬유보강 모르타르에 관한 것으로, 상술한 것에 한정되지 않으며 당업자로서는 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변형, 변경 및 치환할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 포틀랜드 시멘트 40~70중량%, 슬래그 10~30중량%, 킬레이트화된 굴 껍질분말 10~20중량%, 석고 1~10중량%, 명반 1~10중량%, 황토 5~15중량% 및 섬유강화제 1~5중량%를 혼합한 혼합물과, 규사를 1:1의 비율로 배합한 것을 특징으로 하는 굴 껍질을 이용한 내진형 섬유보강 모르타르.
  2. 제1항에 있어서, 상기 혼합물의 구성은 포틀랜드 시멘트 55중량%, 슬래그 10중량%, 킬레이트화된 굴 껍질분말 10중량%, 석고 8중량%, 명반 5중량%, 황토 10중량% 및 섬유강화제 2중량%인 것을 특징으로 하는 굴 껍질을 이용한 내진형 섬유보강 모르타르.
  3. 제1항 또는 제2항의 내진형 섬유보강 모르타르에 유동 분말을 더 첨가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 굴 껍질을 이용한 내진형 섬유보강 자동수평재.
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