KR100820914B1 - 패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물의 제조방법 - Google Patents

패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐플라스틱병(PET병) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 구성된 그룹에서 선택되는 수지를 가공하여 패트화이버를 제조하는 단계; 상기 제조된 패트화이버를 시멘트, 잔골재, 굵은 골재 및 혼화제와 혼합하여 잔골재율이 60 ~ 80%이고, 패트화이버 혼입율이 0.5 ~ 1.5%인 숏크리트 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 숏크리트 조성물에 물/시멘트비 40 ~ 50%가 되도록 물을 첨가하고, 혼합하는 단계를 포함하는 패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 압축공기에 의해 시공면에 뿜어 붙이는 몰탈 또는 콘크리트의 보강 목적으로 패트화이버를 보강재로 혼입하여 휨강도와 휨인성을 증가시킬 수 있으며, 패트화이버 자체의 비중이 낮고 수분을 함유하고 있지 않아 부식환경에 노출된 콘크리트에 효율적으로 적용될 수 있다. 또한, 패트화이버의 비중이 폴리프로필렌 섬유의 비중보다 커서 배합률이 증가되어, 부착량이 향상되고, 리바운드량의 감소에 따라 처리비용이 절감되고, 장기 강도가 확보되는 효과가 있다.
패트화이버, 숏크리트

Description

패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물의 제조방법 {Method for Preparing Shotcrete Composite mixed with Pet Fiber}
도 1은 본 발명에서 사용되는 시편의 부착강도시험장치를 도시한 것이다 (a: 섬유의 인발시편, b: 인발시험 장치).
도 2는 본 발명에 따른 패트화이버가 혼입된 숏크리트를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에서 사용되는 패트화이버의 최적 형상을 도시한 것이다.
도 4a은 본 발명에서 사용되는 물결형 패트화이버의 형상을 도시한 것이다.
도 4b는 본 발명에서 사용되는 주름형 패트화이버의 형상을 도시한 것이다.
도 4c는 본 발명에서 사용되는 격자형 패트화이버의 형상을 도시한 것이다.
도 4d는 본 발명에서 사용되는 트위스트형 패트화이버의 형상을 도시한 것이다.
도 4e는 본 발명에서 사용되는 갈고리형 패트화이버의 형상을 도시한 것이다.
도 4f는 본 발명에서 사용되는 봉형 패트화이버의 형상을 도시한 것이다.
도 4g는 본 발명에서 사용되는 제1후크형 패트화이버의 형상을 도시한 것이다.
도 4h는 본 발명에서 사용되는 제2후크형 패트화이버의 형상을 도시한 것이다.
도 4i는 본 발명에서 사용되는 막대형 패트화이버의 형상을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 패트화이버와 강섬유의 휨강도의 비교실험치를 도시한 그래프를 도시한 것으로, 시편에 10%의 강섬유가 혼입된 시편을 사용함.
도 6은 본 발명에 따른 패트화이버와 강섬유의 휨강도의 비교실험치를 도시한 그래프를 도시한 것으로, 시편에 10%의 패트화이버가 혼입된 시편을 사용함.
도 7은 본 발명에 따른 패트화이버와 강섬유의 휨강도의 비교실험치를 도시한 그래프를 도시한 것으로, 시편에 10%의 강섬유가 혼입된 시편을 사용함.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 패트화이버 11 : 물결형 패트화이버
12 : 주름형 패트화이버 13 : 격자형 패트화이버
14 : 트위스트형 패트화이버 15 : 갈고리형 패트화이버
16 : 봉형 패트화이버 17 : 제1후크형 패트화이버
18 : 제2후크형 패트화이버 19 : 막대형 패트화이버
a : 높이 b : 반파장
c : 단면의 폭 d : 단면의 높이
e : 전체길이 20: 숏크리트
발명의 분야
본 발명은 패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐플라스틱병(PET병) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 구성된 그룹에서 선택되는 수지를 가공하여 패트화이버를 제조하는 단계; 상기 제조된 패트화이버를 시멘트, 잔골재, 굵은 골재 및 혼화제와 혼합하여 잔골재율이 60 ~ 80%이고, 패트화이버 혼입율이 0.5 ~ 1.5%인 숏크리트 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 숏크리트 조성물에 물/시멘트비 40 ~ 50%가 되도록 물을 첨가하고, 혼합하는 단계를 포함하는 패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
발명의 배경
숏크리트는 굴착 직후 발생하는 원지반의 초기 변위 제어 및 풍화 방지를 통한 굴착면의 안정도모의 목적이 있으나, 최근 구조물의 장기적인 사용성 및 안정성의 개념에서 숏크리트의 역할이 중요하게 부각되고 있다. 그러나 국내의 경우 숏크리트 설계기준강도가 설계, 시공상의 문제로 인해 210kg/㎝2 내외의 저강도에 머무르고 있는 실정이다.
숏크리트 보강재의 동향을 살펴보면, wire mesh를 암반에 부착시킨 다음 그 위에 숏크리트를 타설하는 방법이나 리바운드율이 크고, wire mesh 설치기간이 과다소요 및 정확한 설치가 곤란하여 빠른 보강작업이 이루어지지 못하고, 공기가 지연되고, 비용이 증가하는 문제점이 있다. 따라서 시공상의 편리, 공기단축, 보강특성 향상 등의 이유로 섬유보강 숏크리트가 사용되기 시작하였으며, 강섬유 보강 숏크리트로 종래 wire mesh를 사용한 공법보다 시공이 간편하고, 여굴 부위의 밀실한 충전이 얻어지며 강도 및 인성 특성이 우수하고, 빠른 보강이 가능하다. 그러나 강섬유 보강 숏크리트는 시공이 진행될수록 혼합시의 균등분포, 숏크리트 장비 및 압송호스의 마모손상 및 파열, 강섬유의 튐 등으로 인한 안전관리상의 문제가 발생하고 있으며, 내수성 및 내산성이 불량하여 부식으로 인한 균열 및 박리현상의 발생 가능성이 높으며, 별도의 마감처리가 필요하고, 가격이 고가인 문제점이 있다.
강섬유 보강 숏크리트의 대안으로 구조용 합성섬유 보강 숏크리트가 사용되는데 상기 구조용 합성섬유 보강재는 여러 가지 형태와 크기를 가진 천연재료 및 유리, 플라스틱, 금속재료로 제작되며, 플라스틱 재료의 경우 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(Poly-Propylene), 폴리에틸렌(Poly-Ethylene), 폴리에스테르(Polyester), 레이온(Rayon) 등의 여러 가지 합성재료로 제작된다. 상기 섬유 보강재들도 망사형 및 단사형 폴리프로필렌의 경우, 다량 함유시 섬유뭉침현상(Fiber Balling)이 발생하고 휨인성 측면에서 미흡해 터널의 숏크리트용으로 사용하기에는 한계가 있다. 따라서 최근 기존의 구조용 합성 섬유보강 숏크리트의 작업성, 안전성, 내구성, 경제성 등을 보완하고 PP Fiber의 분산성을 크게 개선하고자 새로운 소재의 섬유보강 재 개발에 관한 연구가 활발히 진행 중에 있으며, PET Fiber는 폐PET를 재활용한 것으로 환경성에서도 상대적으로 다른 섬유보강재에 비해 우수하다고 할 수 있으며, 현재 국내 재활용 PET 수요가 공급에 비해 감소되는 추세이다. 숏크리트용 보강재와 함께 숏크리트의 고강도, 고내구성을 위한 구성재료 중의 하나인 급결제를 살펴보면 국내에서는 알칼리성 급결제가 주로 사용되고 있으나, 환경적인 영향과 장기적 안정성 등의 문제를 발생시키고 있다. 이러한 기존 알칼리성 급결제의 문제를 해결하기 위해 국내에서도 알칼리프리계 급결제의 개발이 활발히 이루어지고 있으나, 아직 실용화 단계까진 더 많은 연구가 필요한 실정이다.
재활용 PET Fiber이외에도 숏크리트용으로 재활용 PE Fiber를 적용할 수 있으나, 재료의 물리적 성질이 현저히 불리하여 터널의 지보재와 같이 고도의 품질확보를 요구하는 경우에는 사용이 불가능한 문제점이 있다. 또한, 폴리프로필렌 섬유는 섬유의 사용량이 많을 경우 보강효과는 좋으나, 분산성이 나빠지고 균일한 혼합물을 얻을 수 없으며, 작업성이 나빠지는 문제점이 있다. 그리고 폴리프로필렌 섬유는 비중이 작아 배합이 잘되지 않으며, 섬유가 뭉치게 하지 않기 위하여 혼합장치가 추가적으로 필요한 문제점이 있다.
이와 관련된 종래 특허로는 '폐플라스틱을 이용한 구조재 및 그 성형방법'(한국특허 출원번호 10-1998-0036421), '폐플라스틱으로부터 얻어진 플라스틱 조성물 및 그 성형물'(한국특허 출원번호 1998-027379)은 폐플라스틱을 용융하여 얻어지는 성형물 제작이 가능하나, 성형물에서 폐플라스틱을 배합시키는 것이 아니라, 용융시켜 재료의 균질성이 낮아지며, 이에 성형물의 강도와 물성이 나타나지 않는 문제점이 있으며, 폐플라스틱을 콘크리트 조성물에 혼합하여 사용하는 방법에 대한 개시가 없다. 또한, '알칼리프리 급결제를 사용한 고강도 숏크리트 조성물'(한국특허 등록번호 10-0449040)은 숏크리트의 초기 강도를 향상시키고, 장기 강도의 저감을 방지하나, 급결제의 가격이 비싸 상용화가 어려운 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 종래 기술의 단점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 압축공기에 의해 시공면에 뿜어 붙이는 몰탈 또는 콘크리트의 보강 목적으로 폐플라스틱을 이용하여 건설 자재 분야의 목적에 맞게 폐플라스틱인 패트병, 스틸섬유, 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)으로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나를 가공하여 다양한 형상의 패트화이버를 숏크리트에 혼입하여 부착력, 휨강도 및 휨인성이 향상되는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.
결국, 본 발명의 주된 목적은 휨강도 및 휨인성이 향상된 패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐플라스틱병(PET병) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 구성된 그룹에서 선택되는 수지를 가공하여 패트화이버를 제조하는 단계; 상기 제조된 패트화이버를 시멘트, 잔골재, 굵은 골재 및 혼화제와 혼합하여 잔골재율이 60 ~ 80%이고, 패트화이버 혼입율이 0.5 ~ 1.5%인 숏크리트 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 숏크리트 조성물에 물/시멘트비 40 ~ 50%가 되도록 물을 첨가하고, 혼합하는 단계를 포함하는 패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 패트화이버는 높이 1.6 ~ 1.8㎜, 길이 50㎜, 반파장 길이 4 ~ 6㎜, 단면의 폭 1.2㎜, 단면의 높이 0.6㎜으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 패트화이버의 형상은 물결형, 주름형, 격자형, 트위스트형, 갈고리형, 봉형, 후크형 및 막대형으로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트 또는 고강도 시멘트를 선택적으로 이용하고, 상기 굵은 골재는 최대 치수가 10 ~ 15mm인 강자갈 또는 쇄석을 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 패트화이버를 혼합한 숏크리트 조성물을 제조하기 위하여, 폐플라스틱병(PET병) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 구성된 그룹에서 선택되는 수지를 고온에서 녹인 다음, 사출 성형기를 이용하여 화이버(Fiber) 형태로 만들고. 상기 화이버 형태의 수지를 다시 크림프(Crimped) 형태로 성형하여 패트화이버를 제조한다.
도 2은 본 발명에 사용되는 패트화이버의 형상을 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에서 사용되는 패트화이버의 형상을 도시한 것으로, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 패트화이버의 형상은 물결형(a), 주름형(b), 격자형(c), 트위스트형(d), 갈고리형(e), 봉형(f), 후크형(g,h) 및 막대형(i)으로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하며, 재활용 PET로 재가공하여 상기 형상으로 제조하며, 상기 형상들 중 부착강도시험을 통해 가장 우수한 성능을 가진 형상을 기준으로 숏크리트 조성물에 혼입한다. 또한, 상기 패트화이버는 높이 1.6 ~ 1.8㎜, 길이 50㎜, 반파장 길이 4 ~ 6㎜, 단면의 폭 1.2㎜, 단면의 높이 0.6㎜으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 패트화이버를 시멘트, 잔골재, 굵은 골재 및 혼화제와 혼합하여 숏크리트 조성물을 제조하고, 상기 숏크리트 조성물에 물을 첨가하여 혼합하며, 상기 숏크리트 조성물의 배합비는 물/시멘트비 40 ~ 50%, 잔골재율 60 ~ 80% 및 패트화이버 혼입율 0.5 ~ 1.5%인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 숏크리트 조성물은 40 ~50 중량%의 물/시멘트비를 가지는 물을 첨가하는 것이 바람직하며, 상기 범위에서 설계에 따라 가감하여 이용할 수 있다. 상기 패트화이버의 혼입율은 0.5 ~ 1.5중량%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1중량%를 혼입한다. 패트화이버가 1중량% 미만일 경우, 인성이 약화되며, 1중량% 이상일 경우, 배합이 안되는 문제점이 있다.
상기 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트로 또는 고강도 시멘트에서 선택적으로 이용할 수 있으며, 구조물에 따라 시공 후의 양생 시간을 기준으로 달라진다. 숏크리트 공사에서는 대부분 보통 포틀랜드 시멘트가 사용되 나, 용출부 부분이나 단층파쇄대, 연약지대 등 조기에 암반과의 부착성능이 필요한 부분에서는 조강 포틀랜드 시멘트가 이용될 수 있다. 섬유를 혼입한 섬유보강 숏크리트의 단위시멘트량은 450 ~ 520kg/㎝3이다. 단위시멘트량은 섬유보강 숏크리트에서 섬유가 묻힐 매트릭스의 성질과 밀접한 관계를 가지는 인자로, 단위시멘트량이 적어지면 리바운드가 많아지고, 단위시멘트량이 많아지면 호스의 압송성이 나빠지는 문제점이 있다.
상기 잔골재는 깨끗하고, 단단하며, 질기고, 내구성이 높고, 적당한 입도를 가지고, 화학적으로 안정한 재료를 사용하며, 상기 잔골재는 표면수의 관리가 매우 중요하고, 건식인 경우 표면수는 3 ~ 6% 정도가 바람직하다. 표면수가 7%를 넘으면 뿜어 붙이기 전에 시멘트와 수화작용이 시작되고, 분말형 급결제를 이용하는 경우 시멘트와 급결제가 반응을 시작하는 등 호스 폐쇄 등의 문제점이 있고, 포면수가 적으면 분진발생이 심해지고 작업환경을 악화시킨다.
잔골재율은 주로 섬유보강 콘크리트 및 숏크리트의 작업성에 영향을 미치는 요인으로, 잔골재율이 커지면 비경제적이고, 작아지면 숏크리트의 리바운드량이 많아지며 압송시 호스가 막히는 등 작업성이 저하된다. 콘크리트 표준 시방서에서 섬유가 보강되지 않은 숏크리트의 잔골재율의 범위를 55 ~ 75%가 바람직하며, 강섬유로 보강된 섬유보강 콘크리트 및 숏크리트의 잔골재율은 60 ~ 80%가 바람직하다.
숏크리트에 사용되는 굵은 골재는 강자갈 또는 쇄석을 이용한다. 쇄석을 이용하는 경우 호스의 마모가 심하나, 시멘트 경화체 내에서 부착성이 좋아 우수한 강도를 제공한다. 상기 굵은골재의 최대치수는 숏크리트 장비의 능력 및 압송호스의 직경 등에 따라 25 ~ 30mm 정도까지 시공 가능하나 큰 골재를 사용하면 밀도의 증대, 건조수축의 감소, 부착력과 휨강도가 증대되나, 호스폐쇄, 리바운드량의 증가로 인한 재료손실의 과다 등 문제점이 발생하여 굵은 골재의 최대입경(Gmax)은 10 ~ 15mm이하인 것이 바람직하다.
상기 혼화제는 숏크리트의 품질 및 시공성을 개선하기 위해 사용되며, 콘크리트 중량대비 3%이내로 혼입하는 것이 바람직하다. 상기 혼화제는 물의 양이 적을 수록 콘크리트의 강도가 증가되므로, 물의 양을 감소시켜야 하는 경우 이용되고, 배합작업성능을 향상시킬 경우, 조속한 양생이 필요할 경우, 물의 침투로 인해 건조수축에 의한 균열발생을 방지할 경우 및 콘크리트를 팽창시킬 경우에 이용될 수 있다. 본 발명에서는 감수제, 급결제, 팽창제, 발포제, 방수제 등을 혼화제로 이용할 수 있으며, 상기 감수제는 AE제, AE공기연행제, 플라이 애쉬, 포졸란 등을 이용하며, 상기 급결제는 알루미네이트계, 실리케이트계, 알카리프리계 등을 이용할 수 있다. 상기 혼화제는 사용량이 제품, 시공환경에 따라 다르게 적용하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 본 발명에 따른 최적의 패트화이버 형상 결정 실험
JCE SF-8 [Method of test for bond of Fibers]에 규정된 기준 모르타르의 배합에 의해 시험 시편을 제작하여 부착시험을 실시하였으며, 먼저, 하기에 도시된 도 1a의 섬유의 인발시편에 나타낸 바와 같이, 0.5mm 두께의 시편 양쪽을 분할하는 플라스틱판에 1개와 4개의 섬유지름 크기의 구멍을 뚫어 섬유가 각각 끼워진 상태에서 시편을 제작하였다. 상기 부착시험에서는 하기 표 1에 도시된 패트화이버를 이용하였으며, Sinusoidal type은 A형, Crimped type은 B형, Straight type은 C형 및 Steel fiber type은 D형인 패트화이버의 형상을 이용하였다.
패트화이버 형상
구 분 형 상 Length(mm) Cross section
Sinusoidal type (A형)
Figure 112007029039004-pat00001
 20
Figure 112007029039004-pat00002
Crimped type (B형)
Figure 112007029039004-pat00003
 50
Figure 112007029039004-pat00004
Straight type (C형)
Figure 112007029039004-pat00005
 50
Figure 112007029039004-pat00006
Steel fiber type (D형)
Figure 112007029039004-pat00007
 50
Figure 112007029039004-pat00008
상기 시편 제작 28일 후에 하기에 도시된 도 1b와 같이, 시편을 장치한 후에 변위제어방식의 UTM을 사용하여 0.5mm/min의 하중재하속도로 시험을 실시하여 변위 2.5mm까지의 load-slippage의 곡선을 data acquisition system에서 획득된 최대인발하중과 곡선의 면적에 의한 인발에너지(계면인성)을 측정하였으며, 본 실시예에서는 시험결과, 인발하중이 최고점에 이르는 변위가 5mm를 초과함으로써 정확한 계면인성을 측정하고자 변위가 10mm일 때 계면인성을 측정하였다.
부착강도 시험결과
구 분 최대인발하중(kgf) 인발에너지(kgf-mm)
Sinusoidal type (A형) 78.68 298.02
Crimped type (B형) 74.09 368.51
Straight type (C형) 4.65 27.98
Steel fiber type (D형) 44.48 194.96
상기 부착시험결과, 시멘트 모체와 패트화이버의 부착파괴는 패트화이버의 파괴 또는 인발에 의하며, 일반적으로 섬유의 파괴는 시멘트 모체와의 부착이 우수하여 시멘트 모체와의 최대 부착강도에 도달하기 전에 섬유가 파괴되는 경우이며, 섬유의 인발은 시멘트 모체와의 부착강도가 섬유의 인장강도보다 작아 섬유의 파괴가 발생하기전에 섬유가 인발되는 현상이었다.
섬유와 시멘트 모체간의 부착을 향상시키기 위하여, 재활용 PET를 재가공하여 부착강도 실험을 실시하여 최적 형상을 결정하였으며, 실험결과 물결형(B형)이 주름형(A형)보다 인발 강도가 높으나 계면인성의 경우는 주름형(A형)이 더 우수한 결과를 보였다. 또한 상기 물결형(B형)가 주름형(A형)은 강섬유(D형)보다 인발 강도가 2배 정도 크게 나타났다. 상기에서 살펴본 바와 같이, 물결형(B형) 및 주름형(A형)은 강섬유(D형) 및 다른 형상의 합성섬유와 비교하여 섬유의 전체적인 길이에서 시멘트 모체와의 마찰력을 발생시켜 부분적으로 다른 섬유에 비하여 부착특성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
다음, 도 2에 도시된 물결형 패트화이버(11)를 분류하여 시험을 하였다 (표 3).
물결형 패트화이버의 형태
물결형 패트화이버 높이(a) 반파장(b)
A 1.2㎜ 6㎜
B 1.2㎜ 4㎜
C 1.8㎜ 6㎜
D 1.8㎜ 4㎜
상기 물결형 패트화이버의 인발 강도와 계면인성을 조사한 결과, 최적 형상은 높이가 높고, 적절한 직선 길이와 반파장 길이가 인발 강도와 계면인성이 큰 것을 알 수 있었다. 또한 주름형 패트화이버(12)의 경우는 섬유의 형상을 반파장과 높이를 변수로 하여 인발 시험을 실시한 결과 인발 강도 및 계면인성 모두 배합에 상관없이 패트화이버의 높이가 커질수록 증가하였다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 시험결과 상기 여러 형상의 패트화이버(10)는 콘크리트에 적용되어 우수한 휨인성 특성으로 인해 부식 우려가 있는 혹독한 환경에 노출된 구조물의 건설 및 보수재료로 유용한 것을 알 수 있다.
실시예 2: 본 발명에 따른 패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물의 제조
본 발명에 따른 패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물을 제조하기 위해, 폐플라스틱병(PET병), 스틸섬유, 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)으로 구성되는 그룹에서 선택되는 수지를 가공하여 패트화이버를 제조하고, 상기 제조된 패트화이버를 시멘트, 잔골재, 굵은 골재 및 혼화제와 혼합하여 잔골재율 60 ~ 80% 및 패트화이버 혼입율 0.5 ~ 1.5%인 숏크리트 조성물을 제조하고, 상기 숏크리트 조성물에 물/시멘트비가 40 ~ 50%가 되도록 물을 첨가하였다 (표 4). 또한, 상기 패트화이버는 높이 1.6 ~ 1.8㎜, 길이 50㎜, 반파장 길이 4 ~ 6㎜, 단면의 폭 1.2㎜, 단면의 높이 0.6㎜으로 형성된 것을 이용하였다.
본 발명에서 사용되는 패트화이버(10) 보강 숏크리트의 배합설계는 하기 표 3에 도시한 바와 같다.
패트화이버 보강 숏크리트 배합설계
　 　 구 　 분 　 　 W/C 　 (%) 　 　 Gmax 　 (mm) 　 　 S/a 　 (%) 성분중량(Kg/m3) 　 　 패트 화이바 중량 (Kg/m3) 　 　 　 패트 화이바 비율 (%) 　 　 　 비고
　 　 시멘트 　 　 물 　 Fine 　 Agg 　 Coarse 　 Agg 　
　 1 　 45 　 13 　 60 　 450 　 202.5 　 974.7 　 634 　 9 　 1 공기량: 5±1% 슬럼프: 10±1㎝ 고유동화제
　 2 　 44 　 13 　 70 　 480 　 211 　 1110 　 483 　 11.38 　 1.25 공기량:3.6% 슬럼프: 16㎝ 고성능감수제:6.48㎏ (1.35%of cement)
　 3 　 45 　 13 　 60 　 405 　 202.5 　 974.7 　 634 　 9 　 1 공기량: 5±1% 슬럼프: 10±2㎝ 실리카흄: 45㎏ 고유동화제: 7.143㎏/㎥
4 45 13 65 450 202.5 1054 568 9 1 -
　 　 5 　 　 45 　 　 13 　 　 60 　 　 427.5 　 　 202.5 　 　 974.7 　 　 634 　 　 9 　 　 1 공기량: 5±1% 슬럼프: 10±2㎝ 실리카흄: 22.5㎏ 고유동화제: 5.964㎏/㎥
상기에서 살펴본 바와 같이, 상기 패트화이버 혼입율은 1중량% 미만인 경우, 인성이 증가하지 않았으며, 1중량% 이상인 경우, 배합이 잘되지 않아 숏크리트 체적에 대하여 1중량%인 것이 바람직하였다.
본 발명에서 사용되는 패트화이버(10)를 몰탈에 혼합시, 섬유보강 효과로서 강도증가 효과가 커지며, 구조재료로 사용될 경우의 소요 특성인 인성은 15배 이상 증가되었다 (도 5, 도 6 및 도 7). 도 5, 도 6 및 도 7은 패트화이버와 강섬유의 휨강도의 비교실험치를 도시한 그래프를 도시한 것으로, 도 5 및 도 7은 시편에 10%의 강섬유가 혼입된 시편이며, 도 6은 시편에 10%의 패트화이버가 혼입된 것이다. 상기 비교 실험 시험 조건은 시편크기는 75×125×600㎜이며, 재하속도는 중앙점의 처짐 정도에 따라 처짐이 0 ~ 0.5㎜는 0.25±0.05㎜/min의 재하속도를 주며, 처짐이 0.51 ~ 4.0㎜는 1.0㎜/min의 재하속도를 주었다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 같은 강도로 휨강도를 측정한 결과 패트화이버가 혼입된 시편이 강섬유가 혼입된 시편보다 휨강도면에서 우수하다는 것을 알 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 휨강도 및 휨인성이 향상된 패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물의 제조방법을 제공하는 효과가 있다. 본 발명에 따른 패트화이버를 혼합한 숏크리트 조성물은 압축공기에 의해 시공면에 뿜어 붙이는 몰탈 또는 콘크리트의 보강 목적으로 패트화이버를 보강재로 혼입하여 종래의 강섬유 보강 숏크리트에 비해 휨강도와 휨인성을 증가시켜 균열의 확대를 억제할 수 있으며, 인장강도, 인성, 내마모성 및 내충격성을 향상시킨다. 또한, 패트화이버 자체의 비중이 낮고 수분을 함유하고 있지 않아 부식환경에 노출된 콘크리트에 효율적으로 적용될 수 있으며, 패트화이버의 비중이 폴리프로필렌 섬유의 비중보다 커서 배합률이 증가되어, 부착량이 향상되고, 리바운드량의 감소에 따라 처리 비용이 절감되고, 장기 강도가 확보되는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 폐플라스틱을 이용함으로써 폐기물의 소각 또는 매립 발생 비용을 줄일 수 있어, 환경 오염을 감소시켜 친환경적이며, 경제적인 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 다음의 단계를 포함하는 패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물의 제조방법:
    폐플라스틱병(PET병) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 용융시킨 다음, 사출 성형기를 이용하여 화이버(fiber)로 제조하는 단계;
    상기 제조된 화이버를 크림프(crimp) 형태로 성형하여 패트화이버를 제조하는 단계;
    상기 제조된 패트화이버를 시멘트, 잔골재, 굵은 골재 및 혼화제와 혼합하여 잔골재율이 60 ~ 80%이고, 패트화이버 혼입율이 0.5 ~ 1.5%인 숏크리트 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 제조된 숏크리트 조성물의 물/시멘트비는 40 ~ 50%가 되도록 물을 첨가하고, 혼합하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 패트화이버는 높이 1.6 ~ 1.8㎜, 길이 50㎜, 반파장 길이 4 ~ 6㎜, 단면의 폭 1.2㎜ 및 단면의 높이 0.6㎜으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 패트화이버의 형상은 물결형, 주름형, 격자형, 트위스트형, 갈고리형, 봉형, 후크형 및 막대형으로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트 또는 고강도 시멘트를 선택적으로 이용하고, 상기 굵은 골재는 최대 치수가 10 ~ 15mm인 강자갈 또는 쇄석을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
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