KR100838446B1

KR100838446B1 - 구형(球形)셸 경량골재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100838446B1
Application number: KR1020060139178A
Authority: KR
Inventors: 현철; 김수진
Original assignee: 현철; 김수진
Priority date: 2006-12-30
Filing date: 2006-12-30
Publication date: 2008-06-16

Abstract

본 발명은 콘크리트혼입용 경량골재로서 이용가능한 구형셸 경량골재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 입경 0.075mm이하인 세립토 75-80wt％와 물 20-25wt％의 비율로 배합한 후 강제혼련하여 성형재료를 제조하는 단계; 첫번째의 반구형형틀위에, 반구형 불완전박리막 과 형틀 반구형의 원형단면과 동일한 직경의 원형구멍이 뚫린 시트를 놓는 단계; 두번째의 반구형형틀위에, 반구형 완전박리막과 반구형의 원형단면과 동일한 직경의 원형구멍이 뚫린 시트를 놓는 단계; 상기 2개의 반구형형틀에 각각 성형재료를 채워놓는 단계; 반구형형틀의 중앙위치로 가압하도록 배치된 구형 (球形)가압기로 각각의 반구형형틀내 성형재료를 가압하는 단계; 가압기를 올린후 가압기의 가압에 의해 시트보다 위로 올라온 여분의 성형재료를 제거하는 단계; 시트를 제거하여 형틀보다 높이 올라온 성형재료부분을 노출시키는 단계; 완전박리막의 형틀을 아래에 놓고 불완전박리막의 형틀을 위로하여 마주보게 한 뒤 2개의 형틀을 압착하여 구형셸경량골재를 성형시키는 단계; 압착후 불완전박리막 의 형틀을 올려서 하나로 결합된 구형셸경량골재 성형체를 완전박리막의 형틀로부 터 분리하는 단계; 불완전박리막의 형틀을 바닥에 놓고 구형셸경량골재 성형체위에 붙어있는 완전박리막을 제거하고 건조시키는 단계; 건조후 구형셸경량 골재성형체로부터 불완전박리막을 제거하고 1100∼1250℃에서 10∼20분 소성 시키는 단계; 소성후 자연냉각 시키는 단계로 제조되는 구형셸경량골재 및 그 제조방법을 특징으로 하며, 본 발명의 구형셸 경량골재의 원료가 일반적으로 제조가능한 세립토이므로 매우 경제적 이고 반구형 형틀의 반구형의 직경 및 구형가압기의 직경을 변화시킴으로써 다양한 직경 및 구각(球殼)두께를 갖는 구형셸경량골재를 제조할 수 있는 장점이 있으며 또한 형틀에 의해 구형셸 경량골재를 제조하므로 동일한 품질의 경량골재를 대량 생산할 수 있는 장점이 있다.

구형셸경량골재, 반구형형틀, 박리막, 압축강도, 흡수율

Description

구형(球形)셸 경량골재 및 그 제조방법{ The spherical shell lightweight aggregate and the production method }

도 1은 구형셸경량골재의 구형셸구조

도 2는 본발명에 의해 제조된 구형셸경량골재의 외관사진

도 3은 구멍뚫린 시트 (원형구멍)

도 4는 반구형형틀

도 5는 구멍뚫린 시트, 불완전박리막(부직포, 거즈 등) 및 반구형형틀

도 6은 구멍뚫린 시트, 완전박리막(비닐, 고무 등) 및 반구형형틀 .

도 7은 반구형형틀(불완전박리막)에 점토가 투입된 상태도

도 8은 반구형형틀(완전박리막)에 점토가 투입된 상태도

도 9는 구형가압기로 반구형형틀(불완전박리막)내 점토를 가압하는 상태도

도 10은 구형가압기로 반구형형틀(불완전박리막)내 점토를 가압한 후 상태도

도 11은 구멍뚫린 시트위로 밀려올라온 여분의 점토를 제거한 상태도

도 12는 구멍뚫린 시트를 제거한 상태도(불완전박리막)

도 13은 구멍뚫린 시트를 제거한 상태도(완전박리막)

도 14는 완전박리막의 반구형형틀을 하부에 놓고 불완전박리막의 반구형형틀을 상부에서 가압하는 상태도

도 15는 완전박리막의 반구형형틀과 불완전박리막의 반구형형틀이 접합하여 구형셸경량골재가 성형되는 상태도

도 16은 불완전박리막의 반구형형틀을 위로 이동시켜 완전박리막의 반구형형틀로부터 구형셸경량골재의 성형체를 분리하는 상태도

도 17은 불완전박리막의 반구형형틀을 정치시키고 구형셸경량골재 성형체에 부착되어있던 완전박리막을 분리한 상태도

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명

1 : 구각(球殼) 2 : 내경(內徑)

3 : 외경(外徑)

5 : 구멍뚫린 시트의 원형구멍직경 (반구형형틀의 원형단면직경과 동일)

6 : 반구형(半球形)구멍

10 : 반구형형틀 20 : 구멍뚫린 시트

30 : 불완전박리막 40 : 완전박리막

50 : 점토성형재료 60 : 가압기

[문헌 1] 유홍균, 재료역학, 동명사, 2003, ISBN 89-411-0245-6, 183-184쪽

[문헌 2] 김석열, 실무자를 위한 토질공학, 반석기술, 2004, ISBN 89-953739-2-x, 271-278쪽

[문헌 3] 정구섭, 건축재료학, 광문각, 2003, ISBN 89-7093-146-5, 219-247쪽

본 발명은 콘크리트용 경량골재로서 이용가능한 구형셸경량골재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입경 0.075mm 이하인 세립토에 물을 가한 성형재료를 반구형(半球形) 형틀에 주입하고 구형 (球形) 가압기로 가압하여 성형한 반구형성형체 2 개를 상하로 압착하여 구형성형체로 만든 후 소성 제조된 구형셸경량골재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 여기서 세립토는 KS F 2324 (흙의 공학적 분류방법)에 정의된 바와 같이 흙을 체분석하여 No. 200 체(체구멍크기 0.075 mm)를 50％이상 통과한 분말을 가리킨다. 본 발명에서는 No. 200 체(체구멍크기 0.O75mm)를 100％ 통과한 분말을 대상으로 하였다.

기존의 경량골재의 경우, 고온에 가열된 상태에서 상당한 정도의 점도를 갖는 유리질을 생성하고 또한 내부로부터 가스(O₂,CO₂,SO₂등)를 방출하는 물질을 함유한 재료가 사용되었다. 이 경우 고온상태에서 가스를 방출하고 방출된 가스를 외부로 유출시키지않을 정도의 점도를 갖는 유리질이 생성되어 내부에 기포를 갖는 경량골재가 생성된다. 이러한 매카니즘에 맞는 재료로서는 팽창점토, 팽창혈암 등이 있다.

그러나 이와 같은 방법으로 인공경량골재를 제조하기위해서는 원료가 균질하며 품질의 변동이 작고 원료의 매장량 혹은 생산량이 풍부해야하며, 이와 같은 조건을 만족하지못한다면 지속적이고 안정적인 인공경량골재의 생산은 불가능하다는 문제점이 있다. 국내의 경우 팽창점토, 팽창혈암 등의 부존자원이 부족하여 수입에 의존하고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 상기에 기술한 재료, 즉 고온상태에서 가스를 방출하는 성분 및 방출된 가스를 외부로 유출시키지않을 정도의 점도를 갖는 유리질성분을 갖는 원료(예를 들면 팽창점토, 팽창혈암 등)를 사용하지않고, 일반적으로 취득이 용이하고 매장이 풍부한 재료로 제조가능한 인공경량골재제조를 목적으로 한다.

콘크리트구조용 경량골재로서 갖추어야 할 물성은 경량성과 내압성이다. 일반적으로 외부압축력에 저항하면서 큰 공간을 확보하는 구조형태로서 원형셸 혹은 구형셸(shell)구조가 사용되고있다. 특히 지하터널 혹은 지중매설 배수관 등은 원주형(圓柱形)셸 등으로 제조되고 있다. 이는 원형셸 및 구형셸의 경우 외부압축력에 대해 부재내부에 압축응력만이 발생하여 저항력이 크고 셸내부에 많은 공간을 확보할 수 있기 때문이다. 그러므로 구형셸의 경우 외부압축력에 대한 저항이 크며 내부에 많은 공간을 확보함으로써 전체구조가 경량화할 수 있는 구조이다. 이와 같은 이유로 본 발명은 구형셸구조로 경량골재를 제조하는 데 목적이 있다.

즉, 본 발명은 점토를 반구형 (半球形)형틀에 채워놓은 후 구형(球形)가압기로 가압하여 속이 빈 반구상태로 각각 2 개 성형한 후 이 2 개를 상하방향으로 접합함으로써 일정한 두께의 구각(球殼)을 갖고 속이 빈 구형(球形)의 성형체를 제조하고, 이 성형체를 소정온도로 소성시킴으로써 완성되는, 구형(球形)셸모양의 구형셸경량골재 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 내부가 비어있는 구형(球形)셸구조로 제조할 경우 기와나 벽돌등을 제조하는데 사용되는 일반적인 점토로도 제조가능하므로 경량골재 제조원료의 공급이 풍부하고 저렴하므로 경제성을 향상시킬 수있는 구형셸경량골재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1 은 구형셸경량골재의 단면을 나타낸다. 내부는 비어있어서 경량화에 유리하고 구각부분이 셸구조로서 외부압축력에 저항하게 된다.

도 2 는 본 발명에 의해 완성된 구형셸경량골재를 나타낸다.

상기한 목적을 달성하기위한 본 발명은 구형셸구조의 경량골재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 입경 0.075mm 이하인 세립토 75∼80wt％와 물 20∼25wt％의 비율로 배합하여 강제혼련하여 성형재료를 제조하는 단계; 첫번째의 반구형형틀위에, 반구형 불완전박리막 과 반구형의 원형단면과 동일한 직경의 원형구멍이 뚫린 시트 (시트두께 1∼2 mm)를 놓는 단계; 두번째의 반구형형틀위에, 반구형 완전박리막과 반구형의 원형단면과 동일한 원형구멍이 뚫린 시트 (시트두께 1∼2 mm)를 놓는 단계; 상기 2 개의 반구형형틀에 각각 성형재료를 채워놓는 단계; 반구형형틀의 중앙위치로 가압하도록 배치된 구형(球形) 가압기로 각각의 반구형형틀내 성형재료를 가압하는 단계; 가압기를 올린후 가압기의 가압에 의해 시트보다 위로 올라온 여분의 성형재료를 제거하는 단계; 시트를 제거하여 형틀보다 높이 올라온 성형재료부분을 노출시키는 단계; 완전박리막의 형틀을 아래에 놓고 불완전박리막의 형틀을 위로하여 마주보게 한 뒤 2 개의 형틀을 압착하여 구형셸경량골재를 성형시키는 단계; 압착후 불완전박리막의 형틀을 올려서 하나로 결합된 구형셸경량골재 성형체를 완전박리막의 형틀로부터 분리하는 단계; 불완전박리막의 형틀을 바닥에 놓고 구형셸경량골재성형체위에 붙어있는 완전박리막을 제거하고 건조시키는 단계; 건조후 구형셸경량골재성형체로부터 불완전박리막을 제거하고 1100∼1250℃ 에서 10∼20 분 소성시키는 단계; 소성후 자연냉각 시키는 단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 구형셸경량골재 및 그 제조방법을 제공한다.

완전박리막은 성형재료와 형틀의 직접적인 접촉을 완전히 차단하는 막으로서 비닐, 고무막 등으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

불완전박리막은 성형재료와 형틀의 직접적인 접촉을 부분적으로 차단하는 막으로서 부직포, 거즈 등과 같이 구멍이 어느정도 있는 막으로 제조되는 것을 특징으로 한다. 또한 구형가압기의 구형부분은 성형재료와의 직접접촉을 차단하기 위해 완전박리막으로 둘러싸는 것을 특징으로 한다.

도 3 은 반구형형틀의 반구형의 원형단면과 동일한 직경의 원형구멍이 뚫린 시트를 나타낸다.

도 4 는 반구형형틀을 나타낸다.

[실시예]

본 발명에 의한 구형셸 경량골재를 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다

입경 0.075mm 이하인 세립토 77wt％와 물 23 wt％의 비율로 배합하여 강제혼련하여 성형재료를 제조했다. 완성된 성형재료는 완성직후의 습윤도를 유지하도록 밀봉보관한다. 본 발명에서 사용된 입경 0.075mm 이하인 세립토의 화학조성(전체용적대비 각성분의 용적비율(％))은 하기 표 1 에 기재되어있다.

[표 1]

세립토의 화학조성비(％)

본 실시예에서는 외부직경 25 mm, 내부직경 19 mm, 구각(球殼)두께 3 mm의 구형셸경량골재를 제조한다.

이하 구형셸경량골재의 제조과정에 대하여 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 직경 25mm의 첫번째반구형형틀위에, 반구형의 불완전박리막과 반구형의 원형단면과 동일한 직경의 원형구멍이 뚫린 시트(시트두께 1.5mm)를 놓는다. 이 시트는 형틀의 반구형에 맞추어 원형구멍을 미리 만든 것으로 상호구멍을 맞추어 놓고 시트를 하부의 형틀에 고정시키며 시트는 고무, 플라스틱 및 금속으로 제조된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 직경 25mm의 두번째반구형형틀위에, 반구형 완전박리막과 반구형의 원형단면과 동일한 직경의 원형구멍이 뚫린 시트(시트두께 1.5mm)를 놓는다.

도 7 및 도 8 에 도시된 바와 같이, 상기 2 개의 반구형형틀에 각각 성형재료를 채워놓는다.

도 9 에 도시된 바와 같이, 반구형형틀의 중앙위치로 가압하도록 배치된 구형(球形)가압기로 각각의 반구형형틀내 성형재료를 가압한다. 구형(球形)가압기의 구형(球形)의 직경은 19 mm이다. 가압기의 가압은 구형가압기의 최하부가 반구형형틀의 중앙하부표면위 3 mm 위치에서 정지하도록 한다. 구형가압기의 구형부분은 완전박리막으로 둘러싼다. 이때 형틀내 성형재료는 가압기의 가압에 의해 일부가 형틀 상부로 밀려올라오게 된다.

도 10 및 도 11 에 도시된 바와 같이, 가압기를 올린 후 가압기의 가압에 의해 시트보다 위로 올라온 여분의 성형재료를 제거한다.

도 12 및 도 13 에 도시된 바와 같이, 시트를 제거하면 형틀보다 시트두께(1.5 mm)만큼 높이 올라온 성형재료부분이 노출된다. 이 부분은 2 개의 형틀이 압착될 때 2 개의 반구형 성형체가 접합되는 부분이다.

도 14 및 도 15 에 도시된 바와 같이, 완전박리막의 형틀을 아래에 놓고 불완전박리막의 형틀을 위로하여 마주보게 한 뒤 2 개의 형틀을 압착하여 구형셸경량골재를 성형시킨다. 이때 불완전박리막의 경우 점토로 제조된 반구형성형체가 일정부분 형틀과 직접 접촉하고 있으므로 거꾸로 하여도 성형체가 형틀로부터 분리되지않는다.

도 16 에 도시된 바와 같이, 압착후 불완전박리막의 형틀을 올려서 하나로 결합된 구형셸경량골재 성형체를 완전박리막의 형틀로부터 분리한다.

도 17 에 도시된 바와 같이, 불완전박리막의 형틀을 바닥에 놓고 구형셸경량골재 성형체위에 붙어있는 완전박리막을 제거하고 건조시킨다.

건조후 구형셸경량골재성형체로부터 불완전박리막을 제거하고 1200℃ 에서 15 분 소성시킨다.

소성후 서서히 자연냉각 시킨다.

상기 소성된 경량골재를 KS F 2503(굵은 골재의 밀도 및 흡수율 시험방법) 에 의거하여 밀도, 흡수율을 측정하였다. 그 결과 외부직경 25mm, 내부직경 19mm, 구각두께 3mm 인 본실시예의 구형셸경량골재의 밀도는 1.40 g/cm³, 흡수율(48 시간)은 2.23％로 양호한 결과를 나타냈다. 상기의 구형셸경량골재를 혼입한 콘크리트에 대하여 KS F 2462(구조용 경량콘크리트의 단위용적질량 시험방법) 및 KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험방법)에 의거하여 3 가지 콘크리트배합으로 실시한 단위용적질량 및 압축강도(28 일 강도)를 측정 하였다. 그 결과 콘크리트의 단위용적질량은 1.87∼1.88 t/㎥, 압축강도는 280∼305 kg f/㎠로 나타났다. 표 2 에 본 실시예의 콘크리트배합 및 단위용적질량, 압축강도 시험결과를 나타냈다.

[표 2]

콘크리트 배합 및 시험결과

상기실시예를 통해 본 발명의 경량골재의 밀도가 종래의 경량골재과 비교하여 유사한 값을 나타냄을 알수있다.

또한 흡수율면에서도 본 발명의 경량골재의 흡수율이 종래의 경량골재보다 낮으므로 콘크리트의 배합관리 및 시공에서 유리함을 알 수 있다. 압축강도는 구조용 경량골재로서 사용가능함을 알수있다. 더구나 본 발명과 같은 구형셸구조의 경우 상부의 압력에 대한 구형셸의 횡방향변형을 구속해주는 환경에서 가장 큰 내압력을 갖게된다. 즉, 이러한 환경에서는 구형셸의 구각부에서 압축응력만이 발생하여 내압력이 크게된다. 그러나 본 실시예의 압축강도시험의 경우 1 축방향으로만 가압되고 횡방향으로는 전혀 구속되지않았으므로 구형셸구조 본연의 장점이 발휘되지 못한 상태이다. 그럼에도 불구하고 280 kg f/㎠ 이상의 강도를 나타내고 있다. 그러므로 강관충진콘크리트나 철근으로 어느정도 외부를 구속하는 철근 콘크리트구조물의 경우 본 실시예의 압축강도시험결과보다는 큰 압축강도를 나타내리라 판단된다.

본 발명에 의해, 강도, 밀도 및 흡수율 등과 같은 물성면에서 콘크리트용골재로서 적합한 경량골재를 제조할 수 있으며 반구형형틀크기와 구형가압기의 구형크기에 따라 다양한 내경 및 외경, 구각두께를 갖는 경량골재를 생산할 수 있다.

이상 구체적인 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하였으나 이는 본 발명을 단지 예시하기위한 목적으로 제시한 것일 뿐 본 발명을 제한하기위한 것으로 이해되어서는 안되며 본 발명의 범위는 이하 첨부하는 특허청구의 범위에 의해 정의되고 이범위를 벗어나지 않는 한 당업자에 의해 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.

경량골재의 원료가 일반적으로 제조가능한 세립토이므로 재료가 풍부하고 매우 경제적이며, 반구형 형틀의 반구형의 직경 및 구형가압기의 직경을 변화시킴으로써 다양한 직경 및 구각두께를 갖는 구형셸경량골재를 제조할 수 있으며, 골재밀도를 사전에 조절 할 수 있는 효과가 있다.

또한 형틀에 의해 구형셸경량골재를 제조하므로 동일한 품질의 경량골재를 대량 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims

입경 0.075mm 이하인 세립토 75∼80wt％와 물 20∼25wt％의 비율로 배합하여 강제혼련하여 성형재료를 제조하는 단계;

첫번째 반구형형틀위에, 반구형 불완전박리막과 반구형의 원형단면과 동일한 직경의 원형구멍이 뚫린 시트를 놓는 단계;

두번째 반구형형틀위에, 반구형 완전박리막과 반구형의 원형단면과 동일한 직경의 원형구멍이 뚫린 시트를 놓는 단계;

상기 2 개의 반구형형틀에 각각 성형재료를 채워놓는 단계;

반구형형틀의 중앙위치로 가압하도록 배치된 구형(球形)가압기로 각각의 반구형형틀내 성형재료를 가압하는 단계;

가압기를 올린후 가압기의 가압에 의해 시트보다 위로 올라온 여분의 성형재료를 제거하는 단계;

시트를 제거하여 형틀보다 높이 올라온 성형재료부분을 노출시키는 단계;

완전박리막의 형틀을 아래에 놓고 불완전박리막의 형틀을 위로하여 마주보게 한 뒤 2 개의 형틀을 압착하여 구형셸경량골재를 성형시키는 단계;

압착후 불완전박리막의 형틀을 올려서 하나로 결합된 구형셸경량골재 성형체를 완전박리막의 형틀로부터 분리하는 단계;

불완전박리막의 형틀을 바닥에 놓고 구형셸경량골재 성형체위에 붙어있는 완전박리막을 제거하고 건조시키는 단계;

건조후 구형셸경량골재 성형체로부터 불완전박리막을 제거하고 1100∼1250℃ 에서 10∼20 분 소성 시키는 단계;

소성후 자연냉각 시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 구형셸경량골재 제조방법.
청구항 1 에 있어서, 구형가압기의 구형부분을 완전박리막으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 구형셸 경량골재 제조방법.
입경 0.075mm 이하인 세립토 75∼80wt％와 물 20∼25wt％의 비율로 배합하여 강제혼련하여 성형 재료를 제조하는 단계;

첫번째 반구형형틀위에, 반구형 불완전박리막 과 반구형의 원형단면과 동일한 직경의 원형구멍이 뚫린 시트를 놓는 단계;

두번째 반구형형틀위에, 반구형 완전박리막과 반구형의 원형단면과 동일한 직경의 원형구멍이 뚫린 시트를 놓는 단계;

상기 2 개의 반구형형틀에 각각 성형재료를 채워놓는 단계;

반구형형틀의 중앙위치로 가압하도록 배치된 구형(球形)가압기로 각각의 반구형형틀내 성형재료를 가압하는 단계;

가압기를 올린후 가압기의 가압에 의해 시트보다 위로 올라온 여분의 성형재료를 제거하는 단계;

시트를 제거하여 형틀보다 높이 올라온 성형재료부분을 노출시키는 단계;

완전박리막의 형틀을 아래에 놓고 불완전박리막의 형틀을 위로하여 마주보게 한 뒤 2 개의 형틀을 압착하여 구형셸경량골재를 성형시키는 단계;

압착후 불완전박리막의 형틀을 올려서 하나로 결합된 구형셸경량골재 성형체를 완전박리막의 형틀로부터 분리하는 단계;

불완전박리막의 형틀을 바닥에 놓고 구형셸경량골재 성형체위에 붙어있는 완전박리막을 제거하고 건조시키는 단계;

건조후 구형셸경량골재 성형체로부터 불완전박리막을 제거하고 1100∼1250℃ 에서 10∼20 분 소성 시키는 단계;

소성후 자연냉각 시키는 단계로 제조된 것을 특징으로 하는 구형셸경량골재