KR100909864B1 - 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관 및 이의 제조방법 - Google Patents

유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 이는 기존의 폴리머 콘크리트 3중 원심력관이 한국산업규격 KS M 3333의 외압강도기준에 따라 제작되었으나 2009년 12월 31일 이후로는 한국산업규격 KS M ISO 7685의 초기 비원강성기준에 따라 제작되어야 하기 때문에 초기 비원강성이 충족치를 훨씬 초과하므로 원자재 소모가 매우 커서 비경제적이라는 문제점과, 그 내외층을 형성하는 섬유강화플라스틱(F.R.P)층과 중간층을 형성하는 폴리머 콘크리트층의 부착력이 떨어지거나 중간층의 인성이 부족한 문제점을 해결하기 위한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 폐타이어 분말 또는 퍼라이트를 포함하는 중간층과 나노실리카 또는 나노클레이를 포함하는 내외층을 형성하는 것을 특징으로 하여, 한국산업규격 KS M ISO 7685의 초기 비원강성시험에 의한 상급 하수관의 기준에 부합함과 동시에 층간 부착력이 향상된 폴리머 콘크리트 3중 원심력관을 제조가능하도록 한다.
폴리머 콘크리트, 원심력, 비원강성, 나노실리카, 나노클레이

Description

유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관 및 이의 제조방법{THREE-LAYER CENTRIFUGAL PIPE USING GLASS FIBER-POLYMER CONCRETE COMPOSITES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 탄성계수를 높게 하여 소정의 변형성을 갖게 함으로써 초기 비원강성의 확보를 용이하게 함과 동시에 원자재 소모를 감소시킬 수 있고 중간층과 내외층간의 부착력을 향상시킬 수 있으며 한국산업규격 KS M ISO 7685에 의한 상급의 비원강성을 갖는 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 하수관은 오수처리관과 우수처리관으로 구분하여 건설하도록 되어 있으며, 이러한 오수 및 우수의 처리관으로는 시멘트 콘크리트로 제조된 흄관과 PC관을 위주로 사용되어 왔으나, 오수처리관의 경우는 2차산업의 급속한 발달로 인하여 각종 공장시설로 부터 과다하게 배출되는 침식성 오ㆍ폐수에 포함되어 있는 산성물질의 영향으로 관의 내부로 부터 침식이 시작되어 급기야는 관벽의 두께가 얇아져서 토사의 압력에 의하여 붕괴되고, 이와 같은 붕괴로 인하여 하수관로가 막힌다던가, 지하수가 유입되어 종말처리장의 기능을 저하시키는 등의 문제를 일으키고 있다.
이러한 문제로 인하여, PVC관 등의 합성수지관을 하수용으로 사용하는 경우가 있으나, 합성수지관은 압축강도 등이 약하여 외압에 의한 파괴가 빈번하게 일어나 자주 교체하여야 할 뿐만 아니라, 자중이 부족하여 지하수위가 높은 경우에는 부상하는 경향이 있고, 휨강성이 작아 변형을 일으키는 등의 문제점을 내포하고 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 대한민국 특허등록 제10-162972호(이하 등록발명1 이라 함)로 하수도용 폴리머 콘크리트 원심관을 등록받은 바 있으나, 등록발명1에 의한 폴리머 콘크리트 원심관은 대형관을 제조하는 경우에는 그 두께가 두꺼워지는 관계로 운송, 설치 등에 불리하게 작용하는 경향이 있으며 제조단가에 있어서도 비교적 고가인 합성수지의 가격으로 인하여 시장경쟁력이 저하되는 문제가 있어, 본 출원인은 대한민국 특허등록 제10-0227733호(이하 등록발명2 이라 함)로부터 도 1의 종래의 원심력관의 일부절개 사시도에 도시된 바와 같이 쵸프트스트랜드(Choped strand) 화이버(F)가 침지되어 있는 외층(D)과 폴리머 콘크리트로 이루어진 중간층(M), 그리고 쵸프트스트랜드 화이버(F)가 침지되어 있 는 내층(D')을 기본 구성으로 하는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관을 제공함으로써, 인장강도, 휨강도, 압축강도 등이 기존의 하수관에 비하여 현저히 높고, 동결융해에 대한 저항성, 수밀성 및 내약품성 등의 측면에서 우수한 특성을 지니며, 선행기술과 비교할 때 제조공정, 경화시간 등을 크게 단축시킬 수 있어 생산성 측면에서 현저한 개선효과를 나타내는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관 및 그의 제조방법을 제공한 바 있다.
그러나 본 출원인은 상기된 바의 등록발명2에 계속하여 연구를 거듭한 결과 상기 제조공정상에서 일부 개선점을 발견할 수 있었는데, 등록발명2의 제4 공정에서의 상온 양생시에는 양생에 필요한 시간이 길어짐으로써 성형몰드의 회전율이 낮을 수밖에 없고 바람직한 강도 특성 또한 얻을 수 없으며, 원심력관의 중간층(M)을 형성시키기 위한 제2 공정의 수행시 미리 계량한 결합재와 골재 및 충전재 등의 각종 재료를 혼합기내에서 일괄적으로 믹싱한 후 이를 이송대차 등의 운반수단을 이용하여 투입기를 통해 고속으로 회전하는 원심력 몰드에 투입하는 일괄혼합에 의한 방법으로 폴리머 콘크리트 조성물을 제조할 경우 결합재인 불포화폴리에스테르 수지의 성질에 의하여 폴리머 콘크리트 조성물의 점도가 매우 높아짐으로써 원심력 몰드로 운송되기 전 과정에서 믹서기, 이송대차 및 투입기 등과 같은 기계설비의 내벽에 부착되기 때문에 재료의 낭비가 커질 뿐만 아니라 작업완료 후 상기 사용된 각종 기계설비의 세척이 쉽지 않고 이러한 세척과정에서 사용되는 과량의 유기 세척제(아세톤 용매) 등에 의한 추가비용이 발생함과 아울러 세척시 방출되는 아세톤 및 폴리머콘크리트의 회전과정에서에 심각한 환경오염을 초래하는 문제점이 있음을 발견하였다.
상기 등록발명2의 문제점을 보완한 본 출원인의 대한민국 등록특허 제10-0277508호(이하 등록발명3)에서는 등록발명2의 제2 공정에서 폴리머 콘크리트 조성물의 투입시 불포화 폴리에스테르, 수축감소제, 개시제로 구성된 결합재의 투입공정을 이분하여 상기 결합재 일부와 세골재, 조골재 및 충전재를 혼합기에서 내에서 1차 혼합한 후 이를 이송대차를 이용해 투입기로 이송한 다음 투입기의 스크류 부분에서 잔여 결합재를 주입하여 스크류의 회전에 의한 혼합작용에 의하여 2차로 혼합과정을 거쳐 고속으로 회전하는 원심력 몰드내로 투입하며, 제4 공정에서의 양생온도를 60 내지 70℃로 함을 특징으로 하고 있으나, 제2 공정에서 성형몰드에 원료가 투입되기 전에 결합재 일부와 세골재, 조골재 및 충진재를 1차 혼합하여야 하기 때문에 별도의 혼합공정과 혼합기가 필요하므로 작업시간이 길어지고 작업설비에 따른 비용과 유지비가 증가할 뿐만 아니라, 이를 이송대차를 사용하여 투입기로 이송하는 과정에서 골재와 결합재가 이송대차에 고착됨에 따라 수시로 제거해 주어야 하는 작업상의 불편한 점이 있었다.
상기 등록발명3의 문제점을 해결하기 위한 본 출원인의 등록특허 제10-0441424호(이하 등록발명4 이라 함)에서는 폴리머 콘크리트층을 형성하는 제2 공정에서 저점도의 메틸 메타아크릴레이트 개질 불포화 폴리에스테르수지를 성형몰드로 투입한 다음 일정비율로 프리믹스된 충진재와 골재의 혼합물을 성형몰드에 투입함으로써, 등록발명3에서의 1차 혼합과정 없이 성형몰드에 직접 재료를 투입하여도 균일한 혼합이 가능하고 고가인 수지의 양을 줄여 제조비용을 절감할 수 있으며, 섬유플라스틱 외층을 형성시킨 후 반경화될 때까지 기다리지 않고 바로 중간층을 형성시킬 수 있으므로 작업시간을 줄여 생산성을 높일 수 있는 동시에 전체적인 설비비용과 유지비가 절감될 수 있도록 하고 있다.
그런데 상기된 바와 같은 등록발명1 내지 등록발명4에 따른 폴리머콘크리트 원심력관은 종래의 한국산업규격 KS M 3333에 따른 외압강도 측정기준에 부합하도록 제작되었으나 2009년 12월 31일 이후로는 한국산업규격 KS M ISO 7685의 초기 비원강성기준에 부합하도록 원심력관이 제조되어야 함에 따라 이에 대한 연구가 필요한 실정이고, 기존의 폴리머 콘크리트 복합관(Ø300~400mm 기준)의 초기 비원강성이 SN = 30,000 내외로서 한국산업규격 KS M ISO 7685에 의한 시험값이 상급기준치인 SN = 20,000을 훨씬 상회하여 제작되기 때문에 원자재의 매우 비경제적인 소모가 이루어지는 문제점이 있으며, 내외층을 섬유강화플라스틱(F.R.P)으로 하고 중간층을 폴리머 콘크리트층으로 하는 3중 원심력관의 경우 파괴하중 도달 시 중간층과 내외층간의 부착력이 다소 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 한국산업규격 KS M ISO 7685의 초기 비원강성기준에 부합한 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 제작에 있어서 경제적 효용성이 높은 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
추가적으로 내외층과 중간층간의 부착력이 향상된 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 섬유강화 플라스틱(FRP)층을 외층으로 형성하는 제1 공정과, 중간층으로 저점도의 메틸 메타아크릴레이트(MMA) 개질 불포화 폴리에스테르수지를 포함하는 폴리머 콘크리트층을 형성하는 제2 공정과, 내층으로 다시 섬유강화 플라스틱층을 형성하는 제3 공정으로 구성되는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조방법으로서, 상기 제2 공정에서는 중간층을 형성하기 위해 폐타이어분말 또는 퍼라이트가 첨가되는 것을 특징으로 한다.
한편으로 섬유강화 플라스틱(FRP)층을 외층으로 형성하는 제1 공정과, 중간층으로 저점도의 메틸 메타아크릴레이트(MMA) 개질 불포화 폴리에스테르수지를 포함하는 폴리머 콘크리트층을 형성하는 제2 공정과, 내층으로 다시 섬유강화 플라스틱층을 형성하는 제3 공정으로 구성되는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조방법으로서, 상기 내층 및 외층에는 상기 중간층과의 부착력을 향상시키기 위해 나노실리카 및 나노클레이 중 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 공정에서 첨가되는 폐타이어 분말 또는 퍼라이트의 양은 각각 중간층의 형성에 사용되는 전체 골재중량의 0.5%, 0.9% 이내이고, 나노클레이 또는 나노실리카의 양은 각각의 내외층 형성에 사용되는 결합재 중량의 0.9%, 1.5% 이내인 것을 특징으로 한다.
또한 지름 및 길이가 30cm인 원심력 성형몰드에서 상기 외층의 두께는 1mm, 상기 중간층의 두께는 6mm, 상기 내층의 두께는 2mm이며, 상기 메틸 메타아크릴레이트 개질 불포화 폴리에스테르 수지는 스타이렌이 함유된 불포화 폴리에스테르수지 70%와 메틸 메타아크릴레이트 30%를 혼합하고 수축저감제를 그 불포화 폴리에스테르 수지에 대해 5 내지 20% 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심 력관 및 이의 제조방법은 중간층의 인성을 증가시키기 위해 폐타이어 분말 또는 퍼라이트를 이의 혼합재로 사용함으로써 한국산업규격 KS M ISO 7685의 초기 비원강성기준에 부합한 폴리머 콘크리트 3중 원심력관을 제조가능하게 한다.
또한 고가의 폴리머 콘크리트의 사용량을 저렴한 폐타이어 분말 또는 퍼라이트로 대체되도록 함으로써 경제적 효용성이 높은 폴리머 콘크리트 3중 원심력관을 제조가능하게 한다.
추가적으로 기존의 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 내외층의 주재료가 폴리 에스테르 수지이기 때문에 중간층과 이질적이므로 서로간의 부착력이 감소되는 문제점을 극복하기 위해 내외층 형성시 나노 클레이 또는 나노 슬리카를 그 수지에 첨가함으로써 층간 부착력을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 이전에 기술된 등록발명1 내지 등록발명3에 기초한 등록발명4의 제조방법을 참조로 하여 이의 문제점을 개선시킨 것으로 우선적으로 등록발명4의 제조방법에 대해 살펴보면, 섬유강화 플라스틱(F.R.P)층을 외층으로 형성시키는 제1 공정과, 중간층으로 폴리머 콘크리트층을 형성시키는 제2 공정과, 내층으로 다시 섬유강화 플라스틱층을 형성시키는 제3 공정으로서, 제2 공정에서는 저점도의 메틸 메타아크릴레이트 개질 불포화 폴리에스테르수지를 성형몰드에 투입한 다음, 일정 비율로 프리믹스된 충진재와 골재의 혼합물을 성형몰드에 투입하여 중간층을 형성시키게 된다. 결합재로 메틸 메타아크릴레이트 개질 불포화 폴리 에스테르수지를 사용함으로써, 콘크리트를 혼합하는 별도의 과정없이 결합재를 넣고 바로 세골재와 충진재, 또는 조골재와 세골재 및 충진재가 프리믹스된 혼합물을 성형몰드 안에 투입하여 폴리머 콘크리트 중간층을 형성할 수 있으며, 이는 결합재로 저점도의 메틸 메타아크릴레이트 개질 불포화 폴리에스테르 수지를 사용함으로써 이루어지게 되는데, 결합재층이 형성된 상태에서 프리믹스된 골재를 투입하게 되면 성형몰드의 회전시 생기는 원심력에 의해 골재의 조성물이 상대적으로 비중이 작은 결합재를 뚫고 바깥으로 밀려나가게 된다. 즉, 다시 말하면 저점도의 결합재가 프리믹스된 충진재와 골재사이를 골고루 침투하면서 혼합과 성형과정이 동시에 이루어지기 때문에 가능한 것이다. 또한 결합재와 프리믹스된 골재와 충진재는 따로따로 투입이 가능하므로 결합재에 첨가되는 개시제, 촉진제의 양을 조절함으로써 경화시간을 단축하여 원심력 몰드의 공회전 시간을 줄일 수 있으며, 또한 폴리머 콘크리트 제조시 결합재에 첨가되는 경화제의 양을 달리하여 여러 단계로 나누어 성형함으로써, 상대적으로 많은 양의 경화제가 첨가된 제일 바깥부분에서부터 일어나는 경화반응에 의해 생기는 경화열이 안쪽의 콘크리트층에 전달되는 단계적인 투입으로 전체적인 경화시간을 단축시킬 수도 있다.
본 발명에서는 상기 제1 공정 및 제3 공정에서 내층 및 외층 형성 시 나노실리카(직경 10nm~200nm) 또는 나노클레이(직경 1nm)나 이의 혼합물을 투입하여 내외 층과 중간층과의 부착력을 향상시킬 수 있는데, 나노실리카는 굳지 않은 콘크리트에서 생성되는 수산화칼슘과의 화학 반응을 통하여 불용성 규산칼슘 수화물이 생성되도록 하고, 나노클레이는 골재나 충진재에 함유된 미량의 수분을 흡수하여 팽창함으로써 내외층의 조직을 보다 긴밀하게 하여 내외층과 중간층의 부착력을 향상시킨다.
본 발명에서 사용되는 메틸 메타아크릴레이트 개질 불포화 폴리에스테르 수지 결합재는 그 점도를 2.0 poise로 하여 스타이렌이 함유된 불포화 폴리에스테르수지 70%와 메틸 메타아크릴레이트 30%를 혼합하고 수축저감제를 불포화 폴리에스테르 수지에 대해 5 내지 20% 첨가한 것으로, 일반적인 불포화 폴리에스테르 수지에 비해 점도가 낮으며 저온에서도 점도의 변화가 크지 않아 영하온도에서도 성형이 가능한 특징이 있다. 이러한 메틸 메타아크릴레이트 개질 불포화 폴리에스테르 수지 결합재를 사용함으로써 폴리머 콘크리트층을 형성시키는 공정에서 결합재와 충진재 및 골재의 1차 혼합과정 없이 성형몰드에 투입이 가능해지고, 섬유강화 플라스틱 외층을 형성시킨 후 바로 중간층인 폴리머 콘크리트 형성공정을 수행할 수 있어 시설설치 비용과 유지비가 절감되며, 단계적인 폴리머 콘크리트의 성형에 의한 성형시간 단축으로 생산성을 높임과 동시에 비용절감 효과를 가져 오게 된다.
상기 제2 공정에서는 불포화 폴리에스테르 수지와 수축저감제를 5:1의 비율로 혼합한 혼합물(UP)에 대하여 메틸 메타아크릴레이트(MMA)를 하기의 표 1 내지 표 4와 같이 첨가하여 제조한 저점도의 메틸 메타아크릴레이트 개질 불포화 폴리에스테르 수지를 22%(W/W) 투입한 다음, 충진재로서 탄산칼슘과 6호 규사(입경 0.2mm)와 4호 규사(입경 1~2mm)가 1:2:4의 비율로 혼합된 78%의 프리믹스 골재를 단계별로 투입하고, 폐타이어 분말을 전체 골재중량의 0.5% 이내로 투입하거나 퍼라이트를 전체 골재중량의 0.9% 이내로 투입하며, 개시제나 촉진제의 경우에는 결합재에 대해 0.5 내지 3%의 범위 내에서 필요에 따라 첨가하여 이루어지게 된다.
한편으로 상기 제1 및 제3 공정에서는 이전에 기술된 바와 같이 3중 원심력관의 내외층을 불포화 폴리에스테르 수지, 메틸 메타아크릴레이트 및 유리섬유의 혼합물로 형성하는데 더하여 그 내외층 각각에 불포화 폴리에스테르 수지중량의 0.9% 이내에 해당하는 나노클레이를 첨가하거나 수지 중량의 1.5%이내에 해당하는 나노실리카가 첨가된다.
이하 본 발명에 의한 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관에 대해서는 하기의 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기는 하나, 본 발명이 하기의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 내지 4>
300 ~ 400RPM으로 회전하는 지름 및 길이가 30cm인 원심력 성형몰드에 외면성형 및 외면 F.R.P층 유리섬유함침에 필요한 결합재와 24mm로 절단된 쵸프트스트 랜드 화이버1를 투입한 후 1분간 회전시켜 외면 F.R.P 보강층을 형성하고, 이전에 기술된 바에 따라 제조된 결합재를 성형몰드 내에 먼저 투입하여 접착층을 형성시키고, 충진재로서 탄산칼슘과 골재로서 6호규사(입경0.2mm), 4호규사(입경1~2mm)가 1:2:4로 혼합되어 있는 프리믹스 골재 및 폐타이어 분말을 투입하여 중심부 폴리머 콘크리트층을 형성시킨 다음, 외면 F.R.P 보강층을 형성시키는 방법과 동일한 방법으로 내면 F.R.P 보강층도 형성시켜 폴리머 콘크리트 3중 원심력관을 제조하였다. 상기와 같이 제조된 원심력관의 중심부인 폴리머 콘크리트의 두께를 6mm로 하고 내층의 두께는 2mm, 외층의 두께는 1mm로 한 다음, 이를 탈형한 후 온도 20± 3℃, 습도 60± 5%에서 7일간 양생한 것을 KS M ISO 7685의 규정에 준하여 비원강성 시험을 실시한 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
결합재 조성비 (UP:MMA) 결합재 양 (%) 폐타이어분말 (%) 중심부두께 (mm) 내/외면두께 (mm) 비원강성 (N/m2)
실시예1 60:40 22 0 8 1.5/1.5 32,500
실시예2 70:30 22 0.1 6 2/1 21,200
실시예3 70:30 22 0.3 6 2/1 23,200
실시예4 70:30 22 0.5 6 2/1 22,000
[표 1]
상기 표 1에 따라 형성된 관체의 비원강성을 실험하기 위하여 한국산업규격 KS M ISO 7685에 기재된 비원강성 산출수식을 사용하였으며 이는 하기와 같다.
비원강성 S0 =
Figure 112008085816011-pat00001
(여기서 f는 변형 계수)
변형계수 f =
Figure 112008085816011-pat00002
(여기서 dm은 중심지름(m)이고, L은 시험편의 평균길이(m)이고, F는 관의 지름방향에 변형을 일으키도록 작용하는 하중(N)이며, y는 수평으로 놓인 관이 수직압축하중에 따라 지름의 수직방향으로 변화한 양(m))
일반적으로 한국산업규격 KS M ISO 7685에 의한 비원강성값이 상급의 경우 SN = 20,000 이상으로 되어 있으나, 상기의 실시예 1 내지 4를 참조로 하면, 실시예 1은 비원강성값이 이러한 기준치를 훨씬 초과함에 따라 제품 제조에 따른 원자재 소모가 많아 매우 비경제적인 것을 알 수 있으며 폐타이어 분말을 전체 골재중량에 대해 0.5% 이내 첨가 시 기준치와 경제적 효용성에 부합하는 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력 관의 제조가 가능하다.
<실시예 5 내지 8>
300 ~ 400RPM으로 회전하는 지름 및 길이가 30cm인 원심력 성형몰드에 외면성형 및 외면 F.R.P층 유리섬유함침에 필요한 결합재 투입한 후 24mm로 절단된 쵸프트스트랜드 화이버를 넣고 1분간 회전시켜 외면 F.R.P 보강층을 형성하고, 이전에 기술된 바에 따라 제조된 결합재를 성형몰드 내에 먼저 투입하여 접착층을 형성 시키고, 충진재로서 탄산칼슘과 골재로서 6호규사(입경0.2mm), 4호규사(입경1~2mm)가 1:2:4로 혼합되어 있는 프리믹스 골재 및 퍼라이트를 투입하여 중심부 폴리머 콘크리트층을 형성시킨 다음, 외면 F.R.P 보강층을 형성시키는 방법과 동일한 방법으로 내면 F.R.P 보강층도 형성시켜 폴리머 콘크리트 3중 원심력관을 제조하였다. 상기와 같이 제조된 원심력관의 중심부인 폴리머 콘크리트의 두께를 6mm로 하고 내층의 두께는 2mm, 외층의 두께는 1mm로 한 다음, 이를 탈형한 후 온도 20± 3℃, 습도 60± 5%에서 7일간 양생한 것을 KS M ISO 7685의 규정에 준하여 비원강성 시험을 실시한 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
결합재 조성비 (UP:MMA) 결합재 양 (%) 퍼라이트 (%) 중심부두께 (mm) 내/외면두께 (mm) 비원강성 (N/m2)
실시예5 60:40 22 0 8 1.5/1.5 32,500
실시예6 70:30 22 0.3 6 2/1 22,300
실시예7 70:30 22 0.6 6 2/1 23,800
실시예8 70:30 22 0.9 6 2/1 22,900
[표 2]
상기의 실시예 5 내지 8를 참조로 하면, 퍼라이트를 전체 골재중량에 대해 0.9% 이하를 첨가하였을 경우 비원강성 기준과 경제적 효용성에 부합하는 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력 관의 제조가 가능함을 알 수 있다.
<실시예 9 내지 12>
300 ~ 400RPM으로 회전하는 지름 및 길이가 30cm인 원심력 성형몰드에 외면 성형 및 외면 F.R.P층 유리섬유함침에 필요한 결합재와 나노클레이를 섞어 투입한 후 24mm로 절단된 쵸프트스트랜드 화이버를 넣고 1분간 회전시켜 외면 F.R.P 보강층을 형성하고, 이전에 기술된 바에 따라 제조된 결합재를 성형몰드 내에 먼저 투입하여 접착제층을 형성시키고, 충진재로서 탄산칼슘과 골재로서 6호규사(입경0.2mm), 4호규사(입경1~2mm)가 1:2:4로 혼합되어 있는 프리믹스 골재를 투입하여 폴리머 콘크리트층을 형성시킨 다음, 외면 F.R.P 보강층을 형성시키는 방법과 동일한 방법으로 내면 F.R.P 보강층도 형성시켜 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관을 제조하였다. 상기와 같이 제조된 원심력관의 중심부인 폴리머 콘크리트의 두께를 6mm로 하고 내층의 두께는 2mm, 외층의 두께는 1mm로 한 다음, 이를 탈형한 후 온도 20± 3℃, 습도 60± 5%에서 7일간 양생한 것을 KS M ISO 7685의 규정에 준하여 비원강성 시험을 실시한 결과를 하기 표 3에 기재하였다.
결합재 조성비 (UP:MMA) 결합재 양 (%) 나노클레이 (%) 중심부두께 (mm) 내/외면두께 (mm) 비원강성 (N/m2)
실시예9 60:40 22 0 8 1.5/1.5 32,500
실시예10 70:30 22 0.3 6 2/1 21,900
실시예11 70:30 22 0.6 6 2/1 23,100
실시예12 70:30 22 1.0 6 2/1 22,200
[표 3]
상기의 실시예 9 내지 12를 참조로 하면, 나노클레이를 내외층 각각에 첨가된 불포화 폴리에스테르 수지 중량에 대해 1.0% 이내로 첨가하였을 시 비강성 기준과 경제적 효용성에 부합하는 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력 관의 제조가 가능함을 알 수 있다.
<실시예 13 내지 16>
300 ~ 400RPM으로 회전하는 지름 및 길이가 30cm인 원심력 성형몰드에 외면성형 및 외면 F.R.P층 유리섬유함침에 필요한 결합재와 나노실리카를 섞어 투입한 후 24mm로 절단된 쵸프트스트랜드 화이버를 넣고 1분간 회전시켜 외면 F.R.P 보강층을 형성하고, 이전에 기술된 바에 따라 제조된 결합재를 성형몰드 내에 먼저 투입하여 접착제층을 형성시키고, 충진재로서 탄산칼슘과 골재로서 6호규사(입경0.2mm), 4호규사(입경1~2mm)가 1:2:4로 혼합되어 있는 프리믹스 골재를 투입하여 폴리머 콘크리트층을 형성시킨 다음, 외면 F.R.P 보강층을 형성시키는 방법과 동일한 방법으로 내면 F.R.P 보강층도 형성시켜 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관을 제조하였다. 상기와 같이 제조된 원심력관의 중심부인 폴리머 콘크리트의 두께를 6mm로 하고 내층의 두께는 2mm, 외층의 두께는 1mm로 한 다음, 이를 탈형한 후 온도 20± 3℃, 습도 60± 5%에서 7일간 양생한 것을 KS M ISO 7685의 규정에 준하여 비원강성 시험을 실시한 결과를 하기 표 4에 기재하였다.
결합재 조성비 (UP:MMA) 결합재 양 (%) 나노실리카 (%) 중심부두께 (mm) 내/외면두께 (mm) 비원강성 (N/m2)
실시예13 60:40 22 0 8 1.5/1.5 32,500
실시예14 70:30 22 0.5 6 2/1 23,200
실시예15 70:30 22 1.0 6 2/1 23,900
실시예16 70:30 22 1.5 6 2/1 21,800
[표 4]
상기의 실시예 13 내지 16을 참조로 하면, 나노실리카를 내외층 각각에 첨가 된 불포화 폴리에스테르 수지 중량에 대해 1.5% 이내로 첨가하였을 시에 심사기준과 경제적 효용성에 부합하는 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력 관의 제조가 가능함을 알 수 있다.
도 1은 종래의 폴리머 콘크리트 3중 원심력관을 도시한 사시도.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 섬유강화 플라스틱(FRP)층을 외층으로 형성하는 제1 공정과, 중간층으로 저점도의 메틸 메타아크릴레이트(MMA) 개질 불포화 폴리에스테르수지 결합재를 포함하는 폴리머 콘크리트층을 형성하는 제2 공정과, 내층으로 다시 섬유강화 플라스틱층을 형성하는 제3 공정으로 구성되는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조방법에 있어서,
    상기 제2 공정에서는 그 중간층을 형성하기 위해 그 중간층에 사용되는 전체 골재중량의 0.9% 이내로 퍼라이트가 첨가되는 것을 특징으로 하는 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관 제조방법.
  4. 섬유강화 플라스틱(FRP)층을 외층으로 형성하는 제1 공정과, 중간층으로 저점도의 메틸 메타아크릴레이트(MMA) 개질 불포화 폴리에스테르수지 결합재를 포함하는 폴리머 콘크리트층을 형성하는 제2 공정과, 내층으로 다시 섬유강화 플라스틱층을 형성하는 제3 공정으로 구성되는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조방법에 있어서,
    상기 제1 및 제3 공정에서는 상기 중간층과의 부착력을 향상시키기 위해 각각의 내외층 형성에 사용되는 결합재 중량의 1.0% 이내로 나노클레이가 첨가되는 것을 특징으로 하는 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관 제조방법.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    지름 및 길이가 30cm인 원심력 성형몰드에서 상기 외층의 두께는 1mm이고, 상기 중간층의 두께는 6mm이며, 상기 내층의 두께는 2mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 메틸 메타아크릴레이트 개질 불포화 폴리에스테르 수지는 스타이렌이 함유된 불포화 폴리에스테르수지 70%와 메틸 메타아크릴레이트 30%를 혼합하고, 수축저감제를 그 불포화 폴리에스테르 수지에 대해 5 내지 20% 첨가하여 제조되는 것 을 특징으로 하는 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관 제조방법.
  7. 청구항 3 또는 청구항 4 중 어느 한 항에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 유리섬유 폴리머 콘크리트 복합 3중 원심력관.
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