KR101143324B1 - 암반 파쇄용 고무튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고압상태로 가압되는 물을 주입할 때 그 팽창력으로 암반을 파쇄하는데 사용되는 고무튜브에 관한 것이다.

본 발명의 암반 파쇄용 고무튜브는, 고무 33~83중량%, 열전도체 0.5~2.6중량%, 이형제 0.4~1.2중량%, 안정제 0.9~34중량%, 충진제 8.0~50중량%, 가황촉진제 0.1~0.3중량%, 가황제 0.6~3.0중량% 등으로 조성되고,

상기 고무로서 천연고무와 클로로프렌 고무 및 이소부텐 이소프렌 고무중 어느 하나 이상이 혼합되어 사용되고, 충진제로서 산화마그네슘과 황산바륨 및 HAF중 하나 이상이 혼합되어 사용됨에 기술적 특징이 있다.

고무, 튜브, 암반, 파쇄, 수압

Description

암반 파쇄용 고무튜브{The rubber tube for crushing a base rock}

본 발명은 주입되는 물의 압력을 이용하여 암반을 파쇄할 때 사용되는 고무튜브에 관한 것으로서 드릴로서 암반에 굴착된 파쇄공에 고무튜브를 삽입한 상태에서 물을 고압으로 주입 시 그 팽창하는 압력에 의해 암반을 파쇄하는 공법에 사용되는 고무튜브로서, 2종 이상의 고무와, 열전도체, 안정제, 충전제 등이 혼합되는 구성으로 조성된 암반 파쇄용 고무튜브에 관한 것이다.

건축이나 토목공사 등을 위한 기초공사는 지반의 굴착으로부터 시작되는데, 지반에 암반이 있는 경우 암반을 제거하기 위한 가장 기초적인 방법은 화약을 이용한 발파법으로서, 발파법은, 암반에 발파공을 판 후 발파공 내에 화약을 넣고 터뜨리는, 즉 화약의 폭발력을 이용하는 방법이다.

상기 발파법은, 화약의 폭발력을 이용하기 때문에 암반이 큰 경우에도 암반을 용이하게 파쇄할 수 있다는 장점이 있으나, 폭발 시 소음이 매우 크게 발생하고 비산먼지가 상당할 뿐 아니라, 폭발에 의한 진동으로 주변의 토목건축물 등에 균열을 초래할 수 있으며, 안전사고의 위험성이 높기 때문에 전문가의 입회 하에서만 실시할 수 있다는 단점이 있다.

상기 발파법의 문제점을 해결하기 위하여 유압을 이용하여 진동이나 소음을 거의 발생시키지 않으면서 암반을 파쇄할 수 있는 장치가 개발되었는 바, 국내 특허공보 특1996-8022호에 "암반 절단장치"가 게시되어 있다.

상기 발명의 장치는, 원기둥 금구를 본틀과 작동판으로 등분 분할하고, 본틀에 다수의 실린더를 형성시키며, 각 실린더 내에 피스톤을 결합한 구조로서, 암반의 파쇄공에 장치를 삽입한 후 유압을 이용하여 각 실린더 내의 피스톤을 좌?우로 작동시켜 암반을 분할하게 되는데, 상대적으로 약한 암반의 상부에서부터 하부측으로 분할되면서 진동과 소음이 매우 작은 장점이 있다.

그러나 상기 발명의 장치는, 각각 다수로 구성되는 실린더와 피스톤 및 각 실린더로 연결되는 유압라인 등 구조가 복잡하고, 피스톤이 직선 양 방향으로만 작동되기 때문에 암반에 대하여 효율적인 파쇄력을 부여하지 못한다는 단점이 있다.

상기와 같이 구조가 복잡하며 암반의 파쇄공에 삽입된 상태에서 수평방향 직선의 양 방향으로만 파쇄력을 부여하는데 따른 문제점을 해결하기 위하여, 구조가 상대적으로 간단하면서도 파쇄공 내에서 방사상으로 균일한 파쇄력을 부여할 수 있는 방법이 개발되었는 바, 국내 등록특허 제851944호에 "무진동 암반절개장치용 외부튜브 어셈블리"가 게시되어 있다.

상기 어셈블리를 이용한 암반의 파쇄방법은, 러버나 우레탄 등과 같은 탄성물질로 만들어진 튜브를 이용하게 되는데, 암반의 파쇄공에 상?하단이 폐쇄된 튜브를 삽입한 후 튜브 내부에 유압유를 고압으로 주입하여 튜브가 팽창되는 힘으로 암반을 파쇄하게 된다.

상기와 같이 유압유의 주입에 의한 고무튜브의 팽창력을 이용한 암반 파쇄법은, 진동과 소음이 전혀 없을 뿐 아니라 암반의 파쇄공 내주면에 대하여 방사상으로 균일한 파쇄력을 발휘하기 때문에 파쇄효율이 향상되는 장점이 있다.

그런데, 고무튜브의 팽창력을 이용한 암반 파쇄법의 경우 고무튜브의 팽창력이 커짐에 따라 암반 파쇄공의 내주면에 크랙이 발생하게 되고, 이러한 크랙이 성장함으로써 암반이 파쇄되는 바, 팽창하는 고무튜브의 일측이, 암반의 파쇄 전 적당한 크기로 성장한 크랙 내로 끼이게 되면서 손상될 수가 있다.

즉, 팽창 중인 고무튜브가 찢어지면서 고무튜브 내의 유압유가 누출됨으로써 암반은 물론, 암반 주변의 토지까지도 오염시킬 수 있다는 문제가 있으나, 이를 해결할 수 있는 뚜렷한 방법이 없는 실정이다.

또한, 유압유를 사용함에 따라 고무를 주원료로한 튜브의 수명이 필연적으로 짧을 수밖에 없고, 암반 파쇄작업 시 튜브 손상으로 초래되는 오염을 방지하기 위하여 튜브에 부여되는 유압을 최대화할 수 없기 때문에 작업성이 떨어지게 되는 문제도 있다.

상기와 같이 유압유를 사용하여 암반을 파쇄하는데 따른 제반 문제점, 특히 오염문제를 원천적으로 해결하기 위하여 유압유가 아닌 물을 이용할 수가 있고, 물을 이용하는 경우 튜브가 손상되어도 환경오염의 문제가 발생하지 않으며, 오염의 문제가 없기 때문에 튜브가 손상될 정도로 수압을 상승시킴으로써 암반 파쇄 작업성을 향상시킬 수도 있다.

그러나, 유압유를 사용하는 종래의 암반파쇄용 고무튜브는 연신율, 인열강도 등의 물성이 떨어져 충분한 수압을 부여할 수 없기 때문에 암반파쇄 효율성을 향상시킬 수가 없는 바, 오염방지의 효과만이 있을 뿐이다.

즉, 하기의 표1의 비교예에서와 같이 종래의 암반의 파쇄에 사용되고 있는 유압용 고무튜브인 NRB 시편은, 니트릴을 함유하고 있는 합성고무로서, 연신율, 인열강도 등이 부족하여 물을 사용하는 경우 수명이 더욱 단축될 뿐 아니라, 제조 시 생산성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은, 고무튜브와 유압유를 이용하여 암반을 파쇄하는 종래의 수단과 방법이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 암반의 파쇄공 내에서 고무튜브가 파손되는 경우에도 환경오염을 초래하지 않도록 물을 사용할 수 있되, 고압상태인 물의 수압을 충분히 견딜 수 있는 연신율, 인열강도 등을 구비하고 내구성이 좋은 고무튜브를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 천연고무, 클로로프렌 고무 및 이소부텐 이소프렌 고무의 적절한 배합비율에 의하여 달성된다.

본 발명의 고무튜브는, 유압유의 압력에 의해 암반을 파쇄하는데 사용되는 종래의 고무튜브에 비하여 신율과 인열강도가 우수하여 사용수명이 연장되고, 유압유를 사용하는 경우에 비하여 고무튜브의 팽창속도를 높일 수 잇기 때문에 암반 파쇄효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

그리고, 물을 사용하기 때문에 고무튜브가 손상되는 경우에도 환경오염의 염려가 전혀 없는 장점이 있다.

본 발명은, 사전에 형성시킨 암반의 파쇄공에 삽입된 후 내부로 주입되는 물의 수압에 의해 팽창됨으로써 암반을 파쇄하는 암반 파쇄공법에 사용되는 고무튜브 에 관한 것이다.

본 발명의 암반 파쇄용 고무튜브는, 고무 33~83중량%, 열전도체 0.5~2.6중량%, 이형제 0.4~1.2중량%, 안정제 0.9~34중량%, 충진제 8.0~50중량%, 가황촉진제 0.1~0.3중량%, 가황제 0.6~3.0중량% 등으로 조성됨에 기술적 특징이 있는 바, 상기 각 성분의 함량범위를 한정한 이유는 다음과 같다.

여기에서, 본원발명의 열전도체로서 산화아연이 이형제로서 스테아르산이 안정제로서 산화마그네슘산이 충전제로서 탄산칼슘 및 황산바륨이 사용된다.

고무는, 튜브의 기초원료로서 그 함량이 33중량%에 미치지 못하면 탄성력이 떨어지게 되고, 83중량%를 초과하면 탄성력은 충분하나 내구성이 떨어지게 된다.

또한 상기 고무는, 적절한 탄성력, 인성, 내구성 등을 향상시키기 위하여 천연고무(NR, natural rubber), 클로로프렌 고무(CR, chloroprene rubber) 및 이소부텐 이소프렌 고무(IR, isobutene isoprene rubber) 를 혼합 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 고무튜브에 사용되는 고무는, 고무튜브의 전체중량에 대하여 천연고무 22~72중량%, 클로로프렌 고무 4.5~19중량%, 이소부텐 이소프렌 고무1.0~8.0중량%가 혼합되어 사용된다.

이때, 상기 클로로프렌 고무의 함량이 전체 고무의 함량에 대하여 4.5중량% 이하이면 내한성이 저하되고, 19중량% 이상이면 내열성이 저하되어 극한온도에서 사용이 힘들게 된다.

또한, 상기 이소부텐 이소프렌 고무의 함량이 전체 고무의 함량에 대하여 1.0중량% 이하이면 진동을 용이하게 흡수할 수 없게 되고, 8.0중량% 이상이면 진동은 흡수하나 강도문제를 발생시키는 문제점이 있는 것이다.

상기 천연고무는 고탄성물질로서 신율과 탄성력을 확보하기 위하여 사용되고, 클로로프렌 고무는 내약품성, 내유성, 내오존성, 내노화성 등이 우수하면서 천연고무와 혼합 시 인열을 향상시키며, 이소부텐 이소프렌 고무는 내노화성, 가스투과 저항성, 인장강도 및 변형저항성 등이 우수한 바, 상기의 혼합비율을 조절하여 요구되는 고무의 특성을 얻게 된다.

열전도체는, 산화아연 분말로서 고무에 열을 가하여 가교반응이 일어나도록 할 때 고무 사이에 열을 신속하고 균일하게 전달함으로써 고무 분자간의 결합이 용이하도록 하여 주는 가교제의 역할을 하는데, 그 함량이 0.5중량%에 미치지 못하면 고무분자간 결합이 불균일해지고 작업성이 떨어지게 되며, 2.6중량%를 초과하면 탄성력, 강성 등 제반 물성이 떨어지게 된다.

이형제는, 스테아르산이 사용되는데, 가교반응의 촉진제 역할을 수행하며 이형성과 마찰열 감소기능을 가지고 있는 성분으로서, 그 함량이 0.4중량%에 미치지 못하면 효과가 미미하고, 1.2중량%를 초과하면 고무분자간의 결합을 방해하게 된다.

안정제는, 산화방지 및 클로로프렌 고무의 안정화를 위한 성분으로서 산화마그네슘 분말이 사용되는데, 그 함량이 0.9중량%에 미치지 못하면 그 효과가 적고, 34중량%를 초과하면 내열성과 흡착성이 증가하고 촉진속도가 빨라져 작업성이 떨어지게 된다.

충진제는, 고무의 양을 줄여주면서 물성을 향상시켜 주는 역할을 하는 것으로, 8.0중량%에 미치지 못하면 충진제로서의 역할이 미흡하고, 50중량%를 초과하면 고무의 상대적인 함량비율이 부족해지면서 오히려 물성이 저하하게 된다.

상기 충진제로는, 탈산칼슘 분말과 황산바륨 분말 및 HAF 가 사용되는데, 탄산칼슘은 천연고무의 인열강도, 인장력, 탄성 등을 향상시키고 고충진이 가능하나 일정량 이상으로 사용하면 물성이 저하된다.

그리고, 황산바륨은 불화성 충전제로서 내약품성과 카렌다 작업성 및 형태 안정성을 향상시켜 주는 역할을 한다.

또한, HAF는 내마모성과 인장력 및 인열을 향상시켜 주는 역할을 하는데 다량을 투입하면 경도가 급상승하게 되어 튜브용 연질고무에 적합하지 않다.

이때, 탄산칼슘과 황산바륨 및 HAF는, 고무튜브 조성물의 전체중량에 대하여 각각 2.5~46중량%, 1.0~5.5중량%, 0.1~16중량%의 함량비율로 혼합된다.

가황촉진제(CZ)는, 작업성과 인장력 등을 향상시켜 주는 역할을 하는 성분으로서, 그 힘량이 0.1중량%에 미치지 못하면 효과가 미미하고, 0.3중량%를 초과하여도 더 이상 효과가 커지지는 않는다.

가황제는, 가교성을 적절히 조절하기 위하여 사용되는 성분으로서 유황이 사용되는데, 그 함량이 0.6중량%에 미치지 못하면 가교성이 떨어지면서 물성저하를 초래하게 되고, 3.0중량%를 초과하면 가교성이 필요 이상 증가하여 물성저하, 특히 과도한 경도상승과 산화가 초래된다.

상기와 같이 조성된 본 발명 암반 파쇄용 고무튜브(실시예)와 유압유를 사용 하는 암반파쇄용 고무튜브(비교예)의 기계적 성질을 측정하였는 바, 그 결과는 다음의 표 1과 같다.

구분	성 분		단위	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예5	비교예 (NRB 시편)
조 성	고무	NR	g	10,000	7,000	7,000	6,000	6,000	-
		CR		-	1,500	2,500	4,000	-	-
		IR		-	1,500	500	-	4,000	-
	열전도체			500	500	500	500	500	-
	이형제			100	100	100	100	100	-
	안정제			200	200	200	200	200	-
	충 진 제	탄산 칼슘		10,000	5,000	7,000	7,000	7,000	-
		황산 바륨		1,000	200	2,000	500	500	-
		HAF		-	3,000	500	2,500	3,000	-
	가황촉진제			40	40	40	40	40	-
	가황제			250	250	250	250	250	-
기 계 적 성 질	인장강도		kgf/㎠	201	179	185	189	180	163
	연신율		%	912	824	800	820	890	366
	인열강도		kgf/㎠	26	28	29	27	25	7
	경 도		HS	60	63	61	62	63	64
	비 중		-	1.40	1.50	1.42	1.45	1.44	1.21

상기 표 1에서도 알 수 있듯이 물을 사용하는 본 발명의 고무튜브는 종래에 사용되고 있는 유압유용 고무튜브인 NRB시편에 비하여 연신율이 2배 이상, 팽창 시 찢어지는 시점의 강도인 인열강도는 3배 이상 양호한 것으로 나타났다.

즉, 본원발명의 천연고무, 클로로프렌 고무, 이소프렌 고무가 혼합되는 조성을 갖는 고무튜브 조성물은 인열과 신율이 향상된다는 것을 알수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 암반 파쇄용 고무튜브에 있어서,

   고무 33~83중량%, 충진제 8.0~50중량%가 혼합되며,

   고무와 충진제로 이루어진 혼합물에 열전도체 0.5~2.6중량%, 이형제 0.4~1.2중량%, 안정제 0.9~34중량%, 가황촉진제 0.1~0.3중량%, 가황제 0.6~3.0중량%가 더 혼합되며,

   상기 고무는, 전체의 고무튜브 조성물의 중량에 대하여 천연고무 22~72중량%, 클로로프렌 고무 4.5~19중량%, 이소부텐 이소프렌 고무1.0~8.0중량%의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 암반 파쇄용 고무튜브
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 고무튜브 조성물은, 열전도체로서 산화아연, 이형제로서 스테아르산, 안정제로서 산화마그네슘, 가황촉진제로서 경화촉진제, 가황제로서 경화제가 각각 사용되는 것을 특징으로 하는 암반 파쇄용 고무튜브.
4. 제1항에 있어서, 상기 충진제는, 전체의 고무튜브 조성물의 중량에 대하여 각각 탄산칼슘 2.5~46중량%, 황산바륨 1.0~5.5중량%, HAF 0.1~16중량%의 함량비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 암반 파쇄용 고무튜브.