KR101172820B1 - Ｅｐｓ 코팅 경량골재를 이용한 난연성 경량콘크리트 패널의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단열성과 경량성이 우수한 EPS비드를 건축용 골재로 사용할 수 있도록 EPS비드 표면을 코팅재로 코팅한 골재와 이러한 골재를 바람직하게 이용하여 경량콘크리트 패널로 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 EPS 코팅 경량골재는, 2~15mm의 EPS비드 표면에 코팅층이 형성된 것으로, 상기 코팅층은 물, 1~2mm의 바텀애쉬, 시멘트를 포함하여 조성된 코팅재로 형성되는 것을 특징으로 한다. 여기서 EPS비드는 폐EPS 자재를 파쇄한 것일 수 있으며, 코팅재는 물 38~45중량%, 1~2mm의 바텀애쉬 10~30중량%, 시멘트 25~52중량%를 포함하여 조성할 수 있다.
본 발명에 따른 경량콘크리트 패널의 제조방법은, 물, 1~2mm의 바텀애쉬, 시멘트를 포함하여 조성된 코팅재로 2~15mm의 EPS비드를 코팅하여 EPS 코팅 경량골재를 제조하는 제1단계; 패널 형틀 내부에 EPS 코팅 경량골재를 포석하는 제2단계; 패널 형틀 내부에 시멘트페이스트를 붓는 제3단계; 양생한 후 패널 형틀을 제거하는 제4단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

ＥＰＳ 코팅 경량골재를 이용한 난연성 경량콘크리트 패널의 제조방법{Manufacturing process of incombustible concrete panel using coated EPS lightweight aggregate}

본 발명은 단열성과 경량성이 우수한 EPS비드를 건축용 골재로 사용할 수 있도록 EPS비드 표면을 코팅재로 코팅한 골재와 이러한 골재를 바람직하게 이용하여 난연성 경량콘크리트 패널로 제조하는 방법에 관한 것이다.

골재는 콘크리트(시멘트콘크리트, 아스팔트콘크리트 등)를 구성하는 주요 구성요소로서 골재의 품질은 콘크리트의 품질로 이어지므로, 콘크리트의 요구성능을 고려하여 적절한 품질을 가지는 골재를 채택해야 한다.

경량골재는 일반 골재보다 비중이 작은 것으로, 경량골재는 가벼운 콘크리트와 모르타르를 만들 수 있기 때문에 구조물의 경량화에 기여한다. 경량골재는 생산방법에 따라 천연골재(화산자갈, 화산모래 등)와 인공골재, 부산물골재(석탄재, 팽창슬래그)로 구분되는데, 인공골재는 통상 번거로운 소성과정을 거쳐 제작되기 때문에 가격이 비싼 편이다.

한편 EPS(Expandable Polystyrene)는 발포 폴리스티렌으로 보통 스티로폼으로 불리는데, 단열재, 포장재 등 다양한 용도로 이용된다. 한번 사용한 EPS는 보통 폐기되는데, 이렇게 폐기되는 폐 EPS의 자원 재활용에 관한 연구가 필요한 상황이다. 이에 본 발명자는 폐 EPS의 재활용을 위해 EPS를 이용한 경량골재를 개발하게 되었다.

본 발명은 상기한 종래 경량골재의 문제를 개선하고자 개발된 것으로서, 다음과 같은 기술적 과제를 갖는다.

첫째, 경량 소재인 EPS를 골재로 이용할 수 있는 방안을 제공하고자 한다.

둘째, 별도의 소성과정을 거치지 않고 간단하게 경제적으로 생산할 수 있는 경량골재를 제공하고자 한다.

셋째, 균일한 품질의 난연성 경량콘크리트 패널을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 EPS 코팅 경량골재와 이를 이용한 경량콘크리트 패널 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 EPS 코팅 경량골재는, 2~15mm의 EPS비드 표면에 코팅층이 형성된 것으로, 상기 코팅층은 물, 1~2mm의 바텀애쉬, 시멘트를 포함하여 조성된 코팅재로 형성되는 것을 특징으로 한다. 여기서 EPS비드는 폐EPS 자재를 파쇄한 것일 수 있으며, 코팅재는 물 38~45중량%, 1~2mm의 바텀애쉬 10~30중량%, 시멘트 25~52중량%를 포함하여 조성할 수 있다.

본 발명에 따른 경량콘크리트 패널의 제조방법은, 물, 1~2mm의 바텀애쉬, 시멘트를 포함하여 조성된 코팅재로 2~15mm의 EPS비드를 코팅하여 EPS 코팅 경량골재를 제조하는 제1단계; 패널 형틀 내부에 EPS 코팅 경량골재를 포석하는 제2단계; 패널 형틀 내부에 시멘트페이스트를 붓는 제3단계; 양생한 후 패널 형틀을 제거하는 제4단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 경량 소재인 EPS를 골재로 유용하게 이용할 수 있다.

둘째, 폐자원인 EPS를 재활용할 수 있기 때문에 자원절약과 환경보존에 일조할 수 있다.

셋째, 별도의 소성 과정없이 간단한 공정을 거치는 것으로 경량골재를 경제적으로 생산할 수 있다.

넷째, 경량골재를 고르게 분포시키면서 균일한 품질의 경량콘크리트 패널로 용이하게 생산할 수 있다.

다섯째, 경량성과 단열성에서 우수한 성능을 발휘하는 EPS와 바텀애쉬를 동시에 이용하고 특히 바텀애쉬를 난연성에서도 우수한 성능을 발휘하기 때문에, 본 발명에 따르면 경량성, 단열성, 난연성에서 두루 우수한 성능을 발휘하는 경량콘크리트 패널을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 EPS 코팅 경량골재 생산에 이용되는 바텀애쉬를 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 EPS 코팅 경량골재를 촬영한 사진이다.
도 3은 EPS비드를 사용하여 제조한 콘크리트패널을 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 EPS 코팅 경량골재를 사용하여 제조한 콘크리트패널을 촬영한 사진이다.

본 발명은 EPS 코팅 경량골재와 이에 의한 경량콘크리트 패널 제조방법에 관한 것으로, 이하부터는 이 둘을 구분하여 설명한다.

1. EPS 코팅 경량골재

본 발명은 골재 크기의 EPS(Expandable Polystyrene)비드를 중심기재로 하여 EPS비드 표면에 코팅층을 형성시킨다는데 기술적 특징이 있다. EPS비드 표면을 코팅재로 코팅한 결과 단위중량을 증대시켜 골재로 이용할 수 있도록 한 것이다. 다시 말해 EPS비드는 상당히 가볍기 때문에 그대로 골재로 사용할 경우 시멘트계 혼합물(모르타르, 콘크리트)을 제조하는 과정에서 쉽게 부상(浮上)하여 다른 재료와 섞이지 못한 채 재료분리를 일으키게 되는데, 본 발명에서는 EPS비드를 코팅층으로 피복하여 단위중량을 증대시킴으로써 골재로 이용가능케 한 것이다. 나아가 본 발명에 따른 EPS 코팅 경량골재는 시멘트계 결합재에 의한 코팅재로 EPS 비드를 코팅한 것이기 때문에 시멘트계 혼합물(모르타르, 콘크리트)을 제조하는 과정에서 우수한 부착강도를 발휘하면서 시멘트페이스트와 결합할 것이다.

본 발명에 따른 경량골재에서 중심기재가 되는 EPS비드는 2~15mm 입경을 가지는 것으로 준비한다. 그래야 코팅층을 피복하면 3~20mm의 골재로 만들어 건축용 골재로 바람직하게 이용할 수 있다. 나아가 EPS비드는 버려지는 폐EPS 자재를 적절히 파쇄한 것으로도 채용할 수 있는데, 이 경우 자원재활용 자원에서 유리한 것은 물론 EPS비드의 입형이 불규칙하여 코팅이 잘 이루어질 것으로 기대된다.

본 발명에 따른 경량골재에서 EPS비드를 피복하는 코팅층은 물, 1~2mm의 바텀애쉬, 시멘트를 포함하는 코팅재로 형성한다. 코팅재는 1~2mm의 바텀애쉬를 포함하기 때문에, 코팅층은 바텀애쉬에 의해 불규칙한 입형으로 형성되고 아울러 경량성과 단열성 및 난연성을 나타낼 것이다.

코팅재에서 바텀애쉬가 2mm보다 크면 EPS비드의 피복이 어렵고, 1mm보다 작으면 코팅층을 소정 두께로 형성하는 것이 어렵고 다공질 바텀애쉬에 의한 경량성과 단열성, 난연성 등의 효과를 기대하기 어렵다.

코팅재에서 시멘트는 결합재로 주요한 역할을 하며, 레미콘에 남은 슬러리로 치환하여 이용할 수 있다. 코팅재는 물 38~45중량%, 1~2mm의 바텀애쉬 10~30중량%, 시멘트 25~52중량%를 포함하여 조성하는 것이 바람직하다. 이러한 조성비는 배합실험을 통한 결과로서, 물은 코팅재의 유동성을 고려한 범위이고, 시멘트와 바텀애쉬는 코팅재의 부착력과 표면경도를 고려한 범위이다. 이러한 조성비에 따르면 소정 두께의 코팅층을 소정의 강도로 형성시키는데 적합하다.

[실시예1] EPS 코팅 경량골재의 제조

폐 EPS자재를 파쇄하여 얻은 EPS비드로 EPS 코팅 경량골재를 제조하였으며, 구체적인 제조과정은 다음과 같다.

(1)2~15mm의 EPS비드와, 물 40중량%, 1~2mm의 바텀애쉬 10중량%, 시멘트 45중량%의 조성으로 코팅재의 원재료를 준비하고, EPS비드와 코팅재는 10:1의 체적비로 준비하였다. 도 1은 코팅재의 원재료로 이용된 바텀애쉬를 보여준다.

(2)EPS비드를 믹서기에 투입하고, 이어 물과 시멘트를 믹서기에 투입하여 1차 교반한 후 바텀애쉬를 투입하여 2차 교반하였다.. 이와 같은 과정으로 EPS비드 표면을 코팅재로 1차 코팅하였으며, 1차 코팅에는 전체 코팅재의 40%를 이용하였다.

(3)1차 코팅한 후 12시간 습윤양생하고, 이어 2차 코팅하였다. 2차 코팅에는 나머지 코팅재 60%를 이용하였다.

(4)2차 코팅한 후 상온에서 건조하였으며, 이어 후 믹서기를 간헐적으로 가동(on/off 반복)하면서 서로 붙어있는 골재들을 떼어냈다. 이로써 도 2와 같은 EPS 코팅 경량골재로 완성되었다.

[실시예2] EPS 코팅 경량골재의 물성

상기 [실시예1]에 따라 제조된 EPS 코팅 경량골재의 비중을 코팅 전의 EPS비드와 비교 조사하였다. 조사 결과 코팅 전후 비중이 0.02~0.04에서 0.91~1.12로 크게 증가한 것으로 확인되었다. 즉, EPS 코팅 경량골재가 EPS비드에 비해 단위중량이 50배 정도 증가한 것이다. 이와 같은 단위중량 증대에 따라 EPS 코팅 경량골재는 시멘트계 혼합물(모르타르, 콘크리트)을 제조하는 과정에서 쉽게 부상하지 않고 재료분리를 일으키지 않을 것이며, 그 결과 다른 재료와 고르게 섞이게 될 것이다.

[실시예3] EPS 코팅 경량골재를 이용한 굳지않은 콘크리트의 물성

본 발명에 따른 EPS 코팅 경량골재의 적용성을 확인하기 위해 상기 [실시예2]에 따라 제조된 EPS 코팅 경량골재로 하기 [표 1]과 같은 배합설계로 콘크리트를 배합한 후 굳지않은 콘크리트의 물성을 조사하였다. 아울러 EPS비드를 조사 결과는 하기 [표 2]와 같다.

경량 콘크리트 배합

구분	단위량(kg/㎥)					슬러리(물+시멘트+기포제) 비중
	물	시멘트	EPS	EPS 코팅 경량골재	기포제
EC	182	460	11.7	-	5	0.59
CEC	256	460	-	272	3.8	1.36

경량 콘크리트 물성

구분	단위중량(g/㎤)			길이변화(%)			Flow(㎝)	압축강도(kg/㎠)
	3일	7일	기건	3일	7일	기건		3일	7일	28일
EC	0.64	0.63	0.68	0.18	0.68	-	5.0	16.67	22.80	21.27
				0.25	0.37	-
				0.18	-	0.06
CEC	1.21	1.18	1.23	0	0.13	-	5.7	52.13	69.90	73.53
				0.06	0.13	-
				0	-	0

상기 표 2에서와 같이 EPS비드를 사용한 콘크리트(EC)는 단위중량이 0.68g/㎤으로 보였으며, EPS 코팅 경량골재를 사용한 콘크리트(CEC)는 단위중량이 1.23g/㎤을 보였다. 특히 EPS비드를 사용한 콘크리트(EC)는 단위중량이 0.68g/㎤으로 상당히 작아서 믹싱과정에서 EPS비드가 부상(浮上)하는 등 재료분리 현상이 발생하였으나, EPS 코팅 경량골재를 사용한 콘크리트(CEC)는 재료분리현상 없이 정상적인 배합이 가능했다. 또한 EPS비드를 사용한 콘크리트(EC)와 비교할 때 EPS 코팅 경량골재를 사용한 콘크리트(CEC)에서 길이변화율, 플로우, 압축강도가 개선된 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 EPS비드를 사용한 콘크리트(EC)에서는 EPS비드 표면에 시멘트페이스트가 제대로 접착되지 않아 공극이 많이 생긴 반면, EPS 코팅 경량골재를 사용한 콘크리트(CEC)는 EPS 코팅 경량골재와 시멘트페이스트이 결합력이 우수해져 미세한 공극이 발생하지 않았기 때문인 것으로 판단된다.

2. 경량콘크리트 패널 제조방법

앞서 살펴본 바와 같이 EPS 코팅 경량골재는 경량콘크리트용 골재로 바람직하게 이용할 수 있는데, 본 발명에서는 EPS 코팅 경량골재의 바람직한 이용례로서 경량콘크리트 패널 제조방법을 제안한다. 본 발명에 따른 경량콘크리트 패널 제조방법을 단계적으로 살펴본다.

(1)제1단계- 골재 가공

EPS 코팅 경량골재를 제조하는 단계이다. 앞서 살펴본 바와 같이 물, 1~2mm의 바텀애쉬, 시멘트를 포함하여 조성된 코팅재로 2~15mm의 EPS비드를 코팅하여 EPS 코팅 경량골재를 제조한다. 코팅재는 물 38~45중량%, 1~2mm의 바텀애쉬 10~30중량%, 시멘트 25~52중량%를 포함하여 조성하도록 한다.

상기 코팅재로 2~15mm의 바텀애쉬를 코팅하여 바텀애쉬 코팅골재를 제조할 수 있는데, 바텀애쉬 코팅골재는 경량콘크리트 패널의 강도를 향상시키기 위해 사용할 수 있다. 바텀애쉬 또한 코팅재로 코팅하였기 때문에 길이변화율, 플로우, 압축강도 등에서 개선된 효과를 기대할 수 있을 것이다.

(2)제2단계- 골재 포석

패널 형틀 내부에 골재를 포석하는 단계이다. 골재는 제1단계에서 제조한 EPS 코팅 경량골재와 바텀애쉬 코팅골재를 이용하며, 패널 형틀 밖으로 튀어나오지 않을 정도로 고르게 포석한다. EPS 코팅 경량골재와 바텀애쉬 코팅골재의 사용량은 제조할 경량콘크리트 패널의 용도를 고려하여 결정하도록 한다. 가령 경량콘크리트 패널을 단순한 칸막이벽으로 사용한다면 바텀애쉬 코팅골재의 사용량을 줄이고, 구조성능이 요구되는 건물 내?외부 벽체로 사용한다면 바텀애쉬 코팅골재의 사용량을 늘린다.

(3)제3단계- 시멘트페이스트 충전

패널 형틀 내부에 시멘트페이스트를 붓는 단계이다. 시멘트페이스트는 물, 시멘트, 각종 혼화재를 사용하여 배합할 수 있으며, 적절히 유동성을 가지도록 배합하면 된다. 골재가 포석된 상태에서 시멘트페이스트를 붓기 때문에 골재 사이사이에 시멘트페이스트가 채워지면서 패널 모양으로 완성된다.

(4)제4,5단계- 형틀 제거 및 그라인딩

양생한 후 패널 형틀을 제거하고 패널 표면을 그라인딩하는 단계이다. 이로써 본 발명에 따른 경량콘크리트 패널이 완성된다. 이렇게 완성된 경량콘크리트 패널은 EPS비드에 의한 경량성과 단열성이 기대되며, 바텀애쉬에 의한 경량성, 단열성, 난연성이 기대되며, 더불어 콘크리트패널 본연의 난연성이 기대된다.

[실시예4]경량콘크리트 패널 제조

상기 [실시예3]에 따른 콘크리트 배합으로 경량콘크리트 패널을 제조하였다. 제조과정을 살펴보면 패널 형틀에 EPS비드와 EPS 코팅 경량골재를 각각 포석한 후 시멘트페이스트(시멘트+물+기포제)를 붓고 65±5℃ 온도와 70±5% 습도의 항온항습기에서 24시간 양생하였다.

완성된 패널은 도 3 및 도 4와 같다. 도 3에서 보는 바와 같이 EPS비드를 사용한 패널은 EPS비드가 패널 표면으로 올라와 있고, 또한 EPS비드가 고르게 분산하지 못한 채 모여 있거나 부분적으로 박리가 일어났다. 반면 EPS 코팅 경량골재를 사용한 패널은 도 4에서와 같이 EPS 코팅 경량골재가 고르게 분산되고 박리도 일어나지 않았다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

1. 물, 1~2mm의 바텀애쉬, 시멘트를 포함하여 조성된 코팅재로, 2~15mm의 EPS비드를 코팅하여 EPS 코팅 경량골재를 제조하는 제1단계;
   패널 형틀 내부에 EPS 코팅 경량골재를 포석하는 제2단계;
   패널 형틀 내부에 시멘트페이스트를 붓는 제3단계;
   양생한 후 패널 형틀을 제거하는 제4단계;
   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트 패널의 제조방법.
2. 제1항에서,
   상기 제1단계는, 상기 코팅재로 2~15mm의 바텀애쉬를 코팅하여 바텀애쉬 코팅골재를 제작하는 과정을 더 포함하면서 이루어지며,
   상기 제2단계는, EPS 코팅 경량골재와 함께 상기 바텀애쉬 코팅골재를 포석하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트 패널의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 제4단계 후에 패널 표면을 그라인딩하는 제5단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트 패널의 제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 제1단계의 EPS비드는, 폐EPS 자재를 파쇄한 것임을 특징으로 하는 경량콘크리트 패널의 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 제1단계의 코팅재는, 물 38~45중량%, 1~2mm의 바텀애쉬 10~30중량%, 시멘트 25~52중량%를 포함하여 조성된 것임을 특징으로 하는 경량콘크리트 패널의 제조방법.
6. 삭제

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