KR101242123B1

KR101242123B1 - 조릿대섬유를 이용한 콘크리트 보강제조성물

Info

Publication number: KR101242123B1
Application number: KR1020100126211A
Authority: KR
Inventors: 박광열
Original assignee: 주식회사 송이산업
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2013-03-11
Also published as: KR20120064936A

Abstract

본 발명은 조릿대섬유를 이용한 콘크리트 보강제조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 천연섬유를 이용한 콘크리트 보강제의 취약한 문제점으로 제기된 충격강도, 균열 및 섬유의 분산성을 향상시키기 위한 콘크리트 보강제조성물에 관한 것이다.
콘크리트 보강제조성물은 조릿대섬유 100 중량부에 대해 화산석분말 95 내지 105 중량부, 알코올 90 내지 110 중량부, 분말형 수지 3 내지 8 중량부, 수산화나트륨 3 내지 8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

조릿대섬유를 이용한 콘크리트 보강제조성물{Composition of reinforcing agent for concrete using Sasa borealis}

본 발명은 조릿대섬유를 이용한 콘크리트 보강제조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 천연섬유를 이용한 콘크리트 보강제의 취약한 문제점으로 제기된 충격강도, 균열 및 섬유의 분산성을 향상시키기 위한 콘크리트 보강제조성물에 관한 것이다.

최근 건축산업의 발전으로 콘크리트에 요구되는 성질이 다양해짐에 따라 콘크리트의 기초물성 등의 성능면에서는 상당한 발전을 이뤄왔지만 약한 인장성능에 의한 초기 균열 발생과 함께 콘크리트 내구성의 저하를 가져오는 문제점들을 가져오고 있다. 이러한 인장성능의 보강을 위해 섬유보강 콘크리트에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 왔으나, 섬유의 종류, 형태 및 혼입률에 따른 분산력, 표면 마감의 곤란 및 작업성(workability) 저하 등의 차이가 있어 용도에 따라 최적화된 섬유의 선정 및 혼입률의 결정이 중요하게 된다.

특히 최근에는 친환경적인 부분이 강조되면서 기존의 인공섬유에 비해 환경친화적이고 자연적으로 생산이 가능한 천연섬유에 대한 관심이 증대되고 있는 실정이다. 천연섬유는 세계 여러 지역에서 풍부하게 생산되고 합성섬유와 같이 섬유 제조과정에서 고도의 기술이 요구되지 않아 소요되는 에너지와 비용이 상대적으로 낮은 편이라 천연섬유(석면을 제외한 식물섬유)를 이용하여 우수한 품질과 낮은 비용의 친환경적인 건자재를 제조할 수 있는 이점이 있다.

하지만, 천연섬유를 이용한 콘크리트 보강제의 경우 아직까지 콘크리트 보강제에 있어 요구되는 특성인 충격강도, 탄성계수, 부착강도 및 내약품성 등이 합성섬유보강제에 비해 떨어지는 것이 사실이다. 무엇보다 천연섬유를 다량 혼합할 경우 작업성(workability)이 저하되고 공기량이 증가해 유동성 저하로 인한 밀실(密室)성이 결여되므로 균열 등과 같은 문제점이 발생하여, 현재 주로 개발되는 콘크리트 보강제의 경우 합성섬유를 이용하여 제조하는 것이 대부분이며 천연섬유를 실질적으로 콘크리트 보강제에 적용하여 실시하고 있는 경우는 거의 없는 실정이다.

콘크리트 보강제의 경우 제조시 혼합되는 혼화제에 따라 그 물리적인 특성이 다양하게 변화될 수 있어 천연섬유를 기초로 하여 제조하더라도 이에 적당한 혼화제를 첨가하여 제조함으로써 천염섬유를 이용한 콘크리트 보강제의 취약한 물성을 향상시킬 수 있다.(『A study on the mechanical properties and application of porous concrete for ocean-ecosystem restoration utilizing recycled aggregate』Yi J., 2008)

본 발명은 기존의 천연섬유를 이용한 콘크리트 보강제에서 발생하였던 균열및 낮은 충격강도의 문제점을 해결한 콘크리트 보강제조성물을 제공함과 동시에 콘크리트 경화 시 섬유의 분산성을 높임으로써 뭉침현상을 최소화하여 작업성을 향상시킨 콘크리트 보강제조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 천연자원을 활용함으로써 환경적 손실을 최소화한 친환경적인 콘크리트 보강제조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 콘크리트 보강제조성물은 조릿대섬유 100 중량부에 대해 화산석분말 95 내지 105 중량부, 알코올 90 내지 110 중량부, 분말형 수지 3 내지 8 중량부, 수산화나트륨 3 내지 8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 조릿대섬유는 물에 투입하여 60~80분 동안 가열 후 여과하여 열풍기에서 수분을 제거하고, 수산화나트륨수용액(2 vol%)에 넣어 20분 내지 30분 가열 후 고해하여 섬유화하는 것을 특징으로 한다. 상기 조릿대섬유 제조공정 중의 하나인 고해 시 첨가되는 수산화나트륨의 경우 추후 화산석분말 및 다른 첨가제와의 혼합 시 보강제의 물성에 큰 영향을 끼치지 않는다.

본 발명에서 사용하는 조릿대(학명:Sasa borealis)는 외떡잎식물 벼목 화본과의 대나무로, 대나무 중에서도 가장 작은 대나무에 속하며, 우리나라 전역에 걸쳐 분포하고 있다. 특히 조릿대의 경우 생명력이 남달리 강하며, 타식물의 성장을 방해함으로써 생태계의 균형을 저해하기에 타식물 재배 시에는 이를 인위적으로 제거하기도 한다.

상기 화산석분말은 화산활동에 의해 천연소성된 광물로 보통 제주도 내의 석산에 방대한 양이 축적되어 있어 주로 복토용 재로나 매립용으로 사용되고 있어 부가가치가 매우 낮게 평가되어 있지만, 실트와 점토를 약 22.4% 함유하고 있으며 다공질의 경량 광물로 물을 흡수하고 기경성을 나타내는 특징이 있다. 보강제 제조 시 화산석분말의 경우 조릿대섬유 100 중량부에 대해 95 내지 105 중량부를 첨가하는 것이 바람직한데 콘크리트 사용용도에 따라 그 범위를 조절할 수 있으나 상기 중량 범위를 초과하거나 미만일 경우 추후 콘크리트 보강제로서의 인장강도가 낮아지거나 높아질 수 있는 문제점이 발생할 수 있으니 상기 범위를 지키는 것이 바람직하다.

상기 알코올은 메탄올, 에탄올 또는 이소프로판올 등과 같은 탄소수가 1 내지 5인 저급 알코올 중에서 선택된 하나 이상인 것을 사용할 수 있으며, 조릿대섬유 100 중량부에 대해 90 내지 110 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 중량 범위를 초과하거나 미만일 경우 보강제조성물의 유동성이 너무 높아지거나 낮아질 수 있어 추후 필렛(pillet)형태로 압출성형이 어려운 문제점이 발생하므로 상기 중량 범위를 지키는 것이 바람직하다.

상기 분말형 수지는 통상의 재유화형 분말 수지인 아크릴계, 초산비닐계, 에틸렌초산비닐계 또는 합성고무계 중 1종을 선택하여 사용할 수 있으나 에틸렌초산비닐(EVA)을 사용하는 것이 가장 바람직하며, 조릿대섬유 100 중량부에 대해 3 내지 8 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 수산화나트륨은 콘크리트와 혼합 시 발생할 수 있는 기공 조절을 통해 투수성 및 중성화 속도를 제어하게 되는데, 콘크리트의 사용목적에 따라 그 함량을 조절할 수 있으나 조릿대섬유 100 중량부에 대해 3 내지 8 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 콘크리트 보강제조성물은 통상의 콘크리트 제조 시 투입되는 보강제의 정량화를 위해 압출성형하여 필렛(pillet)화 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 조릿대섬유를 이용한 콘크리트 보강제조성물은 우수한 균열 저감 및 충격강도의 효과를 제공하며, 콘크리트 경화 시 섬유의 분산성을 높임으로써 뭉침 현상을 최소화하여 작업성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한 본 발명의 콘크리트 보강제조성물은 천연자원인 조릿대섬유 및 화산석분말을 활용함으로써 환경적 손실을 최소화할 수 있는 친환경적인 효과를 제공한다.

이하 본 발명을 하기 실시예에 의해 상세히 설명하나, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니며 통상적인 당업자 수준에서의 응용 또한 본 발명의 범위에 포함된다.

[실시예]

하기 [표1]과 같이 배합하여 필렛형태로 압축성형하여 보강제를 제조하였다. 하기 [표1]에 사용한 조릿대섬유는 국내 H사 제품으로 밀도 1.4g/cm³, 섬유길이 9~12mm인 것을 사용하였으며, 화산석분말은 제주도 서귀포시 안덕면 소재의 S사에서 제조된 건조밀도 1.73g/cm³, 입경 0.08mm 미만이 27중량%, 입경 0.08mm 이상 0.094mm 미만이 49중량%, 입경 0.094mm 이상 0.21mm 미만이 24중량%가 포함된 것을 사용하였다.

배합성분	혼입량
조릿대섬유 화산석분말 에탄올 분말 에틸렌초산비닐(EVA) 수산화나트륨	5kg 5kg 4800㎖ 250g 300g

[실험예]

상기 실시예에서 제조된 보강제조성물을 물시멘트함량을(W/C%) 52%, 목표 슬럼프 및 목표 공기량을 각각 180±1.5%를 만족하도록 제조하여 실시예의 보강제조성물을 혼입한 후, 500x500x50mm의 실험시편을 제작하여 30±3℃의 온도, 40±3%의 상대습도에서 콘크리트 표면에 일정량의 바람을 가하면서 24시간 동안 실험하였다. 대조군으로는 조릿대섬유와 같은 셀룰로오스계 섬유인 목재 및 황마를 사용하여 제조한 보강제조성물을 혼입한 콘크리트의 균열저감 및 충격강도를 비교하였다. 본 실험에 사용한 시멘트는 국내 D사의 밀도 3.30g/cm³인 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다.

실험예1: 균열성능 평가

하기 [표2]는 실시예 및 2개의 대조군에 대한 균열면적 및 상대균열면적을 나타낸 것으로 균열면적은 균열길이에 대한 균열폭을 곱하여 구하였으며, 균열길이는 실을 사용하여 균열 성상대로 가지런히 정렬한 후에 균열길이를 측정하였다. 균열게이지를 이용하여 균열폭을 측정 후 균열길이와 균열폭을 구하여 균열면적을 구하였다. 하기 [표2]에 나타낸 바와 같이 JP의 균열발생율이 WP 및 HP에 비해 낮게 나타나 조릿대섬유를 이용하여 제조한 보강제가 보다 양호한 균열 저항성을 나타냄을 확인할 수 있다.

구분	JP	WP	HP
균열면적(mm²) 상대균열면적(%)	74.80 37.05	99.00 50.25	95.40 48.06

(JP: 실시예를 보강제로 첨가한 콘크리트 / WP: 목재섬유를 이용하여 제조한 보강제를 첨가한 콘크리트 / HP: 황마섬유를 이용하여 제조한 보강제를 첨가한 콘크리트)

실험예2: 충격강도 평가

하기 [표3]은 충격강도 측정값을 나타낸 것으로, 충격강도 시험은 KS F2221에 의거하여 실시하였으며, 첫 번째 균열이 나타난 횟수와 시편이 파괴되기까지의 횟수를 측정하여 나타내었는데, 균열발생 횟수의 경우 3개의 실험대상에서 유의적인 차이가 없었으나 파괴횟수에서 JP가 높은 값을 나타내 다른 섬유에 비해 충격강도에 대한 저항성이 높음을 알 수 있다. 또한 조릿대섬유가 전체적으로 시편에 전체적으로 분산됨으로써 콘크리트 내에서 매트릭스의 네트워크를 형성하고 가교작용이 일어난 것으로 판단된다.

충격강도(N)	JP	WP	HP
균열발생횟수 파괴횟수	31 50	31 35	30 44

Claims

조릿대섬유 100 중량부에 대해 화산석분말 95 내지 105 중량부, 알코올 90 내지 110 중량부, 분말형 수지 3 내지 8 중량부, 수산화나트륨 3 내지 8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강제조성물.
제1항에 있어서, 상기 조릿대섬유는 물에 투입하여 60~80분 가열 후 여과하여 열풍기에서 수분을 제거하고, 2 vol% 수산화나트륨수용액에 넣어 20~30분 가열 후 고해하여 섬유화하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강제조성물.
제1항에 있어서, 상기 화산석분말은 건조밀도 1.73g/cm³, 입경 0.08mm 미만이 27중량%, 입경 0.08mm 이상 0.094mm 미만이 49중량%, 입경 0.094mm 이상 0.21mm 미만이 24중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강제조성물.
제1항에 있어서, 상기 분말형 수지는 재유화형 분말수지인 아크릴계, 초산비닐계, 에틸렌초산비닐계 또는 합성고무계 중 1종을 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강제조성물.
제1항에 있어서, 상기 콘크리트 보강제조성물은 압출성형하여 필렛(pillet)형태로 제형화 할 수 있는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강제조성물.