KR101333051B1

KR101333051B1 - 유황 폴리머 바인더（ｓｐｂ）콘크리트 성형물 제조방법

Info

Publication number: KR101333051B1
Application number: KR20120009229A
Authority: KR
Inventors: 태원필; 김기수; 김창윤; 홍인기; 조형만
Original assignee: (재)울산테크노파크
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-11-26
Also published as: KR20130087948A

Abstract

본발명은 유황 폴리머 바인더(SPB) 콘크리트 성형물 제조방법에 관한 것으로, 유황 폴리머 바인더(SPB), 자갈, 모래, 필러로 이루어지는 혼합물을 믹싱하는 단계; 120℃ ~ 150℃의 온도에서 상기 혼합물을 융해, 압축시키는 단계; 상기 융해, 압축된 혼합물을 몰드내에 사출한 후 진동·압축하는 단계;를 포함하는 것으로, 본 발명은 시멘트를 대체하여 SPB를 사용함으로써 시멘트의 소비를 줄이게 되어 시멘트 제조시 발생하는 CO₂를 감소시킬 수 있으므로 지구온난화 현상을 늦출 수 있으며, 또한 시멘트에서 배출되는 건강에 해를 끼치는 독성성분들을 없앨 수 있으며, 그리고 내수성, 내화학성, 내부식성이 강하며, 열가소성 재료로 재활용이 가능하여 폐기물 문제를 해결할 수 있고, 경제적 측면에서 이점이 있다는 현저한 효과가 있다.

Description

유황 폴리머 바인더（ＳＰＢ）콘크리트 성형물 제조방법{product method of SPB concrete manufacture}

본발명은 골재에 유황 폴리머 바인더(SPB)를 첨가하여 콘크리트 성형물을 제조하는 것으로, 유황 폴리머 바인더(SPB)콘크리트 성형물 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 기존의 시멘트는 가격은 저렴하나 시멘트를 만드는데 CO₂가 대량 발생하여 지구의 온난화를 가속화하며 사용 후 건축폐기물을 재활용할 방법이 없어 버리게 되면 시멘트의 강알칼리성이 토양이나 지하수를 오염시켜 환경에 악영향을 미치기 때문에 친환경적이지 못하며 시멘트 속 중금속은 인체에 유해하기도 하다. 또한 산성비와 해수와 같은 화학적 환경에서 부식이 쉽게 된다는 단점이 있다.

일예로서, 특허등록번호 10-1107290호에는 차선블록, 멈춤블록은 전체두께 중 80~90% 두께의 하부층과, 10~20% 두께의 표면층을 가지도록 하되, 상기 표면층은 골재 70%에 물 30%의 전체중량 중, 골재가 0.1~0.5mm 입자크기의 규사 28%와, 1~1.4mm 입자크기의 규사 9%와, 실리카흄 11%와, 모래 18%와, 포틀랜트시멘트 33%와, 혼화제 1%를 혼합하고, 상기 하부층은 골재 75%에 물 25%의 전체중량 중, 골재가 6~8mm 입자크기의 화산석 15%와, 8mm 입자크기의 자갈 10%와, 13mm 입자크기의 자갈 25%와, 모래 24%와, 고로시멘트 25%와, 혼화제 1%를 혼합하여서 제조됨을 특징으로 하는 고강도를 갖는 주차장용 블록이 공개되어 있다.

또한, 공개번호 10-2010-0092561호에는 자갈, 모래, 시멘트로 구성된 재료를 일정비율로 물과 배합하는 배합단계; 상기 배합된 재료를 블록금형에 투입하는 투입단계; 상기 블록금형에서 블록을 이형하는 이형단계; 상기 이형된 블록을 양생실로 옮겨서 건조하는 건조단계; 및 상기 건조된 블록을 토양, 물이 혼합되고, 씨앗이 담겨진 혼합물에 담그고 꺼내서 상기 건조된 블록에 토양, 물, 씨앗이 함유되도록 하는 함침단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식생 호안 블록의 제조방법이 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술들은 생산 시 CO₂를 대량으로 발생하며 소각되거나 매립되어 환경오염의 원인이 되는 시멘트가 주원료로 사용되며, 또한 적정한 필러들이 사용되지 않으므로 화학적 환경에서 부식이 되기 쉽고, 내구성, 내수성이 낮다는 단점이 있었다.

한편, 석유정제시 부산물로써 발생하는 유황은 다양한 산업분야에 활용되고 있으나, 대량 수요처의 확보 및 활용성 증대 측면의 한계에 도달해 있는 상황이다. 따라서 대량의 부생 유황을 소비하기 위해 개질을 통하여 고부가가치 유황 폴리머 바인더(Sulfur Polymer Binder; SPB)를 제조하고, 이를 이용한 SPB콘크리트는 기존의 포틀랜드 시멘트로 만들어진 구조물이나 건축자재보다 내구성, 내부식성, 내화학성, 내수성, 동결수축 등에서 우수한 특징을 가지고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 생산 시 CO₂를 대량으로 발생하며 소각되거나 매립되어 환경오염의 원인이 되는 시멘트 대체 재료로 SPB를 이용함으로써 재활용이 가능하고 화학적 환경에서도 부식이 되지 않는 유황 폴리머 바인더(SPB)콘크리트 성형물 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 유황 폴리머 바인더(SPB) 콘크리트 성형물 제조방법에 관한 것으로, 유황 폴리머 바인더(SPB), 자갈, 모래, 필러로 이루어지는 혼합물을 믹싱하는 단계; 120℃ ~ 150℃의 온도에서 상기 혼합물을 융해, 압축시키는 단계; 상기 융해, 압축된 혼합물을 몰드내에 사출한 후 진동·압축하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 시멘트를 대체하여 SPB를 사용함으로써 시멘트의 소비를 줄이게 되어 시멘트 제조시 발생하는 CO₂를 감소시킬 수 있으므로 지구온난화 현상을 늦출 수 있으며, 또한 시멘트에서 배출되는 건강에 해를 끼치는 독성성분들을 없앨 수 있으며, 그리고 내수성, 내화학성, 내부식성이 강하며, 열가소성 재료로 재활용이 가능하여 폐기물 문제를 해결할 수 있고, 경제적 측면에서 이점이 있다는 현저한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 SPB콘크리트 성형물을 제조하기 위한 공정도
도 2는 본 발명을 위해 실험한 SPB콘크리트 시편 사진
도 3은 본 발명의 SPB콘크리트의 가열온도에 따른 SEM micrographs 사진{(a) 130℃, (b) 140℃, (c) 150℃}

또한, 상기 혼합물은 유황 폴리머 바인더(SPB) 16 ~ 24 중량부에 대하여, 자갈 37 ~ 45 중량부, 모래 35 ~ 43 중량부, 필러 1 ~ 8 중량부인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 필러는 황토, 플라이 애시, 탈크, 숯가루, 실리카흄, 고로슬래그 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 SPB콘크리트 성형물을 제조하기 위한 공정도, 도 2는 본 발명을 위해 실험한 SPB콘크리트 시편 사진, 도 3은 본 발명의 SPB콘크리트의 가열온도에 따른 SEM micrographs 사진{(a) 130℃, (b) 140℃, (c) 150℃}이다.

본 발명은 SPB콘크리트 제조방법에 관한 것으로서, SPB콘크리트는 보도블록이나 상하수도관 및 호안블록, 인공어초, 해양구조물과 같이 내구성과 내부식성을 요구하는 건축·토목용 콘크리트 구조재료 등에 활용할 수 있고, 이에 사용되는 SPB콘크리트의 정확한 배합을 위하여 골재인 자갈과 모래를 혼합하고 이 혼합물에 결합재인 유황 폴리머 바인더(Sulfur Polymer Binder; SPB)와 필러를 투입, 혼합한다. 상기 혼합물을 가열하여 SPB를 용해시킨 후, 몰드내에 사출하고 진동·압축하여 성형물을 얻는다.

본 발명에 적용되는 SPB콘크리트 제조방법에 대해 살펴보면, 우선 정확한 배합비는 자갈 37 ~ 45 중량부, 모래 35 ~ 43 중량부, SPB 16 ~ 24 중량부, 필러 1 ~ 8 중량부를 넣고 혼합, 각각의 재료들이 고르게 분포되도록 충분히 혼합한다. 이렇게 혼합된 상기혼합물을 120℃ ~ 150℃정도로 가열·압축한 후, 호안블록, 보도블록 등의 형상을 가진 몰드에 사출하고 진동·압축하여 실온에서 냉각 후 성형물을 얻는 것이다. 이때의 금형내 주입압력은 180bar가 적정하며, 진동·압축은 SPB콘크리트를 다지는 역할을 한다.

한편, SPB콘크리트 내에서 자갈이 37중량부 미만이 되면 강도가 떨어지고, 45중량부를 초과하면, 강도는 강해지나 결합력이 상대적으로 나빠진다. 모래는 SPB와 필러에 의해 접착되며, 또한 접착된 모래들은 자갈과 자갈 사이의 빈공간을 채우며 전체적인 강도를 증가시키고 결합력을 증가시키는 것으로, 35중량부 미만이 되면, 강도와 결합력이 떨어지며 43중량부를 초과하면 강도와 결합력이 나빠진다. SPB가 16중량부 미만이면, 결합력이 떨어지며, SPB가 24중량부를 초과하면, 강도가 상대적으로 저하된다. 그리고 필러는 기본적으로 콘크리트에서 빈공간을 채우는 충진재 역할을 하며 필러의 종류에 따라 그 물성이 갖고 있는 고유 물성을 갖게 되는 것이며, 대체적으로 1 중량부 미만일 경우 결합력이 떨어지며, 필러가 8중량부를 초과하면, 강도가 상대적으로 저하된다.

그리고 상기 혼합물을 가열, 압축하는 온도는 120℃ ~ 150℃정도로서, 120℃ 미만일 경우, SPB 가 잘 녹지 않고, 150℃를 초과할 경우에는 과열되어 타거나 성분이 변질될 우려가 있으므로, 120℃ ~ 150℃정도로 조정한다.

본발명의 실시예에 대해 기재하면 다음과 같다.

유황 폴리머 바인더는 마이크로파우더(주)에서 구입한 것으로 입자가 굵어 믹서를 사용하여 그 크기를 1 ~ 2mm정도가 되도록 하며, 자갈의 경우 그 크기가 6 ~ 12mm정도의 석분을 사용 하며, 모래는 건조하여 염분과 수분을 포함 하지 않는 강사로 그 크기가 0.5 ~ 3mm를 사용한다.

그리고 기본조성으로 SPB는 16 ~ 24 중량부, 자갈은 37 ~ 45 중량부, 모래는 35 ~ 43 중량부 혼합하고 혼합물을 가열한 후, 프레스 몰드의 내부온도를 120 ~ 150℃로 승온하여 SPB를 용해시킨 후, 상기 혼합물을 주입한 후, 진동. 압축하여 SPB콘크리트 시편을 제작하였다.

상기 공정에 따라 얻어진 시편은 높이 64mm, 지름 32mm로 높이가 지름의 두 배가 되도록 제작된 원기둥형의 시편을 Universal tensile tester를 이용하여 압축강도를 측정하여 표에 나타내었다.

상기의 실시예에 따라 다음과 같이 조건을 달리하여 압축강도를 표 와 그림으로 나타내었다.

[ 1 ] 가열온도에 따른 압축강도

a. 130℃일 때 (지름, 높이 : mm , 압축강도 : N/mm2)

	지름	높이	압축강도	평균	표준편차
1	31.70	63.40	32.28	39.74	5.371
2	31.72	63.44	40.92
3	31.67	63.34	47.27
4	31.70	63.46	39.73
5	31.71	62.04	38.47

b. 140℃일 때 (지름, 높이 : mm , 압축강도 : N/mm2)

	지름	높이	압축강도	평균	표준편차
1	31.70	63.40	50.91	44.68	7.090
2	31.72	63.44	33.48
3	31.70	63.40	49.67
4	31.70	63.40	42.22
5	31.72	63.44	47.13

c. 150℃일 때(지름, 높이 : mm , 압축강도 : N/mm2)

	지름	높이	압축강도	평균	표준편차
1	31.72	61.96	40.50	41.40	1.615
2	31.74	61.80	43.26
3	31.75	63.16	40.42

[ 2 ] 압력에 따른 압축강도

a. 160bar일 때 (지름, 높이 : mm , 압축강도 : N/mm2)

	지름	높이	압축강도	평균	표준편차
1	31.74	63.11	43.82	47.32	2.844
2	31.74	63.35	48.31
3	31.74	63.35	50.56
4	31.75	63.00	46.60

b. 180bar일 때 (지름, 높이 : mm , 압축강도 : N/mm2)

	지름	높이	압축강도	평균	표준편차
1	31.70	63.40	50.91	47.48	3.845
2	31.70	63.40	49.67
3	31.70	63.40	42.22
4	31.72	63.44	47.13

c. 200bar일 때 (지름, 높이 : mm , 압축강도 : N/mm2)

	지름	높이	압축강도	평균	표준편차
1	31.70	63.16	46.75	45.11	2.945
2	31.71	62.98	42.22
3	31.70	63.05	43.08
4	31.71	63.24	48.41

그리고, 일반 포틀랜드 시멘트와 SPB콘크리트시편을 10% 농도의 황산에 침지시켜 시간 경과에 따른 콘크리트 성형물의 압축강도의 변화를 표로 나타내었다.

[ 3 ] 산성용액에서의 내부식성 및 내화학성 실험

	SPB콘크리트	포틀랜드 시멘트 콘크리트
침지전 강도	100%	100%
1주	90%	83%
1개월	97%	26%
6개월	95%	측정불가

Claims

유황 폴리머 바인더(SPB), 자갈, 모래, 필러로 이루어지는 혼합물을 믹싱하는 단계; 상기 혼합물을 120 ~ 150℃로 융해, 압축시키는 단계; 상기 융해, 압축된 혼합물을 몰드 내에 사출한 후 진동·압축하되, 몰드내 주입압력은 180bar인 단계;를 포함하는 유황 폴리머 바인더(SPB) 콘크리트 성형물 제조방법에 있어서,
상기 혼합물은 유황 폴리머 바인더(SPB) 16 ~ 24 중량부에 대하여, 자갈 37 ~ 45 중량부, 모래 35 ~ 43 중량부, 필러 1 ~ 8 중량부이며, 상기 필러는 황토 또는 탈크인 것을 특징으로 하는 유황 폴리머 바인더(SPB) 콘크리트 성형물 제조방법.
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