KR101745871B1 - 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법에 있어, 물 16~22 중량%, 포틀랜트 시멘트 58~68 중량%, 혼화제 12~18 중량%, 및 감수제 0.65~1.25 중량%를 혼합하여 시멘트혼합물을 만드는 단계와; 시멘트혼합물 26~38 중량%, 5mm 이하 크기의 잔골재 20~26 중량%, 및 5mm 초과 25mm 이하 크기의 굵은골재 42~48 중량%를 혼합하여 콘크리트 혼합물을 만드는 단계와; 콘크리트 혼합물을 회전 원심성형법으로 성형하는 단계와; 30°C에서 90°C 온도로 상승시켜 양생하는 단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따라, 시멘트혼합물, 잔골재 및 굵은골재를 특정 배합비로 혼합하여 성형한 후 고온에서 일정 시간 동안 양생함에 의해, 규격균열강도를 만족하는 고강도의 원심력 철근 콘크리트관을 형성하게 된다.

Description

고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법{METHOD FOR PRODUCING HIGH STRENGTH CENTRIFUGAL REINFORCED CONCRETE PIPE}
본 발명은 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법에 관한 것이다.
원심력 철근 콘크리트관은 일반적으로 하수와 오수의 이송을 위한 하수관에 사용된다. 원심력 철근 콘크리트관은 가정 및 산업 시설로부터 배출되는 오, 폐수에 의해 관 내부로부터 침식되는 것을 막고 외압에 의한 파손을 막기 위해 내마모성 및 높은 강도가 요구된다.
이를 위해, 원심력 철근 콘크리트관의 제조시 제품의 강도를 높일 수 있는 고가의 CSA 등을 사용하고 있으나, 비용상승 뿐만 아니라 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.
또한, 원심회전성형법에 의해 원심력 철근 콘크리트관의 안쪽으로 잔골재가 몰리게 되고, 이에 따라 콘크리트관의 안쪽의 강도가 약해지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 원심력 철근 콘크리트관의 강도를 높이기 위한 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 원심력 철근 콘크리트관의 내부 및 외부에 굵은골재 및 잔골재가 균일하게 분포되도록 하기 위한 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법에 있어, 물 16~22 중량%, 포틀랜트 시멘트 58~68 중량%, 혼화제 12~18 중량%, 및 감수제 0.65~1.25 중량%를 혼합하여 시멘트 혼합물을 만드는 단계와; 시멘트 혼합물 26~38 중량%, 5mm 이하 크기의 잔골재 20~26 중량%, 및 5mm 초과 25mm 이하 크기의 굵은골재 42~48 중량%를 혼합하여 콘크리트 혼합물을 만드는 단계와; 콘크리트 혼합물을 회전 원심성형법으로 성형하는 단계와; 30°C에서 90°C 온도로 상승시켜 양생하는 단계를 포함하는 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따라, 시멘트 혼합물, 잔골재 및 굵은골재를 특정 배합비로 혼합하여 콘크리트 혼합물을 생성하고, 성형 후 고온에서 일정 시간 동안 양생함에 의해, 규격균열강도를 만족하는 고강도의 원심력 철근 콘크리트관을 형성하게 된다.
상기 양생단계는, 양생온도를 상승시키는 승온단계, 80°C~90°C 온도로 유지되는 고온양생단계, 및 양생온도를 저하시키는 강온단계를 순차적으로 가지며, 상기 고온양생단계는 30분 내지 1시간 동안 지속될 수 있다. 이에 따라, 콘크리트 혼합물을 80°C~90°C의 고온에서 일정시간 동안 양생함에 의해, 고강도의 원심력 철근 콘크리트관을 짧은 주기로 제조할 수 있게 된다.
상기 승온단계는 승온속도가 시간당 20도 이내일 수 있다. 이에 따라, 양생온도를 균일한 속도로 서서히 올림에 의해 규격균열강도를 만족하는 고강도의 원심력 철근 콘크리트관을 형성하게 된다.
상기 콘크리트 혼합물을 만드는 단계는, 상기 시멘트혼합물을 상기 잔골재와 혼합하여 잔골재 콘크리트 혼합물을 만드는 단계와; 상기 시멘트혼합물을 상기 굵은골재와 혼합하여 굵은골재 콘크리트 혼합물을 만드는 단계를 포함하고, 상기 성형하는 단계는, 상기 잔골재 콘크리트 혼합물을 먼저 투입한 후 소정의 지연시간을 두고 상기 굵은골재 콘크리트 혼합물을 투입하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 잔골재 콘크리트 혼합물에 의해 1차 성형 후 굵은골재 콘크리트 혼합물에 의해 2차 성형 함에 의해, 콘크리트관의 내부 및 외부에 잔골재 및 굵은골재가 골고루 분포하도록 하여 콘크리트관 전체의 강도를 규격균열강도 이상으로 높이게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법에 있어, 원심력 철근 콘크리트관의 강도를 높이는 효과가 있다. 이기 위한 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명에 의하면, 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법에 있어, 원심력 철근 콘크리트관의 내부 및 외부에 굵은골재 및 잔골재가 균일하게 분포되도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원심력 콘크리트관의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원심력 콘크리트관의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원심력 철근 콘크리트관의 제조공정에 따른 단면도를 도시한 예이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
이하에서는, 도 1 내지 도3을 참조하여 본 발명에 따른 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원심력 콘크리트관의 제조방법을 도시한 흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 단계 S110에서, 물 16~22 중량%, 포틀랜트 시멘트 58~68 중량%, 혼화제 12~18 중량%, 및 감수제 0.65~1.25 중량%를 혼합하여 시멘트 혼합물을 생성한다. 혼화제는 콘크리트 혼합시 작업성을 개선하고, 콘크리트의 경화 전후의 성질을 개량하기 위한 목적으로 시멘트, 물, 골재 이외에 콘크리트에 계획적으로 첨가하는 혼화재료로서 사용된다. 혼화제는 사용목적과 종류에 따라, 동결시 열화를 방지하는 동결융해 저항제와, 응결시간 조절제, 작업성 개선제, 고강도용 혼화제, 수축 저감제 및 증점제 등으로 구분된다.
본 발명에 의한 혼화제는 슬래그 파우더, 석고, 플라이애쉬, 탄산칼슘 및 석회석 중 적어도 하나를 포함한다. 슬래그 파우더는 선철을 제조할 때 얻어지는 슬래그를 노에서 꺼내서 물로 급랭하여 생성되는 비결정질의 작은 입자로, 콘크리트 혼합시 시멘트 입자 사이의 공극을 채워 시멘트의 수화작용 시 수화열을 저감시켜 동결 융해저항성은 낮고 장기적으로 강도를 증대시키는 효과가 있다. 석고는 무색이나, 백색 또는 회백색의 광물로, 시멘트의 응결조절작용을 증대시켜, 적게 사용하는 경우 물과 시멘트의 반응을 지연시키고 많이 사용하는 경우 물과 시멘트의 반응을 급속도로 진행시킨다. 즉, 시멘트 혼합물을 생성시 석고의 양을 조절함에 시멘트가 굳는 속도 및 강도를 조절하는 효과가 있다.
플라이애쉬는 화력발전소 등에서 미분탄을 연소했을 때 생기는 폐가TM 속에 포함되어 있는 탄의 미립자를 집진기에 의하여 표집한 것으로, 콘크리트 혼합시 골재와의 접촉면에서 볼 베어링(Ball-Bearing)과 같은 작용을 하여 시멘트와 골재 사이에 마찰저항을 줄임으로써 콘크리트의 작업성을 증대시키고, 콘크리트의 성질을 개선하는 효과가 있다. 탄산칼슘은 무색 또는 백색의 탄산염으로 대리석, 방해석, 선석, 석회석, 백악, 빙주석, 조개껍데기, 달걀껍데기 및 산호 등으로 존재하고, 시멘트와의 혼합시 중화제로서 사용된다. 석회석은 탄산칼슘을 주성분으로 하는 수성암의 일종으로, 탄산 석회질의 껍데기가 있는 생물의 화석 등으로 만들어지고, 탄산칼슘과 마찬가지로 중화제의 역할을 한다. 본 발명에 있어, 혼화제로서 사용되는 재료는 이에 한정되지 않고, 사용목적에 따라 일부 재료만을 혼합하거나, 다른 재료를 추가적으로 더 사용할 수 있다.
바람직하게는, 포틀랜트 시멘트와 혼화제의 전체 중량과 대비하여 10~27 중량%의 물과, 0.8~2 중량%의 감수제를 사용하여, 시멘트와 혼화제의 혼합을 용이하게 하고 작업성을 개선한다. 이와 같이, 종래와 대비하여 콘크리트관의 제조시 감수제의 사용비율을 높이고 시멘트 대비 물의 사용비율을 낮춤에 의해, 원심력 철근 콘크리트관의 강도를 높이고, 콘크리트관 내부에 발생하는 혼합물의 분리현상을 방지하여 내부 균열을 방지하는 효과가 있다.
다음으로, 단계 S120에서, 시멘트혼합물 26~38 중량%, 5mm 이하 크기의 잔골재 20~26 중량%, 및 5mm 초과 25mm 이하 크기의 굵은골재 42~48 중량%를 혼합하여 콘크리트 혼합물을 생성한다. 잔골재(fine aggregate)는 강사, 해사 등의 모래와 같이 세립한 골재로, 콘크리트용 골재 중 5mm 규격의 표준 망체를 85% 이상 통과하는 골재에 해당한다. 굵은골재(coarse aggregate)는 천연자갈과 인공 쇄석 등의 골재로, 콘크리트용 골재 중 5mm 규격의 표준 망체에 90% 이상 남고, 25mm 이하의 크기를 가지는 골재에 해당한다. 일실시예로서, 콘크리트 혼합물에 사용되는 전체 골재의 중량 대비 25~38%의 잔골재를 혼합함에 의해, 원심력 철근 콘크리트관의 내부에 형성되는 잔골재의 비율을 낮추어 강도를 높이게 된다.
바람직하게는, 콘크리트 혼합물에 사용되는 전체 골재의 중량 대비 32~36%의 잔골재를 혼합함에 의해, 원심력 철근 콘크리트관의 강도를 더 높일 수 있다. 이에 의해, 원심력 철근 콘크리트관의 골재와 시멘트의 혼합을 균질히 하여 관 외부와 내부의 재료 분리 현상을 줄이고, 콘크리트관의 표면에 압력이 가해졌을 때 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
다음으로, 단계 S130에서, 콘크리트 혼합물을 회전 원심성형법으로 성형한다. 먼저, 원통형으로 조립된 철망을 원통형 철근틀에 넣고, 단계 S120에서 혼합된 콘크리트 혼합물을 투입하여 고속으로 회전시켜 성형한다. 원통형 철망은 단망 또는 이중망으로 마련될 수 있고, 이중망을 사용하는 경우 단망인 경우에 비해 콘크리트관의 강도를 높이게 된다. 이와 같이, 원심력을 이용하여 콘크리트 혼합물을 성형하게 되면 균일한 두께의 내벽이 있는 콘크리트관이 만들어진다. 또한, 원심력에 의해 조직이 치밀해지고 강도를 높이는 효과가 있다.
마지막으로, 단계 S140에서, 성형된 콘크리트관을 30°C에서 90°C 온도로 상승시켜 양생한다. 이 때, 콘크리트 혼합물을 생성한 후 2시간 이상 경과하면 양생하도록 한다. 양생단계는, 양생온도를 상승시키는 승온단계, 80°C~90°C 온도로 유지되는 고온양생단계, 및 양생온도를 저하시키는 강온단계를 순차적으로 가진다. 여기서, 승온단계는 승온속도가 시간당 20도 이내가 되도록 한다. 즉, 양생온도를 균일한 속도로 서서히 올림에 의해 규격균열강도를 만족하는 콘크리트관을 형성하도록 한다. 또한, 고온양생단계는 30분 내지 1시간 동안 지속되도록 한다. 이와 같이, 콘크리트 혼합물을 80°C~90°C의 고온에서 비교적 짧은 시간 동안 양생함에 의해, 콘크리트관을 짧은 주기로 제조하여 생산성을 증대시킬 수 있다. 강온단계는 양생온도를 서서히 내리고, 그 온도가 외기온도와 큰 차이가 없을 때까지 계속되도록 한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따라, 시멘트 및 골재를 특정 배합비로 혼합하여 콘크리트 혼합물을 생성하고, 성형 후 고온에서 일정 시간 동안 양생함에 의해, 규격균열강도를 만족하는 고강도의 원심력 철근 콘크리트관을 제조하도록 한다.
아래의 <표1>과 <표2>는 본 발명의 일실시예에 의한 지름 600mm인 원심력 철근 콘크리트관의 콘크리트 혼합물의 재료배합과, 그에 따른 균열강도 측정결과를 나타낸다.
콘크리트 혼합물의 재료배합
물/결합재
비율(%)
잔골재율(%) 단위 재료량(kg)
시멘트 혼화제 강사
(잔골재)
해사
(잔골재)
굵은골재 감수제(g)
24.62 34.00 160 520 130 471 89 1,106 7,800
650
결합재: 시멘트+ 혼화제
균열강도 측정결과
철망의 종류 두께 균열하중(kg/2.5m)
단망
49 7,400
50 7,400
이중망
50 9,000
51 8,800
<표 1>은 원심력 철근 콘크리트관을 제조함에 있어, 콘크리트 혼합물의 재료배합의 일실시예로서, 물/결합재 비율 24.62%와 잔골재율 34%이 되도록 물, 시멘트, 혼화제, 강사, 해사, 굵은골재 및 감수제를 배합한다.
<표 2> 는 <표 1>의 재료배합에 의한 지름 600mm인 콘크리트관의 균열강도의 측정결과로서, 콘크리트관에 들어가는 철망이 단망인 경우 균열하중은 7,400kg/2.5m이고, 이중망인 경우 8,800~9,000kg/2.5m로서, 규격균열강도인 7,500kg/2.5m를 대체로 만족시키는 결과를 보여준다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 콘크리트 혼합물의 재료배합과 성형 및 양생 과정을 통해 고강도의 원심력 철근 콘크리트관을 제조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원심력 콘크리트관의 제조방법을 도시한 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 단계 S210에서, 물 16~22 중량%, 포틀랜트 시멘트 58~68 중량%, 혼화제 12~18 중량%, 및 감수제 0.65~1.25 중량%를 혼합하여 시멘트 혼합물을 생성한다. 혼화제는 슬래그 파우더, 석고, 플라이애쉬, 탄산칼슘 및 석회석 중 적어도 하나를 포함한다. 혼화제로서 사용되는 재료는 이에 한정되지 않고, 사용목적에 따라 일부 재료만을 혼합하거나, 다른 재료를 추가적으로 더 사용할 수 있다. 이와 같이, 혼화제를 사용함에 의해 콘크리트 혼합시 작업성을 개선하고, 콘크리트의 경화 전후의 성질을 개량하는 효과가 있다.
다음으로, 단계 S220에서, 시멘트 혼합물을 잔골재와 혼합하여 잔골재 콘크리트 혼합물을 생성한다. 이 때, 잔골재 콘크리트 혼합물은 단계S210에서 혼합된 시멘트 혼합물의 일부와 5mm 이하 크기의 잔골재 20~26 중량%를 혼합하여 생성한다. 바람직하게는 잔골재 콘크리트 혼합물 생성시, 전체 시멘트 혼합물의 50 중량%와 잔골재를 혼합하도록 한다.
단계 S230에서는, 시멘트 혼합물을 굵은 골재와 혼합하여 굵은골재 콘크리트 혼합물을 생성한다. 이 때, 굵은골재 콘크리트 혼합물은 단계 S210에서 혼합된 시멘트 혼합물의 일부와 5mm 초과 25mm 이하 크기의 굵은골재 42~48 중량%를 혼합하여 생성한다. 바람직하게는 굵은골재 콘크리트 혼합물 생성시, 잔골재 콘크리트 혼합물과 마찬가지로 전체 시멘트 혼합물의 50 중량%와 굵은골재를 혼합하도록 한다.
다음으로 단계 S240에서, 잔골재 콘크리트 혼합물을 먼저 투입한 후 소정의 지연시간을 두고 굵은골재 콘크리트 혼합물을 투입하여 회전 원심성형법으로 성형한다. 먼저, 원통형으로 조립된 철망을 원통형 철근틀에 넣고, 단계 S220에서 혼합된 잔골재 콘크리트 혼합물을 투입하여 고속으로 회전시켜 1차 성형한다. 1차 성형된 상태에서, 소정의 지연시간이 경과한 후 굵은골재 콘크리트 혼합물을 투입하고, 고속으로 회전시켜 2차 성형한다. 이와 같이, 잔골재 콘크리트 혼합물에 의해 1차 성형 후 굵은골재 콘크리트 혼합물에 의해 2차 성형하는 공정에 의해, 콘크리트관의 내부 및 외부에 잔골재 및 굵은골재가 골고루 분포하도록 하여 콘크리트관 전체의 강도를 규격균열강도 이상으로 높일 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원심력 철근 콘크리트관의 제조공정에 따른 단면도를 도시한 예이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 원심력 철근 콘크리트관의 제조시, 먼저 물 16~22 중량%, 포틀랜트 시멘트 58~68 중량%, 혼화제 12~18 중량%, 및 감수제 0.65~1.25 중량%를 혼합하여 시멘트 혼합물을 생성한 후, 시멘트 혼합물과 잔골재 20~26 중량%와 혼합하여 잔골재 콘크리트 혼합물(31)을 생성하고, 시멘트 혼합물을 굵은골재 42~48 중량%와 혼합하여 굵은골재 콘크리트 혼합물(32)을 생성한다. 이후 성형단계에 있어, (a) 잔골재 콘크리트 혼합물 투입단계, (b) 굵은골재 콘크리트 혼합물 투입단계, (c) 최종 콘크리트 혼합물 형성단계를 거치고, 성형된 콘크리트관에 대해 양생과정을 거쳐 규격균열강도를 만족하는 고강도 원심력 철근 콘크리트관이 만들어진다.
(a)에서는, 원통형 철근틀(30)에 원통형으로 조립된 철망을 넣고, 잔골재 콘크리트 혼합물(31)을 투입하여 고속으로 회전시킨다. 이와 같은 공정에 의해 원통형 철근틀(30) 안쪽에 잔골재 콘크리트 혼합물(31)이 원심력에 의해 성형되어 원통형의 형태를 갖추게 된다.
다음으로, (b)에서, 잔골재 콘크리트 혼합물(31)을 투입 후 소정의 지연시간이 지나면, 굵은골재 콘크리트 혼합물(32)을 투입하고 고속으로 회전시킨다. 이에 따라, (a)에서 성형된 잔골재 콘크리트 혼합물(31)의 안쪽으로 굵은골재 콘크리트 혼합물(32)이 원심력에 의해 성형된다. 즉, 잔골재 콘크리트 혼합물(31)을 투입 후 굵은골재 혼합물(32)을 투입하여 성형함에 의해 원통형 철근틀(30)의 안쪽으로 잔골재 콘크리트 혼합물(31)과 굵은골재 콘크리트 혼합물(32)이 층을 이루어 형성된다.
(c)에서는, (b)에서 층을 이루어 형성된 잔골재 콘크리트 혼합물(31)과 굵은골재 콘크리트 혼합물(32)에 대해 소정시간 이상 고속으로 회전시키면, 잔골재 콘크리트 혼합물과 굵은골재 콘크리트 혼합물이 혼합된 콘크리트 혼합물(33)이 형성된다.
상기와 같은 공정에 의해 형성된 원심력 철근 콘크리트관은 콘크리트관의 내부 및 외부에 잔골재 및 굵은골재가 골고루 분포하도록 하여 콘크리트관 전체의 강도를 규격균열강도 이상으로 높일 수 있게 된다.
이상 본 발명의 일실시예에 있어, 시멘트 혼합물, 잔골재 및 굵은골재를 특정 배합비로 혼합하여 성형하고 고온에서 일정 시간 동안 양생함에 의해, 규격균열강도를 만족하는 고강도의 원심력 철근 콘크리트관을 제조할 수 있다. 또한, 다른 실시예로서, 잔골재 콘크리트 혼합물에 의해 1차 성형하고 굵은골재 콘크리트 혼합물에 의해 2차 성형하여 양생하는 공정에 의해, 콘크리트관의 내부 및 외부에 잔골재 및 굵은골재가 골고루 분포되도록 하여 규격균열강도를 만족하는 고강도의 원심력 철근 콘크리트관을 형성할 수 있다.
30: 원통형 철근틀
31: 잔골재 콘크리트 혼합물
32: 굵은골재 콘크리트 혼합물
33: 콘크리트 혼합물

Claims (4)

  1. 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법에 있어,
    물 16~22 중량%, 포틀랜트 시멘트 58~68 중량%, 혼화제 12~18 중량%, 및 감수제 0.65~1.25 중량%를 혼합하여 시멘트혼합물을 만드는 단계와;
    상기 시멘트혼합물 26~38 중량%, 5mm 이하 크기의 잔골재 20~26 중량%, 및 5mm 초과 25mm 이하 크기의 굵은골재 42~48 중량%를 혼합하여 콘크리트 혼합물을 만드는 단계와;
    상기 콘크리트 혼합물을 회전 원심성형법으로 성형하는 단계와;
    30°C에서 90°C 온도로 상승시켜 양생하는 단계를 포함하고,
    상기 콘크리트 혼합물을 만드는 단계는,
    상기 시멘트혼합물을 상기 잔골재와 혼합하여 잔골재 콘크리트 혼합물을 만드는 단계와;
    상기 시멘트혼합물을 상기 굵은골재와 혼합하여 굵은골재 콘크리트 혼합물을 만드는 단계를 포함하고,
    상기 성형하는 단계는, 상기 잔골재 콘크리트 혼합물을 먼저 투입한 후 소정의 지연시간을 두고 상기 굵은골재 콘크리트 혼합물을 투입하는 단계를 포함하는 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양생단계는, 양생온도를 상승시키는 승온단계, 80°C~90°C 온도로 유지되는 고온양생단계, 및 양생온도를 저하시키는 강온단계를 순차적으로 가지며,
    상기 고온양생단계는 30분 내지 1시간 동안 지속되는 것을 특징으로 하는 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 승온단계는 승온속도가 시간당 20도 이내인 것을 특징으로 하는 고강도 원심력 철근 콘크리트관의 제조방법.
  4. 삭제
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