KR101894359B1 - 내부식성 흄관 및 그것의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
내부식성 흄관 및 그것의 제조 방법에 관한 것으로, 플라이애시, 고로슬래그, 실리카퓸, 잔골재, 굵은골재, 감수제, 물, 및 섬유를 포함하는 혼합물을 교반하고, 혼합물에 활성화제를 추가하고, 활성화제가 추가된 혼합물을 재교반함으로써 생성된 내부식성 콘크리트 조성물을 흄관 형틀 내부에 타설하고 흄관 형틀을 회전시켜 내부식성 흄관을 제조함으로써 실리카퓸에 의한 슬럼프 저하와 활성화제에 의한 워커빌리티 저하가 발생하지 않는 조건에서 하수 내의 황화수소 등에 의해 부식되지 않아 생애주기비용이 저렴하면서도 일반 포틀랜드 시멘트 흄관 이상으로 강도가 우수하고 균열이 발생하지 않는 밀실한 조직의 내부식성 흄관을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 상하수도관 용도의 내부식성 흄관 및 그것의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 포틀랜드 시멘트 대신에 플라이애시와 고로슬래그를 주재료로 사용하는 내부식성 흄관 및 그것의 제조 방법에 관한 것이다.
흄관은 원통형 골격 구조로 조립한 철근을 형틀에 넣은 후에 회전시키면서 콘크리트를 투입하고, 이때 생기는 원심력에 의해 콘크리트를 균일하게 다져 만든 원통형 관으로서, 주택, 도로, 학교, 공장, 및 산업현장 등에서 발생하는 하수를 하수처리장이나 하천으로 배수하기 위해 사용된다. 이러한 흄관은 하수 발생지역의 지하에 매설되는데, 지하에 매설된 흄관은 토압이나 하중에 의한 압력을 지속적으로 받기 때문에 이를 지지할 수 있는 고강도 재료인 시멘트 콘크리트로 제작된다. 시멘트 콘크리트로 제작되는 흄관은 가격이 저렴하고 강도가 높은 장점이 있지만, 경년 변화에 따라 균열이 발생하여 오폐수가 유출되거나 흄관 내벽이 무너져 지반침하, 싱크홀 등을 유발하는 문제가 있다. 시멘트 콘크리트 흄관의 강도 저하와 균열 발생의 주요 원인으로는 하수 내의 황산에 의한 시멘트 콘크리트의 부식을 들 수 있다.
흄관을 통하여 각종 유기물질이 포함된 하수가 흐르면, 산화환원에 관여하는 각종 세균이 흄관의 내벽에 증식하게 된다. 흄관의 내부는 산소가 없는 혐기조건을 형성하고, 이러한 혐기조건에서는 황산염환원세균이 증식하여 황화수소 가스가 발생한다. 황화수소 가스는 흄관 내벽중 하수가 잠기지 않은 부분에서 생식하고 있는 유황산화세균에 의하여 황산으로 산화된다. 시멘트 콘크리트의 주요성분에 해당하는 포틀랜드 시멘트의 수화생성물인 수산화칼슘, 규산칼슘수화물, 모노설페이트 및 에트링가이트는 황산의 수소이온과 반응하여 분해되면서 실리카겔, 알루미나겔, 이수석고 등이 생성되고, 그 과정에서 시멘트 콘크리트 내부에 잔공이 대량으로 형성되어 흄관의 강도가 약화된다. 황산의 황산이온은 포틀랜드 시멘트의 조성물 중 C3A와 반응하여 에트링가이트가 생성되는데, 이것은 시멘트 콘크리트의 내부에서 팽창을 일으켜 흄관 조직을 붕괴시킨다.
하수 내의 황산에 의한 시멘트 콘크리트의 부식 문제를 해결하기 위해서, 종래에는 흄관 내벽에 내부식성의 폴리염화비닐수지, 폴리에틸렌수지 등을 부착하거나 도포하였으나, 이음부나 표면의 모세관을 통하여 수소이온이나 황산이온이 흡수되면서 시멘트 콘크리트를 부식시키기 때문에 장기적으로 흄관의 내구성을 유지하는 데에는 어려움이 있었다. 또한, 플라스틱 계열의 콘크리트로 제작된 흄관과 유리섬유 계열의 콘크리트로 제작된 흄관이 상용화되어 있으나 하수시설의 대다수를 차지하고 있는 기존 시멘트 콘크리트 흄관과 병행하여 시공이 곤란하고 자중이 가벼워 부력, 부등침하 등의 문제로 인해서 일부분에 독립적으로 사용하고 있을 뿐, 시멘트 콘크리트 흄관의 대안으로서의 역할을 하지 못하고 있다.
대한민국등록특허 제10-1534217호 "플라이애시, 고로슬래그 및 분말형 알칼리 활성화제를 이용한 건식 무시멘트 콘크리트 및 그 제조 방법"은 플라이애시와 고로슬래그를 분말형의 알카리 활성화제와 혼합하여 노슬럼프인 건식 타입의 무시멘트 콘크리트를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 종래기술에 따른 무시멘트 콘크리트는 기존의 시멘트 콘크리트보다 현저히 강도가 낮기 때문에 특수용도로만 사용될 뿐, 시멘트 콘크리트의 대안으로서의 역할을 할 수 없다. 또한, 이 종래기술은 플라이애시와 고로슬래그의 혼합물에 활성화제를 첨가하고, 그 후에 골재와 배합수를 교반하는 공정에 의해 어느 정도 경화가 진행된 플라이애시와 고로슬래그의 혼합물에 골재가 추가됨에 따라 혼합물의 균질화가 저하되어 콘크리트 제품의 강도가 저하되고 균열이 발생할 수 있다는 문제가 있었다.
대한민국등록특허 제10-1673657호 "고내산성 무기결합재를 이용한 하수관로"는 플라이애시와 고로슬래그 미분말의 배합 비율을 조절하여 내구성이 크게 향상된 알루미노 실리케이트계 고내산성 무기결합재를 이용한 하수관로를 개시하고 있다. 그러나, 이 종래기술도 마찬가지로 기존의 시멘트 콘크리트보다 현저히 강도가 낮기 때문에 특수용도로만 사용될 뿐, 시멘트 콘크리트의 대안으로서의 역할을 할 수 없으며, 플라이애시, 고로슬래그, 골재, 활성화제, 물을 동시에 투입함에 따라 혼합물의 균질화가 저하되어 콘크리트 제품의 강도가 저하되고 균열이 발생할 수 있다는 문제가 있었다.
플라이애시와 고로슬래그를 주재료로 하여 활성화제를 경화제로 사용하는 내부식성 콘크리트 조성물로 제조되는 종래 내부식성 하수시설물의 강도 저하 문제와 균열 발생 문제를 해결함으로써 하수 내의 황화수소 등에 의해 부식되지 않아 생애주기비용이 저렴하면서도 일반 포틀랜드 시멘트 흄관 이상으로 강도가 우수하고 균열이 발생하지 않는 밀실한 조직의 내부식성 흄관 및 그것의 제조 방법을 제공하는 데에 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 내부식성 흄관의 제조 방법은 흄관 형틀 내부에 원통 형상의 흄관의 골격 구조로 조립된 철근을 배치하는 단계; 플라이애시, 고로슬래그, 실리카퓸, 잔골재, 굵은골재, 감수제, 물, 및 섬유를 포함하는 혼합물을 교반하는 단계; 상기 교반된 혼합물에 활성화제를 추가하는 단계; 상기 활성화제가 추가된 혼합물을 재교반함으로써 내부식성 콘크리트 조성물을 생성하는 단계; 상기 철근이 배치된 흄관 형틀 내부에 상기 내부식성 콘크리트 조성물을 타설하는 단계; 상기 내부식성 콘크리트 조성물이 타설된 흄관 형틀을 일정시간 동안 회전시키는 단계; 상기 흄관 형틀의 회전을 정지시키는 단계; 상기 회전이 정지된 흄관 형틀 내부에 위치한 내부식성 콘크리트 조성물을 증기 속에서 양생하는 단계; 상기 증기에 의해 양생된 내부식성 콘크리트 조성물을 상기 흄관 형틀로부터 분리해내는 단계; 및 상기 흄관 형틀로부터 분리된 내부식성 콘크리트 조성물을 기건 상태에서 양생하는 단계를 포함한다.
상기 내부식성 콘크리트 조성물은 플라이애시 5~30 중량부, 고로슬래그 5~30 중량부, 실리카퓸 0.5~20 중량부, 잔골재 15~45 중량부, 굵은골재 15~45 중량부, 활성화제 0.5~4 중량부, 감수제 0.1~5 중량부, 및 물 5~10 중량부를 포함할 수 있다. 상기 내부식성 콘크리트 조성물은 수축저감제 0.1~6 중량부, 증점제 0.1~5 중량부, 소포제 0.1~3 중량부, 및 무기항균제 0~5 중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 내부식성 콘크리트 조성물은 1종의 포틀랜드 시멘트인 pH조정제 0.5~15 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 섬유는 상기 내부식성 콘크리트 조성물의 전체 부피에 대해 0.1~1%의 부피를 가질 수 있다. 상기 증기양생 단계에서는 상기 회전이 정지된 흄관 형틀 내부에 위치한 내부식성 콘크리트 조성물을 60~70℃의 증기 속에서 5~7시간 동안 양생할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 내부식성 흄관은 상기 내부식성 흄관의 제조 방법에 의해 제조된다.
플라이애시, 고로슬래그, 실리카퓸, 잔골재, 굵은골재, 활성화제, 감수제, 물, 및 섬유를 포함하는 내부식성 콘크리트 조성물을 흄관 형틀 내부에 타설하고 흄관 형틀을 회전시켜 내부식성 흄관을 제조함으로써 하수 내의 황화수소 등에 의해 부식되지 않아 생애주기비용이 저렴하면서도 일반 포틀랜드 시멘트 흄관 이상으로 강도가 우수하고 균열이 발생하지 않는 밀실한 조직의 내부식성 흄관을 제공할 수 있고, 그 결과 플라이애시와 고로슬래그를 주재료로 하여 활성화제를 경화제로 사용하는 내부식성 콘크리트 조성물로 제조되는 종래 내부식성 흄관의 강도 저하 문제와 균열 발생 문제를 해결할 수 있다.
특히, 플라이애시, 고로슬래그, 실리카퓸, 잔골재, 굵은골재, 감수제, 물, 및 섬유를 포함하는 혼합물을 교반하고, 혼합물에 활성화제를 추가하고, 활성화제가 추가된 혼합물을 재교반함으로써 내부식성 흄관 제조에 사용되는 내부식성 콘크리트 조성물을 생성함으로써 실리카퓸에 의한 슬럼프 저하를 방지할 수 있음과 동시에 활성화제에 의한 워커빌리티 저하를 방지할 수 있다.
또한, 내부식성 흄관의 제조에 사용되는 내부식성 콘크리트 조성물은 플라이애시 5~30 중량부, 고로슬래그 5~30 중량부, 실리카퓸 0.5~20 중량부, 잔골재 15~45 중량부, 굵은골재 15~45 중량부, 활성화제 0.5~4 중량부, 감수제 0.1~5 중량부, 및 물 5~10 중량부를 포함함으로써 내부식성 흄관의 강도 향상 효과와 균열 방지 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 내부식성 흄관의 제조에 사용되는 내부식성 콘크리트 조성물은 상기된 성분 외에도 수축저감제 0.1~6 중량부, 증점제 0.1~5 중량부, 소포제 0.1~3 중량부, 무기항균제 0~5 중량부를 더 포함함으로써 내부식성 흄관의 제조 과정에서 발생되는 건조 수축을 방지할 수 있고 밀도가 다른 성분들간의 분리를 방지할 수 있고 조성물 내부의 기포를 제거하여 내부식성 흄관의 강도를 보다 더 향상시킬 수 있고 내부식성 흄관의 균열을 보다 더 확실하게 방지할 수 있으면서도 방균성을 제공할 수 있다.
또한, 내부식성 흄관의 제조에 사용되는 내부식성 콘크리트 조성물은 상기된 성분 외에도 1종의 포틀랜드 시멘트인 pH조정제 0.5~15 중량부를 더 포함함으로써 내부식성 콘크리트 조성물 내부의 pH를 상승시켜 13 이상으로 유지함으로써 내부식성 콘크리트 조성물 내의 철근에 부동태 피막을 형성하여 철근의 부식을 방지할 수 있다.
또한, 회전이 정지된 흄관 형틀 내부에 위치한 내부식성 콘크리트 조성물을 60~70℃의 증기 속에서 5~7시간 동안 양생함으로써 흄관 형틀로부터 콘크리트 조성물이 막 분리되었을 때의 건조 수축으로 인한 균열 발생을 방지하고 일정한 초기 강도를 발현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 내부식성 흄관의 제조 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 내황산 능력에 대한 비교시험 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 어독성에 대한 비교시험 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 내황산 능력에 대한 비교시험 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 어독성에 대한 비교시험 사진이다.
본 발명은 플라이애시와 고로슬래그를 주재료로 하여 활성화제를 경화제로 사용하는 내부식성 콘크리트 조성물로 제조되는 종래 내부식성 흄관의 강도 저하 문제와 균열 발생 문제를 해결함으로써 하수 내의 황화수소 등에 의해 부식되지 않아 생애주기비용이 저렴하면서도 일반 포틀랜드 시멘트 흄관 이상으로 강도가 우수하고 균열이 발생하지 않는 밀실한 조직의 내부식성 흄관 및 그것의 제조 방법에 관한 것이다. 각 흄관은 이웃하는 다른 흄관과 맞물릴 수 있는 구조의 말단을 갖는 원통 형상으로 형성된다. 다수 개의 흄관은 서로 이웃하는 것끼리 맞물려 연결되며, 최소한의 흄관을 사용하여 하수를 멀리 이송할 수 있도록 하기 위해 그 내부의 통로 방향이 지면 방향과 일치하도록 지하에 매설된다.
본 발명의 일 측면에 따른 내부식성 흄관 제조 방법에 사용되는 내부식성 콘크리트 조성물은 플라이애시 5~30 중량부, 고로슬래그 5~30 중량부, 실리카퓸 0.5~20 중량부, 잔골재 15~45 중량부, 굵은골재 15~45 중량부, 활성화제 0.5~4 중량부, 수축저감제 0.1~6 중량부, 감수제 0.1~5 중량부, 증점제 0.1~5 중량부, 소포제 0.1~3 중량부, 무기항균제 0~5 중량부, pH조정제 0.5~15 중량부, 물 5~10 중량부, 및 콘크리트 조성물의 전체 부피에 대해 0.1~1%의 부피를 갖는 섬유로 구성된다. 섬유는 다른 성분에 비해 그 중량이 매우 작아 중량부의 특정이 어렵기 때문에 그 함량을 내부식성 콘크리트 조성물의 전체 부피에 대한 부피비율로 나타내었다.
내부식성 콘크리트 조성물의 성분들 중에서 플라이애시, 고로슬래그, 실리카퓸, 활성화제, 수축저감제, 감수제, 증점제, 소포제, 무기항균제, 및 pH조정제는 내부식성 콘크리트 조성물의 생성을 위해 서로 화학적으로 반응하기 이전에는 분체 형태로 존재한다. 분체 타입의 플라이애시와 고로슬래그는 내부식성 콘크리트 조성물의 주요 성분인 다양한 크기의 골재들 사이사이에 스며들어 골재들을 결합시킴으로써 내부식성 콘크리트 조성물을 하나의 덩어리로 만들어 주는 결합제로서의 역할을 한다.
플라이애시(fly ash)는 분말도가 3000~7000cm2/g이고, 강열감량이 0~2%인 것이 바람직하다. 플라이애시의 분말도가 3000cm2/g 미만이면 입자가 굵어 활성화제와의 반응성이 떨어지고, 7000cm2/g를 초과하면 내부식성 콘크리트 조성물의 점성이 지나치게 커져서 워커빌리티가 나빠진다. 강열감량이 2%를 초과하면 물이 과도하게 요구되어 내부식성 콘크리트 조성물의 강도가 저하된다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 플라이애시의 함량은 5~30 중량부가 바람직하다. 플라이애시의 함량이 5 중량부 미만이면 내부식성 콘크리트 조성물을 구성하는 성분들이 혼합되는 과정에서 고로슬래그와 활성화제가 반응하여 내부식성 콘크리트 조성물이 전체적으로 너무 빠르게 굳어 내부식성 콘크리트 조성물을 구성하는 성분들이 고르게 배합되지 않고, 30 중량부를 초과하면 재령 28일 강도가 약해진다.
고로슬래그(blast furnace slag)는 내부식성 콘크리트 조성물의 초기강도가 낮은 점을 보완하기 위하여 내부식성 콘크리트 조성물에 혼합하여 사용하는데, 고로슬래그에 석고를 첨가하면 에트링자이트가 생성된다. 에트링자이트는 하수에서 발생되는 황산의 수소이온과 결합하여 분해되기 때문에, 그 내부에 하수가 흐르게 될 하수도관 용도의 내부식성 흄관의 제조에 사용되는 내부식성 콘크리트 조성물의 고로슬래그는 석고를 포함하지 않는다.
고로슬래그는 분말도가 5000~7000cm2/g이고, 강열감량이 0~2%인 것이 바람직하다. 고로슬래그의 분말도가 5000cm2/g 미만이면 입자가 굵어 활성화제와의 반응성이 떨어지는 문제가 있고, 7000cm2/g를 초과하면 내부식성 콘크리트 조성물의 점성이 지나치게 커져서 워커빌리티가 나빠진다. 강열감량이 2%를 초과하면 물이 과도하게 요구되어 내부식성 콘크리트 조성물의 강도가 저하된다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 고로슬래그의 함량은 5~30 중량부가 바람직하다. 고로슬래그의 함량이 5 중량부 미만이면 내부식성 콘크리트 조성물의 굳어지는 정도가 약하기 때문에 콘크리트 조성물의 강도가 낮아지고, 30 중량부를 초과하면 활성화제와의 반응이 지나치게 촉진되어 내부식성 콘크리트 조성물이 전체적으로 빠르게 굳기 때문에 내부식성 콘크리트 조성물의 유동성이 낮아져 워커빌리티가 나빠진다.
실리카퓸(silica fume)은 내부식성 콘크리트 조성물의 압축강도를 향상시키고 조직을 치밀화하여 압축강도 45MPa를 상회하는 고강도와 균열이 발생하지 않는 밀실한 조직을 갖는 내부식성 흄관의 제조를 가능하게 하는 역할을 한다. 실리카퓸은 비표면적이 크고 다른 성분에 비해 조기에 반응함에 따라 슬럼프 발현특성이 좋지 않을 뿐만 아니라 슬럼프 손실도 크다. 이러한 슬럼프 손실은 고성능 감수제와 병용 사용함으로써 해결이 가능하다. 활성화제가 물에 용해되기 시작하면 내부식성 콘크리트 조성물의 pH가 급격하게 상승하게 되어 감수제의 효과가 전혀 발현되지 않는다. 감수제의 효과가 발현되지 않으면 상술한 바와 같은 슬럼프 손실로 인해 워커빌리티가 나빠진다. 본 발명은 아래에 자세하게 설명된 바와 같이, 다른 성분에 비해 활성화제를 늦게 투입하여 혼합하는 공정을 통해 이러한 문제를 해결하였다.
실리카퓸은 그 입자 입경이 약 2μm이며, 이산화규소(SiO2)의 함량이 92~98%이고, 강열감량이 0~3%인 것이 바람직하다. 실리카퓸의 이산화규소 함량이 92% 미만이면 내부식성 콘크리트 조성물의 강도가 저하되고, 98%를 초과하면 내부식성 콘크리트 조성물의 제조단가가 높아져 경제성이 저하된다. 강열감량이 3%를 초과하면 물이 과도하게 요구되어 내부식성 콘크리트 조성물의 강도가 저하된다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 실리카퓸의 함량은 0.5~20 중량부가 바람직하다. 실리카퓸의 함량이 0.5 중량부 미만이면 내부식성 콘크리트 조성물의 강도 증진 효과가 미미하고, 실리카퓸은 고가의 재료로 20 중량부를 초과하면 내부식성 콘크리트 조성물의 제조단가가 높아져 경제성이 떨어진다.
잔골재와 굵은골재는 내부식성 콘크리트 조성물의 주요 성분으로 잔골재와 굵은골재를 적절한 비율로 혼합하면 공극이 거의 없는 치밀한 조직의 내부식성 콘크리트 조성물을 제조할 수 있어 내부식성 콘크리트 조성물의 강도를 높일 수 있다.
잔골재는 대한민국 국가표준 KS F 2502 "굵은골재 및 잔골재의 체가름 시험 방법"이 규정하는 5mm 체를 통과한 입도를 가지며 조립율이 2.5~3.2 이고 염분함유량이 0.01% 이하인 석회암인 것이 바람직하다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 잔골재의 함량은 15~45 중량부가 바람직하다. 잔골재의 함량이 15 중량부 미만이면 잔골재 대비 굵은골재의 상대적 양의 증가에 따라 내부식성 콘크리트 조성물의 유동성이 전체적으로 감소하여 워커빌리티가 저하되고, 45 중량부를 초과하면 내부식성 콘크리트 조성물의 점성이 증가함에 따라 물이 과도하게 요구되어 내부식성 콘크리트 조성물의 건조 과정에서 수축이 증가하여 내부식성 콘크리트 조성물에 균열이 발생할 수 있다.
굵은골재는 대한민국 국가표준 KS F 2502 "굵은골재 및 잔골재의 체가름 시험 방법"이 규정하는 25mm 체를 통과하고 5mm 체를 통과하지 못하는 입도를 가지며 조립율이 6~8이고 염분함유량이 0.01% 이하인 석회암인 것이 바람직하다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 잔골재의 함량은 15~45 중량부가 바람직하다. 굵은골재의 함량이 15 중량부 미만이면 내부식성 콘크리트 조성물의 점성이 증가함에 따라 물이 과도하게 요구되어 내부식성 콘크리트 조성물의 건조 과정에서 수축이 증가하여 내부식성 콘크리트 조성물에 균열이 발생할 수 있고, 45 중량부를 초과하면 굵은골재 대비 잔골재의 상대적 양의 감소에 따라 굵은골재 사이의 틈을 채워줄 잔골재가 부족하게 되어 내부식성 콘크리트 조성물의 공극이 증가하고, 그 결과 내부식성 콘크리트 조성물의 내구성이 감소하게 된다.
활성화제는 플라이애시, 고로슬래그 등과 반응하여 내부식성 콘크리트 조성물을 경화시키는 역할을 한다. 활성화제로는 알카리금속 계열의 분말화된 소듐실리케이트, 수산화나트륨, 및 수산화칼륨 중에서 어느 하나이거나 적어도 둘의 혼합물이 사용된다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 활성화제의 함량은 0.5~4 중량부가 바람직하다. 활성화제의 함량이 0.5 중량부 미만이면 내부식성 콘크리트 조성물이 충분하게 경화되지 않아 콘크리트의 강도가 저하되고, 4 중량부를 초과하면 내부식성 콘크리트 조성물의 경화반응이 지나치게 빠르게 진행되어 워커빌리티가 나빠지는 문제가 있을 뿐만 아니라 활성화제는 고가의 재료로 내부식성 콘크리트 조성물의 제조단가가 높아져 경제성이 떨어진다.
수축저감제는 비이온계 계면활성화제로서 내부식성 콘크리트 조성물의 모세관 내의 표면장력을 감소시켜 건조 수축을 방지하는 역할을 한다. 일반적으로 콘크리트 조성물의 수축 감소를 위해 수축저감제와 아윈계 팽창제를 동시에 사용하나 아윈계 팽창제는 황산에 의한 팽창을 일으키기 때문에 하수도관 용도의 내부식성 흄관의 재료인 내부식성 콘크리트 조성물에는 사용하지 않는다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 수축저감제의 함량은 0.1~6 중량부가 바람직하다. 수축저감제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 내부식성 콘크리트 조성물의 건조 과정에서 수축이 증가하여 내부식성 콘크리트 조성물에 균열이 발생할 수 있고, 수축저감제는 고가의 재료로 6 중량부를 초과하면 내부식성 콘크리트 조성물의 제조단가가 높아져 경제성이 떨어진다.
감수제는 내부식성 콘크리트 조성물의 분말 입자를 분산시켜 내부식성 콘크리트 조성물의 내구성과 워커빌리티를 개선하는 역할을 한다. 감수제로는 분말형태의 나프탈렌계, 유기산계, 멜라민계, 및 폴리크르본산계 중에서 어느 하나이거나 적어도 둘의 혼합물로 일반 감수제보다 분산 효과가 우수한 고성능 감수제가 적합하다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 감수제의 함량은 0.1~5 중량부가 바람직하다. 감수제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 감수효과가 거의 발현되지 않고, 5 중량부를 초과하면 비중이 다른 성분들간의 분리 현상이 발생한다.
증점제는 내부식성 콘크리트 조성물의 점도를 증가시키고 밀도가 다른 성분들, 즉 플라이애시, 고로슬래그, 골재, 섬유 등간의 분리를 방지하는 역할을 한다. 증점제로는 분말형태의 셀룰로오스계가 사용된다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 증점제의 함량은 0.1~5 중량부가 바람직하다. 증점제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 증점 효과가 거의 발현되지 않고, 5 중량부를 초과하면 내부식성 콘크리트 조성물의 점도가 지나치게 커져 교반 과정에서 과도하게 기포가 발생하여 워커빌리티가 저하된다.
소포제는 내부식성 콘크리트 조성물을 교반하는 과정에서 발생하는 조성물 내부의 기포를 제거하는 역할을 한다. 본 발명의 소포제로는 분말 형태의 에테르계가 사용된다. 본 발명의 내부식성 콘크리트 조성물의 결합제로 사용되는 플라이애시, 고로슬래그, 및 실리카퓸은 분말도가 높기 때문에 조성물 교반 과정에서 많은 기포가 발생하게 된다. 이러한 기포는 내부식성 콘크리트 조성물의 강도 저하와 내구성 저하의 요인으로 작용하기 때문에 제거되어야 한다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 소포제의 함량은 0.1~3 중량부가 바람직하다. 소포제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 내부식성 콘크리트 조성물 내부의 기포가 거의 제거되지 않고, 3 중량부를 초과하면 그 이하의 함량에 의해 기포가 대부분 제거된 상태이므로 소포제 함량 증가에 따른 기포 제거의 효과가 미미하다.
무기항균제는 내부식성 흄관이 상하수도관으로 사용될 경우에 그 표면에서 상하수의 세균이 증식되는 것을 방지하는 역할을 한다. 무기항균제로는 산화티탄이 널리 사용되나 하수시설에는 자외선을 통한 광촉매 작용이 불가능하여 효과가 없으므로, 본 발명의 무기항균제로는 알루미늄실리케이트(제올라이트), 칼슘인산염, 지르코늄인산염, 물유리(soluble glass), 실리카겔 등의 무기담지체에 은, 구리, 아연 등의 항균금속을 담지한 무기금속 항균제가 사용된다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 무기항균제의 함량은 0~5 중량부가 바람직하다. 무기항균제는 방균성을 요구하는 내부식성 콘트리트 조성물에 투입되나 무기항균제의 함량이 5 중량부를 초과하면 내부식성 콘크리트 조성물의 강도가 저하되는 문제가 있어 그 함량을 5 중량부 이하로 한다.
pH조정제는 경화된 내부식성 콘크리트 조성물 내부의 철근 부식을 방지하는 역할을 한다. pH조정제로는 1종 포틀랜드 시멘트가 사용된다. 1종 포틀랜드 시멘트는 물과 혼합하게 되면 수화물로 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 생성하는데, 수산화칼슘은 경화된 내부식성 콘크리트 조성물 내부의 pH를 상승시켜 13 이상으로 유지함으로써 내부식성 콘크리트 조성물 내의 철근에 부동태 피막을 형성하여 철근의 부식을 방지한다. 플라이애시와 고로슬래그는 pH가 11이하인 환경에서는 탄산화가 가속되는데, pH조정제는 이를 억제하는 역할도 한다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 pH조정제의 함량은 0.5~15 중량부가 바람직하다. pH조정제의 함량이 0.5 중량부 미만이면 내부식성 콘크리트 조성물 내부의 pH를 13 이상으로 유지하는 것이 어려워 철근이 부식되고, 15 중량부를 초과하면 하수의 황화수소에 의해 pH조정제가 부식되기 때문에 흄관의 내부식성이 저하된다.
물은 기름, 산, 염류, 유기물, 그 밖의 유해물을 포함하지 않는 것이 바람직하며 그 함량에 따라 전체 콘크리트 조성물의 워커빌리티와 강도를 조절하는 역할을 한다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 물의 함량은 5~10 중량부가 바람직하다. 물의 함량이 5 중량부 미만이면 내부식성 콘크리트 조성물의 수분 함량이 전체적으로 부족하여 워커빌리티가 나빠지고, 10 중량부를 초과하면 부식성 콘크리트 조성물을 양생하는 과정에서 균열이 발생할 뿐만 아니라 강도가 약화된다.
섬유는 내부식성 콘크리트 조성물의 증기양생 과정에서의 소성수축균열과 기건양생 과정에서의 건조수축균열을 방지하는 역할을 한다. 섬유로는 폴리비닐알콜, 셀룰로오스 등과 같은 친수성 섬유 중에서 굵기는 10~20μm 길이는 4~8 mm 이내의 것이 사용된다. 내부식성 콘크리트 조성물에서의 섬유의 부피율은 내부식성 콘크리트 조성물의 전체 부피에 대해 0.1~1%의 부피를 차지하는 것이 바람직하다. 섬유의 부피율이 0.1% 미만이면 상술한 바와 같은 균열을 방지하는 효과가 없고, 1%를 초과하면 내부식성 콘크리트 조성물 내에서 섬유가 뭉치는 현상이 발생하여 내부식성 콘크리트 조성물의 강도가 저하된다.
도 1은 본 발명에 따른 내부식성 흄관의 제조 방법의 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 내부식성 흄관은 다음과 같은 단계에 따라 제조될 수 있다. 철근조립 단계(11)에서는 원통 형상의 흄관의 골격 구조로 다수 개의 철근을 조립한다. 예를 들어, 고리 형상으로 말린 철근 다수 개를 세워서 동일한 간격으로 배치하고, 이와 같이 배치된 다수 개의 고리형 철근의 내측과 외측에 다수 개의 고리형 철근과 직교하도록 다수 개의 일자형 철근을 배치하는 방식으로 원통 형상의 흄관의 골격 구조로 다수 개의 철근을 조립할 수 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기된 방식 외에 다양한 방식으로 원통 형상의 흄관의 골격 구조로 다수 개의 철근을 조립할 수 있음을 알 수 있다.
철근코팅 단계(12)에서는 철근조립 단계(11)에서 조립된 철근의 표면을 무기계 또는 유기계 코팅제로 코팅한다. 철근은 pH가 약 11 이하인 환경에서 놓이게 되면 부식될 우려가 있다. 코팅제는 철근의 표면을 감싸서 철근의 부식을 방지하는 역할을 한다. 무기계 코팅제의 예로는 포트랜드시멘트 100 중량부에 대하여 라텍스 5~20 중량부와 아연분말 2~4 중량부를 혼합한 무기계 혼합물을 들 수 있다. 유기계 코팅제의 예로는 에폭시 계열의 코팅제를 들 수 있다. 유기계 코팅제로는 우레탄이나 아크릴수지 계열의 코팅제도 있으나 활성화제와 반응하여 철근 표면의 코팅이 벗겨질 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
내면처리 단계(21)에서는 흄관 형틀의 내면으로부터 본 발명에 따른 내부식성 콘크리트 조성물이 용이하게 분리될 수 있도록 두 개의 반원통 형상의 분할형틀 각각의 내면 전체에 80도 이상의 열에 의해 녹는 열수용성 폴리비닐알콜(PVA : Poly Vinyl Alcohol) 시트를 부착한다. 본 발명에서는 흄관 외관 형상의 정밀도 향상을 위해 철 등과 같은 금속제의 형틀이 사용된다. 본 발명의 내부식성 콘크리트 조성물은 금속제 형틀에 강하게 부착되는 성질을 갖고 있기 때문에 형틀의 재사용을 위해 상술한 바와 같이 분할형틀의 내면이 처리될 수 있다. 콘크리트 내부식성 조성물의 한 성분으로 사용될 수 있는 폴리비닐알콜 섬유는 약 220도에서 녹지만 열수용성 폴리비닐알콜 시트는 약 80도 이상에서 녹는다.
형틀조립 단계(22)에서는 내면처리 단계(21)에서 내면 처리된 두 개의 분할형틀을 볼트 등을 이용하여 결합시킴으로써 흄관 형틀을 조립한다. 흄관은 통상적으로 그 표면이 평탄한 형상보다는 그 단부 등이 돌출된 형태로 제작되기 때문에 흄관이 형틀로부터 용이하게 분리될 수 있도록 하기 위해서 흄관 형틀은 그 내부가 흄관의 외관 형상으로 음각화되어 있는 금속제 원통관을 그 횡단면의 지름을 경계로 하여 그 길이방향으로 분할한 형태로 제작된다. 이러한 방식으로 제작된 두 개의 반원통 형상의 분할형틀이 조립된 상태에서 그 내부에 콘크리트 조성물이 타설되고, 그 후 양생 과정 등을 거쳐 흄관이 완성되면 흄관 형틀을 다시 두 개의 분할형틀로 분해함으로써 흄관 형틀로부터 그 내용물에 해당하는 흄관이 용이하게 분리될 수 있다.
철근배치 단계(31)에서는 형틀조립 단계(22)에서 조립된 흄관 형틀 내부에 철근코팅 단계(12)에서 코팅된 철근을 배치한다. 회전시작 단계(32)에서는 흄관 형틀을 회전시키기 위한 장치를 시동함으로써 철근배치 단계(31)에서 그 내부에 철근이 배치된 흄관 형틀을 회전시키기 시작한다. 흄관 형틀을 회전시키기 위한 장치는 흄관 형틀의 외면에 압착되어 회전되는 복수 개의 타이어, 및 복수 개의 타이어를 회전시키기 위한 모터 등으로 구성될 수 있다.
혼합물투입 단계(41)에서는 플라이애시, 고로슬래그, 실리카퓸, 잔골재, 굵은골재, 수축저감제, 감수제, 증점제, 소포제, 무기항균제, pH조정제, 물, 및 섬유로 이루어진 혼합물을 믹서에 투입한다. 무기항균제는 방균성 여부에 따라 투입되지 않을 수도 있다. 일차교반 단계(42)에서는 혼합물투입 단계(41)에서 믹서에 투입된 혼합물을 교반한다. 활성화제추가 단계(43)에서는 믹서에 활성화제를 투입함으로써 일차교반 단계(42)에서 교반된 혼합물에 활성화제를 추가한다. 이차교반 단계(44)에서는 활성화제추가 단계(43)에서 활성화제가 추가된 혼합물, 즉 플라이애시, 고로슬래그, 실리카퓸, 잔골재, 굵은골재, 활성화제, 수축저감제, 감수제, 증점제, 소포제, 무기항균제, pH조정제, 물, 및 섬유로 이루어진 혼합물을 재교반함으로써 내부식성 콘크리트 조성물을 생성한다. 믹서 내부의 혼합물은 모터 등에 의해 회전하는 프로펠러 등에 의해 자동으로 교반될 수도 있고, 작업자에 의해 수동으로 교반될 수도 있다.
활성화제는 플라이애시, 고로슬래그와 반응하여 급격히 경화될 수 있기 때문에 플라이애시, 고로슬래그, 실리카퓸, 잔골재, 굵은골재, 수축저감제, 감수제, 증점제, 소포제, 무기항균제, pH조정제, 물, 및 섬유의 혼합물이 교반되지 않은 상태에서 활성화제가 함께 투입되면, 내부식성 콘크리트 조성물의 균질화가 어려울 수 있다. 상술한 바와 같이, 활성화제는 물에 용해되면 믹서 내부의 혼합물의 pH가 급격하게 상승하게 되어 감수제의 효과가 전혀 발현되지 않는다. 감수제의 효과가 발현되지 않으면 워커빌리티가 저하되어 본 발명에 따른 흄관의 품질도 저하된다.
본 발명에서는 활성화제를 제외한 모든 성분들이 일차교반 단계(42)에서의 교반에 의해 균질화된 후에 활성화제를 추가하여 이차교반 단계(44)에서 재교반함으로써 각 성분이 다른 성분과 충분하게 화학적 반응을 할 수 있도록 하여 실리카퓸에 의한 슬럼프 저하를 방지할 수 있음과 동시에 활성화제에 의한 워커빌리티 저하를 방지할 수 있다.
조성물타설 단계(51)에서는 회전시작 단계(32)에서 회전되기 시작한 흄관 형틀 내부에 이차교반 단계(44)에서의 재교반에 의해 생성된 내부식성 콘크리트 조성물을 타설한다. 회전유지 단계(52)에서는 조성물타설 단계(51)에서 그 내부에 내부식성 콘크리트 조성물이 타설된 흄관 형틀을 3000 rpm/min 이상의 속도로 10~20분 동안 회전시킨다. 회전정지 단계(53)에서는 흄관 형틀을 회전시키기 위한 장치의 구동을 정지시킴으로써 흄관 형틀의 회전을 정지시킨다.
증기양생 단계(54)에서는 회전정지 단계(53)에서 회전이 정지된 흄관 형틀 내부에 위치한 콘크리트 조성물을 60~70℃의 증기 속에서 5~7시간 동안 양생함으로써 흄관 형틀로부터 콘크리트 조성물이 막 분리되었을 때의 건조 수축으로 인한 균열 발생을 방지하고 일정한 초기 강도를 발현할 수 있도록 한다. 플라이애시는 25℃ 이하에서 활성화제와 반응시 불규칙적인 강도를 발현하는 반면, 60℃ 이상에서는 일정한 강도를 발현하는 특징이 갖고 있다. 고로슬래그는 약 25℃의 상온에서 활성화제와 반응시 상호간의 반응성이 지나치게 커서 슬럼프가 급격하게 저하되며, 이것으로 인해 콘크리트 조성물 내부의 공극이 커져 초기 건조 수축으로 인한 균열이 발생할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 이러한 초기 건조 수축으로 인한 균열 발생을 방지하기 위해서 형틀을 탈형하지 않은 상태에서 흄관 형틀 내부에 위치한 콘크리트 조성물을 60~70℃의 증기 속에서 양생한다.
형틀분리 단계(55)에서는 흄관 형틀을 두 개의 분할형틀로 분해함으로써 흄관 형틀로부터 증기양생 단계(54)에서 증기에 의해 양생된 콘크리트 조성물을 분리해낸다. 형틀조립 단계(22)에서 흄관 형틀의 조립에 사용된 볼트 결합 등을 해체함으로써 흄관 형틀은 분해될 수 있다. 기건양생 단계(56)에서는 형틀분리 단계(55)에서 흄관 형틀로부터 분리된 콘크리트 성형물을 20~25℃의 기건 상태에서 양생한다. 본 발명에 따르면, 콘크리트 성형물의 표면에는 열수용성 폴리비닐알콜 시트가 부착되어 있기 때문에 콘크리트 성형물의 표면으로부터의 수분 증발로 인한 건조 수축이 방지될 수 있다.
표면제거 단계(56)에서는 기건양생 단계(56)에서의 콘크리트 성형물에 대한 기건양생 후에 80도 이상의 열수로 콘크리트 성형물 표면에 부착된 열수용성 폴리비닐알콜 시트를 녹임으로써 콘크리트 성형물 표면에 부착된 열수용성 폴리비닐알콜 시트를 제거한다. 표면제거 단계(56)에서의 열수용성 폴리비닐알콜 시트 제거가 완료되면, 본 발명에 따른 내부식성 흄관이 완성되게 된다.
본 발명에 따른 내부식성 흄관 및 그것의 제조 방법은 하기의 실시예 및 비교예들에 의하여 보다 구체적으로 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 예에 지나지 않으며 본 발명의 보호범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명에 따른 내부식성 흄관을 제조하기 위한 내부식성 콘크리트 조성물의 실시예와 비교예들은 다음 표 1과 같은 비율로 배합되었다.
| 단위 | 구분 | 실시예 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 분체(중량부) |
포틀랜드시멘트 | - | 19.8 | - | - |
| 플라이애시 | 7.7 | - | 8.4 | 8.1 | |
| 고로슬래그 | 7.7 | - | 8.4 | 8.1 | |
| 실리카퓸 | 2.0 | - | - | 2.2 | |
| 잔골재 | 39.5 | 33.5 | 39.2 | 38.9 | |
| 굵은골재 | 33.4 | 39.1 | 33.2 | 32.9 | |
| 활성화제 | 1.2 | - | 1.4 | 1.3 | |
| 수축저감제 | 1.0 | - | 1.0 | - | |
| 고성능감수제 | 0.6 | 0.2 | 0.8 | 0.6 | |
| 증점제 | 0.6 | - | 0.8 | - | |
| 소포제 | 0.8 | - | 0.9 | - | |
| pH조정제 | 0.7 | - | 0.7 | 0.7 | |
| 액상(중량부) | 물 | 5.5 | 7.4 | 5.9 | 5.7 |
| 섬유(부피율) | 폴리비닐알콜 | 0.5 | - | 0.5 | 0.5 |
<실시예>
표 1에 기재된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 플라이애시 7.7 중량부, 고로슬래그 7.7 중량부, 실리카퓸 2.0 중량부, 잔골재 39.5 중량부, 굵은골재 33.4 중량부, 활성화제 1.2 중량부, 수축저감제 1.0 중량부, 고능성감수제 0.6 중량부, 증점제 0.6 중량부, 소포제 0.8 중량부, pH조정제 0.7 중량부, 물 5.5 중량부 및 콘크리트 조성물의 전체 부피에 대해 0.5%의 부피를 갖는 섬유를 혼합하여 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
표 1에서와 같이, 본 발명의 실시예의 비교예 1에서는 포틀랜드시멘트 19.8 중량부, 잔골재 33.5 중량부, 굵은골재 39.1 중량부, 고성능감수제 0.2 중량부, 및 물 7.4 중량부를 혼합하여 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
표 1에서와 같이, 본 발명의 실시예의 비교예 2에서는 플라이애쉬 8.4 중량부, 고로슬래그 8.4 중량부, 잔골재 39.2 중량부, 굵은 골재 33.2 중량부, 활성화제 1.4 중량부, 수축저감제 1.0 중량부, 고능성감수제 0.8 중량부, 증점제 0.8 중량부, 소포제 0.9 중량부, pH조정제 0.7 중량부, 물 5.9 중량부 및 콘크리트 조성물의 전체 부피에 대해 0.5%의 부피를 갖는 섬유를 혼합하여 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<비교예 3>
표 1에서와 같이, 본 발명의 실시예의 비교예 3에서는 플라이애쉬 8.1 중량부, 고로슬래그 8.1 중량부, 실리카퓸 2.2 중량부, 잔골재 38.9 중량부, 굵은 골재 32.9 중량부, 활성화제 1.3 중량부, 고능성감수제 0.6 중량부, pH조정제 0.7 중량부, 물 5.7 중량부 및 콘크리트 조성물의 전체 부피에 대해 0.5%의 부피를 갖는 섬유를 혼합하여 콘크리트 조성물을 제조하였다.
본 발명의 실시예와 비교예 1~3 각각의 콘크리트 조성물의 성능을 테스트하기 위해 본 발명에 따른 내부식성 흄관 제조 방법에 따라 본 발명의 실시예와 비교예 1~3 각각의 시편과 공시체를 제조하였다. 콘크리트 분야에서 시편은 일반적으로 육각형으로 제작되고 공시체는 원기둥 형태로 제작된다.
<시험예 1>
내황산 능력을 검사하기 위해서 본 발명의 실시예와 비교예 1의 콘크리트 조성물로 제조된 공시체를 본 발명에 따른 내부식성 흄관을 제조하는 방법에 따라 동일한 조건으로 양생하였다. 이와 같이 동일한 조건으로 양생한 각 공시체를 황산 10%의 용액에 침지한 다음, 28일 후에 각 공시체를 꺼내서 부식된 정도를 육안으로 확인하였다. 도 2의 우측은 본 발명의 실시예의 공시체에 대한 내황산 능력의 시험 결과 사진이고, 좌측은 비교예 1의 공시체에 대한 내황산 능력의 시험 결과 사진이다. 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예의 공시체는 황산에 의한 부식이 전혀 발생되지 않은 반면, 비교예 1의 공시체는 황산에 의해 공시체가 부식되어 흰색을 띠는 것을 확인할 수 있다. 이것으로부터 본 발명의 실시예는 종래의 시멘트 콘크리트 소재의 흄관과 달리 하수 내의 황화수소에 의해 부식되지 않아 생애주기비용이 저렴한 내부식성 흄관을 제공할 수 있음을 알 수 있다.
<시험예 2>
어독성을 검사하기 위해서 본 발명의 실시예와 비교예 1의 콘크리트 조성물로 제조된 시편을 본 발명에 따른 내부식성 흄관을 제조하는 방법에 따라 동일한 조건으로 양생하였다. 이와 같이 동일한 조건으로 양생한 각 시편을 도 3과 같이 각각의 태그가 붙은 수조에 넣었다. 도 3을 참조하면, "Plain" 태그가 붙은 수조에는 아무런 시편도 넣지 않았고, "1-CM" 태그가 붙은 수조에는 비교예 1의 시편을 넣었고, "2-GM" 태그가 붙은 수조와 "3-GM-F" 태그가 붙은 수조에는 본 발명의 실시예의 시편을 넣었다. 본 시험의 신뢰성을 높이기 위해 본 발명의 실시예의 시편을 넣은 수조를 2 개로 하여 본 시험을 실시하였다. 이와 같이, 각 수조에 시편을 넣은 후에 각 수조에 10 마리의 공시어를 넣어 132시간 동안 12시간 간격으로 각 수조에 생존한 공시어의 수를 측정하였다. 그 시험 결과는 아래의 표 2에 기재되어 있다.
| 경과 시간 | Plain 수조 | 1-CM 수조 | 2-GM 수조 | 3-GM-F 수조 |
| 0 시간 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 12 시간 | 10 | 6 | 10 | 10 |
| 24 시간 | 10 | 3 | 10 | 10 |
| 36 시간 | 10 | 0 | 10 | 10 |
| 48 시간 | 10 | 0 | 10 | 10 |
| 60 시간 | 10 | 0 | 10 | 10 |
| 72 시간 | 10 | 0 | 9 | 10 |
| 84 시간 | 10 | 0 | 9 | 10 |
| 96 시간 | 9 | 0 | 9 | 10 |
| 108 시간 | 9 | 0 | 9 | 10 |
| 120 시간 | 9 | 0 | 9 | 10 |
| 132 시간 | 9 | 0 | 9 | 10 |
표 2를 참고하면, 아무런 시편도 담기지 않은 수조("Plain")와 본 발명의 실시예의 시편이 담긴 수조("2-GM", "3-GM-F")에서는 포틀랜드 시멘트의 수화반응이 없어 공시어가 90%이상 생존한 반면, 비교예 1의 시편이 담긴 수조("1-CM")에서는 포틀랜드 시멘트의 수화반응으로 수산화칼슘이 수조 내로 용출되어 공시어가 36시간만에 모두 죽었음을 확인할 수 있다.
<시험예 3>
대한민국 국가표준 KS F 2405 "콘크리트의 압축강도 시험방법"에 따라 본 발명의 실시예와 비교예 1~3 각각의 공시체에 대한 압축강도 시험을 다음과 같이 실시하였다. 본 발명의 실시예와 비교예 1~3 각각의 콘크리트 조성물로 제조된 공시체를 본 발명에 따른 내부식성 흄관 제조 방법과 동일한 조건으로 양생하고, 각각 두 개의 분류로 나누어서 하나는 28일간 추가적으로 기건 양생하고, 다른 하나는 황산 10%의 용액에 28일간 침지한 후에 KS B 5533의 압축 시험기로 각 공시체의 압축강도를 시험하였다. KS 규격에서 압축강도의 성능 기준은 45 MPa 이상으로 한다. 그 시험 결과는 아래의 표 2에 기재되어 있다.
<시험예 4>
본 발명의 실시예와 비교예 1~3 각각의 공시체에 대한 외압강도 시험을 다음과 같이 실시하였다. 본 발명의 실시예와 비교예 1~3 각각의 콘크리트 조성물로 제조된 공시체를 본 발명에 따른 내부식성 흄관 제조 방법과 동일한 조건으로 양생하였다. 양생이 완료된 각 공시체를 견고한 대 위에 수평으로 놓은 상태에서 위아래에 두께 20 mm의 양질 고무판과 두께 150 mm의 각목을 대고, 공시체에 하중을 가하였다. KS 규격에서 외압강도의 성능 기준은 80 KN/m 이상으로 한다. 그 시험 결과는 아래의 표 2에 기재되어 있다.
| 항목 | KS 기준값 | 실시예 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | |
| 압축강도 (㎫) |
기건 양생 (28일) |
45 | 48.5 | 47.3 | 42.2 | 49.7 |
| 압축강도 (㎫) |
황산 침지 (28일) |
45 | 47.5 | 15.2 | 40.2 | 48.3 |
| 외압강도(KN/m) | 80 | 88 | 84 | 81 | 83 | |
표 3을 참고하면, 시험예 3~4에 따라 실시된 본 발명의 실시예와 비교예들 각각의 공시체의 외압강도는 모두 KS 기준값인 80 KN/m을 넘는 값이 측정되었다. 본 발명의 실시예의 외압강도가 비교예들에 비해 우수함을 확인할 수 있다. 기건양생 28일 후 압축강도 시험에 대해서는 본 발명의 실시예의 공시체와 비교예 1, 비교예 3의 공시체는 KS 기준값인 45 MPa이 넘는 압축강도가 측정되었지만, 비교예 2의 공시체는 42.2 MPa로 KS 기준값보다 낮은 압축강도가 측정되었다. 황산에 침지하고 28일 후 압축강도 시험에 대해서는 본 발명의 실시예의 공시체와 비교예 3의 공시체는 KS 기준값인 45 MPa이 넘는 압축강도가 측정되었지만, 비교예 1의 공시체와 비교예 2의 공시체는 15.2 MPa 과 40.2 MPa로 KS 기준값보다 낮은 압축강도가 측정되었다. 특히, 포틀랜드시멘트를 결합제로 사용한 비교예 1의 공시체는 황산에 침지하고 28일 후의 압축강도가 현저하게 낮아졌음을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 시험 결과로부터, 본 발명은 플라이애시, 고로슬래그, 실리카퓸, 잔골재, 굵은골재, 활성화제, 감수제, 물, 및 섬유를 포함하는 내부식성 콘크리트 조성물을 흄관 형틀 내부에 타설하고 흄관 형틀을 회전시켜 내부식성 흄관을 제조함으로써 하수 내의 황화수소 등에 의해 부식되지 않아 생애주기비용이 저렴하면서도 일반 포틀랜드 시멘트 흄관 이상으로 강도가 우수하고 균열이 발생하지 않는 밀실한 조직의 내부식성 흄관을 제공할 수 있음을 알 수 있다. 그 결과, 플라이애시와 고로슬래그를 주재료로 하여 활성화제를 경화제로 사용하는 내부식성 콘크리트 조성물로 제조되는 종래 내부식성 흄관의 강도 저하 문제와 균열 발생 문제를 해결할 수 있다.
특히, 내부식성 흄관의 제조에 사용되는 내부식성 콘크리트 조성물은 플라이애시 5~30 중량부, 고로슬래그 5~30 중량부, 실리카퓸 0.5~20 중량부, 잔골재 15~45 중량부, 굵은골재 15~45 중량부, 활성화제 0.5~4 중량부, 수축저감제 0.1~6 중량부, 감수제 0.1~5 중량부, 증점제 0.1~5 중량부, 소포제 0.1~3 중량부, 무기항균제 0~5 중량부, pH조정제 0.5~15 중량부, 물 5~10 중량부 및 콘크리트 조성물의 전체 부피에 대해 0.1~1%의 부피를 갖는 섬유의 조성비를 통해 내부식성 흄관의 강도 향상 효과와 균열 방지 효과를 극대화할 수 있다.
이 뿐만 아니라, 이러한 내부식성 콘크리트 조성물의 조성비를 통해 내부식성 흄관의 제조 과정에서 발생되는 건조 수축을 방지할 수 있고 밀도가 다른 성분들간의 분리를 방지할 수 있고 조성물 내부의 기포를 제거하여 내부식성 흄관의 강도를 보다 더 향상시킬 수 있고 내부식성 흄관의 균열을 보다 더 확실하게 방지할 수 있으면서도 방균성을 제공할 수 있고, 내부식성 콘크리트 조성물 내의 철근에 부동태 피막을 형성하여 철근의 부식을 방지할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예, 비교예, 및 시험예를 살펴보았다. 본 발명의 실시예, 비교예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명하였으나 이는 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니며 단지 본 발명을 입증하기 위한 것이다. 따라서 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (7)
- 내부식성 흄관의 제조 방법에 있어서,
흄관 형틀 내부에 원통 형상의 흄관의 골격 구조로 조립된 철근을 배치하는 단계;
플라이애시 5~30 중량부, 고로슬래그 5~30 중량부, 실리카퓸 0.5~20 중량부, 잔골재 15~45 중량부, 굵은골재 15~45 중량부, 감수제 0.1~5 중량부, 물 5~10 중량부, 및 섬유를 포함하는 혼합물을 교반하는 단계;
상기 교반에 의해 균질화된 혼합물에 알카리금속 계열의 분말화된 소듐실리케이트, 수산화나트륨, 및 수산화칼륨 중에서 어느 하나이거나 적어도 둘의 혼합물인 활성화제 0.5~4 중량부를 추가하는 단계;
상기 활성화제가 추가된 혼합물을 재교반함으로써 내부식성 콘크리트 조성물을 생성하는 단계;
상기 철근이 배치된 흄관 형틀 내부에 상기 내부식성 콘크리트 조성물을 타설하는 단계;
상기 내부식성 콘크리트 조성물이 타설된 흄관 형틀을 일정시간 동안 회전시키는 단계;
상기 흄관 형틀의 회전을 정지시키는 단계;
상기 회전이 정지된 흄관 형틀 내부에 위치한 내부식성 콘크리트 조성물을 증기 속에서 양생하는 단계;
상기 증기에 의해 양생된 내부식성 콘크리트 조성물을 상기 흄관 형틀로부터 분리해내는 단계; 및
상기 흄관 형틀로부터 분리된 내부식성 콘크리트 조성물을 기건 상태에서 양생하는 단계를 포함하고,
상기 내부식성 콘크리트 조성물은 플라이애시 5~30 중량부, 고로슬래그 5~30 중량부, 실리카퓸 0.5~20 중량부, 잔골재 15~45 중량부, 굵은골재 15~45 중량부, 활성화제 0.5~4 중량부, 감수제 0.1~5 중량부, 물 5~10 중량부, 및 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부식성 흄관의 제조 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 내부식성 콘크리트 조성물은 수축저감제 0.1~6 중량부, 증점제 0.1~5 중량부, 소포제 0.1~3 중량부, 및 무기항균제 0~5 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내부식성 흄관의 제조 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 내부식성 콘크리트 조성물은 1종의 포틀랜드 시멘트인 pH조정제 0.5~15 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내부식성 흄관의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 섬유는 상기 내부식성 콘크리트 조성물의 전체 부피에 대해 0.1~1%의 부피를 갖는 것을 특징으로 하는 내부식성 흄관의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 증기양생 단계에서는 상기 회전이 정지된 흄관 형틀 내부에 위치한 내부식성 콘크리트 조성물을 60~70℃의 증기 속에서 5~7시간 동안 양생하는 것을 특징으로 하는 내부식성 흄관의 제조 방법. - 제 1 항의 내부식성 흄관의 제조 방법에 의해 제조되는 내부식성 흄관.
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