KR102135136B1 - 폐난연스티로폼 소재 재생골재를 이용한 경량블록 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐난연스티로폼을 재활용한 재생골재, 시멘트, 플라이애쉬, 첨가제, 물을 포함하는 조성물에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 폐난연스티로폼 소재 재생골재를 이용한 경량블록에 관한 것이다.

Description

폐난연스티로폼 소재 재생골재를 이용한 경량블록{The light weight block using the waste flame retardant styrofoam material recycled aggregate}

본 발명은 폐난연스티로폼 잉고트를 재생골재로 이용한 경량블록에 관한 것이다.

콘크리트 구조물의 대형화, 고층화에 따른 구조물의 자중감소 요구가 증대됨에 따라 콘크리트 구조물의 건설자재로써 경량블록이 많이 쓰이고 있다.

한편 폐난연스티로폼은 난연제로서 흑연을 함유하고 있어 이를 재생골재로 제조하여 경량블록을 위한 일 조성으로서 첨가하는 경우 경량블록으로서 충분한 강도가 확보되지 않는 문제가 있다.

일본공개공보 1993-194057호

따라서 본 발명에서는 상기의 문제점을 해결하고자 폐난연스티로폼을 소재로 한 재생골재가 혼합되어도 기존 경량블록대비 강도가 향상되는 등 물성을 향상시킨 경량블록을 제공하고자 함이다.

본 발명의 폐난연스티로폼 소재 재생골재를 이용한 경량블록(이하 "본 발명의 경량블록"이라함)은, 폐난연스티로폼을 재활용한 재생골재, 시멘트, 플라이애쉬, 첨가제, 물을 포함하는 조성물에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 재생골재는 공극률이 25 내지 40%인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 재생골재는 폐난연스티로폼을 분쇄하여 형성되는 분말에 트리에틸아민을 첨가하여 제조되는 잉고트를 분쇄하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 첨가제에는 조강제가 포함되되, 조강제의 첨가는 조강제가 포함된 용액에 상기 재생골재를 함침시킨후 건조시켜 상기 재생골재의 공극에 조강제가 담지되도록 한 상태로 첨가되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 조강제가 포함된 용액에는 알긴산나트륨, 탄산염, 멜라닌이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 경량블록은 흑연 성분이 포함되어 특수 폐기물에 해당되는 폐난연스티로폼을 재생골재로 재활용함으로써 부존자원을 절약하고 환경파괴를 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 경량블록은 재생골재의 공극에 의해 단열성 및 방음성이 우수하고, 기존 경량블록과 대비 압축강도가 우수하며, 내구성이 향상된 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 경량블록이 제조되는 예를 도시한 사진이고,
도 2는 본 발명의 경량블록의 예를 도시한 사진이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 경량블록은, 폐난연스티로폼을 재활용한 재생골재, 시멘트, 플라이애쉬, 첨가제, 물을 포함하는 조성물에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 흑연성분이 포함되어 있어서 재활용이 거의 되지 않기 때문에 특수폐기물로 처리되고 있는 난연스티로폼 폐기물을 활용한다. 이런 폐난연스티로폼을 사용하여 경량블록을 생산하되, 플라이애쉬 등의 첨가로 이하에서 설명하는 바와 같이 기존의 경량블록에 비해 압축강도가 우수하고, 균열에 대한 저항성이 우수한 경량블록이 제조되는 것이다.

난연스티로폼 폐기물을 활용하여 본 발명의 경량블록을 제조하는 과정을 도 1를 참조하여 설명하면 하기와 같다.

도 1에서 보는 바와 같이 우선 경량블록을 생산하기 위해서는 폐난연스티로폼을 수거하는 단계(S1), 수거된 폐난연스티로폼을 감용기를 사용하여 잉고트를 생산하고 파쇄기로 파쇄하여 재생골재를 제조하는 단계(S2), 제조된 재생골재와 상기에서 언급한 타 조성을 배합하여 경량블록을 제조하는 단계(S3)를 거치게 된다.

상세하게 살펴보면, 폐난연스티로폼을 수거하는 단계(S1)에서는 70%정도 재활용되고 있는 일반스티로폼에 비해서 흑연성분이 포함되어 있어 재활용이 되지 않는 폐난연스티로폼을 수거한다. 그동안 매립에 의해 처리되던 폐기물을 재활용하기 때문에 생산단가를 절감할 수 있고, 환경오염 문제도 해결할 수 있게 되는 것이다.

수거된 폐난연스티로폼을 감용기에 넣어 잉고트를 생산하고 파쇄기로 파쇄하여 재생골재를 제조하는 단계(S2)에는 우선 수거된 폐난연스티로폼을 분쇄하여 분말로 만드는 단계(S2-1)를 거치게 되는데 폐난연스티로폼을 재생골재로 활용하기 위해 잘게 부숴서 분말로 만드는 것이다.

그 다음으로 잉고트를 생산하는 단계(S2-2)를 갖는데, 분말 형태의 폐난연스티로폼을 감용기에 넣어 140~190℃의 온도에서 용융한 후에 압출하여 공극률이 25~40%를 형성하는 잉고트를 생산하게 되는 것이다.

그 다음으로 생산된 잉고트는 재생골재로 활용하기 위해 파쇄기로 파쇄하는 단계(S2-3)를 거친다. 이때, 파쇄된 잉고트는 0.05~5mm 크기의 직경을 가지는 타원형이 바람직하다.

재생골재인 파쇄된 잉고트의 직경이 5mm를 초과하면 배합시 블록 제조는 건식 제조법으로 시멘트와 혼합시에 골재가 한쪽으로 치우쳐져서 균열이 발생하고 강도가 일정하지가 않은 문제점이 있어 잉고트의 직경을 0.05~5mm 사이로 유지하는 것이 바람직하다.

이렇게 제조되는 재생골재는 상기에서 언급한 바와 같이 공극률이 25~40%를 형성하여 이러한 재생골재가 혼입된 블록에 의한 구조물은 단열성 및 방음성을 가지게 되는 것이다.

위와 같은 비율로 재생골재를 형성할 경우에 그 비중은 0.5~1.2 이다.

한편 상기에서 언급한 바와 같이 폐난연스티로폼에는 흑연성분이 다수 포함되고 있는데 이러한 흑연성분은 특히 잉고트를 생산하는 단계(S2-2) 즉 분말형태의 폐난연스티로폼을 감용기에서 넣어 140~190℃의 온도에서 용융한 후에 압출하는데 흑연성분들은 상호간 응집력이 강해 제조되는 잉고트에 흑연이 불균일하게 분산되어 응집된 부분이 형성될 수 있는데 이렇게 흑연이 응집된 부분에 의해 강도저하가 유발되는 문제가 있다.

이에 본 발명에서는 잉고트를 생산하는 단계(S2-2)에서 폐난연스티로폼을 분쇄하여 형성되는 분말에 트리에틸아민(TRIETHYLAMINE)을 첨가하여 잉고트가 제조되도록 하는 실시 예를 제시하고 있다. 즉 분말 형태의 폐난연스티로폼과 트리에틸아민을 감용기에 넣어 140~190℃의 온도에서 용융한 후에 압출하여 공극률이 25~40%를 형성하는 잉고트를 생산하게 되는 것이다. 바람직하게는 분말 형태의 폐난연스티로폼 100중량부에 대해 트리에틸아민 0.5 내지 1.5중량부가 혼합되도록 하는 것이 타당하다.

이와 같이 잉고트를 제조함에 있어 분말 형태의 폐난연스티로폼에 트리에틸아민이 첨가되도록 하여 용융유체에 흑연 입자가 균일하게 분산이 되도록 하는 것이다. 즉 트리에틸아민에 의해 흑연입자간 응집력을 제어하여 제조되는 잉고트에 흑연이 균일하게 분산이 되도록 하는 것이며 이러한 균일한 분산에 의해 강도가 향상되도록 하는 것이다.

제조된 재생골재와 상기에서 언급한 타 조성을 배합하여 경량블록을 제조하는 단계(S3)에는 바람직하게 콘크리트 혼합물을 1㎥를 기준으로 한 단위체적비를 기준으로 하여 재생골재 80~90%, 시멘트 7~10%, 물 8~12%, 첨가제 0.1~0.5%, 및 플라이애쉬 0.5~1.5%로 각각 배합토록 하는 것이 타당하다.

상기 플라이애쉬는 혼합물의 유동성향상, 수화발열량 저감으로 균열방지 및 시멘트의 부착력을 향상시키고 장기강도 및 내구성을 증대시키기 위한 것이다.

콘크리트 혼합물에서 물의 비율이 상대적으로 높으면 작업성은 좋아지지만 강도가 약해지는 문제가 발생하고, 물의 비율을 너무 낮추면 강도는 높아지지만 작업성이 현저히 떨어지게 문제가 발생된다. 따라서 적당량의 플라이애쉬를 사용하면 물의 비율을 높이지 않고도 작업성을 유지할 수 있고, 물의 비율이 높지 않기 때문에 기존 경량블록보다 강도를 높일 수 있다.

상기 첨가제에는 조강제가 포함될 수 있다. 조강제가 첨가됨에 의해 조기 경화가 이루어지도록 하는 것이다.

그런데 이러한 조강제의 첨가에 있어 특히 분말형 조강제의 경우에는 타 조성과의 균일한 분산이 이루어지지 않아 균일한 물성발현이 용이하지 않은 문제가 있다.

이에 본 발명에서는 상기 조성물에 있어 조강제의 첨가는 조강제가 포함된 용액에 상기 재생골재를 함침시킨후 건조시켜 상기 재생골재의 공극에 조강제가 담지되도록 한 상태로 첨가되는 예를 제시한다.

다공성 재생골재를 조강제가 포함된 용액에 함침시킨 후 건조시켜 재생골재의 공극에 조강제가 담지 되도록 함으로써 조기경화가 이루어지도록 하는 것이다.

본 실시 예에서는 상기에서 언급한 바와 같이 재생골재를 조강제가 포함된 용액에 함침시킨 후 건조시켜 재생골재의 공극에 조강제가 담지되도록 하는 것인데 상기 조강제를 다공성 재생골재에 담지하는 방법의 경우도 다양한 공지기술이 존재하는데 예로 조강제가 포함되는 용액을 다공성 재생골재에 분사 또는 투입하고 일정시간 상온에서 건조시켜 재생골재의 공극에 조강제 성분이 담지되도록 할 수 있는 것이다.

여기서 조강제를 포함하는 용액에 있어 용매는 에테르계 용매, 알콜 에테르계 용매, 다가 알코올계 용매, 케톤계 용매, 아미드계 용매, 술폰계 용매, 니트릴계 용매 등 다양한 유기용매가 적용될 수 있다.

이와 같이 본 실시 예는 조강제가 재생골재에 담지된 상태로 혼합됨으로써 균일한 분산이 이루어지도록 하여 소량의 조강제의 담지에 의해서도 충분한 조기 경화효과가 발현되도록 할 수 있는 것이다.

한편 상기와 같이 조강제가 첨가되는 경우 조기 경화에 의해 건조수축 등 균열이 발생되는 문제가 있는데 본 발명에서는 이러한 균열에 대한 저항성 등을 향상시키기 위해 상기 조강제가 포함된 용액에는 알긴산나트륨, 탄산염, 멜라닌이 더 포함되는 예를 제시하고 있다.

알긴산나트륨은 팽창제로서 첨가되는 것으로 경화과정에서 페이스트를 팽창시켜 건조수축 등을 제어하기 위한 것이다.

한편 본 발명의 혼합물을 양생하는 과정, 하절기 등에 발생될 수 있는 온도균열의 경우도 균열을 유발하는 원인이 된다.

이에 본 발명에서는 상기 알긴산나트륨에 더하여 탄산염이 포함되는 예를 제시하고 있다. 즉 다공성의 재생골재에 있어 각 공극에 알긴산나트륨에 더하여 탄산염이 담지되도록 함으로써 온도균열을 제어토록 하는 것이다.

상기 탄산염은 본 발명의 혼합물의 반응과정에서 발생되는 열 등을 흡수토록 하는 것으로 이렇게 열을 흡수토록 함에 따라 페이스트에서 온도변화에 의해 발생되는 온도균열을 제어토록 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 멜라닌이 더 첨가되도록 하는데 이는 상기에서 언급한 바와 같이 팽창제로 알긴산나트륨이 첨가되도록 하는데 반응후 페이스트에 나트륨이온이 잔존하는 경우 이러한 나트륨이온의 용출 등에 의해 균열의 유발포인트가 될 수 있는데 상기 멜라닌은 양이온흡착제로서 기능이 발현되어 잔존하는 나트륨이온을 흡착에 의해 제거토록 하는 것이다. 상기 멜라닌은 양이온을 흡착시키는 활성 화학 작용기(active functional group)를 가지고 있어 나트륨이온(Na+)의 잔존에 의한 균열 유발포인트를 제거토록 하는 것이다.

상기 단계(S3)에서는 생성된 혼합물을 몰드에 타설하여 1기압, 65℃의 환경에서 6시간동안 증기양생 하게 된다.

최종적으로 양생이 완료되면 경량블록이 원하는 설계강도를 가지고 있는지 검사한 후에 출하하게 되는 것이다.

이하에서는 실험예에 의해 본 발명의 실시예를 설명한다.

하기 시료들은 재생골재, 시멘트, 물, 플라이애쉬, 첨가제의 배합비율 등을 달리하여 제조하였다

각 시료들은 하기 표 1의 배합에 의해 강제식 믹서를 사용하여 혼합물을 비볐으며, 재생골재와 혼합수 50%를 투입후 30초간 비빈 후에 시멘트, 플라이애쉬, 물 50%를 투입후 120초로 비비기를 하였으며 제조된 혼합물을 금형에 부은후 진동 가압으로 경량블록을 제조하였다. 첨가제의 경우는 하기 TYPE 1,2,3,4의 경우 시멘트, 플라이애쉬, 물과 같이 배합하였으며 첨가제는 조강제만이 첨가되도록 하였고, TYPE 5의 경우 재생골재에 조강제, 알긴산나트륨, 탄산염, 멜라닌이 담지된 상태로 첨가가 되도록 하였으며, 조강제, 알긴산나트륨, 탄산염, 멜라닌은 중량비로 1:1:1:1로 첨가가 되었다.

각 시료는 65℃ 6시간 증기 양생후 7일 경과후 2시간 물속에 담가 흡수 시켜 KSF4002규정에 준하는 압축강도 시험 및 흡수율 시험을 실시 하였으며, 열전도율시험은 KSL9016에 의해 실험하였다.

TYPE 1 내지 3의 경우 폐난연스티로폼을 분쇄하여 형성되는 분말에 의한 잉고트에 의해 제조된 재생골재가 사용되었으며, TYPE 4 및 TYPE 5의 경우 폐난연스티로폼을 분쇄하여 형성되는 분말에 트리에틸아민을 첨가하여 제조되는 잉고트에 의해 제조되는 재생골재가 사용되었다.

KSF4002 규정에 준하여 각각 각 시료의 압축강도 시험 및 흡수율 시험을 실시하였고, 열전도율시험은 KSL9016 규정에 준하여 한국에스지에스(주) 건설시험연구원에 의뢰 하여 결과를 표 2에 도시하고 있다.

상기 표2에서 TYPE 2의 압축강도는 설계기준 압축강도 6~8Mpa로 오차범위내에서 만족하고, 플라이애쉬를 포함하지 않는 경우(TYPE 1)에 비해 플라이애쉬를 1.28% 이상 포함시 강도가 커지는 경향이 있었으며 제품 양생후 균열 발생빈도가 줄어드는 것을 알 수 있다. 이를 통해 플라이애쉬를 첨가시 혼합물의 유동성 향상으로 혼합수를 줄일수 있고 수화발열량 감소로 증기 양생후 균열발생 빈도가 줄어들고 장기재령 강도 발현이 우수한 것을 알 수 있다.

또한 TYPE 2보다 TYPE 4의 경우가 압축강도면에서 유리한 효과가 발현되는 것을 알 수 있는데 이는 TYPE 4 및 TYPE 5의 경우 폐난연스티로폼을 분쇄하여 형성되는 분말에 트리에틸아민을 첨가하여 제조되는 잉고트에 의해 제조되는 재생골재가 첨가됨에 기인한 것으로 판단된다. 즉 상기에서 언급한 바와 같이 트리에틸아민의 첨가에 의해 흑연이 균일하게 분산된 재생골재가 사용됨에 기인한 것으로 판단된다.

또한 TYPE 4 등의 경우보다 TYPE 5의 경우가 압축강도 및 흡수율에서 유리한 효과가 발현되는 것을 알 수 있는데, 이는 첨가제로 조강제, 알긴산나트륨, 탄산염, 멜라닌이 첨가되도록 함으로써 조강제의 첨가에 의해 부수되는 건조수축 등의 균열에 더하여 온도균열 등 각종 균열에 대한 저항성이 향상됨에 기인한 것으로 판단된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

S1 : 폐난연스티로폼을 수거하는 단계
S2 : 수거된 폐난연스티로폼을 감용기를 사용하여 잉고트를 생산하고 파쇄기로 파쇄하여 재생골재를 제조하는 단계
S3 : 제조된 재생골재와 상기에서 언급한 타 조성을 배합하여 경량블록을 제조하는 단계

Claims (5)

1. 폐난연스티로폼을 재활용한 재생골재, 시멘트, 플라이애쉬, 첨가제, 물을 포함하는 조성물에 의해 제조되고,
   상기 재생골재는 폐난연스티로폼을 분쇄하여 형성되는 분말에 트리에틸아민을 첨가하여 제조되는 잉고트를 분쇄하여 형성되는 것을 특징으로 하는 폐난연스티로폼 소재 재생골재를 이용한 경량블록.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 재생골재는 공극률이 25 내지 40%인 것을 특징으로 하는 폐난연스티로폼 소재 재생골재를 이용한 경량블록.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 첨가제에는 조강제가 포함되되, 조강제의 첨가는 조강제가 포함된 용액에 상기 재생골재를 함침시킨 후 건조시켜 상기 재생골재의 공극에 조강제가 담지되도록 한 상태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 폐난연스티로폼 소재 재생골재를 이용한 경량블록.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 조강제가 포함된 용액에는 알긴산나트륨, 탄산염, 멜라닌이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폐난연스티로폼 소재 재생골재를 이용한 경량블록.

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