KR102278340B1 - 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 구조물 - Google Patents

도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명의 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물은 시멘트 11~21 중량%; 코팅굵은골재 23~33 중량%; 잔골재 29~38 중량%; 굵은골재 10~15 중량%: 흑연 0.4~1.2 중량%; 물 5~11 중량%; 유동화제 0.05~0.1 중량%; 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.5~1.5 중량부로 더 혼합되는 폴리카본산 계열의 감수제; 시멘트 100 중량부에 대하여 0.1~1 중량부로 더 혼합되는 증점제;를 포함하되, 코팅굵은골재는 코팅용액(100)에 의해 표면이 코팅되고, 코팅용액(100)이 경화되기 전에 실리콘 카바이드(10)가 코팅용액(100)의 표면에 분사되어 코팅된다. 코팅용액(100)은 액상폴리머, 에폭시, 수용성 필름, 물이 혼합되어 제조되되, 중량비를 기준으로, 상기 액상폴리머, 에폭시, 수용성 필름, 물은 5 ~ 10 : 1 ~ 3 : 0.05 ~ 0.15 : 95 ~ 105의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다. 코팅굵은골재는 태양광 산업에 사용되는 태양광용 웨이퍼 가공시 발생되는 카바이드 슬러지로 부터 추출된 실리콘 카바이드(10)가 코팅된 골재로서, 코팅굵은골재에 사용되는 골재를 90~100℃로 건조시키는 건조단계; 골재의 표면에 코팅용액(100)을 분사하는 코팅용액분사단계; 분사된 코팅용액(100)이 경화되기 전에 실리콘 카바이드(10)를 코팅용액(100)의 표면에 분사하는 실리콘 카바이드 분사단계; 실리콘 카바이드(10)가 분사된 골재를 80~120℃ 온도로 가열하여 코팅굵은골재를 생산하는 가열단계;를 포함하는 방법으로 제조된다.

Description

도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 구조물{HEATTING EMITTING CONCRETE COMPOSITION AND PAVEMENT STRUCTURE THEREOF}
본 발명은 건설분야에 관한 것으로서, 상세하게는 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 구조물에 관한 것이다.
겨울이 되면 도로에 결빙(블랙아이스)이 발생하여 인명피해와 재산피해를 유발한다. 이를 방지하기 위해 도로 상면에 염화칼슘을 살포하여 결빙을 제거하고 있지만 염화칼슘에 의해 차량 부식이 발생되고, 콘크리트 도로가 열화되는 등의 문제가 발생한다.
특히 도로 결빙이 잦은 구간에는 도로 내부에 열선을 설치하여, 결빙을 방지하도록 유도하고 있지만 연선의 절단 및 발열불량으로 인해 유지보수가 많아지는 문제가 있다.
도로포장부 내부에 매립된 열선은 도로 포장부 상면으로 부터 하측으로 약 30~50cm 깊이를 갖도록 설치되기 때문에 상면까지의 열 전도율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 신속한 융설 기능이 떨어지는 문제가 있다.
태양광 산업부산물 중 열전도성이 우수한 실리콘 슬러지와 흑연을 사용하여 적은 전력량으로도 열 전도율이 높은 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 구조물을 제시한다.
상기 과제의 해결을 위하여 본 발명의 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물은 시멘트 11~21 중량%; 코팅굵은골재 23~33 중량%; 잔골재 29~38 중량%; 굵은골재 10~15 중량%: 흑연 0.4~1.2 중량%; 물 5~11 중량%; 유동화제 0.05~0.1 중량%; 상기 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.5~1.5 중량부로 더 혼합되는 폴리카본산 계열의 감수제; 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 0.1~1 중량부로 더 혼합되는 증점제;를 포함하되, 상기 코팅굵은골재는 코팅용액(100)에 의해 표면이 코팅되고, 상기 코팅용액(100)이 경화되기 전에 실리콘 카바이드(10)가 상기 코팅용액(100)의 표면에 분사되어 코팅된다.
상기 코팅용액(100)은 액상폴리머, 에폭시, 수용성 필름, 물이 혼합되어 제조되되, 중량비를 기준으로, 상기 액상폴리머, 상기 에폭시, 상기 수용성 필름, 물은 5 ~ 10 : 1 ~ 3 : 0.05 ~ 0.15 : 95 ~ 105의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 코팅굵은골재는 태양광 산업에 사용되는 태양광용 웨이퍼 가공시 발생되는 카바이드 슬러지로 부터 추출된 상기 실리콘 카바이드(10)가 코팅된 골재로서, 상기 코팅굵은골재에 사용되는 골재를 90~100℃로 건조시키는 건조단계; 상기 골재의 표면에 상기 코팅용액(100)을 분사하는 코팅용액분사단계; 분사된 상기 코팅용액(100)이 경화되기 전에 상기 실리콘 카바이드(10)를 상기 코팅용액(100)의 표면에 분사하는 실리콘 카바이드 분사단계; 상기 실리콘 카바이드(10)가 분사된 상기 골재를 80~120℃ 온도로 가열하여 상기 코팅굵은골재를 생산하는 가열단계;를 포함하는 방법으로 제조된다.
상기 흑연은 밀도가 1.3~1.9 g/㎤, 탄성계수가 8~15 GPa, 열전도율이 450~490 W/m·K인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물(A)을 이용한 도로포장 구조물(1)은 상기 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물(A)을 배합하여 형성된 상기 도로포장 구조물(1); 상기 도로포장 구조물(1)에 설치되는 니크롬선(20);을 포함하되, 상기 니크롬선(20)은 0.5~2mm의 굵기 이고, 상기 니크롬선(20)에 전기가 공급되어 상기 도로포장 구조물(1)의 온도가 상승된다.

상기 니크롬선(20)은 상기 도로포장 구조물(1)의 일측에 설치되는 일측니크롬선(20a); 상기 도로포장 구조물(1)의 타측에 설치되는 타측니크롬선(20b);를 포함하고, 상기 일측니크롬선(20a)은 타측은 상기 도로포장 구조물(1)의 일측가장자리 상측 내측영역에 매립되고, 일측은 상기 도로포장 구조물(1)의 외측으로 돌출된 전원공급용일측니크롬선(21a); 상기 전원공급용일측니크롬선(21a)의 타측 단부에 중앙부가 결합되어 전후방향을 따라 설치되는 일측전후방 니크롬선(22a); 상기 일측전후방 니크롬선(22a)에 일측단부가 결합되되, 전후방향을 따라 상호 간격을 두고 복수로 설치되고, 측방향으로 설치되는 일측내측 니크롬선(23a);을 포함하는 것이 바람직하다.
삭제
상기 일측내측 니크롬선(23a)은 나선구조로 형성되되, 상면은 평평하고, 하면은 점진적으로 커지는 구조인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 이용한 도로포장 구조물은 겨울철 발생하는 결빙(블랙아이스)구간을 방지하는 기술로서, 도로 포장 구조물을 따라 연속적으로 열선이 배열되는 기술이 아니라 열 전도율이 높은 콘크리트 조성물을 사용하기 때문에 열선 절단에 따른 발열불량이 발생하지 않는 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도로포장 구조물에 전원이 공급되기 이전의 온도측정사진
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도로포장 구조물에 전원이 공급된 후 온도측정사진
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물 실시예와 비교예의 압축강도 시험결과
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물 실시예와 비교예의 휨강도 시험결과
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물 실시예와 비교예의 발열효과를 나타내는 시험결과
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도로포장 구조물에 니크롬선이 설치된 것을 나타내는 도면
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 일측내측 니크롬선 측면도
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 일측내측 니크롬선 평면도
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도로포장 구조물에 일측내측 니크롬선이 설치된 것을 나타내는 측면도
본 발명에 따른 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 구조물의 일 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 구조물에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물은 시멘트 11~21 중량%; 코팅굵은골재 23~33 중량%; 잔골재 29~38 중량%; 굵은골재 10~15 중량%: 흑연 0.4~1.2 중량%; 물 5~11 중량%; 유동화제 0.05~0.1 중량%; 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.5~1.5 중량부로 더 혼합되는 폴리카본산 계열의 감수제; 시멘트 100 중량부에 대하여 0.1~1 중량부로 더 혼합되는 증점제;를 포함하되, 코팅굵은골재는 코팅용액(100)에 의해 표면이 코팅되고, 코팅용액(100)이 경화되기 전에 실리콘 카바이드(10)가 코팅용액(100)의 표면에 분사되어 코팅된다.
코팅용액(100)은 액상폴리머, 에폭시, 수용성 필름, 물이 혼합되어 제조되되, 중량비를 기준으로, 상기 액상폴리머, 에폭시, 수용성 필름, 물은 5 ~ 10 : 1 ~ 3 : 0.05 ~ 0.15 : 95 ~ 105의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
코팅굵은골재는 태양광 산업에 사용되는 태양광용 웨이퍼 가공시 발생되는 카바이드 슬러지로 부터 추출된 실리콘 카바이드(10)가 코팅된 골재로서, 코팅굵은골재에 사용되는 골재를 90~100℃로 건조시키는 건조단계; 골재의 표면에 코팅용액(100)을 분사하는 코팅용액분사단계; 분사된 코팅용액(100)이 경화되기 전에 실리콘 카바이드(10)를 코팅용액(100)의 표면에 분사하는 실리콘 카바이드 분사단계; 실리콘 카바이드(10)가 분사된 골재를 80~120℃ 온도로 가열하여 코팅굵은골재를 생산하는 가열단계;를 포함하는 방법으로 제조된다.
이때 혼합되는 실리콘 카바이드(10)는 실리콘 카바이드의 함유량이 96% 이상인 것이 바람직하고, 도 1과 같이 코팅층이 형성된다.
태양광용 웨이퍼의 가공은 액상 절삭유를 이용하여 가공하게 된다. 때문에 발생된 카이비트 슬러지에는 실리콘 카바이드, 절삭유, 실리카(Si) 등이 혼합되어 있다.
이를 300℃의 고열로 가열하면 절삭유가 태워지고, 실리콘 카바이드, 실리카(Si), 기타 금속물질이 남께 된다. 이후 분리선별작업을 통해 카바이드 함유가 97% 이상인 실리콘 카바이드를 코팅용 카바이드로 사용한다.
흑연은 밀도가 1.3~1.9 g/㎤, 탄성계수가 8~15 GPa, 열전도율이 450~490 W/m·K인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물(A)을 이용한 도로포장 구조물(1)은 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물(A)을 배합하여 형성된 도로포장 구조물(1); 도로포장 구조물(1)에 설치되는 니크롬선(20);을 포함하되, 니크롬선(20)은 0.5~2mm의 굵기 이고, 니크롬선(20)에 전기가 공급되어 도로포장 구조물(1)의 온도가 상승된다.
니크롬선(20)은 도로포장 구조물(1)의 일측에 설치되는 일측니크롬선(20a); 도로포장 구조물(1)의 타측에 설치되는 타측니크롬선(20b);를 포함하고, 일측니크롬선(20a)은 타측은 도로포장 구조물(1)의 상측 내측영역에 매립되고, 타측은 도로포장 구조물(1)의 외측으로 돌출된 전원공급용 일측니크롬선(21a); 도로포장 구조물(1)에 매립된 전원공급용 일측니크롬선(21a)의 타측 단부에 중앙부가 결합되어 전후방향을 따라 설치되는 일측전후방 니크롬선(22a); 일측전후방 니크롬선(22a)의 타측면에 일측면이 결합되되, 전후방향을 따라 상호 간격을 두고 복수로 설치되고, 측방향으로 설치되는 일측내측 니크롬선(23a);를 포함한다.
니크롬선(20)은 도로포장 구조물(1)의 일측에 설치되는 일측니크롬선(20a); 도로포장 구조물(1)의 타측에 설치되는 타측니크롬선(20b);를 포함하고, 일측니크롬선(20a)은 타측은 도로포장 구조물(1)의 일측가장자리 상측 내측영역에 매립되고, 일측은 도로포장 구조물(1)의 외측으로 돌출된 전원공급용일측니크롬선(21a); 전원공급용일측니크롬선(21a)의 타측 단부에 중앙부가 결합되어 전후방향을 따라 설치되는 일측전후방 니크롬선(22a); 일측전후방 니크롬선(22a)에 일측단부가 결합되되, 전후방향을 따라 상호 간격을 두고 복수로 설치되고, 측방향으로 설치되는 일측내측 니크롬선(23a);을 포함하는 것이 바람직하다.
일측내측 니크롬선(23a)은 나선구조로 형성되되, 상면은 평평하고, 하면은 점진적으로 커지는 구조인 것이 바람직하다.
일측내측니크롬선(23a)은 도 4에 도시된 일측내측 니크롬선의 측면도와 같이 상면은 평평한 구조이고, 하면은 점진적으로 커지는 구조를 갖는다.
이러한 일측내측니크롬선(23a)은 도 6와 같이 도로포장 구조물(1)의 상측영역에 매립되는 것이 바람직하다. 일측내측니크롬선은 도 5의 일측내측 니크롬선의 평면도와 같은 구조를 갖는다.
구분 W/B
(%)		 잔골
재율(%)		 단위수량(kg/㎥)
시멘트 코팅
골재		 흑연 물 잔골재 굵은
골재		 유동
화재
실시예 44.9 45.8 376 659 18.8 169 790 282 1.88
비교예 44.9 376 - - 169 790 941 1.88
실시예와 비교예의 열 전도율을 비교하면 도 7과 같다. 도 7은 실시예와 비교예의 배합비를 같는 조성물로 콘크리트 공시체를 제작한 후, 전류를 공급하여 공시체 내부 온도를 측정한 결과이다.
아울러 도 8은 실시예와 비교예의 공시체 압축강도를 시험한 결과이고, 도 9는 휨강도를 시험한 결과이다.
도 10은 실시예와 비교예의 공시체가 시간이 지만에 따라 내부 온도가 상승하는 정도를 확인한 것으로서, 도 10 및 도 7의 공시체에는 도 6과 같은 니크롬선(20)을 배치하고, 전류를 공급하였다.
A : 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물 1 : 도로포장 구조물
10 : 실리콘 카바이드 20 : 니크롬선
20a : 일측니크롬선 21a : 전원공급용일측니크롬선
22a : 일측전후방 니크롬선 23a : 일측내측 니크롬선
20b : 타측니크롬선 100 : 코팅용액

Claims (7)

  1. 시멘트 11~21 중량%;
    코팅굵은골재 23~33 중량%;
    잔골재 29~38 중량%;
    굵은골재 10~15 중량%:
    흑연 0.4~1.2 중량%;
    물 5~11 중량%;
    유동화제 0.05~0.1 중량%;
    상기 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.5~1.5 중량부로 더 혼합되는 폴리카본산 계열의 감수제;
    상기 시멘트 100 중량부에 대하여 0.1~1 중량부로 더 혼합되는 증점제;를 포함하되,
    상기 코팅굵은골재는 코팅용액(100)에 의해 표면이 코팅되고, 상기 코팅용액(100)이 경화되기 전에 실리콘 카바이드(10)가 상기 코팅용액(100)의 표면에 분사되어 코팅되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    코팅용액(100)은
    액상폴리머, 에폭시, 수용성 필름, 물이 혼합되어 제조되되,
    중량비를 기준으로, 상기 액상폴리머, 상기 에폭시, 상기 수용성 필름, 물은 5 ~ 10 : 1 ~ 3 : 0.05 ~ 0.15 : 95 ~ 105의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코팅굵은골재는
    태양광 산업에 사용되는 태양광용 웨이퍼 가공시 발생되는 카바이드 슬러지로 부터 추출된 상기 실리콘 카바이드(10)가 코팅된 골재로서,
    상기 코팅굵은골재에 사용되는 골재를 90~100℃로 건조시키는 건조단계;
    상기 골재의 표면에 상기 코팅용액(100)을 분사하는 코팅용액분사단계;
    분사된 상기 코팅용액(100)이 경화되기 전에 상기 실리콘 카바이드(10)를 상기 코팅용액(100)의 표면에 분사하는 실리콘 카바이드 분사단계;
    상기 실리콘 카바이드(10)가 분사된 상기 골재를 80~120℃ 온도로 가열하여 상기 코팅굵은골재를 생산하는 가열단계;를 포함하는 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 흑연은 밀도가 1.3~1.9 g/㎤, 탄성계수가 8~15 GPa, 열전도율이 450~490 W/m·K인 것을 특징으로 하는 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물(A)을 이용한 도로포장 구조물(1)로서,
    상기 도로 포장용 발열성 콘크리트 조성물(A)을 배합하여 형성된 상기 도로포장 구조물(1);
    상기 도로포장 구조물(1)에 설치되는 니크롬선(20);을 포함하되,
    상기 니크롬선(20)은 0.5~2mm의 굵기 이고, 상기 니크롬선(20)에 전기가 공급되어 상기 도로포장 구조물(1)의 온도가 상승되는 것을 특징으로 하는 도로포장 구조물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 니크롬선(20)은
    상기 도로포장 구조물(1)의 일측에 설치되는 일측니크롬선(20a);
    상기 도로포장 구조물(1)의 타측에 설치되는 타측니크롬선(20b);를 포함하고,
    상기 일측니크롬선(20a)은
    타측은 상기 도로포장 구조물(1)의 일측가장자리 상측 내측영역에 매립되고, 일측은 상기 도로포장 구조물(1)의 외측으로 돌출된 전원공급용일측니크롬선(21a);
    상기 전원공급용일측니크롬선(21a)의 타측 단부에 중앙부가 결합되어 전후방향을 따라 설치되는 일측전후방 니크롬선(22a);
    상기 일측전후방 니크롬선(22a)에 일측단부가 결합되되, 전후방향을 따라 상호 간격을 두고 복수로 설치되고, 측방향으로 설치되는 일측내측 니크롬선(23a);을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로포장 구조물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 일측내측 니크롬선(23a)은
    나선구조로 형성되되, 상면은 평평하고, 하면은 점진적으로 커지는 구조인 것을 특징으로 하는 도로포장 구조물.
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