KR102464008B1 - 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물, 그 제조방법 및 그 콘크리트 조성물로 제조된 콘크리트 구조물 - Google Patents

패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물, 그 제조방법 및 그 콘크리트 조성물로 제조된 콘크리트 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물로서, 상기 친환경 콘크리트 조성물 전체 중량을 기준으로, 시멘트 14.2중량% 내지 14.7중량%, 골재 64.9중량% 내지 69.6중량%, 혼화재 6.1 중량% 내지 6.3중량%, 혼화제(AD) 0.1 중량% 내지 0.4중량%, 패각 8.5 중량% 내지 12중량%, 및 폐어망 0.1 중량% 내지 3.1중량%를 포함하는, 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물을 제공한다.

Description

패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물, 그 제조방법 및 그 콘크리트 조성물로 제조된 콘크리트 구조물{ECO-FRIENDLY CONCRETE COMPOSITION BY USING SHELL AND WASTE FISHING NET, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND CONCRETE STUCTURE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 패각 및 폐어망을 이용한 콘크리트 조성물, 그 제조방법 및 그 콘크리트 조성물로 제조된 콘크리트 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 패각과 폐어망을 필수 구성 성분으로 포함함으로써, 친환경적인 특성을 나타내며 압축강도와 인장강도가 향상되어 내구성 및 안정성이 개선된 콘크리트 조성물, 그 제조방법 및 그 콘크리트 조성물로 제조된 콘크리트 구조물에 관한 것이다.
산업현장에서 다양하게 응용되는 기존 콘크리트 조성물의 경우, 강알칼리성을 나타내는 콘크리트 특성으로 인해, 예를 들어 해양에 설치되는 콘크리트 구조물의 경우에 수중 구조물로서의 기능은 수행할 수 있으나, 수초 및 조류 등이 증식하기 어렵고, 어류, 수초 및 조류에 대한 친화력이 낮으며, 착생된 조류 등이 떨어져 나간 자리에 백화 현상이 발생해서 오히려 수중 생태계를 황폐화시키는 등의 문제로 인하여 해양 생태계와 연계될 수 있는 친환경적 수중 구조물로서의 특성을 발휘하기 어렵다.
한편, 최근 들어 미세플라스틱과 함께 폐어망, 폐부표, 해양 폐플라스틱, 패각 등과 같은 해양쓰레기가 우리의 생활환경과 생태계를 위협하는 주요 원인으로 지적되면서 이러한 해양쓰레기의 처리가 시급한 과제로 대두하였다.
특히, 폐어망은 주로 나일론이나 폴리에틸렌과 같은 석유화학물질로서 난분해성이기 때문에 분해되지 않고 해저 바닥에 장기간 퇴적되어 해양생태계를 오염시키고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 폐어망을 수거하여 소각 또는 매립 처리하고 있으나, 소각 시 심각한 대기오염 물질이 발생하고 매립하는 경우는 오랜 기간 썩지 않아 식물생장에 방해가 되는 등 처리과정에서 환경오염 문제가 심하여 이를 회수하여 재생자원으로 재활용하고자 하는 연구가 진행되고 있다.
또한, 굴 양식장에서 발생하는 굴패각은 예를 들어 경상남도 기준 연간 28만여톤에 달할 정도로 대규모로 발생하여 해양을 오염시킬 수 있기 때문에 폐기물관리법 상 사업장 폐기물로 분류되어 소각 처리하거나 재활용하게 된다.
관련업계에서는 해양에 설치되는 콘크리트 구조물의 물리적인 특성을 개선시키기 위해 해양쓰레기로서 배출되는 폐어망과 패각의 재활용을 적극 연구하고 있다.
예를 들면, 대한민국 등록특허공보 제10-0502698호(공고일자: 2005년 07월 20일)에는 해양 구조물 제조용 석화 콘크리트 조성물의 제조방법이 개시되어 있는데, 여기에서는 산업폐기물인 석화껍질 등과 같은 패류 껍질을 재활용하여 콘크리트 조성물의 성분으로서 혼입함으로써, 친환경적인 질 높은 수산자원 생물의 서식환경을 제공하고 해조류 등 부착생물의 착생이 우수한 콘크리트 인공어초의 제작을 가능하게 한다. 그런데, 상기 특허에 따른 석화 콘크리트 조성물은 산업폐기물인 석화껍질 등과 같은 패류 껍질을 재활용하므로 패류 껍질의 불법매립과 같은 환경적인 문제를 해결하고 원료 자체가 천연 자연물이어서 종래의 어초에 비해 수산자원의 조성효과가 우수하다는 장점은 있으나, 콘크리트 구조물에서 발생하게 되는 균열을 방지하기 위한 별다른 해법이 제시되지 않고 있어서 콘크리트 구조물의 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.
다음으로, 대한민국 등록특허공보 제10-1569273호(공고일자: 2015년 11월 16일)에는 폐어망을 이용한 콘크리트 보강용 섬유를 포함하는 콘크리트 조성물의 제조방법이 개시되어 있는데, 여기에서는 어촌에서 버려지는 폐어망이나 폐섬유를 재활용하여 섬유 보강재로서 콘크리트 조성물에 혼합 교반함으로써 콘크리트의 압축강도와 인장강도를 향상시키고자 하였다. 그런데, 상기 특허에 따른 콘크리트 조성물은 폐어망이나 폐섬유를 보강재로서 재활용하여 압축강도와 인장강도를 향상시킨 측면에서 이점이 있으나, 이렇게 제조된 콘크리트 조성물은 산업현장의 적용에 있어서 일정한 제한이 따른다. 예를 들면, 굴, 미역 등과 같은 해상 동식물의 착상을 목적으로 해저에 설치하는 해저 구조물의 제작에 사용하기에는 한계가 있다.
다음으로, 대한민국 등록특허공보 제10-1721247호(공고일자: 2017년 03월 30일)에는 굴패각을 이용한 수중 구조물 설치용 친환경 콘크리트 블록의 제조방법이 개시되어 있는데, 여기에서는 해양에 설치되는 콘크리트 인공구조물에 있어서 수초 및 조류 등의 증식을 돕고 어류에 대한 친화력을 높이기 위해서 콘크리트 블록의 표면에 굴패각 등을 포함하는 콘크리트 혼합물을 뿜어서 붙이는 방식을 제안하였다. 그런데, 이 특허에 따르면 콘크리트 구조물의 내구성과 안정성이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0502698호(2005년 07월 20일, 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-1569273호(2015년 11월 16일, 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-1721247호(2017년 03월 30일, 공고)
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 개선하고자 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 패각과 폐어망을 필수 구성 성분으로 포함함으로써 압축강도와 인장강도를 향상시키는 친환경 콘크리트 조성물 및 그 제조방법을 제공하려는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 패각 및 폐어망을 필수 구성 성분으로 포함하는 콘크리트 조성물을 이용하여 콘크리트 구조물, 바람직하게는 수중 콘크리트 구조물을 제작함으로써, 수중 콘크리트 구조물로서의 본연의 기능 이외에 인공어초로서의 기능까지 수행할 수 있는 친환경 수중 콘크리트 구조물을 제공하려는 것이다.
전술한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물로서, 상기 친환경 콘크리트 조성물 전체 중량을 기준으로, 시멘트 14.2중량% 내지 14.7중량%; 골재로서, 모래 22.5 중량% 내지 25.8중량%, 및 자갈 42.4 중량% 내지 43.8중량%; 혼화재로서, 실리카 흄 2.0 중량% 내지 2.1중량%, 및 플라이 애쉬 4.1중량% 내지 4.2중량%; 혼화제(AD) 0.1 중량% 내지 0.4중량%; 입도가 2mm 내지 3mm인 패각 8.6 중량% 내지 11.9중량%; 및 2.5cm 내지 3.0cm의 길이로 절단된 폐어망 0.1 중량% 내지 3.1중량%를 포함하는, 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물을 제공한다.
삭제
또한, 상기 모래의 직경은 2mm 내지 3mm이고, 상기 자갈의 직경은 20mm 이하일 수 있다.
삭제
삭제
삭제
삭제
또한, 상기 혼화제(AD)는 AE 감수제 또는 고성능 AE 감수제일 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물의 제조방법으로서, 상기 친환경 콘크리트 조성물을 제조하기 위해, 배합에 필요한 구성성분들으로서 시멘트, 골재, 혼화재, 혼화제(AD), 패각 및 폐어망을 준비하는 단계(S1); 상기 단계(S1)에서 준비된 상기 구성성분들을 계량하고 제 1 항에 따른 배합비율로 건배합하여 상기 시멘트, 상기 골재, 상기 혼화재, 상기 패각 및 상기 폐어망을 포함하는 중간 조성물을 형성하는 단계(S2); 상기 단계(S2) 후에 배합수를 투입하는 단계(S3); 투입된 상기 배합수의 분산이 완료된 후, 상기 혼화제(AD)를 투입하는 단계(S4); 및 상기 단계(S4) 후, 준비된 몰드에 콘크리트 타설을 실시하는 단계(S5);를 포함하는, 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 단계(S1)에서, 상기 패각은 초음파 세척기를 통해 세척한 후 건조하며, 건조된 상기 패각의 입도가 2mm 내지 3mm가 되도록 분쇄할 수 있다.
또한, 상기 단계(S1)에서, 상기 폐어망은 초음파 세척기를 통해 세척한 후 건조하며, 건조된 상기 폐어망의 절단된 길이가 2.5cm 내지 3.0cm가 되도록 절단할 수 있다.
또한, 상기 단계(S3)에서, 상기 배합수의 분산을 위해 1분간 전체 배합수 투입량의 30%를 우선 투입한 후, 2분간 4회 내지 5회에 걸쳐 나머지 배합수를 투입할 수 있다.
또한, 상기 단계(S4)에서, 콘크리트 시방서를 참고하여 슬럼프 및 플로우가 200mm 내지 250mm가 되도록 상기 혼화제(AD)의 양을 조절하고 허용오차는 50mm 이내가 되도록 할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 전술한 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물로 제조된 콘크리트 구조물을 제공한다.
또한, 상기 콘크리트 구조물은 수중 콘크리트 구조물일 수 있고, 이때 수중 콘크리트 구조물은 인공어초의 기능을 수행할 수 있다.
이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 패각 분말을 포함한 콘크리트 조성물을 활용하여 압축강도를 향상시키면서도 자연친화적 조성물을 활용함으로써 수중 생태계에 친화적인 구조물을 만들 수 있고 해양쓰레기를 재활용하는 측면에서도 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따르면, 폐어망을 포함한 콘크리트 조성물을 활용하여 압축강도를 손상시키지 않는 한도에서 충분한 인장강도를 확보할 수 있으며, 해양 쓰레기를 재활용하는 측면에서도 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따르면, 패각 및 폐어망을 필수 구성 성분으로 포함하는 콘크리트 조성물을 이용하여 콘크리트 구조물, 바람직하게는 수중 콘크리트 구조물을 제작함으로써, 수중 콘크리트 구조물로서의 본연의 기능 이외에 인공어초로서의 기능까지 수행할 수 있는 친환경 수중 콘크리트 구조물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물의 개략적인 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 친환경 콘크리트 조성물의 제조에 사용되는 세척 후 굴패각의 예를 보여주는 사진이다.
도 3은 도 4의 패각을 파쇄하기 전과 후의 상태를 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 친환경 콘크리트 조성물의 제조에 사용되는 세척 전 폐어망의 예를 보여주는 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 친환경 콘크리트 조성물의 제조에 사용되는 세척 후 폐어망의 예를 보여주는 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 친환경 콘크리트 조성물로 제조된 수중 콘크리트 구조물의 일 예로서 콘크리트 앵커를 보여주는 사진이다.
도 7은 콘크리트 1m3당 중량(kg)기준으로 산정하였을 때 폐어망 3% 혼입시 패각 혼입량에 따른 압축강도와 인장강도의 변화율을 도시한 그래프이다.
도 8은 콘크리트 1m3당 중량(kg)기준으로 산정하였을 때 패각 30% 혼입시 폐어망 혼입량에 따른 압축강도와 인장강도의 변화율이 아래 그래프에 나타나 있다.
본 발명에 따르면, 수중에 설치되는 친환경 콘크리트 구조물의 재료가 되는 친환경 콘크리트 조성물을 제조하는데 있어서, 패각을 잔골재(=모래) 대신에 일정 중량% 범위로 추가 투입하여 압축강도를 종래와 대등한 범위로 가질 수 있도록 하고, 아울러 폐어망을 혼화제(감수제)와 함께 투입하여 압축강도를 낮추지 않는 선에서 종래와 대등한 정도의 인장강도를 확보할 수 있도록 하며. 그로 인하여, 패각, 폐어망과 같은 해양쓰레기를 재활용하면서도 종래와 유사한 성능을 보유하는 환경 친화적인 콘크리트 조성물을 제공하고자 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물, 그 제조방법 및 그 콘크리트 조성물로 제조된 수중 콘크리트 구조물에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명은, 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물로서, 상기 친환경 콘크리트 조성물 전체 중량을 기준으로, 시멘트 14.2중량% 내지 14.7중량%, 골재 64.9중량% 내지 69.6중량%, 혼화재 6.1 중량% 내지 6.3중량%, 혼화제(AD) 0.1 중량% 내지 0.4중량%, 패각 8.5 중량% 내지 12중량%, 및 폐어망 0.1 중량% 내지 3.1중량%를 포함하는, 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물을 통해, 압축강도를 향상시키면서도 자연친화적 조성물을 활용함으로써 수중 생태계에 친화적인 구조물을 만들 수 있고 해양쓰레기를 재활용하는 측면에서도 우수한 효과를 가지며, 압축강도를 손상시키지 않는 한도에서 충분한 인장강도를 확보할 수 있는 콘크리트 조성물을 제공하는 것을 요지로 한다.
여기서, 골재는 잔골재로 모래와 굵은 골재로서 자갈을 포함할 수 있고, 모래의 직경은 2mm 내지 3mm이고, 자갈의 직경은 20cm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 혼화재는 실리카 흄과 플라이 애쉬를 포함할 수 있다.
또한, 혼화제는 감수제, 바람직하게는 AE 감수제, 더욱 바람직하게는 고성능 AE 감수제일 수 있다.
또한, 패각은 석화껍질 등과 같은 패류 껍질을 모두 포함하는 것으로 세척 및 건조를 거친 후 잔골재인 모래와 동일한 직경, 예를 들면 2mm 내지 3mm의 입자크기를 갖도록 분쇄하여 사용할 수 있다.
또한, 폐어망은 물리적으로 또는 경제적으로 그 수명 또는 기대수명을 다한 어망뿐만 아니라 2이상의 섬유가닥이 꼬여있는 연사(撚絲)로 이루어진 어망 및 그물망을 모두 포함하는 것으로 세척 및 건조를 거친 후 2.5cm 내지 3.0cm의 길이로 절단하여 사용할 수 있다.
도 1에는 본 발명에 따른 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물의 개략적인 제조 공정이 나타나 있다.
(1) 재료 준비
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물을 제조하기 위해, 배합에 필요한 재료로서 시멘트, 골재, 혼화재, 혼화제, 패각, 폐어망을 준비한다.
시멘트는 대표적인 수경성 시멘트로서 일반적으로 가장 많이 사용되는 1종 포틀랜드 시멘트를 사용하며, 골재로서는 굵은 골재인 자갈과 잔골재인 모래를 사용하되, 바람직하게는 20mm이하 직경의 자갈과 2~3mm 직경의 강모래를 사용한다.
혼화재로는 실리카 흄(silica fume)과 플라이 애쉬(fly ash)를 사용한다. 주지하는 바와 같이, 실리카 흄은 실리콘(Si), 페로실리콘(FeSi), 실리콘 합금 등을 제조할 때에 발생되는 폐가스 중에 포함되어 있는 SiO2를 집진기로 수집 여과하여 얻어지는 마이크로 실리카 입자로서, 고강도 시멘트 및 콘크리트 제품의 제조에 주로 사용된다. 근래의 수중콘크리트나 내구성이 요구되는 콘크리트, 특히 고강도 콘크리트 제조에 필수적인 재료로 알려져 있다. 상기 플라이 애쉬는 화력발전소에서 배출되는 석탄재로서 시멘트와 섞여서 비벼 놓게 되면 서로 잘 달라붙어서 시멘트만 쓸 때보다 훨씬 더 단단한 콘크리트가 만들어지게 된다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 친환경적인 콘크리트 구조물, 바람직하게는 인공어초로서의 기능을 겸비한 친환경적 수중 콘크리트 구조물의 제조에 응용할 수 있는 친환경 콘크리트 조성물을 제조하기 위해 핵심 구성 성분으로서 패각을 사용한다. 여기서 패각은 전술한 바와 같이 석화껍질 등과 같은 패류 껍질을 모두 포함한다.
필수 배합재료로서 패각 분쇄물을 만들게 되는데, 재활용을 목적으로 수집한 패각은 염분을 많이 함유하고 있어서 시멘트와의 혼합이 제대로 이루어지지 않고 양생과정에서도 원하는 효과를 얻을 수 없기 때문에 염분을 제거하여야 한다. 이를 위해, 패각을 초음파 세척기에 넣고 민물로 세척한 후 완전 건조를 실시한다. 도 2를 참조하면, 세척한 후 완전 건조시킨 패각을 도시하고 있다.
염분을 제거하기 위해 민물로 세척한 후 완전 건조된 패각은 입도 조절을 위해 분쇄기를 이용하여 강모래의 입자 크기인 2mm 내지 3mm의 입자크기로 분쇄한다. 도 3을 참조하면, 패각을 파쇄하기 전과 후의 상태를 참고할 수 있다.
이때, 패각의 입도가 2mm 미만인 경우, 압축강도를 충분히 증가시킬 수 없고, 3mm 초과인 경우 시멘트와의 혼합이 제대로 이루어지지 않으므로, 2~3mm의 입자크기로 분쇄하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따르면, 내구성이 있고 안정적인 콘크리트 구조물, 바람직하게는 인공어초로서의 친환경적 수중 콘크리트 구조물의 제조에 응용할 수 있는 콘크리트 조성물을 제조하기 위해 핵심 구성 성분으로서 폐어망을 사용한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 명세서 전체에 걸쳐서 기재하고 있는 "폐어망"이라는 용어는 물리적으로 또는 경제적으로 그 수명 또는 기대수명을 다한 것을 의미할 뿐만 아니라 2이상의 섬유가닥이 꼬여있는 연사(撚絲)로 이루어진 어망 및 그물망을 모두 포함하는 것으로 정의할 수 있다.
연간 국내에서 쏟아지는 폐어망은 4만4천여t으로 추정되는데, 폐어망은 환경을 오염시키는 것은 물론 해양 생태계를 교란하며 골칫거리로 떠오르고 있다. 본 발명에서는 이러한 폐어망을 콘크리트 구조물의 섬유 보강재로서 재활용하는 것을 요지로 한다. 폐어망은 어업현장에서 어구로서 빈번히 여러 번 사용하게 되고 그로 인하여 미세하기 벌어진 부분이 존재하기 때문에, 사용하지 않은 새로운 어망에 비해 시멘트 조성물과 맞닿는 표면적이 넓어지므로 콘크리트에 대한 보강 효과가 매우 우수하다. 또한, 연사를 이루는 섬유가닥의 미세한 스크래치 역시 보강재의 표면적을 넓히는 역할을 하게 되기 때문에, 폐어망을 섬유 보강재로 사용하는 콘크리트에 대한 보강성을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 특성을 갖는 폐어망을 배합재료로 준비하기 위해, 도 4에 도시한 바와 같이, 이물질이 묻어 있는 폐어망을 초음파 세척기를 이용하여 세척하게 된다. 도 5를 참조하면, 세척에 의해 이물질이 제거된 폐어망을 도시하고 있다. 세척이 완료된 폐어망은 건조기를 이용하여 완전 건조를 실시하게 된다. 완전 건조된 폐어망은 길이 조절을 위해 절단기를 이용하여 바람직하게는 2.5cm 내지 3.0cm의 길이로 절단한다.
이때, 폐어망의 절단된 길이가 2.5cm 미만일 경우 콘크리트에 대한 보강 효과를 기대하기 어렵고, 3.0cm 초과인 경우 시멘트와의 혼합이 제대로 이루어지지 않으므로, 2.5cm 내지 3.0cm의 길이로 절단하는 것이 바람직하다.
위에서 언급한 성분들 이외에, 추후 투입하게 될 혼화제로서, 감수제, 바람직하게는 AE 감수제, 더욱 바람직하게는 고성능 AE 감수제를 준비한다. 콘크리트 시방서상 염화물을 포함한 콘크리트의 최대 물 - 결합재 비는 0.40으로 상당히 낮은 축에 속하기 때문에 충분한 유동성과 품질 보장을 위해 고성능 AE 감수제를 추가로 사용하는 것이 바람직하다.
(2) 계량 및 건배합
친환경 콘크리트 조성물의 제조를 위한 계량 및 건배합은 본 발명의 친환경 콘크리트 조성물로서 제조하고자 하는 콘크리트 구조물의 특성에 부합하게 이루어진다.
주지하는 바와 같이, 콘크리트 배합은 콘크리트를 만들기 위한 각 재료의 비율 또는 사용량을 적절히 결정하는 것으로, 소요의 워커빌리티(workability), 강도, 내구성, 균일성 등을 가진 콘크리트를 가장 경제적으로 얻을 수 있도록 시멘트, 물, 잔골재, 굵은골재 및 혼화재료의 비율로 선정하는데, 주로 중량에 의해 배합하며 콘크리트 1m3당 필요한 재료량을 기준으로 단위량을 산정한다.
본 발명에 따르면, 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물로서 수중에 설치되는 앵커용 콘크리트 제조를 위해서 시멘트, 혼화재(실리카 흄, 플라이 애쉬), 잔골재(모래), 패각, 굵은 골재(자갈), 혼화제(고성능 AE 감수제), 폐어망을 구성성분으로 하고 일정 중량비율로 배합하여 조성물을 형성한다.
실시예 1
본 발명의 실시예 1에서는 위에서 언급한 구성성분들에 있어서 본 발명의 핵심 구성성분 중 하나인 폐어망의 투입량을 고정적으로 유지한 상태에서, 또 다른 핵심 구성성분인 패각의 투입량을 다르게 변화시켰다.
구체적으로, 콘크리트 조성물의 각 구성성분들 중 시멘트, 혼화재(실리카 흄, 플라이 애쉬), 굵은 골재, 혼화제 및 폐어망의 투입량은 일정하게 유지하면서 패각의 투입량을 변화시킴과 동시에 그에 부합하여 잔골재인 모래의 투입량을 함께 조절하면서 콘크리트 조성물의 압축강도 변화를 모니터링하였다.
각 구성성분별로, 시멘트 315㎏/㎥, 실리카 흄 45㎏/㎥, 플라이 애쉬 90㎏/㎥, 자갈 940㎏/㎥, 혼화제(AD) 4.5㎏/㎥, 및 폐어망(=섬유) 35.77㎏/㎥의 고정된 양으로 투입하였다.
콘크리트 1m3당 중량(kg)기준으로 산정하였을 때, 패각은 모래와 패각을 합한 전체 잔골재 중량(750kg/m3) 기준, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 치환하여 각각 계량을 진행하였다. 이때, 패각의 함량이 늘어날수록 잔골재인 모래의 함량은 줄어든다. 즉, 모래 대신 패각의 파쇄가루를 활용한다. 그에 따라, 패각은 75㎏/㎥~337.5㎏/㎥ 범위, 모래는 412.5㎏/㎥~675㎏/㎥ 범위로 각각 투입량을 변화시키면서 콘크리트 조성물의 압축강도 변화를 확인하였다.
그 결과, 하기 표 1에 나타낸 각 구성성분별 배합비에 있어서 바람직하게는 패각의 함량이 8.5중량% 내지 12중량% 일 때, 가장 바람직하게는 8.6중량% 내지 11.9중량% 일 때 패각이 없는 상태와 대등한 압축강도를 나타냄을 확인하였다. 패각의 투입량이 너무 미량일 경우에는, 패각 재활용의 측면에서 아무런 실익이 없기 때문에, 하기 표 1에서 노란색으로 표시한 배합비율이 바람직한 것으로 확인되었다(도 7 참조).
Figure 112021132120635-pat00001
각 구성성분별 계량은 제시된 배합비율에 따라 진행되었으며, 여유율 1.3배를 적용하여 계량을 실시하였다. 재료 분리현상을 방지하기 위해 계량된 재료 투입 후 1분간 건배합을 실시하였다.
실시예 2
본 발명의 실시예 2에서는, 상기 실시예 1과는 달리, 위에서 언급한 구성성분들에 있어서 본 발명의 핵심 구성성분 중 하나인 패각의 투입량을 고정적으로 유지한 상태에서 또 다른 핵심 구성성분인 폐어망의 투입량을 다르게 변화시켰다.
구체적인 예로서, 수중에 설치되는 앵커용 콘크리트 구조물을 제조하기 위해 사용될 콘크리트 조성물의 각 구성성분들중 시멘트, 혼화재(실리카 흄, 플라이 애쉬), 잔골재, 패각, 굵은 골재의 투입량은 일정하게 유지하면서 폐어망(=섬유)과 혼화제(AD)의 투입량을 함께 조절하면서 콘크리트 조성물의 압축강도 변화를 모니터링하였다.
각 구성성분별로, 시멘트 315㎏/㎥, 실리카 흄 45㎏/㎥, 플라이 애쉬 90㎏/㎥, 잔골재(=모래) 525㎏/㎥, 패각 225㎏/㎥, 자갈 940㎏/㎥의 고정된 양으로 투입하였다.
이때, 패각의 투입량은 앞서 실시예 1에서 가장 우수한 효과를 나타내는 225㎏/㎥로 일정하게 유지하였다.
콘크리트 1m3당 중량(kg)기준으로 산정하였을 때, 폐어망의 경우, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 1.0%, 2.0%, 3.0%, 4.0%, 5.0%, 6.0%, 7.0% 혼입률을 이용하여 각각 계량을 진행하였고, 뭉침 현상을 최대한 방지하기 위해 건배합시 함께 투입한다. 이때, 폐어망의 함량을 늘리게 되면, 혼화제(AD)의 함량도 함께 증가할 수 있다. 구체적으로, 혼화제를 사용하는 경우 콘크리트 조성물을 더 묽게 만들어주는 효과를 가지는데, 투입되는 폐어망이 잘 풀어질 수 있도록 하기 위해 적정 범위의 혼화제를 함께 더 넣는 것이 바람직하다. 그에 따라, 폐어망(=섬유) 2.38㎏/㎥~83.47㎏/㎥, 및 혼화제(AD) 3.0㎏/㎥~9.0㎏/㎥ 범위로 투입량을 변화시키면서 콘크리트 조성물의 압축강도 변화를 체크하였다.
그 결과, 하기 표 2에 나타낸 각 구성성분별 배합비에 있어서 폐어망의 함량이 3.1중량% 이하일 때, 폐어망이 없는 상태와 대비하여 유사한 압축강도를 나타냄을 확인하였다. 폐어망의 투입량이 3.1중량%를 초과할 경우에는, 콘크리트 조성물의 압축강도가 급격하게 떨어지는 것을 확인할 수 있었다(도 8 참조). 인장강도와 압축강도는 서로 상반관계에 있어, 인장강도가 올라가더라도 콘크리트 구조물의 특성 상 압축강도가 더 중요한 요소임을 고려할 때 압축강도가 급격하게 떨어지는 배합비 구간은 회피하는 것이 바람직하다. 결론적으로, 하기 표 2에서 노란색으로 강조한 배합비율이 바람직한 것으로 확인되었다.
Figure 112021132120635-pat00002
각 구성성분별 계량은 제시된 배합비율에 따라 진행되었으며, 여유율 1.3배를 적용하여 계량을 실시하였다. 재료 분리현상을 방지하기 위해 계량된 재료 투입 후 1분간 건배합을 실시하였다.
이상에서 언급한 본 발명의 실시예 1과 실시예 2를 통해서 본 발명에 따른 친환경 콘크리트 조성물을 형성하기 위한 구성성분들의 배합비율은, 조성물의 전체 중량을 기준으로, 바람직하게는 시멘트 14.2∼14.7중량%, 실리카 흄 2.0∼2.1중량%, 플라이 애쉬 4.1∼4.2중량%, 모래 22.5∼25.8중량%, 패각 8.5∼12중량%, 자갈 42.4∼43.8중량%, 혼화제 0.1∼0.4중량%, 및 폐어망(=섬유) 0∼3.1중량%를 포함한다.
이때, 패각은 바람직하게는 8.6∼11.9중량%를 포함할 수 있다.
또한, 폐어망은 바람직하게는 0.1~3.1중량%를 포함할 수 있다.
(3) 배합수 투입
배합수의 분산을 위해 1분간 전체 배합수 투입량의 30%만 먼저 투입한 후, 2분간 4회 내지 5회에 걸쳐 나머지 배합수를 투입한다.
(4) 고성능 AE 감수제 투입
배합수의 분산이 완료되면, 2분간 3회에 걸쳐 고성능 AE 감수제를 투입한다. 이때, 콘크리트 시방서를 참고하여 슬럼프 및 플로우가 200mm 내지 250mm가 되도록 감수제 양을 조절하고 허용오차는 50mm 이내가 되도록 한다.
(5) 타설
슬럼프 및 플로우 품질을 만족시킨 후 준비된 몰드에 콘크리트 타설을 실시한다. 이때, 모르타르(콘크리트)에 포함된 공기는 압축강도를 저하시키므로, 이를 방지하기 위해 충분한 다짐을 진행하고, 타설이 완료되면 일정한 온도와 습도를 유지시킨다. 첨부도면 도 6에는 전술한 바와 같은 친환경 콘크리트 조성물을 이용하여 제조된 수중 콘크리트 구조물의 일 예로서 콘크리트 앵커가 나타나 있다.
결과 및 고찰
(1) 도 7을 참조하면, 콘크리트 1m3당 중량(kg)기준으로 산정하였을 때, 폐어망 3% 고정 혼입시 패각 혼입량 변화에 따른 압축강도와 인장강도의 변화율이 아래 그래프에 나타나 있다
(2) 도 8을 참조하면, 콘크리트 1m3당 중량(kg)기준으로 산정하였을 때, 패각 30% 고정 혼입시 폐어망 혼입량 변화에 따른 압축강도와 인장강도의 변화율이 아래 그래프에 나타나 있다.
본 발명에 따르면, 수중에 설치되는 친환경 콘크리트 구조물의 재료가 되는 친환경 콘크리트 조성물을 제조하는데 있어서, 패각을 잔골재(=모래) 대신에 일정 중량% 범위로 추가 투입하여 압축강도를 종래와 대등한 범위로 가질 수 있도록 하고, 아울러 폐어망을 감수제(AD)와 함께 투입하여 압축강도를 낮추지 않는 선에서 종래와 대등한 정도의 인장강도를 확보할 수 있도록 하며. 그로 인하여, 패각, 폐어망과 같은 해양쓰레기를 재활용하면서도 종래와 유사한 성능을 보유하는 환경 친화적인 콘크리트 조성물을 제공하고자 한다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물로서,
    상기 친환경 콘크리트 조성물 전체 중량을 기준으로,
    시멘트 14.2중량% 내지 14.7중량%;
    골재로서, 모래 22.5 중량% 내지 25.8중량%, 및 자갈 42.4 중량% 내지 43.8중량%;
    혼화재로서, 실리카 흄 2.0 중량% 내지 2.1중량%, 및 플라이 애쉬 4.1중량% 내지 4.2중량%;
    혼화제(AD) 0.1 중량% 내지 0.4중량%;
    입도가 2mm 내지 3mm인 패각 8.6 중량% 내지 11.9중량%; 및
    2.5cm 내지 3.0cm의 길이로 절단된 폐어망 0.1 중량% 내지 3.1중량%를 포함하는,
    패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모래의 직경은 2mm 내지 3mm이고,
    상기 자갈의 직경은 20mm 이하인,
    패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼화제(AD)는 AE 감수제 또는 고성능 AE 감수제인,
    패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물.
  9. 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물의 제조방법으로서,
    상기 친환경 콘크리트 조성물을 제조하기 위해, 배합에 필요한 구성성분들으로서 시멘트, 골재, 혼화재, 혼화제(AD), 패각 및 폐어망을 준비하는 단계(S1);
    상기 단계(S1)에서 준비된 상기 구성성분들을 계량하고 제 1 항에 따른 배합비율로 건배합하여 상기 시멘트, 상기 골재, 상기 혼화재, 상기 패각 및 상기 폐어망을 포함하는 중간 조성물을 형성하는 단계(S2);
    상기 단계(S2) 후에 배합수를 투입하는 단계(S3);
    투입된 상기 배합수의 분산이 완료된 후, 상기 혼화제(AD)를 투입하는 단계(S4); 및
    상기 단계(S4) 후, 준비된 몰드에 콘크리트 타설을 실시하는 단계(S5);를 포함하고,
    상기 단계(S3)에서,
    상기 배합수의 분산을 위해 1분간 전체 배합수 투입량의 30%를 우선 투입한 후, 2분간 4회 내지 5회에 걸쳐 나머지 배합수를 투입하는,
    패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단계(S1)에서,
    상기 패각은
    초음파 세척기를 통해 세척한 후 건조하며,
    건조된 상기 패각의 입도가 2mm 내지 3mm가 되도록 분쇄하는,
    패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 단계(S1)에서,
    상기 폐어망은
    초음파 세척기를 통해 세척한 후 건조하며,
    건조된 상기 폐어망의 절단된 길이가 2.5cm 내지 3.0cm가 되도록 절단하는,
    패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 단계(S4)에서,
    콘크리트 시방서를 참고하여 슬럼프 및 플로우가 200mm 내지 250mm가 되도록 상기 혼화제(AD)의 양을 조절하고 허용오차는 50mm 이내가 되도록 하는,
    패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물의 제조방법.
  14. 제 1 항, 제 3 항, 또는 제 8 항에 따른 패각 및 폐어망을 이용한 친환경 콘크리트 조성물로 제조된 콘크리트 구조물.
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