KR20000006973A

KR20000006973A - 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌

Info

Publication number: KR20000006973A
Application number: KR1019990050957A
Authority: KR
Inventors: 김효열; 황소영
Original assignee: 강병희
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 1999-11-16
Publication date: 2000-02-07

Abstract

본 발명은 경량 콘크리트 벽돌의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 그 골재로서 현재 사용후 다량 폐기되고 있는 스티로폼 폐기물을 용융시킨 잉고트를 사용하여 경량 콘크리트 벽돌을 제조하는 방법에 관한 것이다.

폴리스티롤 수지를 발포하여 제작된 EPS(Expanded Poly-Styrene)는 열과 냉기의 침입에 대한 차단효과가 높고 성형성이 우수하여 각종 제품의 제조에 널리 사용되고 있다. 산업의 발달과 더불어 스티로폼의 수요가 계속해서 증가함에 따라 폐스티로폼의 발생량도 점차 증가하는 추세에 있다. 그러나 폐스티로폼은 부피가 크고 난 분해성이며 소각시 각종 유해물질이 발생함으로 인해 폐기처리가 곤란하여 환경을 오염시키는 주 요인이 되고 있다.

그리하여 근래에 와서는 환경공해를 줄이기 위하여 폐스티로폼을 재생하려고 하는데 많은 관심을 갖고 활발한 연구가 진행되고 있으며, 이와 같은 연구의 결과로 폐스티로폼 축소화장치가 개발되어 활용되고 있다.

그러나 축소화장치를 통해 제작된 폐스티로폼 잉고트는 아직 그 사용처가 부족하여 그 처리가 곤란한 실정이며, 최근에는 잉고트의 생산이 많이 감소된 실정이다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 폐스티로폼 잉고트의 제반물성을 고찰해 본 결과 일반 경량골재와 비교하여 비중과 흡수율이 낮고 경도가 높으며 재생골재로 활용할 경우 원재료의 수집이 용이하고 골재로서의 제작비용도 적게든다.

본 발명의 원리는 종래 콘크리트 벽돌의 과다한 중량을 감소시키고, 단열성능의 향상을 위해 콘크리트 벽돌의 원료인 시멘트와 일반골재에 재생골재를 치환하여 벽돌을 제조함으로써 벽돌중량을 크게 감소시키고 단열성능을 높이는 특징이 있다.

본 발명의 효과는 폐스티로폼 재생골재를 사용한 벽돌의 개발로 인하여 폐자원의 재생효과를 통한 환경보호와 부존자원의 절약, 그리고 가벼우면서도 압축강도가 높은 단열성능의 효과가 뛰어난 경량 콘크리트 벽돌을 개발한 것이다.

Description

폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌{The lightweight concrete bricks using recycled aggregates made of EPS waste}

본 발명은 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌을 개발하는 것을 목적으로 한다.

종래 기술의 동향

건축물의 자중경감과 단열성능의 향상을 위한 기술로 현재 벽돌의 개발은 없으며, ALC 경량콘크리트 제품과 폴 콘크리트가 개발되어 있다.

종래 기술의 문제점

상기 ALC 경량 콘크리트 제품은 발포제에 의하여 콘크리트 내부에 무수한 기포를 분산시켜 중량을 가볍게 한 경량 콘크리트의 일종으로 블록과 패널형태로 생산되고 있다. ALC 경량 콘크리트 제품은 비중이 일반 벽돌보다 낮고, 공극이 많아 열전도율이 낮은 장점이 있다. 그러나 다공질 모세관 조직으로 구성되어 있어 흡수율이 크며, 압축강도가 30∼40㎏/㎠에 지나지 않는 단점이 있다.

상기 폴 콘크리트는 발포 스티로폼 입자의 우수한 단열성 및 경량성을 이용하여 제조하는 경량 콘크리트이다. 그러나, 경량 골재로 배합되는 스티로폼은 입자 표면이 강한 발수성을 가지고 있어 시멘트 모르터와 혼합이 제대로 되지 않는다. 따라서 재료간의 분리현상으로 균일한 시공이 불가능하고 스티로폼의 낮은 강도로 인하여 목표한 강도 확보가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌의 개발에 관한 것이다.

따라서 본 발명인 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌을 개발할 경우, KS F 4004에 규정된 압축강도를 확보하면서 낮은 단위용적중량을 나타내 과다한 중량이 문제시되는 콘크리트 벽돌의 중량을 최대 49%까지 감소시킬 수 있으며, 경량 콘크리트 벽돌의 낮은 열전도율은 냉난방 부하의 저감으로 에너지를 절약할 수 있다. 또한 폐기물의 새로운 재활용기술의 개발로 부존자원절약 및 환경보존의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 폐스티로폼 재생골재 치환율에 따른 경량 콘크리트 벽돌의 물성.

도 2는 경량 콘크리트 벽돌 제작용 골재의 입도.

도 3은 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌의 배합.

도 4는 경량 콘크리트 벽돌 제작용 모르터의 배합방법

도 5는 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌의 단위용적중량.

도 6은 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌의 압축강도.

도 7은 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌의 흡수율.

도 8은 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌의 열전도율.

이하 첨부된 도면에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 폐스티로폼 재생골재 치환율에 따른 경량 콘크리트 벽돌의 물성이다.

도 2는 경량 콘크리트 벽돌 제작용 골재의 입도분포이다.

폐스티로폼 재생골재의 제조방법은 『폐스티로폼 축소화장치』를 통해 80∼ 100℃의 마찰열로 용융시킨 후 압출하여 잉고트를 생산한다.

그 후 회전식 플라스틱 파쇄기로 KS F 4004의 콘크리트 벽돌에 대한 골재기준에 따라 분쇄를 실시한 후 입도조정을 한다.

도 3은 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌의 배합표이다.

도 4는 경량 콘크리트 벽돌 제작용 모르터의 배합방법이다.

재료는 mixer를 이용 일반골재와 재생골재를 투입 1분간 혼합하고, 시멘트를 투입하여 1분간 건비빔한 후 물을 투입하고 3분간 혼합한다. 벽돌은 표준형벽돌규격인 190×90×57mm 크기의 각형 몰드를 사용하여 KS F 4004 규준에 따라 진동가압기를 사용하여 제작한다.

벽돌의 양생은 KS F 4004의 규정에 따라 성형 후 습도 100% 온도 21℃ 상태에서 24시간 존치한 다음 온도 20℃ 다습상태에서 9일간 보양 후 자연상태로 보존한다. 총 재령은 28일로 하며 총 적산온도 약 13,500℃·h로 양생한다.

도 5는 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌의 단위용적중량이다.

물시멘트비 20%의 경우 보통 콘크리트 벽돌의 단위용적중량은 2,180㎏/㎥로 나타난다. 폐스티로폼 재생골재의 치환율이 20%일 때 단위용적중량은 1,940㎏/㎥, 40%일 때 1,660㎏/㎥, 60%일 때 1,340㎏/㎥, 80%일 때 1,125㎏/㎥로, 재생골재의 치환율이 증가할수록 단위용적중량은 급격히 감소한다. 특히 재생골재 치환율 80%의 경우 단위용적중량은 보통 콘크리트 벽돌의 48% 감소한다.

물시멘트비 25%의 경우 보통 콘크리트 벽돌의 단위용적중량은 2,400㎏/㎥로 나타난다. 폐스티로폼 재생골재의 치환율이 20%일 때 단위용적중량은 2,100㎏/㎥, 40%일 때 1,720㎏/㎥, 60%일 때 1,370㎏/㎥, 80%일 때 1,225㎏/㎥로, 재생골재의 치환율이 증가할수록 단위용적중량은 급격히 감소한다. 특히 재생골재 치환율이 80%의 경우 단위용적중량은 보통 콘크리트 벽돌의 49% 감소한다.

물시멘트비 30%의 경우 보통 콘크리트 벽돌의 단위용적중량은 2,090㎏/㎥로 나타난다. 폐스티로폼 재생골재의 치환율이 20%일 때 단위용적중량은 1,740㎏/㎥, 40%일때 1,590㎏/㎥, 60%일 때 1,280㎏/㎥, 80%일 때 1,120㎏/㎥로, 재생골재의 치환율이 증가할수록 단위용적중량은 급격히 감소한다. 특히 재생골재 치환율이 80%의 경우 단위용적중량은 보통 콘크리트 벽돌의 46% 감소한다.

상기와 같이, 폐스티로폼 재생골재 콘크리트 벽돌은 재생골재 치환율이 증가함에 따라 단위용적중량은 감소한다.

따라서 폐스티로폼 재생골재를 콘크리트 벽돌의 골재로 활용함으로써 콘크리트 벽돌의 단위용적중량이 감소되며, 건축물의 경량화를 도모할 수 있을 것으로 기대된다.

도 6은 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌의 압축강도이다.

물시멘트비 20%의 경우 보통 콘크리트 벽돌의 압축강도는 328.35㎏/㎠이나, 폐스티로폼 재생골재의 치환율이 20%일 때 압축강도는 260.90㎏/㎠, 40%일 때 242.60㎏/㎠, 60%일 때 105.26㎏/㎠, 80%일 때 93.24㎏/㎠로, 재생골재의 치환율이 증가할수록 압축강도는 감소한다.

물시멘트비 25%의 경우 보통 콘크리트 벽돌의 압축강도는 356.42㎏/㎠이나, 폐스티로폼 재생골재의 치환율이 20%일 때 압축강도는 320.00㎏/㎠, 40%일 때 284.33㎏/㎠, 60%일 때 154.20㎏/㎠, 80%일 때 125.27㎏/㎠로, 재생골재의 치환율이 증가할수록 압축강도는 감소한다.

물시멘트비 30%의 경우 보통 콘크리트 벽돌의 압축강도는 319.94㎏/㎠이나, 폐스티로폼 재생골재의 치환율이 20%일 때 압축강도는 243.27㎏/㎠, 40%일 때 225.53㎏/㎠, 60%일 때 108.51㎏/㎠, 80%일 때 96.28㎏/㎠로, 재생골재의 치환율이 증가할수록 압축강도는 감소한다.

상기와 같이, 폐스티로폼 재생골재 콘크리트 벽돌은 재생골재 치환율이 증가함에 따라 압축강도는 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 "KS F 4004 콘크리트 벽돌"에서 "콘크리트 벽돌의 압축강도는 80㎏/㎠ 이상"으로 규정하고 있다. 본 발명의 폐스티로폼 재생골재 콘크리트 벽돌은 치환율 20%, 40%, 60%, 80%의 모든 경우에서 규정을 만족하여 현장적용이 가능한 것으로 판단된다.

도 7은 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌의 흡수율이다.

물시멘트비 20%의 경우 보통 콘크리트 벽돌의 흡수율은 4.3%이나, 폐스티로폼 재생골재의 치환율이 20%일 때 흡수율은 6.5%, 40%일 때 7.2%, 60%일 때 8.2%, 80%일 때 10.2%로, 재생골재의 치환율이 증가할수록 흡수율은 증가한다.

물시멘트비 25%의 경우 보통 콘크리트 벽돌의 흡수율은 4.0%이나, 폐스티로폼 재생골재의 치환율이 20%일 때 흡수율은 6.2%, 40%일 때 6.8%, 60%일 때 8.0%, 80%일 때 9.6%로, 재생골재의 치환율이 증가할수록 흡수율은 증가한다.

물시멘트비 30%의 경우 보통 콘크리트 벽돌의 흡수율은 5.0%이나, 폐스티로폼 재생골재의 치환율이 20%일 때 흡수율은 7.1%, 40%일 때 7.3%, 60%일 때 8.6%, 80%일 때 11.7%로, 재생골재의 치환율이 증가할수록 흡수율은 증가한다. 그러나 "KS F 4004 콘크리트 벽돌"에서 "콘크리트 벽돌의 흡수율은 10%이하"로 규정하고 있다.

본 발명의 폐스티로폼 재생골재 콘크리트 벽돌은 치환율 20%, 40%, 60%, 80%의 모든 경우에서 10% 내외로 나타나 현장적용이 가능한 것으로 판단된다.

도 8은 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌의 열전도율이다.

물시멘트비 20%의 경우 보통 콘크리트 벽돌의 열전도율은 1.49㎉/mh℃로 나타난다. 폐스티로폼 재생골재의 치환율이 20%일 때 열전도율은 0.92㎉/mh℃, 40%일 때 0.77㎉/mh℃, 60%일 때 0.38㎉/mh℃, 80%일 때 0.28㎉/mh℃로, 재생골재의 치환율이 증가할수록 열전도율은 급격히 감소한다. 특히 재생골재의 치환율이 80%일 때는 보통 콘크리트 벽돌보다 열전도율이 82%나 감소한다.

물시멘트비 25%의 경우 보통 콘크리트 벽돌의 열전도율은 1.65㎉/mh℃로 나타난다. 폐스티로폼 재생골재의 치환율이 20%일 때 열전도율은 1.35㎉/mh℃, 40%일 때 0.95㎉/mh℃, 60%일 때 0.57㎉/mh℃, 80%일 때 0.44㎉/mh℃로, 재생골재의 치환율이 증가할수록 열전도율은 감소한다. 특히 재생골재의 치환율이 80%일 때는 보통 콘크리트 벽돌보다 열전도율이 74%나 감소한다.

물시멘트비 30%의 경우 보통 콘크리트 벽돌의 열전도율은 1.54㎉/mh℃이나, 폐스티로폼 재생골재의 치환율이 20%일 때 열전도율은 0.90㎉/mh℃, 40%일 때 0.60㎉/mh℃, 60%일 때 0.55㎉/mh℃, 80%일 때 0.33㎉/mh℃로, 재생골재의 치환율이 증가할수록 열전도율은 감소한다. 특히 재생골재의 치환율이 80%일 때는 보통 콘크리트 벽돌보다 열전도율이 79%나 감소한다.

상기와 같이, 폐스티로폼 재생골재 치환율 20%, 40%, 60%, 80%의 모든 경우에서 기존 콘크리트 벽돌의 열전도율 1.2㎉/mh℃ 이하로 나타나 폐스티로폼 재생골재를 이용한 콘크리트 벽돌을 건축재료로 사용함에 따라 단열효과의 상승이 기대된다.

본 발명인 폐스티로폼 재생골재를 이용한 경량 콘크리트 벽돌을 건축물에 활용할 경우, 기대효과는 다음과 같다.

첫째, 기존 콘크리트 벽돌의 물성을 만족시키면서 낮은 단위용적중량을 나타내 구조물의 자중을 감소시킬 수 있으며,

둘째로, 뛰어난 단열성능으로 에너지를 절약할 수 있으며,

셋째로, 대체 경량골재의 개발로 인해 부존자원의 고갈을 막을수 있으며,

넷째로, 폐스티로폼을 재생하여 골재로 활용함으로써 폐기물에 의한 환경오염을 방지하고 자원을 절약할 수 있다.

Claims

폐스티로폼 축소화장치에 의하여 생산된 잉고트를 파쇄기로 분쇄·가공하여 콘크리트 벽돌에 대한 골재 기준에 따라 입도조정된 폐스티로폼 재생골재,

시멘트와 골재 배합비 1:7을 기준으로 상기의 폐스티로폼 재생골재를 일반골재에 20∼80%의 범위로 치환하여 제작된 경량 콘크리트 벽돌,

폐스티로폼 재생골재를 이용한 콘크리트 벽돌의 성능이 KS F 4004(콘크리트 벽돌)의 규준을 만족하고, 특히 단위용적중량 1,120∼2,100㎏/㎥, 압축강도 93∼ 320㎏/㎠, 흡수율 6.2∼11.7%, 열전도율 0.28∼1.35㎉/mh℃의 성능상 특성을 갖는 경량 콘크리트 벽돌.