KR20000027988A - 폴리머 콘크리트 3중 원심력관 및 그의 제조방법 - Google Patents

폴리머 콘크리트 3중 원심력관 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리머 콘크리트 3중 원심력관 및 그의 제조방법에 관한 것으로써, 중간층에 사용되는 불포화 폴리에스터 수지 및 각종 첨가제의 혼합 투입시에 정량의 불포화 폴리에스터 수지를 혼합기와 투입기에서 일정량씩 분할하여 혼합함으로써 믹싱 및 운송시에 혼합물의 점도를 적절히 조절할 수 있어 제조과정에서 혼합물이 기계설비의 내벽에 쉽게 부착되는 현상을 방지할 수 있고, 성형체의 양생시 양생온도를 적절한 고온으로 조절함으로써 양생시간을 크게 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 강도특성 또한 현저하게 개선시킬 수 있는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관 및 그의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 적당한 크기로 절단된 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버와, 수축감소제가 포함된 불포화폴리에스터수지 및 반응개시제로 구성된 결합재를 고속으로 회전하는 원심력 성형몰드에 투입하여 외층을 형성시키는 제 1공정과, 상기 제 1공정에서 외층이 완전 경화가 되기전에 수축감소제가 포함된 불포화 폴리에스터 수지와 반응개시제로 구성된 결합재, 세골재 조골재 및 충전재로 조성된 폴리머 콘크리트 조성물을 요구되는 중간층의 두께에 해당되는 양 만큼 고속으로 회전하는 원심력 성형몰드에 투입하여 중간층을 형성시키는 제 2공정과, 적당한 크기로 절단된 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버와 수축감소제가 포함된 불포화폴리에스터수지 및 반응개시제로 구성된 결합재를 고속으로 회전하는 원심력 성형몰드에 투입하여 내층을 형성시킨 후 겔상태가 될때까지 회전시켜 성형하는 제 3공정과, 상기 성형 원심력관을 고온양생하여 경화시키는 는 제 4공정을 포함하는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조방법에 있어서,
상기 제 2공정에서 폴리머 콘크리트 조성물의 투입시 불포화 폴리에스터, 수축감소제, 반응개시제로 구성된 결합재의 투입공정을 이분하여 결합재의 일부와 세골재, 조골재 및 충전재를 혼합기에서 내에서 1차 혼합한 후, 이를 이송대차를 이용하여 투입기로 이송한 다음 투입기의 스크류 부분에서 잔여 결합재를 주입하여 스크류의 회전에 의한 혼합작용에 의하여 2차 혼합과정을 거쳐 고속으로 회전하는 원심력 몰드내로 투입하며, 상기 제 4공정에서의 양생온도를 60 내지 70℃로 함을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조방법을 제공한다.

Description

폴리머 콘크리트 3중 원심력관 및 그의 제조방법(A triple layered polymer concrete duct and the method of producing the same)
본 발명은 하수도용으로 사용되는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 관벽의 내외측에 유리섬유층을 갖는 폴리머 콘크리트 원심력관의 제조방법에 관한 것으로 본 발명자의 선출원 97-40761호의 발명을 개량한 폴리머 콘크리트 3중 원심력관 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 하수관은 오수처리관과 우수처리관으로 구분하여 건설하도록 되어 있으며, 이러한 오수 및 우수의 처리관으로는 시멘트 콘크리트로 제조된 흄관과 PC관을 위주로 사용되어 왔으나, 오수처리관의 경우는 2차산업의 급속한 발달로 인하여 각종 공장시설로 부터 과다하게 배출되는 침식성 오ㆍ폐수에 포함되어 있는 산성물질의 영향으로 관의 내부로 부터 침식이 시작되어 급기야는 관벽의 두께가 얇아져서 토사의 압력에 의하여 붕괴되고, 이와 같은 붕괴로 인하여 하수관로가 막힌다던가, 지하수가 유입되어 종말처리장의 기능을 저하시키는 등의 문제를 일으키고 있다.
이러한 문제로 인하여, PVC관 등의 합성수지관을 하수용으로 사용하는 경우가 있으나, 합성수지관은 압축강도 등이 약하여 외압에 의한 파괴가 빈번하게 일어나 자주 교체하여야 할 뿐만 아니라, 자중이 부족하여 지하수위가 높은 경우에는 부상하는 경향이 있고, 휨강성이 작아 변형을 일으키는 등의 문제점을 내포하고 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 대한민국 특허출원 제96-5659호로부터 하수도용 폴리머 콘크리트 원심관을 출원한 바 있다.
상기 본 발명자에 의한 선발명은 수축감소제가 포함되어 있는 불포화 폴리에스터 수지와 모래, 규사, 자갈 등의 골재와 플라이애쉬 또는 탄산칼슘 등의 충전재로 이루어지는 원심관을 제조한 후, 상기의 원심관을 초내식성 불포화 폴리에스터 수지로 코팅하여 주는 것을 요지로 하고 있다.
상기와 같은 요지의 선발명에 의한 폴리머 콘크리트 원심관은 일반하수관으로서는 현재에도 호평을 받고 있는 상태이나, 대형관을 제조하는 경우에는 그 두께가 두꺼워지는 관계로 운송, 설치 등에 불리하게 작용하는 경향이 있으며, 제조단가에 있어서도 비교적 고가인 합성수지의 가격으로 인하여 시장경쟁력이 저하되는 문제가 있었다.
이와 관련하여, 폴리머 콘크리트관의 강도 향상을 위하여 섬유를 보강하는 기술이 알려져 있다. 예를들어 일본국 특허공보 소47-25146호에서는 합성수지로 이루어진 층을 원심력 성형기에 넣어 반성형한 다음 약25㎜로 절단된 유리섬유칩을 동질의 합성수지와 혼합하여 반성형된 합성수지관의 내부에 넣고 윈심력으로 계속하여 성형하여 주는 방법을 제시하고 있다.
일본국 공개특허공보 특개소50-51566호는 다층관을 제조하는 방법에 관한 것으로, 원심성형된 폴리머 콘크리트관의 외부에 합성수지가 함침되어 있는 유리섬유매트를 감아 주는 방법에 대하여 기재하고 있으며, 동 특개소 54-4958호는 부분적으로 유리섬유 등의 단섬유 혹은 마이크분말 등을 함유하는 수지를 원심성형하는 방법에 대하여 공개하고 있고, 동 특개소 60-137632호는 일단에 힌지구조를 갖는 섬유 강화플라스틱 파이프의 제조방법에 관한 것으로 유리섬유 매트를 강화제로 첨가하여 힌지부를 확대하는 방법에 대하여 기술하고 있다.
동 특개소61-21488호는 보강재로 사용되는 유리섬유가 축방향으로 평행하도록 하기 위한 방법에 대한 압출성형방법에 대하여 공개하고 있으며, 동 특개소 61-273918호는 강화섬유를 망상체로 하여 수지와 함께 금형의 내부에 장입시켜 성형하고 다시 그 내부에 절단된 유리섬유를 함유하는 합성수지를 그 내부로 유입시켜 다층을 형성시키는 기술에 대하여 기술하고 있고, 동 특개평2-206506호는 합성수지 콘크리트관의 원심력제조방법에 대하여 기술하고 있는 것으로 유리섬유와 상온경화제를 첨가한 불포화 폴리에스터수지에 모래, 탄산칼슘 등을 혼합시킨 상태에서 원심회전 금형의 내부로 진입시키는 방법에 대하여 공개하고 있다.
그러나, 상기에서와 같은 선행 기술은 합성수지가 함침된 유리섬유를 사용함으로써 별도의 함침공정을 필요로 할 뿐만 아니라, 함침후 비중으로 인하여 유리섬유가 편중되는 경향을 보이고, 성형시 금형의 내부로 주입시키기 위한 별도의 장치를 필요로 하여 생산원가의 상승을 유발하는 문제가 있다.
이상 설명한 바의 선행기술에서 나타나는 문제점을 해결하기 위한 방법으로써 본 발명자는 대한민국 특허출원 제 97-40761호(이하 선출원발명이라 함)로부터 도 1의 종래의 원심력관의 일부절개 사시도에 도시된 바와 같이 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버(F)가 침지되어 있는 외층(D)과 폴리머 콘크리트로 이루어진 중간층(M), 그리고, 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버(F)가 침지되어 있는 내층(D')을 기본 구성으로 하되, 절단된 상태의 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버를 회전하는 성형몰드에 넣어 분산시킨 후 결합재인 수지혼합물 총 중량의 10내지 20%(w/w)의 수축감소제가 포함되어 있는 결합재를 외층의 두께의 확보를 위해 요구되는 양 만큼 넣어 회전 원심력에 의하여 상기 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버 사이로 침투시키면서 반경화시켜 외층을 형성시키는 제 1공정과, 상기 제 1공정에서의 외층이 완전 경화가 되기전에 수축감소제가 포함되어 있는 불포화 폴리에스터 수지 및 반응개시제로 조성된 결합재와, 골재 및 충전재로 구성되는 폴리머 콘크리트를 요구되는 중간층의 두께에 해당되는 양 만큼 고속으로 회전하는 몰드에 투입하여 중간층을 형성시키는 제 2공정과, 이어서, 적당한 길이로 절단된 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버를 분산이 잘 되도록 투입하고 여기에 내층의 두께확보를 위해 요구되는 양만큼의 결합재를 넣어 경화가 완료될때까지 회전시켜 탈형하는 제 3공정과, 탈형된 성형체를 20±3℃의 온도에서 50 내지 60%의 상대습도를 유지하면서 기건양생하는 제 4공정을 포함함을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조방법 및 그로부터 제조된 폴리머 콘크리트 3중 원심력관을 제공함으로써, 인장강도, 휨강도, 압축강도 등이 기존의 하수관에 비하여 현저히 높고, 동결융해에 대한 저항성, 수밀성 및 내약품성 등의 측면에서 우수한 특성을 지니며, 선행발명과 비교할 때 제조공정, 경화시간 등을 크게 단축시킬 수 있어 생산성 측면에서 현저한 개선효과를 나타내는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관 및 그의 제조방법을 제공한 바 있다.
그러나 본 발명자는 상기 바의 선출원발명에 계속하여 연구를 거듭한 결과 상기 제조공정상에서 일부 개선점을 발견할 수 있었다.
즉, 본 발명자는 선출원 발명의 제 4공정에 언급된 바와 같이 성형된 관체의 양생시 양생온도를 23±2℃로써 상온양생하였으나, 이러한 상온 양생시에는 양생에 필요한 시간이 길어짐으로써 성형몰드의 회전율이 낮을 수 밖에 없으며 바람직한 강도 특성 또한 얻을 수 없었다.
또한, 상기 선출원 발명에서는 원심력관의 중간층(M)을 형성시키기 위한 제 2공정의 수행시 미리 계량한 결합재와 골재 및 충전재 등의 각종 재료를 혼합기내에서 일괄적으로 믹싱한 후 이를 이송대차 등의 운반수단을 이용하여 투입기를 통해 고속으로 회전하는 원심력 몰드에 투입하였다.
그러나 이러한 일괄혼합에 의한 방법으로 폴리머 콘크리트 조성물을 제조할 경우 결합재인 불포화폴리에스터 수지의 성질에 의하여 상기 폴리머 콘크리트 조성물의 점도가 매우 높아짐으로써 원심력 몰드로 운송되기 전 과정에서 믹서기, 이송대차 및 투입기 등과 같은 기계설비의 내벽에 부착되기 때문에 재료의 낭비가 커질 뿐만 아니라 작업완료 후 상기 사용된 각종 기계설비의 세척이 쉽지않고 이러한 세척과정에서 사용되는 과량의 유기 세척제(아세톤 용매) 등에 의한 추가비용이 발생함과 아울러 세척시 방출되는 아세톤 및 폴리머콘크리트의 회전과정에서에 심각한 환경오염을 초래하는 문제점이 있음을 발견하였다.
본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구를 거듭한 결과 본 발명을 완성하게 된 것으로, 본 발명자에 의한 선출원 발명의 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조공정 중 중간층에 사용되는 불포화 폴리에스터 수지 및 각종 첨가제의 혼합 투입시 정량의 불포화 폴리에스터 수지를 혼합기와 투입기에서 일정량씩 분할하여 배합함으로써 믹싱 및 운송시에 혼합물의 점도를 적절히 조절할 수 있어 제조과정에서 혼합물이 기계설비의 내벽에 쉽게 부착되는 현상을 방지할 수 있고, 성형체의 양생시 양생온도를 적절한 고온으로 조절함으로써 양생시간을 크게 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 강도특성 또한 현저하게 개선시킬 수 있는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관 및 그의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 원심력관의 일부절개 사시도
본 발명의 제조방법에 의하여 제조되는 하수관은 도 1의 선출원 발명에서 제시된 바와 같이 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버(F)가 침지되어 있는 외층(D)과 폴리머 콘크리트로 이루어진 중간층(M), 그리고, 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버(F)가 침지되어 있는 내층(D')을 기본 구성으로 하며, 외층(D) 및 내층(D')은 초내식성의 코팅층을 가질 수도 있다.
상기와 같은 기본구성으로 이루어진 본 발명의 하수관은 결합재의 기본 재질로서 비교적 가격이 저렴하고 물리적으로 또는 화학적으로 그 성질이 우수한 올소 타입의 불포화 폴리에스터 수지를 사용하며, 결합재로 사용되는 불포화 폴리에스터 수지는 경화시 3 내지 7%의 큰 수축성을 나타내어 이를 결합재로 사용한 폴리머 콘크리트로 하수관을 제조 할 경우 칫수의 안정성을 보장하기 어려우므로, 그 수축성을 방지하기 위하여 불포화 폴리에스터 수지 100중량%에 대하여 10∼20중량%의 수축감소제가 첨가된다.
상기한 수축감소제의 첨가량에 대하여는 본 발명자의 또 다른 선출원인 대한민국 특허출원 제 95-44208호에서 고강도 특성을 발현하기 위하여 상기의 비율이 가장 적당함을 밝힌 바 있다.
즉, 불포화 폴리에스터 수지는 경화시 3 내지 7%의 큰 수축성을 나타내어 이를 수축감소제의 첨가 없이 결합재로 사용할 경우 양생균열이 발생하고 칫수의 안정성을 보장하기 어려우므로, 이를 방지하기 위하여 수축감소제를 첨가 하는데, 수축감소제의 양이 부족한 경우에는 소정의 결과를 얻기가 어려우며, 수축감소제의 양이 과다할 경우에는 강도가 급격히 감소하는 등의 문제점이 유발되므로 상기의 범위 내에서 첨가하는 것이 바람직하다.
상기의 결합재를 주재료로 하여 형성되는 본 발명의 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조방법은 통상의 원심관 제조장치에 의하여 제조될 수 있는 것으로서, 적당한 크기로 절단된 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버와 수축감소제가 포함된 불포화폴리에스터수지 및 반응개시제의 결합재를 고속으로 회전하는 원심력 성형몰드에 투입하여 외층을 형성시키는 제 1공정과, 상기 제 1공정에서의 외층이 완전 경화가 되기전에 수축감소제가 포함된 불포화 폴리에스터 수지 및 개시제로 구성된 결합재, 세골재, 조골재 및 충전재로 조성된 폴리머콘크리트 조성물을 요구되는 중간층의 두께에 해당되는 양 만큼 원심력 성형몰드에 투입하고 회전시켜 중간층을 형성시키는 제 2공정과, 적당한 크기로 절단된 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버와 수축감소제가 포함된 불포화폴리에스터수지 및 반응개시제로 구성된 결합재를 고속으로 회전하는 원심력 성형몰드에 투입하여 내층을 형성시킨 후 겔상태가 될때까지 회전시켜 성형하는 제 3공정과, 상기 겔상태인 성형체를 양생하는 제 4공정을 포함하는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조방법에 있어서,
상기 제 2공정에서 폴리머 콘크리트 조성물의 투입시 결합재의 투입과정을 이분하여 결합재 일부와 세골재, 조골재 및 충전재를 혼합기 내에서 내에서 1차 혼합한 후 이를 이송대차를 이용하여 투입기로 이송한 다음 투입기의 스크류 부분에서 잔량의 불포화 폴리에스터 수지를 포함하는 결합재를 추가로 주입하여 스크류의 회전에 의한 혼합작용에 의하여 2차로 혼합되는 과정을 거쳐 고속으로 회전하는 원심력 몰드내로 투입하며, 상기 제 4공정에서의 양생온도를 60 내지 70℃의 고온으로 함을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조방법 및 그로부터 제조된 폴리머 콘크리트 3중 원심력관을 제공한다.
상기한 바와 같이 본 발명에서의 제 2공정에는 중간층을 형성시키기 위하여 폴리머 콘크리트 조성물을 고속으로 회전하는 원심력 몰드에 투입시 불포화 폴리에스터 수지 결합재의 첨가 총량을 10 내지 16%(w/w)로 하되, 우선 결합재 5내지 7%(w/w)와, 세골재 및 조골재로 사용되는 모래 및 자갈 60내지 80%(w/w), 충전재로서 플라이 애쉬나 탄산칼슘 혹은 석분 10 내지 15%(w/w), 적당량의 개시제 및 일반적으로 사용되는 가교제 0.1내지 0.6%(w/w)를 혼합기 내에서 1차 혼합한 후 이를 이송대차를 이용하여 투입기로 이송한 다음 투입기의 스크류 부분에서 잔여 불포화 폴리에스터 수지 결합재 8 내지 10%(w/w)를 혼합하여 스크류의 회전에 의한 혼합작용에 의하여 2차로 혼합된 상태로 원심력 몰드내로 투입된다.
상기한 바와 같이 중간층에 사용되는 폴리머콘크리트 조성물의 제조시 본 발명의 분리배합에 의한 방법을 적용할 경우 상기 1차 배합과정에서 첨가되는 불포화 폴리에스터 수지의 함량이 5 내지 7%(w/w)로 상대적으로 적어 접착성이 거의 없으므로 배합, 이송 및 투입과정에서 접촉하게 되는 믹서기 이송대차 및 투입기 호퍼부분 등의 기계설비에서의 부착을 방지할 수 있어 재료의 낭비를 막을 수 있으며, 아울러 상기한 바와 같은 제기계설비의 세척공정이 필요하지 않아 생산효율을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 일괄배합하는 경우와 비교할 때 혼합시 균일성이 향상되어 강도특성 측면에서 약 5 내지 10%정도의 증진효과를 기대할 수 있다.
본 발명에서 관체의 외층 및 내층에 사용되는 강화재로서는 유리섬유, 석면섬유, 카본섬유 등의 다양한 종류의 섬유가 사용될 수 있고, 또 이들을 사용하여 제직한 직물을 사용할 수도 있으나, 분산성과 작업성을 고려한다면 화이버칩(Fiber chip)의 형태의 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버를 사용하는 것이 바람직하고, 그 길이는 25㎜를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 폴리머 콘크리트의 조성중 불포화 폴리에스터 수지 결합재에는 결합재 전체 중량기준으로 10 내지 20%(w/w)의 수축감소제가 포함되어 있는데 이러한 수축감소제는 열가소성인 폴리스틸렌을 스틸렌 모노머에 용해시킨 것으로서 불포화폴리에스터 수지 중량의 20%(w/w)이상 첨가 할 경우, 경화 후 불포화 폴리에스터 수지의 응집밀도를 낮추어 폴리머 콘크리트의 강도저하에 큰 영향을 끼치게 되며, 10%(w/w)이하로 첨가할 경우에는 의도했던 만큼의 수축 감소 효과를 거둘 수 없으므로 불포화폴리에스터 수지 중량의 10 내지 20%(w/w)가 가장 적당하다.
상기한 수축 감소제와 함께 혼합하여 결합재로 사용되는 불포화 폴리에스터 수지는 코발트계 경화 촉진제인 옥탄산코발트(COOC)가 첨가되어 있고, 개시제에 의하여 경화반응을 일으키는 올소타입(ortho type) 불포화 폴리에스터 수지로서 그 구조식은 하기 화학식 1과 같다.
이를 폴리머 콘크리트 전체중량의 약 10%까지 사용 할 경우 중량비의 증가에 따라 강도가 증가 하지만 16%이상이 되면 수지의 분리, 수축, 휨 등이 커질 뿐만 아니라 교반, 성형 등의 작업성도 현저히 저하되므로 수축감소제와 경화촉진제, 불포화 폴리에스터 수지로 조성된 결합재의 중량비는 10내지 16%가 가장 적당하다.
또한 충전재는 일반적으로 플라스틱 가공 분야에서 사용되는 충전재가 모두 사용될 수 있다. 충전재에는 탄산칼슘, 석분, 플라이애쉬, 이산화티탄 등이 있으나, 이산화 티탄과 같은 충전재는 고가의 화합물이고, 본 발명에서 특별한 효과를 발현하는 것이 아니므로 비교적 저가이며, 수지의 흡수가 작은 탄산칼슘이 적합하다.
탄산칼슘 중에서도 중질 탄산칼슘(heavy calcium carbonate)이 더욱 바람직하며, 그 첨가비율이 15%(w/w)이상일 경우 점성이 높아져 작업성이 나빠질 뿐 아니라 경화 후의 강도가 저하되므로 10내지 15%(w/w)가 적당하다. 탄산칼슘의 입자 크기는 1내지 30μm이고, 분말도는 2500내지 3000cm2/g이며, 함수율이 0.1%미만인 조건을 갖춘 것이 보다 바람직하다.
또, 폴리머 콘크리트 원심력관 제조용 골재로서 사용되는 세골재 및 조골재는 유기불순물을 함유하지 않아야 하고, 골재를 둘러싼 결합재층과의 사이에 수막이 형성되어 결합재와 골재간의 부착력을 약화시키는 것을 방지하기 위하여 건조시킬 필요가 있으며, 사용량은 경화 후의 강도를 고려하여 60내지 80%(w/w)가 되도록 하는 것이 바람직하고, 쇄석 또는 자갈 등의 조골재는 9.5mm의체를 통과할 수 있는 정도의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서의 폴리머 콘크리트는 일반적으로 불포화 폴리에스터에 사용되는 가교제가 모두 사용될 수 있으나, 유기질인 폴리머 매트릭스와 무기질인 골재와의 결합이기 때문에 화학적 접착력이 약해지는 결함을 가지고 있으므로 이를 해결하기 위하여 가교제로서 실란(silane)이 사용된다.
상기한 방법으로 성형된 본 발명의 폴리머 콘크리트 3중 원심력관은 최종적으로 적정온도하에서 양생시키는 과정을 거쳐 소기의 강도를 얻을 수 있는 것이다. 본 발명자는 선출원 발명에 계속하여 연구를 거듭한 결과 이러한 양생온도를 일정한 정도까지 상승시킴에 따라 관체의 1일 강도를 약 40%정도로 크게 향상될 수 있음을 확인 하였는데, 그러한 적정 양생온도범위는 60℃ 이상으로 유지시킴이 가장 바람직하며 양생온도가 70℃를 초과할 경우에는 온도상승에 따른 강도 증진 효과가 극히 미미할 뿐만 아니라, 오히려 100℃이상의 고온에서는 오히려 전체적인 강도특성이 크게 저하되는 문제점을 나타낼 수 있는 것이다.
본 발명에서 관체 단면의 휨강성을 증진시키기 위한 목적으로 원심력관의 외층 및 내층을 구성하는 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버 보강층의 두께비는 관의 직경 및 요구되는 외압강도 또는 내압강도 등에 따라 다르나 관체가 외압하중에 대하여 우수한 강도특성을 나타내기 위한 외압관일 경우 외층 : 내층의 두께비를 1:1.6 내지 2의 비율로 하는 것이 바람직함을 본 발명의 선출원 발명인 대한민국 특허 출원 제 97-69277호에 이미 밝힌바 있다. 또한, 관체가 내압부하에 대하여 우수한 강도특성을 나타내기 위한 내압관일 경우 반대로 내층 : 외층의 두께비를 1 : 1.6 내지 2의 비율로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 외압관의 경우 파괴가 일반적으로 관체의 수직방향단면에서 관내벽이 인장항복되어 초기균열을 일으키는 1차파괴가 일어나 일정한 수직변위가 발생한 후 다시 수평방향단면에서 2차파괴가 일어나는데, 관체가 일정한 연직하중을 받으면 관체의 수직방향단면에 발생하는 휨모멘트의 크기가 수평방향단면에 발생하는 휨모멘트의 약 1.6내지 2.0배이기 때문이다. 반대로 내압관의 경우는 동일한 비율로 내층보다 외층을 두껍게 하여야 하는 것이다.
이하 본 발명을 하기한 실시예 및 시험예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
하기 실시예에서 폴리머 결합재로써 사용되는 불포화 폴리에스터 수지 결합재는 전체 중량을 기준으로 수축감소제가 차지하는 중량비를 20%(w/w)로 하여 제조된 것임을 밝혀둔다.
<폴리머 콘크리트 제조예 1>
옥탄산 코발트와 불포화 폴리에스터 결합재 0.56kg과 중질탄산칼슘 1.2kg과 유기물을 제거하여 충분히 건조시킨 모래 3.36kg과 4번체 통과 쇄석 2.24kg과 표준경화형 개시제로서 국내 (주) 애경화학에서 제조한 MEKPO(메틸 에틸 케톤 프록사이드가 55%함유되어 있는 DMP 용액) 0.012kg과 실란 0.012kg을 강제식 믹서에 넣고 5분간 혼합하여 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트를 제조하였다.
<폴리머 콘크리트 제조예 2내지 9>
상기 폴리머 콘크리트 제조예 1과 동일하게 실시하되, 불포화 폴리에스터 결합재, 중질탄산칼슘, 모래 및 쇄석의 함량을 하기한 표 1과 같이 하여 각각의 폴리머 콘크리트를 제조하였다.
구 분 불포화폴리에스터 결합재(kg) 중질탄산칼슘(kg) 모래(kg) 쇄석(kg)
폴리머콘크리트제조예 1 0.48 0.96 3.65 2.43
폴리머콘크리트제조예 3 0.48 1.04 3.55 2.37
폴리머콘크리트제조예 4 0.56 1.12 3.46 2.30
폴리머콘크리트제조예 5 0.56 1.20 3.36 2.24
폴리머콘크리트제조예 6 0.56 1.28 3.26 2.18
<관체 제조실시예 1>
몰드의 치수가 직경이 30㎝이고 길이가 30㎝이고 900RPM으로 회전되고 있는 몰드에 6 내지 25㎜로 절단된 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버 및 적량의 불포화 폴리에스터 수지를 넣고 1분간 회전을 계속하여 골고루 분산시킨 후, 상기 폴리머 콘크리트 제조예 1로부터 제조된 불포화폴리에스터 폴리머콘크리트 8kg을 이송 대차로 이송하여 불포화 폴리에스터 수지 0.64kg과 함께 투입기의 스크류부분으로 주입하여 스크류의 작동에 의하여 혼합된 상태로 고속으로 회전하는 원심력 몰드내로 투입하여 대략 5분간 회전시킨 후, 다시 6 내지 25㎜의 크기로 절단된 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버 및 적량의 불포화 폴리에스터 수지를 넣고 10분간 회전하여 경화 시킨후, 몰드로 부터 탈형하여, 60℃의 온도와 20∼30%의 상대습도를 유지하면서 2일간 기건양생하였다.
<관체제조 실시예 2 내지 6>
상기 관체제조실시예 1과 동일하게 실시하되, 제조시 중간층의 성형을 위하여 사용된 불포화폴리에스터 폴리머 콘크리트의 종류와 사용량 스크류에 별도로 주입되는 불포화폴리에스터수지 중량 및 양생온도를 하기한 표 2와 같이하여 각각의 폴리머 콘크리트 3중 원심력관을 제조하였다.
구 분 불포화폴리에스터콘크리트의종류 불포화폴리에스터콘크리트의 사용량(kg) 스크류주입불포화폴리에스테르 사용량(kg) 양생온도(℃)
관체제조실시예 2 폴리머콘크리트제조예2 8 0.48 60
관체제조실시예 3 폴리머콘크리트제조예3 8 0.56 60
관체제조실시예 4 폴리머콘크리트제조예4 8 0.56 70
관체제조실시예 5 폴리머콘크리트제조예5 8 0.64 70
관체제조실시예 6 폴리머콘크리트제조예6 8 0.72 70
<관체 제조 비교예1>
상기 관체 제조 실시예 1과 동일하게 실시하되, 중간층의 형성시 투입기의 스크류 부분에서 불포화 폴리에스터 수지를 주입하여 별도로 혼합하는 과정을 거치지 않고 폴리머 콘트리트의 제조시 불포화폴리에스터 첨가량을 1.2kg으로 하여 일괄배합한 것을 사용하였다.
<관체 제조 비교예 2>
상기 관체 제조 실시예 2과 동일하게 실시하되, 중간층의 형성시 투입기의 스크류 부분에서 불포화 폴리에스터 수지를 주입하여 별도로 혼합하는 과정을 거치지 않고 폴리머 콘트리트의 제조시 불포화폴리에스터 첨가량을 0.96kg로 하여 일괄배합한 것을 사용하였다.
<관체 제조 비교예 3>
상기 관체 제조 실시예 3과 동일하게 실시하되, 중간층의 형성시 투입기의 스크류 부분에서 불포화 폴리에스터 수지를 주입하여 별도로 혼합하는 과정을 거치지 않고 폴리머 콘트리트의 제조시 불포화폴리에스터 첨가량을 1.04kg로 하여 일괄배합한 것을 사용하였다.
<관체 제조 비교예 4>
상기 관체 제조 실시예 4와 동일하게 실시하되, 양생온도를 20℃로 하였다.
<관체 제조 비교예 5>
상기 관체 제조 실시예 5과 동일하게 실시하되, 양생온도를 30℃로 하였다.
<관체 제조 비교예 6>
상기 관체 제조 실시예 6과 동일하게 실시하되, 양생온도를 40℃로 하였다.
<관체 제조 비교예 7>
상기 관체 제조 실시예 6과 동일하게 실시하되, 양생온도를 50℃로 하였다.
<외압강도 시험예>
상기의 관체제조 실시예 1내지 6 및 관체제조 비교예 1내지 7로부터 제조한 공시체를 KS F 4404에 규정된 시험방법에 따라 20㎏f/sec의 속도로 하중을 가하면서 원심관 시험체가 파괴될 때의 파괴하중을 측정하였으며 그 결과를 하기한 표 3에 나타내었다.
시험시에는 원심력관 시험체를 받침대 위에 수평이 되도록 놓고 공시체의 상부 및 하부에 두께 2㎜인 고무판과 규정된 각목을 설치하였으며, 공시체의 상부에 설치된 각목과 로드셀의 사이에는 시험체와 동일한 크기를 갖는 H빔을 설치하여 로드셀로 부터 가해지는 하중을 공시체에 균일하게 분포되도록 하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7
외압강도(㎏f/m) 13152 12834 12935 13272 13482 13475 12500 12211 12307 11067 11500 11591 11947
상기 표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 실시예에서 처럼 결합재를 원심력몰드에 투입시에 분할하여 투입하고 양생온도를 60 내지 70℃의 고온에서 양생시킨 경우 강도 외압강도가 평균 13100㎏f/m 이상으로 나타났으나, 일괄투입한 비교예 1 내지 3의 경우 평균 외압강도가 11900kgf/m 이하로 나타나 강도특성의 저하가 매우 크게 나타남을 알 수 있었으며, 공정 수행시 본 발명의 실시예에서는 폴리머 콘트리트를 원심력 몰드로 이송하는 과정에서 이송대차 및 이송과 등에 접착되는 현상이 극히 미미하게 발생하였으나 비교예의 경우에는 이송과정에서 폴리머콘크리트의 접착현상이 현저하게 증가하게 됨으로써 이송 기계설비의 내벽 세척을 공정을 중단시키는 횟수가 빈번하였다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 본 발명자에 의한 선출원 발명의 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조공정 중 중간층에 사용되는 불포화 폴리에스터 수지 및 각종 첨가제의 혼합 투입시에 정량의 불포화 폴리에스터 수지를 혼합기와 원심력 몰드에서 일정량씩 분할하여 배합함으로써 믹싱 및 운송시에 혼합물의 점도를 적절히 조절할 수 있어 제조과정에서 혼합물이 기계설비의 내벽에 쉽게 부착되는 현상을 방지할 수 있고, 성형체의 양생시 양생온도를 적절한 고온으로 조절함으로써 양생시간을 크게 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 강도특성 또한 현저하게 개선시킬 수 있는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관 및 그의 제조방법을 제공하는 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

  1. 적당한 크기로 절단된 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버와 수축감소제가 포함된 불포화폴리에스터수지 및 반응개시제를 고속으로 회전하는 원심력 성형몰드에 투입하여 외층을 형성시키는 제 1공정과, 상기 제 1공정에서의 외층이 완전 경화가 되기전에 수축감소제가 포함된 불포화 폴리에스터 수지 및 반응개시제로 구성된 결합제, 세골재, 조골재 및 충전재와 개시제 및 가교제로 조성된 폴리머콘크리트 조성물을 요구되는 중간층의 두께에 해당되는 양 만큼 고속으로 회전하는 원심력 성형몰드에 투입하고 회전시켜 중간층을 형성시키는 제 2공정과, 적당한 크기로 절단된 쵸프트스트렌드(Choped strand)화이버와 수축감소제가 포함된 불포화폴리에스터수지 및 반응개시제로 구성된 결합재를 고속으로 회전하는 원심력 성형몰드에 투입하여 내층을 형성시킨 후 겔상태가 될때까지 회전시켜 성형하는 제 3공정과, 상기 성형된 원심력과을를 기건양생하는 제 4공정을 포함하는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조방법에 있어서,
    상기 제 2공정에서 폴리머 콘크리트 조성물의 투입시 불포화 폴리에스터, 수축감소제, 개시제로 구성된 결합재의 투입공정을 이분하여 상기 결합재 일부와 세골재, 조골재 및 충전재를 혼합기에서 내에서 1차 혼합한 후 이를 이송대차를 이용해 투입기로 이송한 다음 투입기의 스크류 부분에서 잔여 결합재를 주입하여 스크류의 회전에 의한 혼합작용에 의하여 2차로 혼합과정을 거쳐 고속으로 회전하는 원심력 몰드내로 투입하며, 상기 제 4공정에서의 양생온도를 60 내지 70℃로 함을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2공정에서의 폴리머 콘크리트 투입시 불포화 폴리에스터 수지 결합재 5내지 7%(w/w)와, 세골재 및 조골재로 사용되는 모래 및 자갈 60내지 80%(w/w), 충전재로서 플라이 애쉬나 탄산칼슘 혹은 석분 10 내지 15%(w/w), 적당량의 개시제 및 일반적으로 사용되는 가교제 0.1내지 0.6%(w/w)를 혼합기에서 내에서 1차 혼합한 후 이를 이송대차를 이용해 투입기로 이송한 다음 투입기의 스크류 부분에서 잔여 결합재 8 내지 10%(w/w)를 추가로 혼입하여 스크류의 혼합작용에 의하여 2차로 혼합된 상태로 원심력 몰드내로 투입함을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 의한 방법으로 제조됨을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 3중 원심력관.
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