KR20060011273A - Mma 개질 에코-포러스 콘크리트 및 그 제조방법 - Google Patents
Mma 개질 에코-포러스 콘크리트 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고분자 결합재인 불포화폴리에스터 수지와 경화촉진제; 유동성 및 섬유 분산, 투명성, 내후성 및 착색성을 개선시키기 위한 MMA(Methly Methacrylate); 휨강성 및 충격저항성 개선을 위한 섬유보강재; 강도 증진을 위한 충전재; 다양한 크기와 형상의 공극 형성을 위해 입도 조정된 골재;를 혼합함으로써, 투수, 흡음, 수질정화, 집수, 식생을 위한 프리캐스트 콘크리트 제품 및 구조물 등에 활용될 수 있는 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 및 그 제조방법에 관한 것으로,
보다 상세하게는, 고성능 고분자 결합재인 불포화폴리에스터 수지를 전체 100 중량부에 대한 3~10 중량부와, 경화촉진제를 결합재 중량부에 대한 0.2~2.0 중량부를 혼합하는 단계; 고분자 결합재와 경화촉진제에 의한 축·중합반응을 개시 및 촉진하는 단계; 전체 100 중량부에 대한 8~20 중량부의 충전재와 상기 고분자 결합재와 혼합하여 고분자 매트릭스를 형성하는 단계; 전체 100 중량부에 대한 70~90 중량부의 입도 조정된 골재에 고분자 매트릭스를 피복하는 단계; 전체 100 체적부에 대한 0.2~2.0 체적부의 섬유보강재를 첨가하여 Co-매트릭스를 형성하는 단계; 고분자 결합재 100 중량부에 대한 0.25~20 중량부의 MMA를 첨가하는 단계; 혼합된 혼합물을 일정한 형상으로 성형하는 단계; 성형된 성형물을 양생하는 단계;를 포함한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 제조방법 및 그에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트에 관한 것이다.
본 발명에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트는, 다양한 크기 및 많은 공극을 가지면서도 투수계수, 압축강도, 휨강도, 내충격성, 동결융해저항성, 내약품성 및 내구성 등의 물리· 역학적 특성이 우수하여 투수를 요하는 포장 구조물 및 프리캐스트 제품과 포러스 콘크리트에 직접적인 식생을 통한 식생 콘크리트, 수질정화 및 흡음을 요하는 구조물에 활용할 경우, 기존의 결합재로 시멘트를 활용한 다공성 콘크리트 제품의 단점인 낮은 강도, 동결융해저항성 및 내구성 저하 등의 문제점을 해결하면서 동시에 환경친화적으로 활용될 수 있다.
MMA(Methly Methacrylate), 섬유보강재, 에코(ECO), 포러스 콘크리트
Description
도 1은 본 발명에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트의 제조 공정도
도 2는 본 발명에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 블록의 단면도
도 3a는 본 발명에 의한 일실시예로 충전재로 고로슬래그 미분말을 사용한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 블록사진
도 3b는 본 발명에 의한 일실시예로 충전재로 플라이 애시를 사용한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 블록사진
도 4는 본 발명에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 블록의 투수성능을 설명하기 위한 참고사진
도 5a는 MMA 개질제를 혼입하지 않은 불포화폴리에스터 수지에 폴리프로필렌 섬유를 1% 혼입하여 섬유 분산을 설명하기 위한 참고사진
도 5b는 MMA 개질제를 혼입한 불포화폴리에스터 수지에 폴리프로필렌 섬유를 1% 혼입하여 섬유 분산을 설명하기 위한 참고사진
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 블록
100 : 고분자 결합재+경화촉진제+MMA 200 : 충전재
300 : 섬유보강재 400 : 골재
500 : 공극
본 발명은 고분자 결합재인 불포화폴리에스터 수지와 경화촉진제; 유동성 및 섬유 분산, 투명성, 내후성 및 착색성을 개선시키기 위한 MMA(Methly Methacrylate); 휨강성 및 충격저항성 개선을 위한 섬유보강재; 강도 증진을 위한 충전재; 다양한 크기와 형상의 공극 형성을 위해 입도 조정된 골재;를 혼합함으로써, 투수(透水), 흡음(吸音), 수질정화, 집수, 식생을 위한 프리캐스트 콘크리트 제품 및 구조물 등에 활용될 수 있는 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
콘크리트는 사회기반 시설인 도로, 철도, 항만, 상하수도 등의 토목 및 건축 구조물에 사용되어 경제와 문화 발전에 크게 공헌하여 왔으나, 사회적으로 환경문제가 크게 대두되면서 콘크리트가 기능성을 효과적으로 살리는 반면에, 산림과 자연을 파괴하고 동식물의 서식을 방해하는 등의 자연환경보호 측면이 간과되어 환경문제에 부정적으로 인식되고, 산업화에 따른 환경오염 요인의 증가와 대량의 산업부산물 및 폐기물을 유용하게 처리하기 위한 연구가 사회의 중요 해결과제로 대두되고 있다.
이와 관련하여, 콘크리트 분야에서도 산업부산물 및 폐기물을 콘크리트용 혼화재료로 이용하기 위한 연구와 생물 대응형 및 환경부하저감형 특수콘크리트를 개발하기 위한 친환경적인 콘크리트에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 특히, 최근에는 콘크리트를 다공질화하여 공극 특성에 따라 흡음, 투수, 식생, 수질정화 등에 이용하고 있으며, 지구 온난화의 주요인인 C02가스배출 억지 대책으로 시멘트 제조시 환경부하를 저감시키기 위해 소각재와 하수 오니, 플라이 애시, 고로 슬래그 및 폐콘크리트를 활용하기 위한 연구가 진행되고 있다.
그러나, 현재 사용되고 있는 일반적인 다공성 콘크리트는 시멘트를 결합재로 활용한 콘크리트로서 결합력이 약한 시멘트에 의한 골재의 피복으로 골재와 골재의 결합력이 약하기 때문에 압축강도, 휨강도, 동결융해 저항성 및 내구성이 크게 저하되는 단점을 가지고 있으며, 이를 이용한 제품 또한 동일한 문제점을 가지고 있다.
또한, 이러한 다공성 시멘트 콘크리트의 단점을 개선하기 위하여 유리섬유, 폴리프로필렌섬유 등의 섬유보강재를 활용한 연구가 있으나, 섬유보강재를 혼입할 경우 유동성의 감소에 따른 작업성 저하와 섬유 뭉침 등에 의한 품질 저하가 발생되기 쉬우며, 역학적 특성 또한 현저하게 개선하지 못하는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 에코-포러스 콘크리트를 제조하는데 있어서, 고분자 결합재인 불포화폴리에스터 수지에 경화촉진제를 혼합하는 단계; 고분자 결합재와 경화촉진제에 의한 축·중합 반응을 개시 및 촉진하는 단계; 충전재와 고분자 결합재가 혼합하여 고분자 매트릭스를 형성하는 단계; 입도 조정된 골재에 고분자 매트릭스를 피복하는 단계; 섬유보강제를 첨가하여 Co-매트릭스를 형성하는 단계; MMA를 첨가하여 유동성 및 섬유 분산, 투명성, 내후성 및 착색성을 개선시키기 위한 단계; 혼합된 혼합물을 일정한 형상으로 성형하는 단계; 성형된 성형물을 양생하는 단계;를 포함하여, 다양한 크기 및 많은 공극을 가지면서도 투수계수, 압축강도, 휨강도, 내충격성, 동결융해저항성, 내약품성 및 내구성 등의 물리·역학적 특성이 우수한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 갖는 본 발명은, 고분자 결합재인 불포화폴리에스터 수지와 경화촉진제; 유동성 및 섬유 분산, 투명성, 내후성 및 착색성을 개선시키기 위한 MMA(Methly Methacrylate); 휨강성 및 충격저항성 개선을 위한 섬유보강재; 강도 증진을 위한 충전재; 다양한 크기와 형사의 공극 형성을 위해 입조 조정된 골재;를 혼합함으로써, 투수, 흡음, 수질정화, 집수, 식생을 위한 프리캐스트 콘크리트 제품 및 구조물 등에 활용될 수 있는 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 및 그 제조방법에 관한 것으로,
보다 상세하게, 본 발명은 결합재로 강도 및 내구 특성이 우수한 불포화폴리에스터 수지; 유동성 및 섬유 분산, 투명성, 내후성 및 착색성을 개선시키기 위한 MMA; 휨강성 및 충격저항성 개선을 위한 폴리프로필렌섬유 등의 섬유보강재; 산업 및 건설 폐기물의 활용과 강도 증진을 위한 플라이 애시, 고로슬래그 미분말, 탄산칼슘 등의 충전재; 투수 및 식생이 가능하도록 다양한 크기 및 형상의 공극을 위한 입도 조정된 골재;를 최적배합에 의하여 혼합하여 성형 및 제조하는 것으로서, 고성능 고분자 결합재인 불포화폴리에스터 수지를 전체 100중량부에 대한 3~10 중량부와, 경화촉진제를 결합재 중량부에 대한 0.2~2.0 중량부를 혼합하는 단계; 고분자 결합재와 경화촉진제에 의한 축·중합반응을 개시 및 촉진하는 단계; 전체 100 중량부에 대한 8~20 중량부의 충전재와 상기 고분자 결합재와 혼합하여 고분자 매트릭스를 형성하는 단계; 전체 100 중량부에 대한 70~90 중량부의 입도 조정된 골재에 고분자 매트릭스를 피복하는 단계; 전체 100 체적부에 대한 0.2~2.0 체적부의 섬유보강재를 첨가하여 Co-매트릭스를 형성하는 단계; 고분자 결합재 100 중량부에 대한 0.25~20 중량부의 MMA를 첨가하여 유동성 및 섬유 분산, 투명성, 내후성 및 착색성을 개선시키기 위한 단계; 혼합된 혼합물을 일정한 형상으로 성형하는 단계; 성형된 성형물을 양생하는 단계;를 포함한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 제조방법 및 그에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트에 관한 것이다.
본 발명에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트는 다양한 크기 및 많은 공극을 가지면서도 투수계수, 압축강도, 휨강도, 내충격성, 동결융해저항성, 내약품성 및 내구성 등의 물리·역학적 특성이 우수하여, 투수를 요하는 포장 구조물 및 프리캐스트 제품과 포러스 콘크리트에 직접적인 식생을 통한 식생 콘크리트, 수질정화 및 흡음을 요하는 구조물에 활용할 경우, 기존의 결합재로 시멘트를 활용한 다공성 콘크리트 제품의 단점인 강도, 동결융해저항성 및 내구성 등의 문제점을 해결하면서 동시에 환경친화적으로 활용될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트의 제조 공정도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트의 제조는, 고분자 결합재인 불포화폴리에스터 수지에 경화촉진제를 혼합하는 단계(S1); 고분자 결합재와 경화촉진제에 의한 축·중합 반응을 개시 및 촉진하는 단계(S2); 충전재와 고분자 결합재가 혼합하여 고분자 매트릭스를 형성하는 단계(S3); 입도 조정된 골재에 고분자 매트릭스를 피복하는 단계(S4); 섬유보강제를 첨가하여 Co-매트릭스를 형성하는 단계(S5); MMA를 첨가하여 유동성 및 섬유 분산, 투명성, 내후성 및 착색성을 개선시키기 위한 단계(S6); 혼합된 혼합물을 일정한 형상으로 성형하는 단계(S7); 성형된 성형물을 양생하는 단계(S8);를 포함하여 이루어진다.
상기 고분자 결합재는 에폭시계 수지, 불포화폴리에스테르계 수지, 비닐에스테르계 수지, 우레탄계 수지, 페놀계 수지, 멜라민계 수지 및 우레탄계 수지로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 MMA는 Methly Methacrylate의 모노머 형태인 것을 특징으로 하며, 아크릴로나이트릴, 부틸아크릴레이트, 티셔리부틸아크릴레이트 및 비닐아세테이트로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 충전재는 미립상의 분말 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 섬유보강재는 폴리프로필렌섬유, 유리섬유, 탄소섬유 및 강섬유 등의 섬유 형태로 구성된 것으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 블록의 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 블록(1)의 구성은 고분자 결합재인 불포화폴리에스터 수지와 경화촉진제 및 MMA 개질제(100)와 충전재(200)의 혼합물이 골재(400) 주위를 피복하고, 피복된 골재(400)와 골재(400)의 결합으로 내부에 공극(500) 구조를 가지며, 골재와 골재 사이에 길이 방향의 섬유보강재(300)로 일체화된 특성을 나타낸다.
도 3a는 본 발명에 의한 충전재로 고로슬래그 미분말을 사용한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 블록의 사진이며, 도 3b는 본 발명에 의한 충전재로 플라이 애시를 사용한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 블록의 사진이다. 도 3a 및 도 3b에서 도시한 바와 같이 본 발명에 따르면 콘크리트의 형상 및 색상을 자유롭게 하여 제작할 수 있으며, 골재와 골재 사이에 다양한 공극을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 블록의 투수 모습의 사진이다. 도 4에서 보는 바와 같이 양측 지지대 위에 올려져 있는 본 발명에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 블록은 많은 연속 공극이 잘 형성되기 때문에 투수 특성이 우수한 것을 알 수 있다.
도 5a는 MMA 개질제를 포함하지 않은 불포화폴리에스터 수지에 폴리프로필렌 섬유를 1% 혼입한 모습의 사진이다. 도 5a에서 보는 바와 같이 불포화폴리에스터 수지의 점성이 크기 때문에 MMA 개질제를 사용하지 않는 경우, 섬유보강재의 분산 작용이 원활하지 않고, 섬유 뭉침 현상이 발생되는 것을 알 수 있다.
도 5b는 MMA 개질제를 혼입한 불포화폴리에스터 수지에 폴리프로필렌 섬유를 1% 혼입한 모습의 사진이다. 도 5b에서 보는 바와 같이 MMA 개질제를 불포화폴리에스터 수지의 전체 100 중량부에 대하여 10 중량부 혼입한 경우, 불포화폴리에스터 수지의 점성을 크게 저하시켜 섬유보강재의 분산 작용이 크게 증대되고, 유동성의 증가로 섬유 뭉침 현상이 발생되지 않는 것을 알 수 있다.
MMA 개질제의 화학 구조를 설명하기 위한 분자구조식은 
이다. 상기와 같은 분자구조를 갖는 MMA는 콘크리트 제조에 있어서 유동성 및 섬유 분산, 투명성, 내후성 및 착색성을 개선시키기 위하여 사용되어진다.
본 발명에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트의 제조를 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하면 아래와 같다.
MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 배합시 가장 중요한 요소는 결합재인 불포화폴리에스터 수지의 사용량으로서, 결합재에 의한 골재나 충전재의 피복정도에 따라 포러스 콘크리트의 연속공극률, 투수계수, 강도 및 내구성 등의 성능이 크게 좌우되며, 특히 포러스 콘크리트의 특성상 연속된 공극률을 형성하기 위해서는 콘크리트 성형시 결합재의 과다 사용으로 인한 골재 피복 이상의 결합재에 의한 막힘 현상의 발생을 억제하여야 한다. 결합재량이 많으면 결합재가 골재를 피복한 후 여분의 결합재가 골재와 골재사이의 공극을 채움으로써 투수 성능을 감소시키는 반면, 강도를 비롯한 다른 역학적 성질은 증가된다. 그러나 결합재량이 적으면 결합재와 충전재의 페이스트가 골재를 완전히 피복하기가 어려워 골재와 골재와의 부착강도를 감소시켜 포러스 콘크리트의 제반 역학적 성능을 발휘 할 수 없는 반면, 공극의 형성이 용이하여 투수 성능은 향상시킬 수 있기 때문에 이와 같은 사항을 충분히 고려하여 결합재를 조제하고, 결합재 및 충전재의 배합비를 결정하여야 한다.
또한, MMA 개질 에코-포러스 콘크리트의 우수한 성형성 및 품질 특성을 만족시키기 위해서는 경화시간의 제어를 통한 충분한 작업시간의 확보와 작업성이 유지되어야 하며, 이를 위한 경화촉진제의 혼입량이 결합재, 충전재, 골재 및 섬유 혼입량에 따라 최적으로 결정되어져야 한다. 또한 휨인성 및 내충격성 증진을 위한 폴리프로필렌섬유, 강섬유 및 유리섬유 등의 혼입으로 유동성이 저하되어 작업성 및 슬럼프의 저하를 가져올 수 있기 때문에 MMA 개질제의 사용으로 점성의 감소를 통한 충분한 작업성을 확보하는 것이 중요하다. MMA 개질제는 사용량에 따라 포러스 콘크리트의 성능에 큰 영향을 미치기 때문에 결합재. 경화촉진제 및 섬유보강재와의 유기적인 배합이 중요하다.
하기의 [표1]은 실시예에 따른 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트의 배합설계를 나타낸다.
[표1] 실시예에 따른 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트의 배합설계
| 구분 | 골재 (mm) | 결합재1) (wt.%) | MMA2) (wt.%) | 경화 촉진제3) (wt.%) | PF4) (vol.%) | 골재5) | 충전재6) (wt.%) | |
| 쇄석 (wt.%) | 재생 골재 (wt.%) | |||||||
| 실시예1 | 3 - 10 | 6.72 | 5 | 1 | 0 | 74.22 | - | 18.35 |
| 실시예2 | 7 | 0.8 | 0.25 | 74.22 | - | 18.35 | ||
| 실시예3 | 9 | 0.7 | 0.5 | 73.22 | - | 18.35 | ||
| 실시예4 | 12 | 0.5 | 1 | 73.22 | - | 18.35 | ||
| 실시예5 | 6.43 | 5 | 1 | 0 | 37.11 | 37.11 | 18.87 | |
| 실시예6 | 7 | 0.8 | 0.25 | 37.11 | 37.11 | 18.87 | ||
| 실시예7 | 9 | 0.7 | 0.5 | 37.06 | 37.06 | 18.87 | ||
| 실시예8 | 12 | 0.5 | 1 | 37.06 | 37.06 | 18.87 | ||
| 실시예9 | 6.33 | 5 | 1 | 0 | - | 75.23 | 19.35 | |
| 실시예10 | 7 | 0.8 | 0.25 | - | 75.23 | 19.35 | ||
| 실시예11 | 9 | 0.7 | 0.5 | - | 74.23 | 19.35 | ||
| 실시예12 | 12 | 0.5 | 1 | - | 74.23 | 19.35 | ||
주1) 결합재 : 불포화폴리에스터수지,
(결합재 중량) / (결합재+MMA+골재+충전재 중량)× 100
주2) MMA : (MMA 중량) / (결합재 중량)× 100
주3) 경화촉진제 : (경화촉진제 중량) / (결합재 중량)× 100
주4) PF : 폴리프로필렌섬유,
(폴리프로필렌섬유 용적) / (결합재+MMA+골재+충전재 용적)× 100
주5) 골재 : 쇄석과 재생골재(1등급),
(골재 중량)/(결합재+MMA+골재+충전재 중량)× 100
주6) 충전재 : 고로슬래그미분말,
(고로슬래그미분말 중량)/(결합재+MMA+골재+충전재 중량)× 100
MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 제조를 위한 사용재료로 결합재는 비중 1.12, 점도가 3.5, 스티렌 함량이 37.2%인 올소타입의 불포화폴리에스터 수지를 사용하였으며, 경화촉진제는 비중이 1.3, 메틸에틸케톤 프록사이드가 55% 함유된 DMP 용액을 사용하였다. 골재는 비중 2.64, 조립율 6.72, 흡수율 1.25인 쇄석과 비중 2.62, 조립률 6.49, 흡수율 1.87인 재생골재를 사용하였으며, 골재와 골재 사이의 공극을 치밀하게 채워 공극률을 감소시키고, 강도 증진을 위해 충전재는 고로에서 용융상태의 고온슬래그를 급냉화하여 입상화한 비중 2.92, 비표면적 4,401 ㎠/g인 고로슬래그 미분말을 사용하였으며, 휨인성 및 내충격성 증진을 위한 섬유보강재로 망사형의 길이 19mm, 비중 0.91 및 인장강도가 350∼770 MPa 폴리프로필렌섬유 및 유동성 개선 및 섬유 분산을 증진시키기 위하여 밀도 0.94 g/cc 및 점도 0.56 mPa·s인 MMA 개질제가 사용되었다.
MMA 개질 에코-포러스 콘크리트의 본 배합은 결합재의 사용량을 우선 결정한 후 작업시간 및 유동성 등의 작업성을 고려하여 경화촉진제의 첨가량이 산정되었고, 충전재 및 섬유보강재의 사용량은 성형물의 적용 구조물에 따른 특성을 나타낼 수 있는 충분한 다공성, 강도, 투수성 및 내구성 등이 발휘될 수 있도록 설정되며 작업시간 동안 유동성의 손실 및 점성이 증가되지 않도록 결합재에 대한 중량비로 MMA 개질제의 비율을 결정하였다. 상기와 같은 조건을 모두 만족시킬 수 있도록 본 발명에서의 배합은, 우선 불포화폴리에스터 수지를 전체 100 중량부에 대한 6∼7 중량부, 경화 촉진제를 결합재 100 중량부에 대한 0.5∼1 중량부, 0.75mm 이하의 미립의 충전재인 고로슬래그 미분말을 전체 100 중량부에 대한 18∼20 중량부, 3∼10mm로 입도 조정된 골재를 전체 100 중량부에 대한 70∼75 중량부, 섬유보강재인 폴리프로필렌섬유를 전체 100 체적부에 대한 0.25∼1 체적부 및 MMA 개질제를 결합재인 불포화폴리에스터 수지 100 중량부에 대하여 5∼12.5 중량부를 혼합하였다. 상기 입도 조정된 골재는 쇄석, 재생골재를 사용했는데, 골재 전체 100 중량부에 대하여 쇄석 100 중량부이거나, 재생골재 100 중량부이거나, 쇄석 50 중량부와 재생골재 50 중량부이었다.
MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 혼합방법은 결합재인 불포화폴리에스터 수지에 경화촉진제를 첨가하여 축· 중합 반응이 개시되기 시작하는 시점에서 충전재를 혼합하여 고분자 페이스트를 형성한 후 입도 조정된 골재를 투입하여 약 3분간 고속믹서기로 혼합하여 결합재와 골재가 충분히 혼합되도록 하였고, 2차로 폴리프로필렌 섬유와 MMA 개질제를 투입하여 고속믹서기로 추가적인 혼합을 실시하였다. 혼합이 완료된 후 성형 주물에 혼합물을 투입하여 진동기에 의한 진동 다짐을 1분 동안 실시하였다. 성형 주물에 타설된 공시체는 3시간 후 탈형하여 온도 20℃, 습도 60%인 양생실에서 재령 7일까지 양생하였다.
상기 표1과 같이 배합된 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트로 각 실시예에 따른 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트의 물성 시험을 실시하였다. 상기 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트의 물성 실험에서, 공극률시험은 ø 10× 20 cm인 시험체를 일본콘크리트공학협회 에코콘크리트 연구위원회의 포러스 콘크리트의 공극률 시험방법(안) 중 용적법에 준하여 실시하였으며, 상기 압축강도 시험은 ø 150× 300mm의 공시체를 제작하여 재령 7일에 "폴리에스터 레진 콘크리트 압축강도 시험방법(KS F 2481)"에 규정된 방법에 준하여 실시하였으며, 휨강도 시험은 60× 60× 240mm의 공시체를 제작하여 재령 7일에 "폴리에스터 레진 콘크리트 휨강도 시험방법(KS F 2482)"에 규정된 방법에 준하여 실시하였다.
투수계수시험은 30× 30× 7cm의 공시체를 특별히 제작된 투수시험장치에 투수 공시체를 밀착시킨 후 6ℓ의 물을 투입해서 물이 모두 투과되었을 대의 시간을 5회 반복 측정한 값을 평균하여 투수계수를 구하였다. 한편, 동결융해시험은 60× 60× 240mm의 각주형 공시체를 제작하여 재령 7일에 "급속 동결융해에 대한 콘크리트의 저항 시험방법(KS F 2456)"에 준하여 수중 급속 동결융해 시험을 하였으며, 이때 공시체의 온도는 동결시 -18℃, 융해시 4℃가 되게 하였고 동결융해의 1사이클은 4시간 소요되었다. 동결융해의 반복이 300사이클이 되었을 때 시험을 완료하였다.
하기의 [표2]는 각 실시예에 따른 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트의 물성 시험결과를 나타낸다.
[표2] 각 실시예에 따른 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트의 물성 시험결과
| 구분 | 공극률 (%) | 압축강도 (MPa) | 휨강도 (MPa) | 투수계수 (× 10-2cm/s) | 동결융해저항성1) |
| 실시예1 | 27 | 18.2 | 6.2 | 7.4 | 우수 |
| 실시예2 | 25 | 18.4 | 6.7 | 6.9 | 우수 |
| 실시예3 | 21 | 19.5 | 7.0 | 5.8 | 매우우수 |
| 실시예4 | 18 | 20.2 | 7.4 | 4.3 | 매우우수 |
| 실시예5 | 24 | 18.8 | 6.4 | 6.4 | 우수 |
| 실시예6 | 22 | 19.2 | 6.7 | 5.8 | 우수 |
| 실시예7 | 19 | 20.3 | 7.2 | 4.6 | 매우우수 |
| 실시예8 | 15 | 21.2 | 7.8 | 4.1 | 매우우수 |
| 실시예9 | 28 | 17.2 | 5.8 | 7.7 | 우수 |
| 실시예10 | 24 | 17.7 | 6.1 | 7.1 | 우수 |
| 실시예11 | 22 | 18.2 | 6.5 | 6.4 | 매우우수 |
| 실시예12 | 20 | 19.4 | 6.8 | 5.3 | 매우우수 |
주1) 동결융해저항성 : 동결융해의 반복이 300 사이클이 되었을 때 골재 탈락 등이 발생되지 않은 경우 '우수', 혼합물의 어떠한 부분에도 손상이 가지 않은 경우 '매우 우수'로 판정함
실시예에 따른 품질특성 시험결과, 공극률의 경우 골재의 종류 및 섬유보강재의 혼입률에 따라 19∼25%로 많은 다공을 포함하는 것으로 나타났으며, 폴리프로필렌섬유의 혼입률이 증가할수록 공극률이 약간 감소하는 경향을 나타내어 투수, 흡음, 식생 등의 적용하고자 하는 특성에 따라 공극률을 조정하는 것이 필요하다. 공극률이 큰 경우에는 투수 및 식생 특성이 우수하지만 강도 저하가 발생될 수 있기 때문에 배합선정시 우선적으로 고려되어져야 한다.
압축강도는 쇄석 및 재생골재의 사용에 관계없이 모든 배합에서 17MPa∼21MPa의 범위로써, 많은 다공을 포함하였음에도 불구하고 높은 강도를 발현하는 것으로 나타났으며, 폴리프로필렌섬유의 혼입률이 증가할수록 압축강도 또한 증가하는 경향을 나타내었다. 결합재로 사용된 불포화폴리에스터 수지는 일반 콘크리트의 결합재인 시멘트에 비하여 높은 결합력과 부착 특성을 가지기 때문에 많은 공극을 포함하여도 강도 특성이 우수하게 나타난다.
또한 폴리프로필렌섬유를 혼입률이 증가할수록 유동성이 크게 감소하여 섬유 뭉침 등에 의한 품질 저하 현상 등이 발생되어질 수 있으나 본 배합에서는 유동성 증진을 위한 MMA 개질제의 사용으로 섬유 혼입률의 증가에 따른 유동성의 감소없이 높은 품질의 포러스 콘크리트를 제조할 수 있다.
휨강도는 도로나 활주로와 같이 직접 휨응력을 받는 포장판 및 콘크리트관, 콘크리트 말뚝 등의 설계기준강도에 이용되고 있으며, 현재 보도용 콘크리트판 및 보차도용 콘크리트 블록 등에서도 휨강도에 대한 규정을 제시하고 있다. 휨강도는 쇄석 및 재생골재의 사용에 관계없이 모든 배합에서 5MPa∼7MPa의 범위로써, 압축강도와 마찬가지로 많은 다공을 포함하였음에도 불구하고 높은 강도를 발현하는 것으로 나타났으며, 폴리프로필렌섬유의 혼입률이 증가할수록 휨강도의 증가율이 크게 향상되는 것을 알 수 있었다. 일반적인 포러스 콘크리트는 높은 압축강도에도 불구하고 많은 공극에 의하여 휨강도가 저하되는 단점을 가지고 있으나 본 배합에서는 높은 부착 특성을 가진 불포화폴리에스터수지의 사용으로 휨강도를 증진시키고 또한 길이 방향의 높은 인성을 가지는 폴리프로필렌섬유의 배열에 의하여 휨강도를 크게 증진시킨다.
섬유의 혼입시 가장 큰 문제는 미세한 섬유의 분산에 관한 것으로 점성이 큰 경우에는 섬유의 분산이 잘 이루어지지 않아 섬유가 특정 부분에서 뭉침현상이 발생되는 것으로 본 배합에서는 MMA 개질제의 적정한 혼입으로 섬유의 분산이 원활히 이루어지고 또한 작업성을 크게 개선하여 높은 품질의 포러스 콘크리트를 제조할 수 있으며, 우수한 휨강도 특성에 의하여 투수성 콘크리트판이나 투수 블록 등에 활용될 수 있다.
투수계수는 포러스 콘크리트의 요구 성능 중에서 가장 중요한 요소로써, 포러스 콘크리트에 사용된 골재의 크기 및 공극률에 의한 영향을 크게 받는다. 투수계수 시험결과 4.1× 10-2㎝/s∼7.7 10-2㎝/s로써, 공극률 시험결과와 마찬가지로 폴리프로필렌 섬유의 혼입률이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었으며, 시멘트 콘크리트 투수 포장에 사용되는 투수계수 1× 10-2㎝/s 보다 우수한 것으로 나타나 투수 포장 등에 활용할 경우 효과가 크다.
동결융해저항성은 결합재 특성, 사용량 및 공극률에 많은 영향을 받으며, 시험결과 내구성 지수가 92∼98의 범위로 나타나 매우 우수한 동결융해저항성을 나타내었다. 일반적으로 시멘트 포러스 콘크리트의 경우 결합재인 시멘트의 낮은 부착 특성으로 인하여 동결융해의 반복이 지속적으로 이루어지는 경우 골재와 골재의 부착력 감소로 인하여 골재 탈락 현상이 두드러지게 발생되는 반면에, 본 배합에서는 부착능력이 우수한 불포화폴리에스터 수지의 사용으로 골재와 골재와의 부착이 우수하여 동결융해시험시 300 사이클이 경과한 후에도 골재 탈락 등의 내구성 저하 현상이 발생되지 않았다. 또한, 폴리프로필렌섬유의 사용으로 결합재의 부착특성이 더욱 향상되고 폴리프로필렌섬유와 골재의 맞물림에 의하여 골재 탈락 등이 억제되어진다.
본 발명에 의한 바람직한 에코-포러스 콘크리트의 제조에 있어서, 골재는 강도 및 투수 특성, 식생을 위한 연속 공극 특성을 고려하여 전체 100 중량부에 대하며 90 중량부를 초과하는 경우 연속 공극 및 투수 특성이 크게 감소하여 투수 블록 및 식생 블록 등의 포러스 콘크리트 제품에 활용하기가 곤란하며, 골재를 전체 100 중량부에 대하여 70 중량부 이하로 사용할 경우 전체 포러스 콘크리트에서 골재의 분포보다 연속 공극의 분포가 전체 체적부의 30 체적부 이상을 차지하게 되어 강도 및 내구성이 크게 저하되고, 특히 동결융해저항성이 크게 감소되어 골재 사용량의 최적 범위는 전체 100 중량부에 대하여 70~90 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 고성능 고분자 결합재인 불포화폴리에스터 수지를 흘러내림에 의한 불투수성 형성의 제어가 용이하고, 연속된 공극의 형성이 가능한 결합재의 최대 사용량은 전제 100 중량부에 대하여 10 중량부로 제한되며, 우수한 강도, 내구성 및 동결융해 저항성을 나타내면서 골재와 충전재를 피복할 수 있는 최소 사용량은 전체 100 중량부에 대하여 3 중량부로 한정되어 포러스 콘크리트의 최적 결합재 범위는 전체 100 중량부에 대하여 3~10 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 경화촉진제는 작업성 및 반죽질기를 고려하여 경화촉진제의 사용량이 결합재 중량의 2%를 초과하는 경우에는 강도 저하 및 수축 균열의 확대를 초래하기 때문에 경화촉진제의 최대 사용량은 결합재 중량의 2%를 초과하지 않고, 경화촉진제의 사용량이 결합재 중량의 0.2% 이하일 경우에는 경화속도의 지연에 따른 강도 저하 및 내구성의 초래를 가져올 수 있기 때문에 경화촉진제 사용량의 최적 범위는 결합재 중량에 대하여 0.2~2.0 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
충전재는 강도 및 투수 특성을 고려하여 전체 100 중량부에 대하여 20 중량부를 초과하는 경우 결합재의 사용량이 크게 증가하여 경제성을 크게 감소시키며, 연속 공극의 감소에 의하여 포러스 콘크리트의 특성을 만족시키지 못하기 때문에 최대 사용량은 전체 100 중량부에 대하여 20 중량부로 제한하며, 충전재의 사용량이 전체 중량부에 대하여 8 중량부 이하인 경우에는 결합재의 사용량의 크게 감소되어 골재와 충전재의 낮은 피복 두께로 인하여 강도 및 내구성이 크게 저하되어 충전재의 최소 사용량은 전제 100 중량부에 대하여 8 중량부로 제한되어 충전재의 사용량에 대한 최적 범위는 전제 100 중량부에 대하여 8~20 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
섬유는 전체 100 체적부에 대하여 2.0 체적부를 초과하는 경우 섬유 뭉침 현상의 발생에 따른 강도 저하, 품질의 불균일 및 작업성 저하를 초래하고, 섬유의 사용량이 전체 100 체적부에 대하여 0.2 체적부 이하인 경우는 과소한 섬유의 사용으로 포러스 콘크리트의 휨인성 및 연성 특성의 증가를 기대할 수 없어 섬유 사용량의 최적 범위는 전체 100 체적부에 대하여 0.2~2.0 체적부를 포함하는 것이 바람직하다.
MMA 개질제는 유동성 및 섬유 분산, 투명성, 내후성 및 착색성을 개선을 고려하여, 고분자 결합재 100 중량부에 대하여 20 중량부 이상을 사용할 경우 경화속도가 크게 감소되어 조기 경화에 의한 생산 공정의 단축이 곤란하며, 점성의 증가로 결합재의 흘러내림이 발생되기 쉬운 단점을 가지며, MMA의 사용량이 결합재 100 중량부에 대하여 0.25 중량부 이하인 경우에는 MMA 개질제의 혼입에 따른 유동성의 증가 및 점성의 감소가 없기 때문에 MMA 개질제 사용량의 최적 범위는 결합재 100 중량부에 대하여 0.25~20 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
결국, 에코-포러스 콘크리트의 혼입 재료에 따른 배합 특성 및 현장 적용 특성, 작업성 및 유동성, 강도 및 내구성 등을 고려할 경우 본 발명에 의한 바람직한 에코-포러스 콘크리트의 제조는 다음과 같다.
흘러내림에 의한 불투수성 형성의 제어가 가능토록 고성능 고분자 결합재인 불포화폴리에스터 수지를 전체 100중량부에 대한 3~10 중량부와, 작업성 및 반죽질기를 고려하여 경화촉진제를 결합재 중량부에 대한 0.2~2.0 중량부를 혼합하고; 고분자 결합재와 경화촉진제에 의한 축·중합반응을 개시 및 촉진하고; 강도 및 투수 특성을 고려하여 전체 100 중량부에 대한 8.0~20 중량부의 충전재와 상기 고분자 결합재를 혼합하여 고분자 매트릭스를 형성하고; 강도 및 투수 특성, 식생을 위한 연속 공극 특성을 고려하여 전체 100 중량부에 대한 70~90 중량부의 입도 조정된 골재에 고분자 매트릭스를 피복하고; 섬유 뭉침 방지, 휨인성 및 포러스 폴리머 콘크리트의 연성 증진을 위해 전체 100 체적부에 대한 0.2~2.0 체적부의 섬유보강재를 첨가하여 Co-매트릭스를 형성하고; 유동성 및 섬유 분산, 투명성, 내후성 및 착색성을 개선시키기 위하여 고분자 결합재 100 중량부에 대한 0.25~20 중량부의 MMA를 첨가하고; 혼합된 혼합물을 다양한 형상으로 성형하고; 성형된 성형물을 양생하여 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트를 제조한다.
한편, 상기 충전재의 입도는 0.75mm이하인 것이 바람직하고, 상기 골재의 입도는 0.75~40mm인 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 의하면 고성능 고분자 재료를 결합재로 활용하여 투수계수, 다공성, 압축강도, 휨강도, 휨인성, 동결융해저항성 및 내약품성 등이 기존의 시멘트를 결합재로 사용한 포러스 콘크리트에 비하여 월등한 품질의 포러스 콘크리트 제조가 가능하다. 또한 본 발명은 산업부산물 및 폐기물을 충전재 및 굵은 골재로 사용함에 따른 자원의 재활용에 의하여 자원절약 및 리사이클링에 의한 환경친화적인 측면과, 에코-포러스 콘크리트의 다공성을 활용하여 투수를 요하는 구조물 및 식생 콘크리트, 수질정화 콘크리트 및 흡음콘크리트에 적용할 경우 유출수의 감소에 의한 지하수 자원의 확보와 녹색 공간 창출에 의한 자연생태계의 보전 및 친수환경 조성에 의한 환경친화적인 측면에서 생물 대응형 에코-포러스 콘크리트를 제공한다.
상기에서는 본 발명을 비록 쇄석, 재생골재, 플라이 애시, 고로슬래그를 이용한 몇 가지 실시예에 한하여 설명하였지만 여기에만 한정되는 것은 아니며, 다양한 굵은골재 및 산업부산물 및 폐기물 등의 충전재의 사용이 가능하며, 이를 활용한 에코-포러스 콘크리트의 제조가 가능하다. 또한 적용하고자 하는 구조물 및 제품의 특성에 적절한 배합설계를 하여 투수 콘크리트 포장, 투수 콘크리트 블록, 식생 콘크리트 블록, 흡음 블록 및 수질정화 블록 등에 활용되어 질 수 있다.
상기한 바와 같은 구성 및 작용은 하나의 실시예로서 본 발명의 청구범위를 제한하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 변경하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 본 발명이 속하는 분야에 종사하는 자에게는 자명한 것이다.
본 발명에 의한 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트는 다양한 크기 및 많은 공극을 가지면서도 투수계수, 압축강도, 휨강도, 내충격성, 동결융해저항성, 내약품성 및 내구성 등의 물리·역학적 특성이 우수하여, 투수를 요하는 포장 구조물 및 프리캐스트 제품과 포러스 콘크리트에 직접적인 식생을 통한 식생 콘크리트, 수질정화 및 흡음을 요하는 구조물에 활용할 경우, 기존의 결합재로 시멘트를 활용한 다공성 콘크리트 제품의 단점인 낮은 강도 및 내구성 등의 문제점을 해결하고 동시에 환경친화적으로 활용될 수 있다.
Claims (8)
- MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 제조방법에 있어서,고분자 결합재인 불포화폴리에스터 수지에 경화촉진제를 혼합하는 단계(S1); 고분자 결합재와 경화촉진제에 의한 축·중합 반응을 개시 및 촉진하는 단계(S2); 충전재와 고분자 결합재가 혼합하여 고분자 매트릭스를 형성하는 단계(S3); 입도 조정된 골재에 고분자 매트릭스를 피복하는 단계(S4); 섬유보강제를 첨가하여 Co-메트릭스를 형성하는 단계(S5); MMA를 첨가하여 유동성 및 섬유 분산을 증진시키는 단계(S6); 혼합된 혼합물을 일정한 형상으로 성형하는 단계(S7); 성형된 성형물을 양생하는 단계(S8);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 제조방법
- 제 1항에 있어서,상기 고분자 결합재는 에폭시계 수지, 불포화폴리에스테르계 수지, 비닐에스테르계 수지, 우레탄계 수지, 페놀계 수지, 멜라민계 수지 및 우레탄계 수지로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 제조방법
- 제 1항에 있어서,상기 MMA는 Methly Methacrylate의 모노머 형태이며, 아크릴로나이트릴, 부틸아크릴레이트, 티셔리부틸아크릴레이트 및 비닐아세테이트로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 제조방법
- 제 1항에 있어서,상기 충전재는 미립상의 분말 형태인 것을 특징으로 하는 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 제조방법
- 제 1항에 있어서,상기 섬유보강재는 폴리프로필렌섬유, 유리섬유, 탄소섬유 및 강섬유 등의 섬유 형태로 구성된 것으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트 제조방법
- 에코-포러스 콘크리트에 있어서,고성능 고분자 결합재인 불포화폴리에스터 수지를 전체 100중량부에 대한 3~10 중량부와, 경화촉진제를 결합재 중량부에 대한 0.2~2.0 중량부를 혼합하고; 고분자 결합재와 경화촉진제에 의한 축·중합반응을 개시 및 촉진하고; 전체 100 중량부에 대한 8~20 중량부의 충전재와 상기 고분자 결합재와 혼합하여 고분자 매트릭스를 형성하고; 전체 100 중량부에 대한 70~90 중량부의 입도 조정된 골재에 고분자 매트릭스를 피복하고; 전체 100 체적부에 대한 0.2~2.0 체적부의 섬유보강재를 첨가하여 Co-매트릭스를 형성하고; 고분자 결합재 100 중량부에 대한 0.25~20 중량부의 MMA를 첨가하고; 혼합된 혼합물을 일정한 형상으로 성형하고; 성형된 성형물을 양생하여 제조되는 것을 특징으로 하는 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트
- 제 6항에 있어서,상기 충전재의 입도는 0.75mm이하인 것을 특징으로 하는 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트
- 제 6항에 있어서,상기 골재의 입도는 0.75~40mm인 것을 특징으로 하는 MMA 개질 에코-포러스 콘크리트
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