KR20070100433A

KR20070100433A - 고강도 저흡수율 송이 콘크리트 건자재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20070100433A
Application number: KR20060031663A
Authority: KR
Inventors: 김문훈; 홍종현
Original assignee: 홍종현; 김문훈
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2007-10-11
Also published as: KR100789175B1

Abstract

본 발명은 화산쇄설물을 사용한 고강도 저흡수율 콘크리트의 제조 방법에 관한 것이다. 석산에 분포된 화산쇄설물을 채취하는 단계와 운반 후 파쇄 선별하여 흡수율 2% 이상 7% 이하 그리고 마모율이 20% 이상 45% 이하의 부순골재로 인공송이를 제조하는 단계와 인공송이, 시멘트, 물, 혼화제를 혼합 조성하여 송이 콘크리트를 제조하는 단계와, 송이 콘크리트를 몰드에 타설하고, 일정기간 양생하고, 절단하는 방식으로 건자재를 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 종래의 자연산 송이는 흡수율과 마모율이 높은 단점으로 인해 건자재로 사용되는 경우, 타일이나 벽돌 제조에 국한하여 사용되었다. 본 발명에서는 석산에서 화산쇄설물을 선별 채취 가공하여 인위적으로 고품질의 인공송이를 제조하는 방식으로 고품질의 송이 콘크리트를 제조할 수 있는 방안을 제시하였다. 본 발명에 의해 제조되는 송이 콘크리트는 압축강도가 30MPa 이상 50MPa 미만이고 흡수율이 3% 이상 9% 이하의 고품질의 송이 콘크리트를 제조할 수 있는 특징이 있다.

화산쇄설물, 인공송이, 고강도, 저흡수율

Description

고강도 저흡수율 송이 콘크리트{HIGH STRENGTH AND LOW WATER ABSORPTION SCORIA CONCRETE}

도 1 석산의 화산쇄설물 전경 사진

도 2 송이 건자재 생산 흐름도

도 3 송이 건자재의 단면 사진

도 4 송이 판석 사진

제주 자연산 송이(SCORIA)는 한반도 내에서는 제주도 지역에만 분포된 광물로 제주도 내에서도 지역에 따라 조금씩 차이가 있으나 입자가 수cm 정도의 조립질로 기공이 많고, 매우 가벼우며, 색깔은 적갈색, 황갈색, 흑색 및 암회색을 띈다. 제주 자연산 송이는 미용, 의약, 식용에도 활용될 정도로 광물의 원적외선기능, 흡착기능, 항균기능이 탁월하다고 인증받고 있다. 특히, 건자재에 사용되는 경우, 공기정화기능에 효율적으로 사용될 수 있다는 사실이 밝혀졌다.

특허등록 10-0483475 『송이를 사용한 기능성 세라믹 조성물』에는 인체에 해로울 수 있는 인공화학물질 대신 천연광물의 일종인 자연산 송이를 사용하여 광 촉매 반응원리로 유해물질을 근본적으로 분해 제거하는 기능을 갖는 세라믹 물질이 특허 등록되었다. 결합재로 강알칼리의 시멘트를 사용함으로써, 오염물질 흡착 친화력을 높이고, 비표면적을 극대화하는 방법으로 분해속도가 놀라울 정도로 신속한 것으로 보고되고 있다. 그러나 종래의 기술은 오염물질 분해 능력 극대화에 치중하였을 뿐 건자재에 필수조건인 고강도와 저흡수율 문제에는 소홀하였다. 압축강도 18MPa와 흡수율 15%내외 범위에서의 건자재는 벽체용 타일이나 벽돌용으로는 적합하다. 그러나, 보차도경계석, 바닥판석 등 외부의 큰 하중과 동결융해의 피해가 예상되는 곳은 고강도, 저흡수율을 발휘해야만 목표로 하는 내구성을 확보할 수 있다. 자연산 송이 골재는 흡수율이 17∼40%로 높고, 마모율이 45∼70%로 높다. 즉, 건자재 용도로는 매우 불리한 여건을 갖추고 있다. 이러한 단점을 어떠한 방법으로 극복하느냐가 본 특허출원 기술의 핵심 내용이다.

특허출원 10-2004-0063021 『송이를 사용한 고강도 저흡수율 콘크리트 세라믹』에서는, 종래의 자연산 송이 골재와 콘크리트용 잔골재를 혼합사용하여 고강도 저흡수율을 발휘하는 송이 콘크리트 제조방법을 제시하고 있으나, 자연산 송이 자체의 높은 흡수율을 저감하기 위해, 자연산 송이 골재에 발수제를 코팅하는 방식으로 흡수율을 저감시키고, 콘크리트용 잔골재를 사용하는 방식으로 강도를 높이는 방법을 도입하였다. 그러나, 송이 굵은골재를 제한적인 량을 사용해야 하고, 발수제의 성능 여부에 따라 흡수율이 달라지는 문제가 여전히 남아 있어 근본적인 해결책이 되진 못하였다. 따라서, 높은 강도와 낮은 흡수율을 발휘하는 송이 건자재의 제품 개발이 여전히 해결과제로 남아 있다.

본 발명은 제주도 석산에 대량 분포된 방치자원을 고부가가치 제품 생산에 활용할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

종래의 자연산 송이는 환경보존지역인 오름(산)에서 채취되기 때문에, 채취시 환경문제가 발생될 수 있어, 오름 지역의 자연산 송이를 대체할 수 있는 소재의 개발이 절실히 필요하다.

종래의 송이 건자재는 낮은 강도와 높은 흡수율이 가장 큰 문제로 지적되고 있다. 따라서, 고강도, 저흡수율, 다기능을 발휘하는 송이 콘크리트 제조방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 석산에서 발생되는 화산쇄설물을 파쇄 분류하여 인공송이를 제조하고, 인공송이, 시멘트, 물, 혼화제로 송이 콘크리트를 제조하며, 송이 콘크리트를 절단하는 방식을 통해 고강도 저흡수율 기능성 송이 건자재 제조방법을 제공한다.

본 발명은 일실시예로서, 석산의 화산쇄설물을 선별 채취하는 단계; 콘크리트용 혼합골재로 사용하기 위해 파쇄하여 입도 조정하고, 흡수율 2% 이상 7% 이하 그리고 마모율이 20% 이상 45% 이하의 인공송이를 제조하는 단계; 인공송이, 시멘트, 물, 혼화제를 혼합 비빔하여 송이 콘크리트를 제조하고, 거푸집 몰드에 타설하는 단계; 7일 이상 양생하고, 양생된 송이 콘크리트를 절단하여 건자재를 생산하는 단계와 송이 콘크리트의 압축강도가 30MPa 이상 50MPa 이하의 고강도를 발휘하고, 흡수율이 3% 이상 9% 이하 발휘하는 것을 특징으로 하는 고강도 저흡수율 송이 콘크리트 제조방법을 제공한다.

본 발명은 일실시예로서, 송이 콘크리트의 품질을 높이기 위해, 실리카흄, 포졸란, 고로슬래그미분말, 플라이애쉬와 같은 혼화재를 택 1 하고 추가 혼입하여 생산되는 송이 콘크리트 제조방법을 제공한다.

본 발명은 일실시예로서, 대기정화기능을 높이기 위해, 이산화티탄 미분말 또는 이산화티탄 액상을 추가 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 송이 콘크리트 제조방법을 제공한다.

화산쇄설물은 다공성 광물로 pH가 7.5 정도의 약알칼리이고, 무수한 공극을 갖고 있고, 흡착능력이 뛰어나고, 높은 원적외선이 방출되는 등의 기능적 측면에서 다양한 장점이 있고, 제주도 석산에 대량 분포되어 있으며, 색깔이 다양하고 아름다워 향토미를 나타내는 장점이 있다.

화학 성분	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	TiO₂	MnO	P₂O₅	Ig.loss
비율 (wt%)	48.1	13.5	12.7	9.05	7.96	1.25	3.37	2.51	0.18	0.79	0.15

표 1에 화산쇄설물의 화학분석 결과를 나타내고 있다. 분석방법은 KS E 3806에 따라 수행하였다. SiO₂ + Al₂O₃ + Fe₂O₃가 70% 이상으로 화학적으로 안정된 조성을 가지고 있다.

체크기	20mm	13mm	10mm	5mm	2.5mm	1.2mm	0.6mm	0.3mm	0.15mm	거친입자율(%)
통과율 (%)	100	98	63	37	23	15	10	7	4	5.4

석산에서 채취된 화산쇄설물을 파쇄 가공처리하여 인공송이를 제조한다. 이때, 굵은골재 최대치수 13mm, 20mm, 25mm, 40mm 등의 다양한 치수로 가공 처리할 수 있다. 표 2에 최대치수 20mm로 가공처리된 인공송이의 입도시험 결과를 나타내고 있다. 시험방법은 KS F 2502에 따라 수행하였다.

시험항목	절건밀도 (kg/L)	표건밀도 (kg/L)	흡수율(%)	마모율(%)	0.08mm통과량(%)	골재안정성 (%) (Na₂SO₄)
성적	2.46	2.55	3.8	28.8	4.0	6.9
시험방법	KS F 2533			KS F 2508	KS F 2511	KS F 2507

시험항목	단위용적질량 (kg/L)	실적률(%)	강열감량(%)	불순물(얼룩지수)
성적	1.25	50.6	0.24	0
시험방법	KS F 2505		KS L 5120	KS F 2468

표 3과 표 4에는 표 2의 입도로 생산된 인공송이의 물리적 특성을 나타내고 있다. 흡수율이 3.8%, 마모율이 28.8%로 종래의 자연 송이보다 월등히 우수한 물리적 특성을 나타내고 있다.

결합재로 사용된 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트, 고로슬래그 시멘트, 플라이애쉬 시멘트 등 다양한 시멘트가 사용될 수 있다. 시멘트는 강알칼리성을 나타내고 질소산화물(NOx)과 같은 산성의 오염물질을 흡착하는 친화성이 높고, 손쉽게 구할 수 있는 재료로서 결합재로 바람직하다.

혼화제는 AE감수제, 고성능AE감수제 등이 바람직하며 배합에 사용되는 물의 양을 감소시켜 내구성이 높은 제품을 만드는데 기여한다. 유동화제를 사용해도 무방하며 다양한 혼화제가 사용가능하다. 배합에 화학재료를 배제하는 경우에는 사용하지 않아도 무방하다.

물은 마실 수 있는 정도의 깨끗한 물을 사용한다.

실리카흄, 포졸란, 고로슬래그미분말, 플라이애쉬 등의 혼화재가 송이 콘크리트 제조에 추가 사용되는 경우, 송이 콘크리트의 물리적 품질이 증진되는 장점이 있다. 이외의 다양한 혼화재도 사용될 수 있다.

혼화재로 이산화티탄 미분말 또는 액상을 시멘트 사용량의 1% 이상 20% 이하 사용하여 대기정화기능을 높일 수 있다. 이산화티탄을 1% 미만 사용하는 경우 광분해 효율이 저감되고, 20% 이상 과다 사용하는 경우, 강도문제 및 경제성 문제 등이 야기된다.

건자재의 다양한 색상을 나타내기 위해 안료의 사용도 가능하다. 이때, 안료는 시멘트의 3중량% 이상 10중량% 이하의 범위에서 사용한다.

배합비	시멘트	인공송이	물	혼화제
표준배합	400 kg/m³	1640 kg/m³	180 kg/m³	4 kg/m³

표 5에 송이 콘크리트 배합비를 나타내고 있다. 물-시멘트비(W/C)는 45%, 혼화제는 고성능AE감수제를 사용하였다. 인공송이는 굵은골재 최대치수 20mm의 표 2의 혼합골재를 사용하였고, 인공송이의 표건비중 2.55, 시멘트의 비중 3.15, 굳지않은 콘크리트 공기량 5%를 기준으로 배합설계하였다. 인공송이 골재의 비중과 함수비에 따라 물의 배합비가 달라질 수 있고, 송이 콘크리트의 목표강도에 따라, 결합재로 사용된 시멘트의 배합비가 달라질 수 있다. 따라서, 송이 콘크리트 제조는 반듯이 표 5의 배합비에 국한된 것은 아니고, 다양한 범위의 응용 배합비가 유도될 수 있고, 그러한 배합비도 본 발명의 범주에 속한다.

송이 콘크리트 제조순서는 인공송이골재+시멘트+물+혼화제+(혼화재)가 혼합된 송이 생콘크리트를 충분히 혼합한 후, 몰드에 투입하고, 선택적으로 진동 가압하여 송이 콘크리트 괘를 제조한다. 송이 콘크리트 괘를 일정기간 양생 후에 절단기로 적당한 크기로 절단하여, 송이 판석, 송이 블록, 송이 경계석 등의 기능성 건자재를 생산한다.

시험항목	압축강도(MPa)	흡수율(%)
본 발명	40	7
종래의 송이 콘크리트	18	16

표 5의 방식으로 제조된 송이 콘크리트는 표 6과 같이 고강도 저흡수율을 나타낸다. 종래의 송이 콘크리트와 상대비교하여, 압축강도와 흡수율이 각각 2배 이상 업그레이드된 결과를 나타낸다. 본 발명과 종래의 송이 콘크리트 시험값은 판매시판되는 제품 즉, 사용화되는 제품의 평균치를 의미한다.

기술적 측면

종래의 송이 건자재는 낮은 강도, 높은 흡수율로 인한 품질 문제로, 업계의 평가가 매우 부정적이다. 이것을 인공송이 제조방법을 통해 고품질의 송이 건자재를 생산할 수 있는 방안을 제시하였다.

화산쇄설물을 사용한 인공송이는 종래의 자연산 송이보다 건자재 제조목적의 품질측면에서 월등히 우수한 물리적 특성을 나타낸다. 결과적으로 인공송이를 사용한 송이 콘크리트는 경계석 및 판석에 사용될 수 있는 고품질의 기능성 콘크리트를 제공한다.

종래의 송이 건자재는 콘크리트용 잔골재, 석분슬러지, 강도보강재 등을 사용하여 강도를 증진시키고, 흡수율 낮추려고 했지만, 본 발명에서는 송이 골재 자체를 인공적으로 제조하는 방식으로 단순하게 두 가지 문제를 해결했고, 따라서, 품질관리가 쉬워지기 때문에 고품질의 제품 생산이 가능하다. 이것은 송이 건자재의 역사상 획을 긋는 변화라고 판단된다.

디자인 측면

종래의 송이타일은 강도를 높이고 흡수율을 낮추기 위해, 석분이나 모래를 송이와 혼합 사용하여 제품을 제조한다. 이때, 생산된 제품이 송이 굵은골재의 노출로 반점 무늬를 나타내는데, 반점 무늬의 영향으로 산만한 느낌을 주는 디자인이다. 반면에 본 발명은, 혼합 입도를 사용하고 골재 밀집단면으로 제조하기 때문에 세련된 느낌을 주는 디자인으로 업그레이드 되었다.

경제적 측면

석산에서 발생되는 화산쇄설물은 부존량이 풍부하나, 지금까지 활용 용도가 다양하지 못했다. 따라서, 매우 낮은 가격을 형성하고 있고, 매립 및 복토용으로 사용되는 것이 대부분이다. 이것을 고부가가치 제품인 콘크리트 제조에 활용할 수 있는 방안을 제시하여 경제적 가치를 높였다.

현재까지, 그 누구도 인공송이를 만들고자 하지 못했지만, 다양한 물리적 화학적 특성 분석을 통해 방치자원(화산쇄설물)을 고부가가치 자원(인공송이)으로 상승시켰다.

Claims

석산의 화산쇄설물을 선별 채취하는 단계; 콘크리트용 혼합골재로 사용하기 위해 파쇄하여 입도 조정하고, 흡수율 2% 이상 7% 이하 그리고 마모율이 20% 이상 45% 이하의 인공송이를 제조하는 단계; 인공송이, 시멘트, 물, 혼화제를 혼합 비빔하여 송이 콘크리트를 제조하고, 거푸집 몰드에 타설하는 단계; 7일 이상 양생하고, 양생된 송이 콘크리트를 절단하여 건자재를 생산하는 단계와 송이 콘크리트의 압축강도가 30MPa 이상 50MPa 이하의 고강도를 발휘하고, 흡수율이 3% 이상 9% 이하 발휘하는 것을 특징으로 하는 고강도 저흡수율 송이 콘크리트 제조방법.
제1항에서 송이 콘크리트의 품질을 높이기 위해, 실리카흄, 고로슬래그미분말, 플라이애쉬와 같은 혼화재를 택 1 하여 추가 혼입하여 생산되는 송이 콘크리트 제조방법.
제1항에서 혼화재로 이산화티탄 미분말 또는 이산화티탄 액상을 추가 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 송이 콘크리트 제조방법.