KR20140010652A - 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재에 관한 것으로, 콘크리트의 균열을 방지하기 위해 콘크리트 제조시 투입되어 사용되며, 모든 마섬유 및 천연 섬유 중 어느 하나 이상을 포함하는 단사형 섬유 재질을 수용성 접착제를 이용하여 서로 접착하여 펠렛(pellet) 형상으로 제조되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재에 관한 것이다.
본 발명에 의하는 경우, 펠렛 상태로 사용되므로 그 운반과 보관 및 계량이 대단히 용이하다는 장점이 있다.
또한, 수용성 접착제로 접착되어 공극이 거의 없는 펠렛이 콘크리트 제조 과정중 콘크리트 혼합물 안에서 수용성 접착제가 물에 녹으며 비로소 섬유로 풀리게 되므로, 투입 과정 중 인력 손실 및 비산 먼지의 발생을 최소화할 수 있으며, 혼합된 콘크리트 안에서 기포가 발생하지 않는 것은 물론 섬유의 엉킴이나 뭉침을 미연에 방지할 수 있다는 장점이 있다.

Description

콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재 및 그 제조 방법{Pellet type Fiber Reinforcement Material for Concrete}

본 발명은 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재에 관한 것으로, 콘크리트의 균열을 방지하기 위해 콘크리트 제조시 투입되어 사용되며, 모든 마섬유 및 천연 섬유 중 어느 하나 이상을 포함하는 단사형 섬유 재질을 수용성 접착제를 이용하여 서로 접착하여 펠렛(pellet) 형상으로 제조되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재에 관한 것이다.

최근 건축산업의 발전으로 콘크리트에 요구되는 성질이 다양해짐에 따라, 콘크리트의 기초물성 및 경화 후의압축강도 등에 대한 성능 면에서 상당한 발전을 이루고 있으나, 콘크리트는 강도발현에 시간이 소요되고, 인장에는 약한 취성적 성질과, 타설 초기 소성수축 균열이 발생하는 등의 문제점이 존재한다. 이러한 균열은 내구성의 저하와 외관의 손상은 물론, 균열로 인해 철근이 대기나 습기에 노출될 경우, 부식이 발생하여 심각한 구조적 문제를 야기할 수도 있다.

이와 같은 콘크리트 구조물에 발생하는 균열요인은 크게 4 가지로 재료요인, 시공요인, 구조요인, 그리고 환경요인으로 분류할 수 있는데, 그 중 재료요인과 시공요인의 복합성에 의해 타설 초기에 발생하는 소성수축균열은 건조되지 않은 내부 콘크리트의 구속으로 표면에 인장응력이 발생하게 되고, 콘크리트의 초기 인장강도를 초과하게 될 경우 균열발생과 함께, 콘크리트의 내구성을 저하시키는 등 하자의 요인으로 작용하게 된다.

이에 대한 대체방법으로, 기존에는 콘크리트에 와이어매쉬(wire mesh)를 혼입하여 시공하고 있으나, 최근에 철근 등 강재의 원가 급상승으로 인한 시공원가의 상승, 와이어매쉬를 혼입하였을 때의 보강효과에 대한 검증불명확, 와이어매쉬의 시공곤란부위의 존재, 공기지연 등의 문제가 있었다.

최근에는, 미경화 콘크리트 또는 모르타르와 같은 시멘트 조성물에 단사형 섬유보강재를 혼합하여 사용하여서 수분을 공급하여 줌으로 건조수축, 소성수축 등을 방지하기 위해 적용되고 있다. 즉 섬유보강재는 콘크리트 구조물의 단면 내에 매립 분포되어 콘크리트 구조물의 매트릭스에 부착하여 콘크리트 입자와 결착력을 증대시켜 주는 동시에, 콘크리트의 불필요한 수분을 흡수하여 콘크리트가 양생되는 기간동안 충분히 수분을 공급하여 줌으로써 최근에 각종 콘크리트 구조물의 건조수축, 소성수축 등을 방지하기 위해 유용하게 사용되고 있다.

이러한 섬유보강 콘크리트와 관련된 선행 기술로는, 특허문헌 1의 " 표백 셀룰로오스 화이버를 사용하는 화이버 시멘트 복합재료 "(대한민국 공개 특허 제 10-2005-0097934호)에 하나의 시멘트 매트릭스(cementitious matrix)와 표백 및 미표백 셀룰로오스 화이버를 포함하고 상기 시멘트 매트릭스에 혼합되는 셀룰로오스 화이버를 포함하여 구성되는 복합 재료에 관한 구성이 개시되어 있다.

그러나, 이러한 기존 발명의 경우, 섬유의 종류, 형태 및 혼입률에 따라 섬유 뭉침(Fiber Ball) 현상으로 인한 분산력 문제점이 발생하고, 시멘트 페이스트와의 접착력이 부족하여 강도 감소를 초래하며, 마감시 헤어의 노출 등으로 인한 표면마감 곤란, 슬럼프 감소로 인한 워커빌리티(workability) 저하 문제가 발생하며, 또한, 균열 저항성 등의 역학적 성능 효과 차이가 있다는 문제점이 있었다.

또한, 섬유 상태로 보관, 운반 및 계량되어 사용되므로, 그 취급이 번거롭다는 문제점이 있었다.

한편, 섬유 상태에서는 각각의 섬유 사이에 공극이 존재할 수밖에 없는데, 이러한 상태로 콘크리트 혼합 공정에 투입되게 되는 경우 콘크리트 혼합물 안에서 기포가 발생할 수밖에 없다는 문제가 있었다.

특허문헌 1: 대한민국 공개 특허 제 10-2005-0097934호

본 발명은 상기한 기존 발명의 문재점을 해결하여, 펠렛 상태로 사용되므로 그 운반과 보관 및 계량이 대단히 용이한 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.

또한, 수용성 접착제로 접착된 펠렛이 콘크리트 제조 과정중 콘크리트 혼합물 안에서 수용성 접착제가 물에 녹으며 비로소 섬유로 풀리게 되므로, 투입 과정 중 인력 손실 및 비산 먼지의 발생을 최소화할 수 있으며, 혼합된 콘크리트 안에서 기포가 발생하지 않는 것은 물론 섬유의 엉킴이나 뭉침을 미연에 방지할 수 있는 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.

상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재는, 콘크리트의 균열을 방지하기 위해 콘크리트 제조시 투입되어 사용되며, 모든 마섬유 및 천연 섬유 중 어느 하나 이상을 포함하는 단사형 친환경 섬유 재질을 수용성 접착제를 이용하여 서로 접착하여 펠렛(pellet) 형상으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수용성 접착제는 폴리비닐 알코올(PVA:polyvinyl alcohol)을 포함하는 수용성 접착제인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 펠렛(pellet)은 직경 1㎜~30㎜이고, 길이는 1㎜~50㎜인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재 제조 방법은, 상기 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재를 제조하는 방법에 있어서,

다수개의 친환경 섬유 재질을 일렬로 정렬시켜 로프 형태로 만드는 정렬단계;

상기 정렬단계에서 정렬된 로프형태의 친환경 섬유 재질에 수용성 접착제를 살포 또는 함침하는 접착제 도포단계;

상기 접착제 도포단계에서 접착제가 도포된 친환경 섬유를 소정 형상으로 성형하는 성형 단계;

상기 성형 단계에서 소정 형상으로 성형된 친환경 섬유를 건조하는 건조단계;

상기 건조단계에서 건조된 소정 형상의 친환경 섬유를 펠렛 형상으로 절단하는 절단 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하는 경우, 펠렛 상태로 사용되므로 그 운반과 보관 및 계량이 대단히 용이하다는 장점이 있다.

또한, 수용성 접착제로 접착되어 공극이 거의 없는 펠렛이 콘크리트 제조 과정중 콘크리트 혼합물 안에서 수용성 접착제가 물에 녹으며 비로소 섬유로 풀리게 되므로, 투입 과정 중 인력 손실 및 비산 먼지의 발생을 최소화할 수 있으며, 혼합된 콘크리트 안에서 기포가 발생하지 않는 것은 물론 섬유의 엉킴이나 뭉침을 미연에 방지할 수 있다는 장점이 있다.

도 1: 기존 발명에 의한 콘크리트 보강용 섬유보강재를 나타내는 도면.
도 2: 본 발명의 일 실시예에 의한 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재를 나타내는 도면.
도 3: 본 발명의 일 실시예에 의한 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재가 콘크리트 내부에서 분산된 상태를 보여주는 모식도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재 및 그 제조 방법을 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재에 관하여 설명한다.

본 발명의 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재(100)는, 콘크리트의 균열을 방지하기 위해 콘크리트 제조시 투입되어 사용되며, 모든 마섬유(황마,양마,아마,대마 등) 및 천연 섬유(사이잘(sisal), 코이어(coir), 바나나(banana), 아바카(abaca), 모시 등) 중 어느 하나 이상을 포함하는 단사형 친환경 섬유 재질을 수용성 접착제를 이용하여 서로 접착하여 도 2에 도시한 것과 같은 펠렛(pellet) 형상으로 제조되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 단사형 친환경 섬유 재질을 수용성 접착제를 이용하여 서로 접착하여 펠렛(pellet) 형상으로 제조되는 특징에 의해, 각각의 단사형 친환경 섬유(10) 사이에 생길 수 있는 공극을 수용성 접착제가 채우며 서로 접착되므로, 상기 재질상기 펠렛(pellet) 안에는 공극이 거의 존재하지 않게 된다. 따라서, 공극이 거의 없는 펠렛이 콘크리트 제조 과정중 콘크리트 혼합물 안에서 수용성 접착제가 물에 녹으며 비로소 섬유로 풀리게 되므로, 혼합된 콘크리트 안에서 기포의 발생을 억제할 수 있게 된다. 또한, 펠렛 형태로 사용되므로, 그 운반과 보관 및 계량이 대단히 용이하고 투입 과정 중 인력 손실 및 비산 먼지의 발생을 최소화할 수 있으며, 섬유의 엉킴이나 뭉침을 미연에 방지할 수 있게 된다.

이 경우, 상기 수용성 접착제는 폴리비닐 알코올(PVA:polyvinyl alcohol)를 포함하는 수용성 접착제인 것이 바람직하다. 상기 폴리비닐 알코올은 초산비닐 중합체를 원료로 하여 초산기(醋酸基)를 수산기(水酸基)로 바꿔 제조되는 것으로, 수산기를 포함하기 때문에 물에 녹기 쉽고 합성풀로 많이 사용한다.

또한, 상기 펠렛(pellet)은 상기 단사형 친환경 섬유의 길이가 길수록 부착 면적이 증대되어 우수한 정착능력과 부착능력을 발휘하여 균열방지에 우수한 효과를 기대할 수 있으나, 콘트리트에 투입시 뭉침 현상이 발생하기 쉬워지는 특성을 과 함께, 각 레미콘사의 배차용량과 믹싱 타임이 상이한 관계를 고려할 때, 직경 1㎜~30㎜이고, 길이는 1㎜~50㎜인 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재 제조 방법을 설명한다.

본 발명의 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재 제조 방법은 크게 정렬단계, 접착제 도포단계, 성형 단계 및 절단 단계를 포함하여 구성된다.

먼저, 정렬단계에 관하여 설명한다. 상기 정렬단계는 도 4에서 (b)에 도시한 것과 같이 다수개의 친환경 섬유 재질을 일렬로 정렬시켜 로프 형태로 만드는 단계이다. 이 경우, 일반적으로 성형 금형을 회전시키면서 통과시키는 방법이 주로 사용될 것이나 이에 한정되지만은 않는다. 한편, 성형되는 형상은 원형 봉 형상, 다각형 봉 형상 등 다양한 형상으로 성형하는 것이 가능하나, 각각의 단사형 친환경 섬유가 더욱 밀착되어 성형되도록 하여 공극을 더욱 감소시키면서 펠렛 상태에서의 구조적 강성을 증가시키기 위해서는 도 2에서 나타낸 것과 같이 약간의 꼬임이 주어진 로프형상으로 성형되는 것이 바람직하다.

다음으로, 접착제 도포단계는 상기 정렬단계에서 정렬된 로프 형상의 친환경 섬유 재질에 수용성 접착제를 살포 또는 함침하는 단계이다. 이 경우, 상기 접착제 도포단계는 상기 수용성 접착제를 도포시키는 이외에도 도 4에서 (c)에 도시한 것과 같이 침투시키거나 함침 시키는 등 다양한 실시예로 변경되어 실시하는 것이 가능하다.

다음으로, 성형 단계는 상기 접착제 도포단계에서 접착제가 도포된 친환경 섬유를 도 4에서 (d)에 도시한 것과 같이 소정 형상으로 성형하는 단계이다. 상기 성형 단계는 제조 과정 중 취급 효율을 높이면서 후술할 절단 단계에서의 절단 효율성을 높이기 위한 것으로, 이 경우 상기 소정 형상은 도 4에서 (d)에 도시한 것과 같이 말려있는 형상으로 성형되거나, 지그재그로 겹쳐있는 형상으로 성형 되는 등 다양한 실시예로 실시하는 것이 가능하다.

다음으로, 건조단계를 통하여 상기 성형 단계에서 소정 형상으로 성형된 친환경 섬유를 건조한다.

그 후, 도 4에서 (e)에 도시한 것과 같이 절단 단계를 통하여 상기 건조단계에서 건조된 소정 형상의 친환경 섬유를 펠렛 형상으로 절단하여 본 발명의 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재를 제조한다.

본 발명의 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재가 제조단계의 콘크리트에 투입되면, 도 3에 도시한 것과 같이 콘크리트(20)나 시멘트에 혼합되어 섞여 있는 물에 상기 수용성 접착제가 녹으며 각각의 단사형 친환경 섬유(10)가 서로 분리되어 분산되게 된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같은 형태로 콘크리트나 시멘트에 단사형 친환경 섬유가 무작위로 위치되어 굳어지게 되어 된다. 이와 같이 단사형 친환경 섬유는 콘크리트 구조물의 단면 내에 매립 분포되어 콘크리트 구조물의 매트릭스에 부착하여 콘크리트 입자와 결착력을 증대시켜 주는 동시에, 콘크리트의 불필요한 수분을 흡수하여 콘크리트가 양생되는 기간동안 충분히 수분을 공급하여 줌으로써 콘크리트 구조물의 건조수축, 소성수축 등을 방지하게 된다.

또한, 상기 단사형 친환경 섬유(10)가 상기 콘크리트 내부에 발생하는 공극(캐비티:Cavity)(1) 또는 상기 공극(1)이 상기 콘크리트(20) 표면 부근에 발생하여 형성될 수 있는 크랙(crack)(2)에 침투하여 분산된 상태로 굳어지게 되므로, 구조적인 강성을 보강할 수 있게 된다.

도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 단사형 친환경 섬유 20: 콘크리트
100: 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재

Claims (4)

1. 콘크리트의 균열을 방지하기 위해 콘크리트 제조시 투입되어 사용되며, 모든 마섬유 및 천연 섬유 중 어느 하나 이상을 포함하는 단사형 친환경 섬유 재질을 수용성 접착제를 이용하여 서로 접착하여 펠렛(pellet) 형상으로 제조되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재.
   
2. 청구항 제 1항에 있어서,
   상기 수용성 접착제는 폴리비닐 알코올(PVA:polyvinyl alcohol)을 포함하는 수용성 접착제인 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재.
   
3. 청구항 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 펠렛(pellet)은 직경 1㎜~30㎜이고, 길이는 1㎜~50㎜인 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재.
   
4. 청구항 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재를 제조하는 방법에 있어서,
   다수개의 친환경 섬유 재질을 일렬로 정렬시켜 로프 형태로 만드는 정렬단계;
   상기 정렬단계에서 정렬된 로프형태의 친환경 섬유 재질에 수용성 접착제를 살포 또는 함침하는 접착제 도포단계;
   상기 접착제 도포단계에서 접착제가 도포된 친환경 섬유를 소정 형상으로 성형하는 성형 단계;
   상기 성형 단계에서 소정 형상으로 성형된 친환경 섬유를 건조하는 건조단계;
   상기 건조단계에서 건조된 소정 형상의 친환경 섬유를 펠렛 형상으로 절단하는 절단 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 친환경 펠렛형 섬유보강재의 제조 방법.
   
   

Images