KR20160108772A - 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저열팽창성 결합재와 산업폐기물 골재, 즉 금속재련소에서 발생하는 각종 슬래그 또는 화력발전소에서 발생하는 바텀애시를 골재로 사용하는 것으로, 저열팽창성 시멘트 결합재 20~35중량부, 평균입도 5㎜미만의 가는골재 20~45중량부, 평균입도 5~15㎜의 굵은골재 20~40중량부를 포함하며, 상기 저열팽창성 시멘트 결합재 100중량부(g)에 대하여 물 11.4~27.5중량부(g), 0.1~1.0㎛의 입도의 실리카흄 1~10중량부, 감수제 0.1~2.0중량부, 소포제 0.01~0.2중량부 및 강도보강재 1~5중량부를 혼합하여 구성되는 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석의 조성물 및 이를 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석의 제조방법에 관한 것이 개시된다.

Description

산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물 및 그 제조방법{Compositions and method of manufacturing of high strength concrete boundary block by using of industrial wastes aggregates}
본 발명은 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저열팽창성 결합재와 산업폐기물 골재, 즉 금속재련소에서 발생하는 각종 슬래그 또는 화력발전소에서 발생하는 바텀애시를 골재로 사용하는 인조화강문양의 고강도 콘크리트 경계석의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 보도와 차도를 구분하는 경계석은 자연산 화강암을 일정한 크기로 절단 가공한 것을 사용하거나 또는 여러 가지 조성의 시멘트 콘크리트 제품을 이용한다. 자연산 화강암은 압축강도 약 700㎏/㎠이상의 높은 강도와 미려한 문양으로 가장 선호하는 경계석으로 사용되어 왔으나 자연환경의 파괴, 자원 고갈 등의 이유로 점차 그 공급량이 감소하는 실정이며 또한 일반 콘크리트 제품에 비해 가격이 월등히 높은 단점이 있다.
콘크리트 2차 제품은 생산의 용이성이나 가격이 저렴한 장점은 있으나 내후성이나 외관 등은 자연석에 미치지 못하며, 강도 역시 자연 화강암 경계석에 비하여 약한 단점이 있다. 따라서, 이러한 콘크리트 제품의 단점을 보완하기 위한 많은 연구가 수행되어 왔으며, 최근 시멘트 콘크리트 조성물로 구성되는 경계석의 조성과 그 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
종래 기술로는 대한민국등록특허공보 제1400763호에는 일반 콘크리트 경계석에 침투성 콘크리트 강화제와 탄화규소 및 세척제를 분무하여 방진, 방수성 및 내후성이 우수한 경계석을 제조하는 다단계 제조공정이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 제조단계가 복잡하고 표면 가공을 위해 가격이 높은 탄화규소를 사용함으로써 경제성이 결여되는 단점이 있으며, 일반 콘크리트는 압축강도가 약 200㎏/㎠에 불과하여 충격에 약한 문제점이 있다. 또한 강도 증진을 위한 방법으로 대한민국등록특허공보 제1380591호에는 속경성 시멘트와 여러 가지 종류의 유기 혼화제(폴리비닐아세테이트, 폴리비닐메타크릴레이트, 스티렌부틸아크레이트, 스타지 등)를 사용하여 압축강도를 약 400㎏/㎠이상으로 증가시키고 표면 문양이 음각된 거푸집을 사용하여 경계석을 제조하는 방법으로 대량생산이 어렵고, 생산비용이 과대한 단점이 있다.
또한, 대한민국등록특허공보 제1234806호에는 삼중 폴리머 코팅과 수지 도포 열처리 등의 다단계 제조공정을 거쳐 압축강도를 400~500㎏/㎠로 향상시키는 기술이 공지되어 있으며, 대한민국등록특허공보 제0509963호에는 화력발전소에서 발생하는 바텀애시와 인조골재 생산 시에 발생하는 석분을 활용하여 경계석을 제조하는 공법이 개시되어 있으나, 이들 역시 압축강도는 약 400㎏/㎠ 내외로 자연산 화강암에 미치지 못하고 있는 실정이다.
따라서, 자연산 화강암과 유사한 강도를 가지며 미려한 표면 문양을 가지고, 생산비용이 저렴한 인조화강문양의 고강도 콘크리트 경계석의 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
대한민국등록특허공보 제1400763호. 대한민국등록특허공보 제1380591호. 대한민국등록특허공보 제1234806호. 대한민국등록특허공보 제0509963호.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 종래 콘크리트계 경계석의 단점인 강도 및 표면문양의 문제점을 보완하여 자연화강석과 거의 동일하거나 이보다 높은 압축강도(600㎏/㎠ 이상)를 가지며 표면의 문양이 미려하고 내구성, 동결 융해성 및 야광 반사 혹은 발광 등의 기능성이 우수한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석의 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한, 본 발명에서는 주 조성물로 구성되는 결합재와 골재를 거의 대부분을 산업폐기물을 재활용하여 제조비용을 절감시킨 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석의 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
상기한 과제를 해결한 본 발명의 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석의 조성물은 저열팽창성 시멘트 결합재 20~35중량부, 평균입도 5미만의 가는골재 20~45중량부, 평균입도 5~15㎜의 굵은골재 20~40중량부를 포함하며, 상기 저열팽창성 시멘트 결합재 100중량부에 대하여 물 11.4~27.5중량부, 0.1~1.0㎛의 입도의 실리카흄 1.0~10.0 중량부, 감수제 0.1~2.0중량부, 소포제 0.01~0.2중량부 및 강도보강재 1~5중량부를 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 결합재는 일반 포트랜드시멘트 50~70중량부, 플라이애시 10~20중량부, 고로슬래그미분말 10~20중량부, 평균입도 50~74㎛인 석분 5~10중량부, 평균입도 0.1~5㎛이하인 흄드실리카를 5~10중량부를 포함하도록 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가는골재는 각종 금속제련소의 제강슬래그, 니켈슬래그 또는 동제련 슬래그를 수쇄하여 된 것 중 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 굵은골재는 화력발전소의 보일러 외벽에 부착되어 발생되는 괴상의 석탄회분을 분쇄하여 3~15㎜크기로 채거름한 바텀애시인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 결합재 구성 중 플라이애시는 SiO2/Al2O3의 몰비가 0.5~1.8 범위 내이고, 브레인 비표면적이 4,000~6,000인㎠/g인 것을 사용하고, 상기 고로슬래그 미분말은 SiO2/Al2O3의 몰비가 1.5~2.5 범위 내이고 브레인 비표면적이 6,000~7,000㎠/g인 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 감수제는 멜라민 설폰산, 나프탈렌 설폰산, 멜라민 포름알데하이드, 변형 리그닌 설포네이트 또는 폴리카이복실레이트계 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 소포제는 알킬 폴리 아크릴레이트, 캐스터오일, 지방산 에스테르, 지방산 알코올 황산염, 실리콘 오일로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 강도 보강제는 유기질 섬유, 무기질 섬유, 유리섬유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 강도 보강제는 폴리프로필렌, 나일론, 케브라, 시스라로 이루어진 유기 또는 무기질 섬유와 유리섬유로 이루어진 군에서
여기서, 상기 조성물 100중량부에 대하여 착색용 안료, 빛 반사용 유리비드 또는 야간 발광을 위한 축광재로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 5 ~10 중량부 포함되도록 더 첨가하여 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 저열팽창성 시멘트 결합재 20~35중량부, 평균입도 5㎜미만의 가는골재 20~45중량부, 평균입도 5~15㎜의 굵은골재 20~40중량부를 포함하며, 상기 저열팽창성 시멘트 결합재 100중량부에 대하여 물 15~20중량부, 0.1~1.0㎛의 입도의 실리카흄 1.0~10.0 중량부, 감수제 0.1~2.0중량부, 소포제 0.01~0.2중량부 및 강도보강재 1~5중량부를 혼합한 혼합물을 준비한 후, 콘크리트 믹서기로 혼합하는 재료혼합공정;
상기 재료혼합공정에서 준비된 혼합물을 몰드에 주입하고 진동압축하는 다짐공정;
상기 다짐공정이 완료된 후, 자연 또는 스팀 가열 방식으로 경화시키는 경화공정;
상기 경화공정이 완료된 후, 몰드로부터 탈형하여 일정규격의 경계석으로 절단하는 절단공정;
상기 절단공정 후, 얻어지는 경계석의 표면을 가공 및 연마하는 공정을 포함하여 이루어지는 경계석 제조방법이 개시된다.
본 발명에서 제공되는 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석의 조성물은 종래 콘크리트계 경계석의 단점인 강도 및 표면문양의 문제점을 보완하여 자연화강석과 거의 동일하거나 이보다 높은 압축강도(600㎏/㎠ 이상)를 가지며 표면의 문양이 미려하고 내구성, 동력 융해성 및 야광 반사 혹은 발광 등의 기능성이 우수한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제공되는 조성물은 그 구성되는 결합재와 골재를 거의 대부분을 산업폐기물을 재활용함으로써 경계석의 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서 제공되는 조성물은 경계석 외에도 고강도가 요구되는 콘크리트 2차제품을 생산하는데 어느 용도로도 활용가능하다.
도 1은 본 발명의 경계석의 일제조공정을 도시한 블럭도이다.
도 2 ~ 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제공되는 조성물을 사용하여 제조된 경계석의 외형을 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제공되는 조성물을 사용하여 제조된 경계석의 표면문양을 나타낸 확대 사진이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 해결과제와 새로운 특징은 본 명세서의 기술에 관한 구체적인 설명에 의해 더욱 명확하게 될 것이다. 다음에 기술되는 상세한 내용은 이 분야에 종사하는 통상의 지식을 가진 기술자에게 충분히 이해되도록 제공되는 것으로, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 변형이 가능하고, 도한 그 범위가 다음에 기술되는 내용에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이하에서는 저열팽창성 결합재와 산업폐기물 골재, 즉 금속재련소에서 발생하는 각종 슬래그 또는 화력발전소에서 발생하는 바텀애시를 골재로 사용하여, 종래 콘크리트계 경계석의 단점인 강도 및 표면문양의 문제점을 보완하여 자연화강석과 거의 동일하거나 이보다 높은 압축강도(600㎏/㎠ 이상)를 가지며 표면의 문양이 미려하고 내구성, 동력 융해성 및 야광 반사 혹은 발광 등의 기능성이 우수한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석을 제공할 수 있는 인조화강문양의 고강도 콘크리트 경계석의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이 개시된다.
본 발명에 따른 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석의 조성물은 결합재, 골재, 감수제, 소포제, 강도보강재 및 물을 포함하여 이루어지는 것으로, 본 발명에 따르면, 저열팽창성 시멘트 결합재 20~35중량부, 평균입도 5㎜미만의 가는골재 20~45중량부, 평균입도 5~15㎜의 굵은골재 20~40중량부를 포함하며, 상기 저열팽창성 시멘트 결합재 100중량부에 대하여 물 11.4~27.5, 0.1~1.0㎛의 입도의 실리카흄 1.0~10.0 중량부, 감수제 0.1~2.0중량부, 소포제 0.01~0.2중량부 및 강도보강재 1~5중량부를 혼합하여 구성되는 것에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 저열팽창성 시멘트 결합재는 결합재 총량에 대하여 일반 포트랜드시멘트 50~70중량부, 플라이애시 10~20중량부, 고로슬래그미분말 10~20중량부, 평균입도 50~74㎛인 석분 5~10중량부, 평균입도 0.1~5㎛이하인 흄드실리카를 5~10중량부를 포함하도록 혼합하여 이루어지는 것에 그 특징이 있다. 바람직하게, 상기 결합재 구성 중 일반 포트랜드시멘트는 브래인 비표면적이 4000~6000㎠/g인 것을 사용하고, 플라이애시는 SiO2/Al2O3의 몰비가 0.5~1.8 범위 내이고, 브레인 비표면적이 4,000~6,000㎠/g인인 것을 사용하고, 상기 고로슬래그 미분말은 SiO2/Al2O3의 몰비가 (1.5 )~(2.5 ) 범위 내이고 브레인 비표면적이 6,000~7000㎠/g인 것을 사용하는 것이 제품의 장기 강도 향상에 매우 효과적인 결과를 얻을 수 있기 때문이다.
본 발명에 따르면, 상기 가는골재는 각종 금속제련소에서 발생되는 제강슬래그, 니켈슬래그 또는 동제련 슬래그를 수쇄하여 된 것 중 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것에 그 특징이 있다. 바람직하게 상기 슬래그들은 (최종 제품의 강도를 증강시키기 위한 위한 것으로, 굵은골재에 비례하여 가는골재를 섞어서 결합 후 제품 성형 시 틈을 메꾸어 주는 역할을 하게 되어 가는 골재 수준의 고강도인 슬래그를 포함함으로서 최종 제품의 강도를 증진시키기 위하여, 바람직하게는 평균입도가 1.5 ~4.5이내가 되도록 수쇄하여 사용하는 것이 좋다. 한편, 그 혼합량이 20중량부 미만일 경우에는 최종 제품의 투수성이 저하되는 단점이 있고, 45중량부를 초과할 경우에는 최종 제품의 강도가 저하되는 단점이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 굵은골재는 화력발전소의 보일러 외벽에 부착되어 발생되는 괴상의 석탄회분을 포집 후, 분쇄하여 3~15㎜크기로 채거름한 바텀애시를 사용하는 것에 그 특징이 있다. 상기 바텀애시는 화력발전소의 보일러 내벽에 부착되어 형성된 것으로 금속제련소에서 형성되는 슬래그들과 같이 많은 양의 유리상(Glass phase)를 포함하고 있지는 않지만 어느 정도 장기강도에 영향을 줄 수 있는 정도의 유리상을 포함하고 있다. 또한, 상기 바텀애시의 물리적 특성으로서, 색상은 대부분 회색을 띄고 있으며 짙은 황색과 검정색, 회백색에 이르기까지 생성 환경에 따라 여러 색상을 띠고 있다. 미연 탄소 입자는 검정색을 띠고, 실리카와 알루미나 성분이 많은 것은 회백색과 황색을 띠고 있다. 바텀애시는 결합재 역할을 수행하기에는 입자모양이나 화학성분 등의 조건이 맞지 않는 실정이다. 또한, 바텀애시의 비중은 2.1에서 2.7정도이고, 건조중량은 720~1600㎏/㎥이고 가소성은 없으며 흡수율은 2.0%~10.0%정도로 대단히 광범위하다. 대부분의 입자들은 크고 작은 공극을 가지고 있으며, 이들 공극은 서로 연결되어 있거나 독립기공을 이루고 있다. 이러한 물리적 특성으로 바텀애시는 3~15㎜크기로 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하다. 만일, 3㎜ 미만일 경우에는 (고강도인 슬래그의 양을 상대적으로 줄여야 하므로 강도가 저하되는) 단점이 있고, 15㎜를 초과할 경우에는 ( 역시 골재사이의 틈이 많아져 강도가 저하되는) 단점이 있게 된다. 한편, 그 사용량은 20~40중량부를 포함하도록 혼합하는 것이 바람직하며, 만일, 20중량부 미만일 경우에는 ( 적절한 배합비가 형성되지 못하므로 강도가 저하되는 ) 단점이 있고, 40중량부를 초과할 경우에는(적절한 배합비가 형성되지 못하므로 강도가 저하되는) 단점이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 감수제는 바람직하게 멜라민 설폰산, 나프탈렌 설폰산, 멜라민 포름알데하이드, 변형 리그닌 설포네이트 또는 폴리카이복실레이트계 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 사용하는 것에 그 특징이 있다. 상기 감수제는 그 사용량이 0.1중량부 미만일 경우에는 슬러리의 유동성이 저하되는 단점이 있고, 2.0중량부를 초과할 경우에는 슬럼프가 증가되는 현상을 나타내어 지나치게 점도가 낮아짐으로 인하여 강도가 저하되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 소포제는 일반적으로 사용되는 실리콘계 또는 폴리알킬렌 글라이콜 등 어느 종류의 것을 사용하여도 무방하나, 보다 바람직하게는 알킬 폴리 아크릴레이트, 캐스터오일, 지방산 에스테르, 지방산 알코올 황산염, 실리콘 오일로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 좋다.
바람직하게 상기 소포제의 사용량은 0.01~0.2중량부를 포함하도록 혼합하는 것이다. 만일, 그 사용량이 0.01중량부 미만일 경우에는 소포력이 저하되는 단점이 있고, 0.2중량부를 초과할 경우에는 소포력은 증가하나 비용이 과다해지는 단점이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 강도 보강제는 유기질 섬유 또는 무기질 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것에 그 특징이 있다. 상기 유기질 또는 무기질 섬유로는 탄소섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리비닐섬유, 나일론, 케브라, 사이잘(용설란 식물섬유), 유리섬유, 강철섬유 등을 예시할 수 있으며, 콘크리트 강도를 보강하기 위해 사용할 수 있는 것이라면 통상 알려진 유기질 또는 무기질 섬유 중 어느 것을 적의 선택하여 사용하여도 무방하다. 바람직하게, 상기 섬유들은 직경 0.01~0.1이내, 길이 5~15㎜이고, 인장강도 500MPa이상의 물성을 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량은 1~5중량부를 포함하도록 사용하는 것이다. 만일, 그 사용량이 1중량부 미만일 경우에는 최종 제품의 강도가 저하되거나, 요구되는 강도향상이 얻기 어려운 단점이 있고, 5중량부를 초과할 경우에는 재료의 균일한 혼합이 어려워 최종 제품의 균일한 강도향상이 어렵고, 경제성이 저하되는 단점이 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 조성물을 구성하는 물은 사용되는 저열팽창성 시멘트 결합재 100중량부에 대하여 물 11.4~27.5중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 만일, 그 혼합량이 11.4중량부 미만일 경우에는 결합력이 저하되는 단점이 있고, 27.5중량부를 초과할 경우에는 결합력은 증가하나 생산비용이 증가되는 단점이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 본 발명의 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석의 조성물 100중량부에 대하여 산화철, 레드머드, 산화크롬 등의 착색용 안료, 직경 1~3㎜의 빛 반사용 유리비드 또는 SrAl2O4계 금속산화물의 야간 발광을 위한 축광제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 1~5중량부 포함되도록 더 첨가하여 되는 것에 그 특징이 있다. 상기 나열된 첨가제를 더 첨가함으로써 그 첨가제들로부터 기대할 수 있는 물리적 기능을 경계석에 부가할 수 있어, 다양한 기능성을 가진 경계석을 제공할 수 있는 것이다. 그 사용량에 있어서, 1중량부 미만으로 첨가될 경우에는 야간 시에 발광하는 발광효과를 기대하기 어려운 단점이 있고, 5 중량부를 초과하여 사용될 경우에는 생산비용이 증대되는 문제가 있을 수 있다.
한편, 첨부도면 도 1을 참조하여 이상에서 설명되는 본 발명의 조성물을 이용하여 경계석을 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
첨부도면 도 1에 따르면, 본 발명에 따른 경계석의 제조방법은 재료혼합몰드주입 및 진동 가압자연 혹은 스팀가열 경화탈형 및 절단표면연마 및 가공제품완성의 공정순서로 이루어지게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 저열팽창성 시멘트 결합재 20~35중량부, 평균입도 5미만의 가는골재 20~45중량부, 평균입도 5~15㎜의 굵은골재 20~40중량부를 포함하며, 상기 저열팽창성 시멘트 결합재 100중량부에 대하여 물 11.4~27.5중량부, 0.1~1.0㎛의 입도의 실리카흄 1.0~10.0 중량부, 감수제 0.1~2.0중량부, 소포제 0.01~0.2중량부 및 강도보강재 1~5중량부를 혼합한 혼합물을 준비한 후,
콘크리트 믹서기로 혼합하는 재료혼합공정(S10);과, 상기 재료혼합공정에서 준비된 혼합물을 몰드에 주입하고 진동압축하는 다짐공정(S20);과, 상기 다짐공정이 완료된 후, 자연 또는 스팀 가열 방식으로 경화시키는 경화공정(S30);과 상기 경화공정이 완료된 후, 몰드로부터 탈형하여 일정규격의 경계석으로 절단하는 절단공정(S40); 및 상기 절단공정 후, 얻어지는 경계석의 표면을 가공 및 연마하는 공정(S50)을 포함하여 이루어진다.
상기 재료혼합공정(S10)의 재료들의 물리적 특성, 성질, 효과 등의 설명은 이상에서 설명된 본 발명에서 제공되는 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석의 조성물의 설명을 원용하여 적용된다.
상기 다짐공정(S20)시 몰드에 주입 후 압축시 진동압축은 15㎜의 진동폭, 약 50~100㎏/㎠의 압력으로 다짐 조건으로 압축하는 것이 바람직하다. 만일, 상기 조건의 임계적 범위를 벗어날 경우에는 제품의 압축강도 향상이 저하되는 단점이 있다.
상기 경화공정(S30)에서 스팀가열 방식으로 경화시에는 스팀의 온도 100~120℃의 조건으로 30~60분 이내에 완료하는 것이 바람직하다. 그 이유는 강도 증가에 비해 비용증대 문제점이 크기 때문이다.
상기 절단공정(S40)에서는 그 절단 크기는 통상 경계석의 크기인 H×W×D=200×250×1000㎜의 크기를 가지도록 절단하게 된다. 이렇게 절단된 경계석은 표면가공 및 연마(S50)공정을 거쳐 첨부도면 도 2 내지 5에 도시된 바와 같은 외관이 인조화강석문양을 띠는 최종 경계석을 제공하게 된다.
첨부도면 도 2 ~ 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제공되는 조성물을 사용하여 제조된 경계석의 외형을 나타내는 사진이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제공되는 조성물을 사용하여 제조된 경계석의 표면문양을 나타낸 확대 사진이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 보다 상세히 설명하기로 한다. 단, 하기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로 하기의 실시예로 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 변형 가능한 것이다.
하기의 표 1은 본 실시예에서 사용되는 재료들을 나타낸 것이다.
구 분 기호 밀도 적요
결합재 포틀랜드시멘트 OPC 2.6 보통포틀랜드시멘트(쌍용)
고로슬래그분말 BFS 3.0 35㎛ 이하
플라이애시 FA 2.5 45㎛ 이하
석 분 StP - 10~74㎛
흄드실리카 FS - 0.1~5.0㎛
가는골재 니켈제련슬래그 NiS 3.0 광양니켈제련소수쇄슬래그
0.15~5㎜
동제련슬래그 CuS 3.8 LS니코수쇄슬래그
0.3~5㎜
제강슬래그 StS 3.4 제강공장수쇄슬래그
0.1~3.0㎜
굵은골재 바텀애시 BA 2.2 보령화력 바텀애시 3~15㎜
감수제 폴리카르본산계 고성능 감수제 SP - BASF Construction Polymers GmbH Melflux
소포제 소포기능 PG - 폴리알킬렌글라이콜(DOW Chemical Co.)
강도보강제 보강섬유 FB - 폴리비닐섬유
혼화제 실리카흄 SF - 0.1~1.0㎛
상기 표 1은 조성물을 구성하는 재료들의 설명으로 포트랜드시멘트는 브래인 표면적이 4000~6000㎠/g인 것을 사용하고, 고로슬래그 미분말은 브레인 비표면적이 6000~7000㎠/g을 가지도록 분쇄한 것이고, 플라이애시는 4000~6000㎠/g인 것을 준비하였다.
상기 바텀애시는 보령화력발전소에서 배출되는 바텀애시를 3~15㎜의 입도를 가지도록 분쇄하여 준비하였고, 상기 고성능 감수제는 BASF Construction Polymers GmbH Melflux 또는 한국그레이스(주)의 ADVA 145M 고성능 AE 감수제표준형 (polycarboxylic ether(polyehtylene glycol copolymer, H-(O-CH2.-CH2)n-OH)을 준비하였고, 상기 보강섬유는 직경 0.01~0.1㎜이내, 길이 5~15㎜이고, 인장강도 500~1000MPa를 만족하는 것을 준비하였다. 이외에도 상기 보강섬유는 본 발명에서 요구되는 물성을 만족하는 것이라면 탄소섬유, 폴리프로필렌, 나이론, 케브라, 사이잘(용설란 식물섬유), 유리섬유, 강철섬유 등 유기질 또는 무기질 섬유를 적의 선택하여 사용할 수 있다.
한편 혼화재로 사용되는 실리카흄은 그 입도가 0.1~1.0㎛인 것을 준비하였고, 석분은 74㎛이하인 것을 준비하였다.
하기 표 2는 상기 표 1에서 사용된 결합재 조성물을 구성하는 각각의 구성요소의 화학성분을 나타낸 것이고, 표 3은 여러 가지 골재들의 화학성분 및 물성을 나타낸 것이다.
구분 CaO Al2O3 SiO2 MgO Fe2O3 K2O Na2O TiO2 SO3
OPC 60.1 8.8 20.1 2.5 1.4 0.9 0.3 - 2.5
BFS 41.1 14.6 33.1 7.0 0.9 0.3 0.2 0.6 0.1
FA 3.4 22.8 52.2 0.9 3.8 1.5 0.1 1.2 2.9
FS - 0.5 98.0 - 1.2 - - - -
StP 1.7 17.2 59.2 1.0 2.6 5.4 1.9 0.3 0.5
구 분 CaO Al2O3 SiO2 MgO Fe2O3 K2O Na2O TiO2 SO3
BA 0.8 28.9 52.2 0.3 9.8 1.4 0.3 - -
NiS 0.4 9.1 59.0 28.1 5.1
CuS 3.0 5.0 28.0 1.5 47.5
StS 38.6 2.5 5.2 6.3 31.0 0.007 0.01 1.1 0.01
하기 표 4는 본 발명의 실시예에 사용된 저열팽창 시멘트 결합재의 배합표이고, 단위는 중량부이다.
구 분 OPC BFS FA StP FS
결합재 1 60중량부 15중량부 15중량부 5중량부 5중량부
결합재 2 55 20 15 5 5
결합재 3 60 15 10 10 5
결합재 4 55 20 10 10 5
위 표4에서 결합재 1은 제공된 자료를 근거로 작성되었습니다. 가능하다면 다양한 실시형태의 결합재를 예시하는 것이 바람직합니다. 따라서, 청구항 제2항의 성분배합비율을 벗어나지 않는 범위 내에서 구체적인 예시를 상기 표 4에 나타내주시기 바랍니다.
[실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 5]
하기 표 5는 표 1에서 준비된 각각이 구성요소들과 표 4에 나타낸 바와 같은 결합제들을 사용하여, 적정 배합비율을 변화시켜 준비된 조성물의 배합비율을 나타낸 것이다. 이때, 실시예 1 내지 10은 표 4에서 준비된 결합재를 사용하였고, 비교예 1 내지 5는 일반포트랜드시멘트만을 결합재로 사용하였다.
이와 같이 준비된 조성물을 사용하여 H×W×D=200×250×1000㎜의 크기의 경계석을 제조하여 그 물성을 시험하여 보았으며, 그 결과는 하기 표 6에 나타내었다.
이때, 상기 표 6의 결과는 결합재의 조성을 일정하게 유지하고, 굵은골재 및 가는골재의 종류 및 그 첨가량을 변화시켰을 때의 결과이다. 이 표에서 보고 알 수 있는 바와 같이 압축강도를 약 700㎏/㎠을 요구할 경우 결합재와 골재(가는골재와 굵은골재의 합)의 비율이 약 25~30 : 70~75의 중량비 범위임을 알 수 있다. 압축강도에 대한 골재의 크기에 대한 영향은 가는 골재의 량이 많은 경우 약간 증가하는 경향을 나타낸다.
구분 결합재
(중량부)		 굵은골재
(BA)
(중량부)		 가는골재
(중량부)		 기타 첨가제
(중량부)
NiS CuS StS 감수제 소포제 보강재 안료 혼화제 유리비드
실시예 1 22 35 - 43 1.0 0.02 1.0 - 5.0 3.0
2 22 35 - - 43 1.0 0.02 1.0 - 5.0 -
3 25 30 45 - - 1.0 0.02 1.0 - 5.0 -
4 27 38 - 35 - 1.0 0.02 2.0 3.0 5.0 3.0
5 30 30 - - 40 1.0 0.02 2.0 - 5.0 -
6 30 42 15 13 - 1.0 0.02 2.0 - 5.0 3.0
7 30 45 - 15 10 1.0 0.02 2.0 - 10 -
8 28 30 - 42 - 1.0 0.02 2.5 2.0 10 -
9 28 30 - 32 10 1.0 0.02 2.5 3.0 10 3.0
비교예 1 22 35 43 - - 1.0 0.02 1.0 2.0 - -
2 25 30 - 45 - 1.0 0.02 2.0 - - -
3 27 38 - - 35 1.0 0.02 2.0 - - -
4 30 30 - - 40 1.0 0.02 2.0 - - -
5 35 25 - 40 - 1.0 0.02 2.0 - - -
위 표 5의 혼합비율은 중량부이다.
결합재 : 실시예 3, 7은 표 4의 결합제1을 사용하였고, 실시예 1, 4, 8은 결합제 2를, 실시예 2, 5, 9은 결합제 3을, 실시예 6은 결합제 4를 사용하였다
상기 표 5의 조성물에 상기 결합재와 물의 혼용비율로 물첨가량은 (물/결합재): 0.25의 비율이 되도록 첨가하였다.
기타첨가제: 표 5에서 기타첨가제의 혼합량은 결합제 100중량부에 대한 혼합량이다.
비교예: 결합재는 일반포트랜드시멘트만으로 구성
구 분 압축강도
(㎏/㎠)		 굽힘강도-
파괴하중
(㎏f/m)		 흡수율
(%)		 동결융해성 기능성
실시예 1 610 2940 2.7 우수 우수
2 620 2880 2.8 보통 보통
3 610 2670 3.3 보통 보통
4 650 2950 2.2 우수 우수
5 680 3030 2.6 우수 우수
6 670 3010 2.8 매우 우수 매우 우수
7 710 3150 2.2 우수 보통
8 720 3190 2.4 매우 우수 보통
9 750 3280 1.9 우수 매우 우수
비교예 1 450 2770 3.4 매우 나쁨 보통
2 500 2610 3.3 나쁨 보통
3 550 2820 3.0 보통 보통
4 490 2550 3.1 나쁨 보통
5 590 2840 2.7 우수 보통
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
상기한 실시예에서 제조한 고강도 인조화강문양 경계석의 물성은 다음과 같은 방법으로 측정하였다.
압축강도는 KS F 2405 콘크리트의 압축강도 측정방법, 굽힘강도는 KS F2406 콘크리트의 휨강도 측정방법, 흡수율은 시료를 물속에 담근 후 약 30분경과 후 표면의 수분을 헝겊 등으로 닦아내고 낸 다음 흡수된 수분량을 측정하였다.
동결 융해성은 급속동결 융해에 대한 콘크리트저항시험 방법으로 측정하였고 그 결과는 매우 우수, 우수, 보통, 나쁨, 매우 나쁨으로 표시하였다. 그리고, 기능성은 기능성 부여를 위한 첨가제의 종류에 따라 외관의 수려함을 육안으로 관찰하였으며, 그 결과는 동결융해성과 같은 방식으로 표시하였다.

Claims (18)

  1. 저열팽창성 시멘트 결합재 20~35중량부, 평균입도 5㎜미만의 가는골재 20~45중량부, 평균입도 5~15㎜의 굵은골재 20~40중량부를 포함하며, 상기 저열팽창성 시멘트 결합재 100중량부(g)에 대하여 물 11.4~27.5중량부(g), 0.1~1.0㎛의 입도의 실리카흄 1~10중량부, 감수제 0.1~2.0중량부, 소포제 0.01~0.2중량부 및 강도보강재 1~5중량부를 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저열팽창성 시멘트 결합재는 결합재 총량에 대하여 일반 포트랜드시멘트 50~70중량부, 플라이애시 10~20중량부, 고로슬래그미분말 10~20중량부, 평균입도 50~74㎛인 석분 5~10중량부, 평균입도 0.1~5㎛이하인 흄드실리카를 5~10중량부를 포함하도록 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가는골재는 각종 금속제련소의 제강슬래그, 니켈슬래그 또는 동제련 슬래그를 수쇄하여 된 것 중 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 굵은골재는 화력발전소의 보일러 외벽에 부착되어 발생되는 괴상의 석탄회분을 분쇄하여 3~15㎜크기로 채거름한 바텀애시인 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 결합재 구성 중 일반 포트랜드시멘트는 브래인 비표면적이 4000~6000㎠/g인 것을 사용하고, 플라이애시는 SiO2/Al2O3의 몰비가 0.5~1.8 범위 내이고, 브레인 비표면적이 4,000~6,000㎠/g인 것을 사용하고, 상기 고로슬래그 미분말은 SiO2/Al2O3의 몰비가 1.5~2.5 범위 내이고 브레인 비표면적이 6,000~7000㎠/g인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 감수제는 멜라민 설폰산, 나프탈렌 설폰산, 멜라민 포름알데하이드, 변형 리그닌 설포네이트 또는 폴리카이복실레이트계 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 소포제는 알킬 폴리 아크릴레이트, 캐스터오일, 지방산 에스테르, 지방산 알코올 황산염, 실리콘 오일로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 강도 보강제는 유기질섬유, 무기질 섬유와 유리섬유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조성물 100중량부에 대하여 착색용 안료, 빛 반사용 유리비드 또는 야간 발광을 위한 축광재로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 1~5중량부 포함되도록 더 첨가하여 되는 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물.
  10. 저열팽창성 시멘트 결합재 20~35중량부, 평균입도 5㎜미만의 가는골재 20~45중량부, 평균입도 5~15㎜의 굵은골재 20~40중량부를 포함하며, 상기 저열팽창성 시멘트 결합재 100중량부에 대하여 물 11.4~27.5중량부, 0.1~1.0㎛의 입도의 실리카흄 1~10중량부, 감수제 0.1~2.0중량부, 소포제 0.01~0.2중량부 및 강도보강재 1~5중량부를 혼합한 혼합물을 준비한 후, 콘크리트 믹서기로 혼합하는 재료혼합공정;
    상기 재료혼합공정에서 준비된 혼합물을 몰드에 주입하고 진동압축하는 다짐공정;
    상기 다짐공정이 완료된 후, 자연 또는 스팀 가열 방식으로 경화시키는 경화공정;
    상기 경화공정이 완료된 후, 몰드로부터 탈형하여 일정규격의 경계석으로 절단하는 절단공정;
    상기 절단공정 후, 얻어지는 경계석의 표면을 가공 및 연마하는 공정을 포함하여 이루어지는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 재료혼합공정의 저열팽창성 시멘트 결합재는 결합재 총량에 대하여, 일반 포트랜드시멘트 50~70중량부, 플라이애시 10~20중량부, 고로슬래그미분말 10~20중량부, 평균입도 50~74㎛인 석분 5~10중량부, 0.1~5㎛이하인 흄드실리카를 5~10중량부를 포함하도록 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 재료혼합공정의 가는골재는 각종 금속제련소의 제강슬래그, 니켈슬래그 또는 동제련 슬래그를 수쇄하여 된 것 중 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 재료혼합공정의 굵은골재는 화력발전소의 보일러 외벽에 부착되어 발생되는 괴상의 석탄회분을 분쇄하여 5~15㎜크기로 채거름한 바텀애시인 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 결합재 구성 중 플라이애시는 SiO2/Al2O3의 몰비가 0.5~1.8 범위 내이고, 브레인 비표면적이 4,000~6,000㎠/g인 것을 사용하고, 상기 고로슬래그 미분말은 SiO2/Al2O3의 몰비가 1.5~2.5 범위 내이고 브레인 비표면적이 6,000~7000㎠/g인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물의 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 재료혼합공정의 감수제는 설포네이트멜라민, 멜라민 포름알데하이드, 리그닌 설포네이트 또는 폴리카이복실레이트계 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물의 제조방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 재료혼합공정의 소포제는 알킬 폴리 아크릴레이트, 캐스터오일, 지방산 에스테르, 지방산 알코올 황산염, 실리콘 오일로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물의 제조방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 강도 보강제는 유기질섬유, 무기질 섬유와 유리섬유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물의 제조방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 재료혼합공정에서 준비된 혼합물 100중량부에 대하여 착색용 안료, 빛 반사용 유리비드 또는 야간 발광을 위한 축광재로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 1~5 중량부 포함되도록 더 첨가하여야 하는 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 인조화강문양 고강도 콘크리트 경계석 조성물의 제조방법.
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