KR20210130511A - 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법 - Google Patents

폐경석을 활용한 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 표면에 도포되어 상기 콘크리트 구조물의 표면을 코팅하는 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물로서, 상기 콘크리트 구조물의 표면에 형성된 공극을 되메우는 되메움재와; 상기 공극이 되메움된 상기 콘크리트 구조물의 표면에 도포되는 접착재와; 상기 접착재의 내부에 일부가 매립되고 나머지 일부가 상기 접착재의 외부로 돌출되며 상기 접착재에 분산되게 배치되는 수지 앵커재와; 상기 수지 앵커재가 분산되게 배치된 상기 접착재의 상면에 용융 분사 도포되어 상기 콘크리트 구조물의 표면이 코팅되도록 하는 코팅재를; 포함함으로써, 콘크리트 구조물의 표면을 폴리머로 코팅시에 코팅된 상기 폴리머가 콘크리트의 표면에 코팅된 상태를 견고하게 유지되도록 하여 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시킴으로써 유지 및 보수에 소요되는 비용을 절감시킬 수 있다.

Description

폐경석을 활용한 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법{CONCRETE COMPONENTS USING WASTE PUMICE AND CONSTRUCTION METHOD FOR PRECAST CONCRETE PRODUCTS USING IT}
본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 폐기물을 재활용하여 자원의 재활용률을 높이고 환경오염을 방지할 수 있도록 하는 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법에 관한 것이다.
석탄은 국내 유일한 부존 에너지 자원으로 화력발전소 및 가정용 연료, 제철소 용광로 등 오래전부터 각종 산업에 이용되고 있는 유용한 자원이다.
석탄은 기본적인 채굴 및 선탄과정을 거친 후 생산되며, 석탄의 생산시 부수적으로 발생하나 활용가치가 낮은 폐기물을 광미와 폐경석으로 구분한다.
폐경석은 일반적으로 선탄광의 굴진과정에서 배출된 굴진폐석과 석탄의 선탄과정에서 배출되는 선탄폐석으로 구분되며, 주로 선탄폐석을 폐경석이라 한다.
광미의 일부는 별도처리를 통해 재활용되나 폐경석을 탄성분의 함유량이 매우 낮아 폐기되는 암석이며, 탄광 이외에 기타 광물 광산에서도 이러한 폐경석이 발생된다.
폐경석은 석탄의 함유량이 낮아 생산시 활용되지 못한 암석이며, 현재까지 별도의 처리기술이 정립되지 않아 1950년대부터 현재까지 발생된 양이 전국에 그대로 방치되어 있다.
우리나라 무연탄 탄광의 경우 폐기되는 경석의 양은 선탄과정에서 선별된 석탄량과 거의 유사한 양인 것으로 확인되고 있으며, 현재 국내에 방치되어 있는 폐경석은 강원도 태백 지역에만 약 2억톤 이상이며, 전국적으로는 약 200억톤이 넘은 것으로 추정되고 있다.
일부 연구에서 폐경석을 소정하여 시멘트의 주재료로 사용하는 기술을 개발중이나 시멘트 주재료로 사용시 활용량이 매우 적으며, 소성을 위한 에너지 소비가 큰 단점으로 작용한다.
그리고, 폐경석의 일부는 인공골재의 생산, 내화소재용 섬유로 재활용되고 있으나, 그 활용량이 적어 방치되어 있는 폐경석의 대부분은 재활용되지 못하고 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 폐기물을 재활용하여 자원의 재활용률을 높이고 환경오염을 방지할 수 있도록 하는 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 시멘트 450 ~ 550 kgf/m3; 배합수 150 ~ 200 kgf/m3; 폐경석 500 ~ 700 kgf/m3; 일반굵은골재 300 ~ 500 kgf/m3; 일반잔골재 750 kgf/m3; 기타 10 ~ 20 kgf/m3;를 포함한 것을 특징으로 하는 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 제시한다.
여기서, 상기 시멘트는, C3S 59.45 ~ 59.55 중량%; C3A 1.63 ~ 1.73 중량%; C4AF 0.12 ~ 0.22 중량%; C2S 25.39 ~ 25.49 중량%; Ca(OH)2 2.74 ~ 2.84 중량%; CaSO4 3.24 ~ 3.34 중량%; CaCO3 3.03 ~ 3.13 중량%; CaMg(CO3)2 4.00 ~ 4.1 중량%;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 시멘트는, C3S 55.64 ~ 55.74 중량%; C3A 1.48 ~ 1.58 중량%; C4AF 9.18 ~ 9.28 중량%; C2S 21.09 ~ 21.19 중량%; Ca(OH)2 2.38 ~ 2.48 중량%; CaSO4 2.96 ~ 3.06 중량%; CaCO3 2.97 ~ 3.07 중량%; CaMg(CO3)2 3.90 ~ 4.0 중량%; 를 포함할 수 있다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품의 제조방법으로서, 거푸집 하면에 돌출부를 형성하는 단계와; 폐경석 콘크리트를 1차 타설하는 단계와; 1차 타설된 폐경석 콘크리트를 진동 다짐하는 단계와; 폐경석 콘크리트를 2차 타설하는 단계와; 2차 타설된 폐경석 콘크리트의 타설면을 마무리하는 단계와; 상기 타설면이 마무리된 상기 프리캐스트 콘크리트 제품을 양생하는 단계를; 포함한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 프리캐스트 콘크리트 제품을 양생하는 단계는 전양생을 진행한 후에 승온양생을 진행하고, 그 후 지속양생을 진행한 후에 감온양생 과정을 순차적으로 진행하도록 할 수 있다.
그리고, 상기 전양생은 10 ~ 20 ℃ 에서 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 승온양생은 20 ℃에서 60 ℃로 서서히 승온하면서 이루어지도록 할 수 있다.
아울러, 상기 지속양생은 60 ℃ 에서 2 ~ 4시간 동안 이루어지도록 할 수 있다.
그리고, 상기 감온양생은 60 ℃에서 20 ℃ 로 서서히 감온하면서 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명은 폐경석을 자원으로 재활용하여 환경 오염 문제를 해결하고 폐경석을 활용하여 콘크리트 조성물을 형성함으로써 자원의 재활용률을 높일 수 있는 효과가 있다.
그리고, 폐경석을 콘크리트용 골재로 활용시에 고도의 전처리가 요구되지 않으므로 재활용을 위한 전처리 비용을 감소시킬 수 있고, 대량 적용이 가능하므로 폐기물의 고부가 가치 자원화가 가능하다는 효과가 있다.
또한, 폐경석을 매립재, 성토재, 사면안정재로 사용할 경우에 유해성분이 함유된 침출수에 의해 토양오염이 발생하지만, 콘크리트용 골재로 사용할 경우에는 콘크리트 내부에서 고형화가 이루어지므로 유해성분의 침출이 없기 때문에 환경을 보호할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물의 구성을 도시한 평면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 타설하는 구조를 도시한 평면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 양생하는 과정을 도시한 그래프이고,
도 4는 본 발명에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법을 순차적으로 기재한 흐름도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물의 구성을 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 타설하는 구조를 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 양생하는 과정을 도시한 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법을 순차적으로 기재한 흐름도이다.
본 발명에 의한 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물은, 표 1에 도시된 바와 같이, 시멘트 450 ~ 550 kgf/m3 와, 배합수 150 ~ 200 kgf/m3 와, 폐경석 500 ~ 700 kgf/m3 와, 일반굵은골재 300 ~ 500 kgf/m3 와, 일반잔골재 750 kgf/m3 와, 기타 10 ~ 20 kgf/m3 를 포함하여 구성되어 있다.
Figure pat00001
시멘트는 넓은 뜻으로는 물질과 물질을 접착하는 물질을 의미하지만 일반적으로 토목용이나 건축용의 무기질의 결합경화제를 뜻한다. 이 중에서도 오늘날 흔히 시멘트로 불리는 것은 포틀랜드 시멘트다.
포틀랜드 시멘트의 주성분은 석회·실리카·알루미나·산화철 등이다. 이 시멘트는 이것들을 함유한 원료를 적당한 비율로 충분히 혼합하여, 그 일부가 용융·소성(燒成)된 클링커(clinker)에 적당량의 석고를 가하여 분말로 만든 것이다.
폐경석을 활용한 콘크리트 조성물에서 시멘트는 450 ~ 550 kgf/m3 의 비율로 포함되어 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물에서의 상기 시멘트는, C3S 59.45 ~ 59.55 중량%; C3A 1.63 ~ 1.73 중량%; C4AF 0.12 ~ 0.22 중량%; C2S 25.39 ~ 25.49 중량%; Ca(OH)2 2.74 ~ 2.84 중량%; CaSO4 3.24 ~ 3.34 중량%; CaCO3 3.03 ~ 3.13 중량%; CaMg(CO3)2 4.00 ~ 4.1 중량%;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 폐경석을 확용한 콘크리트 조성물에서의 상기 시멘트는 C3S 55.64 ~ 55.74 중량%; C3A 1.48 ~ 1.58 중량%; C4AF 9.18 ~ 9.28 중량%; C2S 21.09 ~ 21.19 중량%; Ca(OH)2 2.38 ~ 2.48 중량%; CaSO4 2.96 ~ 3.06 중량%; CaCO3 2.97 ~ 3.07 중량%; CaMg(CO3)2 3.90 ~ 4.0 중량%; 를 포함할 수 있다.
이를 표로 정리하면 아래의 표 2와 같다.
Figure pat00002
배합수는 콘크리트에 유동성을 부여함과 동시에 수화반응을 일으키게 하는 역할을 하는데, 배합수의 수질이 나쁘면 콘크리트에 악영향을 미치게 되고 배합수에 염류가 있으면 응결촉진이 되고 당류가 있으면 응결 지연이 발생하게 된다.
폐경석을 활용한 콘크리트 조성물에서 이러한 배합수는 150 ~ 200 kgf/m3 의 비율로 포함되어 있다.
폐경석은 선탄광의 굴진과정에서 배출된 굴진폐석과 석탄의 선탄과정에서 배출되는 선탄폐석으로 구분되며, 주로 선탄폐석을 폐경석이라고 하며, 본 발명은 이러한 폐경석을 활용하여 콘크리트 조성물을 형성하기 것이며, 본 발명에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물에서 이러한 폐경석은 500 ~ 700 kgf/m3 의 비율로 포함되어 있다.
일반굵은골재는 천연 자갈과 인공 쇄석으로 5㎜의 체에 90%(토목에서는 85%) 이상 남는 콘크리트용 골재로서, 건축에서는 25㎜ 이하의 굵은 골재를 사용하게 되며, 본 발명에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물에서는 이러한 일반굵은골재가 300 ~ 500 kgf/m3의 비율로 포함되어 있다.
일반잔골재는 콘크리트용 골재 중에서 표준 망체(5mm)를 85% 이상 통과하는 골재로서, 본 발명에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물에서는 이러한 잔골재는 750 kgf/m3의 비율로 포함되어 있다.
상술한 바와 같은 조성물로 이루어지는 본 발명에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품의 제조방법은, 거푸집 하면에 돌출부를 형성하는 단계와; 폐경석 콘크리트를 1차 타설하는 단계와; 1차 타설된 폐경석 콘크리트를 진동 다짐하는 단계와; 폐경석 콘크리트를 2차 타설하는 단계와; 2차 타설된 폐경석 콘크리트의 타설면을 마무리하는 단계와; 상기 타설면이 마무리된 상기 프리캐스트 콘크리트 제품을 양생하는 단계를; 포함한 것을 특징으로 한다.
우선, 도 2에 도시한 바와 같이, 거푸집 하면에 돌출부를 형성하여 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물이 수용될 수 있는 수용공간을 마련(S1)한 후에 상기 수용공간으로 폐경석 콘크리트를 1차 타설(S2)한다.
그리고, 1차 타설된 폐경석 콘크리트를 진동 다짐(S3)하여 상기 수용공간의 내부에 폐경석 콘크리트를 구성하는 조성물이 전체적으로 균일하게 분포되도록 하고 상면이 평탄하도록 하게 된다.
1차 타설된 폐경석 콘크리트의 진동 다짐이 완료된 후에 폐경석 콘크리트를 2차 타설(S4)한 후에 타설면이 평탄하도록 타설면을 마무리(S5)한 후에 프리캐스트 콘크리트 제품을 양생(S6)하게 된다.
여기서, 상기 프리캐스트 콘크리트 제품을 양생하는 단계는 도 3에 도시된 바와 같이, 전양생을 진행한 후에 승온양생을 진행하고, 그 후 지속양생을 진행한 후에 감온양생 과정을 순차적으로 진행하도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 전양생은 시멘트의 종류에 따라 다양하지만 본 발명의 경우에는 10 ~ 20 ℃ 의 온도에서 2시간 전후의 시간동안 전양생이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
그 후, 승온양생이 이루어지도록 하는데, 승온 양생은 시멘트 수화반응은 화학반응이기 때문에 양생온도가 저하되는 만큼 강도 발현이 지연되며 경화되지 않았을 경우에 냉각되면 수분이 얼음으로 되어 강도가 영구히 저하됨을 방지하기 위함이며, 상기 승온양생은 20 ~ 60 ℃ 가 되도록 온도를 서서히 승온시키면서 2시간 정도가 이루어지도록 하는 것이 효과적이다.
승온양생이 완료되면 지속양생이 이루어지도록 하며 지속양생은 60 ℃ 에서 2 ~ 4시간 동안 이루어지도록 하는데, 온도가 60 ℃를 넘게 되면, 단시간의 강도는 높지만 그 이후 시간의 경과에 따라 강도 신장이 작게되기 때문에 60 ℃의 온도를 유지하게 된다.
이는 온도가 60 ℃를 넘게되면 시멘트의 수화가 촉진되어 시멘트 입자표면의 수화물이 치밀해지기 때문에 시멘트 입자 내부에서의 수화진행이 방해됨을 방지하기 위함이다.
그리고, 지속양생은 2 ~ 4시간 정도로 이루어지도록 하는데, 이러한 경우에 최고 온도 유지시간이 길면 수화가 증진되어 콘크리트의 강도는 높다는 장점이 있지만 실제 제품을 만드는 경우에는 경제성이 저하되기 때문에 최고온도 유지 시간을 규제하게 되는 것이다.
그 후, 감온양생을 진행하게 되는데, 상기 감온양생은 60 ~ 20 ℃가 되도록 온도를 서서히 감온시키면서 2시간 동안 이루어지도록 한다.
감온양생이 2시간 동안 60 ℃에서 20℃가 되도록 서서히 온도를 낮추면서 진행되는 것은 급격하게 감온이 이루어지게 되면 콘크리트 제품의 표면에 균열이 발생함을 방지하기 위함이다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법은 폐기물을 재활용하여 자원의 재활용률을 높이고 환경오염을 방지할 수 있게 된다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 시멘트 450 ~ 550 kgf/m3;
    배합수 150 ~ 200 kgf/m3;
    폐경석 500 ~ 700 kgf/m3;
    일반굵은골재 300 ~ 500 kgf/m3;
    일반잔골재 750 kgf/m3;
    기타 10 ~ 20 kgf/m3;를
    포함한 것을 특징으로 하는 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트는,
    C3S 59.45 ~ 59.55 중량%;
    C3A 1.63 ~ 1.73 중량%;
    C4AF 0.12 ~ 0.22 중량%;
    C2S 25.39 ~ 25.49 중량%;
    Ca(OH)2 2.74 ~ 2.84 중량%;
    CaSO4 3.24 ~ 3.34 중량%;
    CaCO3 3.03 ~ 3.13 중량%;
    CaMg(CO3)2 4.00 ~ 4.1 중량%;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트는,
    C3S 55.64 ~ 55.74 중량%;
    C3A 1.48 ~ 1.58 중량%;
    C4AF 9.18 ~ 9.28 중량%;
    C2S 21.09 ~ 21.19 중량%;
    Ca(OH)2 2.38 ~ 2.48 중량%;
    CaSO4 2.96 ~ 3.06 중량%;
    CaCO3 2.97 ~ 3.07 중량%;
    CaMg(CO3)2 3.90 ~ 4.0 중량%;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품의 제조방법으로서,
    거푸집 하면에 돌출부를 형성하는 단계와;
    폐경석 콘크리트를 1차 타설하는 단계와;
    1차 타설된 폐경석 콘크리트를 진동 다짐하는 단계와;
    폐경석 콘크리트를 2차 타설하는 단계와;
    2차 타설된 폐경석 콘크리트의 타설면을 마무리하는 단계와;
    상기 타설면이 마무리된 상기 프리캐스트 콘크리트 제품을 양생하는 단계를;
    포함한 것을 특징으로 하는 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프리캐스트 콘크리트 제품을 양생하는 단계는 전양생을 진행한 후에 승온양생을 진행하고, 그 후 지속양생을 진행한 후에 감온양생 과정을 순차적으로 진행하는 것을 특징으로 하는 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전양생은 10 ~ 20 ℃ 에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 승온양생은 20 ℃에서 60 ℃로 서서히 승온하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 지속양생은 60 ℃ 에서 2 ~ 4시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 감온양생은 60 ℃에서 20 ℃로 서서히 감온하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐경석을 활용한 콘크리트 조성물을 이용한 프리캐스트 콘크리트 제품 제조방법.
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KR102512349B1 (ko) * 2022-04-22 2023-03-22 주식회사 혁우이노베이션 공동구 덮개 및 그 제조 방법

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