WO2015102211A1 - 마이크로파를 이용한 고효율 균일 발열 시스템 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 시공 방법 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a high-efficiency uniform heating system using microwave and a construction method of a concrete structure using the same, more specifically, bridge foundations such as bridges, bridges, slabs of buildings, such as apartments, houses, office buildings, tunnel concrete lining, And heating the formwork using a highly efficient uniform heating system that generates heat using microwaves in the construction and manufacture of precast concrete, such as bridge decks, girders, boxes, beams, culverts, retaining walls, piles, track slabs, concrete sleepers, etc.
- New concept of high-efficiency uniform heating system that can shorten the construction period of concrete structures in low temperature outside environment such as winter and cold area by shortening initial hydration time of concrete poured inside and construction method of concrete structures using the same It is about.
- Form refers to a temporary structure used during the manufacture of concrete structures until the concrete is hardened. As it is a temporary structure, it is generally separated and reused when curing of concrete is completed. Concrete structures may be mass-produced at a factory or manufactured at a construction site according to their type or need, and formwork is necessary to accurately secure the shape and dimensions of concrete structures, whether they are mass-produced or manufactured at a factory.
- the method of manufacturing a concrete structure using existing formwork generally installs formwork in the form of a concrete structure to be manufactured and installs a reinforcing bar assembly therein, and then cures the concrete after pouring it.
- Curing time is the most important factor in the construction period in the manufacturing process of concrete structures using such formwork.
- the longer the curing time the longer the construction period, which causes the increase in the construction cost.
- the outside temperature is low, such as winter or cold areas
- curing takes a long time, so the construction period becomes longer, resulting in an increase in overall construction cost and difficulty in meeting delivery deadlines.
- the method of raising the temperature using the heating wire requires additional electric work because the heating wire must be installed in the formwork, and there is a problem in that a large amount of electricity is consumed since the electricity must be continuously supplied to the heating wire.
- the heating wire has to be dismantled, but there is a problem that the dismantling work is complicated.
- a huge amount of oil, gas and electricity are consumed to operate the hot fan, stove, boiler, etc., and it is difficult to guarantee the safety of workers by generating toxic gases.
- these problems caused the air to become longer in winter, such as stopping concrete casting and curing for the construction of concrete structures such as piers or buildings.
- the present invention was developed to solve the problems found in the existing technology proposed by the applicant as described above, the first problem to be solved by the present invention is to the partition panel of the formwork used for the construction and production of existing concrete structures Compressive strength of concrete structures manufactured by attaching and heating the heat generating system generated by microwaves to promote concrete curing and significantly shorten the construction period, and also to ensure uniform heat generation as a whole with excellent heat generation efficiency and heat transfer efficiency. It is to provide a new concept of eco-friendly, high-efficiency uniform heating system that can improve the quality of properties.
- the second problem to be solved by the present invention is to provide a new concept concrete structure accelerated curing construction method that can promote the curing of high-quality concrete structure using the environment-friendly high efficiency uniform heating system according to the present invention.
- the present invention In order to achieve the first object of the present invention, the present invention
- a waveguide connected to one end of the microwave generator and provided in a pipe shape for receiving microwaves generated from the microwave generator and transmitting the received microwaves to a reflector;
- a reflector having an enclosed inner space for reflecting the microwaves transmitted from the waveguide and sharing an inner space with the waveguide;
- a distribution plate provided on the opposite side with the waveguide and the sealed inner space interposed therebetween and having a distribution hole for passing microwaves that are diffusely reflected from the reflecting unit;
- a heating element provided in close contact with the distribution plate on the opposite side of the reflector and absorbing microwaves passing through the distribution hole to generate heat;
- the bottom plate is provided in close contact with the heating element outside the heating element, the side plate connected to the both ends in a vertically integrated with the bottom plate and the cavity cover is connected to the upper portion of the side plate and forms a reflective part sealed inside the side plate together with the side plate.
- a temperature controller configured to control an exothermic temperature of the heating element.
- the heating element is a ceramic composition comprising a quenching steel slag having a particle size of 5.0 mm or less and a spherical ratio of 0.5 or more and silicon carbide particles having a particle size of 5.0 mm or less in a weight ratio of 100: 0.1 to 100. do.
- the present invention provides a method for constructing concrete structures such as bridge foundation structures such as bridge piers, shifts, precast concrete, tunnel concrete lining, building slabs, etc. using a heating system using microwaves according to the present invention.
- the module or formwork panel integrated with the formwork panel generated by microwave is detachably or non-removably attached to the partition of the formwork for the existing concrete structure, so there is no need for complicated electrical wiring work such as separate heating wire work.
- the dismantling operation is completed by simply separating the heating system from the partition, so there is no difficulty due to the dismantling of the formwork, thereby simplifying the work, and excellent in construction, and easy to reuse after dismantling.
- the high efficiency uniform heating system using microwave according to the present invention reaches a desired temperature even after only a few minutes to several tens of minutes to reach the desired temperature, and since the temperature does not cool down easily, it is not necessary to continuously supply electricity. Compared with this, power consumption can be greatly reduced, and energy efficiency can be improved.
- the high efficiency uniform heating system using microwave according to the present invention can be easily changed in design according to the form of the partition form can be used freely in the production of any form in which the existing formwork work proceeds, such as indoor production or outdoor production. .
- High-efficiency uniform heating system using microwave according to the present invention can be applied regardless of the external temperature, so exhibits a great effect in shortening the construction period, especially when the outside air temperature is low, such as winter, cold areas where concrete curing takes a long time do.
- heating element that is generated by microwaves, it generates high heat in a short time by using a combination of materials having excellent heat generation efficiency, that is, energy efficiency, and material having excellent energy transfer efficiency, that is, energy release rate, at an optimum ratio. Rapid delivery to the surroundings dramatically improves heat uniformity over conventional materials.
- the internal structure of the heating system is designed so that the microwaves can be efficiently distributed as a whole, thereby further increasing the uniform heating effect in addition to the material design.
- FIG. 1 is a plan view illustrating an example of a heating system using microwaves according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a side cross-sectional view showing an example of a heating system using microwaves according to an embodiment of the present invention.
- 3A to 3D are plan views illustrating some examples of a distribution plate applied to a heating system using microwaves according to an embodiment of the present invention.
- Figure 4 shows the external shape of the heating element used in the heating system using the microwave according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a graph showing the results of evaluating the internal energy and the emission energy of quenching steel slag, silicon carbide and mixtures thereof according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of constructing a bridge foundation using a heating system using microwaves according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 7A to 7C are views illustrating a process of manufacturing precast concrete using a heating system using microwaves according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 8A is a flowchart illustrating an example of a method of constructing a tunnel concrete lining using a microwave heating system according to the present invention.
- 8B is a flowchart illustrating another example of a method of constructing a tunnel concrete lining using a microwave heating system according to the present invention.
- Figure 8c is a tunnel entrance showing that the tunnel formwork for placing concrete in the tunnel in accordance with an embodiment of the present invention.
- Figure 8d is a plan view showing the structure of the tunnel formwork with a heating system using a microwave according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 8E is a cross-sectional side view A-A illustrating the structure of a tunnel formwork having a heating system using microwaves according to an embodiment of the present invention.
- Figure 8f is a side cross-sectional view B-B showing the structure of the tunnel formwork with a heating system using a microwave according to an embodiment of the present invention.
- 9A is a flowchart illustrating an example of a method of constructing a building slab using a heating system using microwaves according to the present invention.
- Fig. 9B is a perspective view showing that the slab exothermic form set for the slab according to the present invention is supported by the slab.
- Figure 9c is a perspective view showing only the slab heating die set without the overall configuration of the slab heating die set according to the present invention.
- Figure 9d is a cross-sectional view of the heating die set for the slab according to the present invention based on the C-C plane.
- the above meaning means having an upper limit that can be understood as common sense and reasonably in the field to which the present technology belongs in general as the corresponding value or more, and the following meaning is below the corresponding value and generally refers to the field to which the present technology belongs. In the sense that it has a lower limit as much as can be understood in the common sense, it should be understood as an expression for the sake of simplicity and clarity.
- FIG. 1 is a plan view showing an example of a heat generating system for bridge foundation construction using microwave according to an embodiment of the present invention
- Figure 2 is a side cross-sectional view thereof.
- the heating system 20 using the microwave according to the present invention is
- a waveguide 22 having one end connected to the microwave generator 21 and provided in a pipe shape for receiving microwaves generated from the microwave generator and transmitting the received microwaves to a reflector;
- a reflector 24 sharing an interior space with the waveguide and having an enclosed interior space 23 for diffusely reflecting microwaves transmitted from the waveguide;
- a distribution plate 25 provided on the opposite side with the waveguide and the sealed inner space interposed therebetween and having a distribution hole 26 for passing microwaves that are diffusely reflected by the reflector;
- a heating element 27 provided in close contact with the distribution plate on the opposite side of the reflector and absorbing microwaves passing through the distribution hole to generate heat;
- the bottom plate 28-1 which is provided in close contact with the heating element outside the heating element
- the side plate 28-2 which is integrally connected to the bottom plate and connected to both ends of the bottom plate, and connected to the upper portion of the side plate and inside the A cavity 28 configured to include a cavity cover 28-3 forming the sealed reflector 24 and transferring heat generated from the heating element to the outside;
- a temperature controller 33 for controlling the heating temperature of the heating element
- the heating element is a ceramic composition comprising a quenching steel slag having a particle size of 5.0 mm or less and a spherical ratio of 0.5 or more and silicon carbide particles having a particle size of 5.0 mm or less in a weight ratio of 100: 0.1 to 100.
- the microwave generator in other words, the magnetron is connected to a power source by a high voltage transformer 29, and an air-cooled cooling device (for example, a cooling fan 30) or water-cooled cooling for cooling the heat generated by the microwave generator in the vicinity thereof. It is preferred that a device be provided.
- an air-cooled cooling device for example, a cooling fan 30
- water-cooled cooling for cooling the heat generated by the microwave generator in the vicinity thereof. It is preferred that a device be provided.
- the protective cover 31 for protecting the internal apparatus such as the microwave generator, the high voltage transformer and the cooling device is fixed to the cavity cover 28-3.
- the cavity 28 is provided with a temperature sensor 32 for detecting the temperature of the cavity, the temperature sensor is connected to the temperature controller 33 to control the operation of the microwave generator and the cooling device according to the temperature of the cavity. It is preferred to be provided to.
- the outside of the microwave generator, waveguide and cavity is preferably provided with a case 34 for protecting the internal devices.
- the case 34 may be made of a plastic material in order to reduce the weight, and may be used by injection or extrusion molding.
- the heat insulating material 35 is attached to the cavity cover 28-3 in order not to dissipate heat generated therein to the opposite side of the heating object.
- the material of such insulation may be glass wool, gypsum, heat-resistant plastic, heat-resistant ceramic, heat-resistant paper or stone powder.
- the heating element is configured to include a metal oxide containing an iron oxide compound, characterized in that the heat generated by the microwave of 300MHz ⁇ 300GHz.
- the heating element uses a heating element composition that is generated by the above-described microwave, and in detail, 100: 0.1 to 100 quenched steelmaking slag having a particle size of 5.0 mm or less and a spherical ratio of 0.5 or more and a silicon carbide particle having a particle size of 5.0 mm or less.
- a cured body obtained by using a ceramic composition contained in a weight ratio as it is, or by mixing cement in a weight ratio of 0.1 to 50 to 100 parts by weight of the ceramic composition, adding an appropriate amount of water and curing by hydration is used.
- the ceramic composition may be mixed with the heat-resistant bond and attached to the bottom plate.
- the heating system using the microwave of the present invention can quickly heat the surface of the concrete to be heated through the heating element simply by generating power by applying power to the micro-generator.
- the microwave generator, the waveguide, and the heating element are preferably modularized in a form mounted inside the cavity and installed on the heating object, but are not necessarily limited thereto and may be modified in various designs.
- the waveguide is preferably provided in a tubular form, one end of which is directly connected to the microwave generator and the other end of which is connected by a reflector having a space enclosed therein.
- the microwave generator (magnetron) is connected to a high voltage transformer and the high voltage transformer is connected to an external power source.
- the high voltage transformer converts the commercial AC voltage input from the outside into a high voltage suitable for high frequency generation (for example, about 2 kilovolts [kV]) and applies it to the magnetron.
- the magnetron generates high frequency oscillation by the high voltage applied from the high voltage transformer. To generate microwaves.
- Microwave frequency should use ISM (Industrial, Scientific and Medical) frequency, but it is preferable to use the 2,450MHz band mainly to take advantage of the smoothness of supply and demand of parts, but not limited to this, depending on the purpose of 300MHz ⁇ 300GHz Microwaves with frequency can be used in various modifications.
- ISM International, Scientific and Medical
- a cooling device eg, a cooling fan
- the cooling device is connected to a fan motor, and a voltage (commercial alternating current) from the outside is connected to the fan.
- a voltage commercial alternating current
- the microwave generator is fixed to one end side of the waveguide by a fixing bracket, and is coupled to the one end side of the waveguide by a connection tube protruding from the back of the microwave generator, thereby receiving the microwave generated from the microwave generator at one end of the waveguide. Can be passed to wealth.
- microwave generators are consumables and must be replaced at the end of their service life.
- the microwave generator can be easily replaced as if replacing the bulb. Therefore, the microwave generating apparatus according to the present invention can be used permanently only by replacing the microwave generator periodically or in case of failure.
- the heating element has heat resistance, is made of a heat resistant plate structure of long length and ceramic material (see FIG. 4), and when microwave is irradiated to a ceramic material plate having a high dielectric loss factor, +/- Generates heat by dipole rotation.
- the microwave generator since the microwave generator is installed at one end side of the waveguide to supply microwaves, the portion directly connected to the waveguide in the reflector receives a lot of microwaves, and the farther it is, the less the influence of the microwaves. Therefore, the reflection plate, in other words, the distribution plate to facilitate the diffuse reflection of the microwave, but since most of the microwave is reflected from the distribution plate should be formed in the middle of the distribution plate to absorb a certain amount of microwaves .
- the distribution plate is preferably provided symmetrically about the waveguide without having a distribution hole formed in the front portion of the waveguide.
- the shape of the distribution hole may be variously designed, such as round, oval, square.
- the farther away from the waveguide the smaller the density of the microwave, so the larger the distribution hole is, the farther it is from the waveguide, so that the heat generated farther from the waveguide causes a little more heat so that the heat is generated uniformly throughout.
- the waveguide may be connected to one end as well as the center of the distribution plate, it is preferable that the distribution hole is optimally designed to smoothly absorb the microwave even at a point away from the waveguide.
- the material used as the distribution plate preferably uses a material that does not absorb microwaves, and examples thereof include steel, aluminum, or copper.
- the distribution plate has a smooth plate shape or a plate shape irregularities on the surface.
- the heating element according to the present invention is a ceramic composition including a quenching steel slag having a particle size of 5.0 mm or less and a spherical ratio of 0.5 or more and silicon carbide particles having a particle size of 5.0 mm or less in a weight ratio of 100: 0.1 to 100. desirable.
- the quenched steel slag is more preferably a particle size of 3.0mm or less, even more preferably 1.0mm or less.
- the silicon carbide particles are more preferably 3.0 mm or less, even more preferably 1.0 mm or less.
- grains 100: 0.1-50 are preferable, More preferably, it is 100: 0.5-20.
- the heating element may be used as the ceramic composition itself, but a hardened body (1) obtained by mixing cement with a weight ratio of 0.1 to 50 to 100 parts by weight of the ceramic composition, and curing by hydration in the state kneaded with an appropriate amount of water. More preferably used as.
- the color is dark gray or light black.
- 4 illustrates an external shape of the cured body, which may be used as it is in the shape of FIG. 4 or may be used in a state where the surface is flattened.
- the slag discharged from the steelmaking factory is treated by receiving the slag in the slag port disposed in the lower part of the converter or the electric furnace and then discharging it to the treatment plant.
- the slag is cooled by spraying a large amount of water on the discharged slag.
- the iron component in the slag was selected through a magnetic separator and used again as an iron source.
- the remaining slag had no special use, so it was mostly used as landfill or aggregate for road pavement.
- landfill cost is incurred additionally, and if the landfill volume is large, the cost is considerably burdened and environmental problems occur. Therefore, it is urgent to develop a solution for separate use. .
- the steelmaking slag cooled by the cooling is called slow cooling steelmaking slag, which contains a large amount of free lime (free CaO), and the free lime reacts with water in road pavement to produce calcium hydroxide (Ca (OH)). 2 ) form.
- the formed calcium hydroxide has a larger volume and easier to differentiate than free lime, so when used as a roadbed material, there is a problem that the road is lifted, and the differentiated calcium hydroxide causes air and water pollution.
- calcium hydroxide is alkaline, which may cause soil contamination, the use of aggregates for road pavement was also very limited.
- the quenched steel slag may be manufactured by a method of dropping hot molten slag and spraying high speed airflow to blow off high temperature molten slag to rapidly cool the high speed airflow and to produce fine powder.
- the slag of fine powder rather than the slag of the bulk is produced, thus eliminating the need for a separate crushing process and reducing the amount of free lime.
- the conventional quenching steel slag was focused on reducing the amount of free lime and using it as a construction aggregate.
- the present invention is to develop a new solution of such quenched steel slag, and to find the property that the quenched steel slag absorbs microwaves to generate heat, and use it as a heating material.
- the quenching steel slag used in the present invention is not to use conventional quenching steel slag conventionally used as it is, but is manufactured and used in a purified form using a special screening and purification method.
- an example of a method for manufacturing a quenched steel slag according to the present invention is as follows. That is, in the first step, the quenching steel slag having a particle size of 5.0 mm or less is subjected to sieving process, and in the second step, a magnetic separator having a magnetic strength of 500 gauss or more, preferably 700 to 5,000 gauss, is used. After screening and screening only particles having a microwave absorption efficiency required by the present invention, only screens with a sphericity of 0.5 or more are screened through a spherical screening device.
- the sieving process, the spherical screening process and the magnetic screening process may be changed in order or proceed simultaneously, all of which fall within the scope of the present invention.
- the quenched steel slag obtained through such a special screening and purification operation is simply referred to as MIP (Microwave-irradiated pyrogen).
- the particle size of the quenched steel slag is preferably 5.0 mm or less, and the sphericity is required to be 0.5 or more.
- the spherical ratio means the ratio of the smallest diameter to the longest diameter of the particle as a shape factor. If the quenching steel slag has a spherical ratio of less than 0.5, it has a crushed shape and thus the point where the microwave is sharp.
- the quenched steel slag has the characteristics of an intermediate semi-conductor between the conductor and the non-conductor, absorption heating and induction heating are performed, and internal microwaves are transmitted according to the state of charge. That is, when microwave is applied to the continuous spherical quenching steel slag, the microwave is transmitted along the quenching steel slag by the surface effect, and the absorption and induction heating are also performed in the adjacent quenching steel slag as before.
- the present inventors have proposed a technique for utilizing the quenching steelmaking slag composition as a heating element generated by microwaves through the preceding patent (Korean Patent Application No. 10-2011-0032313).
- the quenched steelmaking slag composition described in the patent has a very high energy generated by specific heat and microwave, but is not fast in terms of the transfer rate that transfers it to the surroundings, that is, the rate of energy release, until uniform heating occurs over the entire heating element. It has been found that there is a problem that it takes a lot of time and local non-uniform fever progresses. As a result of repeated research efforts to overcome this problem, it has been found that it can be solved by using a combination of quenching steel slag and silicon carbide (SiC).
- the present invention has been found to solve the problem of low energy transfer and uneven heat generation, which was a problem of using the conventional quenching steel slag alone when the silicon carbide having a high energy transfer rate is mixed, thereby completing the present invention.
- the internal energy and the emission energy of MIP, silicon carbide, and mixtures thereof obtained through the above experiments are shown in FIG. 5.
- the MIP heating element generates a large amount of energy but has a low rate of delivering energy.
- silicon carbide generates a small amount of energy but has a high rate of delivering energy. Both effects can be achieved.
- This experiment was conducted by the Korea Polymer Testing Institute, an internationally recognized testing institute, and the specific thermal analysis was conducted using Perkin-Elmer DSC 4000 by KS M 3049 method, and the thermal conductivity was determined by Mathis TC according to ASTM C 518.
- MIP: SiC was mixed at a weight ratio of 100: 0.5.
- such a MIP that is, a quenching steel slag having a particle size of 5.0 mm or less and a sphericity of 0.5 or more
- silicon carbide particles having a particle size of 5.0 mm or less in an optimum ratio. Since silicon carbide is about 30 to 50 times more expensive than MIP in terms of unit price, it is not economically advantageous if the amount is used a lot. Therefore, in the present invention, silicon carbide used in comparison with the MIP is 100: 0.1 to 100. It is preferable to mix and use by weight part, More preferably, it is 100: 0.1-50 weight part.
- the silicon carbide When the silicon carbide is used less than 0.1 parts by weight compared to MIP 100 parts by weight, the energy transfer efficiency is lowered, so it is difficult to solve the problem of using the existing MIP alone, when used in excess of 100 parts by weight too much energy generation efficiency It is not preferable because it may fall and the unit price may be so high that the economic effect may be reduced.
- the ceramic composition including the quenched steelmaking slag (MIP) having a particle size of 5.0 mm or less and a spherical ratio of 0.5 or more and silicon carbide (SiC) particles having a particle size of 5.0 mm or less in an optimal ratio may be used as it is, but more preferably.
- MIP quenched steelmaking slag
- SiC silicon carbide
- the cement for example, the portant cement, which is mixed in the ceramic composition
- the cement is preferably mixed in a weight ratio of 0.1 to 50 to 100 parts by weight of the ceramic composition, and by hydration by adding an appropriate amount of water to hydrate. It hardens and a hardened body is obtained.
- the thickness of the cured product may vary depending on the use, and in the general use, it is preferably 1 to 100 mm.
- it is also possible to manufacture by mixing using heat-resistant boards, such as a ceramic bond, without using cement.
- the ceramic composition may further include a metal oxide known to absorb microwaves, and the content thereof is preferably included in the range of 0.1 to 100 parts by weight, more preferably 0.5 to 50 parts by weight. to be.
- the size of the ceramic composition is preferably 5.0 mm or less, more preferably 3.0 mm or less, even more preferably 1.0 mm or less.
- metal oxides are iron oxides, and specific examples include Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO, and the like.
- other metal oxides include Al 2 O 3 , CaO, SiO 2 , and TiO. 2 , MgO, etc. are mentioned.
- the present invention manufactures a heating system using a heating element generated by microwaves as described above, and the structure of the heating system is as described above.
- the heating system using the microwave according to the present invention is easy to work because the installation is completed simply by supplying power by attaching detachable or non-removable to each partition outer panel of the formwork for construction of concrete structures, due to the characteristics of the heating material Since the temperature rises quickly and the temperature rises slowly, there is no need to consume excessive power in order to maintain the set temperature.
- the quality of the cured concrete such as strength and durability can also meet the required quality or more, in particular, it is possible to ensure uniform heat generation and uniform quality as a whole.
- the heating system only needs to be separated from the partition partition, so no complicated work for separation and disassembly is required, and the heating system can be easily reused.
- FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of constructing a bridge foundation using a heating system using microwaves according to an embodiment of the present invention.
- step (b) of attaching the heating system using the microwave according to the present invention to the partition outer panel of the form is described as proceeding before the step of placing concrete in the form (c)
- step (b) and the step (c) may be achieved in the present invention even if the order is reversed, the order should not be construed as limiting the scope of the present invention.
- a partition is installed outside the formwork to prevent the formwork from falling or deformation.
- the present invention provides a rapid construction of a concrete bridge foundation by heating the formwork by installing a device (system) capable of generating heat in such a partition. It is a characteristic of this invention.
- the process of manufacturing and installing the formwork and placing concrete in the interior and then curing the surface by heating the concrete surface by raising the temperature by natural heat of hydration or by blowing hot air from the outside was used.
- the hydration does not occur well when the outside temperature is low, curing time is long, and when hot air is injected to promote this, there are many problems such as high fuel consumption and environmental problems. .
- the present invention has been developed to solve the problems of the prior art
- a reinforcing bar is installed at a point where a bridge foundation is to be constructed, and a formwork to support it is installed. Subsequently, a heating system using microwaves is attached to the outer panel of each partition of the installed formwork.
- the heating system using the microwave according to the present invention is attached to a partition of the form to facilitate the curing, by attaching a heating system using the microwave according to the present invention one by one to the partition provided in the form Bridge foundation construction can proceed in the state.
- FIG. 7A to 7C are views illustrating a process of curing precast concrete using a heating system using microwaves according to an embodiment of the present invention.
- the heating system using the microwave 20 according to the present invention is inserted into each partition of the formwork for manufacturing precast concrete, attached to its external panel to supply power to the installation is completed Therefore, the work is very easy and the hydration and curing of the concrete 13 is promoted by the heat generated in the heating system without supplying a curing cloth or steam separately.
- a curing cloth may be used to block direct contact with outside air.
- the heating system using the microwave according to the present invention has the advantage of not having to consume excessive power in order to maintain the set temperature because the temperature rises quickly and the temperature once rises slowly due to the characteristics of the heating element material.
- the quality of the cured concrete such as strength and durability can also meet the required quality or more, in particular, it is possible to ensure uniform heat generation and uniform quality as a whole.
- the heating system 20 since the production of precast concrete is completed, the heating system 20 only needs to be separated from the formwork partition, so no complicated work for separation and disassembly is required, and the heating system can be easily reused.
- 7C is a flowchart illustrating a method of manufacturing precast concrete using a heating system using microwaves according to an embodiment of the present invention.
- partitions are installed outside the formwork to prevent the formwork from falling down or deformation.
- the present invention provides a rapid heating of formwork by installing a device (system) capable of generating heat in such a partition to quickly produce precast concrete. It is a characteristic of this invention.
- a device capable of generating heat in such a partition to quickly produce precast concrete.
- the conventional precast concrete manufacturing method after the formwork is made and installed, and the concrete is placed inside, it was covered with a curing cloth for accelerated curing, and then a method of blowing steam from the outside was used.
- the conventional method requires a boiler to supply hot steam, and thus a lot of fuel costs, and in particular, in the case of prefabricated site production, it takes a lot of time and money to carry and install the boiler.
- the present invention has been developed to solve the problems of the prior art
- the method for producing precast concrete according to the present invention first installs a formwork to reinforce and support the rebar for precast concrete. Subsequently, a heating system using microwaves is attached to the panel of each partition of the installed formwork.
- a heating system using microwaves according to the present invention in the promotion of curing by attaching a heating system using microwaves according to the present invention to a partition of a precast concrete formwork, a heating system using microwaves according to the present invention on a partition provided in the formwork. You can proceed to the production of precast concrete with one attached.
- FIG. 8a and 8b is a flow chart showing an example and another example of a method for constructing a tunnel concrete lining using a heating system using a microwave according to the present invention
- Figure 8c is inside the tunnel according to an embodiment of the present invention
- Fig. 8D is a plan view showing the structure of a tunnel formwork having a heating system using microwaves according to an embodiment of the present invention
- Fig. 8E is an AA side.
- 8F is a cross-sectional side view taken along line BB.
- FIG. 8A is a flowchart showing an example of a tunnel concrete lining construction method using a heating system using microwaves according to the present invention.
- step (b) is described as proceeding before step (c), but the step (b) and the step (c) can be achieved even if the present invention is changed in the order of the scope of the present invention It should not be construed as limiting
- the tunnel construction is first carried out by drilling a tunnel with a mechanical excavator or blasting, and then supported by the support material such as shotcrete, rock bolt, etc. on the tunnel excavation surface, and after construction of the floor surface, plumbing, formwork installation It proceeds to work such as curing the concrete between the installed formwork and the tunnel excavation surface.
- the support material such as shotcrete, rock bolt, etc.
- the tunnel formwork is installed such that a plurality of beams are formed in the longitudinal / lateral direction so as to form the tunnel excavation surface shape, for example, in the form of a horseshoe.
- the lower portion of the tunnel formwork may be provided with a moving wheel or a rail for easy movement.
- a heating system using a microwave according to the present invention is inserted into the space between the skin plate provided in the installed tunnel formwork and the recessed steel section provided on the formwork to support the formwork and attached to the formwork skin plate.
- FIG. 8B is a flowchart illustrating another example of a tunnel concrete lining construction method using a heating system using microwaves according to the present invention.
- This embodiment differs from the microphone generator and the waveguide separately attached, and the rest is the same as the embodiment of FIG.
- FIG. 8c is a tunnel entrance showing that the tunnel formwork for placing concrete in the tunnel in accordance with an embodiment of the present invention.
- FIG. 8D is a plan view showing the structure of a tunnel formwork having a heating system using microwaves according to an embodiment of the present invention
- FIG. 8E is a side cross-sectional view in the AA direction of the tunnel formwork shown in FIG. 8D
- FIG. 8F is It is a side sectional view of BB direction of the tunnel formwork shown in FIG. 8D.
- the heating system 20 using microwaves has a deformer-shaped steel provided in a skin plate 70 of a tunnel formwork and a tunnel formwork installed at a predetermined distance from a tunnel excavation surface ( 50) and attached to the skin plate 70 of the tunnel formwork.
- the attachment to the skin plate 70 is to place the spacer 62 in a suitable position on the outside of the heating system 20 using the microwave, and then put the support 60 thereon and the support to the side plate of the tunnel formwork It can attach by pressing to 51 by the bolt 61.
- Figure 9a is a flow chart showing an example of a method for constructing a building slab using a heating system using a microwave according to the present invention
- Figure 9b is a heat generating form set for the slab as a whole configuration of the heating formwork set for the slab according to the present invention.
- Figure 9c is a perspective view showing only the slab heating die set without the slab as a whole configuration of the slab heating die set according to the present invention
- Figure 9d is a heat generating for the slab according to the present invention
- Figure 10 is a cross-sectional view of the die set with reference to the CC plane
- Figure 9e is an exploded perspective view of the heat generating form set for the slab according to the present invention.
- 9A is a flowchart showing an example of a slab construction method using a heating system using microwaves according to the present invention.
- the slab formwork For slab construction, first the slab formwork should be manufactured.
- the upper steel sheet and the lower portion of the steel sheet is provided with a plurality of steel support members provided in parallel with each other at a predetermined interval and a beam provided at right angles with the steel support members.
- the slab formwork is manufactured by inserting and attaching a heating system using a microwave according to the present invention. Specifically, the heating system using the microwave according to the present invention is inserted into the space surrounded by the upper steel plate, the steel plate support member and the beam of the slab formwork, and the heating system using the microwave is attached to the lower portion of the steel sheet of the slab formwork for the slab. Exothermic formwork is prepared.
- Fig. 9B is a perspective view showing that the slab heat generating die set is supported by the copper bar as the overall configuration of the slab heat generating die set according to the present invention
- Fig. 9C is a perspective view showing only the slab heat generating die set without the copper bar
- Fig. 9D Is a cross-sectional view showing a heating die set for a slab according to the present invention based on the CC surface
- Figure 9e is an exploded perspective view of the heating die set for the slab according to the present invention.
- the heating die set 100 for the slab according to the present invention is composed of an upper steel sheet 82, a steel plate support member 81 and a beam 80, the steel sheet, steel sheet It is manufactured in one piece by inserting and attaching the heating system 20 using the microwave according to the present invention in the space surrounded by the support member and the beam. At this time, it is preferable to attach the spacer 92 to the heating system in order to adhere closely to the slab form steel sheet 82, and to attach the support 90 by pressing the bolt 90 or the like from the outside.
- the produced slab heat generating formwork 100 is horizontally supported by using a copper circle 83, etc., and then reinforcing steel bars on the upper part of the slab formwork and placing concrete.
- High-efficiency uniform heating system using microwave when used for the construction of concrete structures that require early curing of concrete, sufficient initial hydration is possible even when the outside air temperature is low, such as winter, it is possible to effectively construct the winter concrete structure. .
- it protects concrete from the initial East Sea in winter and secures the required strength, and also shortens the air by rapidly curing the concrete to promote strength, and significantly reduces fuel consumption and power consumption compared to conventional thermal insulation and heat insulation curing methods.
- It is a low-energy, low-cost, high-efficiency technology that can be reduced, and is also a low-carbon, eco-friendly technology that can ensure safety without generating toxic gases as in the conventional method.
- the possibility of non-uniform heating and crack generation due to the problem in the technique disclosed by the present inventors can also be solved by the present technology.
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Abstract
본 발명은 마이크로파를 이용한 고효율 균일 발열 시스템 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 시공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교각, 교대와 같은 교량 기초, 아파트나 주택, 사무용 빌딩 등과 같은 건물의 슬래브, 터널 콘크리트 라이닝, 및 교량 상판, 거더, 박스, 빔, 암거, 옹벽, 말뚝, 궤도 슬래브, 콘크리트 침목 등과 같은 프리캐스트 콘크리트를 시공 및 제조함에 있어 마이크로파를 이용해 발열되는 고효율의 균일 발열 시스템을 사용하여 거푸집을 가열함으로써 거푸집 내부에 타설된 콘크리트의 초기 수화 시간을 단축시켜 특히 동절기, 혹한 지역 등 외기 온도가 낮은 환경에서의 교량 기초 시공 기간을 현저히 단축시킬 수 있는 신개념의 고효율 균일 발열 시스템 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 시공 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 마이크로파를 이용한 고효율 균일 발열 시스템 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 시공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교각, 교대와 같은 교량 기초, 아파트나 주택, 사무용 빌딩 등과 같은 건물의 슬래브, 터널 콘크리트 라이닝, 및 교량 상판, 거더, 박스, 빔, 암거, 옹벽, 말뚝, 궤도 슬래브, 콘크리트 침목 등과 같은 프리캐스트 콘크리트를 시공 및 제조함에 있어 마이크로파를 이용해 발열되는 고효율의 균일 발열 시스템을 사용하여 거푸집을 가열함으로써 거푸집 내부에 타설된 콘크리트의 초기 수화 시간을 단축시켜 특히 동절기, 혹한 지역 등 외기 온도가 낮은 환경에서의 콘크리트 구조물 시공 기간을 현저히 단축시킬 수 있는 신개념의 고효율 균일 발열 시스템 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 시공 방법에 관한 것이다.
거푸집(form)은 콘크리트 구조물을 제조하는 과정에서 콘크리트가 경화될 때까지의 사이에 사용하는 임시 구조물을 말한다. 임시 구조물이므로 콘크리트의 양생이 완료되면 분리하여 재사용되는 것이 일반적이다. 콘크리트 구조물은 그 종류나 필요에 따라서 공장에서 양산될 수도 있고 시공 현장에서 제조될 수도 있는데, 공장 양산이든 현장 제작이든 거푸집은 콘크리트 구조물의 형상 및 치수를 정확하게 확보하기 위하여 반드시 필요하다.
기존 거푸집을 이용한 콘크리트 구조물의 제조 방법은 일반적으로 제조하고자 하는 콘크리트 구조물의 형태대로 거푸집을 설치하고 그 내부에 철근 조립체 등을 설치하며, 그 후에 콘크리트를 타설한 후 양생하는 과정을 거친다.
이러한 거푸집을 이용한 콘크리트 구조물의 제조 과정에서 공사 기간에 가장 중요한 영향을 미치는 요소는 양생 시간이다. 즉, 양생 시간이 오래 걸리면 그만큼 공사 기간이 길어지므로 공사 비용이 증가하는 원인이 된다. 특히 겨울철이나 혹한 지역과 같이 외기 온도가 낮을 경우에는 양생 시간이 오래 걸리기 때문에 공사 기간이 길어져 전체 공사 비용이 증가하고 공사에 따른 납기를 만족하기 어렵게 되는 문제가 발생한다. 더욱이, 겨울철의 경우 수화 반응 지연 등으로 콘크리트의 품질 확보에도 문제가 발생하여 별도의 첨가제 등을 사용하거나 콘크리트 타설 자체를 수행하지 않기도 한다.
교각이나 빌딩 등의 높은 건축물을 제조함에 있어서는 아래에서부터 콘크리트 구조물을 양생시키는 유로폼(Euro form), 슬립폼(slip form) 또는 클라이밍 폼(climbing form) 형태의 거푸집 방식을 사용하는 것이 일반적인데, 이 경우 한 번의 양생에 걸리는 시간이 매우 오래 지속되므로 전체 공사 기간이 길어지는 문제가 있다. 특히 동절기나 혹한 지역과 같이 외부 온도가 낮을 경우 이러한 문제가 더 크게 발생하는데, 종래에는 공사 기간을 단축하기 위하여 전열선을 거푸집에 함입시켜 가열시키는 시공 방법을 사용하거나 열풍기나 난로, 스팀 등을 이용하여 거푸집 표면을 가열시키는 방법을 사용하여 왔다. 그러나 전열선을 이용한 온도 상승 방법은 전열선을 거푸집에 설치해야 하므로 복잡한 전기 공사를 추가로 요하며, 또한 전열선에 전기를 지속적으로 공급하여야 하므로 막대한 양의 전기가 소모되는 문제점이 있고, 거푸집 작업 후에는 다시 전열선을 해체해야 하는데 해체 작업이 복잡하다는 문제가 있다. 또한, 열풍기나 난로, 스팀 등에 의해 거푸집 표면을 가열하기 위해서는 열풍기, 난로, 보일러 등을 가동하기 위해 막대한 양의 기름, 가스 및 전기가 소모되고 유독가스 발생으로 작업자들의 안전이 보장되기 어려우며 환경 오염의 소지가 있다는 문제가 있었다. 따라서 이러한 문제로 인해 겨울철에는 아예 교각이나 건물 등 콘크리트 구조물 시공을 위한 콘크리트 타설 및 양생을 중단하기도 하는 등 공기가 길어지는 원인이 되었다.
기존 방법의 경우 위와 같은 문제가 있어 사용이 제한적이었으며, 시공을 하더라도 안전문제, 환경문제 및 과다한 비용 발생 등의 문제로 인해 겨울철 교량 기초의 시공 공사는 진행되기 어려운 면이 있었다.
이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 막대한 양의 기름, 가스 등을 사용하지 않고도 마이크로파에 의해 거푸집의 온도를 올림으로써 콘크리트 양생에 따른 콘크리트 구조물의 시공 기간 및 제작 기간을 단축할 수 있는 새로운 기술을 제안한 바 있다. (대한민국 특허출원 제10-2011-0130015호, 제10-2011-0130016호, 제10-2012-0031331호, 제10-2012-0031340호) 위 특허 기술을 이용할 경우 발열 효율과 그에 의한 콘크리트 촉진 양생 효과가 뛰어나 동절기 콘크리트 구조물의 시공 및 제작이 효과적으로 진행될 수 있으나, 열전달 효율이 다소 부족하여 전체적으로 균일한 발열이 이루어지지 않아 이에 대한 개선의 필요성이 있었다.
본 발명은 상기와 같이 본 출원인이 제안한 기존 기술에서 발견된 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 기존 콘크리트 구조물의 시공 및 제작을 위하여 사용되는 거푸집의 파티션 패널에 마이크로파에 의해 발열되는 발열 시스템을 부착하여 시공함으로써 콘크리트 양생을 촉진하여 시공 기간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 동시에 열발생 효율과 열전달 효율이 우수하여 전체적으로 균일 발열이 가능하도록 하여 제조되는 콘크리트 구조물의 압축 강도 등 물성 품질을 향상시킬 수 있는 새로운 개념의 친환경 고효율 균일 발열 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 본 발명에 따른 친환경 고효율 균일 발열 시스템을 사용하여 고품질의 콘크리트 구조물을 촉진 양생시킬 수 있는 신개념의 콘크리트 구조물 촉진 양생 시공 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 첫 번째 과제를 달성하기 위해, 본 발명은
콘크리트 구조물 시공용 거푸집에 구비된 파티션의 외부 패널에 부착되며 전원 공급에 의해 마이크로파가 발생하여 발열되는 발열 시스템으로서,
마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기;
상기 마이크로파 발생기와 일단이 연결되어 있으며 마이크로파 발생기로부터 발생되는 마이크로파를 전달받아 반사부로 전달하는 파이프 형상으로 구비된 도파관;
상기 도파관과 내부 공간을 공유하며 도파관으로부터 전달되는 마이크로파를 난반사시키기 위한 밀폐된 내부 공간을 구비한 반사부;
상기 도파관과 상기 밀폐된 내부 공간을 사이에 두고 반대편에 구비되며 반사부에서 난반사되는 마이크로파를 통과시키기 위한 분배공을 구비한 분배판;
상기 반사부의 반대편에 상기 분배판과 밀착 구비되며 분배공을 통해 통과되는 마이크로파를 흡수하여 열을 발생시키는 발열체;
상기 발열체 외부에 발열체와 밀착 구비되는 바닥판, 상기 바닥판과 수직으로 일체형으로 양측단에 연결되는 측판 및 상기 측판의 상부에 연결되며 상기 측판과 함께 내부에 밀폐된 반사부를 형성하는 캐비티 커버로 구성되며 발열체에서 발생되는 열을 외부로 전달하는 캐비티; 및
상기 발열체의 발열 온도를 제어하는 온도 콘트롤러;를 포함하여 구성되며,
상기 발열체는 입자크기 5.0 mm 이하이고 구형률이 0.5 이상인 급냉 제강슬래그 및 입자크기 5.0 mm 이하인 탄화규소 입자를 100:0.1~100 중량비로 포함하는 세라믹 조성물인 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용하여 교각, 교대 등의 교량 기초 구조물, 프리캐스트 콘크리트, 터널 콘크리트 라이닝, 건물 슬래브와 같은 콘크리트 구조물을 시공하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 고효율 균일 발열 시스템 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 시공 방법의 장점을 설명하면 다음과 같다.
1. 마이크로파에 의해 발열되는 모듈 형태 또는 거푸집 패널과 일체형의 발열 시스템을 기존 콘크리트 구조물 시공용 거푸집의 파티션에 탈착식 또는 비탈착식으로 부착하여 사용하므로 별도의 전열선 작업과 같은 복잡한 전기 배선 작업이 필요 없다. 또한, 시공이 종료된 후에는 발열 시스템을 파티션에서 분리하기만 하면 해체 작업이 완료되므로 거푸집 해체에 따른 어려움이 없어 작업이 단순화되고 시공성이 우수하며, 해체 후 재사용이 용이하다.
2. 또한, 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 고효율 균일 발열 시스템은 불과 수분 내지 수십분 동안만 전기를 공급해도 원하는 온도까지 단시간에 도달하며 이후에도 온도가 쉽게 식지 않아 전기를 지속적으로 투입하지 않아도 되므로 기존 전열선 방식에 비하여 전력 소비량을 대폭 줄일 수 있어 에너지 효율이 향상될 수 있다.
3. 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 고효율 균일 발열 시스템은 거푸집의 파티션 형태에 맞게 쉽게 설계 변경이 가능하므로 실내 제작 또는 실외 제작 등 기존 거푸집 작업이 진행되는 어떠한 형태의 제작에도 자유자재로 활용될 수 있다.
4. 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 고효율 균일 발열 시스템은 외부 온도에 상관없이 적용이 가능하므로 특히 콘크리트 양생 시간이 오래 걸리는 동절기, 혹한 지역 등 외기 온도가 낮은 경우에 공사 기간을 단축하는데 큰 효과를 발휘한다.
5. 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 고효율 균일 발열 시스템 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 시공 방법에 따를 경우, 안전 문제 및 환경 문제가 발생하지 않고 기름이나 가스와 같은 연료를 소모할 필요가 없으므로 시공 비용도 절감할 수 있어 경제적인 시공이 가능하다.
6. 또한, 마이크로파에 의해 발열되는 발열체로서 열발생 효율 즉 에너지 효율이 우수한 재료와, 에너지 전달 효율 즉 에너지 방출 속도가 우수한 재료를 최적 비율로 조합하여 사용함으로써 단시간에 높은 열을 발생시키고 발생한 열을 주변으로 신속하게 전달할 수 있으므로 기존 재료에 비해 발열 균일성이 획기적으로 개선된다.
7. 또한, 마이크로파가 국부적으로만 조사되는 것을 방지하기 위하여 발열 시스템의 내부 구조가 마이크로파를 전체적으로 효율적으로 배분될 수 있도록 설계됨으로써 상기 재료 설계와 더불어 균일 발열 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
8. 따라서 기존의 국부적 과열 발생으로 인한 균열 발생의 문제와 압축 강도 등 물성 불균일의 문제를 해결하여 콘크리트 구조물 시공시 균질한 콘크리트 물성 확보가 가능하기 때문에 고품질의 시공이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 적용되는 분배판의 몇가지 예를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 사용되는 발열체의 외부 형상을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 급냉 제강슬래그, 탄화규소 및 그 혼합물의 내부 에너지 및 방출 에너지 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용한 교량 기초의 시공 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용하여 프리캐스트 콘크리트를 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 8a는 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용하여 터널 콘크리트 라이닝을 시공하는 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 8b는 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용하여 터널 콘크리트 라이닝을 시공하는 방법의 다른 예를 나타내는 순서도이다.
도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따라 터널 내측에 콘크리트를 타설하기 위한 터널 거푸집을 설치한 것을 나타내는 터널 입구 도면이다.
도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 구비한 터널 거푸집의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 8e는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 구비한 터널 거푸집의 구조를 나타낸 A-A 측단면도이다.
도 8f는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 구비한 터널 거푸집의 구조를 나타낸 B-B 측단면도이다.
도 9a는 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용하여 건물 슬래브를 시공하는 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 9b는 본 발명에 따른 슬래브용 발열 거푸집 세트의 전체 구성으로서 슬래브용 발열 거푸집 세트가 동바리에 의해 지지되고 있는 것을 나타내는 사시도이다.
도 9c는 본 발명에 따른 슬래브용 발열 거푸집 세트의 전체 구성으로서 동바리 없이 슬래브용 발열 거푸집 세트만을 나타내는 사시도이다.
도 9d는 본 발명에 따른 슬래브용 발열 거푸집 세트를 C-C 면을 기준으로 나타낸 단면도이다.
본 발명에서 이상의 의미는 해당 수치 이상으로서 일반적으로 본 기술이 속하는 분야에서 상식적, 합리적으로 이해될 수 있는 만큼의 상한치를 갖는다는 의미이며, 이하의 의미는 해당 수치 이하로서 일반적으로 본 기술이 속하는 분야에서 상식적, 합리적으로 이해될 수 있는 만큼의 하한치를 갖는다는 의미로서, 이는 발명을 간단하고 명료하게 나타내기 위한 표현으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 교량 기초 시공용 발열 시스템의 일 예를 나타내는 평면도이고, 도 2는 그 측단면도이다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템(20)은
마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기(21);
상기 마이크로파 발생기(21)와 일단이 연결되어 있으며 마이크로파 발생기로부터 발생되는 마이크로파를 전달받아 반사부로 전달하는 파이프 형상으로 구비된 도파관(22);
상기 도파관과 내부 공간을 공유하며 도파관으로부터 전달되는 마이크로파를 난반사시키기 위한 밀폐된 내부 공간(23)을 구비한 반사부(24);
상기 도파관과 상기 밀폐된 내부 공간을 사이에 두고 반대편에 구비되며 반사부에서 난반사되는 마이크로파를 통과시키기 위한 분배공(26)을 구비한 분배판(25);
상기 반사부의 반대편에 상기 분배판과 밀착 구비되며 분배공을 통해 통과되는 마이크로파를 흡수하여 열을 발생시키는 발열체(27);
상기 발열체 외부에 발열체와 밀착 구비되는 바닥판(28-1), 상기 바닥판과 수직으로 일체형으로 양측단에 연결되는 측판(28-2) 및 상기 측판의 상부에 연결되며 상기 측판과 함께 내부에 밀폐된 반사부(24)를 형성하는 캐비티 커버(28-3)로 구성되며 발열체에서 발생되는 열을 외부로 전달하는 캐비티(28); 및
상기 발열체의 발열 온도를 제어하는 온도 콘트롤러(33);
를 포함하여 구성되며,
상기 발열체는 입자크기 5.0 mm 이하이고 구형률이 0.5 이상인 급냉 제강슬래그 및 입자크기 5.0 mm 이하인 탄화규소 입자를 100:0.1~100 중량비로 포함하는 세라믹 조성물인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 마이크로파 발생기, 다른 말로 마그네트론은 고전압 변압기(29)에 의해 전원에 연결되고 그 주변에는 마이크로파 발생기에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 공랭식 냉각장치(예: 냉각팬(30))나 수냉식 냉각 장치가 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마이크로파 발생기와 고전압 변압기 및 냉각장치 등의 내부 장치를 보호하기 위한 보호커버(31)가 캐비티 커버(28-3)에 고정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 캐비티(28)에는 캐비티의 온도를 검지하기 위한 온도센서(32)가 구비되며, 상기 온도센서는 온도 콘트롤러(33)에 연결되어 캐비티의 온도에 따라 마이크로파 발생기와 냉각장치의 운전을 제어하도록 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마이크로파 발생기, 도파관 및 캐비티의 외부에는 내부 장치들을 보호하기 위한 케이스(34)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 케이스(34)는 중량을 줄이기 위하여 플라스틱 소재로 구성될 수 있으며 사출 또는 압출 성형에 의해 제조된 것을 사용할 수 있다.
또한, 내부에서 발생하는 열을 가열 대상물의 반대쪽으로 발산되지 않도록 하기 위해 캐비티 커버(28-3)에 단열재(35)가 부착되는 것이 바람직하다. 이러한 단열재의 재료로는 글래스 울(glass wool), 석고, 내열 플라스틱, 내열 세라믹, 내열지 또는 돌가루 등을 사용할 수 있다.
상기 발열체는 산화철 화합물을 포함하는 금속산화물을 포함하여 구성되고 300MHz ~ 300GHz의 마이크로파에 의해 발열되는 것을 특징으로 한다. 구체적으로 상기 발열체는 앞서 설명한 마이크로파에 의해 발열되는 발열체 조성물을 사용하며, 상세하게는 입자크기 5.0 mm 이하이고 구형률이 0.5 이상인 급냉 제강슬래그 및 입자크기 5.0 mm 이하인 탄화규소 입자를 100:0.1~100 중량비로 포함하는 세라믹 조성물을 그대로 사용하거나, 상기 세라믹 조성물 100 중량부에 시멘트를 0.1~50의 중량비율로 혼합하여 물을 적당량 가해 수화에 의해 경화시킨 경화체를 사용한다. 이 때, 세라믹 조성물을 그대로 사용할 경우에는 내열 본드를 이용하여 바닥판에 부착하는 것이 바람직하며, 예를 들어 세라믹 조성물을 내열 본드와 믹싱하여 바닥판에 부착할 수 있다.
본 발명의 마이크로파를 이용한 발열 시스템은 상기 마이크로 발생기에 전원을 인가하여 마이크로파를 발생시키기만 하면 발열체를 통해 가열 대상 콘크리트의 표면을 신속하게 가열할 수 있다.
상기 마이크로파 발생기, 도파관 및 발열체는 캐비티의 내부에 장착된 형태로 모듈화되어 가열 대상물에 설치되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 설계 상의 변형이 가능하다.
특히, 상기 도파관은 그 일단이 마이크로파 발생기에 직접 연결되고 타단은 내부에 밀폐된 공간을 보유한 반사부로 연결된 관형 형태로 구비되는 것이 바람직하다.
마이크로파 발생기(마그네트론)는 고전압 변압기와 연결되고 고전압 변압기는 외부의 전원에 연결되는 것으로 구성된다. 고전압 변압기는 외부로부터 입력되는 상용교류전압을 고주파 발생에 적합한 고전압(예를 들면, 2 킬로볼트[kV] 정도)으로 변압하여 마그네트론으로 인가하며, 마그네트론은 고전압 변압기로부터 인가되는 고전압에 의하여 고주파발진을 하여 마이크로파를 발생시킨다.
마이크로파 주파수는 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 주파수를 사용하되, 부품수급의 원활성 등 장점을 살려 주로 2,450MHz대역을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니고, 용도에 따라 300MHz ~ 300GHz 영역의 주파수를 갖는 마이크로파를 다양하게 변형하여 사용할 수 있다.
상기 마그네트론이 구동될 때 마그네트론에서 발생되는 고열을 냉각시키기 위해 마그네트론의 주변에는 냉각장치(예, 냉각팬)가 설치되고, 냉각장치는 팬모터와 연결되며, 외부로부터 전압(상용교류전압)이 팬모터에 인가되면 팬모터가 가동되면서 팬모터에 의해 냉각장치의 팬이 구동되어 외부의 찬공기를 마그네트론에 송풍함으로써, 마그네트론에서 발생되는 고열을 냉각시킬 수 있다.
상기 마이크로파 발생기는 도파관의 일단부 측면에 고정브라켓에 의해 고정되고, 마이크로파 발생기의 배면에 돌출된 연결관에 의해 도파관의 일단부 측면에 연통 가능하게 결합됨으로써, 마이크로파 발생기로부터 발생된 마이크로파를 도파관의 일단부로 전달할 수 있다.
이러한 마이크로파 발생기는 소모품으로서 일정 수명이 다하면 교체해 주어야 한다. 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템에서 마이크로파 발생기는 마치 전구를 교체하는 것처럼 쉽게 교체가 가능하다. 따라서 본 발명에 따른 마이크로파 발생장치는 마이크로파 발생기만 주기적으로 또는 불량발생시 교체해 주기만 하면 영구적으로 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 발열체는 내열성을 가지며, 길이가 길고 세라믹 재질의 내열성 판 구조로 이루어지고(도 4 참조), 유전손실계수(dielectric loss factor)가 높은 세라믹 재질의 판에 마이크로파가 조사되면 +/- 쌍극자 회전에 의한 열을 발생시킨다.
한편, 상기와 같이 마이크로파 발생기가 도파관의 일단부 측면에 설치되어 마이크로파를 공급하므로 반사부에서 도파관에 바로 연결된 부분은 마이크로파를 많이 받게 되고 멀어질수록 마이크로파의 영향을 적게 받게 된다. 따라서 마이크로파의 난반사가 원활하게 이루어지도록 반사판, 다른 말로 분배판을 두되, 상기 분배판에서 마이크로파가 거의 대부분 반사되므로 일정 정도의 마이크로파를 흡수할 수 있도록 분배공을 상기 분배판의 중간 중간에 형성시켜야 한다.
본 발명에서 분배공을 구비한 분배판의 몇 가지 형태는 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같다.
도 3a 내지 도 3d에서 보는 바와 같이 상기 분배판은 도파관의 바로 앞 부분에는 분배공이 형성되어 있지 않고 도파관을 중심으로 대칭형으로 구비되는 것이 바람직하다. 그러나, 반드시 대칭형으로 구비되어야 하는 것은 아니고 비대칭형으로 구비될 수도 있다. 이 때 상기 분배공의 형태는 원형, 타원형, 사각형 등 다양하게 설계될 수 있다.
또한, 도파관으로부터 멀어질수록 마이크로파의 밀도가 적어지므로 상기 분배공은 도파관으로부터 멀어질수록 그 크기가 커지도록 하여 도파관으로부터 먼 쪽이 발열이 조금 더 일어나도록 하여 전체적으로 균일하게 발열이 일어나도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 도파관은 분배판의 중심뿐만 아니라 일단으로 치우쳐 연결될 수 있으므로 도파관에서 멀어지는 지점으로도 마이크로파의 흡수가 원활하도록 분배공이 최적으로 설계되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 분배판으로 사용되는 재료는 마이크로파를 흡수하지 않고 반사하는 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 예로서는 강재, 알루미늄재 또는 동재 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 분배판은 표면이 매끄러운 판형상이거나 표면에 요철된 판형상인 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 사용되는 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 사용되는 상기 발열체(27)에 관하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체(27)의 외부 형상을 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 발열체는 입자크기 5.0 mm 이하이고 구형률이 0.5 이상인 급냉 제강슬래그 및 입자크기 5.0 mm 이하인 탄화규소 입자를 100:0.1~100 중량비로 포함하는 세라믹 조성물인 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 급냉 제강 슬래그는 그 입자크기가 3.0mm 이하인 것이 더 바람직하고, 더더욱 바람직하게는 1.0mm 이하이다. 또한, 본 발명에서 상기 탄화규소 입자는 또한, 그 입자크기가 3.0mm 이하인 것이 더 바람직하고, 더더욱 바람직하게는 1.0mm 이하이다. 또한, 상기 급냉 제강 슬래그와 탄화규소 입자의 혼합 중량비율은 100:0.1~50이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100:0.5~20이다. 상기 발열체는 상기 세라믹 조성물 그 자체로 사용되어도 좋으나, 상기 세라믹 조성물 100 중량부에 시멘트를 0.1~50의 중량비율로 혼합하고 적당량의 물을 가하여 반죽한 상태로 수화에 의해 경화시켜 얻어진 경화체(1)로 사용되는 것이 더욱 바람직하다. 이 경우, 상기 세라믹 조성물의 함량이 많고 소량의 시멘트가 포함되므로 외부에서 보면 진한 회색이나 옅은 검은색에 가까운 색을 나타낸다. 도 4에는 이러한 경화체의 외부 형상이 도시되었는데, 이러한 경화체는 도 4의 형상대로 그대로 사용돼도 되고, 표면을 평평하게 가공한 상태로 사용돼도 좋다. 또한, 세라믹 조성물을 그대로 사용할 경우에는 세라믹 본드 등의 내열 본드와 믹싱하여 바닥판에 부착하는 것이 바람직하다.
종래 제강 공장에서 배출되는 슬래그는 전로 또는 전기로 하부에 배치된 슬래그 포트에 슬래그를 수용한 후 처리장에 배출시켜 처리하였는데, 종래의 처리법으로는 배출된 슬래그에 다량의 물을 살포하여 슬래그를 냉각시켜 고화시키며 이후 파쇄 과정을 거쳐 슬래그에 존재하는 철 성분은 자력 선별기를 통해 선별하여 다시 철원으로 사용하고 나머지 슬래그는 특별한 용도가 없어 매립하거나 도로 포장 등의 골재로서 사용되는 것이 대부분이었다. 그러나 이와 같이 폐 슬래그를 단순 매립할 경우 매립 비용이 부수적으로 발생하고 매립양이 많을 경우 그 비용이 상당히 부담이 되며 더불어 환경적인 문제가 발생하므로 별도의 용도로 활용할 수 있는 용처의 개발이 절실한 상황이었다.
상기 냉각(서냉)에 의해 냉각된 제강 슬래그는 서냉 제강 슬래그로 불리는데, 내부에 다량의 프리 라임(유리된 CaO)를 포함하고 있고 이러한 프리 라임은 도로 포장시 물과 반응하여 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 형성한다. 상기 형성된 수산화칼슘은 프리 라임에 비하여 부피가 크고 분화되기 쉬운 성질을 가지기 때문에 도로 노반재료로 이용될 경우 도로가 들뜨는 문제가 있고 분화된 수산화칼슘이 대기 및 수질을 오염시키는 원인이 되기도 한다. 또한, 수산화칼슘이 알칼리성이므로 토양 오염의 원인이 되기도 하므로 도로 포장용 골재로의 사용도 매우 제한적이었다.
이러한 서냉 제강 슬래그의 문제를 해결하기 위하여 급냉 제강 슬래그가 도입되었다. 급냉 제강 슬래그는 고온의 용융슬래그를 낙하시키며 고속기류를 분사하여 고온의 용융슬래그를 풍쇄함으로써 고속기류에 의해 급속하게 냉각시키고 미세 분말 형태로 제조하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 이러한 방법을 사용할 경우 벌크 상태의 슬래그가 아닌 미세 분말 상태의 슬래그가 제조되어 별도의 파쇄 과정이 필요없고 프리 라임의 양도 줄어드는 효과가 있다. 그러나 종래의 급냉 제강 슬래그는 프리 라임의 양을 줄여 건설용 골재로서 사용하는 데만 주안점을 두었기 때문에 새로운 용처의 개발이 지지 부진한 상황이었다.
본 발명은 이러한 급냉 제강 슬래그의 새로운 용처를 개발한 것으로서 급냉 제강 슬래그가 마이크로파를 흡수하여 발열이 이루어지는 성질을 발견하여 이를 발열 재료로서 이용하고자 한다.
본 발명에서 사용되는 급냉 제강 슬래그는 종래부터 사용되던 일반적인 급냉 제강 슬래그를 그대로 사용하는 것이 아니라 특별한 선별 및 정제 방법을 이용하여 정제된 형태로 제조하여 사용하는 것이다.
이하에서는 이러한 상기 선별/정제 방법에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 급냉 제강슬래그의 제조방법의 일 예는 하기와 같다. 즉, 제1단계로 시빙(sieving) 과정을 거쳐 5.0 mm 이하의 입경을 갖는 급냉 제강 슬래그를 선별하고, 제2단계로 자력 세기 500가우스 이상, 바람직하게는 700~5,000 가우스의 자력 선별기를 사용하여 선별하여 본 발명에서 요구되는 마이크로파 흡수 효율을 갖는 입자만을 선별해 낸 후, 구형 선별기를 통하여 구형률 0.5 이상인 것만을 선별해 낸다. 이 때 상기 시빙과정과 구형선별 과정 및 자력선별 과정은 순서가 바뀌어도 되고 동시에 진행해도 되며, 이 모두 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명에서는 이러한 특별한 선별 및 정제 작업을 거쳐 얻어진 급냉 제강 슬래그를 간단히 MIP(Microwave-irradiated pyrogen)"로 명명한다.
본 발명에서 상기 급냉 제강 슬래그의 입자크기 5.0 mm 이하인 것이 바람직하고 구형률은 0.5 이상인 것이 요구된다. 상기 입자크기가 5.0 mm를 넘어서 너무 크게 되면 전체 단면적이 크지 않아 발열 효율 및 열 전달 효율이 떨어지므로 바람직하지 않다. 상기 구형률은 다른 말로 형상계수로서 입자의 가장 긴 쪽 지름에 대한 가장 작은 쪽 지름의 비율을 의미하는데, 만약 구형률이 0.5가 안 되는 급냉 제강 슬래그의 경우 찌그러진 모양을 갖게 되어 마이크로파가 뾰족한 부분으로 수렴할 수 있으며 이 경우에는 스파크가 발생할 수 있고 에너지가 뾰족한 부분이나 각진 부분으로만 집중되어 에너지 손실이 발생하기 때문에 입자 전체에서의 발열 효율이 떨어지는 문제가 발생하므로 구형률은 0.5 이상인 것을 선별해서 사용해야 한다. 이러한 급냉 제강 슬래그는 도체와 부도체의 중간적인 반 부도체의 성격을 가지기 때문에 흡수 가열과 유도 가열이 이뤄지며, 충전 상태에 따라 내부 마이크로파의 전달이 이루어진다. 즉, 연속되어 있는 구형의 급냉 제강 슬래그에 마이크로파가 인가될 경우 표면 효과에 의해 급냉 제강 슬래그를 따라 마이크로파가 전달되면서 인접한 급냉 제강 슬래그에도 이전과 마찬가지로 흡수 가열과 유도 가열이 이루어지는 것이다.
본 발명자들은 앞선 특허(대한민국 특허출원 제10-2011-0032313호)를 통해 급냉 제강 슬래그 조성물을 마이크로파에 의해 발열되는 발열체로 활용하는 기술에 관하여 제안한 바 있다.
그러나, 상기 특허에 기재된 급냉 제강 슬래그 조성물은 비열과 마이크로파에 의해 발생되는 에너지는 매우 높지만 이를 주변으로 전달시키는 전달 속도, 즉 에너지 방출 속도 면에서는 빠르지 않아 전체 발열체에 걸쳐 균일한 발열이 이루어지도록 하기까지 많은 시간이 소요되고 또한 국부적으로 불균일 발열이 진행되는 문제점이 있는 것을 발견하였다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 연구 노력을 거듭한 결과, 급냉 제강 슬래그와 탄화 규소(SiC)를 조합하여 사용할 경우 해결될 수 있음을 발견하였다. 즉, 기존에 마이크로파에 의해 발열될 수 있는 소재로 알려졌었던 탄화 규소의 경우 아래 표 1에 나타난 바와 같이 비열과 마이크로파에 의해 발생되는 에너지는 급냉 제강 슬래그에 비하여 낮지만, 에너지를 방출하는 속도(에너지 전달 속도)는 급냉 제강 슬래그에 비하여 훨씬 높다는 것을 실험을 통해 확인하였다. 따라서 에너지 전달 속도가 큰 탄화 규소를 혼합 사용할 경우 기존 급냉 제강 슬래그를 단독으로 사용했을 때의 문제점이었던 낮은 에너지 전달의 문제, 불균일 발열의 문제를 해결할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
위 표 2에서 보는 바와 같이, 동일 유입 전력에 대한 마이크로파에 의해 발열되는 효율은 MIP의 경우가 탄화수소의 경우에 비하여 2배 이상 우수함을 알 수 있다.
또한, 위와 같은 실험을 통하여 얻어진 MIP, 탄화규소 및 그 혼합물의 내부 에너지 및 방출 에너지 결과는 도 5와 같다. 도 5에서 보는 바와 같이 MIP 발열체는 에너지 발생은 크나 이를 전달하는 속도는 낮고, 반대로 탄화규소는 에너지 발생은 상대적으로 작으나 이를 전달하는 속도는 높으므로 이를 최적 비율로 혼합할 경우 높은 에너지 발생과 빠른 에너지 전달이라는 두 가지 효과를 모두 얻을 수 있다. (본 실험은 국제공인시험기관인 한국고분자시험연구소에 의뢰하여 진행하였으며, 비열 분석은 KS M 3049 방법에 의하여 Perkin-Elmer DSC 4000을 이용하여 실험하였고, 열전도도는 ASTM C 518의 방법에 의해 Mathis TC-30을 이용하여 실험하였다. 본 발명에서 혼합물의 경우는 MIP:SiC를 100:0.5의 중량비율로 혼합하였다.)
도 5의 실험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, MIP 단독의 경우 마이크로파 조사에 의해 내부 에너지는 높게 올라가지만, 방출 에너지는 낮고, 탄화규소 단독의 경우 마이크로파 조사에 의해 올라가는 내부 에너지가 MIP만 못하지만 방출 에너지는 매우 높다.
따라서 이와 같은 특성을 이용하여 MIP와 탄화규소를 혼합 사용했을 때는 내부 에너지도 비교적 높고 에너지 방출성도 높게 유지됨을 알 수 있으며, 이를 이용하여 기존 MIP를 단독으로 사용할 때의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명에서는 이와 같은 MIP, 즉 입자크기 5.0 mm 이하이고 구형률이 0.5 이상인 급냉 제강슬래그를, 입자크기 5.0 mm 이하인 탄화 규소 입자와 최적 비율로 혼합하여 사용한다. 탄화 규소의 경우 단가 면에서 MIP 대비 약 30~50배 정도 고가이기 때문에 그 사용량을 많이 하면 경제적 면에서 유리하지 않으므로 최적 비율로 사용해야 하는데 본 발명에서는 상기 MIP 대비 사용되는 탄화규소를 100: 0.1~100 중량부로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100:0.1~50 중량부이다. 상기 탄화규소가 MIP 100 중량부 대비 0.1 중량부 미만으로 너무 적게 사용되면 에너지 전달 효율이 떨어지므로 기존 MIP 단독 사용할 경우의 문제를 해결하기 어려우며, 100 중량부를 초과하여 너무 과량으로 사용하면 에너지 발생 효율이 떨어지고 단가가 너무 올라가 경제적 효과가 떨어질 수 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명에서 상기 입자크기 5.0 mm 이하이고 구형률이 0.5 이상인 급냉 제강슬래그(MIP)와 입자크기 5.0 mm 이하인 탄화규소(SiC) 입자를 최적 비율로 포함하는 세라믹 조성물은 그대로 사용할 수도 있으나, 보다 바람직하게는 시멘트와 물을 혼합하여 경화된 형태로 사용한다. 이와 같이 경화된 형태로 사용하는 이유는 미경화된 입자(파티클) 형태를 사용할 경우 취급성이 좋지 않고 한쪽으로 쏠릴 우려도 있기 때문이며, 시멘트를 사용한 경화체의 경우 시멘트 자체의 특성으로 인해 잠열을 오랫동안 유지하는 효과도 있기 때문이다. 본 발명에서 상기 세라믹 조성물에 혼합되는 시멘트, 예를 들어 포틀랜트시멘트는 상기 세라믹 조성물 100 중량부에 0.1~50의 중량비율로 혼합하는 것이 바람직하며, 적당량의 물을 가하여 수화시킴에 의해 수화에 의해 경화되어 경화체가 얻어진다. 이 때 상기 경화체의 두께는 용도에 따라 달라질 수 있으며 일반적인 용도의 경우 1~100 mm인 것이 바람직하다. 한편 경화체를 제조함에 있어 시멘트를 사용하지 않고 세라믹 본드 등의 내열 보드를 이용하여 믹싱함으로써 제조하는 것도 가능하다.
본 발명에서 상기 세라믹 조성물에는 종래 마이크로파를 흡수하는 것으로 알려진 금속 산화물을 더 포함할 수 있으며, 그 포함되는 함량은 0.1~100 중량부의 범위에서 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5~50 중량부이다. 또한, 상기 세라믹 조성물의 크기는 5.0 mm 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3.0 mm 이하이며, 더더욱 바람직하게는 1.0 mm 이하이다. 이와 같은 금속 산화물의 예로는 철산화물이 바람직하며, 구체적 예로는 Fe2O3, Fe3O4, FeO 등을 들 수 있고, 기타 금속 산화물의 예로는 Al2O3, CaO, SiO2, TiO2, MgO 등을 들 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 마이크로파에 의해 발열되는 발열체를 사용하여 발열 시스템을 제조하며, 발열 시스템의 구조는 앞서 설명한 바와 같다.
본 발명에 따른 상기 마이크로파를 이용한 발열 시스템은 콘크리트 구조물 시공용 거푸집의 각 파티션 외부 패널에 탈착식 또는 비탈착식으로 부착하여 전원을 공급하기만 하면 설치가 끝나므로 작업이 용이하고, 발열체 재료의 특성으로 인해 온도 상승이 빠르고 한 번 상승된 온도는 서서히 하강하므로 설정된 온도를 유지하기 위해서 전력을 과다하게 소비하지 않아도 되는 장점이 있다. 또한, 강도나 내구성 등 양생된 콘크리트의 품질도 소요 품질 이상을 만족할 수 있고 특히 전체적으로 균일한 발열과 이로 인한 균일 품질 확보가 가능하다.
특히, 동절기나 혹한 지역과 같이 외기 온도가 낮을 경우 기존에는 콘크리트의 자연 수화에 따른 양생이 불가능하여 겨울철 콘크리트 타설 공정이 매우 제한적이었으나, 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 사용하면 일정한 온도를 콘크리트에 공급하여 초기에 강제로 온도 상승을 유발하고 이후 자연 수화가 진행됨으로써 하절기 공사와 크게 차이가 없는 콘크리트 양생이 가능해진다.
따라서 겨울철이나 초봄, 늦가을과 같이 온도가 낮아 콘크리트 양생 기간이 오래 걸리는 기간이나, 시베리아, 몽골 등 혹한 지역에서 활용할 경우 콘크리트 양생을 촉진시키는 결과를 가져올 수 있다.
또한 콘크리트 구조물의 시공이 완료된 후에는 상기 발열 시스템을 상기 거푸집의 파티션에서 분리하기만 하면 되므로 분리 해체를 위한 복잡한 작업이 필요 없고, 발열 시스템을 재사용하기도 용이하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용한 교량 기초의 시공 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6에 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 교량 기초의 시공 방법은
(a) 교량 기초용 철근을 배근하고 거푸집을 설치한 후, 상기 설치된 거푸집의 파티션 외부 패널에 상기 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 부착하는 단계(S100);
(b) 상기 설치된 거푸집 내부에 콘크리트를 타설하는 단계(S110);
(c) 상기 (a)의 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하여 발열시키는 단계(S120);
(d) 상기 타설된 콘크리트를 양생시키는 단계(S130); 및
(e) 상기 설치된 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 분리하는 단계(S140);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서는 (b)단계인 상기 거푸집의 파티션 외부 패널에 본 발명에 따른 상기 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 부착하는 단계가 (c)단계인 거푸집 내부에 콘크리트를 타설하는 단계 이전에 진행되는 것으로 기재되어 있으나, 상기 (b)단계와 상기 (c)단계는 서로 순서가 바뀌어도 본 발명이 달성될 수 있으므로 상기 순서는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
일반적으로 거푸집의 경우에는 거푸집의 전도나 변형을 막기 위해 거푸집의 외부에 파티션이 설치되는데 본 발명은 이러한 파티션 내에 발열이 가능한 장치(시스템)를 설치하여 거푸집을 가열함에 의해 콘크리트 교량 기초를 신속하게 건설하는 것이 발명의 특징이다. 종래의 교량 기초 시공 방법에서는 거푸집을 제작 및 설치하고 내부에 콘크리트를 타설한 후 자연적인 수화열에 의한 온도 상승 또는 외부에서 더운 공기를 불어넣음에 의해 콘크리트 표면을 가열하여 온도 상승을 촉진시켜 양생하는 과정을 사용하였다. 이와 같이 종래의 방법에 의할 경우에는 외기 온도가 낮을 경우 수화가 잘 일어나지 않으므로 양생 시간이 오래 걸리고 이를 촉진하기 위해 더운 공기를 주입하게 되면 연료 소모가 많고 환경 문제가 발생하는 등 여러 문제점이 상존하였다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 기술로서,
본 발명에 따른 교량 기초의 시공 방법은 먼저, 교량 기초를 시공하고자 하는 지점에 철근을 배근하고 이를 지지할 거푸집을 설치한다. 이어서, 상기 설치된 거푸집의 각 파티션의 외부 패널에 상기 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 부착한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 거푸집의 파티션에 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 부착하여 촉진 양생을 실시함에 있어, 거푸집에 구비된 파티션에 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 하나씩 부착한 상태로 교량 기초 시공을 진행할 수 있다.
이어서, 상기 거푸집의 내부에 콘크리트를 타설한다. 이후, 상기 거푸집 파티션에 부착된 상기 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하여 상기 거푸집의 표면을 가열함으로써 타설된 콘크리트의 초기 수화를 강제로 유도한다. 겨울철과 같이 외기가 낮은 경우에 콘크리트의 수화는 진행되기 어려우므로 강제 가열에 의해 콘크리트의 초기 수화를 유도하면 이후는 자연 수화가 진행되므로 콘크리트의 양생을 촉진시킬 수 있는 것이다. 콘크리트의 양생이 완료되면 설치된 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 분리, 해체하면 교량 기초의 시공이 완성된다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용하여 프리캐스트 콘크리트를 양생하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템(20)은 프리캐스트 콘크리트 제조용 거푸집의 각 파티션에 삽입하여 그 외부 패널에 부착하여 전원을 공급하기만 하면 설치가 끝나므로 작업이 매우 용이하고 별도로 양생포나 증기를 공급하지 않아도 발열 시스템에서 발생하는 열에 의해 콘크리트(13)의 수화와 양생이 촉진된다. 실외 환경과 같이 경우에 따라서는 외기와의 직접 접촉을 차단하기 위하여 양생포를 보조적으로 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템은 발열체 재료의 특성으로 인해 온도 상승이 빠르고 한 번 상승된 온도는 서서히 하강하므로 설정된 온도를 유지하기 위해서 전력을 과다하게 소비하지 않아도 되는 장점이 있다. 또한, 강도나 내구성 등 양생된 콘크리트의 품질도 소요 품질 이상을 만족할 수 있고 특히 전체적으로 균일한 발열과 이로 인한 균일 품질 확보가 가능하다.
또한 프리캐스트 콘크리트의 제작이 완료된 후에는 상기 발열 시스템(20)을 상기 거푸집의 파티션에서 분리하기만 하면 되므로 분리 해체를 위한 복잡한 작업이 필요 없고, 발열 시스템을 재사용하기도 용이하다.
도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용한 프리캐스트 콘크리트 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7c에 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트 제조 방법은
(a) 프리캐스트 콘크리트용 철근을 배근하고 거푸집을 설치한 후, 상기 설치된 거푸집의 파티션 외부 패널에 상기 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 부착하는 단계(S200);
(b) 상기 설치된 거푸집 내부에 콘크리트를 타설하는 단계(S210);
(c) 상기 (a)의 마이크로파를 이용한 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하여 발열시키는 단계(S220); 및
(d) 상기 타설된 콘크리트를 양생시키는 단계(S230);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 거푸집의 경우에는 거푸집의 전도나 변형을 막기 위해 거푸집의 외부에 파티션이 설치되는데 본 발명은 이러한 파티션 내에 발열이 가능한 장치(시스템)를 설치하여 거푸집을 가열함에 의해 프리캐스트 콘크리트를 신속하게 제작하는 것이 발명의 특징이다. 종래의 프리캐스트 콘크리트 제조 방법에서는 거푸집을 제작 및 설치하고 내부에 콘크리트를 타설한 후 촉진 양생을 위해 양생포로 덮어 씌운 후 외부에서 증기를 불어넣는 방법을 사용하였다. 이와 같이 종래의 방법에 의할 경우에는 뜨거운 증기를 공급하기 위하여 보일러를 사용해야 하므로 연료비가 많이 들고, 특히 현장 제작 프리캐스트 콘크리트의 경우 보일러 운반과 설치에 시간과 비용이 많이 소모되는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 기술로서,
본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트의 제조 방법은 먼저, 프리캐스트 콘크리트용 철근을 배근하고 이를 지지할 거푸집을 설치한다. 이어서, 상기 설치된 거푸집의 각 파티션의 패널에 상기 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 부착한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 프리캐스트 콘크리트용 거푸집의 파티션에 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 부착하여 촉진 양생을 실시함에 있어, 거푸집에 구비된 파티션에 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 하나씩 부착한 상태로 프리캐스트 콘크리트 제작을 진행할 수 있다.
이어서, 상기 거푸집의 내부에 콘크리트를 타설한다. 이어서, 상기 거푸집 파티션에 부착된 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하여 상기 거푸집의 표면을 가열함으로써 타설된 콘크리트의 초기 수화를 강제로 유도한다. 겨울철과 같이 온도가 낮은 경우에 콘크리트의 수화는 진행되기 어려우므로 강제 가열에 의해 콘크리트의 초기 수화를 유도하면 이후는 자연 수화가 진행되므로 콘크리트의 양생을 촉진시킬 수 있는 것이다.
도 8a 및 8b는 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용하여 터널 콘크리트 라이닝을 시공하는 방법의 일 예 및 다른 예를 각각 나타내는 순서도이고, 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따라 터널 내측에 콘크리트를 타설하기 위한 터널 거푸집을 설치한 것을 나타내는 터널 입구 도면이며, 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 구비한 터널 거푸집의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 8e는 A-A 측단면도이며, 도 8f는 B-B 측단면도이다.
도면을 참조하면, 먼저 도 8a는 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용한 터널 콘크리트 라이닝 시공 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 8a에 기재된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 시공 방법은
(a) 굴착된 터널 내부에 터널 굴착면과 일정 거리를 유지하며 터널 굴착면 형태로 터널 거푸집을 설치하는 단계(S300);
(b) 상기 설치된 터널 거푸집의 패널과 상기 터널 거푸집에 구비된 디귿자 형강 사이에 상기 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 삽입하고 상기 터널 거푸집의 패널에 부착하는 단계 (S310);
(c) 상기 터널 거푸집과 터널 굴착면 사이에 콘크리트를 타설하는 단계(S320);
(d) 상기 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하고 상기 타설된 콘크리트를 양생시키는 단계(S330); 및
(e) 상기 설치된 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 분리하는 단계(S340)
를 포함하여 구성된다.
상기에서는 (b)단계가 (c)단계 이전에 진행되는 것으로 기재되어 있으나, 상기 (b)단계와 상기 (c)단계는 서로 순서가 바뀌어도 본 발명이 달성될 수 있으므로 상기 순서는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
알려진 바와 같이, 터널 시공은 먼저 기계식 굴착기나 장약에 의한 폭파 등으로 터널 공을 굴착한 후에 터널 굴착면에 숏크리트, 록 볼트 등의 지보재를 이용하여 지보하고 바닥면을 시공한 후 배관 공사, 거푸집 설치 등의 작업을 진행하고 설치된 거푸집과 터널 굴착면 사이에 콘크리트를 타설하여 양생하는 과정으로 진행된다.
터널 거푸집을 설치함에 있어서는 예를 들어 말굽 형태와 같이 터널 굴착면 형상을 이루도록 다수의 빔이 종/횡 방향을 구성하여 터널 굴착면과 일정 거리를 유지하도록 터널 거푸집을 설치한다. 이 때 터널 거푸집의 하부에는 이동이 용이하도록 이동용 바퀴나 레일이 구비될 수 있다.
이어서, 상기 설치된 터널 거푸집에 구비된 스킨 플레이트와 상기 거푸집에 구비되어 거푸집을 지지하는 역할을 하는 디귿자 형강 사이 공간에 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 삽입하고 거푸집 스킨 플레이트에 부착한다. 이 때 거푸집 스킨 플레이트에의 밀착 부착을 위해 발열 시스템에 스페이서를 부착하고 외부에서 볼팅 등을 이용하여 압착하면서 부착하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 터널 거푸집과 터널 굴착면 사이에 콘크리트를 타설한다. 이 때, 콘크리트 타설을 위해서는 통상 철근 배근 작업을 선행해야 하는 것은 당연하므로 이에 관해서는 별도의 설명은 생략한다.
이어서, 상기 터널 거푸집 파티션에 부착된 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하여 상기 터널 거푸집의 스킨 플레이트를 가열함으로써 타설된 콘크리트의 초기 수화를 강제로 유도한다. 겨울철과 같이 외기가 낮은 경우에 콘크리트의 수화는 진행되기 어려우므로 강제 가열에 의해 콘크리트의 초기 수화를 유도하면 이후는 자연 수화가 진행되므로 콘크리트의 양생을 촉진시킬 수 있는 것이다.
도 8b는 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용한 터널 콘크리트 라이닝 시공 방법의 다른 예를 나타내는 순서도이다.
도 8b에 기재된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 시공 방법은
(a) 굴착된 터널 내부에 터널 굴착면과 일정 거리를 유지하며 터널 굴착면 형태로 터널 거푸집을 설치하되 터널 거푸집의 스킨 플레이트와 디귿자 형강을 조립하여 설치하며, 상기 스킨 플레이트와 디귿자 형강 사이에 상기 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 삽입 설치하되, 마이크로파 발생기와 도파관을 제외하고 설치하는 단계 (S400);
(b) 상기 설치된 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 도파관과 마이크로파 발생기를 순서대로 연결하는 단계(S410);
(c) 상기 터널 거푸집과 터널 굴착면 사이에 콘크리트를 타설하는 단계(S420);
(d) 상기 설치된 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하고 상기 타설된 콘크리트를 양생시키는 단계(S430); 및
(e) 상기 설치된 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 분리하는 단계(S440)
를 포함하여 구성된다.
본 실시예는 마이크파 발생기와 도파관을 분리형으로 부착하는 것만 다르고 나머지는 도 8a에 관한 실시예와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
이어서, 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 터널 거푸집에 삽입 및 부착하는 것에 관하여 상세히 설명한다.
도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따라 터널 내측에 콘크리트를 타설하기 위한 터널 거푸집을 설치한 것을 나타내는 터널 입구 도면이다. 또한, 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 구비한 터널 거푸집의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 8e는 도 8d에 나타낸 터널 거푸집의 A-A 방향의 측단면도이고, 도 8f는 도 8d에 나타낸 터널 거푸집의 B-B 방향의 측단면도이다.
도 8d 내지 도 8f에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템(20)은 터널 굴착면과 일정 거리를 두고 설치된 터널 거푸집의 스킨 플레이트(70) 및 터널 거푸집에 구비된 디귿자 형강(50) 사이에 삽입되고 터널 거푸집의 스킨 플레이트(70)에 부착된다. 이 때, 스킨 플레이트(70)에 부착되는 것은 상기 마이크로파를 이용한 발열 시스템(20)의 외측에 스페이서(62)를 적당한 위치에 배치한 후에 그 위에 지지대(60)를 두고 상기 지지대를 터널 거푸집의 측판(51)에 볼트(61)에 의해 압박함으로써 부착할 수 있다.
도 9a는 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용하여 건물 슬래브를 시공하는 방법의 일 예를 나타내는 순서도이고, 도 9b는 본 발명에 따른 슬래브용 발열 거푸집 세트의 전체 구성으로서 슬래브용 발열 거푸집 세트가 동바리에 의해 지지되고 있는 것을 나타내는 사시도이며, 도 9c는 본 발명에 따른 슬래브용 발열 거푸집 세트의 전체 구성으로서 동바리 없이 슬래브용 발열 거푸집 세트만을 나타내는 사시도이이고, 도 9d는 본 발명에 따른 슬래브용 발열 거푸집 세트를 C-C 면을 기준으로 나타낸 단면도이며, 도 9e는 본 발명에 따른 슬래브용 발열 거푸집 세트의 분해 사시도이다.
도면을 참조하면, 먼저 도 9a는 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 이용한 슬래브 시공 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 9a에 기재된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래브 시공 방법은
(a) 슬래브 거푸집의 상부 강판과 상기 강판의 하부에 일정 간격으로 서로 평행하게 구비된 다수의 강판 지지부재 및 상기 강판 지지부재의 하부에 상기 강판 지지부재와 수직으로 구비된 빔으로 둘러싸인 공간에 상기 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 삽입하고 상기 슬래브 거푸집의 강판 하부에 상기 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 부착하여 슬래브용 발열 거푸집을 제조하는 단계(S500);
(b) 상기 제조된 슬래브용 발열 거푸집을 동바리를 이용하여 수평 지지한 후 상기 슬래브 거푸집의 강판 상부에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하는 단계(S510);
(c) 상기 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하고 상기 타설된 콘크리트를 양생시키는 단계(S520); 및
(d) 양생된 슬래브 콘크리트로부터 슬래브용 발열 거푸집을 탈형하는 단계 (S530);
를 포함하여 구성된다.
슬래브 시공을 위해서는 먼저 슬래브용 거푸집을 제조하여야 하는데, 본 발명에서는 상부 강판과 상기 강판의 하부에 일정 간격으로 서로 평행하게 구비된 다수의 강판 지지 부재 및 상기 강판 지지부재와 직각으로 구비된 빔으로 구성된 슬래브 거푸집에 상기 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 삽입 및 부착하여 제조한다. 구체적으로는 상기 슬래브 거푸집의 상부 강판과 강판 지지부재 및 빔으로 둘러싸인 공간에 상기 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 삽입하고 상기 슬래브 거푸집의 강판 하부에 상기 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 부착하여 슬래브용 발열 거푸집을 제조한다.
도 9b은 본 발명에 따른 슬래브용 발열 거푸집 세트의 전체 구성으로서 슬래브용 발열 거푸집 세트가 동바리에 의해 지지되고 있는 것을 나타내는 사시도이고, 도 9c는 동바리 없이 슬래브용 발열 거푸집 세트만을 나타내는 사시도이며, 도 9d는 본 발명에 따른 슬래브용 발열 거푸집 세트를 C-C 면을 기준으로 나타낸 단면도이고, 도 9e는 본 발명에 따른 슬래브용 발열 거푸집 세트의 분해 사시도이다.
도 9b 내지 도 9e에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 슬래브용 발열 거푸집 세트(100)는 상부 강판(82), 강판 지지부재(81) 및 빔(80)으로 구성이 되는데, 상기 강판, 강판 지지부재 및 빔으로 둘러싸인 공간에 상기 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템(20)을 삽입하여 부착함으로써 일체형으로 제조된다. 이 때 슬래브 거푸집 강판(82)에의 밀착 부착을 위해 발열 시스템에 스페이서(92)를 부착하고 외부에서 볼트(91) 등을 이용하여 지지대(90)를 압착하면서 부착하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 제조된 슬래브용 발열 거푸집(100)을 동바리(83) 등을 이용하여 수평 지지한 후 상기 슬래브 거푸집의 강판 상부에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설한다.
이어서, 상기 슬래브용 발열 거푸집에 장착된 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하여 상기 슬래브 거푸집의 강판을 가열함으로써 타설된 콘크리트의 초기 수화를 강제로 유도한다. 겨울철과 같이 외기가 낮은 경우에 콘크리트의 수화는 진행되기 어려우므로 강제 가열에 의해 콘크리트의 초기 수화를 유도하면 이후는 자연 수화가 진행되므로 콘크리트의 양생을 촉진시킬 수 있는 것이다.
이상과 같이, 본 발명을 도면을 참조하여 그 특징에 관하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 고효율 균일 발열 시스템은 콘크리트의 조기 양생이 필요한 콘크리트 구조물의 시공에 사용할 경우 겨울철과 같이 외기 온도가 낮은 시기에도 충분한 초기 수화가 가능하게 되어 겨울철 콘크리트 구조물의 시공이 효과적으로 가능해진다. 특히 동절기에 초기 동해로부터 콘크리트를 보호하고 소요 강도를 확보함은 물론 콘크리트를 급열 양생하여 강도 발현을 촉진함으로써 공기 단축이 가능하고, 기존의 단열 및 가열 보온 양생 방법에 비해 연료 소비량과 전력 소비량을 현저히 줄일 수 있는 저에너지, 저비용, 고효율 기술이며, 또한, 종래 방법과 같은 유독가스가 발생하지 않아 안전성이 확보될 수 있는 저탄소, 친환경 기술이다. 특히 종래 본 발명자들에 의해 발표된 기술에서의 문제점이었던 불균일 가열과 이로 인한 균열 발생의 가능성도 본 기술에 의해 해결이 가능하게 될 수 있다.
Claims (20)
- 콘크리트 구조물 시공용 거푸집에 구비된 파티션의 외부 패널에 부착되며 전원 공급에 의해 마이크로파가 발생하여 발열되는 발열 시스템으로서,마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기;상기 마이크로파 발생기와 일단이 연결되어 있으며 마이크로파 발생기로부터 발생되는 마이크로파를 전달받아 반사부로 전달하는 파이프 형상으로 구비된 도파관;상기 도파관과 내부 공간을 공유하며 도파관으로부터 전달되는 마이크로파를 난반사시키기 위한 밀폐된 내부 공간을 구비한 반사부;상기 도파관과 상기 밀폐된 내부 공간을 사이에 두고 반대편에 구비되며 반사부에서 난반사되는 마이크로파를 통과시키기 위한 분배공을 구비한 분배판;상기 반사부의 반대편에 상기 분배판과 밀착 구비되며 분배공을 통해 통과되는 마이크로파를 흡수하여 열을 발생시키는 발열체;상기 발열체 외부에 발열체와 밀착 구비되는 바닥판, 상기 바닥판과 수직으로 일체형으로 양측단에 연결되는 측판 및 상기 측판의 상부에 연결되며 상기 측판과 함께 내부에 밀폐된 반사부를 형성하는 캐비티 커버로 구성되며 발열체에서 발생되는 열을 외부로 전달하는 캐비티; 및상기 발열체의 발열 온도를 제어하는 온도 콘트롤러;를 포함하여 구성되며,상기 발열체는 입자크기 5.0 mm 이하이고 구형률이 0.5 이상인 급냉 제강슬래그 및 입자크기 5.0 mm 이하인 탄화규소 입자를 100:0.1~100 중량비로 포함하는 세라믹 조성물인 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 발열체는 상기 세라믹 조성물 100 중량부에 시멘트를 0.1~50 중량비로 혼합하고 물을 가하여 수화에 의해 경화시킨 경화체인 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 발열체는 내열 본드를 이용하여 바닥판에 부착되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 마이크로파 발생기는 고전압 변압기에 의해 전원에 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 4에 있어서, 상기 마이크로파 발생기 주변에는 마이크로파 발생기에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 5에 있어서, 상기 마이크로파 발생기와 고전압 변압기 및 냉각 장치를 보호하기 위한 보호 커버가 캐비티 커버에 고정되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 캐비티에는 캐비티의 온도를 검지하기 위한 온도센서가 구비되며, 상기 온도센서는 온도 콘트롤러에 연결되어 캐비티의 온도에 따라 마이크로파 발생기의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 마이크로파 발생기, 도파관 및 캐비티의 외부에는 내부 장치들을 보호하기 위한 케이스가 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 캐비티 커버에는 내부에서 발생하는 열을 가열 대상 콘크리트의 반대쪽으로 발산하지 않도록 하기 위한 단열재가 부착되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 분배공은 도파관의 바로 앞 부분에는 형성되어 있지 않고 도파관을 중심으로 대칭형 또는 비대칭형으로 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 분배공은 도파관으로부터 멀어질수록 그 크기가 커지도록 배열되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 분배공은 원형, 타원형 또는 사각형 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 분배판은 강재, 알루미늄재 또는 동재인 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 분배판은 판형상 또는 요철된 판형상인 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 세라믹 조성물은 금속산화물을 0.1~100 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 시스템.
- (a) 교량 기초용 철근을 배근하고 거푸집을 설치한 후, 상기 설치된 거푸집의 파티션 외부 패널에 청구항 1에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 부착하는 단계;(b) 상기 설치된 거푸집 내부에 콘크리트를 타설하는 단계;(c) 상기 (a)의 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하여 발열시키는 단계;(d) 상기 타설된 콘크리트를 양생시키는 단계; 및(e) 상기 설치된 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 분리하는 단계;를 포함하는 교량 기초의 시공 방법.
- (a) 프리캐스트 콘크리트용 철근을 배근하고 거푸집을 설치한 후, 상기 설치된 거푸집의 파티션 외부 패널에 청구항 1에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 부착하는 단계;(b) 상기 설치된 거푸집 내부에 콘크리트를 타설하는 단계;(c) 상기 (a)의 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하여 발열시키는 단계; 및(d) 상기 타설된 콘크리트를 양생시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트의 제조 방법.
- (a) 굴착된 터널 내부에 터널 굴착면과 일정 거리를 유지하며 터널 굴착면 형태로 터널 거푸집을 설치하는 단계;(b) 상기 설치된 터널 거푸집의 스킨 플레이트와 상기 터널 거푸집에 구비된 디귿자 형강 사이에 청구항 1에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 삽입하고 상기 터널 거푸집의 스킨 플레이트에 부착하는 단계;(c) 상기 터널 거푸집과 터널 굴착면 사이에 콘크리트를 타설하는 단계;(d) 상기 (b)의 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하고 상기 타설된 콘크리트를 양생시키는 단계; 및(e) 상기 설치된 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 분리하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 콘크리트 라이닝 시공 방법.
- (a) 굴착된 터널 내부에 터널 굴착면과 일정 거리를 유지하며 터널 굴착면 형태로 터널 거푸집을 설치하고, 상기 터널 거푸집의 스킨 플레이트와 디귿자 형강 사이에 청구항 1에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 삽입 설치하되, 마이크로파 발생기와 도파관을 제외하고 설치하는 단계;(b) 상기 설치된 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 도파관과 마이크로파 발생기를 순서대로 연결하는 단계;(c) 상기 터널 거푸집과 터널 굴착면 사이에 콘크리트를 타설하는 단계;(d) 상기 설치된 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하고 상기 타설된 콘크리트를 양생시키는 단계; 및(e) 상기 설치된 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 분리하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 콘크리트 라이닝 시공 방법.
- (a) 슬래브 거푸집의 상부 강판과 상기 강판의 하부에 일정 간격으로 서로 평행하게 구비된 다수의 강판 지지부재 및 상기 강판 지지부재의 하부에 상기 강판 지지부재와 수직으로 구비된 빔으로 둘러싸인 공간에 청구항 1에 따른 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 삽입하고 상기 슬래브 거푸집의 강판 하부에 상기 마이크로파를 이용한 발열 시스템을 부착하여 슬래브용 발열 거푸집을 제조하는 단계;(b) 상기 제조된 슬래브용 발열 거푸집을 동바리를 이용하여 수평 지지한 후 상기 슬래브 거푸집의 강판 상부에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하는 단계;(c) 상기 마이크로파를 이용한 발열 시스템에 전원을 공급하고 상기 타설된 콘크리트를 양생시키는 단계; 및(d) 양생된 슬래브 콘크리트로부터 슬래브용 발열 거푸집을 탈형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래브 시공 방법.
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