KR100826896B1 - 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 섬유보강 콘크리트의 제조시 고온, 고압의 양생조건에서도 그 성질이 변형되지 않는 톱밥 또는 열경화성 합성수지 등 성형제를 혼합함으로써 압출시 콘크리트 제품의 형상을 유지할 수 있도록 하는 동시에 고온, 고압의 양생조건에서도 그 성질이 변형되지 않는 섬유보강 콘크리트를 제공하여 고강도, 고인성의 콘크리트 판넬, 중공단면의 콘크리트 구조물 또는 여러 가지 형상의 판형 콘크리트 구조물의 대량 생산을 가능하게 하는 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트의 제조방법에 관한 것이다.

압출성형, 섬유보강, 강섬유, 유기섬유, 성형제, 오토클레이브

Description

압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF FIBER REINFORCED CONCRETE FOR EXTRUSION MOLDING}

도 1은 본 발명에 따른 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트의 제조장치 및 압출성형장치를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명은 일반적인 섬유보강 콘크리트의 제조방법이 아닌 압출성형을 통해 제조 가능한 섬유보강 콘크리트의 제조방법에 관한 것이다.

구조물의 건설에서 이용하는 콘크리트는 내구성과 경제성을 겸비한 빠뜨릴 수 없는 중요한 재료이다. 콘크리트는 로마시대에 화산회와 석회석을 써서 만들어진 것이 그 시초라고 하나, 일반적으로는 19세기 초기에 포틀랜드시멘트(Portland Cement)가 발명된 후, 1867년 프랑스에서 철망으로 보강된 콘크리트가 만들어진 것이 최초이며, 그 후 독일을 중심으로 콘크리트의 개발이 계속되어 근래에는 토목공사나 건축용 구조재료의 중심이 되고 있다.

그러나 콘크리트는 압축에는 강하지만 낮은 인장강도와 취성적인 파괴양상을 갖는다는 결점이 있었다. 이에 대한 보강으로 철근이나 철망이 주로 사용되어 왔으 나, 철근은 배근된 방향으로만 보강효과가 있으며, 또한 여전히 균열 발생 등의 문제가 남아 있었다.

이에 최근에는 콘크리트에 작은 섬유를 방향성이 없이 무작위로 넣어 혼합한 섬유보강 콘크리트가 개발되었는데 이는 모든 방향으로 보강효과가 있어 미세한 균열에도 저항하게 되므로 콘크리트의 인장강도, 전단강도 등을 증가시키는 한편 인성을 현저히 높이게 된다.

이러한 콘크리트 보강을 위해 혼합하여 사용하는 섬유는 길이가 수 mm로부터 수십 mm로 절단한 단섬유라고 불리는 것으로 재질은 주로 강섬유, 유리섬유, 탄소섬유 등을 포함하는 무기섬유와 비닐론 섬유, 폴리프로필렌 섬유 등을 포함하는 유기섬유로 나누어지며 각각의 특성을 활용하여 용도에 따라 달리 쓰이고 있다.

이러한 섬유보강 콘크리트는 주로 현장으로 운반하여 거푸집 내에 타설하는 방법으로 이용되고 있는 실정이며, 압출성형기를 이용하여 콘크리트 제품을 성형하는 것도 가능하다.

섬유보강 콘크리트는 인장강도, 전단강도 및 인성이 뛰어나므로 고강도, 고인성의 콘크리트 판넬, 중공단면의 콘크리트 구조물 또는 여러 가지 형상의 판형 콘크리트 구조물을 생산하기 위하여 압출성형방법을 이용하는 경우 연속적으로 제조, 대량 생산이 가능하게 되어 매우 유용할 것이나 실제로는 압출성형을 위해서는 압출되면서 콘크리트 제품의 형상을 유지할 수 있어야 하는데 섬유보강 콘크리트의 경우에는 보강섬유의 혼합으로 인하여 콘시스턴시의 저하, 재료의 분리 현상, 자체 중량 및 유동성과의 상관관계로 인하여 형상을 완전하게 유지할 수 없다는 문제점 이 있었다.

또한 압출성형방법을 이용하여 대량 생산을 하기 위해서는 압출된 콘크리트의 조기경화 공정으로 고온, 고압의 오토클레이브 양생을 거치게 되는데, 고온, 고압의 양생조건에서도 그 성질이 변형되지 않는 섬유보강 콘크리트가 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트의 제조방법에 관한 것으로, 상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 섬유보강 콘크리트의 제조시 고온, 고압의 양생조건에서도 그 성질이 변형되지 않는 성형제를 혼합함으로써 압출시 콘크리트 제품의 형상을 유지할 수 있도록 하는 동시에 고온, 고압의 양생조건에서도 그 성질이 변형되지 않는 섬유보강 콘크리트를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

즉, 본 발명은 섬유보강 콘크리트의 장점을 유지하면서도 압출성형이 가능하도록 섬유보강 콘크리트의 제조시 고온, 고압의 양생조건에서도 그 성질이 변형되지 않는 성형제를 혼합하여 압출시 그 형상을 유지하도록 하고, 고온, 고압의 오토클레이브 양생과정을 거치더라도 섬유보강 콘크리트의 재료적 성질의 변형 없이 고강도, 고인성의 콘크리트 판넬, 중공단면의 콘크리트 구조물 또는 여러 가지 형상의 판형 콘크리트 구조물의 대량 생산을 가능하게 하는 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은

오토클레이브 양생 단계를 포함하는 압출성형방법에 사용되는 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트의 제조방법에 있어서, 상기 콘크리트의 재료는 시멘트, 배합수, 잔골재, 혼화재, 혼화제, 보강섬유, 성형제를 포함하여 구성되며, 경우에 따라서는 충전재가 더 첨가되는 것을 특징으로 한다.

그 구성재료를 보다 상세히 살펴보면, 상기 콘크리트를 구성하는 매트릭스로서 시멘트 100중량부에 대하여 배합수는 20∼40중량부, 잔골재는 80∼150중량부, 혼화재로서 실리카흄은 10∼30중량부, 플라이애쉬는 10∼40중량부, 고로슬래그는 10∼60중량부가 사용되고, 혼화제로서 고성능감수제는 1∼10중량부, 증점제는 0.05∼2중량부로 구성되는 것을 특징으로 하고, 이와 같이 구성된 매트릭스 100용적부에 대하여 보강섬유는 1∼10용적부가 사용되고, 성형제로서 톱밥 또는 열경화성 합성수지가 1∼5중량부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트의 제조방법에 있어서, 상기 콘크리트의 사용재료, 배합 및 제조특성은 다음과 같다.

즉, 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트를 구성하는 매트릭스로서 시멘트는 KS규격의 보통포틀랜드시멘트 또는 조강포틀랜드시멘트이며, 배합수는 시멘트 100중량부에 대하여 20∼40중량부가 사용되며, 잔골재는 시멘트 100중량부에 대하여 80∼150중량부로 KS규격의 5mm 이하 강모래, 바다모래 및 부순모래가 사용되되, 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트의 시공성, 마감성 및 보강섬유의 분산성 등을 고려하여 2.5mm 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 시멘트의 수화반응을 향상시켜 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트의 강도 및 파괴특성 등을 향상시키기 위해 시멘트 100중량부에 대하여 혼화재로서 산업부산물인 실리카흄, 플라이애시, 고로슬래그와 같은 반응성 분체가 각각 10∼30, 10∼40, 10∼60중량부가 사용되며, 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트의 시공성을 고려하여 유동성을 향상시키기 위해 고성능감수제는 시멘트 100중량부에 대하여 1∼10중량부가 사용되고, 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트내의 보강섬유의 균일한 분산을 도모하기 위한 점성을 향상시키기 위해 증점제는 시멘트 100중량부에 대하여 0.05∼2중량부가 사용된다.

또한 상기 매트릭스에는 그 사이에 존재하는 매우 작은 공극을 채우기 위한 충전재로서 탄산칼슘이 시멘트 100중량부에 대하여 10~30중량부가 더 추가되어 사용될 수 있다.

콘크리트가 양생 중에는 수화반응에 따른 콘크리트의 체적변화로 인하여 미세 균열이 발생하게 되고 이는 여러 가지 균열(자기수축, 소성수축, 건조수축 등)의 원인이 된다. 이때 길이 10~50mm 정도의 보강섬유(유기섬유 또는 강섬유)를 같이 혼합하게 되면 이러한 보강섬유가 미세 균열에 저항하는 인장력을 발현해서 균열을 억제하게 됨으로서, 콘크리트의 연성과 강도를 증가시키게 되어 결국 섬유보강 콘크리트는 일반 콘크리트에 비하여 초기 균열하중과 풍하중, 충격하중 등 동적하중에 저항하는 성능이 크게 향상된다.

본 발명에 따른 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트에서는 상기와 같이 콘크리트의 연성 및 강도를 증가시키기 위해 상기 콘크리트를 구성하는 매트릭스 100용적부에 대하여 보강섬유는 강섬유인 경우 1∼5용적부가 사용되고, 유기섬유인 경우 1∼10용적부가 사용된다.

이 때 상기 보강섬유의 길이는 길어질수록 상기 매트릭스와의 부착력이 크게 될 것이나, 이러한 경우 보강섬유의 균일한 분산이 어렵게 되므로, 보강섬유의 길이는 20~30mm 정도가 바람직하다.

또한 섬유보강 콘크리트의 압출시 그 형상을 유지할 수 있도록 성형제로서 톱밥 또는 열경화성 합성수지가 상기 콘크리트를 구성하는 매트릭스 100용적부에 대하여 1∼5중량부로 사용된다.

상기 성형제는 경량재료이면서도 분산성이 뛰어나기 때문에 섬유보강 콘크리트 내에 혼합된 보강섬유가 균일하게 분산되도록 하여 섬유보강 콘크리트의 기능 발현을 향상시키는 동시에, 증점제의 기능을 향상시켜 섬유보강 콘크리트의 압출시 그 형상을 유지할 수 있도록 한다.

또한 압출성형방법을 이용한 섬유보강 콘크리트 제품의 대량 생산을 위하여는 압출된 섬유보강 콘크리트의 조기경화공정이 필수적이며, 따라서 이러한 압출된 섬유보강 콘크리트를 고온, 고압의 오토클레이브 양생하는 공정을 거치게 되므로, 상기 성형제는 고온, 고압에서도 그 재료적 성질이 변형되지 않고, 그 기능을 유지할 수 있도록 톱밥이나 열경화성 합성수지가 사용되게 된다.

다만, 열경화성 합성수지를 사용하는 경우에는 종류에 따라 각각의 열경화성 합성수지의 임계온도가 다르므로 적절한 임계온도를 갖는 열경화성 합성수지를 선택하여 사용할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트의 제조장치 및 압출성형장치를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트를 제조방법은 상기 각 구성재료를 배합비율에 따라 계량하여 교반기에 순차적으로 투입하고 교반과정을 거쳐 후레쉬 콘크리트(굳지 않은 콘크리트) 상태로 저장탱크로 이동되어 저장되게 된다.

이후 상기 후레쉬 콘크리트는 압출성형기에 투입되는데, 압출성형방법으로 콘크리트 제품을 생산하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 압출성형방법을 이용한 섬유보강 콘크리트는 후레쉬 콘크리트 상태로 압출성형기의 형상플레이트를 통하여 소요의 콘크리트 제품의 형태로 압출된다. 이 때 상기 압출된 콘크리트 제품은 톱밥이나 열경화성 합성수지와 같은 성형제가 혼합되어 있음으로 인하여 그 형상을 완전하게 유지할 수 있게 된다.

압출된 콘크리트 제품은 바로 조기경화를 위하여 고온, 고압의 오토클레이브 양생과정을 거치게 된다.

오토클레이브(autoclave) 양생이란 고압 증기 양생과 같은 의미로서, 오토클레이브 양생조건은 증기압 6~20atm에서 150~200℃정도이며, 그 장점으로는 크리프와 건조수축이 상당히 줄어드는 등의 효과가 있고, 단시간(24시간 이내)내에 대기 양생한 경우의 28일 강도와 비슷한 강도를 얻을 수 있게 되므로, 압출성형방법에 의한 콘크리트 제품의 대량생산에 있어 필수적인 공정이다.

상기와 같은 고온, 고압의 오토클레이브 양생조건에 있어서 본 발명에 따른 압출성형방법을 이용한 섬유보강 콘크리트에 혼합된 톱밥이나 열경화성 합성수지와 같은 성형제는 그 재료적 성질이 변형되지 않고, 그 기능을 유지할 수 있게 된다.

오토클레이브 양생 후에는 40~90℃ 범위에서 고온 습윤 또는 증기 양생을 6시간에서 2일에 걸쳐 추가적으로 실시할 수도 있으며, 최종적으로 고강도, 고인성을 갖는 섬유보강 콘크리트 제품을 대량 생산할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트를 이용함으로써 섬유보강 콘크리트를 압출성형할 경우 압출시 그 형상을 유지할 수 있게 되고, 압출된 콘크리트 제품의 조기경화 방법으로 오토클레이브 양생을 거치는 경우에도 구성 재료의 변형이 없어 압출성형방법을 통하여 고강도, 고인성의 섬유보강 콘크리트 제품을 생산할 수 있게 되므로, 거푸집(몰드) 해체의 공정을 없앨 수 있고, 제조과정의 기계화와 간략화가 가능하고, 제작 기간을 줄일 수 있으며 대량 생산이 가능하게 된다.

또한 일반적으로 콘크리트는 현장타설 또는 프리캐스트 제작의 경우에 표면의 마무리 작업이 필요하지만 압출성형 콘크리트의 경우 표면의 마무리 작업이 압출성형공정에서 자동적으로 이루어져 따로 마무리 공정이 필요 없게 되므로 인건비 및 제작비를 절감하는 효과가 있다.

또한 압출성형에 의해 콘크리트 판넬의 형태로 제작될 경우 압출성형된 섬유보강 콘크리트 판넬 자체가 바로 고강도, 고인성의 영구거푸집의 형태로 사용이 가능하게 되며, 이 외에도 중공단면의 콘크리트 구조물, 여러 가지 형상의 판형 콘크리트 구조물 등 다양한 형태로 압출성형이 가능하게 되는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 오토클레이브 양생 단계를 포함하는 압출성형방법에 사용되는 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트의 제조방법에 있어서, 상기 콘크리트를 구성하는 매트릭스로서 시멘트는 보통포틀랜드시멘트 또는 조강포틀랜드시멘트가 사용되고, 시멘트 100중량부에 대하여 배합수는 20∼40중량부, 잔골재는 80∼150중량부, 혼화재로서 실리카흄은 10∼30중량부, 플라이애쉬는 10∼40중량부, 고로슬래그는 10∼60중량부가 사용되고, 혼화제로서 고성능감수제는 1∼10중량부, 증점제는 0.05∼2중량부로 구성되는 것을 특징으로 하고, 이와 같이 구성된 매트릭스 100용적부에 대하여 보강섬유는 1∼10용적부가 사용되고, 성형제로서 톱밥 또는 열경화성 합성수지가 1∼5용적부로 구성되는 것을 특징으로 하는 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트 제조방법
2. 제 1항에 있어서, 상기 보강섬유는 그 길이가 20~30mm인 것을 특징으로 하는 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트 제조방법
3. 제 2항에 있어서, 상기 보강섬유는 강섬유로서 상기 매트릭스 100용적부에 대하여 1∼5중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트 제조방법
4. 제 2항에 있어서, 상기 보강섬유는 유기섬유로서 상기 매트릭스 100용적부에 대하여 1∼10중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트 제조방법
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스에는 충전재로서 탄산칼슘이 상기 시멘트 100중량부에 대하여 10∼30중량부로 추가되는 것을 특징으로 하는 압출성형을 위한 섬유보강 콘크리트 제조방법

Images