KR101130207B1 - 경량 골재 흡수 방지 코팅 장치 및 방법 - Google Patents

경량 골재 흡수 방지 코팅 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경량 골재의 투입, 수용 및 배출이 가능하고, 투입된 경량 골재가 고르게 섞일 수 있도록 회전가능한 드럼 믹서; 드럼 믹서의 일측에서 상기 투입된 경량 골재에 대하여 가압 흡수 억제제를 가열 공급하는 열교환기; 및 드럼 믹서의 타측에서 상기 투입된 가압 흡수 억제제의 가압 반응을 촉진하여 골재 표면에 확산되도록 열풍을 공급하는 열풍발생기를 포함하여 경량 골재 코팅의 연속적인 생산이 가능하도록 한 경량 골재 흡수 방지 코팅 장치와, 그리고 호퍼를 통해 드럼 믹서의 투입구 안으로 경량 골재를 공급하는 단계; 열교환기를 통해 가압 흡수 억제제인 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액을 가열하여 레진의 점도를 낮추는 단계; 노즐을 통해 상기 가열된 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액을 드럼 믹서 내부에 스프레이하는 단계; 드럼 믹스의 회전에 의해 상기 스프레이된 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액이 경량 골재와 혼합되는 단계; 열풍발생기에 의해 고온의 열풍이 레진의 중합반응 속도를 증가시켜 골재 표면에 고르게 확산시키고 골재 표면을 건조시키는 단계; 및 코팅 및 건조가 완료된 경량 골재를 배출 및 이송하는 단계를 포함하는 경량 골재 흡수 방지 코팅 방법에 관한 것이다.

Description

경량 골재 흡수 방지 코팅 장치 및 방법{COATING APPARATUS AND METHOD OF PREVENTING WATER ABSORPTION INTO LIGHT WEIGHT AGGREGATE}
본 발명은 콘크리트 등에 이용되는 경량 골재의 흡수율 저감을 위한 것으로, 보다 상세하게는 골재의 표면을 코팅하여 경량 골재 내부의 기공에 물이 흡수되는 것을 방지함으로써 콘크리트의 물성변화가 없도록 하는 경량 골재 흡수 방지 코팅 장치 및 방법에 관한 것이다.
경량 골재는 구조물 및 콘크리트 2차 제품 등에서 경량화를 위하여 다양한 연구가 진행되고 있다. 이러한 경량 골재의 흡수율은 자체 중량에 대하여 약 20% 이상의 물을 경량 골재의 기공내로 흡수하는 능력이 있다. 흡수된 물은 경량 콘크리트를 제조하여 펌프를 이용하여 압송할 경우 펌프의 압력에 의하여 기공내의 물이 빠져나오게 되고, 이 물은 콘크리트 중의 잉여수로 작용하여 시멘트와 골재가 분리되는 소위 "골재 분리 현상"을 초래한다. 이러한 펌핑에 의한 압송시 발생하는 골재 분리는 배관 막힘, 시멘트와 모래만 운반되는 모르타르 운반 등을 초래하여 초고층 구조물의 건축에는 사용할 수 없는 주원인이 되고 있다.
또한, 경량 골재를 콘크리트에 사용할 경우 이미 알려진 바와 같이 골재의 떠오름 현상과 펌핑 시 펌프의 압력에 의하여 골재에 포함된 물이 콘크리트 중의 경량 골재에 가압 흡수되어 콘크리트의 상태가 달라져 골재의 부착력 저하, 압축 강도의 저하 등이 발생한다.
따라서, 이러한 가압 흡수 작용이 보다 작게 작용하도록 하기 위하여 경량 골재는 대부분 레진, 에멀전 등으로 코팅하게 되나, 코팅된 경량 골재는 그 가격이 매우 비싸고 제조방법도 각 사의 노하우(know-how)로 엄격하게 비밀이 유지되고 있는 실정이다.
한편, 대한민국 특허출원 제10-1988-0006145호는 경량 골재용 가압흡수 억제제의 사용 및 이의 처리 방법을 제시하고 있다. 이 특허의 경우 콘크리트의 pH 증가시 20배까지 팽윤하여 흡수량의 변화를 작게 하는 수분산성 아크릴계 고흡수성 재료를 사용한 것이나, 고 흡수성 아크릴 수지가 매우 비싸고 고흡수성 재료가 사용되는 경우 콘크리트의 슬럼프(slump)가 낮아지는 단점이 있다.
경량 골재는 흡수량에 따라 경량 콘크리트를 제조하여 펌핑할 경우 콘크리트의 상태가 달라지게 된다. 이에 따라 경량 골재를 에폭시, 아크릴 수지 등의 무기물에 의하여 코팅하거나 경량 골재의 표면을 용융시켜 흡수량을 작게 만드는데, 본 출원인은 수 분산성 아크릴계 수지 대신 에폭시 수지로 대체 사용할 경우 에폭시 수지의 코팅에 의한 경량 골재의 가압 흡수 변화량이 작아짐을 발견하였다.
본 발명은 바로 이점에 착안하여 에폭시 수지 등의 무기물로 경량 골재의 표면을 코팅할 경우 보다 쉽고 편리하게 수지를 도포할 수 있는 경량 골재 흡수 방지 코팅 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 경량 골재의 투입, 수용 및 배출이 가능하고, 투입된 경량 골재가 고르게 섞일 수 있도록 회전가능한 드럼 믹서; 드럼 믹서의 일측에서 상기 투입된 경량 골재에 대하여 가압 흡수 억제제를 가열 공급하는 열교환기; 및 드럼 믹서의 타측에서 상기 투입된 가압 흡수 억제제의 가압 반응을 촉진하여 골재 표면에 확산되도록 열풍을 공급하는 열풍발생기를 포함하여 경량 골재 코팅의 연속적인 생산이 가능하도록 한 경량 골재 흡수 방지 코팅 장치를 제공한다.
본 발명에서 가압 흡수 억제제는 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합물이고, 상기 열교환기는 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제가 각각 공급되는 복수의 관로 및 이들의 혼합물을 상기 드럼 믹서 내부로 스프레이하는 노즐을 구비한다.
본 발명에서 드럼 믹서의 투입구에는 호퍼가 연결되어 코팅 전의 경량골재를 공급하고, 드럼 믹서의 배출구에는 컨베이어벨트가 연결되어 코팅이 완료된 경량골재를 이송하되, 상기 컨베이어벨트는 이송 중에 경량 골재가 서로 달라붙지 않도록 벨트 표면에 일정한 진동이 부여되도록 구성한다.
본 발명은 또한, 호퍼를 통해 드럼 믹서의 투입구 안으로 경량 골재를 공급하는 단계; 열교환기를 통해 가압 흡수 억제제인 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액을 가열하여 레진의 점도를 낮추는 단계; 노즐을 통해 상기 가열된 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액을 드럼 믹서 내부에 스프레이하는 단계; 드럼 믹스의 회전에 의해 상기 스프레이된 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액이 경량 골재와 혼합되는 단계; 열풍발생기에 의해 고온의 열풍이 레진의 중합반응 속도를 증가시켜 골재 표면에 고르게 확산시키고 골재 표면을 건조시키는 단계; 및 코팅 및 건조가 완료된 경량 골재를 배출 및 이송하는 단계를 포함하는 경량 골재 흡수 방지 코팅 방법을 제공한다.
본 발명에서 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액에 대한 가열 온도는 50～180℃ 또는 60～120℃를 유지하고, 레진의 점도는 100cps 이하를 유지시키되, 상기 레진은 에폭시, 아크릴, 불포화 폴리에스터 및 폴리우레탄을 포함하는 군 중에서 선택됨이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 가압 흡수 억제제로 에폭시 수지 등의 무기물을 포함하는 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액을 가열 및 분사하여 경량 골재의 표면을 코팅하고 건조시키는 일련의 과정을 통해 경량 골재 내부의 기공에 물이 흡수되는 것을 방지함으로써 콘크리트의 물성변화가 없도록 하고, 보다 쉽고 편리하게 경량 골재 코팅의 연속적인 생산이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 경량 골재 흡수 방지 코팅 장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 코팅 장치를 이용하여 경량 골재 표면에 수지를 도포하는 공정을 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 경량골재 흡수방지 코팅 장치 10 : 호퍼
20 : 드럼 믹서 21 : 투입구
22 : 배출구 23 : 이송스크류
30 : 컨베이어벨트 40 : 열교환기
41,42 : 관로 43 : 스프레이 노즐
50 : 열풍발생기 51 : 송풍기
S1 : 코팅 전 경량 골재 S2 : 코팅 후 경량 골재
이하 첨부된 도면을 통해 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 경량 골재 흡수 방지 코팅장치의 구성을 도시한 것으로, 본 발명에 따르면 가압 흡수 억제제로 사용하는 레진 중 에폭시, 아크릴, 불포화 폴리에스터, 폴리우레탄 등 비교적 고온 중합체의 경우 저온에서 점도가 높아 코팅에 어려움이 있음을 고려하여 이들 레진의 점도를 낮추어 스프레이(spray)가 가능하도록 한 경량 골재 흡수 방지 코팅 장치(1)를 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 코팅장치는 반응온도가 50～180℃이하인 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 점도를 중합 반응 가열수단에 의하여 100cps이하로 낮추어 스프레이함으로써 경량 골재 코팅을 실현하도록 구성된다.
이를 위해 본 발명의 코팅장치(1)는 중합 반응 가열수단으로 열교환기(40)를 갖추고, 이 열교환기(40)를 통해 가압 흡수 억제제로서의 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제가 공급되도록 구성한다. 이때, 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제는 각각의 관로(41)(42)를 통해 공급되며, 열교환기(40)를 통과한 후 각 관로(41)(42)의 단부가 노즐(43)에 연결되어 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액을 스프레이할 수 있도록 구성한다. 또한 다른 예로, 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제를 각각의 관로(41)(42)를 통해 열교환기(40) 내부로 유입시키고, 열교환기에서 혼합된 후 노즐(43)을 통해 스프레이되도록 구성할 수도 있다.
본 발명의 코팅장치는 빠른 코팅을 위해 경량 골재가 고르게 섞일 수 있도록 경량 골재의 투입, 수용, 배출이 가능한 드럼 믹서(20)를 포함하고, 드럼 믹서(20)의 일 단부에는 상기 드럼 믹서(20)의 내부에 투입된 경량 골재에 대하여 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제를 공급하는 관로(41)(42) 및 노즐(스프레이 노즐;43)이 구비된 열교환기(40)를 설치하고, 드럼 믹서(20)의 타 단부에는 상기 드럼 믹서(20)의 내부에 공급된 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 반응을 촉진하여 골재 표면에 확산되도록 상기 드럼 믹서(20)의 내부에 대하여 가열 공기를 공급하는 열풍발생기(50)를 설치한다. 도 1의 미설명 부호 "51" 은 '송풍기'이다.
도면상에 별도 도시하지는 않았지만, 드럼 믹서(20)는 열교환기(40)에서 가열되어 노즐(43)을 통해 스프레이되는 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액과 경량 골재가 잘 섞이도록 축을 중심으로 회전가능하게 구성된다.
또한, 드럼 믹서(20)의 일측과 타측에는 각각 코팅 전의 경량 골재(S1)가 공급되는 투입구(21)와 코팅 후의 경량 골재(S2)가 배출되는 배출구(22)가 구비되고, 드럼 믹서(20)의 내부에는 코팅된 경량 골재(S2)의 배출이 가능하도록 내벽을 따라서 배출구(22) 측으로 다수의 이송스크류(23)가 구비된다.
드럼 믹서(20)의 투입구(21)에는 호퍼(10)가 연결되어 이를 통해 코팅 전의 경량골재(S1)가 공급되고, 배출구(22)에는 컨베이어벨트(30)가 연결되어 코팅이 완료된 경량골재(S2)를 운반한다.
이와 같이 본 발명은 회전가능하게 구비되는 드럼 믹서(20)와 코팅 전의 경량골재를 공급하는 호퍼(10) 및 코팅 후 배출된 경량골재를 운반하기 위한 컨베이어벨트(30)를 갖추고, 드럼 믹서(20)의 내부에는 열교환기(40)를 통해 가열된 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액을 스프레이 노즐(43)을 통해 공급하고, 또한 열풍발생기(50)를 통해 고온의 열풍을 공급하여 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액이 경량골재(S2)의 표면에 고르게 확산되어 건조되도록 한 구성을 갖춤으로써 경량 골재의 코팅에 있어 연속적인 생산이 가능하도록 하였다.
본 발명에서 드럼 믹서(20)는 배출구(22)의 높이를 투입구(21)보다 높게 설치하거나 구성함이 바람직하며, 이때 경사각은 대략 30～70°를 유지하도록 한다. 경사각이 30°보다 작은 경우 골재의 투입량이 너무 작아 경제적이지 못할 뿐만 아니라 토출까지 걸리는 시간이 짧아 레진이 완전히 코팅되지 않을 수 있고, 70°보다 큰 경우에는 골재의 레진 코팅 시간은 충분하나 코팅 두께가 두꺼워져 경량 골재가 무거워질 수 있다. 한편, 투입구(21)는 경량 골재가 역류하지 않도록 상방향으로 일정한 경사각을 갖도록 구성함이 바람직하다.
또한, 컨베이어벨트(30)는 이송 중에 경량 골재가 서로 달라붙지 않도록 벨트 표면에 일정한 진동을 부여할 수 있도록 구성함이 바람직하다.
다음은 도 1의 코팅 장치를 이용한 경량 골재의 흡수 방지를 위한 코팅 방법을 설명한다.
도 2는 경량 골재 표면에 레진을 도포하는 공정을 도시한 것으로, 이에 따른 경량 골재 코팅 방법은 호퍼(10)를 통해 드럼 믹서(20)의 투입구(21) 안으로 경량 골재(S1)를 공급하는 단계에서 시작된다. 골재 투입과 함께 열교환기(40)에서는 관로(41)(42)를 통해 공급된 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액을 가열하여 레진을 100cps 이하(바람직하게는 50cps 이하)의 점도로 낮추고, 이를 스프레이 노즐(43)을 통해 드럼 믹서(20) 내부의 경량 골재(S1)를 향해 분사한다.
이때, 가열 온도는 50～180℃ 이하가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 60～120℃ 이하가 좋다. 50℃보다 낮을 경우 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 점도가 100cps 보다 커 경량 골재에 대한 코팅이 고르게 이루어지지 않고, 또 180℃보다 높을 경우에는 열분해가 발생할 수 있기 때문이다.
레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액이 스프레이 노즐(43)을 통해 분사되면 회전하는 드럼 믹스(20) 내에서 경량 골재(S1)와 혼합되어 골재 표면에 코팅이 이루어지고, 열풍발생기(50)에서 공급된 고온의 열풍은 레진의 중합 반응 속도를 증가시켜 골재 표면에 고르게 확산되도록 함과 동시에 코팅된 골재 표면을 건조시킨다.
이와 같이 레진 단량체와 반응 개시제 또는 주제와 경화제의 혼합액으로 코팅된 경량 골재의 표면에 대한 건조는 레진 중합과 확산에 의해 코팅이 완료된 골재들끼리 서로 달라 붙지 않도록 이형시키는 효과도 있다.
본 발명의 장치에 의하여 최종적으로 코팅된 경량 골재는 기존 방법과 비교할 때 아래의 [표 1]과 같이 코팅 두께가 얇고 가압 후 콘크리트의 슬럼프의 변화가 작아 가압 흡수 억제 작용이 잘 이루어지고 있는 것으로 판단된다.
코팅재료명 코팅완료시간(hr) 흡수율(%) 가압후 무게변화율(%) 콘크리트의 슬럼프 변화(cm)
실시예 1 에폭시레진 4 6 0.1 3
실시예 2 아크릴레진 5 6 0.2 3
실시예 3 수분산성 아크릴 6 5 0.1 3
비교예 1 수분산성 아크릴 48 6 0.2 4
비교예 2 에폭시레진 24 6 0.1 3
상기 [표 1]에서 실시예 1～3은 본 발명의 고안된 장치에 의하여 코팅이 실시된 것이고, 비교예 1～2는 기존 방법인 침지법에 의하여 코팅된 것이다.
또한, 전체 공정의 시간을 비교한 결과 기존 방법의 침지법은 코팅 후 건조시간(건조에 의하여 무게 변화가 없을 때까지 걸리는 시간)이 평균 1～2일이 소요되는 반면, 본 발명에 의한 코팅은 전체 시간이 약 5시간으로 단축되어 약 10배 정도의 시간이 절약되어 매우 효과적인 코팅 방법으로 평가되었다.
따라서, 본 발명에 의하여 경량 골재를 코팅할 경우 매우 쉽고 값싸게 코팅할 수 있어 경량골재의 가압에 의한 흡수방지를 억제하여 구조물 등에 다양하게 사용할 수 있을 것으로 전망된다.

Claims (5)

  1. 경량 골재의 투입, 수용 및 배출이 가능하고, 투입된 경량 골재가 고르게 섞일 수 있도록 회전가능한 드럼 믹서;
    드럼 믹서의 일 단부로부터 상기 드럼 믹서의 내부에 투입된 경량 골재에 대하여 가압 흡수 억제제를 가열 공급하는 열교환기; 및
    드럼 믹서의 타 단부로부터 상기 투입된 가압 흡수 억제제의 가압 반응을 촉진하여 골재 표면에 확산되도록 상기 드럼 믹서 내부에 열풍을 공급하는 열풍발생기를 포함하는 구성으로부터 경량 골재 코팅의 연속적인 생산이 가능하도록 한 경량 골재 흡수 방지 코팅 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가압 흡수 억제제는 레진 단량체와 반응 개시제의 혼합물이며, 상기 열교환기는 레진 단량체와 반응 개시제가 각각 공급되는 복수의 관로 및 이들의 혼합물을 상기 드럼 믹서 내부로 스프레이하는 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 경량 골재 흡수 방지 코팅 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 드럼 믹서의 투입구에는 호퍼가 연결되어 코팅 전의 경량골재를 공급하고, 상기 드럼 믹서의 배출구에는 컨베이어벨트가 연결되어 코팅이 완료된 경량골재를 이송하되, 상기 컨베이어벨트는 이송 중에 경량 골재가 서로 달라붙지 않도록 벨트 표면에 일정한 진동이 부여되는 것을 특징으로 하는 경량 골재 흡수 방지 코팅 장치.
  4. 호퍼를 통해 드럼 믹서의 투입구 안으로 경량 골재를 공급하는 단계;
    열교환기를 통해 가압 흡수 억제제인 레진 단량체와 반응 개시제의 혼합액을 가열하여 레진의 점도를 낮추는 단계;
    노즐을 통해 상기 가열된 레진 단량체와 반응 개시제의 혼합액을 드럼 믹서 내부에 스프레이하는 단계;
    드럼 믹스의 회전에 의해 상기 스프레이된 레진 단량체와 반응 개시제의 혼합액이 경량 골재와 혼합되는 단계;
    열풍발생기에 의해 고온의 열풍이 레진의 중합반응 속도를 증가시켜 골재 표면에 고르게 확산시키고 골재 표면을 건조시키는 단계; 및
    코팅 및 건조가 완료된 경량 골재를 배출 및 이송하는 단계를 포함하는 경량 골재 흡수 방지 코팅 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    레진 단량체와 반응 개시제의 혼합액에 대한 가열 온도는 50～180℃를 유지하고, 레진의 점도는 100cps 이하를 유지시키되, 상기 레진은 에폭시, 아크릴, 불포화 폴리에스터 및 폴리우레탄을 포함하는 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 경량 골재 흡수 방지 코팅 방법.
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