KR101217744B1 - 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고강도 콘크리트용 콘크리트 조성물에서, 폐석고; 모래; 및, 우뭇가사리 추출액, 향초 추출액, 불포화 폴리에스테르 액상수지 및 유기과산화물을 포함하는 혼화재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 상기 폐석고는 30~40중량부, 상기 모래는 30~40중량부 그리고 상기 혼화재는 20~40중량부로 구성되는 것을 특징으로 하거나,
상기 혼화재는 혼화재 100중량부에 대하여 우뭇가사리 추출액 1~2중량부, 향초 추출액 10~15중량부, 불포화 폴리에스테르 액상수지 81~88중량부 및 유기과산화물 1~2중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물을 제공한다.

Description

폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물{Concrete Composition For High-Strength Concrete Using Waste Plaster}

본 발명은 시멘트, 물, 골재(모래, 자갈 등) 및 혼화재 등으로 구성되는 종래의 고강도 콘크리트용 콘크리트 조성물에서 물을 사용하지 않으며 상기 시멘트를 대신하여 폐석고를 첨가하고 상기 혼화재를 대신하여 천연재료를 함유한 혼화재를 첨가한 것으로, 폐기물로 버려지는 폐석고를 시멘트 및 모래 등의 골재로 이용하고 해조류를 주성분으로 하는 천연재료를 함유한 혼화재를 사용하여 친환경적이고, 강도가 우수하며 균열 등의 하자가 발생하지 않는 구조적으로 우수한 경제적인 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

인광석에서 인산 비료를 생산하면서 자연적으로 발생되는 부산물과 화력발전소 등에서 발생되는 탈황석고를 ‘폐기물 석고’ 즉 ‘폐석고’라 말한다.

상기 폐석고는 재활용이 어렵고, 물에 쉽게 녹는 강알카리성 폐기물이기 때문에 공해상의 먼 바다에도 함부로 버리지 못 할 뿐만 아니라 매립토로 사용할 수 없다. 따라서 미봉책으로 별도로 마련된 적치장에 우수 및 흡착수에 의한 환경 위해물을 포함한 침출수 유출에 의한 악영향을 최소화하기 위해 비닐 커버를 이용하여 폐석고를 덮어서 적치하는 방법으로 관리만하고 있는 실정이다. 그러므로 폐기물적치장 유지 관리비만으로도 많은 비용이 소요되고 또한 폐기물 석고가 건조되어 바람에 날릴 경우 이는 2차적인 또 다른 환경오염을 초래할 위험이 높다.

2009년도 국회 국정감사에도 폐석고에 대한 많은 지적사항이 제기되었으며, 폐기물처리에 대한 어려움과 문제점 등으로 공장가동율을 현격히 낮추어 비료를 생산하고 있는 실정이다. 따라서 폐석고의 재활용 여부가 시급한 실정이나 현재로서는 일부 공업용 건축자재 및 시멘트 제조원료에 미미한 소량만이 재활용 처리가 되고 있어 근본적인 해결책이 되지 못하며, 폐석고 적치장 유지관리비만으로도 많은 예산이 소요되고 있다.

그러므로 상기 폐석고를 콘크리트용 골재 등으로 재활용 방안이 시급한 실정이다.

고강도 콘크리트란 건축공사표준시방서 기준으로 설계기준강도가 보통 콘크리트에서 400kg/㎠ 이상, 경량 콘크리트에서 270kg/㎠ 이상이 확보되는 콘크리트를 말하며, 고강도 콘크리트의 사용으로 내구성의 증진, 단면의 축소 및 그로 인한 자중 감소의 효과, 초기 강도의 증진에 따른 조기 거푸집 탈형 도로포장 공사시 보조기층 대체 재료 등을 기대할 수 있다.

종래의 고강도 콘크리트는 시멘트, 물, 골재(모래, 자갈 등) 및 혼화재 등으로 구성된다.

혼화재료 중 혼화제는 시멘트 용적에 1% 이하의 범위에서 약품적(藥品的)으로 소량 사용되는 것을 말하며 혼화재는 5% 이상의 범위의 것을 말하는 데, 모두 투입되는 양의 크기만 차이가 있을 뿐이고 보통 용어가 혼용되어 사용된다.

혼화재 등의 혼화재료는 작업성능 및 유동성 등을 확보하고 공기량 등을 조절하기 위해 사용된다. 상기 종래의 혼화재로 사용되는 것으로는 플라이애쉬, 실리카흄, 고로슬래그, 미분말, AE제(Air Entraining Agent), 감수제 또는 유동화제 등이 있으며 대부분 화학물질을 주성분으로 한다.

상술한 폐석고를 콘크리트의 시멘트 및 골재를 대신하여 사용하고 종래의 혼화재를 사용할 경우가 문제된다.

상기 종래의 혼화재는 일반적으로 분말(powder) 형태로써 소정의 물을 첨가하여 희석하여 사용하도록 되어 있다. 물을 첨가한 상기 종래의 혼화재를 폐석고에 사용할 경우 콘크리트 양생 전후의 과정에서 콘크리트 구조체에 많은 물을 흡수하는 현상이 발생한다.

따라서 콘크리트 구조체를 시공함에 있어, 폐석고를 골재 대신에 사용할 경우 종래의 혼화재를 대체할 특별한 수단이 없다면 상기 콘크리트 구조체는 기능을 상실하여 붕괴의 위험에 노출되게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다.

그 목적은 시멘트, 물, 골재(모래, 자갈 등) 및 혼화재 등으로 구성되는 종래의 고강도 콘크리트용 콘크리트 조성물에서 물을 사용하지 않으며 상기 시멘트를 대신하여 폐석고를 첨가하고 상기 혼화재를 대신하여 천연재료를 함유한 혼화재를 첨가한 것으로, 폐기물로 버려지는 폐석고를 시멘트 및 모래 등의 골재로 이용하고 해조류를 주성분으로 하는 천연재료를 함유한 혼화재를 사용하여 친환경적이고, 강도가 우수하며 균열 등의 하자가 발생하지 않는 구조적으로 우수한 경제적인 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 고강도 콘크리트용 콘크리트 조성물에서, 폐석고; 모래; 및, 우뭇가사리 추출액, 향초 추출액, 불포화 폴리에스테르 액상수지 및 유기과산화물을 포함하는 혼화재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물을 제공한다.

또한, 상기 폐석고는 30~40중량부, 상기 모래는 30~40중량부 그리고 상기 혼화재는 20~40중량부로 구성되는 것을 특징으로 하거나,

상기 혼화재는 혼화재 100중량부에 대하여 우뭇가사리 추출액 1~2중량부, 향초 추출액 10~15중량부, 불포화 폴리에스테르 액상수지 81~88중량부 및 유기과산화물 1~2중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.

첫째, 폐기물로 처리되는 폐석고를 시멘트 및 자갈 등의 골재로써 재활용하는 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물을 제공한다.

둘째, 폐석고와의 결합력이 우수하고 경화속도를 단축할 수 있는 친환경적인 천연재료를 함유한 혼화재를 종래의 혼화재를 대신하여 사용하는 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물을 제공한다.

셋째, 고가의 시멘트 및 자연의 기암 괴석을 훼손하는 쇄석골재의 사용이 없고 폐기물 석고의 처리비용까지 절감하는 경제적이고 부가가치가 높은 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물을 제공한다.

넷째, 시방서를 만족하는 고강도 콘크리트의 압축강도를 가지고 수중타설이 가능한 폐기물 석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물을 제공한다.

도 1은 본 발명의 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물을 이용하여 콘크리트 공시체를 만드는 과정을 촬영한 사진이다.
도 2는 도 1에서 제작한 공시체를 가지고 시험하는 과정을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명과 종래의 공시체의 흡수율 비교시험을 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명에 대한 품질시험 및 검사성적서이다.

이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물을 이용하여 콘크리트 공시체를 만드는 과정을 촬영한 사진이고, 도 2는 도 1에서 제작한 공시체를 가지고 시험하는 과정을 촬영한 사진이다.

그리고 도 3은 본 발명과 종래의 공시체의 흡수율 비교시험을 촬영한 사진이며, 도 4는 본 발명에 대한 품질시험 및 검사성적서이다.

본 발명의 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물은 시멘트, 물, 골재(모래, 자갈 등) 및 혼화재 등으로 구성되는 종래의 고강도 콘크리트용 콘크리트 조성물에서 물을 사용하지 않으며 상기 시멘트 및 골재를 대신하여 폐석고를 첨가하고 종래의 혼화재를 대신하여 천연재료를 함유한 혼화재를 첨가한 것으로,

본 발명의 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물은 고강도 콘크리트용 콘크리트 조성물에서, 폐석고; 모래; 및, 우뭇가사리 추출액, 향초 추출액, 불포화 폴리에스테르 액상수지 및 유기과산화물을 포함하는 혼화재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 그 배합비에서 상기 폐석고는 30~40중량부, 상기 모래는 30~40중량부 그리고 상기 혼화재는 20~40중량부로 구성하는 것이 바람직하고, 더불어 상기 혼화재는 혼화재 100중량부에 대하여 우뭇가사리 추출액 1~2중량부, 향초 추출액 10~15중량부, 불포화 폴리에스테르 액상수지 81~88중량부 및 유기과산화물 1~2중량부로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 폐석고는 상술한 바와 같이 인광석에서 인산 비료를 생산하면서 자연적으로 발생되는 부산물과 화력발전소 등에서 발생되는 탈황석고를 말하며, 물에 잘 녹기 때문에 재활용이 어려워 폐기물 처리에 어려움을 겪고 있다.

따라서 본 출원의 발명자는 친환경적이고 경제적인 폐기물 석고의 재활용을 위하여 본 발명을 착안하였다.

상기 폐석고는 종래의 시멘트와 산림을 훼손하고 기암괴석을 파괴하여 얻어지는 쇄석골재(자갈) 등의 골재를 대체하여 투입되며 상기 배합비는 시방서 기준의 압축강도를 만족시키는 범위에서 본 출원의 발명자가 여러 번의 실험과 시행착오를 거쳐서 찾아낸 것으로 40중량부가 가장 적당하다.

본래 모든 콘크리트조성물에는 골재로써 폐석고와 같이 미세입자로 형성된 재료는 물을 많이 흡수하고 물에 잘 녹기 때문에 자체 변형이 심하여 금지하고 있다.

왜냐하면 수분과 불순물의 함유량이 많고 폐석고 자체의 체적변화가 일어나 콘크리트 타설 후 잘 양생되지 않으며 내구성과 강도 측면에서 큰 문제를 일으키기 때문이다. 그러나 본 발명에서는 후술하는 천연재료를 포함한 혼화재의 사용으로 상기 문제점을 해결하였다.

상기 혼화재는 우뭇가사리 추출액과 향초 추출액의 천연성분과 불포화 폴리에스테르 액상수지 및 유기과산화물을 포함하며,

혼화재 100중량부에 대하여 우뭇가사리 추출액 1~2중량부, 향초 추출액 10~15중량부, 불포화 폴리에스테르 액상수지 81~88중량부 및 유기과산화물 1~2중량부로 구성하는 것이 가장 바람직하다.

상기 우뭇가사리 추출액은 해조류의 일종인 우뭇가사리를 고온에서 고아 끈끈한 물질인 우무를 만들어 추출하게 되고, 상기 향초 추출액은 은향초 내지 참도박으로 불리는 해조류의 일종인 향초를 고온에서 고아 끈끈한 물질인 접착제를 만들어 추출하게 된다. 본 출원의 발명자는 상기 우뭇가사리 및 향초 추출액에 천연 접착 성분이 있는 것에 착안하여 본 발명에 도입하기에 이르렀다. 이 밖에도 상기 우뭇가사리 추출액과 향초 추출액의 천연성분은 시공성을 확보하기 위한 슬럼프값을 조절하는 역할을 한다.

상기 불포화 폴리에스테르 액상수지는 폐석고의 입자를 캡슐(capsule)형상으로 코팅(coating)하여 폐석고를 자갈 등의 골재와 같이 단단히 경화시키는 역할을 한다. 또한 배합비로 천연재료를 함유한 혼화재 100중량부에 대하여 불포화 폴리에스테르 액상수지 81~88중량부로 구성하는 것이 가장 바람직하다.

상기 유기과산화물은 상기 불포화 폴리에스테르 액상수지를 굳게 만드는 경화재로써 기능을 수행한다. 또한 배합비로 천연재료를 함유한 혼화재 100중량부에 대하여 유기과산화물 1~2중량부로 구성하는 것이 가장 바람직하다.

상기 혼화재는 액상의 형태로써 종래의 혼화재와 달리 물을 투입하여 희석하고 사용할 필요가 없으므로 현장에서 시공성이 확보된다.

도 3은 본 발명과 종래의 공시체의 흡수율 비교시험을 촬영한 사진이다. 구체적으로 좌측 공시체가 본 발명으로 제작한 공시체이고, 우측 공시체가 종래방법으로 제작한 공시체이다.

도 3에 나타난 바와 같이, 사진 우측의 종래방법을 제작한 공시체는 물의 흡수가 발생한 반면 본 발명으로 제작한 공시체에서는 물의 흡수가 발생하지 않아 구조적으로 안정함을 확인할 수 있다.

도 4은 본 발명의 품질시험 및 검사성적서이다.

이 실험은 무근콘크리트를 포함한 일반적인 콘크리트의 조성물로만 국한되지 않고 특수 목적으로 사용되는 특히 고강도 콘크리트 조성물로서의 활용 가능성을 실험하기 위한 것이었다.

결과적으로 건축공사표준시방서에 명기된 고강도 콘크리트의 설계기준강도 400 kg/㎠(40 Mpa) 이상을 훨씬 상회하는 46.0~50.3 Mpa 까지의 압축강도를 얻을 수 있었다.

상술한 시험의 결과는 공학적 재료로서 현장에서 사용 불가능한 폐석고를 본 발명에 적용하면 무근콘크리트 강도 이상의 강도 발현에 따른 안전한 건축재료 및 개량지반공법으로 이용가능하다는 것을 나타낸다. 특히 고강도를 필요로 하는 건설자재 중 사석대체 재료로서의 대체사석을 개발하여 현장에서 사용할 수 있는 설계기준강도 20~40 MPa을 충분히 충족시킬 뿐 아니라 46.0~50.3 Mpa 까지 강도가 발현한 사실을 볼 때 특수 목적의 초고강도를 요하는 건설현장 등에서 적용할 수 있음이 입증되었다.

따라서 본 발명은 기존의 소일시멘트(soil cement), 고화토 처리공법 등 지반 안정처리공법과 전혀 다른 방법으로서 폐석고를 이용한 교량건설과 같은 수중 타설 공법과 기존의 구조체 보수보강과 폐석고를 이용한 고강도 무근콘크리트조성물로 건설현장에서 특수건설 분야에 적합하며, 골재 생산에 따른 자연훼손을 방지하고 공사비절감 및 민원야기에 대한 해결방안으로 그 역할이 클 것으로 사료된다.

예를 들면, 고강도 인터록킹, 호안블럭, 테트라포트, 돌망태공, 옹벽공 등에 사용될 수 있고, 연약지반 개량공법 적용과 기존의 파일기초 시공 시 소음 진동을 수반한 항타공법의 대체공법으로 무소음 무진동 기초공법으로 적용가능 할 뿐만 아니라 깊은 기초공법 대신 공사비, 공사기간, 건설공해발생 저감에 매우 유리한 얕은 기초공법에 이용가능하다.

본 발명의 본 발명의 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트는 방파제 세굴방지용 근고블럭, 피복석 TTP, 선착장의 물량장 시설, 지반안정처리, 하천 수제시설, 이형블럭, 공원화 도로시설, 임도 및 농로 노면 안정처리 및 기존 시설물 보강 등에 폭넓게 사용될 수 있다.

왜냐하면, 상술한 바와 같이 강도 및 내구성이 우수하고 수중타설이 가능하기 때문이다.

결론적으로 본 발명은 시멘트, 물, 골재(모래, 자갈 등) 및 혼화재 등으로 구성되는 종래의 고강도 콘크리트용 콘크리트 조성물에서 물을 사용하지 않으며 상기 시멘트 및 골재를 대신하여 폐석고를 첨가하고 상기 혼화재를 대신하여 천연재료를 함유한 혼화재를 첨가한 것으로, 폐기물로 버려지는 폐석고를 시멘트 및 모래 등의 골재로 이용하고 해조류를 주성분으로 하는 천연재료를 함유한 혼화재를 사용하여 친환경적이고, 강도가 우수하며 균열 등의 하자가 발생하지 않는 구조적으로 우수한 경제적인 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물을 제공한다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다.

따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

Claims (3)

1. 고강도 콘크리트용 콘크리트 조성물에서,
   폐석고;
   모래; 및,
   우뭇가사리 추출액, 향초 추출액, 불포화 폴리에스테르 액상수지 및 유기과산화물을 포함하는 혼화재;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물.
   
2. 제1항에서,
   상기 폐석고는 30~40중량부, 상기 모래는 30~40중량부 그리고 상기 혼화재는 20~40중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물.
   
3. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 혼화재는 혼화재 100중량부에 대하여 우뭇가사리 추출액 1~2중량부, 향초 추출액 10~15중량부, 불포화 폴리에스테르 액상수지 81~88중량부 및 유기과산화물 1~2중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐석고를 이용한 고강도 콘크리트 조성물.
   

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