KR101420277B1 - 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물 및 이를 이용한 흄관의 제조방법 - Google Patents

무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물 및 이를 이용한 흄관의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 조성물 및 이를 이용한 흄관의 제조방법에 관한 것으로서, 원심성형법을 적용하지 않기에 제조공정 중 슬러지 발생이 없으며, 고품질의 고강도 콘크리트 흄관 제품을 성형할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있는 흄관 제조용 조성물 및 이를 이용한 흄관의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 흄관 조성물은, 결합재와, 결합재 100중량부에 대하여, 골재 150~400중량부, 조강유동화제 0.5~2.5중량부, 재료분리방지제 0.1~0.5중량부, 탄성콘크리트용 수지 1~5중량부, 및 투수방지제 0.1~0.5중량부를 포함하고, 결합재의 중량을 기준으로 하여 19~45중량%의 물을 포함하며, 상기 골재는 직경 13mm~40mm의 굵은 골재와 모래로 이루어지고, 모래의 양이 굵은 골재에 대해서 30~90중량%인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 흄관 조성물을 거푸집에 투입한 후, 20℃/hr의 조건으로 60℃까지 승온시키고, 60℃를 유지하며 3시간 동안 양생과정을 거치며, 거푸집으로부터 흄관을 분리하는 과정으로 제조되는 흄관 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물 및 이를 이용한 흄관의 제조방법{Composition and method for manufacturing hume pipe under no-centrifugation and no-vibration mode}
본 발명은 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물 및 이를 이용한 흄관의 제조방법에 관한 것으로서, 원심 성형법을 적용하지 않음으로써 공정 중 슬러지 발생이 없으며, 성형시간을 단축시킬 수 있고, 고강도 콘크리트 흄관의 제조가 가능한 흄관 제조용 조성물 및 이를 이용한 흄관의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 흄관(hume pipe)은 콘크리트를 소재로 하여 내부통로, 예를 들어, 통수로가 확보되도록 형성되는 관체로 제작되고, 필요한 해당 시공위치의 지중에 매설 시공되는 것으로, 통상, 상·하수, 농수, 급·배수 또는 오,폐수 등을 통수시키는 데에 사용되는 배수관로용으로 주로 사용된다.
이와 같은 콘크리트 흄관의 제조 공정은, 먼저 콘크리트 배합물을 원심 성형법을 통하여 약 15~30분간 회전 성형하고, 이후 3~4시간 거치시킨 후, 20℃/hr의 속도로 80℃까지 승온시키는 과정을 거치며, 이후 약 4~6시간 동안의 양생과정을 통해 완성된다.
이와 같은 증기 양생 흄관 제조용 조성물로서, 예를 들어, 발명의 명칭이 "시멘트 조성물 및 이것을 이용한 콘크리트 및 콘크리트 제품의 제조방법"인 특허 제10-0669477호에 기재된 조성물이 있으며, 상기 특허에서 개시하고 있는 조성물은 포틀랜드시멘트(Portland cement) 또는 혼합시멘트에 대하여, 4N염산 소비량이 70~500ml인 생석회 덩어리를 브레인비 표면적당 3000cm2/g 이상으로 분쇄한 생석회분말을 CaO 환산하여 3~15중량% 첨가한 시멘트 조성물이다.
그러나, 상기와 같은 고속 원심 성형법을 통한 콘크리트 흄관의 제조공정은 제조시간이 장시간 소요되고, 내·외부 표면이 깨끗하게 성형되지 못하며, 치수가 불안정하고, 저강도 제품이며, 스팀양생 시간이 지연되는 등의 문제점이 있었다.
또한, 원심 성형 시설이 고가이고 대부분의 공장이 크기별로 원심 성형 몰드를 1개씩만 가지고 있어 생산량에도 한계가 있었다
상기 기재된 바와 같은 단점뿐만 아니라, 콘크리트 흄관의 원심 성형과정에서는 물과 시멘트의 혼합물인 다량의 슬러지가 배출되는 문제점이 있는데 이러한 슬러지에는 다량의 시멘트를 혼합하고 있어 재료 손실의 문제점이 발생하고, 또한, 발생된 슬러지는 대부분 매립하거나 폐기물로 처리하는데 이 과정에서 슬러지는 ph 12~16에 해당하는 강알칼리로 매립시 주변 토양을 오염시키는 문제점도 있었고, 이와 같은 슬러지가 모두 제거되지 않은 상태로 흄관이 현장에 매설되면 토양 및 수질 오염을 발생시키는 문제점도 있었다.
한편, 수중 양생용 모르타르로서, 발명의 명칭이 "감람석을 이용한 수중 불분리 고강도 모르타르 조성물"인 특허 제10-0967411호는 조강 시멘트, CSA, 석고 등을 사용하여 수중 불분리 모르타르의 응결시간이 보통 24시간에 초결이 나타나므로 이를 앞당기기 위한 보수용 모르타르를 개시하고 있다.
그러나, 상기 특허에 기재된 바와 같은 모르타르는 점성이 너무 높아서, 유동성과 점성을 동시에 가져서 재료분리 방지 및 충진성을 확보해야 하는 흄관의 제조용으로는 적합하지 않다.
또한, 일본 공개특허 공보 특개2007-269591호는 4종 저열 포틀랜드 시멘트와 함께, 재료분리 방지 목적으로 슬래그 파우더와 실리카 흄, 석회석 분말을 사용하는 조성물을 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허공보에 개시된 조성물에서 사용되는 종류의 재료분리 방지제를 사용하는 경우에, 균열에 대한 저항성이 매우 약하다는 단점을 지니고 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 콘크리트 흄관의 제조시 원심 성형법을 적용함에 따라 발생하는 각종 문제점을 해소하고, 고강도 콘크리트 흄관 제품을 형성할 수 있는 흄관 제조용 조성물 및 이를 이용한 흄관의 제조방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로, 본 발명은 결합재와, 결합재 100중량부에 대하여, 골재 150~400중량부, 조강유동화제 0.5~2.5중량부, 재료분리방지제 0.1~0.5중량부, 탄성콘크리트용 수지 1~5중량부, 및 투수방지제 0.1~0.5중량부를 포함하고, 결합재 100중량부에 대하여 19~45중량부의 물을 포함하는 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물로서, 상기 골재는 직경 13mm~40mm의 굵은 골재와 모래로 이루어지고, 모래의 양이 굵은 골재 100중량부에 대해서 30~90중량부인 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 흄관 제조용 조성물을 이용하여 거푸집 내에서 무원심 및 무진동 방식으로 성형하는 흄관 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물 및 이를 이용한 흄관의 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에 따른 흄관은 원심 성형 방식을 적용하지 않기에 성형과정 중 슬러지가 발생되지 않으며, 이는 슬러지 제거 공정이 생략되어 생산성이 향상되고, 슬러지 배출시 다량의 원재료가 손실되는 문제점을 해소하였으며, 슬러지 처리에 따른 환경오염의 문제를 해결한 효과가 있다.
둘째, 본 발명에 따른 흄관은 원심 성형 방식을 적용하지 않기에 고가의 원심 성형시설을 구비하지 않아도 되고, 이에 따른 막대한 전력 사용이 없어 경제적인 효과도 있다.
셋째, 본 발명에 따른 흄관 제조용 조성물은 고강도 흄관의 제조가 가능하기에 흄관 콘크리트의 두께를 얇게 성형하여도 강도 기준을 만족시킬 수 있어 이에 따른 재료의 사용량을 줄일 수 있는 경제적 효과도 있다.
넷째, 본 발명에 따른 흄관 제조방법은 공정이 간단하고, 양생시간이 짧아서 생산성이 향상되는 효과가 있다.
다섯째, 본 발명에 따른 흄관 제조용 조성물 및 제조방법에 따른 흄관은 내부 및 외부 표면이 깨끗하게 성형되고, 치수가 정확하게 성형되기에 별도의 마감공정이 요구되지 않으며, 슬러지가 전혀 형성되지 않기에 현장에 흄관을 매설한 후에도 토양 및 수질 오염이 발생하지 않는 효과도 있다.
여섯째, 본 발명에 따른 흄관 제조용 조성물 및 제조방법에 따른 흄관은 균열에 대한 저항성이 일반 원심 흄관 제조용 조성물에 의해서 제조된 흄관에 비해서 30% 이상 더 높으며, 내산 및 내알카리 성능인 화학 저항성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무원심 및 무진동 방식으로 성형되는 흄관 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무원심 및 무진동 방식으로 성형된 흄관의 동탄성계수 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명은 결합재와, 결합재 100중량부에 대하여, 골재 150~400중량부, 조강유동화제 0.5~2.5중량부, 저점도 재료분리방지제 0.1~0.5중량부, 탄성콘크리트용 수지 1~5중량부, 및 투수방지제 0.1~0.5중량부를 포함하고, 결합재의 중량을 기준으로 하여 19~45중량%의 물을 포함하는 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물로서, 상기 골재는 직경 13mm~40mm의 굵은 골재와 모래로 이루어지고, 모래의 양이 굵은 골재에 대해서 30~90중량%인 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물을 제공한다.
바람직하게는, 본 발명의 흄관 제조용 조성물에서, 상기 결합재는 포틀랜드 시멘트를 주성분으로 하고, 고로슬래그 미분말, 플라이애쉬, 및 실리카 흄 중 하나 이상을 추가로 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 흄관 제조용 조성물에서, 상기 결합재는 포틀랜드 시멘트 40~80중량%, 고로슬래그 미분말 3~20중량%, 플라이애쉬 3~20중량%, 및 실리카 흄 3~20중량%를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 흄관 제조용 조성물에서, 상기 재료분리방지제는 셀룰로오스(Cellulose) 계열의 증점제, 스타치(Starch) 계열의 증점제 또는 섬유, 및 아크릴(Acryl) 계열의 증점제 중 최소 하나 이상이 적용된다.
바람직하게는, 본 발명의 흄관 제조용 조성물에서, 상기 탄성콘크리트용 수지는 VAE(Vinyl Acetate Ethylene: 비닐아세테이트에틸렌), EVA(Ethylene Vinyl Acetate: 에틸렌비닐아세테이트), SBR(Styrene Butadien Rubber: 스티렌부타디엔고무), 및 수성 아크릴(Acryl) 계열의 수지 중 최소 하나 이상이 적용된다.
바람직하게는, 본 발명의 흄관 제조용 조성물에서, 상기 투수방지제는 금속염인 스테아레이트(Stearate)계열과, 실란(Silane)계열과, 및 실록산(Siloxane)계열 중 최소 한 종 이상이 적용된다.
바람직하게는, 본 발명의 흄관 제조용 조성물에서, 조강유동화제가 폴리 카르복실레이트 에테르이다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명의 흄관 제조용 조성물을 제공하는 단계; 상기 흄관 제조용 조성물을 원통형 흄관의 성형을 위한 거푸집에 투입하고, 20℃/hr의 조건으로 60℃까지 승온시키는 단계; 상기 거푸집에 수용된 흄관 제조용 조성물은 60℃를 유지하며 3시간 동안 양생과정을 거치는 단계; 및 상기 거푸집으로부터 흄관을 분리함으로써 콘크리트 흄관을 획득하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무원심 및 무진동 방식으로 성형되는 흄관의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 흄관 제조용 조성물로부터 형성된 흄관을 제공한다.
본 발명에 따른 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물은 결합재와, 결합재 100중량부에 대하여, 골재 150~400중량부, 조강유동화제 0.5~2.5중량부, 재료분리방지제 0.1~0.5중량부, 탄성콘크리트용 수지 1~5중량부, 및 투수방지제 0.1~0.5중량부를 포함하고, 결합재의 중량을 기준으로 하여 19~45중량%의 물을 포함한다. 본 발명에 따른 흄관 제조용 조성물에서, 상기 골재는 직경 13mm~40mm의 굵은 골재와 모래로 이루어지고, 모래의 양은 굵은 골재에 대해서 30~90중량%인 것을 특징으로 한다.
상기 결합재는 시멘트를 주성분으로 하고 있으며, 고로슬래그, 플라이애쉬, 및 실리카 흄 중 최소 하나 이상을 추가로 포함하여 조성되는 것으로, 바람직하게는 결합재 전체 100중량%에 대하여 시멘트 40~80중량%, 고로슬래그 3~20중량%, 플라이애쉬 3~20중량%, 및 실리카 흄 3~20중량%를 포함하여 조성된다. 시멘트는 바람직하게는 1종 포틀랜드 시멘트(KS F 5201. TYPE 1)이다.
상기 고로슬래그는 제철공장의 고로 작업시 용광로에서 선철과 동시에 생성되는 용융 슬래그를 물로 급랭시켜 얻은 입상의 수쇄 슬래그를 건조하여 미분쇄한 것으로서 사용 목적에 따라서 석고를 첨가하는 경우도 있다. 이러한 고로슬래그 미분말을 혼합하게 되면 장기강도가 향상되며 수밀성의 향상, 염화물 이온 침투 억제에 따른 철근의 방청 억제 효과가 있다.
이와 같은 고로슬래그는 결합재 전체 100중량%에 대하여 3~20중량%가 포함되는 것이 바람직한데, 고로슬래그가 3중량% 미만으로 포함되면 그 효과가 미미하고, 20중량%를 초과하면 콘크리트의 초기 강도의 발현이 저하될 수 있어 양생시간이 길어져 비경제적이다.
상기 플라이애쉬(fly ash)는 화력 발전소 등의 연소 보일러에서 석탄을 미분말 형태의 연료로 사용하여 이를 연소할 때 배출되는 폐가스중에 포함된 석탄재를 집진기에 의해 포집한 특정 입도 범위의 입자이다. 이는 포틀랜드 시멘트의 수화 생생물로 시멘트 페이스트 중의 공극 구조내에 존재하면서 침투수와 함께 석출되는 수산화칼슘이나 수산화알칼리 혼합물을 고정하여 시멘트 페이스트 중의 공극을 채움으로써 콘크리트의 침투성을 개선하고, 침식성 화학물질에 대한 침투성을 억제함으로써 콘크리트의 강도와 내구성 증진에 뚜렷하게 기여한다.
이와 같은 플라이애쉬는 결합재 전체 100중량%에 대하여 3~20중량%가 포함되는 것이 바람직한데, 플라이애쉬가 3중량% 미만으로 포함되면 그 효과가 미미하고, 20중량%를 초과하면 콘크리트의 초기 강도의 발현이 저하될 수 있다.
상기 실리카 흄은 실리콘 금속이나 실리콘 합금의 제조 과정에 사용되는 전기 아크 용광로에서 나오는 산업 부산물이다. 이 실리카 흄은 주로 비정질 결정인 실리카를 80% 이상 함유하고 있으며 매우 미세하면서도 구형의 입자(평균입경 0.1㎛)로 구성되어 있다. 또한 이 실리카 흄의 화학적 성분은 90% 이상이 비결정질 SiO2로 이루어져 있어 실리카의 양이 많기 때문에 매우 효과적으로 포졸란 반응을 일으키므로 콘크리트의 장기적인 강도 증가에 긍정적인 영향을 미친다.
이와 같은 실리카 흄은 결합재 전체 100중량%에 대하여 3~20중량%가 포함되는 것이 바람직한데, 실리카 흄이 3중량% 미만으로 포함되면 그 효과가 미미하고, 20중량%를 초과하면 경제성이 좋지 못하다.
상기 조강유동화제는 콘크리트의 조기강도 발현을 목적으로 사용되는 것이며, 이는 결합재 100중량부에 대하여 0.5~2.5중량부가 포함됨이 바람직하다. 이때, 조강유동화제가 0.5중량부 미만으로 포함되면 유동성 저하로 작업성이 나빠지고 감수율이 낮아 강도가 저하되기에 좋지 못하며, 2.5중량부를 초과하여 포함되면 과도한 유동성으로 재료분리가 발생하여 표면이 매끄럽지 못하고, 또한 블리이딩이 발생하기에 선단 부분이 약화되어 부서질 수 있으므로 좋지 못하다.
상기 조강 유동화제로는 폴리 카르복실레이트 에테르가 포함되며, 바람직하게는, 폴리카르복실레이트 에테르(독일 BASF사의 MVA 2500)가 포함된다.
상기 재료분리방지제는 콘크리트의 재료분리 방지 목적으로 사용되는 것이며, 이는 결합재 100중량부에 대하여 0.1~0.5중량부가 포함됨이 바람직하다. 이때, 재료분리방지제가 0.1중량부 미만으로 포함되면 재료분리가 발생하여 블리이딩의 양이 많아지기에 좋지 못하고, 0.5중량부를 초과하여 포함되면 과도한 점성으로 충진성이 나빠지고 작업성이 저하되기에 좋지 못하다.
또한, 상기 재료분리 방지제로는, 저점도의 증점제로서, HPMC(Hydroxy Propyl Methyl Cellulose), Hydroxy Ethyl Methyl Cellulose(HEMC), HEC(Hydroxy Ethyl Cellulose), CMC(Carboxy Methyl Cellulose)등의 셀룰로오스(Cellulose) 계열의 증점제; 아밀라아제, 글루코아밀라아제 또는 플루라나아제(Pullulanase) 등의 스타치(Starch) 계열의 증점제; 섬유; 및 폴리아크릴아미드의 부분가수분해물 또는 아크릴아미드와 소듐 폴리아크릴레이트의 공중합체 등의 아크릴(Acryl) 계열의 증점제 중 최소 하나 이상이 사용된다.
상기 탄성콘크리트용 수지는 기존 흄관의 약점인 균열 저항지수를 높이고, 압축강도의 증진 및 방수 성능의 향상을 위한 목적으로 사용되는 것이며, 이는 결합재 100중량부에 대하여 1~5중량부가 포함됨이 바람직하다. 이때, 탄성콘크리트용 수지가 1중량부 미만으로 포함되면 균열 저항지수가 낮아지고 강도가 저하되며 방수성능이 좋지 못하고, 5중량부를 초과하여 포함되면 방수성능 및 탄성계수가 좋아져 품질은 향상되나 경제적이지 못하다.
또한, 상기 탄성콘크리트용 수지는 VAE(Vinyl Acetate Ethylene: 비닐아세테이트에틸렌), EVA(Ethylene Vinyl Acetate: 에틸렌비닐아세테이트), SBR(Styrene Butadien Rubber: 스티렌부타디엔고무), 및 폴리아크릴아미드의 부분가수물해물 또는 아크릴아미드와 소듐 폴리아크릴레이트의 공중합체 등의 수성 아크릴(Acryl)계열의 수지 등이 최소 하나 이상 적용될 수 있으며, 이 중 비닐아세테이트(Vinyl Acetate)의 함량이 높은 VAE(Vinyl Acetate Ethylene : 독일 바커(Wacker)사에서 제조 판매되는 상품명 'ETONIS')가 적용됨이 가장 바람직하다.
통상적으로, 탄성 콘크리트용 수지로서 주로 에폭시나 폴리 우레탄 수지가 사용되고 있는데, 이러한 방법으로 탄성체를 만드는 것은 수지의 가격이 고가이므로 적절하지 않으며, 수용성의 시멘트나 모르타르 또는 콘크리트에는 적용이 불가능하다. 본 발명의 무원심 흄관 제조용 조성물에서 사용하는 탄성콘크리트용 수지는 독일 바커(WACKER)에서 개발된 수지로 필요한 만큼의 탄성을 콘크리트에 적용할 수 있어 경제적이고, 비닐 아세테이트의 함량이 높고 에틸렌의 함량이 낮은 수용성 제품이다.
상기 투수방지제는 흄관에 방수성능을 향상시켜 물이 침투하지 못하도록 하고 그에 따른 흄관의 내구성을 증가시키기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 이는 결합재 100중량부에 대하여 0.1~0.5중량부가 포함됨이 바람직하다. 이때, 투수방지제가 0.1중량부 미만으로 포함되면 그 효과가 미미하고, 0.5중량부를 초과하여 포함되면 방수 성능은 좋아지나 강도가 저하되어 좋지 못하다.
또한, 상기 투수방지제는 아연 스테아레이트(ZINC STEARATE), 칼슘 스테아레이트(CALCIUM STEARATE) 등의 금속염인 스테아레이트(Stearate) 계열과, -아미노프로필트리에톡시실란(Silquest A-1100, Momentive Performance Materials Inc.)인 아미노 실란 등의 실란(Silane) 계열과, 및 플루오로실리콘 코폴리머(Dowcorning FS-1265, 300~10,000 CST), 에틸메틸, 메틸(2-페닐프로필) 실록산(Dowcorning 56 Additive), 폴리디메틸실록산(Shin-etsu, KF-96, 10~100,000 CST), 또는 디메틸 메틸(폴리에틸렌 옥사이드 아세테이트-캡핑됨)실록산(Dowcorning 57 Additive) 등의 실록산(Siloxane) 계열 중 최소 한 종 이상이 사용된다. 바람직하게는, 상기 투수방지제로는 금속염 스테아레이트가 사용되며, 이 경우에, 발수와 물의 침투를 막아 방수 및 발수 성능이 확보된다. 또한, 바람직하게는, 상기 투수방지제로는 실록산 계열 또는 실란 계열의 투수방지제가 사용되며, 이 경우에, 물의 침입을 원천적으로 차단할 수 있어 장기적인 내구성능의 확보가 가능하다.
본 발명의 흄관 제조용 조성물에서는 특정의 유동화제와 특정의 재료분리 방지제를 사용하면서 적합한 그 상대적인 양을 사용함으로써, 작업성을 개선하고 흄관의 강도를 증진시키기면서도 작업시의 재료분리를 방지하여, 무원심 및 무진동 방식에 의한 흄관의 제조를 가능하게 하고 있다.
본 발명의 발명자들은, 공정의 특성상 유동화 성능이 강하지 않은 유동화제와 고점도의 재료분리 방지제를 사용하는 통상의 흄관 제조와는 달리, 유동화제로서 말단 카르복시기를 함유하는 고유동 폴리카르복실레이트 에테르와 재료분리 방지제로서 상기 열거된 바와 같은 저점도 증점제를 각각 상기 특정된 바와 같은 양으로 사용함으로써 무원심 및 무진동 방식으로 흄관을 제조하였다. 이와 같이, 본 발명에서는 흄관 제조용 조성물이 유동성과 점성을 동시에 가져야 작업시 재료분리 방지 및 충진성을 확보할 수 있고 몰드 탈형 시 매끄러운 면을 가질 수 있으므로, 고유동성을 확보하면서도 적합한 점도를 지니도록 특정의 유동화제와 특정의 재료분리 방지제를 사용하고 있다.
또한, 본 발명에서는 경제성이 있는 일반 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하고 있으며, 이에 탄성 수지를 적용하여 균열에 대한 저항성능을 높이고 있다. 통상적으로, 흄관 등의 제품은 주로 지하에 매설되어 사용되어 지는데 이러한 지하 환경은 다량의 수분을 함유하고 있고 하수관의 경우 H2S가스에 의한 부식으로 장기적인 내구성능의 확보가 어렵다. 그러나, 본 발명의 흄관 제조용 조성물에서는 탄성수지의 사용으로 방수성능과 H2S에 의한 콘크리트 부식을 방지할 수 있고, 지진 등으로 인한 진동에 저항성을 가진다.
상기 흄관 제조용 조성물을 이용한 무원심 및 무진동 방식으로 성형되는 흄관의 제조공정은 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 결합재와, 결합재 100중량부에 대하여, 골재 150~400중량부, 조강유동화제 0.5~2.5중량부, 재료분리방지제 0.1~0.5중량부, 탄성콘크리트용 수지 1~5중량부, 및 투수방지제 0.1~0.5중량부를, 결합재의 중량을 기준으로 하여 19~45중량%의 물과 혼합하여 흄관 제조용 조성물을 제조하는데, 상기 골재는 직경 13mm~40mm의 굵은 골재와 모래로 이루어지고, 모래의 양이 굵은 골재에 대해서 30~90중량%가 되도록 하여 흄관 제조용 조성물을 제조한다(S10).
이후, 상기 흄관 제조용 조성물은 원통형 흄관의 성형을 위한 거푸집에 투입하고, 거푸집에 수용된 흄관 제조용 조성물은 20℃/hr의 조건으로 60℃까지 승온시킨다(S20).
이후, 상기 거푸집에 수용된 흄관 제조용 조성물은 60℃를 유지하며 3시간동안 양생과정을 거친다(S30). 따라서, 양생시간이 4~6 시간인 종래의 증기 양생 흄관 제조용 조성물에 비해서 1 내지 3 시간 단축될 수 있다.
이후, 거푸집으로부터 흄관을 분리하는 과정(S40)을 통해 무원심 및 무진동 방식으로 성형된 흄관의 제조가 완성되는데, 이때 거푸집에 진동을 인가하면 성형된 흄관의 탈형이 쉽게 이루어질 수도 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 참조로 하여 구체적으로 기재하고 있지만, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 >
1단계 : 1종 포틀랜드 시멘트 400kg, 고로슬래그 미분말 40kg, 플라이애쉬 20kg, 및 실리카 흄 40kg으로 조성된 결합재와, 모래 725kg, 자갈 1,000kg, 물 155kg, 폴리 카르복실레이트 에테르의 조강유동화제 7.5kg, 전분 계열의 재료분리방지제 1kg, 탄성콘크리트용 수지 10kg, 및 투수방지제 1kg을 혼합하여 흄관 제조용 조성물을 형성시켰다.
2단계 : 상기 1단계에서 형성된 흄관 제조용 조성물을 내측 직경 120㎝의 흄관을 제조할 수 있는 원통형 거푸집에 투입한 후 20℃/hr의 조건으로 3시간 동안 승온하여 60℃가 되도록 하였다.
3단계 : 거푸집에 수용된 흄관 제조용 조성물은 60℃를 유지하며 3시간 동안의 양생과정을 거쳤다.
4단계 : 양생과정을 거친 콘크리트 흄관은 거푸집 탈형 과정을 거치면서 무원심 및 무진동 방식으로 성형되는 흄관 제품을 획득하였다.
< 비교예 >
1단계 : 시멘트 460kg, 고로슬래그 미분말 40kg으로 조성된 결합재와, 모래 691kg, 자갈 1,100kg, 물 170kg, 및 유동화제 5kg을 혼합하여 흄관 제조용 조성물을 형성한다.
2단계 : 상기 1단계에서 형성된 흄관 제조용 조성물을 내측 직경 120㎝의 흄관을 제조할 수 있는 원통형 거푸집에 투입하되, 전체 흄관 제조용 조성물의 1/2만을 투입한 후 10분 동안 1차 원심성형을 실시하였다.
3단계 : 1차 원심성형 후 원통형 흄관 내벽의 슬러지를 제거하였다.
4단계 : 원통형 거푸집 내에 상기 1단계의 흄관 제조용 조성물 잔량을 모두 투입한 후 7분 동안 2차 원심성형을 실시하였다.
5단계 : 2차 원심성형 후 원통형 흄관 내벽의 슬러지를 제거하고, 치수보정 등의 마감작업을 실시하였다.
6단계 : 4시간동안 콘크리트 흄관의 거치상태를 유지하였다.
7단계 : 20℃/hr의 조건으로 4시간 동안 승온하여 80℃가 되도록 온도조건을 맞추었다.
8단계 : 80℃를 유지하며 4시간 동안의 양생과정을 거쳤다.
9단계 : 양생과정을 거친 콘크리트 흄관은 거푸집 탈형 과정을 거치면서 콘크리트 흄관 제품을 획득하였다.
상기와 같이 본 발명의 실시예에 따라 무원심 및 무진동 방식으로 성형되는 흄관은 원심 성형 방법을 적용하지 않음으로 성형과정 중 슬러지가 발생하지 않으며, 이는 슬러지 처리공정이 생략되어 생산성이 향상되고, 슬러지로 인한 재료의 손실을 막을 수 있어 경제적이며, 다량의 슬러지 폐기물처리에 따른 문제점이 발생하지 않는 효과가 있었다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 무원심 및 무진동 방식으로 성형되는 흄관은 생산공정이 단순화되고, 각각 공정의 처리시간이 짧기 때문에 생산성이 향상되는 효과도 있었다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 무원심 및 무진동 방식으로 성형되는 흄관은 내부 및 외부 표면이 깨끗하게 성형되고, 비교예와 같이 원심 성형 방법을 통해 성형되는 흄관과 비교시 치수가 정확하게 성형되어 별도의 마감공정이 요구되지 않는 효과도 있었다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 무원심 및 무진동 방식으로 성형되는 흄관은 고강도로 성형할 수 있기에 콘크리트 흄관의 두께를 얇게 성형할 수 있으며, 이와 같은 고강도 콘크리트는 양생과정에서도 자체 수화열이 발생하여 60℃까지만 승온하여도 양생이 가능하여 성형시간을 1 시간 단축할 수 있어 생산성이 향상되었다.
< 시험예 1 >
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 각각의 콘크리트 흄관을 이용한 시험값을 표 1을 통해 정리해보았다.
항목 실시예 비교예
양생 온도 60℃ 80℃
양생 시간 3 시간 4 시간
압축강도 SC(스팀양생)
AC(오토크레이브양생)		 58
91		 44
78
탄성계수 6.10 x 104 4.10 x 104
콘크리트의 pH 12 12
슬러지발생량 0kg 78kg
균열저항지수 130% 100%
내면의 상태 슬러지없이 깨끗함 슬러지 잔량으로 인해 마감작업 필요함
내측직경크기 120.0㎝ (균일함) 119 ~ 120.5㎝ (불균일함)
상기 시험결과와 같이 본 발명의 실시예에 따라 제조된 콘크리트 흄관은 비교예에 따라 제조된 콘크리트 흄관과 비교시 압축강도가 30% 이상 좋게 발현되었으며, 탄성계수가 50%정도 증가하였고, 균열저항지수도 30% 증가하였음을 알 수 있었다. 특히, 스팀 양생 및 오토크레이브 양생시에도 압축강도가 안정적으로 증가하였음을 알 수 있었다.
그리고, 내면 상태의 비교에 있어서 무원심 방법으로 성형된 본 발명의 실시예의 경우에는 슬러지 발생이 없이 깨끗하였으나, 원심 성형 방법을 통해 성형된 비교예의 경우에는 다량의 슬러지가 함유되어 있었으며 이를 제거하기 위해서는 별도의 마감공정이 요구되었다.
또한, 내측 직경에 대한 치수가 본 발명의 실시예에서는 120㎝로 균일하게 형성되었으나, 비교예에서는 119 ~ 120.5㎝ 범위로 형성되어 치수가 불균일함을 알 수 있었다.
< 시험예 2 >
상기 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 흄관은 고강도 콘크리트로부터 성형할 수 있기에 그 두께를 얇게 성형할 수 있는 반면, 비교예에 따른 콘크리트 흄관은 저강도 콘크리트이기에 성능을 만족하려면 그 두께가 두꺼워질 수 밖에 없었다.
표 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조하되 흄관 두께를 10㎝로 성형한 것에 대한 시편과, 상기 비교예에 따라 제조하되 흄관 두께를 12㎝로 성형한 것에 대한 시편을 획득하여 각각의 성능을 비교해보았다.
항목 실시예 비교예
시편두께 10㎝ 12㎝
양생 온도 60℃ 80℃
양생 시간 3 시간 4 시간
압축강도 SC(스팀양생)
AC(오토크레이브양생)		 50
90		 44
78
탄성계수 6.10 x 104 4.10 x 104
콘크리트의 pH 12 12
균열저항지수 130% 100%
상기와 같이 본 발명의 실시예에 따라 제조된 흄관은 고강도 콘크리트이기에 콘크리트 두께를 얇게 성형하여도 기존의 저강도 콘크리트에 비해 압축강도, 탄성계수, 균열저항지수가 더욱 향상되었음을 확인할 수 있었다.
< 시험예 3 >
상기 실시예 및 비교예로부터 제조된 시편의 동탄성계수 시험을 위하여 KS F 2560의 콘크리트용 화학혼화제 시험방법에 준하여 시험하였으며, 실시예 및 비교예로부터 제조된 시편을 +4℃ ~ -18℃에서 200사이클로 시험하였고 30사이클마다 상대 동탄성계수를 측정하여 표 3을 통해 정리해보았으며 이를 도 2와 같이 그래프로 나타내었다.
30사이클 60사이클 90사이클 120사이클 150사이클 180사이클 200사이클
실시예 99.8% 99.5% 99.5% 99.3% 98.8% 97.8% 96.5%
비교예 99.9% 96.5% 85.6% 78.2% 30.3% 0% 0%
상기와 같이 동결융해실험결과 내구성능이 실시예의 경우는 200사이클에서도 상대 동탄성계수가 96.5%로 나타나 동결융해에 대한 저항성이 매우 우수한 것으로 확인되었다. 반면 비교예의 경우에는 120사이클에서 상대 동탄성계수가 78.2%로 나타났고 이는 KS규정에 의한 80% 이상을 유지해야하는 상대 동탄성계수의 기준 조건을 만족하지 못하는 것으로 확인되었다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있는 것이다.

Claims (9)

  1. 결합재와, 결합재 100중량부에 대하여, 골재 150~400중량부, 폴리 카르복실레이트 에테르인 조강유동화제 0.5~2.5중량부, 저점도 재료분리방지제 0.1~0.5중량부, VAE(Vinyl Acetate Ethylene: 비닐아세테이트에틸렌), EVA(Ethylene Vinyl Acetate: 에틸렌비닐아세테이트), SBR(Styrene Butadien Rubber: 스티렌부타디엔고무), 및 수성 아크릴(Acryl) 계열의 수지 중 최소 하나 이상의 탄성콘크리트용 수지 1~5중량부, 및 투수방지제 0.1~0.5중량부를 포함하고, 결합재 100중량부에 대하여 19~45중량부의 물을 포함하는 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물로서, 상기 골재는 직경 13mm~40mm의 굵은 골재와 모래로 이루어지고, 모래의 양이 굵은 골재 100중량부에 대해서 30~90중량부인 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 결합재는 포틀랜드 시멘트와, 고로슬래그 미분말, 플라이애쉬, 및 실리카 흄 중 하나 이상을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 결합재는 포틀랜드 시멘트 40~80중량%, 고로슬래그 미분말 3~20중량%, 플라이애쉬 3~20중량%, 및 실리카흄 3~20중량%를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 재료분리방지제는 셀룰로오스(Cellulose) 계열의 증점제, 스타치(Starch) 계열의 증점제 또는 섬유, 및 아크릴(Acryl) 계열의 증점제 중 최소 하나 이상이 적용되는 것을 특징으로 하는 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 투수방지제는 금속염인 스테아레이트(Stearate)계열과, 실란(Silane)계열과, 및 실록산(Siloxane)계열 중 최소 한 종 이상이 적용되는 것을 특징으로 하는 무원심 및 무진동 방식으로 성형할 수 있는 흄관 제조용 조성물.
  7. 삭제
  8. 제 1항의 흄관 제조용 조성물을 제공하는 단계;
    상기 흄관 제조용 조성물을 원통형 흄관의 성형을 위한 거푸집에 투입하고, 20℃/hr의 조건으로 60℃까지 승온시키는 단계;
    상기 거푸집에 수용된 흄관 제조용 조성물은 60℃를 유지하며 3시간 동안 양생과정을 거치는 단계; 및
    상기 거푸집으로부터 흄관을 분리함으로써 콘크리트 흄관을 획득하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무원심 및 무진동 방식으로 성형되는 흄관의 제조방법.
  9. 제 1항의 흄관 제조용 조성물로부터 형성된 흄관.
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