KR970006996B1 - 중공경량골재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Description

중공경량골재 및 그 제조방법

본 발명은 점토, 질석, 혈암 및 규조토로 구성된 군에서 선택된 피복재 및 이 피복재의 소결온도 이하에서 연소가능한 심재로 구성된 성형체로부터 제조된 중공(中空) 경량 골재 및 이것의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 상기 피복재료를 심재상에 도포하고, 이렇게 얻어진 성형체를 소정온도로 소성시키므로써 얻어지는, 중공의 경량골재 및 이것을 제조하는 방법에 관한 것이며, 이렇게 제조된 중공경량골재는 구조 및 비구조용 경량골재로써 사용하는데 적합한 물성을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.

각종 구조물의 주요재료로 사용되는 콘크리트에서 골재가 차지하는 비중은 약 70% 정도이며, 최근의 급속한 경제성장과 건설기술등의 발달로 건축물이 대형화, 고층화 되어감에 따라 콘크리트의 수요가 급격히 증대되어 양질의 콘크리트용 골재부족현상을 초래하고 있어 골재의 재질적인 문제와 양적인 문제 해결이 건설재료분야의 큰 당면 문제로 제기되고 있다.

따라서 과거 천연골재인 강자갈, 강모래에만 의존하던 선진 각국에서는 천연골재의 부족 현상과 자연 보호의 측면에서 인공골재를 개발하기에 이르렀고, 콘크리트의 결점중 하나인 강도에 비해 자체의 중량이 큰것을 경감하고자 인공경량골재의 개발과 연구에 노력한 결과, 최근에 이르러서는 기술개발과 장기간의 연구성과를 토대로 경량콘크리트로 실용화 되고 있다.

이러한 경량 콘크리트들은 구조용 부재로써 보다는 단순한 방음, 방습 및 보온등 단열측면의 용도에 주로 사용되고 있으며, 이러한 경량콘크리트에 사용되는 인공경량골재들은 주로 고로슬래그, 점토, 규조토암, 석탄회, 점판암등을 고온에서 팽창 소성시킨 팽창 슬래그와 팽창 경량 골재들로써 대부분 비구조재로써 생산되고 있는 실정이다.

따라서 구조용 부재로써 경량콘크릴를 사용하기 위해서는, 콘크리트의 경량화에 적합하고, 또한 구조재로써 적합한 물성을 갖는 새로운 콘크리트용 경량골재의 개발이 요구되고 있다.

이러한 요구에 부응하여 본 출원인은 중공경량골재를 개발하게 되었다. 종래 인공경량골재들은 고로슬래그, 점토, 규조토암, 석탄회, 점판암등이 원료를 소정의 크기를 분쇄하여, 체가름한 다음, 입경별로 회전로에 넣어서 1,150∼1,250℃의 고온으로 소성패창시키거나, 상기 원료를 조립하여 건조, 조립, 고온 소성 및 팽창과정을 통해 제조되며, 이렇게 얻어진 골재들은 상기 소성과정중에 상기 원료 성분 자체에 포함되어 있는 각종 기화물질에서 발생된 개스, 즉 CO, CO₂, O₂, SO₂같은 성분들이 자체 폭발하거나, 원료중에 중탄산수소, 코카인, 황산염, 알카리성 황산염, 아황산나트륨 등의 팽창제를 첨가하여 팽창 현상을 유발시키므로써 내부에 미세한 독립기포를 다수 포함하는 다공체의 형상을 지니고 있다.

이와 같은 종래의 팽창점토골재, 팽창 슬래그 골재등과 같은 인공경량골재는 고온에서 소성팽창시키는 방법으로 제조되므로 인해 이러한 과정에 적합한 제조설비 문제로 제품의 단가 상승을 초래하며, 소재 원료가 불균일하거나 함수율이 많은 경우에는 고온소성에 의한 균열이 발생하기 쉽고 소성시에 탈수에 의해 폭열하기 쉬우므로 사전에 건조기로 충분히 건조시켜 소성해야 하는등 원료 제조시에 충분한 주의가 필요하다.

또한 종래의 경량 골재들은 골재 내부의 공극을 형성하는 다수의 독립기포와 연속기포들로 인해 보통골재와 비교해 볼때 높은 흡수율을 나타낼 뿐 아니라 그 흡수속도도 지속적이고 완만하여 100일을 경과하여도 그 흡수량이 증가하는 것으로 알려져 있다. 그러나 이와 같이 흡수율이 크면, 콘크리트와의 배합공정중에 용수를 흡수하여 콘트리트의 콘시스텐시를 변화시켜, 배합관리에 어려움을 초래함은 물론 지속적인 흡수성으로 인해 콘크리트의 시공연도를 불량하게 하여 바람직하지 못한 영향을 준다.

경량골재는 또한 특유의 다공성 내부구조로 인해 보통골재에 비해 비중이 낮다. 이러한 경량골재의 경량정도를 나타내는 기준은 각 골재마다 고유의 값을 나타내는 걸건비중치이다. 이와 같은 골재의 비중은 경량콘크리트의 단위 용적 중량에 직접 영향을 미치므로 경량콘크리트의 제조에 있어서의 골재의 비중을 적절한 값이하로 유지하여야 한다. 그러나 골재의 비중이 너무 작으면 재료분리가 일어나서 블리딩 현상이 생겨 콘크리트의 균질성을 손상시키기 쉽다. 이와 관련하여 대한 건축학회에서 제정한 건축공사 표준시방서 5.1.2에 의하면 경량콘크리트에 사용되는 경량골재는 기건상태의 골재를 물속에 넣어서 10분 후에 뜨는 낱알의 부립율이 10% 이하라야 한다고 규정하고 있다. 그리고 건설부 경량골재 콘크리트 기술지침서에서는 일본산 인공경량골재의 비중변화를 고려하여 절건비중이 l.0 이하로써 뜨는 입자가 10% 이하로 되자면 구조용 인공경량골재의 평균절건 비중은 1.2 이상이 되어야 한다고 제시하고 있다.

또한 구조물을 경량화 하기위한 경량골재콘크리트에서 가장 중요한 것은 골재의 단위용적 중량이다. 국제연합 재료구조시험소(RILEM)는 인공경량 콘크리트용 골재의 단위용적중량값으로 굵은 골재의 경우 0.98t/m³이하, 잔골재는 1.2t/m³이하여야 한다고 규정하고 있다.

그러나 종래의 인공경량골재들은 구조용골재로써 보다는 비구조재로써 주로 사용됨에 따라, 그 비중 및 단위용적중량이 구조용골재로써 요망되는 상기 기준에 비추어 볼때 바람직하지 못한 실정이 대부분이다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 종래의 인공경량골재가 안고있는 문제점을 해소하고 구조용 부재 및 비구조용 부재로써 사용하기 적합한 물성을 갖는 중공상태의 콘크리트용 경량골재를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 중공상태의 경량골재를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적은 점토, 질석, 혈암 및 규조토로 구성된 군에서 선택된 피복재를 분쇄하여 얻어진 미세립 분말을 적정량의 물과 배합하여 피복물을 제조하고, 이 피복재의 소결온도이하에서 연소가능한 재료로 이루어진 심재상에 상기 피복물을 도포하여 성형체를 제조하며, 이를 건조시킨 후, 건조시킨 성형체를 소성로내에서 상기 피복재를 소결시키고 심재를 연소시키는데 충분한 온도 및 시간동안 체류시킴으로써 심재가 점유하고 있던 부분을 중공부로 형성시키는 소성단계를 포함하는 방법에 의해 중공경량골재를 제조함으로써 달성될 수 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 사용되는 피복재로는 소성후 피복재료 자체의 강도가 높고 내구성이 우수하며, 흡수성이 적은 인공경량골재의 제조에 통상 사용되는 재료를 사용할 수 있으나, 점토, 질석, 혈암 및 규조토로 구성된 군으로부터 선택된 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 특히 점토가 바람직하다.

심재로는 상기 피복재의 소결온도 이하에서 연소가능한 재료, 예를들면 발포폴리스티렌비드, 쌀겨, 왕겨, 톱밥등을 사용할 수 있으며, 그중 발포폴리스티렌비드가 바람직하다. 심재는 구형이 바람직하며, 심재의 직경은 골재의 비중과 강도를 고려하여 피복재의 피복 두께에 따라 결정할 수 있으며, 일반적으로 1∼10mm가 적당하고, 5∼7mm 정도가 바람직하다. 본 발명은 상기 심재의 직경에 따라 골재의 입도조절이 용이한 장점을 지니고 있다.

본 발명의 중공경량골재에 있어서, 피복재의 피복두께는 골재의 경량성과 강도 및 흡수율 같은 물성을 고려하여 결정되며, 일반적으로 1∼5mm가 적당하고, 2∼3mm가 바람직하다. 피복재의 두께가 상기 범위를 초과하는 경우 골재는 경량의 범위를 벗어나는 비중을 나타내므로 바람직하지 못하고, 상기 범위 이하인 경우 골재는 소성과정중에 균열이 발생하거나 형상이 파괴되는 현상이 나타나므로 바람직하지 못하다.

본 발명에 의한 중공경량골재의 제조방법에 있어서, 미립상의 피복재 분말대 물의 배합 비율은 6 : 4 내지 8 : 2의 비율이 바람직하다. 피복재가 점토인 경우 점토 : 물이 배합 비율은 약 7 : 3이 적당하고, 7.7 : 2.3인 경우가 바람직하다. 이때 물의 배합 비율이 높은 피복골재는 소성가열후 점토피복 표면에 균열이 발생할 수 있으며, 점토의 배합 비율이 높은 피복 골재는 점토의 점착력 부족으로 심재에 피복처리가 어렵고 소성후에 파괴 현상이 나타난다. 상기 피복재를 심재에 도포하기 위하여 당해 기술분야에 공지된 통상의 장비, 예를들면 표면 코팅 시스템 등을 사용할 수 있다.

본 발명은 상기 피복재로 도포된 심재로 구성된 성형체의 소성단계에서 골재 표면의 경도와 형상 및 흡수율을 고려해 볼때 피복재가 소결하기에 충분한 소정의 온도 범위에서 상기 피복재가 소결되기에 충분한 시간동안 소성시키는 것이 적당하며 일반적으로 700∼1200℃, 바람직하게는 770∼830℃, 더욱 바람직하게는 약 800℃의 온도에서 약 5분간 체류시켜 소성시키는 것이 바람직하다. 상기 소성에 적합한 온도까지 소성로의 온도를 서서히 상승시키는 것이 바람직하며, 이 공정에서 소요되는 시간은 소성로이 종류 및 피복재의 종류에 따라 상이하지만, 약 30분 내지 제40분 정도가 일반적이다. 상기 성형체를 상기 온도 범위 이상에서 소성처리하면 온도상승에 의한 제품의 단가 상승외에도 피복재층내에 불필요한 다공성이 유발되거나 균열이 발생하여 바람직하지 못하다.

소성단계에 사용되는 장치는 온도센서를 구비하고 있어 화로 내부온도를 감지 및 제어할 수 있는 통상의 소성로, 예를들면 전기로, 가스로 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 중공경량골재는 소성과정의 소성 초기에 상기 심재가 연화하면서 발생한 CO₂및 H₂같은 가스가 소성로내에 있는 산소와 혼합하여 연소 발열량을 높여주고, 미연소가스는 골재의 내부 표면에 피막을 형성하며, 이 가스의 압력으로 골재 일부가 팽창하면서 심재가 점유하고 있던 부분은 중공부를 형성하는 기작에 의해 제조되는 것이다.

이렇게 제조된 중공경량골재는 상기 미연소가스에 의해 골재 내부표면에 형성된 피막으로 인해 흡수율이 저하되고, 골재단면과 표면의 형상에서 공극이 적고 밀실하여 종래의 인공경량골재에 비해 비중이 증가하고 강도가 우수하므로, 구조용 및 비구조용 경량골재로써 적합하다. 또한 본 발명의 방법은 심재의 직경에 따라 골재의 임도 조절이 자유로운 장점을 갖고 있다.

이하 본 출원인은 하기 실시예를 통해 본 발명의 중공경량공재의 제조방법의 일례를 들고, 이에 따라 제조된 중공경량골재와 기존의 인공경량골재의 물성을 비교시험하여 본 발명을 상세히 예시하고자 한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

(실시예 1)

중공경량골재의 제조방법

점토를 미분쇄기로 분쇄하고, No 50체를 통과시켜 미세립 점토를 제조하고, 이렇게 제조된 미세립 점토와 물을 7 : 3의 중량비로 배합하여 피복재를 제조했다.

직경 5∼7mm 정도의 구형 발포 폴리스티렌 비드상에 2∼3mm 두께로 상기 무기질 세립의 점토층을 도포하여 성형체를 제조했다. 이 성형체를 대기중에서 건조시켰다. 건조시킨 성형체는 화로 내부온도를 감지할 수 있는 온도센서에 의해 온도를 제어할 수 있는 전기로 내에 위치시키고 약 30∼40분 정도의 주기로 서서히 가열하여 온도를 800℃에 도달하게 하고, 이 온도에서 5분간 체류시켜 심재를 연소시킴으로써 중공부를 형성시키는 소성처리한 후, 상기 전기로의 가열을 멈추고 상기 로내에서 소성체를 방치하여 서서히 냉각시켰다.

(실시예 2)

기존 경량골재와 본 발명의 중공경량골재의 물성 비교

본 실시예에서는 상기 실시예 1에서 제조된 본 발명의 중공 경량 골재와 SSecom, Perlite 및 Vermiculite와 같은 기존 경량골재를 비중, 단위용적 중량 및 흡수율면에서 비교 시험을 실시했다. 이때 상기 언급한 기존경량골재인 SSeCOM(충남 예산 소재, 한국레카 주식회사 제품)은 고령토를 주원료로 높은 열로 팽창 소성시켜 다공체로 구성된 흙자갈이고, Perlite(경북 월성군 소재, 주식회사 삼손 제품)는 화산암지대에서 생산되는 진주암, 흑요석, 송지석 또는 이와 유사한 유리질 화산암을 적절한 입도로 분쇄하여 급속가열 팽창시켜 기밀성의 소기포체로 구성된 것이며, Vermiculite(충남 아산군 소재, 주식 회사 남해공업사 제품)는 질석으로 운모가 중화 또는 열수 변질하여 생성된 흑운모와 유사한 삼층구조형 층상구조의 점토광물이다.

상기 기존 경량 골재와 본 발명의 중공경량골재를 24시간 이상 침수시켜 유기 불순물을 제거한 뒤 KSF2502(골재의 체가름 시험방법), KSF 2503(굵은 골재의 비중 및 흡수량 시험방법), KSF 2505(골재의 단위용적 중량 시험 방법)에 의거하여 비중, 흡수율 및 단위용적 중량을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표와 같다.

상기 실시예를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 중공경량골재의 비중이 종래의 경량 골재에 비해 증가되었다. 이는 종래의 경량골재가 주로 비구조용으로 사용되어 왔고, 구조용 경량골재로 사용할 경우 골재의 강도가 낮아 문제가 있었음을 고려해 볼때, 본 발명의 골재는 종래에 비해 비중이 증가되어 구조용 경량 골재로 적합한 골재강도를 보유한 것임을 알 수 있다. 또한 본 발명의 골재의 비중값은 JIS A 5002 규정에 의한 바람직한 구조용 및 비구조용 경량골재의 절건비중값 범위에 해당한다.

또한 흡수율면에서도 본 발명의 중공경량골재의 흡수율이 종래의 경량골재보다 더 낮아, 콘트리트와의 배합관리 등에서 매우 우수한 효과를 제공함을 알 수 있다.

본 발명에 의해 강도 및 흡수율등과 같은 물성면에서 구조용 및 비구조용 경량골재로서 적합한 중공경량골재를 제조할 수 있으며, 이들은 그들의 입도에 따라 현재 강자갈, 강모래로 제조생산되는 모든 제품에 대체 골재로 사용될 수 있다.

이상 구체적인 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 본 발명을 단지 예시하기 위한 목적으로 제시한 것일 뿐 본 발명을 제한하기 위한 것으로 이해되서는 아니되며, 본 발명의 범위는 이하 첨부하는 특허청구의 범위에 의해 정의되고, 이 범위를 벗어나지 않는 한 당업자에 의해 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.

Claims (6)

1. 점토, 질석, 혈암 및 규조토로 구성된 군에서 선택된 피복재를 분쇄하여 수득된 미립분말을 물과 배합하여 피복물을 제조하는 단계, 상기 피복재의 소결온도 이하에서 연소가능한 재료로 이루어진 심재상에 상기 피복물을 도포하여 성형체를 제조한 후 이를 건조시키는 단계, 및 상기 건조시킨 성형체를 소성로내에시 피복재를 소결시키고 심재를 연소시키는데 충분한 온도 및 시간 동안 체류시킴으로써 중공부를 형성시키는 소성단계를 포함하는, 중공경량골재의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 심재가 발포 폴리 스티렌 비드, 쌀겨, 왕겨 및 톱밥으로 구성된 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 피복재가 점토이고, 상기 심재상에 상기 피복물을 1-5mm 두께로 도포하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 심재는 2-10mm 직경을 가진 구형 발포 폴리스티렌 비드인 것을 특징으로 하는방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 소성온도가 약 700-1200℃이고 상기 체류시간은 약 5분인 것을 특징으로 하는방법.
6. 점토, 질석, 혈암 및 규조토로 구성된 군에서 선택된 피복재를 분쇄하여 수득된 미립분말을 물과 배합하여 피복물을 제조하는 단계, 상기 피복재의 소결온도 이하에서 연소가능한 재료로 이루어진 심재상에 상기 피복물을 도포하여 성형체를 제조한 후 이를 건조시키는 단계, 및 상기 건조시킨 성형체를 소성로내에서 피복재를 소결시키고 심재를 연소시키는데 충분한 온도 및 시간 동안 체류시킴으로써 중공부를 형성시키는 소성단계를 포함하는 제1항의 방법에 따라 제조된, 성형체 내부의 심재부분이 중공부인 중공경량골재.