KR900002528B1 - Slag resin concrete composition - Google Patents
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Abstract
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Description
제 1 도는 슬래그 레진 콘크리트 조성물의 개략 제조 공정도이다.1 is a schematic manufacturing process diagram of a slag resin concrete composition.
본 발명은 고로 슬래그와 폴리프로필렌, 폴리에틸렌을 다른 적절한 첨가제와 혼합하여 기존 콘크리트 보다 우수한 압축, 인장, 파괴강도 및 부착력과 내구성이 양호한 일종의 슬래그 레진 콘크리트(SLAG RESIN CONCRETE) 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a type of slag resin concrete (SLAG RESIN CONCRETE) composition having better compression, tensile, fracture strength, adhesion and durability than conventional concrete by mixing blast furnace slag with polypropylene and polyethylene with other suitable additives.
이와 같이 제조된 슬래그 레진 콘크리트는 다양한 용도로 사용되며, 고강도, 내충격성, 내약품성, 절연성, 수밀성이 양호하며, 철근과의 부착력이 우수함으로 경제적인 건설 자재로 이용될 수 있다.The slag resin concrete prepared as described above is used for various purposes, and has high strength, impact resistance, chemical resistance, insulation, and watertightness, and can be used as an economical construction material because of its excellent adhesion with rebar.
기존의 시멘트를 사용하는 콘크리트는 해수 등과 접촉시 화학적 반응 및 물리적 강도 약화로 침식이 문제화되고 있으며, 또한 철근과의 부착력 부족으로 인한 필요 단면의 확대로 비경제적이고, 착색이 불가함으로 투박하여 미적 감각이 없으며, 지상 노출부분의 표면 도색이 불가피함으로 이중 비용이 요구되고 때로는 시각적인 측면에서 불쾌감을 유발하는 경우도 있다.Erosion is becoming more problematic due to chemical reaction and weakened physical strength when it comes to contact with seawater.In addition, it is uneconomical due to the expansion of the required cross section due to lack of adhesion with rebar, and it is clunky because it cannot be colored. There is no need for surface painting of exposed parts of the ground, which requires double costs and sometimes causes visual discomfort.
또한, 기존 시멘트 콘크리트는 기간이 경과함에 따라 반드시 균열이 발생한다. 따라서, 기존 시멘트 콘크리트의 문제점을 보완할 목적으로 안출된 여러가지 합성수지와 골재를 혼합하는 기존 레진 콘크리트(Resin Concrete)는 혼합되는 합성수지의 고가성으로 인해 경제성이 결여됨에 따라 대중화가 불가함으로 이를 재인식하고 경제적인 폐합성 범용수지(폴리프로필렌, 폴리에틸렌)를 이용하는 방법을 착안하여 많은 연구 및 실험을 하여 본 발명을 달성하게 된 것이다.In addition, existing cement concrete will necessarily crack as time passes. Therefore, Resin Concrete, which mixes various synthetic resins and aggregates designed to supplement the problems of existing cement concretes, cannot be popularized due to the lack of economics due to the high cost of mixed synthetic resins. The present invention has been accomplished by many studies and experiments with a focus on the use of phosphorus waste synthetic resins (polypropylene, polyethylene).
기존의 특수(또는 비범용) 합성수지를 이용한 콘크리트의 제조에는 본 발명의 원료로 사용되는 레진(폴리프로필렌, 폴리에틸렌)에 비하여 상당히 고가이며, 통상 산업계에서 사용량이 적은 폴리에스테르수지, 폴리우레탄수지, 페놀수지, 에폭시수지, 폴리부틸렌수지 등을 각기 골재와 혼합하여 특수 목적으로만 사용하였다.The manufacture of concrete using existing special (or non-general) synthetic resin is considerably more expensive than the resin (polypropylene, polyethylene) used as the raw material of the present invention, and is generally used in the industrial polyester resin, polyurethane resin, phenol Resin, epoxy resin, polybutylene resin and the like were mixed with each aggregate and used only for special purposes.
그러나, 이러한 기존의 합성수지 콘크리트 조성물의 원료가 되는 수지는 고가이고, 이러한 수지는 산업폐기물을 재생하여 재활용이 각각의 수지의 특유성(열경화성, 높은 용해온도 등) 때문에 용이하지 않으며, 설사 그 재생방법이 개발된다 하더라도 산업폐기물중 점유하는 비율로 볼때 공급량이 절대부족으로 범용성 및 경제성이 없다.However, the resin which is the raw material of the existing synthetic resin concrete composition is expensive, and such resin is not easy to recycle industrial wastes and recycle due to the peculiarities of each resin (thermosetting, high melting temperature, etc.) Even if developed, the share of industrial waste does not have universality and economic feasibility due to the absolute shortage of supply.
한편, 제철소에서 철광석과 코크스를 고로에 장입하고 고로내에 1200℃~1250℃의 열풍을 불어넣어 코크스를 연소시켜 철광석을 용해하는 과정에서 철광석과 코크스 중 불요성분 즉, 이산화규소, 산화알미늄, 유황 등(SiO2, Al2O3, S)은 융점이 높아 용융되지 않으므로 융점을 낮추고, 유동성을 좋게 하기 위해 석탄석(Ca源), 백운석(Mg源)을 첨가하는데, 이때 불요성분과 Flux가 반응하여 고로 슬래그는 폐기물로 처리되는데 이 또한 폐기물 처리의 곤란성이 심각해지고 있다.On the other hand, iron ore and coke are charged into the blast furnace at the steel mill, and hot air of 1200 ° C to 1250 ° C is blown into the blast furnace to burn the coke to dissolve iron ore. Since (SiO 2 , Al 2 O 3 , S) has a high melting point and cannot be melted, the melting point is lowered and coal source (Ca source) and dolomite (Mg source) are added to improve fluidity. As a result, blast furnace slag is treated as waste, which also increases the difficulty of waste treatment.
따라서, 본 발명의 연구자는 이상의 결점을 개량하기 위한 목적으로 연구를 거듭한 결과, 상기 문제점을 개선하고, 아울러, 산업폐기물 중에서 다수의 비율을 지지하는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 및 고로 슬래그를 혼합 이용함으로써 환경오염 및 공해문제를 해결하고, 기존 시멘트 콘크리트 조성물에 비해 강도, 내약품성, 원가절감을 목적으로 하는 혼합된 슬래그 레진 콘크리트 조성물을 제조하게 된 것이다.Therefore, the researcher of the present invention has been conducted for the purpose of improving the above-mentioned shortcomings, as a result of improving the above problems, and also by using a mixture of polyethylene, polypropylene and blast furnace slag that supports a large proportion of industrial waste. Solving the pollution and pollution problems, and compared to the existing cement concrete composition to prepare a mixed slag resin concrete composition for the purpose of strength, chemical resistance, cost reduction.
특히, 폴리프로필렌과 폴리에틸렌은 서로 성질이 다른 수지로서 고르게 혼합되지 않는 것으로 슬래그라는 매개체를 이용하여 폴리프로필렌과 폴리에틸렌을 고르게 혼합시키고 또, 그외 적절한 첨가제를 혼입시킴으로서 기존 수지 콘크리트 및 시멘트 콘크리트의 문제점을 해소코자 하는데 착안한 것이다.In particular, polypropylene and polyethylene do not mix evenly with each other because they have different properties. The problem of existing resin concrete and cement concrete is solved by mixing polypropylene and polyethylene evenly by using a slag medium and incorporating other suitable additives. I thought about doing it.
본 발명는, 통상의 폴리프로필렌과 폴리에틸렌을 그 원료의 구입방법에 따라 분쇄, 건조, 가열을 연속적으로 하나 또는 둘이상을 조합 실시하고, 이를 적정 비율로 배합하여 액화시킨 생성된 혼합물에 가열된 슬래그 및 보강제, 안료 그리고 연소방지제의 적당량을 혼합하여 연속적으로 제조하는 것을 특징으로 하는 슬래그 레진 콘크리트 조성물에 관한 것이다.The present invention provides a slag heated to the resulting mixture in which one or two or more of conventional polypropylene and polyethylene are pulverized, dried, and heated in combination according to a method of purchasing the raw materials, and compounded at an appropriate ratio to liquefy. The present invention relates to a slag resin concrete composition, which is continuously produced by mixing an appropriate amount of a reinforcing agent, a pigment and an anti-burning agent.
본 발명을 좀더 상세히 설명하면, 통상의 폴리프로필렌과 폴리에틸렌은 균일하게 액화 혼합시키기 위해서는 적절하게 가열해야 할 필요가 있는데 일반문헌의 액화온도와는 달리 250℃~300℃에서 폴리프로필렌과 폴리에틸렌은 기체화되어 승화되며, 밀폐되지 않은 용융조(용기)에서는 발화로 인하여 액화가 불가능함으로 밀폐된 용기에서 용기의 전면을 고르게 가열시킬 필요가 있고, 또한 용기내의 압력을 조절하기 위해 자동 압력 조절장치를 설치하고 나서야 비로소, 승화방지 및 발화방지가 가능하다는 사실을 다수의 실험에 의하여 본 발명자는 인식하게 되었고, 가능하면 폐합성 수지를 가늘고 적게(두께 및 길이가 약 10~18㎜) 분쇄시킨 후 용기에 투입하는 것이 바람직하다는 것도 또한 알 수 있었다. 이때에 특히 레진(폴리프로필렌, 폴리에틸렌)의 함수비율이 적을수록 열 에너지 소요량이 적어지고 재질도 좋다는 사실도 발견하게 되었다. 이렇게 제조된 양질의 레진(폴리프로필렌, 폴리에틸렌)을 약 180℃~230℃로 가열하면서 믹서로 혼합시켜 액상 혼합물을 제조한다. 이때 용융 및 혼합스크류식 믹서의 회전수는 1분당 약85회가 바람직하며, 스크류의 날의 각도는 스크류 길이방향에서 75°즉, 스크류 직각방향에서 전진방향으로 25°가 바람직하다. 이때 각기 레진의 비율은 용도에 따라 변화시키며 전체 혼합된 슬래그 레진 콘크리트 조성물에 대한 중량%로 폴리프로필렌 7~10%, 폴리에틸렌 18~25%가 바람직하며, 특히 폴리프로필렌과 폴리에틸렌이 가스로 다소 기화됨으로써 목적하는 비율의 약 3%정도 더 포함시키는 것이 조성물의 재질을 위해 양호하다. 이렇게 제조된 액상 레진을 사용하고자 하는 용도에 따라 슬래그 및 자갈, 모래를 사용하여 배합되며 조성물의 높은 강도가 필요시에는 고로 슬래그, 석회를 함께 사용하면 높은 강도를 얻을 수 있다.In more detail, the present invention needs to be properly heated in order to uniformly liquefy and mix polypropylene and polyethylene. Unlike the liquefaction temperature of the general literature, polypropylene and polyethylene are vaporized at 250 ° C to 300 ° C. It is necessary to heat the entire surface of the container evenly in a closed container because it is impossible to liquefy due to ignition in a non-closed melting tank (container), and also to install an automatic pressure regulator to control the pressure in the container. It was only by this experiment that the inventors recognized that sublimation prevention and ignition prevention were possible, and if possible, the waste synthetic resin was pulverized thin and small (thickness and length of about 10-18 mm) and then put into a container. It was also found that it is desirable to do so. At this time, it was also found that the smaller the water content ratio of the resin (polypropylene, polyethylene), the lower the heat energy requirement and the better the material. The high quality resin (polypropylene, polyethylene) thus prepared is mixed with a mixer while heating to about 180 ~ 230 ℃ to prepare a liquid mixture. In this case, the rotational speed of the melted and mixed screw mixer is preferably about 85 times per minute, and the angle of the blade is preferably 75 ° in the length direction of the screw, that is, 25 ° in the forward direction in the direction perpendicular to the screw. At this time, the ratio of the resin varies according to the use, and 7% to 10% of polypropylene and 18% to 25% of polyethylene are preferable as weight% of the total mixed slag resin concrete composition. Inclusion of about 3% further of the desired ratio is good for the material of the composition. According to the intended use of the liquid resin prepared in this way using a slag, gravel, sand is formulated and when the high strength of the composition is required using a blast furnace slag, lime together with a high strength can be obtained.
특히, 고로 슬래그를 사용함으로써 고로 슬래그의 고로 슬래그 입자내의 공극 사이로 수지가 침입함으로써 접착력을 모래보다 월등하게 향상시키는 요인으로 작동하는 것으로 사료된다.In particular, it is believed that the use of blast furnace slag acts as a factor that improves the adhesive force more than sand by invading resin between the pores in the blast furnace slag particles of the blast furnace slag.
레진의 보강제로서 규소질(SiO2)이 약 40중량%, 산화칼슘이 약 30중량%가 포함된 슬래그가 양호한 강도를 위해 적절하다는 것을 알았다. 또한, 슬래그와 사용 골재의 함수비는 0.1%이하인 것이 적절하고 석회와 첨가제의 재료도 함수비가 0.1%이하인 것이 적절하다.It was found that slag containing about 40% by weight of silicon (SiO 2 ) and about 30% by weight of calcium oxide as a reinforcing agent of resin was suitable for good strength. In addition, it is appropriate that the water content of slag and aggregate used is 0.1% or less, and the water content of lime and additives is appropriately 0.1% or less.
특히 이의 슬래그 및 골재의 함수비는 슬래그 레진의 콘크리트 조성물 강도에 결정적인 역할을 하며, 액화된 레진과의 배합과도 밀접한 관계로 세심한 주의를 요한다. 바람직하기로는 액화된 레진과 슬래그 배합시 슬래그를 약 125℃정도로 가열후 혼합하면 양호한 배합이 될 것이다.In particular, the water content of the slag and aggregate thereof plays a decisive role in the strength of the concrete composition of the slag resin, and close attention is required in close relation with the blending with the liquefied resin. Preferably, when the slag is mixed with the liquefied resin, the slag is heated to about 125 ° C. and mixed to obtain a good mixture.
배합방법으로는 압출 및 사출형태의 스크류에 전기가열기(반도형 히타)를 이용 스크류 자체를 180℃로 가열하면서 용융된 수지와 가열된 골재(슬래그, 모래)를 적정 비율로 투입하면 잘 배합된 액상 슬래그 레진 콘크리트를 얻을 수 있다. 골재(슬래그, 모래등) 가열방법으로는 드라이드럼(아스팔트 프란트용 골재건조기)을 사용하는 것이 좋으나 꼭 이 방법에 국한 되는 것은 아니다.As a compounding method, an electric heater (semiconductor heater) is used for the extrusion and injection type screw, and the molten resin and the heated aggregate (slag, sand) are added at an appropriate ratio while the screw itself is heated to 180 ° C. Liquid slag resin concrete can be obtained. As a method of heating aggregates (slag, sand, etc.), it is recommended to use a dry drum (asphalt plant aggregate dryer), but it is not necessarily limited to this method.
한편, 골제(슬래그)의 입도는 일반 시멘트 콘크리트 표준시방서중 프리케스트 부분 모래, 자갈 시방시에 준하고(모래 : 프리케이스트 : 제 9 조), (자갈 : 프리케이스트 : 제 13 조) 석회는 분말 상태로 덩어리가 있어서는 아니되며, 슬래그는 40번체를 90%이상 60번체를 10%미만으로 통과시킨 것이 더욱 효과적이다. 이때, 슬래그의 종류는 급냉과 서냉이 있으나, 어느쪽이나 영향이 없고 이는 제철과정에서 폐기되는 것으로 대량구득할 수 있으며, 저렴한 가격이다. 이 골재를 혼합시키는 비율도 사용용도에 따라 변화시킬 수 있으며, 전체 슬래그 레그 콘크리트 조성물에 대한 중량%로 슬래그 50~75%, 모래 1~25%이하가 일반 슬래그 레진 콘크리트이며, 고강도의 특수제품으로는 고로 슬래그 50~75%, 석회 1~25%의 배합이 이상적이다. 이렇게 제조된 혼합 레진과 슬래그는 사용용도에 따라 보강제, 연소방지제, 안료 등을 첨가배합한다. 보강제로는 석면, 산화철, 과산화벤조일 등을 용도에 따라 함량을 변화시켜 사용하며, 산화철 0.1%~0.3%, 과산화벤조일 0.1%~0.2%가 바람직하다. 연소방지제로는 염화파라핀과 산화 안티몬을 사용하며, 모두 0.1%~0.2%를 사용하는 것이 바람직하다. 안료로는 일반 합성수지용 안료를 사용하며 모두 0.03%~0.08%를 사용함이 바람직하다. 이렇게 혼합된 슬래그 레진 콘크리트를 제작하고자 하는 물품의 성형기에 넣은 후 프레스(압력기)등을 사용하여 10~40㎏/㎠로 압력을 가하여 냉각시키면 원하는 품질의 제품을 얻을 수 있는데 압력을 해제할 때의 제품온도가 60℃이하로 냉각되어야 한다.On the other hand, the granularity of aggregate (slag) is based on the precast part sand and gravel specification in the general cement concrete standard specification (sand: precase: article 9), (gravel: precase: article 13) Is not in the form of agglomerates, and slag is more effective in passing 40 to 90% or more and less than 10% of 60. At this time, the type of slag is quenching and slow cooling, but both have no effect and can be obtained in large quantities by being discarded in the steelmaking process, it is cheap price. The ratio of mixing this aggregate can also be changed according to the intended use, and the slag 50 ~ 75%, the sand 1 ~ 25% of the slag as the weight percent of the total slag leg concrete composition is a special high strength special product The ideal combination of blast furnace slag 50-75%, lime 1-25%. The mixed resin and slag thus prepared are added and blended with a reinforcing agent, an anti-burning agent, and a pigment according to the intended use. As the reinforcing agent, asbestos, iron oxide, benzoyl peroxide and the like are used in varying amounts depending on the application, and iron oxide 0.1% to 0.3% and benzoyl peroxide 0.1% to 0.2% are preferred. As the combustion inhibitor, paraffin chloride and antimony oxide are used, and both 0.1% and 0.2% are preferably used. As the pigment, a pigment for general synthetic resin is used, and all are preferably 0.03% to 0.08%. Put the mixed slag resin concrete into the molding machine of the product to be manufactured and apply pressure to 10 ~ 40㎏ / ㎠ using a press (pressure machine) to cool down to obtain the desired quality product. The temperature of the product should be cooled below 60 ℃.
[실시예 1]Example 1
폐품 수거된 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 각기 분쇄, 건조하여 수분 함량 0.1중량%로 하고, 폴리에틸렌 20중량%, 폴리프로필렌 8중량%를 가열기(200℃)로 가열시키면서 혼합하고, 다른 한편으로 슬래그 중량 60%, 모래 중량 11.4%를 일반프리케스트 콘크리트 표준시방에 준하여 입도 조절 후 골재의 온도를 125℃로 가열시켜 이를 상기 레진 배합물과 배합시키며, 그 다음 골재와 레진의 혼합물에 산화 방지제로 염화 파라핀 0.1중량%와 산화 안티몬 0.1중량%와 보강제로 산화철 0.2중량%와 과산화 벤조일 0.2중량%를 혼합시킨다. 이상과 같은 방법으로 제조된 슬래그 레진 콘크리트를 압착, 압출, 성형 냉각시키는 방법과 압출하면서 단계적으로 냉각하는 방법이 있는데 불균형 냉각은 조성물의 변경을 가져온다. 그에 대한 결과를 표2에 기재하였다.The collected polyethylene and polypropylene were crushed and dried separately to obtain a water content of 0.1% by weight, 20% by weight of polyethylene and 8% by weight of polypropylene were mixed while heating with a heater (200 ° C.), on the other hand, 60% of slag weight. After adjusting the particle size according to the general precast concrete standard, 11.4% of the sand weight is heated to 125 ° C to mix it with the resin blend, and then 0.1% by weight of paraffin chloride with antioxidant in the mixture of the aggregate and the resin. 0.1% by weight of antimony oxide and 0.2% by weight of iron oxide and 0.2% by weight of benzoyl peroxide as a reinforcing agent. The slag resin concrete manufactured by the above method is compressed, extruded, and molded and cooled, and the step is cooled while being extruded. Unbalanced cooling brings about a change in composition. The results are shown in Table 2.
[실시예 2, 3, 4, 5]EXAMPLE 2, 3, 4, 5
실시예1과 같은 방법을 사용하고 배합중량%는 아래 표1과 같이 하여 하기 표2와 같은 결과를 얻었다.Using the same method as in Example 1, and the blending weight percentage was as in Table 1 below to obtain the results shown in Table 2.
[표 1]TABLE 1
상기와 같은 방법으로 제조된 슬래그 레진 콘크리트 조성물은 아래 표2에서와 같은 강도와 용도에 알맞는 것이며,The slag resin concrete composition prepared by the above method is suitable for strength and use as shown in Table 2 below,
[표 2]TABLE 2
기존 시멘트 콘크리트가 압축강도(100~400㎏/㎠), 인장강도(20~70㎏/㎠), 휨강도(10~40㎏/㎠)인 것에 비하여 월등히 우수할 뿐만 아니라, 산, 알칼리 등의 약품에 대한 화학반응으로 손상되지 않으며, 특히 기존 시멘트 콘크리트는 완전 방수가 불가하므로 화학약품 침투가능에 대한 철근 부식 방지가 불가하였는데, 이를 해소시킬 수 있고, 해수에 의한 침입방지 효과가 크며 시멘트 콘크리트의 인장력 부족으로 철근피복부분 콘크리트에 균열이 발생함에 따라 구조물내에 배근된 철근의 산화로 인한 구조물이 수명의 단축되는 것을 완전히 해소시켰다.Existing cement concrete is superior to compressive strength (100 ~ 400㎏ / ㎠), tensile strength (20 ~ 70㎏ / ㎠), flexural strength (10 ~ 40㎏ / ㎠), and has excellent chemicals such as acid and alkali. It is not damaged by chemical reaction, and in particular, the existing cement concrete is not completely waterproof, so it was not possible to prevent the corrosion of reinforcing steel against chemical penetration, which can be solved, and it is effective to prevent intrusion by seawater and the tensile strength of cement concrete. The shortage of cracks in reinforced concrete concrete completely eliminated the shortening of the life of the structure due to oxidation of the reinforcing steel in the structure.
또한, 철근과의 부착력이 뛰어나고 절연성이 좋고 무엇보다도 경화시간(최소 2분, 최대 1시간이내)이 단축되고, 또한 상기 한 바와 같이 강도와 부착력이 우수하여 단면 축소가 가능하므로 경제성이 월등하다.In addition, the adhesion to the reinforcing bar is excellent, the insulation is excellent, and most of all, the curing time (minimum 2 minutes, up to 1 hour) is shortened, and as described above, the strength and adhesion are excellent, so that the cross-section can be reduced, so that the economy is excellent.
또한, 산업상 공해문제로 야기되는 폐기 폴리프로필렌과 폴리에틸렌을 적절히 이용함으로써 공해문제 해결은 물론 기존의 타합성수지를 이용하는 것에 비하여 경제성과 내약품성(산, 알칼리, 해수에 대하여)에 월등한 효과를 발생한다.In addition, by properly using the waste polypropylene and polyethylene caused by the industrial pollution problem, not only solve the pollution problem, but also have an excellent effect on the economic and chemical resistance (for acid, alkali, sea water) compared to using other synthetic resins. do.
단, 내열성(내화)에 약하므로 건축용 자재로 사용할 수 없는 것이 연구과제로 남아 있으나, 토목용 지하매설 및 열(90℃이하) 영향이 없는 건설 자재로는 기존 자재들보다 월등한 우수성이 있다.However, because it is weak in heat resistance (fire resistance), it cannot be used as a building material, but it remains a research task, but construction materials without civil underground laying and heat (below 90 ℃) are superior to existing materials.
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