KR900002528B1 - 슬래그 레진 콘크리트(slag resin concrete) 조성물 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

슬래그 레진 콘크리트(SLAG RESIN CONCRETE) 조성물

제 1 도는 슬래그 레진 콘크리트 조성물의 개략 제조 공정도이다.

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.

이와 같이 제조된 슬래그 레진 콘크리트는 다양한 용도로 사용되며, 고강도, 내충격성, 내약품성, 절연성, 수밀성이 양호하며, 철근과의 부착력이 우수함으로 경제적인 건설 자재로 이용될 수 있다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

특히, 고로 슬래그를 사용함으로써 고로 슬래그의 고로 슬래그 입자내의 공극 사이로 수지가 침입함으로써 접착력을 모래보다 월등하게 향상시키는 요인으로 작동하는 것으로 사료된다.

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.

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.

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.

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.

[실시예 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.

[실시예 2, 3, 4, 5]

실시예1과 같은 방법을 사용하고 배합중량%는 아래 표1과 같이 하여 하기 표2와 같은 결과를 얻었다.

[표 1]

상기와 같은 방법으로 제조된 슬래그 레진 콘크리트 조성물은 아래 표2에서와 같은 강도와 용도에 알맞는 것이며,

[표 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.

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.

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.

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.

Claims (4)

1. 범용합성수지 및 고로 슬래그로 구성된 콘크리트 조성물에 있어서, 원료에 따라 분쇄, 세척, 건조를 연속적으로 하나 또는 둘 이상 조합실시된 통상의 폴리프로필렌 7~10중량%, 폴리에틸렌 18~25중량%에 가열된 고로 슬래그 50~70중량%, 모래 또는 석회가 1~25중량% 및 보강제, 안료 그리고 방화방지제가 1~2중량%가 함유되는 것을 특징으로 하는 슬래그 레진 콘크리트 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 보강제로서 산화철, 과산화벤조일 중 하나 또는 둘이 0.1~0.3중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 슬래그 레진 콘크리트 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 산화방지제로 염화파라핀과 산화안티몬이 각기 0.05~0.2중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 슬래그 레진 콘크리트 조성물.
4. 범용 합성수지 및 고로 슬래그로 구성된 콘크리트 조성물을 제조하는데 있어서, (a) 통상의 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 두께 및 길이가 10~18㎜로 분쇄하고, 오염되어 있을시 물로 수세하고, (b) 상기 혼합레진을 함수율 0.1%미만으로 건조시키고, (c) 건조된 혼합레진을 180~230℃로 가열하면서 용융 및 혼합 스크류식 믹서에서 회전수 85회/1분으로 혼합시켜 액상 혼합물을 제조하고, (d) 상기 액상 혼합물에 보강제, 안료 및 산화방지제를 혼합하며, (e) 함수율 0.1%미만으로 건조된 슬래그 및 모래 또는 석회를 상기(d)의 액상 레진 혼합물과 120~130℃로 가열한 후 믹서의 압출기 형식의 스크류를 180℃로 가열하면서 혼합시키는 것을 특징으로 하는 슬래그 레진 콘크리트 조성물의 제조방법.

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