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1. (WO2019066268) REFRACTORY LIGHTWEIGHT CONCRETE PANEL MADE OF WASTE FLAME RETARDANT POLYETHYLENE FOAM
Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3   4   5  (R91)   6   7   8   9   10   11  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

12   13   14  

과제 해결 수단

15  (R91)   16   17  (R91)   18  (R91)   19  (R91)  

발명의 효과

20   21  

도면의 간단한 설명

22   23   24   25  

발명의 실시를 위한 형태

26   27   28   29   30   31   32   33  (R91)   34  (R91)   35  (R91)   36   37  (R91)   38   39   40   41  (R91)   42   43   44  (R91)   45  (R91)   46  (R91)   47  (R91)   48  (R91)   49  (R91)   50  (R91)   51  (R91)   52   53  (R91)   54  (R91)   55  (R91)   56  (R91)   57  (R91)   58  (R91)   59  (R91)   60  (R91)   61  (R91)  

청구범위

1  (R91)   2  (R91)   3  (R91)   4  (R91)   5  

도면

1   2   3   4  

명세서

발명의 명칭 : 폐난연티폼 재 내 경량크리트패널

기술분야

[1]
본 발명은 폐난연스티로폼 소재 내화성 경량콘크리트패널에 관한 것으로서, 특히 흑연이 포함된 폐난연스티로폼을 재생골재로 활용한 폐난연스티로폼 소재 내화성 경량콘크리트패널에 관한 것이다.

배경기술

[2]
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
[3]
콘크리트 구조물의 대형화, 고층화에 따른 구조물의 자중감소 요구가 증대됨에 따라 콘크리트 구조물의 건설 자재로써 경량 콘크리트 패널이 많이 쓰이고 있다.
[4]
경량콘크리트 패널의 종류로는 압출성형 경량콘크리트 패널, 발포폴리스티렌 경량콘크리트 패널, 경량기포콘크리트 패널 등이 있다.
[5]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
압출성형 경량콘크리트 패널은 경량골재를 주원료로 하고, 제조방식은 압출성형 방식을 사용한다. 하지만 압출성형 경량콘크리트 패널은 밀도가 1.8g/cm 3
[6]
3으로써 비교적 크고, 주요 자재인 경량골재는 주로 수입골재를 사용하므로 가격이 고가인 단점을 가진다.
[7]
발포폴리스티렌 경량콘크리트 패널은 중앙부에 발포폴리스티렌비드와 시멘트 혼합물을 사용하고 섬유보강시멘트보드를 양면 접합하여 제조한다. 하지만 가격이 고가이고 시각적으로도 거부감을 주는 단점을 가진다.
[8]
경량기포콘크리트 패널은 시멘트와 무기질을 주원료로 하고, 알루미늄 분말을 사용하여 고온고압의기포로 증기양생을 거쳐 생산한다. 경량성과 내화성, 단열성이 우수하여 건설현장에서 널리 쓰고 있지만 압축강도가 작고 고가인 단점을 가진다.
[9]
따라서 앞서 언급한 경량콘크리트 패널의 단점을 보완하고 난연 성질을 개선한 폐난연스티로폼 소재를 골재로 사용하는 경량콘크리트 패널이 개발되고 있다.
[10]
하지만 폐난연스티로폼은 흑연을 포함하고 있어 파쇄를 통해 잉고트에서 골재로 생산하는 과정에서 부스러지는 비율이 높아 재활용되지 못하는 문제가 있었다.
[11]
또한, 잉고트 파쇄 골재의 경우 비정형 형상으로 원형골재에 비해 골재와 콘크리트 혼합물 사이의 접착성이 낮아 강도가 떨어지는 등 재생 능력이 떨어지는 문제가 있었다.

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[12]
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 난연 스티로폼 소재를 사용하여 경량 콘크리트 패널의 난연 성능을 개선한 폐난연스티로폼 소재 내화성 경량콘크리트패널을 제공함에 있다.
[13]
또한, 폐스티로폼의 재활용을 통해 원가를 절감할 수 있는 폐난연스티로폼 소재 내화성 경량콘크리트패널을 제공함에 있다.
[14]
또한, 기존 경량콘크리트패널에 비해 압축강도가 크고, 수분 흡수율이 작은 폐난연스티로폼 소재 내화성 경량콘크리트패널을 제공함에 있다.

과제 해결 수단

[15]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
본 발명의 일 측면에 따르면, 폐난연스티로폼 소재 재생골재가 포함된 콘크리트 혼합물을 사용하여 제조되는 경량콘크리트패널로써, 콘크리트 혼합물은 단위체적비 기준 상기 재생골재 50~60%, 시멘트 12~20%, 물 20~30%, 팽창재 0.5~1.5%, 감수제 0.1~1.0% 로 각각 구성되는 내화성 경량콘크리트패널이 제공될 수 있다.
[16]
여기서, 재생골재는 공극률 10~30%인 것이 바람직하다.
[17]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
또한, 재생골재는 비중 0.50~2.0인 것 바람직하다.
[18]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
또한, 재생골재는 타원 형상이며 직경 0.1~20mm인 것이 바람직하다.
[19]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
또한, 콘크리트 혼합물은 골재와 시멘트의 점착성을 높이기 위해 단위체적비 기준 증점제 0.02~0.10%를 더 투입되고, 경량콘크리트패널은 압축강도 12~16Mpa, 휨강도 2.9~4.0Mpa인 것 것이 바람직하다. 또한, 재생골재에는 단위체적비기준 연탄재미분 3~ 5%를 더 포함하는 것이 바람직하다.

발명의 효과

[20]
본 발명에 따르면, 흑연 성분이 포함되어 특수 폐기물에 해당되는 폐난연스티로폼을 재생골재로 재활용함으로써 부존 자원을 절약하고 환경 파괴를 방지할 수 있다.
[21]
또한, 건축물에 난연 재질의 마감재를 의무적으로 사용해야 하는 범위가 강화되는 것에 대응이 용이하다.

도면의 간단한 설명

[22]
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐난연스티로폼 재생골재를 이용한 내화성 경량콘크리트패널을 제조하는 개략 공정도.
[23]
도 2는 도 1의 공정도에 의해 제조된 경량콘크리트패널의 휨보강을 위하여 보강물이 내부에 삽입된 도면.
[24]
도 3은 도 1의 공정도에 의해 제조된 경량콘크리트패널 실재 제품 예.
[25]
도 4는 기포를 사용한 종래의 경량콘크리트의 실재 제품 예.

발명의 실시를 위한 형태

[26]
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
[27]
본 발명은 흑연성분이 포함되어 있어서 재활용이 거의 되지 않기 때문에 특수폐기물로 처리되고 있는 난연스티로폼 폐기물을 활용한다. 이런 폐난연스티로폼을 사용하여 콘크리트패널을 생산하면 기존의 경량콘크리트에 비해 압축강도가 크고 흡수율이 작음에도 가격이 저렴한 콘크리트패널을 생산할 수 있다.
[28]
본 발명에서는 난연 스티로폼 폐기물을 활용하여 본 발명에서 얻고자 하는 내화성 경량콘크리트패널을 제조하는 과정을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 하기와 같다.
[29]
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐난연스티로폼 재생골재를 이용한 내화성 경량콘크리트패널을 제조하는 개략 공정도이다. 도 2는 도 1의 공정도에 의해 제조된 경량콘크리트패널의 휨보강을 위하여 보강물이 내부에 삽입된 도면이다.
[30]
도 1을 참조하면, 내화성 경량콘크리트패널(100)을 생산하기 위해서는 폐난연스티로폼을 수거하는 단계(S1), 수거된 폐난연스티로폼을 분쇄하여 분말로 만드는 단계(S2), 분말의 폐난연스티로폼을 감용기를 사용하여 잉고트를 생산하고 파쇄기로 파쇄하는 단계(S3), 콘크리트 혼합물을 생성하는 단계(S4), 콘크리트 혼합물을 환봉이나 와이어메쉬로 휨보강을 하여 콘크리트패널을 생산하는 단계(S5)를 거치게 된다.
[31]
상세하게 살펴보면, 폐난연스티로폼을 수거하는 단계(S1)에서는 70%정도 재활용되고 있는 일반스티로폼에 비해서 흑연성분이 포함되어 있어 재활용이 되지 않는 폐난연스티로폼을 수거한다. 그동안 매립에 의해 처리되던 폐기물을 재활용하기 때문에 콘크리트패널의 생산단가를 절감할 수 있고, 환경오염 문제도 해결할 수 있다.
[32]
수거된 폐난연스티로폼을 분쇄하여 분말로 만드는 단계(S2)에서는 폐난연스티로폼을 재생골재로 활용하기 위해 잘게 부숴서 분말로 만드는 것이다.
[33]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
잉고트를 생산하는 단계(S3)에서는 분말 형태의 폐난연스티로폼을 감용기에서 150~220℃의 온도에서 용융한 후에 압출하여 공극률이 10~30%를 형성하는 잉고트를 생산한다. 그리고 생산된 잉고트는 재생골재로 활용하기 위해 파쇄기로 파쇄한다. 이때, 파쇄된 잉고트는 0.1~20mm 크기의 직경을 가지는 타원형이 바람직하며 잔골재율 (S/A)은 전체골재에서 0.1mm 이하의 잔골재가 차지하는 비율로써 40~50%로 한정하는 것이 바람직하다.
[34]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
재생골재인 파쇄된 잉고트의 직경이 20mm 이상이 되면 시멘트와 혼합시에 재료분리로 인한 강도 저하의 우려가 있으며 직경이 0.1mm 이하인 미분에서는 비표면적이 커서 시멘트량이 증가되어 밀도가 커지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 파쇄된 잉고트의 직경을 0.1~20mm 사이로 유지하는 것이 바람직하다.
[35]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
또한, 잔골재율이 40%이하가 되면 슬럼프 저하가 발생하므로 40~55%가 적정하며 재생골재의 사용량이 많아지면 밀도는 작아지나 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 설계기준을 만족하는 압축강도 12~16Mpa를 만족하기 위해서는 잔골재율을 40~55%로 유지하는 것이 바람직하다. 위와 같은 비율로 재생골재를 형성할 경우에 그 비중은 0.5~2.0 이다. 따라서 앞에서 언급한 재생골재의 비율을 만족할 경우에는 콘크리트 건축물의 골조가 아닌 내부벽의 패널등으로 사용하기 위한 설계기준인 0.5~2.0 수준의 비중을 만족할 수 있다.
[36]
또한, 분말 폐나연스티로폼에 연탄재 미분을 3~5% 를 더 추가하여 재생골재인 잉고트를 생산할 수 있다. 잉고트에 연탄재미분이 더 포함하게 되면, 콘크리트패널의 내화성 및 방음성이 향상되고 기존보다 경량화된 콘크리트 패널을 제조할 수 있다.
[37]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
콘크리트 혼합물을 생성하는 단계(S4)에서는 콘크리트 혼합물을 1㎥를 기준으로한 단위체적비를 기준으로 하여 재생골재 50~60%, 시멘트 12~20%, 물 20~30%, 팽창재 0.5~1.5%, 및 감수제 0.1~1%로 각각 구성하여 생성한다. 이 비율은 본발명인 콘크리트패널은 제조할 수 있는 최적의 조건에 해당한다.
[38]
감수제는 콘크리트 혼합물의 작업성 및 강도를 동시에 만족시키기 위하여 사용되는 것으로써 적은양으로 물의 역할인 작업성을 높일 수 있는 물질이다.
[39]
콘크리트 혼합물에서 물의 비율이 상대적으로 높으면 작업성은 좋아지지만 강도가 약해지는 문제가 발생한다. 하지만 물의 비율을 너무 낮추면 강도는 높아지지만 작업성이 현저히 떨어지게 된다.
[40]
따라서 적당량의 감수제를 사용하면 물의 비율을 높이지 않고도 작업성을 유지할 수 있고, 물의 비율이 높지 않기 때문에 콘크리트의 강도를 높일 수 있다.
[41]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
따라서 앞에서 언급한 콘크리트 혼합물에서 압축강도 12~16Mpa 및 설계기준 최적의 작업성에 해당하는 슬럼프 값 15cm를 만족하기 위해서는 감수제를 0.1~1%로 구성하는 것이 바람직하다.
[42]
여기서 슬럼프란 아직 굳지 않은 콘크리트의 반죽질기를 나타내는 값으로 높이 30cm의 콘에 일정 방법으로 콘크리트를 넣고, 콘을 천천히 위로 뽑아내면, 콘크 리트는 부드러움의 정도에 맞게 자중으로 정점이 내려가는데, 이 정점의 하락의 정도값을 나타낸다.
[43]
재생골재와 콘크리트를 혼합하여 제조하는 본 발명의 패널과 같은 경우에는 골재사이사이에 콘크리트가 골고루 스며들어 혼합되어야 하기 대문에 18~21cm 의 기준값을 요구하며, 이 때 최적의 기준값은 15cm를 만족할 때이다.
[44]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
이때, 콘크리트 혼합물에 단위체적비를 기준으로 증점제 0.02~0.10%를 더 투입하여 재생골재와 시멘트의 점착성을 높일 수 있다.
[45]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
콘크리트패널을 생산하는 단계(S5)에서는 생성된 혼합물을 몰드에 타설하여 1기압, 70℃의 환경에서 24시간동안 양생하게 된다. 이때, 혼합물을 몰드에 주입하여 타설하기 전에 추가적으로 보강물(110)인 환봉이나 와이어메쉬를 설치하여 콘크리트패널의 휨을 보강한다. 이러한 보강을 통해 설계기준을 만족하는 휨강도 29~40Mpa을 만족할 수 있다. 팽창재는 일반적으로 패널로 사용하는 콘크리트의 수축을 방지하기 위하여 첨가하는 물질로써, 단위체적비 기준으로 0.5~1.5%로 구성하는 것이 바람직하다.
[46]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
도 2는 본 발명의 경량콘크리트패널의 일 실시예로써, 크기는 5,000~7,000mm(길이) x 600mm(폭) x 100~150mm(두께)이고, 풍하중에 대한 휨 강도를 보강하도록 내부에는 보강물(110)인 직경 10mm의 원형봉강이 삽입될 수있다..
[47]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
또한, 앞에서 언급한 크기의 패널을 제작하기 위해서는 일반적으로 두께가 5mm 이상인 강재로 된 금형을 만들어서 사용한다. 최종적으로 양생이 완료되면 생성된 콘크리트패널이 원하는 설계강도를 가지고 있는지 검사한 후에 출하하게 된다. 이하에서는 본 발명에 따라 제조된 경량콘크리트의 배합비율 변화 실험에 따른 압축강도를 보여준다. 재생골재, 시멘트, 물, 팽창재, 감수제의 배합비율을 달리하여 경량콘크리트를 생성하였다
[48]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
실험 방법은 강제식 믹서를 사용하여 혼합물을 비볐으며 같은 배합의 소량 콘크리트를 미리 비벼서 믹서 내부에 모르터가 부착한 상태로 만들어 둔다. 재료는 시멘트와 재생골재, 팽창재, 증점제의 순서로 투입하여 30초간 비빈 후에 유동화제와 물을 투입하고 180초~240초로 비비기를 하였다.
[49]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
비빈 콘크리트는 비빔판에 받아서 균일하게 될 때까지 콘크리트용 삽으로 비빈후 KS F 2403에 준하는 Φ10 X 20cm의 원주형 공시체를 제작한다. 제작 갯수는 시험을 하는 공시체의 재령은 7일, 28일 이므로 각 Type별로 재령 7일-3개, 28일-3개 총 6개를 제작하여 양생온도는 20℃로 하며 수중양생을 하였다.
[50]

[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018]
[표1]
<배합 비율표>


.
[51]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
상기 표 1은 배합 비율표로서 Type 1 내지 3은 본 발명의 적정 배합 비율 범위내이고 Type 4, 5는 시멘트의 적정비율(12~20%) 이하, Type 6,7은 시멘트 적정비율(12~20%) 이상을 나타낸다. 상기 배합에 따른 압축강도 및 슬럼프 값은 아래에 나타내었다.
[52]
내압축강도 시험 방법은 KS F 2405에 준하여 재령 7일, 재령 28일에 3개의 공시체의 시험을 실시하고, 그 측정 값을 평균하여 콘크리트 압축강도를 구하였다.
[53]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
[표2]
<압축강도 실허표>


.
[54]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
상기 표 2는 압축강도 실험표로서 실험표를 보면, Type 1 내지 3은 설계기준 압축강도(12~16Mpa)를 오차 범위 내에서 만족하고, 슬럼프 값도 최적값인 15cm를 나타낸다. 하지만 Type 4, 5는 시멘트의 비율이 적정비율 이하로 압축강도는 절반정도로 떨어져 강도가 미달되었고 슬럼프 값도 작게 나타났다. 또한, 시멘트의 비율이 적정비율 이상으로 포함된 Type 6, 7은 압축강도는 설계기준을 초과하였고 단위중량이 과다하여 경량콘크리트로써의 목적에 맞지 않았다. 더욱이 슬럼프 값이 20cm 이상으로 과도하여 작업성도 현저하게 떨어지는 것을 볼 수 있다.
[55]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
따라서 시멘트의 함유량이 적정비율 이하로 낮아지면 압축강도는 낮게 나타났으며, 반대로 시멘트의 함유량이 적정비율 이상을 높아지면 강도는 필요이상으로 강해지고 그에 따라 단위중량도 적정량을 초과하게 됨을 볼 수 있다.
[56]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
W/C는 단위체적비에 대응하는 물과 시멘트의 무게비율을 나타내는데, 이 비율은 모든 조건에서 50%로 설정하였다. 상기 표 3은 본 발명의 배합 비율별 실험 물성치를 나타낸다. 적정 배합 비율을 벗어나는 type 4 내지 7 은 설계기준 압축강도 및 슬럼프 값을 만족하지 못하기 때문에 건조수축, 내화성능 및 흡수율 등은 측정하지 않았다.
[57]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
기존의 경량기포콘크리트는 전체 체적의 70~80%가 기포로 형성되어 있어 압축강도(최대:7Mpa Ks기준)가 작고 내부가 다공질의 모세관 조직으로 구성되어 있어서 흡수율(5%/24hr)이 높아 결로가 쉽게 발생할 수 있다.
[58]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
반면에 본 발명인 폐난연스티로폼 소재 내화성 경량콘크리트패널(100)은 경량성, 내화성 및 단열성을 가지고 있을 뿐만 아니라 압축강도는 12~16Mpa로써 경량기포콘크리트보다 2배정도 크며, 흡수율 또한 3%/24h 로써 경량기 포콘크리트보다 작다.
[59]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
또한 경량콘크리트의 재료가 되는 폐난연스티로폼 재생골재의 제조 과정에서 난연 및 소음과 진동 흡수 능력이 뛰어난 연탄재미분을 단위체적비 기준 3~5%를 더 포함하여 배합할 수 있다.
[60]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
도 3은 도 1의 공정도에 의해 제조된 경량콘크리트패널 실재 제품 예이고 도 4는 기포를 사용한 종래의 경량콘크리트의 실재 제품 예이다.
[61]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

청구범위

[청구항 1]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
폐난연스티로폼 소재 재생골재가 포함된 콘크리트 혼합물을 사용하여 제조되는 경량콘크리트패널에 있어서, 상기 콘크리트 혼합물은 단위체적비 기준 상기 재생골재 50~60%, 시멘트 12~20%, 물 20~30%, 팽창재 0.5~1.5%, 감수제 0.1~1.0% 로 각각 구성되고, 상기 재생골재는 공극률 10~30%인 것을 특징으로 하는 내화성 경량콘크리트패널.
[청구항 2]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
제1항에 있어서, 상기 재생골재는 비중 0.5~2.0인 것을 특징으로 하는 내화성 경량콘크리트패널.
[청구항 3]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
제1항에 있어서, 상기 재생골재는 타원 형상이며 직경 0.1~20mm인 것을 특징으로 하는 내화성 경량콘크리트패널.
[청구항 4]
[규칙 제91조에 의한 정정 13.12.2018] 
제1항에 있어서, 상기 콘크리트 혼합물은 골재와 시멘트의 점착성을 높이기 위해 단위체적비 기준 증점제 0.02~0.10%를 더 투입되고, 상기 경량콘크리트패널은 압축강도 12~16Mpa, 휨강도 2.9~4.0Mpa인 것을 특징으로 하는 내화성 경량콘크리트패널.
[청구항 5]
제1항에 있어서, 상기 재생골재 제조 과정에서 단위체적비기준 연탄재미분 3~5%를 더 포함하여 배합되는 것을 특징으로 하는 내화성 경량콘크리트패널.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4]