요약
비정형 골재 대신 구형 골재를 사용하면 압축 강도가 34.2MPa 이상으로 향상되고, 함수율이 5.1% 이하로 감소한다는 사실, 알고 계셨나요? 전통적인 골재는 불규칙한 형상으로 인해 골재 사이에 공극이 많이 생겨 수분 침투와 내구성 저하의 문제가 있었습니다. 하지만 비정형 원료재에 특수 코팅을 적용하여 구형의 건설토목재료를 만들면 공극을 최소화하고 밀도를 높일 수 있습니다. 이를 통해 구조물의 압축 강도가 향상되고, 함수율이 감소하여 블랙아이스나 싱크홀 같은 재해를 예방할 수 있습니다.
기본 정보
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특허명: 건설토목재료, 건설토목재료 제조방법 및 건설 구조물용 조성물
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발명자: 허종완 교수
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출원번호: 10-2022-0126308
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등록번호: 10-2701945
상세 정보
배경 기술
비정형 골재의 한계
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비정형 골재는 형상이 불규칙하고 크기가 다양하여 골재 사이에 많은 공극이 발생함.
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골재 사이의 다수의 공극은 수분이 침투하기 쉬워 함수율을 높이고, 건설 재료의 내구성을 저하시킴.
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공극으로 인해 외부 압축이나 비틀림 등 물리적 외력에 대한 저항성이 감소하여 구조물의 안전성 문제가 발생함.
현재 기술의 문제점
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골재를 크기별로 분류하고 배합하여 공극을 최소화하려는 시도가 있었으나 근본적인 해결이 어려웠음.
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공극에 스며든 수분이 겨울철 결빙되면서 팽창하여 구조물에 균열이나 손상을 일으킴.
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결빙 방지를 위해 염화칼슘 등을 사용하지만, 이는 재료의 부식과 손상을 야기하고 환경에 부정적 영향을 끼침.
기술의 필요성
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구형의 건설토목재료를 적용하여 공극을 최소화하고 건설 재료의 밀도와 강도를 향상시킬 필요가 있음.
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코팅 기술을 통해 비정형 골재의 표면에 코팅영역을 형성하여 구형의 형상을 구현할 수 있음.
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실험 결과, 구형의 건설토목재료를 사용하면 압축 강도가 34.2 MPa 이상으로 향상되고 함수율은 5.1% 이하로 감소함이 확인되었음.
구현 방법
기술의 원리
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본 기술은 비정형 원료재에 두 가지 코팅영역을 형성하여 구형의 건설토목재료를 만드는 것임. 비정형 원료재는 모래나 자갈 등의 불규칙한 입자로, 이로 인해 골재 사이에 공극이 많이 발생함. 이러한 공극은 재료의 밀도를 낮추고 내구성을 저하시킴
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제1 코팅영역은 비규소계 화합물을 사용하여 원료재 표면에 형성함. 이 코팅은 원료재에 높은 부착력으로 결합되어 구형에 가까운 형상을 구현함. 이를 통해 공극을 줄이고 밀도를 높일 수 있음
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제2 코팅영역은 규소계 화합물을 사용하여 제1 코팅영역 위에 열경화를 통해 형성함. 이 코팅은 건설 재료 간의 부착력을 향상시키고, 철근 등의 건설 부재와의 계면 부착성을 높여 구조물의 강도와 안정성을 증진시킴
구체적인 구현 방법
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비정형 원료재와 비규소계 화합물을 포함하는 제1 코팅제를 혼합함. 혼합된 재료를 60℃에서 100℃의 온도로 약 20분에서 80분 동안 열경화하여 제1 코팅영역을 형성함. 이때 원료재 대 코팅제의 부피비는 1:9에서 5:5로 조절하여 균일한 코팅층을 만듦
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제1 코팅영역이 형성된 원료재에 규소계 화합물을 포함하는 제2 코팅제를 혼합함. 100℃에서 200℃의 온도로 약 1시간에서 8시간 동안 열경화하여 제2 코팅영역을 형성함. 다단 경화 방법을 적용하여 100℃에서 150℃로 1차 경화하고, 150℃에서 200℃로 2차 경화하여 코팅의 내구성을 높임
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코팅된 원료재는 건조 및 여과 과정을 통해 잔류하는 코팅제를 제거하고, 균일한 크기와 형상의 구형 건설토목재료로 완성됨. 이러한 재료는 공극을 최소화하여 밀도를 높이고, 구조물의 압축 강도와 내구성을 향상시킴
기술의 장점
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구형화된 건설토목재료를 사용하면 골재 사이의 공극이 감소하여 밀도가 향상되고, 구조물의 압축 강도가 증가함. 이는 재료의 내구성을 높이고, 장기간의 안정성을 보장함
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함수율이 낮아져 수분으로 인한 블랙아이스나 싱크홀 등의 재해를 예방할 수 있음. 이는 구조물의 안전성을 높이고 유지 보수에 필요한 비용을 절감함
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코팅된 재료는 건설 재료 간의 부착력이 향상되고, 철근 등과의 계면 부착성이 증가함. 이는 구조물의 강도와 내진성을 향상시키는 데 기여함
실험 및 결과
실험의 목적
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건설 구조물용 조성물의 압축 강도와 함수율을 개선하기 위해 실험을 수행함. 구형의 건설토목재료 적용이 구조물의 내구성 향상에 미치는 영향을 확인하고자 함.
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비정형 골재 대신 코팅으로 구형화된 건설토목재료를 적용하여 성능 변화를 검증함. 목표는 압축 강도를 30.0 MPa 이상으로 높이고 함수율을 5.5% 미만으로 낮추는 것임.
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실험을 통해 블랙아이스, 싱크홀 등의 2차적 재해 방지 효과를 입증하고, 재료의 형상 및 조성이 내구성에 미치는 영향을 분석함.
실험 방법 및 과정
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KS F2403 및 KS F2405 시험법에 따라 원추형 시편을 제작하여 압축 강도를 측정함. 함수율은 절대건조법을 이용하여 105℃에서 24시간 건조 후 측정함.
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실험은 실시예 1~3과 비교예 1~3의 콘크리트 조성물을 동일한 조건에서 테스트함. 각 조성물은 건설토목재료, 시멘트 및 혼입제를 특정 비율로 혼합하여 제조함.
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비정형 원료재에 코팅영역을 형성하여 구형의 건설토목재료를 제조하고, 이를 사용한 조성물과 일반 비정형 골재를 사용한 조성물의 성능을 비교 분석함.
실험 결과
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구형의 건설토목재료를 적용한 실시예의 콘크리트 조성물은 압축 강도가 34.2 MPa 이상으로 향상됨. 이는 비교예의 30.0 MPa 미만과 대비되는 결과임.
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함수율은 실시예에서 5.1% 이하로 낮아졌으며, 비교예에 비해 현저히 저감됨. 골재 사이 공극이 최소화되어 함수율 감소에 기여함.
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높은 압축 강도와 낮은 함수율로 건설 구조물의 내구성이 개선됨. 또한 블랙아이스, 싱크홀 등의 2차적 재해 방지 효과를 확인함.
활용 방안 및 기대효과
활용 방안
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구형의 건설토목재료를 콘크리트 및 아스팔트 등에 적용하여 건설 구조물의 밀도와 강도를 향상시킬 수 있음. 코팅된 구형 골재를 사용하면 골재 사이의 공극이 줄어들어 재료의 압축 강도가 높아짐
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도로와 교량 등 인프라 건설에 활용하여 블랙아이스와 싱크홀 발생을 예방할 수 있음. 함수율이 낮아 결빙으로 인한 재해를 방지하고, 도로의 안전성을 향상시킴
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건물의 기초 공사와 철근 콘크리트 구조물에 적용하여 내구성을 높일 수 있음. 코팅된 골재의 부착력이 증가하여 건설 부재와의 결합력이 향상됨
기대효과
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건설 구조물의 압축 강도가 향상되어 수명이 연장되고 유지보수 비용이 절감됨. 이는 건설 산업의 경제적 효율성 증대에 기여함
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함수율 감소로 블랙아이스와 싱크홀 등의 재해를 방지하여 사회적 안전성이 증진됨. 이를 통해 교통사고 감소 등 사회적 비용 절감 효과가 예상됨
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환경 친화적인 건설 방법으로 염화칼슘 등의 화학 제제 사용을 줄일 수 있음. 이는 환경 오염 방지와 차량 및 구조물의 부식을 감소시킴
시장 동향
구형 셸 경량 골재의 시장 동향
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내진 방수재의 시장 동향
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복합방수공법은 한국에서 개발 중이며, 안전성, 쾌적성, 지속성이 중요한 성능 지표로 부각되고 있음. 특히 최근에는 안전 요소가 가장 중요한 평가 기준으로 자리매김하고 있음.[웹 출처]
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전 세계적으로 내진 성능 향상을 위한 건설 재료 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이는 지진 발생 시 건축물의 피해를 최소화하고 안전성을 높이기 위한 시장의 요구를 반영함.[웹 출처]
고성능 방수재의 시장 동향
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구형 셸 경량 골재의 응용 분야
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고성능 방수재의 응용 분야
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대표도면
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