재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널(View Stone Panel using Recycling Material)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2016년02월26일
(11) 등록번호 10-1598073
(24) 등록일자 2016년02월22일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
C04B 33/138 (2006.01) C04B 33/04 (2006.01)
C04B 35/01 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2014-0194871
(22) 출원일자 2014년12월31일
심사청구일자 2014년12월31일
(56) 선행기술조사문헌
KR100805912 B1
KR100939069 B1
KR101373458 B1
KR1020120044014 A
(73) 특허권자
윤복모
경기도 하남시 서하남로43번길 36 (감북동)
(72) 발명자
윤복모
경기도 하남시 서하남로43번길 36 (감북동)
(74) 대리인
김정현
전체 청구항 수 : 총 2 항 심사관 : 김란
(54) 발명의 명칭 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널
(57) 요 약
본 발명은 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널에 관한 것으로서, 특히 고로슬래그 28~32중량%, 실리콘망간
슬래그 34~38중량%, 시멘트 2~5중량%, 메타카올린 2~5중량%, 소석회 8~12중량%, 유리섬유 1~2중량%, 폴리프로필
렌섬유 2~3중량%, 고강력PVA섬유 1~2중량%, 감수제 0.4~1.0중량%, 규산소다 3~5중량%, 펌프에이드 0.4~1.0중량
%, 몰다인 1~2중량%, 산화철안료 0.5~1.0중량%, 혼화제 2~3중량%가 혼합되어 구성되어, 환경오염의 문제와 골재
부족현상을 예방하고 효율적인 자원관리를 할 수 있는 효과가 있다.
대 표 도 - 도1b
등록특허 10-1598073
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명 세 서
청구범위
청구항 1
고로슬래그 28~32중량%, 실리콘망간 슬래그 34~38중량%, 시멘트 6~8중량%, 메타카올린 3~5중량%, 소석회 6~8중
량%, 유리섬유 1~2중량%, 폴리프로필렌섬유 2~3중량%, PVA섬유 1~2중량%, 감수제 0.5~0.8중량%, 규산소다 3~5중
량%, 펌프에이드 0.5~0.8중량%, 몰다인 1~2중량%, 산화철안료 0.8~1.0중량%, 혼화제 2~3중량%가 혼합되어 구성
된 것을 특징으로 하는 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널.
청구항 2
청구항 1에 있어서,
전체 100중량%에 대하여 상기 고로슬래그는 30중량%, 실리콘망간 슬래그는 36중량%, 시멘트는 6중량%, 메타카올
린은 4중량%, 소석회는 7중량%, 유리섬유는 2중량%, 폴리프로필렌섬유는 3중량%, PVA섬유는 2중량%, 감수제는
0.6중량%, 규산소다는 4중량%, 펌프에이드는 0.6중량%, 몰다인은 2중량%, 산화철안료는 0.8중량%, 혼화제는 2중
량%인 것을 특징으로 하는 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널에 관한 것으로서, 특히 시멘트와 모래를 재활용 소재로 대[0001]
체하여 환경오염을 방지하고 효율적인 자원관리를 할 수 있는 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널에 관한
것이다.
배 경 기 술
최근 조경에 대한 관심의 증가로 인해 조경을 설치하는 곳이 많이 늘어나고 있다. 따라서 물을 이용한[0002]
놀이시설, 테마공원 또는 유원지뿐만 아니라, 기업체에서 직원들의 휴식공간에 실내조경을 도입하거나 관공서,
전시장, 호텔, 공항 및 아파트단지 등에도 조경시설 설치가 늘어가는 추세이다.
이러한 조경시설로는 화단, 정원, 인공폭포, 인공벽체 등이 주로 설치되고 있다. 이러한 조경시설에는 꽃이나[0003]
나무뿐만 아니라 암석들이 많이 사용되고 있으며, 특히 최근에는 경관석(인조암이나 인공암이라고도 지칭함)을
제작하여 이를 조경에 사용하는 경우가 많이 있다.
이러한 인공적인 경관석은 시멘트와 모래를 주재료로 하여 그 외 여러 가지 성분들을 혼합하여 만드는 것이 일[0004]
반적이다.
그러나, 시멘트는 1톤을 제조하는데 약 870kg의 CO2 가스를 배출시키는 것으로 알려져 있다. 이렇게 다량 방출[0005]
되는 CO2 는 지구온난화 현상을 발생시키는 하나의 원인이 되어 지구의 이상 기온 및 기상이변에 영향을 미치는
것으로 알려져 있다.
그리고 모래(규사)는 지속적인 채취에 의해 전 세계적으로 골재 부족 현상으로 자원수급의 불확실성이 점차 고[0006]
조됨에 따라 천연자원 관리의 필요성이 증가되고 있지만, 인공폭포 및 인조암 등으로 사용되는 경관석 및 건축
내외장재, 바닥재 및 경관 조형물을 만드는데 있어서 모래를 대체할 수 있는 적절한 대체재는 아직까지 제시되
고 있지 않다.
선행기술문헌
등록특허 10-1598073
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특허문헌
(특허문헌 0001) 출원번호:10-2004-0002939 (등록번호:10-0607856, 발명의 명칭:인공폭포의 인공암 제조방법 및[0007]
그 구조물)
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고로슬래그로 시멘트의 대부분을 대[0008]
체함과 아울러 실리콘망간 슬래그로 모래 전량을 대체하여 환경보호와 효율적인 자원관리가 가능하게 하면서도
동시에 높은 휨강도와 압축강도를 구현할 수 있는 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널을 제공하는데 그
목적이 있다.
과제의 해결 수단
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널은 고로슬래그 28~32중[0009]
량%, 실리콘망간 슬래그 34~38중량%, 시멘트 6~8중량%, 메타카올린 3~5중량%, 소석회 6~8중량%, 유리섬유 1~2중
량%, 폴리프로필렌섬유 2~3중량%, 고강력PVA섬유 1~2중량%, 감수제 0.5~0.8중량%, 규산소다 3~5중량%, 펌프에이
드 0.5~0.8중량%, 몰다인 1~2중량%, 산화철안료 0.8~1.0중량%, 혼화제 2~3중량%가 혼합되어 구성된다.
좀 더 자세히는, 전체 100중량%에 대하여 상기 고로슬래그는 30중량%, 실리콘망간 슬래그는 36중량%, 시멘트는[0010]
6중량%, 메타카올린은 4중량%, 소석회는 7중량%, 유리섬유는 2중량%, 폴리프로필렌섬유는 3중량%, 고강력PVA섬
유는 2중량%, 감수제는 0.6중량%, 규산소다는 4중량%, 펌프에이드는 0.6중량%, 몰다인은 2중량%, 산화철안료는
0.8중량%, 혼화제는 2중량%이다.
발명의 효과
상기와 같이 구성되는 본 발명의 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널은 폐기되던 고로슬래그를 재활용하[0011]
여 시멘트의 대부분을 대체하도록 함으로써 시멘트 제조시 발생되는 다량의 CO2를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니
라 고로슬래그의 폐기 비용을 절감할 수 있고, 고로슬래그가 폐기되어 환경을 오염시키는 것을 예방할 수 있는
이점이 있다.
또한, 폐기되던 실리콘망간 슬래그를 재활용하여 모래를 전량 대체하도록 함으로써 환경오염의 문제를 예방할[0012]
수 있을 뿐만 아니라 모래를 채취하지 않도록 하여 골재 부족현상을 예방하고 효율적인 자원관리를 할 수 있는
이점이 있다.
특히, 시멘트와 모래의 대체제로 가격이 훨씬 저렴한 재활용 소재인 고로슬래그 및 실리콘망간 슬래그로 각각[0013]
사용함으로써 친환경 경관석을 제조하기 위한 제조원가를 크게 절감할 수 있는 이점이 있다.
도면의 간단한 설명
도 1a 내지 도 1b는 본 발명에 의한 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널의 시험성적서.[0014]
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하, 본 발명에 의한 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히[0015]
설명한다.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명에 의한 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널의 시험성적서이다.[0016]
본 발명에 의한 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널은 고로슬래그 28~32중량%, 실리콘망간 슬래그(“NS-[0017]
등록특허 10-1598073
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Ball”이라 부름) 34~38중량%, 시멘트 6~8중량%, 메타카올린 3~5중량%, 소석회 6~8중량%, 유리섬유 1~2중량%,
폴리프로필렌섬유 2~3중량%, 고강력PVA섬유 1~2중량%, 감수제 0.5~0.8중량%, 규산소다 3~5중량%, 펌프에이드
0.5~0.8중량%, 몰다인 1~2중량%, 산화철안료 0.8~1.0중량%, 혼화제 2~3중량%가 혼합되어 구성된다.
상기 고로슬래그는 제철공장의 용광로에서 철광석과 석회석 및 코크스 등을 혼합하여 선철을 제조할 때 생성되[0018]
는 산업부산물로, 본 발명에서는 시멘트의 대부분을 이 고로슬래그로 대체함으로써 환경오염을 방지하고 천연자
원의 고갈을 최소화할 뿐만 아니라 제조단가를 낮출 수 있도록 한다. 시멘트는 초기강도로 인한 크랙(균열) 및
수분과 화학반응을 하면서 발생되는 백화현상 등의 문제를 안고 있는데, 본 발명처럼 시멘트 대신 고로슬래그를
사용하면 수화반응에 의한 온도감열 예방, 지속적인 강도발현으로 인한 우수한 장기강도 및 우수한 내해수성 및
내화학성을 발현한다.
상기 실리콘망간 슬래그는 합금철 제조공정의 최종 부산물로, 합금철의 생산이 많아지면 그 부산물이 실리콘망[0019]
간 슬래그의 발생량도 증가된다. 현재까지 실리콘망간 슬래그는 대부분 매립으로 처리하고 있어서 비산먼지, 침
출수와 같은 환경문제를 발생시키고 있다. 본 발명에서는 이러한 실리콘망간 슬래그를 모래 전량을 대체하는 용
도로 사용함으로써 환경오염을 방지하고 천연자원을 절약할 수 있도록 한다.
일반 포틀랜드 시멘트를 고로슬래그 미분말로 대체하면 장기강도는 우수하지만 초기양생 과정에서의 강도가 약[0020]
하기 때문에 이러한 현상을 방지하기 위해 본 발명에서는 메타카올린을 첨가하여 초기강도 및 압축강도를 향상
시킨다. 상기 메타 카올린은 입자 사이의 공극을 충전시켜 경화체가 치밀한 조직을 갖게 해주고, 수화 반응에
생산되는 수산화칼슘을 강도 발현에 보다 우수한 특성을 갖는 규산칼슘 수화물로 전이시켜 입자들의 부착력을
증대시킴으로써 동결 융해 등에 대한 저항성을 증대시켜 주며, 철근콘크리트 구조물의 건설이 증가함에 따라 장
기간 노출된 철근 콘크리트의 철근 부식에 대한 저항성이 우수하다.
상기 소석회는 생석회(CaO)에 물 또는 수증기를 반응시킨 후 분급하여 얻어진 백색분말로, 강알칼리성을[0021]
갖는다. 이러한 소석회는 슬래그의 불투수층막을 파괴하여 슬래그의 잠재수경성을 발휘하게 하는 역할을 한다.
좀 더 자세히 설명하면, 상기 고로슬래그와 실리콘망간 슬래그는 물과 반응하는 것만으로는 자기 촉발적 수화반[0022]
응을 개시할 수 없는 잠재수경성을 지닌 물질로, 즉 고로슬래그와 실리콘망간 슬래그는 물과 반응하게 되면 입
자의 표면에 치밀한 불투수성 겔박막층이 형성됨으로써 입자 속까지 물이 침투하는 것이 방해되어 더 이상 반응
이 일어나지 못한다.
그러나 본 발명과 같이 소석회를 첨가하면 소석회가 갖는 강알칼리성에 의해 슬래그의 불투수성 겔박막층이 파[0023]
괴되면서 군도(群島) 구조의 겔로 변화되어 슬래그로부터 Al2O3(산화알루미늄)가 용출된다. 용출된 Al2O3 이온
은 소석회의 수화반응에 따라 생성된 수산화칼슘과 반응하여 C-S-H 겔을 생성하는 포졸란 반응에 의해 고로슬래
그 미분말이 갖고 있는 잠재수경성을 발휘하게 하여 초기 강도는 감소되나 장기 강도가 증가되게 한다.
상기 유리섬유는 강알칼리성을 갖는 소석회에 녹지 않아서 경관석 패널의 휨강도를 증가시키는 보강재로 사용된[0024]
다. 보다 상세하게, 강알카리성 유리섬유(AR-GLASS)는 SiO2(산화규소)함량이 95%이상인 Silica fiber이라고 하
며, 기존 Glass fiber보다 차별화된 높은 내열성을 가지고 있으며 피부에 가려움을 유발시키지 않는다. 또한
ZrO2의 함량이 높아 물에 녹지 않으며 알카리에 대한 저항성이 큰 섬유로서 내알카리성을 획기적으로 향상시킨
유리섬유로서 휨강도를 증가시키는 보강재로 사용한다.
상기 폴리프로필렌섬유는 혼합물의 경화과정에서 발생되는 폭열, 소성수축, 건조수축 등에 의한 균열이나 크랙[0025]
의 발생을 억제한다.
상기 고강력 PVA섬유는 부착성능이 매우 우수하고 높은 알칼리 저항성을 갖고 있어서 인장강도와 휨강도(연성,[0026]
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연질)를 증가시킨다.
상기 감수제는 폴리칼본산계 고성능 감수제인 아크릴폴리머가 사용되는 것으로서, 슬럼프로스(slump loss) 문제[0027]
를 해결하는 역할을 한다.
상기 규산소다는 혼합물 속의 공극을 메꿈으로써 치밀한 조직을 만들어 방수 성능 및 크랙(균열)을 방지하는 역[0028]
할을 한다. 이러한 규산소다(규산나트륨)은 수용성 규산염 중 가장 널리 사용되고 있는 무기화합물로서, 규산소
다를 혼합해 생산한 시멘트는 내산성 구조물, 내화물의 제작, 보온재용 바인더 등의 용도로 사용된다. 그리고
시멘트 혼합에 액상규산나트륨을 사용하면 시멘트에 내산성, 내열성, 내수성을 부여한다는 장점이 있으며 또한
액상규산소다로 혼합된 시멘트는 작업이 쉽고 경제적이며 어떤 표면에도 잘 부착되어 혼합물 속의 공극을 메꿈
으로써 치밀한 조직을 만들어 방수 성능 및 크랙(균열)을 방지하는 역할을 한다.
상기 펌프에이드는 글리세린(glycerine), 트리에탄올아민(triethanol-amin) 및 물 등으로 구성되며, 이는 긴 사[0029]
슬의 유기분자구조를 갖는 윤활제로서 물에 용해된 글리세린이 윤활작용을 함으로써 유리섬유와 고로슬래그와
실리콘망간 슬래그 및 소석회 등의 혼합물이 뭉쳐지는 현상을 방지한다. 또한 트리에탄올아민은 계면활성제로
표면장력을 낮추어 물과 고로슬래그 및 실리콘망간 슬래그의 혼화성을 높여 혼합물의 점도를 높여주는 역할을
한다.
상기 몰다인과 혼화제는 모르타르의 강도 및 접착력을 향상시키고 콘크리트 바탕에 도포하여 바탕인 콘크리트의[0030]
급격한 흡수방지 등 효과에 따라 혼합물의 부착력을 증진시킴과 동시에 기존 인조암 경관석 제조시 문제였던 초
기 강도가 높아 표면에 크랙이 발생하던 것을 방지한다.
본 발명에 의한 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널을 전체 100중량%에 대하여 고로슬래그 30중량%, 실리[0031]
콘망간 슬래그(석분 0.2~0.6mm) 36중량%, 시멘트 6중량%, 메타카올린 4중량%, 소석회 7중량%, 유리섬유 2중량%,
폴리프로필렌섬유 3중량%, 고강력PVA섬유 2중량%, 감수제 0.6중량%, 규산소다 4중량%, 펌프에이드 0.6중량%, 몰
다인 2중량%, 산화철안료 0.8중량%, 혼화제 2중량%를 혼합하여 시편을 제조하였다(본 발명에 의한 실시예).
그리고, 고로슬래그 50중량%, 모래 30중량%, 소석회 15중량%, 유리섬유 2.5중량%, 감수제 1중량%, 펌프에이드 1[0032]
중량%, 산화철안료 0.5중량%를 혼합하여 시편을 제조하였다(종래기술에 의한 비교예).
이렇게 실시예의 시편과 비교예의 시편을 각각 제조한 후 휨강도와 압축강도를 측정하였다.[0033]
측정된 값은 아래의 [표 2]와 [도 1b]를 통하여 확인할 수 있듯이 본 발명에 의한 실시예의 시편이 휨강도[0034]
24.4MPa(도면 시험성적서의 휨강도 3-1 : 23.4MPa, 휨강도 3-2 : 24.6MPa, 휨강도 3-3 : 25.3MPa/24.3MPa의 평
균값), 압축강도 47.3MPa(도면 시험성적서의 압축강도 3-1 : 49.2MPa, 압축강도 3-2 : 46.2MPa, 압축강도 3-3
: 46.5MPa/47.3MPa의 평균값)이고, 종래기술에 의한 비교예의 시편이 휨강도 14.8MPa(평균값)이다. 이를 통하여
본 발명에 의한 실시예 시편의 휨강도와 압축강도가 종래 기술에 의한 비교예 시편의 휨강도와 압축강도보다 우
수한 것을 알 수 있다. 조경설계기준에 의하면 휨강도는 10.00MPa 이상, 압축강도 40.00MPa를 요구하고 있는데,
본 발명은 이러한 요구에 부응하는 것을 확인할 수 있다.
표 1
[0035] 고로
슬래그
모래 소석회 감수제 펌프
에이드
유리
섬유
안료 비고
비교예 50% 30% 15% 1% 1% 2.5% 0.5%
[비교예 배합비(특허등록번호 : 제10-0805912호)][0036]
표 2
[0037] 휨강도(MPa) 흡수율(%) 비 고
시험값 평균 시험값 평균
비교예
13.9
15.2
10.0
9.016.2 9.0
15.4 8.0
[비교예 시험 성적서][0038]
등록특허 10-1598073
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※ 제10-0805912호 특허공보에 공개된 한국건설생활환경시험연구원 결과임[0039]
한편, 본 발명에서는 상기와 같은 종래기술에 의한 비교예 시편과의 비교도 수행하였지만, 다음과 같이 구성된[0040]
시험예의 시편 2개를 제조하여 본 발명에 의한 실시예 시편과 휨강도 및 압축강도를 비교하였다.
시험예의 시편 2개 중 제1시험예의 시편은 고로슬래그 40중량%, 모래30중량%, 시멘트 2.2중량%, 메타카올린 8중[0041]
량%, 소석회 15중량%, 유리섬유 2중량%, 폴리프로필렌 2중량%, 감수제 0.4중량%, 펌프에이드 0.4중량%이고, 제2
시험예의 시편은 고로슬래그 30중량%, 실리콘망간 슬래그 40중량%, 시멘트 2.2중량%, 메타카올린 8중량%, 소석
회 15중량%, 유리섬유 2중량%, 폴리프로필렌 2중량%, 감수제 0.4중량%, 펌프에이드 0.4중량%이다. 이때, 고로슬
래그는 2종 비표면적이 6,000~8,000(cm2/g)의 고로슬래그 미분말이며, 실리콘 망간 슬래그는 미분 비표면적이
6,000~8,000(cm2/g)이고 석분 0.2 ~ 0.6mm 이다.
측정된 값은 아래의 [표 3]을 통하여 확인할 수 있듯이 시험예의 시편은 휨강도 13.1MPa, 압축강도[0042]
26.3MPa이다. 이를 통하여 본 발명에 의한 실시예 시편의 휨강도와 압축강도가 시험예의 시편의 휨강도 및 압축
강도보다 우수한 것을 알 수 있다.
표 3
[0043] 시험예 실시예 비고
시험값 평균 시험값 평균
휨강도(MPa)
13.2
13.1
23.4
24.411.9 24.6
14.3 25.3
압축강도(MPa)
27.7
26.3
49.2
47.322.4 46.2
28.7 46.5
[시험예와 실시예 시험 성적서 비교][0044]
표 4
[0045] 고로
슬래그 모래 시멘트
메타
카올린 소석회
유리
섬유
폴리프
로필렌 감수제
펌프
에이드
비 고
제1시
험 40.0% 30.0% 2.2% 8.0% 15.0% 2.0% 2.0% 0.4% 0.4%
[시험예 배합비][0046]
※ 본 발명과 차이 : NS-Ball, 고강력 VPA섬유, 규산소다, 몰다인, 산화철안료, 혼화제[0047]
표 5
[0048] 고로
슬
래그
NS-
Ball
시
멘트
메타
카
올린
소
석회
유리
섬유
폴
리
프
로
필렌
고
강력
PVA
감
수제
규산
소다
펌핑
에
이드
몰
다인
산
화철
안료
혼
화제
비 고
신청
기술
28~
32
34~
38 6~8 3~5 6~8 1~2 2~3 1~2
0.5~
0.8 3~5
0.5~
0.8 1~2
0.5~
1.0 2~3
[실시예 배합비][0049]
본 실시예의 조성비를 살펴보면 고로슬래그 28~32중량% 초과시 점도는 있으나 골재량 부족과 혼합물 배합시 물[0050]
의 양 증가로 양생 후 휨강도 감소된다. 실리콘망간 슬래그 34~38중량% 초과시 점도가 떨어져 양생 후 휨강도
등록특허 10-1598073
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감소된다. 시멘트 6~8중량% 초과시 혼합물 혼합시 어려움이 있고 혼합이 제대로 되지 않아 압축강도 감소된다.
소석회 6~8중량%를 초과시 혼합물 배합시 물의 양 증가로 양생 후 휨강도 및 압축강도 감소 된다. 또한 유리섬
유 1~2중량%, 폴리프로필렌섬유 2~3중량%, 고강력 PVA섬유 1~2중량% 초과시 많은 양에 비해 본연의 역할을 할
수 없으므로 휨 강도 감소 및 기계에 걸림 현상이 심하여 생산이 어렵게 된다. 또한 감수제 0.5~0.8중량% 초과
시 혼합물의 흐름 현상이 심하여 생산이 불가능하다. 규산소다 3~5중량%, 펌프에이드 0.5~0.8중량%, 몰다인 1~2
중량%, 산화철안료 0.8~1.0중량%, 혼화제 2~3중량% 초과시 점도가 강하여 생산성에 어려움이 발생 된다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의한 재활용 소재를 이용한 친환경 경관석 패널은 인공폭포 및 인조암 등의 경관석, 건축 내장재 및[0051]
외장재 그리고 각종 경관 조형물 등에 활용될 수 있다.
도면
도면1a
등록특허 10-1598073
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도면1b
등록특허 10-1598073
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