KR100495235B1 - 단열과 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블럭, 판넬 등과 같은 건축자재의 원료인 시멘트 풀에 폐타이어로부터 추출된 폐폴리에스테르 코드섬유사를 소정 비율로 첨가함으로써 폐폴리에스테르 코드섬유사의 특유 성질인 보온성을 부여하고, 또 상기 솜털섬유와 시멘트의 배합과정에서 공극을 형성시켜 흡음성이 뛰어나도록 하며, 건축자재 본연의 기능을 유지할 수 있고, 친환경적이면서 산업폐기물의 부산물로 생산되는 폐폴리에스테르 코드섬유사의 재활용으로 인해 환경문제를 해소할 수 있는 단열과 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은, 시멘트1에 대하여 물 2 ∼3의 용적비율로 반죽된 시멘트 풀 30wt% ∼ 40wt%에 폐폴리에스테르 코드섬유사 30wt%∼ 40wt%, 표면활성물질인 술폰산 나트륨(SO 3 H) 용액 5wt% ∼ 15wt% 및 촉매성, 항균성 및 소정의 공극을 부여하기 위한 규산나트륨(Na 2 SiO 3 ) 용액 5wt% ∼ 35wt%를 혼합하고, 이 혼합물을 소정의 형틀로 몰딩하여 제조된 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재를 제공한다.

여기서, 상기 폐폴리에스테르 코드섬유사는 폐타이어의 분쇄과정에서 발생되는 것을 이용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 규산나트륨 용액에 술폰산 나트륨 용액를 소정비율로 혼합하여 혼합용액을 만드는 제1 단계; 폐폴리에스테르 코드섬유사에 상기 혼합 용액을 도포하는 제2 단계; 상기 시멘트와 물을 소정비율로 혼합하여 시멘트 풀을 제조하는 제3 단계; 상기 혼합용액이 도포된 폐폴리에스테르 코드섬유사를 형틀의 전 용적에 걸쳐 고르게 분산시켜 채워 넣는 제4 단계; 상기 형틀에 채워진 폐폴리에스테르 코드섬유사 위로 시멘트 풀을 주입하고 다지는 제5 단계; 및 소정 시간동안 응결 후 탈형하는 제6 단계를 포함하는 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재의 제조방법을 제공한다.

Description

단열과 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재 및 그의 제조방법{Cement building materials of the shade heat and extinction noise and manufacturing method the same}

본 발명은 건축물 축조 시 사용되는 시멘트 건축자재에 관한 것으로, 특히 폐타이어에서 추출되는 폐폴리에스테르 코드섬유사를 시멘트와 혼합하여 블럭 또는 판넬 형태로 제조함으로써, 단열 및 방음기능을 부여하고, 산업폐기물을 재활용할 수 있는 고강도 시멘트 건축자재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 건축물의 벽면축조에 사용되는 시멘트블럭은 시멘트, 모래, 물의 배합에 의해 제작되며, 제작순서는 마른 시멘트와 마른 모래를 잘 섞고 물을 적당히 투입하여 건 배합비빔을 한 후, 이를 일정한 규격과 형상의 블록 형틀에 담고 다진 후, 형틀을 제거하고 약 28일 이상 양생과정을 거쳐 제작되는 것이 통례이다. 최근의 특수 목적으로 제작되는 시멘트블럭은 배합 혹은 비빔 시 별도의 첨가제를 사용하거나 스팀 등 특수한 설비를 이용한 양생과정을 통하여 고강도 혹은 조기 양생제품을 생산하기도 한다.

상기와 같이 제조되는 종래의 시멘트 블럭은 오랜 기간동안 주요 건축자재로 이용되고 있음에도 불구하고, 단열성이 없을 뿐만 아니라 흡음성도 없다. 따라서, 실제 건축물 시공 시, 외벽과 같이 건물내부의 온도가 외부의 온도에 영향을 받지 않도록 철저히 보호, 차단시켜야 할 필요가 있는 경우에는 단열시공을 별도로 하여야 한다.

상기 시멘트블럭을 이용한 단열시공은 도1a에 도시된 바와 같이 소정간격을 두고 외벽(101)과 내벽(102)을 시멘트 벽돌로 조적하고, 이 이중벽 사이에 스티로폼과 같은 단열재(103)를 삽입한 후, 내벽(102)을 모르터(104)로 마감하여 단열벽을 형성하고 있다.

또한, 일반 사무용 건축물의 방과 방 사이, 혹은 오피스텔이나, 아파트의 경우에도 이웃하고 있는 방과 방 사이 혹은 옆집과의 사이에 서로 소음이 전달되지 않도록 하기 위해서 방음시공을 하게 되는데, 이 경우에도 마찬가지로 도1b에 도시된 바와 같이 소정간격을 두고 내, 외 양측의 이중벽(101, 102)을 시멘트 벽돌로 조적하고, 그 사이에 흡음재(201)를 삽입한 후, 양벽을 모르터(104)로 마감하여 흡음벽을 형성하고 있는 실정이다.

더우기, 이렇게 보완재로 사용되고 있는 단열재와 흡음재는 거의 모두가 방향성 화학물질 소재로서, 인간에게 치명적인 유해물질을 생성시키며, 강력한 인화성 물질로서 급격한 환경변화나 화재발생시, 유독성가스를 발생시키며, 건축물의 파괴현상이 발생하였을 경우에는 본 소재의 미세 분자화 및 화학적 변화 등으로 인간에게 심대한 악영향을 끼치고 있다.한편, 최근 들어 그 수요가 급증하고 있는 건축용 조립식 판넬의 경우, 일정 규격의 철판과 철판 사이에 단열소재를 삽입하여 사용하고 있는데, 이때 사용되는 단열소재도 역시 주로 스티로폼을 사용하고 있다. 이 스티로폼은 특성상 단열성이 우수하고, 가격이 저렴한 반면에, 불에 매우 취약하여 화재발생시 강한 인화성으로 화재의 규모를 심화시키고

있으며, 연소 시 발생되는 유독성 가스는 인간생명에 치명적으로 작용하여, 현재에 들어서는 거의 사용하지 못하도록 규제하고 있다. 이에 따른 대체소재로서 석면, 유리섬유, 우레탄 폼 등이 사용되고 있으나, 이러한 소재는 친환경적, 친 위생적이지 못할 뿐만 아니라, 소재의 가격도 고가이기 때문에, 사용상에 제약이 따르는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 블럭, 판넬과 같은 건축자재를 제조하기 위한 시멘트 배합 시, 폐타이어로부터 추출된 폐폴리에스테르 코드섬유사를 소정 비율로 첨가함으로써 폐폴리에스테르 코드섬유사의 특유 성질인 보온성을 부여하고, 또 상기 솜털섬유와 시멘트의 배합과정에서 공극을 형성시켜 흡음성이 뛰어나도록 하며, 건축자재 본연의 기능의 유지는 물론 단열과 흡음기능을 겸비한 고강도 시멘트 건축자재 및 그의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 친환경적이면서 산업폐기물의 부산물로 생산되는 폴리에스테르 코드섬유사를 재활용함으로써 환경문제를 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 모래, 자갈과 같은 부존 골재자원의 대체소재로서 활용할 수 있는 단열과 흡음 기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재 및 그의 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 시멘트1에 대하여 물 2 ∼3의 용적비율로 반죽된 시멘트 풀 30wt% ∼ 40wt%에 폐폴리에스테르 코드섬유사 30wt%∼ 40wt%, 표면활성물질인 술폰산 나트륨(SO 3 H) 용액 5wt% ∼ 15wt% 및 촉매성, 항균성 및 소정의 공극을 부여하기 위한 규산나트륨(Na 2 SiO 3 ) 용액 5wt% ∼ 35wt%를 혼합하고, 이 혼합물을 소정의 형틀로 몰딩하여 제조된 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재를 제공한다.

여기서, 상기 폐폴리에스테르 코드섬유사는 폐타이어서의 분쇄과정에서 발생되는 것을 이용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 규산나트륨 용액에 술폰산 나트륨 용액를 소정비율로 혼합하여 혼합용액을 만드는 제1 단계; 폐폴리에스테르 코드섬유사에 상기 혼합용액을 도포하는 제2 단계; 상기 시멘트와 물을 소정비율로 혼합하여 시멘트 풀을 제조하는 제3 단계; 상기 혼합용액이 도포된 폐폴리에스테르 코드섬유사를 형틀의 전 용적에 걸쳐 고르게 분산시켜 채워 넣는 제4 단계; 상기 형틀에 채워진 폐폴리에스테르 코드섬유사위로 시멘트 풀을 주입하고, 다지는 제5 단계; 및 소정 시간동안 응결 후, 탈형하는 제6 단계를 포함하는 단열 및 흡음기능을 갖 는 고강도 시멘트 건축자재의 제조방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도2 내지 도5의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 단열과 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재 및 그의 제조방법은 폐자원인 폐타이어로부터 폐폴리에스테르 코드섬유사를 추출하여 시멘트 풀에 배합함으로써 단열성 및 흡음성을 부여할 수 있도록 구현한 것으로, 본 실시예 에서는 시멘트와 물을 혼합하여 반죽한 시멘트 풀 30wt% ∼ 40wt%에 폐폴리에스테르 코드섬유사 30wt%∼ 40wt%, 표면활성물질인 술폰산 나트륨(SO 3 H) 용액 5wt% ∼ 15wt% 및 촉매성, 항균성을 부여하고, 소정의 공극을 가지도록 하기 위한 규산나트륨(Na 2 SiO 3 ) 용액 5wt% ∼ 35wt%를 혼합하고, 이 혼합물을 소정의 형틀로 몰딩하여 제조된다.

여기서, 상기 시멘트 풀은 포틀랜드 시멘트와 물울 1 : 2∼3의 비율로 혼합하여 얻어진 것을 사용한다. 이때, 상기 시멘트 풀의 반죽비율이 시멘트 1에 대하여 물의 용적비율이 2보다 낮게 될 경우, 완제품 블럭/판넬의 강도와 단열성 및 흡음성을 향상시킬 수는 있으나, 시멘트 풀과 폐폴리에스테르 코드섬유사의 원만한 배합이 되지 않으며, 이러한 원만한 배합을 이루기 위해서는 불필요한 제조공정 및 과다한 제조시간이 소요되므로 극히 현실적이지 못하다. 또한, 상기 물의 비율이 3을 초과하게 되면, 제작된 블럭/판넬의 소정 강도 및 단열성, 흡음성을 얻을 수 없게 된다.

또한, 건축자재의 기능성을 부여하기 위한 첨가재로서의 상기 술폰산 나트륨 용액은 물 100중량부에 대하여 술폰산나트륨(SO 3 H) 원액 10중량부∼30중량부 비율로 혼합하며, 상기 규산나트륨(Na 2 SiO 3 ) 용액은 물 100 중량부에 대하여 규산나트륨 원액 30중량부∼50중량부 비율로 혼합한다.

또한, 본 실시예에서는 건축자재의 양생 시 경화를 촉진시키기 위하여 필요에 따라 경화촉진제를 5 ∼ 15wt% 첨가할 수 있다.

상기 제조과정에서 물은 염분이나 기름등에 오염될 경우, 시멘트의 강도와 제품의 내구성에 치명적인 영향을 미칠 수 있으므로 상기와 같은 염분이나 기름등에 오염되지 않은 청정수를 사용한다.

상기 술폰산 나트륨(SO 3 H)은 화학세제를 만드는 주요원료로서 표면 활성화 물질인 라우릴기를 말하는데, 상기 술폰산 나트륨(SO 3 H)을 사용하여 제조된 세제(고체 및 가루비누 등)를 그 대체소재로 사용할 수도 있다.상기 규산나트륨(Na 2 SiO 3 )은 분말제로서 폴리에스테르 코드사 분쇄섬유입자의 표면에 도포시켜 상기 솜털섬유의 활성화를 도모하고, 시멘트의 경화를 촉진시키는 촉매제로서 기능을 한다. 또한, 상기 규산나트륨은 방부제 효능과 병원성 미생물의 발생과 번식을 방지해주는 효능을 가지고 있어 시멘트 벽면이 습할 경우, 곰팡이가 피거나 이끼등의 번식 및 부식을 미연에 방지할 수 있게 된다.

상기와 같이 제조된 본 발명은 도2에 도시된 바와 같이 시멘트 풀(1)과 폐폴리에스테르 코드섬유사의 혼합 시 발생되는 기포에 의해 공극(3)이 형성된다. 그리고, 이 공극(3)에 의해 단열성과 흡음성이 동시에 부여되며, 본 발명에서는 상기 비율로 혼합하였을 경우에, 통상 15 ∼ 35%정도의 공극율을 가지게 된다.

삭제

본 발명의 실시예에 따른 재료 및 첨가재의 혼합비율에 있어서, 상기 시멘트 풀의 중량비가 30% 이하일 경우에 완제품 블럭/판넬의 단열성과 흡음성은 향상시킬 수가 있으나, 소정의 강도를 얻기 어려우며, 40 이상일 경우에는 본 발명에서 요구하는 완제품 블럭/판넬의 공극율을 확보하기 어렵게 된다.

상기 폐폴리에스테르 코드섬유사의 중량비율에 있어서는 상기 시멘트 풀의 경우와 반대현상이 나타난다.

즉, 상기 폐폴리에스테르 코드섬유사의 중량비율이 30% 이하일 경우 완제품 블럭/판넬의 강도는 일정부분 높아질 수 있으나, 흡음성과 단열성이 저하되며, 40%이상일 경우에는 반대로 흡음성과 단열성은 높아질 수 있으나, 제품의 강도가 떨어진다.

상기 술폰산 나트륨의 경우 그 첨가비율이 5%보다 낮아지게 되면, 폐폴리에스테르 코드섬유사의 입자표면 활성 상태가 미흡하게 되어, 시멘트 풀이 폴리에틸렌 코드사 솜털섬유 입자 사이의 공극에 원만하게 침투될 수 없고, 이에 따라 상기 시멘트 풀과 폴리에틸렌 코드사 솜털섬유 사이의 분리현상이 나타난다. 이와 같은 분리 현상은 응결 후에도 그대로 유지되어 제품의 재료가 각기 모여서 뭉쳐있는 현상이 나타나므로 본 발명의 제품이 요구하는 강도, 단열성 및 흡음성을 얻을 수 없다.

또한, 술폰산 나트륨의 첨가 비율이 15%보다 높아지게 되면, 반대로 폐폴리에스테르 코드섬유사의 입자표면을 충분히 활성화시킬 수는 있으나, 활성화되고 남은 용액이 섬유입자와 입자사이의 공극을 점유하고 있거나, 섬유입자 표면을 너무 두껍게 도포시켜 상기 섬유 입자와 입자사이로 시멘트 풀이 침투되는 것을 방해하거나 시멘트 풀과 섬유입자간의 결속, 응집력을 약화시켜 제품의 강도에 매우 나쁜 영향을 미치게 된다.

상기 규산나트륨은 시멘트 풀의 경화 촉매제로서 첨가비율이 5%보다 낮아지면, 제품의 소정 강도를 얻을 수 없으며, 본 용액의 비율을 높일수록 제품의 소정강도, 휨 등에 도움은 되나, 35% 이상 첨가될 경우, 제품의 특성상 불필요한 제조원가 상승 요인이 될 뿐만 아니라, 시멘트 풀의 응결속도를 지나치게 조기화 시켜 오히려 제품의 품질관리에 나쁜 영향을 미칠 수 있고, 제조관리상 원만한 사이클을 유지하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명에서는 종래의 시멘트 블럭 제조 시 주요 재료였던 모래는 전혀 사용하지 않으며, 이러한 본 발명의 건축자재는 블럭이나 판넬로 제작 시, 종래의 시멘트 블럭이나 판넬과 형태는 같을 수 있으나, 그 기능 및 성질, 사용재료, 제조방법은 종래의 시멘트 블럭, 판넬과는 전혀 다르다.

본 실시예에서, 상기 시멘트는 일반적으로 사용되는 수경성 포틀랜드 시멘트(portland cement)를 사용한다. 또한, 섬유소재로서의 폐폴리에스테르 코드섬유사는 산업 폐기물이며 환경 파괴의 한 요소인 폐타이어를 통하여 얻는다. 이때, 상기 폐폴리에스테르 코드섬유사는 폐타이어의 분쇄 시 연쇄적으로 발생되는 0.01 ∼ 3.0mm 직경의 분쇄입자를 재가공 없이 그대로 재활용한다.

도3은 자동차 타이어의 단면 구조를 나타낸 것으로, 타이어의 외면(51)은 일반 경질 고무로 되어 있고, 내면(52)은 섬유 보강 고무(53)로 강화되어 있다. 따라서, 본 발명의 섬유 소재는 폐타이어의 분쇄 과정에서 내면의 섬유 보강 고무층의 섬유질을 따로 추출하여 재활용할 수 있는 것이다.

즉, 자동차 타이어의 외부면은 섬유질이 혼입되지 않은 일반 고무층이나 내부면은 질긴 섬유질(폐폴리에스테르 코드섬유사)이 혼입된 섬유 보강 고무층으로 이루어져 있으며, 상기 자동차 폐타이어를 분쇄하는 과정에서 섬유 보강 고무의 혼입재료인 폐폴리에스테르 코드섬유사가 발생되는데, 이러한 폐폴리에스테르 코드섬유사는 매우 질긴 성질의 화학 섬유로서 썩지 않고 소각할 경우 유독성 물질을 배출하여 환경 파괴를 유발시킨다. 현재, 상기 폐폴리에스테르 코드섬유사는 별도로 수거하여 막대한 비용을 들여 특수 폐기처리하고 있는 실정이다.

본 발명에서는 상기의 폐폴리에스테르 코드섬유사를 폐타이어로부터 추출된 것을 그대로 재활용하여 시멘트 블럭/판넬의 제조시 투입되는 모래의 대체 재료로 투입함으로써 상기 폴리에스터 코드사 처리 시 발생되는 환경오염 및 막대한 예산비용을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 부족 골재자원문제를 해결할 수 있는 것이다.

다음, 본 발명의 물리적 성질을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 제품은 시멘트 35%, 솜털섬유35%, 공극 30%의 점유비율을 가지도록 제조할 경우, 그 비중이 매우 가벼워 단위중량이 600㎏/㎥정도로 일반 시멘트 블럭의 단위중량인 1,500㎏/㎥이나 일반 콘크리트 1,700㎏/㎥보다 훨씬 가볍다.

또한, 압축강도를 비교해 보면, 본 발명의 제품은 150 ∼ 250㎏/㎠으로 일반 시멘트 제품과 거의 비슷하다.

본 발명의 요부인 폐폴리에스테르 코드섬유사는 종래의 스티로폼과 비교하여 열전도성이 매우 낮고, 흡수성이 강하며, 보온성이 우수한 성질을 가지고 있다. 실제 건축물 축조시, 종래의 시멘트 블럭 내, 외벽 사이에 단열재를 삽입시켰을 경우에 평면성이 유지되는 벽면에는 단열재의 삽입이 용이하였으나, 건물의 모서리 내력기둥과 같이 평면성확보가 용이하지 않거나 노출면의 연속성이 단절되는 개소에는 일반적인 단열시공이 용이하지 않아 실제 시공시 별도의 특수 단열처리를 하여야 하기 때문에, 현장에서는 이러한 특수 단열처리를 하지 않는 경우가 대부분이다. 그러나, 별도의 단열재 없이 본 발명의 블럭을 내벽재로 직접 시공하였을 경우에, 평면성이 양호한 벽면은 판넬 시공 등으로 완벽하고 손쉬운 처리가 가능하며, 내력기둥과 같이 평면성 및 노출면의 연속성이 불규칙한 경우에는 본 발명의 판넬을 규격에 맞게 절단하여 세워 붙이거나, 작은 규격의 블럭으로 조적 마감함으로써, 손쉽고 완벽하게 처리할 수 있으므로 종래의 단열재 삽입시보다 본 발명의 블럭을 직접 시공하였을 경우 오히려 단열효과가 더 높다.

또한, 흡음효과에 있어서, 종래의 시멘트 벽돌이나 콘크리트 내력벽의 경우에는 흡음효과가 전혀 없어 벽돌 조적벽 또는 콘크리트 내력벽을 이중으로 설치하고, 벽과 벽 사이에 흡음재를 삽입하여 보완하고 있는 실정이나, 본 발명의 블럭이 외부에 노출되어 있는 경우에는 시멘트와 솜털섬유 사이의 공극에 의해 외부에서 침투되는 소리의 파장을 흡수하여 소멸시키고, 블럭의 표면에 시멘트 모르터 미장이나 벽지 등으로 마감처리 하였을 경우는 마감면 내부 즉 블럭의 내부에 균일하게 형성된 연속적 공극이 소리의 파장 및 떨림의 전달을 완전히 차단시켜 주기 때문에 완벽한 흡음 및 차음효과를 구현할 수가 있는 것이다.

본 발명에서 제조된 건축자재는 흡음율을 NRC 0.4 데시벨(dB)까지 낮추어 줄 수 있다.

한편, 본 발명에서는 시멘트 건축자재의 제조 시 사용되는 폐폴리에스테르 코드섬유사 대신에 환경친화적인 부재료가 사용될 수 있다. 이러한, 환경친화적인 부재료로서는 잘게 썰은 볏짚, 쌀이나 보리 등을 정미하고 난 후 발생되는 왕겨, 목재 가공 후 얻어지는 톱밥, 대패밥, 폐종이류 및 양생포 등을 적당한 입자크기로 분쇄하여 이용할 수 있으며, 이러한 부재료는 특수목적용으로 사용할 경우에 적합하다. 이 밖에 비닐 차양포, 스티로폼 폐기물 등을 사용할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제작하고자 하는 블럭이나 판넬의 형태에 맞는 형틀을 준비하되, 시멘트의 초기 응결이 완료된 후, 탈형 시 형틀로부터 용이하게 이탈될 수 있도록 상기 형틀은 내면에 박리제를 도포한다.다음에, 규산나트륨 원액을 오염되지 않은 청정수에 소정비율로 혼합하여 규산나트륨 용액을 만든다. 이때, 상기 규산나트륨 용액은 청정수 100중량부에 대하여 규산나트륨 원액 30 ∼ 50중량부 비율로 혼합된다. 상기 규산나트륨의 비율을 높일수록 혼합 및 배합된 재료들의 응결도가 높아져 완제품의 강도를 향상시킬 수 있으나, 특수목적이 아닌 일반 건축물의 내장용 블럭 및 판넬의 경우는 상기 규산나트륨과 청정수의 혼합비율을 1:1 ∼3 범위 내에서 할 수 있으나 1:2 정도로 하는 것이 품질성과 경제성을 동시에 만족시킬 수 있다.

삭제

여기서, 상기 규산나트륨과 청정수의 혼합비율을 상기 1:3보다 더 희석시키면 제품의 소정강도를 얻을 수 없으며, 규산나트륨의 농도를 진하게 할수록 제품의 소정강도의 추가 획득은 도움이 되나 1:1이상의 농도는 본 발명의 제품 특성상 불필요한 제조원가 상승 요인이 될 뿐만 아니라, 제품의 제조관리상 불합리한 여건 제공으로 오히려 제품의 질을 저하시키는 요인이 될 수도 있다.

다음에, 분산물질인 폐폴리에스테르 코드섬유사 입자의 점성을 유지, 강화시켜 주기 위하여 표면 활성화 물질인 술폰산나트륨 원액을 오염되지 않은 청정수에 소정비율로 혼합하여 술폰산 나트륨 용액을 만든다. 이때, 상기 술폰산나트륨 용액은 청정수 100중량부에 대하여 술폰산 나트륨 원액 10 ∼ 30중량부 비율로 혼합된다.

상기와 같이 만들어진 규산나트륨 용액과 술폰산 나트륨 용액을 혼합한다.

이때, 상기 술폰산나트륨 용액과 규산나트륨 용액의 혼합비율은 1 : 1 ∼3 범위 내에서 할 수 있으나, 1:2 정도로 하는 것이 바람직하다. 이는 상기 폐폴리에스테르 코드섬유사가 본 발명의 시멘트 블럭 또는 판넬이 추구하는 기능성을 가장 적정하게 유지하는 점성을 확보할 수 있기 때문이다.

상기 술폰산나트륨 용액과 규산나트륨 용액의 혼합비율 범위에서, 상기 규산나트륨에 비하여 술폰산 나트륨이 상기 비율 범위의 최저치(30%)보다 더 낮아지면 시멘트 풀의 경화속도에 비하여 폐폴리에스테르 코드섬유사의 분리현상이 발생될 수 있으며, 반대로 상기 비율범위의 최고치(100%)보다 높아지면, 시멘트 풀이 폐폴리에스테르 코드섬유사 입자사이로 침투하는데, 방해되거나 시멘트 풀과 섬유 입자간의 결속 응집력을 약화시켜 제품의 강도에 매우 나뿐 영향을 미치게 된다.

상기 과정의 수행 후, 폐타이어의 고무 재사용을 위한 분쇄과정에서 발생된 0.01mm ∼ 3.0mm 직경의 폐폴리에스테르 코드섬유사에 규산나트륨 용액과 술폰산나트륨 용액이 혼합된 혼합용액을 도포한다. 이때, 상기 폐폴리에스테르 코드섬유사에 상기 혼합용액을 도포시키는 방법으로는, 상기 분산물질인 폐폴리에스테르 코드섬유사를 혼합용액에 담구어 섬유가 충분히 용액을 흡수하도록 한 후에 섬유를 용액으로부터 건져내되, 상기 섬유로부터 용액이 흘러내리지 않을 정도로 압출하는 방법이 있다. 또한, 다른 도포방법으로는 상기 폐폴리에스테르 코드섬유사를 얇게 펴고 스프레이기를 이용하여 상기 섬유 위에 혼합용액을 분사하는 방법이 있다. 상기 스프레이기를 이용하는 경우에는 분사 시 용액이 섬유의 각 입자 표면을 충분히 도포시킬 수가 없을 우려가 있으므로 충분히 살포한다.

다음에, 상기 혼합용액이 도포된 폐폴리에스테르 코드섬유사를 계량하여 형틀의 전 용적에 균등히 분산시켜 채워 넣는다. 그 이유는 추후 시행될 시멘트 풀이 균등히 스며들 수 있으며, 기포성 공극도 균등히 분포될 수 있도록 하기 위함이다.

이때, 섬유의 단위용량은 블럭의 강도뿐만 아니라, 흡음력과 단열성의 크기 에도 결정적 영향을 미치게 되므로 철처히 계량하여 시행하여야 한다. 본 발명에서의 섬유의 공극률은 70%가 가장 적절한 용량으로 완제품 1m 3 의 경우 건조상태의 섬유는 25kg정도가 된다.

다음에, 형틀에 채워진 폐폴리에스테르 코드섬유사 위로 오염되지 않은 청정수와 포틀랜드 시멘트 분말을 2 : 1의 비율로 혼합하여 얻어진 시멘트 풀을 주입시킨다. 상기 시멘트 풀은 물의 양을 최소화하였을 경우, 끈적끈적한 유즙이나 꿀 형태로 되어 제품의 강도 및 방음, 단열효과를 향상시킬 수 있게 된다. 그러나, 시멘트의 양에 비해 물의 양이 지나치게 적으면, 완전한 반죽상태를 얻지 못하여 섬유질 입자사이의 공극 침투율이 저하되어 오히려 역효과를 낼 수 있다. 상기와 같은 비율로 혼합하여 블럭을 제작하였을 때의 압축강도는 150kg/㎠정도 확보된다.

상기 폐폴리에스테르 코드섬유사에 시멘트 풀을 주입하는 과정에서 한 지점에 집중하여 투입되지 않도록 하고, 섬유의 전 단면에 걸쳐 조금씩 살포하여 서서히 섬유의 입자 공극에 침투될 수 있도록 한다. 이때, 한 지점에 집중하여 투입되는 경우에는 시멘트 풀이 빈 공간으로 침투되면서 그 투입력에 의하여 섬유가 밀리게 되며, 이에 따라 섬유와 시멘트가 각기 다른 군을 형성하는 상태가 되므로 제품의 균일성이 확보되지 않아 블럭 또는 판넬 자체의 기능을 달성할 수 없게 된다.

상기 형틀에 시멘트 풀의 주입작업이 완료되면, 적당한 다짐작업을 통하여 제품이 적정한 수밀도를 유지할 수 있도록 한다. 상기 다짐작업은 다짐봉을 사용하 여 재료의 직접 다짐을 하게 되면 섬유의 엉킴이나 몰림 현상이 발생하므로 삼가하고, 형틀 자체에 적정한 진동을 가하는 테이블 진동다짐방법을 사용함이 좋다. 이때, 테이블의 진동 가속도는 6000r.p.m정도로 하여 재료의 분리현상을 방지토록 하고, 진동시간은 30 ∼ 40분 정도로 하여 제품의 수밀도를 확보 할 수 있도록 한다.

상기 형틀의 다짐작업이 완료 된 후에는 소정시간(본 실시예에서는 약 5일이상)동안 응결을 한 후, 탈형한다. 탈형된 제품은 자연양생인 일반양생법과 스팀 등을 이용한 특수양생법을 이용한다.

상기 일반양생의 경우, 제품의 제작일로부터 2일 경과 후부터 하루에 2회 이상 물을 뿌려가며, 양생할 수 있도록 하며, 양생장소는 직사광선이 없는 반 그늘이 가장 좋다. 시멘트는 응결 시 많은 열을 발생하게 되는데, 이때 양생포 등을 덮어 발열량이 소실되지 않도록 함으로써, 우량제품을 얻을 수가 있으며, 이러한 일반양생은 최고 28일 이상 시행한다.

상기 특수양생법은 강제양생방법으로서 제품의 강도를 조기에 얻고자 할 경우에 사용하며, 뜨거운 수증기(열스팀)를 이용하여 응결, 양생하는 방법이다. 이때, 수증기의 온도는 50℃내외가 적당하다.

상기의 일련의 방법을 통해 제조된 제품은 섬유질 35%, 시멘트 35%, 공극 30%정도로 형성된다. 따라서, 상기 섬유질 자체의 보온성과, 공극을 통한 흡음성이 제품자체에 부여되며, 상기의 제품을 블럭 또는 판넬 형태로 제작하여 건축물의 벽 시공에 사용한다.

도4a 및 도4b는 본 발명에 의한 시멘트블럭의 단열 및 흡음시공을 개략적으 로 나타낸 일예시도로서, 도4a에 도시된 바와 같이, 단열시공의 경우, 건물 외벽(11)은 시멘트 조적벽으로 조적하고, 내벽은 본 발명의 블럭(12)으로 조적한 후, 내벽면을 모르터(13)로 마감하는 과정을 거친다. 따라서, 상기 블럭(12)에 함침된 폐폴리에스테르 코드섬유사(2)의 보온성과 공극(3)에 의해 외부의 기온이 내부로 침투되지 못하도록 하며, 이와 같은 본 발명의 시공에 의해, 종래와 같이 이중벽 사이에 단열재를 삽입할 필요가 없으며, 벽의 두께를 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 도4b에 도시된 바와 같이, 상기 흡음시공의 경우, 본 발명의 블럭형 판넬(14) 양측을 모르터(13)로 마감하는 과정을 거친다. 따라서, 외부의 소음이 판넬(14)측으로 침투시 판넬(14) 내부의 공극을 통해 소멸시킴으로써, 외부의 소음이 내부로 확산되지 못하도록 할 수 있는 것이다.

도5a 내지 도5c는 본 발명에 의한 시멘트블럭을 이용한 블럭형 판넬 및 조립식 판넬의 제작 예시도로서, 도5a는 본 발명의 시멘트 블럭형 판넬의 중앙부에 와이어 메쉬(21)를 삽입한 예를 보여주고 있는데, 이는 블럭(12)보다 두께는 얇고, 면적은 크고 넓게 제작되어 블럭형 판넬의 파손을 방지할 수 있도록 한 것이다. 다른 예로, 도5b에 도시된 바와 같이, 블럭형 판넬(14)의 양면에 가는 철선 그물망(31)을 부착하여 파손을 방지할 수도 있다. 이 밖에 도5c에 도시된 바와 같이 블럭형 판넬(14)의 내,외면에 외부도장 철판(41)을 부착한 예를 나타내고 있는데, 이는 기존의 단열판넬(샌드위치 판넬)을 대체한 것으로, 화재발생시 유독가스의 발생을 없애고, 제조원가를 절감할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 산업 폐기물인 차량 폐타이어의 고무 재활용을 위한 분쇄과정에서 발생되는 환경오염물질인 폐폴리에스테르 코드섬유사를 재활용하여 시멘트 블럭이나, 판넬과 같은 건축자재를 제조하는데 이용함으로써 기존의 시멘트 블럭이나 판넬 제작 시 첨가되는 모래나 자갈과 같은 고비용 골재의 대체재료로 활용할 수 있어 제조비용을 대폭 절감할 수 있으며, 폐폴리에스테르 코드섬유사의 소각시 발생되는 환경오염은 물론 막대한 폐기처리비용 낭비를 방지할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 블럭 또는 판넬 형태로 이루어진 본 발명의 건축자재는 종래의 시멘트 제품에 비해 단위중량이 가볍고, 압축강도가 비슷한 물리적 성질을 가지고 있어 건축물의 자중을 대폭 경감시켜 줌으로써 골조구조의 단면 절감을 통해 건축공사비를 절감시켜 주고, 건축물의 내부연한을 대폭 연장시킬 수 있는 다른 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 상기 폐폴리에스테르 코드섬유사가 자체의 보온성을 가짐으로써 블럭이나 판넬 제작 시 단열성을 향상시키고, 또한 시멘트와 섬유간의 배합 시 생성되는 기포공극에 의해 단열뿐만 아니라, 탁월한 흡음기능을 부여함으로 써, 종래의 시멘트 블럭이나 판넬과 같이 건축물 축조 시 별도의 단열재나 흡음재를 보조재료로 사용할 필요가 없으며, 이로 인해 벽 두께를 대폭 감소시킬 수 있어 실내유효공간을 더욱 넓힐 수 있는 또 다른 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 첨가물질인 규산나트륨은 방부재 효능 및 병원성 미생물의 발생과 번식을 방지해주는 효능을 가지고 있어 벽면의 곰팡이, 이끼 방지는 물론 부식으로 인한 유해 기생충의 발생, 번식을 원천적으로 방지할 수 있어 철저한 위생적 생활공간을 확보할 수 있는 또 다른 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 표면은 첨가물질인 섬유질이 적당히 노출되어있을 뿐만 아니라, 상당량의 공극을 가지고 있어 미장 시 시멘트 모르터와의 접착력을 증대시키므로, 향후 상기 모르터가 박리될 우려가 없는 또 다른 효과를 가진다.

도1a 및 도1b는 종래 기술에 따른 건축물의 단열시공 및 방음시공의 일예를 나타낸 개략도.

도2는 본 발명에 의한 단열과 흡음기능을 갖는 시멘트 건축자재의 일실시예 구성을 나타낸 단면도.

도3은 본 발명에 사용되는 폐폴리에스테르 코드섬유사를 추출하기 위한 자동차 타이어의 구조단면도.

도4a 및 도4b는 본 발명에 의한 시멘트블럭의 단열 및 흡음시공을 나타낸 개략도.

도5a 내지 도5c는 본 발명에 의한 시멘트블럭의 블럭형 판넬 및 조립식 판넬의 제작 예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 시멘트풀 2: 폐폴리에스테르 코드섬유사

3: 공극 11: 외벽

12: 시멘트블럭 13: 모르터

14: 시멘트 판넬 21: 와이어매쉬

31: 철선 그물망 41: 외부 도장철판

Claims (13)

1. 시멘트 풀 30wt% ∼ 40wt%에 폐폴리에스테르 코드 섬유사 30wt%∼ 40wt%, 표면활성물질인 술폰산 나트륨(SO 3 H) 용액 5wt% ∼ 15wt% 및 촉매성, 항균성 및 소정의 공극율을 부여하기 위한 규산나트륨(Na 2 SiO 3 ) 용액 5wt% ∼ 35wt%를 혼합하고, 이 혼합물을 소정의 형틀로 몰딩하여 제조된 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 몰딩된 혼합물의 공극율이 15 ∼ 30%인 것을 특징으로 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 시멘트 풀은 물 2 ∼3 : 시멘트 1의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 혼합물에 액화시멘트의 경화촉진제 5wt% ∼ 15wt%가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 술폰산 나트륨 용액은 물 100중량부에 대하여 술폰산 나트륨(SO 3 H) 원액 10중량부∼30중량부 비율로 혼합되며, 상기 규산나트륨(Na 2 SiO 3 ) 용액은 물 100 중량부에 대하여 규산나트륨 원액 30중량부∼50중량부 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 시멘트 건축자재를 이용하여 제조된 시멘트 블럭.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 시멘트 건축자재를 이용하여 제조된 시멘트 판넬.
8. 규산나트륨 용액에 술폰산 나트륨 용액를 소정비율로 혼합하여 혼합용액을 만드는 제1 단계;

   폐폴리에스테르 코드 섬유사에 상기 혼합용액을 도포하는 제2 단계;

   상기 시멘트와 물을 소정비율로 혼합하여 시멘트 풀을 제조하는 제3 단계;

   상기 혼합용액이 도포된 폐폴리에스테르 코드 섬유사를 형틀의 전 용적에 걸쳐 고르게 분산시켜 채워 넣는 제4단계;

   상기 형틀에 채워진 폐폴리에스테르 코드섬유사 위로 시멘트 풀을 주입하고, 다지는 제5 단계; 및

   소정 시간동안 응결 후, 탈형하는 제6 단계를 포함하는 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재의 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제1 단계의 혼합용액에서, 상기 규산나트륨 용액은 물 100중량부에 대하여 규산나트륨 원액30 ∼ 50중량부의 비율로 혼합되며, 상기 술폰산 나트륨 용액은 물 100 중량부에 대하여 술폰산 나트륨 원액 10 ∼ 30중량부의 비율로 혼합된 것을 사용하는 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재의 제조방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 제1 단계에서, 상기 규산나트륨 용액과 술폰산 나트륨 용액은 1 ∼ 3 : 1의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재의 제조방법.
11. 제 8 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제2 단계에서의 폐폴리에스테르 코드섬유사는 폐타이어서의 분쇄과정에서 발생되는 0.01 ∼ 3.0mm 직경의 코드사 솜털섬유를 재가공없이 그대로 이용하는 것을 특징으로 하는 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재의 제조방법.
12. 제 8 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제3 단계에서의 시멘트풀은 물 2 ∼ 3 : 시멘트 1의 비율로 혼합하여 얻어진 것을 특징으로 하는 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재의 제조방법.
13. 제 8 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제5 단계는 섬유의 전 단면에 걸쳐 균형되게 시멘트 풀을 살포하여 섬유의 입자 공극에 침투될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 단열 및 흡음기능을 갖는 고강도 시멘트 건축자재의 제조방법.