KR100707135B1

KR100707135B1 - 화산쇄설물을 사용한 일체식 바닥포장 조성공법

Info

Publication number: KR100707135B1
Application number: KR1020050052118A
Authority: KR
Inventors: 김문훈; 홍종현
Original assignee: 홍종현; 김문훈
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2007-04-13
Also published as: KR20060084774A

Abstract

인조석 물갈기에 의한 바닥포장은 높은 강도와 뛰어난 내구성으로 오랫동안 각광을 받아왔다. 학교건물의 바닥, 사무실, 아파트의 바닥 등 수많은 건물 바닥에 적용되었다. 그러나, 황동 줄눈이 필요하고, 수준 낮은 디자인 문제로 인해 새로운 바닥포장이 요구되는 시점이다. 본 발명은 제주도에 방대한 량이 매장되어 있는 화산쇄설물을 사용한 일체식 바닥포장 조성방법을 제시하였다. 화산쇄설물, 시멘트, 물, AE감수제, 합성섬유를 최적의 배합비율로 혼합한 화산쇄설물 콘크리트를 사용하여 바닥포장을 조성한다. 화산쇄설물을 사용한 건자재는 광촉매기능에 의한 휘발성유기화합물의 제거와 같은 대기정화기능이 뛰어나며, 제주도내 석산에 대량 방치되어 있기 때문에 이것을 고부가가치 제품에 사용하므로 환경친화성과 가격경쟁력이 월등히 뛰어나다. 특히, 바닥포장의 질감이 자연스럽고 별도의 안료도움이 전혀 필요없는 장점이 있다. 시공측면에서 본 발명에서 제시하는 단계를 준수하면, 균질한 품질의 포장을 조성할 수 있어, 표준화가 가능하다.

일체식 바닥포장, 화산쇄설물, 광촉매, 휘발성유기화합물

Description

화산쇄설물을 사용한 일체식 바닥포장 조성공법{A New Integral Pavement System Using Pyroclast}

도 1 화산쇄설물 바닥포장 표면 사진

도 2 화산쇄설물 판석 사진

도 3 일체식 바닥포장 조성공법 순서도

인조석 물갈기는 종석과 시멘트를 된비빔하여 포설한 후 일주일 정도의 양생기간 후 그 표면을 그라인더로 갈기하는 방식의 공법으로 일반적으로 3회 갈기 작업을 통하여 바닥의 평활도와 표면의 광택을 발현시킨다. 물갈기에 의한 인조석 바닥포장은 내구성이 굉장히 우수하고 유지보수 비용이 저렴하여 광범위하게 사용되어 왔다.

한편, 경제수준이 높아지고 삶의 질이 향상됨에 따라 수준높은 디자인의 건자재에 대한 수요가 증가하고 있다. 이에따라 인조석 물갈기 공법은 점차 사용빈도가 줄어들고, 인조 화학제품이 그 자리를 대체하고 있다. 인조석 물갈기에 의한 공법의 가장 큰 문제점은 한국의 경제수준에 비해 수준낮은 디자인이다.

본 발명은 제주도에 방대한 량이 매장되어 있는 화산쇄설물을 사용한 일체식 바닥포장 조성방법을 제시하였다. 화산쇄설물, 시멘트, 물, AE감수제, 합성섬유를 최적의 배합비율로 혼합한 화산쇄설물 콘크리트를 사용하여 바닥포장을 조성한다. 화산쇄설물을 사용한 건자재는 광촉매기능에 의한 휘발성유기화합물의 제거와 같은 대기정화기능이 뛰어나며, 제주도내 석산에 대량 방치되어 있기 때문에 이것을 고부가가치 제품에 사용하므로 환경친화성과 가격경쟁력이 월등히 뛰어나다. 특히, 바닥포장의 질감이 자연스럽고 별도의 안료도움이 전혀 필요없는 장점이 있다. 시공측면에서 본 발명에서 제시하는 단계를 준수하면, 균질한 품질의 포장을 조성할 수 있어, 표준화가 가능하다.

본 발명은 특허출원 10-2005-0005184(화산쇄설물을 사용한 기능성 도로포장 조성공법)의 보다 진보된 내용을 바탕으로 제주도내 석산에 방대한 량이 부산물로 발생되고 있으나 거의 활용이 되지 않는 화산쇄설물을 이용한 일체식 바닥포장 조성공법에 관한 것이다.

종래의 타일로 시공되는 바닥의 질감과는 달리 일체식 바닥포장의 질감을 나타내도록 해야한다.

인조석 물갈기와 같이 황동을 이용한 줄눈을 설치하면 격자문양(90cm×90cm)의 질감을 나타내게 되는데, 황동줄눈을 사용하지 않고, 일체식 질감을 표현하도록 해야한다.

바닥포장은 최대한 자연스러운 질감을 갖도록 조성하되, 내구성이 우수하고, 특히, 대기를 정화시키는 친환경적 기능을 갖는 공법이어야 한다.

따라서, 본 발명에서는 화산쇄설물, 시멘트, 물, 합성섬유 등을 사용한 바닥포장용 화산쇄설물 콘크리트의 최적 배합비율을 제시한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 화산쇄설물, 시멘트, 물, AE감수제, 합성섬유로 조성되어 고강도를 발현하고 광촉매 반응으로 대기오염물질 제거 기능을 갖는 환경친화적인 기능성 화산쇄설물 바닥포장 조성 방법을 제공한다.

본 발명은 일실시예로서, 화산쇄설물을 사용한 일체식 바닥포장 조성에 있어서, 1단계(재료선별 및 시험)로 스크린을 이용하여 스코리아(scoria), 화산재, 화산탄 등의 화산쇄설물이 혼합되어 퇴적된 화산쇄설물을 분쇄 선별하여 입도, 함수비 등 재료시험을 수행하는 단계, 2단계(재료혼합)는 장비(믹서)를 이용하여 화산쇄설물조성체(화산쇄설물 : 시멘트 = 3 : 1의 중량비)를 건식 1차 혼합하는 단계와 1차 혼합후 물을 슬럼프 15cm 이하가 되도록 2차 완전 혼합하는 단계, 3단계(포설)는 장비(피니셔) 또는 인력을 이용하여 화산쇄설물조성체를 4 ~ 10cm 두께로 콘크리트 슬래브 상면에 포설하고 양생하는 단계, 4단계(물갈기)는 7일에서 15일 정도의 양생기간을 거친 후 표면 물갈기를 하는 단계, 5단계(표면처리)는 표면을 표면강화제인 액상의 발수제를 살포하는 단계, 6단계(양생)는 최소 1일 이상 양생 후 공용하는 단계로 조성되며 화산쇄설물의 천연색상을 표출하는 것을 특징으로 하는 일체식 바닥 조성공법을 제공한다.

상기 화산쇄설물조성체는 화산쇄설물과 시멘트를 3 : 1 중량비로 혼합하여 생산하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 일실시예로서, 상기 화산쇄설물조성체는 시멘트 420 ~ 1000kg/㎥, 입도선별 후 골재 최대치수 12mm 이하의 혼합골재로 된 화산쇄설물 1400 ~ 2000kg/㎥, 물 150 ~ 300kg/㎥, AE감수제 5kg/㎥ 이하, 합성섬유는 2kg/㎥ 이하로 혼합조성되는 것을 특징으로 하는 화산쇄설물 콘크리트 제조방법을 제공한다.

화산쇄설물은 화산활동으로 생성된 스코리아(Scoria), 화산재, 화산탄 등이 혼합되어 암반과 암반사이에 협재되어 있는 퇴적물을 의미하는 것으로, 제주도내의 석산에 방대한 량이 발생되나 주로 복토용 재료나 매립용으로 사용되고 있어 부가가치가 매우 낮다. 본 발명에서는 화산쇄설물의 화학성분중 TiO₂ 성분의 광촉매작용, 포졸란반응에 의한 내구성 증진, 적색의 천연색상을 이용할 목적으로 사용된다. 석산에서 생산된 화산쇄설물을 그대로 사용하기에는 입도상의 문제가 있기 때문에 12mm이하로 분쇄하여 사용하게되면 균질한 품질을 얻을 수 있다. 화산쇄설물의 품질에 따라 25mm 이하로 분쇄하는 것도 가능하다.

시멘트는 보통포틀랜드 시멘트의 사용이 가능하고, 질감과 품질을 변화시킬 목적이면, 고로슬래그시멘트, 플라이애쉬시멘트, 백시멘트 등의 특수시멘트의 사용이 가능하다. 시멘트의 사용량이 적으며 강도상의 문제가 발생되고, 과다하게 많으면, 가격이 상승하고 디자인이 나빠지는 단점이 있다. 따라서, 본 발명에서 제시하는 범위를 사용하는 것이 바람직하다.

물은 비빔과 시공에 적합하도록 적당량의 물을 투입해야 하는데, 화산쇄설물의 흡수율이 높아서 함수량 측정후에 투입비율을 결정해야 한다. 일반적으로 표면건조포화상태의 골재를 기준으로 150 ~ 300kg/㎥이면 적당하다.

혼화제는 AE 감수제를 사용하는데, 시멘트의 분산이 좋고, 품질이 높아지는데 기여한다. 사용하지 않아도 무방하나, 품질을 높이기 위해서는 소량 사용하는 것이 바람직하다.

합성섬유는 PVA 섬유, PP 섬유 등의 다양한 섬유가 사용가능한데, 6mm 또는 8mm 길이의 PVA 섬유가 적당하다. 건조수축 및 소성수축에 의한 인장균열을 방지할 목적으로 투입된다. 사용량은 1kg/㎥ 내외의 범위로 현장여건에 맞게 사용한다.

구 분	인조석 물갈기	화산쇄설물 일체식 바닥포장
재 료	인조석(종석)	화산쇄설물
강 도	시멘트의 수화반응	포졸란반응+수화반응
디자인	격자무늬	일체식 포장
경제성	고가	저가

표 1에 종래의 인조석 물갈기에 의한 공법과 본 발명에 의한 공법과의 차이점을 나타내고 있다. 두가지 공법 모두 강도가 크고, 내구성이 높고, 열에 강한 장점으로 화학제품과는 월등히 우수한 장점이 있다.

표 1에 의하면, 본 발명은 재료가 친환경재료를 사용하는 장점이 있고, 종래의 인조석 물갈기는 시멘트의 수화반응으로 강도발현하는 원리이며, 반면에 본 발명은 화산쇄설물의 포졸란 반응과 시멘트의 수화반응으로 강도발현하여 장기강도가 높아지는 장점이 있고, 디자인이 매우 큰 차이를 보이고 있다.

실시예

시험시공은 남제주군 표선면의 신축건물 바닥(6m×6m)을 대상으로 2005년 4월에 실시하였다.

구분	시멘트	화산쇄설물	물	AE감수제	합성섬유
일체식 바닥포장	600kg/㎥	1800kg/㎥	240kg/㎥	3kg/㎥	1kg/㎥

표 2는 바닥포장의 배합비를 나타내고 있다. 시멘트는 쌍용시멘트, 화산쇄설물은 제주도 창원산업에서 생산된 화산회토로 골재최대치수 12mm 이하로 분쇄하여 사용하며, AE감수제는 호스록코리아제품을, 합성섬유는 PVA섬유(6mm)를 사용하며, 표면 처리제는 침투성 발수왁스(표면코팅용)를 사용하였다. 화산쇄설물 콘크리트의 강도특성은 KS F 2403, 2405의 기준에 따라 수행하였고, 28일 압축강도가 350kgf/cm², 흡수율이 7.2%로 측정되어 바닥용 건자재로 사용될 수 있는 충분한 역학적 특성을 보여주었다. 표면질감이 자연상태의 지반과 유사할 정도로 자연스러웠다. 도 1에 화산쇄설물 바닥포장 표면 사진을 나타내고 있다.

화산쇄설물 콘크리트의 배합순서는 ①화산회토+시멘트 혼합 ②화산회토+시멘트+토목섬유 혼합 ③물+AE감수제를 별도 혼합 후 ②에 투입 후 혼합하는 순서이며, 콘크리트 슬래브 상면에 신구콘크리트접착제를 바른 후, 시공두께 5cm(5.5cm 타설후 5mm 물갈기)로 시공하였다. 물갈기는 3회 표준형으로 시공하였고, 시공 후, 침투성 표면발수제를 스프레이 시공 3회(1회 시공 후 30분 경과 후(건조) 2회 시공)로 표면이 완전히 코팅되도록 시공하였다. 도 3에 일체식 바닥포장 조성공법 순서도를 나타내고 있다.

구 분	시멘트	화산쇄설물	물	AE감수제
화산쇄설물블록	450kg/㎥	1800kg/㎥	240kg/㎥	2kg/㎥

표 3에 화산쇄설물을 사용한 인조석판재(2차 제품)의 표준 배합비를 나타내고 있다. 현장 물갈기의 경우, 환경오염, 시공시간 과다, 높은 인건비의 단점을 보완하도록 현장 물갈기의 공정을 공장으로 옴겨서 일정크기(30cm각 or 45cm각)의 판을 만든 것으로 현장에서 타일을 깔듯이 시공하도록 한 것이다. 즉, 전체 공정은 동일한데, 다만 공장에서 엄격한 품질관리로 제품이 생산되도록 한 것이다. 도 2에 화산쇄설물 판석 사진을 나타내고 있다. 결합재로 사용된 시멘트의 량이 표 2와 비교하여 낮은 이유는 공장에서 엄격한 품질관리를 하기 때문에 낮아질 수 있다.

한편, 표 3의 배합비율을 이용하여 온돌방 바닥을 미장하는 것이 가능하다. 시공단계는 1단계(재료선별), 2단계(재료혼합), 3단계(포설및미장)로 완성되며, 축열효과와 원적외선효과가 매우 우수하다.

대기정화 기능

화산쇄설물 콘크리트의 대기정화기능을 측정할 목적으로 밀폐형 반응기내에 휘발성유기화합물을 휘발시킨 후, 본 발명에 의한 화산쇄설물 콘크리트가 대기를 정화시키는 능력을 측정한 것이다.

시험방법과 장비로, 밀폐형 아크릴 반응기는 사각형(60cm×60cm×60cm) 타입을 사용하였고, 반응기 내에 화산쇄설물 콘크리트 타일(50cm×50cm×3cm)을 4면에 배치하였다. 휘발성유기화합물은 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스타일렌 등을 사용하였고, 반응기 내의 초기 농도를 5ppm로 설정하였다. 광원인 UV Lamp는 15W(주파장, 312nm(E29100, CONSORT,Co)를 사용하였다. 표 4에 반응 6시간 후의 반응기 내의 공기정화능력을 백분율로 표시 한 것이다. 표 4에서 알 수 있듯이 본 발명에 의한 화산쇄설물 콘크리트는 휘발성유기화합물의 흡착 제거에 굉장히 뛰어난 성능을 나타내고 있다. 자외선을 조사한 후 바탕시험에 의한 결과는 30-40%정도 VOCs가 제거된 반면에 화산쇄설물 시편이 투입된 경우, 6시간만에, 최소 제거율이 70% 이상 발현되었다. 제거율은 반응기 내의 초기농도 분에 6시간 후의 대기농도를 100으로 곱한 값이다.

구 분	광원 주사 6시간 후 제거율
바탕시험	30% ~ 40%
화산쇄설물 시편 투입	70% ~ 95%

기술적 측면

화산쇄설물에 의한 바닥포장은 인조석 물갈기에 의한 포장이 가지는 장점 즉, 뛰어난 내구성과 강도, 열에 강한 장점 등을 지니고 있고, 인조석 물갈기의 단점인 저급의 디자인 문제를 고급의 일체식 디자인으로 업그레이드 할 수 있다. 장기강도가 높아져서 시간이 흐를수록 내구성이 좋아지는 장점이 있다. 특히, 인장균열문제를 해소할 수 있는 방법을 제시하였다.

경제적 측면

공법에 사용되는 주재료는 화산쇄설물이다. 이 재료는 제주도 석산의 비토로 분류되어 매립용으로 사용되는 저부가가치의 부산물이다. 이러한 산업부산물을 이용하여 고부가가치의 공법과 건자재를 제조한다. 특히, 이러한 산업부산물을 이용하기 때문에 가격 경쟁력이 매우 뛰어나다. 뿐만아니라, 석산에서는 화산쇄설물이 다량 활용할 수 있는 용도가 없어 부지내에 대규모로 야적되고 있는 실정이며, 이에 따른 부지확보 및 조성비용 등이 발생된다.

문화적 측면

적색의 화산쇄설물은 한반도 내에서는 제주 지역에만 분포된 광물로 그 색이 독특하다. 독특한 지역의 부존자원을 이용하기 때문에 이를 사용한 공법과 제품은 지역정서에 부합되고, 독특한 지역의 문화를 나타낼 수 있다. 공법과 건자재의 디자인을 획기적으로 업그레이드하였다.

Claims

화산활동으로 생성된 스코리아, 화산재, 화산탄과 같은 각종 암편으로 되어 있는 화산쇄설물을 사용한 바닥포장 조성공법에 있어서, 상기 화산쇄설물을 일정크기로 분쇄선별하여 입도, 함수비와 같은 재료시험을 수행하는 재료선별 및 시험단계, 믹서장비를 이용하여 화산쇄설물과 시멘트가 3 : 1 의 중량비로 혼합된 화산쇄설물조성체를 건식으로 1차 혼합하는 재료혼합단계, 1차 혼합 후 물을 가하여 화산쇄설물조성체의 슬럼프값이 15cm 이하가 되도록 2차 혼합하는 완전혼합단계, 통상의 피니셔장비 또는 인력으로 완전혼합된 화산쇄설물조성체를 4 ~ 10cm 두께로 콘크리트 슬래브 상면에 포설하여 바닥포장체를 형성하는 포설단계, 포설된 바닥포장체를 7 ~ 15일 정도의 양생기간을 거친 후 표면에 표면강화제인 액상의 발수제를 살포하는 표면처리단계, 표면처리된 바닥포장체를 최소 1일 이상 양생 후 공용하는 양생단계를 거쳐 시공 완성되는 것을 특징으로 하는 화산쇄설물을 사용한 일체식 바닥포장 조성공법.
제 1항에 있어서, 상기 화산쇄설물조성체는 시멘트 420 ~ 1000kg/㎥, 골재최대치수가 12mm이하인 화산쇄설물 1400 ~ 2000kg/㎥, 물 150 ~ 300kg/㎥, AE감수제 5kg/㎥, 합성섬유 2kg/㎥로 혼합조성되는 것을 특징으로 하는 화산쇄설물을 사용한 일체식 바닥포장 조성공법.