KR100778528B1 - 인조석의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인조석의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포트랜드계 시멘트와 고운 모래의 혼합물에 유리섬유, 생석회, 알루미나, 및 실리카를 혼합한 인조석 조성물을 이용한 인조석의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 대량 생산이 가능하면서도 장시간 치수 및 강도의 안정성을 갖춘 친환경적인 인조석의 제조가 가능해진다.

인조석, 증기양생

Description

인조석의 제조 방법 {Method for manufacturing artificial marble}

본 발명은 인조석의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포트랜드계 시멘트와 고운 모래의 혼합물에 유리섬유, 생석회, 알루미나, 및 실리카를 혼합한 인조석 조성물을 이용한 인조석의 제조방법에 관한 것이다.

인조석 조성물은 건축 분야에 있어서 자연 석재를 대체하여 광범위한 용도로 사용되고 있다. 생산 과정에서 자연 석재의 채석, 절단, 연마에서 발생하는 소음 없이 환경에 대한 영향을 최대한 줄이고 대량 생산이 가능하며 고유의 특성도 일정하게 제어 가능하며, 수분의 함유시 극히 취약한 운반 및 설치 작업 중의 내충격성을 어느 정도 개선할 수 있어 건물 전체의 공기를 단축할 수 있고 안정된 외장재를 사용하여 장기간 원래의 특성을 유지하고자 인조 석재에 대한 활발한 구상이 이루어지고 있다.

인조석 조성물과 인조석의 제조방법은 이미 몇 가지 방법이 알려져 있으며 크게 분류하면 다음과 같다.

첫째, 압축강도가 큰 천연 또는 인공 골재성분과 합성수지를 기반으로 하는 접착성 바인더를 혼합하여 제조하는 방법이다.

둘째, 압축강도가 큰 천연 또는 인공 골재성분과 시멘트를 기반으로 하는 바인더를 섞어 혼합한 물질을 물에 의해 경화시키는 콘크리트 기반의 제조방법이다.

셋째, 광물질을 고온으로 용융하여 일정 형태의 거푸집에 부어서 냉각 후에 경화된 형태로 사용하는 타일이나 유리와 같은 제조 방법이다.

상기 세 가지 방법 중 첫 번째 방법의 경우, 대부분의 합성수지계 바인더는 유기 용제를 사용하므로 친환경적이지 못하며 자외선에 대한 내구성이 무기질 재료보다 취약하여 제조 후에 변색이나 강도 저하가 우려되며 생산 단가도 높은 단점이 있다.

세 번째 방법은 고온 용융 과정에서 너무 많은 에너지 사용을 필요로 하여 친 환경적이지 못하지만, 무기질을 사용하므로 수명도 길고 조직도 치밀하여 나름대로 많이 이용되고 있는 실정이다.

두 번째 방법은 본 발명의 기본이 되면서 무기질 재료의 특성상 안정된 성능을 장시간 유지할 수 있는 장점이 있다.

일반적인 콘크리트 재질은 몇 가지 단점이 존재하여 돌과 비슷한 인조석을 얻고자 할 때 제한적인 특성이 나타난다.

첫째, 시멘트의 함량이 낮을수록 그 조직이 완벽한 수밀성을 가지기 힘들고 고체 분말들과 골재의 혼합 특성상 완벽한 균일한 재질의 혼합비를 얻을 수 없다. 따라서, 부분적인 시멘트 함량 저하된 영역에는 일부의 기공이 존재하며 이 기공은 장시간의 경과시 수분, 기타 유해 가스의 통로가 될 수 있어 수명을 단축하고 동파 의 원인이 된다.

둘째, 콘크리트 혼합물은 특성상 시멘트는 접착성을 주로 제공하며 압축강도는 모래나 자갈 등의 골재가 담당하며 비교적 아주 양호한 특성을 보이나 인장이나 굽힘에 취약하여 철사나 철근과 같은 인장력과 전단력에 강한 보강재가 필요하다. 여기서, 상기 보강재는 얇은 재질을 만들 때에는 두께에 맞춰 그 직경이 얇을수록 좋으나, 직경이 얇아질수록 미리 철사나 철근을 성형하여 균일한 분포를 가지도록 해야 하기 때문에 많은 예비 공정을 추가하여 대량 생산을 어렵게 한다. 한편, 골재의 크기를 고려할 때, 얇은 판재의 생산시에는 골재가 커질수록 그 표면적이 줄어들어 접착력이 저하하여 중요한 강도 저하의 변수가 되어 생산하고자 하는 구조재의 두께가 얇아질수록 직경이 작은 골재를 사용하게 된다.

또한, 철사나 철근과 같은 심재가 아무리 특성이 좋아도 콘크리트간의 접착력이 약하면 장시간 수명을 보장할 수 없다.

종래 기술 중에는 인조석의 강도를 증대하고 수밀성을 증대하고자 규산석회(CaSiO₃)을 기반으로 한 혼합재를 일정량 넣어주는 경우가 있으나 섬유상이나 입자상의 규산칼슘은 일정 강도를 증대하는 특성이 있으면서도 그 표면적은 이미 섞는 순간에 결정되게 되어 그 효과에 제한이 따를 수 밖에 없다..

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 대량 생 산이 가능하면서도 심재와의 접착력이 우수하여 장시간 치수 및 강도의 안정성을 갖춘 친환경적인 인조석을 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 포트랜드계 시멘트와 고운 모래의 혼합물에 유리섬유, 생석회, 알루미나 및 실리카를 혼합한 인조석 조성물을 이용한 인조석의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 인조석의 제조방법은 포트랜드계 시멘트 30~60중량%와 고운 모래 30~60중량%의 혼합물에, 5~25mm로 절단된 유리섬유를 1~9중량%, 생석회(CaO)를 3~6중량%, 알루미나(Al₂O₃)를 1~3중량%, 실리카를 1~4중량%로 혼합시킨 인조석 조성물을 생성하고, 상기 인조석 조성물을 고온에서 용융하지 않고 몰드에 넣은 후 증기 양생시키는 것을 특징으로 한다.

여기서, 증기 양생시에 물과 반응함으로써 화학적으로 극히 미세한 규산석회(CaSiO₃)와 알루미산석회가 생성된다. 이렇게 생성된 규산석회와 알루미산석회가 치밀하게 분포되며, 그 성질상 불용성이면서도 수분과 반응하여 수밀성을 증대시켜 인조석의 완성 후 사용 도중에 발생하는 특성 저하를 억제하게 되는 것이다.

상기 규산석회와 알루미산석회는 생성시 물을 소모하므로 발수작용이 있으며 그 조직이 치밀하여 공극을 차단하며 골재와 같은 특성을 발휘하며 장시간 사용시 발생하는 강도 및 기타 부식 등에 의한 성능 저하를 막아준다.

여기서, 규산 석회 성분을 조성물 생성 단계부터 첨가하게 되면 이미 입자화 되어 있어 균일한 혼합이 어려워지는 반면에, 생석회(CaO), 알루미나(Al₂O₃), 실리카로부터 양생 단계에 물과 함께 반응하여 성장한 미세한 규산석회와 알루미산석회는 아주 치밀하고 그 분포도 균일하며 심재와의 접착력도 증대시킴으로써 인장 강도와 굴곡강도까지 증대시켜 준다.

하지만, 규산석회와 알루미산 석회만으로는 철근이나 철사가 담당했던 인장 강도를 완벽하게 발휘하기는 힘들며 심재로 인장 강도 및 탄성이 강한 유리섬유를 섞어주면 인장과 굴곡강도가 훨씬 증대되며, 이 유리섬유는 표면이 생석회와 물과 함께 상기의 혼합물과 같은 성분의 아주 얇고 치밀한 규산석회층을 생성하여 수밀성이 강해지고 접촉 면적의 증대로 심재와 접착력도 강하게 된다.

한편, 길이가 긴 유리섬유를 분말상의 재료와 물과 함께 섞으면 서로 쉽게 뭉쳐 균일한 분포를 유지시키기가 어려웠다.

이에, 본 발명에서는 유리섬유를 5~25mm 정도의 길이로 절단하여 섞어서 유리섬유가 뭉치지 않고 전체 재료에 균일하게 분포하게 함으로써 어느 부위에서도 강도가 균일한 인조석 대치물을 얻게 되었다.

압축강도는 모래에서 주로 발생하며 이 모래의 표면층도 SiO₂가 주성분이며 생석회와 물과 함께 모래 표면에 고르게 성장하며 퍼진 미세한 섬유상의 규산석회층이 빈 공간을 채우며 기본 재료와 강한 접착력을 생성하여 골재의 이탈이나 강한 외력에 의한 파손에 대한 저항성이 강화시키게 된다.

본 발명에 핵심 공정은 증기양생에 있으며 통상적인 혼합 후 양생에 의해 제조되는 일반 콘크리트 인조석재보다 강력한 인장강도나 굴곡강도를 만들기 위하여 여러 가지 방법을 시도한 결과 형틀에 고온(180℃ 이하), 고압의 스팀을 주입하면서 증기 양생을 하면 강력한 강도의 인조석이 제조됨을 확인하였다.

증기 양생시의 강도는 생석회의 함량과 알루미나, 실리카 3가지의 성분 비율과 밀접한 관계가 있으며, 그 비율에 따라 특성 또한 달라지며 세 가지 추가 재료가 각각 전체 포트랜드 시멘트의 5% 전후의 조성에서 안정된 고강도 특성을 나타낸다.

이러한 공정은 큰 제조원가의 상승 없이 15%이상의 압축 강도의 증대를 가져올 수 있다.

일반적인 증기 양생을 통해 생산되는 제품은 30일 전후에 표준 양생을 통한 제품보다 10~15% 낮은 강도특성을 나타내지만, 본 발명의 생석회와 알루미나, 및 실리카가 물과 함께 반응한 미세 섬유상의 규산 석화와 알루미산 석회에 의해 오히려 압축 강도가 향상된 것이다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예에 의해 설명되었으나, 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등 물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 인조석의 제조방법에 의하면, 대량 생산이 가능하면서도 심재와의 접착력이 우수하여 장시간 치수 및 강도의 안정성을 갖춘 친환경적인 인조석의 제조가 가능해진다.

Claims (1)

1. 포트랜드계 시멘트 30~60중량%와 고운 모래 30~60중량%의 혼합물에 5~25mm로 절단된 유리섬유를 1~9중량%, 생석회(CaO)를 3~6중량%, 알루미나(Al₂O₃)를 1~3중량%, 실리카를 1~4중량%로 혼합시킨 인조석 조성물을 생성하고,

   상기 인조석 조성물을 몰드에 넣은 후 증기 양생시키는 것을 특징으로 하는 인조석의 제조방법.