KR100994468B1 - 세라믹볼 제조방법 및 이에 의해 제조되는 세라믹볼이 포함된 투수 콘크리트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹볼 제조방법 및 이에 의해 제조된 세라믹볼이 포함된 투수 콘크리트에 관한 것으로, 이를 더욱 상세히 설명하면 벤토나이트의 결합력에 기해 입형이 고르고 견고하며, 황토(마사토) 및 벤토나이트의 재질에 기해 친환경적인 세라믹볼이 제시되고, 이러한 세라믹볼이 포함되어 시공성, 강도 및 투수성이 우수하고, 벤토나이트의 흡수성에 기해 균열이 제어될 수 있는 투수 콘크리트가 제시된다.

Description

세라믹볼 제조방법 및 이에 의해 제조되는 세라믹볼이 포함된 투수 콘크리트 {A Method For Ceramic Ball And Permeable Concrete Using It}

본 발명은 세라믹볼 제조방법 및 이에 의해 제조된 세라믹볼이 포함된 투수 콘크리트에 관한 것으로, 이를 더욱 상세히 설명하면 벤토나이트의 결합력에 기해 입형이 고르고 견고하며, 황토(마사토) 및 벤토나이트의 재질에 기해 친환경적인 세라믹볼이 제시되고, 이러한 세라믹볼이 포함되어 시공성, 강도 및 투수성이 우수하고, 벤토나이트의 흡수성에 기해 균열이 제어될 수 있는 투수 콘크리트가 제시된다.

황토(벤토나이트)는 흡수성과 흡습성으로 인한 습도조절 능력, 축열성, 단열성, 통기성, 탈취효과, 항균효과, 유해가스 흡착 능력이 우수할 뿐 아니라 원적외선을 방출하여 건강에 매우 좋은 것으로 알려져 있다. 따라서 황토는 오래 전부터 고가옥의 벽, 바닥, 부엌아궁이 등의 건축재료, 적벽돌, 토기, 기와 등의 요업 원료, 토양개량제, 양어장바닥, 외양간 깔개 등으로 이용되고 있으며, 최근에는 고급아파트의 바닥 및 벽재 등과 같은 건축자재, 화장품, 황토찜질방, 황토침대, 의약용, 적조제거용 등으로 사용되고 있다.

특히 고급아파트의 바닥 및 벽의 마감재에 사용하는 황토모르타르도 많이 개발되어 있는 데 모두가 황토 분말에 여러 가지 무기물과 유기물을 배합하여 만든 것이다. 대한민국 특허등록 제 0230569호에 의하면, 고유동성 황토모르타르는 황토와 포졸란, 생석회, 팽창제로 이루어진 황토결합재에 모래와 배합수, 폴리카르본산과 나프탈린, 폴리올유도체, 멜라민, 아미노술폰산 등의 유기물질을 배합하여 만들며, 온수 난방용 온돌방의 바닥 마감재로 사용하는 것으로, 여러 가지 무기재료와 유기재료를 배합하여 만들기 복잡하고 유기재료는 인체에 해로운 영향을 줄 수도 있으며 황토의 고유특성을 해칠 수도 있다. 대한민국 공개특허 제2001-0054071호에 의하면, 미장용 황토 모르타르는 황토에 분말 식물성 접착제를 혼합하여 제조하고 미장 후 질감 및 광택을 부여하기 위하여 미관재를 도포하는 것으로, 식물성 접착제와 미관재가 황토의 기공을 막아 황토의 고유 특성을 모두 잃어버리게 한 단점이 있다.

상기에서 언급한 바와 같이 황토를 주성분으로 하는 모르타르는 황토 분말에 여러 가지 무기와 유기물질을 배합하여 만들기 때문에 그 시공이 용이하지 않으며, 황토에 여러 물질이 혼합되어 황토 고유의 물성이 발현되기 어려운 문제가 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 황토의 고유 성질이 발현될 수 있는 세라믹볼을 제공하며, 이러한 세라믹볼을 포함하여 강도, 투수성, 균열 제어 성능이 우수한 투수 콘크리트를 제공하고자 함이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 세라믹볼 제조방법은 벤토나이트 60 내지 65중량%, 황토 또는 마사토 25 내지 30중량%, 물 5 내지 10중량% 및 토양경화제 0.1 내지 0.3중량%가 포함되고 이들을 배합하여 소성단계를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 "세라믹볼"이라 함은 벤토나이트와 황토가 포함된 구형에 가까운 입자를 말하는 것으로, 황토에 벤토나이트를 포함하여 벤토나이트의 결합력에 의해 견고하게 입자를 형성하여 수분, 외압 등에 의해서도 그 입형의 변형이 없는 것을 말한다.

또한 본 발명의 세라믹볼 제조방법은 상기와 같이 배합 후 1차 소성을 거치고, 코발트, 동, 철, 망간 중 하나로 구성된 산화금속물을 도포하여, 2차 소성을 하는 것을 더 포함할 수 있는 바, 이러한 단계를 거치면서 이에 의해 제조되는 세라믹볼은 다양한 색상이 발현될 수 있고, 더욱 견고하게 되어 강도가 보강되며, 수분 등에 기해 입형의 변형이 방지되는 것이다.

한편 본 발명에서는 상기에서 언급한 제조방법에 의해 제조되는 세라믹볼이 포함된 투수 콘크리트를 제시하는 바, 이러한 투수 콘크리트의 배합비는 골재 60 내지 70중량%, 세라믹볼 6내지 14중량%, 시멘트 13 내지 19중량%, 물 5 내지 7중량%가 포함되는 것을 특징으로 한다. 이렇게 본 발명에서는 세라믹볼이 포함된 투수 콘크리트가 제시되는 바, 이는 상기 세라믹볼의 고른 입형에 의해 그 시공이 용이하게 되는 것이며, 투수성이 향상되고, 세라믹볼 내의 벤토나이트 성분에 의한 흡수성에 기해 투수 콘크리트의 균열이 제어될 수 있는 것이다.

상기 투수 콘크리트에는 섬유보강재 0.02 내지 0.05중량%가 더 부가됨으로서 골재 간, 골재와 세라믹볼 간의 결합력을 증대시킬 수 있다.

더욱 바람직하게는 상기 섬유보강재는 복수의 섬유가닥이 비부착에 의해 형성되어 섬유가닥 간의 간극에 시멘트가 충진됨으로서 시멘트 페이스트와 부착력을 증진시킴이 타당하다.

또한, 상기 섬유보강재는 2가지 재질로 구성되되, 그 외부를 구성하는 섬유가닥은 폴리아미드로 구성되며, 그 내부를 구성하는 섬유가닥은 폴리아라미드, 폴리에틸렌, 탄소섬유 중 하나로 구성되도록 하여 강도 및 시멘트 페이스트와의 결합력을 증진시킴이 타당하다.

또한, 상기 골재의 입도는 2mm 에서 25mm 사이의 단입도가 80~90%인 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 세라믹볼 제조방법에 의해 벤토나이트의 결합력에 기해 입형이 견고하며, 황토(마사토) 및 벤토나이트의 재질에 기해 친환경적인 세라믹볼이 제조되는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 세라믹볼이 포함된 투수 콘크리트에 의해 입형이 고르고, 견고한 세라믹볼이 함유되어 시공성, 강도 및 투수성이 우수하고, 벤토나이트의 흡수성에 기해 균열이 제어될 수 있는 장점이 있다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부되는 도면을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다.

본 발명의 세라믹볼 제조방법은 벤토나이트 60 내지 65중량%, 황토 또는 마사토 25 내지 30중량%, 물 5 내지 10중량% 및 토양경화제 0.1 내지 0.3중량%가 포함되며 이들을 배합하여 소성단계를 거쳐 제조되는 것이 특징이다. 이때, 상기 세라믹볼은 석탄재 또는 석분이 더 포함될 수 있다.

이렇게 제조되는 세라믹볼은 황토 또는 마사토의 유용한 성분이 발현되면서도 벤토나이트에 의해 황토 또는 마사토와 결합력이 증진되어 세라믹볼의 입형이 견고하게 됨으로서 강도, 투수성 및 시공성이 보강되는 것이다.

상기한 구성에서 황토는 통상 산화규소(SiO2), 산화알루미나(Al2O2)외에 산화칼슘(CaO), 산화칼륨(K2O), 산화마그네슘(MgO), 산화나트륨(Na2O) 등이 고르게 분포된 것으로, 황토를 구성하는 산화규소는 산소 친화력이 높고 물과 함께 있을 때는 산소 흡착력이 높아져 수중 용존산소량을 증가시킨다. 이러한 황토는 그대로 사용할 경우 상기에서 언급한 바와 같이 시멘트와 뭉쳐져서 특성저하의 원인이 되므로 이를 벤토나이트와 배합하여 그 결합력을 향상시켜 우수 등에 의하여 풀리지 않도록 하여 입형이 유지되도록 하는 것이다. 상기 황토는 그 기능적 성질이 유사한 마사토로 대체될 수도 있다.

본 발명에서 제시하는 상기 세라믹볼의 제조방법의 일 실시 예로 상기에서 언급한 재료들을 제품의 규격에 해당되는 유압프레스의 금형틀에 투입한 후, 제품의 사용용도 및 규격에 따라 유압프레스의 힘을 결정하여 제품을 건식성형하게 된다. 이 경우 연속적인 제품성형 작업을 반복하다보면 금형틀 내부에 습기가 많이 묻게 되어 금형 내부에 원료가 달라붙거나 형태변화 등 문제점이 발생할 수 있으므로, 금형을 적당한 온도로 유지시켜 수분을 증발시키기 위해서는 별도의 히터장치를 구비해야 한다.

이와 같이 유압프레스에서 성형되어진 반제품은 자연건조 또는 열풍건조 시키게 되는 것이며, 상기에서 자연건조를 수행하게 될 경우에는 직사광선을 피하여 통풍이 잘되는 곳에서 건조를 시키게 되는데, 자연건조 시간을 단축시키고자 하면 저압송풍기를 이용하여 바람의 양 및 흐름을 증가시켜주면 그 효과를 얻을 수 있게 된다.

이렇게 건조단계가 완료되면 제품의 강도보강을 위한 마무리 단계로서, 소성과정을 진행한다.

이와 같은 공정을 통해 제조되어진 세라믹볼은 고온소성 과정을 통해 무균처리 및 황토 또는 마사토의 자연색 유지, 고강도 유지, 경량성 등의 특성을 갖게 된다.

이에 더하여 1차 소성을 거친 세라믹볼의 강도와 색상 발현을 위해 코발트(청색), 동(적색, 청색, 녹색), 철(갈색, 녹청색, 적색), 망간(황갈색, 자주색) 중 하나로 구성된 산화금속물을 기본 발색제로 사용한 유약을 바르고 2차 소성단계를 더 거칠 수 있다. 이렇게 산화금속물을 도포하고, 2차 소성을 거치면 원하는 색상을 다양하게 발현시킬 수 있을 뿐 아니라 강도를 증진시킬 수 있게 되는 것이다.

한편 본 발명에서는 상기에서 언급한 세라믹볼을 포함하는 투수 콘크리트가 제시되는 바, 이러한 투수 콘크리트는 일반 도로, 자전거 도로 등 다양한 용도로 사용될 수 있는 것이다.

상기 세라믹볼을 포함하는 투수 콘크리트는 골재 60 내지 70중량%와 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 세라믹볼 6내지 14중량%와, 시멘트 13 내지 19중량%와 물 5 내지 7중량%와 섬유보강재 0.02 내지 0.05중량%가 포함되는 것을 특징으로 한다.

이렇게 입형이 고르고 견고한 세라믹볼을 배합하여 투수 콘크리트를 제조함으로서 투수 콘크리트의 강도, 투수성, 시공성이 향상되는 것이며, 세라믹볼의 벤토나이트에 기해 흡수성이 향상되어 투수 콘크리트의 균열이 제어될 수 있는 것이다.

여기서 상기 세라믹볼은 사용량이 많아지면 투수 콘크리트 자체의 내구성이 떨어지는 단점이 있어서, 투수 콘크리트 자체의 내구성을 확보하면서 황토(마사토) 및 벤토나이트의 효능이 발휘되도록 하기 위해 그 배합량은 6 내지 14중량% 범위로 제한한다.

상기 골재는 쇄석골재, 강모래, 바다모래, 규사, 부순모래, 재생잔골재 중에서 1 또는 1이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하며, 골재를 60 내지 70중량%로 배합하는 것은 골재의 사용량이 60중량% 미만인 경우에는 부배합으로서 경제성이 낮아지고, 70중량%를 초과 사용하는 경우에는 공극이 커지고, 실적율이 적고, 시멘트 페이스트량이 증가하며 투수 콘크리트의 강도가 낮아진다. 즉 콘크리트의 강도를 강화하기 위해서는 골재의 사용범위는 60 내지 70중량% 범위에서 사용한다.

또한, 상기 골재의 입도는 2mm 에서 25mm 사이의 단입도가 80~90%인 것으로 한정을 하는 바, 이는 우수가 지하로 충분히 투수되면서 강도를 적정한 강도를 유지할 수 있도록 골재의 크기를 제한한 것으로, 25mm를 초과하는 경우 골재의 확보 및 시공성이 용이하지 못하게 되고 2mm미만인 경우 골재사이에 공간이 감소되어 우수가 충분히 지하로 투수되지 못하는 문제점을 갖는다.

또한, 물은 마실 수 있는 정도의 깨끗한 물을 사용하여 5 내지 7중량%를 배합하는 것이 타당한 바, 물을 5중량% 미만을 사용하면 콘크리트의 유동성이 낮아져 시공이 용이하지 않으며, 7중량%를 초과 사용하면 콘크리트의 강도가 낮아지는 문제점이 발생하기 때문이다.

여기에 더하여 본 발명에 있어 투수 콘크리트를 배합하는 경우 안료를 더 배합하여 안료에 의한 색채를 도입할 수 있는 바, 안료는 0.2 내지 0.7중량%로 더 배합하는 것이 타당하다.

상기 안료는 산업부산물을 포함한 무기성 안료가 사용가능하며 더욱 바람직하게는 레드머드, 산화철안료, 액상안료 중 하나 이상을 선택하여 사용됨이 바람직하다.

상기 콘크리트 안료를 0.2 내지 0.7중량%로 배합하는 것은 안료의 사용량이 0.2중량% 미만인 경우, 색상의 포화도가 낮아지고, 0.7중량%를 초과하는 경우에는 경제성이 낮아지고 콘크리트의 강도가 낮아지는 단점이 발생하기 때문에, 안료의 사용량은 0.2 내지 0.7중량% 범위에서 사용됨이 바람직하다.

한편 상기와 같이 투수 콘크리트 배합 시 황토 및 벤토나이트 등으로 구성된 세라믹볼을 배합함에 의해 재료 간 이질적인 성질에 기해 시멘트 간에 부착력이 약화되어 특히 인장강도가 저하될 수 있는 바, 이에 본 발명에서는 섬유보강재를 첨가하여 콘크리트 강도가 저하되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기 섬유보강재는 0.02 내지 0.05중량%로 배합하는 것이 바람직한 바, 이는 사용량이 0.02중량% 미만인 경우 시멘트 간의 부착력을 증진시킬 수 없게 되는 것이며, 0.05중량%를 초과하는 경우에는 경제성이 낮아지고 시멘트풀의 형성을 방해하므로 콘크리트의 강도가 오히려 낮아지는 단점이 발생하기 때문이다.

상기 섬유보강재는 복수의 섬유가닥이 비부착에 의해 형성되는 구조로 시멘트에 의해 형성되는 페이스트와의 부착력을 증진시킬 수 있는 것이다. 즉 이렇게 섬유보강재를 복수의 섬유가닥이 비부착으로 구성됨에 의해 섬유가닥 간의 부착이 헐거워짐에 따라 발생하는 간극 사이로 시멘트가 충진 되어 섬유보강재와 시멘트 간의 결합력이 증대되는 것이다.

또한, 섬유가닥 간에는 비부착으로 구성됨이 타당한 바, 이는 각각의 섬유가닥 간을 비부착으로 구성하여 섬유가닥 간에 간극을 형성하도록 하는 것으로 이러한 간극에 기해 부착력이 향상되는 것이다. 이렇게 섬유가닥 간을 비부착으로 구성하더라도 각각의 섬유가닥 간에 마찰력이 작용하여 어느 정도의 부착력은 발생하는 바, 섬유보강재의 형상을 유지하는 것은 문제가 없다.

본 발명에 있어 상기 섬유보강재를 구성하는 상기 섬유가닥은 다양한 재질로 구성될 수 있으나 바람직하게는 폴리아미드로 구성됨을 특징으로 한다. 즉 폴리아미드의 친수성에 기해 시멘트 페이스트와 수소결합을 증대시켜 시멘트 페이스트와 섬유 간의 부착력이 증대된다.

또한, 더욱 바람직하게는 상기 섬유보강재를 2가지 재질로 구성하되, 외부는 폴리아미드 재질의 섬유가닥으로 구성되어 세멘트 페이스트와 부착력을 증대시키고, 내부는 폴리아라미드, 폴리에틸렌, 탄소섬유 중 하나 이상으로 구성된 섬유가닥으로 구성되어 폴리아라미드, 폴리에틸렌, 탄소섬유 중 하나 이상으로 구성된 섬유가닥의 고 인장강도에 기해 섬유보강재 자체의 기계적 물성을 향상시킬 수 있게 되는 것이며, 결국 투수 콘크리트의 강도가 보강되는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (7)

1. 벤토나이트 60 내지 65중량%, 황토 또는 마사토 25 내지 30중량%, 물 5 내지 10중량% 및 토양경화제 0.1 내지 0.3중량%가 포함되며 이들을 배합하고 소성을 하여 제조됨을 특징으로 하는 세라믹볼 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   소성 후 코발트, 동, 철, 망간 중 하나로 구성된 산화금속물을 도포하고, 2차 소성을 하는 것을 포함하는 세라믹볼 제조방법.
   
3. 골재 60 내지 70중량%, 상기 제 1항 또는 제 2항에 의해 제조된 세라믹볼 6내지 14중량%, 시멘트 13 내지 19중량%, 물 5 내지 7중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 세라믹볼을 포함하는 투수 콘크리트
   
4. 제 3항에 있어서,
   섬유보강재 0.02 내지 0.05중량%가 더 부가됨을 특징으로 하는 세라믹볼을 포함하는 투수 콘크리트.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 섬유보강재는 복수의 섬유가닥이 비부착에 의해 형성됨을 특징으로 하는 세라믹볼을 포함하는 투수 콘크리트.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 섬유보강재는 2가지 재질로 구성되되, 그 외부를 구성하는 섬유가닥은 폴리아미드로 구성되며, 그 내부를 구성하는 섬유가닥은 폴리아라미드, 폴리에틸렌, 탄소섬유 중 하나로 구성됨을 특징으로 하는 세라믹볼을 포함하는 투수 콘크리트.
   
7. 제 3항에 있어서,
   상기 골재의 입도는 2mm 에서 25mm 사이의 단입도가 80~90%인 것을 특징으로 하는 세라믹볼을 포함하는 투수 콘크리트.