KR101669163B1 - 친환경 칼라골재의 제공방법 - Google Patents

친환경 칼라골재의 제공방법 Download PDF

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인제대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 친환경 칼라골재의 제공방법에 관한 것으로, 반영구적인 자연석을 모체로 하여 탈색이나 변색이 거의 없이 아름다운 색상을 발하면서도 시멘트 제품의 백화현상이나 수화반응으로 인한 오염이 없고 자동차 배기가스에 의한 오염을 제거하고 공기를 정화할 수 있도록 한 친환경 칼라골재를 제공하는 것이다.
이러한 본 발명은, 본 자연석으로 이루어진 골재를 0.5 내지 50mm의 평균입도로 분쇄하는 단계와; 분쇄된 골재를 입도별로 분리하는 단계와; 입도별로 분리된 골재를 안료와 혼합하여 교반하는 단계와; 교반된 골재와 안료를 가열하여 골재에 착색하는 단계와; 착색된 골재에 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제를 혼합 및 교반하여 표면 코팅하는 단계와; 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제가 표면 코팅된 골재를 로에 투입하여 가열 함침하는 단계와; 가열 함침된 골재를 냉각 건조하는 단계와; 냉각 건조된 골재에 대하여 고압 스프레이기를 사용하여 광촉매를 20 내지 100L/m2 도포하는 단계를 포함한다.

Description

친환경 칼라골재의 제공방법{METHOD FOR PROVIDING ECO-FRIENDLY COLOR AGGREGATE}
본 발명은 칼라골재에 관한 것으로, 특히 반영구적인 자연석을 모체로 하여 탈색이나 변색이 거의 없이 아름다운 색상을 발하면서도 시멘트 제품의 백화현상이나 수화반응으로 인한 오염이 없고 자동차 배기가스에 의한 오염을 제거하고 공기를 정화할 수 있도록 한 친환경 칼라골재의 제공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트는 시멘트를 모래, 자갈, 물과 함께 혼합해서 만든 복합재료로서 목재나 강재에 비하여 물에 대한 저항력이 크며 다양한 형태와 치수로 가공이 용이하여 지구상에서 가장 널리 사용되는 건설재료이다.
한편, 근래에 들어 국민소득의 증가로 주변 환경에 대한 인식이 제고되면서 각종 토목 및 건축용 구조물들의 회색 일변도의 규격화, 획일화된 기존의 틀에서 벗어나 다양한 칼라 및 디자인을 부여하여 도시 미관을 개선하는데 많은 투자가 이루어지고 있다.
특히 건축물의 지붕재와 내, 외장재의 경우에도 그러한데, 지붕재의 경우 콘크리트 슬라브 구조에서는 방수기술의 미흡으로 누수현상이 과다하게 발생하면서 곰팡이균에 의한 알레르기성 질환을 야기하는 등 국민 건강에 문제점으로 지적되고 있으며, 내, 외장재의 경우 시멘트 콘크리트 제품의 최대 난제인 수하반응에 의한 백화현상으로 건물 내/외벽의 얼룩현상을 해결하지 못하고 있는 관계로 건축물의 미관을 해치고 있다. 이에 따라 건축물 내, 외벽에 2~3년에 한번씩 페인트 도색작업이 이루어지고 있으며 이는 건축물의 관리비용 증가시키는 요인이 되어 왔다. 또한, 기존 시멘트 콘크리트 제품의 경우 양생 후에도 빗물 등 수분의 침투에 의하여 시멘트의 수화반응(시멘트의 주성분인 칼슘(Ca)이 수분(H2O)과 화학반응을 일으켜서 수산화칼슘(Ca(OH2))을 발생시키는 현상)을 통하여 강알칼리 탄소를 발생시켜 농작물이나 수생식물 및 동물 등의 생육에 피해를 주는 환경적인 문제점도 있었다.
따라서 이와 같은 문제를 해소할 수 있는 친환경적인 칼라골재의 개발 및 이를 제조하기 위한 방법이 요구되었다.
한국공개특허공보 제2001-0089919호(2001.10.17.)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 반영구적인 자연석을 모체로 하여 탈색이나 변색이 거의 없이 아름다운 색상을 발하면서도 시멘트 제품의 백화현상이나 수화반응으로 인한 오염이 없고 자동차 배기가스에 의한 오염을 제거하고 공기를 정화할 수 있도록 한 친환경 칼라골재의 제공방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 칼라골재의 제공방법은, 자연석으로 이루어진 골재를 0.5 내지 50mm의 평균입도로 분쇄하는 단계와; 분쇄된 골재를 입도별로 분리하는 단계와; 입도별로 분리된 골재를 안료와 혼합하여 교반하는 단계와; 교반된 골재와 안료를 가열하여 골재에 착색하는 단계와; 착색된 골재에 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제를 혼합 및 교반하여 표면 코팅하는 단계와; 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제가 표면 코팅된 골재를 가열 함침하는 단계와; 가열 함침된 골재를 냉각 건조하는 단계와; 냉각 건조된 골재에 대하여 고압 스프레이기를 사용하여 광촉매를 20 내지 100L/m2 도포하는 단계를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 골재에 대한 안료의 착색 효율을 높이기 위하여 상기 골재와 안료의 혼합 전 골재를 세척하고 그 표면에 대하여 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제가 가열 함침된 후 냉각 건조된 골재를 백시멘트, 수용성 수지, 물과 혼합한 후 고압 스프레이기를 사용하여 건축물 표면에 도포하는 단계와; 건축물 표면에 도포된 골재 및 혼합물을 흙손질하는 단계를 더 진행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 흙손질 후에 골재 및 혼합물에 대해 고압의 증기를 분사하여 골재 선명화 작업을 진행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 냉각 건조된 골재 50 내지 90중량%와, 백시멘트 5 내지 40중량%와, 수용성 수지 0.5 내지 20중량%와, 물 1 내지 30중량%의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 수용성 수지에는 난연성 향상을 위해 알루미늄 수화물계 분말이 균일하게 분산된 상태로 포함되되, 상기 알루미늄 수화물계 분말은 평균입경 1㎛ 이하의 것을 사용하며, 상기 수용성 수지 대비하여 5중량% 내지 30중량%의 혼합비로 혼합된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 골재의 소재는 현무암, 화강석, 돌로마이트, 규사, 지르콘, 게르마늄 중에서 적어도 하나 선택된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 골재 50 내지 90중량%, 안료 1 내지 10중량%, 에폭시수지 1 내지 30%, UV안정제 0.1 내지 5%, 경화촉진제 0.1 내지 5중량%의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제에 의해 표면 코팅된 골재를 로에 투입한 후 가열하여 함침시키는 단계에서는, 300 내지 780℃의 온도로 1차 가열한 후, 300 내지 780℃의 온도로 2차 가열하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 분쇄된 골재를 입도별로 분리하기 전에, 분쇄된 골재로부터 이물질을 제거하는 작업이 진행되며, 상기 이물질을 제거하는 작업은 진동판에 의해 분쇄된 골재를 진동시켜 들뜨게 하면서 일측면에서는 송풍압을 가하고 타측면에서는 송풍압에 의해 날리는 이물질을 흡입하여 제거하며, 상측에서는 전자석에 의해 금속성 이물질을 흡착하여 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 칼라골재의 제공방법은, 자연석을 모체로 하여 아름다운 색상을 발하는 칼라골재를 제조 및 시공하면서도 시멘트 제품의 백화현상이나 수화반응으로 인한 오염이 없고 자동차 배기가스에 의한 오염 및 공기를 정화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 친환경 칼라골재의 제공방법 개념도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법 구성을 설명하기 위한 흐름도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법에서 추가적인 공정을 설명하기 위한 참조 흐름도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법을 구현하기 위한 칼라골재 제조장치의 구성도
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법을 구현하기 위한 칼라골재 제조장치의 추가적인 구성도
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법을 구현하기 위한 칼라골재 제조장치의 배치 상태를 나타낸 배치상태도
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법을 구현하기 위한 칼라골재 제조장치 중 이물질 제거기의 구성을 설명하기 위한 정면도
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 친환경 칼라골재의 제공방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 친환경 칼라골재의 제공방법 개념도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 친환경 칼라골재의 제공방법은 반영구적 수명을 갖는 자연석으로 이루어진 친환경 골재의 사용, 안료의 착색효과를 높이기 위하여 별도의 바인더를 사용하지 않는 플라즈마 처리, 자동차 배기가스에 의한 질소산화물(NOX)의 오염을 제거하고 공기를 정화하는 광촉매의 도포, 시멘트 사용량을 절감하고 접착성을 향상시키는 친환경 소재인 수용성 수지의 사용, 증기압에 의한 친환경적인 칼라골재 선명화 작업, 친환경 무기분말을 사용한 난연화 작업을 복합적으로 적용함으로써 단순히 도시미관을 살리는 것뿐만 아니라 친환경적인 소재 및 처리방식을 철저히 고수하여 오염물질의 배출을 최소화하는 한편, 오염된 공기를 정화하고 건축물의 보수비용 절감과 수명 향상을 유도할 수 있도록 구성된다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법 구성을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법에서 추가적인 공정을 설명하기 위한 참조 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법을 구현하기 위한 칼라골재 제조장치의 구성도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법을 구현하기 위한 칼라골재 제조장치의 추가적인 구성도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법을 구현하기 위한 칼라골재 제조장치의 배치 상태를 나타낸 배치상태도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법을 구현하기 위한 칼라골재 제조장치 중 이물질 제거기의 구성을 설명하기 위한 정면도이다.
도 2에 도시된 것처럼 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법은, 골재 분쇄단계(S101), 이물질 제거단계(S102), 입도별 분리단계(S103), 세정단계(S104), 플라즈마 처리단계(S105), 안료 혼합 및 교반단계(S106), 가열 착색단계(S107), 보호제 혼합 및 교반단계(S108), 보호제 가열 함침단계(S109), 냉각 건조단계(S110), 광촉매 도포단계(S111)를 포함하여 이루어진다.
상기 골재 분쇄단계(S101)에서는, 현무암, 화강석, 돌로마이트, 규사, 지르콘, 게르마늄 중에서 선택된 자연석 중 한 종 이상으로 이루어진 골재를 0.5 내지 50mm의 평균입도로 분쇄한다. 이를 위해 하나의 분쇄기가 골재를 필요로 하는 입도가 될 때까지 분쇄하는 것도 가능하지만, 환경이 허락된다면 도 6에 도시된 것처럼 제1분쇄기(110a)와 제2분쇄기(110b)를 직렬로 설치하여 단계적으로 골재를 분쇄하는 것이 분쇄 품질측면에서 바람직하다.
상기 이물질 제거단계(S102)에서는, 분쇄된 골재와 함께 포함된 불필요한 미세 분말들과 각종 이물질을 제거하게 된다. 이를 위해 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼 이물질 제거기(120)가 진동판(121)에 의해 분쇄된 골재(S)를 진동시켜 들뜨게 하면서 일측면에서는 송풍기(123)가 송풍압을 가하고 타측면에서는 덕트(124)가 송풍압에 의해 날리는 이물질(E1)을 흡입하여 제거하며, 상측에서는 전자석(125)이 금속성 이물질(E2)을 흡착하여 제거한다. 이같은 이물질 제거과정은 분쇄된 골재(S)의 양에 따라 시간을 조절하여 수행된다. 참고로 진동판(121) 상면 둘레를 따라 메쉬망으로 구성된 울타리(121a)를 둘러친 형태로 설치하여 골재(S)가 진동판(121)에서 이탈되는 것을 차단하면서 송풍기(123)에 의한 송풍압이니 전자석(125)에 의한 자력을 허용하도록 한다.
상기 입도별 분리단계(S103)에서는, 분쇄된 골재를 입도별로 분리하는 작업이 이루어진다. 이를 위해 분리기(130)가 서로 다른 크기의 공극으로 이루어진 다수의 메쉬 또는 입도별 채를 구비하여 분쇄된 골재를 입도별로 걸러내 분리한다.
상기 세정단계(S104)에서는, 고압의 증기나 세척수를 분사하여 입도별로 분리된 골재를 세척한다. 이로써 앞선 이물질 제거단계(S102)에서 제거되지 않고 골재 표면에 잔존해 있는 미세한 분말까지 제거할 수 있다. 이 과정은 뒤에 이어질 플라즈마 처리작업의 효율을 높이기 위해 선행되는 것이다.
상기 플라즈마 처리단계(S105)에서는, 상기 골재에 대한 안료의 착색 효율을 높이기 위하여 상기 골재와 안료의 혼합 전 세척된 골재의 표면에 대하여 플라즈마 처리한다. 이를 위해 진공장치나 크기가 큰 초대형의 기계장치에서 실시할 필요 없이 간단히 대기압 플라즈마 처리장치(140)를 라인 상에 설치하여 실시할 수 있다. 이때 상온에서 방전출역은 3kw, 플라즈마 생성을 위해 질소와 산소가스의 유입량을 60:1 정도로 조절하며, 골재의 이송속도는 분당 1 내지 2m 정도로 하면서 플라즈마 처리시간은 1 내지 5분으로 할 수 있다. 이같은 플라즈마 처리에 의해서 처음에는 매끄러웠던 골재 표면에 에칭현상이 나타나고 거친 형태의 미세요철들(micro-crater)이 형성되어 표면조도(root mean square(RMS) roughness) 값은 증가한다. 이로써 골재 표면에 대한 안료 성분의 결합이 쉽게 이루어질 수 있는 조건이 갖추어진다. 만일 위 설명된 플라즈마 처리단계(S105) 없이 골재와 안료를 혼합 및 교반하여 가열 착색하는 작업이 곧바로 이루어지는 경우 안료의 양을 증가시켜야 하고 혼합 및 교반과, 가열 착색에 소요되는 시간이 대폭 증가시켜야 하는 어려움이 있다. 하지만 이와 같은 플라즈마 처리를 통하여 안료의 양과 착색에 소요되는 시간을 대폭 절감할 수 있으며, 전반적으로 착색 품질도 향상된다.
상기 안료 혼합 및 교반단계(S106)에서는, 플라즈마 처리된 골재와 안료를 혼합하고 전용의 제1교반기(150a)에서 충분히 교반하여 준다. 이로써 안료가 골재 표면에 충분한 양으로 균일하게 분산되어 도포된다.
상기 가열 착색단계(S107)에서는, 상기 제1교반기(150a)에서 교반된 골재와 안료를 착색로(160a)에서 가열하여 안료를 골재에 안정적으로 착색하게 된다. 이때 가열온도는 200℃ 이상으로부터 1000℃ 구간이면 적당하다.
상기 보호제 혼합 및 교반단계(S108)에서는, 착색된 골재에 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제를 혼합 및 교반하여 표면 코팅을 하게 된다. 상기 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제의 사용은 골재에 착색된 안료가 날아가지 않도록 보호하고 광택을 살리기 위함인데, 여기서 이들을 안료와 함께 착색단계에서 함께 적용하지 않고 단계별로 구분하여 적용하였다는 점이다. 이로써 안료의 착색시에는 에폭시 수지로 인한 가열의 제한을 염두에 두지 않고 보다 자유롭게 가열온도를 설정하여 착색작업을 진행할 수 있다는 장점과, 안료의 착색이 완전히 이루어진 후에 그 표면을 감싸 보호하기 때문에 안료가 착색된 골재의 표면을 보호한다는 측면에서도 바람직하다. 여기서 상기 골재 50 내지 90중량%, 안료 1 내지 10중량%, 에폭시수지 1 내지 30%, UV안정제 0.1 내지 5%, 경화촉진제 0.1 내지 5중량%의 비율로 혼합해준다.
상기 보호제 가열 함침단계(S109)에서는, 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제가 표면 코팅된 골재를 가열로(160b)에 투입하여 함침하게 된다. 이때 300 내지 780℃의 온도로 1차 가열한 후, 300 내지 780℃의 온도로 2차 가열해준다.
상기 냉각 건조단계(S110)에서는, 가열로(160b)에서 보호제가 함침된 골재를 냉각 건조한다. 이를 위해 도 6에 도시된 것처럼 상기 가열로(160b)에서 가열된 골재를 이송장치(190)인 컨베이어를 따라 길게 설치된 냉각 건조기(170)에 통과시켜준다. 상기 냉각 건조기(170)는 골재를 이송하는 컨베이어가 통과할 수 있는 통로를 마련하는 박스형 본체(171)와 상기 박스형 본체(171)에서 컨베이어를 따라 배치된 다수의 송풍팬(172)으로 구성되어 가열된 골재를 효과적으로 냉각 건조시켜준다.
상기 광촉매 도포단계(S111)에서는, 냉각 건조된 골재에 대하여 고압 스프레이기가 포함된 광촉매 도포장치(180)를 사용하여 광촉매를 m2 당 20 내지 100L의 양으로 도포한다. 상기 광촉매로는 산화티탄(TiO2)을 염두에 두기는 하지만 가시광에서의 효율을 높이기 위하여 산화티탄과 금속이온이 첨가된 주석산화물의 복합체나 산화티탄과 금속텅스텐산화물 접합구조의 복합체 등으로 구비될 수 있다. 참고로 광촉매 도포장치(180)를 거치면 칼라골재의 제조가 거의 완료된 수준이라 할 수 있는데, 광촉매 도포장치(180)의 다음 위치에는 광촉매 도포된 칼라골재를 계측하고 포장하는 제품 포장기(P100)를 배치하여 필요에 따라 사용할 수 있다.
여기서 상기 광촉매 도포단계(S111)는 칼라골재 제조 중 위 냉각 건조단계(S110) 직후에 이루어질 수도 있지만, 칼라골재 제조가 완료되어 제품화된 이후에 현장에서 건축물의 지붕재나 내장재 및 외장재에 칼라골재를 시공한 직후에 실시될 수도 있다. 이렇게 광촉매 도포단계(S111)가 이루어지면 자동차 배기가스에 의한 질소산화물(NOX)의 오염을 제거하고 공기를 정화하는데 효과적이다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법은, 도 3에 도시된 것처럼 접착성 혼합물과 함께 골재를 건축물 표면에 도포하는 건축물 도포단계(S121)와, 흙손질 단계(S122), 골재 선명화 단계(S123)를 추가적으로 포함할 수 있다. 이들 단계들이 추가되는 경우 위 설명된 광촉매 도포단계(S111)는 이들 단계들 이후에 가장 마지막에 실시할 수도 있다.
상기 건축물 도포단계(S121)에서는, 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제가 가열 함침된 후 냉각 건조된 골재를 백시멘트, 수용성 수지, 물과 혼합한 후 고압 스프레이기(210)를 사용하여 건축물 표면에 도포하게 된다. 여기서 상기 수용성 수지는 액상의 부타디엔-스티렌(butadiene-styrene)계 수지를 주성분으로 하여 미량(0.05 내지 5중량%)의 가스제거제, 점도강화제를 첨가하여 교반한 것으로 마련된다. 예컨대, 부타디엔-스티렌계 수지 97중량%, 가스제거제 1중량%, 점도강화제 2중량%를 교반 혼합한 원액을 상기 원액 기준 2배의 물에 희석하여 수용성 수지를 마련한다. 여기서 상기 냉각 건조된 골재 50 내지 90중량%와, 백시멘트 5 내지 40중량%와, 수용성 수지 0.5 내지 20중량%와, 물 1 내지 30중량%의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 나아가, 상기 수용성 수지에는 난연성 향상을 위해 알루미늄 수화물계 분말이 균일하게 분산된 상태로 포함시킨다. 상기 알루미늄 수화물계 분말은 평균입경 1㎛ 이하의 것을 사용하며, 상기 수용성 수지 대비하여 5중량% 내지 30중량%의 혼합비로 혼합될 수 있다.
이같은 수용성 수지의 사용은 유동성을 개선하고 단위면적당 투입되는 시멘트의 양을 감소시키며 내구성 및 강도를 오히려 증가시킴으로서 골재를 건축물 표면에 부착하는 과정에서 탄소 배출량을 감소시키고 제품의 외관 및 품질을 향상시킬 수 있다. 더욱이 상기 수용성 수지에 알루미늄 수화물계 분말이 분산된 상태로 포함되면 수용성 수지를 사용함에도 불구하고 난연성이 대폭 향상되어 골재가 갖는 난연성과 보조를 맞출 수 있게 된다.
상기 흙손질 단계(S122)에서는, 건축물 표면에 도포된 골재 및 혼합물을 흙손질기(220)에 의해 흙손질한다. 이로써 골재가 도포된 건축물의 표면을 보다 미려하게 마무리할 수 있는 것이다.
상기 골재 선명화 단계에서는, 상기 흙손질 단계(S122) 후 증기압 분사기(230)로 고압의 증기를 분사하여 칼라골재의 선명성을 향상시켜준다. 이같은 방법은 세척수나 세척제를 사용하는 것과 비교하여 오염물 발생이 거의 없으므로 친환경적이다.
계속해서 아래에서는, 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법을 구현하기 위한 칼라골재 제조장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 4와 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 칼라골재 제조장치는, 제1분쇄기(110a)와 제2분쇄기(110b), 이물질 제거기(120), 입도별 분리기(140), 플라즈마 처리장치(140), 제1교반기(150a) 및 제2교반기(150b), 착색로(160a), 가열로(160b), 냉각 건조기(170), 광촉매 도포장치(180), 이송장치(190), 제어기를 기본적으로 포함하여 친환경 칼라골재를 제조하기 위한 일련의 작업들을 실시하게 되며, 도 5에 도시된 것처럼 고압 스프레이기(210), 흙손질기(220), 증기압 분사기(230)를 추가적으로 포함할 수 있다.
이하, 상기 각 구성요소들을 중심으로 보다 상세히 설명하기로 한다.
상기 제1분쇄기(110a)와 제2분쇄기(110b)는 현무암, 화강석, 돌로마이트, 규사, 지르콘, 게르마늄 중에서 선택된 자연석 중 한 종 이상으로 이루어진 골재를 0.5 내지 50mm의 평균입도로 분쇄하는 역할을 한다. 여기서 제1분쇄기(110a)와 제2분쇄기(110b)가 직렬로 설치되어 단계적으로 골재를 분쇄하도록 구성되어 분쇄기에 걸리는 부하를 줄일 수 있으며 골재의 분쇄품질 측면에서도 바람직하다.
상기 이물질 제거기(120)는 분쇄된 골재와 함께 포함된 불필요한 미세 분말들과 각종 이물질을 제거하는 역할을 한다. 상기 이물질 제거기(120)는 도 7에 도시된 것처럼 액추에이터(122)에 지지된 상태에서 분쇄된 골재를 진동시켜 들뜨게 하는 진동판(121)과, 상기 진동판(121)의 일측면에서는 송풍압을 가하는 송풍기(123)와, 상기 진동판(121)의 타측면에서 송풍압에 의해 날리는 이물질을 흡입하여 제거하는 덕트(124)와, 상기 진동판(121)의 상측에 설치되어 분쇄된 골재와 혼합된 금속성 이물질을 흡착하여 제거하는 전자석(125)을 구비한다. 이같은 구성에 의하면 이물질 제거기(120)가 진동판(121)에 의해 분쇄된 골재(S)를 진동시켜 들뜨게 하면서 일측면에서는 송풍기(123)가 송풍압을 가하고 타측면에서는 덕트(124)가 송풍압에 의해 날리는 이물질(E1)을 흡입하여 제거하며, 상측에서는 전자석(125)이 금속성 이물질(E2)을 흡착하여 제거한다. 이로써 골재와 혼합되어 있는 다양한 이물질들을 신속히 제거할 수 있게 된다. 한편, 진동판(121) 상면 둘레를 따라 메쉬망으로 구성된 울타리(121a)를 둘러친 형태로 설치한다. 이는 골재(S)가 진동판(121)에서 이탈되는 것을 차단하면서 송풍기(123)에 의한 송풍압이니 전자석(125)에 의한 자력을 허용하도록 하는 역할을 한다.
상기 입도별 분리기(130)는 분쇄된 골재를 입도별로 분리하는 역할을 한다. 이를 위해 입도별 분리기(130)는 서로 다른 크기의 공극으로 이루어진 다수의 메쉬 또는 입도별 채를 구비하여 분쇄된 골재를 입도별로 걸러내 분리한다.
상기 플라즈마 처리장치(140)는 상기 골재에 대한 안료의 착색 효율을 높이기 위하여 상기 골재와 안료의 혼합 전 세척된 골재의 표면에 대하여 플라즈마 처리하는 역할을 한다. 이를 위해 진공장치나 크기가 큰 초대형의 기계장치에서 실시할 필요 없이 간단히 대기압 플라즈마 처리장치(140)를 라인 상에 설치하여 실시할 수 있다. 이같은 플라즈마 처리장치(140)가 구비되면 골재 표면에 미세요철들(micro-crater)이 형성되어 표면조도(root mean square(RMS) roughness) 값을 증가시킬 수 있다. 이로써 골재 표면에 대한 안료 성분의 결합이 쉽게 이루어질 수 있는 조건이 갖추어진다.
상기 제1교반기(150a)는 플라즈마 처리된 골재와 안료를 혼합하고 충분히 교반하는 역할을 한다. 이로써 안료가 골재 표면에 충분한 양으로 균일하게 분산되어 도포될 수 있다.
상기 착색로(160a)는 상기 제1교반기(150a)에서 교반된 골재와 안료를 착색로(160a)에서 가열하여 안료를 골재에 안정적으로 착색하는 역할을 한다. 상기 착색로(160a)에서 이루어지는 가열온도는 200℃ 이상으로부터 1000℃ 구간이면 적당하다.
상기 제2교반기(150b)는 착색된 골재에 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제를 혼합 및 교반하여 표면 코팅을 하는 역할을 한다.
상기 가열로(160b)는 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제가 표면 코팅된 골재를 가열로(160b)에 투입하여 함침하는 역할을 한다. 상기 가열로(160b)는 상기 착색로(160a)와 같은 종류의 것으로 구비하더라도 서로 다른 소재를 다루기 때문에 각각 마련하는 것이 바람직하다.
상기 냉각 건조기(170)는 가열로(160b)에서 보호제가 함침된 골재를 냉각 건조하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 냉각 건조기(170)는 도 6에 도시된 것처럼 상기 가열로(160b)에서 가열된 골재를 이송장치(190)인 컨베이어를 따라 길게 설치된 냉각 건조기(170)에 통과시켜준다. 상기 냉각 건조기(170)는 골재를 이송하는 컨베이어가 통과할 수 있는 통로를 마련하는 박스형 본체(171)와 상기 박스형 본체(171)에서 컨베이어를 따라 배치된 다수의 송풍팬(172)으로 구성된다. 이같은 냉각 건조기(170)의 구성에 따르면 가열된 골재를 신속히 냉각 건조시킬 수 있다.
상기 광촉매 도포장치(180)는 내부에 광촉매를 고압으로 분사할 수 있는 고압 스프레이기를 복수개 구비하고 있으며, 광촉매를 m2 당 20 내지 100L의 양으로 도포하게 된다. 상기 광촉매로는 산화티탄(TiO2)을 염두에 두기는 하지만 가시광에서의 효율을 높이기 위하여 산화티탄과 금속이온이 첨가된 주석산화물의 복합체나 산화티탄과 금속텅스텐산화물 접합구조의 복합체 등으로 구비될 수도 있다. 이같은 광촉매 도포장치(180)를 거치면 칼라골재의 제조가 거의 완료된 수준이라 할 수 있다.
상기 광촉매 도포장치(180)의 다음 위치에는 광촉매 도포된 칼라골재를 계측하고 포장하는 제품 포장기(P100)가 배치될 수 있다.
상기 제어기는 이송장치(190)를 포함하여 앞서 언급된 다양한 장치들과 연계하여 골재의 처리와 이송 과정을 전반적으로 제어하는 역할을 한다.
한편, 상기 칼라골재 제조장치는 도 5에 도시된 것처럼 접착성 혼합물과 함께 골재를 건축물 표면에 도포하는 역할을 하는 고압 스프레이기(210)와, 흙손질기(220), 증기압 분사기(230)를 추가적으로 구비할 수 있다.
상기 고압 스프레이기(210)는 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제가 가열 함침된 후 냉각 건조된 골재를 백시멘트, 수용성 수지, 물과 혼합한 후 고압 스프레이기(210)를 사용하여 건축물 표면에 도포하는 역할을 한다.
상기 흙손질기(220)는 건축물 표면에 도포된 골재 및 혼합물을 흙손질기(220)에 의해 흙손질하는 역할을 한다. 이같은 흙손질기(220)가 구비되면 골재가 도포된 건축물의 표면을 보다 미려하게 마무리할 수 있는 것이다.
상기 증기압 분사기(230)는 증기압 분사기(230)로 고압의 증기를 분사하여 칼라골재의 선명성을 향상시키는 역할을 한다. 이같은 증기압 분사기(230)를 구비하여 사용하게 되면 세척수나 세척제를 사용하여 선명성 향상 작업을 실시하는 것과 비교하여 오염물 발생이 거의 없으므로 친환경적이다.
이와 같이 구성된 칼라골재 제조장치는 위 언급된 다양한 장치들을 적절히 배치하여 친환경 칼라골재의 제조 및 시공을 위한 독창적인 일련의 과정들을 원활하게 수행하게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
110a : 제1분쇄기 110b : 제2분쇄기
120 : 이물질 제거기 121 : 진동판
121a : 메쉬망 울타리 122 : 액추에이터
123 : 송풍기 124 : 덕트
125 : 전자석 130 : 입도별 분리기
140 : 플라즈마 처리장치 150a : 제1교반기
150b : 제2교반기 160a : 착색로
160b : 가열로 170 : 냉각 건조기
180 : 광촉매 도포장치 190 : 이송장치
210 : 고압 스프레이기 220 : 흙손질기
230 : 증기압 분사기 P100 : 포장기

Claims (11)

  1. 자연석으로 이루어진 골재를 0.5 내지 50mm의 평균입도로 분쇄하는 단계와;
    분쇄된 골재를 입도별로 분리하는 단계와;
    입도별로 분리된 골재를 안료와 혼합하여 교반하는 단계와;
    교반된 골재와 안료를 가열하여 골재에 착색하는 단계와;
    착색된 골재에 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제를 혼합 및 교반하여 표면 코팅하는 단계와;
    에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제가 표면 코팅된 골재를 가열 함침하는 단계와;
    가열 함침된 골재를 냉각 건조하는 단계와;
    냉각 건조된 골재에 대하여 광촉매를 20 내지 100L/m2 도포하는 단계와;
    에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제가 가열 함침된 후 냉각 건조된 골재를 백시멘트, 수용성 수지, 물과 혼합한 후 고압으로 분사하여 건축물 표면에 도포하는 단계와;
    건축물 표면에 도포된 골재 및 혼합물을 흙손질하는 단계를 포함하며,
    상기 수용성 수지에는 난연성 향상을 위해 알루미늄 수화물계 분말이 균일하게 분산된 상태로 포함되되, 상기 알루미늄 수화물계 분말은 평균입경 1㎛ 이하의 것을 사용하며, 상기 수용성 수지 대비하여 5중량% 내지 30중량%의 혼합비로 혼합된 것을 특징으로 하는 칼라골재의 제공방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 골재에 대한 안료의 착색 효율을 높이기 위하여 상기 골재와 안료의 혼합 전 골재를 세척하고 그 표면에 대하여 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 하는 칼라골재의 제공방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흙손질 후에 골재 및 혼합물에 대해 고압의 증기를 분사하여 골재 선명화 작업을 진행하는 것을 특징으로 하는 칼라골재의 제공방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 골재의 소재는 현무암, 화강석, 돌로마이트, 규사, 지르콘, 게르마늄 중에서 적어도 하나 선택된 것을 특징으로 하는 칼라골재의 제공방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 골재 50 내지 90중량%, 안료 1 내지 10중량%, 에폭시수지 1 내지 30%, UV안정제 0.1 내지 5%, 경화촉진제 0.1 내지 5중량%의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 칼라골재의 제공방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제에 의해 표면 코팅된 골재를 로에 투입한 후 가열하여 함침시키는 단계에서는, 300 내지 780℃의 온도로 1차 가열한 후, 300 내지 780℃의 온도로 2차 가열하는 것을 특징으로 하는 칼라골재의 제공방법.
  10. 제1항에 있어서,
    분쇄된 골재를 입도별로 분리하기 전에, 분쇄된 골재로부터 이물질을 제거하는 작업이 진행되며, 상기 이물질을 제거하는 작업은 진동판에 의해 분쇄된 골재를 진동시켜 들뜨게 하면서 일측면에서는 송풍압을 가하고 타측면에서는 송풍압에 의해 날리는 이물질을 흡입하여 제거하며, 상측에서는 전자석에 의해 금속성 이물질을 흡착하여 제거하는 것을 특징으로 하는 칼라골재의 제공방법.
  11. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항의 칼라골재의 제공방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 친환경 칼라골재.
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