KR101765954B1 - 투명한 특성을 지닌 시멘트질의 모르타르로 이루어진 복합 패널 - Google Patents

투명한 특성을 지닌 시멘트질의 모르타르로 이루어진 복합 패널 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트질의 모르타르로 이루어진 복합 패널에 관한 것으로서, 복수의 관통 개면들이 패널의 완전한 폭을 관통하며, 상기 관통 개면들 각각은 광에 대해 투명한 재료로 충전된다.
본 발명은 또한 이 패널을 제조하기 위한 방법들에 관한 것이다.

Description

투명한 특성을 지닌 시멘트질의 모르타르로 이루어진 복합 패널{COMPOSITE PANEL MADE FROM CEMENTITIOUS MORTAR WITH PROPERTIES OF TRANSPARENCY}
본 발명은 광에 투명한 특성을 지닌 시멘트질의 모르타르로 이루어진 복합 패널에 관한 것이다.
WO03097954는 블록의 한 측으로부터 다른 한 측으로 광을 투과시키기 위하여 광섬유들이 통과하는 시멘트질의 모르타르와 같은 재료의 건축용 블록들을 기술한다. 이 방식으로, 블록의 이면에 배치된 물체들의 윤곽을 볼 수 있게 됨으로써, 통상적으로 투명한 것으로 정의된다.
광섬유는 망상 씨실이나 특수한 직물로 이루어짐으로써, 거푸집 내에서 시멘트질의 모르타르로 이루어진 주조물에 삽입되어, 최종 사용에 관한 가변적인 치수의 블록들을 얻는다. 그 후, 이들 블록들은 판 또는 패널을 얻도록 소잉(sawn)되고 나서, 이들 판 또는 패널은 평탄화 및 연마를 겪는다. 이들 동작 후에만, 상술된 투명한 효과를 얻을 수 있다.
그러나, 이 효과는 블록으로의 입사광의 강도에 의해 영향을 받는다. 실제로, 광의 광도와 관련하여, 입사각이(약 3cm의 패널 두께에 대해서) 예를 들어 약 20˚경사각으로 이미 결정되는데, 이 각도를 넘어서면, 광섬유에 의한 광 투과로 결정된 투명성 효과는 점진적으로 감소됨으로써, 이것이 이 기술의 이용을 제한시키는 요소라는 것은 명백하다.
WO03097954에 따른 기술과 관련된 다른 문제들은 다소 복잡하다는 것이다. 광섬유를 위치시키기 위하여, 거푸집 내에 모르타르의 층들과 교대로 배치된 연속층들에 삽입될 지지체로서 특수한 직물을 실제 제공할 필요가 있다. 게다가, 박막 판을 형성하기 위하여 소잉하고 연마하는 추가 단계들이 또한 필요로 되는데, 이는 특히 변 당 1 미터를 넘는 정사각형 판과 같은 실질적인 치수를 갖는 조각들이 필요로 되면, 단편조각(scrap)을 제조할 위험이 상당히 높다.
최종적으로, 단지 하나의 표면 마감 유형만이 이 기술을 통해서 얻어질 수 있다는 점을 고려하면, 특정 미적 및 구조적 요건들에 부합될 표면의 외관을 얻을 수 없다.
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본 발명의 목적은 상술된 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위한 것이다. 바람직하게는, 본 발명의 목적은 추가적인 제조단계를 제거함으로써 제조과정을 단순화하고, 재료가 남거나 낭비되는 것을 방지함으로써 경제성을 높이고, 불리한 입사광의 각도에서도 원하는 투명성 효과를 나타내거나 직사광에 대해서 더욱 제한된 광도를 가지면서 반사에 의해 확산된 광을 얻는 것이다.
이러한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 시멘트질의 모르타르로 이루어진 복합 패널을 제안한다. 여기에서, 상기 복합 패널은 광에 투명한 재료로 충전된 복수의 관통 개구가, 상기 복합 패널의 두께방향으로, 상기 복합 패널을 완전히 관통하는 것을 특징으로 한다.
상기 광에 투명한 재료는 바람직하게는 플라스틱 재료이다.
상기 플라스틱 재료는 폴리아크릴레이트, 에폭시 수지, 또는 폴리카보네이트를 포함한다.
대안적으로, 상기 광에 투명한 재료는 유리 또는 유리계일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 광에 투명한 재료는 상기 개구에 수용되는 사전 성형된 부재의 형태를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 광에 투명한 재료는 예를 들어 주조에 의해 상기 개구에 형성되는 부재의 형태를 갖는다.
상기 개구의 형태는 광범위한 기하학적 형태의 범위 내에서 다양할 수 있으며, 상기 광에 투명한 재료의 부재의 형태 또한 상기 개구의 형상에 상응하면서 다양할 수 있다. 바람직하게는, 상기 개구는 사전 성형되거나 주조에 의해 형성되는 해당 판(plate) 또는 시트를 수용할 수 있는 직사각형 단면을 갖는 각기둥 형태를 갖는다.
본 발명의 실시예에서, 상기 개구들은 병렬의 행들(rows)을 따라서 서로 개재(介在)되면서 일렬로 정렬된다. 상기 개구들은 특정한 길이, 높이, 및 깊이를 갖는다. 상기 개구들의 높이(h)는 반드시 패널의 두께와 일치하며, 상기 개구들의 길이(L)은 바람직하게는 0.5 내지 100 mm이고, 상기 개구들의 깊이는 바람직하게는 0.5 내지 5 mm이다. 상기 개구들은 바람직하게는 길이(L)의 0.3 및 0.5 배 사이의 거리만큼 서로 이격되면서 병렬의 행들을 따라서 배열된다. 어떤 경우에도, 동일한 행 상에 배열된 2개의 연속적인 개구들 간의 최소 거리는 상기 모르타르에 존재하는 골재의 최대 직경의 2배보다 작지 않아야 한다.
병렬의 개구들의 2개의 행들 사이의 거리는 5 및 10 mm 사이에 있고 어떤 경우에도 상기 골재의 최대 직경의 2배 보다 작지 않아야 된다.
예를 들어, 0.5 m x 1.0 m의 치수, 5 cm의 두께를 갖고 최대 2 mm 직경의 골재를 갖는 시멘트질의 모르타르로 형성된 패널에 대해서, 개구의 길이(L)를 40 mm로 가정할 때, 동일한 행상에 배열된 2개의 연속적인 개구간의 거리가 15 mm인 반면에 2개의 연속적인 병렬의 행들 간의 거리는 5 mm이다.
바람직하게는, 상기 광에 투명한 재료는 광반사 특성을 갖는 코팅제, 예를 들어, 점착력 개선용인 세라믹계 아크릴성 에멀젼 또는 에폭시 에멀젼 반사성 페인트로 처리된다.
광 전달은 광반사 특성을 갖는 필름과 같은 적절한 표면용 재료를 통해서 최적화되고, 상기 표면용 재료는 광에 대해 투명한 재료와 이를 수용하는 개구 사이에 개재될 수 있다.
반사 필름은 예를 들어 세라믹계 반사성 페인트로 이루어질 수 있다. 반사 필름은 투명한 재료의 사전 성형된 부재들에 직접적으로 도포되거나, 주조에 의해 획득되는 투명한 재료의 부재들의 경우에는, 주조 전 개구들의 벽에 도포될 수 있다. 상기 반사 필름은 분무법에 의해 상기 광에 대해 투명한 재료로 이루어진 사전 성형된 부재 상 또는 개구들을 형성하기 위하여 사용되는 모형들 상에 광반사 필름이 형성되도록 상기 개구들의 내부벽에 적용될 수 있다. 이 경우에, 우선적으로, 상기 광반사 필름이 상기 모형이 아니라 상기 개구들의 표면에 접착되도록 상기 모형의 표면을 적절한 이형제로 처리하여야 한다. 상기 광에 투명한 재료가, 크기가 큰 판을 절단함으로써 수득되는, 판 또는 시트와 같은 사전 성형된 부재 형태를 갖는 경우, 상기 절단은 광 투과를 제한하지 않는 절단면 조도(roughness)를 제공할 수 있는 기술을 사용하면서 수행되어야 한다. 예를 들어, 레이저 절단이 본 발명의 목적에 적합하다.
본 발명은 또한 상기 패널을 형성하기 위한 방법들에 관한 것이다. 제1 실시예에서, 패널을 제조하기 위한 방법은 다음 단계를 포함한다.
a) 거푸집 내의 규칙적인 배치물에 광에 투명한 재료로 이루어진 복수의 부재들을 배치하는 단계;
b) 상기 복수의 부재들 각각의 양측, 즉 개구들 각각의 입구 및 출구를 형성하는 상기 양측이 모르타르와 접촉하지 않도록 하면서, 상기 복수의 부재들이 시멘트질 모르타르에 의해 완전히 매립될 때까지 상기 시멘트질 모르타르를 상기 거푸집에 충전하는 단계; 및
c) 상기 개구들 각각의 입구 및 출구를 형성하는 상기 복수의 부재들 각각의 양측이 상기 모르타르와 접촉하지 않도록 유지하면서 상기 모르타르를 경화시킨 후, 상기 거푸집으로부터 완성된 패널을 꺼내는 단계.
제2의 또 다른 실시예에서, 패널을 제조하기 위한 방법은 다음 단계를 포함한다.
d) 개구들 각각의 입구 및 출구를 형성하는 복수의 모형들(core) 각각의 양측이 모르타르와 접촉하지 않도록 하면서, 상기 복수의 모형들이 상기 모르타르에 의해 완전히 매립될 때까지, 상기 개구들을 형성하는 상기 복수의 모형들, 바람직하게는 이형제와 광반사 필름으로 코팅된 상기 복수의 모형들,을 가진 규칙적인 배치물을 포함하는 거푸집에 상기 시멘트질의 모르타르를 충전하는 단계;
e) 상기 모르타르의 응고시작시점부터 종료시점 동안 상기 개구들이 응고되어 형성되도록 한 후, 상기 거푸집으로부터 상기 복수의 모형들을 제거하는 단계;
f) 상기 모형들이 반사 필름으로 코팅되지 않은 경우, 예를 들어 분무법에 의해, 반사성 페인트로 상기 개구들의 내부를 코팅하는 추가적인 단계;
g) 유체 상태인 광에 투명한 재료로 상기 개구들을 충전하는 단계;
h) 상기 모르타르 및 상기 광에 투명한 재료가 경화되도록 한 후, 상기 거푸집으로부터 완성된 패널을 꺼내는 단계; 및
i) 상기 패널이 경화될 때까지 남겨두는 단계.
본 발명의 특징 및 이점을 보다 잘 이해하기 위하여, 실시예의 비제한적인 예들이 첨부한 도면을 참조하여 후술될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 패널의 부분 사시도이다.
도 2는 도1의 II-II 선을 따라서 절취한 부분적이며 확대된 단면도이다.
도 3은 도1의 III-III 선을 따라서 절취한 부분적이며 확대된 단면도이다.
도 4는 도1의 패널을 제조하기 방법들 중 하나의 단계를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 변형인 도3의 단면도와 동일한 단면도이다.
도 1 내지 4를 참조하면, 광에 투명한 재료를 포함한 다수의 관통 개구들(11) 각각은 도 4에 도시된 것처럼 시멘트질의 모르타르로 이루어진 콘크리트 패널(10)을, 상기 콘크리트 패널(10)의 두께 방향으로, 관통한다.
이 예에서, 상기 광에 투명한 재료는 도 4를 참조하면서 후술되는 형성 방법을 이용하여 상기 개구들에 사전 성형되고 수용되는 PMMA로 이루어진 판들(12)로 형성되는 복수의 부재의 형태를 갖는다. 도시된 예에서, 상기 개구들은 병렬의 행들(rows)(16)을 따라서 서로 개재(介在)되도록 일렬로 정렬된다.
도 4를 참조하면, 모르타르의 역류(reflux) 및 모르타르가 상기 투명 판들에 부착하는 것을 방지하기 위하여, 모르타르 및 PMMA에 친화적이며 가압 가능한 부직포와 같은 재료의 막으로 상기 거푸집(13)의 하부(14)를 완전히 덮는다. 상기 가압 가능한 재료는 원하는 질감을 갖는 표면을 제공하기 위하여, 직물과 같은 특징적인 씨실을 포함하는 적절한 재료의 막으로 코팅될 수 있다.
판(12) 형태를 가지며 광에 투명한 재료로 이루어진 상기 복수의 부재들은 병렬로 배열된 이동 가능한 막대들(15)로 형성된 틀(frame)을 이용하여 상기 병렬의 행들(16)에 따라서 거푸집 내의 규칙적인 배치물에 배치된다. 상기 이동 가능한 막대들(15)은 일렬로 정렬되고 템플릿(template)을 사용하여 서로 간에 이격되는 상기 판들(12)로 이루어진 행들(16)을 꽉 잡고 제 위치에 단단히 고정한다.
PMMA 판들은 예를 들어 시중에서 구입 가능한 크기의 판을 레이저 커팅함으로써 확보할 수 있다.
상기 틀의 가장자리 둘레가 빈 공간이 되도록 상기 거푸집의 둘레(17)에는 상기 판들(12)이 없게끔 상기 틀을 배열한다.
이후, 상기 거푸집에 시멘트질의 모르타르를 충전하기 위하여, 상기 판들(12)의 기능이 발휘되도록 상기 광에 투명한 재료로 이루어진 복수의 판들(12) 각각의 양측(19 및 20)과 상기 모르타르가 접촉하지 않도록 하면서, 상기 판들(12)이 완전히 모르타르에 의해 매립될 때까지 상기 판들(12)이 존재하지 않는 거푸집의 둘레 가장자리(17)로 시멘트질의 모르타르를 쏟아 붓는다. 이때, 상기 거푸집의 바닥면을 뒤덮고 있는 부직포는 상기 판들 사이로 상기 시멘트질 모르타르가 침투하는 것을 방지하는 밀봉(seal) 기능을 하며, 부어 넣은 모르타르의 높이는 최대로 상기 판 대향면의 표면에 도달할 것이다.
이후, 상기 모르타르가 경화되어, 상기 개구들(11)의 입구 및 출구를 형성하는 상기 판들(12)의 양측들(19 및 20)이 응고되도록 둠으로써, 상기 패널형태가 형성되도록 하고, 완성된 패널(10)을 거푸집으로부터 꺼낸다.
다른 실시예들에서, 상기 복합 구조체를 강화하기 위하여, 상기 패널의 가장자리를 따라서 보강재를 배치하거나, 이미 배치되어 있는 상기 판들(12)을 간섭하지 않는 그물망(mesh)구조 개구들을 갖는 메탈라스(metal lath)를 배치할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 관통 개구들에 충전되는 상기 광에 투명한 재료가 상기 패널(10)의 전체 크기(예, 상기 패널(10)의 높이)에 걸쳐 연속적으로 배열되는 단일 부재(12)에 따라 배열되도록 관통 개구들이 형성된다. 도 5에서 상기 단일 부재(12)의 높이(h)는 패널(10)의 두께와 일치하는 반면, ho(≤≤ 0.2h)는 패널 형성시 모르타르를 충전하기에 적합하도록 사이공간(interspace)을 제공하기 위해 고안된 상기 단일 부재(12)의 더 얇은 부분(21)과 일치한다.
또한, 이 경우에, 제1 변형 실시예에서, 상기 광에 투명한 재료는, 예를 들어 시중에서 구입 가능한 크기를 갖는 판을 예를 들어 레이저 절단함으로써, 사전 성형된 부재 형태를 갖는다. 이러한 사전 성형된 부재 형태를 갖는 광에 투명한 재료는 이와 대응하는 개구에 수용된다. 이 변형의 제2 실시예에서, 상기 광에 투명한 재료는, 예를 들어 특정 몰드에서 주조되는, 상기 개구에 형성되는 부재다.
도 5의 변형예로서, 부재(12)는 판들을 연결하는 연결부를 포함하는 연속적인 판 형태로 고안되며, 형판의 기능을 수행하도록 상대적으로 짧은 한쪽 측면이 빗살 형상인 거푸집에 수용된다. 상기 판들의 연결부들은 적절한 장치를 이용하여 인장(tensioned) 될 수 있다.
표준 UNI-EN 197.1에 기술된 모든 시멘트들은 본 발명의 목적들을 위한 모르타르에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 클래스 52.5R의 유형 I 시멘트가 사용될 것이다.
시멘트의 응고 시간은 특히 적절한 카운터 몰드(counter mold)를 통해서 개구들을 사전 성형하는 방법을 이용할 때 중요하다.
응고 시작 시간은 예를 들어 시멘트에 대해서 10 질량% 이하의 소량의 설포알루미네이트 결합제를 첨가함으로써 조절될 수 있다. 본 발명의 바람직한 양상에서, Italcementi사의 상표명 ALIPRE로 판매되는 설포알루미네이트 결합제가 사용된다.
모든 유형의 석회 충진제가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 공기식 분급기(air classifier)를 사용하여 수득되는 공기 분리형(air separated type) 석회 충진제가 사용된다.
최대 직경은 60 내지 70 μm이고, 바람직하게는 63 μm이다.
골재들은 표준 UNI EN 12620를 충족하는 특성을 가질 수 있다.
최대 직경은 개구들 간에 최소 거리에 의해 영향을 받고, 1.5 내지 5 mm이며, 바람직하게는 2 mm이다.
실시예
상술된 방법은, 첨부한 도면들과 참조하거나 이를 대체할 수 있는 성형방법을 사용하면서, 하기 표의 조성을 갖는 고유동성 수축보상형(shrinkage-compendated) 시멘트질의 모르타르를 이용하여 구현된다.
분야 본 실시예에서 선택된 값들
CEM I 52.5R + 5%의 설포알루미네이트 420 - 520 kg/m3 470 kg/m3
공기 분리형 석회질 충전제 230 - 330 kg/m3 280 kg/m3
골재(최대 직경: 2 mm) 1300 - 1400 kg/m3 1315 kg/m3
w/c 비 0.45 - 0.55 0.5
고유동화(superfluidifying) 첨가제 기술적인 데이터 시트를 따름 기술적인 데이터 시트를 따름
수축 감소용 혼합물(shrinkage reducing admixture, SRA) 기술적인 데이터 시트를 따름 기술적인 데이터 시트를 따름
팽창성 혼합물 기술적인 데이터 시트를 따름 기술적인 데이터 시트를 따름
플라스틱상에서의 크랙킹을 방지하기 위한 폴리머 섬유들 1 kg/m3 1 kg/m3

상술된 설명과 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 패널은 서두에 제안된 모든 목적들을 달성할 수 있다. 특히, 추가적인 제조단계를 제거함으로써 제조과정을 단순화 할 수 있으며, 재료가 남거나 낭비되는 것을 방지함으로써 경제성을 높이고, 불리한 입사광의 각도에서도 원하는 투명성 효과를 나타내거나 직사광에 대해서 더욱 제한된 광도를 가지면서 반사에 의해 확산된 광을 얻을 수 있다. 본 발명의 패널에 의한 이러한 개선 효과는 동일한 광빔 입사각 조건 하에서 전술된 기존 패널과 비교할 때 명백하다.

Claims (13)

  1. 시멘트질의 모르타르로 이루어진 복합 패널(10)로, 병렬의 행(16)을 따라 서로 개재(介在)되는 규칙적인 배열을 갖는 복수의 관통 개구들(11)이 상기 복합 패널(10)을, 상기 복합 패널(10)의 두께방향으로, 관통하며, 상기 복수의 관통 개구들(11) 각각은 광에 투명한 재료(12)로 충전되고, 상기 광에 투명한 재료(12)는 상기 복수의 관통 개구들(11) 각각에 수용되는 사전 성형된 판이거나 상기 복수의 관통 개구들(11) 각각에 형성되는 판이고, 상기 개구들(11)의 높이(h)는 상기 패널의 두께와 일치하고, 상기 병렬의 행(16)을 따라 배열되는 상기 판들은 단일 부재의 형태로 형성되며, 상기 단일 부재는 상기 패널(10)의 전체 높이까지 연속적으로 배열되고, 상기 단일 부재는 상기 단일 부재가 연속적으로 연결되도록 고안된 더 얇은 부분(hO)을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 패널.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광에 투명한 재료는 광반사 특성을 가지거나, 광 반사 특성들을 갖는 코팅제로 처리되는 것을 특징으로 하는 복합 패널.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광에 투명한 재료는 플라스틱계 재료인 것을 특징으로 하는 복합 패널.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광에 투명한 재료는 폴리메틸메타크릴레이트, 에폭시 수지, 폴리카보네이트로부터 선택되는 플라스틱계 재료인 것을 특징으로 하는 복합 패널.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광에 투명한 재료는 유리인 것을 특징으로 하는 복합 패널.
  6. 제1항에 있어서, 상기 개구들(11) 각각은 패널(10) 두께와 일치하는 높이(h), 0.5 내지 100 mm의 길이(L), 및 0.5 내지 5 mm의 깊이를 가지며, 상기 개구들(11)은 상기 길이(L)의 0.3 내지 0.5 배의 거리만큼 서로 이격되면서 병렬의 행(16)을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 복합 패널.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복합 패널은 상기 광에 투명한 재료를 수용하는 그물망(mesh)구조 개구들을 갖는 보강성 메탈라스(metal　lath)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 패널.
  8. 제1항에 따른 상기 패널을 생산하는 방법으로, 상기 방법은,
    a) 거푸집 내의 규칙적인 배치물에 광에 투명한 재료로 이루어진 복수의 부재들을 배치하는 단계;
    b) 상기 복수의 부재들 각각의 양측, 즉 개구들 각각의 입구 및 출구를 형성하는 상기 양측이 모르타르와 접촉하지 않도록 하면서, 상기 복수의 부재들이 시멘트질 모르타르에 의해 완전히 매립될 때까지 상기 시멘트질 모르타르를 상기 거푸집에 충전하는 단계; 및
    c) 상기 개구들 각각의 입구 및 출구를 형성하는 상기 복수의 부재들 각각의 양측이 상기 모르타르와 접촉하지 않도록 유지하면서 상기 모르타르를 경화시킨 후, 상기 거푸집으로부터 완성된 패널을 꺼내는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 패널을 생산하는 방법.
  9. 제1항에 따른 상기 패널을 생산하는 방법으로, 상기 방법은,
    d) 개구들 각각의 입구 및 출구를 형성하는 복수의 모형들(core) 각각의 양측이 모르타르와 접촉하지 않도록 하면서, 상기 복수의 모형들이 상기 모르타르에 의해 완전히 매립될 때까지, 상기 개구들을 형성하는 상기 복수의 모형들을 가진 규칙적인 배치물을 포함하는 거푸집에 상기 시멘트질의 모르타르를 충전하는 단계;
    e) 상기 모르타르의 응고시작시점부터 종료시점 동안 상기 개구들이 응고되어 형성되도록 한 후, 상기 거푸집으로부터 상기 복수의 모형들을 제거하는 단계;
    f) 유체 상태인 광에 투명한 재료로 상기 개구들을 충전하는 단계; 및
    g) 상기 모르타르 및 상기 광에 투명한 재료가 경화되도록 한 후, 상기 거푸집으로부터 완성된 패널을 꺼내는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 패널을 생산하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 부직포막으로 상기 거푸집의 바닥을 완전히 덮는 것을 특징으로 하는 상기 패널을 생산하는 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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