KR101779699B1

KR101779699B1 - 축광 콘크리트 구조물의 제조방법

Info

Publication number: KR101779699B1
Application number: KR1020160022493A
Authority: KR
Inventors: 노창섭; 임성욱; 박복순
Original assignee: 티오켐 주식회사; 임성욱; 박복순
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2017-09-20
Also published as: KR20170100219A

Abstract

본 발명은 1) 포틀랜트 시멘트 또는 백 시멘트 30 ~ 50중량부, 규사 30 ~ 60중량부, 물 10~35중량부를 혼합하여 몰탈을 제조하는 제 1단계; 2) 상기 제 1단계에서 제조된 몰탈 100중량부에 아크릴에멀젼 3~20중량부, 축광안료 1~30중량부를 각각 혼합한 후에, 혼화제로서 고유동화제 0.1~1.0중량부, 오염성개선제 0.1~1.0중량부, 급결제 0~1.0중량부를 혼합하여 콘크리트 조성물을 만드는 제 2단계; 3) 상기 제 2단계에서 만들어진 콘크리트 조성물을 블록 성형틀에 넣고 성형한 후 탈형하여 양생시키는 제 3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축광 콘크리트 구조물의 제조방법에 관한 것이다.
상기 방법에 의하여 제조된 축광 콘크리트 구조물은 잔광성이 장시간 지속되며, 시멘트의 백화 현상 및 오염방지성을 개선시킬 수 있으므로 품질이 우수한 장점이 있다.

Description

축광 콘크리트 구조물의 제조방법{Process for Producing Phosphorescent Concrete Structures}

본 발명은 축광 콘크리트 구조물의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주간에 빛을 흡수하여 야간 또는 어두운 공간에서 빛을 오랜 동안 발(發)할 수 있도록 한 축광 콘크리트 블록이나 경계석과 같은 구조물을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

축광(Phosphorescent) 콘크리트 구조물은 햇빛에서 나오는 빛 에너지를 흡수 및 축적하였다가 야간이나 어두운 곳에서 빛을 서서히 방출 및 발광하는 성질인 축광성을 갖는 콘크리트 블록이나 경계석을 말한다.

최근 선진국에서는 도로, 아파트 및 빌딩의 바닥, 계단, 보행로, 정원의 조경용 등으로 축광 콘크리트 블록이나 경계석과 같은 인공 구조물이 사용되고 있으며, 우리나라에서도 소득증대에 따라 그에 관한 관심이 높아지고 있으나, 아직까지 그 활용은 미미한 실정이다. 또한 도로나 보도 등에 값비싼 LED등을 설치하여 야간에 사람이나 차량의 안전을 도모하고 있으나, 그 비용이 너무 많이 소요되고, 그 유지 보수비도 만만치 않은 실정이다.

축광 콘크리트 구조물과 관련한 종래기술로서 하기 특허문헌 01에는 “야간이나 화재 시 방향 유도를 할 수 있는 문양의 축광판이 표면에 삽입된 축광 콘크리트 블록의 제조방법”이 개시되어 있다. 그러나 위 기술은 축광안료를 경화시킨 축광판을 그 투입장치를 이용하여 삽입시킨 콘크리트 블록에 불과하며, 제조공정이 매우 복잡하고, 잔광성이 나빠 만족스럽지 못한 단점이 있다.

또한 하기 특허문헌 02에는 “축광성을 갖는 시멘트 제품”이 개시되어 있으나, 이는 시멘트에 축광안료로서 칼슘 알루미네이트를 혼합시켜 축광성을 개선시켰다고 하나, 그 제품의 잔광성이 취약한 단점이 있다.

또한 하기 특허문헌 03에는 “장방 형상의 경계석에 있어서, 통상의 콘크리트 경계석의 배합 비율로 성형된 본체, 상기 본체의 일 측면에 상기 본체의 길이 방향으로 형성된 홈 및 상기 홈 내에 상기 홈의 형상과 대응하여 장착되고 상기 본체의 성형 시 상기 본체와 일체화되는 표시 부재를 포함하고, 상기 표시 부재의 전면에는 상기 본체의 성형 시에 금형의 일정부위에 상기 표시 부재를 부착하기 위한 양면 접착성을 갖는 보호막이 부착되어 있으며, 상기 표시 부재는 그 길이 및 폭의 크기가 상기 홈의 크기보다 크고, 상기 본체의 일측면의 크기보다 작으며, 상기 본체의 외부로 돌출하지 않는 반사광 및 축광 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 경계석”이 개시되어 있다. 그러나 상기 기술은 빛 반사 및 축광 표시 부재를 부착한 것으로서 야간 운전 중 경계석의 식별을 위한 반사 기능을 지속적으로 유지할 수 있도록 한 것에 불과하다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 방안으로 잔광성이 장시간 지속되는 등 우수한 특성을 갖는 축광 콘크리트 구조물의 기술 개발이 절실히 필요한 실정이다.

등록특허공보 제10-0935413호, 축광 콘크리트 블록의 제조방법, 2009. 12. 28. 등록 미국 특허공보 제6,596,074호, 축광성을 갖는 시멘트 제품”2003. 7. 22. 등록 등록특허공보 제10-0577353호, 빛 반사 및 축광 기능을 구비한 경계석 및 그 제조방법, 2006. 4. 28. 등록

본 발명은 상기 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 축광성이 우수한 축광안료를 혼합시킴으로써 잔광성이 장시간 지속되며, 오염방지성이 우수한 축광 콘크리트 구조물의 제조방법을 제공함을 그 과제로 한다.

본 발명은 1) 포틀랜트 시멘트 또는 백 시멘트 30 ~ 50중량부, 규사 30 ~ 60 중량부, 물 10~35중량부를 혼합하여 몰탈을 제조하는 제 1단계; 2) 상기 제 1단계에서 제조된 몰탈 100중량부에 아크릴에멀젼 3~20중량부, 축광안료 1~30중량부를 각각 혼합한 후에, 혼화제로서 고유동화제 0.1~1.0 중량부, 오염성개선제 0.1~1.0중량부, 급결제 0~1.0중량부를 혼합하여 콘크리트 조성물을 만드는 제 2단계; 3) 상기 제 2단계에서 만들어진 콘크리트 조성물을 블록 성형틀에 넣고 성형한 후 탈형하여 양생시키는 제 3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축광 콘크리트 구조물의 제조방법을 제공한다.

한편, 본 발명에 의한 그 밖의 구체적인 과제의 해결수단은 발명의 상세한 설명에 기재되어 있다.

본 발명에 의한 축광 콘크리트 구조물의 제조방법은 다음과 같은 장점을 갖는다.

첫째, 축광성이 우수한 축광안료를 시멘트에 혼합시킴으로써 잔광성이 장시간 지속되므로 축광 콘크리트 블록이나 경계석과 같은 구조물의 품질을 개선할 수 있다.

둘째, 아크릴에멀젼과 혼화제를 혼합시킴으로써 시멘트의 백화 현상 및 오염 방지성을 개선시킬 수 있다.

셋째, 다기능성 실리콘 폴리머를 콘크리트 구조물의 제조 후에 후공정으로 도포 경화시킴으로써 오염방지성을 더욱 개선시킬 수 있다.

이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 축광 콘크리트 구조물의 제조방법은 1) 포틀랜트 시멘트 또는 백 시멘트 30~50중량부, 규사 30~60중량부, 물 10~35중량부를 혼합하여 몰탈을 제조하는 제 1단계; 2) 상기 제 1단계에서 제조된 몰탈 100중량부에 아크릴에멀젼 3~20중량부, 축광안료 1~30중량부를 각각 혼합하고, 혼화제로서 고유동화제 0.1~1.0 중량부, 오염성개선제 0.1~1.0중량부, 급결제 0~1.0중량부를 혼합하여 콘크리트 조성물을 만드는 제 2단계; 3) 상기 제 2단계에서 만들어진 콘크리트 조성물을 성형틀에 넣고 성형한 후 탈형하여 양생시키는 제 3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제 1단계는 본 발명에 의한 축광 콘크리트 구조물의 제조방법 중에서 준비단계로서, 시멘트로서는 포틀랜트 시멘트 또는 백 시멘트에서 적의 선택하고, 그 비율은 30 ~ 50중량부이다. 규사는 입자크기에 따라 150~850㎛인 굵은 규사와 2~100㎛인 미분 규사를 혼합하여 사용할 수 있는데, 그 비율은 30 ~ 60중량부의 범위로 사용한다. 상기 포틀랜트 시멘트 또는 백 시멘트와 규사에 물 10~35중량부를 혼합하여 몰탈을 제조하는 단계이다.

제 2단계는 먼저, 상기 제 1단계에서 제조된 몰탈 100중량부에 아크릴에멀젼 3~20중량부, 축광안료 1~30중량부를 각각 혼합하고, 이어서 혼화제로서 고유동화제 0.1~1.0 중량부, 오염성개선제 0.1~1.0중량부, 급결제 0~1.0중량부를 혼합하여 콘크리트 조성물을 만드는 단계이다.

상기 아크릴에멀젼은 에틸렌비닐아세테이트(EVA)와 메틸메타크릴레이트(MMA)가 주성분이고, 히드록시 에틸메타크릴레이트(HEM)가 부성분인 것으로서 점도가 20~1000cps/25℃, 고형분(NV) 35~51%, pH 7~11인 (주)아펙의 AP-3290을 사용하는 것이 바람직하다. 아크릴에멀젼의 함량은 3~20중량부가 바람직한데, 그 함량이 3중량부 미만일 경우에는 시멘트 수화반응 중에 발생하는 Ca(OH)₂(소석회) 생성으로 콘크리트에 백화현상이 발생되며, 20중량부를 초과하면 아크릴에멀젼이 콘크리트 구조물 상부로 부상하여 백화현상과 유사한 표면 잔류물이 발생하여, 미관 및 기계적 물성(압축강도 등)이 감소하는 현상이 발생한다.

상기 축광안료는 콘크리트 구조물의 축광성을 개선시키기 위한 것으로서, 이소프로필알콜(IPA) 29.3~38.5중량부에 수산화알루미늄(H₃AlO₃) 33.8~41.6중량부, 붕산(H₃BO₃) 2.0~3.4중량부, 산화유로퓸(Eu₂O₃) 0.02~1.4, 산화디스프로슘(Dy₂O₃) 0.2~1.0중량부, 탄산스트론튬(SrCO₃) 15.7~24.0중량부, 산화네오디뮴(Nd₂O₃) 0.004~0.91중량부, 산화이트륨(Y₂O₃) 0.01~1.22중량부를 혼합하여 얻은 SrAl₂O₄Eu,Dy,Y 형태의 안료에 실란화합물로서 아미노실란(다우코닝사의 Z-6121 SILANE 제품), 비닐실란(다우코닝사의 Z-6518 SILANE 제품), 에폭시실란(다우코닝사의 Z-6040 SILANE 제품), 메타크릴실란(다우코닝사의 Z-6030 SILANE 제품), 알킬실란(다우코닝사의 Z-6582 SILANE 제품), 페닐실란(다우코닝사의 Z-5314 SILANE 제품)에서 선택된 1종 이상을 사용을 침지시킨 후에 건조하여 실란이 코팅된 것을 사용할 수 있다. 상기 축광안료의 물성으로서는 Glow time이 12시간 이상, 휘도 100~1200 MCD/㎡(1min), 온도저항성 600℃ 이하, 입자크기 3~150㎛의 것이 바람직하다. 상기 축광안료의 사용량은 1 ~30중량부의 범위가 적당한데, 1중량부 미만으로 사용할 경우에는 어두운 공간에 휘도(잔광)가 전혀 발현되지 않으며, 30중량부를 초과하는 경우에는 축광성은 우수하나 콘크리트 기계적물성인 압축강도가 현저히 낮아지며, 또한 콘크리트 구조물 생산 시에 지나친 요변성에 의한 생산성 저하가 발생될 수 있다.

콘크리트 혼화제는 콘크리트의 경화(硬化) 전, 후의 성질을 개량하기 위한 목적으로 시멘트·물·골재 이외에 콘크리트에 계획적으로 첨가하는 첨가제 중에서 그 사용량이 콘크리트의 용적계산에 영향을 미치지 않을 정도로 사용되는 것으로 적은 양이 사용된다. 본 발명에서는 콘크리트 혼화제의 종류로서, 고유동화제, 오염성개선제, 급결제 등을 사용할 수 있다.

상기 고유동화제는 시멘트 입자에 고분산 효과를 발휘하기 위한 것으로 낮은 온도에서 강도 저하 방지 및 슬럼프 증진과 같은 원활한 시공성을 얻기 위하여 필요하다. 그 종류로서는 나프탈렌계, 폴리카복실산계 등이 있으며, 구체적으로는 ATEK-PC, ATEK-211 (주)에이텍정밀화학 제품이다. 그 함량은 0.1~1.0중량부의 범위가 적당한데, 0.1중량부 미만으로 사용할 경우에는 하절기 고온 상태에서 유동성에 아무런 영향을 미치지 않으며, 1.0중량부를 초과하는 경우에는 콘크리트 수화반응을 저해하여 제품의 양생시간이 장시간 소요된다.

상기 오염성 개선제는 콘크리트가 제조된 후에 외부로부터의 오염을 방지하기 위한 것으로, 폴리에틸렌 에멀젼 왁스(SN-COTE 950, SAN NOPCO), 파라핀 왁스(Aquacer 537, BYK), 실리콘 발수제(Dow Corning Z-6689) 등을 사용할 수 있으며, 그 함량은 0.1~1.0중량부의 범위가 적당한데, 0.1중량부 미만으로 사용할 경우에는 오염성 개선 효과가 발현되지 않으며, 1.0중량부를 초과하는 경우에는 콘크리트 기계적 물성인 압축강도의 감소와 왁스의 표면 석출현상이 발생하여 미관상 좋지 않다.

상기 급결제는 콘크리트의 저온에서 경화속도를 증가시키기 위하여 사용되는 것이므로 여름철에는 사용할 필요가 없게 된다. 그 종류로서는 알카리 프리(free)계 액상 제품(ATEK-AF3000, 에이텍정밀화학)을 사용하며, 그 함량은 0~1.0중량부의 범위가 적당한데, 하절기에는 기온이 높아 사용하지 않아도 되며, 1.0중량부를 초과하여 사용할 경우에는 시멘트 수화반응이 급격하게 빨라져 제품 생산시 작업이 불가하다.

마지막으로 본 발명에 의한 축광 콘크리트 구조물의 제조방법 중 제 3단계는 상기 제 2단계에서 만들어진 콘크리트 조성물을 성형틀에 넣고 압축 성형한 후에 탈형하여 양생시키는 단계이다. 콘크리트 블록의 양생은 양생실에서 55~65℃로 충분히 양생시킨 다음 상온에서 자연 냉각시켜 축광 콘크리트 블록을 제조할 수 있다.

나아가, 상기 축광 콘크리트 블록의 제조 후에 오염성을 더욱 개선하기 위한 후공정으로서 제 3단계에서 제조된 콘크리트 블록에 다기능성 실리콘 폴리머 또는 불소수지 세라믹코팅제를 1~5중량부를 블록의 표면에 도포한 후에 260℃에서 경화시키는 제 4단계를 수행할 수 있다. 이때 상기 다기능성 실리콘 폴리머는 알킬 트리알콕시실란 20~40중량%, 실란커플링제(오르가노실란) 5~15중량%, 알코올 용매 20~70중량%, 산 촉매 1~3중량%, 금속산화물졸 10~30중량%, 불소함유 수지 또는 화합물 1~5중량% 및 경화 촉매 1~3중량%로 이루어지는 불화 폴리실록산 다기능성 코팅제를 말한다. 또한 상기 불소수지 세라믹코팅제는 KSF 4929에 준하여 표준상태의 부착강도가 28.5Kgf/㎠ 이상이고, JIS-S-1092 스프레이법에 의한 발수도가 100인 것을 들 수 있다. 이렇게 제 4단계를 수행함으로써 콘크리트 구조물에 나타나는 오염방지성은 제 2단계에서 오염성개선제를 첨가하는 것보다 더 증대시킬 수 있게 된다.

한편, 축광 콘크리트 경계석을 제조하기 위해서는 콘크리트 블록과 비교하여 성형틀이 다를 뿐이고, 시멘트 등 원료와 첨가제의 사용 및 혼합방법은 동일하며, 그 제조방법은 일반적으로 널리 사용되고 있는 통상의 방법에 의하여 제조할 수 있으므로 그에 대한 상세한 기재는 생략하기로 한다.

이하 실시예 및 비교예에서 축광 콘크리트 구조물의 여러 가지 예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

<실시예 1> 축광 콘크리트 블록 제조

1) 백시멘트 6㎏에 5~100㎛ 미분 규사 11㎏, 물 2L을 잘 혼합하여 몰탈을 만든 후에 상기 몰탈 10㎏에 아크릴에멀젼(AP-3290) 314g, 녹색 축광안료 104g을 잘 혼합하고, 혼화제로서 고유동화제(ATEK-211) 10g, 오염성개선제(Aqacer 537, BYK) 52g, 급결제(ATEK-AF3000, 에이텍정밀화학) 10g을 각각 투입하여 콘크리트 조성물을 만들었다.

2) 이어서 상기 콘크리트 조성물을 블록 성형틀에 넣고 압축 성형한 후 탈형하여 양생실에서 60℃로 양생시킨 다음 상온에서 자연 냉각시켜 축광 콘크리트 블록을 제조하였다.

<실시예 2>

실시예 1과 비교하여 백시멘트 등 원료 및 첨가제의 비율을 아래 [표 1]과 같이 여러 가지로 달리하고, 성형 및 양생 과정을 동일하게 하여 축광 콘크리트 블록을 제조하였다.

실시예별 배합비율

	백시멘트 (㎏)	규사 (㎏)	물 (L)	아크릴 에멀젼(g)	축광 안료(g)	고유동화제(g)	오염성 개선제(g)	급결제 (g)
실시예 2	6	9.7	2	346	110	12	60	12
실시예 3	6	3.9	2	168	300	16	84	16
실시예 4	5	10	2	25	250	15	5	20
실시예 5	6	10	2	300	90	20	70	15

<실시예 6>

실시예 1과 비교하여 오염성개선제(Aqacer 537, BYK) 52g을 투입하는 대신에 양생시킨 축광 콘크리트 블록에 후공정으로서 다기능성 실리콘 폴리머 150g을 도포한 후에 260℃에서 경화시키고, 나머지는 실시예 1과 동일하게 하여 축광 콘크리트 블록 제조하였다.

<비교예>

실시예 1과 비교하여 축광안료의 대체품으로 종래 제품인 SrAl₂O₄: Eu² ⁺, Dy³ ⁺(녹색, 뉴라이온사의 NRP 7040 YG 제품)을 구입하여 사용하였고, 혼화제로서는 축광력의 상승시키기 위하여 탄산칼슘을 사용한 점만 다를 뿐 나머지는 동일하게 하여 축광 콘크리트 블록을 제조하였다.

이하 실시예 1 내지 6 및 비교예에서 얻은 축광 콘크리트 블록에 대한 여러 가지 성능을 다음 방법에 의하여 행하였는바, 그 시험 결과는 [표 2]와 같다.

<실험방법>

1. glow time

실시예 1 내지 6 및 비교예에서 얻은 축광 콘크리트 블록을 자연광에서 1시간 이상 노출시킨 후에 암실에서 잔광을 발현하는 시간인 glow time을 측정한 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.

2. 휘도

실시예 1 내지 6 및 비교예에서 얻은 축광 콘크리트 블록의 시간에 따른 잔광의 밝기를 휘도로 나타내는데, 그 밝기는 단위면적에서 단위 입체각으로 방출하는 광선속을 나타내며(cd/m²), 분광방사휘도계(spectroradiometer ; CS-2000 미놀타) 아래의 데이터는 휘도 값이 일반 광원에 비해 그 값이 작아 밀리칸델라[milli(1/1000) candela]/m²로 나타내며, 그 결과를 [표 2]에 나타내었다.

3. 오염방지성

실시예 1 내지 6 및 비교예에서 얻은 축광 콘크리트 블록을 4개월간 옥외 폭로 후 이색현상을 측정하기 위한 기계인 MINOLTA CR-300의 색차계를 이용하여 처음과의 이색현상을 측정하여 일반적으로 오염방지성이 우수한 것으로 알려진 PTFE를 기준으로 상대적인 값을 계산하여 [표 2]에 나타내었다.

4. 표면상태 측정

실시예 1 내지 6 및 비교예에서 얻은 축광 콘크리트 블록이 경화된 후에 표면에 형성되는 흰빛의 엷은 막인 레이턴스(laitance)가 형성되는지 여부를 육안으로 검사하였고, 그 결과를 [표 2]에 나타내었다.

각 예별 실험결과

구 분	glow time(시간)	휘도(1분)	오염방지성	표면상태
실시예 1	12↑	750	0.84	양호
실시예 2	12↑	791	0.82	양호
실시예 3	12↑	1820	0.87	양호
실시예 4	12↑	1603	0.93	레이턴스 일부 발생
실시예 5	12↑	10	0.89	상 동
실시예 6	12↑	750	0.79	양호
비교예	부분적으로 발현	85	1.04	레이턴스 일부 발생

<실험결과 분석>

[표 2]에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3, 6에 의한 축광 콘크리트 블록은 실시예 4, 5 및 비교예에서 얻은 콘크리트 블록보다 glow time은 큰 변함이 없으나, 다른 특성인 휘도, 오염방지성 및 표면상태에서 우수함을 알 수 있었고, 특히 실시예 6에 의한 경우가 오염방지성이 제일 우수함을 알 수 있었다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 이하의 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

Claims

삭제
1) 포틀랜트 시멘트 또는 백 시멘트 30~50중량부, 규사 30~60중량부, 물 10~35중량부를 혼합하여 몰탈을 제조하는 제 1단계;
2) 상기 제 1단계에서 제조된 몰탈 100중량부에 아크릴에멀젼 3~20중량부, SrAl₂O₄Eu, Dy, Y 형태로서 실란이 코팅된 축광안료 1~30중량부를 각각 혼합한 후에, 혼화제로서 나프탈렌계 또는 폴리카복실산계 고유동화제 0.1~1.0중량부, 액상의 알카리(alkali) 프리(free)인 급결제 0~1.0중량부를 혼합하여 콘크리트 조성물을 만드는 제 2단계;
3) 상기 제 2단계에서 만들어진 콘크리트 조성물을 성형틀에 넣고 콘크리트 구조물을 성형한 후 탈형하여 양생시키는 제 3단계;
4) 상기 제 3단계에서 양생된 콘크리트 구조물의 표면에 다기능성 실리콘 폴리머를 1~5중량부의 비율로 도포한 다음 경화시키는 제 4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축광 콘크리트 구조물의 제조방법.
삭제
삭제
삭제
제 2항의 제조방법에 의하여 제조되는 축광 콘크리트 블록.
제 2항의 제조방법에 의하여 제조되는 축광 콘크리트 경계석.