KR101946888B1 - 인조 현무암 제조용 조성물 및 이를 이용한 인조 현무암 조형물 제조방법 - Google Patents

인조 현무암 제조용 조성물 및 이를 이용한 인조 현무암 조형물 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 모사 대상 천연 현무암 외부에 실리콘용액을 스프레이 하여 외부를 덮은 후 경화시켜 예비형틀을 제조하는 단계; (b) 상기 예비형틀을 천연 현무암에서 탈형하고, 석고 또는 에폭시수지콘크리트에 압입하여 보조형틀을 제조하는 단계; (c) 상기 보조형틀에 용융금속을 부어서 주형틀을 주조하는 단계; (d) 인조 현무암 제조용 조성물을 준비하는 단계; 및 (e) 상기 주형틀에 이형제를 피복한 이후에 인조 현무암 제조용 조성물을 주입하고 양생하는 단계;를 포함하는 인조 현무암 조형물 제조방법을 포함하는 인조 현무암 조형물 제조방법에 관한 것이다.

Description

인조 현무암 제조용 조성물 및 이를 이용한 인조 현무암 조형물 제조방법{Compositions for making synthetic basalt stone and manufacturing method for making of synthetic basalt stone sculpture thereof}
본 발명은 천연 현무암과 유사한 질감과 겉보기를 나타내는 인조 현무암 제조용 조성물 및 이를 이용하여 천연 현무암을 모사한 조형물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
천연 현무암은 콘크리트 제품에 비하여 가격이 월등히 높음에도 불구하고 그 미려한 외관 때문에 도로 경계석이나 보도 블록 등에 사용되고, 내장재, 외장재 및 건축자재로도 널리 사용되고 있다.
그러나 천연 현무암은 원석의 채취 및 가공 시 콘크리트 제품에 비하여 비용이 고가이며, 원석의 크기에 따라 가공의 폭이 한정되어 있고, 또한 천연 원석을 채취하는 과정에서 자연 환경이 훼손되는 등의 문제가 발생하였다.
인조 현무암을 제조하고자 하는 여러 시도가 있었으나, 대부분 천연 현무암을 일부 구성요소로 하거나, 스티로폼 등을 사용하여 기공을 형성하는 것으로 여전히 환경오염의 문제가 있고, 그 생성된 인조 현무암의 형상이 천연 현무암과는 차이가 있어, 천연 현무암을 대체할만한 인조 현무암은 아직 개발되고 있지 않은 형편이다.
또한, 참숯을 이용하여 천연 현무암과 유사한 외양을 구현하고자 하는 시도도 있었으나, 이는 주로 공기 정화 및 항균 작용을 위주로 하는 것으로 그 기계적 강도가 매우 열악하여 벽돌, 보도, 차도 등 건축자재로 사용하기 어려웠다.
종래 인조 현무암 제조의 문제는 현무암과 유사한 질감을 나타내기 위하여 안료 등과 같은 첨가물이 필요하여 제조과정이 복잡하고, 공정 비용이 증가되는 문제가 있다.
한편 지오폴리머(Geopolymer)는 무기질의 비정질 물질로서 메타카올린이나 화력발전소의 석탄재와 같은 알루미노실리케이트 원료를 알칼리 자극제와 혼합하여, 상온 혹은 60 ~ 70 ℃ 이하의 저온에서 양생하여 제조할 수 있다.
수화반응으로 강도를 내는 시멘트와 달리 지오폴리머는 공유결합 성격이 강한 알루미노실리케이트 물질이 형성된 결과로 강도가 발현된다. 한편 지오폴리머의 구조와 특성은 지오폴리머의 Si/Al 비에 크게 좌우된다.
지오폴리머의 배합 과정은 물이 아닌 알칼리 용액을 배합수로 사용한다는 점에서만 다를 뿐 시멘트 배합과 크게 다르지 않다.
경량기포 시멘트에서와 같이 지오폴리머 배합물에 발포제를 넣으면 다량의 기포가 생성된 다공성의 경량 지오폴리머를 제조할 수 있다.
이 때 발포제의 양과 종류에 따라 지오폴리머 배합물은 현무암과 매우 유사한 재질 및 겉보기를 나타낼 수 있다.
한편 주상절리는 두꺼운 용암류가 냉각되는 동안 수축으로 발달한 것이다.
냉각 속도가 상대적으로 빠르면, 수축에 의한 응력이 상당히 커지게 된다.
용암류는 수직방향으로는 파쇄되지 않고 수축할 수 있지만 수평방향으로는 암석이 쪼개지지 않고는 공간문제를 해결하기 어렵다.
그 결과 기둥모양의 절리가 발달하게 된다. 이들 기둥의 단면의 모양은 육각형이라고 알려져 있는 경우가 많지만, 실제로는 임의적이다. 다각형들의 평균 변 수의 개수는 6이다.
특히 현무암 주상절리는 국내 제주도와 같이 화산이 폭발하고 마그마를 분출하면서 형성되어 특정 지역의 지질학적 특징을 나타내는 상징물이 될 수 있으며, 특이한 외관으로 인하여 조형물로 사용되는 경우 각광받을 수 있으나, 천연 현무암 주상절리를 이용하여 조형물을 제조하는 데는 많은 제약이 따른다.
한편 화력발전소 석탄재는 재활용이 용이하지 않은 폐산물이며, 활용 범위가 넓지 않다.
따라서 화력발전소 석탄재와 같은 폐산물을 이용하여 현무암과 같은 겉보기 재질을 나타내는 조성물은 개시된 바가 없으며, 이를 이용하여 천연 현무암 주상절리를 모사하여 조형물을 제조하는 방법이 매우 필요한 실정이다.
이와 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제2006-0089761호(공개일: 2006.08.09)에 개시되어 있는 인공석재 및 그 제조방법이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2006-0089761호(공개일: 2006.08.09)
따라서, 본 발명은 폐산물로 활용이 용이하지 않은 화력발전소 석탄재를 이용하여 천연 현무암과 유사한 질감 및 외양을 나타내는 인조 현무암을 제조할 수 있는 인조 현무암 제조용 조성물을 제공하는데 있다.
또한 인조 현무암 제조용 조성물과 몰드를 이용하여 천연 현무암의 대표적 산물인 주상절리와 유사한 외형과 질감을 나타내는 인조 현무암 조형물을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면 화력발전소 석탄재 60 내지 75 wt%; 규산소다 수용액3 내지 27 wt%; 가성소다 1 내지 4 wt%; 물 4 내지 25 wt%; 알루미늄 분말 0.02 내지 0.1 wt%를 포함하고, Si/Al 비가 3.5 인 것을 특징으로 하는 인조 현무암 제조용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 화력발전소 석탄재 60 내지 75 wt%; 알루민산소다 5 내지 8 wt%; 가성소다 1 내지 4 wt%; 물 4 내지 25 wt%; 알루미늄 분말 0.02 내지 0.1 wt%를 포함하고, Si/Al 비가 1.5인 것을 특징으로 하는 인조 현무암 제조용 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 본 (a) 모사 대상 천연 현무암 외부에 실리콘용액을 스프레이 하여 외부를 덮은 후 경화시켜 예비형틀을 제조하는 단계;
(b) 상기 예비형틀을 천연 현무암에서 탈형하고, 석고 또는 에폭시수지콘크리트에 압입하여 보조형틀을 제조하는 단계;
(c) 상기 보조형틀에 용융금속을 부어서 주형틀을 주조하는 단계;
(e) 인조 현무암 제조용 조성물을 준비하는 단계; 및
(d) 상기 주형틀에 이형제를 피복한 이후에 인조 현무암 제조용 조성물을 주입하고 양생하는 단계;를 포함하는 인조 현무암 조형물 제조방법을 제공한다.
또한 상기 (a) 단계에서 상기 모사 대상 천연 현무암은 주상절리일 수 있다.
또한 상기 (a) 단계에서 상기 모사 대상 현무암 외부면에 복수개의 가이드편을 소정의 간격으로 이격되게 부착하여 상기 예비형틀이 분할되도록 형성할 수 있다.
또한 상기 (a) 단계에서 상기 예비형틀은 복수개의 세그먼트를 이루며, 상기 세그먼트는 서로 체결되어 재조립될 수 있다.
또한 상기 (a) 단계에서 실리콘용액을 스프레이하여 상기 모사 대상 천연 현무암의 기공에 대응되는 돌기를 예비형틀 표면에 형성할 수 있다.
또한 상기 (b) 단계에서 상기 보조형틀의 표면에 주형틀에 사용되는 용융금속보다 낮은 융점을 가지는 용융금속을 스프레이하여 금속막을 형성할 수 있다.
또한 상기 (b) 단계는 상기 주형틀에 상기 인조 현무암 제조용 조성물을 주입할 수 있는 복수개의 주입공을 형성할 수 있다.
또한 상기 (d) 단계에서 인조 현무암 제조용 조성물은 화력발전소 석탄재 60 내지 75 wt%; 규산소다 수용액3 내지 27 wt%; 가성소다 1 내지 4 wt%; 및 물 4 내지 25 wt%를 포함하고, Si/Al 비가 3.5일 수 있다.
또한 상기 (d) 단계에서 인조 현무암 제조용 조성물은, 화력발전소 석탄재 60 내지 75 wt%; 알루민산소다 3 내지 27 wt%; 가성소다 1 내지 4 wt%; 및 물 4 내지 25 wt%를 포함하고, Si/Al 비가 1.5일 수 있다.
또한 상기 인조 현무암 제조용 조성물은 알루미늄 분말 0.02 내지 0.1 wt%를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 (e) 단계에서 상기 주형틀 중심에 소정 지름의 중심봉을 배치하여 상기 중심봉 주위로 인조 현무암 제조용 조성물이 투입될 수 있다.
또한 상기 (e) 단계에서 상기 인조 현무암 조성물을 주입한 상기 주형틀을 40 내지 70 ℃에서 4 내지 20시간 동안 가열하여 인조 현무암 조성물을 양생시킬 수 있다.
또한 상기 (e) 단계 이후 인조 현무암 조형성물의 상부를 가공하여 전등이 배치되는 가공공간을 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 폐산물로 활용이 용이하지 않은 화력발전소 석탄재를 활용하여 천연 현무암과 유사한 질감과 겉보기를 가지는 인조 현무암 조성물을 제조하며, 천연 현무암의 대표적 산물인 주상절리를 모사하여 인조 현무암 조형물을 효율적으로 제조할 수 있다.
또한 인조 현무암 조성물의 조성에 있어서, 천연 현무암과 유사한 질감을 나타낼 수 있도록 알칼리 자극제의 종류 및 함량을 최적으로 조절하여 안료 및 기타 첨가제를 사용하지 않아도 천연 현무암과 유사한 질감 및 외양을 나타낸다.
또한 천연 현무암의 산물인 주상절리를 모사한 인조 현무암 조형물을 제조하기 위하여 실리콘 몰드를 사용하며, 굴곡이 있는 외주면 형상을 면밀하게 모사하여 예비형틀 형성하고, 별도의 주형틀을 제조하여 인조 현무암 조성물을 주입하고 양생하는 방법으로 대형 인조 현무암 조형물을 효과적으로 제조할 수 있다.
또한 인조 현무암 조형물은 중공이 형성되어 가공이 용이하며, 특히 일단에 전등 장치를 구비하여 야외 조경으로 사용하는 경우 심미적 효과가 크다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물 제조방법의 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물 제조방법의 작업 공정을 나타낸 작업도이다.
도 3은 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물의 제조방법에 있어서, 주형틀을 제조하는 과정을 나타낸 작업도이다.
도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물의 제조방법에 있어서, 주형틀을 나타낸 작업도이다.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물의 제조방법에 있어서, 주형틀에 중심봉이 삽입된 것을 나타낸 작업도이다.
도 6은 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물의 제조방법에 있어서, 실리콘용액을 외부형틀로 하여 천연 현무암을 모사한 인조 현무암 조성물의 사진이다.
도 7은 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물의 제조방법에 있어서, 인조 현무암 조형물의 상부를 가공한 것을 나타낸 작업도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명자는 석탄재를 이용한 다공성 지오폴리머의 밀도와 강도 특성을 연구하던 중 발포제를 첨가하지 않아도 천연 현무암과 유사한 질감과 외양을 갖도록 하는 인조 현무암 제조용 조성물을 완성하고, 이를 이용하여 대표적 천연 현무암 형태인 주상절리의 형태를 모사한 형틀을 제조하여, 인조 현무암 제조용 조성물을 형틀에 주입하고 양생하는 방법으로 천연 현무암인 주상절리를 모사한 인조 현무암 조형물을 완성하였다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인조 현무암 제조용 조성물은 화력발전소 석탄재 60 내지 75 wt%; 규산소다 수용액 3 내지 27 wt%; 가성소다 1 내지 4 wt%; 물 4 내지 25 wt%; 및 알루미늄 분말 0.02 내지 0.1 wt%를 포함하고, Si/Al 비가 3.5 인 것을 특징으로 한다.
상기 화력발전소 석탄재는 재활용이 용이하지 않은 폐산물이나, 안료를 첨가하지 않아도 천연 현무암과 유사한 색을 나타낼 수 있다.
상기 화력발전소 석탄재의 함량 범위에서 인조 현무암 조성물을 제조하는 경우 천연 현무암과 유사한 질감 및 외관을 나타낼 수 있으며, 페이스트 상태에서 유동성이 있어서 다른 조성과 배합하여 실리콘 몰드에 투입하여 인조 현무암 조형물을 제조할 수 있다.
상기 화력발전소 석탄재는 미리 분쇄되어 평균입도가 60 ㎛ 이하로 조절될 수 있다.
상기 화력발전소 석탄재가 미리 분쇄되는 경우 인조 현무암 조성물의 배합이 매우 용이하다.
상기 규산소다 수용액은 알칼리 자극제이며, 상기 범위에서 첨가되는 경우에 Si/Al 비가 3.5로 조절되어 화력발전소 석탄재의 반응성을 증가시키고 인조 현무암 조성물을 페이스트 상태로 제조할 수 있다.
상기 규산소다 수용액을 3 내지 27 wt%로 첨가하여 인조 현무암 조성물을 제조하여, 경화시키는 경우 인조 현무암 조성물은 겔화되어 안정화될 수 있으며, 강도가 증가할 수 있다.
상기 가성소다는 규산소다 수용액과 함께 배합되어 알칼리 자극제 용액을 형성하여 작업성을 증가시키며, 상기 가성소다에 규산소다 수용액을 혼합하여 알칼리 자극제를 제조하는 경우에 인조 현무암 조성물에 강도를 부여하여 천연 현무암과 유사한 강도를 나타낼 수 있다.
상기 알루미늄 분말은 발포제로서, 반응 중에 기포를 발생시켜 천연 현무암과 유사한 질감을 나타낼 수 있다.
상기 범위 미만으로 알루미늄 분말이 첨가되면 기포 발생 효과가 낮아서 천연 현무암과 유사한 질감을 나타내기 어려우며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 강도가 감소하여 현무암과 유사한 강도를 얻기 어렵다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인조 현무암 조성물은 화력발전소 석탄재 60 내지 75 wt%; 알루민산소다 5 내지 8 wt%; 가성소다 1 내지 4 wt%; 물 4 내지 25 wt%; 알루미늄 분말 0.02 내지 0.1 wt%를 포함하고, Si/Al 비가 1.5인 것을 특징으로 한다.
상기 알루민산소다를 5 내지 8 wt%로 첨가하여 인조 현무암 조성물을 제조하여, 경화시키는 경우 인조 현무암 조성물은 응집되어 경화되며 일정 pH에서 안정화될 수 있으며, 경화되는 경우 강도가 매우 증가할 수 있다.
상기 알루민산소다의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 Si/Al 비를 1.5로 조절하기 어려우며 이 경우 인조 현무암 조성물의 반응성이 떨어지는 문제가 있다.
도 1은 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물 제조방법의 공정순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물의 제조방법은 (a) 모사 대상 천연 현무암 외부에 실리콘용액을 스프레이 하여 외부를 덮은 후 경화시켜 예비형틀을 제조하는 단계;
(b) 상기 예비형틀을 천연 현무암에서 탈형하고, 석고 또는 에폭시수지콘크리트에 압입하여 보조형틀을 제조하는 단계;
(c) 상기 보조형틀에 용융금속을 부어서 주형틀을 주조하는 단계;
(d) 인조 현무암 제조용 조성물을 준비하는 단계; 및
(e) 상기 주형틀에 이형제를 피복한 이후에 인조 현무암 제조용 조성물을 주입하고 양생하는 단계;를 포함한다.
우선 모사 대상 천연 현무암 외부에 실리콘용액을 스프레이 회부를 덮은 후 경화시켜 예비형틀을 제조한다(S100).
상기 실리콘용액은 액상으로 형성되어 모사 대상 천연 현무암 외부면에 직접 스프레이되어 피복된다.
이 때 실리콘용액을 스프레이하기 전 모사 대상 천연 현무암의 외부면에 왁스를 도포할 수 있다.
상기 왁스를 도포하면 실리콘용액이 스프레이되고 경화된 이후에 천연 현무암의 외부면에서 용이하게 탈형할 수 있다.
상기 실리콘용액은 연질 특성을 나타내어 천연 현무암 표면의 굴곡을 따라 도포될 수 있으며, 특히 천연 현무암 표면에 형성된 공극에 채워질 수 있고, 경화된 이후에 천연 현무암 표면의 굴곡을 그대로 모사한 예비형틀을 제조할 수 있다.
상기 실리콘용액을 스프레이하여 예비형틀을 형성하는 경우에는 모사 대상 천연 현무암의 기공에 대응되는 돌기를 형성할 수 있으며, 주상절리와 같은 대형 자연물의 외부면에 용이하게 적층하여 예비형틀을 형성할 수 있다.
상기 모사 대상 천연 현무암은 주상절리일 수 있다.
상기 주상절리는 화산지대 현무암으로 생성되며, 암괴나 지층에 있어서 기둥모양의 절리가 지표에 대해 수직으로 형성되어 있는 형태를 의미한다.
상기 주상절리는 단면의 모양이 육각형, 오각형 등 다각형으로 형성되고 긴 기둥을 이루고 있어 특정 지역에서 관광자원으로 활용되고 있으며, 특징적인 외관으로 인해 정원 조형물로 활용될 가치가 높다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물 제조방법의 작업 공정을 나타낸 작업도이다.
도 2를 참조하면, 상기 S100에서 모사 대상 현무암 외부면에 복수개의 가이드편을 소정의 간격으로 이격되게 부착하여 상기 예비형틀이 분할되도록 형성할 수 있다.
모사 대상 주상절리(100)가 대형인 경우 상기 가이드편(200)을 설치하여 실리콘용액의 스프레이 시 실리콘용액이 흘러내리는 것을 방지할 수 있으며, 예비형틀(300)을 분할하여 형성하기 때문에 주상절리(100)에서 탈형을 용이하게 한다.
상기 가이드편(200)을 설치하는 경우 실리콘용액을 스프레이하여 예비형틀을 제조하고, 상기 예비형틀(300)은 분할되어 복수개의 세그먼트를 이루도록 한다.
상기 예비형틀(300)이 경화되면, 세그먼트를 서로 분리하여 주상절리(100)에서 탈형한다.
복수개의 상기 세그먼트는 서로 체결되어 재조립되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물의 제조방법에 있어서, 주형틀을 제조하는 과정을 나타낸 작업도이다.
도 3을 참조하면, 주상절리(100)에서 탈형된 복수개의 세그먼트는 재조립되어 주형틀을 제조하기 위한 예비형틀(300)을 제공한다.
상기 재조립된 예비형틀(300)을 석고 또는 에폭시수지콘크리드에 압입하여 보조형틀을 제조한다(S200).
상기 예비형틀(300)은 세그먼트가 조립되어 하나의 몸체를 이루고, 이후에 석고 또는 에폭시수지콘크리드에 압입하여 예비형틀(300) 표면에 형성된 천연 현무암을 모사한 돌기가 보조형틀에 홈을 형성하도록 한다.
상기 보조형틀(400)을 석고 또는 에폭시수지콘크리트로 준비하는 경우 예비형틀(300)에 형성된 천연 현무암 표면의 공극을 모사한 돌기가 용입하게 압입되어 정교한 홈을 형성할 수 있다.
상기 홈이 형성된 보조형틀(400)에 상기 보조형틀의 표면에 주형틀에 사용되는 용융금속보다 낮은 융점을 가지는 용융금속을 스프레이하여 금속막을 형성할 수 있다.
상기 주형틀(500)에 사용되는 용융금속이 철, 스테인리스 복합재로 선택되는 경우 보조형틀에 사용되는 용융금속은 이보다 용융점이 낮은 아연-알루미늄 합금인 것이 바람직하다.
상기 보조형틀에 용융금속을 부어서 주형틀을 주조한다(S300).
상기 주형틀(500)을 제조하기 전에 보조형틀(400)의 표면에 주형틀(500)에 사용되는 용융금속보다 낮은 융점을 가지는 용융금속을 스프레이하여 금속막을 형성할 수 있다.
상기 용융금속을 스프레이하는 경우 보조형틀(400)의 홈에 용융금속을 용이하게 침투시킬 수 있으며, 보조형틀(400)에 형성된 홈에 일치하는 돌기를 정확하게 형성할 수 있다.
상기 주형틀(500)은 인조 현무암 제조용 조성물이 유입되어 경화되는 동안 인조 현무암 제조용 조성물을 유출시키지 않고, 인조 현무암 제조용 조성물의 반응 과정에서 증가하는 압력에 견딜 수 있어야 한다.
상기 주형틀(500)이 철 또는 스테인레스로 형성되는 경우에는 현무암 제조용 조성물을 반복하여 양생시키는 경우에도 형틀의 외형을 유지할 수 있어서 매우 바람직하다.
상기 주형틀(500)은 보조형틀(400)에 외면에 굴곡을 따라 형성되어 주상절리의 외형을 그대로 모사하여 형성된다.
도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물의 제조방법에 있어서, 주형틀을 나타낸 작업도이다.
도 4를 참조하면, 상기 주형틀(500)은 인조 현무암 제조용 조성물을 주입할 수 있는 복수개의 주입공(510)이 형성된다.
상기 주형틀(500)은 예비형틀(300)과 동일하게 복수개의 세그먼트로 제조될 수 있으며, 다시 재조립되어 인조 현무암 제조용 조성물이 주입될 수 있다.
이후에 인조 현무암 제조용 조성물을 준비한다(S400).
상기 인조 현무암 제조용 조성물은 화력발전소 석탄재 60 내지 75 wt%; 규산소다 수용액3 내지 27 wt%; 가성소다 1 내지 4 wt%; 및 물 4 내지 25 wt%를 포함하고, Si/Al 비가 3.5이다.
상기 인조 현무암 제조용 조성물은 화력발전소 석탄재 60 내지 75 wt%; 알루민산소다 5 내지 8 wt%; 가성소다 1 내지 4 wt%; 및 물 4 내지 25 wt%를 포함하고, Si/Al 비가 1.5일 수 있다.
이 때 상기 인조 현무암 제조용 조성물은 알루미늄 분말 0.02 내지 0.1 wt%를 더 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 분말은 발포제로서, 반응 중에 기포를 발생시켜 천연 현무암과 매우 유사한 겉보기를 나타낼 수 있다.
또한 상기 범위 내에서 알루미늄 분말을 첨가하는 경우에는 질감, 외양 등 겉보기는 매우 유사하나 천연 현무암보다 경량인 인조 현무암 조형물을 제조할 수 있다.
상기 인조 현무암 조형물을 경량으로 제조하는 경우 알루미늄 분말을 더 첨가하여 인조 현무암 조성물을 제조하는 것이 유리하다.
상기 인조 현무암 제조용 조성물에 대한 설명은 상술한 내용의 반복이므로 생략하기로 한다.
상기 주형틀에 이형제를 피복한 이후에 인조 현무암 제조용 조성물을 주입하고 양생한다(S500).
상기 S500에서 상기 주형틀(400)에 복수개의 주입공(410)이 형성되어 인조 현무암 제조용 조성물을 분산하여 주형틀(400) 내부로 유입시킬 수 있으며, 상기 주형틀(400)은 인조 현무암 제조용 조성물을 주입하고 밀봉할 수 있다.
상기 인조 현무암 제조용 조성물에 알루미늄 분말이 더 첨가되는 경우에는 상기 주형틀(400)을 밀봉하지 않으며, 주형틀(400)의 내부 일부에 기포 발생에 따른 여유 공간이 형성되도록 인조 현무암 제조용 조성물을 투입하는 것이 바람직하다.
상기 인조 현무암 제조용 조성물은 천연 현무암과 유사한 색을 가지며, 밀봉하여 인조 현무암 조성물을 반응시키면서 양생하는 경우 천연 현무암과 유사한 질감을 가지게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물의 제조방법에 있어서, 주형틀에 중심봉이 삽입된 것을 나타낸 작업도이다.
도 5를 참조하면, 또한 상기 S400에서 상기 주형틀(500) 중심에 소정 지름의 중심봉(600)을 배치하여 중심봉(600) 주위로 인조 현무암 제조용 조성물이 투입되도록 한다.
상기 중심봉(600)을 배치하여 주형틀(500)에 유입되는 인조 현무암 제조용 조성물의 사용량을 감소시킬 수 있으며, 상기 주형틀(500) 내에서 인조 현무암 제조용 조성물을 경화시켜 중공의 인조 현무암 조형물을 제조할 수 있다.
상기 중공이 형성된 인조 현무암 조형물은 내부에 다양한 장치를 설치할 수 있는 공간을 제공한다.
상기 S500에서 인조 현무암 조성물을 주입한 주형틀(500) 을40 내지 70 ℃에서 4 내지 20 시간 동안 가열하여 인조 현무암 조성물을 양생한다.
상기 범위 내에서 가열하여 양생하는 경우 천연 현무암에 가까운 강도를 나타낼 수 있으며, 상기 범위를 벗어나서 가열하는 경우에는 강도의 증가가 현저하지 않아서 불필요한 에너지를 손실할 우려가 있다.
상기 양생을 통하여 인조 현무암 조성물은 굳어지고 미반응 물질이 반응을 완료하여 천연 현무암과 유사한 질감 및 외양을 나타낼 수 있다.
상기 양생을 통하여 인조 현무암 조형물은 강도가 증가되며, 야외에 배치할 수 있는 인조 현무암 조형물을 제조할 수 있다.
상기 양생 후 주형틀을 탈형하고 조형물 표면 주입공 부위의 돌출 부위를 사상작업으로 마무리한다.
도 6은 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물의 제조방법에 있어서, 실리콘용액을 외부형틀로 하여 천연 현무암을 모사한 인조 현무암 조성물의 사진이다.
도 6을 참조하면, 실리콘용액을 외부형틀로 사용하는 경우 천연 현무암의 공극을 그대로 모사할 수 있어서, 외양이 인조 현무암 조형물이 천연 현무암과 매우 유사한 것을 알 수 있으며, 석탄재를 사용하여 질감 또한 천연 현무암과 유사한 것을 확인하였다.
도 7은 본 발명의 다른 측면에 따른 인조 현무암 조형물의 제조방법에 있어서, 인조 현무암 조형물의 상부를 가공한 것을 나타낸 작업도이다.
도 7을 참조하면, 양생하여 제조가 완료된 인조 현무암 조형물의 상부를 가공하여 가공공간(700)을 형성함으로써 전등(800)을 배치할 수 있다.
상기 인조 현무암 조형물의 내부가 중공으로 형성되어 다양한 기구장치가 설치될 수 있으며, 상기 인조 현무암 조형물의 상부를 가공하여 전등(800)을 배치하여 야외 조명으로 활용할 수 있다.
상기 인조 현무암 조형물 상부에 전등을 배치하는 경우에는, 천연 현무암과 유사한 질감 및 외형을 나타내는 외부조명을 제조하여 심미적 효과가 증가될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 인조 현무암 제조용 조성물은 반응 후 양생하여 천연 현무암과 유사한 질감과 외형을 가지는 인조 현무암 조형물을 제조할 수 있다. 특히 인조 현무암 제조용 조성물을 제조하고, 이를 사용하여 대표적 현무암 산물인 주상절리를 모사하여 동일 크기 및 모양으로 제조하여 심미적 효과를 나타내는 인조 현무암 조형물을 제조할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 인조 현무암 제조용 조성물 및 이를 이용한 인조 현무암 조형물 제조방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 주상절리 200 : 가이드편
300 : 예비형틀 400 : 보조형틀
500 : 주형틀 410 : 주입공
600 : 중심봉 700 : 가공공간
800 : 전등

Claims (15)

  1. 화력발전소 석탄재 60 내지 75 wt%;
    규산소다 수용액3 내지 27 wt%;
    가성소다 1 내지 4 wt%;
    물 4 내지 25 wt%; 및
    알루미늄 분말 0.02 내지 0.1 wt%를 포함하고,
    Si/Al 비가 3.5인 것을 특징으로 하는 인조 현무암 제조용 조성물.
  2. 화력발전소 석탄재 60 내지 75 wt%;
    알루민산소다 5 내지 8 wt%;
    가성소다 1 내지 4 wt%;
    물 4 내지 25 wt%; 및
    알루미늄 분말 0.02 내지 0.1 wt%를 포함하고,
    Si/Al 비가 1.5인 것을 특징으로 하는 인조 현무암 제조용 조성물.
  3. (a) 모사 대상 천연 현무암 외부에 실리콘용액을 스프레이 하여 외부를 덮은 후 경화시켜 예비형틀을 제조하는 단계;
    (b) 상기 예비형틀을 천연 현무암에서 탈형하고, 석고 또는 에폭시수지콘크리트에 압입하여 보조형틀을 제조하는 단계;
    (c) 상기 보조형틀에 용융금속을 부어서 주형틀을 주조하는 단계;
    (d) 청구항 제1항 또는 제2항의 인조 현무암 제조용 조성물을 준비하는 단계; 및
    (e) 상기 주형틀에 이형제를 피복한 이후에 인조 현무암 제조용 조성물을 주입하고 양생하는 단계;를 포함하되,
    상기 (a) 단계에서
    상기 모사 대상 현무암의 외부면에 복수개의 가이드편을 소정의 간격으로 이격되게 부착하여 상기 예비형틀이 분할되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 인조 현무암 조형물 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서
    상기 모사 대상 천연 현무암은 주상절리인 것을 특징으로 하는 인조 현무암 조형물 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서
    상기 예비형틀은 복수개의 세그먼트를 이루며, 상기 세그먼트는 서로 체결되어 재조립되는 것을 특징으로 인조 현무암 조형물 제조방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서
    상기 실리콘용액을 스프레이하여 상기 모사 대상 천연 현무암의 기공에 대응되는 돌기를 예비형틀 표면에 형성하는 것을 특징으로 하는 인조 현무암 조형물 제조방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서
    상기 보조형틀의 표면에 주형틀에 사용되는 용융금속보다 낮은 융점을 가지는 용융금속을 스프레이하여 금속막을 형성하는 것을 특징으로 하는 인조 현무암 조형물 제조방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서
    상기 주형틀에 상기 인조 현무암 제조용 조성물을 주입할 수 있는 복수개의 주입공을 형성하는 것을 특징으로 하는 인조 현무암 조형물 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제3항에 있어서,
    상기 인조 현무암 제조용 조성물은
    알루미늄 분말 0.02 내지 0.1wt%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인조 현무암 조형물 제조방법.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서
    상기 주형틀 중심에 소정 지름의 중심봉을 배치하여 상기 중심봉 주위로 상기 인조 현무암 제조용 조성물이 투입되는 것을 특징으로 하는 인조 현무암 조형물 제조방법.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서
    상기 인조 현무암 제조용 조성물을 주입한 상기 주형틀을 40 내지 70 ℃에서 4 내지 20시간 동안 가열하여 인조 현무암 조성물을 양생하는 것을 특징으로 하는 인조 현무암 조형물 제조방법.
  15. 제3항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후
    인조 현무암 조형물의 상부를 가공하여 전등이 배치되는 가공공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 인조 현무암 조형물 제조방법.

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