KR102011338B1 - 콘크리트 사인블록 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도로 및 보행로에 설치되어 정보를 제공 할 수 있는 콘크리트 사인블록에 관한 것으로 재활용이 가능한 아크릴 원형, 우레탄 풀커버 몰드 및 초고속 경화 모르타르 및 초고속 경화 콘크리트를 사용하여 경제적일 뿐 아니라 짧은 시간에 대량생산이 가능한 장점이 있다.
특히, 본 발명은 초고속 경화 모르타르 및 콘크리트는 배합을 최적화하는 방법으로 작업성을 향상 시켜 복잡한 문양 또는 문자를 완벽히 구현할 수 있으며, 차로 또는 보행로에 설치가 가능한 수준의 압축강도와 휨강도를 가지도록 하였을 뿐 아니라, 미끄럼 방지 돌기를 최적화하는 방법으로 미끄럼 저항을 향상시켜 자동차 및 보행자의 주행 및 보행 안전성을 확보하였다.
따라서 본 발명의 콘크리트 사인블록은 자동차 및 보행자가 안심하고 주행 또는 보행 할 수 있는 도로 및 보행로용 토목재로서 수요자의 요구에 부합하는 다양 정보를 제공하는 도로 또는 보행로 설치용 콘크리트 제품으로서 고부가가치를 창출 할 수 있을 것으로 판단된다.

Description

콘크리트 사인블록 및 이의 제조방법{Concrete Sign Block And Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 콘크리트 사인블록 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
생활공간 곳곳에는 여러 가지의 공공 표시 사인이 있으며 이는 거리의 이정표, 건축물의 외부 등에 다양한 형식으로 프린트 되어 게재되어 있다. 예를 들어, 공중이 이용하는 시설은 해당 시설의 전체를 금연구역으로 지정하여야 하며 이에 따라 지하철역 출입구 10미터 이내, 광장이나 공원 내부 등에 금연 표시를 해야 한다. 상기 금연 표시는 보행에 지장을 주는 입간판 형식을 사용하거나 적절한 장소를 찾기 어려운 부착 사인 형식보다는 설치가 용이하고 제한이 없는 바닥에 설치하는 대안이 떠오르고 있다. 특히, 폭발적인 스마트폰 사용으로 인하여 빈번한 보행 중 교통사고가 발생하고 있는 현실에서, 바닥을 이용한 공공 사인 표시의 필요성이 증가하고 있는 실정이다.
종래의 바닥 공공 사인 표시 방법은 보도에 스티커를 인쇄하여 직접 부착하는 방법이 사용되거나 가공한 석재 또는 황동판을 부착하는 경우가 대부분이었다. 그러나 인쇄 스티커의 바닥 부착하는 방법은 스티커가 단시간 내에 열화하여 떨어지기 쉽고 그로 인해 도시 미관을 해치는 문제점이 있으며 석재 및 황동판을 사용하는 방법은 시인성이 불량하거나 도난의 위험이 있는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 콘크리트로 제작된 사인블록이 사용되었다. 그러나 콘크리트 사인블록에 복잡하고 다양한 문구 또는 문양을 구현하기 위해서는 몰드의 제조비용이 고가였으며 제조과정에서 불량이 다수 발생하여 대량생산이 불가능한 한계가 있었다. 또한 바닥에 설치되는 콘크리트의 특성상 일정 수준이상의 휨강도와 동결융해 저항성을 갖추어야 할 필요성이 있었다.
따라서 만족할 만한 휨강도 및 동경융해 저항성을 가지고 있으면서도 복잡한 문구와 문양을 구현할 수 있도록 작업성이 뛰어난 콘크리트를 제조하는 기술과 다양한 기호를 빠르게 충족시킬 수 있는 저렴한 몰드의 제조기술이 개발된다면 폭발적으로 증가하는 콘크리트 사인블록의 수요를 충족시켜 높은 부가가치를 창출할 수 있을 것으로 기대된다.
본 명세서에서 언급된 특허문헌 및 참고문헌은 각각의 문헌이 참조에 의해 개별적이고 명확하게 특정된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 삽입된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제조비용 저렴하며 재활용이 가능한 아크릴 원형과 우레탄 풀커버 몰드를 개발하고 작업성이 뛰어나 복잡한 문양과 문구를 구현할 수 있으며 경화속도가 빨라 짧은 시간에 대량생산이 가능한 초고속 경화 모르타르 및 콘크리트를 개발하여 야외의 바닥에 설치되어도 안전하며 원하는 정보를 전달 할 수 있는 콘크리트 사인블록을 제조하였다.
따라서 본 발명의 목적은 콘크리트 사인블록의 원형을 제조하는 제 1 단계; 우레탄 풀커버 몰드를 제조하는 제 2 단계; 초고속 경화 모르타르를 상기 우레탄 풀커버 몰드에 5 내지 15% 채우고 펼치는 제 3 단계; 상기 초고속 경화 모르타르가 채우고 펼쳐진 우레탄 풀커버 몰드에 초고속 경화 콘크리트를 35 내지 45% 더 채우고 타설하는 제 4 단계; 상기 초고속 경화 콘크리트가 타설된 우레탄 풀커버 몰드에 상기 초고속 경화 콘크리트를 50% 더 채우고 타설한 후 그 상부를 미장하는 제 5 단계; 22 내지 26시간동안 기건 양생한 후 상기 우레탄 풀커버 몰드를 제거하는 제 6 단계;를 포함하는 콘크리트 사인블록의 제조방법 및 상기 제조방법으로 제조된 휨강도가 8 내지 9MPa이며, 흡수율이 1.8 내지 2.2% 이며, 동결융해 시험 후 휨강도가 8.2 내지 9.2MPa이며, 내마모성이 0.1 내지 0.14 ㎎/㎜2이며 미끄럼 방지성능이 60 내지 70BPN인 콘크리트 블록을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 구체적으로 제시된다.
본 발명은 콘크리트 사인블록의 원형을 제조하는 제 1 단계; 우레탄 풀커버 몰드를 제조하는 제 2 단계; 초고속 경화 모르타르를 상기 우레탄 풀커버 몰드에 5 내지 15% 채우고 펼치는 제 3 단계; 상기 초고속 경화 모르타르가 채우고 펼쳐진 우레탄 풀커버 몰드에 초고속 경화 콘크리트를 35 내지 45% 더 채우고 타설하는 제 4 단계; 상기 초고속 경화 콘크리트가 타설된 우레탄 풀커버 몰드에 상기 초고속 경화 콘크리트를 50% 더 채우고 타설한 후 그 상부를 미장하는 제 5 단계; 22 내지 26시간동안 기건 양생한 후 상기 우레탄 풀커버 몰드를 제거하는 제 6 단계;를 포함하는 콘크리트 사인블록의 제조방법을 제공한다.
상기 우레탄 풀커버 몰드는 두께가 2 내지 5cm이어서 상기 초고속 경화 모르타르 및 콘크리트가 경화되어도 모양이 변화하지 않는다.
상기 초고속 경화 모르타르는 초속경 시멘트 100중량부에 대하여 잔골재 290 내지 310중량부, 혼화재 0.04 내지 0.06중량부, 폴리머 0.22 내지 0.27중량부, 경화수 0.13 내지 0.17 중량부, 지연제 0.003 내지 0.005중량부, 유동화제 0.011 내지 0.013중량부를 혼합하여 제조하므로 20 내지 22cm의 높은 플로우 값을 가져 복잡한 문양이나 문자를 완벽하게 구형 가능하며 상기 초고속 경화 콘크리트는 초속경 시멘트 100 중량부에 대하여 굵은 골재 180 내지 200중량부, 잔골재 220 내지 240중량부, 혼화재 0.04 내지 0.06중량부, 폴리머 0.25 내지 0.35중량부, 경화수 0.15 내지 0.2중량부, 토목섬유 0.001 내지 0.003중량부, 지연제 0.07 내지 0.09중량부, 유동화제 0.002 내지 0.003중량부를 혼합하여 제조하므로 30 내지 32℃의 온도조건에서 42 내지 50분 내에 경화되므로 대량생산이 가능하다.
상기 콘크리트 사인블록은 다양한 디자인 문양과 함께 지름이 0.8 내지 1.2㎝이며 높이가 1.8 내지 2.2㎜인 다각형의 미끄럼 방지 돌기가 다수 형성되어 60 내지 70BPN의 미끄럼 방지성능을 가질 뿐 아니라 휨강도가 8 내지 9MPa이며, 흡수율이 1.8 내지 2.2% 이며, 동결융해 시험 후 휨강도가 8.2 내지 9.2MPa이며, 내마모성이 0.1 내지 0.14㎎/㎜2이므로 도로 및 보행로에 설치되어 정보를 전달 할 수 있다.
본 발명은 도로 및 보행로에 설치되어 정보를 제공 할 수 있는 콘크리트 사인블록에 관한 것으로 재활용이 가능한 아크릴 원형, 우레탄 풀커버 몰드 및 초고속 경화 모르타르 및 콘크리트를 사용하여 경제적일 뿐 아니라 짧은 시간에 대량생산이 가능한 장점이 있다.
특히, 본 발명은 초고속 경화 모르타르 미 콘크리트는 그 배합을 최적화하는 방법으로 작업성을 향상 시켜 복잡한 문양 또는 문자를 완벽히 구현할 수 있으며, 차로 또는 보행로에 설치가 가능한 수준의 압축강도와 휨강도를 가지도록 하였을 뿐 아니라, 미끄럼 방지 돌기를 최적화하는 방법으로 미끄럼 저항을 향상시켜 자동차 및 보행자의 주행 및 보행 안전성을 확보하였다.
따라서 본 발명의 콘크리트 사인블록은 자동차 및 보행자가 안심하고 주행 또는 보행 할 수 있는 도로 및 보행로용 토목재로서 수요자의 요구에 부합하는 다양 정보를 제공하는 도로 또는 보행로 설치용 콘크리트 제품으로서 고부가가치를 창출 할 수 있을 것으로 판단된다.
도 1은 본 발명의 콘크리트 사인블록의 제조단계를 간략히 보여준다.
도 2는 본 발명의 콘크리트 사인블록의 미끄럼 방지 돌기를 보여준다.
도 3은 본 발명의 콘크리트 사인블록의 예를 보여준다.
본 발명은 콘크리트 사인블록의 원형을 제조하는 제 1 단계; 우레탄 풀커버 몰드를 제조하는 제 2 단계; 초고속 경화 모르타르를 상기 우레탄 풀커버 몰드에 5 내지 15% 채우고 펼치는 제 3 단계; 상기 초고속 경화 모르타르가 채우고 펼쳐진 우레탄 풀커버 몰드에 초고속 경화 콘크리트를 35 내지 45% 더 채우고 타설하는 제 4 단계; 상기 초고속 경화 콘크리트가 타설된 우레탄 풀커버 몰드에 상기 초고속 경화 콘크리트를 50% 더 채우고 타설한 후 그 상부를 미장하는 제 5 단계; 22 내지 26시간동안 기건 양생한 후 상기 우레탄 풀커버 몰드를 제거하는 제 6 단계;를 포함하는 콘크리트 사인블록의 제조방법을 제공한다(도 1 참조).
상기 콘크리트 사인블록의 원형은 모드를 제조하기 위한 원형으로 실제 제작되는 콘크리트 사인블록과 동일한 크기로 제작된다. 상기 원형은 3D를 이용하여 제작될 수 있으며 아크릴을 레이저 절단하는 방법을 제조될 수 있다. 3D 프린터를 사용하는 경우 프린트 에러 발생 시 재활용이 불가능하고 재료비가 비싸며 프린팅 품질에 따라 후공정을 필요로 하는 경우가 있어 작업효율이 저하되는 기술적 한계가 있다.
이에 반하여 아크릴을 절단하여 사용하면 재료비가 싸고 재활용이 가능한 장점이 있다. 특히, 정교한 문양이나 문자를 구현하는 경우 원판 상에 이미 제조한 아크릴 문자 또는 아크릴 문양 조각을 조합하는 방법으로 구현이 가능하며 수용성 접착제를 사용하는 경우, 물로 닦아내기만 하면 상기 아크릴 문자 또는 아크릴 문양 조각을 다시 사용할 수 있어 효율성이 높다.
상기 원형은 디자인 문양 및 다수의 문자와 함께 주행차량 또는 보행자의 미끄럼을 방지하기 위한 미끄럼 돌기를 포함한다. 상기 미끄럼 방지 돌기는 지름이 0.8 내지 1.2㎝이며 높이가 1.8 내지 2.2㎝인 원형 또는 다각형의 미끄럼 방지 돌기가 형성된 것을 특징으로 한다. 또한 상기 원형 또는 다각형의 미끄럼 방지 돌기는 상기 지름의 1.8 내지 2.2배 간격으로 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 미끄럼 방지 돌기의 모양, 지름, 배치간격은 본 발명의 실시예를 통하여 최적화 된 것으로 상기 조건에 따라 제조하면 60 내지 70BPN의 미끄럼 방지 성능을 가져 차도 및 보도의 토목재로서 설치될 수 있다. 상기 미끄럼 방지 성능이 60BPN 미만이면 도로용 토목재(콘크리트 블록)로 사용이 불가하므로 상기 조건에 따라 돌기를 형성하도록 제조하는 것이 중요하다.
상기 제조한 콘크리트 사인블록의 원형을 이용하여 우레탄 풀커버 몰드를 제조한다. 상기 우레탄 풀커버 몰드는 문양이 형성되는 표면스킨 및 몰드를 모두 우레탄으로 제조한 것을 특징으로 하며 연질 우레탄을 틀에서 경화시켜 제조하므로 표면스킨과 몰드가 일체형으로 제조되어 접착부위가 없는 특징이 있다. 상기 우레탄 풀커버 몰드는 연질 우레탄을 사용하며 경화된 우레탄은 종래의 실리콘 몰드에 대비하여 인장강도가 우수하여 콘크리트 성형에 유리한 장점이 있다. 상기 연질 우레탄은 쇼어경도(shore hardness) 30 내지 60A 값을 가지는 연질 우레탄을 사용할 수 있으며 바람직하게는 쇼어경도 60A인 연질 우레탄을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 우레탄 풀커버 몰드는 두께가 2 내지 5cm가 되도록 제조하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 두께가 3.5cm가 되도록 제조한다. 상기 두께가 2cm미만이면 모르타르 및 콘크리트의 경화열에 의해 몰드가 변형될 수 있으며 두께가 5cm를 초과하면 상기 경화열에 의한 몰드변형의 정도는 유사하나 우레탄을 많이 사용하게 되므로 경제성이 저하된다.
상기 제조된 우레탄 풀커버 몰드에 초고속 경화 모르타르를 타설하고 펼쳐서 우레탄 풀커버 몰드에 음각형태로 구현된 문양 또는 문자를 메운다. 이를 위하여 상기 초고속 경화 모르타르는 상기 우레탄 풀커버 몰드가 5 내지 15% 정도만 채워지도록 타설한다. 바람직하게는 10%가 채워지도록 타설한다. 5% 이하로 타설하면 문양 또는 문자가 매워지는 정도가 상이하여 모양이 제대로 구현되지 않을 수 있고, 경화 및 양생 후 내구성이 저하될 수 있다. 또한 상기 초고속 경화 모르타르를 15%를 초과하여 타설하게 되면 추후 타설하는 초고속 경화 콘크리트의 양이 적어 제조된 콘크리트 사인블록의 전체적인 압축강도와 휨강도가 저하될 수 있다.
상기 초고속 경화 모르타르는 초속경 시멘트 100 중량부에 대하여 잔골재 290 내지 310 중량부, 혼화재 0.04 내지 0.06 중량부, 폴리머 0.22 내지 0.27 중량부, 경화수 0.13 내지 0.17 중량부, 지연제 0.003 내지 0.005 중량부, 유동화제 0.011 내지 0.013 중량부를 혼합하여 제조한다. 바람직하게는 초속경 시멘트 100 중량부에 대하여 잔골재 300 중량부, 혼화재 0.05 중량부, 폴리머 0.245 중량부, 경화수 0.15 중량부, 지연제 0.004 중량부, 유동화제 0.012 중량부를 혼합하여 제조한다.
또한 상기 초고속 경화 콘크리트는 초속경 시멘트 100 중량부에 대하여 굵은 골재 180 내지 200 중량부, 잔골재 220 내지 240 중량부, 혼화재 0.04 내지 0.06 중량부, 폴리머 0.25 내지 0.35 중량부, 경화수 0.15 내지 0.2 중량부, 토목섬유 0.001 내지 0.003 중량부, 지연제 0.07 내지 0.09 중량부, 유동화제 0.002 내지 0.003 중량부를 혼합하여 제조한다. 바람직하게는 초속경 시멘트 100 중량부에 대하여 굵은 골재 190 중량부, 잔골재 230 중량부, 혼화재 0.05 중량부, 폴리머 0.3 중량부, 경화수 0.175 중량부, 토목섬유 0.002 중량부, 지연제 0.08 중량부, 유동화제 0.0025 중량부를 혼합하여 제조한다.
상기 초고속 경화 모르타르 및 초고속 경화 콘크리트는 초속경 시멘트를 사용하므로 경화속도가 매우 빠른 장점이 있다. 그러나 상기 초고속 경화 모르타르 및 초고속 경화 콘크리트는 그 용도에서 차이점이 있다. 상기 초고속 경화 모르타르는 상기 몰드에 형성된 복잡한 문양 또는 문자를 구현하는 것을 목적으로 한다. 따라서 높은 유동성을 가져 작업성이 높아야 한다. 이에 반하여 초고속 경화 콘크리트는 콘크리트 사인블록의 본체를 형성하므로 우수한 압축강도, 휨강도 등을 가져야 한다. 이를 위하여 본 발명에서는 초고속 경화 모르타르와 초고속 경화 콘크리트의 조성에 차이점을 두었다. 상기 초고속 경화 모르타르는 상기 초고속 경화 콘크리트와 달리 압축강도 및 휨강도를 향상시키는 굵은 골재와 토목섬유를 사용하지 않았다. 상기 초고속 경화 모르타르에는 상기 굵은 골재와 토목섬유가 포함되지 않으므로 우수한 유동성을 가져 상기 몰드에 음각으로 구현된 복잡한 문양이나 문자를 완벽하게 메울 수 있는 우수한 작업성을 가진다. 상기 초고속 경화 모르타르의 유동성(작업성)은 플로우값으로 평가되며 본 발명의 초고속 경화 모르타르는 플로우(flow) 값이 20 내지 22cm인 것을 특징으로 한다. 상기 플로우 값이 20cm 미만이면 작업성이 떨어져 상기 음각의 문양이나 문자를 메우는데 시간이 더 소요되며 상기 플로우 값이 22cm를 초과하면 작업성은 증가 효과는 미미하나 경화시간이 더 소요되어 비효율적이 된다. 상기 초고속 경화 모르타르에 대비하여 상기 초고속 경화 콘크리트는 굵은 골재 및 토목섬유를 더 포함하므로 압축강도 및 휨강도가 우수한 장점이 있다.
상기 초고속 경화 모르타르 및 초고속 경화 콘크리트는 경화속도가 빨라 대량생산에 유리한 점이 있다. 그러나 배합순서가 올바르지 않으면 예상치 못한 경화로 인해 혼합이 실패하는 경우가 있다. 본 발명에서는 이를 방지하고자 상기 초속경 시멘트를 제외한 재료를 먼저 첨가한 후 상기 초속경 시멘트를 첨가하고 상기 경화수를 첨가하는 순서로 제조하였다.
상기 초고속 경화 모르타르가 채워지고 펼쳐진 우레탄 풀커버 몰드에 상기 초고속 경화 콘크리트를 5 내지 15% 더 채우고 타설한 후 다시 50% 더 채우고 타설하여 그 상부를 미장하는 방법으로 타설을 마무리한다. 상기 초고속 경화 콘크리트의 타설을 단계적으로 실시하는 이유는 최초 타설한 초고속 경화 모르타르의 음각 문양 및 문자의 채움에 영향을 주지 않기 위해서이다. 따라서 상기 초고속 경화 콘크리트의 단계적 타설은 큰 충격을 주지 않고 천천히 실시하는 것이 바람직하다.
상기 초고속 경화 모르타르 및 초고속 경화 콘크리트는 30 내지 32℃의 온도조건에서 42 내지 50분의 경화시간을 가진 후 22 내지 26시간동안 기건 양생을 실시하고 상기 우레탄 풀커버 몰드를 제거한다. 상기 몰드가 제거된 콘크리트 사인블록은 필요에 따라 표면을 다듬는 과정, 채색과정 및 코팅과정을 더 실시 할 수 있다.
상기 제조방법으로 제조된 콘크리트 사인블록은 휨강도가 8 내지 9MPa이며, 흡수율이 1.8 내지 2.2% 이며, 동결융해 시험 후 휨강도가 8.2 내지 9.2MPa이며, 내마모성이 0.1 내지 0.14㎎/㎜2이며 미끄럼 방지성능이 60 내지 70BPN인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 휨강도가 8.4MPa이며, 흡수율이 2% 이며, 동결융해 시험 후 휨강도가 8.7MPa이며, 내마모성이 0.12㎎/㎜2이며, 미끄럼 방지성능이 65BPN이다.
상기 콘크리트 사인블록의 휨강도 및 동결융해 후 휨강도는 한국표준규격 KS F 2408(5MPa 이상)을 만족하는 수치이며, 상기 흡수율은 한국표준규격 KS F 4419(10% 이내)를 만족하는 수치이며, 상기 내마모성은 한국표준규격 KS F 4041(0.15㎎/㎜2 이내)를 만족하는 수치이다. 또한 상기 콘크리트 사인블록의 미끄럼 방지성능은 도로용 및 보도용 토목재(콘크리트 바닥재 블록)의 성능기준치를 충족하는 수치이다.
따라서 본 발명의 제조방법으로 제조된 콘크리트 사인블록은 보도 또는 차도에 적용되어 바로 사용이 가능하다.
하기에서 본 발명의 제조방법 및 이를 이용한 콘크리트 사인블록에 대하여 실시예를 통해 상세히 설명한다.
실시예
1. 콘크리트 사인블록 원형의 제작
콘크리트 사인블록의 원형은 고가의 금속 원형을 사용하지 않고 저렴한 아크릴 판재를 가공, 접착하여 제작하거나 곡면 등의 가공이 필요한 경우 3D 프린터를 사용하였다.
레이저 절단 장비를 활용하여 아크릴을 가공한 후 조합하여 매우 저렴한 가격으로 콘크리트 사인블록의 원형을 제작하였다. 아크릴 판재를 이용하여 제조한 원형은 가공의 치수 정밀도가 우수하여 일정한 품질의 원형을 얻을 수 있었다.
3D 프린터는 FDM(Fused deposition modeling) 방식 또는 SLS(Selective Laser Sintering)방식의 3D프린터를 사용하였으며 3D systems사의 Cube pro(Dual head)와 신도사의 DP200을 사용하여 출력하였고 필라멘트는 ABS, PLA 수지를 사용하였다. 3D 프린터를 사용한 경우 곡선과 같이 입체감 있는 원형을 제조할 수 있었다. 그러나 원재료가 비싸고 에러 발생율이 높은 단점이 확인 되었다.
2. 우레탄 풀커버 몰드의 제조
먼저 우레탄을 스킨 커버로 사용하고 코팅목재를 테두리로 사용한 목재 몰드를 제조하였다. 상기 목재몰드는 제조비용이 저렴한 장점이 있었으나 콘크리트 타설시 급격한 수화열로 인하여 코팅목재의 코팅이 벗겨지는 단점이 발생하였으며 목재의 결합이 원활하지 않고 우레탄 스킨 커버와의 접착시 사용하는 이물질로 인해 블록표면이 변형되는 단점이 확인되었다. 또한 진동 등에 취약하여 콘크리트 타설 후 콘크리트 내부의 기포를 제거하기 어려운 단점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 우레탄 풀커버 몰드를 제조하였다. 상기 우레탄 풀커버 몰드는 문양이 구현되는 스킨커버 뿐 아니라 테두리 모두 우레탄을 구성된 것을 의미한다.
이를 위하여 상기 제조한 아크릴 원형을 설치하고 그 주위에 목재틀을 설치하였다. 아크릴 원형은 일정한 두께를 가져 우레탄 몰드 형성시 일정한 깊이를 가질 수 있도록 하였다. 상기 아크릴 원형과 목재틀 사이에는 200㎜의 간격을 두어 200㎜의 테두리가 형성되도록 하였다. 풀커버 방식의 우레탄 몰드의 테두리가 200㎜ 미만의 두께를 가지면 타설된 콘크리트의 측압에 의해 몰드의 변형이 일어나는 것이 확인되었다. 또한 상기 원형은 비중이 1을 초과하는 것을 사용하였다. 비중이 1이하이면 우레탄 용액을 부었을 때 원형이 떠올라 몰드제작이 불가능하였다.
상기 우레탄은 연질 우레탄을 사용하였다. 일반적으로 몰드를 성형하는 것에는 실리콘과 우레탄 수지가 사용되나 실리콘의 경우 인장강도 등이 약하여 콘크리트 제품의 성형에는 적당하지 않다. 상기 연질 우레탄은 쇼어경도 기준 30, 40, 60A의 연질 우레탄을 사용할 수 있으나 본 발명에서는 재활용성을 고려하여 쇼어경도 60A의 연질 우레탄을 사용하였다. 탈포기 등을 이용하여 우레탄 속의 기포를 제거하는 방법으로 교반하였으며 원형의 복잡한 형상에 우레탄을 천천히 부어넣어 기포가 원활하게 제거되도록 하였다. 상기 기포가 남아 있으면 탈형 시 기포의 흔적이 남게 되므로 주의해야 한다.
3. 미끄럼 방지 돌기의 최적화
콘크리트 공공 사인블록은 보행로나 광장 등의 바닥에 설치되는 제품으로서 보행자의 미끄러짐에 대비해야 한다. 보행자의 안전사고를 예방하기 위하여 표면에 다양한 미끄럼 방지 패턴을 디자인하고 이를 시편으로 제작하여 미끄럼방지 성능을 시험하였다. 음각패턴의 경우 미끄럼 방지 성능이 미미하여 양각패턴을 사용하였다.
돌기의 모양을 다수의 원형 또는 다각형 돌기, 철판 돌기형, 대각선 돌기형 등으로 디자인하고 그 높이 및 설치간격을 다양하게 디자인 한 후 미끄럼 방지 성능을 평가하였다. 일반적으로 40BPN 이상이면 보행로에 설치가 가능하고 60BPN이상이면 차로에 설치가 가능하다. 평가결과 원형 또는 다각형 돌기인 미끄럼 방지패턴의 미끄럼저항 성능이 가장 우수한 것으로 확인되었으며 돌기의 지름 1㎝, 높이 2㎝이며 약 2㎝ 간격으로 배치된 돌기가 가장 우수한 미끄럼 저항을 보였다. 대각선 돌기형 미끄럼 방지패턴은 미끄럼 방지 성능이 낮을 뿐 아니라 디자인적으로 문구 및 문양과 조화가 어려운 문제점이 있었다.
미끄럼 방지 돌기 패턴 미끄럼 방지성능 측정결과
다각형 돌기형 65BPN
철판 돌기형 45BPN
4. 콘크리트 사인블록용 모르타르 및 콘크리트의 제조
콘크리트 사인블록은 다품종 소량생산에 적합한 제품으로 기존의 대량생산을 위한 콘크리트 배합과는 다른 접근이 필요하다. 다품종 소량생산의 생산조건과 특별한 증기 양생실 등을 구비하기 힘든 소규모 작업장의 현실을 고려하여 안정적인 품질을 유지할 수 있는 배합을 선택할 필요가 있다. 또한 다양한 종류의 제품을 빠르게 생산 할 수 있도록 몰드의 회전율을 높이며 생산량을 유지할 수 있도록 초속경 시멘트를 베이스로 하는 배합을 상정하고 토목섬유와 폴리머 레진 등을 혼합하여 혹독한 외부 환경에 견딜 수 있는 배합을 찾았다. 배합조건에 따라 종류별 공시체를 제작하고 강도 등을 평가하였다.
본 발명에서는 초속경 시멘트를 바인더로 사용하고 혼화재로는 실리카흄을 사용하여 콘크리트 조직의 치밀도와 시멘트의 반응성을 높이고 동결융해 저항성을 확보하도록 하였다. 또한 혼합 수지로는 아크릴을 사용하여 콘크리트의 흡수율을 낮추는 것을 목표로 하였다. 혼화제로는 초속경시멘트의 작업시간을 확보하도록 지연제(구연산)를 사용하였으며 블록 표면의 복잡한 형상을 원활하게 표현하도록 적당한 유동화제 등을 첨가하였다. 또한 토목섬유와 분말수지 등은 배합의 성격에 맞게 일부 적용하였다. 골재의 경우 굵은 골재로서 13mm 골재를 사용하였고 잔골재로서 부순모래를 사용하였다. 골재를 치환하여 무게의 감량을 목적으로 미세 중공골재를 사용하였다.
콘크리트의 배합은 먼저 골재와 시멘트를 건비빔한 후 나머지 재료를 혼합하였으나 특정온도 이상에서 초속경 시멘트의 급격한 수화 및 경화가 관찰되었으므로 실험실온도 24℃ 이상에서는 골재와 폴리머, 지연제등을 먼저 투입하고 초속경 시멘트를 투입한 후 경화수를 나중에 첨가하여 혼합하였다. 초속경 시멘트의 급격한 수화는 콘크리트 믹서내의 산성 환경과 충분한 경화수의 투입으로 방지할 수 있으며 실제 블록을 생산하는 현장에서도 이러한 순서를 지키도록 하여 돌발적인 혼합실패를 방지할 수 있었다.
콘크리트의 배합이 완료된 후 공시체를 제작하기 전 슬럼프 측정하여 콘크리트의 반죽질기를 판단하였다. 제작한 공시체는 특정 시간에 따라(3시간, 7일, 14일, 28일) 만능재료시험기를 사용하여 압축강도를 측정하였으며 측정 시 최소 3개 이상의 공시체를 파괴하여 산술평균한 값을 압축강도로 기록하였다. 하기 표 2는 본 발명의 콘크리트 배합을 보여준다.
초속경시멘트 굵은골재 잔골재 혼화재 폴리머 경화수 토목섬유 혼화제
지연제 유동화제
실시예1 20㎏ 38㎏ 46㎏ 1㎏ 6㎏ 3.4㎏ 40g 100g 50g
실시예2 20㎏ 38㎏ 46㎏ 1㎏ 6㎏ 4.5㎏ 40g 100g 50g
실시예3 20㎏ 38㎏ 46㎏ 1㎏ 6㎏ 3.4㎏ 40g 120g 50g
실시예4 20㎏ 38㎏ 46㎏ 1㎏ 6㎏ 3.4㎏ 40g 160g 50g
실시예5 20㎏ 38㎏ 46㎏ 1㎏ 6㎏ 4,5㎏ 40g 200g 50g
상기 표 2의 배합은 온도 등의 환경에 따라 급격히 수화, 경화될 수 있는 불안정한 초속경 시멘트 배합을 보다 안정적으로 제어하기 위한 지연제와 경화수 투입과 관련된 배합이다. 경우에 따라 배합 실험 도중 재료 혼합과정에서 경화가 진행되어 버리는 현상이 발견되었는데 이를 해결하기 위하여 지연제의 양을 조절하여 실험하였다. 모든 배합에서 사용하는 지연제는 구연산으로서 혼합 시 pH를 조절하여 시멘트의 수화속도를 제어하는 역할을 한다. 또한 경화수의 양에 따라서도 비슷한 이유로 수화속도가 제어되는데 경화수의 증가는 물시멘트비의 감소로 이어지므로 두 재료를 적절히 변경하여 수화속도를 조절할 필요가 있다. 시험결과 콘크리트의 급격한 수화를 막는 것은 지연제의 양이 가장 큰 영향을 끼친다. 하지만 그보다 더 중요하다고 보이는 것은 시멘트가 투입되는 시점으로서 믹서내의 환경(pH, 온도)이 충분히 시멘트의 수화속도에 영향을 미칠 수 있는 상태여야 한다는 것이다. 30℃ 이상의 높은 온도에서 초속경 시멘트는 초결이 시작된 후 불과 몇 분 만에 응결이 종결되므로 이러한 과정을 제어하기 위해서는 초결이 시작되지 않는 믹서내 환경 조성에 더욱 노력을 해야 한다. 따라서 시멘트가 수화되기 시작하는 시멘트 투입 시점을 지연제와 경화수가 투입된 시점 이후로 잡는 것이 급격한 수화를 막는 방법이다.
상기 배합으로 제조한 콘크리트에 대하여 슬럼프 및 압축강도를 평가하였다. 하기 표 3은 실시예의 경화시간, 슬러프 및 상온에서 기건 양생 후 양생정도에 따른 압축강도를 보여준다.
실험실 온도 경화시간 양생 7일 후 압축강도 양생 28일 후 압축강도 슬럼프
실시예 1 29℃ 24분 33MPa 48MPa 14㎝
실시예 2 29℃ 26분 31MPa 44MPa 13㎝
실시예 3 29℃ 31분 31MPa 45MPa 13㎝
실시예 4 31℃ 46분 30MPa 44MPa 14㎝
실시예 5 31℃ 73분 29MPa 47MPa 13㎝
실시예 1 내지 5 모두 유사한 압축강도와 슬럼프값을 가지는 것이 확인되었다. 따라서 작업시간을 고려하여 46분의 경화시간을 가지는 실시예 4를 선택하였으며 실시예 4의 배합조건으로 제조된 콘크리트에 대하여 성능을 평가하였다. 하기 표4는 실시예 4 콘크리트의 성능평가 결과를 보여준다.
휨강도 흡수율 동결융해시험 후 휨강도 내마모성
실시예 4 9.9MPa 2% 9.8MPa 0.12mg/㎜2
5. 콘크리트 사인블록용 고유동성 모르타르의 제조
콘크리트 사인블록을 제작할 때 복잡한 형상의 문양이나 사인이 원활하게 표현하기 위해서는 유동성이 좋은 모르타르를 사용하여 레이어를 구분할 필요가 있다. 본 발명에서는 사인블록의 본체를 구성하는 초고속 경화 콘크리트와 함께 유동성이 뛰어나 복잡한 문양이나 사인의 표현이 뛰어난 초고속 경화 모르타르를 제조하고 이를 적용하였다. 하기 표 5는 초고속 경화 모르타르의 배합을 보여준다.
초속경시멘트 잔골재 혼화재(실리카흄) 폴리머 경화수 혼화제
지연제 유동화제
실시예6 1㎏ 3㎏ 50g 250g 150g 4g 8g
실시예7 1㎏ 3㎏ 50g 250g 200g 4g 12g
실시예8 1㎏ 4㎏ 50g 300g 200g 4g 8g
실시예9 1㎏ 4㎏ 50g 300g 250g 4g 12g
실시예10 1㎏ 5㎏ 50g 350g 300g 4g 12g
상기 실시예 6 내지 10에 따라 제조한 초고속 경화 모르타르는 상기에서 설명한 바와 같이 초속경 시멘트를 가장 나중에 첨가하여 급격한 수화로 인한 혼합실패를 방지하였다. 상기 배합으로 제조한 초고속 경화 모르타르에 대하여 내마모성, 플로우값 및 압축강도를 평가하였다. 상기 내마모성은 보행자나 차량에 의해 상기 문양등이 직접 접촉하는 부분이므로 압축강도와 함께 중요한 요소로서 고려되었으며 상기 플로우값은 모르타르의 유동성을 나타내는 값으로 높을수록 복잡한 문양이나 문자의 내부까지 침투되어 완벽하게 구현이 가능해 진다.
하기 표 6은 실시예 6 내지 10의 기건 양생 후 양생정도에 따른 압축강도, 플로우값 및 내마모성 정도를 보여준다.
양생 7일 후 압축강도 양생 28일 후 압축강도 플로우값 내마모성
실시예 6 31MPa 49MPa 16㎝ 0.12mg/㎜2
실시예 7 33MPa 44MPa 21㎝ -
실시예 8 29MPa 41MPa 17㎝ 2.18mg/㎜2
실시예 9 31MPa 42MPa 20㎝ 0.15mg/㎜2
실시예 10 26MPa 39MPa 15㎝ 0.17mg/㎜2
실시예 7의 배합으로 제조한 모르타르는 내마모성 및 압축강도에서 다른 배합의 모르타르와 별 차이가 없으며 유동성이 가장 뛰어나 복잡한 문양이나 문자의 내부까지 침투하여 완벽하게 구현이 가능한 모르타르로 판단된다.
6. 콘크리트 사인블록의 제조
배합은 150리터 팬믹서를 사용하였고 재료의 투입 순서는 부순모래(잔골재), 13mm 골재(굵은골재), 아크릴 에멀젼 수지(폴리머), 경화수 일부, 지연제 및 안료, 혼합 시멘트, 나머지 경화수 순으로 하였다. 상기 혼합시멘트는 초속경시멘트, 실리카 흄(혼화제), 분말형 폴리머, 토목섬유 및 유동화제가 포함된 것을 의미한다. 상기 혼합시멘트를 나중에 투입하는 것은 믹서내의 환경이 충분히 지연효과를 가진 후에 시멘트를 투입하기 위한 것으로서 급격한 혼합물의 양생과 경화를 방지하기 위함이며 혼합시멘트를 투입한 후 2분 정도 혼합시간을 가졌다. 작업장의 온도가 20℃ 내외, 20~25℃, 25~28℃, 28~30℃, 31℃이상일 때를 구분하여 지연제의 양을 조절하였다.
배합된 혼합물 중 유동성이 뛰어난 초고속 경화 모르타르를 우레탄 풀커버 몰드에 10% 정도 채우고 하부의 문양(미끄럼 방지 돌기 포함) 및 문자가 정확하게 표현되도록 구석구석 펼쳐 넣은 후 초고속 경화 콘크리트 40% 정도를 추가로 채우고 다졌으며 마지막으로 상부까지 50%의 초고속 경화 콘크리트를 더 채워 넣고 다진 후 미장 작업을 수행하였다. 혼합물의 가사(경화) 시간은 30분 내외로 50리터의 양을 혼합하고 공공 사인블록 다섯 개 정도를 채워 넣은 후 기구 청소를 할 정도의 시간으로서 적당하다고 판단된다. 필요 이상의 지연제가 혼합된 경우에는 2시간 이상의 가사시간을 갖기도 하였으나 양생된 후의 품질에는 차이가 없는 것으로 확인 되었다. 상기 우레탄 풀커버 몰드는 타설 전 수성 이형제를 꼼꼼히 도포하여 우레탄 몰드의 파손을 방지하였다. 블록의 상부 미장은 흙손을 사용하여 실시하였으며 우레탄 풀커버 몰드는 내부에 콘크리트를 충분히 채우더라도 콘크리트의 측압에 의해 몰드가 탄성변형 되지는 않는 것으로 확인되었다. 이는 20mm 이상의 충분한 외벽 두께를 확보한데에서 기인하는 것으로 판단된다. 탈형은 작업장의 온도에 따라 다르지만 일반적으로 12시간 이상 양생한 후 실시 하였다. 다만 작업장의 온도가 31℃ 이상인 경우 타설 후 한 시간 이내에 탈형이 가능하였고 대부분 4시간 전후로 탈형이 가능한 상태가 되므로 대량생산 시 참고할 필요가 있다. 양생은 기본적으로 전부 기건 양생을 실시하였다. 실험실 내부의 습도와 온도를 제어하지 않은 상태에서 최소 24시간 이상 양생하였으며 필요에 따라 채색을 진행하여 콘크리트 사인블록을 완성하였다.
7. 콘크리트 사인블록의 휨강도, 흡수율, 내마모성 평가
상기 제조한 콘크리트 사인블록을 이용하여 휨강도(동결융해 시험 후 휨강도 포함), 흡수율, 내마모성을 평가하였다. 하기 표 7은 본 발명의 콘크리트 사인블록에 대한 휨강도, 동결융해 시험 후 휨강도, 흡수율, 내마모성 평가 결과를 보여준다. 측정 결과, 모든 항목에서 KS F 기준에 적합하여 토목제품으로 바로 상용화가 가능한 것으로 확인되었다.
평가항목 측정치 비고
휨강도 8.4MPa KS F 2408 적합
흡수율 2% KS F 4419 적합
동결융해시험 후 휨강도 8.7MPa KS F 2408 적합
내마모성 0.12mg/㎜2 KS F 4041 적합
본 명세서에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예 또는 예시를 대표하는 의미이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 본 발명의 변형과 다른 용도가 본 명세서 특허청구범위에 기재된 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에게 명백하다.

Claims (10)

  1. 콘크리트 사인블록의 원형을 제조하는 제 1 단계;
    우레탄 풀커버 몰드를 제조하는 제 2 단계;
    초고속 경화 모르타르를 상기 우레탄 풀커버 몰드에 5 내지 15% 채우고 펼치는 제 3 단계;
    상기 초고속 경화 모르타르가 채워지고 펼쳐진 우레탄 풀커버 몰드에 초고속 경화 콘크리트를 35 내지 45% 타설하는 제 4 단계;
    상기 초고속 경화 콘크리트가 타설된 우레탄 풀커버 몰드에 상기 초고속 경화 콘크리트를 50% 더 타설한 후 그 상부를 미장하는 제 5 단계; 및
    상기 타설된 초고속 경화 모르타르와 초고속 경화 콘크리트를 22 내지 26시간동안 기건 양생한 후 상기 우레탄 풀커버 몰드를 제거하는 제 6 단계;
    를 포함하는 콘크리트 사인블록의 제조방법에 있어서,
    상기 초고속 경화 모르타르는 초속경 시멘트 100 중량부에 대하여 잔골재 290 내지 310 중량부, 혼화재 0.04 내지 0.06 중량부, 폴리머 0.22 내지 0.27 중량부, 경화수 0.13 내지 0.17 중량부, 지연제 0.003 내지 0.005 중량부, 유동화제 0.011 내지 0.013 중량부를 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 사인블록의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 콘크리트 사인블록의 원형은 상기 콘크리트 사인블록과 동일한 크기로 제조되며 디자인 문양과 지름이 0.8 내지 1.2㎝이며 높이가 1.8 내지 2.2㎝인 원형 또는 다각형의 미끄럼 방지 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 사인블록의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 원형 또는 다각형의 미끄럼 방지 돌기는 상기 지름의 1.8 내지 2.2배 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 콘크리트 사인블록의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 우레탄 풀커버 몰드는 두께가 2 내지 5cm인 것을 특징으로 하는 콘크리트 사인블록의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 초고속 경화 모르타르는 플로우(flow) 값이 20 내지 22cm인 것을 특징으로 하는 콘크리트 사인블록의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 초고속 경화 콘크리트는 초속경 시멘트 100 중량부에 대하여 굵은 골재 180 내지 200 중량부, 잔골재 220 내지 240 중량부, 혼화재 0.04 내지 0.06 중량부, 폴리머 0.25 내지 0.35 중량부, 경화수 0.15 내지 0.2 중량부, 토목섬유 0.001 내지 0.003 중량부, 지연제 0.07 내지 0.09 중량부, 유동화제 0.002 내지 0.003 중량부를 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 사인블록의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 초고속 경화 모르타르 및 초고속 경화 콘크리트의 제조는 초속경 시멘트를 제외한 재료를 먼저 첨가한 후 상기 초속경 시멘트를 첨가하고 경화수를 더 첨가하는 순서로 제조하여 급격한 수화로 인한 혼합실패를 방지하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 사인블록의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 초고속 경화 모르타르 및 초고속 경화 콘크리트는 30 내지 32℃의 온도조건에서 42 내지 50분의 경화시간을 가지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 사인블록의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제조방법으로 제조된 콘크리트 사인블록은 휨강도가 8 내지 9MPa이며, 흡수율이 1.8 내지 2.2% 이며, 동결융해 시험 후 휨강도가 8.2 내지 9.2MPa이며, 내마모성이 0.1 내지 0.14㎎/㎜2이며 미끄럼 방지성능이 60 내지 70BPN인 것을 특징으로 하는 콘크리트 사인블록의 제조방법.
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