KR102112262B1 - 투수성 차열블록 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 성형몰드에서 포틀랜드시멘트 15 내지 20 중량%, 물 1 내지 4 중량%, 경량골재 20 내지 50 중량%, 굵은골재 20 내지 50 중량% 및 강도강화제 0.1 내지 3.0 중량%이 혼합된 기층부용 재료를 1차 진동 가압하여 성형된 기층부와 그 상부에 포틀랜드시멘트 15 내지 20 중량%, 물 3 내지 7 중량%, 규사 30 내지 50 중량%, 반사유리 3 내지 7 중량%, 플라이애쉬 0.1 내지 2.0 중량%, 메타스퍼미스 25 내지 40 중량%, 강도강화제 0.1 내지 3.0 중량% 및 반응형 TiO2 0.2 내지 5.0 중량%가 혼합된 표층부용 재료를 기층부 상부에 투입하여 2차 진동 가압하여 성형되는 표층부를 포함하는 투수성 차열블록으로 투수성이 우수하면서도 복사열 차단 효과과 다수의 기공을 통한 수분의 증발로 열섬 효과 완화 기능을 가지는 투수성 차열블록을 제공한다.

Description

투수성 차열블록{Permeable block with the ability to prevent heat transfer}
본 발명은 투수성 차열블록에 관한 것으로서, 기층부와 표층부로 구분하여 기층부는 투수성을 가지도록 형성하고, 표층부는 열반사와 보수성능을 가지는 구조를 가지도록 형성하여 우수의 투수량을 극대화하면서도, 표면의 반사물질과 TiO2의 백색도 향상에 의하여 빛의 반사로 복사열을 감소시키고, 표층부의 기공으로 수분을 흡수하도록 구성하여 보수성을 가지도록 한 투수성 차열블록의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 투수블록은 우수 등이 블록을 통과하여 지중으로 공급되게 하는 것으로 투수블록은 도심의 홍수 예방의 목적으로 각광받고 있다. 기후변화로 전 지구적으로 지표의 온도가 상승하고 있고, 인구가 밀집되는 도시지역은 주변지역과 비교하여 온도가 더욱 상승하는 열섬현상이 두드러지게 발생하고 있다.
특히 도시 지역의 지표는 아스팔트나 콘크리트와 같은 불투수층으로 형성되어 태양 에너지를 흡수할 뿐만 아니라 물을 저장하는 기능을 제대로 수행하지 못하여 도시지역의 온도를 상승시키고 있다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 10-1921562호는 다공성 골재, 충전제, 고흡수성수지 및 액상 실리콘 등의 보수성 물질로 구성되는 차열블록에 관한 것으로 다공성 골재를 접합함으로써 공극을 형성하여 보수성 및 투수성을 가지면서 파손이 방지되는 장점을 가지고 있으나 보수성 물질이 고흡수성 수지 및 액상실리콘으로 고가의 소재라는 한계를 가지고 있다.
한국특허등록 제10-1921562호(공고일 2018년 11월 23일)
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서 기층부에 굵은골재와 직경이 작은 경량골재를 동시에 혼합하여 구성함으로써 공극을 형성하여 투수성을 향상시키고, 표층부에는 반사유리, 반응형 TiO2를 사용함으로써 표면 백색도를 향상시켜 빛의 반사율을 높임으로써 복사열을 감소시키고, 메타스퍼미스를 표층부에 포함시킴으로써 수분을 표층부로 유도하여 보수성능을 향상시키고, 열과 함께 수분이 기화되면서 주위의 온도를 낮추는 효과를 가지도록 함으로 열섬효과를 완화하는 작용을 하는 보수성 차열블록을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 성형몰드에서 포틀랜드시멘트 15 내지 20 중량%, 물 1 내지 4 중량%, 경량골재 20 내지 50 중량%, 굵은골재 20 내지 50 중량% 및 강도강화제 0.1 내지 3.0 중량%이 혼합된 기층부용 재료를 1차 진동 가압하여 성형된 기층부와 그 상부에 포틀랜드시멘트 15 내지 20 중량%, 물 3 내지 7 중량%, 규사 30 내지 50 중량%, 반사유리 3 내지 7 중량%, 플라이애쉬 0.1 내지 2.0 중량%, 메타스퍼미스 25 내지 40 중량%, 강도강화제 0.1 내지 3.0 중량% 및 반응형 TiO2 0.2 내지 5.0 중량%가 혼합된 표층부용 재료를 기층부 상부에 투입하여 2차 진동 가압하여 성형되는 표층부를 포함하는 투수성 차열블록을 제공한다.
상기 기층부를 구성하는 상기 경량골재는 입자의 직경범위가 0.5 내지 5mm 범위이고, 상기 굵은 골재는 입자의 직경범위가 5 내지 13mm 범위인 것을 특징으로 하는 투수성 차열블록을 제공한다.
또한, 상기 표층부를 구성하는 규사는 입자의 직경범위가 0.5 내지 1mm 범위이고, 강도강화제는 염소화폴리에틸렌(CPE), 불화비닐수지(PVF) 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 투수성 차열블록을 제공한다.
한편으로 상기 표층부를 구성하는 메타스퍼미스는 모스 경도가 5.5 내지 6.0, 공극률의 45 내지 90%, 흡수율이 30 내지 70%, 열전도계수가 0.08 내지 0.2 w/mK 인 것을 특징으로 하는 투수성 차열블록을 제공한다.
가장 바람직하게는 표층부를 구성하는 규사와 메타스퍼미스의 중량비가 1:1인 것을 특징으로 하는 투수성 차열블록을 제공한다.
본 발명에 따른 투수성 차열블론은 기층부에 직경 편차가 큰 경량골재와 굵은 골재가 동시에 사용됨으로써 많은 공극을 형성하여 투수성이 증가되면서도 강도강화제를 사용함으로써 기계적 물성이 기존의 투수블록보다 우수하다.
또한, 투수성 차열블록의 표층부에 반응형 TiO2를 사용하여 백색도가 향상되므로써 알베도 값이 향상되어 열반사에 의한 차열 성능이 향상된다.
또한, 투수성 차열블록은 표층부에 기공도가 높은 메타스퍼미스를 사용함으로써 수분을 공극에 함유하면서 흡수된 수분을 기화시킴으로써 표면온도 저하 효과가 극대화된다.
한편으로 차열 성능을 가지도록 하기 위해서 기층부에 공극을 형성하거나, 표층부에 메타스퍼미스를 사용함으로써 투수성 차열블록의 물리적 강도가 저하되는 문제를 특유의 강도 강화제를 적용함으로써 강도저하를 최소화할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 투수성 차열블록의 제조방법에 대한 바람직한 일실시예를 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니며, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 투수성 차열블록의 제조방법에 대한 일시시예를 나타낸 순서도이다.
본 발명에 따른 투수성 차열블록의 바람직한 일실시예는, 도 1에 참조된 바와 같이, 포틀랜드시멘트 15 내지 20 중량%, 물 1 내지 4 중량%, 경량골재 20 내지 50 중량%, 굵은골재 20 내지 50 중량% 및 강도강화제 0.1 내지 3.0 중량%이 혼합하여 기층부용 재료를 제조한다.
상기 기층부를 구성하는 경량골재는 입자의 직경 범위가 0.5 내지 5mm 범위이고, 굵은 골재의 입자의 직경 범위는 5 내지 13mm 범위의 것을 사용한다. 이렇게 경량골재와 굵은골재 입자의 직경차이를 부여함으로써 투수성의 조절이 용이하게 된다. 경량골재 입자의 직경 범위와 굵은골재의 입자의 직경 차이가 3.0mm 이하인 경우에는 형성되는 공극의 크기가 적게 되어 투수성이 감소되고, 직경차이가 5.0mm 이상이 되면 투수성은 향상되나 물리적 특성이 저하되어 차열블록으로서 요구되는 압축강도와 인장강도를 가지기 어려워진다.
강도강화제는 염소화폴리에틸렌(CPE), 불화비닐수지(PVF) 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용한다. 강도강화제는 시멘트를 비롯한 골재들과의 혼합 시 접착제로서의 성능뿐만 아니라 감수 효과가 탁월하여 고강도의 성능 발현 및 내구성 성능개선과 크렉 방지 효과가 있다. 특히, 경화된 후의 접착강도 및 파괴강도를 증가시키며, 투수성 차열블록의의 강도를 높여주고 내구성을 좋게 한다. 이렇게 혼합된 기층부용 재료를 성형몰드에 투입하여 진동가압 성형하여 기층부를 형성하게 된다.
표층부의 재료는 포틀랜드시멘트 15 내지 20 중량%, 물 3 내지 7 중량%, 규사 30 내지 50 중량%, 반사유리 3 내지 7 중량%, 플라이애쉬 0.1 내지 2.0 중량%, 메타스퍼미스 25 내지 40 중량%, 강도강화제 0.1 내지 3.0 중량% 및 반응형 TiO2 0.2 내지 5.0 중량%가 혼합하여 제조된다.
표층부를 구성하는 규사는 입자의 직경 범위가 0.5 내지 1.0mm 범위의 작은 입자의 직경을 가지는 것을 사용한다. 작은 입자의 직경을 가지는 규사를 사용하는 바, 미세한 모세관을 형성하므로 표층부를 미세한 다공질구조체로 만들 수 있어 투수력이 뛰어나고, 오염 후 투수 지속성 실험에서도 투수력의 저하가 크지 않음을 알 수 있다. 이는 미세먼지에 의한 막힘이 덜 발생하므로 투수지속성을 오래 유지될 수 있는 것이다. 보다 상세하게는, 미세 다공질을 통해 우수의 유동성을 극대화할 수 있고, 표층부의 표면공극도 미세하게 형성시킬 수 있으므로 미세먼지가 표면공극을 막는 현상을 줄일 수 있어 오염 후 투수지속성을 계속 유지할 수 있게 된다.
표층부를 구성하는 메타스퍼미스(METASPUMICE)는 터키의 산악지형에서 산출되는 화산석의 일종이다. 이 메타스퍼미스는 SiO2 52~75 중량%, Al2O3 11~30 중량%, Fe2O3 0.5~5.0 중량%, CaO 0.5~5.0 중량%, MgO 0.1~3.0중량%, Na2O+K2O 0.1~1.0 중량%, TiO2 0.1~1.0 중량% 및 SO3 1.0~3.0 중량%으로 구성된다. 이러한 메타스퍼미스는 모스경도 5.5 내지 6.0, 공극률(Porosity)이 45 내지 90%, 흡수율이 30 내지 70% 및 열전도계수가 0.08 내지 0.2w/mK 범위로 다른 부석이나 경량 골재보다 탁월한 공극률과 흡수율를 발휘하는 특징이 있다.
이 메타스퍼미스는 공극률이 높아 대기중의 수분을 흡수하여 공극을 채우고, 주위의 온도가 내려갈 때 공극 내의 수분을 기화시켜 블록의 온도를 낮추게 하여 열섬효과를 저감시킬 수 있다. 메타스퍼미스는 공극률이 높고 낮은 열전도율을 가지므로 전도에 의한 블록의 온도 상승을 억제하는 효과를 발휘할 수가 있다.
표층부를 구성하는 반응성 TiO2는 광촉매 효과를 목표로 하기 보다는 표층부의 백색도를 향상시켜 반사율을 높임으로서 복사열을 차단하는데 기여하게 된다. 반응형 TiO2는 광촉매 기능을 하는 TiO2로서 안료용 TiO2보다 백색도가 월등하므로 표층부에 혼입되는 경우에 표면의 백색도를 향상시키는 효과가 있다. 그 함량이 0.2 중량% 이하인 경우에는 백색도 향상 효과가 미미하며, 5.0 중량%를 초과하는 경우는 백색도 향상 효과는 더 이상 증가하지 않게 된다.
상기 메타스퍼미스는 표층부용 재료의 중량 대비 25 내지 40 중량% 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 메타스퍼미스의 사용량이 25 중량% 미만으로 적어지게 되면 표층부를 구성하는 전체적인 함량이 감소하게 되어 수분을 흡수하는 능력이 감소하게 되어 열섬효과를 저감시키는 능력이 미미하며, 40 중량%를 초과하게 되면 물리적 강도가 저하되어 투수성 차열블록으로서 필요로 하는 기본적인 물성을 달성할 수 없게 된다.
표층부를 구성하는 규사는 전체 중량의 30 내지 50 중량%를 사용하는 것이 바람직하지만 더욱 바람직하게는 규사와 메타스퍼미스의 함량을 중량비로 1:1로 구성하는 조성비에서 반사율이 가장 우수하고, 높은 흡수율을 가지면서도 투수성 차열블록으로서 가져야 하는 물리적 특성을 발현하는데 가장 유리하다.
이렇게 조성 된 표층부용 재료를 기층부 상부에 투입하여 2차 진동 가압하여 성함으로써 투수성 차열블록이 제조된다.
[실시예]
기층부는 포틀랜드시멘트 300kg, 물 40kg, 입자의 직경이 0.5 내지 5.0mm인 경량골재 730kg, 입자의 직경이 5 내지 13mm인 굵은골재 730kg 및 강도 강화제 4kg을 혼합하여 성형몰드에서 진동 가압성형하여 제조하였으며, 그 상부에 아래 조성의 표층부를 2차 진동 가압성형하여 제조하였다.
아래 [표 1]은 본 발명에 따른 투수성 차열블록의 바람직한 실시예 및 비교예의 표층부의 조성과 [표2]는 이에 따른 보수량, 흡수량, 압축강도 및 인장강도를 나타낸 실험 데이터이다.
[표 1]
Figure 112019127802475-pat00001
[표 2]
Figure 112019127802475-pat00002
투수성 차열블록의 보수성을 시험하기 위하여 일본 인터록킹 블록 포장기술협회의 중량측정법에 규정한 방법에 따라 시험을 실시하였다. 투수성 차열블록의 흡수량을 비교하기 위하여 일본 인터록킹 블록포장기술협회의 물의 흡수 높이 측정법에 따라 시험을 실시하였다. 투수성 차열블록의 압축강도 및 인장강도를 시험하기 위하여 각각 KSF 2408 및 KSF 2423에 규정한 방법에 따라 시험을 실시하였다 .
상기 표 2에 나타난 결과에 따르면, 실시예에 따라 제조된 투수성 차열블록은 비교예에 따라 제조된 투수성 차열 블록에 비하여 보수량, 흡수량, 압축강도, 및 인장강도가 모두 우수한 것으로 확인할 수 있다.
특히 실시예3과 같이 규사와 메타스퍼미스의 함량을 1:1로 사용하고 반응형 TiO2를 2 중량% 사용한 경우에 가장 우수한 보수량과 흡수량을 가지면서도 다른 실시예 에 비하여 압축강도 및 인장강도가 크게 저하되지 않고 블록이 가져야하는 물리적 조건을 충족하는 것으로 확인되었다.
이는 메타스퍼미스를 사용하여 표층부의 많은 기공을 통해 수분을 흡수할 수 있는 능력을 극대화하고, 강도강화제를 염소화폴리에틸렌 또는 불화비닐수지를 사용함으로써 골재와 시멘트 및 구성성분간 결합력을 강화하여 강도는 강해져 수분 흡수에 따른 팽창이 크게 나타나지 않아 우수한 보수성과 강도를 동시에 가지는 투수성 차열블록을 제조할 수 있는 것이다.

Claims (5)

  1. 성형몰드에서 포틀랜드시멘트 15 내지 20 중량%, 물 1 내지 4 중량%, 경량골재 20 내지 50 중량%, 굵은골재 20 내지 50 중량% 및 강도강화제 0.1 내지 3.0 중량%이 혼합된 기층부용 재료를 1차 진동 가압하여 성형되는 기층부와;
    포틀랜드시멘트 15 내지 20 중량%, 물 3 내지 7 중량%, 규사 30 내지 50 중량%, 반사유리 3 내지 7 중량%, 플라이애쉬 0.1 내지 2.0 중량%, 메타스퍼미스 25 내지 40 중량%, 강도강화제 0.1 내지 3.0 중량% 및 반응형 TiO2 0.2 내지 5.0 중량%가 혼합된 표층부용 재료를 기층부 상부에 투입하여 2차 진동 가압하여 성형되는 표층부를 포함하고,
    상기 강도강화제는 염소화폴리에틸렌(CPE), 불화비닐수지(PVF) 중에서 선택되는 어느 하나 이상이고,
    상기 표층부를 구성하는 규사와 메타스퍼미스의 중량비가 1:1인 것을 특징으로 하는 투수성 차열블록..
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기층부를 구성하는 상기 경량 골재는 입자의 직경범위가 0.5 내지 5mm 범위이고, 상기 굵은 골재는 입자의 직경범위가 5 내지 13mm 범위인 것을 특징으로 하는 투수성 차열블록.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표층부를 구성하는 규사는 입자의 직경범위가 0.5 내지 1mm 범위인 것을 특징으로 하는 투수성 차열블록.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 표층부를 구성하는
    메타스퍼미스는 모스 경도가 5.5 내지 6.0, 공극률의 45 내지 90%, 흡수율이 30 내지 70%, 열전도계수가 0.08 내지 0.2 w/mK 인 것을 특징으로 하는 투수성 차열블록.
  5. 삭제
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