KR102136467B1 - 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단열기능을 갖는 심재를 제철과정에서 발생하는 부산물인 슬래그를 시멘트와 혼합하여 사용하도록 함으로써 저가원료 사용을 통한 경제성, 단열성능 향상 및 강도성능이 우수하게 발현되도록 하며, 별도의 연결 유닛을 이용하여 용접이나 모르타르 타설 등의 과정없이 소재 간 기계적 결합을 용이하게 하도록 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 45~50wt%, 생석회 10wt%, 슬래그 30~35wt%, 무수석고 10wt%로 이뤄지는 100wt%의 출발원료에 알루미늄 분말을 외할로 0.6wt% 및 Pore Stabilizer 0.06 wt% 혼합하여 배합물을 조성하고, 혼합수 130wt%를 상기 배합물에 혼합하여 슬러리를 제조하여 양생하고 건조하여, 일정 크기의 판재 형상으로 형성되는 일정 크기의 다공질 단열소재와; 다공질 단열소재의 양측면에 각각 구성되는 내측 및 외측 구조용 패널과; 일정 길이의 원기둥 형상으로 타측 단부에서 일정 깊이로 중앙부에 개구부가 형성되어 내측 구조용 패널에 매립되는 내측 정착구와, 일정 길이의 원기둥 형상으로 길이방향으로 관통하도록 중앙부에 개구부가 형성되어 외측 구조용 패널에 매립되는 외측 정착구와, 내측 정착구 및 외측 정착구에 결합되도록 외측 구조용 패널의 외측에서 외측 구조용 패널, 다공질 단열소재 및 내측 구조용 패널을 관통하여 구성되며, 타측 단부가 외측 구조용 패널의 타측면에서 노출되도록 구성되는 연결로드와, 연결로드의 타측 단부에 끼워져 결합되는 원형 브라켓으로 구성되는 연결 유닛;을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 45~50wt%, 생석회 10wt%, 슬래그 30~35wt%, 무수석고 10wt%로 이뤄지는 100wt%의 출발원료에 알루미늄 분말을 외할로 0.6wt% 및 Pore Stabilizer 0.06 wt% 혼합하여 배합물을 조성하고, 혼합수 130wt%를 상기 배합물에 혼합하여 슬러리를 제조하여 양생하고 건조하여, 일정 크기의 판재 형상으로 형성되는 일정 크기의 다공질 단열소재와; 다공질 단열소재의 양측면에 각각 구성되는 내측 및 외측 구조용 패널과; 일정 길이의 원기둥 형상으로 타측 단부에서 일정 깊이로 중앙부에 개구부가 형성되어 내측 구조용 패널에 매립되는 내측 정착구와, 일정 길이의 원기둥 형상으로 길이방향으로 관통하도록 중앙부에 개구부가 형성되어 외측 구조용 패널에 매립되는 외측 정착구와, 내측 정착구 및 외측 정착구에 결합되도록 외측 구조용 패널의 외측에서 외측 구조용 패널, 다공질 단열소재 및 내측 구조용 패널을 관통하여 구성되며, 타측 단부가 외측 구조용 패널의 타측면에서 노출되도록 구성되는 연결로드와, 연결로드의 타측 단부에 끼워져 결합되는 원형 브라켓으로 구성되는 연결 유닛;을 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단열기능을 갖는 심재를 제철과정에서 발생하는 부산물인 슬래그를 시멘트와 혼합하여 사용하도록 함으로써 저가원료 사용을 통한 경제성, 단열성능 향상 및 강도성능이 우수하게 발현되도록 하며, 별도의 연결 유닛을 이용하여 용접이나 모르타르 타설 등의 과정없이 소재 간 기계적 결합을 용이하게 하도록 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널에 관한 것이다.
일반적으로 ALC(Autoclave Lightweight Concrete)는 공장에서 고온, 고압 하에서 무수한 기포를 갖도록 성형된 경량기포콘크리트의 일종으로서, 단열성, 내화성, 경량성, 조습성 등의 장점을 갖는 친환경 무기질계 내외장건축자재이다.
따라서, 이와 같은 ALC 패널을 건축물에 PC패널을 대체하여 사용하도록 하여 경량화할 수 있고 고층의 하중문제를 해결할 수 있도록 하고 있으나, 종래의 ALC는 PC패널에 비하여 비중이 감소함에 따라 압축강도도 감소하여 건축물의 내력벽체 등 구조부재에 적용 시 강도성능을 확보하기 어려워 구조부재로서의 사용이 어려우며, 특히 단열성이 없어 단열성능을 확보하기 어려운 문제점이 있었다.
따라서 ALC패널의 내부에 심재를 구성하여 유기계 또는 무기계 단열성능을 확보하도록 하였으나, 기존 유기계 단열소재의 문제점인 화재 취약성과 무기 섬유계 단열소재의 수분 취약성이 발생하여, 칼슘실리케이트계 무기단열소재는 불연성 소재를 심재로 사용하기도 하였으나, 압축강도 특성이 시공하기 적합한 단계에 이르지 못하는 등의 문제점이 있었다.
또한, 별도의 보강부재를 이용하여 앵커 설치, 접착 모르타르 도포 등의 공정을 거쳐 알칼리계 무기소재 패널, 다공질 단열소재로 구성된 구조 및 단열기능 일체형 샌드위치 패널의 소재 간 기계적 결합을 하도록 하였으나, 이는 후천공 및 용접작업 등에서 발생할 수 있는 구조 및 단열성능의 저하를 가져오는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 실용신안 등록 제0367930호 "구조용 각형 강관을 이용한 경량기포콘크리트 패널"(특허문헌 1)이 있다. 상기 배경기술에서는 '각각의 이음부가 용접으로 접합하여 내부가 빈 직육면체의 틀을 이루면서 다수의 투입홀(140)이 형성된 다수의 수직 강관(110) 및 다수의 수평강관(120)과, 다수의 상기 수직강관(110) 및 다수의 상기 수직강관(120)으로 이루어진 상기 직육면체 틀의 양측면 상에 부착되는 단열보드(130)와, 상기 투입홀(140)을 통하여 양측면이 상기 단열보드(130)로 마감된 상기 직육면체 틀 내부로 충진되는 경량기포콘크리트(150)로 이루어진 것을 특징으로 하는 구조용 각형 강관을 이용한 경량기포콘크리트 패널.'을 제안한다.
그러나 상기 배경기술은 각형 강관을 사용하여 중량이 증가할 뿐만 아니라 효율적인 단열성능 확보가 어렵고 제작비용이 증가하여 경제성이 떨어지며 기계적 결합이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단열기능을 갖는 심재를 제철과정에서 발생하는 부산물인 슬래그를 시멘트와 혼합하여 사용하도록 함으로써 저가원료 사용을 통한 경제성, 단열성능 향상 및 강도성능이 우수하게 발현되도록 하며, 별도의 연결 유닛을 이용하여 용접이나 모르타르 타설 등의 과정없이 소재 간 기계적 결합을 용이하게 하도록 하며, 원형 브라켓과 정착구간에 기계적 연결을 통해 패널 간의 체결력을 확보하는 구조로서 간단한 구성 및 연결 매커니즘으로 유지보수에 용이한 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 45~50wt%, 생석회 10wt%, 슬래그 30~35wt%, 무수석고 10wt%로 이뤄지는 100wt%의 출발원료에 알루미늄 분말을 외할로 0.6wt% 및 Pore Stabilizer 0.06 wt% 혼합하여 배합물을 조성하고, 혼합수 130wt%를 상기 배합물에 혼합하여 슬러리를 제조하여 양생하고 건조하여, 일정 크기의 판재 형상으로 형성되는 일정 크기의 다공질 단열소재와; 다공질 단열소재의 양측면에 각각 구성되는 내측 및 외측 구조용 패널과; 일정 길이의 원기둥 형상으로 타측 단부에서 일정 깊이로 중앙부에 개구부가 형성되어 내측 구조용 패널에 매립되는 내측 정착구와, 일정 길이의 원기둥 형상으로 길이방향으로 관통하도록 중앙부에 개구부가 형성되어 외측 구조용 패널에 매립되는 외측 정착구와, 내측 정착구 및 외측 정착구에 결합되도록 외측 구조용 패널의 외측에서 외측 구조용 패널, 다공질 단열소재 및 내측 구조용 패널을 관통하여 구성되며, 타측 단부가 외측 구조용 패널의 타측면에서 노출되도록 구성되는 연결로드와, 연결로드의 타측 단부에 끼워져 결합되는 원형 브라켓으로 구성되는 연결 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널을 제공하고자 한다.
또한, 다공질 단열소재에서 슬래그는 조성성분 중 SiO2는 24.3 wt%, CaO는 40.9 wt%, Al2O3는 12.8 wt% , Fe2O3는 0.50 wt%, SO3는 4.0 wt%, MgO는 6.69wt%로 구성되는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널을 제공하고자 한다.
또한, 다공질 단열소재에서 출발원료 100 중량부에, SiO2 50.5 중량부와, CaO 29.7 중량부와, SO3 1.80 중량부를 추가 혼합하는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널을 제공하고자 한다.
또한, 내측 정착구와 외측 정착구는 각각 외측에 별도의 확장 정착부가 형성되는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널을 제공하고자 한다.
또한, 확장 정착부에는 외측 단부에 별도의 클립 형상의 끼움부가 형성되고, 끼움부에 일정 길이의 정착근이 끼워져 결합되는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널을 제공하고자 한다.
또한, 내측 정착구와 외측 정착구의 개구부는 원형의 중앙관통부와 중앙관통부의 일측에서 외측으로 형성되는 키홈으로 이루어지고, 연결로드의 키홈에 대응하는 위치에는 각각 키가 돌출되어 형성되도록 하며, 내측 정착구 및 외측 정착구의 내부에는 부채꼴 형상의 내부 가이드가 형성되도록 하여, 연결로드의 키가 키홈을 관통하여 내부 가이드를 따라 회전하여 결합되도록 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널을 제공하고자 한다.
또한, 원형 브라켓은 내부가 비어 있고 타측 단부가 폐합되는 원기둥 형상으로 이루어지고, 내주면에 나선형의 경로부가 형성되며, 연결로드의 외측 정착구 타측으로 돌출된 외주면에는 가이드 돌기가 형성되어, 원형 브라켓을 회전하여 경로부가 가이드 돌기를 따라 회전하도록 하여 결합되는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널을 제공하고자 한다.
또한, 원형 브라켓은 내부가 비어 있고 타측 단부가 폐합되는 원기둥 형상으로, 연결로드의 내부에 인장케이블이 매입되어 원형 브라켓의 내측면과 연결되어, 원형 브라켓이 연결로드의 타단부에 인장케이블의 인장력으로 고정이 완료되면, 인장케이블에 의한 압축력이 내측 구조용 패널 및 외측 구조용 패널에 작용하여 체결력이 확보되도록 하는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널을 제공하고자 한다.
본 발명의 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널은 단열기능을 갖는 심재를 제철과정에서 발생하는 부산물인 슬래그를 시멘트와 혼합하여 사용하도록 함으로써 저가원료 사용을 통한 경제성, 단열성능 향상 및 강도성능이 우수하게 발현되도록 하며, 별도의 연결 유닛을 이용하여 용접이나 모르타르 타설 등의 과정없이 소재 간 기계적 결합을 용이하게 하도록 하며, 원형 브라켓과 정착구간에 기계적 연결을 통해 패널 간의 체결력을 확보하는 구조로서 간단한 구성 및 연결 매커니즘으로 유지보수에 용이한 매우 유용한 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 연결 유닛의 일 실시예의 사시도이다.
도 4는 상기 도 3의 분해 사시도이다.
도 5는 상기 도 3의 단면도이다.
도 6은 상기 도 5의 A-A선을 따른 단면도로 연결 유닛의 연결로드와 정착구의 결합상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 연결 유닛의 다른 실시예의 사시도이다.
도 8은 슬래그 시멘트 대체 함량별 압축강도를 도시한 그래프이다.
도 1은 본 발명의 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 연결 유닛의 일 실시예의 사시도이다.
도 4는 상기 도 3의 분해 사시도이다.
도 5는 상기 도 3의 단면도이다.
도 6은 상기 도 5의 A-A선을 따른 단면도로 연결 유닛의 연결로드와 정착구의 결합상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 연결 유닛의 다른 실시예의 사시도이다.
도 8은 슬래그 시멘트 대체 함량별 압축강도를 도시한 그래프이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널의 단면도이다.
도 1에서와 같이, 본 발명의 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널은 도 1 및 도 2에서와 같이, 일정 크기의 다공질 단열소재(10)와, 다공질 단열소재(10)의 양측면에 각각 구성되는 내측 및 외측 구조용 패널(20)(30)과, 다공질 단열소재(10) 및 내측 및 외측 구조용 패널(20)(30)을 용접이나 모르타르 타설 등의 과정없이 소재 간 기계적 결합을 하여 체결력을 확보한 연결 유닛(40)을 포함하여 이루어진다.
본 발명에서의 다공질 단열소재(10)는 제철과정에서 발생하는 부산물인 슬래그를 시멘트와 혼합하여 슬래그 혼입형 무기단열소재로 이루어지도록 함으로써 저가원료 사용을 통한 경제성, 단열성능 향상 및 강도성능이 우수하게 발현되도록 한다.
종래의 구조용 패널의 심재로 사용되는 무기단열소재는 시멘트, 무수석고, 생석회 등의 분체원료를 주원료로, 분체원료와 혼합수를 섞어 슬러리를 제조 후 Aluminum 분말을 혼합한다. Aluminum 분말은 칼슘실리케이트계 무기단열소재에서 발포제로 사용된다. 슬러리는 알칼리 성분의 수화반응으로 발포하게 된다. (식 1 참조) 이때 알루미늄 분말은 수화물 (Al(OH)3)로 변화하면서 생석회 또는 시멘트에서 생성되는 수산화칼슘(Ca(OH2))과 반응으로 수소가스가 발생한다.
2Al + 3Ca(OH)2 + 6H2O 3CaO + Al2O3 + 6H2O + 3H2
또는 2Al + Ca(OH)2 + 6H2O Ca(Al(OH)4)2 + 3H2 + 3H2 (식 1)
수소가스에 인해 발포하는 슬러리는 분체원료의 수화반응에서 발생하는 수화열로 발포와 동시에 경화가 진행된다. 경화된 발포체가 24시간 동안 양생과정을 통해 탈형되면 칼슘실리케이트계 무기단열소재가 완성된다.
특히, 본 발명에서 사용되는 다공질 단열소재(10)는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 45~50wt%, 생석회 10wt%, 슬래그 30~35wt%, 무수석고 10wt%로 이뤄지는 100wt%의 출발원료에 알루미늄 분말을 외할로 0.6wt% 및 Pore Stabilizer 0.06 wt% 혼합하여 배합물을 조성하고, 혼합수 130wt%를 상기 배합물에 혼합하여 슬러리를 제조하여 양생하고 건조하여, 일정 크기의 판재 형상으로 형성된다.
출발 원료 준비
본 발명의 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널에 사용되는 다공질 단열소재(10)의 제작을 위해, 출발 원료인 분말 원료로는 표 1과 같이 구성하였다.
| % | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | 분말도 (g/cm2) |
| OPC | 11.8 | 5.86 | 2.83 | 59.7 | 4.02 | 3.55 | 8,600 |
| Slag | 24.3 | 12.8 | 0.50 | 40.9 | 6.69 | 4.02 | 6,300 |
| Anhydrous gypsum | 1.7 | 0.4 | 0.1 | 39.3 | - | 53.1 | 2,800 |
| Lime stone | 1.6 | 0.3 | 0.4 | 90.3 | 0.8 | 0.7 | 4,100 |
표 1은 본 발명에서 사용한 출발원료의 성분분석표이다.
본 발명에 사용한 출발원료 중 OPC는 동양 1종 보통 시멘트를 분쇄하여 분말도 8,600 g/cm2으로 조정하여 사용하며, Slag는 OO레미콘에서 슬래그시멘트 제조시 사용하는 슬래그로 6,300 g/cm2로 조정하여 분쇄하였다. 케미우스코리아社의 무수석고와 백광소재社 생석회를 사용하였다. 추가적으로, Pore Stabilizer(기포 안정제)는 Wacker社의 PDMS를 사용하였으며, 발포제인 AL 분말은 알코엔지니어링社의 Y250을 사용하였다.
| No. | 8,600 OPC |
Slag | Lime stone | Anhydrous gypsum | Water | Pore Stabilizer |
Al Powder |
| 1 | 45 | 35 | 10 | 10 | 130 | 0.06 | 0.6 |
| 2 | 50 | 30 | |||||
| 3 | 55 | 25 | |||||
| 4 | 60 | 20 | |||||
| 5 | 65 | 15 | |||||
| 6 | 70 | 10 |
표 2는 본 발명에서 사용한 출발원료의 배합조건이다.
다공질 단열소재(10)로 사용되는 칼슘실리케이트계 무기단열소재는 슬러리화된 출발원료를 몰드에 타설 후 양생과정을 거쳐 탈형한다. 탈형 시 슬러리가 탈형하기 적합한 경도에 맞게 발포한 슬러리의 빠른 초기강도발현 또한 중요하다. 슬래그는 초기강도보다 장기강도 발현에 영향을 주기 때문에 분쇄를 통한 반응촉진을 위해 슬래그의 분말도를 6,300 g/cm2로 분쇄하여 사용하였다.
일반적으로 사용하는 3종 슬러리의 분말도는 3,200 g/cm2로 모르타르에 혼입시 양생 15일 이후 강도 발현한다. 슬래그 혼입형 칼슘실리케이트계 무기단열소재는 타설 후 24시간 후 슬러리의 경도는 기존 칼슐실리케이트계 무기단열소재보다 2배의 경도차이가 나타났다. (슬러리 혼입 20kgf, 기존시편 10kgf - ALC 슬러리 경도측정기 사용) 탈형 후 시편을 3일, 7일 15일 동안 온도 85 ~ 30℃ , 상대습도 60 ~ 75 %의 양생조건에서 양생 후 압축강도 비중을 측정하였다.
본 발명에 따르는 슬래그를 사용하는 칼슘실리케이트계 단열 소재로 이루어지는 심재의 주원료인 OPC, 생석회, 석고를 분말원료로 사용하는 기존 칼슘실리케이트계 무기단열소재에 비해, OPC 대신에 슬래그를 일부 대체하는 칼슘실리케이트계 무기단열소재의 경우 비중, 열전도율 및 압축강도에 있어서 어떠한 특성을 알아보고, 슬래그 최적 배합비를 얻기 위해 다음과 같은 실험을 실시한다.
기본 시편 제작
상기 표 2의 배합실험은 OPC를 슬래그와 일부함량을 대체하는 실험으로, 대체량에 따라 강도변화를 확인하는 것이 목표이며, 추가적으로 열전도율과 비중을 0.045 W/mK, 0.13 g/cm3을 유지하고자 하였다.
열전도율 측정
열전도율(평판열류계법, HC-074, EKO社, Japan)KS L 9016 규격에 따라 상판 35℃, 하판 15℃에서 측정하였다. 열전도율의 단위는 두께 1m인 양면에 1K의 온도 차가 있을 때 그 판의 1m2를 통해서 1초 동안에 흐르는 열량을 줄(joule)로 측정한 값으로 W/mK로 표시된다. 열전도율 시편의 크기는 20㎝x20㎝x3㎝이다.
비중 측정
KS F 2701에 의해 측정에 맞는 조건의 시편을 100℃로 24시간 건조시켜, 시편의 부피와 무게를 측정하여 g/cm3의 단위로 나타낸다.
압축강도 측정
압축강도는 WooJin사의 만능재료시험기 WJ-100S을 이용하여 KS F 2701 규격에 따라 매초 9.8 N/의 재하속도로 측정하였다. 압축강도는 하중을 시험편의 원 단면적(㎠)으로 나눈 값(kgf/)으로 MPa환산하였다. 압축강도를 측정하기 위하여 100이상에서 24시간 동안 건조시킨 시편을 이용하였다.
도 8은 표 2의 조건으로 배합한 슬래그 시멘트 대체 함량별 압축강도를 도시한 그래프이다.
도 8a는 양생 후 측정한 결과로 도 8a에서와 같이, 압축강도와 비중은 KS F 2701에 따라 측정하였다. No. 1 ~ No. 6의 배합조건에 따라 슬래그가 줄어들수록 압축강도가 낮아지는 경향을 확인할 수 있다.
비중은 양생 3일 0.21g/cm3, 7일 0.18g/cm3 15일 0.15 g/cm3로 기건양생에 따라 다소 건조되면서 비중은 낮아졌으나, 압축강도는 양생일에 따라 높아지는 경향을 확인하였으며, No. 2의 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 50wt%, 슬래그 305wt%dls 조건에서 15일 압축강도가 가장 높은 것으로 나타났다.
도 8b는 80℃ 24hr 건조 후 측정한 슬래그 시멘트 대체 함량별 압축강도를 도시한 그래프이다.
상기 도 8a와 동일하게 제작 및 양생되었지만 양생기간에 따른 비중을 0.13 g/cm3 으로 동일하게 건조시켜 압축강도를 측정해 보았다. 건조시 건조수축으로 크랙발생을 유념하여 30℃부터 5시간마다 10℃씩 올려 80℃까지 올려 80℃에서 24시간 건조하였다. 비중은 0.13 g/cm3로 낮아졌으나 모든 시편에 건조수축으로 인한 크랙들이 확인되었다. 크랙의 유무와 정도는 시편마다 다소 차이가 있기 때문에 시편에 따른 압축강도의 재현성이 떨어졌지만 No. 1 배합조건에서 No. 6 배합조건으로 변화에 따라 압축강도가 떨어지는 것을 확인하였으며, No. 1의 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 45wt%, 슬래그 35wt%의 조건에서 15일 압축강도가 가장 높은 것으로 나타났다.
본 발명에 따르는 슬래그 혼입형 무기단열소재로 이루어지는 심재의 바람직한 일 실시예로는 8,600 g/cm2의 OPC와 6,300 g/cm2의 슬래그 등 표 1의 출발원료를 사용한다.
배합조건은 OPC 50 wt%, 슬래그 30 wt%, 생석회 10 wt%, 무수석고 10 wt%를 혼합수 130 wt%와 전동드릴로 3분간 혼합하여 1차 슬러리를 제조 후, Pore Stabilizer를 0.06wt%(분체대비 외할) 혼입하여 2차 혼합을 진행한다. 마지막으로, Al 분말 0.6wt%(분체대비 외할) 혼입하여 3차 혼합을 진행하면 슬래그 혼입형 칼슘실케이트계 무기단열소재의 슬러리가 완성된다.
완성된 슬러리는 몰드에 타설하고 25 ~ 30℃ , 60 ~ 75%의 상대습도를 유지시키면 1시간 이내 Al분말이 발포 및 경화된다. 24시간 동안 제작조건에서 양생 후 탈형하여 사용하고자 하는 용도에 맞게 사용한다.
특히, 본 발명에서는 연결 유닛(40)의 연결로드(43)가 다공질 단열소재(10)를 관통하여 체결되기 때문에, 다공질 단열소재(10) 제조시에 다공질 단열소재(10)를 관통하는 관통공이 형성되도록 하여 관통공으로 연결로드(43)가 관통되도록 할 수 있다.
다공질 단열소재(10)와 내측 및 외측 구조용 패널(20)(30)은 공지의 다양한 접착제 등을 이용하여 접착할 수 있으며 이에 부가하여 기계적으로 결합하도록 연결 유닛(40)이 구성된다.
연결 유닛(40)은 내측 구조용 패널(20)에 매립되는 내측 정착구(41)와, 외측 구조용 패널(30)에 매립되는 외측 정착구(42)와, 내측 정착구(41)와 외측 정착구(42)를 연결하는 연결로드(43)와, 연결로드(43)의 타단에 끼워져 결합되는 원형 브라켓(44)으로 이루어진다.
도 3은 본 발명의 연결 유닛의 일 실시예의 사시도이고, 도 4는 상기 도 3의 분해 사시도이며, 도 5는 상기 도 3의 단면도이다.
내측 정착구(41)는 도 3 내지 도 5에서와 같이, 일정 길이의 원기둥 형상으로 타측 단부에서 일정 깊이로 중앙부에 개구부(411)가 형성되도록 하여, 연결로드(43)의 일측 단부가 개구부(411)로 일정 깊이 삽입이 될 수 있도록 한다.
즉, 내측 정착구(41)는 내부가 비어 있는 원기둥 형상으로 일측 단부는 폐합되고 타측 단부에는 개구부(411)가 형성되어 내측 정착구(41)의 내부로 연결로드(43)가 삽입이 될 수 있도록 하는 것이다.
이때, 내측 정착구(41)의 개구부(411)는 원형의 중앙관통부(411a)와 중앙관통부(411a)의 일측에서 외측으로 형성되는 키홈(411b)으로 이루어지도록 하고, 연결로드(43)의 키홈(411b)에 대응하는 위치에는 키(431)가 돌출되어 형성되도록 하여, 연결로드(43)가 개구부(411)에 삽입시에 키(431)가 키홈(411b)에 맞춰져 삽입이 되도록 하고, 키(431)가 개구부(411)를 관통하여 내측 정착구(41)의 내부에서 회전하여 키(431)가 내측 정착구(41)와 결합되도록 할 수 있다.
이때, 내측 정착구(41)의 내부에는 도 5에서와 같이, 부채꼴 형상의 내부 가이드(419)가 형성되도록 하여, 연결로드(43)의 키(431)가 키홈(411b)을 관통하여 위치하고, 연결로드(43)를 회전시에 키(431)가 내부 가이드(419)를 따라 회전하여 연결로드(43)와 내측 정착구(41)가 결합되도록 할 수 있는 것이다.
외측 정착구(42)는 내측 정착구(41)와 유사한 형상이나, 연결로드(43)의 삽입시 연결로드(43)가 외측 정착구(42)를 관통할 수 있도록 내부가 비어 있고 양단부가 폐합된 원기둥 형상으로 양단부에는 각각 개구부(421)가 형성되어 개구부(421)를 연결로드(43)가 관통할 수 있도록 한다.
이때, 외측 정착구(42)의 개구부(421)는 원형의 중앙관통부(421a)와 중앙관통부(421a)의 일측에서 외측으로 형성되는 키홈(421b)으로 이루어지도록 하고, 연결로드(43)의 키홈(421b)에 대응하는 위치에는 키(431)가 돌출되어 형성되도록 하여, 연결로드(43)가 개구부(421)에 삽입시에 키(431)가 키홈(421b)에 맞춰져 삽입이 되도록 하고, 키(431)가 개구부(421)를 관통하여 외측 정착구(42)의 내부에서 회전하여 키(431)가 외측 정착구(42)와 결합되도록 할 수 있다.
이때, 외측 정착구(42)의 내부에는 도 5에서와 같이, 부채꼴 형상의 내부 가이드(419)가 형성되도록 하여, 연결로드(43)의 키(431)가 키홈(421b)을 관통하여 위치하고, 연결로드(43)를 회전시에 키(431)가 내부 가이드(419)를 따라 회전하여 연결로드(43)와 외측 정착구(42)가 결합되도록 할 수 있는 것이다.
즉, 연결로드(43)가 외측 구조용 패널(30)의 타측에서 일단부터 삽입될 때, 외측 구조용 패널(30)에 매입된 외측 정착구(42)의 개구부(421)를 관통하여 다공질 단열소재(10)를 관통하고 다시 내측 구조용 패널(20)에 매입된 내측 정착구(41)의 개구부(411)의 개구부(411)를 관통하여 일단부가 내측 정착구(41)에 삽입되도록 하는 것이다.
이와 같이 내측 정착구(41), 외측 정착구(42) 및 연결로드(43)의 결합은 다양한 방식으로 이루어질 수 있으나, 도시된 바와 같이, 연결로드(43)에 키(431)를 구성함으로써, 연결로드(43)를 회전시켜 키(431)가 각각의 내측 정착구(41)와 외측 정착구(42)의 내부에서 회전하여 내측 정착구(41)와 외측 정착구(42)에 동시에 연결로드(43)가 결합되도록 하며, 따라서, 하나의 연결로드(43)로 내측 구조용 패널(20), 다공질 단열소재(10) 및 외측 구조용 패널(30)을 일체로 결합하여 이탈이 되지 않도록 결합될 수 있는 것이다.
이와 같이, 연결로드(43)가 외측 구조용 패널(30)의 타측에서 일단부터 삽입될 때, 외측 구조용 패널(30)에 매입된 외측 정착구(42)의 개구부(421)를 관통하여 다공질 단열소재(10)를 관통하고 다시 내측 구조용 패널(20)에 매입된 내측 정착구(41)의 개구부(411)의 개구부(411)를 관통하여 일단부가 내측 정착구(41)에 삽입되도록 하기 때문에, 내측 정착구(41)의 개구부(411)는 내측 구조용 패널(20)의 타측면에 노출되도록 매입되며, 다공질 단열소재(10)에도 연결로드(43)의 관통을 위한 별도의 관통공이 형성되도록 하고 외측 정착구(42)의 개구부(421)의 양측의 개구부(421)는 각각 외측 구조용 패널(30)의 앵측면에서 노출되도록 매입되도록 함으로써, 연결로드(43)가 삽입될 수 있도록 한다.
내측 정착구(41)와 외측 정착구(42)는 각각 내측 구조용 패널(20)과 외측 구조용 패널(30)에 매입되어 구성되는데, 이때, 내측 정착구(41)와 외측 정착구(42)의 정착력을 높이기 위하여 내측 정착구(41)와 외측 정착구(42)에는 외측에 별도의 확장 정착부(418)(428)가 형성되도록 하여 내측 구조용 패널(20)과 외측 구조용 패널(30)에 매입되도록 할 수 있다.
확장 정착부(418)(428)는 내측 정착구(41)와 외측 정착구(42)에서 다양한 형상으로 외측으로 돌출되도록 형성되며, 특히, 확장 정착부(418)(428)에는 외측 단부에 별도의 클립 형상의 끼움부(418a)(428a)가 형성되도록 하고, 끼움부(418a)(428a)에 일정 길이의 정착근(419)(429)가 끼워져 결합되도록 하여, 내측 구조용 패널(20)과 외측 구조용 패널(30) 내부에서의 정착이 용이하도록 할 수 있다.
정착근(419)(429)의 길이는 다양하게 형성될 수 있으며, 끼움부(418a)(428a)에 끼워져 고정되며, 끼움부(418a)(428a)에 끼우고 별도의 용접 등의 방법으로 접합하도록 할 수 있다.
도 6은 상기 도 5의 A-A선을 따른 단면도로 연결 유닛의 연결로드와 정착구의 결합상태를 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명의 연결 유닛의 다른 실시예의 사시도이다.
상기와 같은 연결로드(43)는 내측 정착구(41) 및 외측 정착구(42)에 결합된 이후에, 연결로드(43)의 타측 단부에 원형 브라켓(44)을 끼워져 결합하도록 한다.
원형 브라켓(44)은 캡 형상으로 이루어져, 연결로드(43)의 타단부에 다양한 공지의 방법을 이용하여 끼워져 결합되도록 하는데, 상기에서 도시된 바와 같이, 원형 브라켓(44)은 내부가 비어 있고 타측 단부가 폐합되는 원기둥 형상으로 이루어지고 내주면에 나선형의 경로부(441)이 형성되도록 하고, 연결로드(43)의 외측 정착구(42) 타측으로 돌출된 외주면에는 가이드 돌기(431)가 형성되도록 하여, 원형 브라켓(44)을 연결로드(43)의 타단부에 끼우고 회전하여 원형 브라켓(44)의 경로부(441)가 연결로드(43)의 가이드 돌기(431)를 따라 회전하도록 하여 병의 마개처럼 결합되도록 함으로써 연결로드(43)에 발생하는 장력으로 체결력이 확보되도록 할 수 있다.
또한, 도 7에서와 같이, 원형 브라켓(44)은 내부가 비어 있고 타측 단부가 폐합되는 원기둥 형상으로, 연결로드(43)의 내부에 인장케이블(48)이 매입되어 원형 브라켓(44)의 내측면과 연결되어, 원형 브라켓(44)이 연결로드(43)의 타단부에 인장케이블(48)의 인장력으로 고정이 완료되면, 인장케이블(48)에 의한 압축력이 내측 구조용 패널(20) 및 외측 구조용 패널(30)에 작용하여 체결력이 확보되도록 할 수도 있다.
인장케이블(48)은 일측 단부가 연결로드(43)의 내부에서 연결로드(43) 일측 단부에 고정되고 타측 단부가 우너형 브라켓(44)의 내부면에 고정되도록 할 수도 있으며, 일측 단부가 연결로드(43)의 타측 단부에 고정되도록 할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널은 단열기능을 갖는 심재를 제철과정에서 발생하는 부산물인 슬래그를 시멘트와 혼합하여 사용하도록 함으로써 저가원료 사용을 통한 경제성, 단열성능 향상 및 강도성능이 우수하게 발현되도록 하며, 별도의 연결 유닛을 이용하여 용접이나 모르타르 타설 등의 과정없이 소재 간 기계적 결합을 용이하게 하도록 하며, 원형 브라켓과 정착구간에 기계적 연결을 통해 패널 간의 체결력을 확보하는 구조로서 간단한 구성 및 연결 매커니즘으로 유지보수에 용이한 매우 유용한 효과가 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10 : 다공질 단열소재
20 : 내측 구조용 패널
30 : 외측 구조용 패널
40 : 연결 유닛
41 : 내측 정착구
411 : 개구부
42 : 외측 정착구
421 : 개구부
43 : 연결로드
44 : 원형 브라켓
48 : 인장 케이블
20 : 내측 구조용 패널
30 : 외측 구조용 패널
40 : 연결 유닛
41 : 내측 정착구
411 : 개구부
42 : 외측 정착구
421 : 개구부
43 : 연결로드
44 : 원형 브라켓
48 : 인장 케이블
Claims (8)
- 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 45~50wt%, 생석회 10wt%, 슬래그 30~35wt%, 무수석고 10wt%로 이뤄지는 100wt%의 출발원료에 알루미늄 분말을 외할로 0.6wt% 및 Pore Stabilizer 0.06 wt% 혼합하여 배합물을 조성하고, 혼합수 130wt%를 상기 배합물에 혼합하여 슬러리를 제조하여 양생하고 건조하여, 일정 크기의 판재 형상으로 형성되는 일정 크기의 다공질 단열소재(10)와;
다공질 단열소재(10)의 양측면에 각각 구성되는 내측 및 외측 구조용 패널(20)(30)과;
일정 길이의 원기둥 형상으로 타측 단부에서 일정 깊이로 중앙부에 개구부(411)가 형성되어 내측 구조용 패널(20)에 매립되는 내측 정착구(41)와, 일정 길이의 원기둥 형상으로 길이방향으로 관통하도록 중앙부에 개구부(421)가 형성되어 외측 구조용 패널(30)에 매립되는 외측 정착구(42)와, 내측 정착구(41) 및 외측 정착구(42)에 결합되도록 외측 구조용 패널(30)의 외측에서 외측 구조용 패널(30), 다공질 단열소재(10) 및 내측 구조용 패널(20)을 관통하여 구성되며, 타측 단부가 외측 구조용 패널(30)의 타측면에서 노출되도록 구성되는 연결로드(43)와, 연결로드(43)의 타측 단부에 끼워져 결합되는 원형 브라켓(44)으로 구성되는 연결 유닛(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널. - 청구항 1에 있어서,
다공질 단열소재(10)에서 슬래그는 조성성분 중 SiO2는 24.3 wt%, CaO는 40.9 wt%, Al2O3는 12.8 wt% , Fe2O3는 0.50 wt%, SO3는 4.0 wt%, MgO는 6.69wt%로 구성되는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널. - 청구항 1에 있어서,
다공질 단열소재(10)에서 출발원료 100 중량부에, SiO2 50.5 중량부와, CaO 29.7 중량부와, SO3 1.80 중량부를 추가 혼합하는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널. - 청구항 1에 있어서,
내측 정착구(41)와 외측 정착구(42)는 각각 외측에 별도의 확장 정착부(418)(428)가 형성되는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널. - 청구항 4에 있어서,
확장 정착부(418)(428)에는 외측 단부에 별도의 클립 형상의 끼움부(418a)(428a)가 형성되고, 끼움부(418a)(428a)에 일정 길이의 정착근(419)(429)이 끼워져 결합되는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널. - 청구항 1에 있어서,
내측 정착구(41)와 외측 정착구(42)의 개구부(411)(421)는 원형의 중앙관통부(411a)(421a)와 중앙관통부(411a)(421a)의 일측에서 외측으로 형성되는 키홈(411b)(421b)으로 이루어지고,
연결로드(43)의 키홈(411b)(421b)에 대응하는 위치에는 각각 키(431)가 돌출되어 형성되도록 하며,
내측 정착구(41) 및 외측 정착구(42)의 내부에는 부채꼴 형상의 내부 가이드(419)(429)가 형성되도록 하여,
연결로드(43)의 키(431)가 키홈(411b)(421b)을 관통하여 내부 가이드(419)(429)를 따라 회전하여 결합되도록 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널. - 청구항 1에 있어서,
원형 브라켓(44)은 내부가 비어 있고 타측 단부가 폐합되는 원기둥 형상으로 이루어지고, 내주면에 나선형의 경로부(441)가 형성되며,
연결로드(43)의 외측 정착구(42) 타측으로 돌출된 외주면에는 가이드 돌기(431)가 형성되어,
원형 브라켓(44)을 회전하여 경로부(441)가 가이드 돌기(431)를 따라 회전하도록 하여 결합되는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널. - 청구항 1에 있어서,
원형 브라켓(44)은 내부가 비어 있고 타측 단부가 폐합되는 원기둥 형상으로, 연결로드(43)의 내부에 인장케이블(48)이 매입되어 원형 브라켓(44)의 내측면과 연결되어,
원형 브라켓(44)이 연결로드(43)의 타단부에 인장케이블(48)의 인장력으로 고정이 완료되면, 인장케이블(48)에 의한 압축력이 내측 구조용 패널(20) 및 외측 구조용 패널(30)에 작용하여 체결력이 확보되도록 하는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 및 연결 유닛을 이용한 단열기능 일체형 구조용 패널.
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