KR102296155B1 - 자기 치유 코팅 소재 제조장치 및 방법 - Google Patents

자기 치유 코팅 소재 제조장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기 치유 성능을 갖는 콘크리트를 제조하는데 사용되는 자기 치유 코팅 소재 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 자기 치유 소재에 코팅재를 혼합 및 건조하여 경제성과 코팅 효율성이 높으면서도 대량으로 자기 치유 코팅 소재를 제조할 수 있게 하는 자기 치유 코팅 소재 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

자기 치유 코팅 소재 제조장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SELF-HEALING COATING MATERIAL}
본 발명은 자기 치유 성능을 갖는 콘크리트를 제조하는데 사용되는 자기 치유 코팅 소재 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기 치유 소재에 코팅재를 혼합 및 건조하여 경제성과 코팅 효율성이 높으면서도 대량으로 자기 치유 코팅 소재를 제조할 수 있게 하는 자기 치유 코팅 소재 제조장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 건축물, 교량 및 댐 등을 비롯한 각종 콘크리트 구조물에서는 수축, 수화열, 하중에 의한 인장력 등으로 인해 균열이 발생한다. 균열은 염소이온, 황산염 등 유해 인자의 이동을 가속화시켜 피복 콘크리트 탈락시키고 철근을 부식시켜 구조물의 내구수명이 감소시킨다.
따라서 콘크리트에 발생한 균열을 보수하는 것은 구조물의 안전성을 확보하는데 매우 중요하다. 하지만, 지하나 해상 등에 건설되는 콘크리트 구조물은 균열을 확인하는 것이 어려우며, 보수하는데 많은 비용이 소요된다.
이로 인해 콘크리트 구조물에서 발생한 균열을 스스로 치유하는 자기 치유(self-healing) 콘크리트 기술에 대한 연구 및 그에 대한 관심이 점차 높아지고 있다.
자기 치유 콘크리트는 사용하는 소재에 따라 다양한 기술로 구성되는데, 이 중 무기계 혼합재료(무기계 자기 치유 소재)를 사용하는 기술은 비용 및 콘크리트 적용성 등의 이유로 가장 널리 연구되고 있는 기술이다.
콘크리트 내부에 포함된 무기계 자기 치유 소재는 균열 발생 이후 침투한 수분과 반응하여 균열 내부에서 자기 치유 수화물을 생성함에 따라 균열을 메우고 스스로 치유할 수 있도록 한다.
그러나, 무기계 자기 치유 소재를 콘크리트에 투입하는 경우 초기 재령(material age)에는 자기 치유 성능을 제공할 수 있지만, 재령이 증가함에 따라 균열과 무관하게 스스로 반응이 진행되는 문제가 있다.
따라서, 종래의 무기계 자기 치유 소재는 긴 시간 동안 자기 치유 성능을 확보하기 어렵기 때문에, 초기 재령에서부터 무기계 자기 치유 소재가 스스로 반응하는 것을 방지하는 기술이 필요하다.
또한, 교량 등 콘크리트 구조물은 큰 규모로 인해 대량의 소재가 사용되고, 무기계 자기 치유 코팅 소재 역시 대량 생산이 필요하므로, 실험실 수준에서 벗어나 대량 생산이 가능한 제조장치가 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-2074494호 대한민국 공개특허 제10-2020-0058814호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 콘크리트 구조물의 자기 치유 소재에 코팅재를 혼합 및 건조하여, 경제성과 코팅 효율성이 높으면서도 대량으로 자기 치유 코팅 소재를 제조할 수 있게 하는 자기 치유 코팅 소재 제조장치 및 방법을 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 자기 치유 코팅 소재 제조장치는 콘트리트 자기 치유 소재를 공급하는 원재 투입기와; 상기 자기 치유 소재에 코팅되는 코팅재를 공급하는 코팅재 투입기와; 상기 자기 치유 소재와 코팅재를 제공받아 서로 혼합시키는 교반기; 및 상기 자기 치유 소재와 코팅재가 혼합된 코팅 치유재를 건조시키는 건조기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 원재 투입기는 무기계 자기 치유 소재를 공급하고, 상기 코팅재 투입기는 유기 용매에 코팅용 재료가 용해되어 있는 코팅재를 공급하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 원재 투입기에서 공급되는 자기 치유 소재의 질량을 측정하는 질량 계측기; 및 상기 코팅재 투입에서 공급되는 코팅재의 부피를 측정하는 부피 계측기;를 더 포함하여, 설정된 자기 치유 소재의 공급 질량 및 코팅재의 공급 부피에 따라 공급 제어가 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 교반기는 상기 자기 치유 소재와 코팅재가 투입되는 교반통과; 상기 교반통 내에서 회전되도록 설치되며 다수의 제1 블레이드를 구비한 제1 회전기; 및 상기 교반통 내에서 회전되도록 설치되며 다수의 제2 블레이드를 구비한 제2 회전기;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 블레이드와 제2 블레이드는 크기가 서로 다른 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 블레이드에는 외측 단부부터 일정 깊이로 슬릿 형상의 제1 슬릿홈이 다수개 형성되어 있고, 상기 제2 블레이드(132-B)에는 외측 단부부터 일정 깊이로 상기 제1 슬릿홈보다 폭이 좁은 제2 슬릿홈이 다수개 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 건조기는 내부에 상기 코팅 치유재가 투입되며 설정된 속도로 회전하는 회전 드럼과; 상기 회전 드럼 내에 투입된 코팅 치유재에 열을 가하는 가열기와; 상기 회전 드럼에서 건조를 마친 코팅 치유재가 배출되는 제품 배출구; 및 상기 회전 드럼에서 상기 코팅 치유재가 건조되는 과정에서 증발된 상기 유기 용매가 배출되는 용매 배출구;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제품 배출구에는 상기 건조를 마친 코팅 치유재를 제공받아 보관하는 보관장치가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 용매 배출구에는 상기 증발된 유기 용매를 회수하여 응축시키기 위한 응축기가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 건조된 코팅 치유재에 분산제를 도포하는 스프레이 장치를 더 포함하되, 상기 스프레이 장치는 상기 건조기로부터 상기 코팅 치유재를 제공받아 수용하는 분사통과; 상기 분사통의 바닥면에서 상측을 향해 고압의 공기를 분사하는 상승 분사노즐; 및 상기 분사통의 천정면에서 하측을 향해 설치되며, 상기 고압 공기의 기류에 의해 상승된 코팅 치유재에 분산제(Conditioning Agent)를 분사하는 도포제 분사노즐;을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분사통의 측면 중 상기 코팅 치유재가 유입되는 상류측에 설치되며, 상기 분산제가 도포된 코팅 치유재가 하류측으로 이송되도록 고압 공기를 분사하는 배출 분사노즐을 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 자기 치유 코팅 소재 제조방법은 원재 투입기로 콘트리트 자기 치유 소재를 공급하는 원재 공급단계와; 코팅재 투입기로 상기 자기 치유 소재에 코팅되는 코팅재를 공급하는 코팅재 공급단계와; 교반기로 상기 자기 치유 소재와 코팅재를 제공받아 서로 혼합시키는 재료 혼합단계; 및 건조기로 상기 자기 치유 소재와 코팅재가 혼합된 코팅 치유재를 건조시키는 재료 건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
스프레이 장치에서 상기 건조된 코팅 치유재를 제공받아 기류에 의해 상기 코팅 치유재를 상승시키고, 상기 상승된 코팅 치유재에 분산제를 도포하는 분산제 도포단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 치유 코팅 소재 제조방법.
이상과 같은 본 발명은 자기 치유가 가능한 콘크리트를 제공할 수 있도록 자기 치유 소재에 코팅재를 혼합 및 건조하여 경제성과 코팅 효율성이 높으면서도 대량 공급이 가능한 자기 치유 코팅 소재를 제조할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자기 치유 코팅 소재 제조장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 투입기를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 교반기를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 건조기를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 보관장치를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 분산제 스프레이 장치를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명에 따른 자기 치유 코팅 소재 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기 치유 코팅 소재 제조장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1과 같이, 본 발명에 따른 자기 치유 코팅 소재 제조장치(100)는 자기 치유 소재에 코팅재를 혼합 및 건조하여 '자기 치유 코팅 소재'를 제조하도록, 원재 투입기(110), 코팅재 투입기(120), 교반기(130) 및 건조기(140)를 포함한다.
또한, 제조된 자기 치유 코팅 소재를 보관하는 보관장치(150) 및 건조시 증발된 유기 용매를 회수하는 응축기(160)를 포함하며, 바람직하게 건조 이후 소재가 뭉치는 것을 방지하도록 분산제 스프레이 장치(170)를 더 포함한다.
이러한 본 발명은 실험실 수준에서 벗어나 자기 치유 코팅 소재를 대량으로 생산하면서도 경제성 및 코팅 효율성이 높은 장치를 제공하기 위한 것으로, 건축물, 교량 및 댐 등을 비롯한 각종 구조물의 콘트리트 혼합재로 사용된다.
콘크리트 구조물에서 수축, 수화열, 하중에 의한 인장력 등으로 인해 균열이 발생하면, 자기 치유 코팅 소재가 균열을 통해 침투한 수분과 반응하여 균열을 메워 스스로 치유나 보강이 이루어지도록 한다.
따라서, 본 발명에 의해 제조되는 자기 치유 코팅 소재는 콘크리트 내부에 포함되는 무기계 자기 치유 소재로서 균열 발생 이후 침투한 수분과 반응하여 수화물(hydrate) 등을 생성함에 따라 균열을 스스로 치유할 수 있도록 한다.
이를 위해, 상기한 원재 투입기(110)는 '자기 치유 소재'를 공급한다. 자기 치유 소재는 상술한 바와 같이 콘크리트 구조물에 균열 발생시 균열을 통해 유입된 수분과 반응한다.
자기 치유 소재는 적어도 일부 또는 전부 무기계(inorganic) 소재를 포함하며, 팽창제, 팽윤제, 결정촉진제 및 시멘트 대체재료(SCMs) 등이 있다. 또한 후술하는 코팅재가 코팅되어 재령(material age) 경과에도 그 성능을 보장한다.
도 2와 같이, 원재 투입기(110)는 무기계 자기 치유 소재를 공급할 수 있도록, 원재 저장기(111) 및 원재 공급호퍼(112)를 포함한다. 원재 저장기(111)는 사일로(silo)와 같이 조립화 혹은 분말 상태의 무기계 자기 치유 소재를 저장한다.
원재 공급호퍼(112)는 상기 원재 저장기(111)에 형성된 배출구의 하부에 배치되어, 원재 저장기(111)에서 공급된 자기 치유 소재를 후술하는 교반기(130)로 투입한다.
이때, 본 발명에서 자기 치유 소재를 투입하는 비율은 자기 치유 소재의 질량으로 결정한다. 이를 위해 원재 공급호퍼(112)에는 투입된 자기 치유 소재의 질량을 측정할 수 있는 질량 계측기(113)를 포함한다.
질량 계측기(113)는 저울, 질량 센서 및 로드 셀을 비롯한 각종 계측기가 적용될 수 있다. 또한, 원재 공급호퍼(112)를 지지하도록 설치되어 원재 공급호퍼(112) 자체의 중량을 제외하고 자기 치유 소재만의 질량을 측정하며, 정밀한 측정을 위해 원재 공급호퍼(112)의 하단 각 모서리 부분에 4개를 설치될 수 있다.
이와 같이 측정된 자기 치유 소재의 질량을 후술하는 바와 같이 코팅재의 부피와 비교하여 그 투입량을 조절(공급 제어)한다. 즉, 자기 치유 소재의 질량과 코팅재의 부피비를 조절하여 이들의 혼합량을 결정한다.
코팅재 투입기(120)는 자기 치유 소재에 코팅되는 '코팅재'를 공급한다. 코팅재는 재령 증가에도 그 성능을 유지시킬 수 있도록 하는 것으로, 균열이 없는 상태에서 자연 반응이 일어나는 것을 방지하여 불필요한 기능 발현을 억제한다.
코팅재 투입기(120)에 의해 투입되는 코팅재는 '유기 용매'에 '코팅용 재료'가 용해되어 있는 상태이다. 코팅재는 분말 상태로 제공되기 때문에 유기 용매에 용해시킨 후 자기 치유 소재에 코팅하게 된다.
상기 유기 용매는 에탈올이 사용될 수 있고, 코팅용 재료는 발수 성능이 뛰어난 포화지방산이 적용될 수 있다. 포화지방산으로는 팔미트산(palmitic acid)이나 스테아린산(stearic acid)이 사용될 수 있다.
실시예로 유기 용매와 포화지방산은 1 : 0.02의 질량비로 혼합하여 코팅재를 제공할 수 있다. 따라서, 포화지방산이 2% 용해된 상태의 에탄올을 코팅재로 이용하게 된다.
또한, 코팅재 투입기(120)는 유기 용매에 코팅용 재료가 용해된 상태의 코팅재를 공급할 수 있도록, 코팅재 저장기(121) 및 코팅재 공급호퍼(122)를 포함한다.
이때, 코팅재 저장기(121)는 사일로와 같이 용해 상태의 코팅재를 저장한다.
코팅재 공급호퍼(122)는 상기 코팅재 저장기(121)의 하단이나 일측부에 형성된 배출구의 하부에 배치되어, 코팅재 저장기(121)에서 공급된 코팅재를 후술하는 교반기(130)로 투입한다.
이때, 코팅재를 투입하는 비율은 코팅재의 부피로 결정한다. 이를 위해 코팅재 공급호퍼(122)에는 투입된 코팅재의 부피를 측정할 수 있는 부피 계측기(123)가 설치된다.
부피 계측기(123)는 코팅재 공급호퍼(122) 내부에서 유량을 측정하는 방식의 부피 측정기를 비롯하여 용해된 상태의 코팅재의 공급량 즉, 부피를 측정할 수 있는 다양한 계측기가 적용될 수 있다.
이와 같이 측정된 코팅재의 부피는 상술한 자기 치유 소재의 질량과 비교하여 그 투입량이 조절된다. 즉, 자기 치유 소재의 질량과 코팅재의 부피비를 조절하여 이들의 혼합량을 결정한다.
바람직한 실시예로 자기 치유 소재와 코팅재는 1 : 0.1 ~ 0.5의 비율로 혼합된다. 이때, 자기 치유 소재는 질량 기준이고 코팅재는 부피 기준이므로 둘 중 하나를 질량 혹은 부피 단위로 변환(통일)하여 혼합 비율을 결정할 수 있다.
특히, 자기 치유 소재와 코팅재는 동일한 비율 즉, 1 : 0.2 ~ 0.3의 비율로 혼합되는 것이 바람직한데, 혼합 비율상 자기 치유 소재의 비율이 너무 낮으면 자기 치유 효과가 저하되고, 코팅재 비율이 너무 낮으면 재령에 따라 성능이 저하된다.
교반기(130)는 자기 치유 소재와 코팅재를 제공받아 서로 혼합시키는 것으로, 교반기(130)는 원재 투입기(110)와 코팅재 투입기(120)로부터 각각 자기 치유 소재와 용해된 상태의 코팅재를 공급 받아 이들을 혼합한다.
도 3과 같이, 교반기(130)는 실시예로서 재료(소재)가 투입되는 교반통(131)과, 다수의 제1 블레이드(132-B)를 구비한 제1 회전기(132) 및 다수의 제2 블레이드(132-B)를 구비한 제2 회전기(133)를 포함한다.
이때, 교반통(131)은 원재 투입기(110)와 코팅재 투입기(120)의 배출단에 연결되어 각각 자기 치유 소재와 코팅재를 수용한다. 예컨대, 교반통(131)에서는 1회에 100리터 이상 재료를 수용한다.
또한, 도시는 생략하였지만 교반통(131)의 일측에는 교반을 마친 자기 치유 소재와 코팅재가 혼합된 코팅 치유재(건조 이전의 자기 치유 코팅 소재)가 배출되는 배출구를 포함할 수 있다.
제1 회전기(132)는 교반통(131) 내에 회전 가능하게 설치되는 것으로, 교반통(131)에 설치된 회전축(132-X)에는 다수개의 제1 블레이드(132-B)과 구비된다. 따라서 회전축(132-X)에 의해 회전되는 제1 블레이드(132-B)로 혼합을 하게 된다.
제2 회전기(133) 역시 교반통(131) 내에 회전 가능하게 설치되는 것으로, 교반통(131)에 설치된 회전축(133-X)에는 다수개의 제2 블레이드(132-B)가 구비된다. 따라서, 회전축(133-X)에 의해 회전되는 제2 블레이드(132-B)가 위 제1 블레이드(132-B)와 함께 혼합을 하게 된다.
상술한 제1 회전기(132) 및 제2 회전기(133)는 회전축(132-X, 133-X)에 연결된 구동장치(134)에 의해 회전되고, 그에 따라 각 블레이드를 작동시킨다. 이에 구동장치(134)는 전기모터 및 동력전달장치(기어나 벨트)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 회전기(132)에 설치된 제1 블레이드(132-B)와 제2 회전기(133)에 설치된 제2 블레이드(132-B)는 그 크기가 서로 다르며, 더욱 바람직하게 상부에 설치된 제1 블레이드(132-B)의 크기가 더 큰 것을 적용한다.
따라서, 상부의 제1 블레드에 의해 교반된 후 하측으로 낙하 혹은 이동된 코팅 치유재를 하부의 제2 블레이드(132-B)에서 더욱 세밀하게 혼합되게 한다. 혼합율을 더욱 높이도록 제1 블레이드(132-B)와 제2 블레이드(132-B)는 서로 반대 방향으로 회전할 수 있다.
다만, 상술한 바와 같이 자기 치유 소재와 코팅재(유기 용매와 코팅용 소재)는 실시예로서 1 : 0.1 ~ 0.5의 비율로 혼합된다. 더욱 바람직하게는 1 : 0.2 ~ 0.3의 비율로 혼합된다.
이와 같은 혼합 비율에 의하면 점성이 높아 무기계의 자기 치유 소재에 코팅재가 잘 부착될 수 있음에 비해, 자기 치유 소재와 코팅재를 혼합시 충분한 혼합이 이루어지도록 할 필요가 있다.
교반기(130)의 혼합 성능을 더욱 높이도록 본 발명은 제1 블레이드(132-B)와 제2 블레이드(132-B)에 대해 다른 실시예를 적용할 수 있다. 다른 실시예는 도 3에서 원으로 특정한 영역에 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 제1 블레이드(132-B)는 기본 형상에 더해 외측 단부부터 일정 깊이로 슬릿 형상의 제1 슬릿홈(132-G)이 다수개 형성되어 있고, 제2 블레이드(132-B)에는 외측 단부부터 일정 깊이로 제1 슬릿홈(132-G)보다 폭이 좁은 제2 슬릿홈(133-G)이 다수개 형성되어 있다.
구체적으로 제1 슬릿홈(132-G)과 제2 슬릿홈(133-G)은 각각 제1 블레이드(132-B)와 제2 블레이드(133-B)의 폭 방향 양측 단부에서 내측으로 슬릿이 형성된 톱니나 브러쉬 형상으로 제작될 수 있다.
또한, 제1 블레이드(132-B)의 제1 슬릿홈(132-G)은 그 폭이 2~3Cm 이고, 제2 블레이드(133-B)의 제2 슬릿홈(133-G)은 0.5~1Cm의 폭을 갖도록 형성된다. 따라서, 블레이드에 형성된 슬릿홈을 통해서도 혼합이 이루어지도록 함으로서 그 혼합 성능을 더욱 높이고 침전물 발생을 억제한다.
건조기(140)는 자기 치유 소재와 코팅재가 혼합된 '코팅 치유재'를 건조시키는 것으로, 자기 치유 소재와 코팅재가 혼합된 코팅 치유재에서 유기 용매를 증발시켜 소재 특성을 향상시키고, 자기 치유 코팅 소재만을 추출할 수 있게 한다.
상술한 바와 같이 분말 타입의 자기 치유 소재는 교반기(130)에서 용해 상태의 코팅재(유기 용매와 코팅용 무기 소재)와 혼합된 상태이므로, 그 중 유기 용매를 증발시켜 건조된 상태의 자기 치유 코팅 소재를 제공한다.
도 4와 같이, 건조기(140)는 실시예로서 회전 드럼(141)과, 가열기(142)와, 제품 배출구(143) 및 용매 배출구(144)를 포함한다.
여기서, 회전 드럼(141)은 설정된 길이의 몸체를 가지며 내부에는 상술한 바와 같이 교반기(130)에서 혼합된 코팅 치유재가 이동되도록 통로가 형성되어 있으며, 상류측에는 투입구, 하류측에는 배출구가 형성된다.
또한, 회전 드럼(141)은 상기 코팅 치유재의 이동 방향을 기준으로 상류측에서 하류측으로 갈수록 약 10 ~ 15°의 각도로 하향 경사지게 설치되어 코팅 치유재가 적정 속도로 이동하며 건조가 이루어지게 한다.
또한, 회전 드럼(141)은 약 4m 이상의 길이를 확보하여 대량 생산이 가능하며, 회전 장치(141a)에 의해 10초에 1회전(360°)됨으로써 코팅 치유재의 고른 건조를 가능하게 하면서도 코팅 치유재의 적정한 이송 속도를 제공한다.
가열기(142)는 회전 드럼(141) 내에 투입된 코팅 치유재의 건조에 필요한 열을 제공하는 것으로, 가해진 열에 의해 코팅 치유재에 포함된 유기 용매가 증발됨에 따라 코팅 치유재가 건조된다. 따라서, 자기 치유 코팅 소재가 제조된다.
코팅 치유재에 열을 가하기 위한 수단으로는 회전 드럼(141)에 접촉 설치되는 전열기(142-E) 및 회전 드럼(141)의 투입측에 설치된 열풍기(142-A) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
전열기(142-E)는 일 예로 회전 드럼(141)의 외면에 부착 설치되는 발열판이나 발열코일로 구성될 수 있으며 전기를 공급받아 발열되어 회전 드럼(141)의 몸체를 통해 내부로 열을 전도한다.
열풍기(142-A)는 회전 드럼(141)의 투입측에 인접 설치되어 회전 드럼(141) 내부를 향해 열풍을 공급한다. 열풍 온도는 코팅 치유재의 특성 변화를 방지하면서도 유기 용매가 증발될 수 있도록 약 40 ~ 60℃의 범위 내로 제어된다.
같은 취지로 상기한 전열기(142-E)는 회전 드럼(141)을 통해 그 내부의 코팅 치유재까지 열전도된 온도가 약 40 ~ 60℃의 범위 내로 제어될 수 있어야 한다. 이점에서 열풍기(142-A)의 제어가 좀더 용이한 장점이 있다.
가열기(142)의 말단에 구비된 제품 배출구(143)는 회전 드럼(141)에서 건조를 마친 코팅 치유재가 배출되는 것으로, 회전 드럼(141)의 배출측 하단부에 배치됨에 따라 건조된 코팅 치유재를 회수한다.
도 5와 같이, 제품 배출구(143)에는 건조를 마친 코팅 치유재 즉, 자기 치유 코팅 소재를 제공받아 보관하는 보관장치(150)가 설치된다.
상기 보관장치(150)는 함체(151) 내부 바닥면에 경사(152)를 주어 일측으로 수집할 수 있게 하며, 그 경사 단부에는 배출구(153)가 구비된다.
이에 비해, 용매 배출구(144)는 회전 드럼(141)에서 코팅 치유재가 건조되는 과정에서 증발된 유기 용매가 배출된다. 또한, 건조를 위해 열풍기(142-A)를 이용하는 경우에는 열풍 역시 배출된다.
이러한 용매 배출구(144)에는 온도계(144a)를 설치하여 배풍 중인 열풍의 온도를 측정할 수 있으며, 측정된 열풍 온도에 따라 상기한 열풍기(142-A)의 작동 온도를 조절하는 피드백 제어신호를 생성할 수 있다.
또한, 용매 배출구(144)에는 증발된 유기 용매를 회수하여 응축시키기 위한 응축기(160)가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 응축기(160)는 증발과정에서 기화된 유기 용매를 응축시켜 유기 용매의 재활용을 가능하게 한다.
따라서, 본 발명은 자기 치유 성능을 갖는 콘크리트를 제공할 수 있도록 자기 치유 소재에 코팅재를 혼합 및 건조하여 경제성과 코팅 효율성이 높으면서도 대량 공급이 가능한 자기 치유 코팅 소재를 제조할 수 있게 한다.
한편, 스프레이 장치(170)는 건조를 마친 코팅 치유재(즉, 자기 치유 코팅 소재)에 추가적인 과정으로 분산제(Conditioning Agent)를 도포하는 것으로, 가열기(142) 말단의 제품 배출구(143)와 보관장치(150) 사이에 설치된다.
도 6과 같이, 분산제 스프레이 장치(170)는 분사통(171)과, 상승 분사노즐(172) 및 도포제 분사노즐(173)을 포함한다. 나아가 바람직한 실시예로 배출 분사노즐(174)을 더 포함한다.
여기서 분사통(171)은 건조기(140)로부터 건조를 마친 코팅 치유재를 제공받아 수용하도록 내부에 수용 공간을 구비하고, 일측(상류측)에는 가열기(142) 말단의 제품 배출구(143)가 연결되며, 타측(하류측)에는 배출구(141a)가 구비된다.
상승 분사노즐(172)은 분사통(171)의 바닥면에서 상측을 향해 고압의 공기를 분사하는 것으로, 상승 분사노즐(172)에서 발생시킨 강한 상승 기류로 인해 건조된 코팅 치유재가 고르게 분포된 상태에서 상승이 이루어진다.
도포제 분사노즐(173)은 분사통(171)의 천정면에서 하측을 향해 설치되며, 고압 공기의 기류에 의해 상승된 코팅 치유재에 분산제를 분사한다.
분산제는 계면 활성제나 고분자 물질 등의 흡착성 물질이 사용되며 텝타이저 등도 포함할 수 있으며, 코팅 치유재가 뭉쳐지지 않은 상태로 장기간 보관할 수 있도록 상기 코팅 치유재에 도포(2차 코팅)된다.
배출 분사노즐(174)은 분사통(171)의 측면 중 코팅 치유재가 유입되는 상류측(도면 기준 좌측)에 설치되며, 분산제가 도포된 코팅 치유재가 하류측으로 이송되도록 고압 공기를 분사한다. 즉, 배출구(141a)가 설치된 하류측을 향해 고압 공기를 분사하여 분산제가 도포된 최종 제품의 배출을 안내하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기 치유 코팅 소재 제조방법에 대해 설명한다. 다만, 이하에서 설명하는 제조방법은 상술한 본 발명의 제조장치에 의해 이루어지는 것을 예로 들어 설명한다.
도 7과 같이, 본 발명에 따른 자기 치유 코팅 소재 제조방법은 콘크리트 혼합재인 자기 치유 코팅 소재를 제조하도록 원재 공급단계(S110)와, 코팅재 공급단계(S120)와, 재료 혼합단계(S130) 및 재료 건조단계(S140)를 포함한다. 또한, 바람직한 실시예로 분산제 도포단계를 더 포함한다.
이러한 본 발명은 자기 치유 코팅 소재를 대량으로 생산하면서도 경제성 및 코팅 효율성이 높은 장치를 제공하기 위한 것으로, 건축물, 교량 및 댐 등을 비롯한 각종 구조물의 콘트리트 혼합재로 사용된다.
콘크리트 구조물에서 수축, 수화열, 하중에 의한 인장력 등으로 인해 균열이 발생하면, 자기 치유 코팅 소재가 균열을 통해 침투한 수분과 반응하여 균열을 메워 스스로 치유나 보강이 이루어지도록 한다.
따라서, 본 발명에 의해 제조되는 자기 치유 코팅 소재는 콘크리트 내부에 포함되는 무기계 자기 치유 소재로서 균열 발생 이후 침투한 수분과 반응하여 수화물(hydrate) 등을 생성함에 따라 균열을 스스로 치유할 수 있도록 한다.
이때, 원재 공급단계(S110)에서는 원재 투입기(110)로 콘트리트 자기 치유 소재를 공급한다.
원재 투입기(110)는 '자기 치유 소재'를 공급한다. 자기 치유 소재는 콘크리트 구조물에 균열 발생시 균열을 통해 유입된 수분과 반응한다.
자기 치유 소재는 적어도 일부 또는 전부 무기계(inorganic) 소재를 포함하며, 팽창제, 팽윤제, 결정촉진제 및 시멘트 대체재료(SCMs) 등이 있다. 또한 후술하는 코팅재가 코팅되어 재령(material age) 경과에도 그 성능을 보장한다.
이때, 본 발명에서 자기 치유 소재를 투입하는 비율은 자기 치유 소재의 질량으로 결정한다. 또한, 측정된 자기 치유 소재의 질량을 후술하는 바와 같이 코팅재의 부피와 비교하여 그 투입량을 조절(공급 제어)한다. 즉, 자기 치유 소재의 질량과 코팅재의 부피비를 조절하여 이들의 혼합량을 결정한다.
다음, 코팅재 공급단계(S120)에서는 코팅재 투입기(120)로 자기 치유 소재에 코팅되는 코팅재를 공급한다.
코팅재 투입기(120)는 자기 치유 소재에 코팅되는 '코팅재'를 공급한다. 코팅재는 재령 증가에도 그 성능을 유지시킬 수 있도록 하는 것으로, 균열이 없는 상태에서 자연 반응이 일어나는 것을 방지하여 불필요한 기능 발현을 억제한다.
코팅재 투입기(120)에 의해 투입되는 코팅재는 '유기 용매'에 '코팅용 재료(예: 다공성 제올라이트 등)'가 용해되어 있는 상태이다. 코팅재는 분말 상태로 제공되기 때문에 유기 용매에 용해시킨 후 자기 치유 소재에 코팅하게 된다.
이때, 코팅재를 투입하는 비율은 코팅재의 부피로 결정한다. 부피는 용해된 상태의 코팅재 유량을 측정하는 방식을 비롯하여 코팅재의 공급량 즉, 부피를 측정할 수 있는 다양한 계측기가 적용될 수 있다.
이와 같이 측정된 코팅재의 부피는 상술한 자기 치유 소재의 질량과 비교하여 그 투입량이 조절된다. 즉, 자기 치유 소재의 질량과 코팅재의 부피비를 조절하여 이들의 혼합량을 결정한다.
바람직한 실시예로 자기 치유 소재와 코팅재는 1 : 0.8 ~ 1의 비율로 혼합된다. 이때, 자기 치유 소재는 질량 기준이고 코팅재는 부피 기준이므로 둘 중 하나를 질량 혹은 부피 단위로 변환(통일)하여 혼합 비율을 결정할 수 있다.
특히, 자기 치유 소재와 코팅재는 동일한 비율 즉, 1 : 1의 비율로 혼합되는 것이 바람직한데, 혼합 비율상 자기 치유 소재의 비율이 너무 낮으면 자기 치유 효과가 저하되고, 코팅재 비율이 너무 낮으면 재령에 따라 성능이 저하된다.
다음, 재료 혼합단계(S130)에서는 교반기(130)로 자기 치유 소재와 코팅재를 제공받아 서로 혼합시킨다.
교반기(130)는 자기 치유 소재와 코팅재를 제공받아 서로 혼합시키는 것으로, 교반기(130)는 원재 투입기(110)와 코팅재 투입기(120)로부터 각각 자기 치유 소재와 용해된 상태의 코팅재를 공급 받아 이들을 혼합한다.
교반기(130)는 실시예로서 재료(소재)가 투입되는 교반통(131)과, 다수의 제1 블레이드(132-B)를 구비한 제1 회전기(132) 및 다수의 제2 블레이드(132-B)를 구비한 제2 회전기(133)를 포함한다.
이때, 교반통(131)은 원재 투입기(110)와 코팅재 투입기(120)의 배출단에 연결되어 각각 자기 치유 소재와 코팅재를 수용한다. 예컨대, 교반통(131)에서는 1회에 100리터 이상 재료를 수용한다.
제1 회전기(132)는 교반통(131) 내에 회전 가능하게 설치되는 것으로, 교반통(131)에 설치된 회전축(132-X)에는 다수개의 제1 블레이드(132-B)과 구비된다. 따라서 회전축(132-X)에 의해 회전되는 제1 블레이드(132-B)로 혼합을 하게 된다.
제2 회전기(133) 역시 교반통(131) 내에 회전 가능하게 설치되는 것으로, 교반통(131)에 설치된 회전축(133-X)에는 다수개의 제2 블레이드(132-B)가 구비된다. 따라서, 회전축(133-X)에 의해 회전되는 제2 블레이드(132-B)가 위 제1 블레이드(132-B)와 함께 혼합을 하게 된다.
이때, 제1 회전기(132)에 설치된 제1 블레이드(132-B)와 제2 회전기(133)에 설치된 제2 블레이드(132-B)는 그 크기가 서로 다르며, 더욱 바람직하게 상부에 설치된 제1 블레이드(132-B)의 크기가 더 큰 것을 적용한다.
따라서, 상부의 제1 블레드에 의해 교반된 후 하측으로 낙하 혹은 이동된 코팅 치유재를 하부의 제2 블레이드(132-B)에서 더욱 세밀하게 혼합되게 한다. 혼합율을 더욱 높이도록 제1 블레이드(132-B)와 제2 블레이드(132-B)는 서로 반대 방향으로 회전할 수 있다.
다음, 재료 건조단계(S140)에서는 건조기(140)로 자기 치유 소재와 코팅재가 혼합된 코팅 치유재를 건조시킨다.
건조기(140)는 자기 치유 소재와 코팅재가 혼합된 '코팅 치유재'를 건조시키는 것으로, 자기 치유 소재와 코팅재가 혼합된 코팅 치유재에서 유기 용매를 증발시켜 소재 특성을 향상시키고, 자기 치유 코팅 소재만을 추출할 수 있게 한다.
분말 타입의 자기 치유 소재는 교반기(130)에서 용해 상태의 코팅재(유기 용매와 코팅용 무기 소재)와 혼합된 상태이므로, 그 중 유기 용매를 증발시켜 건조된 상태의 자기 치유 코팅 소재를 제공한다.
건조기(140)는 실시예로서 회전 드럼(141)과, 가열기(142)와, 제품 배출구(143) 및 용매 배출구(144)를 포함한다.
여기서, 회전 드럼(141)은 설정된 길이의 몸체를 가지며 내부에는 상술한 바와 같이 교반기(130)에서 혼합된 코팅 치유재가 이동되도록 통로가 형성되어 있으며, 상류측에는 투입구, 하류측에는 배출구가 형성된다.
또한, 회전 드럼(141)은 코팅 치유재의 이동 방향을 기준으로 상류측에서 하류측으로 갈수록 약 10 ~ 15°의 각도로 하향 경사지게 설치되어 코팅 치유재가 적정 속도로 이동하며 건조가 이루어지게 한다.
또한, 회전 드럼(141)은 약 4m 이상의 길이를 확보하여 대량 생산이 가능하며, 회전 장치(141a)에 의해 10초에 1회전(360°)됨으로써 코팅 치유재의 고른 건조를 가능하게 하면서도 코팅 치유재의 적정한 이송 속도를 제공한다.
가열기(142)는 회전 드럼(141) 내에 투입된 코팅 치유재의 건조에 필요한 열을 제공하는 것으로, 가해진 열에 의해 코팅 치유재에 포함된 유기 용매가 증발됨에 따라 코팅 치유재가 건조된다. 따라서, 자기 치유 코팅 소재가 제조된다.
코팅 치유재에 열을 가하기 위한 수단으로는 회전 드럼(141)에 접촉 설치되는 전열기(142-E) 및 회전 드럼(141)의 투입측에 설치된 열풍기(142-A) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
전열기(142-E)는 일 예로 회전 드럼(141)의 외면에 부착 설치되는 발열판이나 발열코일로 구성될 수 있으며 전기를 공급받아 발열되어 회전 드럼(141)의 몸체를 통해 내부로 열을 전도한다.
열풍기(142-A)는 회전 드럼(141)의 투입측에 인접 설치되어 회전 드럼(141) 내부를 향해 열풍을 공급한다. 열풍 온도는 코팅 치유재의 특성 변화를 방지하면서도 유기 용매가 증발될 수 있도록 약 40 ~ 60℃의 범위 내로 제어된다.
같은 취지로 상기한 전열기(142-E)는 회전 드럼(141)을 통해 그 내부의 코팅 치유재까지 열전도된 온도가 약 40 ~ 60℃의 범위 내로 제어될 수 있어야 한다. 이점에서 열풍기(142-A)의 제어가 좀더 용이한 장점이 있다.
가열기(142)의 말단에 구비된 제품 배출구(143)는 회전 드럼(141)에서 건조를 마친 코팅 치유재가 배출되는 것으로, 회전 드럼(141)의 배출측 하단부에 배치됨에 따라 건조된 코팅 치유재를 회수한다.
제품 배출구(143)에는 건조를 마친 코팅 치유재 즉, 자기 치유 코팅 소재를 제공받아 보관하는 보관장치(150)가 설치된다.
상기 보관장치(150)는 함체(151) 내부 바닥면에 경사(152)를 주어 일측으로 수집할 수 있게 하며, 그 경사 단부에는 배출구(153)가 구비된다.
이에 비해, 용매 배출구(144)는 회전 드럼(141)에서 코팅 치유재가 건조되는 과정에서 증발된 유기 용매가 배출된다. 또한, 건조를 위해 열풍기(142-A)를 이용하는 경우에는 열풍 역시 배출된다.
또한, 용매 배출구(144)에는 증발된 유기 용매를 회수하여 응축시키기 위한 응축기(160)가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 응축기(160)는 증발과정에서 기화된 유기 용매를 응축시켜 유기 용매의 재활용을 가능하게 한다.
따라서, 본 발명은 자기 치유 성능을 갖는 콘크리트를 제공할 수 있도록 자기 치유 소재에 코팅재를 혼합 및 건조하여 경제성과 코팅 효율성이 높으면서도 대량 공급이 가능한 자기 치유 코팅 소재를 제조할 수 있게 한다.
한편, 분산제 도포단계(S150)에서는 스프레이 장치(170)를 통해 건조된 코팅 치유재를 제공받아 기류에 의해 코팅 치유재를 상승시키고, 상기 상승된 코팅 치유재에 분산제를 도포한다.
스프레이 장치(170)는 건조를 마친 코팅 치유재에 추가적인 과정으로 분산제를 도포(즉, 2차 코팅)하는 것으로, 가열기(142) 말단의 제품 배출구(143)와 보관장치(150) 사이에 설치된다.
또한, 분산제 스프레이 장치(170)는 분사통(171)과, 상승 분사노즐(172)및 도포제 분사노즐(173)을 포함한다. 나아가 바람직한 실시예로 배출 분사노즐(174)을 더 포함한다.
여기서 분사통(171)은 건조기(140)로부터 건조를 마친 코팅 치유재를 제공받아 수용하도록 내부에 수용 공간을 구비하고, 일측(상류측)에는 가열기(142) 말단의 제품 배출구(143)가 연결되며, 타측(하류측)에는 배출구(141a)가 구비된다.
상승 분사노즐(172)은 분사통(171)의 바닥면에서 상측을 향해 고압의 공기를 분사하는 것으로, 상승 분사노즐(172)에서 발생시킨 강한 상승 기류로 인해 건조된 코팅 치유재가 고르게 분포된 상태에서 상승이 이루어진다.
도포제 분사노즐(173)은 분사통(171)의 천정면에서 하측을 향해 설치되며, 고압 공기의 기류에 의해 상승된 코팅 치유재에 분산제를 분사한다. 분산제는 코팅 치유재가 뭉쳐지지 않은 상태로 장기간 보관할 수 있도록 코팅 치유재에 도포된다.
배출 분사노즐(174)은 분사통(171)의 측면 중 코팅 치유재가 유입되는 상류에 설치되며, 분산제가 도포된 코팅 치유재가 하류측으로 이송되도록 고압 공기를 분사한다. 따라서, 배출구(141a)가 설치된 하류측을 향해 고압 공기를 분사하여 분산제가 도포된 최종 제품의 배출을 안내하게 된다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
110: 원재 투입기
120: 코팅재 투입기
130: 교반기
140: 건조기
150: 보관장치
160: 응축기
170: 스프레이 장치

Claims (13)

  1. 콘트리트 자기 치유 소재를 공급하는 원재 투입기(110)와;
    상기 자기 치유 소재에 코팅되는 코팅재를 공급하는 코팅재 투입기(120)와;
    상기 자기 치유 소재와 코팅재를 제공받아 서로 혼합시키는 교반기(130)와;
    상기 자기 치유 소재와 코팅재가 혼합된 코팅 치유재를 건조시키는 건조기(140); 및
    상기 건조된 코팅 치유재에 분산제를 도포하는 스프레이 장치(170);를 포함하되,
    상기 스프레이 장치(170)는,
    상기 건조기(140)로부터 상기 코팅 치유재를 제공받아 수용하는 분사통(171)과; 상기 분사통(171)의 바닥면에서 상측을 향해 고압의 공기를 분사하는 상승 분사노즐(172); 및 상기 분사통(171)의 천정면에서 하측을 향해 설치되며, 상기 고압 공기의 기류에 의해 상승된 코팅 치유재에 분산제(Conditioning Agent)를 분사하는 도포제 분사노즐(173);을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 치유 코팅 소재 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원재 투입기(110)는 무기계 자기 치유 소재를 공급하고,
    상기 코팅재 투입기(120)는 유기 용매에 코팅용 재료가 용해되어 있는 코팅재를 공급하는 것을 특징으로 하는 자기 치유 코팅 소재 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원재 투입기(110)에서 공급되는 자기 치유 소재의 질량을 측정하는 질량 계측기(113); 및
    상기 코팅재 투입에서 공급되는 코팅재의 부피를 측정하는 부피 계측기(123);를 더 포함하여,
    설정된 자기 치유 소재의 공급 질량 및 코팅재의 공급 부피에 따라 공급 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 치유 코팅 소재 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 교반기(130)는,
    상기 자기 치유 소재와 코팅재가 투입되는 교반통(131)과;
    상기 교반통(131) 내에서 회전되도록 설치되며 다수의 제1 블레이드(132-B)를 구비한 제1 회전기(132); 및
    상기 교반통(131) 내에서 회전되도록 설치되며 다수의 제2 블레이드(132-B)를 구비한 제2 회전기(133);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 치유 코팅 소재 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 블레이드(132-B)와 제2 블레이드(132-B)는 크기가 서로 다른 것을 특징으로 하는 자기 치유 코팅 소재 제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 블레이드(132-B)에는 외측 단부부터 일정 깊이로 슬릿 형상의 제1 슬릿홈(132-G)이 다수개 형성되어 있고,
    상기 제2 블레이드(132-B)에는 외측 단부부터 일정 깊이로 상기 제1 슬릿홈(132-G)보다 폭이 좁은 제2 슬릿홈(133-G)이 다수개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 치유 코팅 소재 제조장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 건조기(140)는,
    내부에 상기 코팅 치유재가 투입되며 설정된 속도로 회전하는 회전 드럼(141)과;
    상기 회전 드럼(141) 내에 투입된 코팅 치유재에 열을 가하는 가열기(142)와;
    상기 회전 드럼(141)에서 건조를 마친 코팅 치유재가 배출되는 제품 배출구(143); 및
    상기 회전 드럼(141)에서 상기 코팅 치유재가 건조되는 과정에서 증발된 상기 유기 용매가 배출되는 용매 배출구(144);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 치유 코팅 소재 제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제품 배출구(143)에는,
    상기 건조를 마친 코팅 치유재를 제공받아 보관하는 보관장치(150)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 치유 코팅 소재 제조장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 용매 배출구(144)에는,
    상기 증발된 유기 용매를 회수하여 응축시키기 위한 응축기(160)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 치유 코팅 소재 제조장치.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 분사통(171)의 측면 중 상기 코팅 치유재가 유입되는 상류측에 설치되며, 상기 분산제가 도포된 코팅 치유재가 하류측으로 이송되도록 고압 공기를 분사하는 배출 분사노즐(174)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 치유 코팅 소재 제조장치.
  12. 원재 투입기(110)로 콘트리트 자기 치유 소재를 공급하는 원재 공급단계(S110)와;
    코팅재 투입기(120)로 상기 자기 치유 소재에 코팅되는 코팅재를 공급하는 코팅재 공급단계(S120)와;
    교반기(130)로 상기 자기 치유 소재와 코팅재를 제공받아 서로 혼합시키는 재료 혼합단계(S130)와;
    건조기(140)로 상기 자기 치유 소재와 코팅재가 혼합된 코팅 치유재를 건조시키는 재료 건조단계(S140); 및
    스프레이 장치(170)로 상기 건조된 코팅 치유재를 제공받아 기류에 의해 상기 코팅 치유재를 상승시키고, 상기 상승된 코팅 치유재에 분산제를 도포하는 분산제 도포단계(S150);를 포함하되,
    상기 스프레이 장치(170)는,
    상기 건조기(140)로부터 상기 코팅 치유재를 제공받아 수용하는 분사통(171)과; 상기 분사통(171)의 바닥면에서 상측을 향해 고압의 공기를 분사하는 상승 분사노즐(172); 및 상기 분사통(171)의 천정면에서 하측을 향해 설치되며, 상기 고압 공기의 기류에 의해 상승된 코팅 치유재에 분산제(Conditioning Agent)를 분사하는 도포제 분사노즐(173);을 이용하여 상기 분산제 도포단계(S150)를 실행하는 것을 특징으로 하는 자기 치유 코팅 소재 제조방법.
  13. 삭제
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