상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인조석 조성물은 천연 골재의 대체재로서 산업 폐기물을 이용한 인조석의 조성물에 있어서, 시멘트 18∼45중량%, 화력발전소에서 발생하는 석탄회 중에서 폐기되는 바텀 애쉬 골재 30∼65중량% 및 석산 폐기물인 석분 8∼18중량%로 구성된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 인조석 조성물에 있어서, 상기 시멘트는 보통 포트랜드시멘트 또는 백색 포트랜드 시멘트인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 인조석 조성물에 있어서, 상기 인조석의 색상 발휘를 위해 보크사이트를 처리하여 알루미나를 제조하는 공정에서 발생되는 폐기물인 레드머드를 상기 시멘트 첨가량의 5∼15중량% 혼합한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 인조석 조성물에 있어서, 상기 인조석의 방수 및 내후성의 증진을 위해 상기 시멘트의 첨가량에 대해 각각 아연 스테아레이트 0.2∼1.0중량%와 스티렌 부타디엔 라텍스 0.5∼5.0중량%를 혼합한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 인조석 조성물에 있어서, 상기 바텀 애쉬의 입도는 0.1 내지 25㎜인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 인조석 조성물에 있어서, 상기 인조석은 바닥재, 논슬립형 계단석, 도로 경계석 또는 건축물의 내외장재로 사용되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인조석 제조 방법은 천연 골재의 대체재로서 산업 폐기물을 이용한 인조석의 조성물의 제조 방법에 있어서, 화력발전소에서 발생하는 석탄회 중에서 바텀 애쉬를 수거하여 입도별로 선별하는 선별 공정, 시멘트 18∼45중량%, 상기 바텀 애쉬 골재 30∼65중량%, 석산 폐기물인 석분 8∼18중량%, 알루미나를 제조하는 공정에서 발생되는 폐기물인 레드머드를 상기 시멘트 첨가량의 5∼15중량% 혼합하는 혼합 공정, 상기 혼합 공정에서 혼합된 조성물에 물/시멘트 비 0.40으로 되게 물을 첨가하여 상온에서 모르타르를 형성하는 모르타르 형성 공정, 상기 모르타르 형성 공정에서 형성된 모르타르를 형틀에 투입하고 진동/가압하여 성형하는 성형 공정 및 상기 성형 공정 후 자연 양생시켜 절단 및연마하는 가공 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 인조석의 제조 방법에 있어서, 상기 시멘트는 보통 포트랜드 시멘트 또는 백색 포트랜드 시멘트인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 인조석의 제조 방법에 있어서, 상기 혼합 공정에 있어서 상기 인조석의 방수 및 내후성의 증진을 위해 상기 시멘트의 첨가량에 대해 각각 아연 스테아레이트 0.2∼1.0중량%와 스티렌 부타디엔 라텍스 0.5∼5.0중량%를 더 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 인조석의 제조 방법에 있어서, 상기 선별 공정에 있어서 상기 바텀 애쉬는 0.1 내지 25㎜의 입도로 선별되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 인조석의 제조 방법에 있어서, 상기 인조석은 바닥재, 논슬립형 계단석, 도로 경계석 또는 건축물의 내외장재로 사용되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 인조석 조성물의 기본적인 조성을 도 1에 따라 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 제조 공정을 나타내는 도면이다.
먼저, 본 발명의 제1의 특징에 따른 인조석 조성물 및 그 제조 방법에 있어서는 화력 발전소 등에서 수거된 바텀 애쉬를 수거하고 입도별로 선별한다.
다음에 보통 포트랜드 시멘트 18∼45중량%, 바텀 애쉬 골재 30∼65중량% 및 석산 폐기물인 석분 8∼18중량%로 구성된 조성물과 또는 색상 발휘를 위해 알루미나 제조공정에서 발생되는 폐기물인 레드머드(RED-MUD)를 시멘트 첨가량의 5∼15중량%, 아연 스테아레이트 0.2∼1.0중량%, 스티렌 부타디엔 라텍스 0.5∼5.0중량% 혼합한다.
다음에 상기와 같이 배합된 배합사료에 물/시멘트 비를 0.25∼0.45로 조절하여 모르타르를 조성하고 일정 형틀에 주입하여 진동/가압하여 탈기시킨 후 상온(0∼40℃)에서 자연 양생시킨다.
그 후, 상기의 조성물을 7∼28일 양생후 용도에 따라 일정크기나 모양으로 절단하여 그대로 제품으로 생산하거나 경우에 따라 표면을 연마하여 광택을 내어 제품으로 생산한다.
이와 같이 제조된 인조석 조성물은 인조석의 종류나 용도에 따라 다양하게 제조할 수 있으며, 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같은 논슬립형 계단석, 인조석 바닥재, 도로 경계석, 및 각종 건축물의 내외장재 등을 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인조 계단석의 사시도이다. 도 2에 있어서, (1)은 본 발명에 따라 소정의 형상으로 절단되고 연마되어 형성된 인조 계단석이며, 이 인조 계단석(1)은 상판재(2), 상판재(2)에 대해 직각으로 형성된 걸림부(3), 미끄러지는 것을 방지하기 위해 소정 간격으로 쌍줄로 형성된 논슬립부(4)로 이루어진다.
또, 본 발명의 제2의 특징에 따른 인조석 조성물 및 그 제조 방법에 있어서는 화력 발전소 등에서 수거된 바텀 애쉬를 수거하고 입도별로 선별한다.
그 후, 백색 포트랜드 시멘트 18∼45중량%, 바텀 애쉬 골재30∼65중량% 및 석산 폐기물인 석분 8∼18중량%로 구성된 조성물과 또는 색상 발휘를 위해 알루미나 제조공정에서 발생되는 폐기물인 레드머드를 시멘트 첨가량의 5∼15중량%, 아연스테아레이트 0.2∼1.0중량%, 스티렌부타디엔 라텍스 0.5∼5.0중량% 혼합한 배합사료에 물/시멘트 비를 0.25∼0.45로 조절하여 모르타르를 조성하고 일정 형틀에 주입하여 진동/가압하여 탈기시킨 후 상온(0∼40℃)에서 자연 양생시킨다. 다음에 이 조성물을 7∼28일 양생 후 용도에 따라 일정크기나 모양으로 절단하여 그대로 제품으로 생산하거나 경우에 따라 표면을 연마하여 광택을 내어 제품으로 생산한다.
상기와 같이 제조된 인조석 조성물도 제1의 특징에 따른 인조석과 마찬가지로 인조석의 종류나 용도에 따라 다양하게 제조할 수 있으며 예를 들면 인조석 바닥재, 논슬립형 계단석, 도로 경계석, 및 각종 건축물의 내외장재 등을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바텀 애쉬를 사용한 인조석의 조성물 및 그 제조 방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명에서 사용되는 시멘트는 일반 제1종 포트랜드 시멘트와 백색 포트랜드 시멘트(KS5204)이며, 전체 인조석 조성물에 대하여 그 첨가량을 18∼45중량%범위로 한정한 것은 18중량% 이하에서는 소정의 압축강도 발현이 어렵고 45중량%이상에서는 강도는 증가하나 인조석의 무늬 발현에 문제점이 있으며 한편 원가 상승의 요인이 되기도 한다. 또, 바텀 애쉬는 발전소에서 발생하는 그대로의 상태를 활용하는 것이 바람직하나 세골재와 조골재의 비율이 적정하게 되도록 약 25㎜이하로 사용하였다. 한편, 바텀 애쉬의 혼합비율을 30∼65중량%로 범위를 한정한 것은 30중량%이하 첨가량에서는 자연 질감의 무늬생성이 어렵고 반면 시멘트의 첨가량을증가시켜야 하는 단점이 있으며, 65중량% 이상에서는 역시 골재의 표츌량이 증가하여 강도 저하가 우려되며 외관상의 미적 효과가 떨어지는 단점이 있어 상기한 범위 내에서 혼합 비율을 조절하여 고강도와 미려한 외관이 표출되도록 제조하는 것이 바람직하다.
표 1은 바텀 애쉬의 입도분포를 나타낸 것으로 상기한 범위의 첨가량에서 조골재와 세골재의 혼합 비율이 적정하게 구성되어 강도 발현성이 증가하게 된다. 한편, 조골재 부분에서는 25㎜이하로 조정하고 세골재 부분에서는 0.1㎜이하 부분이 약 3% 이하 되게 하는 것이 바람직하다.
석분은 대체품으로 이용하여 시멘트와 골재와의 공극을 충전하여 강도 증가와 동결융해성의 향상을 얻고자 하는 것이다.
표 1은 바텀 애쉬의 입도분포를 나타낸 것이다.
구 분 |
입도(㎜) |
분포중량% |
누적중량% |
조 골 재 |
25 이상 |
0 |
0 |
25 내지 10 |
3.3 |
3.3 |
10 내지 5 |
21.6 |
24.9 |
세 골 재 |
5 내지 2.5 |
21.4 |
46.3 |
2.5 내지 1.2 |
16.4 |
62.7 |
1.2 내지 0.1 |
34.7 |
97.4 |
0.1 이하 |
2.6 |
100.0 |
한편, 본 발명에 있어서는 인조석의 색상 조절을 위해 레드머드를 시멘트량의 10∼15%를 첨가하여 바탕색을 연한 적색에서부터 약간 짙은 적색을 나타내게 조정한다. 레드머드는 구성 성분 중에 강한 알칼리 성분이 다량 함유되어 있어 사용하기 전에 중화를 위해 알칼리량과 당량의 황산 등을 첨가하여 중화시키는 것이필요하다. 이 경우, 소디움 설페이트(Na2SO4)가 생성되며 이 성분은 콘크리트 초기 강도와 속경성을 증가시켜 주는 효과를 발휘한다.
또, 시멘트/몰비가 0.25이하인 경우에는 바텀 애쉬의 흡수율이 커 충분한 혼합이 어렵고 진동/가압 성형시에 기밀성을 유지하기 어려우며 0.45이상에서는 모르타르의 슬럼프 값이 너무 커져 콘크리트의 강도가 저하되는 단점이 있다.
인조석의 방수성이나 내후성 증진을 위해 유기 첨가제인 아연 스테아레이트와 스티렌 부타디엔 라텍스의 첨가량은 방수, 내후성 및 경제성 등을 고려하여 적당량 첨가하는 것이 효과적이다. 아연 스테아레이트의 첨가량 0.2중량% 이하에서는 방수효과를 얻기가 어렵고 1.0중량% 이상에서는 모르타르 생성시의 작업성이 떨어지는 단점이 있다. 스티렌 부타디엔 라텍스를 5.0중량% 이상 첨가하여도 제품의 물성(강도)이나 내후성 증진에는 효과적이나 다만 생산원가 상승 등을 고려하여 첨가량을 조정하는 것이 바람직하다.
표 2는 본 발명의 인조석 조성물의 구성 성분 및 그 화학 분석치를 나타낸 것이다.
|
CaO |
Al2O3 |
SiO2 |
MgO |
Fe2O3 |
K2O |
Na2O |
TiO2 |
SO3 |
시멘트 |
61.40 |
6.40 |
20.50 |
1.04 |
5.51 |
0.86 |
0.28 |
- |
2.53 |
바텀애쉬 |
4.22 |
21.10 |
52.20 |
0.30 |
10.87 |
1.38 |
0.35 |
1.98 |
- |
석분 |
1.65 |
17.20 |
59.20 |
0.98 |
2.64 |
5.38 |
1.87 |
0.28 |
0.50 |
레드머드 |
8.90 |
22.40 |
20.30 |
0.30 |
15.50 |
0.03 |
11.00 |
6.67 |
0.10 |
상기한 바와 같이 본 발명에 따라 조성된 인조석 조성물을 이용하여 고강도와 비교적 경량이며 다양한 색상과 미려한 외관을 나타내는 각종 인조석을 제조할수 있다. 또, 본 발명의 인조석 조성물을 기본으로 하여 각종 인조석을 제조하는 방법은 종류나 농도 등에 따라 다양하게 제조할 수 있는 바, 예를 들면 인조석 바닥재, 논슬립형 계단석, 도로 경계석, 및 각종 건축물의 내외장재 등을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 인조석 제조방법에 관해 각각의 실시예에 따라 설명한다.
<실시예 1>
본 발명의 인조석 조성물을 보통 1종 포트랜드 시멘트 32중량%, 바텀 애쉬(표 1의 입도분포) 54중량% 및 석분 14중량%, 시멘트 첨가량에 대해 아연 스테아레이트 0.3중량%, 스티렌 부타디엔 라텍스 3.0중량%를 혼합하여 배합한 재료를 물/시멘트 비 0.40으로 모르타르를 제조하여 상온(0∼40℃)에서 일정 형틀에 투입하여 진동/가압 성형한 후, 상온에서 7∼28일 자연 양생하였다. 양생 후, 용도에 따라 경계석(예 : 상하폭×높이×길이=150㎝×120㎝×1000㎝)용으로 절단한다. 절단된 단면 중 표면에 노출되는 상/측면을 연마하여 광택을 내고 투명 에폭시 수지를 도포하여 방수처리를 실행하여 인조 경계석을 제조하였다.
<실시예 2>
본 발명의 인조석 조성물을 보통 1종 포트랜드 시멘트 32중량%, 바텀 애쉬(표 1의 입도분포) 54중량%, 석분 14중량% 및 레드머드를 시멘트 첨가량의 10중량%, 아연 스테아레이트 0.3중량%, 스티렌 부타디엔 라텍스 3.0중량%를 혼합하여 배합한 재료에 물/시멘트 비 0.40으로 모르타르를 제조하여 상온(0∼40℃)에서 일정 형틀에 투입하여 진동/가압 성형한 후, 상온에서 7∼28일 자연 양생하였다. 양생 후, 탈형하여 도 2에 도시된 바와 같은 계단석(예 : 가로×세로×높이=30㎝×1200㎝×4㎝)용으로 절단한다. 절단된 단면 중 표면을 연마하여 광택을 내고 미끄럼 방지를 위한 논슬립(4) 처리를 행하였다.
28일 양생하고 자연 건조시켜 제조한 본 발명의 인조석 제품의 시험결과를 표 3에 나타내었으며 이의 인장강도는 130㎏/㎠이었고, 압축강도는 420㎏/㎠이었다.
<실시예 3>
본 발명의 인조석 조성물을 백색 포트랜드 시멘트 32중량%, 바텀 애쉬(표 1의 입도분포) 54중량% 및 석분 14중량%, 시멘트 첨가량에 대해 아연 스테아레이트0.3중량%, 스티렌 부타디엔 라텍스 3.0중량%를 혼합하여 배합한 재료를 물/시멘트 비 0.40으로 모르타르를 제조하여 상온(0∼40℃)에서 일정 형틀에 투입하여 진동/가압 성형한 후, 상온에서 7∼28일 자연 양생하였다. 양생 후, 용도에 따라 경계석(예 : 상하폭×높이×길이=150㎝×120㎝×1000㎝)용으로 절단한다. 절단된 단면 중 표면에 노출되는 상/측면을 연마하여 광택을 내고 투명 에폭시 수지를 도포하여 방수처리를 시행하여 인조 경계석을 제조하였다.
<실시예 4>
본 발명의 인조석 조성물을 보통 1종 포트랜드 시멘트 32중량%, 바텀 애쉬(표 1의 입도분포) 54중량%, 석분 14중량% 및 레드머드를 시멘트 첨가량의 10중량%, 아연 스테아레이트 0.3중량%, 스티렌 부타디엔 라텍스 3.0중량%를 혼합하여 배합한 재료에 물/시멘트 비 0.40으로 모르타르를 제조하여 상온(0∼40℃)에서 일정 형틀에 투입하여 진동/가압 성형한 후, 상온에서 7∼28일 자연 양생하였다. 양생 후, 탈형하여 계단석(예 : 가로×세로×높이=30㎝×1200㎝×4㎝)용으로 절단한다. 절단된 단면 중 표면을 연마하여 광택을 내고 미끄럼 방지를 위한 논슬립(4) 처리를 행하였다.
28일 양생하고 자연 건조시켜 제조한 본 발명의 인조석 제품의 시험결과를 표 3에 나타내었으며 이의 인장강도는 139㎏/㎠이었고, 압축강도는 445㎏/㎠이었다.
시멘트종류 |
시험항목 |
시험결과 |
보통 1종 포트랜드 시멘트 |
인장강도 |
130㎏/㎠ |
압축강도 |
420㎏/㎠ |
흡 수 율 |
0.5%이하 |
내동해성 |
이상없음 |
백색 포트랜드 시멘트 |
인장강도 |
139㎏/㎠ |
압축강도 |
445㎏/㎠ |
흡 수 율 |
0.5%이하 |
내동해성 |
이상없음 |
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 국한되는 것은 아니고 여기에 등도 고려할 수 있다.
즉, 상기 실시예에 있어서는 인조석의 조성물 및 그 제조방법에 있어서, 색상 발휘를 위해 보크사이트를 처리하여 알루미나를 제조하는 공정에서 발생되는 폐기물인 레드머드를 첨가하는 구성으로만 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 인조석의 방수 내후성, 방오성 및 각종 특성 발현을 위한 여러 가지 혼화제를 적절하게 첨가하여 사용할 수 있음은 물론이다.