KR20160027872A - 친환경 다공성 경량 바이오 세라믹 스톤을 이용한 생물 콘크리트 인조암의 제조 및 조성방법 - Google Patents
친환경 다공성 경량 바이오 세라믹 스톤을 이용한 생물 콘크리트 인조암의 제조 및 조성방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 친환경 다공질 세라믹 스톤을 이용한 자연 동화형 (생물) 콘크리트 인조암의 제조 및 조성방법에 관한 것으로서, 다공질 세라믹 스톤을 시멘트 및 모래에 적정 배합비율로 배합함으로써 인조암에 다공성을 부여하여 다양한 미생물 및 식물이 부착 성장할 수 있도록 하면서도, 내구성이 강하여 콘크리트 배합 시 골재 및 유리섬유를 대체하여 혼합할 경우 경량화로 인한 자중감소로 내하력이 증진되어 구조적으로 안정하여 대형 구조의 시설물에도 안정적이고, 구조물의 단면 및 물량이 축소되어 시공이 용이하여 전체비용을 절감할 수 있으며 유리섬유에 의한 피해를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 다공질 세라믹 스톤으로부터 원적외선이 발생되어 미생물의 생리작용을 돕고 열에너지를 발생시켜 콘크리트의 냉복사열에 의한 열손실을 방지하고 유해물질을 분해하는 광전효과로 시멘트에 의한 독성을 저감할 수 있어 생태계에 미치는 악영향을 최소화 할 수 있으며 동시에 그대로의 자연미를 살릴 수 있는 자연경관복원용 친환경 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암의 제조 및 조성방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 친환경 다공질 세라믹 스톤을 이용한 자연 동화형 콘크리트 인조암의 제조 및 조성방법에 관한 것으로서, 다공질 세라믹 스톤을 시멘트 및 모래에 적정 배합비율로 배합함으로써 인조암에 다공성을 부여하여 다양한 미생물 및 식물이 부착 성장할 수 있도록 하면서도, 내구성이 강하여 콘크리트 배합 시 골재 및 유리섬유를 대체하여 혼합할 경우 경량화로 인한 자중감소로 내하력이 증진되어 구조적으로 안정하고, 구조물의 단면 및 물량이 축소되어 시공이 용이하여 전체비용을 절감할 수 있으며 유리섬유에 의한 피해를 방지할 수 있다. 또한 다공질 세라믹 스톤으로부터 원적외선이 발생되어 미생물의 생리작용을 돕고 열에너지를 발생시켜 콘크리트의 냉복사열에 의한 열손실을 방지하고 유해물질을 분해하는 광전효과로 시멘트에 의한 독성을 저감할 수 있어 생태계에 미치는 악영향을 최소화 할 수 있으며 동시에 그대로의 자연미를 살릴 수 있는 자연경관복원용 친환경 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암의 제조 및 조성방법에 관한 것이다.
종래의 테마파크, 골프장, 관광단지 등에 조성되는 인공폭포, 경관석,조형물 등의 인조바위(FRP, GRC, GFRC 등)의 조성성분을 보면 주성분이 시멘트에 인체에 유해한 유리섬유를 혼합하여 강도를 높인 복합재료로 구성되어 있어 시간이 지남에 따라 풍화작용 등으로 분진화 되면서 유해물질을 배출한다.
유리섬유 분진은 구조적으로 날카로운 입자형태를 가지고 있어 인체에 접촉 또는 호흡기로 흡수되어 폐포에 침착되면 건강에 치명적일 수 있다. 또한 유리섬유는 국내에서는 발암물질로 규정되어 있지 않지만, 국제암연구소(IARC)는 2002년 유리섬유 먼지를 흡입한 일부 동물에게서 발암 증거를 확인하고 3등급 부적합 물질로 분류하고 있고, 같은 해 국내에서 유리섬유가 위장장애, 피부질환, 뇌종양 등의 피해를 준 사실이 인정되어 인천주민들이 유리섬유 공장을 상대로 낸 청구소송에서 승소해 배상판결이 난 사례가 있어 유리섬유의 유해성은 국내외에서 이미 기정사실화되고 있다.
주성분인 시멘트는 유해 중금속을 함유하고 있어 상당한 독성을 지니고 오랫동안 독성물질을 내뿜는다. 시멘트 독성 중 인체 환경에 직접적인 위해를 줄 수 있는 대표적인 암모니아, 라돈과 같은 유해가스와 발암성 중금속인 6가크롬 방출, 열기를 흡수하고 냉기를 뿜어내는 냉복사열과 pH 14가 넘는 강알칼리성은 인간과 자연계에 존재하는 다양한 생물에 직·간접적인 형태로 해를 끼친다.
수중에서는 수질오염을 유발시킴과 동시에 수서생물을 사멸시키고 식물을 고사시키는 등 주변 환경에 직접적인 악영향을 끼치고 있다. 특히 기존의 인조바위 표면과 내부에는 공극이 없고 방수제 등이 첨가되어 독성증가와 수분 흡수력이 없어 미생물 및 이끼류의 부착 생장이 어렵고 자체 중량이 무거워 구조적으로 불안정하여 크랙발생, 철골변형, 지반침하에 의한 붕괴 위험이 있고 시공기간이 길고 어려울 뿐만 아니라 미관상 표현과 질감이 부자연스럽다.
한국등록특허공보 제901,655호는 시멘트 36~40중량%, 규사 55~60중량%, 메타카올린 1~6중량%, 셀룰로이즈 0.02~0.1중량%, 감수제 0.05~1중량%, 유리섬유 0.02~0.05중량% 및 첨가제 0.5~3중량%를 포함하여 구성되는 유리 섬유 강화콘크리트(GRC, Glass fiber reinforced concrete) 모르타르를 이용한 인조바위 제조방법을 제공하고 있다. 여기서 유리 섬유 강화콘크리트 모르타르는 중성화 방지 역할을 한다. 콘크리트 중성화는 콘크리트 속의 수산화칼륨이 대기 중의 이산화탄소, 산성비 등과 반응해 탄산칼슘으로 변화되어 콘크리트가 알칼리성을 잃어가는 현상으로 중성화가 진전하여 철근 위치까지 도달하면 철근에 녹이 발생하여 내구성이 저하 되고 철근콘크리트의 수명을 단축하게 되는 원인이 된다. 유리 섬유 강화콘크리트 모르타르의 구성성분으로는 일반적으로 사용되는 시멘트, 규사 및 감수제를 포함해 중화현상 방지를 위한 특징되는 성분으로 메타카올린이 인조바위의 수밀성 및 내구성 증진을 위하여 첨가되었고, 셀룰로이즈는 증점제로서 유리섬유 강화콘크리트 모르타르의 균질성, 점착성 및 균열저항성 향상을 위하여 첨가되었다. 또한 유리섬유는 모르타르의 인장강도 및 휨강도 증진을 위하여 첨가했고, 무기 광물계 첨가제를 사용하여 균질성을 증진시켰다. 위와 같은 성분들로 구성된 유리섬유 강화콘크리트 모르타르를 숏크리트 공법을 이용하여 뿜칠하고, 내염성, 내마모성, 내방수성 및 중성화 방지 효과 증대를 위하여 규불화 마그네슘과 아크릴 수지로 이루어진 액상 침투성 표면처리제를 스프레이하여 고내구성의 인조바위를 제공하는 것이다.
상기 특허에 의해 제조된 인조바위는 시멘트의 함량을 줄이는 대신 내구성을 증진시키는 성분들을 포함시켜 그 수명은 길 수 있다. 하지만 내구성을 극대화시킨 만큼 공극을 최소화하는 성분조합으로 이루어져 있고, 방수제를 처리하여 식물이나 미생물 등의 생물이 전혀 살 수 없는 환경이기 때문에 기존의 인공바위들처럼 이끼류 등의 생장이 불가능하다. 또한 유리섬유를 함유해 인체에 유해한 유리섬유의 단점을 고스란히 안고 있으며, 콘크리트의 함량이 기존의 방법보다 낮아지긴 했지만 여전히 큰 비중을 차지해 이 또한 생태계에 무해하다고 볼 수 없기 때문에 장기적으로 볼 때 친환경적이라 할 수 없다.
한국등록특허공보 제1,095,628호에는 중성화 방지성능을 갖는 탄소나노섬유 모르타르를 숏크리트 공법을 이용하여 뿜칠하고, 액상 침투성 표면처리제를 이용하여 내구성을 증진시킨 고내구성 인조바위의 제조방법을 제공하는 것으로 유리섬유 성분 대신 탄소나노섬유 성분을 첨가한다는 것을 제외하고 상기 한국등록특허공보 제901,655호와 모든 면에서 동일한 발명이다. 따라서 내수성, 중화 저항성, 내염성, 내마모성 향상으로 인한 내구성이 우수하고 유리섬유를 포함하지 않아 상기 특허공보의 단점으로 지적될 수 있는 유해성은 감소되지만 콘크리트의 유해성은 여전히 문제가 될 수 있고, 상기에서 언급한 것과 마찬가지로 공극이 최소화되어 이끼류 등의 생장이 불가능하다는 점에서 기존의 발명된 인조바위와 차이가 없다.
한국등록특허공보 제1,172,007호는 인조석 제조과정으로 자연석의 표면을 깨끗하게 청소한 후 겔(gel) 상태의 실리콘을 자연석의 표면에 도포하면서 실리콘 사이에 섬유질 기재를 혼입(混入)하여 경화시키고, 합성수지(FRP)를 도포하여 경화시키는 몰드 성형단계를 거친 후 경화된 몰드를 자연석에서 분리하고, 이 실리콘 몰드 내부에 이끼와 같은 선태식물을 부착하여 부분적으로 심어지도록 한 다음 경량골재로 구성된 반죽물을 투입하여 다져주어 기포를 제거하고, 반죽물에 금속 고정구를 매립(埋立)하여 끝이 돌출되도록 해서 반죽물을 몰드에서 분리한 후 경화시켜 자연석 무늬 결이 그대로 표현된 인조석(人造石)을 완성해 경량 반죽물로 인조석을 부분적으로 수정하고, 자연색 질감과 색상을 나타내는 안료를 칠하여 건조시키는 단계와 인조석의 외부에 수용성바인더를 칠한 후 건조시키는 단계로 구성된 방법을 개시하고 있다. 그리고 인조석의 주재료인 상기 반죽물은 칼슘설포알루미네이트(CSA), 펄라이트, 유리섬유, 에틸렌초산비닐수지(EVA), 혼화재 및 안료의 혼합물로 구성된다고 개시하고 있다.
하지만 반죽물 성분 함량이 기재되어 있지 않아 정확한 성분 함량을 알 수 없고 위의 구성성분들 중 유리섬유를 제외하고 내구성에 기여할 수 있는 성분이 존재하지 않기 때문에 내구성을 위해서 유리섬유를 함량을 높인다면 그만큼 유해성이 커질 수밖에 없는 단점이 있다. 또한 시멘트 독성이 없는 칼슘설포알루미네이트와 식물재배용 펄라이트를 주재료로 사용해 선태식물이 부착해 생장 가능하다고 기재하고 있으나 이를 입증하는 자료가 기재되어 있지 않다.
상기 선행기술들은 인조바위 조성물에 생태계에 유해한 시멘트의 성분함량을 줄이거나 포함시키지 않는 대신 내구성을 위해 공극이 최소화되는 성분을 첨가하거나 인장력 증대를 위해 유리섬유를 첨가하는 방법을 제시하고 있지만 시간이 지남에 따라 과하중에 피로가 누적되어 붕괴, 붕락의 위험이 있고 공극이 최소화 되면 미생물과 식물이 식생 할 수 없고, 유리섬유는 인체에 치명적이기 때문에 이러한 단점이 모두 보완할 수 있는, 인체와 자연에 무해하면서 미생물과 식물의 식생이 가능한 자연에 가까운 바위를 구현할 수 있는 구조적으로 안전한 친환경적인 인조바위의 제공이 요구되어 진다.
현재 제작 시공되고 있는 기존의 콘크리트 인조암(GRC, GFRC 등)은 구조적 안정성과 시멘트독성에 의한 환경에 미치는 악영향 및 식생은 배제한 채 경관성만을 위한 조성물로 제작 시공되고 있다. 따라서 붕괴위험, 공사비의 과다발생 등과 함께 독성에 의한 토양 미생물 및 식물의 부착 생장 저해, 독성의 수계 유출로 인한 수생태 환경 파괴 등 다양한 문제점이 발생되고 있다.
본 발명은 상기의 문제점들을 개선하기 위하여 콘크리트 배합 시 골재를 대체할 수 있는 다공질의 경량 세라믹 스톤을 혼합 형성하여 환경 친화적이고 구조적으로 안정한 자연동화형 녹화콘크리트 인조암을 조성하고자 한다. 본 발명은 위락시설, 경관조성 및 훼손지복원 등을 위한 자연동화형 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암을 제공하고자 한다.
본 발명은 다공질 경량 세라믹 스톤 35 내지 45 중량부; 모래 35 내지 45 중량부;
시멘트 15 내지 25 중량부; 및 첨가제 1 내지 5 중량부를 함유하고, 여기에서 다공질 경량 세라믹 스톤은, 원적외선 전방사율 0.90 내지 0.96을 갖는 혈암 20 내지 40 중량%; 원적외선 전방사율 0.85 내지 0.92를 갖는 황토 30 내지 50 중량%; 원적외선 전방사율 0.87 내지 0.91을 갖는 백운석 5 내지 15 중량%; 및 혼화제 15 내지 20 중량%로 이루어지고, 1,100 내지 1,200 ℃에서 소성 발포된 것인 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암 조성물을 제공함으로써 상기 과제를 해결하였다.
본 발명은 또한 다공질 경량 세라믹 스톤 35 내지 45 중량부; 모래 35 내지 45 중량부; 시멘트 15 내지 25 중량부; 및 첨가제 1 내지 5 중량부를 함유하고, 여기에서 다공질 세라믹 스톤은, 원적외선 전방사율 0.90 내지 0.96을 갖는 혈암 20 내지 40 중량%; 원적외선 전방사율 0.85 내지 0.92를 갖는 황토 30 내지 50 중량%; 원적외선 전방사율 0.87 내지 0.91을 갖는 백운석 5 내지 15 중량%; 및 혼화제 15 내지 20 중량%로 이루어지고, 1,100 내지 1,200 ℃에서 소성 발포된 것인 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암 조성물; 및 물을 혼합하여 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암의 조성·제조 방법 및 이에 의해 제조되는 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암을 제공함으로써 상기 과제를 해결하였다.
본 발명에 따른 인조암의 경우, 다공질 경량 세라믹 스톤을 시멘트 및 모래에 적정 배합비율로 배합 사용함으로써 인조암에 다공성을 부여하여 다양한 미생물 및 식물이 부착 성장할 수 있도록 하면서도, 내구성이 강하여 콘크리트 배합시 골재를 대체하여 혼합할 경우 경량화로 인하여 구조적으로 안정하고, 시멘트 사용량을 크게 줄일 수 있어 시멘트에 의한 독성을 크게 감소시킬 수 있으며, 다공질 경량 세라믹 스톤으로부터 원적외선이 발생되어 미생물의 생리작용을 돕고 열에너지를 발생시켜 유해물질을 분해하는 광전효과를 나타내고, 시공이 빠르고 동시에 자연미를 살릴 수 있으며 특히 경량의 세라믹스톤을 이용한 인조암은 본체의 자중을 줄임으로써 구조물의 단면이 축소되고 철근 및 철골의 물량이 감소되어 시공이 용이하여 공사기간을 단축할 수 있어 전체 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 다공성 경량 세라믹 스톤의 전자현미경(SEM) 사진을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 친환적인 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암의 구조도를 예시한 단면도이다.
도 3은 이끼 식생 실험 결과를 나타낸 것으로서 좌측은 대조군(시멘트 콘크리트 인조암), 우측은 본 발명에 따른 시험군(실시예1)(다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암)이다.
도 2는 본 발명에 따른 친환적인 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암의 구조도를 예시한 단면도이다.
도 3은 이끼 식생 실험 결과를 나타낸 것으로서 좌측은 대조군(시멘트 콘크리트 인조암), 우측은 본 발명에 따른 시험군(실시예1)(다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암)이다.
본 발명은 다공질 경량 세라믹 스톤, 모래 및 시멘트를 함유하는 친환경적인 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암 및 이의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명은 다공질 경량 세라믹 스톤 35 내지 45 중량부; 모래 35 내지 45 중량부; 시멘트 15 내지 25 중량부; 및 첨가제 1 내지 5 중량부를 함유하고, 여기에서 다공질 세라믹 스톤은, 원적외선 전방사율 0.90 내지 0.96을 갖는 혈암 20 내지 40 중량%; 원적외선 전방사율 0.85 내지 0.92를 갖는 황토 30 내지 50 중량%; 원적외선 전방사율 0.87 내지 0.91을 갖는 백운석 5 내지 15 중량%; 및 혼화제 15 내지 20 중량%로 이루어지고, 1,100 내지 1,200 ℃에서 소성 발포된 것인 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 다공질 경량 세라믹 스톤은 본 발명의 발명자에 의한 선행특허인 한국등록특허 449,443호에 따른 것으로서, 보다 구체적으로 원적외선 전방사율 0.90 내지 0.96을 갖는 발포혈암 20 내지 40 중량%; 원적외선 전방사율 0.85 내지 0.92를 갖는 황토 30 내지 50 중량%; 원적외선 전방사율 0.87 내지 0.91을 갖는 백운석 5 내지 15 중량%; 및 혼화제 15 내지 20 중량%를 포함하는 75 내지 80의 공극율 및 200 내지 250 kgf/㎠ 의 강도를 갖는 바이오 세라믹 담체로서, a) 상기 발포혈암, 황토, 백운석, 혼화제를 배합하는 공정 b) 상기 혼합물을 압력 0.25 내지 0.3 kgf/㎠ 및 성형 온도 1000 내지 1200 ℃에서 압출 성형하는 공정 c) 상기 압출 성형물을 건조하는 공정 및 d) 상기 건조 공정 후 소성하는 공정을 포함하는 방법에 의하여 제조되는 것이며, 구형으로 제조된다.
즉, 다공질 경량 세라믹 스톤으로는 국내에 대량으로 산재해 있는 천연 혈암(shale), 황토, 백운석 등을 혼합 소성 발포한 다공질의 경량 세라믹 스톤을 이용한다. 소성 발포된 세라믹 스톤에서 발생되는 원적외선이 미생물의 생리작용을 돕고 열에너지를 발생시켜 유해물질을 분해하는 광전효과를 나타내며, 다공질의 공극이 다종다량의 미생물 및 식물을 부착 성장 시킬 수 있다.
본 발명에서 사용되는 다공질 경량 세라믹 스톤의 골재 성분 및 규격은 다음 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같다. 다공질 경량 세라믹 스톤의 크기는 200 mesh(powder) ~ 100 mm 정도의 크기까지 다양하게 제조할 수 있으며 제조과정에서 다량의 공극을 포함하게 된다.
구체적으로는 상기 기능을 갖는 다공질의 바이오 세라믹 스톤은 고온으로 소성 발포된 제품으로 내부는 입자간 미세간극의 집합으로 형성되어 있기 때문에 간극간은 산소와 물의 통로와 저장소로 이용되고 궁극적으로는 다종다량의 미생물과 이끼류 등 식물의 부착성장을 원활하게 하는 좋은 서식환경이 된다. 참고로 식생가능 공극율은 25% 이상이다. 또한 고온 소성되어 높은 강도를 나타내는 경량 세라믹 소재로써 내구성이 강하여 콘크리트 배합 시 골재를 대체하여 혼합할 경우 구조적으로 안정적이며 시공이 빠른 특성이 있다.
본 발명에서, 상기 첨가제로는 색채를 내기 위한 재료가 사용될 수 있으며, 이로 제한되는 것은 아니나, 천연물질로 제조된 무기질의 산화방지 도료를 사용할 수 있다.
본 발명은 다공질 경량 세라믹 스톤 35 내지 45 중량부; 모래 35 내지 45 중량부; 시멘트 15 내지 25 중량부; 및 첨가제 1 내지 5 중량부를 함유하고, 여기에서 다공질 세라믹 스톤은, 원적외선 전방사율 0.90 내지 0.96을 갖는 혈암 20 내지 40 중량%; 원적외선 전방사율 0.85 내지 0.92를 갖는 황토 30 내지 50 중량%; 원적외선 전방사율 0.87 내지 0.91을 갖는 백운석 5 내지 15 중량%; 및 혼화제 15 내지 20 중량%로 이루어지고, 1,100 내지 1,200 ℃에서 소성 발포된 것인, 다공성 경량 세라믹 인조암 조성물에 전체 중량 대비 20 내지 30 중량%의 물을 배합한 콘크리트를 인조암의 뼈대구조로 가공 조립된 케이징에 숏크리트 타설하는 단계; 및 상기 숏크리트 타설된 면을 천연암의 형상으로 조각하는 단계를 포함하는 다공성 경량 세라믹 콘크리트 (생물) 인조암의 시공방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 구조계산에 의한 설계에 따라 가공 조립된 케이징에 숏크리트를 타설하는 단계; 및 자연암의 형상으로 조각하여 구조적 경량화와 식생기반을 조성하는 단계를 포함하는 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암의 제조 및 조성방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 숏크리트 타설은 (a) 구형 다공성 세라믹 스톤의 지름이 1 내지 3 mm 인 상기 콘크리트를 인조암의 뼈대구조로 가공 조립된 케이징에 1차 숏크리트 타설하는 단계; 및 (b) 구형 다공성 세라믹 스톤의 지름이 1 내지 10 mm 인 상기 콘크리트를 1차 숏크리트 타설된 면에 2차 숏크리트 타설하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 보다 구체적으로 숏크리트 타설은 1차 바탕면 콘크리트에 강도를 유지하기 위하여 구형 다공성 세라믹스톤 Ø1 내지 3 mm 규격을 혼입한 것으로 배합하고 2차 마감콘크리트는 자연 질감 표현 및 생물의 자연 식종을 위하여 보다 공극이 큰 Ø1 내지 10 mm 구형 다공성세라믹 스톤을 혼입한 것을 사용하여 타설할 수 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 인조암에 다양한 형태의 천연암 질감을 표현하기 위하여 2차 숏크리트 타설 및 면을 고른 후에 Ø1~25 mm의 다공성 경량 세라믹 스톤을 암반의 형태에 따라 흩뿌려주는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상설한 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암의 제조 및 조성방법에 의한 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암에 관한 것이다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암은 공극율이 25 내지 50%이고, 강도가 25 MPa 내지 35 MPa인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암은 무게가 보통 콘크리트 인조암 대비 30% 이상, 보다 구체적으로 30% 내지 40% 이상 가벼울 수 있다. 여기에서 보통 콘크리트란 단위중량이 2,000~2,500 kg/㎥인 것을 말한다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암은 2차 숏크리트 타설 직후 탈색 없는 자연색상을 유지하기 위하여 천연 무기안료인 흑운모, 유색 고령토 등 색채분채 안료를 몰탈이 굳기 전에 바탕면에 뿌려 주어 영구적인 자연암 질감을 유지시킨 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 조각 단계 후 탈색 없는 자연색상을 유지하기 위하여 콘크리트가 굳기 전에 천연 무기안료를 뿌려 주고 산화방지 도료를 도포하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암은 다공질 경량 세라믹 스톤에서 발생되는 원적외선의 광전효과로 콘크리트의 열화요인을 포집하여 냉복사에 의한 열손실을 방지하여 내구성을 향상하고 독성물질을 차단·저감 시킬 수 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암은 다공질 구조, 또는 다공질의 벌집구조로 형성되어 고강도이면서도 경량으로 구조물의 내구성과 무거운 중량을 지지할 수 있는 내하력을 보유한다.
본 발명에 따른 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암은 미생물 및 식물의 부착 성장이 가능한데, 이는 표면이 거친 다공질로 형성되어 미세조류, 이끼류 등의 부착이 용이하고 다공질 경량 세라믹 스톤을 적정 비율로 배합함으로써 시멘트 사용량을 크게 줄일 수 있어 시멘트에 의한 독성을 크게 감소시킬 수 있기 때문이다. 이와 함께, 다공질 경량 세라믹 스톤으로부터 원적외선이 발생되어 미생물의 생리작용을 돕고 열에너지를 발생시켜 유해물질을 분해하는 광전효과와 시멘트의 냉복사열에 의한 열손실을 방지하여 미세조류, 이끼류 등의 생장을 촉진시켜 다양한 생물의 공존으로 생태계가 복원되고 광합성 작용으로 CO2를 줄일 수 있어 기후변화에 대응하고 자연미를 살릴 수 있는 장점도 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 본 발명의 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암에 부착생장이 용이한 이끼를 식종함으로써, 무기환경을 자연화하는 소재로 활용될 수 있다. 이끼 식물은 통도조직이 없어 대기로부터 수분과 양분을 직접 흡수하여 생장하므로 공극이 많고 표면이 거친 본 다공성경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암 표면에 고착이 용이하여 음지양지 여부 등의 조건에 구애받지 않고 생장이 가능하다. 또한 이끼류는 내부와 외부의 수분 포텐셜을 빠른 속도로 평형시키는 식물이기 때문에 관수 등 관리가 필요하지 않다는 장점이 있다. 여기서 관상가치가 있고 부착성장이 용이한 서리이끼, 털깃털 이끼, 깃털이끼, 나무이끼, 꽃송이이끼, 아기덩굴초롱이끼, 표주박이끼, 우산이끼, 솔이끼와 등의 식물과 담쟁이 등 넝쿨 식물로 식종할 수 있다. 각 이끼의 특성은 다음 표 3에 나타낸 바와 같다:
본 발명에 따른 일 양태에서, 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암은 워터파크, 연못, 인공폭포, 골프장, 공원 등의 조경물, 경사면 또는 훼손산지복원, 경관도로 조성, 빌딩 등의 벽면, 옥상의 녹화사업 등과 스포츠시설의 조형물, 자연경관 복원, 생태하천 복원의 시공에 사용될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 따른 다공질의 경량 세라믹 스톤을 함유한 인조암은 경관용 조형물은 물론 산림복구, 암반녹화, 사면안정화 공법에 적용이 가능한 환경 친화적인 식생 콘크리트이다.
이하, 본 발명에 따르는 제조예를 통한 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예 및 실험예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[
제조예
및
실험예
]
제조예
1. 다공질 경량 세라믹
스톤의
제조
황토 40%, 발포 혈암(강원도 화천군 계성리산) 30%, 백운석 10%, 혼화제 20%를 배합하였다. 그리고 압력 0.3 kgf/㎠의 조건으로 압출 성형한 후 건조하여 소성 온도 1,100 ℃로 소성함으로써 본 발명의 다공질 경량 세라믹 스톤을 제조하였다.
제조예
2. 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트
인조암
제조
제조예 1에서 제조된 다공질 경량 세라믹 스톤에 시멘트 및 모래를 혼합한 후, 에어-엔트레이닝 고성능 감수제(AE)와 플라이 애쉬를 첨가한 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암 조성물에 물을 혼합하여 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암을 제조하였다.
다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암 제조 시 각 성분의 배합량은 다음 표 4에 나타낸 바와 같다:
[
비교예
]
비교예
1. 시멘트 콘크리트
인조암의
제조
시멘트 3.5 kg, 모래 3 kg, AE 0.03 kg, 유리섬유 0.15 kg, 및 물 1.2 L를 혼합하여 시멘트 콘크리트 인조암을 제조하였다.
[
실험예
]
실험예
1.
털깃털
이끼 생육 실험
식물의 부착 생장력을 시험하기 위해 흔히 찾아볼 수 있는 선태류 중 내건성과 내습성이 우수하고 땅이나 암반에 널리 자생하고 있는 털깃털 이끼를 사용하여 생육실험을 진행하였으며, 실험 조건은 다음 표 5에 나타낸 바와 같다:
시험군으로는 제조예 2(의 실시예1)의 인조암을, 대조군으로는 비교예 1의 시멘트 콘트리트 인조암을 사용하였다. 실험장소의 평균 습도는 85%, 온도는 15~25℃, 실험 기간은 1년이었다.
그 결과 제조예 2(의 실시예1)의 인조암에서 털깃털 이끼는 초장 길이 1 cm에서 6개월 후 5 cm, 12개월 후 9 cm로 점차 생장하여 착생하였으며 90%의 시험 면적당 활착율을 보였다(도 3).
실험예
2.
인조암의
생태 독성 평가 실험
본 발명에 따른 인조암의 생태 독성영향 평가를 위하여 물벼룩을 이용하여 급성 독성 시험을 수행하였으며, 실험은 수질오염공정시험법에 준하여 수행하였다.
시험군으로서 제조예 2(의 실시예1)에 따른 다공성 경량 세라믹 (생물) 콘크리트 인조암 시편(20cm*20cm)을 사용하였고, 이를 72시간 동안 침지한 시험 수 2L를 준비하였다. 대조군으로서 비교예 1의 시멘트 인조암 시편(20cm*20cm)을 72시간 동안 침지한 시험 수 2 L를 준비하였다. 초기 시험수는 수돗물이었고, 시험생물종은 물벼룩(Daphnia magna)으로 하였다.
시험군과 대조군의 상등액을 각각 각각 500 mL 분취하고 이 상등액을 100% 원수로 하여 24시간 동안 물벼룩을 노출시켜 반수가 움직임에 영향을 받는 농도(반수영향 농도, EC50)을 구하였고 생태독성(TU, toxic unit)을 계산하였다(TU=100/EC50). 측정 결과는 다음 표 6에 나타낸 바와 같다:
실험결과, 본 발명에 따른 인조암(제조예 2의 실시예1)의 경우, 독성이 전혀 나타나지 않은 반면, 일반 시멘트 인조암(비교예 1)의 경우 물벼룩에 대하여 상당한 수준의 독성을 나타내는 것으로 나타났다.
[
시공예
] 다공성 경량 (생물) 콘크리트
인조암의
시공
본 다공성 경량 (생물) 콘크리트 인조암의 시공방법은 직조형 인조암 제작방법과 동일하면서도 경량화에 따른 구조적 안정성 확보, 시멘트 독성저감, 유해물질 비산 방지, 식생 가능한 친환경 (생물) 콘크리트 인조암을 실현시킨 것으로서 시공방법은 기초공사 → 골조제작 설치공정 → 케이징(caging)제작 설치공정 → 1차 뿜칠 작업공정 → 2차 뿜칠 작업공정 → 세라믹스톤 덧뿌리기 → 조각공정 → 착색공정으로 이루어졌다.
이어서, 상기에서 언급된 각 단계의 공정에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다:
1. 구조용 앵글(골조)
부식을 방지하기 위하여 아연도금 또는 스테인레스 앵글을 사용하였고 옹벽 및 배후지반에 설치되는 락볼트 또는 앵커 등에 체결하여 고정하였다.
2.
케이징
(
caging
) 제작
녹막이 방청 철근 또는 스테인레스 강봉을 콘크리트 구조설계기준에따라 가공 조립하였다. 그 배후면에 거푸집을 대체할 수 있는 철망(2~5 mm) 또는 천연 코코넛망(2~5 mm) 등을 철근에 40 mm 이상 유격을 두고 결속선으로 결속하여 철근이 충분히 피복될 수 있도록 하였다.
기존 콘크리트 인조암의 경우 철근의 형식적인 설치로 규격 및 피복두께가 허용 오차범위를 벗어나 철근 부식에 따른 구조물의 내하력 저하 등 안정성에 문제점이 발생되고 있다. 철근의 최소 피복두께 확보는 콘크리트 인조암의 수명과 안정성에 크게 작용한다. 따라서 철근의 피복은 철근의 부식으로 인한 팽창으로 균열이 발생하기 때문에 피복두께가 적으면 부착파괴가 발생되어 시공불량에 따른 품질의 저하가 발생할 수 있으므로 인조암과 같이 외부노출 콘크리트의 피복두께는 향후 특수 환경에 노출될 가능성을 고려하여 철근콘크리트 표준시방에 따라 최소 40 mm 이상으로 적용하였다.
3. 콘크리트 배합설계
고강도 경량 콘크리트 인조암의 경량화 및 강도증진을 위하여 용적비로 시멘트 1 : 모래 2 : 다공질 경량 세라믹스톤(Ø1~10 mm) 2의 비율로 배합하였으며, 배합 시 인조암 조성물과 물의 배합비를 최소화(20~30%)하였고, 내식과 내구성 향상 및 콘크리트타설을 용이하게 하기위한 에어-엔트레이닝(air-entraining, AE) 고성능 감수제(시멘트 중량의 0.8~1.5% 물과 희석)와 강도증진을 위한 고성능 혼화제인 플라이 애쉬(1~2%)를 혼입하여 재령28일 압축강도 25~35 MPa 이상의 고강도 발현이 가능토록 하였다. 따라서 내구성이 향상되어 자중 및 저강도에 의한 붕괴나 크랙발생이 방지되고 하부지지구조의 단면이 축소되어 부가적인 보강공사가 필요 없어지므로 공사기간 단축, 시공성 향상 등으로 인한 전체 건설비용을 절감할 수 있었다.
4. 콘크리트 타설
상기의 구조로 경관용 골조 및 케이징이 설치되면 숏크리트 타설기를 이용하여 콘크리트를 타설하되 1차 바탕면 콘크리트에 다공성 경량 세라믹스톤 Ø1~3 mm 규격을 혼입한 것으로 배합하고 2차 마감콘크리트는 자연 질감 표현 및 생물의 자연 식종을 위하여 보다 공극이 큰 Ø1~10 mm 다공성 경량 세라믹 스톤을 혼입한 것을 사용하여 타설하였다.
5. 다공성 경량
세라믹스톤
덧 뿌리기
*2차 마감 숏크리트를 타설하고 흙손 등 고름도구를 이용하여 바탕면을 고른 후 인조 바위에 다양한 자연질감을 표현하기 위하여 다공성 경량 세라믹 스톤(Ø1~25 mm)을 자연스럽게 암반의 형태에 따라 흩뿌려주어 자연스런 질감을 더 연출할 수 있도록 하였다.
6. 조각
자연 그대로의 형상 및 질감을 연출할 수 있는 다양한 조각 도구를 이용해 아티스트들에 의해 조각 작업을 수행하였다.
7. 착색(천연도장)
조각 작업 후 탈색방지 및 자연색상 발현을 위해 기본 바탕색으로 천연 무기안료인 흙운모, 유색 고령토, 철분 등 색채 분채 자연안료를 몰탈이 굳기 전에 바탕면 고름 후 골고루 뿌려주고 마감으로 산화방지 도료를 사용하여 자연과 동화되는 질감으로 채색하였다.
8. 식재
계획단계부터 경관성 향상 및 암반녹화 식생도입을 고려한 자연배치 구조로 설계되어 별도의 식재포토 설치가 필요 없었으며, 자연배치 구조설계에 따라 자연스럽게 형성된 바위틈에 경량의 배수재를 포함한 식생기반을 조성하여 주변 수림환경에 맞는 다양한 수종과 관목, 교목류는 물론 크기에 상관없이 지금까지 할 수 없었던 암절개면을 자연상태로 녹화 복원할 수 있는 공법으로, 특히 인조암 표면이 거친 기공으로 형성되어 있어 넝쿨식물, 이끼류 등의 부착생장이 용이하였다.
Claims (7)
- 다공질 경량 세라믹 스톤 35 내지 45 중량부; 모래 35 내지 45 중량부; 시멘트 15 내지 25 중량부; 및 첨가제 1 내지 5 중량부를 함유하고, 여기에서 다공질 세라믹 스톤은, 원적외선 전방사율 0.90 내지 0.96을 갖는 혈암 20 내지 40 중량%; 원적외선 전방사율 0.85 내지 0.92를 갖는 황토 30 내지 50 중량%; 원적외선 전방사율 0.87 내지 0.91을 갖는 백운석 5 내지 15 중량%; 및 혼화제 15 내지 20 중량%로 이루어지고, 1,100 내지 1,200 ℃에서 소성 발포된 것인, 다공성 경량 세라믹 콘크리트 인조암 조성물에 전체 중량 대비 20 내지 30 w/w%의 물을 배합한 콘크리트를 인조암의 뼈대구조로 가공 조립한 케이징에 숏크리트 타설하는 단계; 및 상기 숏크리트 타설된 면을 천연암의 형상으로 조각하는 단계를 포함하고,
여기에서 숏크리트 타설은, (a) 구형 다공성 세라믹 스톤의 지름이 1 내지 3 mm인 상기 콘크리트를 인조암의 뼈대구조로 가공 조립된 케이징에 1차 숏크리트 타설하는 단계; 및 (b) 구형 다공성 세라믹 스톤의 지름이 1 내지 10 mm인 상기 콘크리트를 1차 숏크리트 타설된 면에 2차 숏크리트 타설하는 단계를 포함하는, 다공성 경량 세라믹 콘크리트 인조암의 시공방법.
- 제1항에 있어서,
인조암에 다양한 형태의 천연암 질감을 표현하기 위하여 2차 숏크리트 타설 및 면을 고른 후에 Ø1~25 mm의 구형 다공성 경량 세라믹 스톤을 암반의 형태에 따라 흩뿌려주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 다공성 경량 세라믹 콘크리트 인조암의 시공방법.
- 제1항 또는 제2항의 시공방법으로 시공된 다공성 경량 세라믹 콘크리트 인조암.
- 제3항에 있어서,
다공성 경량 세라믹 콘크리트 인조암은,
공극율이 25 내지 50%이고, 강도가 25 Mpa 내지 35 Mpa인 것을 특징으로 하는, 다공성 경량 세라믹 콘크리트 인조암.
- 제3항에 있어서,
다공성 경량 세라믹 콘크리트 인조암은,
무게가 보통 콘크리트로 제조된 인조암 대비 30% 이상 가벼우며, 여기에서 보통 콘크리트란 단위중량이 2,000~2,500 kg/m3인 것을 특징으로 하는, 다공성 경량 세라믹 콘크리트 인조암.
- 제3항에 있어서,
다공성 경량 세라믹 콘크리트 인조암은,
굴곡부에 주변 환경에 맞는 다양한 식물이 식재되어 있거나, 표면에 식물이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는, 다공성 경량 세라믹 콘크리트 인조암.
- 제3항에 있어서,
다공성 경량 세라믹 콘크리트 인조암은, 공원조성, 위락시설, 스포츠시설의 조형물, 훼손산지, 자연경관 복원, 생태하천 복원 및 경관도로 조성으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 시공에 사용되는 것을 특징으로 하는, 다공성 경량 세라믹 콘크리트 인조암.
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