KR20170114601A - 차열컬러샌드 및 이를 포함하는 차열블록 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차열컬러샌드 조성물, 차열컬러샌드 및 차열블록에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 특정 수지와 특정 안료로 세골재인 모래를 착색시켜 제조한 차열컬러샌드 및 이의 제조에 사용되는 조성물을 제공하고, 이러한 차열컬러샌드를 도입하여 차열성 및 기계적 물성이 우수한 차열블록을 제공하고자 한다.

Description

차열컬러샌드 및 이를 포함하는 차열블록{Heat insulating color sand and Heat insulating block containing the same}
본 발명은 차열컬러샌드 및 이를 포함하는 차열성이 우수한 블록에 관한 것이다.
최근 급격한 도시발전은 도시 열섬현상으로 열대야를 유발하고 열중증으로 인한 건강피해를 증가시킬 뿐만 아니라, 도시형 수해와 대기오염 유발 영향요인 등으로 작용할 수 있기 때문에 이를 억제하거나 완화하기 위한 방안의 도출이 시급한 실정이다.
한편, 현재 물을 통과시키지 않는 종래의 콘크리트, 보도용 판이나 불투수층 블록이 도심부 내에 대부분을 차지하고 있으며 최근에는 환경문제를 고려하여 시중에서 사용되고 있는 투수성 블록이 개발되어 수분을 하부로 통과시켜 지중에 공급하는 형태를 갖추고는 있으나 열 환경에 대한 해소는 미흡한 문제가 있다.
최근 연구가 이루어지고 있는 보수성능을 가지는 블록의 경우, 수분을 블록 내에서 흡수하였다 기화되면서 주위의 온도를 낮추고 있으나, 블록 내의 수분 흡수 기간 및 지속적인 수분 흡수에 대한 문제점과 여름철 게릴라성 집중호우가 빈번해지고, 우기 빈도가 감소하여, 보수성 블록의 지속적인 차열 기능 감소가 문제되며, 이에 따른 해결방안으로서 지속적인 수분공급장치 등의 추가 장치가 필요로 하지만, 아직까지 실용화와 예산부족으로 실현화되고 있지 못하고 있으며, 이는 수분공급 및 살수의 시기를 직접 수동으로 제어하면서 관리에 있어 많은 어려움이 있다.
차열성 포장의 경우, 차열 안료를 시멘트와 섞어서 일정 이상의 명도를 확보하면서 온도상승억제 효과를 얻을 수 있는 기술이 개발 되고 있으나, 이 방법으로 얻을 수 있는 블록은 고가에 차열 안료에 의존하고 있으며 또한 기존 콘크리트 블록의 표면과 동일한 형태이면서 온도 상승 요인이 되는 표층부에 몰탈 페이스트가 골재 주변을 감싸고 있어 제대로 된 차열 성능을 발휘하기는 어려운 문제점에 있다.
또한, 차열성 포장의 경우, 건물의 옥상면, 차도 등의 도료 조성물 제조 및 도포방법 등에 대한 특허가 개시되고 있으나, 대부분 차열도막 형태에 코팅기술이며 보수재를 이용한 보수성 차열기술들이 대부분이다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-0818489호에 소개된 기술에 따르면, 보수성 재료인 고흡수성 폴리머 및 광물성 세라믹 미분말을 배합하여 최대 보수량 4.0~8.0 l/㎡(두께 5㎝)를 갖는 보수성 시멘트 페이스트를 다공성 개립도 아스팔트 포장체 공극에 충전한 보수성 포장층과 표층용 배수성 아스팔트를 제조하여 보수성 포장층 상부에 포설한 후 다짐한다고 제시되었다. 그러나 보수성 재료로 사용되는 고흡수성 폴리머 등과 같은 화학적 보수성 재료들은 화학적 결합에 의하여 물을 흡수하므로 초기에는 효과가 좋으나, 화학적 결합의 특성상 비가역적인 반응이 어려워 물의 이동과 이탈이 어려운 문제점이 있어서 투수성 기능의 유지와 물의 증발잠열의 통한 표면온도 저감이라는 효과를 기대하기 어렵다. 특히 사용 초기에는 보수 능력이 유지될 수 있지만 화학적 폴리머 성분의 능력이 시간이 지남에 따라 저감 되는 문제가 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-0764598호(공고일 2007년 10월 1일) 일본 공개특허번호 제2004-225283호(공개일 2004년 8월 12일)
본 발명은 차열블록의 차열성을 증대하기 위해 새로운 차열소재를 개발하고자특정 노력한 결과, 특정 수지와 특정 안료로 세골재인 모래를 착색시키면 모래에 대한 안료의 착색 효과가 우수하고, 이를 이용하여 블록 등을 제조하면 높은 차열효과를 부여할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다. 즉, 본 발명은 차열컬러샌드 조성물, 이를 이용하여 제조한 차열컬러샌드 및 이를 도입한 차열블록을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 차열컬러샌드 조성물에 관한 것으로서, 에틸렌성 불포화 단량체를 공중합시켜 얻어지는 공중합체의 수분산체를 포함하는 아크릴계 에멀젼 수지; Cu(Mn, Fe)2O4의 조성으로 표시되는 스피넬 구조의 금속산화물을 포함하는 블랙 안료 및 산화텅스텐을 포함하는 차열안료; 및 모래;를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 차열컬러샌드 조성물은 상기 아크릴계 에멀젼 수지 100 중량부에 대하여 상기 차열안료 10 ~ 30 중량부 및 상기 모래 1,000 ~ 8,000 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 에틸렌성 불포화 단량체는 메틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, i-부틸 메타크릴레이트, 헥사데실 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, i-부틸 아크릴레이트 및 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, N-메틸올메타크릴아미드, N-메틸올 아크릴아미드, 글리시딜 메타크릴레이트, 디아세톤 아크릴아미드, 아세톡시에틸렌아크릴레이트, 아세톡시에틸렌 메타크릴레이트 및 아세톡시에틸 클로토네이트로 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 공중합체는 중합 또는 공중합 후에 Tg가 80℃ 이상인 되는 에틸렌성 불포화 단량체(A)와 Tg가 30℃ 이하인 에틸렌성 불포화 단량체(B)를 1 : 2 ~ 6 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 블랙 안료는 철 및 망간을 1 : 5 ~ 25 몰비로 포함하고, 구리/(망간+철)의 몰비가 1 : 2 ~ 3.5 몰비로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 차열컬러샌드 조성물 중 상기 차열안료는 주석이 도핑된 산화인듐, 안티몬이 도핑된 산화주석, 알루미늄이 도핑된 산화아연, 인듐이 도핑된 산화아연, 주석이 도핑된 산화아연 및 규소가 도핑된 산화아연 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 적외선 차폐제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 차열컬러샌드 조성물을 포함하는 차열컬러샌드를 제공하고자 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 차열컬러샌드는 아크릴 폴리올 수지 25~35 중량%, 폴리에스테르 폴리올 수지 25~35 중량%, 톨루엔 5~15 중량%, 크실렌 10~20 중량%, 부틸아세테이트 10~20 중량%를 포함하는 코팅제로 표면이 코팅되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 폐각골재를 포함하는 차열블록에 관한 것이다.
본 발명의 차열블록은 기층, 표층 및 차열-미끄럼 방지 구조층이 차례대로 형성되어 있고, 상기 차열-미끄럼 방지 구조층은 상기 차열 컬러샌드 및 폐각골재 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며, 상기 표층은 백시멘트, 백규사, 차열 컬러샌드 및 상기 폐각골재를 포함하고, 상기 기층은 투수 기층 또는 불투수 기층일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 표층은 백시멘트 100 중량부에 대하여, 백규사 120 ~ 300 중량부, 차열 컬러샌드 40 ~ 250 중량부, 폐각골재 30 ~ 100 중량부 및 물 20 ~ 50 중량부를 포함하는 표층 몰탈로 형성시킨 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 불투수 기층은 물 100 중량부에 대하여, 포틀랜드시멘트 300 ~ 400 중량부 및 세골재 1,500 ~ 2,500 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 표층은 평균공극이 12% ~ 20%이고, 표층과 기층의 두께비가 1 : 4.5 ~ 7일 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 차열컬러샌드를 포함하는 차열 콘크리트 모르타르에 관한 것이다.
본 발명의 차열컬러샌드는 모래와 안료와의 착색력이 낮은 기존 차열소재와 달리 모래와 차열안료와의 결합력이 높아서 장기 착색력이 우수할 뿐만 아니라, 빛 반사력이 높아서 이를 블록, 도로 등에 차열소재로 도입하면 차열성이 우수한 차열블록을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예로서 차열블록의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 차열블록에 대한 바람직한 일구현예로서, 이의 개략도를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 차열블록에 대한 바람직한 일구현예로서, 차열블록의 표층 방향의 평면도이다.
도 4는 도 3의 형태를 갖는 차열블록을 시공한 바람직한 일구현예를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 차열블록에 대한 바람직한 일구현예로서, 본 발명의 차열블록에 형성된 줄눈부의 다양한 형태를 나타낸 것이다.
도 6은 실험예 2에서 실시한 차열성 측정 실험을 찍은 사진이다.
도 7은 실험예 2에 실시한 차열성 측정 실험시, 전열대를 설치한 것을 찍은 사진이다.
도 8 및 도 9는 실험예 2의 차열성 평가 실험에서 실시한 아스팔트 및 이를 이를 단열처리한 사진이다.
이하 본 발명을 더 구체적으로 설명한다.
본 발명의 차열컬러샌드 조성물은 에틸렌성 불포화 단량체를 공중합시켜 얻어지는 공중합체의 수분산체를 포함하는 아크릴계 에멀젼 수지; 차열안료; 및 모래;를 포함한다.
본 발명의 조성물 중 상기 아크릴계 에멀젼 수지는 비이온성 계면활성제 하에서, 2종 이상의 에틸렌성 불포화 단량체를 공중합시켜 얻어지는 공중합체의 수분산체로이다.
상기 비이온성 계면활성제는 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리옥시에틸렌 알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 블록 폴리머, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬아민에테르, 지방산 디에탄올아미드 틸렌 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 블록 폴리머, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬아민에테르 및 지방산 디에탄올아미드 중에서 선택된 1종 이상을, 바람직하게는 폴리옥시에틸렌 알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬아민에테르 및 지방산 디에탄올아미드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 에틸렌성 불포화 단량체는 메틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, i-부틸 메타크릴레이트, 헥사데실 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, i-부틸 아크릴레이트 및 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, N-메틸올메타크릴아미드, N-메틸올 아크릴아미드, 글리시딜 메타크릴레이트, 디아세톤 아크릴아미드, 아세톡시에틸렌아크릴레이트, 아세톡시에틸렌 메타크릴레이트 및 아세톡시에틸 클로토네이트로 중에서 선택된 2종 이상의 단량체를, 바람직하게는 내구성 및 유화 안정성의 관점에서 메틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트 및 i-부틸 메타크릴레이트, 헥사데실 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, i-부틸 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트 중에서 선택된 α,β-불포화 카르본산의 에스테르류를 2종 이상의 단량체를 포함할 수 있다.
상기 아크릴계 에멀젼 수지를 구성하는 수분산체인 공중합체는 Tg가 80℃ 이상인 되는 에틸렌성 불포화 단량체(A)와 Tg가 30℃ 이하인 에틸렌성 불포화 단량체(B)를 1 : 2 ~ 6 중량비로 포함하며, 바람직직하게는 1 : 2.5 ~ 4 중량비로 포함할 수 있다. 예를 들면, 메틸 메타크릴레이트(MMA)를 단독으로 중합하였을 때 Tg는 104℃, 이소부틸 아크릴레이트(IBA)를 단독으로 중합하였을 Tg가 10℃라면, MMA와 IBA를 조합하여 공중합 단량체로 사용한다. 또한 MMA와 t-부틸메타크릴레이트(TBMA)의 공중합체의 Tg가 123℃이고, 이소부틸 메타크릴레이트(IBMA)와 IBA의 공중합체의 Tg가 30℃라면, MMA, TBMA, IBMA, IBA를 조합하여 공중합 단량체로 사용할 수 있다. 이때, Tg가 30℃ 이하인 에틸렌성 불포화 단량체의 중량비가 2 중량비 미만이거나, 6 중량비를 초과하면 차열컬러샌드의 심색성이 떨어질 수 있다.
본 발명의 차열컬러샌드 조성물 중 상기 차열안료는 블랙 안료 및 산화텅스텐을 포함한다.
상기 차열안료 중 블랙 안료는 Cu(Mn, Fe)2O4의 조성으로 표시되는 스피넬 구조의 금속산화물을 포함하며, 비표면적 20 ~ 50 m2/g, 바람직하게는 25 ~ 40 m2/g일 수 있다.
상기 블랙 안료는 철 및 망간을 1 : 5 ~ 25 몰비로 포함하고, 바람직하게는 1 : 7 ~ 22 몰비로 포함할 수 있다. 이때, 망간의 몰비가 25를 초과하면 착색력이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 5 몰비 미만이면 근적외선 흡수성이 증대하여 차열 효과가 감소하는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 블랙안료의 구리 및 (망간+철)의 몰비는 1 : 2 ~ 3.5, 바람직하게는 1 : 2.5 ~ 3.2의 몰비일 수 있으며, 몰비가 2.5 미만이면 착색력이 저하될 수 있고, 3.5 몰비를 초과하면 블랙 안료의 비표면적이 작아지는 문제가 있을 수 있다.
차열 연료 성분 중 산화텅스텐은 차열안료의 내후성 향상 역할을 하는 것으로서, 상기 블랙 안료 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 1 중량부를, 바람직하게는 0.05 ~ 0.8 중량부를 사용하는 것이 좋다. 이때, 산화텅스텐의 함량이 1 중량부를 초과하면 차열성을 떨어뜨릴 수 있다.
차열 안료는 블랙안료, 산화텅스텐 외에 칼슘 및 마그네슘 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속산화물을 블랙 안료 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 0.2 중량부 정도 추가로 도입하여 더욱 선명한 뉴트럴 그레이의 푸른 빛이 도는 차열 안료로 제조할 수도 있다.
또한, 상기 차열 안료는 적외선에 의한 온도 상승을 방지하기 위해 주석이 도핑된 산화인듐, 안티몬이 도핑된 산화주석, 알루미늄이 도핑된 산화아연, 인듐이 도핑된 산화아연, 주석이 도핑된 산화아연 및 규소가 도핑된 산화아연 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 적외선 차폐제를 더 포함할 수도 있다. 상기 적외선 차폐제는 무색으로서 가시광선을 흡수하지 않으며, 1,500 nm 부근의 근적외선을 흡수하지 않으며, 적외선 영역의 광을 반사시키는 성질이 있다. 이때, 적외선 차폐제의 사용량은 블랙 안료 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 0.1 중량부, 바람직하게는 0.03 ~ 0.1 중량부를 사용하는 것이 좋다.
그리고, 본 발명의 조성물 중 차열 안료의 사용량은 아크릴계 에멀젼 수지 100 중량부에 대하여 10 ~ 30 중량부를, 바람직하게는 12 ~ 25 중량부를, 더욱 바람직하게는 15 ~ 23 중량부를 사용할 수 있다. 이때, 차열 안료 사용량이 10 중량부 미만이면 그 사용량이 적어서 모래에 대한 착색 효과가 떨어질 수 있고, 30 중량부를 초과하여 사용하는 것은 비경제적이다.
그리고, 본 발명의 조성물 중 모래의 사용량은 아크릴계 에멀젼 수지 100 중량부에 대하여 1,000 ~ 8,000 중량부를, 바람직하게는 2,000 ~ 7,000 중량부를 사용할 수 있다.
이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 폐각골재를 이용한 차열블록에 대하여 설명을 한다.
본 발명의 차열블록은 기층, 표층 및 차열-미끄럼 방지 구조층이 차례대로 형성되어 있고, 상기 차열-미끄럼 방지 구조층은 차열 컬러샌드를 포함하며, 상기 표층은 백시멘트, 백규사, 차열컬러샌드를 포함하고, 상기 기층은 투수 기층 또는 불투수 기층일 수 있다. 이때, 상기 차열컬러샌드는 앞서 설명한 바와 같다.
그리고, 상기 차열-미끄럼 방지 구조층 및/또는 표층은 차열 컬러샌드 외에 폐각골재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 차열블록은 도 1에 개략도로 도시한 바와 같이, 기층(12), 표층(11) 및 차열-미끄럼 방지 구조층(13)이 차례대로 형성되어 있는 차열블록(10)으로서, 본 발명의 차열블록을 제조하는 방법을 통해서 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 차열블록은 표층용 몰탈 및 기층용 몰탈 각각을 준비하는 단계; 기층용 몰탈을 몰드의 캐비티에 충진시킨 후, 프레스 진동 성형을 수행하여 기층을 형성시키는 단계; 기층이 형성된 몰드의 캐비티에 표층용 몰탈을 충진시킨 후, 프레스 진동 성형을 수행하여 기층의 상단면에 표층이 적층된 블록을 성형시키는 단계; 몰드로부터 성형된 블록을 탈형시킨 후, 탈형시킨 블록을 일정각도 기울어지도록 한 상태에서 표면에 물을 분사하여 세척하는 워싱처리하여 표층 상단면에 차열-미끄럼 방지 구조층을 형성시키는 단계; 및 블록을 양생시키는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 도 1에 개략도로 도시한 형태의 차열블록(10)을 제조할 수 있다.
상기 양생은 자연양생 또는 증기양생을 통해 수행할 수 있으며, 바람직하게는 30℃ ~ 60℃의 온도를 유지하면서 40 ~ 52시간 동안 자연 양생 또는 30℃ ~ 60℃의 온도를 유지하면서 1 ~ 5시간 동안 증기 양생을 수행할 수 있다. 이때 양생 온도는 인조블록의 색상에 영향을 미치는데 양생 온도가 높을수록 낮은 증기 압력이나 대기 중에서 양생하는 것보다 색의 강도가 낮기 때문에, 최적의 색상을 구현하기 위해선 상기 범위 내에서 양생을 수행하는 것이 좋다.
또한, 본 발명의 차열블록 제조방법은 양생된 블록을 브러싱하는 단계;를 포함하는 공정을 더 수행할 수 있다.
본 발명에서 기층 및 표층을 갖도록 성형된 블록을 일정각도 기울어지도록 한 상태에서 블록의 표면을 워싱기기로 워싱처리하여 표층 성분 중 차열 컬러샌드 및 폐조개 중 1종 또는 2종을 외부로 돌출시켜서 차열-미끄럼 방지 구조층(13)을 형성시키며, 차열-미끄럼 방지 구조층(13)에 표층을 구성하는 시멘트 성분을 포함하지 않거나, 최소화시킨 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 표층용 몰탈은 백시멘트 100 중량부에 대하여, 백규사 120 ~ 300 중량부, 차열 컬러샌드 40 ~ 250 중량부, 상기 폐각골재 30 ~ 100 중량부 및 물 20 ~ 50 중량부를 포함하며, 바람직하게는 백시멘트 100 중량부에 대하여, 백규사 150 ~ 270 중량부, 차열 컬러샌드 45 ~ 200 중량부, 및 물 22 ~ 35 중량부를 포함할 수 있다. 또한, 폐각골재 45 ~ 80 중량부를 더 포함할 수도 있다.
이때, 상기 백규사의 사용량이 120 중량부 차열블록 외관상에 백색 계열에 노출이 어려워질 수 있으며 명도차에 영향을 줄 수 있으며, 300 중량부를 초과하면 상대적으로 차열성 골재량이 줄어들어 차열성능에 영향을 끼칠 수 있으며 전체적으로 제품컬러가 밝아져 눈부심이 많아질 수 있다.
상기 차열 컬러샌드가 40 중량부 미만이면 차열 효과가 떨어지고, 250 중량부를 초과하여 사용하면 그 사용량이 너무 많아서 워싱처리시 시멘트 성분이 차열-미끄럼 방지 구조층(13)에 다량 남아서 차열 효과가 떨어질 수 있다.
또한, 물의 함량이 20 중량부 미만이거나, 75 중량부를 초과하면 표층용 몰탈의 적절한 점도를 유지하기 어려워서 성형성 및 작업성이 크게 떨어질 수 있다.
또한, 상기 폐각골재 사용량이 80 중량부를 초과하게 되면 백색 컬러가 증가하여 눈부심에 영향을 끼칠 수 있다.
상기 표층용 몰탈에서 상기 백시멘트는 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 백색도가 65 이상인 백시멘트를 사용하는 것이 좋다.
상기 차열-미끄럼 방지 구조층 및/또는 표층용 몰탈에서 상기 폐각골재는 당업계에서 사용하는 일반적인 폐각골재를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 380℃ ~ 550℃ 및 1.5 ~ 3.5 atm 하에서 가압가열처리한 폐각을 분쇄시킨 폐각분쇄물을 포함하는 폐각골재를 사용할 수 있다. 이때, 상기 페각은 조개껍질, 가리비껍질, 전복껍질, 굴껍질, 꼬막껍질, 백합껍질 및 바지락 껍질 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 가리비껍질, 전복껍질, 굴껍질 및 백합껍질 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 폐각 분쇄물은 평균입경 0.01 mm ~ 3 mm, 바람직하게는 0.5 mm ~ 3 mm, 더욱 바람직하게는 1 mm ~ 2.5 mm 정도로 분쇄된 것을 사용하는 것이 좋으며, 이때, 폐각 분쇄물 평균입경이 0.01 mm 미만이면 입경이 너무 작아서 차열 효과를 발휘하지 못할 수 있다.
또한, 상기 폐각골재는 상기 폐각 분쇄물 외에 석분슬러지, 무수석고 및 가는 모래 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 폐각 분쇄물 100 중량부에 대하여 석분 슬러지 20 ~ 40 중량부 및 무수석고 5 ~ 20 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 차열블록 제조방법에서, 상기 기층은 투수 기층 또는 불투수 기층일 수 있는 바, 제조하고자 하는 기층 특징에 따라, 기층용 몰탈은 투수 몰탈 또는 불투수 몰탈을 사용할 수 있다.
상기 투수 몰탈은 물 100 중량부에 대하여, 포틀랜드시멘트 300 ~ 400 중량부, 세골재 450 ~ 650 중량부 및 조골재 1,000 ~ 1,500 중량부를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 물 100 중량부에 대하여, 포틀랜드시멘트 330 ~ 390 중량부, 세골재 500 ~ 600 중량부 및 조골재 1,200 ~ 1,450 중량부를 포함할 수 있다. 이때, 포틀랜드시멘트 함량이 300 중량부 미만이면 세골재 및 조골재에 접착력이 떨어져 강도면에서 약할 수 있으며 400 중량부를 초과하면 강도는 증진될 수 있으나 골재표면에 시멘트 페이스트부가 증가함으로서 공극에 막힘현상을 유발할 수 있다.
또한, 상기 세골재 함량이 450 중량부 미만이면 상대적으로 조골재 함량이 커져 투수성은 향상될 수 있으나 강도면에서는 저하될 수 있고 650 중량부를 초과하면 세골재가 공극부를 메워 투수성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 조골재 함량이 1,000 중량부 미만이면 투수성 공극율이 떨어질 수 있으며 1,500 중량부를 초과하면 투수성 공극율은 좋아질 수 있으나 강도에 취약해질 수 있으며 성형다짐에 어려움이 있을 수 있다.
그리고, 상기 불투수 몰탈은 물 100 중량부에 대하여, 포틀랜드시멘트 300 ~ 400 중량부 및 세골재 1,500 ~ 2,500 중량부를, 바람직하게는 물 100 중량부에 대하여, 포틀랜드시멘트 330 ~ 390 중량부 및 세골재 1,700 ~ 2,300 중량부를 포함할 수 있으며, 이때, 포틀랜드시멘트 함량이 300 중량부 미만이면 블록 휨강도에 영향을 끼칠 수 있으며, 400 중량부를 초과하면 휨강도와는 상관없이 상대적으로 CO2 배출량이 높아질 수 있다
또한, 상기 세골재 함량이 1,500 중량부 미만이면 시멘트 대비 골재량이 적어서 강도 저하에 원인이 될 수 있으며, 2,500 중량부를 초과하면 상대적으로 시멘트 대비 골재량 증가로 강도에 영향을 끼칠 수 있다
또한, 상기 투수 몰탈 및/또는 불투수 몰탈은 감수제 및 보수재 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수도 있다. 이때, 상기 감수제 및 보수재는 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직한 예를 들면, 상기 감수제는 리그닌계 감수제를 사용할 수 있고, 상기 보수재는 아크릴산과 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 공중합체의 마그네슘염 및 폴리에틸렌이미드를 포함하는 고분자 화합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 차열블록의 표층은 평균공극이 12% ~ 20%, 바람직하게는 12% ~ 16%이다. 이때, 표층의 평균공극이 12% 미만이면 표층에서 모세현상이 발생할 수 있으며, 평균공간이 20%를 초과하면 표층의 기계적 물성이 너무 낮아지는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 표층과 기층의 두께비는 1 : 4.5 ~ 7, 바람직하게는 1 : 4.5 ~ 6.5 정도를 갖는 것이 좋다. 이때, 기층의 두께비가 표층에 대하여 4.5 미만이면 기층의 두께가 얇아져서 휨강도에 문제가 있을 수 있고, 기층의 두께비가 표층에 대하여 7을 초과하면 표층이 그만큼 줄어들어서 차열성 및/또는 보수성이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 차열블록은 줄눈부를 갖을 수도 있으며, 이를 설명하면, 차열블록의 기층(12)은 4개의 측면(51, 52, 53, 54)을 갖을 수 있고, 도 2에 나타낸 바와 같이 4개의 측면 각각에는 줄눈부(50)가 형성되어 있고, 기층 상단에 표층(11)이 형성되어 있고 표층에는 줄눈부가 형성되어 있지 않을 수 있다. 그리고, 줄눈부는 블록의 세로축 방향 또는 가로축 방향으로 형성될 수 있다.
즉, 본 발명의 차열블록은 블록 부설시에 작업성을 향상시키고 블록 간에 위치가 비틀어지지 않게 하며 모서리 깨짐과 박리를 방지할 수 있게 하기 위하여 도 2 ~ 도 5와 같은 형태의 줄눈부를 갖으며, 이러한 줄눈부에 의하여, 블록과 블록사이에 줄눈재(모래 또는 규사)를 충진량을 최소화하고, 블록 부설 시간을 단축시킬 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 차열블록(10)은 차열블록을 차열-미끄럼 방지 구조층의 상단면에서 볼 때, 시계 방향으로 제1변(side, 51), 제2변(52), 제3변(53) 및 제4변(54)을 차례대로 갖으며, 시계방향으로 회전시, 제1변(51)과 제3변(53)의 줄눈부(50)는 동일한 위치에 겹치도록 형성되어 있고, 시계방향으로 회전시, 제2변(52)과 제4변(54)의 줄눈부(50)는 동일한 위치에 겹치도록 형성되어 있다.
그리고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1변, 제2변, 제3변 및 제4변의 줄눈부 각각은 줄눈부의 세로변 중 하나가 줄눈부가 형성되어 있는 각 변의 중심선과 일치하거나, 또는 줄눈부의 세로변 모두 각 변의 중심선에 이격되어 형성되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 차열블록은 제1변, 제2변, 제3변 및 제4변의 각 변에 형성되어 있는 줄눈부를 블록의 측면 방향에서 볼 때, 각 변에 형성된 줄눈부의 측면 길이의 합은 각 변의 총 길이에 대하여 20% ~ 45%의 길이로 형성되어 있을 수 있다.
그리고, 본 발명의 차열블록은 블록의 측면 방향에서 볼 때, 상기 줄눈부는 가로길이 세로길이가 1:1.8 ~ 2.5 길이비를 갖는 단형일 수 있다.
또한, 본 발명의 차열블록은 도 5에 나타낸 바와 같이, 블록의 측면 방향에서 볼 때, 상기 줄눈부는 직사각형 또는 단부가 곡선의 매끄러운 단면을 갖는 평면일 수 있으며, 표층의 상단면에서 볼 때, 상기 줄눈부는 정사각형, 직사각형, 사다리꼴형 또는 반원형일 수 있다.
종래의 차열블록은 10 ㎜ 폭 정도의 돌기가 나와 있었고, 블록 부설 후에 블록끼리 비틀림 현상이 발생하여 줄눈부가 마모되기 쉽고 마모가 될 경우 블록끼리 접촉하게 되어 표면부분이 박리 및 파손이 발생하였다. 이에 본 발명의 차열블록은 표층의 상단면에서 볼 때, 줄눈부의 두께는 1.5㎜ ~ 4㎜를, 바람직하게는 1.5 ㎜ ~ 3 ㎜를 갖도록 형성시켜서, 줄눈부의 마모 및 줄눈부 위치의 밀림을 방지시킬 수 있다.
기존의 줄눈부를 갖는 차열블록은 단면 원형에 작은 줄눈 모양을 가지고 있었고, 자동차 등이 노면을 통행할 경우, 블록의 밀림이 발생하여 줄눈폭이 점점 넓어져 버려서, 블록이 기울어지고 표면각이 이웃 블록과 접촉하여 모서리가 깨지는 문제가 있었으나, 본 발명은 상기와 같은 최적의 크기, 모양, 두께를 갖도록 줄눈부를 갖도록 함으로써, 줄눈부의 파손을 최소화할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 차열블록은 불투수 블록인 경우, 5.0 Mpa 이상을, 투수 블록은 휨강도 4.0 MPa 이상을 만족한다.
[수학식 1]
휨 강도[MPa(=N/㎟)] = (3Pl)/(2bd2)
상기 수학식 1에서, P 는 시험기가 나타낸 최대 파괴 하중(N)이고, l은 지점간 거리(㎜)이며, b는 지점 간에 직각 방향의 평균 나비(㎜)이고, d는 블록의 평균 두께(㎜)이다.
앞서 설명한 본 발명의 차열블록은 차열성 콘크리트 투수 블록인 경우, 하기 수학식 2에 의거하여 측정시, 투수계수가 0.1 ㎜/s 이하를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
K = (d/h)×{Q/(A×30s)}
상기 수학식 2에서 K : 투수계수(㎜/s)이고, Q 는 배수되는 유출수량(㎣)이며, d는: 블록의 두께(㎜)이고, h는 수위차(㎜)이며, A는 블록의 단면적(㎟)이고, 30s는 측정시간(sec)이다.
앞서 설명한 본 발명의 차열블록은 차열 불투수 블록인 경우, 하기 수학식 2에 의거하여 측정시, 흡수율(수분흡수율)이 8% 미만, 바람직하게는 5.0% ~ 8.0%, 더욱 바람직하게는 5.0% ~ 7.6%일 수 있다.
[수학식 3]
흡수율(%) = (mp-m1)/m1×100(%)
수학식 3에서, 상기 mp는 인조블록의 물에 담지 전 무게이고, m1은 인조블록을 물에 6시간 담지시킨 후의 무게이다.
앞서 설명한 본 발명의 차열블록은 하기 수학식 4에 의거하여 측정시, 노면온도차가 13℃ 이상, 바람직하게는 13.5℃ ~ 15℃로 매우 높다.
[수학식 4]
T = T1 - T2
수학식 4에서, T는 노면온도차(℃)이고, T1은 대상블록의 공시체의 3시간 조사 후의 노면온도(℃)이며, T2는 비교공시체의 3시간 조사 후의 표면온도(℃)이다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 자세하게 설명을 한다. 그러나, 하기 실시예에 의해서 본 발명의 권리범위가 한정하여 해석해서는 안된다.
[ 실시예 ]
준비예 1 : 폐각골재의 제조
가리비껍질, 전복껍질 및 굴껍질을 1 : 0.35 : 0.25 중량비로 혼합한 폐각 혼합물을 준비하였다.
다음으로 상기 폐각 혼합물을 물로 충분하게 세척해 준 후, pH 5.2~5.3의 산 용액에 담지시켰다. 24시간 경과 후, 세척한 폐각을 꺼낸 다음 다시 물로 충분하게 세척 및 자연건조시켰다.
다음으로, 건조된 폐각을 460℃ 및 2.2 atm 하에서 30분간 가압가열처리를 수행하였다. 이때, 가압가열처리는 산소를 공급시키면서 수행하였다.
다음으로, 가압가열처리된 폐각을 롤링시켜서 평균입경 1.2 ~ 1.3 mm의 폐각 분쇄물을 제조하였다.
다음으로, 상기 폐각 분쇄물 100 중량부, 석분 슬러지 25 중량부, 무수석고 8 중량부를 혼합하여 폐각골재를 제조하였다.
실시예 1-1 : 차열컬러샌드의 제조
(1) 아크릴계 에멀젼 수지 제조
질소 도입관, 적하 로드, 환류 냉각관, 교반장치를 구비한 1,000 ml 4구 플라스크에, 매체로서 이온교환수 200부, 계면활성제로서 트리메틸세틸암모늄 클로라이드 0.6부 및 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(HLB=12) 0.3부를 투입하고, 교반하면서 반응 시스템 내부를 질소 치환하고, 그 후에 에틸렌성 불포화 단량체로서 메틸 메타크릴레이트 27부와 이소부틸 아크릴레이트 20부 및 N-메틸올 아크릴아미드 1부를 첨가한 다음, 80℃로 승온하고, 중합 개시제로 2,2'-아조비스(2-메틸프로피온아미딘)디하이드로클로라이드 0.2부를 첨가하여 중합을 개시하였다.
이 온도에서 30분 중합한 후, 하기와 같이 하여 제조한 에멀젼 용액을 2시간에 걸쳐 적하하였다. 에멀젼 적하시에 2,2'-아조비스(2-메틸프로피온아미딘)디하이드로클로라이드 0.2부를 3회에 걸쳐 분할 투입하였다. 상기 에멀젼 적하 완료 후 2시간 숙성하여 중합을 완료하고, 생성물을 100 메쉬 금속거즈를 통해 여과하여 중합공정 동안에 형성된 응고물을 제거하였다. 이렇게 하여 유백색의 안정한 아크릴계 에멀젼 수지를 얻었다.
(2) 차열안료 제조
황산구리 120부, 유산망간 130부 및 황산철 53.4부를 물에 투입 및 교반한 용액을 제조하였다. 다음으로, 가성소다 120부를 용액에 첨가하여 교반시켜서 완전 용해시켜서 가성소다 수용액 1000 부를 제조하였다.
다음으로, 물 1,600 부에 상기 가성소다 수용액을 적하시킨 후, 교반을 수행한 다음, 1시간 동인 정치시켰다.
다음으로, pH를 12.3~12.4로 조정한 후, 과산화수소 수용액(농도 35%) 적하시켜서 산화처리하였다.
다음으로, 이를 80℃로 상승시켜서 2시간 동안 숙성시킨 후, 반응생성물을 여과 및 정제하여 얻은 후, 반응생성물을 수세한 다음, 120℃에서 건조시켰다.
다음으로 건조물을 620℃에서 1시간 동안 소성시켜서 소성물을 얻은 후, 이를 분쇄하여 BET 비표면적 38.7 2/g의 블랙 안료(평균지름 65 nm)을 얻었다.
제조한 블랙 안료는 철 및 망간이 1 : 15 몰비이고, 구리 및 (망간+철)의 몰비가 1 : 2.8이였다.
다음으로, 상기 블랙 안료 100 중량부에 대하여, 평균지름 50 nm의 텅스텐산화물 0.12 중량부 및 주석이 도핑된 산화인듐 0.05 중량부를 혼합하여 차열안료를 제조하였다.
(3) 상기 아크릴계 에멀젼 수지 100 중량부에 대하여 상기 차열안료 18 중량부를 혼합한 다음, 모래 4,500 중량부를 투입 및 교반한 혼합한 혼합물을 170℃에서 1시간 동안 열처리한 후, 냉각시켜서 그레이 블랙계열의 차열컬러샌드를 제조하였다.
실시예 1-2 : 차열컬러샌드의 제조
상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 차열컬러샌드를 제조하되, 아크릴계 수지로서, 에틸렌성 불포화 단량체로서 메틸 메타크릴레이트 15부, t-부틸메타크릴레이트 12부, 이소부틸 아크릴레이트 17부 및 이소부틸 메타크릴레이트 9부를 사용하여 아크릴계 에멀젼 수지를 제조한 후, 이를 이용하여 차열컬러샌드를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 차열컬러샌드를 제조하되, 아크릴계 수지로서, 에틸렌성 불포화 단량체로서 메틸 메타크릴레이트 수지 47 중량부를 단독으로 사용하여 중합시켜서 아크릴계 에멀젼 수지를 제조한 후, 이를 이용하여 차열컬러샌드를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 차열컬러샌드를 제조하되, 아크릴계 에멀젼 수지 제조시, 메틸 메타크릴레이트 및 t-부틸메타크릴레이트 공중합시켜서 제조한 공중합체(Tg=123℃)를 47부 사용하여 아크릴계 에멀젼 제조한 후, 이를 이용하여 차열컬러샌드를 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 차열컬러샌드를 제조하되, 블랙 안료 제조시, 철 및 망간이 1 : 2 몰비가 되도록 블랙 안료를 제조한 후, 이를 이용하여 차열컬러샌드를 제조하였다.
실시예 2-1 : 표층용 몰탈의 제조
1㎥ 믹서기에 백색도 65 ~ 70인 백시멘트(제조사 유니온㈜, 상품명: 유니온 백색 포틀랜트시멘트) 100 중량부에 대하여, 백규사 270 중량부, 베이지계 차열 컬러샌드 54 중량부 및 실시예 1-1의 폐각골재 54 중량부 및 물 25 중량부를 혼합하여 표층용 몰탈을 제조하였다.
실시예 2-2 ~ 실시예 2-3 및 비교예 2-1 ~ 2-4
상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 표층용 몰탈을 제조하되, 실시예 1-1의 폐각골재 대신 실시예 2-2 ~ 실시예 2-3 및 비교예 2-1 ~ 비교예 2-4의 폐각골재를 각각 사용하여 하기 표 1과 같이 표층용 몰탈을 제조하였다.
구분 차열컬러 폐각골재
실시예 2-1 실시예 1-1 -
실시예 2-2 실시예 1-2 -
실시예 2-3 실시예 1-3 준비예 1
비교예 2-1 비교예 1 -
비교예 2-2 비교예 2 -
비교예 2-3 비교예 3 -
실시예 3 : 투수 기층용 몰탈의 제조
1㎥ 믹서기에 물 100 중량부, 보통 포틀랜드시멘트(현대시멘트사) 367 중량부, 평균입경 4 ~ 6 mm인 모래(세골재) 555 중량부 및 7호 쇄석(조골재) 1383 중량부를 투입한 후, 교반하여 투수 기층용 몰탈을 제조하였다.
실시예 4 : 불투수 기층용 몰탈의 제조
1㎥ 믹서기에 물 100 중량부, 보통 포틀랜드시멘트(현대시멘트사) 367 중량부, 평균입경 4 ~ 6 mm인 모래(세골재) 1,938 중량부를 투입한 후, 교반하여 불투수 기층용 몰탈을 제조하였다.
제조예 1 : 차열블록의 제조
몰드의 캐비티에 상기 실시예 3의 투수 기층용 몰탈을 투입한 후, 프레스를 하강시켜 몰드 캐비티에 압력을 가하여 프레스 진동 성형시켰다. 다음으로, 상기 실시예 2의 표층용 몰탈을 투입한 후, 프레스를 하강시켜 몰드 캐비티에 다시 압력을 가하여 프레스 진동 성형시켜서 블록을 제조하였다.
스테이지 패널 상부에 다수의 차열블록이 성형된 후, 승강 프레임이 하강하게 되고, 스테이지 패널이 상기 블록들을 지지한 채로 워싱부로 이송시켰다. 다음으로, 구동 실린더가 동작하여 작동 로드를 밀어 올리면 상기 스테이지 패널이 기울어지며, 스테이지 패널이 기울어진 상태에서 상기 노즐이 상기 프레임을 따라 이동하면서 액체를 분사하여 상기 차열블록의 표면을 위싱(washig)처리하여, 표층 몰탈을 제거하여, 표층 상단에 차열 컬러샌드 및 폐각골재 일부가 도출된 차열-미끄럼 방지 구조층을 형성시켰다.
그리고, 상기 워싱 처리는 1차 및 2차 워싱 처리를 하며, 상기 1차 워싱처리는 90Hz, 수압　1.50 MPa이고, 노즐 직경은　0.30mm, 분사되는 물 입자의 평균입경은 180㎛ ~ 250㎛였다. 그리고, 2차 워싱 처리는 스피드　85 Hz, 수압　0.50MPa이고, 노즐 직경은　0.30mm, 분사되는 물 입자의 평균입경은 180 ~ 250㎛였다. 이때, 워싱처리 후, 상기 구동 실린더가 작동 로드를 원위치로 하강시키면 상기 스테이지 패널은 체인 컨베이어 상부에 놓이게 되고, 그 동작에 따라 상기 워싱부로부터 배출된다.
그리고, 워싱처리를 수행하여 제조한 기층/표층/ 차열-미끄럼 방지 구조층을 갖는 차열블록을 45 ~ 50℃의 온도를 유지하면서 48시간 동안 자연 양생시켰다.
제조된 차열블록의 표층과 기층의 두께비를 1 : 5.1였으며, 차열블록은 두께, 가로 및 세로 크기가 각각 20cm, 20cm 및 6cm였다.
제조예 2 ~ 제조예 12 및 비교제조예 1 ~ 6
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 차열블록을 제조하되, 하기 표 2와 같은 조합의 표층용 몰탈 및 기층용 몰탈을 사용하여 차열블록을 제조하였다.
구분 실시예 3 실시예 4
실시예 2-1 제조예 1 제조예 4
실시예 2-2 제조예 2 -
실시예 2-3 제조예 3 -
비교예 2-1 비교제조예 1 -
비교예 2-2 비교제조예 2 -
비교예 2-3 비교제조예 3 -
실험예 1 : 물성 평가 실험
상기 제조예 1 ~ 4 및 비교제조예 1 ~ 3에서 제조한 차열블록의 휨강도 및 흡수율(수분흡수율)을 측정하였으며, 그 결과를 표 3에 각각 나타내었다.
(1) 휨강도 측정
휨강도 측정은 KS F 4419:2001에 의거하여, 휨 시험은 시료를 24시간 물속에 침수시킨 후 꺼낸 즉시 시험했으며, 지점간 거리를 140㎜로 취하여, 지점간 중앙에 하중을 가했다. 이때, 가압 속도는 파괴 하중의 약 50%까지는 빠른 속도로 작용시킨 다음, 최대 휨 압축 응력의 증가가 매분 9.8MPa(=N/㎟)을 초과하지 않을 정도로 하중을 가하여 시험기에 나타난 최대 하중 P를 측정하여 다음 하기 수학식 1에 따라 휨 강도를 계산한다. 이때, 휨강도 측정은 콘크리트 휨강도 시험기(C090-07N)을 사용하였다.
그리고, 차열성 콘크리트 불투수 블록은 5.0 Mpa 이상을, 차열성 콘크리트 불투수 투수 블록은 휨강도 4.0 MPa 이상을 만족해야 한다(표 3 참조).
[수학식 1]
휨 강도[MPa(=N/㎟)] = (3Pl)/(2bd2)
상기 수학식 1에서, P 는 시험기가 나타낸 최대 파괴 하중(N)이고, l은 지점간 거리(㎜)이며, b는 지점 간에 직각 방향의 평균 나비(㎜)이고, d는 블록의 평균 두께(㎜)이다.
(2) 투수계수 측정
투수계수 측정은 블록의 두께와 단면적을 버니어 캘리퍼스로 측정한 다음, 거푸기 내에 블록을 고정시킨다. 이때 블록 이외로 물이 빠지지 않도록 파라핀이나 실링재로 빈틈없이 막아준다.
다음으로, 거푸기가 장치된 투수성 시험장치의 월류 수조에 물을 채우고, 급수 쪽 거푸기내 블록을 포수한 다음, 거푸기 윗부분의 월류구에서 물이 월류할 때까지 주수하여 수위를 일정하게 하였다.
다음으로, 월류 수조에서 배수량이 일정해지는 것을 기다려서, 30초 동안의 유출수량 Q(㎣)을 메스실린더로 측정하였다. 그리고, 이와 동시에 30초 동안 배수되는 월류 수조 수위와 급수 쪽 거푸기 수위와의 수위차를 측정했다.
그리고, 투수계수는 시료 3개를 1분 이상의 간격을 두고 시험을 하여 각각의 값을 하기 수학식 2에 의해 산출한 다음, 평균한 값으로 나타내었다. 그리고, 투수계수 값이 0.1 mm/s 이상이면 합격, 0.1 mm/s 미만이면 불합격으로 평가하였다.
[수학식 2]
K = (d/h)×{Q/(A×30s)}
상기 수학식 2에서. K : 투수계수(㎜/s)이고, Q 는 배수되는 유출수량(㎣)이며, d는: 블록의 두께(㎜)이고, h는 수위차(㎜)이며, A는 블록의 단면적(㎟)이고, 30s는 측정시간(sec)이다.
(3) 흡수율 측정
흡수율 측정은 휨강도 시험이 끝난 후, 1매의 시료에서 2개의 시험편을 취하여 시험편의 절건 질량과 표건 질량을 구했으며, 흡수율은 하기 수학식 3에 따라 산출했다.
[수학식 3]
흡수율(%) = (mp-m1)/m1×100(%)
수학식 3에서, 상기 mp는 인조블록의 물에 담지 전 무게이고, m1은 인조블록을 물에 6시간 담지시킨 후의 무게이다.
(4) 내충격성 측정
내충격성은 인조블록에 3kg의 강구를 낙하시켜서 파괴시 낙하횟수를 측정하여 내충격성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 이때, 낙하횟수가 1회이면 나쁨, 낙하횟수가 2~3회이면 보통, 4회~5회이면 우수, 6회 이상이면 매우 우수이다(◎ : 매우 우수, ○ : 우수, △ : 보통, × : 나쁨).
구 분 휨강도
(MPa=N/㎟)		 흡수율
(%)		 투수계수
(㎜/sec)		 유색층의 분리발생여부
보도용 차도용 개개 평균
보통 블록
(불투수)		 5.0 이상 10 이하 7 이하 - 유색층이 있는 경우 두께는 표면에서 8㎜ 이상이어야 하며, 휨 강도 시험 후 유색층의 분리가 일어나서는 안 된다.
투수성 블록 4.0 이상 5.0 이상 - - 0.1 이상이면
합격
구분 휨강도(MPa) 투수계수
(mm/sec)		 흡수율(%) 내충격성 유색층
분리발생여부
제조예 1 5.1 합격 - ◎ 발생 ×
제조예 2 4.7 합격 - ◎ 발생 ×
제조예 3 4.9 합격 - ◎ 발생 ×
제조예 4 5.3 - 5.1 ◎ 발생 ×
비교제조예 1 4.6 합격 - ◎ 발생 ×
비교제조예 2 4.7 합격 - ◎ 발생 ×
비교제조예 3 4.6 합격 - ◎ 발생 ×
제조예 1 ~ 4 및 비교제조예 1 ~ 3 모두 휨강도, 투수계수, 내충격성 등의 물성이 전반적으로 우수한 결과를 보였다.
그러나, 산 처리를 수행하지 않았던 비교제조예 1 및 pH 6.5의 산용액으로 산처리를 수행한 비교제조예 2의 경우, 가압가열처리 후에도 잔존한 유기물 존재로 인해 폐각골재 보관 및 블록 제조 작업 시 악취 발생 문제가 있었다.
그리고, 비교제조예 1-3 및 비교제조예 1-4의 폐각골재의 경우, 폐각골재의 모서리 부분이 각진 부분이 일부 존재하여, 작업 안정성이 떨어지는 문제가 있었다.
실험예 2 : 차열성 평가 실험
상기 제조예 및 비교제조예에서 제조한 차열블록의 차열성 평가 실험을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
그리고, 상기 차열블록의 차열컬러샌드의 착색력을 평가하기 위해서 차열블록의 표층 쪽 방향으로 염수에 12시간 담근 후에 물로 강한 압력을 주어 세척한 후에 하기와 같은 방법으로 차열성을 평가하였다.
차열성 평가는 일본 인터로킹 블록포장 기술협회(JIPEA)에서 준하는 노면저감블록에 평가기준에 준하여 측정한 것으로서, 하기와 같은 측정기기 및 방법에 의거하여 측정하였다.
1. 측정기기
(1) 실험 측정에 사용한 적용공시체 규격
100mm×60mm(콘크리트 블록을 100mm의 원주형태로 성형(코아컷트)하였다(도 8 참조).
(2) 조사램프
적용하는 공시체 표면에 대한 균일하게 조사할 수 있는 크세논 램프(조사량: 850w/m2)를 사용하였다.
(3) 램프고정장치
도 6에 나타낸 바와 같이 램프를 공시체 중앙위에 고정하고 램프의 조사높이와 방향이 조절 가능한 것으로 사용하였다.
(4) 열전대
열전대 측정범위는 0~100로 정밀도는 0.1로 하였다.
(5) 데이터 로거
데이터 로거 정밀도는 0.1로 하였다.
(6)단열재
공시체에 방열을 막아주는 것을 목적으로 공시체 바닥면과 측면에 두께 50mm 정도의 발포스티로폼(단열재)를 설치하였다(도 9 참조).
2. 시험방법
(1) 비교공시체 준비
비교공시체는 대상블록과 동일한 규격의 밀입도 아스팔트 콘크리트로 하였다(도 8 참조).
(2) 전열대 설치방법
도 7과 같이 공시체에 전열대를 설치하였다. 전열대 설치개소는 공시체 중심으로 반경 20mm의 원주상으로 하는 3포인트로 하였다. 또한 공시체 표면에 전열대를 접착제로 고정하고 온도검출부에 1cm × 1cm 이하의 크기로 은색종이로 붙쳤으며, 시험 중의 전열대 이탈을 방지시켰다. 또한, 접착제에 의한 고정은 연결부분만이 아닌 피복부분에 대해서도 시행하였다.
(3) 항온 항습실 설정 및 공시체 양생
항온항습실 실온을 30℃(±1℃)에 설정한다. 항온항습실 내에 공시체를 5시간 이상 양생하였으며, 항온항습실의 상대습도는 50(±5)RH%를 하였다.
(5)램프 높이 설정
실내조사실험에 있어 램프높이는 비교공시체(밀입도 아스팔트콘크리트)의 표면온도가 약 3시간으로 60℃까지 올라가도록 조정하였다.
(6) 공시체 설정
추를 이용하여 램프중심 바로 아래에 공시체가 중심이 되도록 설치하였다.
(7) 시험개시
전열대를 데이터로거에 접속하여 램프를 켜고 조사시험을 개시한다. 또한 램프는 조사직후, 조사량이 일정하게 될 때까지 10분 정도가 소요되므로 시험개시 전에 스위치를 넣고 공시체에 직접 닿지 않도록 하였다. 또한, 실내온도와 공시체 표면온도는 10분 마다 측정하고 3시간 조사 후에 시험을 종료하였다.
(8) 노면온도차 산출방법
노면온도차는 하기 수학식 4에 의거하여 산출하였다.
[수학식 4]
T = T1 - T2
수학식 4에서, T는 노면온도차(℃)이고, T1은 대상블록의 공시체의 3시간 조사 후의 노면온도(℃)이며, T2는 비교공시체의 3시간 조사 후의 표면온도(℃)이다.
구분 T1(℃) T2(℃) T(℃)
제조예 1 46.2 60.3 13.1
제조예 2 45.5 60.4 13.6
제조예 3 46.0 60.3 14.1
제조예 4 46.4 60.2 13.5
비교제조예 1 46.9 60.4 9.8
비교제조예 2 47.1 60.1 10.2
비교제조예 3 50.6 60.4 12.5
상기 표 5의 실험결과를 살펴보면, 제조예 1 ~ 4 및 비교제조예 1 ~ 3의 차열블록은 아스팔트로 제조한 블록 보다 시간별 표면 온도가 크게 낮은 것을 확인할 수 있다.
이와 관련하여메틸 메타크릴레이트 단독으로 중합시킨 것을 사용한 비교예 1 및 Tg 120℃을 초과하는 단량체들로만 공중합체시킨 것을 사용한 비교예 2의 아크릴계 에멀젼 수지를 이용하여 제조한 차열컬러샌드를 도입한 차열블록의 경우, 모래에 대한 차열안료의 착색력이 좋지 않아서 모래에 안료가 일부 벗겨진 결과, 낮은 노면온도차를 보였다.
그리고, 비교제조예 3의 경우, 노면온도차는 높은 편이었으나, 차열블록 표면의 심색성이 떨어지는 문제가 있었다.
이를 통하여 본 발명의 차열블록이 우수한 기계적 물성도 확보한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 본 발명의 차열블록은 노면온도차가 13℃, 바람직하게는 13.5℃ ~ 15℃로 매우 높은 것을 확인할 수 있었다.
10 : 차열블록 10a : 배수홈 11 : 표층
12 : 기층 13 : 차열-미끄럼 방지 구조층 20 : 체인 컨베이어
50 : 줄눈부 51 : 제1변(또는 제1측면) 52 : 제2변(또는 제2측면)
53 : 제3변(또는 제3측면) 54 : 제4변(또는 제4측면)

Claims (14)

  1. 에틸렌성 불포화 단량체를 공중합시켜 얻어지는 공중합체의 수분산체를 포함하는 아크릴계 에멀젼 수지;
    Cu(Mn, Fe)2O4의 조성으로 표시되는 스피넬 구조의 금속산화물을 포함하는 블랙 안료 및 산화텅스텐을 포함하는 차열안료; 및
    모래;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차열컬러샌드 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 아크릴계 에멀젼 수지 100 중량부에 대하여 상기 차열안료 10 ~ 30 중량부 및 상기 모래 1,000 ~ 8,000 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차열컬러샌드 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에틸렌성 불포화 단량체는 메틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, i-부틸 메타크릴레이트, 헥사데실 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, i-부틸 아크릴레이트 및 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, N-메틸올메타크릴아미드, N-메틸올 아크릴아미드, 글리시딜 메타크릴레이트, 디아세톤 아크릴아미드, 아세톡시에틸렌아크릴레이트, 아세톡시에틸렌 메타크릴레이트 및 아세톡시에틸 클로토네이트로 중에서 선택된 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 차열컬러샌드 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공중합체는 Tg가 80℃ 이상인 되는 에틸렌성 불포화 단량체(A)와 Tg가 30℃ 이하인 에틸렌성 불포화 단량체(B)를 1 : 2 ~ 6 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 차열컬러샌드 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 블랙 안료는 철 및 망간을 1 : 5 ~ 25 몰비로 포함하고, 구리/(망간+철)의 몰비가 1 : 2 ~ 3.5 몰비인 것을 특징으로 하는 차열컬러샌드 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 차열안료는 주석이 도핑된 산화인듐, 안티몬이 도핑된 산화주석, 알루미늄이 도핑된 산화아연, 인듐이 도핑된 산화아연, 주석이 도핑된 산화아연 및 규소가 도핑된 산화아연 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 적외선 차폐제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차열컬러샌드 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중에서 선택된 어느 한 항의 조성물을 포함하는 차열컬러샌드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 차열컬러샌드는 아크릴 폴리올 수지 25~35 중량%, 폴리에스테르 폴리올 수지 25~35 중량%, 톨루엔 5~15 중량%, 크실렌 10~20 중량%, 부틸아세테이트 10~20 중량%를 포함하는 코팅제로 표면이 코팅된 것을 특징으로 하는 차열컬러샌드.
  9. 기층, 표층 및 차열-미끄럼 방지 구조층이 차례대로 형성되어 있고,
    상기 차열-미끄럼 방지 구조층은 제7항의 차열컬러샌드 및 폐각골재를 포함하며,
    상기 표층은 백시멘트, 백규사, 상기 차열 컬러샌드 및 폐각골재를 포함하고,
    상기 기층은 투수 기층 또는 불투수 기층인 것을 특징으로 하는 차열블록.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 표층은 백시멘트 100 중량부에 대하여, 백규사 120 ~ 300 중량부, 차열 컬러샌드 40 ~ 250 중량부, 폐각골재 30 ~ 100 중량부 및 물 20 ~ 50 중량부를 포함하는 표층 몰탈로 형성시킨 것을 특징으로 하는 차열블록.
  11. 제10항에 있어서, 상기 투수 기층은 물 100 중량부에 대하여, 포틀랜드시멘트 300 ~ 400 중량부, 세골재 450 ~ 650 중량부 및 조골재 1,000 ~ 1,500 중량부를 포함하는 투수 몰탈로 형성시킨 것을 특징으로 차열블록.
  12. 제10항에 있어서, 상기 불투수 기층은 물 100 중량부에 대하여, 포틀랜드시멘트 300 ~ 400 중량부 및 세골재 1,500 ~ 2,500 중량부를 포함하는 불투수 몰탈로 형성시킨 것을 특징으로 하는 차열블록.
  13. 제9항에 있어서, 상기 표층은 평균공극이 12% ~ 20%이고,
    표층과 기층의 두께비가 1 : 4.5 ~ 7인 것을 특징으로 하는 차열블록.
  14. 제7항의 차열컬러샌드를 포함하는 차열 콘크리트 모르타르.
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