KR20210102541A - 방수 성능이 향상된 친환경 콘크리트 패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 노출 콘크리트 패널 - Google Patents

방수 성능이 향상된 친환경 콘크리트 패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 노출 콘크리트 패널 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 친환경 노출 콘크리트 패널은 내층 및 외층으로 구성되되, 상기 내층은 외층 대비 광촉매 비율이 상대적으로 낮고, 상기 외층은 내층 대비 광촉매 비율이 상대적으로 높은 구성을 가지며, 콘크리트 현장 시공 시 필연적으로 발생하는 절단 가공에 의해 노출되는 절단면에 분산된 방수재 성분으로 인해, 수분으로 인한 결로 현상 및 크랙 발생이 효과적으로 억제되며, 패널 외층의 경우 외부 충격, 가령 스크래치나 마모, 파손에 의해 오버 코팅 면이 손상된 경우 패널 내에 균일하게 분산된 광촉매 성분에 의해 중금속 및 포름알데히드와 같은 오염원을 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

방수 성능이 향상된 친환경 콘크리트 패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 노출 콘크리트 패널{MANUFACTURING METHOD FOR ECO-FRIENDLY CONRETE PANELS WITH IMPROVED WATER-PROOF PERFORMANCE AND ECO-FRIENDLY CONCRETE PANELS MANUFACTURED THEREFROM}
본 발명은 방수 성능이 향상된 친환경 콘크리트 패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 노출 콘크리트 패널에 관한 것이다.
콘크리트는 시멘트에 모래와 자갈 등 골재를 적당히 섞고 물을 가하여 반죽한 것 또는 이를 굳힌 것으로서, 만드는 방법이 간단하고 내구성이 크므로 토목 건축의 중요 재료로 사용되며, 도로, 교량, 터널 건물 등 현존하는 대부분의 건축 및 토목 분야에서 널리 사용되고 있다.
일반적으로 콘크리트는 시공에 있어서, 콘크리트 타설 후 콘크리트 표면에 미장 및 패널 등의 각종 마감재를 추가적으로 시공하는 형태로 사용되나, 오늘날 건축물의 대형화 및 고층화에 따른 건축물의 경량화 방안의 일환으로 널리 사용되는 콘크리트 패널의 경우 콘크리트 자체가 나타내는 독특한 색상 및 질감 등으로 인해 별도의 마감 공정 없이 그대로 현장에서 시공되어 사용되는 것이 일반적이다.
특히, 오늘날 전원 주택이나 미술관, 카페 등에서는 외적 심미감 증진을 위해 콘크리트를 그대로 노출시키는 형태로 콘크리트 패널을 널리 사용하고 있으며, 콘크리트 패널은 콘크리트의 속성, 즉 고유의 표면 질감과 음각 효과로 인해 모던한 느낌을 강조할 수 있는 장점이 있다.
한편, 대부분의 콘크리트 패널은 콘크리트 패널 외표면에 오버 코팅(over coating)으로 마감하여 제조되나, 콘크리트 패널은 현장 시공하는 과정에서 절단 가공되어 사용되는 것이 일반적이므로, 오버 코팅이 되지 않은 콘크리트 패널 절단면 부위는 건물 내외부의 온도차 등으로 인해 맺힌 수분이 얼면서 크랙 등이 발생할 수 있다. 또한, 위의 절단면 뿐 만 아니라, 장기간 사용 시 콘크리트 패널 표면에 대한 외부 충격, 가령 스크래치나 마모, 파손으로 인해 오버 코팅 면이 손상된 경우, 콘크리트 패널 표면의 수분으로 인한 결로 현상 및 크랙 발생 가능성이 높아지게 된다. 또한, 위와 같은 오버 코팅 면의 손상은 이색 현상, 먼지 쌓임 등의 문제를 동반하는 문제가 있다.
또한, 콘크리트 패널의 주재로 사용되는 시멘트 내에는 6가 크롬 등의 중금속을 미량 포함하고 있을 뿐 아니라, 포름알데히드와 같은 화학물질을 방출하는 경우가 많다. 특히, 장기간 사용에 의한 콘크리트 패널의 마모 또는 손상 파괴 시 콘크리트 표면이 부스러져 푸석푸석한 분말 형태로 발생하게 되는데, 이러한 콘크리트 분말을 포함한 먼지가 인체로 흡입되는 경우 각종 호흡기 질환, 피부 질환은 물론 암 발생 등을 유발할 수 있는 문제점이 있는 것으로 알려져 있으므로, 콘크리트 패널 사용 간 발생할 수 있는 중금속 등의 오염 요인을 사전 차단할 필요성도 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 장기간 사용 및 외부 충격으로 인한 오버 코팅층 손상 및 마모 및 절단 가공 시에도 충분한 방수 및 발수성을 확보하여 결로 현상 및 크랙을 방지하는 동시에, 콘크리트 패널 사용 간 발생할 수 있는 마모 또는 손상 파괴로 인한 먼지 등에 포함된 중금속 등의 오염 요인을 사전 차단할 수 있는 방수 성능이 향상된 친환경 콘크리트 패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 노출 콘크리트 패널을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에서는, a) 시멘트, 배합수, 골재, 방수재 및 광촉매를 혼합한 제 1 혼합물을 프레임에 타설하여 1차적으로 경화시키는 단계; b) 상기 a 단계에서 얻어진 경화물을 시멘트, 배합수, 골재, 방수재 및 광촉매를 혼합한 제 2 혼합물에 함침시킨 후, 타설하여 2차적으로 경화시키는 단계; 및 c) 상기 b 단계를 통해 경화된 콘크리트 패널을 양생하는 단계;를 포함하는, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는, 상기 c 단계를 통해 얻은 콘크리트 패널 외표면에 오버 코팅하는 단계를 더 포함하는, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는, 상기 제 1 혼합물은 시멘트 100 중량부에 대하여 상기 배합수 20 내지 25 중량부, 골재 50 내지 60 중량부, 방수재 12 내지 18 중량부 및 광촉매 3 내지 7 중량부를 포함하는 것인, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는, 상기 제 2 혼합물은 시멘트 100 중량부에 대하여 상기 배합수 20 내지 25 중량부, 골재 50 내지 60 중량부, 방수재 5 내지 10 중량부 및 광촉매 10 내지 15 중량부를 포함하는 것인, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는, 상기 방수재는 팽창 코팅 질석, 폴리우레탄 수지, 불소 코팅된 나노 실리카 및 셀룰로오스 파이버로 이루어지는 군에서 선택되는 1종인, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는, 상기 광촉매는 산화아연(ZnO), 황화카드뮴(CdS), 산화텅스텐(WO3), 산화스트론튬티타늄(SrTiO3), 셀레늄화카드뮴(CdSe), 칼륨니오베이트(KNbO3) 및 산화티타늄(TiO2)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종인, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는, 상기 방수재는 팽창 코팅 질석 및 폴리우레탄 수지이며, 상기 방수재는 팽창 코팅 질석 및 폴리우레탄 수지를 40 : 60 내지 60 : 40 중량부 범위 비로 포함하는, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는, 상기 광촉매는 황화카드뮴 및 산화스트론튬티타늄이며, 상기 광촉매는 황화카드뮴 및 산화스트론튬티타늄을 80 : 20 내지 70 : 30 중량부 범위 비로 포함하는, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는, 상기 방법에 따라 제조되며, 내층 및 외층으로 구성되되, 상기 내층은 외층 대비 광촉매 비율이 상대적으로 낮고, 상기 외층은 내층 대비 광촉매 비율이 상대적으로 높은, 친환경 노출 콘크리트 패널을 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 친환경 노출 콘크리트 패널은 내층 및 외층으로 구성되되, 상기 내층은 외층 대비 광촉매 비율이 상대적으로 낮고, 상기 외층은 내층 대비 광촉매 비율이 상대적으로 높은 구성을 가지며, 콘크리트 현장 시공 시 필연적으로 발생하는 절단 가공에 의해 노출되는 절단면에 분산된 방수재 성분으로 인해, 수분으로 인한 결로 현상 및 크랙 발생이 효과적으로 억제되며, 패널 외층의 경우 외부 충격, 가령 스크래치나 마모, 파손에 의해 오버 코팅 면이 손상된 경우 패널 내에 균일하게 분산된 광촉매 성분에 의해 중금속 및 포름알데히드와 같은 오염원을 효과적으로 제거할 수 있다.
이에 따라, 상기 콘크리트 패널은 오늘날 전원 주택이나 미술관, 카페 등에서 외적 심미감 증진을 위해 사용되는 노출 콘크리트 패널로 사용되기에 유용하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 친환경 노출 콘크리트 패널 제조과정을 간략히 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예 및 비교예에 따라 제조된 콘크리트 패널를 절단 가공한 다음, 특정 조건 하에서 방치하였을 때, 절단 단면 및 패널 표면의 수분 흡수 정도를 육안으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 발명에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에" 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다.
본 발명에 있어서, 나노(nano)란 수 나노미터에서 수십 마이크로미터(㎛) 수준의 나노스케일을 의미하며, 구체적으로는 5,000㎚ 이하, 보다 구체적으로는 1,000㎚ 이하의 크기를 포함한다. 또한, 본 발명의 청구범위 및 명세서 전반에서 사용되는 용어로서 "제 1" 및 "제 2", "1차" 및 "2차"등은 구별을 위해 임의로 순서를 부여한 것으로 이해되어야 한다.
발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 방수 성능이 향상된 친환경 콘크리트 패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 노출 콘크리트 패널에 대해서 설명한다.
방수 성능이 향상된 친환경 콘크리트 패널 제조방법
본 발명의 일실시예에 따른 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법은 a) 시멘트, 배합수, 골재, 방수재 및 광촉매를 혼합한 제 1 혼합물을 프레임에 타설하여 1차적으로 경화시키는 단계; b) 상기 a 단계에서 얻어진 경화물을 시멘트, 배합수, 골재, 방수재 및 광촉매를 혼합한 제 2 혼합물에 함침시킨 후, 타설하여 2차적으로 경화시키는 단계; 및 c) 상기 b 단계를 통해 경화된 콘크리트 패널을 양생하는 단계;를 포함한다.
먼저, 시멘트, 배합수, 골재, 방수재 및 광촉매를 혼합한 제 1 혼합물을 프레임에 타설하여 1차적으로 경화시킨다(단계 a).
시멘트(cement)는 포틀랜드 시멘트, 조강 시멘트, 알루미나 시멘트 중 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 주성분으로서 규산삼칼슘(3CaO·SiO2)과 규산이칼슘(2CaO·SiO2)을 포함하는 것일 수 있다.
골재(및/또는 잔골재)는 콘크리트를 만들 때, 물, 시멘트와 함께 혼합되는 모래, 자갈 및 부순돌 및 유사 재료를 의미하는 것으로서, 보다 상세하게는 경량 골재, 질석, 바텀애쉬(bottom ash), 슬래그, EPS, 유리면, 스티로폴 입자 중 선택되는 1종 이상일 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 제 1 혼합물은 시멘트 100 중량부에 대하여 상기 배합수 20 내지 25 중량부, 골재 50 내지 60 중량부, 방수재 12 내지 18 중량부 및 광촉매 3 내지 7 중량부를 포함하는 것일 수 있으며, 특히, 상기 방수재는 팽창 코팅 질석, 폴리우레탄 수지, 불소 코팅된 나노 실리카 및 셀룰로오스 파이버로 이루어지는 군에서 선택되는 1종일 수 있고, 상기 광촉매는 산화아연(ZnO), 황화카드뮴(CdS), 산화텅스텐(WO3), 산화스트론튬티타늄(SrTiO3), 셀레늄화카드뮴(CdSe), 칼륨니오베이트(KNbO3) 및 산화티타늄(TiO2)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종일 수 있다.
상기 제 1 혼합물은 최종적으로 제조되는 콘크리트 패널에 있어서, 내층을 이루는 주재가 되는 것으로서, 후술할 외층을 이루는 주재인 제 2 혼합물 대비 광촉매 비율이 상대적으로 낮고, 방수재 비율이 상대적으로 높은 것일 수 있다.
구체적으로 본 발명의 일실시예에 따른 방수재는 팽창 코팅 질석 및 폴리우레탄 수지일 수 있으며, 구체적으로 팽창 코팅 질석 및 폴리우레탄 수지를 40 : 60 내지 60 :40 중량부 범위 비, 상세하게는 45 : 55 중량부 비로 포함하는 것일 수 있다. 코팅 팽창 질석과 폴리우레탄 수지가 상기 중량부 범위 비로 포함되는 경우, 잔골재를 대체하는 효과를 가지면서 콘크리트 경량화를 효과적으로 달성할 수 있고, 팽창 코팅 질석으로 인한 충분한 방수 효과도 기대할 수 있게 된다. 상기 범위를 초과하여 팽창 코팅 질석이 포함되는 경우, 콘크리트 강성 및 인장강도에 문제가 있을 수 있고, 상기 범위 미만으로 팽창 코팅 질석이 포함되는 경우, 경량화 효과가 미미할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매는 산화아연 및 티타늄일 수 있으며, 구체적으로 황화카드뮴 및 산화스트론튬티타늄을 80 : 20 내지 70 : 30 중량부 범위 비, 상세하게는 75 : 25 중량부 비로 포함하는 것일 수 있다. 황화카드뮴 및 산화스트론튬티타늄이 상기 중량부 범위 비로 포함되는 경우, 경제성 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 콘크리트 패널에서 특히 문제될 수 있는 6가 크롬과 포름알데히드 제거 효과가 뛰어나고, 이에 의해 노출 형태로 사용하더라도 유해성을 효과적으로 감소시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 단계에서 시멘트, 배합수, 골재, 방수재 및 광촉매를 혼합하여 제 1 혼합물을 형성하는 동시에 패널 내층 제조를 위한 프레임에 타설하여 1차적으로 경화시킴으로써, 패널 내층을 제조하게 된다. 구체적으로, 상기 단계는 20 내지 25℃ 범위의 실온 조건 하에서 20 내지 30 분간 경화시키는 것일 수 있으며, 구체적으로, 상기 단계에서는 완전히 경화시키지 않고 약 60 내지 70%, 상세하게는 65% 수준으로 반 경화시키는 것일 수 있으며, 위와 같은 범위로 경화 과정이 수행되어야 후술할 2차적인 경화 단계에서 제 2 혼합물과 결합이 용이하게 되며, 이에 의해 1차 및 2차 경화 과정을 통해 제조되는 단일 콘크리트 패널의 기계적 강도가 저하되지 않는다.
다음으로, 상기 a 단계에서 얻어진 경화물을 시멘트, 배합수, 골재, 방수재 및 광촉매를 혼합한 제 2 혼합물에 함침시킨 후, 타설하여 2차적으로 경화시킨다(단계 b).
시멘트(cement)는 상기 a 단계와 마찬가지로, 포틀랜드 시멘트, 조강 시멘트, 알루미나 시멘트 중 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 주성분으로서 규산삼칼슘(3CaO·SiO2)과 규산이칼슘(2CaO·SiO2)을 포함하는 것일 수 있다.
골재(및/또는 잔골재)는 콘크리트를 만들 때, 물, 시멘트와 함께 혼합되는 모래, 자갈 및 부순돌 및 유사 재료를 의미하는 것으로서, 상기 a 단계와 마찬가지로, 보다 상세하게는 경량 골재, 질석, 바텀애쉬(bottom ash), 슬래그, EPS, 유리면, 스티로폴 입자 중 선택되는 1종 이상일 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 제 2 혼합물은 시멘트 100 중량부에 대하여 상기 배합수 20 내지 25 중량부, 골재 50 내지 60 중량부, 방수재 5 내지 10 중량부 및 광촉매 10 내지 15 중량부를 포함하는 것일 수 있으며, 특히, 상기 방수재는 팽창 코팅 질석, 폴리우레탄 수지, 불소 코팅된 나노 실리카 및 셀룰로오스 파이버로 이루어지는 군에서 선택되는 1종일 수 있고, 상기 광촉매는 산화아연(ZnO), 황화카드뮴(CdS), 산화텅스텐(WO3), 산화스트론튬티타늄(SrTiO3), 셀레늄화카드뮴(CdSe), 칼륨니오베이트(KNbO3) 및 산화티타늄(TiO2)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종일 수 있다.
상기 제 2 혼합물은 최종적으로 제조되는 콘크리트 패널에 있어서, 외층을 이루는 주재가 되는 것으로서, 상술한 내층을 이루는 주재인 제 1 혼합물 대비 광촉매 비율이 상대적으로 높고, 방수재 비율이 상대적으로 낮은 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 광촉매 성분은 내층 대비 외층에 상대적으로 많이 포함됨으로써, 빛의 흡수에 의해 휘발성 유기오염 물질(volatile organic compunds, VOCs)들과 중금속 등을 분해하는 효과를 최적화할 수 있으며, 이는 콘크리트 패널 현장 시공 시 절단 가공이 필수적이기는 하나, 절단면이 차지하는 면적 비율이 절단되지 아니한 면적(표면적 등) 비율 대비 적기 때문이며, 이에, 패널의 외층을 이루는 부분에 광촉매 성분이 많이 분포될수록 광에 노출되기 용이하기 때문이다.
구체적으로, 광촉매는 아래 반응식에 나타난 것과 같이, 밴드갭(bandgap energy) 이상의 빛을 받으면 가전자대(valence band)의 전자가 전도대(conduction band)로 전이하여 전자(e-)와 정공(H+)을 생성하며, 이들이 또 다시 대기 중의 O2 및 H2O 분자와 결합하여 강력한 유기물 분해능을 가진 슈퍼옥사이드(O2 -)와 수산화이온(OH-)을 생상하고, 이들의 산화/환원 작용에 의해 표면의 오염물 및 세균을 분해하게 된다.
Organic pollutant + (O2 -, OH-) → CO2 + H2O (반응식 1)
상기 a 단계와 마찬가지로, 본 발명의 일실시예에 따른 방수재는 팽창 코팅 질석 및 폴리우레탄 수지일 수 있으며, 구체적으로 팽창 코팅 질석 및 폴리우레탄 수지를 40 : 60 내지 60 :40 중량부 범위 비, 상세하게는 45 : 55 중량부 비로 포함하는 것일 수 있다. 코팅 팽창 질석과 폴리우레탄 수지가 상기 중량부 범위 비로 포함되는 경우, 잔골재를 대체하는 효과를 가지면서 콘크리트 경량화를 효과적으로 달성할 수 있고, 코팅 팽창 질석으로 인한 충분한 방수 효과도 기대할 수 있게 된다. 상기 범위를 초과하여 팽창 코팅 질석이 포함되는 경우, 콘크리트 강성 및 인장강도에 문제가 있을 수 있고, 상기 범위 미만으로 팽창 코팅 질석이 포함되는 경우, 경량화 효과가 미미할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매는 황화카드뮴 및 산화스트론튬티타늄일 수 있으며, 구체적으로 황화카드뮴 및 산화스트론튬티타늄을 80 : 20 내지 70 : 30 중량부 범위 비, 상세하게는 75 : 25 중량부 비로 포함하는 것일 수 있다. 황화카드뮴 및 산화스트론튬티타늄이 상기 중량부 범위 비로 포함되는 경우, 경제성 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 콘크리트 패널에서 특히 문제될 수 있는 6가 크롬과 포름알데히드 제거 효과가 뛰어나고, 이에 의해 노출 형태로 사용하더라도 유해성을 효과적으로 감소시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 단계에서는 a 단계에서 얻어진 경화물(또는 반경화물)을 시멘트, 배합수, 골재, 방수재 및 광촉매를 혼합한 제 2 혼합물에 함침시킨 후, 타설하여 2차적으로 경화시킴으로써, 패널 외층을 제조하게 된다. 구체적으로, 상기 단계는 20 내지 25℃ 범위의 실온 조건 하에서 3 내지 10 시간 동안 경화시키는 것일 수 있으며, 구체적으로, 상기 단계에서는 상술한 a 단계에서 설명한 바와 같이 약 60 내지 70%, 상세하게는 약 65% 수준으로 반경화된 경화물을 제 2 혼합물에 함침시킴으로써, 패널 내층과 실질적으로 동등한 시멘트, 배합수 및 골재 성분으로 패널 외층을 형성하되, 내층 대비 광촉매 비율이 상대적으로 높고, 방수재 비율이 상대적으로 낮도록 형성하는 것일 수 있다.
한편, 상기 단계를 통해 a 단계를 통해 얻어진 경화물(또는 반경화물)의 외층에는 내층 대비 상대적으로 높은 광촉매 비율 및 상대적으로 낮은 방수재 비율을 가지도록 하되, 내층과 외층 간 충분한 결합력을 확보하도록 한 외층이 형성되고, 압축강도 및 휨인장강도 등 절단 가공에 충분한 기계적 물성을 확보한 콘크리트 패널의 제조가 가능해진다.
나아가, 상기 a 및 b 단계에서 각각 준비되는 제 1 혼합물 및 제 2 혼합물은 시멘트, 배합수, 골재, 방수재 및 광촉매는 동일하게 사용하되, 방수재와 광촉매의 혼합 비율만 달리한 것으로서, 상기와 같이 방수재와 광촉매의 비율만 달리하여 콘크리트 패널 내층과 외층을 제조하는 경우, 자동화 공정을 적용한 대량 생산이 용이해진다는 점에서도 장점이 있다.
다음으로, 상기 b 단계를 통해 경화된 콘크리트 패널을 양생한다(단계 c). 한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 c 단계를 통해 얻어진 콘크리트 패널 외표면에 오버 코팅을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일례로, 상기 양생 단계는 목적하는 용도에 따라 적절한 형태의 프레임 내에 타설된 형태로 10 내지 30℃ 온도 조건 하에서, 초기 양생 및 수중 양생 및 증기 양생 중 선택되는 양생 방법을 적절히 선택하여 수행되는 것일 수 있으며, 동절기 타설 시에는 단열재 및 보온을 유지한 상태로 10 내지 30℃ 온도 조건으로 양생될 수 있다.
한편, 상기 오버 코팅은 콘크리트 패널의 광택, 방수 및 발수 특성을 보강하기 위해 수행되는 것일 수 있으며, 구체적으로 에폭시(epoxy)계열 또는 아크릴레이트(acrylate)계열의 수지로 수행되는 것일 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 오버 코팅 공정에 의해 형성된 오버 코팅층(overcoat layer)은 다공성의 콘크리트 패널 내부로 수분이 침투하는 것을 효과적으로 방지하는 동시에 외부 충격으로 인한 콘크리트 패널의 직접적 손상을 방지하고, 패널 손상에 의한 먼지 발생을 감소시키며, 콘크리트 고유의 질감과 심미감을 더욱 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 일실시예에 따라 오버 코팅 단계 수행 후 콘크리트 패널 표면에 형성된 오버 코팅층은 5 내지 8㎜ 두께 범위, 보다 상세하게는 6 내지 7㎜ 두께 범위를 가질 수 있으며, 오버 코팅층이 상기 두께 범위를 가지는 경우, 노출 콘크리트 패널의 고유 표면 질감, 색상과 음각 효과를 해하지 아니하고, 자연스러운 발색과 외적 심미감을 유지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 방법에 의해 제조되는 친환경 노출 콘크리트 패널은 내층 및 외층으로 구성되되, 상기 내층은 외층 대비 광촉매 비율이 상대적으로 낮고, 상기 외층은 내층 대비 광촉매 비율이 상대적으로 높은 것일 수 있다
이상과 같이 설명한, 본 발명에 따른 친환경 노출 콘크리트 패널은 내층 및 외층으로 구성되되, 상기 내층은 외층 대비 광촉매 비율이 상대적으로 낮고, 상기 외층은 내층 대비 광촉매 비율이 상대적으로 높은 구성을 가지며, 콘크리트 현장 시공 시 필연적으로 발생하는 절단 가공에 의해 노출되는 절단면에 분산된 방수재 성분으로 인해, 수분으로 인한 결로 현상 및 크랙 발생이 효과적으로 억제되며, 패널 외층의 경우 외부 충격, 가령 스크래치나 마모, 파손에 의해 오버 코팅 면이 손상된 경우 패널 내에 균일하게 분산된 광촉매 성분에 의해 중금속 및 포름알데히드와 같은 오염원을 효과적으로 제거할 수 있다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 친환경 노출 콘크리트 패널 제조
C3S, Ca(OH)2, CaSO4, 3CaO·SiO2, 2CaO·SiO2를 주성분으로 포함하는 포틀랜드 시멘트 10kg을 준비하고, 배합수 2kg, 자갈 및 모래로 이루어진 골재 5kg, 방수재로서 팽창 코팅 질석 0.675 kg, 폴리우레탄 수지 조성물 0.825kg, 황화카드뮴 0.375kg, 산화스트론튬티타늄 0.125kg을 혼합하여 제 1 조성물을 준비한 다음, 가로 400㎜ × 세로 400㎜ × 두께 15㎜의 프레임 내에 타설한 다음 약 20분간 경화시킴으로써, 약 65% 수준으로 경화시켰다(반경화).
다음으로, 상기와 동일한 성분을 포함한 포틀랜드 시멘트 10kg, 배합수 2kg, 자갈 및 모래로 이루어진 골재 5kg, 방수재로서 팽창 코팅 질석 0.315 kg, 폴리우레탄 수지 조성물 0.385kg, 황화카드뮴 0.975kg, 산화스트론튬티타늄 0.325kg을 혼합하여 제 2 조성물을 준비한 다음 가로 500㎜ x 세로 500㎜ x 두께 25㎜의 프레임 내에 상술한 반경화된 경화물을 함침시키고, 약 5 시간 동안 경화시켰다.
다음으로, 증기 양생 방법을 이용하여 약 20℃ 온도 및 증기 조건 하에서 전치하고, 온도를 약 60℃까지 승온한 다음, 약 8시간 동안 유지하고, 다시 약 15℃ 및 증기 조건 하에서 약 10시간 동안 후치함으로써, 콘크리트 패널 양생을 수행하였다.
실시예 1-2
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 패널을 제조하되, 최종적으로 제조된 콘크리트 패널 표면에 약 6 내지 7㎜ 두께로 프라이머 및 에폭시 수지를 도포하여, 에폭시 오버 코팅을 수행한 것만 달리하였다.
비교예 1-1
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 패널을 제조하되, 외층 형성에 있어 제 2 조성물 대신 제1 조성물을 사용한 것만 달리하였다.
비교예 1-2
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 패널을 제조하되, 내층 형성에 있어 제 1 조성물 대신 제 2 조성물을 사용한 것만 달리하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 패널을 제조하되, 방수재인 팽창 코팅 질석 및 폴리우레탄 수지 조성물을 사용하지 않은 것만 달리하였다.
비교예 3
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 패널을 제조하되, 광촉매인 황화카드뮴 및 산화스트론튬티타늄을 사용하지 않은 것만 달리하였다.
[실험 1: 콘크리트 패널의 결로 현상 발생 유무 측정 및 수분 침투 여부 확인]
상기 실시예 및 비교예들에 따라 얻어진 콘크리트 패널을 절단 가공하여 절단면을 노출시킨 후, 약 80% 이상의 상대습도 조건을 유지한 상태 하에서, 실내외 온도차가 약 20 ℃ 이상 나도록 한 환경을 조성한 후, 약 48시간 동안 방치하여 결로 현상 발생여부 및 콘크리트 내부로 수분이 침투하였는지 여부를 육안으로 관찰하였다. 그 결과는 아래 표 1과 같다(도 2 참조).
결로현상 발생 여부 콘크리트 내부 수분 침투 여부
실시예 1 × ×
실시예 1-2 × ×
비교예 1-1 △ ○
비교예 1-2 △ ○
비교예 2 ○ ○
비교예 3 × △
실험 1의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 콘크리트 패널의 경우 장시간 다습한 환경 및 내외부 간 현저한 온도차 환경에 노출되더라도 결로현상 및 콘크리트 내부 수분 침투 현상이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
[실험 2: 절단 가공된 콘크리트 패널의 유기성 휘발 물질 제거능 측정 ]
상기 실시예 및 비교예들에 따라 얻어진 콘크리트 패널의 유기성 휘발 물질 제거능을 측정하기 위해, 톨루엔 및 포름알데히드 표준가스를 이용하여 탈취성능 실험을 실시하였다. 구체적으로, 30L 부피 챔버 내에 상기 실시예 및 비교예에 따라 얻어진 콘크리트 패널 시편(절단 가공한 면 포함) 40g을 각각 장착하고, 챔버 내에 표준가스를 주입한 다음, 톨루엔 40ppm 및 포름알데히드 10ppm 초기농도가 되도록 혼합가스를 조성한 후 내부 팬을 작동하여 경과시간에 따른 가스 농도를 측정하였다. 농도 측정은 불꽃이온검지관(FID)이 장착된 가스크로마토그래피(GC)를 이용하여 측정하였다. 구체적으로 챔버 내 온도는 25℃, 상대 습도는 약 60% 조건에서 실험하였다. 결과는 아래 표 2와 같다.
톨루엔 제거효율(%) 포름알데히드 제거효율(%)
실시예 1 86 85
실시예 1-2 85 87
비교예 1-1 77 74
비교예 1-2 78 75
비교예 2 77 78
비교예 3 32 36
실험 2의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 콘크리트 패널의 경우 포름알데히드 및 톨루엔과 같은 휘발성 유기화합물에 대한 제거 효율이 80%이상을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 비교예 1-1 및 1-2도 이와 유사한 수준의 VOCs 제거능을 가지는 것을 확인할 수 있었으나, 실험 1에서 살펴본 바와 같이, 결로현상 및 콘크리트 내부 수분 침투 현상 발생 측면에서는 실시예 대비 열등한 문제가 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 패널의 경우, 결로현상 및 콘크리트 내부 수분 침투 현상 발생 방지 측면 및 휘발성 유기 화합물 제거 측면 모두에서 우수한 효과를 가지는 것을 확인할 수 있었다.
비교예 4-1
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 패널을 제조하되, 패널 내층 제조를 위한 1차 경화 시 약 15분간 경화하여 약 55% 수준으로 경화한 것만 달리하였다.
비교예 4-2
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 패널을 제조하되, 패널 내층 제조를 위한 1차 경화 시 약 10분간 경화하여 약 50% 수준으로 경화한 것만 달리하였다.
비교예 4-3
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 패널을 제조하되, 패널 내층 제조를 위한 1차 경화 시 약 40분간 경화하여 약 75% 수준으로 경화한 것만 달리하였다.
비교예 4-4
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 패널을 제조하되, 패널 내층 제조를 위한 1차 경화 시 약 60분간 경화하여 약 80% 수준으로 경화한 것만 달리하였다.
[실험 3: 절단 가공 시 내충격에 따른 분리여부 및 기계적 강도 측정 실험]
실시예 1 내지 2 및 비교예 4-1 내지 4-4에 대하여 절단 가공 시 내충격성 및 기계적 강도를 측정하였다. 구체적으로, 위 방법에 따라 제조된 콘크리트 패널 시편(8 × 8 × 3 cm)을 준비하고, 다이아몬드날 절단기(3M 社)를 이용하여 중심 단면을 절단 가공하였다. 이를 통해 내층과 외층이 서로 분리되는지 여부를 육안으로 관찰하였다. 또한, UTM(압축시험기)에서 재하속도가 매초 2.5kgf/cm2가 되도록 하중을 가하여 파괴 시 하중을 측정하였고, 그 크기를 시험체 단면적으로 나누어 압축강도를 산출 및 평균하였다. 휨인장강도 역시 인장시험기를 사용하여 직접인장시험을 실시하여 압축강도와 같은 방식으로 휨인장강도를 산출하였다.
내층 및 외층 분리여부 압축강도(kgf/cm 2 ) 휨인장강도(kgf/cm 2 )
실시예 1 × 735 305
실시예 1-2 × 732 304
비교예 4-1 △ 557 213
비교예 4-2 △ 581 232
비교예 4-3 ○ 623 261
비교예 4-4 ○ 651 275
실험 3의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 콘크리트 패널의 경우 충격을 가하였을 때, 콘크리트 패널의 내층 및 외층이 분리되지 아니할 정도로 충분히 결합된 것을 확인할 수 있으나, 비교예들의 경우에는 절단 가공 시 내층과 외층이 분리되는 문제점을 확인할 수 있었다. 나아가, 압축강도 및 휨인장강도 측면에서도 본 발명의 실시예에 따라 제조된 콘크리트 패널이 비교예들 대비 현저하게 향상된 점을 확인할 수 있었다.

Claims (9)

  1. a) 시멘트, 배합수, 골재, 방수재 및 광촉매를 혼합한 제 1 혼합물을 프레임에 타설하여 1차적으로 경화시키는 단계;
    b) 상기 a 단계에서 얻어진 경화물을 시멘트, 배합수, 골재, 방수재 및 광촉매를 혼합한 제 2 혼합물에 함침시킨 후, 타설하여 2차적으로 경화시키는 단계; 및
    c) 상기 b 단계를 통해 경화된 콘크리트 패널을 양생하는 단계;를 포함하는, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 c 단계를 통해 얻은 콘크리트 패널 외표면에 오버 코팅하는 단계를 더 포함하는, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 혼합물은 시멘트 100 중량부에 대하여 상기 배합수 20 내지 25 중량부, 골재 50 내지 60 중량부, 방수재 12 내지 18 중량부 및 광촉매 3 내지 7 중량부를 포함하는 것인, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 혼합물은 시멘트 100 중량부에 대하여 상기 배합수 20 내지 25 중량부, 골재 50 내지 60 중량부, 방수재 5 내지 10 중량부 및 광촉매 10 내지 15 중량부를 포함하는 것인, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 방수재는 팽창 코팅 질석, 폴리우레탄 수지, 불소 코팅된 나노 실리카 및 셀룰로오스 파이버로 이루어지는 군에서 선택되는 1종인, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광촉매는 산화아연(ZnO), 황화카드뮴(CdS), 산화텅스텐(WO3), 산화스트론튬티타늄(SrTiO3), 셀레늄화카드뮴(CdSe), 칼륨니오베이트(KNbO3) 및 산화티타늄(TiO2)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종인, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 방수재는 팽창 코팅 질석 및 폴리우레탄 수지이며,
    상기 방수재는 팽창 코팅 질석 및 폴리우레탄 수지를 40 : 60 내지 60 : 40 중량부 범위 비로 포함하는, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광촉매는 황화카드뮴 및 산화스트론튬티타늄이며,
    상기 광촉매는 황화카드뮴 및 산화스트론튬티타늄을 80 : 20 내지 70 : 30 중량부 범위 비로 포함하는, 친환경 노출 콘크리트 패널 제조방법.
  9. 제 1 항의 방법에 따라 제조되며,
    내층 및 외층으로 구성되되, 상기 내층은 외층 대비 광촉매 비율이 상대적으로 낮고, 상기 외층은 내층 대비 광촉매 비율이 상대적으로 높은, 친환경 노출 콘크리트 패널.
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