KR101558328B1 - 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 압출성형제품의 석회질계 재료인 시멘트 일부 및 규사분말과 규회석 전량을 플라이애시로 치환함으로서 결합재 비용을 절감하고 석탄회의 재활용을 촉진하기 위하여, 석탄회, 압출성형 건축내장재 휨인성 개선을 위한 펄프, PP(Poly Propylene) 섬유 및 압출모르타르 조성물의 점성의 증진을 위한 증점제를 포함하여 구성되는 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널에 관한 것이다.

Description

비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널 및 그 제조방법{Extruding panel for building interior materials with high volume fly ash and the manufacturing the same}

본 발명은 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 압출성형제품의 석회질계 재료인 시멘트 일부 및 규사분말과 규회석 전량을 플라이애시로 치환함으로써 결합재 비용을 절감하고 비정제 석탄회의 재활용을 촉진하기 위하여, 비정제 석탄회, 압출성형 건축내장재 휨인성 개선을 위한 펄프, PP(Poly Propylene) 섬유 및 압출성형패널 조성물의 점성의 증진을 위한 증점제를 포함하여 구성되는 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현재, 국내 발전소의 총발전량은 2002년 332,021 GWh에서 2011년 518,111 GWh로 지속적으로 매년 평균 5%씩 증가하고 있으나, 2011년 동일본 대지진으로 인한 원전사고로 국내에서도 원자력 발전소 건설이 잠정적으로 중단됨에 따라 당분간 상대적으로 안전한 것으로 인식된 화력발전소 건설이 증가하는 추세로, 2011년 화력 발전에 의한 발전량은 2010년 대비 5%증가하였지만, 증감치로 보면 14,776 GWh로서 타 발전에 비해 가장 많이 증가한 것으로 나타난 바, 향후에도 화력발전의 비율이 상승할 것으로 예상된다.

상기와 같이, 화력발전의 발전량 증가에 따라 국내 화력발전 5개사 석탄재 발생량도 매년 증가 추세에 있는데, 이러한 석탄재의중 Bottom ash의 재활용률은 2009년 이후 급격히 증가하고 있는 추세이나 재활용으로 인한 수익은 2006년 이후 매년 적자인 것으로 나타나고 있고, Bottom ash에 비해 34배 많이 배출되고 있는 Fly ash의 경우에도 재활용률 및 재활용으로 인한 수익도 매년 감소하고 있는 추세로 나타나고 있다. 또한, [도 1]과 같이, Fly ash의 경우는 주로 레미콘 및 시멘트 혼화재(65.5%), 매립(32.1%) 등으로, 바텀애쉬의 경우는 골재(30.2%), 매립(37.22%) 등으로 처리되고 있지만, 현재 SOC기반이 거의 완성되어 건설시장은 완만하게 하락세를 지속하고 있어 적용 시장이 줄어들고 있으므로 석탄재를 시멘트 원료 및 콘크리트의 혼화재에 한정하지 말고 다양한 용도를 창출할 필요성이 시급한 것으로 대두되고 있다.

또한, 국내외 석탄회 재활용 추진현황을 살펴 보면, 미국에서는 석탄회의 재활용은 주로 EPRI(Energy Power Research Institute)가 1990년대 중반부터 석탄회의 재활용에 관한 연구를 수행하고 있으며, ACAA(America Coal Ash Association)에서 EPRI와 비슷하게 관련된 업무와 연구를 수행하고 있고, 미국 내에서의 주요 재활용 분야는 도로기층 및 노상재료, 도로제방의 성토재로 많이 사용되고 있으며, 최근의 연구경향은 성토재로서의 물리 화학적 특성에 관한 연구가 활발히 진행 중이지만, 연구 및 재활용 범위가 한정되어 있다.

또한, 일본 및 유럽에서는 재활용 용도에 대한 정확한 보고는 없으나 일본의 경우 시멘트 원료로 52.2%로 사용하고 있으며, 일부 콘크리트 혼화재로 2.1% 사용한 것으로 보고되고 있다.

국내에서는 1980년대 초반부터 한국전력, 한전산업개발(주) 및 정부 주도하에 활발히 진행되어 오고 있으며, 석탄회를 분말화한 다음 다른 재료들과 혼합/성형한 후 소성하여 경량골재를 제조하는 연구가 진행되었으나 이는 소성이라는 공정을 포함하여 매우 단가가 높은 제품을 생산하는 것으로 비경제적인 것으로 나타나고 있다.

특히, 국내의 경우 석탄회 재활용은 1990년대 후반부터 시작되어 약 20년에 불과하지만 국내의 폐기물관리법에서는 석탄재를 폐기물 및 재활용 대상 폐기물로 규정하고 있고, 자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률의 시행령에서는 지정 부산물로 석탄재를 규정하고 있으며, 또한 동 법률과 철강슬래그 및 석탄재 배출 사업자의 재활용 지침에서는 지정 부산물인 석탄재를 일정 비율 이상 재활용되도록 정하고 있고, 재활용 용도를 레미콘 등 콘크리트 혼화재, 시멘트 원료, 경량골재, 시멘트 2차 제품 원료, 성토용 골재, 복토용 골재, 도로용 골재, 목재 접착재 원료, 시멘트클링커 제조 원료 대체용으로 명시하고 있는 바와 같이, 석탄재의 재활용 촉진을 위한 관련 법상의 적용 범위가 광범위하게 설정되어 있고, 석탄재 활용을 위한 법적 기틀이 마련되어 있는 등 다양한 정책적 지원과 투자에 의해 재활용이 꾸준히 증가하고 있으나, 고부가가치 용도의 재활용 및 경제성은 매우 미흡한 실정이다.

한편, 종래 건설 분야에서 사용되는 콘크리트 2차 제품은 대부분 시멘트 또는 폴리머를 결합재로 사용한 제품으로, 그 제조방식은 습식과 건식방법으로 분류되며, 습식방법은 수분을 많이 함유한 유동성이 있는 콘크리트를 몰드에 타설하여 진동 다짐과 양생 후 탈형하는 몰드 타설 방식, 원형의 관에 콘크리트를 채운 후 원심력을 이용하여 모양을 성형한 후 양생하여 탈형하는 원심력 성형 방식, 진공 실린더 내에 설치한 스크류의 회전력을 이용하여 모양을 내는 몰드를 통하여 압출하여 성형하는 진공압출방식이 있고, 건식방법은 수분을 소량 함유한 유동성이 없는 콘크리트를 몰드에 타설한 다음 진동과 압력을 주어 성형하는 진동가압방식이 있다.

이러한 다양한 콘크리트 제품 제조 방식중 몰드타설, 원심력 성형, 진동가압방식은 골재를 포함한 콘크리트를 대상으로 한 것으로 제조방식 및 장비에 따라 요구되는 물성이 약간씩 다르지만, 콘크리트 2차 제품 제조에 널리 사용되고 있으나, 압출방식은 골재를 포함하지 않는 재료구성과 CaO와 SiO₂의 수열합성반응을 통하여 강도를 발현하고 별도의 마감 없이 표면이 노출되도록 사용되고 있으므로, 플라이애시와 같이 순도가 낮고 색상이 짙은 재료는 사용하지 못하는 단점이 있었다.

상기한 압출성형 방식은 결합재인 시멘트 50%와 규사분말 40%, 찢어짐을 방지하기 위한 증점제인 MC(Methyl Cellulose)와 PP 섬유(Poly Propylene Fiber) 등과 선택적으로 보형성 개선을 위한 규사를 원료로 하여 혼합한 다음 압출기(Extruder)를 이용하여 동일한 연속적인 단면을 갖는 패널 또는 선재를 생산하는 방식으로 압출직후 일정한 형상을 유지하고는 있지만 강도를 발현하지는 못하며, 증기양생과 오토클레이브 양생을 통하여 강도를 상당히 높은 강도를 발현하게 되는데, 증기양생은 공장내에서 취급중에 발생하는 응력에 저항하기 위한 강도를 발현하도록 하는 것으로 주로 시멘트의 수화반응에 의존하여 강도를 발현하고, 오토클레이브 양생은 목표로 하는 고강도를 신속하게 발현할 목적으로 실시하는 것으로 칼슘질 재료와 실리카질 재료의 수열반응에 의해 토버모라이트를 생성함으로서 강도를 발현하게 된다.

또한, 상기 증기양생은 물을 가열하여 얻은 증기를 챔버에 공급하여 65~80℃로 일정한 시간동안 유지하도록 하는 양생방법이며, 오토클레이브 양생은 밀폐된 용기에 증기를 공급하여 180℃, 10atm을 일정한 시간 유지하도록 하는 것이다.

현재, 압출방식의 성형제품은 대부분 옥외용으로 건물의 외장재, 방음벽으로 사용되고 있으며, 건축물 실내의 칸막이재 또는 인방재로 사용되고 있고. 현재 압출패널 시장은 연간 70만㎡, 약 600억원 정도의 규모에 불과하나, 건축물 실내 벽체는 매우 큰 시장을 가지고 있다. 즉, 2009년 국내 벽체 시장은 [도 2]에서 알 수 있는 바와 같이 약 4,300억 규모이고, 76% 이상의 시장을 석고보드가 점유하고 있는 반면, 압출성형 패널은 단지 8.1%의 점유율만을 보이고 있다.

또한, 주거용 건축구조물은 층간소음 규제가 강화되고 가변형 주거에 대한 수요의 증가에 기인하여 기존의 벽식라멘구조에서 라멘구조 또는 무량복합라멘구조로 변화되고 있어 압출성형 패널 등의 건식 벽체 시장은 규모가 확대될 것으로 예상되는 바, 구체적으로 추후 신도시 건설 계획에 내벽용 패널 약 370만㎡가 이미 설계에 반영되어 있는 실정이며, 앞으로 내벽용 패널의 시장은 더욱더 확대될 전망이다.

또한, 현재 가장 넓은 시장을 보유하고 있는 석고보드는 우수한 내화성능과 취급하기 쉽다는 특성을 갖고 있으나 수분에 접할 경우 강도가 매우 낮아지고, 단일패널로 사용할 수 없어 복합구조로 하여야 하므로 공정이 복잡하며, 차음성이 낮고, 못 지지력이나 수평하중에 대한 내력이 낮은 문제점이 있는 반면, 압출성형제품의 경우 높은 강도, 우수한 차음성, 마감성, 치수안정성 등 다양한 장점을 가지고 있으나 생산단가가 높아 가격경쟁력이 낮기 때문에 벽체시장에서의 시장 점유율이 낮으므로 압출성형제품의 사업화 경쟁력을 높이기 위해서는 가격경쟁력 향상이 필요한 실정이다.

상기 압출성형 건축재에 사용되는 재료의 조성은 [도 3]에서 알 수 있는 바와 같이 시멘트는 CaO를 60% 이상 함유하고 있고 규사는 SiO₂를 95% 이상 함유하고 있어 압출방식에는 CaO 및 SiO₂ 산화물 함량이 높은 원료를 사용하여야 소요 물성을 달성할 수 있지만, 이에 반하여 플라이애시는 CaO를 단지 8% 미만, SiO₂를 55% 미만을 함유하고 있어 두 종류 산화물의 함량이 낮으므로 칼슘질 재료와 실리카질 재료의 수열반응을 통하여 강도를 발현하는 재료로는 부적합하다.

또한, 일례로 압출방식으로 제조된 패널은 별도의 마감 없이 사용하게 되므로 색상이 매우 중요한 품질 기준이고, 시장에서는 밝은 색상이 좋은 품질의 제품으로 인식하고 있으나 플라이애시는 미연탄을 함유하고 있어 색상이 짙기 때문에 시장의 수요와 부합하지 않아 사용되기 어려운 상황이었다.

플라이애쉬 등의 석탄재에 대한 종래 재활용 기술을 살펴 보면, 한국등록특허 10-1271369에 석탄재의 플라이애쉬 중 플라이애쉬 1종을 콘크리트에 혼합하여 타설시킴에 따라 상측으로 개방된 내부공간부를 갖는 블럭몸체를 제조하는 단계; 석탄재 중 바텀애쉬로 상기 내부공간부의 저부에 대응되는 형상으로 슬러지부를 제조하는 단계; 석탄재의 플라이애쉬 중 플라이애쉬 2종을 콘크리트에 혼합하여 타설시킴에 따라 중간부를 제조하는 단계; 상기 슬러지부를 상기 블럭몸체의 내부공간부 저부에 수납하는 단계; 상기 블럭몸체의 내부공간부 저부에 수납된 슬러지부의 상측으로 상기 중간부를 적층하는 단계; 적층된 상기 중간부의 상측으로 석탄재 플라이애쉬 중 플라이애쉬 1종을 콘크리트에 혼합하여 타설시켜 상기 블럭몸체의 내부공간부를 폐쇄시킴에 따라 상기 슬러지부가 외부로 유출되는 것을 방지하는 마개부를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 석탄재 블럭제조방법이 개발된 바 있다.

또한, 한국등록특허 10-1018009에는 배합원료로서 결합재, 활성화제, 잔골재, 굵은골재, 물 및 고성능감수제를 포함하고, 이들 배합원료를 배합하고, 교반하는 과정과 양생하는 과정을 거쳐 콘크리트를 제조하는 방법에 있어서, 상기 결합재는 분말도 2,000~4,000cm2/g의 폐유리 미분말과2,000~5,000cm2/g의 플라이애쉬가 중량비로 3:97~20:80의 비율로 구성되는 것이며, 상기 활성화제는 6~12Mole NaOH와 쇼듐실리케이트가 중량비로 0.75:1.25~1.25:0.75의 비율로 구성되는 것임을 특징으로 하는 폐유리 미분말과 플라이애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트의 제조방법이 공지되어 있다.

또한, 한국등록특허 10-0695488에는 내부에 숯 성분을 포함하는 건축용 숯보드에서, 바텀애쉬, 황토, 전분, 보강섬유재, 스티로폼 및 물을 포함하여 혼합된 혼합물을 일정 두께의 층상으로 형성한 내부본체층; 플라이애쉬, 황토, 폐석고 및 물을 포함하는 표면재를 상기 내부본체층의 표면에 소정 두께로 도포하여 이루어진 표면코팅층; 및, 상기 내부본체층의 내부에 일정 간격으로 형성된 다수개의 숯 기둥;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 재활용 소재를 이용한 건축용 숯보드가 개발되어 있다.

그러나, 상기 석탄재를 재활용하는 종래 기술들은 플라이애쉬 및/또는 바텀애쉬를 다른 골재 또는 시멘트와 혼합하여 콘크리트 조성물을 구성하거나, 이를 성형하여 건축용 벽체 패널을 제조하는 기술이 대부분으로 플라이애쉬 또는 바텀애쉬 단독으로 사용할 수 없는 기술이며, 특히, 플라이애시는 SiO₂와 Al₂O₃를 70% 정도 함유하고 있어 적정한 알카리 자극제를 사용할 경우 결합재인 시멘트를 사용하지 않고도 고화할 수 있는 재료구성을 가지고 있어서 이와같은 방식을 사용한 지오폴리머 또는 알카리활성 고로슬래그 또는 플라이애시 등의 연구가 진행되고 있음에도 불구하고, 이들 연구에서 압출방식의 제품에 적용한 연구는 전무한 실정이다.

이에 따라, 본 발명자들은 오토클레이브 양생시 실리카 소스로 사용 가능한 SiO₂(Quartz) 및 Al₂O₃-SiO₂계 도자기 및 내열성 재료인 3Al₂O₃₂SiO₂(mullite)가 다량 함유된 석탄회를 기존 압출성형 건축내장재의 시멘트 및 규사를 대체사용하므로써 건축내장재용 압출성형패널 조성물로 사용할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 상기 건축내장재용 압출성형패널을 제조하기 위하여 기존 압출성형 건축내장재의 시멘트 함량의 50~60중량%, 규사분말 함량 및 규회석 함량의 100중량%를 오토클레이브 양생시 실리카 소스로 사용 가능한 SiO₂(Quartz) 및 Al₂O₃-SiO₂계 도자기 및 내열성 재료인 3Al₂O₃₂SiO₂(mullite)가 다량 함유된 비정제 석탄회로 대체하고, 여기에 펄프, PP(Poly Propylene) 섬유 및 증점제를 포함하여 구성되는 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제의 해결을 위하여, 오토클레이브 양생시 실리카 소스로 사용 가능한 SiO₂(Quartz) 및 Al₂O₃-SiO₂계 도자기 및 내열성 재료인 3Al₂O₃₂SiO₂(mullite)가 다량 함유된 비정제 석탄회 640~680중량부, 시멘트 150~190중량부, 펄프 13~17중량부, 폴리프로필렌섬유 4~8중량부, 증점제 3~7중량부를 포함하여 구성되는 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널중 비정제 석탄회 사용량은 기존 압출성형 건축내장재의 시멘트 함량의 50~60중량%과 규사분말 함량 전체 및 규회석 함량 전체를 대체하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널은 KS F 4735 콘크리트 압출패널 기준에 의한 휨강도가 5~7MPa인 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널은 수평하중 저항성 평가 등급 기준(BS Code 5234)에 의한 수평하중저항성 시험결과 50kgf로 가력시 최대변위량 2.10~2.63mm 및 잔류변위량(영구변형) 0.54~0.66mm로 중공업용으로 사용가능한 SD등급인 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널은 내충격성능평가 등급 기준(BS Code 5234)에 의한 내충격성능시험결과 낙하높이 66mm에서 30kgf로 충격시 20 N·m의 충격력을 견디는 가정용으로 사용가능한 LD등급인 것을 과제의 해결수단으로 한다.

본 발명의 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널은 기존의 압출성형제품의 석회질계 재료인 시멘트 일부 및 규사분말과 규회석 전량을 플라이애시로 치환함으로서 결합재 비용을 절감하고 비정제 석탄회의 재활용을 촉진하는 획기적인 효과가 있으며, 플라이애시는 구형의 형상을 가지고 있어 유동성이 우수하므로 압출성형제품의 생산성 등 경제성 향상에 기여하는 효과가 있다.

도 1은 석탄재 재활용현황(한국남부발전, 비정제 석탄회 재활용 선진화 전략, 2009)
도 2는 2009년 국내 벽체 시장 규모
도 3은 압출성형 건축재에 사용되는 재료의 화학조성
도 4는 플라이애시 구형의 입자형상 사진
도 5는 광학현미경을 통해 플라이애쉬 입자형상 및 크기를 측정한 사진
도 6은 플라이애쉬의 화합물조성 XRD 그래프
도 7은 플라이애쉬의 화합물조성 XRF 그래프
도 8은 본 발명의 조성물로 제조된 3560 압출패널 제조 사진
도 9는 본 발명의 조성물로 제조된 3560 압출패널의 휨강도 측정사진
도 10은 본 발명의 조성물로 제조된 3560 압출패널의 수평하중저항 측정사진
도 11은 본 발명의 조성물로 제조된 3560 압출패널의 내충격성 측정사진

본 발명은 실리카 소스로 사용 가능한 SiO₂(Quartz) 및 Al₂O₃-SiO₂계 도자기 및 내열성 재료인 3Al₂O₃₂SiO₂(mullite)가 다량 함유된 석탄회 640~680중량부, 시멘트 150~190중량부, 펄프 13~17중량부, 폴리프로필렌섬유 4~8중량부, 증점제 3~7중량부를 포함하여 구성되는 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널중 석탄회 사용량은 기존 압출성형 건축내장재의 시멘트 함량의 50~60중량%과 규사분말 함량 전체 및 규회석 함량 전체를 대체하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널은 KS F 4735 콘크리트 압출패널 기준에 의한 휨강도가 5~7MPa인 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널은 수평하중 저항성 평가 등급 기준(BS Code 5234)에 의한 수평하중저항성 시험결과 50kgf로 가력시 최대변위량 2.10~2.63mm 및 잔류변위량(영구변형) 0.54~0.66mm로 중공업용으로 사용가능한 SD등급인 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널은 내충격성능평가 등급 기준(BS Code 5234)에 의한 내충격성능시험결과 낙하높이 66mm에서 30kgf로 충격시 20 N·m의 충격력을 견디는 가정용으로 사용가능한 LD등급인 것을 기술구성의 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예 및 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예 및 도면에 한정되지 않는다.

먼저, 본 발명의 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널 조성물은 실리카 소스로 사용 가능한 SiO₂(Quartz) 및 Al₂O₃-SiO₂계 도자기 및 내열성 재료인 3Al₂O₃₂SiO₂(mullite)가 다량 함유된 석탄회 640~680중량부, 시멘트 150~190중량부, 펄프 13~17중량부, 폴리프로필렌섬유 4~8중량부, 증점제 3~7중량부를 포함하여 구성된다.

본 발명에서 사용되는 비정제 석탄회인 플라이애시는 [도 4]에 나타난 바와 같이, 구형의 형상을 가지고 있어서 입형이 거친 규사분말들 보다 유동성이 우수하여 압출성형제품에 생산성 및 경제성에 유리하다.

또한, Fly ash의 밀도는 2.40 g/㎤이고, 광학현미경을 통해 입자형상 및 크기를 측정한 결과 [도 5]에 나타난 바와 같이, 3~11㎛ 크기의 입자를 가진 것으로 관찰되었으며, 규사분말의 평균입자 크기가 12~20㎛인 것을 고려해보면 플라이애시로 대체하는 것이 가능함을 알 수 있다.

한편, 플라이애쉬의 화합물조성(XRD)을 검토한 결과 [도 6]에서와 같이, 오토클레이브 양생시 실리카 소스로 사용 가능한 SiO₂(Quartz), 도자기와 Al₂O₃-SiO₂계 내열성 재료의 주요화합물로 사용되는 3Al₂O₃₂SiO₂(mullite), 산화철인 Fe₃O₄(Hematite), 생석회인 CaO가 측정되었으며, 20~30도(2theta)에서 비정질재료의 특징인 할로우피크(hollow peak)가 관찰되어 일부 비정질 상태인 것으로 나타났다. 이는 시멘트를 대체할 수 있는 화학적 특성을 가지고 있는 것을 알 수 있다.

또한, XRF를 통해 Fly ash의 산화물 조성을 검토한 결과, [도 7]에서와 같이, 주로 SiO₂(57.9%)로 구성되어 있으며, 그 외 Al₂O₃(22.4%), Fe₂O₃(7.2%), CaO(4.8%)이 주요 산화물로 나타났으며, 60%에 육박하는 SiO₂함량은 압출성형재료의 실리카소스로 충분히 사용가능성이 있는 것으로 나타났다.

이에 따라, 압출성형재료에 있어서, 상기 비정제 석탄회는 기존 압출성형 건축내장재의 시멘트 함량의 50~60중량%과 규사분말 함량 전체 및 규회석 함량 전체를 대체하는 것이 가능하다.

또한, 상기 비정제 석탄회를 대체 사용했을 경우, 압출성형 건축내장재는 KS F 4735 콘크리트 압출패널 기준에 의한 휨강도가 5~7MPa으로 나타났고, 수평하중 저항성 평가 등급 기준(BS Code 5234)에 의한 수평하중저항성 시험결과 50kgf로 가력시 최대변위량 2.10~2.63mm 및 잔류변위량(영구변형) 0.54~0.66mm로 중공업용으로 사용가능한 SD등급으로 나타났으며, 내충격성능평가 등급 기준(BS Code 5234)에 의한 내충격성능시험결과 낙하높이 66mm에서 30kgf로 충격시 20 N·m의 충격력을 견디는 가정용으로 사용가능한 LD등급으로 나타났다.

[ 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널 재료배합]

압출성형 건축내장재를 제조하기 위한 기존 압출성형 모르타르 조성물중 규사 및 규회석 100중량%와 시멘트 55중량%를 비정제 석탄회로 대체하여 본 발명의 건축내장재용 압출성형패널 재료를 다음 [표 1]와 같이 배합하였다.

재료명	기존 생산배합(kg)(%)	실시예(kg)(%)
시멘트	380 (44.7%)	170 (19.9%)
규사	420 (49.3%)	0 (0)
플라이애쉬	0 (0)	660 (77.1%)
PP섬유	6 (0.7%)	6 (0.7%)
증점제	5 (0.6%)	5 (0.6%)
펄프	15 (1.8%)	15 (1.8%)
규회석	25 (2.9%)	0 (0)
계	851 (100%)	856 (100%)

[압출성형 건축자재 제조( 3560중공패널 )]

실시예1에서 제조한 건축내장재용 압출성형패널 조성물을 이용하여 [도 8]과 같이 3560중공패널(높이 35cm x 폭 60cm)을 제조하였다.

[휨강도 평가]

실시예2에서 제조한 압출 3560중공패널을 KS F 4735 콘크리트 압출패널기준에 준하여 휨강도를 측정하여 [도 9]에 나타내었는 바, 그 결과, 휨강도는 5~7MPa수준으로 내벽체에 충분히 사용할 수 있는 것으로 확인되었다.

[ 수평하중저항성평가 ]

수평하중저항성은 벽면에 수직방향으로 작용하는 분포하중에 대한 벽체의 저항 능력을 나타내는 것으로 조립식공법으로 구성되는 건식벽체에서 특히 요구되는 성능으로서, 실시예2에서 제조한 압출 3560중공패널을 한국산업규격 KS F 2273 조립용 판의 성능 시험방법에 의하여 수평하중저항성을 측정하여 [도 10]에 나타내었는 바, 평가기준은 국내기준에서는 제시하지 않고 있어, 다음 [표 2]의 수평하중 저항성 평가등급기준(BS Code 5234)에 제시하고 있는 평가기준을 차용하여 평가하였다.

<수평하중 저항성 평가등급기준(BS Code 5234)>

등급	하중(kgf)	최대변위량(mm)	잔류변위량
LD-가정 (Light Duty)	50	25	5
MD-사무실 (Medium Duty)	50	20	3
HD-공공시설물 (Heavy Duty)	50	15	2
SD-중공업현장 (Severe Duty)	50	10	1

[도 10]에 나타난 바와 같이, 수평하중저항성 시험결과 50kgf로 가력시 최대변위량 2.10~2.63mm으로 중공업용으로 사용가능한 SD등급으로 나타났고, 추가적으로 수평하중을 100%증가시켜 100kgf로 가력시에도 최대변위량 5.24~6.33mm로 SD등급에 만족하는 것으로 나타났으며, 잔류변위량(영구변형)의 경우에도 0.54~0.66mm로 SD등급에 만족함을 알 수 있으므로 본 발명의 건축내장재용 압출성형패널 조성물은 중공업현장의 건축내벽체로 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.

[ 내충격성평가 ]

내충격성능은 생활 중에 일어나기 쉬운 충격 등 외력에 저항하는 성능을 의미하며, 내충격성능 시험방법은 F 2273 조립용판 및 그 구조 부분의 성능시험방법에 따라 시험하고, 그 결과를 [도 11]에 나타내었는 바, 평가기준은 국내기준에서는 제시하지 않고 있어, 다음 [표 3]의 내충격시험 평가등급기준(BS Code 5234)에 제시하고 있는 평가기준을 차용하여 평가하였다.

등급	충격력(N·m)	낙하높이(mm)
LD-가정 (Light Duty)	20	66
MD-사무실 (Medium Duty)	40	133
HD-공공시설물 (Heavy Duty)	100	333
SD-중공업현장 (Severe Duty)	200	666

[도 11]에 나타난 바와 같이, 내충격성 평가는 동일 충격력으로 3회 가력시 균열발생 여부를 통해 등급을 부여하며, 그 결과 가정용으로 사용가능한 LD등급에 만족하는 것으로 나타났으며, 일반적으로 비내력 벽체를 구성하는 패널의 두께가 50~100mm인 것을 고려하면 본 발명의 압출패널은 동일규격으로 생산시 더 높은 내충격등급을 가질 것으로 판단된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 도면은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 실리카 소스로 사용 가능한 SiO₂(Quartz) 및 Al₂O₃-SiO₂계 도자기 및 내열성 재료인 3Al₂O₃₂SiO₂(mullite)가 함유된 비정체 석탄회 640~680중량부, 시멘트 150~190중량부, 펄프 13~17중량부, 폴리프로필렌섬유 4~8중량부, 증점제 3~7중량부를 포함하여 구성되어, KS F 4735 콘크리트 압출패널 기준에 의한 휨강도가 5~7MPa이고, 수평하중 저항성 평가 등급 기준(BS Code 5234)에 의한 수평하중저항성 시험결과 50kgf로 가력시 최대변위량 2.10~2.63mm 및 잔류변위량(영구변형) 0.54~0.66mm로 중공업용으로 사용가능한 SD등급 또는 내충격성능평가 등급 기준(BS Code 5234)에 의한 내충격성능시험결과 낙하높이 66mm에서 30kgf로 충격시 20 N·m의 충격력을 견디는 가정용으로 사용가능한 LD등급인 것을 특징으로 하는 비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널
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