KR20130088144A - 슬래브 제조용 혼합물 - Google Patents

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KR20130088144A
KR20130088144A KR20137003695A KR20137003695A KR20130088144A KR 20130088144 A KR20130088144 A KR 20130088144A KR 20137003695 A KR20137003695 A KR 20137003695A KR 20137003695 A KR20137003695 A KR 20137003695A KR 20130088144 A KR20130088144 A KR 20130088144A
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slab
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cement
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KR20137003695A
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윌리암 알렉산더 제임스 새들러
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새들러 아이피 피티와이 엘티디
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Abstract

시멘트와 다른 재료들을 함께 혼합하는 프로세스를 포함하는 시멘트질 슬래브 제조 방법이다. 조합된 재료의 혼합물은 재료가 반응고 상태일 때 절단 공구를 진동시켜 재료가 절단되게 할 정도로 충분히 작은 물리적 입자 크기를 갖는다.

Description

슬래브 제조용 혼합물 {MIXTURE OF SLAB PRODUCTION}
본 발명은 일반적으로 슬래브 제품 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
현재, 작은 개별 몰드에서 타일과 같은 시멘트질의 제품을 제조하는 프로세스는 지난 50년간 사용되고 있는 생산 방법과 실질적으로 동일하게 유지되고 여전히 세계적으로 널리 사용된다.
그러나, 지난 20년에 걸쳐서, 타일의 생산은 현대 건축 및 인테리어 디자인의 패션 및 트렌드에 응답하여 훨씬 더 현대적인 외관을 갖는 타일을 생산하도록 발전되어 왔다.
현재, 상업적으로 입수 가능한 시멘트질의 제품은 전형적으로 시멘트, 규사, 큰(또는 거친) 골재 조각, 감수제(water reducing admixture) 및 물을 포함하는 혼합물로부터 생성된다. 큰 골재 조각은 부피(mass) 증가를 위하여 포함되고 대략 3㎜ 내지 10㎜ 이상까지의 크기로 다를 수도 있다. 돌 조각이 종종 큰 골재 조각으로 이용된다. 감수제는 폴리카르복실레이트 에테르 폴리머(Polycarboxylatic Ether Polymer)계 가소제일 수도 있다.
타일 생산에 사용되는 재료의 강도는 비교적 최근에 증가되어, 대리석 또는 화강암 슬래브와 유사하게, 원하는 크기의 정사각형 또는 직사각형 타일을 생산하기 위하여 절단될 수 있는 단일의 크고 얇은 슬래브로부터 타일이 제조되는 것을 허용한다.
큰 슬래브가 개별 몰드에서 형성되고 이들은 그후 진동 프로세스를 거치게 된다. 이는 가장 미세한 입자가 몰드의 바닥으로 이동하게 한다. 슬래브는 몰드의 표면의 형태 또는 형상을 취한다. 이는 "오프-폼(off-form)" 재료로서 알려져 있다.
이러한 생산 방법은 정사각형 및/또는 직사각형 타일의 크기 및 두께의 변동에 큰 유연성을 허용한다. 단일 슬래브로부터 타일을 절단하는 것은, 이전에 작은 개별 몰드에서 생산되었던 다른 크기의 정사각형 및/또는 직사각형 타일의 생산을 허용한다. 생산의 유연성은 커다란 설비 교체(re-tooling) 또는 많은 수의 다양한 몰드 크기를 보유할 필요없이 고객의 요구에 따라 소정 크기로 타일이 제조되는 것을 허용한다. 추가로, 정밀 기계는 타일에 대한 더욱 정확하고 우수한 마무리 가공을 허용한다.
상술된 이점에 더하여, 큰 슬래브를 작은 타일로 절단하는 것은 대형 슬래브의 고유한 자연적인 미적 품질의 장점을 이용할 수 있게 한다. 분리된 때, 작은 타일은 작은 타일로 덮혀지는 벽 및 플로어와 같은 큰 표면의 시각적 매력을 증가시키는 독특한 외관을 갖는다.
재료는 혼합된 후 혼합물이 제 위치 내로 진동되어 이동되는 큰 몰드 내에 위치된다. 접합 프로세스을 개시시키기 위하여 유체가 첨가되는 혼합물에 대하여, 혼합물은 몰드 내로 부어져서 슬래브가 몰드로부터 제거되는 것이 허용되는 충분한 정도까지 경화되는 것이 허용된다. 혼합물을 열에 노출시킴으로써 접합 프로세스가 시작되는 건조한 혼합물에 대하여, 혼합물은 몰드 내로 부어져서 가압된다. 건조한 혼합물은 보통 비교적 높은 녹는점을 갖는 수지를 포함하고, 일단 충분한 열이 가해지면 수지는 녹아서 건조한 혼합물 내의 나머지 재료를 함께 접합한다. 그런 후 몰드 내에서 재료를 냉각하여 액체화된 수지를 경화시켜서 슬래브가 몰드로부터 추출되는 것을 허용한다.
몰드는 일반적으로 절단 전에 재료가 굳어져서 경화되는 것이 허용되는 장소에서 보관된다. 젖은 혼합된 슬래브를 위한 보관 기간은, 슬래브가 재료의 절단을위하여 충분히 경화되기 전의 대략 1 내지 4주이다.
자연적으로 경화된 큰 슬래브에 대하여, 일단 충분히 단단해지면 몰드에서 제거하여 경화를 위해 적층한다. 경화는 경화 프로세스의 방법 및 효율에 따라서 4주까지 걸릴 수도 있다.
물론, 절단 프로세스 전에 슬래브 재료가 경화할 충분한 시간을 허용할 필요성에 기인하여 부어진 슬래브가 주입 라인에서 보관 영역으로 이동되는 것이 필요하다. 일반적으로, 슬래브는 몰드로부터 제거 후에 프레임 상에 얹혀 있고 경화를 위해 포장된다. 이는 몰드로부터의 슬래브의 제거 및 경화를 위한 보관 장소로 위치시키는 것과 관련된 손이 많이 드는 프로세스에 더하여 제조 프로세스의 중단 및 경화를 위해 슬래브를 보관하기 위한 충분한 보관 공간의 제공을 필요로 한다.
슬래브는 타일로 절단되기 전에 두께가 캘리브레이팅된다. 절단 후에, 타일은 보다 정확한 측부를 제조하기 위해 "교정(rectified)"되고, 타일의 에지는, 절단 프로세스 동안 통상 야기되는 치핑 손상을 없애기 위해서, 모따기 처리되거나 또는 모서리 가공된다. 개별 타일은 이어서 판매를 위해 처리되기 전에 세척, 건조 및 포장을 포함하여 가공된다.
절단 프로세스 및 후속 조작은 일반적으로 연속 자동 제조 라인에서 수행된다.
그 결과, 시멘트 또는 콘크리트 타일은 대리석, 화강암 및/또는 자기 타일과 유사한 방식으로 정렬되어 설치된다. 또한, 이러한 방식으로 가공된 타일은 일반적으로 고품질로 설치된다.
그러나, 현재의 타일 제조 방법은 다수의 심각한 문제점들을 갖고 있다.
예를 들어, 슬래브의 프로세싱[절단, 캘리브레이팅(calibrating), 어라이징(arising) 및/또는 교정(rectification)]은 절단 블레이드와 같은 다이아몬드 절삭 공구, 캘리브레이팅 공구 등을 사용하여 행해진다.
매우 경질의 재료인 슬래브를 절단 시, 절단 에지는 변동 치핑을 받아, 거친 에지가 된다. 또한, 슬래브 및/또는 타일은 절단 및 캘리브레이팅 프로세스 동안 크랙이 발생하거나 또는 파손되기 쉽다. 응력은 시멘트질의 슬래브 또는 타일이 가장 취약한 코너에서 특히, 칩 및 파손을 야기할 수 있다. 치핑, 크래킹 및/또는 파손은 낭비 또는 손상된 재료를 수리할 필요성을 초래할 수 있다. 이는 비용이 많이 들고 시간 소모적일 수 있다.
다른 단점은 프로세스가 어렵고 칩, 크랙 및/또는 파손으로 인한 낭비를 개선하기 위해 숙련된 작업자에 의한 주의를 필요로 한다는 것이다. 이러한 숙련된 작업자는 많은 돈이 들고, 슬래브로부터의 타일의 제조는 시간 소모적이고 제조 프로세스를 방해한다.
캘리브레이팅 및 절단 프로세스에 후속하여, 슬래브 제품은 일반적으로 완전히 경화시키도록 다시 저장되고, 이는 그 설치 목적지에 제품을 보내기 전에, 제어된 환경에서 추가로 3 내지 4주 저장을 필요로 한다. 최종 경화를 위한 슬래브 제품의 추가의 저장은, 부가적인 취급 및 저장 비용에 해당한다.
현재의 제조 기술에 있어서의 다른 단점들은 (다이아몬드 공구 및 대자본 장비를 포함하는) 절단을 위한 값비싼 장비에 대한 필요성, 많은 에너지 비용(예컨대, 전력), 및 제품으로의 슬래브의 가공 동안 소비되는 대량의 물을 포함한다. 캘리브레이팅 장치에 400,000 달러의 비용이 드는 것은 흔한 일이고, 절단 라인이 더해지면, 700,000 내지 100만 달러의 비용이 들것으로 예상된다.
절단 및 캘리브레이션 프로세스는 또한, 절단 및 캘리브레이션 프로세스 동안 재료가 제거될 때 생성되는 폐기물을 초래한다. 폐기물은 이어서 물의 재사용에 앞서 프로세스에 사용되는 물로부터 분리되어야만 한다. 분리된 폐기물은 수집되고, 처리되어 없애져야만 하는데, 이는 불편하고 그리고/또는 비용이 많이 들 수도 있다. 이와 관련하여, 물 여과 시스템의 비용은 대략 100,000 내지 200,000 달러일 것으로 예상된다. 또한, 모든 장비의 전기 에너지 소비에 대한 조작 비용은 대부분의 장비가 다목적 전력 공급장치를 필요로 하기 때문에, 일반적으로 상당히 많다.
절단 프로세스는, 다이아몬드 절단 블레이드가 각각의 절단시 재료의 대략 3mm 내지 5mm를 제거하기 때문에, 작은 타일 또는 모자이크 편부를 절단 시, 특히 낭비적일 수 있다. 슬래브로부터 많은 타일을 제조 시, 절단 프로세스 동안 제거되는 재료의 총량은 상당히 많다.
기존의 프로세스에 있어서의 문제점의 결과, 작은 타일, 모자이크 편부, 및 만곡된 또는 비사각형 형상을 갖는 타일을 제조하는 것은 문제가 있는 것으로 고려된다. 모자이크의 경우에, 현재의 제조 방법은 통상 대략 50% 내지 60%의 재료 낭비를 초래하고, 이에 의해 단지 40% 내지 50%의 수율을 발생시킨다. 이는 기본적으로, 타일에 가해지는 손상의 증가된 발생 정도와 결합된, 비교적 작은 타일을 제조하는 절단 프로세스의 결과로서 낭비되는 재료의 실질적인 양에 기인한다. 불행하게도, 비교적 작은 크기의 타일은, 타일이 이동하고, 그들의 큰 중량으로 인한 분리 동안 이동에 민감하지 않은 큰 타일과 비교하여 슬래브로부터 분리됨에 따라 진동하기 때문에, 치핑의 발생 정도가 증가한다.
또한, 플라스터보드와 같은 다른 유형의 슬래브 재료의 절단은, 이러한 재료가 일반적으로 제조 후에 경화된 상태에서 절단되기 때문에, 문제가 있을 수 있다. 전형적으로, 슬래브 및 타일의 생산을 위한 공장의 준비는 많은 계획, 준비, 건설 및 설치 시간을 요구하는 비용이 많이 드는 일이다. 공장 바닥은 특별히 특별한 목적을 위해 지어진 중장비를 수용하도록 적용되어야 하며, 각각의 플랜트는 물로부터 폐기물을 수집하고, 분리하고, 처리하기 위한 배수 시스템 및 폐수 탱크를 요구한다. 상기의 모든 단점 이외에, 자체적으로 특별한 목적의 배수 시스템을 갖는 공장의 건설은 상당한 비용이 들기 때문에, 제조 설비의 건립에 장애가 된다.
현재의 프로세스에 의해 생산된 타일은 타일의 표면 또는 측면에 나타나는 큰 골재 조각 및/또는 거친 가장자리로 인해 모자이크, 카운터 톱, 키친 아일랜드 및/또는 가구 등의 제작과 같은 응용에 적합하지 않다. 현재, 이러한 응용에 문제가 적은 것으로 고려되는 다른 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
현재의 슬래브 및 타일 생산에서는 생산물이 높은 휨 강도를 갖는다고 하는 적어도 하나의 추가적인 단점이 존재한다. 높은 휨 강도는 타일에서 균열이 쉽게 나타나지 않으며, 생산물이 제자리에 고정된 후에만 명확해질 수 있는 단점을 갖는다. 이는 설치된 타일과 같은 생산물을 비용을 많이 들여 교체할 필요를 초래할 수 있다.
균열은 생산물이 강한 충격을 받은 상황에서도 생산물에 쉽게 나타나지 않는다. 이러한 균열은 굵은 골재 조각의 교합 구조가 생산물의 재료를 함께 지탱하는 경향이 있기 때문에 쉽게 나타나지 않는다.
이로부터 제기된 슬래브 및 타일에 대한 대체 생산물이 자연석재이다. 그러나, 자연석재는 제어하기 어려운 많은 변수를 갖는다. 석재는 과도하게 연질, 경질, 다공질일 수 있고, 또는 특별한 목적에 유용하기에는 과도하게 많은 결을 가질 수 있다. 또한, 이러한 재료는 소비자에게 심미적으로 매력적이지 않거나 특별한 응용에 적합하지 않을 수 있다.
본 발명의 목적은 슬래브 및 타일 생산과 관련된 상기 단점 중 하나 이상을 적어도 개선하는 프로세스 및 생산물을 제공하는 것이다.
본 명세서에서의 어떤 선행기술 또는 선행기술 기법에 대한 참조는, 이러한 참조가 당업자의 통상의 일반적인 지식의 일부를 형성한다는 어떤 제안 또는 인정이 아니며, 이러한 제안 또는 인정으로 받아들여져서는 안 된다.
일 양태에서, 본 발명은 다른 재료와 시멘트를 함께 혼합하는 단계를 포함하며, 재료의 조합된 혼합물은 재료가 반응고 상태에 있을 때 재료가 진동 절단 공구로 절단되는 것을 허용할 만큼 충분히 작은 물리적인 입자 크기를 갖는 시멘트질 슬래브의 제조 방법을 제공한다.
혼합물은 미세 및 초미세 골재 재료와 폴리카르복실기 에테르 폴리머일 수 있는 감수 가소제를 포함할 수 있다. 추가로, 혼합물은 또한 분쇄 골재 재료 또는 분말 및 물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 표면 장력을 저하시키기 위해 혼합물에 완충 용액이 첨가된다. 이와 관련하여, 혼합물에 포함된 공기를 감소시키는 효과를 갖는 식초 및/또는 에탄올 중 하나 이상이 혼합물에 첨가된다. 물론, 이런 목적을 위해 다른 유체가 첨가될 수 있다.
혼합물에의 표면 장력을 저하시키기 위한 완충 용액의 첨가는, 재료가 주형으로 부어지도록 하며, 현재는 혼합물 내에 갇힌 공기가 양생 전에 표면으로 상승하여 혼합물을 벗어나도록 재료를 휘젓기 위해 필요한 격렬한 진동의 요구 없이 부어진 재료에 대해 혼합물 내에 갇힌 공기를 방출시키도록 한다. 또한, 폴리카르복실기 에테르 폴리머와 같은 감수 가소제의 포함은, 혼합물이 "자체 평탄화"할 수 있고 어느 정도까지 "자체 치밀화"할 수 있도록, 혼합물의 점도를 감소시키는 효과를 갖는다.
일 실시형태에서, 미세 골재 재료 및/또는 초미세 골재 재료 및/또는 분쇄 골재(분말) 재료는 실리카 재료이다. 일 특정 실시형태에서, 실리카 재료는 모래(규사)이다.
일 실시예에서, 재료는 완전하게 서로 혼합된다. 재료가 비교적 작은 사이즈의 입자만을 포함하는 (즉, 통상 포함되는 큰 골재가 전혀 없는) 결과로서, 상업용 표준 반죽 혼합기(또는 유사 장비)에 의해 혼합이 실행될 수 있다. 이는 큰 골재를 포함하는 시멘트질 재료를 혼합할 때 통상 요구되는 대규모 유성 원심 혼합기의 필요를 회피하고, 또한 재료의 더욱 완전한 혼합을 효과적으로 돕는다.
완전하게 혼합되자마자, 재료는 주형 내에 주입될 수 있다. 일 실시예에서, 주형은 편평면 상에 보유벽을 형성하여 성형된다. 주형의 벽은 재료의 각각의 주입을 위해 특별하게 준비된다. 일 실시예에서, 편평면은 글래스의 시트 또는 판유리이며, 주형벽은 용기로부터 가압 하에 사출된 속건성 아크릴 재료로 형성된다. 이 실시예에서, 아크릴 재료는 표면을 칠하기 전에 간극을 메우는데 통상 사용되는 재료이다.
또한, 재료는 용기로부터 사출되고, 성형벽을 제거하기에 충분히 건조될 때까지 아크릴 재료를 제 위치에 보유하는 제거 가능한 주형 성형벽을 향해 유도된다. 아크릴 재료는 주형벽 내에 주입된 재료를 보유할 수 있을 때까지 충분히 경화되도록 허용된다.
본 발명은, 재료를 평평하게 하고 포획된 공기가 탈출하도록 하기 위한 격렬한 요동 및/또는 진동의 요구가 저감되므로, 주형벽이 속건성 아크릴 재료로 형성될 수 있다. 통상, 가단성 아크릴 재료로 형성된 주형벽은 요동 또는 진동 처리 동안 주입된 재료를 보유하기에 충분히 강하지 않다.
다른 실시예에서, 주형은 주형 내에 재료를 주입하기 전에 도포된 희생층(또는 주형 라이너)을 포함할 수 있고, 이는 탈형이 이루어질 때 제거될 수 있다. 주형 라이닝은 탄성 재료의 비교적 얇은 시트일 수 있고, 일 실시예에서 주형 라이너는 주형 라이너와 주형면 사이에 공기가 포획될 가능성을 저감시키는 장치에 의해 주형면에 도포된다. 주형 라이너는 일간 세척 및/또는 유지 보수의 요구를 사실상 저감시킬 뿐만 아니라 주형면 상의 마모를 저감시키므로, 낭비 및/또는 비용을 감소시키고 그리고/또는 슬래브 생산물의 품질을 향상시킨다.
일 실시예에서, 미세 골재 재료는 대략 355미크론과 700미크론 사이의 크기이며, 초미세 골재 재료는 355미크론 미만의 크기이고, 분쇄 골재 재료 및/또는 분말은 150미크론 미만의 크기일 수 있다. 전술한 입자의 크기는 시멘트질 슬래브가 절단 처리 동안 또는 후에 재료가 찢기거나 물결치거나, 또는 절단하자마자 다시 서로 섞이지 않고 반응고(semi-set) 상태로 절단되는 것을 허용한다는 것이 발견되었다.
다른 실시예에서, 슬래브는 혼합물에 첨가되는 색소제를 더 포함한다.
다른 실시예에서, 재료가 슬래브 및/또는 현재의 슬래브 생산물에 비해 잘 알려지지 않은 특성을 갖는 전술한 것과 별개의 다른 슬래브 생산물을 제공하기 위해 혼합물에 첨가된다.
이와 관련하여, 본 발명은 저감된 두께에도 불구하고 필요한 구조적 보전성을 유지하므로 비교적 얇은(3.5mm 내지 5mm) 슬래브가 제조되는 것을 허용한다. 이는 나노 티타늄 이산화물과 같은 재료가, 슬래브의 외부면이 소정 특성을 나타내기에 충분한 양으로 혼합물에 첨가되는 것을 허용한다. 예컨대, 나노 티타늄 이산화물은 페인트 칠해진 표면이 공기 매개 오염 물질의 분해 및 대기로부터의 제거와 같은 광촉매제의 소정 특성을 나타내도록 페인트에 현재 첨가된 광촉매제이다. 그러나, 나노 티타늄 이산화물은 비교적 비싸고, 현재 얇은 층으로서 표면에 도포되는 재료에만 사용된다. 이 때문에 표면은 합리적인 비용으로 광촉매체의 소정 특성을 구현할 수 있다. 시멘트질 슬래브는 일반적으로 요구되는 강도를 제공하기에 충분히 더 큰 두께를 갖도록 제조되며, 결과적으로 소정 특성을 갖는 외부면을 제공하기 위해 슬래브 내에 요구되는 양이 슬래브 생산물의 초과 비용을 야기하기 때문에, 광촉매제와 같은 고가의 재료를 충분한 양으로 첨가하는 것은 상업적으로 실행불가능하다.
다른 실시예에서, 석회석 또는 대리석 칩과 같은 골재는, 주입된 슬래브가 절단 처리 동안 또는 절단 처리에 이어 슬래브 변형없이 반응고 상태로 절단되는 것을 허용하기에 입자 크기가 충분히 저감된 곳에 사용될 수 있다. 그러나, 물을 흡수하는 경항을 보이지 않는 골재를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 슬래브가 혼합물 내에 너무 많은 물을 보유하면, 물이 미립자를 절단면으로부터 멀리 운반하는 "물 추출" 또는 "미립자 추출"로 알려진 현상이 발생하고, 절단부 둘레를 변형 및 재결합하는 재료 없이 진동 절단 공구로 절단하기 어렵다. 따라서, 어떤 골재 재료는 다른 것에 비해 재료의 후속 절단에 대해 더 나은 결과를 제공한다.
슬래브의 시멘트질 재료를 주입하는 것에 이어서, 재료는 완전히 경화되기 전에 반응고 상태에서 절단될 수 있다. 다시 말해, 이는 혼합물 재료의 선택의 결과이고 이는 또한 절단 프로세스 동안 슬래브에 부여되는 힘을 감소시킨다. 실시예에서, 슬래브는 진동 절단 공구로 절단되며, 이는 현재 생산 기술과 비교했을 때 시멘트질 슬래브를 감소된 두께로 제조될 수 있게 하는 또 다른 기여 요소이다.
용어 "경화(cure)"는 용어 "응고(set)"로 교체될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한, 용어 "반응고(semi-set)"는 "반소성(semi-plastic)" 또는 "반경화(semi-hardened)"와 실질적으로 유사한 의미를 가지는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 혼합 프로세스 전에 혼합물을 가지는 구성 부품을 포함하는 혼합 용기의 개략도이다.
도 2는 피팅 전의 몰드 기판 및 몰드 라이너의 개략도이다.
도 3은 피팅 동안의 몰드 기판 및 몰드 라이너의 개략도이다.
도 4는 몰드 라이너가 피팅된 기판에 몰드 보유 벽의 적용례의 개략도이다.
도 5는 혼합물을 몰드에 주입하는 개략도이다.
도 6은 절단 프로세스 동안 반응고 상태인 몰드 내의 슬래브 재료의 개략도이다.
도 7은 도 6에 도시된 절단 프로세스로부터 야기되는 슬래브 제품의 개략도이며, 몰드 보유 벽은 제거되고 슬래브 제품은 성형된 상태이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 절단 에지에서의 종래 기술의 슬래브 재료와 본 발명의 실시예에 따른 슬래브 재료의 대표적인 외형을 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 성형된 제품을 개략적으로 도시하며, 각각 몰드 라이닝이 제거되고 슬래브 제품에 피팅되어 보유된 상태이다.
특정 실시예가 설명되고 있음에도, 아래의 모든 설명은 제한이 아닌 예시적인 것으로 이해되어야만 한다.
본 발명은 시멘트질 슬래브 및/또는 그로부터 생산되는 타일의 제조에 관한 것이며, 이는 타일(내부, 외부, 플로어 및 벽; 기존 및 대체형 타일); 벽(내부 및 외부 모두) 모자이크(플루어 모자이크를 포함)를 위한 클래딩(cladding) 포장; 주방 벤치 상판; 주방 카운터, 벤치 및 아일랜드; 테이블 상판; 스캇 시스템을 포함하는 틸트 업 패널을 위한 일체형 주조 제품; 섬유를 함유하는 제품을 포함하는, 장신구를 선택적으로 가지는 커튼 월링 및 외부 클래딩; 절연 타일; 슬래브 시장의 다른 슬래브 제품; 가구; 타일 또는 슬래브 및/또는 다른 적용례인 타일에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 시멘트질 슬래브를 생산하는 예시적인 방법은 시멘트, 미세 골재 재료, 초미세 골재 재료 및 물을 혼합하는 단계를 포함한다.
도 1을 참조로 하면, 혼합 용기(10)는 시멘트(12), 미세 골재(14), 초미세 골재(16) 및 분쇄 또는 그라운드(분말) 재료(17)와 같은 재료를 보유하는 것으로 도시된다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 혼합 용기(10)는 3개 안료 덩어리(18)를 보유하는 것으로 도시되고, 이는 생성된 슬래브 재료의 원하는 색상을 달성하도록 혼합물에 포함된다.
미세 골재 재료(14) 및/또는 초미세 골재 재료(16) 및/또는 분쇄 또는 그라운드(분말) 재료(17)는 모래를 포함하는 실리카질 재료일 수 있다. 또한, 시멘트질 혼합물은 또한 분쇄 골재 재료 및/또는 분말을 포함할 수 있고, 여기서 분쇄 골재 재료는 모래일 수 있다.
시멘트질 혼합물의 물의 양을 감소시키기 위하여, 감수 가소제가 첨가될 수 있으며, 이는 폴리카르복실기 에테르 폴리머일 수 있다. 감수 가소제의 양은 시멘트의 무게에 따라 혼합물의 대략 1% 내지 5%일 수 있다. 예를 들어, 시멘트질 혼합물의 시멘트 양이 100kg이면, 감수 가소제의 양은 대략 1kg과 5kg 사이일 수 있다. 물 대 시멘트의 비는, 여기서 감수 가소제가 사용되며, 대략 0.24 내지 0.26일 수 있다.
시멘트(12) 대 미세 골재 재료(14) 대 초미세 골재 재료(16)의 비는 2:2:1일 수 있다. 예를 들어, 시멘트질 혼합물은 100kg의 시멘트, 100kg의 미세 골재 재료 및 50kg의 초미세 골재 재료를 함유할 수 있다. 또한, 시멘트질 혼합물이 분쇄 골재 재료 또는 분말을 포함하는 실시예에서는, 시멘트 대 미세 골재 재료 대 초미세 골재 재료 대 분쇄 모래 또는 분말의 비는 10:10:5:2일 수 있다. 예를 들어, 시멘트질 혼합물은 100kg의 시멘트, 100kg의 미세 골재 재료, 50kg의 초미세 골재 재료 및 20kg의 분쇄 골재 재료 또는 분말을 포함할 수 있다.
물론, 혼합물에서 재료의 정확한 비는 좋은 결과물을 생산할 것이며, 이는 재료의 품질 및 적합성, 임의의 폴리카르복실레이트 혼합제의 품질 및 혼합 도구의 효율성에 의존한다.
또한 실시형태에서, 완충액은 시멘트 혼합체의 공기량을 감소시키기 위해 포함되는 식초 및/또는 에탄올처럼 표면장력을 감소시키도록 시멘트 혼합체에 포함된다. 시멘트 혼합체의 공기량은 대개 공기 거품의 형태를 취하고 시멘트 혼합체의 공기 거품 양을 감소시키도록 식초 및/또는 에탄올로 의도된다. 시멘트에서 식초 및/또는 알콜 비율은 약 0.075다.
시멘트 혼합체는 묽은 농도(wet consistency)로 완전히 혼합되기까지 혼합 용기(10) 및 혼합 헤드(20)를 포함하는 표준 상용 도우 혼합기에서 혼합될 수 있다. 혼합의 주기는 약 3 내지 5분일 수 있다.
도 2를 참조하여, 몰드 기판(24)은 유리판의 형태로 구비된다. 적절한 크기의 몰드 라이너(26) 판이 라이너 재료 롤(28)로부터 제거되고 몰드 기판(24)위에 위치한다. 도 3에 도시한 바와 같이 라이너(26)는 그 후 몰드 기판(24)의 상부 표면에 도포된다. 라이너(26)는 라이너(26)와 몰드 기판(24) 사이에 공기가 포획될 가능성을 방지하거나, 또는 적어도 최소화하기 위해 기판(24)에 견고하게 도포된다.
일단 몰드 라이너(26)가 몰드 기판(24)에 도포되면, 몰드 옹벽(3D)을 형성하도록 튜브형 용기(28)로부터 아크릴 재료가 분배된다(도 4 참조). 몰드 옹벽(3D)의 높이는 슬래브의 요구 깊이에 달려있다. 도 5를 참조하여, 슬래브 재료(32)는 혼합 용기(34)로부터 몰드로 부어진다.
몰드는 서로 다른 형태 및 크기일 수 있고 알루미늄, 강, 목재, 플라스틱, 유리 및/또는 아크릴 등을 포함하는 다양한 재료로 제조될 수 있다.
몰드 라이닝은 절단 공구에 의한 몰드의 손상을 방지하는 역할을 하고 탈 몰딩 프로세스 후에 폐기되거나 교체된다. 몰드 라이너는 플라스틱, 파라핀지 또는 이 프로세스에 적합한 다른 재료로 형성될 수 있다.
몰드시에, 시멘트 혼합체는 실질적으로 자체평준화 되게 된다. 자체평준화 프로세스는 약 2 내지 6분의 지속시간이 요구된다. 또한, 자체평준화 동안, 공기 및 공기 거품은 시멘트 혼합체에서 빠져나간다. 약 80% 내지 95% 또는 그 이상의 공기 및 공기 거품이 간섭 없이 자체평준화 프로세스 동안 혼합체로부터 빠져나갈 것으로 예상된다.
공기 및 공기 거품의 추가 감소는 시멘트 혼합체를 보유한 몰드를 부드럽게(gently) 진동시킴으로서 달성할 수 있다. 시멘트 혼합체는 공기 및 공기 거품이 시멘트 혼합체의 표면을 빠져나가는 것이 실질적으로 더이상 나타나지 않을 때까지 진동할 수 있다. 이와 관련하여, 부드러운 진동은 약 3 내지 10초간 지속될 수 있다.
이하의 시멘트 혼합체의 평준화 및 진동은 이것이 실질적으로 반응고(또는 실질적으로 반 경화)상태일 때까지 설정되는 것이 허용된다. 반응고 상태에서, 시멘트 재료 또는 시멘트 슬래브는 타일 또는 다른 요구 제품으로 절단된다. 반응고 상태이므로, 시멘트 재료는 칼 또는 소정의 주파수로 진동하는 다른 날카로운 절단 공구로 절단할 수 있다.
소정의 주파수는 20kHz 내지 40kHz 범위인 초음파 주파수일 수 있다. 초음파 절단 공구는 파지형이거나 또는 컴퓨터 제어 자동화 절단 기계같은 자동화 기계에 합체될 수 있다.
초음파로 진동하는 블레이드를 사용하는 실시형태는 절단시 블레이드로의 시멘트 재료 접착이 매우 약간이거나 또는 실질적으로 전혀 없는 결과를 가져온다는 것을 알 수 있다. 이것은 블레이드에 세척이 필요하지 않도록 하고 또한 절단 프로세스 동안 슬래브로부터 제거되는 시멘트 재료가 거의 또는 실질적으로 없는 결과를 가져온다.
도 6을 참조하여, 슬래브 재료(32)가 반응고 상태로 양생되고 로봇식 아암에 의해 제어되는 절단 장치(36)가 진동 절단 공구(38)를 슬래브 재료(32)를 관통하여 통과시키는 절단 프로세스의 개괄도가 제공된다. 절단(40)은 슬래브 재료(32)를 통해 절단된다.
도 7을 참조하여, 재료의 슬래브를 관통하는 절단(40)에 기인한 슬래브 제품(42, 44)의 개괄도가 제공된다. 또한, 도 7에서, 몰드 옹벽(3D)은 제거되었고 이것은 슬래브에서 몰드 옹벽(3D)을 떼어내는 것에 의해 영향을 받을 수 있다. 이와 관련하여, 충분한 전성이 있는 몰드 옹벽(3D)을 위한 재료 선정은 진동 절단 공구(38)에 의해 절단될 동일함을 허용한다.
초음파 절단 공구(38)는 절단가능하지만 슬래브로부터 시멘트 재료를 실질적으로 제거하지 않는 얇은 블레이드일 수 있다. 또한, 재료의 절단은 초당 약 300 내지 800 mm의 비율에서 실행될 수 있다.
시멘트 슬라브가 반응고 상태에 있을 때, 다른 절단 기술들이 초음파 절단을 대체하여 채용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
시멘트 재료는 자체평준화 및/또는 진동 이후에 실질적으로 반응고 상태로 양생될 수 있다. 이 부분의 양생 프로세스는 대략 섭씨 21도의 주위 온도에서 대략 30분 내지 1시간이 될 수 있다. 보다 높은 주위 온도는 양생 시간을 가속할 수 있다. 주형 안으로 시멘트 재료의 배치 후에는 시멘트 슬라브의 절단이 언제든지 일어날 수 있지만, 시멘트 재료는 평탄화되어야 하고, 시멘트 재료가 반응고 상태로 되도록 충분히 양생되는 것을 감안하여 공기가 추가 시간을 가지고 새어나가거나 제거되어야 한다는 것을 이해하는 것은 중요하다.
시멘트 재료는, 커터를 시멘트 재료에 접촉시켜, 재료가 절단될 때 재료가 실질적으로 이동하지 않는지 및/또는 절단부 위에서 다시 함께 섞이지 않는지를 관찰함으로써, 절단의 적합성에 대해 평가될 수 있다.
시멘트 슬라브가 실질적으로 반응고 상태에 있는 동안 절단될 때, 시멘트 슬라브가 실질적으로 경화된 상태로 있는 종래의 절단 방법과 비교하여, 시멘트 재료 상에 응력은 실질적으로 감소된다. 따라서, 시멘트 재료 상의 감소된 응력에 의해, 시멘트 슬라브의 치핑 및 브레이킹은 실질적으로 감소되거나 제거된다. 게다가, 시멘트 재료는 본 발명의 절단 프로세스 중에 시멘트 슬라브로부터 거의 또는 실질적으로 전혀 제거되지 않는다.
시멘트 슬라브는 다양한 크기 및 형상을 갖는 타일로 절단될 수 있다. 형상은 만곡 및 둥근 형상을 포함할 수 있고, 타일은 또한 날카로운 코너부를 구비할 수 있다. 게다가, 반응고 상태에 있는 동안 시멘트 슬라브를 절단하는 것은, 다이아몬드 공구와 같은 값비싼 절단 장비의 사용을 요구하지 않고, 절단 시간을 감소시킨다. 또한, 절단에 필요한 물의 양은 실질적으로 감소되거나 완전히 제거될 수 있다. 이것은, 종래에 값비싼 처리 및/또는 폐기 처리가 요구되는 폐수가 거의 또는 전혀 생성되지 않는다고 하는 또 다른 장점을 갖는다.
본 발명의 방법은, 종래에 가능하지 않거나 너무 문제가 많다고 여겨왔던 형상, 각도 및 크기로 절단하는 것이 가능한 슬라브 재료를 준비하기 위해 사용될 수 있다.
프로세스가 절단 및 교정 중에 고압수를 요구하지 않으므로, 슬라브 상에 부여된 응력은 실질적으로 감소되어, 결국 손상을 감소시킨다. 이것은, 감소된 두께(현재의 생산 프로세스들과 비교해서)를 갖는 슬라브가 별개의 슬라브 제품으로 절단되는 것을 허용한다.
시멘트 슬라브는 대략 3mm 내지 5mm 사이의 두께로 부어져, 새롭고 혁신적인 제품에 대한 가능성을 창조할 수 있는 슬라브 제품으로 실질적으로 절단될 수 있다.
더욱이, 프로세싱 중에 제품에 보다 적은 스트레스가 생기는 결과로서, 재료는 실질적으로 보다 강해질 수 있다. 재료의 강도는, 분말 재료(flour materials)의 사용과, 슬라브 혼합물의 물 함유량의 감소에 대한 강조에 의해 보다 향상될 수 있다. 결국, 이것은 제품의 설치 중에 파손된 코너 등과 같은 문제를 보다 적게 야기한다.
게다가, 시멘트 재료를 생산하는데 큰 골재들이 사용되지 않으므로, 천천히 진행되는 크랙(헤어 라인 크랙을 포함)과 관련된 설치 후 문제가 감소될 수 있다. 본 발명에 따라 생산된 슬라브 제품은, 혼합물에 큰 골재가 포함된 종래의 제품과 비교하여 절단 에지를 따라 보다 보기 좋은 심미적 외관을 제공할 것이 기대된다. 도 8a를 참조하면, 큰 골재의 크기와 형상이 외관을 지배하는 현재의 생산 방법에 따른 슬라브 제품의 절단 에지의 프로파일의 일례가 도시되어 있다. 이 외관은, 다양한 용도를 위해 기존 슬라브 제품을 사용할 지의 여부를 고려할 때, 제한적인 결과를 갖는다. 반대로, 도 8b는, 절단 에지가 보이게 되는 경우에 있어서 사용하는데 보다 널리 용인될 것으로 기대되는, 본 발명에 따른 슬라브 제품의 절단 에지의 프로파일의 일례를 도시하고 있다.
시멘트 슬라브는 또한 반응고 상태에 있는 동안 두께의 일관성에 대해 평가 및/또는 교정될 수 있다. 원하는 것보다 두꺼운(높은) 시멘트 슬라브의 임의의 영역이 제거될 수 있다. 치즈 그레이터형 장치에 의해 제거될 수 있다. 그러나 시멘트 슬라브의 두께를 평가 및/또는 교정하는 것, 및/또는 슬라브의 보다 두꺼운 영역에서 재료를 제거하는 것에 대한 어떠한 요구도 본 발명에 따른 슬라브의 생산 방법에 의해 실질적으로 최소화되어야 한다는 것을 알게 될 것이다.
균일한 두께를 달성하기 위해 두께를 평가하거나 및/또는 보정하거나 및/또는 시멘트질 재료를 제거하는 것은 슬래브가 절단되기 전 또는 슬래브가 절단되어 타일로 된 후 행해질 수도 있다. 하지만, 보정 및/또는 평가 및/또는 시멘트질 재료의 제거는 시멘트질 슬래브가 반응고(semi-set) 상태에 있는 동안 행해져야 한다.
시멘트질 슬래브를 절단한 후, 타일의 추가적인 경화를 허용하는 대략 20 내지 24시간 동안 타일이 저장된다. 이 타일은 경화되어 몰드로부터 취해질 수 있다.
이형된 타일은 이후 포장되고 완전히 경화되게 된다.
도 9a 및 도 9b를 참조하여 이형된 슬래브 제품이 예시된다. 도 9a의 경우에서는, 몰드 라이너가 슬래브 제품(46)으로부터 제거된다. 이는 라이너가 제 위치에 유지되는 동안 슬래브 제품(46)이 제거되는 이형시에 행해질 수도 있다. 다르게는, 도 9b에 도시된 바와 같이, 슬래브 제품이 절단되는 때에 몰드 라이너가 절단되고 이에 따라 라이너(50)가 이형 후에 슬래브 제품(46)에 여전히 부착되게 된다. 라이너(50)는 이어지는 조작 및 운송 동안 슬래브 제품(46)으로부터 제거될 수 있고 또는 슬래브 제품(46)을 보호하도록 제 위치에 유지될 수도 있다.
본 발명은 다양한 장점들을 구현하고, 특히 현존하는 프로세스들과 비교하여 슬래브 제품을 생산하는데 효율적이고 저렴하게 한다. 예를 들어, 반경화 상태에 있는 슬래브 재료의 절단은 슬래브를 다이아몬드 팁 블레이드로 절단할 때의 응력과 충격을 충분히 견딜 정도로 슬래브가 경화되게 할 필요성을 회피시킨다. 이는 주입과 절단 사이에서 슬래브의 처리를 방해하는 요구 조건을 회피시키는 조합된 장점들을 갖고, 현재 제조 과정에서 통상적으로 사용되는 고비용의 혼합 및 보정/절단 장비에 대한 필요성을 회피시킨다.
추가로, 절단 과정 동안 슬래브로부터 제거되는 재료의 양을 줄이거나 또는 사실상 제거함으로써, 제조 과정은 포획을 위해 물을 사용하고 절단면으로부터 여분의 재료를 이송시킬 필요성을 회피시킨다. 이는 이러한 시스템에 통상적으로 요구되는 진행중인 보수와 물 여과 시설에 대한 요구 조건들을 회피시킨다.
크고 무거운 장비에 대한 필요성 또는 배수 및 처리 시스템에 대한 필요성을 회피함으로써, 특별한 목적을 위한 시설에서 슬래브 제품을 제조할 필요성을 피하게 된다. 이와 반대로, 본 발명에 따른 슬래브 제품의 제조는 반경화 상태에서 슬래브 재료의 절단을 행하기 위한 필요 장비를 수납할 수 있는 임의의 시설에서 행해질 수도 있다. 이와 관련하여, 이러한 장비를 작동시키는 전력 소비는 실질적으로 현재 요구 조건보다 적게 된다. 나아가, 주입 과정 바로 직후에 절단 과정이 행해지게 함으로써, 경화되는 동안 슬래브의 일시 저장과 관련된 수동식 집중 조작을 회피되고, 또한 이들이 절단될 수 있는 시간까지 슬래브를 저장할 필요를 회피시킨다.
임의의 예의 실시예가 기술되었지만, 이러한 실시예는 단지 예시이고 발명을 제한하기 위한 것이 아니고, 상기 문단에서 설명하는 것 외에 다양한 다른 변경, 조합, 생략, 변형 및 대체가 가능하기 때문에 본 발명은 기술된 특정 구성 및 배열에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 본 기술 분야의 당업자라면 발명의 범위와 기술 사상으로부터 벗어나지 않고 기술된 실시예의 다양한 개조 및 변형예가 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 본 발명은 본문에 특정하여 기술된 것 이외로 실시될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (27)

  1. 시멘트와 다른 재료들을 함께 혼합하는 프로세스를 포함하는 시멘트질 슬래브 제조 방법이며,
    상기 조합된 재료의 혼합물은 재료가 반응고 상태일 때 절단 공구를 진동시켜 재료가 절단되게 할 정도로 충분히 작은 물리적 입자 크기를 갖는 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 혼합물은 감수 가소제(water reducing plasticiser)를 포함하는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 감수 가소제는 폴리카르복실기 에테르 폴리머인, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 장력을 저하시키도록 상기 혼합물에 유체가 첨가되는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 혼합물에 첨가된 유체는 아세트산인, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 혼합물에 첨가된 유체는 에탄올인, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물은 시멘트, 미세 골재 재료, 초미세 골재 재료 및 분쇄 골재(분말) 재료를 포함하는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 미세 골재 재료, 초미세 골재 재료 및 분쇄 골재 재료는 실리카질 재료인, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 실리카질 재료는 모래인, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 양호한 색상을 갖는 시멘트질 슬래브 재료를 생성하도록 상기 혼합물에 안료가 첨가되는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물 재료에 광촉매제의 양호한 특성을 제공하도록 상기 혼합물에 광촉매제가 첨가되는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 광촉매제는 나노 이산화티타늄인, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물에 물이 첨가되고 상기 혼합물은 묽은 농도(wet consystency)로 혼합되는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물은 몰드에 주입되는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 몰드는 사실상 편평면 상에 보유벽을 생성함으로서 형성되고, 상기 몰드의 벽은 슬래브 재료의 각각의 주입에 대해 특정하게 준비되는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 편평면은 사실상 매끄러운 면이고, 상기 몰드 보유벽은 진동식 절단 공구로 절단될 수 있는 가단성 재료로 형성되는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 몰드 보유벽은 몰드벽 내에 주입된 재료를 보유할 수 있을 때까지 충분하게 경화되는 것을 허용하는 아크릴 재료로 형성되는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 몰드 평편면 위에 몰드 보유벽이 형성되기 전에 몰드의 편평면에 몰드 라이닝이 인가되는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,상기 몰드 라이닝은 몰드의 편평면에 견고하게 인가되어 사실상 부착되고, 이로써 몰드의 편평면과 몰드 라이닝 사이에 포획 공기의 발생 정도를 사실상 저하시키는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 몰드의 동일한 편평면에의 인가에 연속하여 상기 몰드 보유벽이 상기 몰드 라이닝 상에 형성되는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 혼합 슬래브 재료는 몰드에 주입되고, 자체평준화(self level)를 위해 일정 기간 동안 놓여지고 상기 혼합물 내의 임의의 포획 공기가 주입된 재료의 표면으로부터 빠져나가는 것을 허용하는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 몰드는 슬래브 재료로부터 포획 공기의 방출을 촉진하도록 부드럽게 흔들려지는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 슬래브 재료는 진동식 절단 공구로 상기 재료의 절단 전에 반응고 상태까지 경화되는 것이 허용되는, 시멘트질 슬래브 제조 방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 슬래브 제품.
  25. 제1항의 방법에 따라 생성된 시멘트질 슬래브 재료를 수용하기 위한 몰드이며, 상기 몰드는 몰드의 보유벽을 형성하도록 재료가 인가되는 사실상 편평면을 포함하는, 몰드.
  26. 제25항에 있어서, 상기 몰드 보유벽을 형성하는 데 사용된 재료는 아크릴 재료인, 몰드.
  27. 제25항에 있어서, 상기 몰드의 보유벽을 형성하는 데 사용된 재료는 시멘트질 슬래브 재료를 절단하는 데 사용된 진동식 절단 공구로 절단되는데 충분한 가단성을 갖는, 몰드.
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