KR100289953B1 - 폐석회를 이용한 시멘트 블록의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업장 폐기물의 일종인 폐석회를 시멘트 블록의 자재로 사용하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐석회를 일반골재 또는 폐콘크리트, 시멘트, 물, 혼화제 등과 혼합하여 보도블록, 경계석, 호안석 등을 제조하는 방법에 관한 발명으로서, 콘크리트 1㎥당 물: 80kg∼150kg와 고형분 100%를 기준으로 폐석회: 30∼1200kg을 혼합하여 교반하는 공정; 19mm∼5mm 굵은 골재 또는 분쇄 폐콘크리트: 500∼1500kg, 5mm 이하의 모래 또는 분쇄 폐콘크리트: 0∼500kg, 시멘트: 200∼50kg, 혼화제(감수제): 시멘트 사용량의 4% 이내, 물-시멘트비가 20-35%가 되는 물; 전기 공정에서 준비된 폐석회혼합액을 혼합한 후, 이 혼합물을 형틀에 부어 가압하는 공정; 콘크리트 1㎥당 8mm∼0.5mm 크기 (8mm체에서 90% 통과하고, 0.5mm체에서 10% 이하 통과하는) 골재: 1,500∼2,000kg, 시멘트: 280∼400kg, 물 80∼150kg, KSF 2560(콘크리트 용 혼화제): 시멘트 사용량의 4% 이내를 혼합한 혼합물을 전기 공정에서 가압된 하부층의 상부에 투입하여 가압판으로 진동 가압하여 성형하는 공정; 전기 공정의 성형물을 양생실에서 60℃에서 10시간 양생 후 기건상태가 되도록 하는 공정; 전기 공정의 성형물의 표면에 에멀젼 타입의 에폭시, 우레탄, 또는 아크릴 수지를 살포하여 블록 전체에 완전히 흡수되도록 하여 폐석회를 고착화시키는 공정;을 포함하는 폐석회를 이용한 시멘트블록 제조방법을 제공하는 것이다.

Description

폐석회를 이용한 시멘트 블록의 제조방법 {Method of manufacturing cement blocks using waste calcium carbonate}

본 발명은 산업장 폐기물의 일종인 폐석회를 시멘트 블록의 자재로 사용하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐석회를 일반골재 또는 폐콘크리트, 시멘트, 물, 혼화제 등과 혼합하여 보도블록, 경계석, 호안석 등을 제조하는 방법에 관한 발명이다.

폐석회는 소석회 또는 석회석에서 소다회 및 규산 소다를 정재하고 남는 찌꺼기로서 대체로 납이나 카드뮴 등의 인체에 유해한 물질이 혼입되어 있기 때문에 환경오염의 우려가 있어서 해안 매립이나 복토재로 사용할 수가 없다. 그리고, 폐석회를 산업폐기물로서 적절히 처리하여 폐기하기 위해서는 t당 8만원 정도의 비용이 들기 때문에 경제적인 부담이 너무 크다는 문제점이 있다.

이러한 산업폐기물인 폐석회가 매년 수십만톤씩 계속 발생되고 있음에도 불구하고 위에서 언급한 문제점들로 인하여 야적장에 쌓아 방치되고 있는 실정인데, 폐석회는 그 입자의 크기가 50메쉬 이하로서 매우 작아 바람에 날리거나 빗물에 쓸려 부근의 공기 및 개천 등을 오염시킴으로 인하여 심각한 환경문제를 야기하고 있는 실정이다.

이에 따라 폐석회를 산업적으로 활용하는 방안, 보다 구체적으로는 폐석회를 시멘트 콘크리트 또는 아스팔트 콘크리트 포장의 자재로 활용하는 방안에 대하여 많은 연구 노력이 행해져 왔으나, 아직까지 근본적인 해결책이 마련되고 있지 않는 실정이다.

폐석회를 시멘트 콘크리트포장 또는 아스팔트 콘크리트포장의 자재로 활용함에 있어서 가장 큰 문제점은, 폐석회의 비중이 낮기 때문에 콘크리트의 품질(강도)를 만족시키지 못한다는 것이다. 그리고, 폐석회에는 소량의 염분이 포함되어 있기 때문에 철근 부식의 우려가 있어 철근콘크리트에는 사용할 수가 없다.

또한, 페석회는 높은 습기를 갖고 있으므로 그 상태로는 아스팔트콘크리트에 혼합할 수가 없을 뿐만 아니라, 폐석회를 가열하면 덩어리가 지기 때문에 이를 분말 상태로 분쇄하기 전에는 사용할 수가 없다.

그리고, 폐석회를 일반의 슬럼프가 있는 시멘트콘크리트에 적용하는 경우에는 블리이딩이 더욱 커지게 되고, 이에 따라 비중이 가벼운 폐석회분이 위로 떠올라오게 되어 레이탄스가 크게되는 문제점이 있다. 더욱이, 폐석회에 의한 레이탄스가 형성되는 경우에는 이 레이탄스층이 차륜과 접촉할 시 폐석회가루가 미립자상태로 되어 먼지처럼 공기 중에 떠다니게 되므로 심각한 공기 오염의 원인이 될 수 있다.

한편, 폐석회를 수지와 혼합하여 사용하는 방법도 생각할 수 있으나, 폐석회에 포함된 수분으로 인하여 수지와 혼합하는데 문제가 있으며, 또한 수분을 제거한다고 하더라도 수지의 가격이 고가이므로 채산성을 맞추기 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기의 문제점들을 극복하고, 폐석회를 사용하여 보도블록, 경계석 또는 호안석(護岸石) 등의 블록을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 저슬럼프의 시멘트 콘크리트를 사용하여 다공성의 블록을 성형하되, 폐석회가 공극의 채움재 역할이 하도록 하여 고성능의 블록을 제조하는 방법이다.

도 1은 본 발명의 제조방법에 사용되는 부품의 사시도

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 형틀 2 : 파렛트

3 : 평가압판 4 : 만곡가압판

폐석회를 사용하여 블록을 제조하기 위하여는, 폐석회의 사용이 용이하여야 하고, 블리이딩이 없어야 하며, 다짐 및 가압, 진동으로 생산되어야 하고, 또한 상, 하부가 견고히 접착되어야 한다.

본 발명은 이러한 요건을 모두 갖춘 것으로서, 이에 더하여, 블록의 표면을 미려하게 하기 위하여, 하중에 직접 접하지 않도록 폐석회를 사용한 배합을 하부층에 두고, 상부층은 8mm 이하의 균질모래, 규사, 종석, 콩자갈, 옥, 맥반석을 사용한 배합으로 하되, 이에 안료를 혼합하거나 또는 표면에 살수하여 돌을 돌출시키는 방법을 채택한다.

또한, 상,하부 층을 견고히 접착시키고 표면의 견고성과 색상의 선명성을 확보하기 위하여 에폭시, 아크릴, 우레탄 등의 폴리머로 표면 처리를 하여야 한다.

본 발명의 공정은 다음과 같다.

제1공정 : 형틀을 준비하는 공정

본 공정에서는, 도 1에서 보듯이, 보도블록 형상 또는 경계석 형상의 형틀(1)을 파렛트(2) 상부에 설치하고, 그 위에 10cm 이상 높이에 상부 가압판(3, 4)을 준비한다. 이 가압판은 제조하고자 하는 블록에 따라 그 형상을 달리할 수 있는데, 일반 블록의 경우에는 평평한 가압판(4)을 사용하면 되고, 경계석의 경우에는 일면이 만곡된 가압판(3)울 사용하면 된다. 그리고, 표면에 다양한 무늬를 새기고자 하는 경우에는 양각 또는 음각의 무늬가 새겨진 가압판을 사용하면 된다.

제2공정 : 페석회에 물을 첨가하여 교반하는 공정

콘크리트 1㎥당 물: 80kg∼150kg, 고형분 100%를 기준으로 폐석회: 30∼1200kg을 혼합하여 교반하는 공정이다. 폐석회는 그 자체 습기를 많이 포함하고 있고, 또한 가열하면 덩어리지기 때문에, 필요한 양의 폐석회를 계산하기가 어렵다. 따라서, 본 공정은 아예 폐석회에 일정한 비율의 물을 첨가 혼합시킨 후, 물에 혼합된 폐석회를 다른 자재들에 투입할 수 있도록 하는 공정이다.

제3공정 : 하부층을 형성하는 공정

본 공정은 19mm∼5mm 굵은 골재 또는 분쇄 폐콘크리트: 500∼1500kg, 5mm 이하의 모래 또는 분쇄 폐콘크리트: 0∼500kg, 시멘트: 200∼50kg, 혼화제(감수제): 시멘트 사용량의 4% 이내로 하여 물-시멘트비가 30% 이내가 되도록 물을 첨가하고, 이에 전기 공정에서 준비된 폐석회 용액을 투입하여, 이 혼합물을 형틀에 부어 가압하는 공정이다. 이때, 자재들의 구체적인 배합비는 폐석회 용액 투입없이 가압하였을 때 공극율이 3∼30%가 되고, 폐석회용액 투입 후 가압하였을 때 공극율이 5% 이내가 되도록 정한다.

제4공정 : 상부층을 형성하는 공정

상부층은 하부층 상부에 0.5∼2cm 두께로 형성되는 층이므로, 하부층을 보호하는 한편 표면 상태가 미려해야 한다. 상부층으로는 모래 또는 규사에 안료 첨가한 것을 사용할 수도 있고, 또는 각종 색상의 종석, 자연석, 옥, 맥반석 등을 골재로 하되 표면에 살수하여 자연석 돌이 돌출하는 방법을 채택할 수도 있다.

상부층은 콘크리트 1㎥당 8mm∼0.5mm 크기 (8mm체에서 90% 통과하고, 0.5mm체에서 10% 이하 통과하는) 골재: 1,500∼2,000kg, 시멘트: 280∼400kg, 물 80∼150kg, KSF 2560(콘크리트 용 혼화제): 시멘트 사용량의 4% 이내를 혼합 사용하고, 안료는 필요에 따라 시멘트 사용량의 10% 이내로 하고, 이들의 혼합물을 전기 공정에서 가압된 하부층의 상부에 투입하여 가압판으로 진동 가압하여 성형한다. 성형 후에는 먼저 형틀을 제거한 후 가압판을 제거하여 성형물을 끄집어낸다.

가압된 상부층의 공극은 5∼15%이어야 하며 연속공극이 되도록 한다. 이는 폴리머 살포후 폴리머를 흡수할 수 있도록 하고, 또한 상수에 의하여 표면층의 골재를 돌출시키고자 하는 경우에는 살수된 물을 흡수할 수 있는 공간으로 활용하기 위함이다. 표면층에 살수하는 경우에는 표면층에 물을 1㎡당 2kg 이내를 살수하여 표면의 시멘트 물을 씻어 상부층 및 하부층의 공극에 흡수되도록 한다.

제5공정 : 양생하는 공정

전기 공정의 성형물을 파렛트와 함께 증기양생실로 운반하며, 양생실에서 60℃에서 10시간 양생 후 기건상태가 되도록 한다. 가압된 블록은 파렛트와 함께 양생공정을 거쳐야 하며, 양생은 통상의 방법대로 증기양생, 가열양생, 건조양생을 할 수 있으며, 증기양생과 가열양생이 그 온도가 90℃를 넘지 않도록 하며, 500도시('도시'=양생시간×온도)이상 양생한다.

제6공정 : 수지를 도포 및 착색하는 공정

양생 후 기건상태로 한 후 표면에 에폭시, 우레탄, 아크릴 수지로 표면에 살포하여 필요에 따라 안료를 혼합하며, 2차 착색 할 수 있는데 살포량은 ㎡당 1kg 이내로 하며, 폐석회의 고착화를 위하여 에멀젼 타입의 아크릴 수지를 물에 섞어 블록 전체에 완전히 흡수되도록 살포한다.

이하 본 발명은 실시예에 의거 설명한다.

(실시예)

인터로킹 보도블록을 생산하기로 하고, 형상은 KS기준 I형으로 하며, 색상은 녹색으로 하고, 두께는 6cm로 하여 100㎡를 생산하기로 하였다. 이 보도블록의 하부층 두께는 4.8∼5.2cm로 하고, 상부층 두께는 0.8∼1.0cm로 하며, 강도는 휨강도 기준 50kg/㎠로 하며, 표면 광택을 위하여 에폭시를 살포하는 것으로 한다.

제1공정 : 도 1의 파렛트(2), 형틀(1) 및 상부가압판(4)를 준비하였다.

제2공정 : 하부층 콘크리트1㎥ 당 물: 88kg, 시멘트: 300kg, 폐석회: 250kg, 18∼5mm의 골재: 1,200kg, 5mm 이하의 모래: 500kg, 혼화제(감수제): 1.5kg을 혼합하여 형틀에 투입한 후 가압판으로 1차 진동 가압하여 블록의 두께가 5cm가 되도록 하였다.

제3공정 : 상부층 콘크리트 1㎥당 물: 120kg, 시멘트: 380kg, 2.5mm∼1mm의 3호 규사: 1650kg, 녹색안료: 26.6kg, 혼화제(감수제): 1.9kg을 혼합하여 형틀 상부까지 투입 후 가압판을 덮고 진동 가압하여 블록의 총 두께가 6.0cm가 되도록 하였다. 가압 후에는 형틀을 상부 방향으로 제거하고, 가압판을 제거하였다. 이때, 형틀을 먼저 제거하는 것은 가압된 블록의 상부가 GM트러짐을 방지하기 위함이다.

제4공정 : 전기 공정의 성형물을 파렛트와 함께 증기양생실로 운반하여 양생실에서 60℃에서 10시간 양생 후 기건상태가 되도록 하였다.

제5공정 : 전기 공정에서 기건상태가 된 성형물을 양생실에서 빼내어서 에폭시를 표면에 ㎡당 0.3kg가 되도록 흡수시켜 보도블록을 완성시켰다.

상기와 같이 하여 KS 규격에 맞는 표면이 미려하고 광택이 있는 블록도 완성하였는데, 이 블록의 공극율, 휨강도, 치수, 색상은 아래의 표와 같다.

구분	공극율(%)	휨강도(㎏/㎠)	치수	색상
시험결과	4.2	59	이상없음	이상없음
KS규격	9 이하	50 이상	±2mm	한도견본비교

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 산업폐기물인 폐석회를 활용할 수 있게 함으로써 환경보호 및 폐기물 재활용에 따른 경제적 효과가 지대한 것이다.

Claims (4)

1. (1) 형틀 및 가압판을 준비하는 공정;

   (2) 콘크리트 1㎥당 물: 80kg∼150kg와 고형분 100%를 기준으로 폐석회: 30∼1200kg을 혼합하여 교반하는 공정;

   (3) 19mm∼5mm 굵은 골재 또는 분쇄 폐콘크리트: 500∼1500kg, 5mm 이하의 모래 또는 분쇄 폐콘크리트: 0∼500kg, 시멘트: 200∼50kg, 혼화제(감수제): 시멘트 사용량의 4% 이내, 물-시멘트비가 20-35%가 되는 물; 전기 공정에서 준비된 폐석회혼합액을 혼합한 후, 이 혼합물을 형틀에 부어 가압하는 공정;

   (4) 콘크리트 1㎥당 8mm∼0.5mm 크기 (8mm체에서 90% 통과하고, 0.5mm체에서 10% 이하 통과하는) 골재: 1,500∼2,000kg, 시멘트: 280∼400kg, 물 80∼150kg, KSF 2560(콘크리트용 혼화제): 시멘트 사용량의 4% 이내를 혼합한 혼합물을 전기 공정에서 가압된 하부층의 상부에 투입하여 가압판으로 진동 가압하여 성형하는 공정;

   (5) 전기 공정의 성형물을 양생실에서 60℃에서 10시간 양생 후 기건상태가 되도록 하는 공정;

   (6) 전기 공정의 성형물의 표면에 에멀젼 타입의 에폭시, 우레탄, 또는 아크릴 수지를 살포하여 블록 전체에 완전히 흡수되도록 하여 폐석회를 고착화시키는 공정;을 포함하는 폐석회를 이용한 시멘트블록 제조방법.
2. 제1항에 있어서, (3)공정의 자재들의 구체적인 배합비는 폐석회 용액 투입없이 가압하였을 때 공극율이 3∼30%가 되고, 폐석회용액 투입 후 가압하였을 때 공극율이 5% 이내가 되도록 정하는 것을 특징으로 하는 폐석회를 이용한 시멘트블록 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 가압된 상부층의 공극은 5∼15%인 것을 특징으로 하는 폐석회를 이용한 시멘트블록 제조방법.
4. 제1항에 있어서, (4)공정의 표면골재를 규사, 종석, 콩자갈, 옥, 맥반석 중에서 하나 또는 둘 이상 선택한 것을 사용하고, 성형 후 표면층에 물을 1㎡당 2kg 이내를 살수하여 표면의 시멘트 물을 씻어 상부층 및 하부층의 공극에 흡수되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐석회를 이용한 시멘트블록 제조방법.