KR100490919B1 - 입상인공 제올라이트와 폐콘크리트 재생골재 및산업부산물을 이용한 해수정화용 고기능 조초블록의제조방법 - Google Patents

입상인공 제올라이트와 폐콘크리트 재생골재 및산업부산물을 이용한 해수정화용 고기능 조초블록의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 최근 심각한 환경문제로 대두되고 있는 연안해역 및 항구주변의 해수오염으로 인한 환경오염의 저감을 위하여 오염물질의 흡착성능이 우수한 입상인공 제올라이트를 사용하여, 기존의 해양구조물과는 달리 해수정화 성능이 우수한 해수정화용 다기능 콘크리트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 보통포틀랜드 시멘트 또는 고로슬래그시멘트를 사용하고, 사용골재의 입도가 5∼15 mm, 15∼25 mm인 부순돌, KS규격의 폐콘크리트 재생골재 또는 슬래그 골재를 사용하며, 해수정화의 효과를 높이기 위해서는 적절한 공극과 결합재의 강도가 유지되어야 하므로 공극률을 25∼35 %, 물-결합재비(물÷{결합제(시멘트+혼화재)}의 질량비)를 20∼30 %로 하며 질소 인등을 비롯한 중금속 등의 오염물질의 흡착성능이 우수한 입상인공제올라이트를 결합재중량비의 5∼40 %를 혼입하고, 혼화재로서 고로슬래그 분말과 석탄회를 시멘트 중량비로 각각 5∼30 %, 10∼30 % 사용하며, 휨인성 및 균열저항성의 확보를 위하여 폴리프로필렌 섬유와 유리섬유를 각각 결합재 중량비의 1∼5 % 혼입하여 사용하고, 시멘트페이스트의 유동성향상을 위하여 고유동화제를 결합재중량비로 0.5∼3.0% 혼입하고, 시멘트페이스트의 강도증진과 작업성의 향상을 위하여 고성능 AE 감수제를 시멘트의 0.2∼2.5 %로 혼입하여 연속공극을 형성시켜 해수의 유입에 의한 해수정화를 특징으로 하는 입상인공 제올라이트, 폐콘크리트 재생골재 및 산업부산물을 이용한 해수정화용 다기능 콘크리트를 제조하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 입상인공제올라이트를 사용하여 다량의 공극이 형성된 해수정화 콘크리트의 제조로 질소, 인 등의 과영양염과 중금속등에 의한 해수오염을 감소시켜 연안 해역의 오염 및 적조로 인한 피해를 저감시켜주며, 폐콘크리트 재생골재 및 고로슬래그 골재와 산업부산물(고로슬래그분말, 석탄회)의 사용을 통한 자원의 재활용과 섬유신소재인 폴리프로필렌섬유 등을 사용하여 강도, 인성의 향상 및 해수정화성능이 우수한 장점을 가지고 있다.

Description

입상인공 제올라이트와 폐콘크리트 재생골재 및 산업부산물을 이용한 해수정화용 고기능 조초블록의 제조방법{Manufacturing Method of High-Performance Artificial Sea-Weeds Blocks for Sea-water Purification Using Granular-Zeolite, Recycled Aggregates and Industrial by-products}
본 발명은 최근 심각한 환경문제로 대두되고 있는 연안해역 및 항구주변의 해수오염으로 인한 환경오염의 저감을 위하여 오염물질의 흡착성능이 우수한 입상인공 제올라이트를 사용하여, 기존의 해양구조물과는 달리 해수정화 성능이 우수한 해수정화용 다기능 콘크리트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 사회문제화 되고 있는 연안해역에서의 환경오염과 적조현상의 원인이 되는 과다한 질소, 인등의 영양염과 유기물질을 효과적으로 제거하기 위하여 건설폐기물로 연간 약 2400만 톤 규모로 발생하는 폐콘크리트 재생골재를 사용하여 골재의 부족에 따른 대채용 골재로서의 유효이용과 각종폐기물의 증가로 인한 매립지의 부족 및 환경오염의 저감을 위하여 폐콘크리트 재생골재를 비롯한 슬래그 골재를 사용, 기존의 연안해역의 해양구조물 및 인공어초 등 해양목장용 콘크리트 구조물에 적용함과 더불어 최근 사회문제화 하고 있는 연안해역에서의 해수오염의 저감을 위하여 입상인공 제올라이트를 사용한 고기능의 해수정화용 콘크리트를 제조하기 위해 혼화재로서 석탄회와 고로슬래그분말과 섬유신소재인 폴리프로필렌섬유와 유리섬유를 사용한 고기능 해수정화용 다공성 콘크리트의 제조와 이를 이용한 조초블록, 근고블록, 인공어초 등 연안해역의 입상인공 제올라이트와 폐콘크리트 재생골재 및 산업부산물을 이용한 해수정화용 고기능 콘크리트해양구조물의 제조방법에 관한 것이다.
최근 미국, 일본, 유럽의 선진국에서는 장기적인 안목에서의 자원순환과 재활용에 대한 연구가 가속화 되고 있으며, 우리나라에서도 폐콘크리트 재생골재 및 슬래그 골재 등 국가차원에서 대량으로 발생되고 있는 산업폐기물 재활용률을 선진국 수준으로 끌어올리기 위한 집중적인 노력을 경주하고 있다. 그러나 이러한 산업폐기물의 재활용에 대한 부정적 시각 및 여러 가지 제한 조건으로 인하여 극히 미진한 실정으로 건설폐기물 및 산업부산물의 다량 이용을 통한 콘크리트의 용도전개가 절실히 요구되고 있다.
현재 해양구조물에 사용되고 있는 일반콘크리트로 제조된 해양구조물은 주로 해양 생물 중 어류 및 갑각류의 도피처와 생활공간을 제공하는 기능을 갖고 있으나 연안해역에서 매립, 해양투기, 기름사고 등에 의한 수질악화와 담수호 조성 및 간척사업 등에 의한 해양환경의 파괴와 지구온난화 등 기후변화에 의한 잦은 태풍과 해일피해 등으로 해저의 백화현상과 연안해역에서 발생하는 적조현상의 원인이 되는 과도한 질소, 인 등의 과영양염을 비롯한 중금속 등으로 인한 환경 부하를 효과적으로 제어하지 못하는 실정이다. 따라서 유해물질의 흡착, 수질오염저감기능을 확보함은 물론, 고로슬래그골재 또는 고로슬래그 미분말의 혼용에 의하여 탄소, 규소, 철 등의 해양생물에 필용한 영양요소를 지속적으로 공급함에 의하여 해양오명의 저감과 해양생태계를 보전 복원할 수 있는 기능을 갖는 콘크리트의 제조가 절실히 요구되어 지고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 최근 심각한 사회문제로 대두되는 연안해역에서의 해수오염을 감소시키기 위하여 입상인공제올라이트을 사용하고, 건설폐기물의 유효활용을 통한 자원의 재활용 및 환경오염의 방지를 위해 폐콘크리트 재생골재와 내구성과 인성의 확보를 위하여 섬유보강재(폴리프로필렌섬유, 유리섬유) 및 혼화재로서 산업부산물인 고로슬래그 분말과 석탄회를 사용한 고기능 해수정화용 포러스콘크리트(Porous Concrete)의 제조방법 및 제조된 포러스콘크리트(Porous Concrete)를 이용하여 2차 제품의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 연안해역에 있어서의 적조의 원인이 되는 과도한 질소, 인등의 영양염 등의 흡착을 용이하게 하기 위한 최적의 공극률을 도출하여 골재점조 연속공극의 형성을 통한 흡착성능 등을 향상시켜 해수정화 성능과 품질특성이 우수한 해수정화와 각종 해양생물의 서식처와 각종어류의 산란장소와 국가의 에너지 절약, 환경보호 및 해수정화효과가 우수하면서 해양생태계의 보전에 기여할 수 있는 고기능 해수정화용 포러스콘크리트(Porous Concrete)의 제조방법 및 제조된 포러스콘크리트(Porous Concrete)를 이용하여 2차 제품의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 다음과 같다. 본 발명의 콘크리트는 시멘트, 골재, 혼화재, 섬유보강제, 입상인공제올라이트 및 유동화제 또는 고성능 AE 감수제로 구성된다.
본 발명에 사용된 시멘트는 밀도 3.12∼3.16/cm3, 분말도 3,000∼3,400cm2/g이고 화학적 주성분은 CaO 60∼65%, SiO2 20∼23%, Al2O3 4.0∼6.0%인 보통포틀랜드 시멘트나 고로슬래그 미분말의 함량이 25∼65%, 밀도 3.0∼3.05g/cm3, 분말도 3,600∼4,000cm2/g이고 화학적 주성분은 CaO 40∼45%, SiO2 32∼47%, Al2O3 12.0∼17.0%인 고로슬래그 시멘트를 사용한다.
본 발명에 사용된 골재는 입도범위가 5∼15 mm, 15∼25 mm인 단입도의 부순돌, KS 규격의 폐콘크리트 재생골재 또는 고로슬래그골재를 사용한다. 부순돌은 밀도 2.53∼2.76 g/cm3, 단위용적질량 1,330∼1,572 kg/m3의 것을 사용하고 재생골재는 밀도 2.21∼2.52g/cm3, 단위용적질량 1,290∼1,572 kg/m3의 것을 사용하며, 고로슬래그골재는 밀도 2.5∼3.4 g/cm3, 단위용적질량 1,530∼1,850 kg/m3의 것을 사용한다.
본 발명에서는 해수오염의 주요인이 되는 질소, 인을 비롯한 각종 화학물질의 제거를 위해 FA 제올라이트의 성형 가공을 통하여 제조된 밀도가 2.14∼2.25 g/cm3, 단위용적질량 1,164 kg/m3, 입도 5∼15 mm, 화학적 조성은 SiO2 47.3%, Al2O3 23.5%인 입상인공제올라이트를 사용한다.
본 발명에 사용된 배합은 연속공극을 갖는 해수정화용 콘크리트의 성능에 가장 영향을 미치는 입상인공제올라이트의 혼입률로 결합재의 0∼30%를 사용이 바람직하며, 30 % 이상이면, 해수정화용 콘크리트의 성능 떨어지는 문제가 있다.
본 발명의 물/결합재의 비율은 연속공극을 통한 해수와의 접촉면적을 커짐을 고려할 때 물/결합재비(물/{결합재(시멘트+혼화재(고로슬래그미분말, 석탄회))}는 20∼30 %가 바람직하고, 혼화재는 고로슬래그 미분말, 석탄회는 결합재의 5∼30 %를 혼입하는 게 바람직하다. 사용하는 혼화제로는 산업부산물의 유효재활용과 해수정화용 콘크리트의 강도 및 내구성의 향상을 위하여 혼화재로서 밀도 2.8∼2.9 g/cm3, 분말도 5,000∼7,000 kg/m3인 화학적 주성분이 SiO2 30∼35%, Fe 2O3 34∼10%, MgO 8∼10%인 고로슬래그 미분말과 밀도 2.0∼2.2 g/cm3, 분말도 3,000∼3,500 kg/m3, 화학적 주성분이 SiO2 63∼68 %, Al2O3 23∼27 %인 석탄회를 사용한다.
본 발명은 또한 섬유보강제로서 콘크리트의 균열저항성 향상을 통한 고인성의 콘크리트 제조를 위하여 5∼40 mm, 밀도 0.91 g/cm3, 인장강도 260 Mpa의 폴리프로필렌 섬유를 사용하거나, 길이 5∼50 mm, 밀도 2.4 g/cm3, 인장강도 2,500 Mpa의 유리섬유를 사용한다. 섬유의 사용에 따라 강도 및 기계적 특성이 향상되는 효과를 가져온다.
상기의 구성성분에서 결합재는 시멘트만을 사용하는 경우에는 시멘트만을 의미하고 시멘트와 혼화재를 사용하는 경우에는 시멘트와 혼화재를 합한 것을 의미한다. 사용골재과 부순돌과 폐콘크리트 재생골재 및 슬래그 골재는 서로 혼합하여 사용하거나 단독으로 사용하고 혼합하여 사용하는 경우 폐콘크리트 재생골재와 슬래그 골재를 사용골재의 0∼100%로 하여 부순돌과 혼합하여 사용한다.
보강용 섬유신소재인 폴리프로필렌 섬유와 유리섬유를 결합재에 대한 질량비로 0∼5% 첨가한다.
또한 본 발명에서는 시멘트페이스트의 강도증진과 작업성의 향상을 위하여 고성능 AE 감수제를 사용시멘트의 0.2∼2.5 %로 혼입하여 사용하여 해수장화용 콘크리트의 공극률을 20∼35% 형성시키며, 또한 작업성을 위해서 당 분야에서 통상적으로 알려져 있는 유동화제를 결합제의 함량에 대하여 0.5-3.0중량% 사용할 수 있다. 이러한 상기의 성분의 사용에 따라 연속공극을 형성시켜 해수의 유입에 의한 해수정화를 특징으로 하는 입상인공 제올라이트, 폐콘크리트 재생골재 및 산업부산물을 이용한 해수정화용 다기능 조초블록의 제조방법을 제공할 수 있으며 작업성을 개선하는 효과도 있다.
혼합물의 제조는 통상의 방법으로 실시하는데, 사용재료의 균일한 분산을 위하여 Omni-Mixer를 사용하여 골재, 시멘트, 혼화재를 선투입하여 120초간 건비빔을 실시하고 여기에 물과 혼화제의 혼합수를 투입하여 60초간 혼합한 후 섬유와 입상인공제올라이트를 투입하여 120초간 혼합하는 분할 투입방식을 사용하고, 다짐방법은 표면진동형 다짐기를 이용하여 해수정화용 고기능 조초블록을 제조한다. 제조된 블록은 2일간 기건양생을 실시한 후 탈형하여 소정의 재령까지 23±2℃에서 습윤양생을 실시할 수 있고, 또한 도 1과 같은 과정으로 혼합하여 제조할 수 있는데 도1의 방법에 의하는 것이 더욱 좋다.
이하는 본 발명에 의해 제조된 해수정화용 고기능 조초블록의 특성을 이하에 상세히 설명한다.
도 3, 도 4, 도 5는 본 발명에 따른 조장조성용 다기능 환경블록 Type-A의 사시도, 정면도, 설치도를 나타낸 것이다. Type-A는 정방형의 블록 구체(10)에 중앙부에 관통공(20)을 형성시킨 중앙돌출부(30)와 양단에 중앙돌출부와 대칭방향으로 관통공(20)을 갖는 양단돌출부(40)를 형성시켜 해수와의 접촉 면적을 증대시켜 해수정화 성능이 뛰어날 뿐만 아니라, 해저면에 안착시 양단돌출부와 중앙돌출부가 기둥역활을 하여 안정되게 거치된다. 또한 다단의 블록 설치시 지반과의 접촉면의 증대와 블록상호간의 접촉에 의해 구조적으로 안정하게 다단으로 설치할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도6, 도7, 도8은 본 발명에 의한 해수정화용 고기능 조초블록의 Type-B의 사시도, 설치도, 정면도를 나타낸 것이다. Type-B는 정방형의 블록 구체(10)에 중앙부에 관통공(20)과 블록구체(10)의 상하부에 상부돌출부(50)와 하부돌출부(60)를 형성시켜 해수와의 접촉면적을 증대시킬 뿐만 아니라, 해저면에 안착시 하부돌출부와 저면과의 정착이 쉬우며, 다단으로 설치시 복록구체의 상부돌출부(50)와 하부돌출부(60) 사이에 연속된 공간을 형성시켜 해수의 이동이 원활하고 각종 어류 및 갑각류의 산란 및 도피 장소를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위해 해상정화콘크리트의 실시예를 통하여 배합 및 그에 따른 수질정화 콘크리트의 품질특성 평가결과를 살펴본다. 본 발명은 그 기재된 기술사상의 범위내에서 당업자가 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것으로서, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되는 것이 아니다. 이하에서는 입상인공제올라이트와 재생골재 및 신소재(강섬유, 폴리프로필렌섬유)를 이용한 해수정화용 고기능 조초블록의 품질특성을 파악하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
연속공극 콘크리트의 연속공극률은 일본 에코콘크리트 연구위원회의 시험방법(안)에 준하여 측정하였으며, 압축시험방법은 Ψ15×30cm 원주형 몰드를 제작하여 KS F 2405『콘크리트의 압축강도』시험방법에 준하여 실시하였다. 또한, 휨강도시험은 15×15×55cm의 보(beam) 공시체를 제조하여 JSCE-SF4의 「섬유보강 콘크리트의 휨강도 및 휨인성 시험방법」에 준하여 일본 S사의 B Type Autograph를 사용하여 휨강도와 휨인성을 측정하였다. 또한, 해수정화용 고기능 콘크리트 블록의 내화학성을 측정하기 위하여 Ψ10×20cm의 원추형공시체를 황산(H2SO4) 1%용액에 침지하여 질량변화율을 측정하였으며, 내동해성을 측정하기 위하여 75×75×335mm의 각주 공시체를 제작하여 ASTM C 666-2 및 KS F 2456[급속동결융해에 대한 콘크리트의 저항성 시험방법]에 준하여 -18℃∼+4℃에서 1일 6∼8 사이클로 상태동탄성계수를 측정하여 내동해성을 파악하였다.
해수정화 콘크리트의 해수정화 성능을 파악하기 위해 30×30×10cm의 판형공시체를 제작하고 재령 28일부터 탄소:질소:인이 150:5:1의 농도로 되어있는 인공해수(표 1)를 순환시키는 수로에 설치하여 분당 20ml의 유량으로 순환시키고 일조 조건은 실외의 상황과 유사하게 형광등을 사용하여 6000룩스의 빛을 12시간 간격으로 점등과 소등을 반복하면서 20±2℃로 유지된 항온실에서 1일, 10일, 50일, 100일, 200일에서 종합수질측정기로 정화된 물의 총유기염소량(TOC), 총인량(PN)을 측정하였으며, 인공해수의 증발에 의한 오차를 감소시키기 위하여 인공해수가 일정량을 유지하도록 증류수를 보충하였다.
인공해수의 성분
글로코우스(Glucose) 염화암모늄(NH4cl) 제2인산나트륨(Na2HPO4) 염화나트륨(Nacl) 염화칼륨(Kcl) 황산나트륨(NaSO4)
150mg/l 57.6mg/l 1.8mg/l 3.8mg/l 1.6mg/l 1.8mg/l
해수정화콘크리트의 배합실시예 1
부순돌, 입도: 5∼15mm, 설계공극률 30%
배합번호 물/결합재비1) (%) 혼화재혼입률2) (Wt%) 섬유혼입률3) (Wt%) 단위량(kg/m3)
시멘트 물 골재 입상인공제올라이트 혼화재 섬유 고성능유동화제
GS FA PF GF
100 25 - - 200 50 1535 40 - - - - 0.6
101 10 2 180 20 - 4.0 - 0.8
102 20 160 40 - 1.3
103 30 140 60 - 1.9
104 10 180 - 20 0.7
105 20 160 - 40 1.2
106 30 140 - 60 1.5
107 25 10 2 180 20 - - 4.0 0.8
108 20 160 40 - 1.3
109 30 140 60 - 1.9
110 10 180 - 20 0.7
111 20 160 - 40 1.2
112 30 140 - 60 1.5
재생골재, 입도: 5∼15mm, 설계공극률 30%
200 25 - - 233 58 1412 46 - - - - 0.7
201 10 2 210 23 - 4.6 - 0.9
202 20 187 46 - 1.4
203 30 164 69 - 2.1
204 10 210 - 23 0.8
205 20 187 - 46 1.3
206 30 164 - 69 1.8
207 25 10 2 210 23 - - 4.6 0.9
208 20 187 46 - 1.4
209 30 164 69 - 2.1
210 10 210 - 23 0.8
211 20 187 - 46 1.3
212 30 164 - 69 1.8
슬래그 골재, 입도: 5∼15mm, 설계공극률 30%
300 25 - - 300 75 1461 60 - - - - 0.8
301 10 2 270 30 - 6.0 - 1.0
302 20 240 60 - 1.4
303 30 210 90 - 2.0
304 10 270 - 30 0.9
305 20 240 - 60 1.2
306 30 210 - 90 1.8
307 25 10 2 270 30 - - 6.0 1.0
308 20 240 60 - 1.4
309 30 210 90 - 2.0
310 10 270 - 30 0.9
311 20 240 - 60 1.2
312 30 210 - 90 1.8
(주1) 물/결합재비(%) : {물/(시멘트+혼화재)}×100 질량비
(주2) 혼화재 혼입률(%) : {혼화재/(시멘트+혼화재)}×100 질량비
(주3) 섬유혼입률(%) : {섬유/(시멘트+혼화재)}×100 질량비
(주4) GS(Ground Granulated Blast-Furnace Slag) : 고로슬래그 미분말
(주5) FA(Fly Ash) : 플라이 애시
(주6) PF(Polypropylene Fiber) : 폴리프로필렌섬유
(주7) GE(Glass Fiber) : 유리섬유
해수정화콘크리트의 배합실시예 2
부순돌, 입도: 15∼25mm, 설계공극률 30%
배합번호 물/결합재비1) (%) 혼화재혼입률2) (Wt%) 섬유혼입률3) (Wt%) 단위량(kg/m3)
시멘트 물 골재 입상인공제올라이트 혼화재 섬유 고성능유동화제
GS4) FA5) PF6) GF7)
400 25 - - 205 51 1527 41 - - - - 0.6
401 10 2 195 20 - 4.1 - 0.8
402 20 164 41 - 1.3
403 30 144 61 - 1.9
404 10 195 - 20 0.7
405 20 165 - 41 1.2
406 30 144 - 61 1.5
407 25 10 2 195 20 - - 4.1 0.8
408 20 164 41 - 1.3
409 30 144 61 - 1.9
410 10 195 - 20 1.7
411 20 164 - 41 1.2
412 30 144 - 61 1.5
재생골재, 입도: 15∼20mm, 설계공극률 30%
500 25 - - 243 61 1398 48 - - - - 1.7
501 10 2 219 24 - 4.9 - 0.9
502 20 195 48 - 1.5
503 30 180 63 - 2.2
504 10 219 - 24 0.8
505 20 195 - 48 1.4
506 30 180 - 63 1.9
507 25 10 2 219 24 - - 4.9 0.9
508 20 195 48 - 1.5
509 30 180 63 - 2.2
510 10 219 - 24 0.8
511 20 195 - 48 1.4
512 30 180 - 63 1.9
슬래그 골재, 입도: 15∼20mm, 설계공극률 30%
600 25 - - 258 65 1525 52 - - - - 0.9
601 10 2 232 26 - 5.1 - 1.2
602 20 206 52 - 1.6
603 30 181 77 - 2.3
604 10 232 - 26 1.1
605 20 206 - 52 1.4
606 30 181 - 77 2.1
607 25 10 2 232 26 - - 5.1 1.2
608 20 206 52 - 1.6
609 30 181 77 - 2.3
610 10 232 - 26 1.1
611 20 206 - 52 1.4
612 30 181 - 77 2.1
(주1) 물/결합재비(%) : {물/(시멘트+혼화재)}×100 질량비
(주2) 혼화재 혼입률(%) : {혼화재/(시멘트+혼화재)}×100 질량비
(주3) 섬유혼입률(%) : {섬유/(시멘트+혼화재)}×100 질량비
(주4) GS(Ground Granulated Blast-Furnace Slag) : 고로슬래그 미분말
(주5) FA(Fly Ash) : 플라이 애시
(주6) PF(Polypropylene Fiber) : 폴리프로필렌섬유
(주7) GE(Glass Fiber) : 유리섬유
다음의 표4는 배합실시예 1(표2)에 대한 수질정화 콘크리트의 품질특성을 평가한 것이다.
해수정화용 고기능 콘크리트의 품질특성
실시예 연속공극률(%) 압축강도(Mpa) 휨강도(Mpa) 내화학성1) 내동해성2)
100 29.4 13.7 3.04 보통 보통
101 29.2 14.2 3.15 우수 보통
102 29.1 14.3 3.17 우수 우수
103 29.0 13.8 3.06 우수 우수
104 29.0 14.5 3.22 우수 우수
105 28.9 14.3 3.17 우수 우수
106 28.8 13.9 3.08 우수 우수
107 29.7 14.2 3.15 보통 보통
108 29.4 14.1 3.12 우수 우수
109 29.1 13.7 3.04 우수 우수
110 29.6 14.3 3.17 보통 우수
111 29.3 14.4 3.20 우수 우수
112 29.2 13.8 3.06 우수 우수
200 29.3 12.9 2.86 보통 보통
201 29.1 13.3 2.96 보통 우수
202 28.9 13.4 2.98 우수 우수
203 28.7 13.0 2.88 우수 우수
204 29.2 13.6 3.02 보통 우수
205 29.0 13.4 2.98 우수 우수
206 28.8 13.1 2.90 우수 우수
207 29.1 13.3 2.96 보통 우수
208 29.0 13.2 2.93 우수 우수
209 28.7 12.9 2.86 우수 우수
210 29.3 13.4 2.98 보통 우수
211 29.1 13.5 3.00 우수 우수
212 28.6 13.0 2.88 우수 우수
300 28.8 13.0 2.89 보통 보통
301 28.6 13.5 2.99 우수 우수
302 28.5 13.6 3.01 우수 우수
303 28.4 13.1 2.91 우수 우수
304 28.4 13.8 3.06 보통 우수
305 28.3 13.6 3.01 우수 우수
306 28.2 13.2 2.93 우수 우수
307 29.1 13.5 2.99 보통 보통
308 28.8 13.4 2.96 우수 우수
309 28.5 13.0 2.89 우수 우수
310 29.0 13.6 3.01 보통 우수
311 28.7 13.7 3.04 우수 우수
312 28.6 13.1 2.91 우수 우수
(주1) 내화학성은 1%의 황산(H2SO4)용액에 180일 침지 시킨 후의 질량감소율로서 보통은 15% 이하이며 우수는 9% 이하이다.
(주2) 내동해성은 4℃에서 -18℃로 떨어뜨린 후 다시 4℃로 상승시키는 것을 1사이클로 하여 상대동탄성계수가 60% 이하로 감소할 때의 사이클 수로서 40∼60사이클이며 우수는 60사이클 이상이다.
다음의 표5는 배합실시예 2(표3)에 대한 수질정화 콘크리트의 품질특성을 평가한 것이다.
해수정화 콘크리트의 품질특성
실시예 연속공극률(%) 압축강도(Mpa) 휨강도(Mpa) 내화학성1) 내동해성2)
400 28.8 11.9 2.6 보통 보통
401 28.6 12.3 2.74 우수 보통
402 28.5 12.4 2.76 우수 우수
403 28.5 12.0 2.66 우수 우수
404 28.4 12.6 2.80 보통 보통
405 28.3 12.4 2.76 우수 우수
406 28.3 12.1 2.68 우수 우수
407 29.1 12.3 2.74 보통 보통
408 28.8 12.2 2.71 우수 우수
409 28.5 11.9 2.64 우수 우수
410 29.0 12.4 2.76 보통 우수
411 28.7 12.5 2.78 우수 우수
412 28.6 12.0 2.66 우수 우수
500 28.8 11.2 2.48 보통 보통
501 28.5 11.6 2.58 보통 우수
502 28.3 11.7 2.59 우수 우수
503 28.1 11.3 2.50 우수 우수
504 28.6 11.9 2.63 보통 보통
505 28.4 11.7 2.59 우수 우수
506 28.2 11.4 2.52 우수 우수
507 28.5 11.6 2.58 보통 우수
508 28.4 11.5 2.55 우수 우수
509 28.1 11.2 2.48 우수 우수
510 28.7 11.7 2.59 보통 우수
511 28.5 11.8 2.61 우수 우수
512 28.0 11.3 2.50 우수 우수
600 28.2 11.3 2.51 보통 보통
601 28.0 11.7 2.60 보통 보통
602 27.9 11.8 2.62 우수 우수
603 27.9 11.4 2.53 우수 우수
604 27.8 12.0 2.66 보통 우수
605 27.8 11.8 2.62 우수 우수
606 27.7 11.5 2.55 우수 우수
607 28.5 11.7 2.60 보통 보통
608 28.2 11.6 2.58 우수 우수
609 28.0 11.3 2.51 우수 우수
610 28.4 11.8 2.62 보통 우수
611 28.2 11.9 2.64 우수 우수
612 28.1 11.4 2.53 우수 우수
(주1) 화학저항성은 1%황산(H2SO4)용액에 180일 침지시킨후의 질량감소율로서 보통은 15%이하이며 우수는 9%이하이다.
(주2) 내동해성은 4℃에서 -18℃로 떨어뜨린 후 다시 4℃로 상승시키는 것을 1사이클로 하여 상대동탄성계수가 60% 이하로 감소할 때의 사이클 수로서 40∼60사이클이며 우수는 60사이클 이상이다.
실시예에 대한 품질특성시험결과 공극률의 경우 사용골재의 종류와 골재입도 및 보강용 섬유(폴리프로필렌 섬유, 유리섬유)의 혼입과 혼화재(골슬래그 미분말, 플라리 애시)의 혼입률이 증가함에 따라 최대 2.3%정도 설계공극률보다 다소 감소하는 경향을 나타냈으며, 사용골재의 입도가 5∼15mm이고 부순돌과 재생골재 및 고로슬래그 골재를 사용한 경우에 각각 28.8∼29.7%, 28.6∼29.3%, 28.2∼29.1%로 나타났으며, 사용골재의 입도가 15∼25mm인 경우에는 28.4∼29.1%, 28.0∼28.8%, 27.7∼28.5%로 나타나 배합설계시의 설계공극률을 비교적 만족하는 것으로 나타났으며, 부순돌을 사용한 경우가 재생골재, 슬래그 골재를 사용한 경우에 비하여 설계공극률에 대한 차이가 비교적 작게 나타났으며, 혼화재의 혼입량과 섬유의 혼입률이 증가함에 따라 공극률이 다소 감소하는 경향을 나타냈다.
압축강도시험결과 설계공극률 30%, 사용골재의 입도 범위가 5∼15mm 일때, 부순돌과 재생골재 및 슬래그 골재를 사용한 경우의 압축강도는 각각, 13.8∼14.5Mpa, 12.9∼13.4Mpa, 13.0∼13.8Mpa로 나타났으며, 입도범위가 15∼25mm인 일때 부순돌과 재생골재 및 슬래그 골재를 사용한 경우의 압축강도는 각각, 11.9∼12.6Mpa, 11.2∼11.9Mpa, 11.3∼12.0Mpa로 나타나 사용골재의 입도가 작을수록 압축강도가 크게 나타났으며, 콘크리트재생골재와 슬래그 골재를 사용한 경우가 부순돌에 비하여 작게 나타났다. 이러한 영향은 사용 골재의 입도가 작을수록 골재와 골재사이의 작용면이 증가하고, 재생골재에 비하여 부순돌의 경우가 골재자체의 강도가 크기 때문으로 판단된다. 또한, 혼화재의 혼입량에 대한 영향은 사용혼화재의 혼입량이 20%까지는 혼화재를 사용하지 않은 경우에 비하여 압축강도가 증가하는 경향을 나타냈으나 혼화재의 혼입량이 30%인 경우에는 다소 감소하는 경향을 나타냈다.
화학저항성 시험결과를 고찰하여 보면 혼화재의 사용에 대한 효과를 살펴보면 혼화재를 10%이상 사용하는 것이 사용하지 않는 경우에 비하여 화학저항성이 증가하는 것으로 나타났으며, 혼화재의 혼입량이 20%인 경우에서는 골재의 종류와 섬유의 종류에 대한 영향에 상관없이 화학저항성이 크게 나타났다. 또한, 사용골재의 종류에 대한 영향은 부순돌을 사용하는 경우가 재생골재와 슬래그 골재를 사용하는 경우에 비하여 화학저항성이 우수한 것으로 나타났으나, 재생골재를 사용한 경우에 비하여 슬래그 골재를 사용한 경우가 화학저항성이 다소 우수한 것으로 나타났다. 사용골재의 입도가 5∼15mm의 것을 사용하는 것이 15∼25mm의 골재를 사용하는 경우에 비하여 화학저항성이 크게 나타났다. 이러한 경향은 혼화재의 혼입량이 증가함에 따라 혼화재와 시멘트와의 포졸란 작용에 의하여 시멘트페이스트와 골재간의 부착력이 향상되며, 이로 인한 알루민산 3칼슘(Ca3Al) 및 수산화칼슘의 생성량이 감소로 환산염과의 반응으로 생기는 에트링가이트의 생성으로 인한 팽창압이 감소하기 때문이다.
동결융해 시험결과를 고찰하여 보면 사용골재의 입도범위가 5∼15mm인 골재를 사용한 경우에 비하여 입도범위가 15∼25mm인 골재를 사용한 경우가 동결융해에 대한 저항성이 작게 나타났으며, 사용골재의 종류에 대한 영향은 부순돌을 사용한 경우가 재생골재 및 슬래그 골재를 사용한 경우에 비하여 동결융해에 대한 저항성이 다소 크게 나타났으며, 혼화재의 혼입량이 20% 이상의 경우에 동결융해 저항성이 혼화재를 사용하지 않은 경우에 비하여 크게 나타났다.
위의 결과로부터 우수한 품질 특성을 나타낸 실시예에 대하여 해수정화 성능을 평가 하였으며 그 결과는 표 6과 같다.
해수정화 콘크리트의 해수정화 성능평가 결과
실시예 경과시간(일)
1 10 50 100 200
TOC1) 소거율(%) PN 2) 소거율(%) TOC1) 소거율(%) PN 2) 소거율(%) TOC1) 소거율(%) PN 2) 소거율(%) TOC1) 소거율(%) PN 2) 소거율(%) TOC1) 소거율(%) PN 2) 소거율(%)
일반콘크리트 17 6 19 6 17 5 18 4 13 5
102 58 23 67 36 72 54 79 67 81 75
105 62 34 76 43 83 62 86 73 91 82
202 43 19 54 22 59 42 64 54 76 63
205 51 23 62 31 68 46 72 62 83 76
302 56 28 69 38 73 53 81 71 89 79
305 56 24 68 34 70 55 81 65 83 73
402 53 25 64 33 68 44 70 61 84 75
405 58 33 75 45 81 66 87 74 93 83
502 43 21 65 31 68 53 80 59 82 68
505 49 24 68 34 70 55 81 65 83 73
602 43 23 62 31 68 46 72 62 83 76
605 38 19 54 22 59 42 64 54 76 63
1)총유기염소량, 2) 총인량(PN)
상기와 같은 품질시험을 통하여 골재점조 해수정화콘크리트는 품질성능이 우수한 것으로 나타났으며, 입상인공 제올라이트의 사용으로 인한 일반콘크리트에 비하여 우수한 해수정화 효과와 폐콘크리트 재생골재와 고로슬래그골재의 해수정화 콘크리트로 적용 및 유효이용 가능성을 확인하였다. 또한, 고로슬래그 미분말과 석탄회 및 섬유신소재의 사용을 통해 강도 및 내구성의 우수한 증대효과로 해수정화용 고기능 조초블록의 우수한 품질특성을 나타내고 있음을 확인하였다.
상술한 바와 같이 본 발명은 입상인공제올라이트를 이용한 해수정화성능의 향상을 통하여 해양에서의 환경오염 저감효과와 함께 재생골재를 비롯한 슬래그 골재, 고로슬래그 미분말, 플라이 애시 등의 재활용을 통한 자원의 보존효과는 물론 해수정화용 고기능 콘크리트를 이용하여 항만시설을 비롯한 인공어초 및 조초블록의 제조기술력 향상을 도모할 수 있으며, 제조 기술의 확보로 관련제품의 수입대체효과는 물론 관련기술의 해외수출로 외화획득에 기여할 수 있으며, 또한, 연안해역의 소파블록, 조초블록, 근고블록, 인공어초 및 조경암 등에 설치하여 해역의 해수정화효과를 통한 환경부하저감은 물론, 어패류 및 각종 갑각류를 비롯한 해양생물의 서식환경조성으로 어족자원의 보호와 친수공간으로서의 연안해역 및 항만, 방파제의 환경조성을 통한 외부환경미관의 개선효과를 이룰 수 있으며, 재생골재의 사용을 통한 자원의 유효이용으로 국가의 에너지절약 및 각종폐기물의 불법 매립을 통한 환경피해의 예방에 크게 기여할 수 있다.
도 1은 본 입상인공제올라이트와 폐콘크리트 재생골재 및 산업부산물(슬래그분말, 석탄회)을 이용한 해수정화용 고기능 조초블록의 제조순서도
도 2는 본 발명에 사용된 입상인공제올라이트
도 3은 본 발명에 의해 제조된 해수정화용 고기능 조초블록 Type-A의 사시도
도 4은 본 발명에 의해 제조된 해수정화용 고기능 조초블록 Type-A의 설치도
도 5은 본 발명에 의해 제조된 해수정화용 고기능 조초블록 Type-A의 정면도
도 6은 본 발명에 의해 제조된 해수정화용 고기능 조초블록 Type-B의 사시도
도 7는 본 발명에 의해 제조된 해수정화용 고기능 조초블록 Type-B의 설치도
도 8은 본 발명에 의해 제조된 해수정화용 고기능 조초블록 Type-B의 정면도
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
10 : 연속공극을 갖는 해수정화용 고기능 조초블록의 구체,
20 : 관통공 30 : 중앙돌출부 40 : 양단돌출부
50 : 상부돌출부 60 : 하부돌출부

Claims (7)

  1. 해수정화용 고기능 조초블록의 제조방법에 있어서, 시멘트로 밀도 3.12∼3.16 g/cm3, 분말도 3,000∼3,400 cm2/g이고 화학적 주성분은 CaO 60∼65 %, SiO2 20∼23 %, Al2O3 4.0∼6.0 %인 보통포틀랜드 시멘트나 고로슬래그 미분말의 함량이 25∼65 %, 밀도 3.0∼3.05 g/cm3, 분말도 3,600∼4,000 cm2/g이고 화학적 주성분은 CaO 40∼45 %, SiO2 32∼47 %, Al2O3 12.0∼17.0 %인 고로슬래그 시멘트를 사용하고, 골재로 입도범위가 5∼15 mm, 15∼25 mm, 밀도 2.53∼2.76 g/cm3, 단위용적질량 1,330∼1,572 kg/m3인 부순돌, 밀도 2.21∼2.52 g/cm3, 단위용적질량 1,290∼1,572 kg/m3인 KS규격의 폐콘크리트 재생골재 또는 밀도 2.5∼3.4g/cm3, 단위용적질량 1,530∼1,850kg/m3의 고로슬래그골재에서 선택되는 하나 이상을 사용골재의 용적비로 0∼100% 혼입하여 사용하며, 제올라이트로서 연안해역에서 발생하는 적조의 원인이 되는 질소, 인등의 과다한 영양염류와 유해한 중금속의 흡착과 분해를 위하여 FA 제올라이트의 성형 가공을 통하여 제조된 밀도가 2.14∼2.25 g/cm3, 단위용적질량 1,164 kg/m3, 입도 5∼15 mm, 화학적 조성은 SiO2 47.3 %, Al2O3 23.5 %인 입상인공 제올라이트를 시멘트 중량비로 5∼40 % 혼입하고, 물-결합재비를 20∼30 %로 하며, 시멘트페이스트의 유동성향상을 위하여 고유동화제를 결합재중량비로 0.5∼3.0% 혼입하는 것을 특징으로 하는 입상인공 제올라이트, 폐콘크리트 재생골재 및 산업부산물을 이용한 해수정화용 다기능 블록의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    시멘트페이스트의 강도증진과 작업성의 향상을 위하여 고성능 AE 감수제를 사용시멘트의 0.2∼2.5 %로 혼입하여 연속공극을 형성시켜 해수의 유입에 의한 해수정화를 특징으로 하는 입상인공 제올라이트, 폐콘크리트 재생골재 및 산업부산물을 이용한 해수정화용 다기능 블록의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    해수정화용 고기능 콘크리트의 제조 시 강도 및 내구성 향상을 위하여 콘크리트 혼화재로서 밀도 2.8∼2.9 g/cm3, 분말도 5,000∼7,000 kg/m3인 화학적 주성분이 SiO2 30∼35 %, Fe2O3 10∼34 %, MgO 8∼10 %인 고로슬래그 미분말과 밀도 2.0∼2.2 g/cm3, 분말도 3,000∼3,500 cm2/g, 화학적 조성이 SiO2 64∼69 %, Al2O3 23∼27 %인 플라이 애시를 각각 시멘트 대체비로 0∼30 %로 혼입하는 것을 특징으로 하는 폐콘크리트 재생골재 및 산업부산물을 이용한 해수정화용 다기능 블록의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서
    해수정화용 고기능 조초블록의 제조 시 휨인성 및 균열저항성 확보를 위하여 밀도 0.9∼0.95 g/cm3, 인장강도 260∼710 Mpa 및 길이 5∼40 mm의 폴리프로필렌 단섬유와 밀도 2.4g/cm3, 인장강도 2,500 Mpa 및 길이 5∼50mm의 유리섬유를 각각 시멘트의 질량비로 1∼5 %로 사용하는 것을 특징으로 하는 폐콘크리트 재생골재 및 산업부산물을 이용한 해수정화용 다기능 블록의 제조방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    해수의 유입에 의한 질소, 인 등의 과영양염과 중금속 등의 오염물질의 정화를 원할하게 하도록 해수정화용 고기능 조초블록의 제조시 블록구체(10) 전체를 연속공극을 지닌 다공질 콘크리트로 제조하는 것을 특징으로 하는 폐콘크리트 재생골재 및 산업부산물을 이용한 해수정화용 다기능 블록의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    블록구체(10) 중앙위치에서 상하로 돌출되고 그 중심축의 상하방향과 하부에 전후방으로 관통공(20)을 구비한 중앙돌출부(30)와, 블록구체(10)의 좌우 단부에 각각 전후방으로 구비되고 그 중심축에 관통공(20)이 구비되는 한쌍의 양단돌출부(40)로 형상시켜 해수와의 접촉면을 증대시켜 해수의 순환에 의해 수질정화작용을 크게 하며, 해저면에 안착 시 양단돌출부(40)와 중앙돌출부(30)가 기둥역할을 하여 안정되게 거치되도록 하고, 다단의 블록 설치시 지반과의 접촉면의 증대와 블록상호간의 접촉에 의해 구조적으로 안정하게 다단으로 설치되어 구조적 안정성을 확보하는 것을 특징으로 하는 폐콘크리트 재생골재 및 산업부산물을 이용한 해수정화용 다기능 블록의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    블록구체(10) 중심 상하방향으로 관통공이 형성되고, 상하면 각각에 90° 간격으로 입체사다리꼴 형상으로 구비되는 상부돌출부(50)와 하부돌출부(60)가 구비되고, 인접한 블록 구체와 결합하여 관통공(20)이 형성되도록 블록구체(10)의 4 측면에 반원 형상의 요부가 구비되어, 해수와의 접촉면을 증대시켜 해수의 순환에 의해 수질정화작용을 크게 하며, 다단의 블록 설치시 지반과의 접촉면의 증대와 블록상호간의 접촉에 의해 구조적으로 안정하게 다단으로 설치되어 구조적 안정성을 확보하는 것을 특징으로 하는 폐콘크리트 재생골재 및 산업부산물을 이용한 해수정화용 다기능 블록의 제조방법.
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