KR100730744B1

KR100730744B1 - 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100730744B1
Application number: KR20060027034A
Authority: KR
Inventors: 문종욱; 김흥열; 유택동; 이태구
Original assignee: 문종욱; 김흥열
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-06-21

Abstract

본 발명은 재활용 소재이면서 다공성 경량의 물성을 갖는 클링커애쉬와 적정 배합된 결합재풀이 결합되어 제조되는 고강도이면서 경량성을 갖는 옥상녹화용 블록과 생산공정이 상당히 간단하고 블록의 표면경화를 유도하여 겨울철 동결융해에 의한 블록파괴를 억제할 수 있도록 한 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 옥상녹화용 경량블록은 클링커애쉬에 결합재풀을 혼합하여 제조되되, 상기 결합재풀이 석고 10~20 중량%, 슬러지 40~50 중량%, 및 흙 30~45 중량%를 포함하여 혼합된 결합재; 상기 결합재의 0.4~1 중량%의 가용성 비료; 및, 상기 결합재의 50~55 중량%의 물;을 포함하여 배합되는데 특징이 있다.

한편, 본 발명의 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록 제조방법은 내부면에 실크천이 둘러싸여진 성형틀을 준비하는 제1단계; 상기 성형틀에 클링커애쉬를 포석하는 제2단계; 상기 클링커애쉬 위에 석고, 가용성 비료, 슬러지, 흙 및 물을 포함한 결합재풀을 붓는 제3단계; 및, 경화 후 성형틀을 제거하는 제4단계;를 포함하는 이루어지는 것을 특징으로 한다.

클링커애쉬, 결합재, 옥상녹화, 경량블록

Description

클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록 및 그 제조방법{Light vegetation block containing clinker-ash and production method thereof}

도 1은 본 발명의 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록을 제조하는데 사용되는 성형틀의 사진이다.

도 2는 본 발명의 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록의 사진이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 옥상녹화용 경량블록에 식재한 식물이 발아한 상태를 나타낸 사진 및 도면이다.

본 발명은 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 발명은 재활용 소재이면서 다공성 경량의 물성을 갖는 클링커애쉬와 적정 배합된 결합재풀이 결합되어 제조되는 고강도이면서 경량성을 갖는 옥상녹화용 블록 및 그 제조방법에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 배수성, 방수성, 단열성능을 동시에 갖고 있어 복잡한 부가적인 공정없이도 그대로 옥상녹 화용으로 사용할 수 있는 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록과 생산공정이 상당히 간단하고 블록의 표면경화를 유도하여 겨울철 동결융해에 의한 블록파괴를 억제할 수 있도록 한 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록의 제조방법에 관한 것이다.

요즘은 대도시의 열섬현상 및 대기오염을 완화하기 위한 방편으로 건물옥상의 옥상녹화가 주목받고 있다. 특히, 유럽 및 선진국의 경우, 지구 온난화 현상의 해결방안으로 도심지 녹화사업에 많은 관심을 기울여 왔으며, 옥상녹화의 개념은 이미 실용화 단계에 있다. 국내에서도 옥상녹화에 대한 연구가 진행중에 있으나, 지금까지는 주로 옥상녹화용 인공토양의 대표적인 제품인 퍼라이트(Perlite)계 제품을 독일이나 유럽에서 수입하여 이를 적용하는 방법에 머물렀다.

퍼라이트계 인공토양은 원가 자체가 높아 공사비용의 증대요인으로 작용하였을 뿐 아니라 이를 적용하는 방법에서도 배수 및 방수공사를 하고 그 위에 부직포를 적층하고 부직포 위에 인공토양을 다시 적층하는 등 상당히 복잡한 공정이 요구되었다. 또한, 옥상녹화에 사용되는 인공토양과 부속물들의 자체 중량 때문에 상기와 같은 종래의 옥상녹화방법을 적용할 경우 정밀 안전진단을 통한 구조검토가 요구되었다. 더욱이 인공토양은 부드럽고 부서지기 쉬워 잔디를 재배하여도 그 위에서 걷거나 달리지 못하여 관상용 화단으로 활용하는 정도에 불과하였다.

한편, 석탄 화력발전소에서 부산물로 발생되는 석탄회는 연소로의 하부로 배 출되는 클링커애쉬(바텀애쉬)와 연소가스와 함께 상부로 배출되는 플라이애쉬로 구분되는데, 플라이애쉬는 시멘트 혼화재. 경량골재, 토지개량재 등 다양한 용도로 활용되고 있는 반면 클링커애쉬는 단순 폐기 매립되는 경우가 대부분이어서 자원재활용 차원에서 그 활용방안에 대한 연구가 요구되고 있으며 아직까지는 그 실적이 미약한 편이다.

클링커애쉬를 사용한 기술의 일 예로서 한국공개특허 공보 공개번호 특2003-0048225호(발명의 명칭:바텀애쉬를 이용한 콘크리트 조성물 및 그 제조방법)가 있기는 하나, 이는 식생 가능한 대형녹화용 호안블록 또는 야외 주차장 바닥포장재 및 호안블록에 관하여 개발된 것으로 그 사용범위가 지반으로 한정되어 적용하기 때문에 중량에 대한 고려없이 석분, 레드머드, 시멘트의 재료가 혼합하여 사용되고 있다. 즉, 상기 특허출원 기술은 클링커애쉬를 골재 대용으로 채택한 일종의 콘크리트에 관한 것으로서 그 활용 또한 지반 위에 설치하는 대형녹화용 호안블록과 야외 주차장 바닥포장재로의 적용에 머물고 있다. 그 결과, 상기 특허출원 기술은 종래의 일반 콘크리트보다는 경량일지 몰라도 건축물에 부담을 줄 정도의 중량감을 가지고 있기 때문에 옥상녹화용으로 그대로 적용할 경우 안전진단의 절차가 필요하게 될 것이며, 안전진단 결과에 따라 그 적용여부가 결정되는 바, 사용상 제약이 있다고 할 것이다.

이에, 본 발명자는 재활용 소재로서 생산원가가 매우 저렴한 클링커애쉬를 이용하되 기존 건축물에 적용하더라도 중량이 가벼워 건축물에 부담을 주지 않는 범위에서 옥상녹화를 할 수 있는 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록 및 그 제조방법을 개발하게 되었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 안출된 것으로, 재활용 소재이면서 다공성 경량의 물성을 갖는 클링커애쉬와 적정 배합된 결합재풀이 결합되어 제조되는 고강도이면서 경량성을 갖는 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 배수성, 방수성, 단열성능을 동시에 갖고 있어 복잡한 부가적인 공정없이 옥상녹화용으로 그대로 사용가능하여 간편한 시공을 기대할 수 있고 나아가 단열효과로 인해 최상층의 에너지 절감효과를 기대할 수 있는 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 생산공정이 상당히 간단하고 블록의 표면경화를 유도하여 겨울철 동결융해에 의한 블록파괴를 억제할 수 있도록 한 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 다양한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 클링커애쉬에 결합재풀을 혼합하여 제조되되, 상기 결합재풀은 석고 10~20 중량%, 슬러지 40~50 중량%, 및 흙 30~45 중량%를 포함하여 혼합된 결합재; 상기 결합재의 0.4~1 중량%의 가용성 비 료; 및, 상기 결합재의 50~55 중량%의 물;을 포함하여 배합되는 것을 특징으로 하는 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록을 제공한다. 이때, 상기 옥상녹화용 경량블록 하부에 단열재가 더 부착되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 내부면에 실크천이 둘러싸여진 성형틀을 준비하는 제1단계; 상기 성형틀에 클링커애쉬를 포석하는 제2단계; 상기 클링커애쉬 위에 석고, 가용성 비료, 슬러지, 흙 및 물을 포함한 결합재풀을 붓는 제3단계; 및, 경화 후 성형틀을 제거하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록 제조방법을 제공한다. 이때, 상기 제2단계는 클링커애쉬 입자별로 큰 것은 하부에 작은 것은 상부에 적층시켜 이루어질 수 있다.

본 발명은 클링커애쉬를 옥상녹화용 경량블록의 주요한 구성성분으로 이용하고 이를 결합재풀(석고, 가용성 비료, 슬러지, 흙, 물 등)로서 블록으로 성형화하는데 특징이 있다.

종래에 사용되던 퍼라이트계의 인공토양은 비중 0.2~0.4로 방음 및 단열성능 확보에 불리할 뿐 아니라 원석의 수입으로 경제성 확보에 불리하였으나, 본 발명에 채택되는 산업폐기물인 세라믹계 클링커애쉬(Clinker ash, Bottom ash)의 경우에는 겉보기비중이 1.0~1.5 정도이며 다공성을 지닌 경량석이므로 단열성능 및 경제성에서 상당히 유리한 재료로서 이용할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 특징을 갖는 클링커애쉬를 옥상녹화용 경량블록의 주요 구성성분으로 이용하고 있는 것이다. 클링커애쉬는 결합재풀과 결합하여(결합재풀에 의해 클링커애쉬의 표면이 코팅되고 결합재풀의 경화로 클링커애쉬 입자들이 하나의 덩어리로 형성됨) 본 발명의 경량블록이 완성되면, 경량블록은 클링커애쉬 자체가 갖고 있는 고유의 강도와 내구성보다 증대된 강도의 내구성을 확보할 수 있게 된다.

재활용 소재인 클링커애쉬는 염분이 건축물 적용규준인 0.004%이하가 되도록 세척하여 준비한다. 양질의 소재를 사용하기 위해 입자별 분류작업하고 부유되는 것은 건져내어 사용하지 않는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 결합재풀과의 결합과 식물의 활착을 고려하여 상기 클링커애쉬로 1~5mm, 5~10mm로 구분한 입자를 사용하고 있다.

결합재풀은 상기 클링커애쉬의 표면을 코팅하여 클링커애쉬 입자들을 서로 달라 붙게 하여 클링커애쉬를 일정 형상으로 성형화할 수 있도록 하면서 식물이 활착하여 발아하기 위한 환경을 조성시키기 위한 것으로, 석고, 슬러지 및 흙을 포함하는 결합재와, 가용성 비료 및 물을 포함하여 구성된다. 상기 석고와 슬러지는 폐석고와 폐슬러지로 대체하여 자원재활용을 도모할 수도 있다.

옥상녹화용 블록은 건축물에 구조적으로 부담을 주지 않기 위해서 그 단위용적중량이 2.0t/㎥ 이하가 되어야 할 것이고 식물활착이 가능하도록 다공성, 보습성 및 기공(氣孔) 보존력을 가져야 하는데, 본 발명에서는 결합재풀(석고, 가용성 비료, 슬러지, 흙 및 물)을 적정 배합하여 이를 해결하고 있다.

상기와 같은 요구조건을 만족하는 블록을 제조하기 위한 결합재풀은 석고 10~20 중량%, 슬러지 40~50 중량%, 흙 30~45 중량%를 건조한 상태로 혼합한 결합재 에, 상기 결합재에 대한 0.4~1 중량%의 가용성 비료와 50~55 중량%의 물을 첨가하여 5~7분 정도 강제식 믹서기에서 반죽하여 완성된다.

상기 배합비의 결합재풀과 클링커애쉬를 결합시켜 완성된 옥상녹화용 경량블록은 압축강도가 150kg/㎠ 이상으로 나타났다. 상기와 같은 압축강도는 블록위에서 족구, 휴식등을 가능케 할 정도의 강성이므로, 본 발명의 옥상녹화용 경량블록을 이용하여 녹화된 옥상공간은 관상용 공간외에 휴식공간으로도 활용할 수 있을 것이다. 또한, 옥상녹화용 경량블록의 열전도율이 0.5kcal/mh 정도의 범위에서 나타난 바, 건축물의 최상층의 단열효과에 일조할 수 있을 것으로 기대된다. 이에 대한 구체적인 결과는 후술하는 실시예를 통해 파악할 수 있다.

상기와 같이 클링커애쉬와 결합재풀을 이용하여 완성된 옥상녹화용 경량블록은 콘크리트 표면위 태양열에 의한 복사열로 식물고사를 막고 식물활착 성공율을 높이기 위해 그 두께를 600~700㎜정도로 설정하여 제작하는 것이 바람직하며, 블록 하부면에 단열재를 더 부착시키면 그 효과를 증대시킬 수 있다. 다만, 상기 단열재로는 일정한 간격으로 구멍뚫린 압축스티로폼을 선택하는 것이 바람직하며, 이는 배수 및 보수판으로서의 기능을 부가하기 위함이다. 또한, 발아초기 복사열에 의한 고사현상을 방지하기 위해 식물의 식재시기도 발아 후 1개월 이상의 것을 이식하는 것이 바람직하겠다.

상기와 같이 클링커애쉬와 결합재풀을 포함하여 구성된 옥상녹화용 경량블록 을 도 2와 같이 일정 규격으로 제작된 단위블록으로 형성시킬 수 있다. 이러한 단위블록은 도시된 바와 같이 인접하는 블록간의 상호 결합을 유도할 수 있도록 하는 결합구조(돌출부와 요홈부의 구성)로 구성될 수 있다. 단위블록으로 제작되면 옥상구조에 하자가 발생하는 경우(옥상누수 등의 결함)에 하자발생부위에 위치하는 단위블록만을 분리하여 하자부위를 보수한 후 다시 단위블록을 끼워넣는 방법으로 하자를 처리할 수 있게 되는 바, 그 처리공정이 간소해지며 소요비용면에서도 유리하게 작용한다.

상기의 같은 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 1에서와 같이 내부면에 실크천이 둘러싸여진 성형틀을 준비한다. 상기 실크천은 블록제조시 석고, 슬러지, 물 등이 결합된 결합재풀에서 발생되는 잉여수가 블록의 표면에서 흘러나가지 않고 붙어 있도록 함으로써 적정한 물을 포함하여 표면경화를 유도하여 겨울철 동결융해에 대한 저항성을 높이기 위하여 마련하고 있다. 이와 동일한 기능을 수행할 수 있으면 실크천 외에 다른 것을 이용해도 무방하다.

성형틀이 준비되면 상기 성형틀에 클링커애쉬를 포석한다. 상기 클링커애쉬는 입자크기별로 구별하여 적층시키는 방법으로 포석하는 것이 바람직하다. 다시 말해 입자 5mm이상의 입자가 큰 것은 하부에 5mm 이하의 입형을 지닌 것을 상부에 배열한다. 이는 블록 하부에 더 큰 기공을 두도록 하는 불연속 기공 배열로서 식 물의 성장에 따라 충분한 보습력을 확보할 수 있도록 하면서 뿌리 활착을 원활히 유도하기 위함이다. 또한, 이러한 불연속 기공은 완성된 블록의 단열성능을 향상시키는 역할도 한다. 본 발명의 실시예에서는 5mm이상의 입자가 큰 클링커애쉬를 성형틀의 1/3 지점까지 배정하고 나머지 2/3 부위에는 5mm 이하의 입형을 지닌 것을 포석하였다.

이어, 상기 클링커애쉬 위에 석고, 가용성 비료, 슬러지, 흙 및 물을 일정비율로 배합하여 일정한 반죽질기를 가지면 결합재풀을 부어 상기 결합재풀이 클링커애쉬에 스며들도록 하고 일정시간 경과 후 경화되면 성형틀을 제거한다. 이로써 도 2와 같은 본 발명의 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록을 완성된다.

이렇게 해서 완성된 옥상녹화용 경량블록을 이용하여 옥상을 녹화하면 도 3a 및 도 3b와 같은 결과를 기대할 수 있다.

[실시예]

본 실시예는 결합재풀의 배합비에 따라 블록을 제작하여 블록의 물성을 실험한 것이다. 블록은 상술한 방법에 따라 제작하였다. 즉, 클링커애쉬를 블록크기의 100용적%를 준비하여 형틀에 포석하고, 하기 표 1의 배합비에 따라 배합된 결합재풀을 클링커애쉬에 붓는 방법으로 블록을 제작한 것이다. 이때, 가용성 비료는 혼화제로서 소량을 물과 혼합하여 투입하였다.

이렇게 제작한 블록의 물성을 실험한 결과 하기 표 2와 같은 결과를 나타내었다. 결과에서 확인되는 바와 같이 클링커애쉬를 이용한 경량블록은 강도 및 열 전도율에서 우수한 물성을 나타내었다.

[표 1]결합재풀의 배합비

실시예	클링커애쉬 (블록에 대한 용적%)	결합재(중량%)			물 (결합재에 대한 중량%)
실시예	클링커애쉬 (블록에 대한 용적%)	슬러지	석고	흙	물 (결합재에 대한 중량%)
1	100	40	20	40	50
2	100	40	20	40	55
3	100	40	15	45	50
4	100	40	15	45	55
5	100	45	20	35	50
6	100	45	20	35	55
7	100	45	15	40	50
8	100	45	15	40	55
9	100	50	20	30	50
10	100	50	20	30	55
11	100	50	15	35	50
12	100	50	15	35	55

[표 2]결합재풀의 배합비에 따른 블록의 물성

실시예	굳지않은 모르터			굳은 모르터
	슬럼프 (cm)	단위용적중량 (t/m³)	공기량 (%)	압축강도 (kgf/cm²)			인장강도 (kgf/cm²)			열전도율 (kcal/mh℃)
	슬럼프 (cm)	단위용적중량 (t/m³)	공기량 (%)	7일	28일	91일	7일	28일	91일
1	16	1.334	4.7	122	170	238	24	30	33	0.577
2	18	1.319	3.2	155	208	287	25	31	38	0.565
3	13	1.320	2.9	188	248	319	26	31	41	0.523
4	15	1.308	2.6	147	185	278	23	29	30	0.469
5	14	1.331	4.7	116	169	235	23	29	30	0.565
6	13	1.310	6.3	151	218	269	24	31	32	0.543
7	10	1.298	4.9	178	246	282	26	32	40	0.502
8	12	1.288	3.7	145	179	242	22	28	29	0.457
9	10	1.336	4.9	118	167	227	24	30	26	0.531
10	11	1.308	7.9	122	175	236	23	29	32	0.518
11	9	1.288	7.4	155	204	271	26	31	36	0.482
12	10	1.267	6.9	130	178	245	27	31	37	0.423

본 발명의 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록에 따르면, 재활용 소재이면서 다공성 경량의 물성을 갖는 클링커애쉬와 적정 배합된 결합재풀이 결합되어 고강도이면서 경량성을 가지게 되는 바 건축물에 구조적인 부담을 주지 않으면서 옥상슬래브 위를 녹화할 수 있게 되고 동시에 녹화된 옥상에서 활동하는 행위(족구, 휴식 등) 또한 가능해질 것이다. 본 발명의 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록은 배수성, 방수성, 단열성능을 동시에 갖고 있어 기존 건축물의 옥상에 복잡한 추가적인 공정없이 옥상녹화용으로 그대로 사용가능하여 간편한 시공을 기대할 수 있게 되며, 나아가 단열효과로 인한 최상층의 에너지 절감효과도 기대할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록의 제조방법에 따르면, 생산공정이 상당히 간단하고 블록의 표면경화를 유도하여 겨울철 동결융해에 의한 블록파괴를 억제할 수 있도록 한 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록을 확보할 수 있다.

Claims

클링커애쉬에 결합재풀을 혼합하여 제조되되,

상기 결합재풀은

석고 10~20 중량%, 슬러지 40~50 중량%, 및 흙 30~45 중량%를 포함하여 혼합된 결합재;

상기 결합재의 0.4~1 중량%의 가용성 비료; 및,

상기 결합재의 50~55 중량%의 물;

을 포함하여 배합되는 것을 특징으로 하는 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록.
제1항에서,

상기 옥상녹화용 경량블록 하부에 단열재가 더 부착되는 것을 특징으로 하는 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록.
내부면에 실크천이 둘러싸여진 성형틀을 준비하는 제1단계;

상기 성형틀에 클링커애쉬를 포석하는 제2단계;

상기 클링커애쉬 위에 제1항의 결합재풀을 붓는 제3단계; 및,

경화 후 성형틀을 제거하는 제4단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록 제조방법.
제3항에서,

상기 제2단계는 클링커애쉬 입자크기별로 큰 것은 하부에 작은 것은 상부에 적층시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 클링커애쉬를 이용한 옥상녹화용 경량블록 제조방법.