KR100867403B1

KR100867403B1 - 투수블록 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR100867403B1
Application number: KR20080014750A
Authority: KR
Inventors: 김영도; 손세구
Original assignee: 주식회사동일기술공사; 김영도; 김영일
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2008-11-06

Abstract

본 발명은 투수블록 및 그 제조방법에 관한 것으로, 8 ∼ 25mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그, 메타카올린, 시멘트, 나노실리카로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%로 구성되는 하층부와 0.5 ∼ 8mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그, 메타카올린, 시멘트, 나노실리카, 나노티타니아로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%로 구성되는 표층부를 갖는 복층 투수블록을 제조함으로써 내구성, 투수성, 강도 및 제품의 경관 및 경제성, 기능성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 천연 골재의 색상에 의한 다채색을 표출할 수 있고, 투수기능에 우수 중의 비점오염원 등을 정화할 수 있는 시스템을 도입함으로써 수질정화가 가능하며, 표면에 광촉매를 표출시킴으로써 수질 오염을 저감할 수 있는 효과가 있다.

투수블록, 복층형, 광촉매, 투수성, 다채색

Description

투수블록 및 이의 제조방법{The water permeable block and its manufacturing method}

본 발명은 투수블록 및 그 제조방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 8 ∼ 25mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그, 메타카올린, 시멘트, 나노실리카로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%로 구성되는 하층부와 0.5 ∼ 8mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그, 메타카올린, 시멘트, 나노실리카, 나노티타니아로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%로 구성되는 표층부를 갖는 복층 투수블록을 제조하여 적용함으로써 내구성, 투수성, 강도 및 제품의 경관 및 경제성, 기능성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 천연 골재의 색상에 의한 다채색을 표출할 수 있고, 투수기능에 우수 중의 비점오염원 등을 정화할 수 있는 시스템을 도입함으로써 수질정화가 가능하며, 표면에 광촉매를 표출시킴으로써 수질 오염을 저감할 수 있도록 하는 투수블록 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 도로포장은 도로면을 보호 강화하고 평탄성을 높여 사람의 통행과 차량의 주행을 편하게 하기 위하여 처리된 노면구조물로서, 여러 층으로 이루어진 층구조이며, 각 층은 각각의 역할을 분담하게 된다.

도로포장은 표층부의 재질에 따라 역청계(아스팔트) 포장, 콘크리트계 포장 및 블록 포장으로 크게 분류되는 데, 역청계 포장은 표층부가 아스팔트 또는 타르에 의해 고결된 쇄석 등의 골재로 되어 있는 것으로, 아스팔트 포장, 타르 포장 등과 같이 부르고 있으며, 현재 세계 각국의 도로의 대부분을 차지하고 있고, 그 종류도 대단히 많다.

콘크리트계 포장은 표층부에 콘크리트를 포설한 것인 데, 콘크리트 뿐이거나 콘크리트에 철망을 삽입한 보통의 콘크리트 포장 외에, 철근 콘크리트 포장, 프리스트레스트 콘크리트 포장 등이 있으며, 블록포장은 돌, 벽돌, 시멘트, 나무, 아스팔트 등의 각종 블록을 표층부에 깔아서 된 것으로, 현재 차도에는 별로 쓰이지 않고, 보도나 광장 등에 많이 사용되고 있다.

콘크리트 포장의 주원료는 시멘트, 골재와 잔골재로 구성되며, 현대 포장의 가장 많은 부분을 차지하고 있는 것 중의 하나이다. 사용되는 시멘트는 석회석, 규석과 점토 혼합물을 1,450℃의 고온에서 클링커 광물로 제조하고 이를 정해진 배합 조건에 맞게 혼합 분쇄하는 것으로 제조된다. 시멘트를 생산하기 위해서 사용되는 석회석은 900℃ 이상에서 CO₂ 가스를 방출하며, 시멘트 생산시 발생되는 CO₂ 가스의 55% 이상을 차지한다. 또한, 클링커 광물의 일부가 1,450℃의 고온에서 생산되기 때문에 막대한 석유 혹은 석탄에너지가 요구되며, 이들의 연소시에 40% 이상의 CO₂ 가스가 방출되어 대기오염의 주된 원인 중의 하나로 지목되고 있다(1kg의 시멘트 생산시 950g의 CO₂ 가스 발생 → 지구온난화 현상 초래 → 교토의정서 발의 → CO₂ 발생량에 따라 부담금 지출 → 국제 경쟁력 약화로 귀결). 시멘트를 주원료로 하는 포장재 혹은 블록은 28일 이상의 양생기간이 필요한 단점이 있고, 고로슬래그 시멘트를 사용하는 경우에는 시멘트 사용량 감소와 낮은 pH로 환경 오염 감소 효과는 기대되나 시멘트와 마찬가지로 원하는 물성을 위해서는 장시간이 요구되며, 단기 강도가 약한 단점이 있다. 또한, 단층의 투수포장재의 경우에는 이물질의 침입으로 내부기공이 막혀 투수력을 감소되는 문제점이 있으며, 종래의 블록들은 미적 감각이 저하되며 단순 경관조경물 및 구조물로의 역할을 하고 있는 실정이다.

즉, 특허 제309155호에는 "10㎜체에서 80-100중량% 통과하고 1㎜체에서 10중량%이하 통과하는 크기의 자연석 통자갈, 종석, 규사, 인조석 중 하나 또는 둘 이상을 혼합한 골재: 1500-2000㎏/㎥, 시멘트: 280-450㎏/㎥, 물:80-150㎏/㎥, 혼화제: 시멘트 사용량의 4중량% 이하를 혼합한 혼합물을 바닥판이 있는 형틀에 투입하여 가볍게 진동을 가하는 공정; 전기 공정에서 형틀에 투입된 혼합물의 상부에, 19㎜체에서 90-100중량% 통과하고 2.5㎜체에서 0-20중량%이하 통과하는 크기의 골재: 1400-2000㎏/㎥, 시멘트: 250-400㎏/㎥, 물:80-150㎏/㎥, 혼화제: 시멘트 사용량의 4중량% 이하를 혼합한 혼합물을 투입한 후, 형틀의 상부판을 덮은 후 진동 가압하는 공정; 및 전기 공정의 시멘트 혼합물이 투입된 형틀을 뒤집어 하부에서 상부로 올라 온 바닥판을 제거한 후, 물을 살수하여 표면층의 자연석 골재가 80% 이상 돌출되도록 함과 동시에 물에 씻겨진 시멘트 페이스트가 공극 사이로 스며들게 하는 공정;을 포함하는 자연석 표면층을 갖는 시멘트블록 제조방법"이 기재되어 있지만 과량의 시멘트 사용으로 인한 종래 기술의 문제와 더불어 살수에 의한 표면 시멘트 페이스트 제거는 다량의 불량품을 발생시킬 수 있으며 제조 원가가 높은 단점이 있고, 특허 제324249호에는 "모래인 필터층과 이 필터층 위에 쇄석기층을 포설하고 롤러로 최적 함수비에서 최대다짐을 하는 공정; 통과중량 백분율로 40㎜체에서 100% 통과하고 5㎜체에서 0∼30% 통과하며, 2.5㎜체에서 0∼10% 통과하는 쇄석골재, 분쇄폐콘크리트, 재생골재, 슬래그 중의 하나 또는 둘 이상을 골재로 사용하고, 이 골재의 최대다짐기준 1㎥에 시멘트 200∼400㎏, 물은 80∼150㎏, 혼화제(감수제)는 시멘트 사용중량의 2%이내의 범위에서 혼합한 혼합물을 전기 공정에서 마련된 쇄석기층 위에 포설하고 다짐하여 기층용 투수콘크리트를 조성하는 공정; 전기 공정의 기층용 투수콘크리트 표면에 미립골재, 시멘트, 물, 혼화제를 일정비율로 혼합한 밀립도 투수콘크리트로 사용하고 이 밀립도 투수콘크리트는 기층용 투수콘크리트를 포설하여 다지는 밀립도 투수콘크리트를 조성하는 공정이 포함된 것을 특징으로 하는 밀립도 투수콘크리트의 박층 포장방법"이 기재되어 있지만 이 방법 역시 과량의 시멘트 사용으로 인한 종래 기술의 문제와 골재가 시멘트 페이스트에 가려 자연적인 색상 표출이 어렵고 제조 원가가 높은 단점이 있다.

또한, 특허 제89983호에는 "시멘트를 바인더로 하여 골재끼리 접합시킨 투수성 콘크리트 블록에 있어서, 블록의 표면쪽을 연마한 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 블록"이 기재되어 있으나 과량의 시멘트 사용으로 인한 단점이 있고, 특허 제591556호에는 "13mm체에서 100% 통과하고 8mm체에서 95-100% 통과하며 4mm체에서 5-30% 통과하는 크기의 골재 단위 중량(kg/m³)에 대하여, 시멘트 100- 200kg/m³, #20체에서 90-100%통과하고 #40체에서 0-20% 통과하는 규사(모래) 200-400kg/m³, 물-시멘트비 ; 20-35중량%, 수용성 아크릴수지 ; 시멘트 사용량의 3-5중량%, 실리카흄 ; 시멘트 사용량의 3-5중량%, 감수제 ; 시멘트 사용량의 2중량%를 혼합한 혼합물로 골재를 믹싱하여 코팅하는 공정: 전기 공정에서 1차 코팅된 골재 단위 중량(kg/m³)에 대하여 시멘트 250-350kg/m³, 물-시멘트비 ; 25-40%, 감수제 ; 시멘트 사용량의 2중량%, 무기질 안료 ; 시멘트량의 1-6중량%를 혼합하여 슬럼프치가 0이 되도록 한 콘크리트 혼합물을 블록 형틀에 투입하여 동상의 압력보다 3-4배인 210kg/cm² 압력으로 진동 가압하는 공정: 및 양생 건조시키는 공정을 포함하는 소형고압 투수 블럭의 제조 방법"이 기재되어 있지만, 210kg/cm²의 성형압에 견디는 골재만 사용한 단점이 있을 뿐만 아니라 고가의 실리카 퓸 사용 및 복잡한 공정으로 제조 원가가 상승되며 시멘트 사용으로 인한 문제점이 발생되고 제품의 질감이 인위적이고 표출되는 색상이 안료에 의존된다는 단점이 있으며, 특허 제676128호에는 "사용할 재료를 선전하는 재료선정과정, 선정된 재료중 골재의 세척 및 기타 불순물을 제거하는 세척 및 제거과정, 세척된 골재에 물을 투입하고, 이를 믹서한 후 다시 시멘트를 투입하여 배합하는 배합공정, 블록 성형공정, 성형된 재료를 몰드에

서 탈형한 후 이를 양생하는 양생공정, 거친 상부표면을 연마하여 투수성을 확보하는 연마공정을 통하여 구성되는 우수유출저감용 투수블럭에 있어서, 시멘트는 KSL5201,5204,5210,5211 규격에 규정한 것을 선정하고, 골재는 KSF 2526 및 KSF 2527 규격을 따르고, 굵은 골재의 최대 치수는 8mm ~ 19mm를 선정하고, 혼화재로는 고강도 폴리카르본산계(Polycarbonic Acid) 고성능 AE 감수제의 재료를 선정하여,세척된 골재(재료의 전체중량의 약 78.4%)를 믹서에 투입함과 동시에 물(재료의 전체중량의 약 3.1%))을 투입하는 1차 배합과, 상기 1차 배합 후 시멘트(재료의 전체중량의 약 17.4%)를 투입하는 2차 배합과, 남은 물(재료의 전체중량의 약 0.8%)에 혼화제인 고강도 폴리카르본산계(Polycarbonic Acid) 고성능 AE 감수제(재료의 전체중량의 약 0.3%)를 혼합 희석하여 이를 2차 배합된 골재에 고르게 분사하여 3차 배합을 이루며, 상기 배합 시 수평믹서 또는 펜믹서를 이용하여 배합한 후, 3차배합까지 완료된 배합물을 믹서에서 3~5분이내에 배출하고, 이를 몰드에 주입하여 3600~7200 v.p.m 고주파진동을 이용하는 1차 성형공정과, 다시 상부에서 수직형진동장치를 사용하여 1150~2500 v.p.m와 동시에 100~160kgf/cm2 이상으로 압축성형을 하는 2차 성형공정을 상기 배합물 혼합 후 30분 내에 성형하고, 외부의 충격을 받지 않도록 유지하면서 섭씨 60~70도에서 2시간정도 증기 양생한 후 자연건조상태로 8~12시간 동안 양생하고, 백색알루미나시멘트70% 와 칼라시멘트 30%를 혼합한 혼합물에 수성색소 물비(W/C) 40% 을 첨가하여 연마한 상부에 도막을 형성할 수 있도록 묽은 풀칠 형태로 롤러를 이용하여 표면을 착색하여, 최종적으로 골재(10)와 골재(10) 사이의 공극(20)으로 이루어져 압축강도 210kgf/cm2, 휨강도 50kgf/cm2 의 내구성을 이루면서 투수율 0.5cm/sec이상의 투수성이 구비되도록 구성되는 것을 포함하는 우수유출용 투수블럭"이 기재되어 있으나, 세척 골재의 사용으로 인하여 폐수가 발생하고 과량의 시멘트 사용으로 인한 문제점이 발생되며 착색에 의해서 인 위적인 색상이 표출되는 단점이 있었다.

뿐만 아니라, 특허 제692143호에는 "시멘트: 15-20중량%, 70vol%이상이 4-5mm크기인 규사: 75-80중량%, 안료: 4중량%이하, 황토: 2-5중량%, 숯: 0.01-0.1중량%의 비율로 하층기본재료를 준비하고, 이들 기본재료와 물, 혼화재를 혼합하여 형틀에 투입하여 하층부를 형성하는 단계; 백시멘트: 15-20중량%, 70vol%이상이 1-2.5mm크기인 규사: 74-80중량%, 안료: 7중량%이하, 황토: 1-5중량%, 숯: 0.01-0.1중량%의 비율로 상층기본재료를 준비하고, 이들 기본재료와 물, 혼화재를 혼합하여 상기 하층부의 상부에 투입하여 상층부를 형성하는 단계; 및 상기 상층부의 상부에 상부판을 덮은 후 가압하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 황토투수블록의 제조방법"이 기재되어 있으나, 안료의 첨가량이 매우 많고 유기물로 표면 처리를 행함으로써 제조 원가를 상승시키고 시멘트의 과량 사용으로 인한 문제점이 발생하며, 특허 제689183호에는 "A) (a-ⅰ) 시멘트, 및 입도 5 내지 13 mm인 골재를 믹서에서 건비빔한 후, 배합수를 투입하여 투수층 원재료를 혼합하는 단계; (a-ⅱ) 시멘트, 및 입도 2.5 내지 5 mm인 골재를 믹서에서 건비빔한 후, 배합수를 투입하여 마감층 원재료를 혼합하는 단계; 및 (a-ⅲ) 투수층 원재료, 또는 마감층 원재료 중 어느 하나를 성형기에 투입하여 진동성형을 실시하고, 나머지 원재료를 상기 성형기에 추가 투입한 후 진동 가압하여 마감층의 표면에 양각부 및 음각부의 문양을 형성시키는 단계를 포함하는 블록 중간체를 제조하는 단계(단, 상기 투수층 원재료에 포함되는 골재의 입도는 마감층 원재료에 포함되는골재의 입도보다 크다.); B) 상기 성형된 블록 중간체를 40 내지 80 ℃의 온도에서 증기 양생하는 단계; 및 C) 상기 양생된 블록 중간체의 양각부를 선택적으로 연마하는 단계를 포함하는 투수 콘크리트 블록의 제조방법"이 기재되어 있으나, 제품의 색상이 안료에 의존하기 때문에 매우 인위적이고 제품의 질이 현저히 떨어지며 휨강도가 규격에 미달되는 부분도 있고 표면광택제 사용으로 천연의 질감이 훼손됨은 물론 음각부와 양각부의 높이 차이가 있어 하이힐을 신을 경우 발목 부상을 유발하는 등의 문제점이 있으며, 특허 제770152호에는 "다양한 색상의 천연 골재 70-90 중량부, 고로슬래그 5-15 중량부, 활성 플라이애쉬 5-15 중량부, 가성석회 2.5-7.5 중량부로 혼합 구성되되, 골재의 상층부와 하층부는 각각 2-8mm와 13-40mm 골재 크기의 슬러리로 이루어진 것을 특징으로 하는 복층형 투수평판"이 기재되어 있으나 고온으로 양생하여야 제올라이트가 생성되기 때문에 에너지 소비가 높고, 활성 플라이 애수를 얻기 위해서 또 다른 열처리를 하여야 하기 때문에 경제적인 측면에서 경쟁력이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 내구성, 투수성, 강도 및 제품의 미관 및 경제성, 기능성을 크게 개선한 투수블록을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적의 투수블록을 용이하게 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 목적들 뿐만 아니라 용이하게 표출되는 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 8 ∼ 25mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그, 메타카올린, 시멘트, 나노실리카로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%로 구성되는 하층부와 0.5 ∼ 8mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그, 메타카올린, 시멘트, 나노실리카, 나노티타니아로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%로 구성되는 표층부를 갖는 복층 투수블록을 제조함으로써 내구성, 투수성, 강도 및 제품의 경관 및 경제성, 기능성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 천연 골재의 색상에 의한 다채색을 표출할 수 있고, 투수기능에 우수 중의 비점오염원 등을 정화할 수 있는 시스템을 도입함으로써 수질정화가 가능하며, 표면에 광촉매를 표출시킴으로써 수질 오염을 저감할 수 있는 효과를 얻을 수 있었다.

즉, 기존의 평판이나 블록 등은 안료를 통하여 다양한 색상을 발현하도록 하거나 모양을 다양화하는 등의 제품이 시장을 형성하고 있으나, 본 발명에서는 기존의 시멘트의 획일적인 색상 및 안료에 의한 색상을 지양하고, 천연의 골재의 색상 에 의한 다채색을 표출되도록 하며, 단순한 투수을 목적으로 하는 것이 아니라 투수기능에 우수중의 비점오염등을 정화할 수 있는 시스템을 도입함으로써 수질정화가 가능하도록 하였으며, 표면에 광촉매를 표출시킴으로써 제품의 기능을 향상시켰고, 투수력을 효율화함으로써 항상 유사한 투수력을 발휘하여 도시녹화 및 강우시의 도시의 피해를 최소화함과 동시에, 표면의 낮은 내구성을 배합조성을 통하여 극복하였으며, 표면으로 침투되는 많은 이물질의 필터링을 위하여 0.5 ~ 8mm의 세골재를 사용하여 표면층을 형성하고, 표면층의 골격유지를 위하여 5 ~ 8mm 60중량부와 충진용의 0.5 ~ 4mm 40중량부의 골재조성비를 한정하여 필터링의 기능을 부여하고 시각적인 효과를 높이고, 광기능을 도입하여 수질 오염을 저감할 수 있도록 하였다.

본 발명에 따른 투수블록은 내구성, 투수성, 강도 및 제품의 경관 및 경제성, 기능성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 천연 골재의 색상에 의한 다채색을 표출할 수 있고, 투수기능에 우수 중의 비점오염원 등을 정화할 수 있는 시스템을 도입함으로써 수질정화가 가능하며, 표면에 광촉매를 표출시킴으로써 수질 오염을 저감할 수 있는 효과를 얻을 수 있었다.

본 발명에 따른 투수블록은 8 ∼ 25mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그, 메타카올린, 시멘트, 나노실리카로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%로 구성되는 하층부와 0.5 ∼ 8mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그, 메 타카올린, 시멘트, 나노실리카, 나노티타니아로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%로 구성되는 표층부를 갖는 복층형인 것으로 특징지워진다.

또한, 본 발명에 따른 투수블록의 제조방법은 8 ∼ 25mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그, 메타카올린, 시멘트, 나노실리카로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%를 혼합하여 하층부재를 준비하는 단계; 0.5 ∼ 8mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그, 메타카올린, 시멘트, 나노실리카, 나노티타니아로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%를 혼합하여 표층부재를 준비하는 단계; 상기에서 준비된 하층부재와 표층부재를 순차적으로 성형하는 단계; 및 40 ∼ 65℃의 온도에서 4 ∼ 48시간 동안 증기양생 또는 전기양생 등의 가열시설에 의해 양생시키는 단계; 표층부의 표면을 폴리싱(polishing)하는 단계를 포함하는 것으로 특징지워진다.

먼저, 하층부는 8 ~ 25mm의 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그, 메타카올린, 시멘트, 나노실리카로 구성되는 바인더부 15 ~ 30중량%로 구성되며, 바인더부는 고로슬래그 70 ~ 89.5중량%, 메타카올린 5 ~ 24.5중량%, 시멘트 5 ~ 24.5중량% 및 나노실리카 0.5 ~ 20중량%로 구성된다. 하부층 골재의 최소 크기가 8mm 미만일 경우에는 조밀한 구조로 빗물의 빠른 투수력을 억제하게 되고, 골재의 크기가 25mm를 초과할 경우에는 강도가 저하되는 문제가 있다. 하층부에 있어서, 골재가 85중량%를 초과하여 사용되거나 바인더부가 15중량% 미만일 경우에는 골재에 효과적인 코팅이 어려워 강도가 떨어지며, 골재가 70중량% 미만이거나 바인더부가 30중량%를 초과할 경우에는 강도와 코팅성은 향상하나 공극이 메워지게 되므로 투수성이 저하되는 단점이 있다.

상기 표층부는 0.5 ~ 8mm의 잔골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그(브레인(분말도 6,000cm²/g 이상) 70.5 ~ 88.7중량%, 메타카올린 5 ~ 23.2중량%, 시멘트 5 ~ 23.2중량%, 나노실리카 0.3 ~ 18.5 중량% 및 나노티타니아 1 ~ 19.2중량%로 구성되는 바인더부 15 ~ 30중량%로 구성된다. 잔골재는 0.5 ~ 4mm 미만의 골재 30 ∼ 50중량%와 4 ~ 8mm의 골재 50 ∼ 70중량%로 구성되며, 0.5 ~ 4mm 미만의 잔골재는 표면층에서 충진재 역할을 하고, 4 ~ 8mm의 골재는 빗물의 투수가 가능하도록 공극을 형성하고 천연골재의 색상을 표출하는 역할을 한다.

표층부에 있어서도 하층부와 마찬가지로 골재가 85중량%를 초과하여 사용되거나 바인더부가 15중량% 미만일 경우에는 골재에 효과적인 코팅이 어려워 강도가 떨어지며, 골재가 70중량% 미만이거나 바인더부가 30중량%를 초과할 경우에는 강도와 코팅성은 향상하나 공극이 메워지게 되므로 투수성이 저하되는 단점이 있다.

본 발명에서 사용되는 골재는 특별히 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 천연골재, 예를 들어 화강석 골재, 규석골재, 현무암골재, 산호암, 편마암, 수정 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 사용되는 고로슬래그는 2종 슬래그로서 분말도(Blaine : 브레인)이 6,000cm²/g 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 (주)기초소재연구소의 시판제품을 이용하였다. 고로슬래그는 SiO₂ 35중량%, Al₂O₃ 15중량%, CaO 45중량%, 기타 미량 성분 5중량%로 구성되며, 시멘트혼화제로 사용되는 것으로 나노실리카 원료소스인 물유리와 접촉시 잠재수경성을 나타내 일정 시간이 지나면 고 결화되는 특징이 있다.

분말도가 6,000cm²/g 미만인 고로슬래그를 사용할 경우, 블록 제조시 백화 및 크랙이 발생하고 압축강도가 재령일이 경과됨에 따라 감소하여 장기 안정성에 문제가 있고, 압축강도가 낮기 때문에 블록용 소재에 적용이 곤란한 단점이 있다.

고로슬래그의 함량은 바인더부 100중량%에 대하여 하층부는 70 ~ 89.5중량%, 표층부는 70.5 ~ 88.7중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 반응성에 있어서 고로슬래그의 반응성이 메타카올린의 반응성보다 우수하기 때문에 고로슬래그가 상대적으로 많은 함량을 차지하는 것이 효과적이다. 그러나, 고로슬래그가 하층부에서 70중량% 미만, 표층부에서 70.5중량% 미만으로 첨가될 경우에는 분말도가 2배 이상인 메타카올린에 의해서 고로슬래그 입자들이 둘러싸여 반응이 억제되기 때문에 충분한 물성발휘가 어렵고, 하층부에서 89.5중량%, 표층부에서 88.7중량%를 초과하여 사용될 경우에는 경제성에서 메타카올린의 가격이 고로슬래그의 10배를 상회하기 때문에 물리적 강도 측면에서나 경제적 측면에서 바람직하지 않을 뿐만 아니라 고로슬래그의 빠른 반응성으로 기포가 발생하기 쉽고 내부에서 CaO에 의한 수화열 발생으로 장기적으로 크랙발생 등의 문제가 있어 바람직하지 않다.

메타카올린은 고령토를 소정의 온도에서 활성화시킨 것으로 SiO₂ 52중량%, Al₂O₃ 40중량%, 기타 8중량 %로 구성되며, 고로슬래그와 마찬가지로 시멘트 혼화제로 사용되며, 잠재수경성을 나타내며, 고로슬래그와 물유리에 의해서 생성된 Ca(OH)₂와 반응하여 포졸란 반응을 일으켜 강한 고결성을 발현하는 특징과 지오폴리 머 소재로서 매우 우수한 반응성을 나타내는 원료의 하나이기도 하다. 이는 메타카올린의 화학 조성이 SiO₂와 Al₂O₃가 전체 함량의 90% 이상을 차지하여 지오폴리머 생성에 매우 적합하며, 고로슬래그와 마찬가지로 비정질 유리상을 다량으로 포함하고 있어 Si-O-Al의 3차원적 망목구조를 형성하는데 매우 유리한 원료의 하나이기도 하다. 또한, 메타카올린은 물유리와 고로슬래그의 매우 빠른 급결성을 억제하는 효과가 있어 적절한 양의 메타카올린 첨가는 지오폴리머 반응 이외에 반응지연효과를 기대할 수 있다.

메타카올린의 분말도는 12,000cm²/g 이상인 것을 사용하며, 메타카올린의 함량은 바인더부 100중량%에 대하여 하층부는 5 ~ 24.5중량%, 표층부는 5 ~ 23.2중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 5중량% 미만으로 첨가할 경우에는 블록을 형성하기 어렵고, 하층부에서 24.5중량%, 표층부에서 23.2중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 첨가된 메타카올린의 고분말도가 고로슬래그를 둘러싸면서 반응을 억제하여 초기 강도가 현저하게 낮아지는 문제가 있으며, 가격이 높아지게 되어 상업적으로 경쟁력이 저하되는 단점도 있다.

시멘트는 특별히 규정하지 않는 것으로, 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 백시멘트, 줄눈재 시멘트, 특수시멘트, 고로슬래그 시멘트 등의 사용이 가능하며, 본 발명에서는 고로슬래그 시멘트를 사용하였다. 고로슬래그 시멘트는 바인더부의 내수성을 향상시키기 위한 것으로 첨가되며, 물유리에 첨가되는 KH₂PO₄와 동일한 역할로 작용하는 특징이 있다.

상기 시멘트는 바인더부 100중량%에 대하여 하층부는 5 ~ 24.5중량%, 표층부는 5 ~ 23.2중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 5중량% 미만으로 첨가할 경우에는 내수성이 저하되는 단점이 있고, 하층부에서 24.5중량%, 표층부에서 23.2중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 시멘트 과다 사용으로 인한 여러 가지 문제점들이 발생될 수 있다.

또한, 첨가되는 나노실리카는 특별히 한정되는 것은 아니며, 본 발명에서는 물유리를 나노실리카의 원료원으로 사용하였다. 특히, 본 발명에 사용되는 물유리는 3호 물유리로서 SiO₂와 Na₂O의 몰비가 2.0, 비중이 1.15 ~ 1.30인 것으로 기존에 사용되던 물유리의 문제점인 급결 현상을 극복하기 위해, 물유리에 정제수와 KH₂PO₄를 2.5% 첨가하여 제조된 것이다. 물유리는 시멘트 및 고로슬래그와 접촉시 수분내에 급결되어 충진이 어렵고, 내부에 기포 등이 발생되기 쉬우며, 적절하지 않은 조성에서는 백화 등의 문제를 야기하는 경우가 많기 때문에 본 발명에서는 물유리의 특성을 그대로 유지시키면서 반응시 급결현상을 억제하고 내부에 나노실리카를 생성하도록 하였으며, 특히 생성된 나노실리카는 메타카올린과 고로슬래그 및 시멘트 조성의 반응을 촉진하고 내부의 기공을 채우는 역할로 초기강도(양생 8시간)가 90%까지 발현되도록 작용한다. 종래의 방법에서와 같이 나노실리카를 합성하여 분말화한 후에시멘트 조성물에 첨가할 경우에 고강도의 콘크리트를 제조할 수 있지만 나노실리카를 합성하는 단계가 필요하기 때문에 경제적으로 부담이 되는 문제가 있다. 또한, KH₂PO₄는 물유리의 낮은 내수성을 향상시켜 물속에서도 블록의 내구성이 저하되지 않도록 하는 역할 및 물유리와 고로슬래그의 급결작용을 억제하여 일정기간동안 슬러리 상태를 유지하여 작업성을 향상시키는 작용을 한다. 또한, KH₂PO₄는 물유리와 혼합시 바로 물유리가 겔화되기 때문에 물유리의 pH를 13.5로 조정한 후 혼합하여야 한다.

상기 나노실리카는 바인더부 100중량%에 대하여 하층부는 0.5 ~ 20중량%, 표층부는 0.3 ~ 18.5중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 하층부에서 0.5중량%, 표층부에서 0.3중량% 미만으로 첨가할 경우에는 제조되는 블록의 초기 강도가 만족스럽지 못한 단점이 있고, 하층부에서 20중량%, 표층부에서 18.5중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 고로슬래그와 메타카올린의 첨가량이 상대적으로 감소하여 본 발명에서 얻고자 하는 목적들을 달성할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명에서 첨가되는 나노티타니아는 본 발명자 등의 특허인 특허 제678524호에 의해서 제조된 것을 분말화한 것으로, 하층부의 조성에는 첨가하지 않으며 표층부의 바인더 조성에 1 ~ 19.2중량%를 첨가한다. 상기 범위를 벗어나는 조성에서는 물성이 저하되거나 광촉매 효과를 효율적으로 발현할 수 없는 문제가 있다. 또한, 티타니아는 분말의 입자크기가 10 ~ 20nm인 것을 사용하여 충진성이 매우 우수하도록 하고, 이로 인하여 바인더 조성물의 기공이 충진되어 강도를 유지하도록 한다. 또한, 티티니아는 표면 반응을 하기 때문에 본 발명의 연마단계로부터 표면의 노출을 극대화하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에서 사용되는 티타니아는 광촉매이므로 빛이 있는 곳에서만 작용하기 때문에 강한 흡착력을 이용하여 빛이 존재하지 않는 환경에서도 미생물 및 오염물을 흡착하여 잡아두고 빛이 존재하는 환경에서 광촉매 작용에 의해 미생물 및 오염물을 완전히 분해할 수 있는 아파타이트 또는 수산화 아파타이트로 피복된 이산화티탄을 사용하여 빛이 존재하지 않아도 우수한 효과를 얻을 수 있게 할 수 있다.

한편, 본 발명은 기존의 시멘트의 수화반응에 의한 경화 메커니즘과는 달리 조성물의 이온 용출, 용출된 이온의 응축, 양생을 통한 축합중합반응에 의한 지오폴리머(Geopolymer)를 형성하여 고결화된다. 보다 상세하게는 첨가되는 고로슬래그와 메타카올린은 강한 알칼리성 수용액인 물유리 + KH₂PO₄와 접촉시 용해-응축-축중합 반응을 거쳐 알루미노실리케이트 겔(aluminosilicate gel) 구조인 지오폴리머(-Si-O-Al-O-, -Si-O-Al-Si-O-, -Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-)가 1차 생성되며, 양생 온도에 따라 알루미노실리케이트 겔과 제올라이트로 결정화되어 블록의 공극을 충진하면서 단단하게 고화되는 것으로 블록의 강도가 발휘된다. 특히, 물유리는 고로 슬래그 및 첨가물의 자극 용출제 및 나노실리카의 소스물질로서 작용하게 된다. 첨가되는 시멘트는 고로슬래그 시멘트로서 고로슬래그의 잠재수경성 역할과 반응에 참여하지 못하고 남은 잉여의 물유리와 반응하여 불용성의 C-S-H 겔상의 생성을 촉진하여 내수성이 높은 투수 블록의 제조가 가능하게 된다. 또한, 첨가되는 시멘트는 알칼리성의 Ca(OH)₂을 생성하여 고로슬래그와 메타카올린과 반응으로 불용성화합물인 C-S-H 생성을 유도하기도 하며, 첨가되는 나노실리카는 골재와 바인더 사이의 계면에 충진되어 필러 역할을 통해 강도를 증진시키게 된다.

한편, 본 발명에서 바인더부의 사용량이 30중량%를 초과하거나 골재의 사용량이 70중량% 미만일 경우에는 바인더부의 첨가 상승 효과가 미약하여 경제적이지 못하고, 바인더부의 사용량이 15중량% 미만이거나 골재의 사용량이 85중량%를 초과할 경우에는 블록으로의 성형이 용이하지 못하고 강도가 저하되는 단점이 있다.

본 발명에 따른 투수블록은 8 ∼ 25mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그, 메타카올린, 시멘트, 나노실리카로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%를 혼합하여 하층부재를 준비하는 단계; 0.5 ∼ 8mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그, 메타카올린, 시멘트, 나노실리카, 나노티타니아로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%를 혼합하여 표층부재를 준비하는 단계; 상기에서 준비된 하층부재와 표층부재를 순차적으로 성형하는 단계; 및 40 ∼ 65℃의 온도에서 4 ∼ 48시간 동안 증기양생 또는 전기양생 등의 가열시설에 의해 양생시키는 단계; 표층부의 표면을 폴리싱(polishing)하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조된다.

상기 하층부재 및 표층부재를 준비하는 단계, 성형단계, 폴리싱단계는 특별히 한정되지 않고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 선택하여 적용할 수 있다.

하층부재와 표층부재의 복합층으로 형성된 제품을 40 ∼ 65℃의 온도에서 양생 혹은 전기양생하는 단계를 포함하여 기존의 투수성 포장재에 비해 투수성 및 내구성은 물론 제품의 경관성까지도 획기적으로 향상시킬 수 있다.

Claims

8 ∼ 25mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그 70 ~ 89.5중량%, 메타카올린 5 ~ 24.5중량%, 시멘트 5 ~ 24.5중량% 및 나노실리카 0.5 ~ 20중량%로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%로 구성되는 하층부와 0.5 ∼ 8mm의 크기를 갖는 골재 70 ~ 85중량%와 고로슬래그 70.5 ~ 88.7중량%, 메타카올린 5 ~ 23.2중량%, 시멘트 5 ~ 23.2중량%, 나노실리카 0.3 ~ 18.5 중량% 및 나노티타니아 1 ~ 19.2중량%로 구성되는 바인더 15 ~ 30중량%로 구성되는 표층부를 갖는 것을 특징으로 하는 복층형 투수블록.
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청구항 1에 있어서, 나노실리카는 SiO₂와 Na₂O의 몰비가 2.0, 비중이 1.15 ~ 1.30인 물유리로 첨가되는 것을 특징으로 하는 복층형 투수블록.
청구항 1에 있어서, 표층부의 골재는 0.5 ~ 4mm 미만의 골재 30 ∼ 50중량%와 4 ~ 8mm의 골재 50 ∼ 70중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 복층형 투수블록.
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