KR100894587B1 - 친환경적인 인공어초용 흙 블록 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경적인 인공어초용 흙 블록의 제조방법에 관한 것으로, 그체적으로는, 고로 수쇄 슬래그 50~70중량%, CSA계 고강도 혼화재 5~15중량%, 소석회 또는 생석회 5~20중량%, 천연Ⅱ형 무수석고(α형 반수석고) 10~20중량% 및 백반 1~5중량%의 혼합물을 분말도 4,000㎠/g 이상으로 분쇄하여 무기결합재를 제조하는 단계; 마사토 또는 마사토와 황토의 혼합물 1 중량부에 전기 단계에서 제조된 무기결합재 0.15~0.25 중량부를 배합하고, 이에 물을 0.1~0.15 중량부 투입, 혼합하는 단계; 전기 단계의 혼합물을 소정의 형틀에 넣어 7~15톤의 저압으로 압축하여 성형시키는 단계; 및 전기 단계에서 성형된 흙 블록을 통상의 방법으로 양생하여 최종 제품으로 완성시키는 단계; 를 포함하는 친환경적인 인공어초용 흙 블록 제조방법을 제공하는 것이다.

인공어초, 흙 블록, 마사토

Description

친환경적인 인공어초용 흙 블록 제조방법 {Manufacturing method for soil blocks to be used for environmetal artificial fish selters}

본 발명은 친환경적인 인공어초용 흙 블록을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 유해물질을 용출시키지 않는 무기결합재를 사용하여 친환경적인 인공어초용 흙 블록을 제조하는 방법에 관한 것이다.

인공어초는 바다 속의 생태계를 보호하기 위하여 인위적으로 바다 속에 투입 설치되는 것인데, 인공어초가 연안 바다 속에 투입 설치되면 해조류가 부착 번식하게 되고, 이러한 해조류를 뜯어먹고 사는 전복, 소라 등이 서식할 수 있고, 더불어 해조류에 붙어사는 미생물을 먹이로 하는 다른 어류들이 함께 번식할 수 있다. 또한 인공어초는 작은 물고기들이 적으로부터 몸을 숨기거나 산란하는 장소가 될 수 있을 뿐만 아니라, 인공어초에 해조류가 부착 번식하게 되면 갯녹음 현상(수온상승이나 환경오염 등으로 해조군락이 소멸하고, 석회조류의 번식으로 바위 표면이 백색 또는 홍색으로 변하는 현상)을 방지할 수 있다. 이와 같이, 인공어초는 바다 속 생태계 보호에 매우 유익한 것이므로, 정부에서는 많은 예산을 들여 인공어초를 연안 바다 속에 투입, 설치해 오고 있다.

그러나 종래 인공어초 또는 인공어초용 블록의 대부분은 시멘트를 결합제로 사용하여 성형하는 것이어서 그로 인해 상당한 문제점이 있었다. 문제점들을 구체적으로 지적하면, 첫째, 종래 인공어초는 유독성의 Cr⁺⁶이 함유된 일반 시멘트, 슬래그 시멘트 또는 플라이애쉬 시멘트를 결합제로 사용함으로써 바다 속 환경을 오염시키고, 둘째, 이러한 시멘트들은 해수의 염해에 취약하기 때문에 시멘트를 결합제로 사용하여 제작된 어초 또는 어초용 블록은 내구성이 취약하며, 셋째, 시멘트를 결합제로 사용함에 있어 높은 물/시멘트 비로 인하여 수축율이 높기 때문에 어초 또는 어초용 블록에 크랙이 발생하기 쉽다.

이러한 문제점들을 해소하기 위하여, 황토에 소석회와 생석회를 결합재로 사용하여 어초 또는 어초용 블록을 성형시키는 방법이 제안되기도 하였다. 그러나 이 방법은 성형 후에 소성 과정을 거쳐야 하기 때문에, 생산비용이 높고 생산공정이 복잡하고, 생산에 소요되는 시간도 길어지는 문제점이 있다.

또한 친환경적인 제품을 제조하기 위하여 흙을 주된 재료 사용하고 시멘트를 결합재(binder)로 사용함에 있어, 건식 제조방법을 적용하여 블록을 성형하고, 그 블록을 사용하여 인공어초를 생산하는 방법도 제안되었다. 그러나 건식 제조방법을 적용하여 블록을 제조하는 경우에는, 시멘트의 강도 보완을 위하여 약 100-200톤의 높은 압력으로 성형을 하여야 하는데, 이러한 높은 압력을 가할 때 황토 등의 흙 입자가 파쇄됨으로써 전체적으로 블록의 내구성이 저하되는 현상(over-compaction)이 발생하는 문제점이 있다.

한편, 마사토나 황토 등의 흙에는 원적외선이 방출되며, 원적외선은 생물의 생육에 유익한 것으로 알려져 있다. 특히, 우리 국토 표면의 절반 정도가 마사토로 형성되어 있기 때문에, 마사토를 건축 또는 토목 자재로 활용할 수 있다면 엄청난 경제적 효과를 가져 올 수 있다. 이러한 이유로, 종래 마사토의 활용에 대하여 많은 연구가 행해져 왔었다. 종래 마사토 활용을 위하여 결합재로서 합성수지 계통의 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 등의 사용이 제안되어 왔다. 그러나 합성수지계통의 결합재는 유독성이 있어 환경오염문제가 우려되었고, 한편으로 제조장소에서 현장으로 운반하는데 소요되는 비용 등의 문제로 경제성이 의문시되어, 마사토는 아직 건축 또는 토목자재로 제대로 활용되지 못하고 있다. 따라서 친환경적인 결합재를 개발하고 나아가 그 제품의 경제성을 인정받을 수 있는 제품을 제조한다면, 마사토나 황토 등의 흙을 건축이나 토목 자재로 사용하는 길이 열릴 수 있을 것이다. 그러나 지금까지 그러한 발명이 제안되지 않고 있다.

본 발명은 앞서 본 종래 기술들의 결점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 시멘트 대신에 해수를 오염시키지 않은 무기결합재를 사용하여 인공어초용 흙 블록을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 소성 가공이나 높은 압력에 의한 가압공정이 불필요하며, 초조강형으로 상온에서 1일 만에 목표 강도를 발현하여 생산비용이 저렴하고 생산성도 높은 인공어초용 흙 블록을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 해수(염해)에 대한 저항성이 높아 내구성이 뛰어난 인공어초용 흙 블록을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

그리고 전국적으로 어디에서나 흔하게 구할 수 있는 마사토 및 황토를 경제적으로 활용할 수 있도록 함으로써 자원의 효율성을 높이는 것도 본 발명의 또다른 목적이 될 수 있을 것이다.

본 발명의 특징으로, 본 발명은 친환경적인 마사토와 황토를 주된 자재로 사용한다는 점, 유독 물질이 용출되지 않게 하는 무기결합재를 사용한다는 점, 블록을 성형함에 있어서 고압의 압축을 요하지 않음으로써 오버컴팩션(over-compaction)의 문제가 발생하지 않는다는 점, 블록을 비투수성으로 하여 해수가 블록 내부에 스며들지 못하게 하여 염해에 대한 저항성을 강화시켰다는 점, 그리고 이러한 점들로 인하여 환경친화적인 인공어초용 흙 블록을 제조할 수 있다는 점 등 을 들 수 있다.

본 발명의 방법은 다음의 공정으로 이루어진다.

첫째 단계: 무기결합재 제조 단계.

본 발명에 사용되는 무기결합재는 고로 수쇄 슬래그 50-70중량%, CSA계 고강도 혼화재 5-15중량%, 소석회(생석회) 5-20중량%, 천연Ⅱ형 무수석고(α형 반수석고) 10-20중량% 및 백반 1-5중량%의 혼합물을 분말도 4,000㎠/g 이상으로 분쇄한 것이다.

상기 혼합물 중, 고로 수쇄 슬래그는 잠재 수경성의 물성이므로, 장기적으로 최종 제품인 블록의 강도를 증강시켜 줌과 동시에 염해에 대한 저항성을 높여준다. 고로 수쇄 슬래그를 50중량% 이하로 사용하면 압축강도가 떨어지는 문제점이 있고, 70중량% 이상으로 사용하면 타 재료들의 사용량이 줄어들게 되어 전체적인 조화가 무너지게 된다.

상기 혼합물 중, CSA계 고강도 혼화재는 에트링자이트(ettringite)라는 치밀한 침상의 결정의 생성을 유도하는 것인데, 이로 인해 그 속에 함유된 유해물질을 안정화, 고정화하여 유해물질이 외부로 용출되지 않게 된다. 이 CSA계 고강도 혼화재를 5중량% 이하로 사용하면 에트링자이트 생성이 충분하지 않고, 15중량% 이상으로 사용하면 최종 제품인 블록의 압축강도가 떨어지게 되므로, 5-15중량%의 범위에서 사용하는 것이 적합하다.

상기 혼합물 중, 천연 Ⅱ형 무수석고(α형 반수석고)는 결합재의 수축을 막아 크랙을 방지하며 속경재의 응결 조절제 역할을 한다. 천연 Ⅱ형 무수석고의 사 용량은 10-20중량%로 함이 바람직하다. 10중량% 이하인 경우에는 결합재의 수축을 충분히 저지하지 못하게 되어 최종 제품에 크랙이 발생할 염려가 있고, 20중량% 이상인 경우에는 타 재료들의 사용량이 줄어들게 되어 전체적인 조화가 무너지게 된다.

상기 혼합물 중, 소석회(생석회)는 CaO 성분이 60% 이상 함유되어 있는 것이다. 본 발명에서는 소석회와 백반을 일정 비율로 미리 배합하여 생산하는 것이 필요하다. 그 이유는 백반(명반)은 조해성이 높아 공기 중의 습기를 빨아들여 서로 뭉치는 현상을 보이기 때문에, 이를 방지하기 위하여 소석회(생석회)와 미리 배합함으로써 습기에 노출되지 않도록 하기 위해서이다. 이 두 재료는 고로 수쇄 슬래그의 잠재 수경성의 촉진제 역할을 하여 90일 이후에 발현되는 강도 특성을 14일 이내로 촉진시켜 강도발현 및 고정화, 안정화에 도움을 준다. 소석회(생석회)의 사용량은 5-20중량%가 적합하고, 백반의 사용량은 1-5중량%가 적합하다.

상기 혼합물의 분말도를 4,000㎠/g 이상으로 하면 수화 활성도를 높이게 되거 초기 강도를 개선하는 효과가 있다.

상기 친환경 무기결합재의 물리적 특성을 측정하였는바, 강열감량은 3.0 이하이었고, 염화물 이온은 1.0 이하이었다. 참고로, 강열감량은 무기결합재 내의 수분 함량을 나타내주는 인자로 3.0% 이하로 제한되는 것이 필요하며, 염화물 이온은 무기결합재 내의 염화물 함량을 나타내주는 인자로 2%를 초과할 시 백화 현상 및 유해물질의 용탈이 나타날 수 있으므로 1% 이하로 제한되는 것이 필요하다.

둘째 단계: 전기 단계에서 제조된 무기결합재를 흙과 배합하여 흙 블록을 성 형시키는 단계.

이 단계는, 마사토 또는 마사토의 황토의 혼합물 1 중량부에 전기 단계에서 제조된 무기결합재 0.15-0.25 중량부를 배합하고, 이에 물을 0.1-0.15 중량부 투입, 혼합하고, 이 혼합물을 형틀에 넣고 압축하여 성형시키는 단계이다. 참고로, 형틀에 들어간 혼합물은 제곱미터당 5-15톤의 압력으로 압축된다.

마사토를 100% 사용할 수도 있고, 마사토와 황토의 혼합물을 사용할 수도 있다. 그러나 마사토와 황토의 혼합물을 사용하는 경우에는 마사토의 사용량이 적어도 55중량% 이상인 것이 바람직하다. 황토의 사용량이 45중량% 이상이면 최종 제품인 흙 블록의 강도가 약해지는 문제점이 있다.

무기결합재의 사용량이 0.15 중량부 이하이면, 재료의 결착이 약해질 염려가 있고, 0.25 중량부 이상이면 과다 사용이 되어 역효과가 나타날 수 있다. 그리고 사용되는 재료의 성질들을 고려할 때, 물은 0.1-0.15 중량부 사용하는 것이 적합하다.

셋째 단계: 전기 단계에서 성형된 흙 블록을 양생시켜 최종 제품을 완성하는 단계.

전기 단계에서 성형된 흙 블록을 통상의 방법으로 상온에서 양생시켜 최종 제품을 완성하는 단계이다. 본 발명에 의하여 제조된 흙 블록 제품은 시간의 경과에 따라, 일정 강도에 이르기까지 계속 강도가 상승한다.

본 발명은 친환경적인 마사토와 황토를 주된 자재로 사용하고, 친환경 무기 결합재를 사용하여 유독 물질이 배출되지 않게 하고, 블록을 성형함에 있어서 고압의 압축을 요하지 않음으로써 오버컴팩션(over-compaction)의 문제가 발생하지 않도록 하고, 블록을 비투수성으로 하여 해수가 블록 내부에 스며들지 못하게 하여 염해에 대한 저항성을 강화시킨 흙 블록을 제조하는 방법에 관한 것인바, 그 친환경적인 효과와 자원 활용의 효과를 동시에 얻을 수 있는 매우 유익한 것이다.

이하, 실시예들에 의거 본 발명은 설명한다.

실시예 1

본 실시예는 종래 사용되던 결합재인 1종 보통 시멘트, 슬래그 시멘트, 플라이 애쉬 시멘트를 각각 사용하여 흙 블록을 제조한 경우와, 본 발명의 친환경 무기결합재를 사용하여 흙 블록을 제조한 경우에 대하여, 그 압축강도, 휨강도 및 투수계수를 측정하였다. 본 실시예에서는 마사토 80중량%와 황토 20중량%를 혼합한 흙 1 중량부에 대하여, 각각의 결합제 0.2 중량부와 물 0.135 중량부를 혼합하고, 이 혼합물을 소정의 블록 형틀에 넣어 성형하였다. 그리고 그 성형된 제품들에 대하여 3일 후, 70일 후 및 28일 후, 그 휨강도, 압축강도 및 투수계수를 측정하였다. 그 측정치는 표1와 같다.

표1

결합재 종류	휨강도 (28일 후) (N/㎟)	(압축강도(N/㎟)			투수계수 (㎝/s)
		3일 후	7일 후	28일 후
1종 보통 시멘트	2.0	9.0	9.0	13.5	4.0×10-3
슬래그 시멘트	2.5	9.5	9.5	14.0	5.0×10-3
플라이 애쉬 시멘트	1.5	8.5	8.5	13.0	2.5×10-3
본 발명의 무기결합재	4.5	15.0	15.0	25.0	2.0×10-5

표1에서 보듯이, 본 발명에서 사용되는 무기결합재는 타 결합재들에 비하여 휨강도 및 압축강도와 비투수성에 있어서 월등히 우수하였다.

실시예 2

본 실시예에 있어서는, 실시예 1에서 제조된 4가지 흙 블록에 대하여 유해물질 용출 시험을 행하였는바, 그 측정치는 표2와 같다.

표2

유해물질	단위	본 발명의 무기결합재	1종 보통 시멘트	플라이 애쉬 시멘트	슬래그 시멘트
As	㎎/㎏	불검출	불검출	불검출	2.84
Pb	㎎/㎏	불검출	불검출	불검출	0.22
Hg	㎎/㎏	불검출	불검출	0.0036	0.01
Cd	㎎/㎏	불검출	불검출	불검출	0.22
CN-	㎎/㎏	불검출	불검출	불검출	불검출
Cr+6	㎎/㎏	불검출	0.51	불검출	불검출
Cu	㎎/㎏	불검출	불검출	불검출	22.6
유기인 화합물	㎎/㎏	불검출	불검출	불검출	불검출
테트라클로로 에틸렌	㎎/㎏	불검출	불검출	불검출	불검출
트리클로로에틸렌	㎎/㎏	불검출	불검출	불검출	불검출

※ 시험방법 : 폐기물공정시험법

※참고: 표준배합으로 제작한 시험체로 시험한 결과임

표2에서 보듯이, 본 발명의 무기결합재를 사용한 흙 블록에서는 어떠한 유해물질도 용출되지 아니하였다. 반면에, 1종 보통 시멘트를 사용한 흙 블록에서는 Cr⁺⁶ 이 용출되었고, 플라이 애쉬 시멘트를 사용한 흙 블록에서는 Hg가 용출되었고, 슬래그 시멘트를 사용한 흙 블록에서는 대부분의 유해물질이 용출되었다.

실시예 3

본 실시예는 본 발명을 각 구성성분들의 적절한 배합비를 구하기 위하여 행해진 것이다. 본 실시예의 결과에 의하면, 시험예들은 모두 시멘트 결합재를 사용한 흙 블록들에 비하여 압축강도가 우수하였음을 알 수 있다. 다만, 시험예 10 및 11의 경우가 타 시험예에 비하여 보다 우수함을 알 수 있었다. 각 시험예의 구성성분 배합비 및 압축강도는 표3에서 보는 바와 같다.

표 3 (단위: ㎏)

구분	슬래그	CSA	석회	무수석고	백반	마사토	물	압축강도(N/㎟)
								3일	28일
시험예 1	50	15	15	18	2	500	65	7.1	19.1
시험예 2	50	10	20	10	2	500	65	6.1	17.0
시험예 3	50	28	10	10	2	500	65	8.5	18.4
시험예 4	60	10	18	10	2	500	65	7.9	16.7
시험예 5	70	10	8	10	2	500	65	10.2	22.5
시험예 6	70	10	13	5	2	500	65	8.5	20.1
시험예 7	70	10	18	0	2	500	65	8.3	21.5
시험예 8	70	9	5	13	3	500	65	9.5	24.8
시험예 9	60	14	10	13	3	500	65	11.4	26.3

* 위 실시예에 사용된 흙은 마사토 100%이며 자연건조 상태로 함수율이 4~6% 정도이다.

Claims (2)

1. 고로 수쇄 슬래그 50~70중량%, CSA계 고강도 혼화재 5~15중량%, 소석회 또는 생석회 5~20중량%, 천연Ⅱ형 무수석고 10~20중량% 및 백반 1~5중량%의 혼합물을 분말도 4,000㎠/g 이상으로 분쇄하여 무기결합재를 제조하는 단계;

   마사토 또는 마사토와 황토의 혼합물 1 중량부에 전기 단계에서 제조된 무기결합재 0.15~0.25 중량부를 배합하고, 이에 물을 0.1~0.15 중량부 투입, 혼합하는 단계;

   전기 단계의 혼합물을 형틀에 넣고 압축하여 성형시키는 단계; 및

   전기 단계에서 성형된 흙 블록을 양생하여 최종 제품으로 완성시키는 단계; 를 포함하는 친환경적인 인공어초용 흙 블록 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 마사토와 황토의 배합비가 1:0~0.45인 것을 특징으로 하는 친환경적인 인공어초용 흙 블록 제조방법.