KR100978384B1 - 친환경 콘크리트 제품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

외관미의 반영구성은 물론 친환경성이 향상되도록, 본 발명은 골재를 수용성 수지 및 착색 안료의 혼합액으로 착색시켜 착색 골재를 제조하는 단계; 제조된 상기 착색 골재를 교반기에 투입한 후 시멘트, 물 및 상기 수용성 수지를 순차적으로 교반하여 혼합되는 콘크리트 조성물을 제조하는 단계; 그리고 제조된 상기 콘크리트 조성물을 제품으로 경화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 친환경 콘크리트 제품의 제조방법을 제공한다.

Description

친환경 콘크리트 제품의 제조방법{Method for manufacturing of environmental-friendly concrete product}

본 발명은 친환경 콘크리트 제품의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외관미가 향상되는 친환경 콘크리트 제품의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 콘크리트는 시멘트를 모래, 자갈, 물과 함께 혼합해서 만든 복합재료로서 목재나 강재에 비하여 물에 대한 저항력이 크며 다양한 형태와 치수로 가공이 용이하여 지구상에서 가장 널리 사용되는 건설재료이다.

한편, 근래에 들어 국민소득의 증가로 주변 환경에 대한 인식이 제고되면서 각종 토목 및 건축용 구조물들의 회색 일변도의 규격화, 획일화된 기존의 틀에서 벗어나 다양한 칼라 및 디자인을 부여하여 도시 미관을 개선하는데 많은 투자가 이루어지고 있다.

이와 더불어, 각종 사회복지를 위한 기반시설 및 스포츠·레저, 생활체육 문화에 대한 국민적 관심과 요구가 급증함에 따라 다양한 칼라 및 형태의 보도블럭, 자전거 전용도로, 버스 전용차로, 해안제방 및 시설물, 공원산책로 시설 등 도료 수요 시장이 급성장하고 있는 추세이다.

이와 같이, 콘크리트 제품의 미관에 대한 수요자의 요구는 급속도로 변화하고 있으나 기존 제품으로 이러한 요구를 충족하기에는 한계가 있었다.

상세히, 사람이 통행하는 보도(步道)에는 시멘트 콘크리트, 점토, 황토, 석재, 흙 등을 사용한 블록을 시공하는데, 특히 시멘트 콘크리트 제품의 경우 시멘트 몰탈에 의한 강도 유지에 의지하여 시멘트 양생 기간을 충분히 지켜주지 못하고 시공된 제품의 경우 그 외관미가 좋지 못함은 물론 칼라의 탈 변색 기간이 짧고 외부 충격에 비교적 약하여 수시로 보수하거나 교체해야 한다.

또한, 기타 제품의 경우에도 외부 충격에 비교적 약하고 백화현상의 과다 노출로 그 외관미가 좋지 못하여 수시로 보수하거나 교체해 주어야 하며, 석재 제품은 도포된 칼라가 사람들의 보행 시 마찰 계수를 견디지 못하고 벗겨지는 현상이 발생되어 칼라화가 실현되지 못하고 있다.

한편, 건축자재(내, 외장)의 경우 칼라 도포화가 이루어지고 있으나 건축자재와 도포하는 물질의 수축 팽창 계수의 적용 실패로 수명이 짧아 보수하거나 재시공해야 하며, 특히 기존 콘크리트 제품의 경우 골재, 시멘트로 이루어져 시멘트에 의한 내구성, 내화성을 충족시키기 때문에 양생 후에도 빗물 등 수분의 침투에 의하여 시멘트의 수화반응(시멘트의 주성분인 칼슘(Ca)이 수분(H₂O)와 화학반응을 일으켜서 수산화칼슘(Ca(OH₂))을 발생시키는 현상)을 통하여 강알카리 탄소를 발생시킴으로써 도로포장이나 건축 내/외장재 및 콘크리트제품 구조물로 사용할 경우 농작물이나 수생식물 및 동물등의 생육에 피해를 주게 된다.

이를 해결하기 위하여, 도시 미관을 향상시키기 위한 방편으로 소성 타일 블록을 콘크리트로 바닥을 도포 후 접착시키는 방법과 시멘트 콘크리트 블록에 접착하는 방법으로 시공하는 사례가 있으나 이러한 방법은 비 친환경적 접착제를 사용하여 토양 오염을 부추키는 사안이며 또한 흡수율을 너무 떨어지게 하여 빗물의 토양 침투 저하에 의한 물난리 문제와 지구 온난화의 원인 제공 및 원가 상승에 의한 국가적 예산이 과다로 지출될 우려가 있다.

즉, 종래의 콘크리트 제품은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 종래 콘크리트 제품의 외관 포장재는 대부분 강도저하(압축, 인장), 탈색·변색, 백화현상 등으로 인하여 외관미를 위한 내구성과 기능성이 저하되는 문제점이 있었다.

둘째, 이러한 강도저하(압축, 인장), 탈색·변색, 백화현상 등이 발생되는 기존의 외관 포장재는 주로 분체 유·무기질 도료를 사용함으로써 이를 사용하여 포장된 시멘트 콘크리트 제품, 점토, 흙, 석재 블록과 건축자재(내/외장재)는 탄소가 배출되므로 환경을 저해하는 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 수용성 수지를 이용한 착색골재를 사용한 제품으로서 외관미가 향상됨과 동시에 탄소 배출량을 최소화시킨 친환경 콘크리트의 제조방법을 제공하는 것이 목적이다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 골재를 수용성 수지 및 착색 안료의 혼합액으로 착색시켜 착색 골재를 제조하는 단계; 제조된 상기 착색 골재를 교반기에 투입한 후 시멘트, 물 및 상기 수용성 수지를 순차적으로 교반하여 혼합되는 콘크리트 조성물을 제조하는 단계; 그리고 제조된 상기 콘크리트 조성물을 제품으로 경화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 친환경 콘크리트 제품의 제조방법을 제공한다.

여기서, 상기 착색 골재를 제조하는 단계는, 자연으로부터 추출된 광물질을 분쇄하여 골재를 제조하는 단계와, 제조된 상기 골재를 수용성 수지 및 착색 안료와 혼합하고 가열하여 착색되는 착색 골재를 제조하는 단계를 포함하여 이루어짐이 바람직하다. 또한, 상기 콘크리트 조성물을 제조하는 단계는, 상기 콘크리트 조성물의 전체 중량 기준으로 상기 착색 골재가 60~90 중량%, 상기 시멘트가 4.5~20 중량%, 상기 수용성 수지가 0.5~10 중량%, 상기 물이 5~10 중량%로 이루어짐이 바람직하다. 더욱이, 상기 수용성 수지는, 부타디엔-스티렌계 수지에 가스제거제 및 점도강화제를 첨가하여 교반한 것으로 제조됨이 바람직하다. 그리고, 상기 콘크리트 조성물을 제품으로 경화시키는 단계는, 상기 콘크리트 조성물의 양생시 윗면에 스며 올라온 부유 시멘트를 제거하도록 표면 가공하는 단계를 더 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

상기의 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 수용성 수지로 코팅된 착색골재를 사용하여 콘크리트 제품을 제조함으로써, 기존의 완성된 콘크리트 제품의 외관에 도료를 단순히 도장하는 것과는 달리 외관의 칼라가 반영구적으로 유지되므로 외관미가 현저히 향상될 수 있다.

둘째, 외관의 칼라가 반영구적으로 유지됨으로써 벽돌, 경계석, 인터로킹 블럭, 하천 식생용 어소/어도 블럭, 보강토, 레미콘 등의 콘크리트 제품이 외관의 변색, 탈색, 백화현상 등으로 인하여 수명이 저하됨에 기인한 무분별한 보수 재시공 사례를 방지하여 국가적 예산을 절감할 수 있다.

셋째, 친환경적인 수용성 수지를 코팅한 착색골재를 주원료로 사용하며 콘크리트 조성물의 제조시에 수용성 수지를 재차 혼합 교반함으로써 시멘트의 양을 비교적 적게 사용하더라도 내구성 및 기능성이 오히려 개선되므로 탄소 발생량을 최소화한 저탄소 콘크리트 제품을 제공할 수 있다.

넷째, 이러한 저탄소 콘크리트 제품을 이용하여 보도블럭, 건축물 등의 각종 시설물을 건설함으로써, 인체에 무해하고 주변환경의 오염을 방지할 수 있으므로 친환경성이 현저히 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 친환경 콘크리트 제품의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 친환경 콘크리트 제품과 기존의 콘크리트 제품의 겉보기기공율을 비교한 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 친환경 콘크리트 제품과 기존의 콘크리트 제품의 흡수율을 비교한 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 친환경 콘크리트 제품과 기존의 콘크리트 제품의 압축강도를 비교한 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 친환경 콘크리트 제품과 기존의 콘크리트 제품의 인장강도를 비교한 그래프.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 친환경 콘크리트 제품의 제조방법으로 제조된 콘크리트 블럭을 나타낸 사진.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 친환경 콘크리트 제품의 제조방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 친환경 콘크리트 제품의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 친환경 콘크리트 제품의 제조방법은 착색 골재를 제조하는 단계(S1, S2), 콘크리트 조성물을 제조하는 단계(S3), 상기 콘크리트 조성물을 제품으로 경화시키는 단계(S4, S5)를 포함하여 이루어진다.

상기 친환경 콘크리트 제품의 제조방법은 친환경적인 수용성 수지를 코팅한 착색골재, 소량의 시멘트, 물 및 상기 수용성 수지를 혼합 교반, 성형, 증기양생하는 과정을 통하여 탄소배출량이 최소화되면서도 외관미가 반영구적으로 지속되는 저탄소 콘크리트 제품을 제조하는 방법으로서 이는 내구성 등이 한국표준규격(KS)기준을 초과하는 효과를 가지므로 건축자재(내장재, 외장재 등), 벽돌, 경계석, 인터로킹 블럭, 하천 생식용 어소/어도 블럭, 보강토, 레미콘 타설 등의 모든 콘크리트 제품에 활용될 수 있다.

상세히, 먼저 골재를 수용성 수지 및 착색 안료의 혼합액으로 착색시켜 착색 골재를 제조한다(S1, S2).

즉, 상기 착색 골재를 제조하는 단계는, 자연으로부터 추출된 광물질을 소정의 입도로 분쇄하여 골재를 제조하는 단계(S1)와, 제조된 상기 골재를 수용성 수지 및 착색 안료와 혼합하여 소정의 온도로 가열하여 착색되는 착색 골재를 제조하는 단계(S2)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

여기서, 상기 광물질은 자연으로부터 제공되는 돌로마이트, 규사, 화강석, 지르콘, 게르마늄 등을 말하는 것으로서, 보다 바람직하게는 저렴하며 공급량이 풍부한 규사 등이 사용되는 것이다. 상기 광물질은 입도 분쇄된 골재로 구비되는데, 상기 입도는 가공성 및 코팅성능 등을 감안하여 0.5~6mm로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 골재, 수용성 수지 및 착색 안료를 혼합한 것의 가열 온도는 200℃ 이상으로 이루어짐이 바람직한데, 더욱 바람직하게는 100~300℃의 범위를 갖는 것이다. 이에 따라, 상기 수용성 수지를 가교 및 3차원화시켜 고도의 도막을 형성할 수 있다. 상기 수용성 수지 및 착색 안료의 혼합에서 상기 착색 안료를 소량으로 첨가하는 것이 바람직하다.

이후, 제조된 상기 착색 골재, 시멘트, 물을 교반기에 투입하여 교반한 후 상기 수용성 수지를 투입하고 교반하여 혼합되는 콘크리트 조성물을 제조한다(S3).

여기서, 상기 콘크리트 조성물의 전체 중량 기준으로 상기 착색 골재가 60~90 중량%, 상기 시멘트가 4.5~20 중량%, 상기 수용성 수지가 0.5~10 중량%, 상기 물이 5~10 중량%로 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 상술한 범위를 바탕으로 하여 상기 착색 골재가 투입된 교반기에 상기 시멘트 또는 백시멘트를 투입하여 1차 교반한다. 1차 교반된 상기 교반기에 물을 투입하여 2차 교반한 후 상기 수용성 수지를 투입하여 3차 교반(S5)한다.

여기서, 상기 교반 시간은 충분한 혼합을 이룰 수 있도록 반복적인 실험 결과에 따라 적절한 시간을 채택할 수 있다.

또한, 상기 시멘트는 착색 골재 사이의 간극을 채우고 굳지 않는 콘크리트에서 유동성을 갖게 하며 수화한 후에는 상기 착색 골재와 결합하여 강도를 발휘하는 결합재의 역할을 한다.

이때, 경화된 콘크리트 조성물의 성질은 시멘트의 품질에 의하여 지배되지만 콘크리트 용적의 대부분을 차지하는 상기 착색 골재의 성질에 의해서도 크게 영향을 받는다.

즉, 상기 착색 골재는 수용성 수지로 코팅된 것이며 상기 콘크리트 조성물에도 상기 수용성 수지가 첨가됨으로써 상기 시멘트의 양을 줄이고서도 오히려 기존 콘크리트 조성물의 문제점인 탄소 과다배출, 강도저하 등을 개선할 수 있다.

다시 말해, 통상적으로 강도 발현을 위해서는 시멘트가 15~25중량%의 혼합비율을 요구하지만 본 발명은 이보다 적은 시멘트의 혼합비율을 가지면서도 상기 착색 골재를 코팅시키는 재료와 동일한 성분의 친환경적인 수용성 수지가 첨가되어 강도를 보완하며 친환경성을 개선하는 것이다.

마지막으로, 제조된 상기 콘크리트 조성물을 제품으로 경화시킨다(S4, S5).

즉, 상기 콘크리트 조성물을 제품으로 경화시키는 단계는, 제조된 상기 콘크리트 조성물을 거푸집으로 성형하거나 타설하는 단계(S4)와, 성형 또는 타설된 상기 콘크리트 조성물을 양생시키는 단계(S5)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

이때, 상기 콘크리트 조성물의 양생시 외면에 부착된 시멘트를 제거하도록 표면 가공하는 단계(S55)를 더 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

상세히, 상기 콘크리트 조성물은 벽돌, 경계석, 인터로킹 블럭, 하천 식생용 어소/어도 블럭, 보강토, 레미콘 타설 제품, 보도블럭 등의 모든 제품을 제조할 수 있다. 따라서, 이러한 각각의 제품에 따른 성형 및 경화방법을 사용하여 제조한다.

일례로, 블럭이나 건축자재(내장재, 외장재 등을 포함한 전 품목을 말함)로 제조할 경우 상술한 바에 의해 제조된 콘크리트 조성물을 거푸집 등에 의해 성형하고 증기뿌림 등으로 양생하며 표면가공(S55)하고 포장 등으로 마감처리하여 필요시에 시공한다.

다른 일례로, 레미콘이나 아스콘 등의 도로 포장재로 제조할 경우에 상술한 바에 의해 제조된 콘크리트 조성물을 타설하고 롤링한 후 표면가공(S55) 등으로 마감처리한다.

그리고, 상기 표면 가공하는 단계(S55)는 다지기를 끝내고 소정의 높이와 형상으로 된 콘크리트의 윗면에 물과 함께 스며 올라온 시멘트를 제거하기 위해 쓸어주는 것을 말한다. 즉, 탄소 배출의 원인이 될 수 있는 시멘트를 표면상에서 제거하는 것이다.

한편, 상기 수용성(water soluble) 수지는 액상의 부타디엔-스티렌(butadiene-styrene)계 수지를 주성분으로 하여 가스제거제, 점도강화제를 첨가하여 교반한 것으로 제조됨이 바람직하다.

여기서, 상기 가스제거제(탈취제) 및 상기 점도강화제는 상기 수용성 수지 전체 중량을 기준으로 각각 0.05~5중량%로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 수용성 수지는 원액상태로 보관하며 사용시에는 2배의 물에 희석하여 사용하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 희석재의 희석액 투입량이 높으면 콘크리트 강도 특성들은 증가하는 반면에 이러한 상승률에 비하여 원가가 상승되며, 2배 이하로 첨가되면 강도 발현에 문제가 있다.

더욱이, 이러한 수용성 수지의 사용은 탄소 배출량을 최소화하기 위한 조건으로 수용성 수지의 투입량에 의거 시멘트의 코팅막 형성에 지대한 영향을 미침으로 상기 수용성 수지는 유동성을 개선하고 단위면적당 투입되는 시멘트의 양을 감소시키며 강도를 증가시킴으로서 코팅막 형성에 의한 탄소 배출량을 감소시켜 제품의 외관 및 품질을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 상기 수용성 수지로 코팅된 착색골재를 사용하여 콘크리트 제품을 제조함으로써, 기존의 완성된 콘크리트 제품의 외관에 도료를 단순히 도장하는 것과는 달리 외관의 칼라가 반영구적으로 유지될 수 있다.

이를 통하여, 외관미가 현저히 향상될 수 있으며 외관의 칼라가 반영구적으로 유지됨으로써 벽돌, 경계석, 인터로킹 블럭, 하천 식생용 어소/어도 블럭, 보강토, 레미콘 등의 콘크리트 제품이 외관의 변색, 탈색, 백화현상 등으로 인하여 수명이 저하됨에 기인한 무분별한 보수 재시공 사례를 방지하여 국가적 예산을 절감할 수 있다.

그리고, 친환경적인 수용성 수지를 코팅한 착색골재를 주원료로 사용하며 콘크리트 조성물의 제조시에 수용성 수지를 재차 혼합 교반한다.

따라서, 시멘트의 양을 비교적 적게 사용하더라도 내구성 및 기능성이 오히려 개선되므로 탄소 발생량을 최소화한 저탄소 콘크리트 제품을 제공할 수 있다.

이를 통하여, 저탄소 콘크리트 제품을 이용하여 보도블럭, 건축물 등의 각종 시설물을 건설함으로써 인체에 무해하고 주변환경의 오염을 방지할 수 있으므로 친환경성이 현저히 향상될 수 있다.

이하, 본 발명의 친환경 콘크리트 제품의 제조방법에 따라 제조된 친환경 콘크리트 제품과 기존의 콘크리트 제품을 비교 설명한다. 다만, 이하에서 설명하는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이므로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

부타디엔-스티렌계 수지 96중량%, 가스제거제 3중량%, 점도강화제 3중량%를 교반 혼합한 원액을 상기 원액 기준 2배의 물에 희석하여 수용성 수지를 제조한다. 상기 수용성 수지에 색상발현을 위한 분체 무기질 안료 분말을 적정량 첨가하여 혼합액을 제조하고 이 혼합액으로 1mm 정도로 입도 분쇄한 규사를 코팅한 것을 200℃에서 20분 동안 가열하여 착색 골재를 제조한다. 상기 착색 골재와 KSL5201백시멘트를 교반기에 투입하여 1차 교반한 후 물과 수용성 수지를 순차적으로 투입하여 3차에 걸쳐 교반하여 콘크리트 조성물을 제조한다. 이때, 콘크리트 조성물은 상기 착색 골재 70중량%, 시멘트 12중량%, 수용성 수지 10중량%, 물 8중량%의 혼합비율로 이루어진다. 이후, 상기 콘트리트 조성물을 성형전용 금속몰드에 충진한 후 연속타동방식으로 가로 5cm, 세로 7.5cm 그리고 두께 1.5cm의 스케일로 가압 성형한 후 대기중에 노출된 상태로 직사광선이 차단된 곳에서 30일간 양생하여 수용성 액상 안료 콘크리트를 제조하였다.

(비교예)

시멘트, 골재 및 분체 무기질 안료를 일정 배합비로 혼합하여 콘크리트 조성물을 제조하였다. 이때, 상기 분체 무기질 안료는 상기 실시예와 동일한 안료 함량을 가지도록 하였다. 이후, 상기 콘크리트 조성물을 상기 실시예와 동일한 성형 조건을 가지도록 성형전용 금속몰드에 충진한 후 연속타동방식으로 가로 5cm, 세로 7.5cm 그리고 두께 1.5cm의 스케일로 가압 성형한 후 대기중에 노출된 상태로 직사광선이 차단된 곳에서 30일간 양생하여 분체 안료 콘크리트를 제조하였다.

다음의 표 1은 실시예에 따른 수용성 액상 안료 콘크리트와 비교예에 따른 분체 안료 콘크리트의 배합비의 일례를 나타낸다.

	실시예	비교예
골재	240g	240g
시멘트	29g	70g
물	13g	19.5g
분체 안료		7g
수용성 액상 안료	5g

[겉보기기공률/흡수율 비교 실험]

실시예와 비교예에 의한 각각의 시험체를 가로 1.5cm, 세로 1cm, 두께 1cm로 절단한 후 아르키메데스법으로 겉보기기공률과 흡수율을 조사하여 아래의 식으로 계산하였다.

×100

×100

여기서, W₁은 시험 시편 무게, W₂는 포수시료의 물속 무게, W₃은 포수시료의 무게이다.

다음의 표 2는 겉보기기공율과 흡수율의 실험을 위한 실시예와 비교예의 시편 자료이다.

	실시예			비교예
	W1	W2	W3	W1	W2	W3
#1	2.883	1.553	3.053	2.803	1.768	3.012
#2	2.861	1.607	3.011	2.821	1.772	3.021
#3	2.821	1.668	2.986	2.889	1.932	3.101
#4	2.775	1.489	2.948	2.906	1.963	3.144
#5	2.905	1.481	3.084	2.942	1.793	3.204
#6	3.051	1.521	3.231	2.899	1.956	3.108

한편, 다음의 표 3은 결과값을 나타낸 것이다.

	겉보기기공율(%)		흡수율(%)
	실시예	비교예	실시예	비교예
#1	11.333	16.8	5.896	7.456
#2	10.683	16.012	5.242	7.089
#3	12.518	18.135	5.21	7.338
#4	11.857	17.273	6.234	8.189
#5	11.166	18.568	6.161	8.905
#6	10.526	18.142	5.899	7.209
평균	11.35	17.626	5.749	7.746

또한, 도 2 및 도 3은 상기 표 3의 결과치를 그래프로 나타낸 것이다.

먼저, 표 3 및 도 2에서 보는 바와 같이 실시예의 시편에서 측정된 겉보기 기공률의 평균값은 11.35%로서 비교예의 시편에서 측정된 17.626%에 비해 현저히 낮아 더 치밀한 소지를 이루고 있는 것으로 조사되었다.

즉, 비교예로부터 제조되어 무기질 안료(pigment)를 적용한 칼라(color) 보도 블록 등의 제품은 그 특성상 소결가공을 하지 않고 일축방향으로 가압 성형하여 제조되며 그 성형 압력도 비교적 낮은 압력 영역에 속한 경우에서 관찰되는 겉보기 기공률 측정치 수치상의 차이보다 더 큰 차별성을 가진다고 할 수 있을 것이다. 비교예의 분체 무기질 안료(pigment)의 경우 가압성형을 한다 하더라고 서로 다른 입도 분포와 입자 형상을 가지는 시멘트, 골재, 안료 분체 등 각 구성성분이 치밀한 구조로 충진되는 데에는 일정한 한계가 있을 것이다.

반면에, 본 발명에 따른 실시예로부터 제조된 칼라 블록의 경우 일정한 수준의 점도를 가지는 수용성 수지가 각 구성 성분 간에 존재하는 공극을 채우거나 미세한 입도를 가지는 시멘트 내에 존재하는 공극으로 이동해서 공극을 채울 수 있도록 하는 윤활작용을 함으로써 좀 더 치밀한 소지 제조가 가능한 것으로 판단되며, 이러한 결과는 제품의 기계적 특성(강도 특성)과 밀접한 연관성을 가지게 된다.

그리고, 표 3 및 도 3에서 보는 바와 같이 흡수율 분석 결과는 겉보기 기공률 분석 결과와 동일한 경향성을 나타내고 있다.

또한, 칼라 보도 블록 등 무기질 안료 적용 제품은 외부 기후에 노출된 옥외에 설치되고 우천 시와 건조시가 반복되는 국내 기후 특성상 흡수율은 우천 이후 제품이 완전히 건조되는데 필요한 소요시간을 가름하는 척도가 된다. 실제로 비교예에 의하여 제조된 시편의 경우 동일한 부피를 가지는 실시예에 의하여 제조된 시편에 비해 완전히 건조되는데 약 1.5배 정도의 시간이 더 소요되었다.

여기서, 한 가지 주목할 중요한 사실은 위에서 제시된 흡수율이 단순히 안료 적용제품의 건조 소요 시간과 밀접한 연관성을 가지는 것뿐만 아니라 미세구조, 기공률 등과 함께 무기질 안료 적용 제품의 내구성 즉 칼라 탈색 저항성에 직접적인 영향을 미칠 수 있는 주요 인자 중 하나라는 것이다.

[강도 비교 실험]

실시예와 비교예의 압축강도 및 인장강도를 비교하였다. 시멘트 공시체의 강도 시험 방법(KS F 2477),시멘트 공시체 인장강도 실험(KS L 5104)에 의거하여 실시예와 비교예에 의한 두 종류의 콘크리트 조성물을 각각 규격몰드에서 가압 성형하고 각각 3일, 7일, 28일간 양생한 후 압축강도 및 인장강도를 측정하였다. 강도 측정시 신뢰성 제고를 위하여 각 양생기간에 대하여 각각 10개의 시편에서 얻어진 측정치를 평균하였다. 다음의 표 4은 압축강도 및 인장강도 시험조건을 나타낸다.

압축강도 시험		인장강도 시험
시편 면적	0.001274m2	시편 면적	0.006452m2
cross head speed	1.0mm/min	cross head speed	6.0mm/min
full scale load range	100kN	full scale load range	10,204kgf

한편, 다음의 표 5는 압축강도와 인장강도의 결과 평균값을 나타낸 것이다.

	실시예		비교예
	압축강도(MPa)	인장강도(MPa)	압축강도(MPa)	인장강도(MPa)
3일째	42.98	0.45196	18.273	0.28021
7일째	48.706	0.73657	35.038	0.52248
28일째	61.871	0.87669	40.352	0.58462

또한, 도 4 및 도 5는 결과치를 나타낸 그래프이다.

표 5 및 도 4 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예에 의하여 제조된 콘크리트 제품이 비교예에 의하여 제조된 기존의 분체 안료를 적용한 콘크리트 제품에 비해 월등히 향상된 압축강도 및 인장강도 특성을 나타냄을 알 수 있다.

즉, 압축강도의 경우 수용성 수지를 첨가함에 따라 동일한 양생 기간에 대해 실시예가 비교예에 비해 평균 1.7배 정도 향상된 결과를 나타내었고, 인장강도의 경우 28일 양생 기간 기준으로 1.5배 정도 향상된 결과를 얻을 수 있었다.

이러한 압축 및 인장 강도 특성 향상은 수용성 수지의 두 가지의 긍정적인 첨가효과로 해석할 수 있다.

즉, 앞에서 설명한 바와 같이 비교예에서는 무기질 안료 적용 제품 제조공정에서 소결 가공을 하지 않으므로 안료 분체, 시멘트, 골재 등 구성 성분 간 화학적 결합은 형성되지 않은 채 가압성형에 의한 구성 성분 간 물리적 결합만을 형성하게 된다.

이와는 달리, 하나의 첨가효과는 비교예의 상태에 더하여 제품 제조 공정에서 첨가되는 수용성 수지는 그 성분 특성상 결합제의 역할을 충분히 수행할 수 있는 화학적 특성을 가지고 있기 때문에 시편의 전 영역에 걸쳐 시멘트, 골재 성분 간의 물리적 결합력을 균일하게 강화시킴으로써 압축강도 및 인장강도 특성을 향상시키게 되는 것이다.

또한, 다른 하나의 첨가효과는 앞에서 제시한 겉보기 기공률 분석 결과와 연계하여 이해할 수 있다. 즉, 세라믹 소지의 압축강도, 인장강도, 굽힘강도 등의 기계적 특성은 기공률과 평균 입경(average grain size)에 직접적인 영향을 받게 되며 기공률과 평균 입경이 낮은 소지일수록 더 우수한 기계적 특성을 나타내게 된다. 겉보기 기공률 분석 결과(도 2 참조)에서 제시한 바와 같이 수용성 수지를 첨가한 본 발명에 따른 실시예의 콘크리트 제품이 비교예에 비해 동일한 평균 입경 조건 하에서 더 낮은 겉보기 기공률 즉, 더 치밀한 미세구조를 가져 더 우수한 강도 특성을 나타내는 것이다.

위에서 서술한 두 가지 첨가효과에 의한 강도 특성 향상은 무기질 안료 적용 제품의 특성을 평가하는데 있어서 매우 중요한 기계적 내구성의 향상을 의미하는 것으로써 칼라 탈색 저항성과 함께 제품의 수명 연장에 직접적인 영향을 미치게 된다.

한편, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 친환경 콘크리트 제품의 제조방법으로 제조된 콘크리트 블럭을 나타낸 사진이다.

도 6에서 보는 바와 같이, 콘트리트 블럭(1)은 착색골재(11)와 비착색골재(13)로 이루어질 수 있다.

상기 착색골재(11)는 수용성 수지에 분체 무기질 안료를 혼합한 것을 골재에 코팅하고 가열하여 소성시킨 것이다. 또한, 상기 비착색골재(11)는 수용성 수지만을 코팅한 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 콘크리트 블럭(1)은 단일 색상의 구현은 물론 서로 색상을 달리하는 여러 골재를 사용함으로써 다양한 색상이 어우러진 콘크리트 블럭(1)을 제조할 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 콘크리트 제품의 제조방법은 상술한 각 실시예에 따른 방법 및 용도에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.

1: 콘크리트 블럭 11: 착색골재
13: 비착색골재

Claims (5)

1. 골재를 수용성 수지 및 착색 안료의 혼합액으로 착색시켜 착색 골재를 제조하는 단계;
   제조된 상기 착색 골재, 시멘트, 물을 교반기에 투입하여 교반한 후 상기 수용성 수지를 투입하고 교반하여 혼합되는 콘크리트 조성물을 제조하는 단계; 그리고
   제조된 상기 콘크리트 조성물을 제품으로 경화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 친환경 콘크리트 제품의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 착색 골재를 제조하는 단계는,
   자연으로부터 추출된 광물질을 분쇄하여 골재를 제조하는 단계와,
   제조된 상기 골재를 수용성 수지 및 착색 안료와 혼합하고 가열하여 착색되는 착색 골재를 제조하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 친환경 콘크리트 제품의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 콘크리트 조성물을 제조하는 단계는,
   상기 콘크리트 조성물의 전체 중량 기준으로 상기 착색 골재가 60~90 중량%, 상기 시멘트가 4.5~20 중량%, 상기 수용성 수지가 0.5~10 중량%, 상기 물이 5~10 중량%로 이루어짐을 특징으로 하는 친환경 콘크리트 제품의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수용성 수지는, 부타디엔-스티렌계 수지에 가스제거제 및 점도강화제를 첨가하여 교반한 것으로 제조됨을 특징으로 하는 친환경 콘크리트 제품의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 콘크리트 조성물을 제품으로 경화시키는 단계는,
   상기 콘크리트 조성물의 양생시 윗면에 스며 올라온 부유 시멘트를 제거하도록 표면 가공하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 친환경 콘크리트 제품의 제조방법.

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