KR101069249B1 - 시멘트를 첨가하지 않는 비소성 블록 및 이의 제조방법 - Google Patents

시멘트를 첨가하지 않는 비소성 블록 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 비소성 블록은, 일반토양 50~90wt%와, 입경이 0.2~23mm인 강도보강재 10~50wt%가 혼합하여 형성된 베이스재에, 고로 슬래그 미분말, 황산알루미늄 및 천연펄프가 함께 첨가되어 이루어짐으로써, 친환경적이면서 내구성 및 강도가 뛰어나다.

Description

시멘트를 첨가하지 않는 비소성 블록 및 이의 제조방법{NON-SINTERING BLOCK AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 비소성 블록 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 시멘트를 첨가하지 않고, 불에 굽지 않는 방식(비소성)을 이용하여 제조되는 비소성 블록 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 환경과 건강에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데, 우리 주변에서 쉽게 접할 수 있는 건설재료도 친환경적인 요소를 요구하고 있는 추세이다. 그러나, 현재 우리나라는 풍부한 석회석 자원에 힘입어 거의 모든 블록 제품에 시멘트를 주재료로 사용하고 불에 굽는 방식이 적용되고 있다. 이러한 시멘트 및 소성용 제품의 예로서, 토목, 건축, 조경 자재인 하천호안 블록, 보강토 옹벽 블록, 보(차)도 블록, 경계석, 농배수로, 건축용 벽돌, 토담블록, 엔틱블록(굴림벽돌) 등이 있다.
그러나, 시멘트는 생산에 소요되는 엄청난 에너지소비, 과다한 이산화탄소배출량, 환경유해성분의 발생이라는 문제점을 안고 있다. 특히, 하천 사면안정용 호안블록, 유공 및 다공성 식생호안블록, 식물이 자랄 수 있고 구조적 안정 기능을 위한 생태 옹벽블록, 하천곤충, 어류등의 서식공간을 제공하여 하천 생태계가 풍부하게 되는 생태어소블록 등에 함유된 시멘트에 의하여, 하천이 오염될 수 있다.
또한, 도로 및 하천사면에 구조적 기능을 위해 사용하는 보강토 옹벽블록은 도로 및 하천에 시멘트의 알칼리염 용출 및 유해성분의 용출로 환경파괴의 원인이 된다. 그러나, 보강토 옹벽블록는 K.S 규격에서 압축강도를 240kg/cm2이상의 고강도로 규정하고 있어 시멘트 제품만이 유일한 제조방법으로 인식되어 왔다.
또한, 주로 도심 보도 및 주거단지 내부도로, 주차장 등에 사용되는 보(차)도 블록에 있어서도, 시멘트의 비 친환경성 물성 및 유해물질 침출 등에 따른 환경적인 문제와 햇볕의 현휘 현상에 따른 인체 시각에 피로감 유발, 재공사 시에 산업 폐기물 발생 등이 발생하고 있다.
한편, 우리 주거환경에 필요한 블록 제품들은 흙을 굽는 방식을 이용한 소성제품이 주를 이루고 있는바, 이러한 소성방식은 불에 강한 흙을 2~3년간 숙성해서 써야 하는 관계로 재료의 확보에 따른 자연환경 파괴의 원인이 된다. 또한, 소성 방식의 공정은 지속적인 에너지(경유,가스) 사용을 함으로써, 탄소 과다배출로 인한 주변 환경 오염, 세라믹화 된 불량제품의 리싸이클의 어려운 점, 및 고유가로 인한 제품의 원가상승 등 여러 가지 문제점을 가지고 있다.
또한, 소성 및 시멘트제품의 문제점으로 현재 많은 황토에 관한 연구 개발이 이루어지고 상품화되고 있으나 양질의 황토 채취로 인한 환경파괴의 원인이 되고 있고 기존 소성 및 시멘트 제품의 내구성, 강도를 추구하다 보니 과다한 무기재료(시멘트, 슬래그 등)의 사용으로 황토를 소량 사용하여 친환경적인 목적이 상실되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명에서는 시멘트를 사용하지 않으며 소성이 필요 없어, 친환경적이고 생태복원이 가능한 블록 및 이의 제조방법을 대안으로서 제시한다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 창안한 것으로서, 친환경적이면서 생태복원이 가능한 비소성 블록 및 이의 제조방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명과 관련된 비소성 블록은, 일반토양 50~90wt%와, 입경이 0.2~23mm인 강도보강재 10~50wt%가 혼합하여 형성된 베이스재에, 고로 슬래그 미분말, 황산알루미늄 및 천연펄프가 함께 첨가되어 조성된다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 강도보강재는 모래, 석분, 골재, 백운석(Dolomite)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 성분으로 이루어진다. 상기 강도보강재는 백운석이고 12~23mm의 입경과 40~50wt%의 함량을 가지며, 상기 일반토양은 50~60wt%의 함량을 가질 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 상기 고로 슬래그 미분말은 10~15wt%, 상기 황산알루미늄은 0.05~0.1wt%, 및 상기 천연펄프는 0.01~0.05wt%로 첨가된다. 상기 황산알루미늄에는 상기 황산알루미늄의 총 중량에 대하여 산화알루미늄이 17~50wt% 함유될 수 있다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예로서, 상기 베이스재에는 생석회, 소석회 및 보크사이트 분말 중 적어도 하나가 더 첨가된다.
상기 베이스재에 첨가되는 성분은, 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 소석회 5~15wt%, 생석회 3~5wt%, 고로슬래그 미분말 10~15wt%, 보크사이트 분말 0.5~3wt%, 황산알루미늄 0.05~0.1wt%, 천연펄프 0.01~0.05wt%가 될 수 있다.
상기 보크사이트 분말에는 상기 보트사이트 분말의 총 중량에 대하여 수산화알루미늄이 10~20wt% 함유될 수 있다. 상기 소석회는 24시간 이상 물에서 숙성될 수 있다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예로서, 상기 베이스재에는 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 황토, 백토 및 적토 중의 적어도 하나가 1~3wt% 첨가될 수 있다.
또한, 본 발명은, 일반토양 50~90wt%와 입경이 0.2~23mm인 강도보강재 10~50wt%로 이루어지는 베이스재를 마련하는 단계와, 상기 베이스재에 고로 슬래그 미분말, 황산알루미늄 및 천연펄프를 각각 첨가제로서 첨가하는 단계와, 상기 베이스재와 상기 첨가제가 혼합된 물질을 몰드 또는 형틀에 투입하는 단계, 및 상기 형틀에 투입된 물질에 압력을 가하여 성형하고 경화시켜 완성하는 단계를 포함하는 비소성 블록의 제조방법을 제시한다.
상기 블록의 제조방법의 일 예로서, 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 상기 고로 슬래그 미분말은 10~15wt%, 상기 황산알루미늄은 0.05~0.1wt%, 및 상기 천연펄프는 0.01~0.05wt%로 첨가되며, 상기 베이스재에는 생석회, 소석회 및 보크사이트 분말 중 적어도 하나가 더 첨가된다.
상기 블록이 하천 사면 안정용 호안블록, 생태어소 블록 또는 보도블록으로 이용되도록, 상기 베이스재는 일반토양 60wt%와 석분 40wt%인 강도보강재로 이루어지거나, 일반토양 60wt%와 석분 20wt%, 백운석 20wt%인 강도보강재로 이루어지며, 상기 베이스재에는 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 정제된 고로슬래그 미분말 10~15wt%, 생석회 3~5wt%, 보크사이트 분말 2~3wt%, 황산알루미늄 0.05~0.1wt%, 천연펄프 0.01~0.05wt% 및 물 8wt%가 첨가될 수 있다.
상기 블록이 옹벽 블록으로 이용되도록, 상기 베이스재는 일반토양 50wt%와 석분 20wt%, 백운석 30wt%인 강도보강재로 이루어지고, 상기 베이스재에는 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 생석회 5wt%, 보크사이트 분말 1~2wt% 및 물 8wt%가 첨가될 수 있다.
상기 블록이 미장용 벽돌이나 담장용 유공 블록으로 이용되도록, 상기 베이스재는 일반토양 70wt%와 강도보강재 30wt%로 이루어지고, 상기 베이스재에는 황토, 백토 및 적토 중의 적어도 하나가 더 첨가될 수 있다.
상기 블록의 제조방법의 다른 일 예로서, 상기 블록의 제조방법은 회전시키는 단계를 포함한다. 상기 회전시키는 단계는 상기 완성하는 단계에서 완성된 블록이 벽돌로 이용되도록 상기 완성된 블록을 원통믹서에 13~23mm의 골재와 같이 투입 후 회전시키는 단계가 될 수 있다.
본 발명은, 베이스재에, 고로 슬래그 미분말, 황산알루미늄 및 천연펄프가 함께 첨가됨에 따라, 시멘트가 첨가되지 않으면서도 내구성, 내수성 및 강도가 뛰어난 비소성 블록 및 이의 제조방법을 구현한다. 이와 같이, 시멘트가 첨가되지 않음에 따라, 친환경적인 토목 및 건설용 블록이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비소성 블록을 제조하는 방법을 나타내는 순서도.
도 2 내지 도 13은 본 발명과 관련한 비소성 블록의 실시예들을 나타내는 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함 한다. 본 출원에서의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명과 관련하여, 비소성 블록의 재료는 일반토양 50~95wt% 및 입경이 0.2~23mm인 강도보강재 5~50wt%로 구성되는 베이스재를 포함하고, 상기 베이스재에 상기 베이스재에 소석회, 생석회, 고로 슬래그 미분말, 보크사이트 분말, 황산알루미늄, 천연펄프로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 성분이 첨가되어 이루어진다.
예를 들어, 비소성 블록은, 일반토양 50~90wt%와, 입경이 0.2~23mm인 강도보강재 10~50wt%가 혼합하여 형성된 베이스재에, 고로 슬래그 미분말, 황산알루미늄 및 천연펄프가 함께 첨가되어 조성될 수 있다.
상기 일반토양은, 상기 일반토양은 생활 주변에서 쉽게 구할 수 있는 모든 흙을 말하며 강도보강재는 상기 일반토양의 강도를 보강하기 위한 물질로서 모래, 석분, 골재, 골재, 백운석(Dolomite)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 성분으로 이루어질 수 있다.
상기 베이스재의 일반토양과 강도보강재의 함량은 상기와 같이 일반토양이 50~90wt%이고 강도보강재 10~50wt%임이 바람직하다. 이는 일반토양이 50wt% 미만인 경우에는 일반토양의 친환경적인 성질을 잃어버릴 염려가 있고 90wt%가 초과되는 경우에는 강도가 낮아지기 때문이다.
상기와 같이 일반토양을 이용하기 때문에 소성제품이나 황토제품을 제조하는 경우와 같이 대규모 채취장을 만들 필요가 없어 환경파괴를 줄일 수 있고 재활용이 가능하므로 매우 친환경적이다.
이하 상기 강도보강재에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
상기 강도보강재 중에서, 입경이 0.2~0.8mm의 모래는 실내용 장식 타일류에 사용하는 것이 바람직하고, 0.8~13mm의 석분은 벽돌, 차.보도용 블록에 사용하는 것이 바람직하며, 13~23mm의 백운석은 하천, 도로의 고강도 구조물에 사용하는 것이 바람직하다.
상기 석분은 모래, 석재를 채취하고 남은 부산물, 연마 또는 절단공정 중 슬러지 형태로 형성될 수 있으며, 상기 골재는 생산공정 중에 부산물로 나오는 재활용 골재가 될 수 있다.
이때 재활용 골재로서 한국건설생활환경시험연구소, 한국화학융합시험연구소의 시험성적서를 통과한 재활용 제품은 전부 사용될 수 있고, 콘크리트 폐기물 처리 후의 골재나 각종 제련소의 부산물인 핫볼(Hot ball) 등도 사용이 가능하다. 즉, 상기 골재로서, 각종 공사 후에 나오는 부산물이나 주변에서 쉽게 구할 수 있는 것이 사용될 수 있으며, 특히 산업용 부산물로 나오는 골재의 사용에 의하여 원가가 크게 절감될 수 있다.
상기 백운석(Dolomite)은 탄산석회와 탄산마그네슘이 1:1로 복탄산염을 이루는 물질로 굳기가 3.5~4로서 상기 백운석을 사용하는 경우 고강도를 요구하는 토목용 블록의 재료로서 사용이 가능하다.
이하, 상기 베이스재에 첨가되는 첨가제의 각 조성에 대해 더욱 상세히 설명한다.
이 때 하기에 설명하는 각 조성의 함량의 범위는 각 조성을 사용하는 경우 얻어지는 각각의 효과와 다른 조성과 혼합하여 얻어지는 시너지 효과를 최대화하기 위한 최적의 범위이다.
상기 고로 슬래그 미분말은 철(iron)을 생산하는 고로(용광로)에 장입된 철광석, 코크스와 석회석 등에 포함된 비철성분이 용융된 것을 고압의 물로 급랭시켜 모래와 같은 형상의 수재슬래그를 밀(mill)에서 일정 분말도로 분쇄한 것을 말하며 물과의 수화반응에 의해 구조물의 장기 강도를 증진시키고 조직을 치밀하게 유지해줘 내구성을 향상시킨다.
상기 고로 슬래그 미분말은 철(iron)을 생산하는 고로(용광로)에 장입된 철광석, 코크스와 석회석 등에 포함된 비철성분이 용융된 것을 고압의 물로 급랭시켜 모래와 같은 형상의 수재슬래그를 밀(mill)에서 일정 분말도로 분쇄한 것을 말한다. 상기 고로 슬래그 미분말은 물과 알칼리, 황산염 등과의 반응에 의해 제품의 장기 강도를 증진시키고 조직을 치밀하게 유지해줘 내구성을 향상시킨다. 또한 상기 고로 슬래그 미분말은 물의 흡수를 막아 흡수율을 저하시킴으로서 겨울철 동파방지를 방지하는 동결융해성을 향상시킨다.
상기 고로슬래그 미분말의 분말도는 비표면적이 6,000㎠/g~ 8,000㎠/g인 것을 사용함이 바람직하다.
상기 정제된 고로슬래그 미분말은 베이스재에 대하여 10~15wt%를 사용함이 바람직하다. 이는 10wt% 미만 사용시 제품 사이의 미세한 공간을 메워주는 작용이 떨어져 흡수율이 올라가 제품의 동파에 영향이 있으며, 15wt% 초과 사용시는 수화반응에 따른 알칼리,황산염의 사용증가로 흙 본래의 물성이 약해지고 원가상승의 문제점이 있기 때문이다.
상기 황산알루미늄(Al2(SO4)3)은 흙입자들의 분리를 방지하여 고른 밀도를 유지할 수 있게 하고, 일반토양의 성질로 인한 팽창, 수축을 방지하며 특히, 물을 정화하는 작용을 한다. 상기 황산알루미늄은 상기 베이스재에 대하여 0.05~0.1wt%를 사용함이 바람직하다.
이는 0.05wt% 미만 사용시에는 흙입자들의 고른 밀도,팽창,수축 및 흙과의 치환이 떨어져 블록의 기능이 저하되며, 0.1wt% 초과 사용시 석회(알칼리)와 산에 의한 중화작용으로 강도발현을 떨어뜨리는 문제점이 있기 때문이다.
또한, 상기 황산알루미늄으로서 흙과의 치환에 도움을 주도록 천연 고령토의 주성분인 산화알루미늄(Al2O3)의 함량이 17wt%이상인 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 황산알루미늄에는 상기 황산알루미늄의 총 중량에 대하여 산화알루미늄이 17~50wt% 함유될 수 있다.
상기 천연펄프는 주성분이 셀룰로우즈 성분으로 분자간 수소결합으로 인해 30~65%의 결정성을 갖는 천연 고분자이다. 상기 천연펄프는 ph안정성으로 강산과 강알칼리(ph3.0~11)에도 강해 블록제품의 내구성을 향상시키며 수산화기(-OH)를 안정시켜 제품의 성형성을 향상시킨다. 또한, 상기 천연펄프는 혼합된 재료 사이의 접착력을 증가시켜 초기강도 증진 및 특히, 흙(일반토양)속에 함유되어있는 유기물질과 무기재료 사이의 상용성(compatibillity)으로 블록 제품의 물성을 증가시킬 수 있다.
상기 천연펄프는 베이스재에 대하여 0.01~0.05wt%를 사용함이 바람직하다. 이는 0.01wt% 미만 사용시는 흙분자들간의 접착력이 떨어지고 0.05wt% 초과 사용시에는 고가의 천연재료로서 원가상승의 문제점이 있다.
이와 같이, 고로 슬래그 미분말, 황산알루미늄 및 천연펄프가 첨가됨에 따라, 시멘트가 첨가되지 않는 상태에서 비소성 블록이 구현될 수 있다. 나아가, 상기 베이스재에는 생석회, 소석회 및 보크사이트 분말 중 적어도 하나가 더 첨가될 수 있다.
상기 소석회는 화학공업에서 원료로 널리 쓰이는 부드러운 흰 분말로서 수산화칼슘이라고 하고, 상기 소석회를 물로 반죽하여 두면, 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 굳어지며 이 성질에 의하여 건축용의 석회 반죽으로 만들어진다. 소석회는 이 밖에도 표백분의 원료, 산성 토양의 교정 등에 쓰인다.
이 때 상기 소석회(Ca(OH)₂)는 24시간 이상 물에서 숙성시킨 것을 사용함이 바람직하다. 상기와 같이 소석회를 24시간 이상 물에서 숙성시킨 것을 사용하면 숙성과정에서 해로운 가스 및 불순물이 제거되어 일반토양과의 접착성 및 강도가 증진되며 고로 슬래그 수화반응에 따른 알칼리 성분을 부여할 수 있다.
하기의 표 1은 미숙성한 소석회 또는 24시간 숙성시킨 소석회의 사용시 압축강도와 흡수율을 측정한 측정치를 나타낸다.
구분 흡수율(%) 압축강도(N/mmㅂ) 비고
24시간이상숙성 8.0 23.00
미숙성 10.4 17.50
상기한 시험결과에 의하면 실시예1의 방법에 의해 제조된 소석회를 사용하는 경우 압축강도 및 흡수율이 미숙성 소석회 사용시보다 24시간 이상 숙성시킨 소석회가 월등한 결과(20~30%)를 나타냄을 알 수 있다.
상기 소석회는 베이스재에 대하여 5~15wt% 사용함이 바람직하다. 이는 5wt%미만 사용시 물에 약해(우천시) 보(차)도 블록이나 건축 외장재로서 사용이 불가능하고, 16wt%이상 과다 사용시 일반토양의 빠른 경화로 인해 제품에 균열이 발생할수 있으며 원가상승의 문제점이 있다.
상기 생석회는 석회석에서 열을 가하여 얻어지는 물질로서 물과 반응하여 열을 발산하며(발열반응), 흙과 반응하여 굳어지는 성질이 있다. 이러한 발열반응에 의해 흙제품의 양생에 도움을 주며 또한 세균살균 작용 및 곰팡이의 서식을 막아주는 기능으로 위생성을 향상시켜 주는 기능을하고 고로슬래그 수화반응을 도와 강도증진을 부여할 수 있다.
상기 생석회는 베이스재에 대하여 3~5wt%의 중량비를 가질 수 있다. 이는 3wt% 미만 사용시 발열반응이 늦어 제품의 양생시간이 길어지는 문제점이 있으며 5wt% 초과 사용시는 발열반응이 빨라 제품의 경화가 빨라져 제품에 균열이 발생할 수 있기 때문이다.
보크사이트(bauxite) 분말은 점토광물로서 여러 가지 색상을 나타내지만 적색을 띠는 것을 사용될 수 있다. 이는 블록의 일반토양 질감을 높여주고 특히 자체에 포함하고 있는 수산화알루미늄(Al(OH)3)이 난연성 및 내열성이 강해 블록제품으로서 적합하고 특히 환경변화에 따른 산성비에 강하며 일반토양에 포함되어 있는 중금속 제거 작용도 한다. 상기 보크사이트 분말에는 상기 보트사이트 분말의 총 중량에 대하여 수산화알루미늄이 10~20wt% 함유될 수 있다.
상기 보크사이트 분말은 입경이 0.2~0.8mm인 것을 사용되고, 상기 베이스재에 대하여 0.5~3wt% 사용될 수 있다. 이는 0.5wt% 미만 사용시 자체 특성인 난연성, 내열성의 효능이 떨어지고 4wt% 이상 사용시 수산화알루미늄에 의한 제품표면에 백화현상이 발생할 수 있는 문제점이 있기 때문이다.
상기 비소성 블록의 재료에는 천연색상 무기재료가 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 1~3wt%의 함량이 더 첨가될 수 있다.
상기 천연 색상 무기재료는 황토, 백토, 적토 중의 어느 하나를 사용할 수 있고 색상 보조재로 사용된다. 1wt% 미만 사용시에는 색상이 잘 나타나지 않을 수 있고 3wt% 초과 사용시에는 천연재료로서 원가상승의 문제점이 있다.
이하, 상기의 재료를 이용하여 생성되는 비소성 블록 및 이의 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비소성 블록을 제조하는 방법을 나타내는 순서도이고, 도 2 내지 도 13은 본 발명과 관련한 비소성 블록의 실시예들을 나타내는 도면들이다.
먼저 흙(일반토양) 50~90wt% 및 입경이 0.2~23mm인 강도보강재 10~50wt%의 함량으로 베이스재를 마련한다(S201). 다음으로 상기 베이스재에 고로 슬래그 미분말, 황산알루미늄 및 천연펄프를 각각 첨가제로서 첨가한다(S202). 상기 베이스재에는 생석회, 소석회 및 보크사이트 분말 중 적어도 하나가 더 첨가될 수 있다.
여기서, 강도보강재 및 첨가제는 앞서 비소성 블록의 재료에서 설명된 성분 및 조성들을 가진다.
다음으로 상기 베이스재와 상기 첨가제가 혼합된 물질을 몰드 또는 형틀에 투입한다(S203). 상기 몰드 또는 형틀은 하천호안 블록, 보강토 옹벽 블록, 보(차)도 블록, 경계석, 농배수로, 건축용 벽돌, 토담블록, 엔틱블록(굴림벽돌) 등을 제조하는 몰드 또는 형틀이 될 수 있다.
마지막으로, 상기 형틀에 투입된 물질에 압력 및 압력을 가하여 성형하고 경화시켜 비소성 블록을 완성한다(S204).
이 때 압력 및 진동을 가하여 성형시키는 단계에서는 건식 유압성형 방식, 진공토련기 성형방식, 습식 진동성형 방식이 사용될 수 있다. 한편 수분율은 건식 유압성형 방식의 경우 5~10%, 진공토련기 성형 방식의 경우 18~20%, 습식 진동성형 방식의 경우 30~40%가 된다.
도시에 의하면, 비소성 블록을 제조하는 방법은 상기 완성하는 단계(S204)에서 완성된 블록이 벽돌, 특히 엔틱블록(굴림벽돌)로 이용되도록 상기 완성된 블록을 원통믹서에 13~23mm의 골재와 같이 투입 후 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 13에는 상기한 방법에 의해 제조된 비소성 블록의 예가 도시되어 있다..
상기 비소성 및 시멘트를 첨가하지 않는 흙을 이용한 블록 제조방법은 소성방식으로 제조되는 블록에 비해 에너지 사용이 전혀 없어 제품의 원가를 크게 절감할 수 있다. 또한, 상기 제조방법은 에너지 다소비, 이산화탄소 과다배출, 육가크롬의 용출 등의 문제점이 있는 시멘트를 전혀 사용하지 않으므로 지구 온난화 방지 및 생태계, 자연환경 보호를 할 수 있어 매우 친환경적이면서 생태복원에 이바지 할 수 있다.
또한 전술한 조성 및 제조방법에 의하여 제조된 블록은 기존의 소성 및 시멘트 제품의 내구성, 내수성 및 강도 기준에도 손색이 없고 유해물질(알칼리염, 육가크롬)의 용출도 없으므로 소성 및 시멘트 제품을 대체하는 블록으로서 바람직하게 사용할 수 있다.
아래 표 2는 전술한 조성 및 제조방법에 의하여 제조된 블록 제품의 중금속 용출시험 결과로서 상기 블록 제품이 무해함을 알 수 있다.(시험방법:폐기물공정시험기준:2008)
검사항목 단위 지정폐기물수준 결과 시험방법
6가크롬 mg/1 1.5이상 검출안됨 폐기물공정시험:2008
납함유량 mg/1 3이상 검출안됨
카드뮴함유량 mg/1 0.3이상 검출안됨
비소함유량 mg/1 1.5이상 검출안됨
수은함유량 mg/1 0.005이상 검출안됨
구리함유량 mg/1 3이상 0.05
트리클로로에틸렌 mg/1 0.3이상 검출안됨
테트라클로로에틸렌 mg/1 0.1이상 검출안됨
시안함유량 mg/1 1이상 검출안됨
유기인화합물 mg/1 1이상 검출안됨
기름함유량 mg/1 5이상 검출안됨
이하는 상기의 방법에 의해 제조되는 비소성 블록의 예이다.
상술한 각 물질의 조성과 제조방법에 의해 비소성 블록은 사면안정용 호안블록, 도 2의 유공 및 다공성 식생 호안블록, 도 3의 생태옹벽블록, 도 4의 생태어소블록, 도 5의 보강토 옹벽블록, 도 6의 농배수로, 도 7의 보(차)도블록, 도 8의 천연색상 보(차)도블록, 도 9의 경계석, 도 10의 건축용벽돌, 도 11의 엔틱벽돌(굴림벽돌), 도 12의 유공블록, 도 13의 흙타일 등으로 제조될 수 있다.
<실시예 1>
상기 블록이 하천 사면 안정용 호안블록, 생태어소 블록 또는 보도블록으로 이용되도록, 상기 베이스재는 일반토양 60wt%와 석분 40wt%인 강도보강재로 이루어지거나, 일반토양 60wt%와 석분 20wt%, 백운석 20wt%인 강도보강재로 이루어지며, 상기 베이스재에는 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 정제된 고로슬래그 미분말 10~15wt%, 생석회 5wt%, 보크사이트 분말 2~3wt%, 황산알루미늄 0.05wt%, 천연펄프 0.01wt% 및 물 8wt%가 첨가될 수 있다.
보다 구체적으로, 흙(일반토양) 60wt%, 0.8~13mm석분 40wt% 베이스재에 첨가제로 정제된 고로슬래그 미분말 10~15wt%, 생석회 3~5wt%, 보크사이트 분말 2~3wt%, 황산알루미늄 0.05~0.1wt%, 천연펄프 0.01~0.05wt%이 첨가된다. 여기에 물을 8wt% 비율로 혼합하여 500x500x100mm규격의 몰드에 투입하고 건식 유압방식에 의한 블록제품을 제작 한 다음, 7일동안 자연양생 시키는 방법으로 블록을 제조하였다. 이러한 조성 및 방법에 의하면 유공 및 다공성 식생호안블록, 하천 사면 안정용 호안블록 등을 제조하는 것이 가능하다.
다른 예로, 흙(일반토양) 60wt%, 13~23mm백운석 20wt%, 0.8~13mm석분 20wt%의 베이스재에 실시예 1에서 사용한 동일한 첨가제의 비율로 혼합하여 500x500x200mm규격의 몰드에 투입하고 건식유압 방식에 의한 블록제품을 제작 한 다음, 7일동안 자연양생 시키는 방법으로 제조하였다. 상기 다른 예에 의하면 하천곤충,어류 등의 서식공간을 제공하는 생태어소 블록 등을 제조하는 것이 가능하다.
<실시예 2>
상기 블록이 옹벽 블록으로 이용되도록, 상기 베이스재는 일반토양 50wt%와 석분 20wt%, 백운석 30wt%인 강도보강재로 이루어지고, 상기 베이스재에는 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 고로 슬래그 미분말은 10~15wt%, 상기 황산알루미늄은 0.05~0.1wt%, 및 상기 천연펄프는 0.01~0.05wt%, 생석회 5wt%, 보크사이트 분말 1~2wt% 및 물 8wt%가 첨가될 수 있다.
상기 성분의 재료를 500x500x200mm규격의 몰드에 투입하고 건식 유압 방식에 의한 블록을 제조 한 다음, 7일동안 자연 양생시켰으며, 이를 통하여 식물이 자랄 수 있고 구조적 안정 기능을 위한 생태 옹벽블록 등을 제조하는 것이 가능하다.
또한, 상기 성분의 재료를 400x400x200mm규격의 몰드에 투입하고 건식 유압 방식에 의한 블록을 제조 한 다음, 7일동안 자연양생 시키는 방법으로 도로 및 하천사면에 구조적 기능을 위해 사용되는 보강토 옹벽블록을 제조하였다.
<실시예 3>
흙(일반토양) 60wt%, 13~23mm백운석 20wt%, 0.8~13mm석분 20wt%의 베이스재에 첨가제로는 정제된 고로슬래그 미분말, 생석회, 보크사이트 분말, 황산알루미늄, 천연펄프에 물 8wt% 비율로 혼합하여 200x100x80mm규격의 몰드에 투입하고 건식 유압방식에 의한 블록을 제조 한 다음, 7일동안 자연양생 시키는 방법으로 보(차)도 블록을 제조하였다.
실시예 3에 의하면 시멘트제품과는 달리 하절기에 복사열을 줄여 대류 공기를 쾌적하게 하고 주변 환경과 어우러지는 보(차)도 블록 등을 제조하는 것이 가능하다.
<실시예 4>
상기 베이스재는 일반토양 70wt%와 강도보강재 30wt%로 이루어지고, 상기 베이스재에는 황토, 백토 및 적토 중의 적어도 하나가 더 첨가된다. 황토, 백토 및 적토는 색상보조재로서, 이를 통하여 미장용 벽돌이나 담장용 유공 블록이 제조될 수 있다.
나아가, 상기 색상보조재의 첨가에 의하여, 천연색상 보(차)도 블록, 흙벽돌, 엔틱블록(굴림벽돌) 등이 구현될 수 있다.
상기 미장용 벽돌, 담장용 유공 블록, 천연색상 보(차)도 블록, 흙벽돌, 엔틱블록(굴림벽돌) 뿐만 아니라, 경계석, 토담벽돌 등은 전술한 제조방법에서 첨가제의 조성비 내에서, 적정한 몰드 및 형틀을 사용함에 따라 구현될 수 있다.
<실시예 5>
흙(일반토양) 80wt%, 0.2~0.8mm모래 20wt%의 베이스재에 정제된 고로슬래그 미분말, 소석회, 보크사이트 분말, 황산알루미늄, 천연펄프 및 색상보조재와 물 18wt%을 혼합하여 190x57x30mm규격으로 진공 토련기 방식에 의한 블록을 제조 한 다음, 7일동안 자연양생 시키는 방법으로 흙타일을 제조하였다.
상기 흙타일은 흙의 생명력으로 인한 실내의 습도유지 및 알레르기를 방지하는 작용을 하는 실내 기능성 제품으로서, 사용된다.
상기 실시예 1 내지 5의 방법에 의해 제조된 비소성 블록의 시료를 각각 취하여 압축강도, 흡수율을 측정하여 하기 표 3에 나타내었고 비교예1로 KS규격(KS L 4201)과 GR규격(GR F 4014)의 소성제품 시험항목의 기준치를 나타내었다.
구분 흡수율(%) 압축강도(N/mm2) 비고
호안블록 7.3 24.00
생태어소블록 6.5 24.50
생태옹벽블록 5.8 31.00
보강토옹벽블록 6.2 29.50
농배수로 5.0 26.00
보(차)도블록 8.0 25.50
천연색상보(차)도블록 7.5 24.50
경계석 4.8 30.00
토담벽돌 12 16.50 3종기준
흙벽돌 8.2 23.00 2종기준
엔틱블록(굴림벽돌) 8.5 22.50 2종기준
담장용유공블록 10 17.50 3종기준
흙타일 11 15.50 3종기준
비교예1(1종) 10이하 20.59이상 KS L 4201
비교예1(2종) 13이하 15.69이상
비교예1(3종) 15이하 10.78이상
비교예2(1종) 10이하 22.54이상 GR F 4014
비교예2(2종) 13이하 20.59이상
비교예2(3종) 15이하 10.78이상
상기 시험 결과에 의하면 실시예 1 내지 4의 방법에 의해 제조된 블록시료들의 압축강도 및 흡수율이 비교예1과 2의 KS규격(KS L 4201) 및 GR규격(GR F 4014)의 소성제품 시험항목의 기준치보다 월등한 결과를 나타냄을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 비소성 및 시멘트를 첨가하지 않는 흙을 이용한 블록은 시멘트 및 소성제품과 비하여 뛰어난 내구성,내수성 및 강도를 가지므로 훌륭한 대체제로 활용될 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 일반토양 50~90wt%와, 입경이 0.2~23mm인 강도보강재 10~50wt%가 혼합하여 형성된 베이스재에,
    고로 슬래그 미분말, 황산알루미늄 및 천연펄프가 함께 첨가되어 조성되는 것을 특징으로 하는 비소성 블록.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강도보강재는 모래, 석분, 골재, 백운석(Dolomite)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 성분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비소성 블록.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 강도보강재는 백운석이고 12~23mm의 입경과 40~50wt%의 함량을 가지며, 상기 일반토양은 50~60wt%의 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 비소성 블록.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베이스재의 총 중량에 대하여 상기 고로 슬래그 미분말은 10~15wt%, 상기 황산알루미늄은 0.05~0.1wt%, 및 상기 천연펄프는 0.01~0.05wt%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 비소성 블록.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 황산알루미늄에는 상기 황산알루미늄의 총 중량에 대하여 산화알루미늄이 17~50wt% 함유되는 것을 특징으로 하는 비소성 블록.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베이스재에는 생석회, 소석회 및 보크사이트 분말 중 적어도 하나가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 비소성 블록.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 베이스재에 첨가되는 성분은, 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 소석회 5~15wt%, 생석회 3~5wt%, 고로슬래그 미분말 10~15wt%, 보크사이트 분말 0.5~3wt%, 황산알루미늄 0.05~0.1wt%, 천연펄프 0.01~0.05wt%인 것을 특징으로 하는 비소성 블록.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 보크사이트 분말에는 상기 보트사이트 분말의 총 중량에 대하여 수산화알루미늄이 10~20wt% 함유되는 것을 특징으로 하는 비소성 블록.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 소석회는 24시간 이상 물에서 숙성되는 것을 특징으로 하는 비소성 블록.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 베이스재에는 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 황토, 백토 및 적토 중의 적어도 하나가 1~3wt% 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 비소성 블록.
  11. 일반토양 50~90wt%와, 입경이 0.2~23mm인 강도보강재 10~50wt%로 이루어지는 베이스재를 마련하는 단계;
    상기 베이스재에 고로 슬래그 미분말, 황산알루미늄 및 천연펄프를 각각 첨가제로서 첨가하는 단계;
    상기 베이스재와 상기 첨가제가 혼합된 물질을 몰드 또는 형틀에 투입하는 단계; 및
    상기 형틀에 투입된 물질에 압력을 가하여 성형하고 경화시켜 완성하는 단계를 포함하는 비소성 블록의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 베이스재의 총 중량에 대하여 상기 고로 슬래그 미분말은 10~15wt%, 상기 황산알루미늄은 0.05~0.1wt%, 및 상기 천연펄프는 0.01~0.05wt%로 첨가되며,
    상기 베이스재에는 생석회, 소석회 및 보크사이트 분말 중 적어도 하나가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 비소성 블록의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 블록이 하천 사면 안정용 호안블록, 생태어소 블록 또는 보도블록으로 이용되도록,
    상기 베이스재는 일반토양 60wt%와 석분 40wt%인 강도보강재로 이루어지거나, 일반토양 60wt%와 석분 20wt%, 백운석 20wt%인 강도보강재로 이루어지며,
    상기 베이스재에는 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 정제된 고로슬래그 미분말 10~15wt%, 생석회 3~5wt%, 보크사이트 분말 2~3wt%, 황산알루미늄 0.05~0.1wt%, 천연펄프 0.01~0.05wt% 및 물 8wt%가 첨가되는 것을 특징으로 하는 비소성 블록의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 블록이 옹벽 블록으로 이용되도록,
    상기 베이스재는 일반토양 50wt%와 석분 20wt%, 백운석 30wt%인 강도보강재로 이루어지고,
    상기 베이스재에는 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 생석회 5wt%, 보크사이트 분말 1~2wt% 및 물 8wt%가 첨가되는 것을 특징으로 하는 비소성 블록의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 완성하는 단계에서 완성된 블록이 벽돌로 이용되도록 상기 완성된 블록을 원통믹서에 13~23mm의 골재와 같이 투입 후 회전시키는 단계를 더 포함하는 비소성 블록의 제조방법.
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