KR101084708B1 - 투수성 블록의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정 크기를 갖는 골재와 이 골재에 폴리올과 이소시아네이트를 혼합한 폴리우레탄 용액을 교반하여 제조되는 것을 특징으로 하는 투수성 블록 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 일정 크기를 갖는 골재(10)와, 이 골재(10)에 폴리올 성분인 제1재료(21) 및 이소시아네이트 성분인 제2재료(22)를 혼합한 폴리우레탄 용액(20)을 교반하여 이를 성형몰드에 투입하고 양생하여 제조되는 것이 특징이다.
본 발명에 따르면, 골재와 골재 사이에 형성된 공극으로 우수의 지하 침투를 용이하게 하여 지하수 자원을 증대시키며 식물의 생육환경을 돕고, 우수에 의한 하천 및 강의 범람을 최소화할 수 있으며, 천연재료를 사용하여 하천 및 강의 오염을 방지할 뿐만 아니라 다양한 색채를 형성한 도로를 제공할 수 있어서 주변 환경과 잘 어울리는 친환경적인 도로를 시공할 수 있다.

Description

투수성 블록 및 그의 제조 방법{Permeability Block and Method for manufacturing thereof}

본 발명은 투수성 블록 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정 크기를 갖는 골재와 이 골재에 폴리올과 이소시아네이트를 혼합한 폴리우레탄 용액을 교반하여 제조되는 것을 특징으로 하는 투수성 블록 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 보도 또는 도로에는 먼지의 발생을 최소화하며, 우수가 고이지 않도록 하여 사람 등의 왕래를 용이하게 할 목적으로 블록이 시공된다.

이러한 종래의 블록은 골재에 콘크리트(시멘트)를 배합하여 일정한 틀에 이를 투입하고 양생하여 제조되는 것으로, 골재와 골재 사이의 공극을 콘크리트가 채워지게 되어 우수의 지하 침투가 이루어지지 않는다. 이에 우수의 지하 침투는 블록과 블록 사이를 통해서만 이루어지는 것으로 우수의 지하 침투를 막아 지반이 건조화에 의한 지하수 자원을 고갈시킨다.

투수성을 향상시킬 수 있는 블록으로 폐타이어 또는 합성섬유 재질을 이용하여 블록을 제조하는 기술도 공지되었으나 이러한 재질의 블록도 그 블록을 이루는 하층부는 콘크리트 재질로 이루어져 우수의 침투는 상층부에서만 이루어진다.

또한, 종래의 블록은 다양한 색상으로 제조되는데 이때 사용되는 색상은 골재의 천연 색상이 아니라 인공적인 화학재료를 이용하여 제조되는 것으로, 설치된 블록에서 이 화학재료가 방출되어 하천 및 강을 오염시키기도 한다.

첨부된 도면의 도 1은 종래 블록 중 보도 블록을 도시한 것으로 이를 참조하여 설명한다.

종래 블록은 하층부(1)와 상층부(2)로 이루어지고 상층부에는 다양한 색의 화학재료를 첨가하여 구성된다.

이러한 종래의 블록에서 하층부(1)와 상층부(2)의 구분없이 이루어지는 블록도 있으나 대부분의 블록은 블록 자체의 강도를 높이고 보도 미관을 위해 하층부(1)는 콘크리트로 이루어지고 상층부(2)는 적색 및 녹색 등의 안료를 첨가하여 구성되는 것으로 블록의 우수 투수율이 미약하다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하고자 안출된 것으로, 본 발명은 우수의 지하 침투를 용이하게 하여 지하수 자원을 증대시키고 하천 또는 강의 범람을 최소화할 수 있는 블록 및 그의 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 천연 재료를 이용하여 지하수 및 하천 등이 오염되지 않도록 하는 블록 및 그의 시공 방법을 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 블록 및 그의 제조 방법을 제공하고자 하는 본 발명의 목적은, 일정 크기를 갖는 골재(10)와, 이 골재(10)에 폴리올 성분인 제1재료(21) 및 이소시아네이트 성분인 제2재료(22)를 혼합한 폴리우레탄 용액(20)을 교반하여 이를 성형몰드에 투입하고 양생하여 제조되는 것에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 골재와 골재 사이의 형성된 공극으로 우수의 지하 침투를 용이하게 하여 지하수 자원을 증대시켜서 식물의 생육환경을 돕고 하천 및 강의 범람을 최소화할 수 있다.

또한, 다양한 색상의 천연재료를 사용하여 하천 및 강의 오염을 방지할 뿐만 아니라 다양한 색채를 형성한 보도(도로)를 제공할 수 있어서 주변 환경과 잘 어울리는 친환경적인 보도(도로)를 시공할 수 있다.

도 1은 종래 보도 블록을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 투수성 블록의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 투수성 블록의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 투수성 블록의 단면 대용 확대 사진,
도 5는 본 발명에 따른 투수성 블록의 제조 방법을 나타낸 공정도,
도 6은 본 발명에 따른 상층부와 하층부를 이루는 블록의 제조 공정도,
도 7은 본 발명에 따른 압축/진동 단계의 공정도이다.

이하에서는 본 발명의 투수성 블록 및 그의 시공방법을 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 일정 크기를 갖는 골재와 이 골재에 폴리올과 이소시아네이트를 혼합한 폴리우레탄 용액을 교반하여 제조되는 것을 특징으로 하는 투수성 블록 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 특징은 골재와 이 골재를 서로 견고히 결합시키는 바인더 역할의 폴리우레탄 용액에 있다.

첨부된 도면의 도 2는 본 발명에 따른 투수성 블록의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 투수성 블록의 단면도를 도시한 것으로, 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.

폴리우레탄이란 반응성 수산기(하이드록실, Hydroxyl group)를 갖는 고분자 폴리올과 이들 반응성 폴리올과 이소시아네이트로 우레탄 반응을 시켜 얻어진 고분자물질을 총칭하는 것으로, 이 같은 폴리우레탄은 내산성, 내알칼리성, 내유성, 내마모성, 저온 특성과 우수한 인장 강도 및 탄성에 의한 충격 흡수 성능을 나타내면서 비교적 저렴하고 간편하게 시공을 할 수 있는 특징이 있다.

즉, 폴리우레탄 용액(20)은 제1재료(21)로 하는 폴리올 성분과 제2재료(22)로 하는 이소시아네이트 성분을 혼합하여 사용되는데, 제1재료(21)는 폴리에테르-폴리올, 알킬렌 디올, 폴리에스테르-폴리올 중에서 선택되는 하나로 구성될 수 있으며, 이때 폴리올(polyol)은 2개 이상의 수산기를 가진 지방족 화합물로서, 수산기 2개 가진 것을 글리콜 또는 디올(diol)이라고 하며, 그밖에 에틸렌글리콜 또는 프로필렌글리콜을 에테르화한 디에틸렌글리콜·디프로필렌글리콜·폴리에틸렌글리콜 등이 있다. 또한, 수산기를 3개 가진 대표적인 것은 글리세롤이며, 4개 가진 것으로는 펜타에리트리톨이 있다.

한편, 이소시아네이트(isocyanate)인 제2재료(22)는 분자에 이소시아네이트기(-NCO)를 함유하고 있는 유기화합물로서 디이소시아네이트 및 폴리이소시아네이트 중에서 선택되는 하나로 구성될 수 있다.

이때, 제1재료(21)와 제2재료(22)를 1:0.7 ~ 1:1.5 부피% 비율로 혼합하여 폴리우레탄 용액(20)을 제조할 수 있으며, 이를 주재료인 골재(10)에 0.02~0.1중량% 비율로 혼합하여 블록(100)을 제조한다.

즉, 주재료인 골재(10)와 폴리우레탄 용액(20)을 1:0.02 ~ 1:0.1 중량% 비율로 혼합/교반하여 블록(100)이 제조된다.

제1재료(21)와 제2재료(22)는 상온에서 액체 상태로 부피의 비율로 혼합될 수 있으나, 제1재료(21)와 제2재료(22)를 혼합한 폴리우레탄 용액(20)과 주재료인 골재(10)와는 상온에서 각각 액체와 고체 상태이므로, 이 두 재료를 혼합은 중량%의 비율로 혼합/교반된다.

상기한 비율에 따라 블록을 평가한 결과는 <표 1>과 같았다.

주재료와 폴리우레탄 용액 혼합비율 폴리우레탄 용액 혼합비율	1 : 0.01 (중량%)	1 : 0.02 (중량%)	1 : 0.03 (중량%)
1 : 0.85 (부피%)	손으로 쉽게 파쇄됨	표면은 경화되었으나 모서리 등은 파쇄됨	전체적으로 경화됨

상기 평가의 결과를 설명하면, 제1재료(21)와 제2재료(22)의 혼합비율을 1:0.85 부피%로 혼합하여 폴리우레탄 용액(20)을 제조하고, 주재료인 골재(10)의 중량에 대하여 각각 1%(1:0.01), 2%(1:0.02) 및 3%(1:0.03)의 폴리우레탄 용액(20)을 혼합하여 이를 양생하여 파쇄의 강도를 측정한 결과 주재료에 폴리우레탄 용액(20)을 혼합하는 비율을 증가할수록 강도는 증가하였다.

다만, <표 1>에는 표시되지 않았으나 주재료에 폴리우레탄 용액(20)을 10중량% 이상을 혼합하면 블록의 제조 비용이 증가되고 투수율이 저하되었다.

이와 같이 제조된 블록은 하층부(100)와 상층부(200)로 구분되도록 구성될 수 있으며, 첨부된 도면의 도 3을 통해 그 단면도를 살펴보면, 본 발명의 블록은 시공되는 지면을 다져서 형성하는 기층(도면에 미표시)의 상부에 시공되는 것으로서, 일정 두께를 가지는 하층부(100)와 이 하층부(100)의 상부에 도로의 표층을 이루는 상층부(200)로 구성될 수 있다.

이때, 하층부(100)는 기층과 면접하는 부분으로 굵은 골재가 사용될 수 있으며, 상층부(200)는 도로의 표면으로 잔 골재가 사용될 수 있다.

여기에서, 주재료인 골재에 대하여 설명한다.

블록(100)의 강도(휨강도)는 골재(10)가 가지는 강도에 바인더인 폴리우레탄 용액(20)에 의해서 결정될 수 있는 것으로, 골재(10)의 질과 폴리우레탄 용액(20)의 접착력이 중요하다. 또한, 다양한 색상의 도로를 시공하기 위해서 유사한 색을 띠는 골재(10)를 색상별로 선별하여 이를 블록의 골재로 사용될 수 있다.

유색골재는 상기의 목적에 부응하는 것으로서, 이 유색골재는 천연 유색골재, 인공골재로 이루어진 군 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합골재가 사용될 수 있다.

또한, 무색골재도 본 발명의 골재로 적합하다. 즉, 무채색은 흰색, 회색, 검은색 등을 의미하는 것으로, 일반적으로 사용되는 골재를 대부분 무채색의 무색골재이며, 이 무색골재에 여러 가지 그림을 표현하기 위해 유색골재를 사용하기도 한다.

따라서 본 발명에서의 골재는 적정한 강도 이상을 가지는 어떠한 골재를 사용하여도 무방하며, 특히 상층부(200)에 사용되는 골재를 유색골재 또는 무색골재를 사용하여 다양한 색상의 도로를 시공할 수 있다.

상기의 천연 유색골재 중에는 석영을 포함할 수 있는데, 이 석영은 무색, 백색, 회색, 황색, 갈색, 흑색, 자색, 적색, 녹색, 청색 등 다양한 색조를 나타내고, 투명하거나 반투명하며, 산이나 알칼리에 침해되지 않는 내산성이 있어서 본 발명을 이루는 골재로 우수하다. 따라서 이와 같은 석영을 본 발명의 골재로 이용한다면 산성비와 태양에 노출되는 환경에서도 수명이 긴 도로를 시공할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 골재는 이러한 석영뿐만 아니라 일정한 크기의 강도를 가지는 모든 골재를 사용할 수 있다.

한편, 블록을 시공하는 과정에서 사용된 폴리우레탄 용액(20)은 골재와 골재를 결합하는 바인더 역할만 수행하는 것으로서, 종래 골재와 골재를 결합하는 콘크리트 등과 같은 유해재료를 전혀 사용하지 않아 자연 친화적인 제품이다.

또한, 이 폴리우레탄 용액(20)은 상온(20~25℃)에서 쉽게 건조되어 상기 골재(10)에 폴리우레탄 용액(20)을 혼합/교반한 블록재료를 성형몰드에 투입한 후 압축 과정을 통해 제조하거나 압축과 진동을 동시에 실시하여 제조될 수 있다.

첨부된 도면의 도 4는 본 발명에 따른 투수성 블록의 단면 대용 확대 사진으로, 골재와 골재 사이에 형성된 공극으로 우수의 지하 침투를 용이하게 함과 동시에 골재(10)와 골재(10)를 서로 결합하는 폴리우레탄 용액(20)에 의해서 견고히 제조된다.

상기와 같이 구성되는 블록을 제조하는 방법에 대해서 설명한다.

본 발명에 따른 투수성 블록의 제조 공정은 첨부된 도면의 도 5와 같이 이루어진다.

본 발명에 따른 투수성 블록을 이용한 제조 방법의 공정은 골재가공 단계(S10), 골재세척 단계(S20), 골재건조 단계(S30), 폴리우레탄 제조 단계(S40), 혼합/교반 단계(S50), 성형몰드 투입 단계(S60), 압축/진동 단계(S70) 및 양생 단계(S80)를 포함하여 이루어진다.

(1) 골재가공 단계(S10)

골재가공 단계(S10)는 골재의 형상을 구형에 가까운 형상으로 가공하는 단계로서, 골재가 가급적 구 형상에 가까울수록 표면적이 넓어지고 골재와 골재 사이의 공극률이 증가하게 된다. 이에 골재의 표면적이 증가하게 되면 폴리우레탄에 의해서 골재와 골재를 결합하는 결합력이 증가하며 또한, 공극률이 증가하면 우수의 투수율도 증가한다. 이 골재 가공공정으로 도로 포장의 표면이 매끄럽게 포장되어 보행 및 자전거의 이용이 용이한 효과도 발생한다.

(2) 골재세척 단계(S20)

골재세척 단계(S20)는 골재(10, 도 2 참조)에 포함된 석분(분진) 등을 제거하기 위한 단계로서, 골재에 석분, 토사 등이 포함된 상태로 블록을 제조하면 골재 이외의 재료들(석분, 토사)에 의해 골재와 골재가 서로 결합되는 접착력이 저하되므로 이를 방지하기 위한 것이다. 즉, 이러한 골재세척 단계(S20)는 제조되는 블록의 강도를 증가시키도록 하는 중요한 단계이다.

(3) 골재건조 단계(S30)

골재건조 단계(S30)는 상기 골재세척 단계(S20)에서 사용된 세척수를 제거하는 단계로서, 골재세척에 사용된 세척수가 이 골재에 포함되어 있으면 블록을 제조되는 과정 또는 양생되는 과정에서 골재와 골재를 결합하는 폴리우레탄 용액(20)의 성질이 변화되어 결합력이 저하되므로 이를 방지하기 위한 것이다.

(4) 폴리우레탄 제조 단계(S40)

폴리우레탄 제조 단계(S40)는 폴리에테르-폴리올, 알킬렌 디올, 폴리에스테르-폴리올 중에서 선택되는 하나로 구성되는 제1재료와 디이소시아네이트 및 폴리이소시아네이트 중에서 선택되는 하나로 구성되는 제2재료를 혼합하여 골재와 골재를 결합하는 바인더 역할의 폴리우레탄 용액을 제조하는 단계이다.

이 단계에서 제1재료(21)와 제2재료(22)를 1:0.7 ~ 1:1.5 부피% 비율로 혼합될 수 있다.

(5) 혼합/교반 단계(S50)

혼합/교반 단계(S50)는 세척 건조된 골재(10)에 폴리우레탄 용액(20)을 혼합하고 이를 교반하여 블록재료를 제조하는 단계로서, 블록재료를 교반기(도면에 미표시)에 투입하고 교반하는 시간은 1~10분 정도 수행될 수 있다.

(6) 성형몰드 투입 단계(S60)

성형몰드 투입 단계(S60) 골재(10)와 폴리우레탄 용액(20)을 혼합/교반하여 제조된 블록재료를 일정한 형상을 유지하는 성형몰드(도면에 미표시)에 투입하여 상기 성형몰드의 형상을 가지도록 하는 단계이다. 즉, 성형몰드의 형상에 따라 다양한 형태의 블록이 제조될 수 있다.

(7) 압축/진동 단계(S70)

압축/진동 단계(S70)는 상기 성형몰드에 투입된 블록재료를 압축하거나 압축과 진동을 동시에 실시하여 골재와 골재 사이의 공극률을 축소하는 단계로서, 골재와 골재의 결합력을 증가시키는 과정이다. 즉, 성형몰드에 블록재료를 투입하는 것만으로도 블록이 제조될 수 있으나, 첨부된 도면의 도 7과 같이 블록재료를 성형몰드에 투입한 후 이를 압축하는 압축 단계(S71)로 하여 블록을 제조하거나 압축과 진동을 동시에 투입 실시하는 압축/진동 단계(S72)로 하여 블록을 제조할 수 있다.

이 과정으로 제작된 블록은 더욱 높은 강도를 가지게 된다.

(8) 양생 단계(S80)

양생 단계(S80)는 상기 성형몰드에 투입된 블록재료가 견고히 경화하도록 일정 시간 동안 보호하는 단계이다.

상기의 공정에서 하층부(100)와 상층부(200)로 구성되는 블록의 제조 공정을 설명한다.

상기의 과정에서 블록의 하층부(100)와 상층부(200)를 이루도록 성형몰드에 해당되는 블록재료 즉, 하층부(100)의 블록재료 내지 상층부(200)의 블록재료를 일정 두께로 투입하고 이후에 나머지 블록재료를 투입하여 하층부(100)와 상층부(200)가 구분되는 블록을 제조할 수 있다.

이때, 상층부(200)의 두께는 8~20mm의 두께를 가지도록 형성될 수 있는데, 이 공정은 유색블록재료와 무색블록재료를 제조하는 각각의 공정과 이 각각의 공정에서 제조된 유색 및 무색의 블록재료를 하나의 성형몰드에 순차적으로 일정량을 투입하여 제조할 수 있는 것으로, 그 공정은 첨부된 도면의 도 6과 같이,

블록재료 제조 단계(S50)에서는 유색골재에 상기 폴리우레탄 용액(20)을 혼합하고 이를 교반하여 유색 블록재료를 제조하는 유색블록재료 제조 단계(S51) 및

무색골재에 상기 폴리우레탄 용액(20)을 혼합하고 이를 교반하여 무색 블록재료를 제조하는 무색블록재료 제조 단계(S52);를 포함하여 이루어지며,

성형몰드 투입 단계(S60)에서는 제조된 유색블록재료를 성형몰드(도면에 미표시)에 투입하는 유색블록재료 투입단계(S61) 및 제조된 무색블록재료를 상기 성형몰드에 투입하는 무색블록재료 투입단계(S62);를 포함하여 이루어질 수 있다.

이때 유색 및 무색블록재료의 투입 순서는 변경가능하다.

본 발명에 따르면, 골재와 골재 사이의 형성된 공극으로 우수의 지하 침투를 용이하게 하여 지하수 자원을 증대시키며 식물의 생육환경을 돕고, 우수에 의한 하천 및 강의 범람을 최소화할 수 있다.

또한, 천연재료를 사용하여 하천 및 강의 오염을 방지할 뿐만 아니라 다양한 색채를 형성한 도로를 제공할 수 있어서 주변 환경과 잘 어울리는 친환경적인 도로를 시공할 수 있다.

10 : 골재 20 : 폴리우레탄 용액
21 : 제1재료 22 : 제2재료
100 : 하층부 200 : 상층부

Claims (10)

1. 골재(10)를 세척하는 골재세척 단계(S20)와;
   상기 세척된 골재(10)를 건조시키는 골재건조 단계(S30)와;
   폴리올 성분인 제1재료(21) 및 이소시아네이트 성분인 제2재료(22)를 혼합하여 폴리우레탄 용액(20)을 제조하는 폴리우레탄 제조 단계(S40);
   상기 골재건조 단계(S30)에서 상기 건조된 골재(10)에 상기 폴리우레탄 용액(20)을 혼합하고 이를 교반하는 블록재료 제조 단계(S50);
   상기 제조된 블록재료를 성형몰드에 투입하는 성형몰드 투입 단계(S60) 및
   상기 성형몰드에 투입된 블록재료를 양생하는 양생 단계(S80);를 포함하되,
   상기 블록재료 제조 단계(S50)는
   유색골재에 상기 폴리우레탄 용액(20)을 혼합하고 이를 교반하여 유색 블록재료를 제조하는 유색블록재료 제조 단계(S51) 및;
   무색골재에 상기 폴리우레탄 용액(20)을 혼합하고 이를 교반하여 무색 블록재료를 제조하는 무색블록재료 제조 단계(S52);를 포함하고
   상기 성형몰드 투입 단계(S60)는
   상기 제조된 유색블록재료를 성형몰드에 투입하는 유색블록재료 투입단계(S61) 및;
   상기 제조된 무색블록재료를 성형몰드에 투입하는 무색블록재료 투입단계(S62);를 포함하여 상층부(200)와 하층부(100)로 구성되는 것을 특징으로 하는 투수성 블록의 제조 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1재료(21)는 폴리에테르-폴리올, 알킬렌 디올, 폴리에스테르-폴리올 중에서 선택되는 하나로 구성되고,
   상기 제2재료(22)는 디이소시아네이트 및 폴리이소시아네이트 중에서 선택되는 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 투수성 블록의 제조 방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 폴리우레탄 용액(20)은 상기 제1재료(21)와 제2재료(22)를 1:0.7 ~ 1:1.5 부피% 비율로 혼합하고,
   상기 골재(10)와 상기 폴리우레탄 용액(20)을 1:0.02 ~ 1:0.1 중량% 비율로 혼합 교반하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 투수성 블록의 제조 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 골재세척 단계(S20) 이전에는
   상기 골재를 가공하는 골재가공 단계(S10);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투수성 블록의 제조 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 성형몰드 투입 단계(S60)와 양생 단계(S80) 사이에는 상기 성형몰드에 투입된 블록재료를 압축하는 압축 단계(S71);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투수성 블록의 제조 방법.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 성형몰드 투입 단계(S60)와 양생 단계(S80) 사이에는 상기 성형몰드에 투입된 블록재료를 압축과 동시에 진동하는 압축/진동 단계(S72);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투수성 블록의 제조 방법.
   
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