KR101096012B1 - 고화결합재 조성물 및 재활용재료를 이용한 수질정화기능을 갖는 친환경 콘크리트 - Google Patents

고화결합재 조성물 및 재활용재료를 이용한 수질정화기능을 갖는 친환경 콘크리트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고화결합재 조성물 및 재활용재료를 이용한 수질정화기능을 갖는 친환경 콘크리트블록에 관한 것으로 구체적으로는 시멘트 결합재를 사용하지 않고 레이들 슬래그 및 고로 수재 슬래그 천연 또는 화학 무수석고, 소석고, 석회, 급결경화제, 소포제로 조성되는 고화결합재 조성물에 순환골재, 폐목 목탄입자, 혼화제 및 결합수로 조성되는 수질정화기능을 갖는 친환경콘크리트블록에 관한 것이다.

Description

고화결합재 조성물 및 재활용재료를 이용한 수질정화기능을 갖는 친환경 콘크리트{Natural friendly-concrete block with function of purificating water using composition of firm-agent and recyclable materials}
본 발명은 고화결합재 조성물 및 재활용재료를 이용한 수질정화기능을 갖는 친환경 콘크리트블록에 관한 것으로 구체적으로는 시멘트 결합재를 사용하지 않고 레이들 슬래그 및 고로 수재 슬래그 천연 또는 화학 무수석고, 소석고, 석회, 급결경화제, 소포제로 조성되는 고화결합재 조성물에 순환골재, 폐목 목탄입자, 혼화제 및 결합수로 조성되는 수질정화기능을 갖는 친환경콘크리트블록에 관한 것이다.
최근 전세계적으로 환경부하저감 및 환경친화적인 재료 등 환경에 따른 트렌드(Trend)가 이슈화되고 있는 추세로서 건설토목분야에서 콘크리트제품의 필수재료인 시멘트는 경제성과 우수한 강도 특성 때문에 불가분의 주재료로서 독보적으로 사용되어 왔으나 시멘트제조시 CO2 가스배출, 다량의 에너지소비, 분진 및 소음 등으로 환경오염산업으로 지목되고 있고 또한 시멘트는 인체에 유해한 물질을 포함하고 있어 시멘트 독성에 의한 아토피를 유발시키는 등 실생활에 있어서도 환경적으로 유해함으로써 이를 대체할 수 있는 바인더들을 사용한 친환경적인 콘크리트제품 개발이 요구되고 있으며 더욱이 현정부에서 녹색뉴딜산업의 일환으로 4대강 살리기사업 등 하천정비사업을 추진하고 있는 현 시점에서 정부의 녹색성장정책에 부응하는 친환경적인 수자원정비를 가능케하는 환경친화적인 콘크리트구조물개발 또는 당면하고 있는 시급한 문제라 할 수 있다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 노력에 의한 연구들이 부단히 진행되어 왔고 향후에도 진행되어야 하겠지만 아직까지는 큰 성과를 얻지못하고 있는 것이 당분야의 실정이라 하겠다.
본 발명은 시멘트의 공해와 기타환경의 오염으로부터 보다 친환경적인 상태로 지향하기 위하여 시멘트 사용을 전면배제하고 이를 대체할 수 있는 고화결합재 조성물을 개발하여 여기에 재생골재, 폐목재를 재활용한 폐목탄, 혼화제 및 결합수로 조성되는 콘크리트 조성물로 경쟁력이 우수하고 무공해성이며 수질정화기능까지 부여된 친환경 콘크리트블록을 개발함에 있으며 좀더 구체적으로는 상기 재생골재와 폐목재로부터 얻어진 카본의 경우 다공성의 구조와 높은 흡수율을 가지고 있어 비표면적이 넓게 나타나며 비표면적의 증가는 수질정화기능과는 비례하지만 강도와는 반비례함으로 우수한 수질정화기능을 가지면서 높은 강도를 얻기 위한 2차 정련슬래그인 레이들 슬래그 및 고로 수재 슬래그, 천연 또는 화학의 무수석고, 석회류, 급결경화제, 소포제로 조성되는 새로운 고화바인더조성물을 개발함으로써 시멘트를 사용하지 않고도 일반시멘트콘크리트수준의 콘크리트조성물을 얻을 수 있었다.
본 발명과 관련한 종래기술로서 기존의 고화바인더의 경우 친환경성을 부각시키면서 시멘트의 함량을 최소화시키거나 시멘트를 배제시킨 바인더로 얻어진 블록 구조물들이 소개되고 있으나 강도내구성의 한계를 벗어날 수 없었으며 이와 관련된 구체적인 종래기술을 알아보면,
국내등록특허공보(등록번호 제10-472345호)에 "재생골재를 포함하는 인공어초"가 소개되고 있으나 바인더를 시멘트와 혼화제를 기준으로 하여 재생굵은골재, 천연골재로 설계함으로써 재생골재의 재활용으로 경쟁력은 확보할 수 있다 하나 시멘트에 의한 2차 오염에 한계가 있으며, 국내등록특허공보(등록번호 제10-482378호)의 "재생골재를 위한 환경블록", 국내등록특허공보(등록번호 제10-514351호)의 재생골재를 사용한 콘크리트 인공어초"에 관한 발명은 재생골재를 사용함으로써 공해요인의 저감 및 경쟁력을 가질 수 있으나 결국 강도보강을 위하여 시멘트를 사용하게되는 한계를 나타낸 발명이라 할 수 있으며,
또한 국내등록특허공보(등록번호 제10-508881호)는 "재생골재를 이용한 수질정화용 친환경 콘크리트"에 관한 발명으로 수질정화를 위한 다공성 콘크리트 제조방법으로 물리적인 흡착에 초점을 맞추어 공극율을 최대화시킨 기술이긴 하나 내구성과 강도를 충족하기 위해 시멘트의 사용을 피할 수 없었으며, 국내등록특허(등록번호 제10-490919호)는 "입상인공 제올라이트와 폐콘크리트를 사용한 친환경 조초블록"에 관한 발명으로 수질정화기능을 위한 입상인공 제올라이트를 적용하였으나 고로슬래그시멘트, 석탄회, 섬유, 혼화제 그리고 시멘트를 접목시킴으로써 결국 시멘트에 의한 오염을 피할 수 없다.
이상에서 제시된 종래기술은 재생골재를 사용하거나 수질정화물질을 사용하거나 양쪽다 사용한 발명 역시 소정의 강도와 내구성을 얻기 위해서는 다소의 차이는 있으나 시멘트를 완전히 배제할 수는 없는 발명이라 할 수 있고 설사 시멘트를 완전히 배제하고 일반 고화재를 사용한 콘크리트는 시멘트콘크리트와 같은 강도와 내구성을 기대할 수 없다.
본 발명은 보다 친환경적인 콘크리트블록을 제조하기 위하여 시멘트 결합재를 사용하는 대신에 무해하면서 시멘트콘크리트수준의 강도를 갖는 고화바인더조성물을 개발하고 여기에 재활용재료로서 재생골재 및 폐목재로 얻어진 폐목탄의 재활용재료를 첨가함으로써 경쟁력을 확보할 수 있는 수질정화기능을 갖는 친환경콘크리트블록을 제공함에 있다.
고로 수재 슬래그 57~65중량%, 레이들 슬래그 14~20중량%, 천연 또는 합성 무수석고 7~10중량%, 석회 11~15중량%, 급결경화제 0.2~5.0중량%, 소포제 0.01~0.1중량% 조성되는 고화결합재 조성물 100중량부에 순환잔골재 216중량부, 순환굵은골재 264중량부, 폐목탄 2~5중량부, 혼화제 0.7중량부, 결합수 44중량부로 배합되어 성형되는 콘크리트블록을 제조함으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있었다.
본 발명에 의한 콘크리트블록은 압축강도 및 강도의 내구성, 수질정화기능 및 수질정화기능의 지속성이 우수하고 재활용재료의 사용으로 경쟁력을 확보하고 있으며 시멘트 대신에 무공해성의 고화결합재를 사용함으로써 친환경콘크리트블록이라 할 수 있다.
도 1은 레이들 슬래그 XRD 분석결과.
도 2는 고로 수재 슬래그 XRD 분석결과.
본 발명은 시멘트의 환경공해로 지목되고 있는 문제점으로 인해 콘크리트조성물의 결합재로서 시멘트를 전혀 사용하지 않고 무공해성이면서 일반시멘트 콘크리트수준의 강도를 발현하는 고화바인더조성물을 개발하여 여기에 재활용에 의한 순환골재, 폐목재 건류로 얻어진 폐목탄을 적용한 수질정화콘크리트블록을 개발함에 있으며 좀더 구체적으로는,
본 발명에서 개발한 표1과 같은 고화바인더조성물 100중량부에 순환잔골재 216중량부, 굵은순환골재 264중량부, 폐목탄 2~5중량부, 혼화제 0.7중량부, 결합수 44중량부의 콘크리트조성물로 성형한 콘크리트블록에 관한 것이다.
고화결합재(바인더) 조성물 및 조성비.
조성물 조성비(중량%) 비고
고로 수재 슬래그 57~65중량%
분말도는 3800~4200 급결경화제는 탄산나트륨 등을 사용하고 소포제로서는 계면활성제 또는 알콜을 사용하였다.
레이들 슬래그 14~20중량%
석고류 7~10중량%
석회류 11~15중량%
급결경화제 0.2~5.0중량%
소포제 0.01~0.1중량%
이상의 고화바인더조성물을 구성하는 레이들 슬래그는 래이들로(Ladle Furnace)에서 발생하는 슬래그로서 용광로에서 용해한 용선을 제강공정에서 탈황, 탈인 등을 목적으로 사용되는 원료들에 기인하여 레이들 슬래그의 주요물성은 표2에 나타낸 바와 같이 CaO, Al2O3, SiO2 등으로 구성되어 있으며 레이들 슬래그의 화학조성은 표3과 같고 주요결정상은 도 1의 X선 회절분석기(X-Ray Diffractrometer) 분석결과 주로 Ca12Al14O33(C12A7), C11A7CaF2, 2CaO·SiO2임을 확인할 수 있었다.
레이들 슬래그는 고화재 원료적용에 있어 수화반응시 에트린자이트(Ettringite)가 생성됨에 따라 지반안정성 및 강도증대에 큰 효과를 얻을 수 있다.
레이들 슬래그 주요 물성.
진비중 겉보기 비중 분말도(㎠/g) 평균입경(㎛) 주요 결정상

2.9
1.12
2,500~3,200
18~20		 Ca12Al14O33(C12A7), C11A7CaF2, 2CaO·SiO2
레이들 슬래그 화학 조성.
Materials Chemical Compositions (%)

Ladle Slag		 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Ig-loss
10.4 29.8 3.2 48.9 0.2 0.5 7.0
또한 고로슬래그는 용융상태의 Melt로부터의 처리공정에 따라 수재슬래그(Glass질) 및 공냉슬래그(결정질)로 나누어지며 고로슬래그가 급냉하면 그라스화되어 도2와 같이 비정질로 존재하는데 이를 "고로 수재 슬래그"라 하며, 고로슬래그가 서냉하면 결정상태로 존재하게 되는데 이를 고로 "고로 공냉 슬래그"라고 한다. 고로 수재 슬래그의 기본물성은 표4에 나타나있고 화학조성분석결과는 표5로 나타나 있으며, 주요 결정상은 도2의 XRD분석결과로 확인할 수 있었으며 전체의 결정상이 글라스타입의 비정질(Amorphous)임을 확인할 수 있었으며 고로 수재 슬래그는 고화재로 적용시 포졸란 반응에 의해 장기강도와 내구성이 크게 증진하는 효과를 얻을 수 있다. 이는 고로 수재 슬래그는 급냉으로 결정이될 틈이 없이 결정화 에너지를 내부에 보존하면서 유리화가 된다.
이와 같은 처리에 의하여 고로 수재 슬래그는 잠재수경성을 가지며 조성물로 첨가되는 알칼리 또는 황산염 등에 의한 자극작용에 의하여 수경성을 발휘하기 때문이라 할 수 있으며 여기에서 알칼리는 조성물로 첨가되는 석회 급결제로 첨가되는 탄산나트륨이 될 수 있고 황산염은 무수석고라 할 수 있다.
고로 수재 슬래그 기본 물성.
진비중 겉보기 비중 분말도(㎠/g) 평균입경(㎛) 주요 결정상
2.97 1.05 3800~4200 10~13 Amorphous
고로 수재 슬래그 화학 조성.
Materials Chemical Compositions (%)
Blast Furnace Slag SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Ig-loss
31.6 14.7 0.5 44.3 3.9 1.6 3.4
또한 고화결합재 조성물 중에서 무수석고(CaSO4)를 첨가하면 수화의 촉진으로 다량의 간극수를 소비함으로써 응결시간이 단축되고 고화바인더조성물들이 수화반응을 진행하기 위해서는 일정농도의 SO4 2 - 있어야 하는데 무수석고를 적당량 첨가하면 수화반응을 촉진시켜 더 많은 에트린자이트가 생성되므로 더욱더 치밀한 경화체를 형성할 수 있다.
이로 인해 경화체의 압축강도가 크게 상승하게 된다.
그밖의 석회는 점토광물(SiO2·Al2O3)과 반응하게 되는데 석회를 점토광물과 혼합하였을때 만들어지는 생성물은 석회가 강한 알칼리조건에서 점토광물과 반응하여 반응생성물이 형성하게 되는데 반응과정은 물의 첨가로 생석회가 소석회로되고 소석회는 점토광물과 이온교환반응, 포졸란반응 등으로 CaO-SiO2-H2O(C-S-H), CaO-Al2O3-H2O(C-A-H), CaO-Al2O3-SiO2-H2O(C-A-S-H)의 1차 반응물들이 생성되고 이들은 상기 소석회와 공기중의 CO2 반응하여 생성된 탄산칼슘과 반응하여 알루민산칼슘수화물(C-A-H), gehlenite(Ca2Al2SiO7), hillebranditee(Ca2SiO3(OH)2), 규산칼슘수화물(C-S-H), 수산화칼슘 등이 생성되어 강도가 향상된다.
이상의 고화결합재(바인더)조성물은 상술한 바와 같이 각 조성물의 특성 및 작용, 각 조성물간의 반응에 의한 반응생성물, 에트린자이트의 생성 포졸란반응 등에 기인하여 수첨경화로 높은 압축강도를 갖는 경화체를 얻을 수 있다.
이를 뒷받침하기 위하여 표1의 고화결합재 조성물의 범위 내에서 각 조성물의 평균치에 의하여 표6의 확정된 고화결합재 조성물 100중량부에 ISO 표준사 300중량부, 결합수 50중량부를 첨가하여 얻어진 모르타르(재령28일)로 물리적 특성을 알아본 결과 표7과 같은 결과를 얻을 수 있었으며 이와 같은 물리적 특성의 결과는 전술한 고화결합재 조성물의 특성을 대표할 수 있는 결과라 할 수 있다.
확정된 고화결합재 조성물(실시예).
조성물 조성비(중량부) 비고
고로 수재 슬래그 61 o 분말도 3800~4200
o 결합수는 고화결합재 100중량부, ISO 표준사 300중량부에 대하여 50중량부를 첨가함.
o 모르타르는 재령28일의 것으로함.
o 소포제는 계면활성제 또는 알콜이다.
레이들 슬래그 17
무수석고 8.5
석회류 13
급결경화제(탄산나트륨 등) 0.45
소포제 0.05
계 100
표6의 고화결합재 조성물로 된 모르타르의 물리적 특성.
항 목 결 과 시 험 방 법
비중(20℃) 2.90 KS L 5110
분말도(비표면적)(㎠/g) 4150 KS L 5106
압축강도(MPa) - 28일 46.1 KS L ISO 679
Pb(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
Hg(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
Cd(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
Cu(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
Cr6 +(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
As(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
상기 표7에서 고화결합재 조성물로된 모르타르의 압축강도는 46.1MPa로서 포틀랜드 시멘트 KS L 5201 및 고로슬래그시멘트 KS L 5210에서 규정하는 압축강도 42.5MPa를 상회하고 있음을 알 수 있다.
본 발명에서 시도하는 콘크리트블록을 얻기 위하여 시멘트 대신에 상기 표6의 고화결합재 조성물에 신규의 잔골재, 신규의 굵은골재, 혼화제, 결합수로하는 콘크리트조성물로된 배합을 A-1, 상기 고화결합재 조성물에 순환잔골재, 순환굵은골재, 혼화제 결합수로 하는 콘크리트조성물로 된 배합을 A-2, 고화결합재 조성물에 순환잔골재, 순환굵은골재, 혼화제 및 결합수의 각각 첨가물의 첨가비는 동일하고 여기에 폐목탄의 첨가비가 가장 작은 배합을 A-3, 중간 것이 A-4, 첨가비가 가장 많은 배합비를 배합 A-5로 하여 표8과 같이 순환골재와 폐목탄을 첨가한 조성비가 다른 수질정화 콘크리트블록조성물의 배합비를 나타내었으며 각 배합비에 대한 물성을 알아보기로 하였다.
배합 A-1~A-5에 따른 콘크리트조성물 배합비. 단위:중량부
구분＼재료 고화결합재 조성물 신규
잔골재		 신규
굵은골재		 순환
잔골재		 순환
굵은골재		 폐목탄 혼화제 물
배합 A-1 100 231 267 - - - 0.7 44
배합 A-2 100 - - 216 264 - 0.7 44
배합 A-3 100 - - 216 264 1 0.7 44
배합 A-4 100 - - 216 264 3 0.7 44
배합 A-5 100 - - 216 264 5 0.7 44
(주) 결합재(바인더)의 비중(g/㎤) : 2.90
잔골재(자연사)의 표면건조 포화상태의 밀도(g/㎤) : 2.58
부순 굵은골재(25mm)의 표면건조 포화상태의 밀도(g/㎤) : 2.64
순환 잔골재의 표면건조 포화상태의 밀도(g/㎤) : 2.44
순환 굵은골재의 표면건조 포화상태의 밀도(g/㎤) : 2.59
혼화제(고성능 감수제 표준형(PC계)
상기 표8의 콘크리트조성물에 사용된 조성물(재료) 중 순환굵은골재와 순환잔골재의 품질특성은 각각 표9 및 표10과 같다.
콘크리트제조에 사용된 순환 굵은골재의 품질특성.
항 목 결 과 시 험 방 법

입도(%)
(체를 통과하는 백분율)		 40 mm 100 KS F 2502
25 mm 100 KS F 2502
15 mm 45 KS F 2502
5 mm 4 KS F 2502
2.5 mm 1 KS F 2502
조립률 6.84 KS F 2526
안전성(Na2SO4) (%) 5 KS F 2507
표면건조 포화상태의 밀도 (g/㎤) 2.59 KS F 2503
절대 건조 밀도 (g/㎤) 2.52 KS F 2503
흡수율 (g/㎤) 2.8 KS F 2503
점토덩어리 (g/㎤) 0.13 KS F 2512
0.08 mm체 통과량 (%) 0.7 KS F 2511
단위용적질량(다짐봉시험) (kg/L) 1.55 KS F 2505
마모감량 - 입도구분 B (%) 23 KS F 2508
입자모양 판정 실적률(%) 57 KS F 2527
이물질함유량(유기이물질) (%) 0.22 KS F 2576
이물질함유량(무기이물질) (%) 0.24 KS F 2576
Pb(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
Hg(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
Cd(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
Cu(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
Cr6 +(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
As(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
콘크리트제조에 사용된 순환 잔골재의 품질특성
항 목 결 과 시 험 방 법

입도(%)
(체를 통과하는 백분율)		 10 mm 100 KS F 2502
5 mm 96 KS F 2502
2.5 mm 85 KS F 2502
1.2 mm 56 KS F 2502
0.6 mm 43 KS F 2502
0.3 mm 18 KS F 2502
0.15 mm 5 KS F 2502
조립률 2.96 KS F 2526
안전성(Na2SO4) (%) 6 KS F 2507
표면건조 포화상태의 밀도 (g/㎤) 2.44 KS F 2504
절대 건조 밀도 (g/㎤) 2.33 KS F 2504
흡수율 (g/㎤) 4.8 KS F 2504
점토덩어리 (g/㎤) 0.6 KS F 2512
0.08 mm체 통과량 (%) 5.1 KS F 2511
단위용적질량(다짐봉시험) (kg/L) 1.54 KS F 2505
입자모양 판정 실적률(%) 57 KS F 2527
이물질함유량(유기이물질) (%) 0.12 KS F 2576
이물질함유량(무기이물질) (%) 0.16 KS F 2576
Pb(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
Hg(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
Cd(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
Cu(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
Cr6 +(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
As(mg/L) 불검출 폐기물공정시험기준
또한 표8의 콘크리트조성물에 사용된 폐목으로부터 제조된 폐목탄의 제조조건은 표11과 같으며 제조된 폐목탄을 분쇄하여 45㎛(325mesh)를 이용 체가름하였으며 폐목탄을 폐기물 공정시험기준에 의한 중금속용출시험결과 Pb, Hg, Cd, Cu, Cr+6, As 중금속이 검출되지 않았다.
폐목탄의 제조 조건.
조건구분 소성온도(℃) 소성시간(시간) 소성분위기/압력
조건 800 4시간 30분 공기/상압
그밖에도 폐목탄에 대해서는 메틸렌블루 흡착성능시험 결과 표12와 같은 결과를 얻었다.
폐목탄의 메틸렌블루 흡착성능 결과.
구 분 폐목탄
초기농도(mg/L) 1200
말기농도(mg/L) 780
시료 투입량(g) 0.102
흡착성능 mg/g) 103
(주) 흡착성능의 계산(mg/g) =
Figure 112011062708289-pat00001
C : 메틸렌블루의 잔류 농도(mg/L)
S : 시료 투입량(g)
상기 표8에서와 같이 배합 A-1~A-5에 따른 콘크리트의 각종 물리적 성능을 평가하였으며 그중 압축강도를 알아보면, 압축강도측정은 KS F 2405에 의거하여 각각의 배합비로 지름 100mm, 높이 200mm의 공시체를 제작하여 28일 경과후 압축강도를 만능재료시험기를 이용하여 측정하되 3회 측정하여 평균하였다. 그 결과 표13에 배합 A-1~A-5에 따른 콘크리트의 압축강도를 나타내었다.
(1) 압축강도.
배합 A-1~A-5에 따른 콘크리트공시체의 압축강도.
항 목 결 과 시험방법
A-1 A-2 A-3 A-4 A-5
압축강도(MPa) : 재령28일
26.3
25.4
26.4
26.9
27.3
KS F 2405
표13에 나타나 있는 것처럼 본 발명 콘크리트블록용의 콘크리트공시체 A-1~A-5에 따른 각각의 압축강도는 이와 동일류의 콘크리트인 한국콘크리트 단체 표준규격인 포라스콘크리트의 강도 18.0MPa 이상의 강도를 확보하고 있으며 특히 배합 A-4 및 A-5의 압축강도가 높다.
(2) 동결융해(100사이클) 후 압축강도 시험.
또한 배합 A-1~A-5에 따른 콘크리트 공시체의 내구성을 평가하기 위하여 동결융해(100 Cycles) 후 압축강도를 측정하여 이를 확인하였으며 28일 경과후의 콘크리트 공시체를 KS F 2456에 의거하여 급속동결융해시험기(B법)를 이용하여 100사이클로 동결융해시험을 진행후 만능재료시험기를 이용하여 압축강도를 측정하되 3회를 실시하고 이의 평균값과 동결융해전 압축강도 평균값과의 비를 백분율로 계산하였다. 그 결과 표14와 배합 A-1~A-5에 따른 콘크리트 공시체의 동결융해(100 Cycles) 후 압축강도비를 얻었다.
배합 A-1~A-5에 따른 콘크리트공시체의 동결융해(100 Cycles)후 압축강도비.
항 목 개발목표치 결 과 시험방법
A-1 A-2 A-3 A-4 A-5
동결융해(100 Cycles) 후 압축강도비(%)
80 이상
99
98
98
96
96		 KS F 2456
KS F 2405
(3) 수질정화성능.
배합 A-1~A-5에 따른 콘크리트공시체가 실제적으로 수질정화성능을 보유하고 있는지를 평가하기 위해 메틸렌블루 탈색력을 수행하였다.
수질정화성능(메틸렌블루 탈색력)은 분쇄한 콘크리트 5g과 메틸렌블루(MB) 2.4mg/L 용액 25mL를 넣고 30분간 진탕배양기(Shaking incubator)에 넣고 교반 후 메틸렌블루의 농도변화를 자외·가시선분광광도계로 측정하였다. 그 결과 각 공시체의 메틸렌블루의 탈색성능을 표15에 나타내었다.
배합 A-1~A-5에 따른 각 콘크리트공시체의 수질정화 성능결과.
항 목 개발목표치 결 과 시험방법
A-2 A-3 A-4 A-5
메틸렌블루 30분 후 농도(mg/L) - 1.489 1.4551 1.352 1.152



KS F 1802
(준용)
메틸렌블루 농도 감소량(mg/L) - 0.911 0.949 1.048 1.248
메틸렌블루 흡착량(mg/g) 시료 1g 당 - 0.0046 0.0047 0.0052 0.0062
메틸렌블루 탈색력(mg/L·min) 시료 1g 당 - 0.182 0.189 0.209 0.249
메틸렌블루 탈색성능(μmol/L·min) 시료 1g 당 0.014 이상 0.016 0.017 0.019 0.022
(4) 중금속용출시험.
제조한 콘크리트 공시체들에 대한 중금속 용출시험을 실시하였다. 납(Pb), 수은(Hg), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 6가크롬(Cr6 +), 비소(As)와 같은 중금속들은 인체에 일단 흡수되면 배출되지 않고 축적되어 미나마따병, 이따이이따이병 등과 같은 다양한 질환을 유발하며, 몸속에 매우 적은 양이 존재하더라도 몸속에서 배출이 되지 않고 계속 축적되기 때문에 지속적으로 인체에 축적될 경우 각종 질환을 일으킬 수 있다는 측면에서 매우 위험하다고 할 수 있다. 따라서 호안블록 등 물에 접촉되는 콘크리트제품에서 중금속이 용출될 경우 환경에 미치는 악영향은 매우 지대하다 할 수 있다.
중금속 용출시험은 폐기물공정시험기준에 의거하여 용출하고 용출수를 유도결합플라즈마발광광도계(Ion-conductive plasma spectroscopy, ICP)를 이용하여 측정하였다. 중금속은 납(Pb), 수은(Hg), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 6가크롬(Cr6 +), 비소(As)에 대해 실시하였으며 측정결과를 표16에 나타내었다. 시험결과 모든 콘크리트조성의 용출수에서는 중금속이 검출되지 않아 중금속에 의한 환경오염은 일으키지 않을 것으로 여겨진다.
배합 A-1~A-5에 따른 콘크리트공시체의 중금속 용출시험 결과.
항 목 개발목표치 결 과 시험방법
A-1 A-2 A-3 A-4 A-5
Pb(mg/L)




30 이하		 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 폐기물공정시험기준
Hg(mg/L) 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 폐기물공정시험기준
Cd(mg/L) 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 폐기물공정시험기준
Cu(mg/L) 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 폐기물공정시험기준
Cr6 +(mg/L) 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 폐기물공정시험기준
As(mg/L) 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 폐기물공정시험기준
(5) 수질정화기능유지(수질정화기능의 내구성).
콘크리트공시체 자체가 장기간에 걸쳐 수질정화성능을 제대로 유지할 수 있는지는 평가하기 위해 콘크리트공시체를 파쇄하고 그 분쇄 시편 50g을 오염수 200mL에 침지하여 3개월 동안 정치한 후 수질정화성능기능 유지를 확인한 결과는 아래 표17과 같다.
배합 A-1~A-5에 따른 콘크리트공시체의 수질정화성능기능유지 결과.
항 목 개발목표치 결 과 시험방법
A-2 A-3 A-4 A-5
메틸렌블루 30분 후 농도(mg/L) - 1.788 1.707 1.617 1.470



KS F 1802
(준용)
메틸렌블루 농도 감소량(mg/L) - 0.612 0.693 0.783 0.930
메틸렌블루 흡착량(mg/g) 시료 1g 당 - 0.0030 0.0034 0.0039 0.0046
메틸렌블루 탈색력(mg/L·min) 시료 1g 당 - 0.121 0.136 0.155 0.182
메틸렌블루 탈색성능(μmol/L·min) 시료 1g 당 0.014 이상 0.011 0.012 0.014 0.016
성능저하율 (%) 30 이하 31 29 26 27
(주) 메틸렌블루의 FW : 373.90
이상에서 배합 A-1~A-5에 따른 콘크리트의 공시체로 본 발명에서 시도하는 목적에 해당하는 각종시험결과로서 콘크리트 공시체의 압축강도, 압축강도의 내구성, 수질정화기능, 수질정화기능의 내구성과 그밖에 재활용자재의 사용에 따른 경쟁력강화, 공해성의 유무 측면에서 검토하건데 이를 만족스럽게 충족시킬 수 있는 콘크리트 공시체는 A-4 및 A-5라 할 수 있으며 A-4 및 A-5의 배합은 전술한 바와 같이 본 발명에서 개발한 표6과 같은 고화바인더조성물 100중량부에 순환잔골재 216중량부, 굵은순환골재 264중량부, 폐목탄 2~5중량부, 혼화제 0.7중량부, 결합수 44중량부의 콘크리트 조성배합이라 할 수 있고 또한 본 발명 콘크리트블록의 콘크리트조성물이라 할 수 있다.
이상의 방법과 재료들로서 제조된 콘크리트블록은 공해성이 있는 시멘트결합재 대신에 무공해성의 고화결합재를 사용함에도 일반콘크리트의 강도를 유지할 수 있으며 또한 재생한 순환골재, 폐목의 목탄분을 사용함으로써 경제성을 확보할 수 있고 조성물로 폐목탄이 첨가되므로 수질정화기능이 우수한 고화결합재 조성물 및 재활용재료를 이용한 수질정화기능을 갖는 친환경콘크리트블록이라 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 고화결합재 조성물 100중량부에 순환잔골재 216중량부, 순환굵은골재 264중량부, 폐목탄 2~5중량부, 혼화제 0.7중량부, 결합수 44중량부의 콘크리트조성물로된 수질정화기능을 갖는 친환경 콘크리트블록.
  2. 청구항 제1항에 있어서 고화결합재 조성물은 고로 수재 슬래그 57~65중량%, 레이들슬래그 14~20중량%, 석고 7~10중량%, 석회 11~15중량%, 급결경화제 0.2~5.0중량%, 소포재 0.01~0.1중량%로 조성된 고화결합재 조성물임을 특징으로 하는 수질정화기능을 갖는 친환경 콘크리트블록.
  3. 청구항 제2항에 있어서,
    석고는 천연 또는 합성 무수석고임을 특징으로 하는 수질정화기능을 갖는 친환경 콘크리트블록.
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