KR101099091B1 - 토목. 건축자재 응결용 경화제 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 벽돌, 보도블록, 건축용 내외장재 패널 등의 토목 및 건축자재를 제조할 수 있도록 된 응결용 경화제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 a) 염화제일철(FeCl₂) 3.156㎏, 탄산칼륨(K₂ CO₃)1.05㎏, 황산제일철(FeSO₄) 3.156, 나프탈렌 1.05㎏을 액체 수산화나트륨 38.074ℓ에 용해시키는 제1차 조성물을 제조하는 공정과, b) 염화암모늄 0.642㎏을 물 1.926ℓ에 용해시키는 제2차 조성물을 제조하는 공정과, c) 염화칼슘(CaCl₂) 40㎏, 염화마 그네슘(MgCl₂) 40㎏, 규사분말(SiO₂) 6㎏을 물 60ℓ에 용해시키는 제3차 조성물을 제조하는 공정과, 상기 a)제1차 조성물과 b)제2차 조성물 및 c) 제3차 조성물을 혼합하여 응결용 경화제를 제조하는 것으로서, 본 발명의 응결용 경화제는 현지토에 다량의 염분과 수분이 함유된 상태에서도 응결이 잘 이루어지며 수축팽창이 일어나지 않으므로 동결융해저항성 등의 내구성이 우수한 장점을 갖는 토목. 건축자재 응결용 경화제 제조방법을 제공할 수 있도록 한 것이다.

응결용 경화제, 토목자재, 건축자재, 현지토

Description

토목. 건축자재 응결용 경화제 제조방법{Manufacturing method of hardener for coagulating material for engineering work and construction material}

본 발명은 해안에 시공되는 벽돌, 보도블록, 건축용 내외장재 패널 등의 토목 및 건축자재를 제조할 수 있도록 된 응결용 경화제에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 염화제일철, 탄산칼륨, 황산제일철, 나프탈렌을 수산화나트륨에 용해시킨 후 염화암모늄, 염화칼슘, 염화마그네, 규사분말을 물에 용해시킨 용액과 혼합하여 응결용 경화제를 조성함으로서 토목 및 건축자재를 공사 현장의 황토, 흙, 갯벌 등의 현지토를 이용하여 조경공사, 토목공사, 건축공사를 할 수 있도록 한 것으로 짧은 시간에 자재 성형물을 경화시켜 고형화로 만들 수 있도록 하는 동시에 수축팽창과 동결에 대한 저항성 및 내구성을 갖는 환경친화적인 토목. 건축자재 응결용 경화제 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 토목공사 또는 건축시공 시 제공되는 건축자재는 내구성과 강도를 유지해야함으로 시멘트가 혼합된 콘크리트 및 콘크리트 블록이 주로 이용되었다. 시멘트는 다년간 연구한 결과 시공의 목적에 따라서 적합한 다양한 시멘트가 제공되고 있으며, 양생 또한 자유자재로 조절할 수 있으며, 강도와 내구성 역시 양호하여 콘크리트 건축물은 수명이 수 십년 이상 지속되는 이점이 있으나, 시멘트에서 발생하는 독성과 냄새 등이 인체에 유해한 문제점과, 수명을 다한 건축물을 철거한 후에는 땅속에 매립하거나 간척사업시 매립골재로 사용되고 있으나 시멘트의 독성에 의하여 토양의 황폐화를 가져오는 문제점이 있다.

또한, 우리나라는 3면이 바다로 이루어지고 해안가는 습도가 높아 겨울에는 동결이 이루어지는 점을 감안하지 않고 육지의 내륙에서 만들어진 자재를 사용함으로써 시공 후 토목 및 건축자재의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 인체에 무해한 토양을 구조물로 만들기 위하여 여러 종류의 제품들이 개발되고 있으며 이를 상업화하고 있고 이를 위해서 토양을 강도와 내구성을 유지하도록 응결 경화시키는 경화제를 이

용하게 된다.

이러한 종래의 선출원 응결용 경화제를 살펴보면,

공개특허공보 제1998-083572호의 "토양 응결용 경화제"는 염화나트륨(NaCl) 20%와, 탄산나트륨(Na2Co3) 15%와, 탄산칼륨(K2Co3) 35%와, 염화마그네슘(MgCl2) 20%와, 염화암몬(NH4Cl) 4%와, 염화코발트(CoCl2) 0.2%와, 염화망간(MnCl2) 0.8%와, 황산나트륨(Na2So4) 5%를 혼합한 조성물에 물을 1:1로 혼합하여 조성한 응결용 경화제가 선출원 돼있었으나. 상기의 이러한 탄산화합물과 염화물의 배합으로 조성된 경화제는 그 화학적 특성 때문에 용해하기가 힘들고 침전물이 많이 생겨 사용상에 번거로움과 합성제조와 분류상의 문제로 비경제적인 단점이 있으며, 상기 토양 경화제를 사용하여 토양에 시멘트를 혼합하여 건축자재나 도로포장 또는 연약지반

고화 등에 사용하였으나 강도가 일반 콘크리트에 미치지 못하고 노화가 빨라서 제구실을 못할 뿐만 아니라, 특히 강도와 장기 강도에 문제가 있고 사용량의 한계 때문에 적재 적소에 능동적으로 사용되지 못하여 활용도가 떨어지는 문제점이 있어 널리 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

또한, 선출원 공개특허 제2002-0058157호의 "황토 응결용 경화제 및 황토건축자재 제조방법"은, MgO, K₂ O, Fe₂ 0₃, TiO₂, Al₂ O₃, CaO, Na₂ O로된 조성물 1 : 물 1의 비율로 혼합한 1차 조성물 50%와; CaCl과 물(H2 O), CaCO를 혼합한2차 조성물 50%를 혼합하여서 된 토양 응결 경화제를 제조한 후 이의 토양응결 제 1: 시멘트 1 : 고운 모래 2: 황토 2의 비율로 혼합하여서 된 각종 내, 외장재, 벽돌, 타일, 패널, 용수 및 배수로관, 블럭 등의 황토 건축 자재를 성형시 초결은 3:10분부터 종결은 6:20분의 짧은 시간에 완전히 양생되어 반영구적인 강도와 내구성을 갖는 토목 및 건축용 황토자재 제공할 수 있도록 된 응결용 경화제가 선출원 되었으나, 상기 공개특허 제2002-0058157호는 황토벽돌, 황토블럭, 황토패널 제조시 황토와 시멘트 모래의 응결에 적합한 응결용 경화제로서, 이는 PH가 10이상의 강 알칼리 상태를 급속히 만들어 내어 시멘트의 수화반응인 칼슘, 시리카 등의 수화물이 황토입자 사이의 중간 역할이 되는 판상결정을 만들어 내고 이것이 급속하게 성장하는 작용을 하게됨으로 시멘트의 페이스트의 유동성을 소실하여 응결이 진행된다. 즉, 황토는 흙 자체에 점토질을 가지고 있기 때문에 칼슘, 시리카 등이 황토입자 사이에서 응결이 이루어지면 내구성과 강도를 가지게 되나, 점성이 없는 흙이나 갯벌에서는 응결작용이 일어나지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 염화제일철, 탄산칼륨, 황산제일철, 나프탈렌을 수산화나트륨에

용해시킨 후 염화암모늄, 염화칼슘, 염화마그네, 규사분말을 물에 용해시킨 용액과 혼합하여 응결용 경화제를 제공함으로써 해안공사시 토목 및 건축자재를 공사현장 주변의 현지토를 이용하여 조경공사, 토목공사 건축공사, 보도블록공사, 경계석공사를 짧은 시간에 제조 및 경화시켜 고형화로 만들 수 있도록 하는 동시에 설치지역 환경의 기후조건에 대응되는 건축자재를 공급하여 수명이 길고 파손에 의한 보수가 없는 환경친화적인 건축자재를 생산할 수 있도록 함을 목적으로 한 토목. 건축자재 응결용 경화제 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 염화제일철, 탄산칼륨, 황산제일철, 나프탈렌을 수산화나트륨에 용해시킨 1차 조성물과, 염화암모늄을 온수 30℃의 온수에 용해시킨 2차 조성물과,

염화칼슘, 염화마그네, 규사분말을 냉수에 용해시킨 3차 조성물을 조성하여 상기 각각 조성된 1차, 2차, 3차 조성물을 혼합하여 응결용 경화제를 제공할 수 있도록 한 것이다.

상기 제조된 응결용 경화제를 이용하여 토목 및 건축자재를 제조하기 위해 현지토 50중량%, 모래 30중량%, 시멘트 20중량%, 상기 조성된 응결용 경화제 20ℓ, 물 200ℓ를 혼합하여 성형틀을 이용하여 제품을 성형한다. 상기와 같이 제조된 토목 및 건축자재는 현지토에 다량의 염분과 수분이 함유된 상태에서도 응결이 잘 이 루어지며 수축팽창이 일어나지 않으므로 동결융해저항성 등의 내구성이 우수한 장점을 갖는 토목. 건축자재 응결용 경화제 제조방법을 제공할 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 응결용 경화제는 조기에 강도가 발현되며, 모르타르나 콘크리트방식과 달리 습식방식으로 이루어지는 효과와, 구조체에 수분 흡수가 안 되어 수축팽창이 일어나지 않아 동결융해저항성 등 내구성이 우수하한 효과를 가지며, 해성전토, 황토, 마사토, 사질토 등의 현지토를 활용하여 설계목적에 적합하게 다양한 구조체를 제작할 수 있어 주재료의 수급성 및 제작, 시공비가 저렴한 효과를 가지며, 응결용 경화제 조성 물의 분해 및 용해가 안되어 환경에 유해하지 않고 현지토를 사용함으로 주변환경의 기후여건에 조화를 이루어 환경친화적인 효과를 가지며, 응결용 경화제를 사용함으로써 시멘트의 배합량을 20%∼50%로 저감할 수 있는 효과를 가지며, 적용범위의 제약을 받지 않아 하천, 호안, 용배수로, 수변공간 등에 사용할 수 있는 효과를 갖는다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

a) 염화제일철(FeCl₂) 3.156㎏, 탄산칼륨(K₂ CO₃)1.05㎏, 황산제일철(FeSO₄) 3.156, 나프탈렌 1.05㎏을 수산화나트륨 38.074ℓ에 용해시키는 제1차 조성물을 제조하는 공정과,

b) 염화암모늄 0.642㎏을 30℃의 온수 1.926ℓ에 용해시키는 제2차 조성물을 제조하는 공정과,

c) 염화칼슘(CaCl₂) 40㎏, 염화마 그네슘(MgCl₂) 40㎏, 규사분말(SiO) 6㎏을 물 60ℓ에 용해시키는 제3차 조성물을 제조하는 공정과,

상기 a)제1차 조성물과 b)제2차 조성물 및 c) 제3차 조성물을 혼합하여 응결 경화제를 제조한다.

이와 같이 제조되는 본 발명의 조성물을 살펴보면,

염화제일철(FeCl₂₎은, 자연철이나 화산의 분출물 속에 염화니켈을 수반하는 로렌사이트로서 존재한다. 무수물은 건조한 염소 속에서 철을 가열하면 생기며, 무색에서 담녹색의 결정이다. 녹는점 672℃, 끓는점 1,023.4℃, 비중 2.99(18℃)이다. 습한 공기 중에서는 분해하여 녹황색에서 적갈색으로 된다.

물·알코올에 녹지만, 아세톤·에테르에는 녹지 않는다. 철가루·수산화철 Fe(OH)₂ 등을 공기를 단절하고 염산에 녹인 용액에서 결정화시키면 수화물을 얻는다. 상온에서는 사수화물 FeCl₂·4H₂O이다. 이밖에 12.3℃ 이하에서는 육수화물 FeCl₂·6H₂O가, 76.5℃ 이상에서는 이수화물 FeCl₂·2H₂O가 생긴다. 사수화물은 담녹색이고, 조해성이 있는 결정이며, 비중 1.926이다. 물·알코올에 녹는다. 수화물을 공기 중에서 가열하면 분해하여 산화철 Fe₂O₃가 된다

탄산칼륨(K₂ CO₃)은, 상당히 강한 알칼리성 물질로 흡입,피부와 접촉, 눈에 들어가거나 삼켰을 때 심각한 건강상 문제를 야기할 수도 있지만, 취급을 잘 하면 수산화 나트륨이나 수산화 칼륨등 보다는 알칼리도가 약한편이고 분진을 흡입한다거나 피부에 직접 닿지 않고 사용하면 큰 문제는 없다.

원래 탄산칼륨은 옛날 우리 조상들이 나무를 태우고 나면 생기는 재에 다량 들어 있어서 이것을 물로 추출하여 잿물이라는 이름으로 빨래를 한다거나 세제 등을 만드는데 사용하였다. 또한, 다른 용도로는 비누를 제조하기도 하였다.

황산제일철(FeSO₄)은, 분자량은 151.9g이고 보통 7수화물로 존재하며, 주로 섬유에 염료를 붙이는 역할, 섬유에 붙은 염료가 떨어지지 않게 하는 역할, 색이 나게 하는 역할로 사용된다.

나프탈렌은, 분자식은 C₁₀H₈이며, 비늘 모양의 무색결정으로 분자량은 128, 녹는점은 80.3℃, 끓는점은 217.97℃이며, 비중은 0.975(25℃)이다. 또한, 나프탈렌은 고체에서 액체를 거치지 않고 바로 기체로 변화하는 승화성 물질이며 벤젠고리 두 개가 이어져 있는 방향족 탄화수소 화합물이다.

수산화나트륨(NaOH)은, 흰색의 반투명한 결정으로, 대표적인 강염기인데, 공기 중에서 수증기를 흡수해 스스로 녹는 조해성이 있으므로 공기와의 접촉을 차단하여 보관해야 한다. 또한, 수산화나트륨은 강염기의 대표적인 물질로 다른 물질을 잘 부식시키며, 고체 결정 상태이기 때문에 화학 반응시에는 주로 물에 녹여 수용액을 만들어 사용하는데, 이때 많은 열을 발생시키므로 주의해야 한다. 만들어진 수용액을 산성용액과 반응시킬 때에도 많은 열을 발생하므로 묽게 하여 사용해야 한다.

수산화나트륨의 또 다른 대표적인 성질은 바로 조해성이다. 조해성이란 공기 중에서 수증기를 흡수해 스스로 녹는 성질을 말한다. 따라서 수산화나트륨의 무게를 잴 때에는 빠르게 측정해야 한다. 예를 들어, 실험을 하기 위해 수산화나트륨이 정확히 3g 필요하다고 하자. 시약병에서 수산화나트륨을 꺼내는 순간부터 이미 물을 흡수하기 시작하기 때문에 저울 위에 약포지를 올리고 수산화나트륨을 천천히 담게 되면 저울이 표시한 눈금은 3g이 되었어도, 실제 수산화나트륨의 양은 3g보다 적을 수밖에 없다. 저울이 잰 무게에는 수산화나트륨이 흡수한 물의 무게도 포함되어 있기 때문이다.

이뿐만 아니라 수산화나트륨은 이산화탄소를 흡수하기도 한다. 이산화탄소는 물에도 어느 정도 녹기 때문에, 수산화나트륨은 고체 상태일 때나 수용액 상태일 때 모두 이산화탄소를 흡수할 수 있다. 이산화탄소를 흡수한 수산화나트륨은 탄산나트륨으로 변하는 성질을 갖는다.

상기와 같이 본 발명의 응결경화제를 제조하기 위한 제1 차 조성물 중 염화제일철(FeCl₂), 탄산칼륨(K₂ CO₃), 황산제일철(FeSO₄), 나프탈렌을 용해시키기 위해서는 수산화나트륨(NaOH)을 사용하게 되며, 실험결과 상기 제1 차 조성물들은 반드시 수산화나트륨에 용해시킨다.

염화암모늄은, 화학식 NH₄Cl이며 보통은 무색의 정육면체 결정으로 고체를 가열하면 융해하지 않고 337.8℃에서 승화하여 기체로 되나, 기체 속에서는 분해하 여 염화수소 HC₁과 암모니아 NH₃로 되어 있다. 약간 흡습성이 있고, 물에는 잘 녹는 특성을 가지므로 본 발명의 제2차 조성물인 염화암모늄은 물에 용해한다.

염화칼슘(CaCl₂)은, '조해성'이라고 하는 성질이 있는데 이러한 조해성은 주위에 있는 물을 흡수해 버리는 성질이 있습니다. 즉, 눈이나 얼음 위에 뿌려두면 대기 중의 수증기나 약간의 물이라도 있으면 흡수하면서 분해되는 특징이 있는데 이러한 과정을 거치면서 열이 발행하게 되고 다시 눈이나 얼음이 녹으면서 또 이러한 과정을 반복하면서 눈을 녹이게 되는 것입니다. 또한, 이렇게 녹은 염화칼슘 용액은 물의 어는 점을 영하 55도씨까지 떨어뜨려서 다시 어는 것을 막아주게 되는 것입니다. 본 발명에서는 이러한 염화칼슘의 특성을 이용하여 습기와 염분 및 바람이 많은 해안가에 사용되는 토목 및 건축자재의 응결 경화제의 조성물로 사용하한 것이다.

소금은 NaCl 인데 물에 녹으면 Na+ Cl- 로 이온이 되어 1몰의 소금이 2몰의 효과를 나타내 두배로 어는점을 내립니다.

염화칼슘은 CaCl₂ 인데 물에 녹으면 Ca+ 2Cl- 가 되어 1몰의 염화칼슘은 3몰의 효과를 나타내 세배로 어는점을 내립니다.

염화마그네슘(MgCl₂)은, 무수물(화합물에서 물분자가 빠져나간 형태의 화합물) 외에 2,4,6,8,10,12 수화물 등이 있으나, 보통은 육수화물 MgCl₂ ·6H₂O로서 존재한다. 독일의 슈타스푸르트에서는 비셔파이트로 MgCl₂ ·6H₂O를 산출한다. 바닷물 속에도 함유되어 있어, 식염을 만들 때 부산물로서 간수 속에 약2 % 함유되어 있다. 무수물은 무색의 결정성 분말로, 녹는점 712 ℃, 끓는점 1,412 ℃, 비중 2.325(25 ℃)이다. 흡습성이 강하고, 물 ·알코올에 잘 녹는다. 무수물을 공업적으로 만드는 데는 산화마그네슘 MgO(마그네시아)에 탄소를 가하여 염소기체를 반응시키는데, 실험실에서는 염화마그네슘암모늄 MgCl₂ ·NH₄Cl ·6H₂O를 열분해하여 만든다. 보통의 수화물을 가열해도 가수분해하여 산화마그네슘을 생성하므로, 순수한 염화마그네슘은 얻을 수 없다.

육수화물은 무색 결정으로, 비중 1.56이다. 조해성이 있으며, 물에 잘 녹고(0 ℃의 물 100g에 대하여 52.8g), 알코올에도 잘 녹는다. 육수화물을 공업적으로 얻는 데는 카널라이트 MgCl2 ·KCl ·6H2O를 물에 녹여서 분별결정시키거나, 간수에서 분리시키는 방법 등이 있다. 무수물은 금속마그네슘의 제조원료로서 중요하며, 산화마그네슘을 섞어서 마그네시아시멘트를 만든다. 수화물은 두부의 제조 ·목재의 방부제 ·양모의 정제 ·황산(黃酸紙)의 제조 등에 사용된다.

규사분말(SiO₂)은, 무수규산인 이산화규소 성분이 포함된 석영 알갱이 모래이다. 천연규사인 해안규사와 산(山)규사, 그리고 인조규사가 있으며 유리제품과 벽돌 등의 원료로 쓰인다. 천연규사로는 해안에 있는 해안규사와 지층 중에 산출되는 산규사(山硅砂)가 있는데, 해안규사 쪽이 불순물이 적다. 이 밖에 규석을 분쇄하여 분급(分級)한 인조규사가 있으며, 유리제품 ·주물사(鑄物砂) ·연마사(硏磨砂) ·산화로상(酸化爐床) 벽돌 등의 원료로 쓰이며, SiO₂96~98%의 것이 쓰인다.

상기에서 설명한 본 발명의 응결용 경화제를 제조하기 위한 조성물 성분의 특성을 알아본 것이며, 이하에서 응결용 경화제의 제조방법을 공정별로 설명하기로 한다.

제1 공정: 제1차 조성물 제조공정

본 발명에서 사용되는 각각의 조성물은 시중에 유통되는 것을 구입한다.

염화제일철(FeCl₂), 탄산칼륨(K₂ CO₃), 황산제일철(FeSO₄), 나프탈렌, 액체 수산화나트륨의 제1차 조성물과, 염화암모늄, 염화칼슘(CaCl₂), 염화마 그네슘, 규사분말(SiO₂)의 제2차 조성물을 구입한다. 이때 물은 통상적인 수돗물을 끓여 사용하거나 냉수를 빙점에 따라서 선택적으로 사용한다.

상기와 같이 각각의 조성물이 준비되면 먼저 제1차 조성물인 염화제일철(FeCl₂) 3.156㎏, 탄산칼륨(K₂ CO₃)1.05㎏, 황산제일철(FeSO₄) 3.156, 나프탈렌 1.05㎏을 수산화나트륨 38.074ℓ에 용해시켜 제1차 조성물을 제조한다.

이때 상기 1차 조성물을 함량 별로 수산화나트륨 38.074ℓ에 순차적으로 용해시킬 수도 있고, 또한 염화제일철(FeCl₂), 탄산칼륨(K₂ CO₃), 황산제일철(FeSO₄), 나프탈렌을 모두 혼합한 후 수산화나트륨에 용해 시킨다. 제1차 조성물인 염화제일철(FeCl₂), 탄산칼륨(K₂ CO₃), 황산제일철(FeSO₄), 나프탈렌은 통상의 물에는 완전하게 용해되지 않기 때문에 수산화나트륨에 혼입시켜 완전하게 용해되도록 하여 제1차 경화제 조성물을 형성한다. 상기 1차 조성물은 원액으로 액상상태를 유지하며, 차후 토목 및 건축자재를 제조시 방수역할을 한다.

본 발명에서 각 조성물의 함량을 중량%로 지정하지 않고 ㎏으로 한정 하여 표기하는 것은 응결제인 경화제를 제조하는 것이므로 정확한 함량과 혼합비율로 이루어져야 함으로 한정된 숫자로 표기한 것이며, 응결 경화제의 생산 양을 늘릴 경우 상기 조성물을 수산화나트륨 대비 각각의 조성물에 비례하여 늘릴 수 있다.

제2 공정: 제2차 조성물 제조공정

상기 제1차 조성물을 제조하여 준비한 후에는 염화암모늄 0.642㎏을 30℃의 온수 1.926ℓ에 용해시켜 제2차 조성물을 제조한다.

상기 염화암모늄은 냉수에는 잘 녹지 않는 성질을 가지므로 물을 끓여 30℃의 온수에 혼합시켜 완전히 용해시켜 제2차 조성물을 준비한다.

제3공정: 제3차 조성물 제조공정

본 공정에서는 염화칼슘(CaCl₂) 40㎏, 염화마 그네슘(MgCl₂) 40㎏, 규사분말(SiO₂) 6㎏을 물(냉수) 60ℓ에 혼합하여 완전히 용해시켜 제3차 조성물을 제조한다.

상기 염화칼슘과 염화마그네슘은 온수가 아닌 냉수에 잘 녹는 성질이 있다.

또한, 규사는 모래이나 통상의 모래가 아니라 밀가루와 같이 미세한 분말이므로 염화칼슘과 염화마그네슘을 냉수에 혼합하여 저어주면 용해가 잘 이루어진다.

상기 제3차 조성물은 응고제 역할을 하며 규사는 현지토의 규사성분에 원활 하게 응고되도록 한 것이다.

제4공정: 응결용 경화제 제조공정

상기 a)제1차 조성물과 b)제2차 조성물 및 c) 제3차 조성물을 혼합하여 잘저으면 액상의 응결 경화제를 제조하게 된다.

본 발명에서 각각의 조성물있어서 제1차 조성물을 수산화나트륨에 용해하고, 제2차 조성물을 30℃의 온수에 용해하고, 제3차 조성물을 냉수에 용해하는 것은 상기 각 조성물의 녹는점이 서로 상이함으로 녹는 점에 따라서 분리하여 용해시킨다.

또한 상기 제1차, 제2차, 제3차 조성물은 수산화나트륨 38.074ℓ와 온수 1.926ℓ, 냉수 60ℓ의 총합을 100ℓ기준으로 한 것이다.

상기와 같이 제조된 응결용 경화제는 공사현장에서 현지토를 이용하여 보도블록, 경계석, 벽돌, 옹벽블록 등의 토목자재 또 는 건축자재를 제조시 응결용 경화제로 사용하게 된다.

이와 같이 제조된 본 발명의 응결용 경화제를 이용한 토목자재 및 건축자재 제조 예를 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에서 현지토의 선정을 새만금 방조제의 갯벌을 시료로 선택하여 제품을 제조하였다.

따라서, 새만금 갯벌의 성분을 분석한 결과 아래의 표1과 같은 결과를 확인할 수 있다.

SiO2	Al 2 O 3	Fe2 O3	CaO	Mgo	Na2 O	K2 O	H2 O	합 계
76.9	10.7	3.33	1.27	0.75	1.88	3.48	1.69	100

상기 표1은 새만금 갯벌의 조성비를 100이라 할 때 실리카, 산화알루미늄, 산화철, 산화 칼슘, 산화 마그네슘, 산화 나트륨, 산화 칼륨, 수산화 칼륨의 함량비를 나타낸 것이다. 또한, 새만금 갯벌이라도 시료를 채취하는 거리에 따라서 약간의 차이는 있으나 대략 평균치로 산출한 결과 상기 표1과 같은 조성비로 이루어진 것임을 알 수 있었다. (출원인 박무웅이 의뢰한 도1a 및 도1b :대한광업진흥공사 시험성적서 참조)

상기 새만금 갯벌을 채취한 현지토를 이용하여 토목자재 및 건축자재 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 새만금 갯벌의 현지토를 이용하기 갯벌을 채취하여 물이 걸러지도로 노지에 쌓아 자연적으로 탈수 되도록 하고, 별도의 걸름 망, 선별기계 등으로 현지토를 선별하여 합잡물과 돌등을 선별한다. 상기 현지토는 해성점토, 사질토 등으로 이루어져 있으며, 살수 양생하지 않고 염분이 포함된 상태로 사용한다.

현지토(새만금 갯벌시료) 50중량%, 모래 30중량%, 시멘트 20중량%, 응결용 경화제 20ℓ, 물200ℓ를 혼합하여 반죽하는 공정을 실시한다.

상기와 같이 혼합된 반죽을 성형틀에 넣고 다짐한 후 탈형시켜 자연건조 한다.

상기 성형틀에서 성형된 토목 및 겆축자재는 초기 양생 시간은 탈영 후 1시간 30분부터 양생되기 시작하여 6시간 후면 완전히 양생된다.

상기 양생과정에서 물을 뿌려주는 행위를 하지 않고 자연건조시키게 된다.

상기와 같이 제조된 토목 및 건축자재의 시료를 성형하여(도2 참조) 출원인박무웅이 의뢰하여 (주)법성건설에서 한국건설산업품질연구원에 의뢰한 압축강도 시험성적을 보면, 3개의 시료에 있어서 S1:18.2MPa, S2:18.5MPa, S3:18.4MPa(시험방법: KS F-2405-2005)와 같은 압축강도가 나타나고 있으며, 3개의 시료 모두 균일한 수치로 측정되었다.

또한 상기 3개의 시료와 동일한 시료 3개를 선정하여 마모에 대한 저항성시험을 하였다.(도3 참조)

본 발명의 응경용 경화제를 이용하여 성형한 토목 및 건축부재의 마모에 대한 저항은 도4에서 알 수 있는 바와 같이 재령 7일에서 S1:0.14g/㎠, S2:0.14g/㎠, S3:0.14g/㎠로서 3개의 시료가 동일한 마모저항치가 나타났다.

도3과 도4에서 알 수 있듯이 본 발명의 응경용 경화제를 사용하여 현지토 50중량% 를 혼합한 시료의 압축강도는 마모저항성과 깊은 관계가 있는 강도는 제품자체의 수밀성이 매우 양호하며 압축강도가 평균 18.4MPa를 나타내었음을 알 수 있으며, 마모저항성은, 마모저항성 시험결과 재령 7일에서 0.16g/㎠를 나타내었으나, 재령 28일에서 약 0.05g/㎠를 나타냄을 시험결과에서 알 수 있었다.(제령28일 시험성적서는 도시하지 않음)

또한, 새만금 갯벌의 해성토에 다량 함유한 Cl, SO₄ 등 음이온과 경화제에 함유한 활성이온과 직접반응함으로 염해성 우려가 전혀 없어 내구성이 양호함을 알 있다.

상기의 압축강도 시험과 마모에 대한 저항측정에서 알 수 있듯이 본 발명의 응결용 경화제를 사용하여 보도블록 블록, 벽돌, 패널로 된 토목 및 건축부재를 성형 함으로서, 첫째, 조기에 강도가 발현되며, 모르타르나 콘크리트방식과 달리 습식방식으로 이루어지는 특징이 있다.

둘째, 구조체에 수분흡수가 안되어 수축팽창이 일어나지 않아 동결융해저항성 등 내구성이 우수하여 큰 유속 및 유수력에 대한 저항력이 커서 수공구모물의 상하류 또는 흐름의 영향을 많이 받는 곳에서 제방과 하상의 보호 등에 적합하다.

셋째, 해성전토, 황토, 마사토, 사질토 등의 현지토를 활용하여 설계목적에 적합하게 다양한 구조체를 제작할 수 있어 주재료의 수급성 및 제작, 시공비가 저렴하다.

넷째, 응결용 경화제 조성 물의 분해용탈이 안되어 환경에 유해하지 않고 현지토를 사용함으로 주변환경의 기후여건에 조화를 이루어 환경친화적이다.

다섯째, 응결용 경화제를 사용함으로써 시멘트의 배합량을 20%∼50%로 저감할 수 있다.

여섯째, 습식 타설 방식이어서 거푸집형상에 따라 다양한 형상을 성형할 수 있다.

일곱째, 세굴, 동결융해 등 내 구성이 우수하며 타공법에 비하여 시공비가 저렴하다.

여덟째, 적용범위의 제약을 받지 않아 하천, 호안, 용배수로, 수변공간 등에 사용할 수 있는 특징이 있다.

이하 첨부도면을 간단히 설명하면 다음과 같다.

도1a 및 도1b는 본 발명의 응결용 경화제를 사용하기 위한 현지토(새만금) 성분분석 시험 성적서로서, 도1a 및 도1b는 현지토를 사용 하기 위해 새만금 갯벌을 채취하여 선별한 시료를 대한광업진흥공사에 의뢰하여 성분분석시험 성적서이다.

도1a는 시험분석에 따른 주요 성분으로서 Si, K, Al, Fe, Ca, Na, Mg이 주요성분으로 이루어져 있음 알 수 있으며, 도1b는 도1a를 세부적으로 분석한 결과 실리카(SiO₂) 76,9% m/m, 산화알루미늄(Al₂ O₃)10,7% m/m , 산화철(Fe₂ O₃) 3.33% m/m, 산화칼슘(CaO) 1.27% m/m, 산화마그네슘(Mgo) 0.75% m/m, 산화나트륨(Na₂ O) 1.88% m/m, 산화칼륨(K₂ O) 3.48% m/m의 성분으로 이루어져 있음을 알 수 있다.

이와 같은 성분을 갖는 토를 사용하기 위해서는 통상적으로 수차례 수세를 하여야하나 본 발명은 현지토에 염분 성분이 있다 하더라도 현지토 50중량%와 모래 30중량%, 시멘트 20중량%와 본 발명의 응결용 경화제20ℓ, 물 200ℓ를 혼합하여 토목 및 건축자재를 제조하여 통상의 시멘트와 모래, 골재로 이루어진 콘크리트보다 품질이 떨어지지 않는 제품을 제작할 수 있도록 한 응결용 경화제를 제공할 수 있도록 함을 특징으로 하는 것이다.

도2는 본 발명의 응결용 경화제를 이용하여 현지토와 시멘트, 모래를 배합하여 제작한 압축강도 및 마모저항용 공시체(시료) 사진으로서, 시료를 다수 제작하여 3개의 시료는 압축강도 시험용으로 사용하고, 3개의 시료는 마모저항에 대한 시료로 사용할 수 있도록한 것으로 상기 시료는 각각의 응결용 경화제와 모래 시멘트를 한번에 배합하여 제작한 것을 시료로 사용할 수 있도록 한 것이다.

도3은 본 발명의 응결용 경화제를 사용하여 제작한 시료의 압축강도시험 성적서로서, 3개의 시료 S1, S2, S3를 시험방법 KIS F 2405-2005로서 압축강도를 시험한 결과 S1 18.2MPa, S2 18.5MPa, S3 18.4MPa로서 평균18.3666으로 약 18.4MPa임을 알 수 있다. 이때 사용된 시료는 재령 7일째의 시료를 사용하여 압축강도를 시험하였다.(압축강도의 공식은 Fc = P / π(d/2)² 이며, Fc:압축강도 MPa(N/㎟), d: 공시체의 지름이다)

도4는 본 발명의 응결용 경화제를 사용하여 제작한 시료의 마모저항성 시험 성적서로서, 상기 도3에서 사용한 동일 조건의 시료 3개 S1, S2, S3를 시험방법 ASTM C944-1999으로 마모에 대한 저항성을 측정한 결과 재령 7일째의 시료 S1 0.14g/㎠, S2 0.17g/㎠, S3 0.16g/㎠의 측정결과를 얻었다. 상기 마모에 대한 저항성 측정결과 평균 0.15666 g/㎠로서 약 0.16g/㎠임을 알 수 있다.

마모저항은 이전에는 에폭시등의 코팅제를 사용해서 콘크리트 타설 후 그 바닥 위에 따로 마감을 했다.

그 이유는 바닥을 사용하면서 콘크리트의 마모로 인해 발생하는 분진 등을 막기 위해서 였지만 지금은 시공 기술이 발달하여 콘크리트 노출 마감의 경우에도 분진이 발생하지는 않는다.

그래서 콘크리트 바닥의 표면이 얼마나 단단한지를 테스트(test)하는 것이 마모저항성 (Abrasion Resistance테스트이다.

마모저항성은 총 4개의 등급으로 나뉘는데 국내에서 가장 많이 사용하는 등급은 AR1이다.

AR1의 경우 마모저항성 테스트(test)를 했을 때 약 0.1mm미만의 마모가 일어나는 바닥을 말한다.

도5와 6은 본 발명의 응결용경화제와 현지토를 이용하여 제작한 보도블록 사진으로서, 도5는 본 발명의 응결용 경화제와 현지토 50중량%, 모래, 시멘트를 혼합하여 제작한 벽돌형태의 보도 블록으로서 갯벌을 사용함으로 상부면에 안료를 혼합하여 생산한 것이다.

도6은 도5와 같은 방법으로 제조한 벽돌형태의 보도블록으로서 황토안료를 혼합하여 생산한 것이다.

도7과 8은 본 발명의 응결용 경화제와 현지토를 이용하여 제작한 패널 사진으로서, 도7과 도8 역시 응결용 경화제와 모래 시멘트 현지토 50중량%가 혼합되도록하여 생산한 패널로서 도7은 안료를 혼합하지 않고 현지토인 갯벌 50중량%와 모래 30중량%, 시멘트 20 중량%, 경화제20ℓ, 물200ℓ로 혼합하여 생산한 것이며, 도8은 도7과 같은 조성비로서 상면에 흑색 안료를 혼합하여 생산한 것이다.

상기 도5 내지 도8과 같이 본원 발명의 응결용 경화제와 현지토를 사용하여 보도블록, 패널 등을 생산한 후 새만금 주변을 조성시 인도 및 경계석, 호안블록을 설치함으로써 주변의 기후 조건에 부합됨으로 응결과 염분에 내성을 갖게됨으로 내구성이 강하여 수명이 오래가고 환경친화적인 특성이 있다.

도1a 및 도1b는 본 발명의 응결용 경화제를 사용하기 위한 현지토(새만금) 성분분석 시험 성적서.

도2는 본 발명의 응결용 경화재를 이용하여 현지토와 시멘트, 모래를 배합하여 제작한 압축강도 및 마모저항용 공시체(시료) 사진.

도3은 본 발명의 응결용 경화제를 사용하여 제작한 시료의 압축강도시험 성적서.

도4는 본 발명의 응결용 경화제를 사용하여 제작한 시료의 마모저항성 시험 성적서.

도5와 6은 본 발명의 응결용경화제와 현지토를 이용하여 제작한 보도블록 사진.

도7과 8은 본 발명의 응결용 경화제와 현지토를 이용하여 제작한 패널 사진.

Claims (2)

1. 토양 응결 경화제 제조 방법에 있어서,

   a) 염화제일철(FeCl₂) 3.156㎏, 탄산칼륨(K₂ CO₃)1.05㎏, 황산제일철(FeSO₄) 3.156, 나프탈렌 1.05㎏을 수산화나트륨 38.074ℓ에 용해시키는 제1차 조성물을 제조하는 공정과,

   b) 염화암모늄 0.642㎏을 온수 30℃의 물 1.926ℓ에 용해시키는 제2차 조성물을 제조하는 공정과,

   c) 염화칼슘(CaCl₂) 40㎏, 염화마 그네슘(MgCl₂) 40㎏, 규사분말(SiO₂) 6㎏을 물 60ℓ에 용해시키는 제3차 조성물을 제조하는 공정과,

   상기 a)제1차 조성물과 b)제2차 조성물 및 c) 제3차 조성물을 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 토목. 건축자재 응결용 경화제 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제조방법에 의해 제조된 응결용 경화제는 응결용 경화제 20ℓ와 물 200ℓ의 비율로 혼합되어 제조되는 것을 특징으로 하는 토목. 건축자재 응결용 경화제 제조방법.

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