KR101118985B1

KR101118985B1 - 친환경 투수콘크리트와 이를 사용한 포장도로

Info

Publication number: KR101118985B1
Application number: KR20110098864A
Authority: KR
Inventors: 최규현; 안혜경
Original assignee: 주식회사 금 천; 주식회사 동방
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-03-07

Abstract

본 발명은 친환경 투수콘크리트 제조에 관한 것으로 최대 13mm의 크기를 갖는 골재 78 ~ 82중량%에 자극제 14 ~ 17중량% 및 물 4 ~ 5중량%를 혼합하여 상온 양생을 통해 형성하고, 상기 자극제에 포함되는 조성물은 산업부산물을 재활용한 무기결합재 12 ~ 13중량%, 결합력 보완을 위한 메타카올린 1 ~ 2중량%와 성형성 향상을 위한 실리카 1 ~ 2중량%를 혼합한다.
또한 상기 무기결합재는 무기결합재 중량을 기준으로 슬래그미분말 50 ~ 70%, 소디움알루미늄셀페이트 10 ~ 15%, 석고 10 ~ 15%, 생석회 5 ~ 10%, 고화재 5 ~ 10%로 구성된다.
상기한 조성물을 각각의 비율로 배합하여 상온 양생과정을 거쳐 형성한 투수 콘크리트는 시멘트를 사용하지 않으면서도 그에 상당하는 압축강도와 내구성을 확보하고, 시멘트 생산량 감소에 따른 이산화탄소 발생을 줄여 지구의 온실가스 감축에 기여하며, 폐석고와 폐석회를 재활용함에 따라 폐석고와 폐석회에서 발생하는 침출수에 의한 수질오염을 방지하는 동시에 자원 고갈을 방지하고, 무기결합재와 메타카올린 및 실리카로 이루어지는 고강도 자극제를 첨가함으로써 투수성을 향상시킴에 따라, 우천시 빗물은 땅속으로 스며들어 노면에 물고임 현상을 방지할 수 있고, 또한 땅속으로 스며든 수분이 표면으로 증발하여 수분침투에 따른 지반 약화를 방지할 수 있는 작용효과가 발생되도록 한 것이다.
또한 표면에 기존의 에폭시 계열 수지가 아닌 수용성 수지로써, 친환경적인 코팅재를 일정 두께 이상으로 도포하여 미끄럼 방지뿐만 아니라 맥반석, 황토, 숯가루 분말을 첨가하여 항균, 흡취 등의 기능이 구현되도록 하며, 또한 도포하는 코팅재의 두께와 도포부위를 조절하여 다양한 무늬를 연출할 수 있도록 하는 발명이다.

Description

친환경 투수콘크리트와 이를 사용한 포장도로{Environment-friendly Permeable Concrete}

본 발명은 친환경 투수콘크리트와 이를 이용한 포장도로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투수콘크리트를 형성함에 있어, 시멘트를 사용하지 않고, 고로슬래그 미분말 등의 잠재수경성 재료 또는 포졸란과 같은 자극제를 이용하여 무기결합재를 제조하고, 메타카올린과 실리카와 같은 혼화재를 첨가하여 일정강도를 확보하면서 투수성을 증가시키고, 친환경성이 확보되는 포장재를 제조하는 기술에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 시멘트를 사용하지 않으면서 내구성 및 압축강도를 향상시키고, 아울러 시멘트 콘크리트에서 구현하기 어려운 투수성을 확보하여, 제품의 외관을 크게 향상시키며, 또한 콘크리트의 표면에 에폭시 계열 수지가 아닌 친환경적인 맥반석, 황토, 숯가루 분말을 첨가한 수용성 수지 코팅재를 도포하여 미끄럼 방지뿐만 아니라, 항균, 흡취, 원적외선 발생과 같은 부가적 기능이 발생되도록 하고, 표면을 유광, 무광 또는 다양한 무늬를 연출할 수 있는 투수콘크리트의 제조 기술과 이를 사용한 도로에 관한 것이다.

도로나 토지의 바닥을 포장하는데는 대부분 시멘트에 의해서 제조되는 콘크리트를 사용하고 있다.

이러한 포장재 형성에 첨가되는 시멘트는 석회석과 점토 등을 채굴하고 이를 혼합하여 고온에서 소성시켜 클링커를 만들고 이 클링커와 석고를 혼합 분쇄하여 제조하고 있다. 그런데 상기 클링커는 석유 석탄 등의 화석연료를 사용하여 1450℃로 가열하여 제조되는 것이어서, 클링커 1톤을 생산하는데 CO2 1톤 가량이 배출되고 있는 것으로 알려져 있다. 이렇게 배출되는 CO2는 지구온난화의 원인을 제공하고 있는데, 시멘트 제조분야에서 배출되는 CO2는 전체 CO2 배출량의 약 8%를 차지하는 것으로 알려져 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 19세기 이후 대기 중의 CO2 농도는 시멘트 생산량의 증가에 따라 지속적으로 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 특히 2000년에는 시멘트 생산량이 1900×10⁶톤으로 증가하였고, 이에 따라 CO2 농도 또한 급격하게 증가하여 350ppm이나 되는 것으로 발표된 바 있다. 즉, 시멘트 사용이 늘어나면 그에 따라 지구온난화도 더욱 빠르게 진행될 것이라는 점은 더 설명하지 않아도 알 수 있는 자명한 사실이다.

또한 시멘트 사용의 증가는 석회석 채굴의 증가로 이어지는데, 예를 들어 클링커 1톤을 생산하기 위해서는 이보다 1.16배 가량의 석회석을 채굴하여야 하기 때문에, 시멘트 사용이 늘어나는 것은 석회석 자원을 고갈시키는 문제도 발생되고 있는 것이다.

한편, 인광석을 가공하여 제조하는 인산비료 제조에 있어서, 인광석 가공시에 생성되는 부산물로 다량의 폐석고가 발생되고 있다. 예를 들어 인산비료 1톤 제조시 5톤의 폐석고가 생성되고 있고, 이러한 폐석고는 pH2 ~ 3의 강산성을 이루고 있어서 이를 야적할 경우 강산성의 침출수가 발생되어 수질을 오염시키고 아울러 적재장소 부족 등의 문제가 발생되고 있다.

상기 폐석고는 85% 이상이 CaSO4?2H2O로 이루어져 있다. 따라서 중화처리를 통해 슬래그 자극제로 재활용할 수 있는 자원에 해당된다. 그런데 이러한 자원이 그대로 방치되거나 버려짐으로써, 환경을 오염시키는 것은 물론 적재장소 부족 현상을 초래하는 문제가 발생되고 있는 것이다.

또한 소다회 생산시에는 pH12 이상의 강알카리성을 가지는 폐석회가 다량으로 발생되는데, 상기 폐석회는 CaCO3, Ca(OH)2CaCl2가 주성분이다. 따라서 소다회 제조시 발생되는 폐석회는 슬래그 자극제로 재활용할 수 있는 자원이라고 할 수 있지만, 이러한 자원이 그대로 방치되거나 버려짐으로써, 강알칼리성 침출수로 발생으로 인해 수질을 오염시키고 적재장소 부족과 같은 문제가 발생되는 것이다.

도로 포장재료의 종래기술로서 등록특허 10-0837184호의 투수성 콘크리트 블록 및 그 제조방법이 공지되어 있다. 상기 종래기술은 입도 0.3㎜ 내지 7.5㎜인 혼합골재 45중량% 내지 60중량%, 입도 0.1 내지 3.0㎜인 혼합골재 15 내지 30중량% 및, 시멘트 15 내지 25중량%의 비율로 혼합하여 기층 골재 혼합물을 형성하는 공정과, 입도 0.5 내지 5.0㎜인 규사가 30 내지 60중량%, 입도 0.5 내지 5.0㎜인 천연골재가 10 내지 25중량%의 비율로 혼합하여 표층 골재 혼합물을 형성하는 공정을 포함하는 원재료 혼합공정과, 상기 기층 골재 혼합물을 12 내지 19% 부피 가압율로 가압하는 1차성형공정과, 상기 표층 골재 혼합물을 상기 1차 성형공정에서 가압된 기층 골재 혼합물에 12 내지 19% 부피 가압율로 가압하는 2차 성형공정을 포함하는 골재 혼합물을 성형하는 공정이 공지되어 있다.

그러나 상기 종래기술은 과량의 시멘트를 사용하는 것이기 때문에 CO₂ 배출량이 증가하는 문제를 피할 수 없고, 또한 제조 공정에 있어서 성형단계에서 골재혼합물을 1, 2차에 걸쳐 가압하므로 성형압에 견딜 수 있는 골재만을 선택하여 사용하여야 함에 따라 골재의 선택의 범위가 좁고, 성형공정에 있어 1, 2차 성형공정으로 분리되어 제조하는 과정을 거치게 되어 그 과정이 복잡한 문제점이 있다.

또한 상기 종래의 투수성 콘크리트에 의해 포장된 도로는 도 2a 내지 2c에 나타나 있는 바와 같이, 포장후 블로업 현상이 발생하고, 표면이 매끄러워 우천시 미끄러움이 발생하며, 포장면의 패턴이 단조로운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 시멘트를 사용하지 않고, 골재에 산업부산물을 재활용한 무기결합재 및 콘크리트의 결합력을 증가시키는 자극제를 첨가하고, 표면 처리제를 첨가하여 물빠짐이 우수한 도로 포장용 투수콘크리트를 형성하기 위한 것이다.

즉, 투수콘크리트를 형성함에 있어서, 시멘트를 사용하지 않고, 일정량의 굵은 골재에 유해성분이 없는 순환자원을 재활용하여 조성한 무기결합재와 고성능 혼화재인 메타카올린, 성형성을 향상시키는 실리카를 일정비율로 첨가하도록 한다.

이를 통해 콘크리트의 초기 강도를 증가시키고, 중장기적으로는 수산화칼슘과의 포졸란 반응을 통한 압축강도와 내구성을 향상시키며, 빗물은 땅속으로 스며들고 땅속의 수분은 표면으로 증발하는 투수성을 확보하도록 하여, 포장도로의 블로업 현상을 차단하고, 포장도로의 표면에 물고임 현상을 방지하며, 포장도로 표면이 미끄럽지 않으면서 스텐실 무늬를 연출할 수 있는 기능성 친환경 투수 콘크리트를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 친환경 투수콘크리트는 시멘트를 사용하지 않고 골재와 물을 일정비율로 혼합하고 여기에 고로슬래그와 같은 산업부산물을 재활용한 무기결합재와 콘크리트의 결합력을 보완하는 메타카올린 및 황토콘크리트의 성형성을 향상하는 실리카로 이루어지는 자극제를 일정비율로 첨가하여 상온에서 양생하도록 한다.

상기 골재는 10 ~ 13mm의 크기를 가지는 것으로 78 ~ 82중량%와 물 4 ~ 5중량%를 혼합하고, 여기에 결합 자극제로서 무기결합재 12 ~ 13중량%, 결합력 보완을 위한 메타카올린 1 ~ 2중량%와 성형성 향상을 위한 실리카 1 ~ 2중량%를 첨가하도록 한다.

상기 무기결합재는 무기결합재 중량을 기준으로 슬래그미분말 50~ 70%, 소디움알루미늄셀페이트 10 ~ 15%, 석고 10 ~ 15%, 생석회 5 ~ 10%, 고화재 5 ~ 10%비율로 배합하도록 한다.

그리고 상기 투수콘크리트로 포장한 도로의 표면에 맥반석, 황토 또는 숯가루 분말이 첨가된 수용성 코팅재로 코팅 처리하여 미끄러움이 방지되며, 유광 또는 무광의 스텐실 무늬를 연출하여 미적 효과가 발생되는 친환경 투수콘크리트를 제공하도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 투수콘크리트는 시멘트를 사용하지 않고 투수성을 향상시킴에 따라, 이를 활용하여 도로를 포장하면 우천시 빗물이 땅속으로 스며들어 노면에 물고임 현상을 방지할 수 있고, 또한 땅속으로 스며든 수분이 맑은날 표면으로 증발하여 수분침투에 따른 지반 약화를 방지할 수 있는 작용효과가 발생된다.

이와 함께 시멘트를 대신하여 슬래그미분말과 석고 및 생석회 등을 재활용하여 무기결합제를 형성함에 따라 시멘트 사용량 감소에 의한 온실가스 감축은 물론 폐석고의 강산성의 침출수와 폐석회의 강알카리성 침출수에 의한 수질 오염을 방지할 수 있고, 메타카올린과 실리카로 이루어지는 자극제를 사용함으로써 콘크리트의 내구성 및 압축강도를 향상시킬 수 있는 작용효과가 발생되는 것이다.

또한 콘크리트 표면에 에폭시 계열의 수지가 아닌 친환경적인 수용성 코팅재를 일정 두께 이상으로 도포하여 미끄럼을 방지하고, 상기 코팅재에 맥반석, 황토 또는 숯가루 분말을 첨가하여 항균, 흡취, 원적외선 발생과 같은 다양한 기능이 발생되고, 또한 콘크리트 표면의 광택을 달리하거나 표면에 다양한 스텐실 무늬를 연출하여 미적 효과를 발생시킬 수 있게 되는 것이다.

도 1은 세계의 시멘트 생산량에 따른 대기중 이산화탄소농도 관계를 도시한 도면이고,
도 2a 내지 도 2c는 종래 콘크리트 또는 투수콘크리트의 문제점을 나타낸 도면이며,
도 3은 본 발명의 친환경 투수콘크리트가 포장되는 도로의 단면을 나타낸 도면이며,
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 투수콘크리트가 포장된 표면에 코팅재로 형성하는 유광, 무광 및 돌기부와 스텐실 무늬를 나타낸 도면이다.

본 발명의 투수콘크리트는 시멘트를 사용하지 않고 골재와 물을 일정비율로 혼합하고 여기에 고로슬래그와 같은 산업부산물을 재활용한 무기결합재와 투수콘크리트를 혼화시켜 결합력을 보완하는 메타카올린 및 콘크리트의 성형성을 향상하는 실리카로 이루어지는 자극제를 일정비율로 첨가하여 상온에서 양생하도록 한다.

상기 골재는 10 ~ 13mm의 크기를 가지는 것으로 78 ~ 82중량%와 물 4 ~ 5중량%를 혼합하고, 여기에 상기 자극제로서 무기결합재 12 ~ 13중량%, 결합력 보완을 위한 메타카올린 1 ~ 2중량%와 성형성 향상을 위한 실리카 1 ~ 2중량%를 첨가하도록 한다.

상기 무기결합재는 무기결합재 중량을 기준으로 슬래그미분말 50 ~ 70%, 소디움알루미늄셀페이트 10 ~ 15%, 석고 10 ~ 15%, 생석회 5 ~ 10%, 고화재 5 ~ 10%비율로 배합하여 친환경 투수콘크리트를 형성하도록 한다.

보다 상세하게 상기 골재는 10 ~ 13mm의 크기를 가지는 것으로 전체 콘크리트 포장재의 78 ~ 82중량%가 포함되도록 하는데, 골재의 크기가 10mm 이만인 경우는 콘크리트가 조밀한 구조로 형성되어 투수성이 저하되고, 13mm를 초과하는 경우는 결합개소가 감소하여 결합 강도가 저하되기 때문에 10 ~ 13mm를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 투수콘트리트에 포함되는 골재 중량을 78 ~ 82중량%로 한정하는 이유는 상기 수치범위를 벗어나는 77중량%와 83중량%를 투입할 경우 아래 표 1에서와 같이 압축강도와 투수계수 및 공극률이 상기 범위에 해당하는 중량을 투입하는 경우에 비해 저하되기 때문이다.

골재 (중량%)	골재의크기 ()	압축강도(MPa) (28일)	투수계수 (cm/sec)	공극률(%)
77	13	25.6	0.007	7.0
78 ~ 82	13	28 ~ 31.8	0.01 ~ 0.03	8.0 ~ 16.0
83	13	27.6	0.009	7.0

상기 자극제로 조성하는 무기결합재는 알카리 및 석고계 산업폐기물을 슬래그미분말 및 소디움알루미늄셀페이트인 황산나트륨, 황산알루미늄 등과 같은 잠재수경성 또는 포졸란 재료를 이용하여 고온의 소성과정 없이 상온에서 슬래그 및 소디움알루미늄셀페이트 활성화 메카니즘을 기반으로 형성하도록 한다. 상기 슬래그 미분말은 고로슬래그를 채택하는 것이 바람직하다.

상기 무기결합재를 첨가하여 투수콘크리트를 활성화시키는 것은 슬래그미분말로 이루어지는 비결정질 물질에 수산화물 또는 황산염과 같은 자극제를 첨가함에 따라 발생되는 수화반응에 의해 비결정질 입자가 불규칙적으로 3차원 쇄상결합이 깨지면서 망상구조체 내부에 함유된 Ca+², Mg+², Al+³등의 수식이온들이 용출되어 경화특성을 지니게 되는 원리를 이용한 것이다.

따라서 상기 고로슬래그는 분말도가 높을수록 Si, Al 이온이 쉽게 용출될 수 있어 결합력이 향상되고, 블록 내부의 비석(zeolite)의 생성율을 높이며, 제품 내에서 Ca 이온을 제공하여 블록 내부에 C-S-H 생성물을 단시간 내에 생성하는 주된 역할을 하므로 분말도가 8000㎠/g 이상인 것을 사용하는 것이다.

또한 Ca 이온은 Ca(OH)₂를 생성하여 블록내의 pH를 높여 알카리화하고, 생석회를 보조해 줌으로써 고로슬래그를 둘러싸고 있는 피막을 파괴하여 수화반응 및 2차 생성물인 비석(zeolite) 형성을 촉진하는 역할로 결합을 촉진시켜 경화특성을 지니게 한다.

본 발명에서 적용하는 무기결합재의 조성물에서 고로슬래그로 형성되는 슬래그미분말을 50 ~ 70중량% 첨가하는 이유는 표 2에서와 같이 분말도 8000㎤/g의 슬래그미분말을 상기 수치범위를 벗어나는 49중량%와 71중량%를 포함시키는 경우 압축강도와 투수계수 및 공극률이 모두 상기 수치범위에 비해 낮아지기 때문이다.

슬래그미분말 (중량%)	분말도(/g)	압축강도(MPa) (28일)	투수계수(cm/sec)	공극률(%)
49	8000	26.0	0.008	7.0
50 ~ 70	8000	28.0 ~ 31.8	0.01 ~ 0.03	8.0 ~ 16.0
71	8000	27.6	0.009	7.0

또한 본 발명의 무기결합재의 조성물에서 무기결합재에 포함되는 소디움알루미늄셀페이트(황산나트륨, 황산알루미늄)는 상기 무기결합재 중량을 기준으로 10 ~ 15중량%를 혼합하는데, 이는 소디움알루미늄셀페이트 10중량% 미만을 첨가하는 경우 수화반응 유도에 의한 비결정질 입자의 불규칙적 3차원 쇄상결합의 절단이 용이하지 못해 망상 구조체 내부에 함유된 Ca+², Mg+², Al+³등의 수식이온들이 용출이 적어 알루미노실리케이트 젤 구조인 지오폴리머를 형성하기 어려워 경화특성을 낮아지게 되고, 반대로 15중량%를 초과하는 경우에는 포졸란 반응에 의한 기체 활성도가 높아 초기 수화열 제어로 인한 균열이 발생을 가져오기 때문이다.

즉 아래 표 3에서와 같이 상기 수치범위를 벗어나는 9중량%와 16중량%를 포함시키는 경우 7일 및 28일 압축강도가 상기 수치범위에 비해 떨어짐을 알 수 있다.

소디움알루미늄셀페이트 (중량%)	압축강도(MPa) (7일)	압축강도(MPa) (28일)
9	18.8	25.6
10 ~ 15	19.0 ~ 24.8	28.0 ~ 31.8
16	24.8	27.6

또한 본 발명에서 무기결합재의 조성물에서 석고는 화학적구조가 CaSO₄2H₂O으로 구성된 황산염 광물로서 지표수와 지하수에 의한 경석고의 수화작용에 의해 형성되는 물질이다. 따라서 고로슬래그와 소디움알루미늄셀페이트 내의 Si-O나 Al-O의 결합을 빠르게 파괴하는 기능을 하며, 고로슬래그에서 용출된 Al과 Si 이온은 서로 반응하여 C-S-H나 C-A-H 수화물을 형성하거나 지올라이트(zeolite)를 생성시키는 작용을 한다.

상기 석고는 비료공장에서 인산제조시 발생하는 pH2 ~ 3인 폐석고를 활용하도록 하는데, 상기 석고를 10 ~ 15중량% 첨가하는 이유는 아래 표 4에서와 같이 상기 수치범위에 미달되거나 초과하는 중량의 석고를 첨가하면 7일 또는 28 양생 모두 압축강도가 떨어지기 때문이다.

석고(중량%)	압축강도(MPa) (7일)	압축강도(MPa) (28일)
9	24.8	27.6
10 ~ 15	25.0 ~ 25.2	28.0 ~31.8
16	18.8	25.6

즉, 상기 석고의 첨가량이 본 발명의 수치범위의 하한치에 미달되면 콘크리트 내에서 불순물로 작용하게 되어 압축강도가 증가하지 않으며, 수치범위의 상한치를 초과하면 고로슬래그와 소디움알루미늄셀페이트의 첨가량이 상대적으로 적어 지게 되어 블록 내에서 충분한 결합력을 발휘할 수가 없어 압축강도가 저하되는 것이다.

또한 본 발명의 무기결합재의 조성물에서 무기결합재에 포함되는 생석회의 상기 무기결합재 전체 함량을 기준으로 5 ~ 10중량%를 혼합하여 사용하는데, 상기 생석회는 CaO로 구성된 알카리 성분으로 상기 석고와 함께 pH를 증가시켜 고로슬래그을 둘러싸고 있는 피막을 파괴하여 수화반응을 유도하는 기능을 한다.

상기 생석회는 비료공장에서 인산제조시 발생하는 pH2 ~ 3인 폐석회를 pH12이상으로 중화처리 후 재사용하여 폐석회 침출수로 인한 수질오염을 방지하도록 한다.

이러한 생석회는 표 7에서와 같이 생석회를 5 ~ 10중량%를 포함시키는 경우 7일, 28일 압축강도가 가장 높았으며, 상기 수치범위를 벗어나는 4중량%, 11중량%인 경우 7일 및 28일 압축강도가 상기 수치범위에 비해 떨어짐을 알 수 있다.

즉, 생석회를 5중량% 미만을 첨가할 경우는 콘크리트에서 불순물로 작용하게 되어 강도의 향상이 일어나지 않으며, 10중량% 이상을 첨가할 경우에는 고로슬래그와 소디움알루미늄셀페이트의 첨가량이 상대적으로 적어지게 되어 콘크리트 내에서 충분한 결합력을 발휘할 수가 없어 압축강도가 저하되는 것이다.

생석회(중량%)	압축강도(MPa) (7일)	압축강도(MPa) (28일)
4	24.8	27.6
5 ~ 10	25.0 ~ 25.2	28.5 ~ 31.8
11	18.8	25.6

그리고 본 발명에서 자극제로 포함되는 메타카올린은 내화물, 고무, 페인트, 화학, 제약 등 폭 넓게 사용가능한 카올린을 특수 처리하여 콘크리트용 혼화재료로 제조한 것으로서, 고로슬래그와 물유리에 의해 생성된 Ca(OH)₂와 반응하여 포졸란 반응을 일으켜 강한 고결성을 발현하는 특징이 있다.

상기 메타카올린은 지오폴리머 소재로서 매우 우수한 반응성을 나타내는 원료로서 고로슬래그와 마찬가지로 비정질 유리상을 다량으로 포함하고 있어 Si-O-Al의 3차원적 망목구조를 형성하는데 유리하며, 물유리와 고로슬래그의 급결성을 억제할 수 있어서, 지오폴리머 반응 이외에 반응 지연효과를 가져오므로 메타카올린를 첨가하는 비율의 조정은 무엇보다 중요하다.

이러한 메타카올린은 그 첨가량에 따라 수산화칼슘과의 반응성 및 포졸란 반응의 차이로 인해 기계적 특성이 다르게 나타나는데, 표 6에서와 같이 본 발명의 메타카올린 첨가량 1 ~ 2중량%(분말도 8000 ~ 10000㎠/g)를 초과하거나 미달하는 경우 압축강도와 인장강도 및 휨강도 모두 떨어지는 것을 알 수 있다

메타카올린(중량%)	압축강도(MPa) (28일)	인장강도(MPa) (28일)	휨강도(MPa) (28일)
0.9	22.5	2.4	5.5
1 ~ 2	28.5 ~ 31.8	2.8 ~ 3.5	6.0 ~ 6.5
3	25.5	2.6	5.8

이러한 메타카올린은 고로슬래그와 물유리에 의해 생성된 Ca(OH)₂와 반응하여 강한 포졸란 반응을 일으키는데, 상기 포졸란이란 실리카 혼합물로서 그 자체는 수경성이 없으나 물의 존재하에 석회와 결합하여 불용성의 실리카질 화합물을 생성시키는 물질로 물과 접촉하면 미량의 칼슘(CaO)과 규산(SiO₂)이 용출되어 입자의 표면에 불용성의 치밀한 수화물과 함께 비결정질의 실리카 및 알루미나 수화물이 생성되고, 포졸란을 시멘트와 섞을 경우 수화반응시 생성된 Ca(OH)₂와 포졸란이 반응하게 되어서 Ca(OH)₂를 소모하면서 수화된 시멘트 고화체에 있어서 C-S-H의 비율을 증가시키게 되는 것이다. 이러한 포졸란 반응을 일으키는 메타카올린을 무기결합재와 섞어서 사용하면 워커빌리티가 증가하고, 수화열의 발생이 낮아져서 강도가 증가하게 되는 것이다.

또한 본 발명의 자극제에 포함되는 실리카는 SiO₂로 구성된 규산무수물로 천연으로는 석영, 수정, 옥수, 마노, 부싯돌, 규사, 인규석, 홍연석 등에 결정 또는 비결정으로 산출되는데 본 발명에서는 분말도 3100 ~ 3300㎠/g, 순도 90% 이상인 것을 사용하도록 한다.

상기 분말도와 순도 범위 내에서 최적의 워커빌리티(슬럼프)와 피니셔빌리티(마무리하기쉬운상태), 성형성(면상태)을 향상시키고 포졸란 반응에 의한 기체 활성도가 높아 초기 수화열 제어로 인한 균열 발생을 억제하는 기능이 탁월하다.

이러한 실리카는 그 첨가량에 따라 압축강도와 슬럼프 및 워커빌리티가 다르게 나타나는데, 표 7에서와 같이 본 발명의 실리카 첨가량 1 ~ 2중량%(분말도 3100 ~ 3300㎠/g, 순도 95%)를 초과하거나 미달하는 경우 28일 압축강도가 떨어지고, 슬럼프가 거치루며, 워커빌리티가 불량한 것을 알 수 있다.

실리카(중량%)	압축강도(MPa) (28일)	슬럼프(mm)	워커빌리티
0.9	23.5	130	불량
1 ~ 2	28.5 ~ 31.8	135 ~ 140	매우 우수
3	27.6	145	불량

또한 본 발명은 투수콘크리트 표면에 기존의 에폭시 계열 수지가 아닌 수용성 수지로써, 친환경적인 코팅재를 일정 두께 이상으로 도포하여 미끄럼 방지뿐만 아니라 맥반석, 황토, 숯가루 분말을 첨가하여 항균, 흡취성, 원적외선 발생, 음이온 발생과 같은 다양한 기능이 구비되도록 하며, 상기 도포하는 코팅재의 두께와 도포 부위를 조절하여 광택과 무늬를 연출하도록 한다.

도 3의 투수콘크리트가 시공된 포장 도로의 단면을 나타낸 단면도에 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 투수콘크리트가 포장되는 도로는 노상(1) 상부에 필터층(10)과 보조기층(11)을 형성하고 상기 보조기층(11)의 상부를 투수콘크리트(12)로 포장하는 것이다.

그리고 상기 투수콘크리트(12) 포장도로의 표면에는 스텐실 엠보층(21)과 베이스 칼라층(22)으로 구성된 투수콘 코팅재(20)를 코팅하도록 한다. 상기 투수콘 코팅재(20)는 수용성 수지로 형성하며, 요철 모양의 스텐실 엠보층(21)과 베이스 칼라층(22)을 형성하여 미끄럼을 방지할 뿐만 아니라, 도 4a 및 4b에 도시한 바와 같이 코팅재의 두께와 코팅재가 도포되는 부위를 조절하여 유광, 무광, 스텐실 무늬와 같은 다양한 형상의 포장재 표면을 연출하고, 또한 상기 수용성 수지에 맥반석, 황토, 숯가루 분말을 첨가하여 항균, 흡취성, 원적외선 발생, 음이온 발생과 같은 다양한 기능이 구현되도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 시멘트를 전혀 사용하지 않기 때문에 시멘트 생산량 감소에 따른 이산화탄소 발생을 줄여 지구의 온실가스 감축에 기여할 있고, 폐석고와 폐석회를 재활용함에 따라 폐석고와 폐석회에서 발생하는 침출수에 의한 수질오염을 방지하는 동시에 자원 고갈을 방지할 수 있게 된다.

그리고 무기결합재와 메타카올린 및 실리카로 이루어지는 고강도 자극제를 첨가함으로써 압축강도 28.5 ~ 31.8MPa, 투수계수 0.01 ~ 0.03cm/sec, 공극률 8.0 ~ 16.0%의 특성을 구현하여 시멘트를 사용하지 않고 그에 상당하는 압축강도를 확보하면서 투수성을 향상시킴에 따라, 우천시 포장도로에 내리는 빗물은 땅속으로 스며들어 노면에 물고임 현상을 방지할 수 있고, 또한 땅속으로 스며든 수분이 표면으로 증발하여 수분침투에 따른 지반 약화를 방지할 수 있는 작용효과가 발생되는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

1 : 노상 10 : 필터층
11 : 보조기층 12 : 투수콘크리트
20 : 코팅재 21 : 스텐실 엠보층
22 : 베이스 칼라층

Claims

친환경 투수콘크리트에 있어서,
상기 투수콘크리트는 10 ~ 13mm의 크기를 갖는 골재 78 ~ 82중량%와 자극재 14 ~ 17중량% 및 물 4 ~ 5중량%를 시멘트를 사용하지 않고 혼합하되,
상기 자극재는 고로슬래그를 포함하는 산업부산물을 재활용한 무기결합재 12 ~ 13중량%, 투수콘크리트의 결합력을 보완하기 위한 메타카올린 1 ~ 2중량%와 투수콘크리트의 성형성을 향상시키기 위한 실리카 1 ~ 2중량%를 첨가하여 상온에서 양생하며, 상기 자극재로 조성되는 무기결합재는 무기결합재 중량을 기준으로 슬래그미분말 50 ~ 70%, 소디움알루미늄셀페이트 10 ~ 15%, 석고 10 ~ 15%, 생석회 5 ~ 10%, 고화재 5 ~ 10%로 형성하는 것을 특징으로 하는 친환경 투수콘크리트.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 친환경 투수콘크리트로 형성하는 도로는 노상의 상부에 필터층을 형성하고, 상기 필터층의 상부에 보조기층을 형성하며, 상기 보조기층의 상부에 투수콘크리트를 형성하고, 상기 투수콘크리트 상부에는 스텐실 엠보층과 베이스 칼라층으로 이루어지는 코팅재를 코팅하며, 상기 코팅재에는 맥반석, 황토, 숯가루 분말을 첨가하여 포장된 도로를 형성하는 것을 특징으로 하는 친환경 투수콘크리트.