KR101133440B1 - 친환경 황토콘크리트 포장재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 황토콘크리트 도로 포장재에 관한 것으로, 시멘트를 사용하지 않고 골재와 부순모래, 해사, 황토분말, 색소 및 물을 일정비율로 혼합하고 여기에 고로슬래그와 같은 산업부산물을 재활용한 무기결합재와 황토콘크리트의 결합력을 보완하는 메타카올린 및 황토콘크리트의 성형성을 향상하는 실리카로 이루어지는 자극제를 일정량 첨가하여 상온에서 양생하는 것이다.
상기 골재는 20 내지 25mm의 크기를 가지는 것으로 31 ~ 52중량%가 포함되도록 하고, 상기 부순모래는 조립율이 FM범위 3.10의 것을 21 ~ 32중량%, 상기 해사는 조립율이 FM범위 2.40 범위의 것을 10 ~ 15중량%, 상기 황토분말은 분말도 3500 ~ 4000㎠/g인 것을 800 ~ 900℃에서 1 ~ 3시간 소성가공후 냉각시킨 것을 0.4 ~ 0.6중량%, 상기 색소는 0.2 ~ 0.6중량%를 포함시켜 물 5 ~ 7중량%와 혼합하고, 상기 자극제를 11.4 ~ 13.8중량% 첨가도록 한다.
또한 상기 자극제에 포함되는 상기 무기결합재는 10 ~ 12중량%, 메타카올린은 0.8 ~ 1중량%, 상기 실리카는 0.6 ~ 0.8중량%를 첨가하도록 하여, 자극재의 중량을 기준으로 무기결합재와 메타카올린 및 실리카를 88% : 7% : 5%에 상당하는 비율이 되도록 한다.
그리고 상기 자극재에 포함되는 무기결합재는 무기결합재 중량을 기준으로 슬래그미분말 50 ~ 70%, 소디움알루미늄셀페이트 10 ~ 15%, 석고 10 ~ 15%, 생석회 5 ~ 10%, 고화재 5 ~ 10%를 혼합하여 형성하도록 하며, 상기 무기결합재의 구성 요소 중 석고는 비료 공장에서 인산 제조시 발생하는 pH2 ~ 3인 폐석고를 채용하고, 생석회는 소다회 공장에서 발생하는 pH12 이상의 폐석회를 중화 처리하여 적용하여 친환경 황토콘크리트 포장재를 제공함으로써, 시멘트를 전혀 사용하지 않고, 재료를 재활용하여, 시멘트 사용량 감소에 의한 온실가스 감축은 물론 폐석고의 강산성의 침출수와 폐석회의 강알카리성 침출수에 의한 수질 오염을 방지할 수 있으며, 친환경재료인 황토 미분말을 첨가하여 황토미분말과 수산화칼슘의 포졸란 반응에 의한 압축강도와 내구성을 향상시키고, 황토가 가지는 시각적 아름다움과 감각적 부드러움을 느낄 수 있도록 하며, 황토의 습도조절 기능에 의한 도로의 표면 온도를 조절하여 쾌적한 도시환경을 제공할 수 있는 친환경 황토콘크리트 포장재를 제공하는 작용효과가 발생되는 것이다.

Description

친환경 황토콘크리트 포장재{Environment-friendly Yellow Soil Concert}

본 발명은 도로 등에 포장되는 친환경 황토콘크리트 포장재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트를 사용하지 않고, 천연 황토를 건조시켜 고순도 분말로 형성한 후 이를 골재와 부순모래, 해사, 물을 일정한 비율로 혼합하고, 여기에 고로슬래그 미분말과 포졸란과 같은 황산염 자극제(소디움알루미늄셀페이트, 석고)로 이루어지는 무기결합재와 메타카올린 및 실리카를 일정비율로 혼합한 결합 자극제를 첨가하여 상온에서 양생시킴으로써, 황토미분말과 수산화칼슘의 포졸란 반응에 의한 압축강도와 내구성을 향상시키고, 황토가 가지는 시각적 아름다움과 감각적 부드러움을 느끼면서, 황토의 습도조절 기능에 의한 도로 표면 온도를 조절하여 쾌적한 도시환경을 제공할 수 있는 친환경 황토콘크리트 포장재에 관한 것이다.

종래에 도로를 포장하기 위한 포장재의 대부분은 아스팔트와 시멘트에 의해서 제조되는 콘크리트가 사용되고 있다. 이러한 아스팔트와 콘크리트의 제조를 위해 사용되는 주원료인 아스콘과 시멘트는 고가일 뿐 아니라, 상기 아스팔트와 콘크리트는 모래와 골재를 단순히 시멘트 또는 아스콘에 의해 물리적 결합상태만 유지하여 도로의 포장을 형성하는 것이므로, 빗물 등에 의해 오염 성분이 녹아내리거나 화학적 반응에 의해 주변 토양을 오염을 일으키는 주된 원인중의 하나로 환경문제에 있어서 부정적으로 인식되고 있다. 특히 시멘트의 경우 시멘트 제조시 발생되는 CO₂배출량은 지구 온난화를 초래하는 주요 원인으로 지목되고 있어서 앞으로 지구 온실가스 감축 규제에 따라 시멘트 사용을 줄이는 일은 시급하게 해결해야 할 과제로 대두되고 있다.

그런데 시멘트는 석회석과 점토 등을 채굴하고 이를 혼합하여 고온에서 소성시켜 클링커를 제조하고 이 클링커와 석고를 혼합 분쇄함으로써 제조되는 것으로서, 최근들어 도로 포장용으로 더욱 사용이 늘어나고 있는 추세이다.

상기 시멘트 제조용 클링커는 일반적으로 석유 석탄 등의 화석연료를 사용하여 1450℃로 가열하여 제조된다. 따라서 클링커 1톤을 생산하는 경우에 CO2 또한 1톤 가량이 배출되고 있으며, 지구온난화의 원인이 되는 온실가스 중 55%가 CO2에 의한 것이어서, 시멘트 제조분야에서 전체 CO2의 약 8%를 배출하고 있는 것으로 알려져 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 19세기 이후 대기 중의 CO2 농도는 시멘트 생산량의 증가에 따라 CO2 농도 또한 증가하여 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)2, CaCl2가 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.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 시멘트를 대체 할 수 있는 재료의 개발노력과 맞물려 환경 친화적이면서도 자연경관을 살릴 수 있고 비교적 비용이 저렴한 황토를 도로 포장 재료로 사용하고자 하는 시도가 다양하게 연구되고 있는데, 이러한 황토는 원적외선 방사와 음이온 발생으로 인한 노화방지, 혈액순환촉진, 스트레스 해소, 피부미용, 신경통, 요통, 만성피로 회복 및 향균, 탈취, 습기조절기능이 있는 것으로 알려져 있어서 친환경적 재료로 다양한 분야에 응용되고 있다.

그러나 상술한 황토를 그대로 포장재로 사용할 경우에는 빗물 등에 의해 포장된 황토가 유실되는 문제가 있고, 시멘트에 황토 미분말을 혼화재로 첨가한 포장재의 경우에도 도 2a 및 2b에 나타낸 바와 같이 균열이나 파손, 긁힘이 발생하고, 특히 동절기에는 외기 온도차로 인해 포장된 표면이 분리되거나 가루로 부서져서 도로 포장이 심하게 훼손되는 문제가 발생되고 있다.

이에 황토의 본래기능을 발휘하면서 도로 표면에 대한 침투성 및 조막성이 우수하여 잘 떨어지지 않고, 압축강도와 내구성, 워커빌리티, 슬럼프가 우수한 황토콘크리트 포장재 개발에 관한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하면서 환경 친화형 황토콘크리트 도로포장재 제조라는 기술적 요구를 달성하기 위한 것으로, 골재에 황토분말 및 색소를 혼합하고, 여기에 결합 자극제를 첨가하여 시멘트를 전혀 사용하지 않는 황토콘크리트 포장재를 제공하고자 하는 것이다.

즉, 친환경 황토콘크리트 포장재를 형성함에 있어 시멘트를 전혀 사용하지 않고, 일정량의 굵은 골재와 해사 및 부순모래로 모재를 형성하고, 여기에 유해성분이 없는 순환자원을 재활용한 무기결합재와 메타카올린, 실리카, 색소, 황토분말과 같은 결합 자극재를 일정비율로 첨가하여 상온에서 양생함으로써, 도로 포장 층에서 수분 침투 및 배수가 잘되고 결합성이 우수하여 포장 층이 부서지지 않으며, 워커빌리티가 우수하고, 28일 양생 압축강도 362kg/m²의 특성을 가지는 환경 친화형 황토콘크리트 포장재를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 친환경 황토콘크리트 포장재는 시멘트를 사용하지 않고 골재와 부순모래, 해사, 황토분말, 색소 및 물을 일정비율로 혼합하고 여기에 고로슬래그와 같은 산업부산물을 재활용한 무기결합재와 황토콘크리트의 결합력을 보완하는 메타카올린 및 황토콘크리트의 성형성을 향상하는 실리카로 이루어지는 자극제를 일정비율로 첨가하여 상온에서 양생하도록 한다.

상기 골재는 20 내지 25mm의 크기를 가지는 것으로 31 ~ 52중량%가 포함되도록 하고, 상기 부순모래는 조립율이 FM범위 3.10의 것을 21 ~ 32중량%, 상기 해사는 조립율이 FM범위 2.40 범위의 것을 10 ~ 15중량%, 상기 황토분말은 분말도 3500 ~ 4000㎠/g인 것을 800 ~ 900℃에서 1 ~ 3시간 소성가공후 냉각시킨 것을 0.4 ~ 0.6중량%, 상기 색소는 0.2 ~ 0.6중량%를 포함시켜 물 5 ~ 7중량%와 혼합하고, 상기 자극제를 11.4 ~ 13.8중량% 첨가하도록 한다.

또한 상기 자극제를 구성하는 조성물은 무기결합재 10 ~ 12중량%, 메타카올린 0.8 ~ 1중량%, 실리카 0.6 ~ 0.8중량%로 구성하며, 자극재의 전체 중량을 기준으로 무기결합재와 메타카올린 및 실리카의 비율이 88% : 7% : 5%가 되도록 한다.

그리고 상기 자극재에 포함되는 무기결합재는 무기결합재 중량을 기준으로 슬래그미분말 50 ~ 70%, 소디움알루미늄셀페이트 10 ~ 15%, 석고 10 ~ 15%, 생석회 5 ~ 10%, 고화재 5 ~ 10%를 혼합하여 형성하도록 하며, 상기 무기결합재의 구성 요소 중 석고는 비료 공장에서 인산 제조시 발생하는 pH2 ~ 3인 폐석고를 채용하고, 생석회는 소다회 공장에서 발생하는 pH12 이상의 폐석회를 중화 처리하여 적용하여 친환경 황토콘크리트를 포장재를 제공하도록 한다.

본 발명은 황토콘크리트 포장재를 형성함에 있어서, 시멘트를 전혀 사용하지 않고 순환자원을 재활용하여, 시멘트 사용량 감소에 의한 온실가스 감축은 물론 폐석고의 강산성의 침출수와 폐석회의 강알카리성 침출수에 의한 수질 오염을 방지할 수 있으며, 친환경재료인 황토 미분말을 첨가하여 황토미분말과 수산화칼슘의 포졸란 반응에 의한 압축강도와 내구성을 향상시키고, 황토가 가지는 시각적 아름다움과 감각적 부드러움을 느낄 수 있도록 하며, 황토의 습도조절 기능에 의한 도로의 표면 온도를 조절하여 쾌적한 도시환경을 제공할 수 있는 친환경 황토콘크리트 포장 도로를 형성하는 작용효과가 발생되는 것이다.

도 1은 세계의 시멘트 생산량에 따른 대기중 이산화탄소농도 관계를 도시한 도면이고,
도 2a 및 도 2b는 종래기술의 황토콘크리트 포장재가 훼손된 상태를 촬영한 사진이며,
도 3은 본 발명의 친환경 황토콘크리트 포장재로 포장된 도로를 나타낸 그림이다.

본 발명에 따른 친환경 황토콘크리트 포장재는 시멘트를 사용하지 않고 골재와 부순모래, 해사, 황토분말, 색소 및 물을 일정비율로 혼합하고 여기에 고로슬래그와 같은 산업부산물을 재활용한 무기결합재와 황토콘크리트의 결합력을 보완하는 메타카올린 및 황토콘크리트의 성형성을 향상하는 실리카로 이루어지는 자극제를 일정량 첨가하여 상온에서 양생하도록 한다.

본 발명의 상기 조성물에서 상기 골재는 20 내지 25mm의 크기를 가지는 것으로 31 ~ 52중량%가 포함되도록 하고, 상기 부순모래는 조립율이 FM범위 3.10의 것을 21 ~ 32중량%, 상기 해사는 조립율이 FM범위 2.40 범위의 것을 10 ~ 15중량%, 상기 황토분말은 분말도 3500 ~ 4000㎠/g인 것을 800 ~ 900℃에서 1 ~ 3시간 소성가공후 냉각시킨 것을 0.4 ~ 0.6중량%, 상기 색소는 0.2 ~ 0.6중량%를 포함시켜 물 5 ~ 7중량%와 혼합하고, 상기 자극제를 11.4 ~ 13.8중량% 첨가하여 상온에서 양생하도록 한다.

상기 골재에 있어서, 그 크기를 20mm 미만인 것을 사용하는 경우는 다른 조성물들과 배합시 형성되는 슬럼프가 너무 질어 재료 분리 현상이 발생되고, 내구성이 떨어진다. 이와 반대로 골재의 크기가 25mm를 초과하는 경우는 슬럼프가 너무 되기 때문에 배합된 조성물이 거푸집과 철근사이에 구석구석 잘 채워지지 않아 미려한 형상으로 형성이 어렵고 내구성과 압축강도가 저하되는 결과를 초래한다.

그리고 상기 골재의 중량비가 31중량% 미만인 경우에는 부순모래 및 해사와 결합력은 향상되지만 공극이 메워져 투수성이 저하되는 단점이 있고, 중량비가 52중량%를 초과하는 경우 경우는 배합되는 메타카올린이나 실리카의 중량비가 상대적으로 낮아지게 되어 상기 메타카올린 또는 실리카가 골재를 전체적으로 코팅하기 어려워 결합 강도가 떨어져 구조 크랙이 발생되는 문제가 있다.

또한 본 발명의 조성물인 부순모래와 해사는 불순물이 적은 순수한 것을 사용하되 부순모래는 조립율이 FM 3.10 범위의 것을 사용하고, 해사는 FM 2.40 범위의 것을 사용하여 골재와 혼합성이 향상되도록 한다.

그리고 상기 황토분말은 0.4 ~ 0.6중량%를 다른 조성물과 배합 후 물기가 스며들 경우에도 견고한 상태를 유지할 수 있도록 800 ~ 900℃에서 1 ~ 3시간 소성가공하여 냉각한 것을 사용하는 것이 바람직하며, 분말도는 3500 ~ 4000㎠/g인 것을 사용하는데, 분말도가 3500㎠/g 미만일 경우에는 포장재의 표면재질이 거칠고 특히 동절기 재료 분리 현상이 발생되며, 분말도가 4000㎠/g를 초과하는 경우에는 수산화칼슘과 포졸란의 과 반응으로 인한 수화열 발생으로 구조 크랙이 발생하고, 워커빌리티가 저하를 초래하여 마감 작업시 효율성이 떨어진다.

그리고 11.4 ~ 13.8중량%가 첨가되며 무기결합재와 메타카올린 및 실리카로 이루어지는 상기 자극제에서 상기 무기결합재는 전체 황토콘크리트 중량을 기준으로 10 ~ 12중량%를 첨가하도록 하는데, 이는 자극재의 전체 중량을 기준으로 88%에 상당하는 것이다.

상기 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 황토콘크리트를 형성하도록 한다. 상기 슬래그 미분말은 고로슬래그를 채택하는 것이 바람직하다.

상기 무기결합재를 첨가하여 황토콘크리트를 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㎠/g이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

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 무기결합재에 포함되는 소디움알루미늄셀페이트(황산나트륨, 황산알루미늄)는 상기 무기결합재 중량을 기준으로 10 ~ 15%를 혼합하는데, 소디움알루미늄셀페이트 10% 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 경화특성이 낮아지게 되고, 반대로 15%를 초과하는 경우에는 포졸란 반응에 의한 기체 활성도가 높아 초기 수화열 제어로 인한 균열이 발생을 가져오기 때문에 상기 중량비를 혼합하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 적용하는 무기결합재에 포함되는 석고는 무기결합재 중량을 기준으로 10 ~ 15%를 혼합하고 생석회는 5 ~ 10%를 혼합하도록 한다. 상기 무기결합재에 혼합되는 석고는 화학적구조가 CaSO₄2H₂O로 구성된 황산염 광물로 지표수와 지하수에 의한 경석고의 수화작용에 의해 형성되는 물질로 고로슬래그와 소디움알루미늄셀페이트 내의 Si-O나 Al-O의 결합을 빠르게 파괴하는 기능을 하며, 고로슬래그에서 용출된 Al과 Si이온은 반응하여 C-S-H나 C-A-H 수화물을 형성하거나 지올렛을 생성시키는 작용을 하며, 상기 무기결합재에 포함되는 생석회는 CaO로 구성된 알칼리 성분으로 pH를 증가시켜 고로슬래그를 둘러싸고 있는 피막을 파괴하여 수화반응을 유도하는 기능을 한다.

따라서 상기 석고와 생석회의 중량비가 상기 범위 미만일 경우에는 황토콘크리트 포장재 내에서 불순물로 작용하게 되어 강도의 증가하는 현상이 발생되지 않으며, 상기 범위를 초과하여 첨가하면 고로슬래그와 소디움알루미늄셀페이트의 첨가량이 상대적으로 적어지게 되어 황토콘크리트 포장재 내에서 충분한 결합력을 발휘할 수가 없어 압축강도의 저하가 발생된다.

그리고 상기 석고는 비료공장에서 인산제조시 발생하는 pH2 ~ 3인 폐석고를 채용하고, 생석회는 소다회 공장에서 발생하는 pH12 이상의 폐석회를 중화처리 후 재사용하여 폐석고와 폐석회의 침출수로 인한 수질오염을 방지할 수 있도록 한다.

또한 본 발명의 자극재에 포함되는 메타카올린은 황토콘크리트 전체 중량을 기준으로 0.8 ~ 1.0중량%를 첨가하도록 한다. 이러한 첨가량은 무기결합재와 메타카올린 및 실리카로 이루어지는 자극재 중량을 기준으로 7%에 상당하는 것이다.

상기 메타카올린은 내화물, 고무, 페인트, 화학, 제약 등 폭 넓게 사용가능한 카올린을 특수 처리하여 콘크리트용 자극재로 제조한 것으로서, 고로슬래그와 물유리에 의해 생성된 Ca(OH)₂와 반응하여 포졸란 반응을 일으켜 강한 고결성을 발현하는 특징과 지오폴리머 소재로서 매우 우수한 반응성을 나타내는 원료로서 고로 슬래그와 마찬가지로 비정질 유리상을 다량으로 포함하고 있어 Si-O-Al의 3차원적 망목구조를 형성하는데 매우 유리한 제료이며, 또한 메타카올린은 물유리와 고로슬래그의 매우 빠른 급결성을 억제하는 효과가 있어 일정양의 메타카올린을 첨가하는 것은 지오폴리머 반응이외에 반응지연효과를 가져오게 된다.

이에 본 발명은 압축강도 증가에 따른 점착력 증가 및 동절기 표면보호를 위해 대기온도에 따라 메타카올린의 첨가량을 다르게 할 수 있다.

대기온도 15℃ 이하에서는 자극제 중량을 기준으로 7%에 상당하는 메타카올린을 투입하지만, 대기온도가 15℃ 이상에서는 그 비율을 5%까지 낮추어 투입할 수도 있다.

즉, 기온이 낮은 동절기에는 7%를 투입하여 메타카올린이 물유리와 고로슬래그의 매우 빠른 급결성을 반응을 완화하고, 대기온도가 15℃ 이상의 비교적 높은 온도에서 메타카올린의 투입 비율을 5%로 낮추면 고로슬래그와 물유리에 의해 생성된 Ca(OH)₂와 반응에 의한 강한 포졸란 반응을 일으켜 점착력 강화로 압축강도를 상승시킬 수 있다.

한편, 메타카올린은 그 분말도가 8000㎠/g 미만인 경우는 단기적으로 에코블록의 수화과정에서 생성되는 에트링자이트(ettringite)의 생성을 낮춰 초기강도가 저하되고 수산화칼슘과의 반응성이 떨어져 포졸란 반응이 억제되어 압축강도와 내구성이 떨어지는 문제점이 발생되고, 분말도가 10000㎠/g을 초과하면 골재와의 부착력을 증대시켜 고강도 발현에 의한 경화체의 내부조직이 과도하게 치밀하게 형성됨으로써 투수성과 흡수성 저하를 초래하게 된다. 따라서 본 발명에서는 분말도가 8000㎠/g ~ 10000㎠/g 범위 내의 메타카올린을 사용하여, 압축강도 발현과 점착력 향상 및 동절기 블록 표면보호 효과가 우수하게 나타나도록 한다.

또한 메타카올린은 고로슬래그와 물유리에 의해 생성된 Ca(OH)₂와 반응에 의한 강한 포졸란 반응을 일으키는데, 상기 포졸란은 실리카 혼합물로서 그 자체는 수경성이 없으나 석회와 결합하여 불용성의 실리카질 화합물을 생성시키는 물질로 물과 접촉하면 미량의 CaO와 SiO₂가 용출되어 입자의 표면에 불용성의 치밀한 수화물과 함께 비결정질의 실리카 및 알루미나 수화물이 생성되고, 이러한 포졸란을 포틀랜트 시멘트와 섞을 경우 수화반응시 생성된 Ca(OH)₂와 포졸란이 반응하게 되어서 Ca(OH)₂를 소모하면서 수화된 시멘트 고화체에서 C-S-H의 비율을 증가시키게 되는 것이다. 이와 같은 포졸란을 본 발명의 에코블록의 조성물에 포함시킴으로써 워커빌리티를 증가시키고, 수화열 발생을 낮아지도록 하며, 또한 초기 강도를 증진시키고, 수밀성과 황산염 이온의 침식에 대한 저항성이 향상되도록 한다.

그리고 본 발명의 자극재로 조성되는 실리카는 0.6 ~ 0.8중량%를 첨가하는데, 이는 무기결합재와 메타카올린 및 실리카로 이루어지는 자극재 중량을 기준으로 5%에 상당하는 것이다.

이러한 실리카는 SiO₂로 구성된 규산 부수물로서 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. 이는 분말도와 순도가 상기 범위 내에서 최적의 워커빌리티(슬럼프)와 피니셔빌리티(마무리하기쉬운 상태), 성형성(면상태)을 향상시키고 포졸란 반응에 의한 기체 활성도가 높아 초기 수화열 제어로 인한 균열 발생을 억제하는 기능이 탁월하기 때문이다.

즉, 순도가 90% 미만에서는 슬럼프가 거칠어지고, 강도가 저하되며, 펌프압송력도 저하되고, 공기량이 불량하고, 블리딩수가 과다 발생하며, 레이탄스가 발생하고, 분말도가 3100㎠/g 미만인 경우에는 워커빌리티, 피니셔빌리티, 성형성이 불량하고, 3300㎠/g를 초과하면 슬럼프가 불량하고, 재료분리 현상이 발생하기 때문이다.

이상의 본 발명에서 친환경 황토콘크리트 포장재에 포함되는 조성물의 중량비를 정리하면 표 1과 같다.

구 분	골재	부순 모래	해사	황토 분말	색소	물	자극제
							무기 결합재	메타카올린	실리카	소계
전체 중량 기준 (중량%)	31~ 52	21~ 32	10~ 15	0.4~ 0.6	0.2~ 0.6	5~ 7	10~ 12	0.8~ 1.0	0.6~ 0.8	11.4~13.8
자극제 중량 기준(%)	-	-					88	7	5	-

첨가되는 자극제를 자극제 중량을 기준으로 무기결합재 88%, 메타카올린 7%, 실리카 5%를 첨가하는 임계적 의의를 설명하기 하기 위하여 3개의 실시예를 실시하고 이를 비교한다.

실시예 1은 본 발명의 자극제 중량 비율인 무기결합재 : 메타카올린 : 실리카를 88% : 7% : 5%를 첨가하는 것이고, 실시예 2는 본 발명의 자극제 첨가 비율을 무기결합재는 실시예 1보다 1% 초과하여 첨가하고, 메타카올린과 실리카는 0.5% 미달시켜 첨가한 것이고, 실시예 3은 실시예 1보다 무기결합재를 1% 미달시켜 첨가하고 메타카올리과 실리카는 0.5% 초과시켜 첨가하는 것이다.

실시예	무기결합재(%)	메타카올린(%)	실리카(%)
1	88	7	5
2	89	6.5	4.5
3	87	7.5	5.5

구체적으로 황토콘크리트의 전체 중량을 기준으로 골재는 37중량%, 부순모래 32중량%, 해사는 11중량%, 황토분말 0.4중량%, 색소 0.2중량% 및 물 6.4중량%를 혼합하도록 한다.

그리고 여기에 실시예 1은 자극제 중량 13중량%를 기준으로 무기결합재는 88%에 상당하는 11.4중량%, 메타카올린은 7%에 상당하는 0.9중량%, 실리카는 5%에 상당하는 0.7중량%를 첨가하는 것이다.

실시예 2는 자극제 중량 13중량%를 기준으로 무기결합재는 89%에 상당하는

11.6중량%, 메타카올린은 6.5%에 상당하는 0.8중량%, 실리카는 4.5%에 상당하는 0.6중량%를 첨가하도록 한다.

실시예 3은 자극제 중량 13중량%를 기준으로 무기결합재는 87%에 상당하는 11.3중량%, 메타카올린은 7.5%에 상당하는 1.0중량%, 실리카는 5.5%에 상당하는 0.7중량%를 첨가하였다.

그리고 외기온도 15℃ 이하에서 상온 양생을 통해 황토콘크리트를 형성하고 7일, 28일 압축강도와 공기량 및 슬럼프를 측정한 결과, 아래 표 3에서와 같이 실시예 1의 무기결합재 88%, 메타카올린 7%, 실리카 5%에 상당하는 비율로 자극제를 첨가한 경우 7, 28일 압축강도가 27.2MPa와 36.2MPa로 나타났고, 상기 설정된 수치범위를 초과하거나 미달되는 실시예 2와 3은 실시예 1에 비해 압축강도는 떨어지고 공기량과 슬럼프는 다소 상승하는 것으로 나타났다.

실시예	7일 압축강도(MPa)	28일 압축강도(MPa)	공기량(%)	슬럼프()
1	27.2	36.2	3.5	135
2	23.8	31.8	3.8	140
3	25.3	34.0	3.6	140

이와 같이 본 발명의 자극제 조성물인 무기결합재와 메타카올린, 실리카를 투입되는 자극제 중량을 기준으로 88% : 7% : 5%에 상당하는 비율로 첨가함으로써, 본 발명은 28일 양생 압축강도 36.2MPa, 공기량 3.5% 이상, 슬럼프 135mm이상의 특성을 가지는 황토콘크리트를 형성할 수 있고, 이로 인해 도 2a 및 도 2b에서와 같이 황토가 함유된 포장재가 외력이 가해지거나 동절기 외기 온도차에 의해 부서지고 훼손되는 상태를 방지할 수 있는 도 3과 같은 황토콘크리트 포장도로가 유지될 수 있는 현저한 작용효과가 발생되는 것이다.

또한 본 발명은 시멘트를 전혀 사용하지 않음에 따른 온실가스 감축 효과를 거둘수 있고, 석고와 생석회를 재활용하여 침출수에 의한 수질 오염을 방지할 수 있는 작용효과가 발생되며, 아울러 도로에서 황토가 가지는 시각적 아름다움과 감각적 부드러움을 느낄 수 있도록 하고, 황토의 습도조절 기능에 의한 도로표면 온도를 조절하여 쾌적한 도시환경을 제공할 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.

Claims (5)

1. 친환경 황토콘크리트 포장재에 있어서,
   상기 황토콘크리트는 시멘트를 전혀 사용하지 않으며, 골재와 부순모래, 해사, 황토분말, 색소 및 물을 일정비율로 혼합하고 여기에 고로슬래그와 같은 산업부산물을 재활용한 무기결합재와 황토콘크리트의 결합력을 보완하는 메타카올린 및 황토콘크리트의 성형성을 향상하는 실리카로 이루어지는 자극제를 일정량 첨가하여 상온에서 양생하여 형성하되,
   상기 골재는 20 내지 25mm의 크기를 가지는 것으로 31 ~ 52중량%가 포함되도록 하고, 상기 부순모래는 21 ~ 32중량%, 상기 해사는 10 ~ 15중량%, 상기 황토분말은 0.4 ~ 0.6중량%, 상기 색소는 0.2 ~ 0.6중량%를 포함시켜 물 5 ~ 7중량%와 혼합하며,
   상기 자극제는 무기결합재 10 ~ 12중량%, 메타카올린 0.8 ~ 1중량%, 실리카 0.6 ~ 0.8중량%로 이루어져 자극제 합계 11.4 ~ 13.8중량%를 첨가하고,
   상기 무기결합재는 상기 무기결합재의 중량%를 기준으로 슬래그미분말 50 ~ 70%, 소디움알루미늄셀페이트 10 ~ 15%, 석고 10 ~ 15%, 생석회 5 ~ 10%, 고화재 5 ~ 10%를 혼합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 친환경 황토콘크리트 포장재.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 부순모래는 조립율 FM 3.10 범위, 해사는 조립율 2.40 범위의 것을 채용하고, 상기 황토분말은 분말도가 3500 ~ 4000㎠/g인 것을 800 ~ 900℃에서 1 ~ 3시간 소성가공후 냉각시켜 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 황토콘크리트 포장재.
   

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