KR101160877B1 - 친환경 흙콘크리트 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

시멘트 콘크리트를 대체할 수 있도록 무기질의 액상 경화제, 고상 고화제 및 티탄 추출수를 사용함으로써, 육가 크롬의 발생을 방지하고, 수질의 독성을 방지할 수 있고, 또한, 습식 공법에 적용하기 용이한 배합비를 갖는 흙콘크리트를 형성함으로써 타설 작업이 용이하고 시공성을 향상시킬 수 있는, 친환경 흙콘크리트 및 이를 이용한 구조물이 제공된다. 친환경 흙콘크리트는, 55~75w%의 자연토; 상기 자연토에 혼합되는 10~20w%의 고상 고화제; 고상 고화제가 혼합된 자연토에 혼합되는 10~15w%의 무기 액상 경화제; 및 액상 경화제와 함께 고상 고화제가 혼합된 자연토에 혼합되는 5~10w%의 티탄 추출수를 포함하되, 상기 티탄 추출수는, 49~53w%의 황토, 12~16w%의 장석, 15~19w%의 CaCO3, 6~10w%의 Ca(OH)2, 4~8w%의 Ca(NO3)2 및 2~6w% CaO로 이루어진 제1 혼합물; 및 26~30w%의 일라이트, 23~27w%의 제오라이트, 20~24w%의 카본 및 23~27w%의 맥반석으로 이루어진 제2 혼합물을 포함한다.

Description

친환경 흙콘크리트 및 그 제조 방법{ENVIRONMENTAL SOIL CONCRETE,AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 친환경 흙콘크리트에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 호안 겸용 친환경 옹벽의 식생 블록 또는 어류집 블록으로 사용되거나, 또는 보도 또는 차도용 블록이나 농업용수 구조물, 벤치 등과 같은 조경구조물 등에 적용할 수 있는 친환경 흙콘크리트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 옹벽은 성토지 또는 절개지와 같은 지형의 경사진 면에 축조되어 토사의 유실로 인한 붕괴를 방지하기 위해 축조되는 구조물로서, 도 1은 일반적인 옹벽의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 옹벽(10)은 성토지 또는 절개지(11)와 같은 경사진 면에 소정 형태의 석재(12)와 시멘트(13)를 혼합하고, 이들의 양생에 의해 견고한 구조물로 축조되도록 이루어지며, 성토지 또는 절개지(11)의 토사의 유실을 방지한다.
이러한 옹벽(10)은 축조된 석재(12) 및 이러한 석재(12) 사이에 양생된 시멘트(13)의 자중으로 인해 붕괴의 우려가 있고, 석재(12) 및 시멘트(13)의 양생을 위해 과다한 시간이 소요되고 있다. 또한, 이러한 옹벽(10)은 성토지 또는 절개지와 같은 지형(11)의 토사에 흡수된 수분이 적절하게 배출되지 못하여 겨울철과 같이 날씨가 추워질 경우, 수분이 얼면서 부피가 팽창되면, 옹벽(10)에 균열이 발생되고 심지어 옹벽(10)이 붕괴될 수 있다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 시멘트(13) 및 쇄석 등을 이용하여 옹벽(10)을 블록 형태로 제작하고, 성토지 또는 절개지(11)와 같은 지형에 옹벽 블록을 조합하여 시공할 수 있다. 이러한 옹벽용 블록은 성토지 또는 절개지의 안전만을 위하여 제작되므로, 초목 등의 식물들이 자라기 어렵고, 이로 인해 주변의 환경과 동화되지 못하는 문제점이 있다. 또한, 하천 등에 사용될 경우, 동식물의 성장환경을 억제함으로써 자연 생태계가 위협받고 있으며, 이로 인해 하천 자체의 자생 능력이 저하되며, 주민들의 자연친화적 환경 요구에 부합되지 못하고 있는 실정이다.
이러한 점을 고려하여 최근에는 옹벽에 동식물, 특히, 초목이 자랄 수 있도록 일부에 지면이 노출되도록 옹벽 블록의 일부를 제거하여 축조하고, 노출된 지면에 노목을 식재하는 방안이 제시되었다. 그러나 이러한 방식의 옹벽은 옹벽 블록의 일부가 제거된 부분으로 토사가 유출될 경우에 옹벽이 붕괴될 우려가 있다.
전술된 문제를 해결하기 위한 옹벽 블록 조립체가 개시되었는데, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 옹벽 블록 조립체가 설치된 것을 나타내는 도면이다.
종래의 기술에 따른 옹벽 블록 조립체가 설치된 옹벽(20)은 기초블록을 포함하는 옹벽 블록 조립체(22)로 축조된다. 이때, 옹벽 블록 조립체(22)는 기초블록과 상기 기초블록의 상측에 개방부의 방향이 교번적으로 적층된 옹벽 블록으로 이루어지고, 상기 옹벽 블록의 개방부에는 식생(30)이 자랄 수 있는 공간이 형성된다.
이러한 옹벽(20)이 곡선으로 이루어진 성토지 또는 절개지와 같은 지형(21)의 곡선부에 축조될 경우, 그 지형의 곡률에 따라 옹벽 블록 조립체(22)가 설치되는 과정에서 옹벽 블록 조립체(22)에 형성된 관통구멍과 옹벽 블록 조립체(22)의 상측에 설치되는 관통구멍이 일렬로 배열되지 못하는 경우가 발생할 수 있는데, 이로 인해 관통구멍에 철근을 포함하는 연결부재를 설치하기 곤란한 문제점이 있다.
한편, 관련 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-626095호에는 "친환경 식생 옹벽 블록 및 이를 이용한 구조체"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 종래의 기술에 따른 친환경 식생 옹벽 블록을 예시하는 도면이다
종래의 기술에 따른 친환경 식생 옹벽 블록(30)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 내부에 중공부가 형성되고 외관을 이루며 종방향으로 연장된 본체부(31); 본체부(31)의 내부를 두 개의 구역으로 분리하는 격벽부(32); 및 두 개의 중공부 구역 중 어느 하나의 일단부에 형성되어 그 구역을 차폐하는 차폐판을 포함한다. 또한, 이러한 옹벽 블록(30)은 본체부(31)의 상면의 표면에서 종방향으로 관통 형성되고 상면의 중심을 축으로 상호 대향되는 위치에 형성된 두 개의 장공(34)을 포함한다.
종래의 기술에 따른 친환경 식생 옹벽 블록은, 옹벽 블록의 시공시 시공면의 형태에 제약을 받지 않고 축조가 가능하고, 토압이 균일하게 분산되어 결합강도가 우수하며, 동식물이 성장할 수 있는 환경을 제공한다. 또한, 연결부재를 간편하고 원활하게 연결할 수 있어 시공이 간편하고, 옹벽 블록의 지지력을 향상시킬 수 있다.
한편, 일반적으로 제방, 방파제, 호안 등이 경사지게 형성되어 빗물, 해수, 강물 등으로 인하여 제방 등을 형성하는 자연 상태의 흙과 모래 등이 흘러내릴 수 있어 제방 등이 붕괴될 수 있으며, 이러한 붕괴를 방지하기 위하여 잔디 등과 같은 식물로써 흙과 모래 등의 흘러내림을 방지하거나 호안블록이나 옹벽 블록을 인공적으로 축조함으로써, 흙과 모래 등의 흘러내림과 제방의 붕괴를 방지하게 된다.
이러한 호안블록은 어류 보호용 공간이 형성되어 어류집으로 사용되고, 인접한 호안블록을 FRP 연결핀으로 조립할 수 있으므로 동파 현상이나 수질오염 없이 생태계를 원활하게 보호하게 된다. 그러나 이러한 호안블록은 다수의 블록을 FRP 연결핀으로 연결하기 때문에 연결핀의 조립 작업이 불편할 뿐만 아니라 상하 블록이 견고하게 연결되지 못하는 문제점이 있었다.
전술한 호안블록의 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-934098호에는 "식생공간과 어류집을 구비한 호안 겸용 옹벽 블록"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 종래의 기술에 따른 식생공간과 어류집을 구비한 호안 겸용 옹벽 블록을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 종래의 기술에 따른 식생공간과 어류집을 구비한 호안 겸용 옹벽 블록(40)은, 하천이나 저수지, 해양의 제방과 도로의 옹벽에 배열 적층되며, 전방체(41)와 후방체(42) 사이에 두 개의 격벽부(43)가 일체로 이격 형성되어 내부에 석재투입 공간이 형성되고, 전방체(41)의 중앙부에 앞쪽 관통구가 형성됨과 아울러 격벽부(43)의 중앙부에 측면 관통구가 형성되고, 전방체(41)와 후방체(42)의 하측에 형성되는 바닥부에 하측 관통구가 형성되며, 격벽부(43)의 상측 후방에 돌출부가 형성되며, 돌출부를 삽입하는 다수의 삽입부가 격벽부(43)의 하측에 이격 형성된다.
종래의 기술에 따른 식생공간과 어류집을 구비한 호안 겸용 옹벽 블록(40)의 경우, 식생용 구멍과 어류 출입 및 어류집용 구멍을 형성함과 아울러 내부에 돌이나 자갈을 넣음으로써, 인공적인 구조물이 자연 환경과 쉽게 조화를 이룰 수 있어 친환경성을 용이하게 증대시킬 수 있다.
한편, 일반적으로, 흙(점토)은 인체에 유익한 원적외선을 방출하는데, 이 원적외선은 혈액순환과 노폐물배출을 촉진하여 건강을 증진시킨다. 그리고 황토는 음이온을 방출하는데, 이러한 음이온은 각종 오염으로부터 생활주변에 방출된 양이온을 흡착, 중화하여 생활환경을 쾌적하게 한다. 또한 이러한 황토는 보온 및 단열효과 뛰어나기 때문에 건축 및 토목재료로 많이 사용되고 있다.
또한, 최근 주택 등 건축업계에서는 주거환경이 인체에 미치는 영향 및 친근감 등을 고려하여 건축물의 내장재 및 외장재로서 시멘트 몰타르(Cement mortar) 대신에 황토 몰타르의 사용을 선호하는 경향을 보이고 있고, 에에 따라 각종 황토조성물이 제안되고 있다.
하지만 이러한 황토 조성물은 자체 점성 또는 부착력이 약해서, 일정한 형태로 성형하기 어렵고, 강도 및 경도가 약하여 사용 중 깨지거나 크랙이 발생될 뿐 아니라, 물에 잘 풀리고, 표면이 부스러지는 단점이 있어서 건축용으로 활용하기에는 적지 않은 제약이 있었다.
전술한 황토 조성물의 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-711115호에는 "점토용 고화제와 그 고화제가 첨가된 점토조성물"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 종래의 기술에 따른 점토조성물로 이루어진 블록을 나타내는 도면이다.
종래의 기술에 따른 점토조성물로 이루어진 블록(60)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 30～50w%의 규산나트륨(Na2OSiO2), 15～25w%의 황산마그네슘 수화물(MgSO4ㅇ7H2O), 15～25w%의 염화마그네슘 수화물(MgCl2ㅇ6H2O) 및 10～20w%의 양이온 계면활성제로 이루어진다.
종래의 기술에 따른 점토조성물로 이루어진 블록은, 점토고화제가 점토(흙)에 혼합되어 콘크리트화됨으로써, 점토 조성물의 강도를 소성 없이 우수한 조기강도를 발현할 수 있게 한다.
한편, 현재의 농가용수로 및 하천 식생 블록, 바다 속의 어류집에 사용되는 옹벽 구조물 또는 옹벽 블록은 콘크리트를 사용하여 생산 시공하고 있고, 이때, 시멘트에서 발생되는 유해 중금속인 육가 크롬(Hexavalent Chromium)의 독성으로 인해서 현재 콘크리트로 생산되는 옹벽 구조물 또는 옹벽 블록에는 1~2년이 경과하기 전까지 식물, 어류 및 어패류가 식생할 수 없다는 문제점이 있다. 여기서, 육가 크롬은 크롬의 화합물로서, 크롬산(H2CrO4, 중크롬산(H2Cr2O7)의 염류 등이 있고, 물에 용해하면 육가 크롬 이온(Cr6+)을 생성하는데, 강한 산화력과 독성을 갖는다.
또한, 현재 콘크리트로 생산되는 옹벽 구조물 또는 옹벽 블록의 경우, 계속적인 콘크리트 부식에 의해 발생되는 유해 중금속이 수질을 오염시키며, 독성을 방출하고 있다는 문제점이 있다.
1) 대한민국 등록특허번호 제10-626095호(출원일: 2004년 2월 27일), 발명의 명칭: "친환경 식생 옹벽 블록 및 이를 이용한 구조체" 2) 대한민국 등록특허번호 제10-934098호(출원일: 2009년 7월 13일), 발명의 명칭: "식생공간과 어류집을 구비한 호안 겸용 옹벽 블록" 3) 대한민국 공개특허번호 제2009-68865호(공개일: 2009년 6월 29일), 발명의 명칭: "친환경 생태옹벽 블록" 4) 대한민국 등록특허번호 제10-711115호(출원일: 2006년 10월 2일), 발명의 명칭: "점토용 고화제와 그 고화제가 첨가된 점토조성물" 5) 대한민국 공개특허번호 제2011-18582호(공개일: 2011년 2월 24일), 발명의 명칭: "약액형 및 분말형 고화제를 이용한 고화 흙벽돌 및 블록 제작 방법" 6) 대한민국 공개특허번호 제2005-117149호(공개일: 2005년 12월 14일), 발명의 명칭: "섬유고화판 및 흙포장공법을 이용한 수로표면 포장공법"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 시멘트 콘크리트를 대체할 수 있도록 무기질의 액상 경화제, 고상 고화제 및 티탄 추출수를 사용함으로써, 육가 크롬의 발생을 방지하고, 수질의 독성을 방지할 수 있는, 친환경 흙콘크리트 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 습식 공법에 적용하기 용이한 배합비를 갖는 흙콘크리트를 형성함으로써 타설 작업이 용이하고 시공성을 향상시킬 수 있는, 친환경 흙콘크리트 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 친환경 흙콘크리트는, 55~75w%의 자연토; 상기 자연토에 혼합되는 10~20w%의 고상 고화제; 상기 고상 고화제가 혼합된 자연토에 혼합되는 10~15w%의 무기 액상 경화제; 및 상기 액상 경화제와 함께 상기 고상 고화제가 혼합된 자연토에 혼합되는 5~10w%의 티탄 추출수를 포함하되, 상기 티탄 추출수는, 49~53w%의 황토, 12~16w%의 장석, 15~19w%의 CaCO3, 6~10w%의 Ca(OH)2, 4~8w%의 Ca(NO3)2 및 2~6w% CaO로 이루어진 제1 혼합물; 및 26~30w%의 일라이트, 23~27w%의 제오라이트, 20~24w%의 카본 및 23~27w%의 맥반석으로 이루어진 제2 혼합물을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 티탄 추출수는, 53~57w%의 제1 혼합물과 43~47%의 제2 혼합물을 혼합하여 분말화한 티탄 파우더 0.5~2w%를 98~99.5w%의 물과 2~4시간 혼합한 후, 23~25시간 침전시키고 저온 열성 과정을 통하여 생산한 추출수인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 고상 고화제는 칼슘 설포 알루미네이트(Calcium Sulfo Aluminate)를 적당한 입도 분포를 가지도록 분쇄하여 제조한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 액상 경화제는 리튬 실리케이트 80~90w%에 아크릴 에멀전계 폴리머 10~20w%를 혼합하여 30~40분 교반한 변성 리튬 실리케이트일 수 있다.
여기서, 상기 친환경 흙콘크리트는 식생 블록, 어류집 블록, 보차도용 블록 또는 농업용수 구조물, 벤치와 같은 생확구조물 등으로 사용될 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 친환경 흙콘크리트의 제조 방법은, a) 흙콘크리트의 형틀을 제작하여 준비하는 단계; b) 현지 발생토(원지반토) 또는 외부 반입토를 일정한 크기로 고르고, 이물질을 제거하는 단계; c) 상기 원지반토 또는 외부 반입토에 고상 고화제를 기설정 비율로 고르게 혼합하여 혼합토를 형성하는 단계; d) 액상 경화제와 티탄 추출수를 혼합하여 상기 고상 고화제가 혼합된 혼합토에 투입하는 단계; e) 상기 혼합토를 상기 흙콘크리트의 형틀에 투입하여 양생시키는 단계; 및 f) 상기 흙콘크리트의 양생을 확인한 후 상기 흙콘크리트의 형틀로부터 상기 흙콘크리트를 분리하여 보관하는 단계를 포함하되, 상기 티탄 추출수는, 49~53w%의 황토, 12~16w%의 장석, 15~19w%의 CaCO3, 6~10w%의 Ca(OH)2, 4~8w%의 Ca(NO3)2 및 2~6w% CaO로 이루어진 제1 혼합물; 및 26~30w%의 일라이트, 23~27w%의 제오라이트, 20~24w%의 카본 및 23~27w%의 맥반석으로 이루어진 제2 혼합물을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 e) 단계에서 상기 흙콘크리트는 15℃ 이상의 상온에서 2시간~3시간 양생시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 f) 단계의 흙콘크리트는 무기 화학작용으로 높은 강도가 형성되도록 실내외 구분 없이 25일간 보관하는 것을 특징으로 한다.
종래의 기술에 따른 시멘트 콘크리트를 사용하여 형성되는 공원이나 하천 바다 속의 구조물이 유해 중금속인 육가 크롬을 발생시키고 수질의 독성을 발생시키지만, 본 발명에 따르면, 무기질의 액상 경화제, 고상 고화제 및 티탄 추출수(티탄 미네랄 추출수)를 사용함으로써, 육가 크롬의 발생을 방지하고, 수질의 독성을 방지할 수 있다. 이에 따라 흙콘크리트를 사용하여 형성되는 구조물에서 식물, 어류 또는 어패류 등의 성장을 촉진시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 하천 둔지부의 토사, 주택단지부의 산흙, 사질 토사, 건설폐기물 처리장에서 발생하는 폐골재, 준설토 등의 현장 발생토를 전량 재활용하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기조성된 흙콘크리트나 이를 이용한 구조물을 해체할 경우, 특별한 처리 공정 없이 자연 회귀시킬 수 있고, 이에 따라 기존 콘크리트 공법에 비해 대기온도 상승을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 습식 공법에 적용하기 용이한 배합비를 갖는 흙콘크리트를 형성함으로써 타설 작업이 용이하고 시공성을 향상시킬 수 있다. 또한, 자연스러운 흙의 질감을 다양한 색상으로 표현할 수 있으며, 일제의 포설 장비나 다짐장비가 필요 없는 빠른 시공 공법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 정해진 규격의 골재를 구입하지 않고 현장 발생토를 재활용함으로써 단가를 낮출 수 있고, 또한, 중장비를 사용할 필요가 없기 때문에 경제적이며, 산업기반이 형성되지 않은 산간 오지에서도 공사를 수행할 수 있다.
도 1은 일반적인 옹벽의 단면도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 옹벽 블록 조립체가 설치된 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 친환경 식생 옹벽 블록을 예시하는 도면이다
도 4는 종래의 기술에 따른 식생공간과 어류집을 구비한 호안 겸용 옹벽 블록을 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 점토조성물로 이루어진 블록을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트의 조성을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트가 식생 블록, 어류집 블록, 배수 블록 및 농업용수 구조물로 사용되는 경우의 조성을 나타내는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트의 제조 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트의 조성을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트(100)는, 55~75w%의 자연토; 상기 자연토에 혼합되는 10~20w%의 고상 고화제; 상기 고상 고화제가 혼합된 자연토에 혼합되는 10~15w%의 무기 액상 경화제; 및 상기 액상 경화제와 함께 상기 고상 고화제가 혼합된 자연토에 혼합되는 5~10w%의 티탄 추출수를 포함한다. 이때, 상기 친환경 흙콘크리트는 식생 블록, 어류집 블록, 배수 블록 농업용수 구조물 또는 조경구조물(벤치 등)로 사용될 수 있고, 이때, 식생 블록, 어류집 블록, 배수 블록이 호안 겸용 친환경 옹벽에 적용할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니며, 이러한 흙콘크리트는 시멘트(cement)가 포함되지 않는 의미를 가진다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트(100)는, 자연토인 현장 발생토 또는 마사토를 이용하여 기존의 콘크리트 강도를 갖도록 형성되며, 이때, 흙콘크리트의 결합 강도는 변성 실리케이트계의 액상 경화제, 및 보크사이트, 석고, 석회가 주성분인 고상 고화제의 혼합 화학적 반응에 의해 결정되며, 이에 따른 흙콘크리트 는 내구성 있고 견고한 결합체로 생성된다.
다시 말하면, 상기 액상 경화제와 상기 고상 고화제가 접촉하게 되면, 잠재 수경성의 특성을 갖는 고상 고화제의 입자 피막이 파괴되고, 이러한 입자를 구성하는 Si-O와 Al-O의 공유결합이 끊어지면서 Si 이온과 Al 이온을 용탈시킨 상태에서 현장 발생토 또는 마사토와 혼합된다.
이때, 무기질 폴리머(Polymer) 반응에 의하여 mM2O?nSiO2?Al2O3?xH2O가 형성된다. 여기서, M은 K, Na 또는 Ca일 수 있다. 이러한 반응물질을 습식 시공 방식으로 시공할 경우 티탄 추출수(티탄 미네랄 추출수)의 혼합으로 의해 내구성이 우수하고 친환경적인 흙콘크리트를 양생시킴으로써, 본 발명의 흙콘크리트를 제조할 수 있다.
상기 흙콘크리트는 무기질 고화 목적물로서, 그 구성은 아래와 같다.
먼저, 자연토는 일반적은 흙으로서, 현장 발생토이거나 외부 반입토일 수 있으며, 예를 들면, 마사토일 수 있지만 이에 국한되는 것은 아니다.
제1 조성물은 고상 고화제로서, 이러한 고상 고화제는 석회, 석고, 보크사이트(Bauxite)를 주성분으로 하는 소성 화합물인 칼슘 설포 알루미네이트(Calcium Sulfo Aluminate)를 적당한 입도 분포를 갖도록 분쇄하여 클링커(Clinker) 형태로 제조되며, 이러한 클링커는 3CaO?3Al203?CaSO4인 아우인(Hauyne), Ca0?CaSO4인 유리석고, 및 CaSO4인 무수석고라는 3가지 광물을 포함한다.
이러한 3가지 광물이 수화반응에 의해 칼슘 설포 알루미네이트 수화물을 생성하는데, 이러한 수화반응에서 3Ca0?Al203?CaSO4?32H20인 에트링자이트(Ettringite)라는 침상의 결정이 생성된다. 다시 말하면, 상기 칼슘 설포 알루미네이트는 3CaO?3Al2O3?CaSO로 이루어진 화합물로서, 상기 칼슘 설포 알루미네이트는 수화하여 에트링자이트를 생성하며, 각 조성에 따라 팽창성, 급경성 또는 고강도성이 발현될 수 있다.
제2 조성물은 액상 경화제로서, 변성 리튬 실리케이트 조성물로서, 상기 자연토에 혼합된다. 이때, 리튬 실리케이트(Lithium Silicates) 조성물의 장점은 규산나트륨이나 규산칼륨보다 더 높은 몰비의 액상 제품을 만들 수 있다는 것이다.
구체적으로, 리튬실리케이트 용액을 가열하면 리튬이온은 높은 온도에서 칼슘이온처럼 침전 특성을 보이는데, 이러한 현상은 가역 반응이다. 또한, 이러한 리튬실리케이트 용액은 뜨거우면 고형화되고, 25℃ 정도에서 냉각시키면 수 시간내에 다시 투명하고 안정된 액체의 리튬 실리케이트가 된다. 이러한 리튬 실리케이트의 Si02 농도가 20%~25%이고, 몰비가 8에 가까워 실온에서 안정하고 점도가 낮다. 이러한 리튬 실리케이트의 안정성은 수화된 리튬이온이 수화된 나트륨이나 칼륨이온보다 더 커서 수화된 양이온은 큰 실리카 미셀들(Micelles)을 안정시킬 수 있다. 이러한 리튬 실리케이트 80~90w%에 아크릴 에멀전계 폴리머 10~20w%를 혼합하여 30~40분 교반하면 액상 경화제인 변성 리튬 실리케이트 조성물이 생성된다.
여기서, 각종 계면활성제와 지방질분자는 극성기와 무극성 소수기로 이루어져 있고, 양자의 균형에 따라 분자의 회합 상태가 변한다. 이들 분자는 용액 중에서 반데르발스(van der Waals) 힘 등에 의해서 회합하여 열역학적으로 안정한 회합체를 만들어 콜로이드성을 나타내는데, 이러한 회합체를 미셀이라고 한다.
제3 조성물은 티탄 추출수로서, 49~53w%의 황토, 12~16w%의 장석, 15~19w%의 CaCO3, 6~10w%의 Ca(OH)2, 4~8w%의 Ca(NO3)2 및 2~6w% CaO로 이루어진 제1 혼합물; 및 26~30w%의 일라이트, 23~27w%의 제오라이트, 20~24w%의 카본 및 23~27w%의 맥반석으로 이루어진 제2 혼합물을 포함한다. 또한, 상기 티탄 추출수는, 53~57w%의 제1 혼합물과 43~47%의 제2 혼합물을 혼합하여 분말화한 티탄 파우더 0.5~2w%를 98~99.5w%의 물과 2~4시간 혼합한 후, 23~25시간 침전시키고 저온 열성 과정을 통하여 생산한 추출수이다.
따라서 현지 발생토 또는 외부 반입토를 이용하여 무기질 액상 경화제와 고상 고화제, 티탄 미네랄 추출수의 무기 친환경물질을 사용하여 콘크리트 강도의 흙콘크리트를 제조할 수 있다. 즉, 원지반 흙 및 반입토 55~75w%에 전술한 3가지의 조성물, 즉, 10~25w%의 고상 고화제, 10~20w%의 액상 경화제 및 5~10w%의 티탄 추출수를 목적 구조물에 맞게 혼합하여 형성된다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트(100)는 자연토(현지 발생토 또는 외부 반입토)에 무기질 액상 경화제, 고상 고화제 및 티탄 추출수로 이루어진 무기질 친환경 물질을 사용함으로써, 식물, 어류 또는 어패류가 살아가는 식생 공간에 적용되도록 무독성 및 기능성의 흙콘크리트를 제공한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트(100)는 기존의 시멘트 콘크리트 대신에 흙콘크리트를 사용하여 제조되며, 식생 블록, 어류집 블록, 배수로 블록 또는 농업용수 구조물 등의 시공에 적용될 수 있다. 또한, 식물, 어류 또는 어패류가 살아가는 식생 공간의 구조물을 무독성 및 미네랄 함유의 흙콘크리트로 형성하여 식물, 어류 또는 어패류의 성장을 촉진시킬 수 있고, 이때, 기존의 시멘트 콘크리트의 압축 및 휨강도를 갖도록 흙콘크리트를 제조할 수 있다.
한편, 도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트가 식생 블록, 어류집 블록, 배수 블록 및 농업용수 구조물 등으로 사용되는 경우의 조성을 나타내는 도면들이다.
도 8a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트가 식생 블록(200)인 경우, 60~75w%의 자연토(210), 10~15w%의 제1 조성물(고상 고화제)(220), 10~15w%의 제2 조성물(액상 경화제)(230) 및 5~10w%의 제3 조성물(티탄 추출수)(230)로 형성될 수 있다. 예를 들면, 식생 블록은, 표 1에 도시된 바와 같이, 75w%의 자연토, 10w%의 고상 고화제, 10w%의 액상 경화제 및 5%의 제3 티탄 추출수로 조성될 수 있다.
Figure 112011085605943-pat00001
또한, 도 8b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트 블록이 어류집 블록(300)인 경우, 55~70w%의 자연토(310), 15~20w%의 고상 고화제(320), 10~15w%의 액상 경화제(330) 및 5~10w%의 티탄 추출수(2340)로 형성될 수 있다. 예를 들면, 어류집 블록은, 표 1에 도시된 바와 같이, 62.5w%의 자연토, 17.5w%의 고상 고화제, 12.5w%의 액상 경화제 및 5w%의 제3 티탄 추출수로 조성될 수 있다.
또한, 도 8c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트 블록이 배수 블록(400)인 경우, 55~70w%의 자연토(410), 15~20w%의 고상 고화제(420), 10~15w%의 액상 경화제(430) 및 5~10w%의 티탄 추출수(440)로 형성될 수 있다. 예를 들면, 배수 블록은, 표 1에 도시된 바와 같이, 72.5w%의 자연토, 12.5w%의 고상 고화제, 12.5w%의 액상 경화제 및 5w%의 제3 티탄 추출수로 조성될 수 있다.
또한, 도 8d를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트 블록이 농업용수 구조물(500)인 경우, 59.5~74.7w%의 자연토(510), 10~15w%의 고상 고화제(520), 10~15w%의 액상 경화제(530), 5~10w%의 티탄 추출수(540) 및 0.3~0.5w%의 범용 지연제(550)로 형성될 수 있다. 예를 들면, 농업용수 구조물은, 표 1에 도시된 바와 같이, 74.6w%의 자연토, 10w%의 고상 고화제, 10w%의 액상 경화제, 5w%의 제3 티탄 추출수 및 0.4w%의 범용 지연제로 조성될 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트의 제조 방법을 나타내는 동작흐름도로서, 친환경 흙콘크리트가 각각 식생 블록, 어류집 블록 또는 배수 블록인 경우등의 제조 방법을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트의 제조 방법은, 먼저, 흙콘크리트의 형틀을 제작하여 준비한다(S111). 이때, 상기 흙콘크리트은 식생 블록, 어류집 블록 또는 배수 블록 등 일 수 있다.
다음으로, 현지 발생토(원지반토) 또는 외부 반입토를 일정한 크기로 고르고, 이물질을 제거한다(S112).
다음으로, 상기 원지반토 또는 외부 반입토에 제1 조성물인 고상 고화제를 기설정 비율로 고르게 혼합하여 혼합토를 형성한다(S113). 이때, 흙 혼합기를 사용하여 혼합토를 혼합한다. 이때, 상기 고상 고화제는 칼슘 설포 알루미네이트(Calcium Sulfo Aluminate)를 적당한 입도 분포를 가지도록 분쇄하여 제조한 고화제일 수 있다.
다음으로, 제2 조성물인 액상 경화제와 제3 조성물인 티탄 추출수를 혼합하여 상기 고상 고화제가 혼합된 혼합토에 투입한다(S114). 이때, 약간의 수분, 콘크리트 레미콘에 함유된 수분함량만큼 혼합토에 포함될 수 있다. 여기서, 상기 액상 경화제는 리튬 실리케이트 80~90w%에 아크릴 에멀전계 폴리머 10~20w%를 혼합하여 30~40분 교반한 변성 리튬 실리케이트일 수 있다. 또한, 상기 티탄 추출수는 53~57w%의 제1 혼합물과 43~47%의 제2 혼합물을 혼합하여 분말화한 티탄 파우더 0.5~2w%를 98~99.5w%의 물과 2~4시간 혼합한 후, 23~25시간 침전시키고 저온 열성 과정을 통하여 생산한 추출수일 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 티탄 추출수는, 49~53w%의 황토, 12~16w%의 장석, 15~19w%의 CaCO3, 6~10w%의 Ca(OH)2, 4~8w%의 Ca(NO3)2 및 2~6w% CaO로 이루어진 제1 혼합물; 및 26~30w%의 일라이트, 23~27w%의 제오라이트, 20~24w%의 카본 및 23~27w%의 맥반석으로 이루어진 제2 혼합물을 포함한다.
다음으로, 상기 혼합토를 상기 흙콘크리트의 형틀에 투입하여 양생시킨다(S115). 예를 들면, 상기 흙콘크리트는 15℃ 이상의 상온에서 2시간~3시간 양생시킬 수 있다.
다음으로, 상기 흙콘크리트의 양생을 확인한 후, 상기 흙콘크리트의 형틀로부터 상기 흙콘크리트를 분리하여 보관한다(S116). 이때, 상기 흙콘크리트는 무기 화학작용으로 높은 강도가 형성되도록 실내외 구분 없이 25일간 보관하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트는, 농업용수 구조물 및 옹벽 구조물, 벤치와 같은 조경구조물에 적용될 수 있고, 이때, 공사 현장에서 규격에 맞게 다양한 거푸집 형틀을 제작하여 설치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트에 따르면, 종래의 기술에 따른 시멘트 콘크리트를 사용하여 형성되는 공원이나 하천 바다 속의 구조물이 유해 중금속인 육가 크롬을 발생시키고 수질의 독성을 발생시키지만, 반면에 무기질의 액상 경화제, 고상 고화제 및 티탄 추출수(또는 티탄 미네랄 추출수)를 사용함으로써, 육가 크롬의 발생을 방지하고, 수질의 독성을 방지할 수 있다. 이에 따라 흙콘크리트를 사용하여 형성되는 구조물에서 식물, 어류 또는 어패류 등의 성장을 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트에 따르면, 하천 둔지부의 토사, 주택단지부의 산흙, 사질 토사, 건설폐기물 처리장에서 발생하는 폐골재, 준설토 등의 현장 발생토를 전량 재활용하여 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트에 따르면, 기조성된 흙콘크리트나 이를 이용한 구조물을 해체할 경우, 특별한 처리 공정 없이 자연 회귀시킬 수 있고, 이에 따라 기존 콘크리트 공법에 비해 대기온도 상승을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트에 따르면, 습식 공법에 적용하기 용이한 배합비를 갖는 흙콘크리트를 형성함으로써 타설 작업이 용이하고 시공성을 향상시킬 수 있고, 또한, 자연스러운 흙의 질감을 다양한 색상으로 표현할 수 있으며, 일제의 포설 장비나 다짐장비가 필요 없는 빠른 시공 공법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 친환경 흙콘크리트에 따르면, 정해진 규격의 골재를 구입하지 않고 현장 발생토를 재활용함으로써 단가를 낮출 수 있고, 또한, 중장비를 사용할 필요가 없기 때문에 경제적이며, 산업기반이 형성되지 않은 산간 오지에서도 공사를 수행할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 친환경 흙콘크리트
200: 식생 블록
210: 자연토(반입토)
220: 고상 고화제(제1 조성물)
230: 액상 경화제(제2 조성물)
240: 티탄 추출수(제3 조성물)
300: 어류집 블록
400: 배수 블록
500: 농업용수 구조물

Claims (10)

  1. 55~75w%의 자연토;
    상기 자연토에 혼합되는 10~20w%의 고상 고화제;
    상기 고상 고화제가 혼합된 자연토에 혼합되는 10~15w%의 액상 경화제; 및
    상기 액상 경화제와 함께 상기 고상 고화제가 혼합된 자연토에 혼합되는 5~10w%의 티탄 추출수
    를 포함하되, 상기 티탄 추출수는,
    49~53w%의 황토, 12~16w%의 장석, 15~19w%의 CaCO3, 6~10w%의 Ca(OH)2, 4~8w%의 Ca(NO3)2 및 2~6w% CaO로 이루어진 제1 혼합물; 및 26~30w%의 일라이트, 23~27w%의 제오라이트, 20~24w%의 카본 및 23~27w%의 맥반석으로 이루어진 제2 혼합물을 포함하는 친환경 흙콘크리트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 티탄 추출수는, 53~57w%의 제1 혼합물과 43~47%의 제2 혼합물을 혼합하여 분말화한 티탄 파우더 0.5~2w%를 98~99.5w%의 물과 2~4시간 혼합한 후, 23~25시간 침전시키고 저온 열성 과정을 통하여 생산한 추출수인 것을 특징으로 하는 친환경 흙콘크리트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고상 고화제는 칼슘 설포 알루미네이트(Calcium Sulfo Aluminate)를 적당한 입도 분포를 가지도록 분쇄하여 제조한 것을 특징으로 하는 친환경 흙콘크리트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액상 경화제는 리튬 실리케이트 80~90w%에 아크릴 에멀전계 폴리머 10~20w%를 혼합하여 30~40분 교반한 변성 리튬 실리케이트인 것을 특징으로 하는 친환경 흙콘크리트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 친환경 흙콘크리트는 식생 블록, 어류집 블록, 보차도용 보도블록, 농업용수 구조물 또는 조경구조물로 사용되는 것을 특징으로 하는 친환경 흙콘크리트.
  6. 친환경 흙콘크리트의 제조 방법에 있어서,
    a) 흙콘크리트 블록의 형틀을 제작하여 준비하는 단계;
    b) 현지 발생토(원지반토) 또는 외부 반입토를 일정한 크기로 고르고, 이물질을 제거하는 단계;
    c) 상기 원지반토 또는 외부 반입토에 고상 고화제를 기설정 비율로 고르게 혼합하여 혼합토를 형성하는 단계;
    d) 액상 경화제와 티탄 추출수를 혼합하여 상기 고상 고화제가 혼합된 혼합토에 투입하는 단계;
    e) 상기 혼합토를 상기 흙콘크리트의 형틀에 투입하여 양생시키는 단계; 및
    f) 상기 흙콘크리트의 양생을 확인한 후 상기 흙콘크리트의 형틀로부터 상기 흙콘크리트를 분리하여 보관하는 단계
    를 포함하되, 상기 티탄 추출수는,
    49~53w%의 황토, 12~16w%의 장석, 15~19w%의 CaCO3, 6~10w%의 Ca(OH)2, 4~8w%의 Ca(NO3)2 및 2~6w% CaO로 이루어진 제1 혼합물; 및
    26~30w%의 일라이트, 23~27w%의 제오라이트, 20~24w%의 카본 및 23~27w%의 맥반석으로 이루어진 제2 혼합물을 포함하는 친환경 흙콘크리트의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고상 고화제는 칼슘 설포 알루미네이트(Calcium Sulfo Aluminate)를 적당한 입도 분포를 가지도록 분쇄하여 제조한 고화제이고,
    상기 액상 경화제는 리튬 실리케이트 80~90w%에 아크릴 에멀전계 폴리머 10~20w%를 혼합하여 30~40분 교반한 변성 리튬 실리케이트이며,
    상기 티탄 추출수는 53~57w%의 제1 혼합물과 43~47%의 제2 혼합물을 혼합하여 분말화한 티탄 파우더 0.5~2w%를 98~99.5w%의 물과 2~4시간 혼합한 후, 23~25시간 침전시키고 저온 열성 과정을 통하여 생산한 추출수인 것을 특징으로 하는 친환경 흙콘크리트의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 e) 단계에서 상기 흙콘크리트는 15℃ 이상의 상온에서 2시간~3시간 양생시키는 것을 특징으로 하는 친환경 흙콘크리트의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 f) 단계의 흙콘크리트는 무기 화학작용으로 높은 강도가 형성되도록 실내외 구분 없이 25일간 보관하는 것을 특징으로 하는 친환경 흙콘크리트의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 친환경 흙콘크리트는 식생 블록, 어류집 블록, 보차도용 보도블록, 농수로용구조물 또는 조경구조물로로 사용되는 것을 특징으로 하는 친환경 흙콘크리트 제조 방법.
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