KR101195380B1 - 블록 성형용 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 블록 성형용 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 흙, 알칼리자극제, 천연섬유 및 산업부산물의 혼합으로 이루어져 시멘트를 사용하지 않으면서도, 높은 강도를 보이며, 성형 후 크랙의 방지효과가 우수한 블록 성형용 조성물에 관한 것이다.

Description

블록 성형용 조성물{Compound for forming block}
본 발명은 블록 성형용 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 흙, 알칼리자극제, 천연섬유 및 산업부산물의 혼합으로 이루어져 시멘트를 사용하지 않으면서도, 강도도 우수한 블록의 제조를 가능하게 해주는 블록 성형용 조성물에 관한 것이다.
절개지나 호안의 토사유출을 방지하기 위하여 절개지 경사면이나 호안에 블록이 시공되는 것이 일반적이다. 또한 블록의 시공으로 인한 생태계 파괴를 최소화 하기 위하여 초목의 식재가 가능한 식생블록이 널리 쓰이고 있다.
이러한 식생블록의 성형을 위해 결합재로 일반적으로 시멘트가 사용된다. 시멘트는 대표적인 무기결합재라고 할 수 있는데, 그 원료의 주성분은 석회석이다. 석회석의 주성분은 CaCO3이고, 이를 소성하는 과정에서 막대한 에너지가 소비된다. 결과적으로 시멘트 제조과정에서 제조량 대비 44wt% 이상의 이산화탄소가 발생하게 되고, 온실가스의 배출이라는 측면에서 환경에 매우 좋지 않은 영향을 미치게 된다. 또한 시멘트에 함유되어 있는 산화칼슘(CaO)이 물과 수화반응을 하여 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 생성하여 블록이 강알칼리성을 나타내게 되에 식생에 문제를 일으키기도 한다.
이에 대해 블록 성형용 조성물에 친환경적인 흙 재료를 사용하면서 시멘트의 함량을 줄이기 위한 연구가 있었고, 선행기술로는 황토를 블록 성형용 조성물의 재료로 사용하는 기술(대한민국 등록특허 제10-0676311)이 있다. 또한 블록 성형용 조성물의 결합재로서 시멘트를 대신하여 다른 물질을 사용하는 기술에 대한 연구도 있었고, 선행기술로는 타르슬러지 개질결합재를 이용하는 기술(대한민국 등록특허 제10-0792527)이 있다.
상기한 선행기술들을 검토하면 황토만으로는 원하는 압축강도를 얻을 수 없기에 여전히 시멘트를 사용하는 문제점 또는 시멘트를 대신하여 타르슬러지 개질결합재를 사용할 경우 상기 타르슬러지의 개질을 위한 공정 및 비용이 추가적으로 발생한다는 문제점이 있다.
본 발명은 시멘트를 결합재로 사용하지 않아 친환경적이면서도, 성형 후의 강도면에서도 우수한 성질을 보이는 블록 성형용 조성물을 제공하는데에 그 목적이 있다.
실리카물질(SiO2)를 주성분으로 하면서 그 자체에는 수경성이 없는 분말상의 광물질 재료를 포졸란(Pozzolan)이라 한다. 포졸란 재료와 유리질 실리카(SiO2)나 알루미나실리케이트(SiO2?Al2O2) 성분이 수산화칼슘(CaCO3)과 상온에서 서서히 반응하여 불용성의 화합물(C-S-H)을 만드는 것을 포졸란 반응이라 한다. 일반적인 흙을 구성하는 성분들의 원자질량비는 산소(O2) 45%, 규소(Si) 27%, 알루미늄(Al) 8% 가량으로서 포졸란 반응에 참여하는 원소들이 상당량 포함되어 있다. 따라서, 천연의 흙도 알칼리자극제(CaO, CaCO3, Ca(OH)2)와 반응하여 포졸란 반응을 일으킬 수 있다.
그러나 천연의 흙만으로는 충분한 고결화 작용이 어렵기 때문에 시멘트를 결합재로서 활용하는 것이 일반적이다. 그러나 시멘트를 대신하여 산업부산물인 폐유리 또는 슬래그류 또는 애쉬류 등을 활용한다면 친환경적인 효과를 거둘 수 있게 된다.
또한 흙재료를 포함하는 고결화 조성물의 경우 성형 후의 강도가 약하고, 크랙이 쉽게 발생하는 문제점을 지니고 있는데, 천연섬유가 상기 흙재료에 혼합된 고결화 조성물의 경우 성형 후 강도가 우수하고 크랙이 쉽게 발생하지 않게 된다.
한편, EM발효액이 상기 천연섬유와 함께 첨가될 경우 고결과정에 있어 초기 pH를 낮추어주면서 상기 천연섬유의 배합을 도와 파이버볼 현상을 방지해주며, 고결 후에도 pH범위가 9이하가 되도록 해준다.
이에 전술한 과제의 해결을 위해 본 발명은, 흙, 알칼리자극제, 천연섬유 및 산업부산물의 혼합으로 이루어진 블록 성형용 조성물을 제공한다.
구체적으로 본 발명은 흙, 알칼리자극제, 천연섬유 및 산업부산물의 혼합으로 이루어지며,상기 알칼리자극제는 상기 흙 100중량부 대비 5~15중량부 혼합되고, 상기 천연섬유는 상기 흙 100중량부 대비 0.5~5중량부 혼합되고, 상기 산업부산물은 폐유리 또는 슬래그류 또는 애쉬류 중 어느 하나 이상인 것으로서 상기 흙 100중량부 대비 50~150중량부 혼합된 것을 특징으로 하는 블록 성형용 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 알칼리자극제는 CaO, Ca(OH)2, CaCO3 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 블록 성형용 조성물을 함께 제공한다.
또한 본 발명은 상기 천연섬유는 종자모섬유, 인피섬유, 염맥섬유, 과실섬유 및 광물섬유인 세피올라이트 중 어느 한 가지 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 블록 성형용 조성물을 함께 제공한다.
또한 본 발명은 상기 천연섬유는 길이가 3~10㎜, 굵기가 30~70데니어 범위인 것을 특징으로 하는 블록 성형용 조성물을 함께 제공한다.
또한 본 발명은 상기 흙은 일부 또는 전부가 자연건조된 황토를 600~900℃로 가열한 후 상온까지 급냉시킨 활성황토인 것을 특징으로 하는 블록 성형용 조성물을 함께 제공한다.
또한 본 발명은 상기 흙은 일부 또는 전부가 메타카올린인 것을 특징으로 하는 블록 성형용 조성물을 함께 제공한다.
또한 본 발명은 상기 흙 100중량부 대비 0.01~3 중량부 혼합된 EM발효액을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 성형용 조성물을 함께 제공한다.
본 발명에 따른 블록 성형용 조성물에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
1. 기존에도 흙과 석회계(Ca(OH)2, CaO)의 배합으로 이루어진 블록 성형용 조성물이 존재하였지만 압축강도 발현이 낮고, 성형 후 크랙이 발생하는 문제점이 있었다. 본 발명에 따른 블록 성형용 조성물은 천연섬유를 포함하고 있어 기존의 흙과 석회계의 배합으로 이루어진 블록 성형용 조성물에 비하여 개선된 압축강도를 보이며, 성형 후 크랙이 발생하지 않는다.
2. 기존의 블록 성형용 조성물은 결합재로서 시멘트를 사용하는 것이 일반적이었다. 본 발명에 따른 블록 성형용 조성물은 시멘트를 대신하여 폐유리 또는 슬래그류 또는 애쉬류 중 어느 하나 이상으로 이루어진 산업부산물을 결합재로 사용함으로써 친환경적이며, 산업부산물의 생산적인 활용처를 제시한다.
본 발명은 시멘트를 함유하지 않으면서 흙, 알칼리자극제, 천연섬유 및 산업부산물의 혼합으로 이루어진 블록 성형용 조성물에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명은 흙, 알칼리자극제, 천연섬유 및 산업부산물의 혼합으로 이루어지며, 상기 알칼리자극제는 상기 흙 100중량부 대비 5~15중량부 혼합되고, 상기 천연섬유는 상기 흙 100중량부 대비 0.5~5중량부 혼합되고, 상기 산업부산물은 폐유리 또는 슬래그류 또는 애쉬류 중 어느 하나 이상인 것으로서 상기 흙 100중량부 대비 50~150중량부 혼합된 것을 특징으로 하는 블록 성형용 조성물을 제공한다.
상기 흙은 일반적인 개념의 모든 흙을 포함하는 것으로서, 1차점토, 2차점토, 진흙, 황토, 고령토 등을 예로 들 수 있으며, 모래나 자갈 등이 섞여 있는 것도 무방하다.
아울러 자연건조된 황토를 600~900℃로 가열한 후 상온까지 급냉시킨 활성황토를 상기 흙으로 사용가능하고, 메타카올린도 상기 흙으로 사용가능하며, 상기 활성황토와 메타카올린의 혼합물도 상기 흙의 전부 또는 일부로 사용가능하다.
상기 활성황토는 알칼리자극제(CaO, CaCO3, Ca(OH)2)와의 포졸란 반응이 크게 활성화되도록 만들어진 흙으로서, 상온에서 자연 건조된 원료 황토를 400℃까지 가능한 한 단시간 내에 승온 가열하고, 이를 600~900℃까지 상승시키면서 소성(燒成)하고 이를 다시 상온까지 급냉시키는 과정을 통해 제조할 수 있다. 상기 소성(燒成)과정은 1분 이상 시행하여 황토 내부까지 균일한 온도로 소성되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소성과정에서의 온도는 900℃를 넘지 않도록 하여야 하는데, 소성온도가 900℃를 넘는 경우에는 황토의 물성이 저하될 수 있기 때문이다. 또한, 상기 급냉과정에서는 공기나 물을 이용할 수 있는데, 경제성면에서 물을 이용한 급냉방법이 더욱 효율적이다.
상기 메타카올린은 충전재, 내화물, 고무, 페인트, 화학, 제약 등 폭넓게 사용 가능한 카올린을 특수 처리하여 콘크리트용 혼화재료로 제조 한 것으로서 경화체가 치밀한 조직을 갖게 해주는 성질을 갖고 있다. 상기 메타카올린은 시멘트와 함께 사용될 때는 단기적으로 에트린자이트(ettringite)의 생성과 시멘트 중의 C3S의 활성화를 일으켜 초기강도를 증가시켜주며, 중장기적으로 시멘트의 수산화칼슘과의 포졸란 반응으로 압축강도 및 내구성을 향상시켜 준다. 한편, 상기 메타카올린은 고강도 고성능 콘크리트 제품에 많이 사용되지만 황토제품에도 사용가능하며 경우에 따라서는 황토제품에서 황토를 대신하는 재료로 사용될 수도 있다.
상기 알칼리자극제는 흙과 포졸란 반응을 일으키고 산업부산물의 잠재수경성과 포졸란 반응성을 활성화 시키는 성분으로서, 상기 흙 100중량부 대비 5~15중량부 혼합된다. 상기 알칼리자극제는 CaO, Ca(OH)2, CaCO3 중 어느 하나 이상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 천연섬유는 섬유 중에서 천연 그대로의 상태에서 이미 섬유상으로 되어 있고, 비교적 간단한 물리적 조작에 의해 섬유로서 이용할 수 있는 것을 의미한다. 일반적으로 천연섬유는 크게 나누어 식물 섬유, 동물 섬유, 광물 섬유로 구분할 수 있는데 본 발명에서는 식물섬유를 주로 사용하여 상기 천연섬유는 종자모섬유, 인피섬유, 염맥섬유, 과실섬유 및 광물섬유인 세피올라이트 중 어느 한 가지 이상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 천연섬유는 길이가 3~10㎜, 굵기가 30~70데니어 범위인 것을 사용할 때 블록 성형 후 크랙 방지효과가 크다. 상기 천연섬유의 혼입률이 동일하더라도 상기 천연섬유 한 가닥의 길이에 따라 단위 체적 대비 상기 천연섬유 가닥수가 달라지고 크랙 방지효과는 혼입되어 있는 천연섬유의 가닥 수에 비례하므로 소수의 긴 가닥 천연섬유 보다는 다수의 짧은 천연섬유가 크랙 방지효과를 향상시키기 때문이다.
상기 천연섬유의 혼합비와 관련하여 아래의 [표 1]을 살펴보면 상기 천연섬유의 혼합비에 따른 상기 블록 성형용 조성물의 압축강도 및 휩강도를 측정한 결과를 확인할 수 있다.
구분



 혼합비(%) 재령별 강도(㎫)
흙
 바나나 섬유
 배합수 7일 14일 28일
압축 휨 압축 휨 압축 휨
1 100 0 35





 21.3 5.1 26.8 6.2 34.2 7.0
2 100 0.1 20.3 4.6 26.0 5.9 34.2 6.2
3 100 0.5 24.3 5.7 27.3 6.8 35.6 7.2
4 100 1 24.5 6.2 27.9 6.9 37.9 8.2
5 100 3 23.1 7.6 28.3 7.3 38.0 9.6
6 100 5 26.8 8.5 28.4 7.9 38.7 9.8
7 100 7 20.0 8.0 25.9 7.1 30.5 9.0
[표 1]에서 확인할 수 있는 바와 같이 상기 블록 성형용 조성물에 있어서 상기 천연섬유의 하나인 바나나섬유를 상기 흙 100중량부 대비 0.5%이상 5%이하로 첨가한 경우 상기 바나나섬유가 첨가되지 않은 경우에 비하여 압축강도와 휨강도가 증가된 것을 확인할 수 있다. 다만, 상기 바나나섬유의 혼합비가 0.5%보다 작은 0.1%와 5%보다 큰 7%인 경우에는 상기 바나나섬유가 첨가되지 않은 경우보다 압축강도나 휨강도가 저하되는 것으로 나타났다.
상기 산업부산물은 폐유리 또는 슬래그류 또는 애쉬류 중 어느 하나 이상인 것으로서 상기 흙 100중량부 대비 50~150중량부 혼합된다. 상기 산업부산물은 시멘트를 대신한 결합재로 작용하는 한편, 석회의 pH를 조절하기는 기능도 한다.
상기 폐유리는 폐기된 유리를 의미하며 산업부산물과 일반 생활에서 발생하는 부산물을 포괄하는 것이다. 상기 슬래그류는 철강산업 부산물로서, 로의 종류 및 사용원료에 따라 고로슬래그와 제강슬래그로 구분되고, 제강슬래그는 다시 전로슬래그와 전기로 슬래그로 구분된다. 또한, 상기 애쉬류는 전력산업 부산물로서, 석탄을 사용하는 화력발전 산업의 부산물인 석탄회는 발생 위치에 따라 플라이애쉬, 바텀애쉬, 신더애쉬로 구분된다. 본 발명에서는 전술한 슬래그류와 애쉬류를 혼용할 수 있다.
한편 상기 블록 성형용 조성물은 상기 흙 100중량부 대비 0.01~3 중량부 혼합된 EM발효액을 더 포함할 수 있다.
EM이란 유용(Effective) 와 미생물군(Micro-organisms)의 합성어로 유용한 미생물군을 의미하고 EM공법이란 유용미생물 공법(effective microorganisms technology)이라 하여 미생물을 이용한 공법을 말하는데 EM발효액이란 EM공법을 이용하여 발효된 액상을 만든 것이다.
상기 EM공법에 있어서 유용한 미생물군으로는 일반적으로 효모, 유산균, 누룩균, 광합성 세균, 방선균 등 80여 종의 미생물이 사용된다. 이들은 호기성균, 혐기성균, 분해균과 합성균등 서로 다른 종들이 결합하여 하나의 생물처럼 활동하는 특징을 보이며, 유기물의 저분자화를 방지하여 유기물이 에너지를 잃고 무기화 되며 유해한 물질이 생성되는 것을 막아준다.
본 발명에 따른 블록 성형용 조성물의 각 구성성분의 유기적 관계를 정리해 살펴보면 다음과 같다.
흙은 석회류의 알칼리자극제와 함께 포졸란 반응을 일으키고, 그 과정에서 Ca2+ 이온이 발생하게 된다. Ca2+이온은 고로슬래그 등의 산업부산물의 SiO2 성분과 수열반응을 하여 토버모라이트(tobermorite) 수화물을 형성시켜 조성물의 고결화 및 강도증진에 기여하게 되고, 산업부산물은 석회의 pH를 조절하여 본 발명에 따른 블록 성형용 조성물이 식생블록 성형에 적합한 성질을 갖도록 한다. 또한 천연섬유는 흙이 굳은 후 나타날 수 있는 크랙을 방지하는 역할을 한다.
한편, 상기 구성성분에 EM발효액이 첨가될 경우, 상기 EM발효액은 상기 블록 성형용 조성물의 고결과정에 있어 초기 pH를 낮추어주면서 상기 천연섬유의 배합을 도와 파이버볼 현상을 방지해주며, 고결 후에도 pH범위가 9이하가 되도록 해준다.

Claims (7)

  1. 흙, 알칼리자극제, 천연섬유 및 산업부산물의 혼합으로 이루어지되,
    상기 흙의 일부 또는 전부는 자연건조된 황토를 600~900℃로 가열한 후 상온까지 급냉시킨 활성황토이며,
    상기 알칼리자극제는 상기 흙 100중량부 대비 5~15중량부 혼합되고,
    상기 천연섬유는 상기 흙 100중량부 대비 0.5~5중량부 혼합되고,
    상기 산업부산물은 폐유리 또는 슬래그류 또는 애쉬류 중 어느 하나 이상인 것으로서 상기 흙 100중량부 대비 50~150중량부 혼합된 것을 특징으로 하는 블록 성형용 조성물.
  2. 제1항에서,
    상기 알칼리자극제는 CaO, Ca(OH)2, CaCO3 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 블록 성형용 조성물.
  3. 제1항에서,
    상기 천연섬유는 종자모섬유, 인피섬유, 염맥섬유, 과실섬유 및 광물섬유인 세피올라이트 중 어느 한 가지 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 블록 성형용 조성물.
  4. 제1항에서,
    상기 천연섬유는 길이가 3~10㎜, 굵기가 30~70데니어 범위인 것을 특징으로 하는 블록 성형용 조성물.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에서,
    상기 흙 100중량부 대비 0.01~3 중량부 혼합된 EM발효액;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 성형용 조성물.
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