KR101320576B1 - 광촉매를 함유하는 무시멘트 토목용블록 및 이의 제조방법 - Google Patents

광촉매를 함유하는 무시멘트 토목용블록 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광촉매를 포함하는 무시멘트 토목용블록 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시멘트를 사용하지 않고 무독성 무기재료를 이용하여 친환경적이며 고강도 및 높은 내구성을 나타내며, 광촉매 활성에 의하여 유해 성분 제거 효율이 높은 토목용블록 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

광촉매를 함유하는 무시멘트 토목용블록 및 이의 제조방법{Civil block comprising photocatalyst without cement and manufacturing method thereof}
본 발명은 광촉매를 포함하는 무시멘트 토목용블록 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시멘트를 사용하지 않고 무독성 무기재료를 이용하여 친환경적이며 고강도 및 높은 내구성을 나타내며, 광촉매 활성에 의하여 유해 성분 제거 효율이 높은 토목용블록 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 생태환경에 관심이 높아지고 있는 가운데, 하천 및 호소, 해양, 각종 토목공사에서 쓰여지는 블록도 무독성이며 친환경적인 요소를 요구하고 있는 추세이다.
한편, 우리나라는 현재 대부분의 생태호소, 하천 및 해양, 토목용블록에 시멘트를 이용하는 2차 제품을 시공 사용하고 있다.
이러한 시멘트 사용방식은 시멘트는 각종 건설재료에서 없어서는 안될 중요한 자원이나 시멘트 생산 과정에 소비되는 자원, 에너지소비에 따른 막대한 이산화탄소 발생에 의한 환경변화의 폐해가 따르는 문제점이 있다. 우리나라의 시멘트 톤당 생산시 석회석 1.13톤, 클링거에 소요되는 중유 32~36ℓ, 이에 따른 이산화탄소 배출량은 약 0.86톤 이며 시멘트의 생산량을 4,500만톤/년으로 추정하여도 석회석은 약 5천만톤/년, 중유는 약 14~16억ℓ/년, 이산화탄소 배출량은 약 3,700만톤/년이라는 천문학적인 숫자를 의미하므로 자원을 다량소비 하는 동시에 고유가에 따른 원가상승, 이산화탄소에 의한 이상기후에 따른 폐해, 시멘트에서 용출되는 각종 중금속(Cr+6 등)에 의한 환경오염의 문제점이 대두되고 있는 실정이다.
또한 지표에서 대기와 넓게 접촉하는 블록의 특성상 블록 자체에 대기 중 오염 공기를 정화하는 기능을 부여하고자 하는 요구가 대두되고 있다.
따라서 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 시멘트를 사용하지 않고 내구성 및 강도가 우수하며, 유해 성분 제거능을 갖는 무독성 친환경 무기재료를 이용한 토목용블록을 제조하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 본 발명의 특정 조성을 갖는 토목용블럭의 경우 무독성으로 친환경적이며 고강도 및 높은 내구성과 유해 성분 제거능을 갖는 토목용블럭을 제공할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 위하여 시멘트를 사용하지 않고 내구성 및 강도가 우수하며, 유해 성분 제거능을 갖는 무독성 친환경 무기재료를 이용한 토목용블록 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 시멘트를 포함하지 않는 무독성 친환경 무기재료를 이용한 무시멘트 토목용블록을 제공한다.
이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 용어 기술에 있어서 상기 "무시멘트"는 토목용블록의 구성에 있어서 시멘트를 적극적으로 포함하지 않는 것을 의미하며, 상기 "토목용블록"은 하천, 호소, 해양, 각종 건축 및 토목공사 등에 사용되는 블록을 포괄하는 용어이다.
본 발명의 일실시예에 따른 무시멘트 토목용 블록은 일반골재로 이루어지는 베이스재 및 첨가재를 포함하는 무시멘트 토목용블록으로서,
상기 첨가재는 고로슬래그 미분말, 겔라이트 미분말, 스칼릿 분말 및 산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 제1첨가재와 제2첨가재인 히드록시알킬 셀룰로오스를 포함할 수 있으며, 상기 제1첨가재 총 중량에 대하여 3~5중량%의 광촉매를 더 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 무시멘트 토목용 블록은 일반골재 및 표면처리재로 이루어지는 베이스재 및 첨가재를 포함하는 무시멘트 토목용블록으로서,
상기 첨가재는 고로슬래그 미분말, 겔라이트 미분말, 스칼릿 분말 및 산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 제1첨가재와 제2첨가재인 히드록시알킬 셀룰로오스를 포함할 수 있으며, 상기 제1첨가재 총 중량에 대하여 3~5중량%의 광촉매를 더 포함한다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 베이스재 및 첨가재를 포함하는 무시멘트 토목용블록의 제조방법은
(a) 베이스재를 제조하는 단계;
(b) 상기 베이스재에 고로슬래그 미분말, 겔라이트 미분말, 스칼릿 분말 및 산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 제1첨가재를 혼합하는 단계;
(c) 상기 (b)에서 혼합된 혼합물에 상기 제1첨가재 총 중량에 대하여 광촉매 0.1~10중량%를 첨가하는 단계; 및
(d) 상기 (c)에 제2첨가재인 히드록시알킬 셀룰로오스 및 물을 첨가하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한 상기 무시멘트 토목용블록의 제조방법은 (e) 상기 베이스재, 첨가재 및 광촉매가 혼합된 물질을 몰드 또는 형틀에 투입하는 단계; 및
(f) 상기 몰드 또는 형틀에 투입된 물질에 압력을 가하여 성형하고 양생시켜 경화하는 단계;
를 더 포함할 수 있다.
상기 (f) 단계의 압력을 가하여 성형하는 것은 건식유압 성형 방식, 건식 로울러 성형방식, 반습식 틸팅회전 성형방식, 진공토련기 성형방식, 습식진동 성형방식으로 이루어진 군에서 선택되는 방식에 의할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 일반골재는 모래, 석분 및 자갈로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 모래, 자갈은 자연에서 발생되는 물질을 의미하며, 상기 석분은 모래, 잔골재를 채취하고 남은 부산물, 암석의 연마 또는 절단 공정 중에 슬러지(Sludge) 형태로 발생되는 물질을 의미한다.
상기 일반골재는 입경이 0.1~13㎜인 것이 바람직하며, 입경이 0.1㎜ 미만인 경우 입도 공정이 필요하여 비용이 발생하고 이로 인해 원가가 상승되는 문제가 있으며, 입경이 13㎜를 초과하는 경우 내구성 및 강도가 낮아지는 문제가 있다.
상기 토목용블록 재료에 있어서, 상기 일반골재로서 모래, 석분 및 자갈로 이루어진 군에서 선택되는 2종 이상을 사용하는 경우, 상기 모래는 입경이 0.1~1.0㎜이며, 상기 베이스재 총 중량에 대하여 30~60중량%로 함유할 수 있으며, 상기 석분은 입경이 0.1~8㎜이며, 상기 베이스재 총 중량에 대하여 40~70중량%로 함유할 수 있다. 또한, 상기 자갈은 입경이 0.8~13㎜이며, 상기 베이스재 총 중량에 대하여 40~70중량%로 함유할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 있어서, 상기 베이스재는 일반골재 및 표면처리재로 이루어질 수 있다. 상기 표면처리재는 토목용블럭의 투수성을 증진시키기 위한 물질로서 규사(Silica sand) 및 백운석(Dolomite) 중 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 규사는 화강암류, 화강편마암류 등 석영을 많이 함유하고 있는 물질로서 우리나라 동?서해안에서 천연규사가 나오며, 천연규사는 Si 46.7%, O 53.3%의 구성비로 이루어지며 입자가 일정하여 투수성 향상으로 표면처리재로 사용이 가능하다. 상기 백운석(Dolomite)은 탄산석회와 탄산마그네슘이 1:1로 복탄산염을 이루는 물질로서 굳기가 3.5~4로서 상기 백운석을 사용하는 경우 고강도를 요구하는 블록재료로 사용이 가능하다.
상기 표면처리재는 입경이 0.5~1.0㎜인 것이 바람직하며, 상기 입경이 0.5㎜ 미만인 경우 투수율이 저하되고, 표면이 미끄러워 우천시 또는 동절기 안전사고의 우려가 있으며, 1.0㎜를 초과하는 경우 시공 후 협잡물의 유입으로 인하여 투수성이 저하되는 문제가 있다. 상기 표면처리재는 상기 베이스재 총 중량에 대하여 3~30중량%로 함유할 수 있다.
상기 첨가재는 고로슬래그 미분말, 겔라이트 미분말, 스칼릿 분말 및 산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 제1첨가재와 제2첨가재인 히드록시알킬 셀룰로오스를 사용할 수 있으며, 상기 베이스재에 첨가되어 사용된다.
상기 고로슬래그 미분말은 철(iron)을 생산하는 고로에 장입된 철광석, 코크스와 석회석에 포함된 비철성분이 용융된 것을 고압의 물로 급랭시켜 모래와 같은 형상의 수재슬래그를 밀(mill)에서 일정 분말도로 분쇄한 것을 말하며 알칼리 및 물과의 수화반응에 의해 구조물의 강도를 증진시키고 조직을 치밀하게 유지해주어 내구성 및 강도를 향상시킨다.
상기 고로슬래그는 유리질의 함유량과 화학조성이 일정할 경우 고로슬래그의 활성도는 분말도에 의해 결정된다. 즉 고로슬래그의 분말도가 높을수록 비표면적의 증가에 따라 알칼리 및 수분과의 접촉면적이 증가되므로 수화반응이 가속화된다. 따라서 고로슬래그 미분말의 분말도는 비표면적이 10,000㎠/g 이상인 것을 사용함이 바람직하다.
상기 고로슬래그 미분말은 상기 베이스재 총 중량에 대하여 10~50중량%를 사용함이 바람직하다. 10중량% 미만 사용시 강도 발현이 떨어져 제품에 질이 저하되고 50중량% 초과 사용시 수화반응이 늦어 양생을 거치는 과정에 의한 원가상승의 문제점이 있다. 하기 표 1은 국산 고로슬래그의 화학조성 및 물리적성질에 대한 결과치를 나타낸다.
생산지 제 철 소
포 항 광 양
1B/F 2B/F 3B/F 4B/F 2B/F 3B/F 4B/F
화학 특성 화학 성분(%) SiO2 33.17 33.31 32.84 33.13 34.92 34.93 35.72
CaO 42.45 41.63 41.15 41.99 44.62 43.63 43.89
Al2O3 14.41 14.60 14.03 14.01 13.94 13.47 13.42
MgO 7.00 7.21 7.79 7.65 4.63 6.38 5.51
FeO 0.38 0.40 0.41 0.33 0.41 0.38 0.40
Cl 0.043 0.006 0.027 0.011 0.074 0.056 0.012
S 0.81 0.82 0.68 0.73 0.81 0.76 0.75
SO3 0.074 0.034 0.04 0.04 2.02 1.90 1.87
R2O 0.38 0.48 0.43 0.34 1.06 0.39 0.407
MnO 0.53 0.44 0.39 0.28 0.32 0.32 0.32
TiO2 0.86 0.63 1.85 1.46 0.58 0.56 0.57
염기도 1.93 1.90 1.92 1.92 1.815 1.817 1.76
물리 성질 유리화율(%) 99.8 99.3 98 99.2 99.9 99.6 99.8
비중 2.91 2.92 2.91 2.94 2.94 2.90 2.92
상기 겔라이트(GE-lite) 미분말은 화산재가 퇴적하여 조성된 천연 포졸란(Pozzolan)의 물질로서, 상기 고로슬래그의 포졸란 반응을 가속화시키는 작용을 하며 천연 미네랄 광물질로서 환경에 무해하고 수질정화 및 곰팡이제거 기능 등이 있어 생태제품에 적용이 가능하다. 상기 겔라이트 미분말의 분말도는 상기 고로슬래그와의 포졸란 반응으로 비표면적이 10,000cm²/g 이상인 것을 사용함이 바람직하다.
상기 겔라이트 미분말은 상기 베이스재 총 중량 대하여 5~10중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 5중량% 미만인 경우 포졸란 반응 저하의 문제가 있으며, 10중량%를 초과하는 경우 원가 상승의 문제 가있다.
상기 스칼릿(Scarlet) 분말은 천연 광물질인 보크사이트(Bauxite)에서 수산화알루미늄[Al(OH)3]을 분리하고 슬러지 형태로 나오는 부산물로 진홍색의 광물질이다. 상기 스칼릿 분말은 고로슬래그의 수화반응에 필요한 알칼리 성분을 부여한다. 고로슬래그는 잠재 수경성으로 순수한 물과 접촉할 경우, 고로슬래그 입자 표면에는 Ca2 +의 용출에 따른 치밀한 부정형의 산성 피막이 형성되어 물의 침투와 내부이온의 용출을 억제하므로 수화반응은 지속되지 않는다. 이때 알칼리성의 자극제인 스칼릿분말을 첨가하게 되면 불규칙적 3차원 (-O-Si-Al-O-) 쇄상결합이 알칼리(pH>12)에 의해 절단되면서 망상구조에 포위되어 있던 Ca2 +, Mg2 +, Al3 + 등 수식이온들을 용출시킨다. 용출된 이온들은 칼슘수화물 (C-S-H) 을 생성하게 된다. 상기 스칼릿 분말은 점도가 있어 일반골재 재료간의 치밀한 물성을 향상시키며 천연흙의 색깔 연출로 시멘트의 회색에 의한 현휘현상이 없어 시공후에도 자연스러움을 더해준다.
상기 스칼릿 분말은 상기 베이스재 총 중량에 대하여 5~25중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 5중량% 미만인 경우 알칼리 부여에 따른 물성 저하가 뒤따르며, 25중량% 초과 사용시 알칼리에 의해 제품 표면 백화 현상의 우려가 있다.
상기 산화알루미늄(Al2O3)은 천연고령토의 주성분이며 알루미늄 공업, 내화재료로서 널리 쓰이고 있는 물질로서 본 발명에 있어서 암석화(Ettringite)반응에 의해 내구성 및 강도 증진에 기여한다.
상기 산화알루미늄은 상기 베이스재 총 중량에 대하여 1~5중량%를 사용하는것이 바람직하며, 1중량% 미만인 경우 제품 내구성 및 강도 물성이 저하되며, 5중량% 초과인 경우 원가 상승의 문제점이 있다.
상기 히드록시알킬 셀룰로오스(Hydroxyalkyl cellulose)는 천연목화, 펄프에서 추출한 천연 고분자 물질로서 수산화기(-OH)를 안정시켜 제품의 물성을 향상시키며, 혼합된 재료입자 사이의 접착력을 증가 및 분산성질에 의한 표면적 증가를 통해 수화반응에 도움을 주며 일반골재에 함유되어 있는 유?무기재료간의 상용성(Compatibillity)을 증가시킨다.
상기 히드록시알킬 셀룰로오스는 상기 베이스재 총 중량에 대하여 0.1~2중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 0.1중량% 미만인 경우 접착, 분산 및 상용성 저하의 문제가 있으며 2중량%를 초과하는 경우 점도가 강하게 유지되어 교반(mixing) 부하로 인한 생산 공정에 있어서의 문제를 야기한다.
상기 첨가재는 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 고로슬래그 미분말 10~50중량%, 겔라이트 미분말 5~10중량%, 스칼릿 분말 5~25중량%, 산화알루미늄 1~5중량% 및 히드록시알킬셀룰로오스 분말 0.1~ 2중량%일 수 있다.
일반골재 및 상기 베이스재 총 중량에 대하여 3~30중량% 표면처리재로 이루어진 베이스재에 첨가되는 첨가재는 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 고로슬래그미분말 10~50중량%, 겔라이트 미분말 5~10중량%, 스칼릿 분말 5~25중량%, 산화알루미늄 1~5중량% 및 히드록시알킬 셀룰로오스 0.1~2중량%일 수 있다.
상기 광촉매는 광촉매 활성을 갖는 금속산화물로서 밴드갭 에너지 이상의 빛을 받아 강력한 유기물 분해능을 갖는 물질이며, 상기 베이스재에 혼합되여 사용된다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 광촉매는 당업계에 통상적인 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 TiO2, ZnO2, ZnO, SrTiO3, CdS, GaP, InP, GaAs, BaTiO3, KNbO3, Fe2O3, Ta2O5, WO3, SnO2, Bi2O3, NiO, Cu2O, SiO, SiO2, MoS2, InPb, RuO2 및 CeO2으로 이루어진 군에서 선택되는 광촉매성 산화물을 포함할 수 있다. 특히 산화티탄(TiO2)를 사용하는 경우에는 결정형이 아나타제형(anatase) 또는 블루카이트형(bluekite)인 것이 광촉매 활성이 높으며 장기간 발현이 가능한 측면에서 바람직하다. 또한 상기 산화티탄은 그 자체로 사용될 수 있으며, 산화티탄에 질소, 황, 불소, 탄소 등의 음이온을 도핑하여 제조되는 가시광 광촉매를 사용할 수도 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 산화티탄은 산화티탄과 물유리의 혼합물을 졸-겔법에 의해 형성한 금속산화물겔을 건조 및 소수화하여 제조된 다공성 복합화합물의 형태로 사용될 수 있다. 상기 다공성 복합화합물은 산화티탄을 물유리와 혼합하여 겔화되어 금속산화물 주위에 실리카 에어로겔이 피복된 3차원 그물구조의 다공질 실리카 피복체를 형성한 구조를 갖는다.
상기 광촉매는 상기 제1첨가재 총 중량에 대하여 0.1~10중량%로 함유할 수 있으며, 바람직하게는 3~5 중량%를 함유할 수 있다. 상기 함량이 3중량% 미만인 경우 광촉매 활성이 부족한 문제점이 있으며, 5중량%를 초과하는 경우 경제적인 면에서 너무 부담되는 문제점이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무시멘트 토목용블록은 입경이 0.1~13㎜인 일반골재 30~70중량%로 이루어지는 베이스재에, 제1첨가재를 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 고로슬래그 미분말 10~50중량%, 겔라이트 미분말 5~10중량%, 스칼릿 분말 5~25중량% 및 산화알루미늄 1~5중량%, 제2첨가재인 히드록시알킬셀룰로오스를 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 0.1~2중량% 및 수분 5~50중량%, 상기 제1첨가재 총 중량에 대하여 광촉매 3~5중량%를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기한 성분으로 이루어지는 무시멘트 토목용블록은 토목용블록 및 해양 구조물로 사용될 수 있다.
상기의 일실시예에 따른 친환경 토목용블록에서 입경이 0.1~13㎜인 일반골재 30~70중량% 및 입경이 0.5~1.0㎜인 표면처리재 3~30중량%로 이루어지는 베이스재를 포함하고, 제1첨가재를 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 고로슬래그 미분말 10~50중량%, 겔라이트 미분말 5~10중량%, 스칼릿분말 5~25중량% 및 산화알루미늄 1~5중량%, 제2첨가제인 히드록시알킬셀룰로오스를 상기 베이스재 총 중량에 대하여 0.1~2중량% 및 수분 5~15중량%, 상기 제1첨가재 총 중량에 대하여 광촉매 3~5중량%를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기와 같이 표면처리재를 사용하는 경우 무시멘트 토목용블록은 투수용 보도?차도블록 및 투수용 산책로, 투수용 자전거도로 등으로 사용될 수 있다.
본 발명의 무시멘트 토목용블록에 따르면 무독성, 친환경적이며 내구성 및 강도가 우수하고, 유해 성분 제거능이 뛰어난 친환경 토목용블록을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 토목용블록의 제조방법을 간략하게 도식화한 순서도이다.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 토목용블록의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 NOx 제거 시험 평가 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 무시멘트 토목용블록의 NOx를 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 무시멘트 토목용블록의 시간에 따른 NOx 농도 변화를 통해 NOx 제거 효과를 나타낸 그래프이다.
이하 실시예 및 시험예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 이들 실시예 및 시험예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 발명의 범주 및 범위가 하기 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 따른 무시멘트 토목용블록의 제조방법의 일례에 대하여 도 1을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무시멘트 토목용블록의 제조방법을 간략하게 도식화한 순서도이다.
먼저 입경이 0.1~13㎜인 일반골재와 베이스재 총중량에 대하여 3~30중량%의 입경이 0.5~1.0㎜인 표면처리재를 혼합하여 베이스재를 마련하고 (S201).
다음으로 상기 베이스재에 고로슬래그 미분말, 젤라이트 미분말, 스칼릿 분말 및 산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 제1첨가재를 첨가하고, 이에 상기 제1첨가재 총 중량에 대하여 광촉매 3~5중량%을 첨가하고, 제2첨가제인 히드록시알킬 셀룰로오스를 첨가한다(S202).
다음으로 상기 베이스재와 제1첨가재, 광촉매 및 제2첨가재가 혼합된 물질에 수분을 투입 교반 후 몰드 또는 형틀에 투입한다(S203).
다음으로 상기 형틀에 투입된 물질에 압력을 가하고 성형하고 양생시켜 무시멘트 토목용블록을 완성한다(S204).
이때 압력을 가하여 성형시키는 단계에서는 건식유압 성형 방식, 건식로울러 다짐방식, 습식진동 성형방식, 반습식 틸팅회전 성형방식, 진공토련기 성형방식 등을 사용할 수 있다. 수분율은 건식유압 성형방식 및 건식로울러 다짐방식의 경우 5~15%, 습식진동 성형방식의 경우 30~50%, 반습식 틸팅회전 성형방식 및 진공토련기성형방식은 15~30%가 된다.
[시험예 1] 무시멘트 토목용블록의 중금속 용출시험
본 발명에 따른 무시멘트 토목용블록의 중금속 용출 실험을 폐기물공정시험기준에 관한 고시(2008)에 따라 수행하였다.
결과를 하기 표 2에 나타내었다.
검사항목 단위 지정폐기물수준 결과 시험방법
6가크롬 mg/L 1.5이상 검출안됨 폐기물
공정시험
2008
납함유량 3이상
카드뮴함유량 0.3이상
비소함유량 1.5이상
수은함유량 0.005이상
구리함유량 3이상
트리클로로에틸렌 0.3이상
테트라클로르에틸렌 0.1이상
시안함유량 1이상
유기인화합물 1이상
기름함유량 % 5이상 0.00
상기 표 2의 결과에서, 본 발명에 따른 무시멘트 토목용블록은 중금속 용출의 지정폐기물수준을 벗어나는 검출이 없는 것으로서 무독성이며 친환경적인 토목용블록을 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.
[실시예 1~10] 무시멘트 토목용블록의 제조
<실시예 1>
입경이 0.1~1.0㎜인 모래 35중량%, 입경이 0.8~13㎜인 자갈 65중량%의 베이스재에, 상기 베이스재의 총중량에 대하여 고로슬래그 미분말 15중량%, 겔라이트 미분말 5중량%, 스칼릿 분말 5중량%, 산화알루미늄 1중량%, 히드록시알킬 셀룰로오스 0.5중량%에 물 10중량% 비율로 혼합하여 1,000x1,000x250㎜ 규격의 몰드에 투입하고 건식유압 성형방식에 의해 무시멘트 토목용블록 형상을 제작한 다음, 3일동안 자연양생 시키는 방법으로 무독성 무시멘트 식생 호안블록을 제작하였다.
<실시예 2>
입경이 0.1~1.0㎜인 모래 55중량%, 입경이 0.1~8㎜인 석분 45중량%의 베이스재에, 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 고로슬래그 미분말 15중량%, 겔라이트 미분말 5중량%, 스칼릿 분말 5중량%, 산화알루미늄 1중량%, 히드록시알킬 셀룰로오스 0.5중량%에 물 25중량% 비율로 혼합하여 1,000x800x400㎜ 규격의 몰드에 투입하고 반습식 틸팅회전 성형방식에 의해 무시멘트 토목용블록 형상을 제작 한 다음, 5일동안 자연양생 시키는 방법으로 무독성 무시멘트 식생호안 옹벽블록을 제작하였다.
<실시예 3>
입경이 0.1~1.0㎜인 모래 35중량%, 입경이 0.8~13㎜인 자갈 65중량%의 베이스재에, 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 고로슬래그 미분말 20중량%, 겔라이트 미분말 5중량%, 스칼릿 분말 10중량%, 산화알루미늄 1중량%, 히드록시알킬 셀룰로오스 1중량%에 물 35중량% 비율로 혼합하여 1,150x1,150x700㎜ 규격의 형틀에 투입하고 습식 성형방식에 의해 무시멘트 토목용블록의 형상을 제작 한 다음, 1일동안 증기양생 시키는 방법으로 무독성 무시멘트 징검다리 블록을 제작하였다.
<실시예 4>
입경이 0.1~1.0㎜인 모래 35중량%, 입경이 0.8~13㎜인 자갈 65중량%의 베이스재에, 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 고로슬래그 미분말 15중량%, 겔라이트 미분말 5중량%, 스칼릿 분말 5중량%, 산화알루미늄 1중량%, 히드록시알킬 셀룰로오스 0.5중량%에 물 35중량% 비율로 혼합하여 1,000x1,000x70㎜ 규격의 형틀에 투입하고 습식 성형방식에 의해 무시멘트 토목용블록의 형상을 제작 한 다음, 1일동안 증기양생 시키는 방법으로 무독성 무시멘트 식생경관 옹벽블록을 제작하였다.
<실시예 5>
입경이 0.1~1.0㎜인 모래 40중량%, 입경이 0.8~13㎜인 자갈 60중량%의 베이스재에, 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 고로슬래그 미분말 30중량%, 겔라이트 미분말 10중량%, 스칼릿 분말 10중량%, 산화알루미늄 1중량%, 히드록시알킬 셀룰로오스 0.5중량%에 물 45중량% 비율로 혼합하여 1,500x2,000x2,000㎜ 규격의 형틀에 투입하고 습식 설형방식에 의해 무시멘트 해양 구조물의 형상을 제작 한 다음, 15일동안 자연양생 시키는 방법으로 무독성 무시멘트 해양 인공어초를 제작하였다.
<실시예 6>
입경이 0.1~8㎜인 석분 30중량%, 입경이 0.8~13㎜인 자갈 60중량%, 표면처리재인 입경이 0.5~1.0㎜인 규사 10중량%의 베이스재에, 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 고로슬래그미분말 20중량%, 겔라이트 미분말 5중량%, 스칼릿분말 5중량%, 산화알루미늄 1중량%, 히드록시알킬 셀룰로오스 0.5중량%에 물 10중량%의 비율로 혼합하여 200x200x60㎜ 규격의 몰드에 투입하고 건식 유압 성형방식에 의해 무시멘트 토목용블록을 제작 한 다음, 3일 동안 자연양생 시키는 방법으로 무독성 투수용 보도블록을 제작하였다.
<실시예 7>
입경이 0.1~8㎜인 석분 25중량%, 입경이 0.8~13㎜인 자갈60 중량%, 표면처리재인 입경이 0.5~1.0 ㎜인 백운석 15중량%의 베이스재에, 상기 베이스재의 총 중량에 대하여 고로슬래그 미분말 20중량%, 겔라이트 미분말 5중량%, 스칼릿분말 5중량%, 산화알루미늄 1중량%, 히드록시알킬 셀룰로오스 0.5중량%에 물 5중량%의 비율로 혼합하여 10mx1.5mx10㎜의 규격으로 건식 로울러 성형방식으로 무독성 무시멘트 투수용 자전거 도로를 시공 하였다.
<실시예 8> 광촉매 함량 3중량%
입경이 0.1~1.0㎜인 모래 35중량%, 입경이 0.8~13㎜인 자갈 65중량%로 이루어지는 베이스재에, 상기 베이스재의 총중량에 대하여 고로슬래그 미분말 15중량%, 겔라이트 미분말 5중량%, 스칼릿 분말 5중량%, 산화알루미늄 1중량%의 제1첨가재를 혼합한 후 상기 제1첨가재 총중량에 대하여 광촉매 산화티탄 3중량%를 넣고 균일하게 혼합하였다. 추가로 베이스재의 총 중량에 대하여 제2첨가재인 히드록시알킬 셀룰로오스 0.5중량%에 물 10중량% 비율로 혼합하여 1,000 x 1,000 x 250㎜ 규격의 몰드에 투입하고 건식유압 성형방식에 의해 친환경 토목용블록 형상을 제작 하였다. 3일 동안 자연양생 시킨 후 100 x 50 x 10㎜로 절단하여 무시멘트 옹벽블록을 제작하여 이하의 시험에 사용하였다.
<실시예 9> 광촉매 함량 5중량%
입경이 0.1~1.0㎜인 모래 35중량%, 입경이 0.8~13㎜인 자갈 65중량%의 베이스재에, 상기 베이스재의 총중량에 대하여 고로슬래그 미분말 15중량%, 겔라이트 미분말 5중량%, 스칼릿 분말 5중량%, 산화알루미늄 1중량%의 제1첨가재를 혼합한 후 상기 제1첨가재 총중량에 대하여 광촉매 산화티탄 5중량%를 넣고 균일하게 혼합하였다. 추가로 베이스재의 총 중량에 대하여 제2첨가재인 히드록시알킬 셀룰로오스 0.5중량%에 물 10중량% 비율로 혼합하여 1,000 x 1,000 x 250㎜ 규격의 몰드에 투입하고 건식유압 성형방식에 의해 친환경 토목용블록 형상을 제작 하였다. 3일 동안 자연양생 시킨 후 100 x 50 x 10㎜로 절단하여 무시멘트 옹벽블록을 제작하여 이하의 실험에 제공하였다.
<실시예 10>
입경이 0.1~1.0㎜인 모래 30중량%, 입경이 0.8~13㎜인 자갈 60중량%, 표면처리재인 0.5~1.0㎜인 규사 10중량%의 베이스재에, 상기 베이스재의 총중량에 대하여 고로슬래그 미분말 15중량%, 겔라이트 미분말 5중량%, 스칼릿 분말 5중량%, 산화알루미늄 1중량%의 제1첨가재를 혼합한 후 상기 제1첨가재 총중량에 대하여 광촉매 산화티탄 5중량%를 넣고 균일하게 혼합하였다. 추가로 베이스재의 총 중량에 대하여 제2첨가재인 히드록시알킬 셀룰로오스 0.5중량%에 물 10중량% 비율로 혼합하여 200 x 200 x 60㎜ 규격의 몰드에 투입하고 건식유압 성형방식에 의해 친환경 토목용블록 형상을 제작 하였다. 3일 동안 자연양생시켜 무시멘트 투수용 보도블록을 제작하여 이하의 실험에 제공하였다.
[시험예 2] 압축강도 및 투수율 시험
상기 실시예 1~10에 따라 제작된 무시멘트 토목용블록 시료를 사용하여 압축강도 및 투수율 실험을 수행하였다.
결과를 하기 표 3 및 표 4에 나타내었으며, 압축강도에 있어서는 비교예로서 단체표준시험항목의 기준치를 나타내었으며, 투수율에 이어서는 비교예로서 KS규격(KS F 4419) 시험항목의 기준치를 나타내었다.
구 분 단체표준(N/㎟) 압축강도(N/㎟)
실시예 1 22 24
실시예 2 22 25
실시예 3 24 30
실시예 4 22 24
실시예 5 24 35
실시예 8 22 24
실시예 9 22 24
구 분 KS규격(㎜/s) 투수율(㎜/s) 비 고
실시예 6 0.1 1.2 KS F 4419
실시예 7 0.1 1.4
실시예 10 0.1 1.2
상기 표 3 및 표 4의 결과에서, 본 발명의 실시예 1~5 및 8~9의 방법에 의해 제작된 무시멘트 토목용블록 시료들은 압축강도가 비교치인 단체 표준 규격보다 월등한 효과를 나타내어 압축 강도가 우수하며, 실시예 6, 7 및 10은 투수율이 비교치인 KS규격(KS F 4419) 기준치보다 월등한 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 무시멘트 토목용블록은 압축강도 및 투수계수가 우수하며, 따라서 뛰어난 토목용제품 및 해양 구조물로서 활용될 수 있음을 알 수 있다.
[시험예 3] NOx 제거 실험
본 발명의 일실시예에 따른 무시멘트 토목용블록의 유해물질 중 질소산화물(NOx)의 제거 효과 측정을 위하여 KS L ISO 22197-1 에 따른 질소 산화물 제거 실험을 수행하였으며, 실험을 위하여 도 9의 질소 산화물 제거 시험 평가 장치를 이용하였다.
시험을 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 무시멘트 토목용블록인 상기 실시예 8 및 실시예 9의 시료에 대하여 질소 산화물 농도 변화를 0.5시간(흡착) - 5시간(반응)의 방법으로 측정하였으며, 결과를 도 10 및 도 11에 나타내었다.
도 10 및 도 11의 결과에서, 본 발명의 일실시예에 따른 무시멘트 토목용블록은 NOx 제거 효율이 우수하며, 이러한 제거 효율은 광촉매의 함량이 높아질수록 향상되는 점을 확인할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명 하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 베이스재 및 첨가재를 포함하는 무시멘트 토목용블록으로서,
    상기 베이스재는 일반골재와 상기 베이스재 총 중량에 대하여 3~30중량%의입경 0.5~1.0㎜인 표면처리재로 이루어지며,
    상기 첨가재는 고로슬래그 미분말, 겔라이트 미분말, 스칼릿 분말 및 산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 제1첨가재; 및 제2첨가재인 히드록시알킬셀룰로오스를 포함하며,
    상기 첨가재는 상기 베이스재 총 중량에 대하여, 고로슬래그 미분말 10~50중량%, 겔라이트 미분말 5~10중량%, 스칼릿 분말 5~25중량%, 산화알루미늄 1~5%중량% 및 히드록시알킬 셀룰로오스 0.1~2중량%를 포함하며,
    상기 제1첨가재 총 중량에 대하여 0.1~10중량%의 광촉매를 더 포함하는 무시멘트 토목용블록.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 표면처리재는 규사(Silica sand) 및 백운석(Dolomite) 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는 무시멘트 토목용블록.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 일반골재는 입경이 0.1~13㎜이며,
    모래, 석분 및 자갈로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 무시멘트 토목용블록.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 석분은 암석의 연마 또는 절단 공정 중에 슬러지 형태로 발생되는 물질인 것을 특징으로 하는 무시멘트 토목용블록.
  8. 제1항, 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고로슬래그 미분말은 비표면적이 10,000㎠/g 이상인 것을 특징으로 하는 무시멘트 토목용블록.
  9. 제1항, 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 겔라이트 미분말은 비표면적이 10,000㎠/g 이상인 것을 특징으로 하는 무시멘트 토목용블록.
  10. 제1항, 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광촉매는 TiO2, ZnO2, ZnO, SrTiO3, CdS, GaP, InP, GaAs, BaTiO3, KNbO3, Fe2O3, Ta2O5, WO3, SnO2, Bi2O3, NiO, Cu2O, SiO, SiO2, MoS2, InPb, RuO2 및 CeO2으로 이루어진 군에서 선택되는 광촉매성 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 토목용블록.
  11. 제1항, 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광촉매는 산화티탄과 물유리의 혼합물을 졸-겔법에 의해 형성한 금속산화물겔을 건조 및 소수화하여 제조된 다공성 복합화합물인 것을 특징으로 하는 무시멘트 토목용블록.
  12. 제1항, 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 기재된 무시멘트 토목용블록의 제조방법으로서,
    (a) 베이스재를 제조하는 단계;
    (b) 상기 베이스재에 고로슬래그 미분말, 겔라이트 미분말, 스칼릿 분말 및 산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 제1첨가재를 혼합하는 단계;
    (c) 상기 (b)에서 혼합된 혼합물에 상기 제1첨가재 총 중량에 대하여 광촉매 0.1~10중량%를 첨가하는 단계; 및
    (d) 상기 (c)에 제2첨가재인 히드록시알킬 셀룰로오스 및 물을 첨가하는 단계;
    를 포함하는 무시멘트 토목용블록의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제조방법은
    (e) 상기 베이스재, 첨가재 및 광촉매가 혼합된 물질을 몰드 또는 형틀에 투입하는 단계; 및
    (f) 상기 몰드 또는 형틀에 투입된 물질에 압력을 가하여 성형하고 양생시켜 경화하는 단계;
    를 더 포함하는 무시멘트 토목용블록의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 (f) 단계의 압력을 가하여 성형하는 것은 건식유압 성형 방식, 건식 로울러 성형방식, 반습식 틸팅회전 성형방식, 진공토련기 성형방식, 습식진동 성형방식으로 이루어진 군에서 선택되는 방식에 의하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 토목용블록의 제조방법.
KR20130075793A 2013-06-28 2013-06-28 광촉매를 함유하는 무시멘트 토목용블록 및 이의 제조방법 KR101320576B1 (ko)

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