KR101329623B1 - 이산화탄소로 처리된 순환골재를 함유한 친환경 호안블록의 조성물과 이를 이용하여 제조된 호안블록 - Google Patents

이산화탄소로 처리된 순환골재를 함유한 친환경 호안블록의 조성물과 이를 이용하여 제조된 호안블록 Download PDF

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Abstract

본 발명은 순환골재를 함유한 친환경 호안블록 결합재 조성물에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 하천의 호안이나 도로의 사면 등이 유실되거나 붕괴되는 것을 방지하고 생태적으로 안정화할 수 있도록 시공되는 호안블럭에 대하여 시멘트량을 감소시키고 감소된 시멘트량을 슬래그 미분말 등으로 치환하여 적용시킬 경우 저알칼리로 인하여 콘크리트 균열예방이 가능하며, 포졸란 반응에 의한 수산화칼슘(Ca(OH)2) 감소로 시멘트 보다 화학 저항성이 우수하고 콘크리트의 내부팽창 감소로 인하여 강도를 증가시킬 수 있도록 함과 동시에 슬래그 치환율이 증가할수록 세공반경이 감소하여 수밀성을 증가시키도록 하기 위한 것이다.
그 조성물은 물과 시멘트 클링커가 반응하면서 생성되는 수산화칼슘이나 규산칼슘의 생성을 적게 하기 위하여 슬래그 분말인 소성카올린을 첨가하고, 시멘트량을 줄여 시멘트 량을 줄여 중금속을 억제할 수 있도록 하기 위하여, OPC 35~60중량%, 소성카올린 10~50중량%, 석탄망초 0.5~3.0중량%, 칼슘 페리 알루미네이트(CFA) 1.0~5.0중량%, 이산화탄소 9.9중량%를 혼합하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

Description

이산화탄소로 처리된 순환골재를 함유한 친환경 호안블록의 조성물과 이를 이용하여 제조된 호안블록{Deal with carbon dioxide for plenty of recycling aggregate and environment-friendly block for shore protection binder composition}
본 발명은 이산화탄소(CO2)로 처리된 순환골재를 함유한 친환경 호안블록의 조성물과 이를 이용하여 제조된 호안블록에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 하천의 호안이나 도로의 사면 등이 유실되거나 붕괴되는 것을 방지하고 생태적으로 안정화할 수 있도록 시공되는 호안블럭에 대하여 시멘트량을 감소시키고 감소된 시멘트량을 슬래그 미분말 등으로 치환하여 적용시킬 경우 저알칼리로 인하여 콘크리트 균열예방이 가능하며, 포졸란 반응에 의한 수산화칼슘(Ca(OH)2) 감소로 시멘트 보다 화학 저항성이 우수하고 콘크리트의 내부팽창 감소로 인하여 강도를 증가시킬 수 있도록 함과 동시에 슬래그 치환율이 증가할수록 세공반경이 감소하여 수밀성을 증가시기고, 또한, 이산화탄소(CO2)를 분사하여 수화반응으로 생성된 강알칼리를 저하시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.
일반적으로 사용되는 호안블록은 시멘트, 골재, 물, 혼화재료 등의 조성물로 혼합되어 구성된다. 하지만 도 1에 나타내는 바와 같이, 수변지역 등에 설치시 물과 시멘트 클링커의 구성화합물(규산삼석회, 규산이석회)이 반응하여 pH(수소이온농도, 페하)12~13 이상의 강알칼리 용출에 의한 수질오염 문제로 환경적 피해가 우려된다. 강알칼리 용출의 주요원인은 수화반응 중 수산화칼슘(Ca(OH)2) 생성 때문이다.
상기 규산삼석회(Alite, C3S)는 시멘트 화합물 중에서 가장 많이 포함되어 물과 반응하면 수산화칼슘(Ca(OH)2=Calcium Hydroxide)과 규산칼슘 수화물(C-S-H=Calcium Silicate Hydrate)을 생성한다. 즉, 물과 반응하면 Ca2 +가 용출되어 액상의 높은 강알칼리성이 되며, 과포화상태에 이르면 수산화칼슘 결정이 석출된다. 동시에 (SiO4)4+는 수산화규산 이온(Si(OH)6)2 -으로 되고 규산삼석회(Alite, C3S) 입자 주위에 Ca2 +와 결합하여 규산칼슘 수화물(C-S-H)이 생성된다. 이 수화물은 수화 정도에 따라 화학조성이 변화하는 겔상태의 저결정질이다.
또한, 상기 규산삼석회(Alite, C3S)의 수화반응식은 [수학식 1] 또는 [수학식 2]와 같다.
Figure 112013059851411-pat00012
Figure 112013059851411-pat00013
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그리고 시멘트에 존재하는 규산이석회(Belite, C2S)는 대부분 β형으로 시멘트의 구성화합물 중 가장 수화가 느리다. 수화반응은 규산삼석회(Alite, C3S)와 같이 물과 반응하면 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 겔상태의 규산칼슘 수화물(C-S-H)을 생성하면서 진행되며, 수산화칼슘(Ca(OH)2)의 양은 규산삼석회(Alite, C3S) 보다 적다.
또한, 규산이석회(Belite, C2S)의 수화반응식은 [수학식 3] 또는 [수학식 4]와 같다.
Figure 112013059851411-pat00014
Figure 112013059851411-pat00015
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그리고 시멘트 클링커의 중금속은 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 6가크롬(Cr6+), 비소(As), 시안(CN-), 수은(Hg) 등이 있다. 이중 6가크롬(Cr6+)의 성분이 함유되어 있어 환경에 유해하다.
또한, 시멘트 클링커의 구성화합물(규산삼석회, 규산이석회)과 물이 반응하면 수산화칼슘(Ca(OH)2) 약 30%, 규산칼슘 수화물(C-S-H) 약 70% 정도로 생성되며, 수화반응 중 수산화칼슘(Ca(OH)2) 생성은 콘크리트의 강도 및 내구성과 밀접한 관계가 있는 성분이다. 수산화칼슘(Ca(OH)2)의 강알칼리가 많으면 응결시간 조정이 어렵고 알칼리성 골재(순환골재 등)와 반응을 일으켜 내부팽창에 따른 콘크리트의 균열로 인하여 강도가 저하하게 된다. 따라서 이를 감소시킬 경우 순환골재를 사용한 콘크리트 2차 제품의 물성(강도 저하 등)에 영향을 끼친다.
이와 같이 종래의 호안블록은 순환골재의 함유에 따른 콘크리트 제품의 물성 저하시키고, 수변 설치에 따른 고(高)알카리 용출 및 중금속 용출에 따른 수질 오염의 우려가 있다.
또한, 재료 혼합시 수화반응에 의해 생성되면서 내구성을 저하시키는 강알칼리를 저하시킬 수 없는 문제점이 있었던 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 시멘트량을 감소시키고 감소 된 시멘트량을 슬래그 미분말 등으로 치환하여 적용시킬 경우 저알칼리로 인하여 콘크리트 균열예방이 가능하며, 포졸란 반응에 의한 수산화칼슘(Ca(OH)2) 감소로 시멘트 보다 화학 저항성이 우수하고 콘크리트의 내부팽창 감소로 인하여 강도를 증가시키도록 함을 목적으로 한다.
또한, 슬래그 치환율이 증가할수록 세공반경이 감소하여 수밀성을 증가시키도록 함을 목적으로 한다.
그뿐만 아니라 강알칼리 성분의 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 많을수록 pH는 증가되는 반면, 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 적을수록 pH는 감소하게 되고, 또한, 시멘트량을 감소시키고 감소된 시멘트량을 슬래그 미분말 등으로 치환하여 시멘트의 강알칼리 성분을 저감시킬 수 있도록 하는데에도 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 시멘트의 주요 성분은 석회석(탄산칼슘)(CaCO3), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 무수황산(SO3), 산화마그네슘(MgO) 등으로 구성되어 있다.
따라서 시멘트 함량을 낮추고 슬래그 미분말 등으로 대체할 경우 중금속의 원인재료가 감소하여 중금속 용출이 감소 되도록 함을 목적으로 한다.
상기와 같이 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 적게하여 pH를 감소시킴으로써 친환경 제품의 호안블록을 제조할 수 있도록 하는데에도 그 목적이 있는 것이다.
또한, 본 발명은 호안블록의 재료혼합시 이산화탄소(CO2)를 분사하여 수화반응으로 생성된 강알칼리를 저하하여 내구성을 증대시킬 수 있도록 함을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 갖는 본 발명의 순환골재를 함유한 친환경 호안블록 결합재 조성물에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 시멘트(OPC)는 석회(CaCO3, 탄산칼슘), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철 (Fe2O3), 무수황산(SO3), 산화마그네슘(MgO)이 주요성분이며, 용융·소성의 공정을 통하여 시멘트 클링커를 제조한다.
상기 시멘트 클링커의 구성화합물은 규산삼석회(Alite, C3S), 규산이석회(Belite, C2S), 알루민산삼석회(C3A), 알루민산철사석회(C4AF)를 포함하는 4종류의 화합물과 물이 반응하여 수화물을 생성한다.
따라서 시멘트화합물은 물과 반응하여 유동성이 없어지면서 응결하고 시간이 경과 함에 따라 수화반응에 의해 경화된다.
이와 같이 본 발명은 순환골재를 함유한 친환경 호안블록 결합재 조성물은 물과 시멘트 클링커가 반응하면서 생성되는 수산화칼슘이나 규산칼슘의 생성을 적게 하기 위하여 슬래그 분말인 소성카올린을 첨가하고, 시멘트량을 줄여 시멘트 량을 줄여 중금속을 억제할 수 있도록 하기 위하여, OPC 35~60중량%, 소성카올린 10~50중량%, 석탄망초 0.5~3.0중량%, 칼슘 페리 알루미네이트(CFA) 1.0~5.0중량%, 이산화탄소 9.9중량%를 혼합하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명은 고알카리 원인 물질 저감을 위한 시멘트 저감과 슬래그 분말의 고활성화를 통한 고알카리 원인물질과의 초기 반응 및 강도 증진시키고, 증기양생 촉진제 부여를 통한 강도 조기에 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 순환골재를 활용함으로써 친환경적이고, 물성(압축강도)의 향상은 물론 pH 및 증금속 용출을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
그뿐만 아니라 강알칼리(pH)성을 낮추기 위하여 슬래그 미분말을 첨가하여 수화반응시 수산화칼슘(Ca(OH)2) 생성을 최소화하고, 시멘트 클링커 구성화합물 중 규산삼석회(C3S), 규산이석회(C2S) 등의 함량을 1/2 수준으로 최소화하여 중금속인 6가 크롬(Cr6+)의 용출을 저감시킴과 동시에, 콘크리트 결합재에 석탄망초(초기강도 증진용), CFA(고강도화용) 등의 재료를 첨가하여 강도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
게다가 본 발명은 호안블록의 재료혼합시 이산화탄소(CO2)를 분사하여 수화반응으로 생성된 강알칼리를 저하시켜 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 시멘트 클링커의 구성비율을 나타낸 도표이고,
도 2는 본 발명의 자극제 종류에 따른 XRD패턴(재령 1일)을 나타낸 그래프이고,
도 3은 본 발명의 자극제 종류에 따른 초기 수화물(1일)을 나타낸 사진이고,
도 4는 본 발명에 따른 압축강도를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 순환골재를 함유한 친환경 호안블록 결합재 조성물에 대한 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 순환골재를 함유한 친환경 호안블록 결합재 조성물은 순환골재의 비율을 82%로 사용하고, 결합재량을 300 ~ 340 kg/m3 , 압축강도 35 MPa 이상, 흡수율, 6 % 이하, pH 저감 효과는 10.2 이하, 결합재 중금속 용출은 8 mg/kg 이하로 하기 위하여, 포오틀랜트 시멘트(OPC) 35~60중량%, 소성카올린 10~50중량%, 석탄망초 0.5~3.0중량%, 칼슘 페리 알루미네이트(CFA) 1.0~5.0중량%, 이산화탄소(CO2) 9.9중량%를 혼합하여 구성한다.
상기 구성성분 중 중금속 용출을 최소화하기 위한 포오틀랜트 시멘트(OPC) 사용한다. 즉, 규산삼석회(C3S), 규산이석회(C2S) 등의 함량을 1/2 수준으로 최소화 하기 위하여 시멘트(OPC) 35~60중량%, 사용한다.
또한, 소성카올린은 슬래그 미분말의 일종으로 시멘트의 수화반응시 강알칼리(pH)성 수산화칼슘(Ca(OH)2) 생성을 최소화하기 위하여 시멘트량을 줄이고 이를 대체하여 10~50중량%를 혼합하여 사용한다.
그리고 석탄망초는 콘크리트 2차 제품 호안블록의 초기강도를 개선하기 위한 것이다.
그뿐만 아니라 칼슘 페리 알루미네이트(CFA)는 콘크리트 2차 제품 호안블록의 장기 고강도화를 위한 것이다.
또한, 호안블록의 재료혼합시 이산화탄소(CO2)를 분사하여 수화반응으로 생성된 강알칼리를 저하시켜 내구성을 증대시키기 위한 것이다.
상기에서 알 수 있는 바와 같이, 중금속 양을 최소화하기 위하여 시멘트량을 줄이고, 이를 대체하기 위한 것으로, 시멘트의 수화반응시 강알칼리(pH)성 수산화칼슘(Ca(OH)2=CH) 생성을 최소화하기 사용되는 소성 카올린(고령토) 사용하게 되는데, 상기 소성 카올린은 원래 중국 강서성의 요업중심지인 경덕진(景德鎭) 동쪽 45km에 있는 고륙(高陸)에서 산출되는 자색의 점토로서 도자기를 만드는데 사용된 광석에 대하여 붙여진 광석명이다. 시멘트 콘크리트에 적용할 수 있는 메타카올린(meta-kaolin)은 카올린을 특수 처리하여 제조하게 되어지므로, 카올린에 Meta-라는 접두어를 붙여 변화를 표시하기 위하여 사용되었다. 국내에서 산출되는 카올린은 대부분 할로이사이트(halloysite)로 구성되어 있고, 서부 경남지역의 풍화잔류형 광상에 많이 분포하고 있다.
카올린에 유사한 어휘를 가지고 있는 카올리나이트(kaolinite)는 자색을 띤 함수규산염광물로서 카올린의 주 구성광물이다. 카올린을 구성하고 있는 광물은 기본화학식이 Al2Si2O5(OH)4 또는 Al2O3·2SiO2·2H2O이며, 카올리나이트 이외에 할로이사이트(halloysite), 나크라이트(nacrite), 딕카이트(dickite)가 있으나, 카올리나이트와 할로이사이트가 주 구성광물이다. 카올린의 불순물로 운모, 석영, 장석, 스멕타이트, 산화철광물, 산화티탄광물, 산화망간광물 등이 소량 함유되어 있다.
이 광물들은 모두 화학식이 Al2Si2O5(OH)4이지만 결정구조가 서로 다르다. 주 구성광물의 하나인 카올리나이트의 결정구조는 하기와 같이, 1개의 [Si4O10] 사면체층과 1개의 [Al4O4(OH)4] 팔면체층으로 구성되어 있다.
Figure 112013011964290-pat00005
입자들의 형태와 크기는 카올린의 성질을 좌우하는 가장 중요한 요소이다. 그것은 이 두 가지가 점토와 물의 혼합물의 변형성을 좌우하기 때문이다. 또한, 이물질의 혼입은 이들 성질에 큰 영향을 준다. 카올린에 다른 점토광물들이 존재한다거나 또는 철분이 카올린 광물 격자내에 있거나 독립체로 존재할 경우에는 카올린의 원광과 제품의 밝기를 낮추기 때문에, 이들 불순물은 카올린의 질을 저하시키는 가장 큰 요인이다.
그리고 카올린을 고온소성한 후 급랭시키면 카올린은 결정화 에너지를 내부에 보존하여 유리상태가 되며 카올린은 잠재 수경성을 가지게 된다. 즉, 카올린을 이러한 처리에 의해 활성화시키면 높은 에너지 상태로 되어 반응성은 커지나, 그 분말을 그대로 물과 접촉시켜도 수화반응은 거의 진행되지 않고 특정조건(알칼리 조건)하에서 아주 현저한 수경성을 보이게 된다. 이처럼 활성화된 카올린은 잠재수경성과 함께, 시멘트의 수화생성물인 Ca(OH)2와 포졸란 반응을 일으키는 메카니즘을 가지게 된다.
이와 같은 활성화 메카니즘과 카올린의 열간변화를 기초로 카올린을 소성하여 메타카올린을 제조하게 된다. 카올리나이트가 탈수되어 활성화되는 소성온도는 500~800 범위이고, 탈수가 일어나는 이 온도를 넘게 되면, 카올리나이트는 2차원의 유리구조를 가지는 메타카올린으로 변화한다.
소성된 점토의 포졸란 활성도는 비표면적과 고활성도를 갖는 비결정질 또는 반 비결정질을 생성하는 결정질 점토층의 결정수 제거와 관계된다. 점토원료의 성질과 수산기 이온을 방출하기 위한 열적 에너지에 따라 소성온도는 달라지고, 소성된 입자의 집적을 막고 반응면적을 늘리기 위해 분쇄가 도입된다.
포졸란의 활성도에 기초한 여러 가지 이론이 있지만, 유리질인 비정질 실리카의 용해로 시멘트의 반응이 촉진되고, 공극용액 내에 용해된 실리카는 수산화칼슘과 반응하여 CSH겔을 형성한다. 또한, 높은 pH에서 용해된 알루미나의 일부는 CSH겔과 결합하지만, 대부분은 CAH와 CASH를 형성하여 강도증진에 기여한다. 콘크리트의 강도증진에 기여하는 시기의 관점에서 본 활성도의 차이에 기여하는 주요인인 비표면적에 따라 용해율은 달라진다.
예를 들면, 플라이애시를 혼입한 콘크리트의 경우에 초기강도가 기준 콘크리트보다 작게 되는 원인은 시멘트량의 감소와 상대적으로 작은 플라이애시의 비표면적(3,000~4,000/g)으로 인한 실리카의 늦은 용해율 때문이다. 그러나, 재령과 함께 더 많은 실리카가 용해, 반응하여 CSH겔을 형성함으로써 장기강도의 증진을 가져온다. 한편, 실리카흄과 메타카올린 입자는 플라이애시보다 세립하여 훨씬 큰 비표면적을 가짐으로써, 콘크리트에 혼입할 경우 빠른 강도증진을 발현한다. 따라서, 메타카올린의 큰 비표면적은 단위수량의 증가가 요구되고, 실리카흄 콘크리트만큼은 아니지만 동일 물결합재비와 단위시멘트량의 경우의 워커빌리티는 저하된다.
제조공정은 일반적인 세라믹 제조공정과 유사하여, 원료를 투입 및 분쇄하여 1차 건조한 후, 로터리 킬른(rotary kiln)에서 소성하고, 생성된 클링커를 입도분포를 조절하여 분쇄하여 제조하게 된다. 이러한 공정에서도 중요한 변수가 많아서, 균일한 제품의 메타카올린을 제조하기 위해서는 원료의 성분, 소성시간 및 소성온도, 입도분포 등의 인자들을 정확하게 제어하여야 한다. 특히, 콘크리트 혼화재료로 사용되는 메타카올린의 경우에는 포졸란 특성을 갖도록 하기 위해서 가능한 한 과열되지 않고 거의 완전한 탈수(dehydroxylization)가 이루어지도록 하는 것이 가장 중요하다. 소정온도 이상으로 과열되어 소결되면, 반응성이 없는 비활성의 뮬라이트(mullite)가 되어버리므로, 최적의 메타카올린을 제조하기 위해서는 카올리나이트를 하소되지 않도록 주의하면서 완전히 탈수시켜야 한다.
그리고 메타카올린의 물리화학적 성질은 일반적으로 많이 사용되는 포졸란재의 대표적인 화학적 성질은 [표 1]과 같다. [표 1]에서 보듯이 실리카 및 알루미나 등의 산화물의 함량은 서로 다르지만, 천연 및 인공 포졸란 모두 주요성분은 실리카이다. 천연 포졸란의 유리질 실리카는 용암의 급속한 냉각에 의해 생성되어, 보통 구형의 다공질 입자로 구성된다. 비정질 유리구조를 갖는 플라이애시, 실리카흄, 고로슬래그 등의 인공 포졸란도 역시 급속한 냉각에 의해 생성된다. 메타카올린의 경우에는 액체상태로 만들고 냉각하여 유리질을 생성하기 위한 온도보다 낮은 온도에서 소성되므로 결정구조가 파괴된다.

구 분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O+K2O SO3
GGBS 34.0 16.0 0.32 36.92 8.83 0.87 2.67
FA 49.1 26.4 9.3 1.4 1.4 5.0 0.8
SF 92.0 0.7 1.2 0.2 0.2 2.0 -
MK 52.1 41.0 4.32 0.07 0.19 0.89 -
상기 메타카올린은 ASTM C 618의 N급 포졸란으로 원료가 되는 제조된 지역의 카올린 광물에 따라 약간씩 물리화학조성이 변할 수도 있으며, 색깔 또한 백색 및 연황색 등이 있다. 이러한 색상의 차이는 함유된 미량성분에 따라 변하게 되는데, 주로 Fe2O3 성분에 의해 차이가 발생한다. 주성분은 SiO2와 Al2O3이며, S/A의 이론적 비는 1.18 정도이다. 국내에서 생산되는 메타카올린의 경우에는 할로이사이트질의 카올린을 원료로 하기 때문에 다른 것과는 달리 Fe2O3 성분 함량이 다소 높아 연황색을 띄고 있으며, 강열감량도 약간 높다.
또한, 국내에서 생산되는 메타카올린의 경우에는 해외에서 생산되는 메타카올린에 비해 비표면적이 다소 작다. 이러한 비표면적의 차이는 제품의 사용환경 및 조건에 따라 변동이 다소 가능한 것으로 보여진다.
일반적으로 시멘트 대체재로서 사용되는 포졸란은 가스와 이온의 확산성 저감하여 내구성을 개선함과 함께 더 치밀한 조직의 콘크리트를 만든다. 또한, 초미립 플라이애시, 실리카흄 및 메타카올린은 화학적으로 활동적이면서 유해한 대량의 수산화칼슘을 콘크리트에서 신속히 소비한다.
이와 같이 소성 카올린은 초기강도 발현이 우수함은 물론 강알칼리(pH)성 수산화칼슘(Ca(OH)2=CH) 생성을 최소화할 수 있는 것이다. 따라서 고 알칼리 원인 물질 저감을 위해 시멘트량을 저감할 수 있게 되는 것이다.
그리고 호안블록의 초기강도를 개선하기 위하여 사용되는 단백석 변종의 일종인 석탄망초(Glauberite)는 화학성분이 Na2SO4·CaSO4·H2O로써, 초기강도를 증진시키기 위한 망초(Na2SO4)와 석고(CaSO4)를 혼합하여 구성된다.
상기 석고 CaSO4(황산칼슘=Calcium Sulfate)는 칼슘의 황산염으로 무수물은 경석고(硬石膏), 무수석고이고, CaSO4·2H2O : CaSO4(황산칼슘)의 2수화물 석고이다.
또한, Na2SO4(황산나트륨=Sodium Sulfate) 또는 망초 : 식염·수산화나트륨(가송소다) ·탄산나트륨 등과 황산을 반응시켜 얻는데, 건조방법에 따라서 수화물 및 무수물로 된다. 공업적으로는 비스코스 인견(人絹) 제조 때에 사용되는 방사욕(紡絲浴:성분은 황산·황산아연·황산나트륨) 속의 황산나트륨을 4~7℃로 냉각하여 결정을 석출시키고 분리·탈수하여 제품화 한다. 이렇게 얻은 것을 인견결정망초(人絹結晶芒硝)라고 한다. 순도는 93~95%이고, 무수물은 유리나 황화나트륨의 제조, 10수화물은 무수물은 무색 결정으로 분자량 142.02, 비중 2.698이다. 100g의 물에는 0에서 5g, 100에서 42g 녹으며, 알코올에는 녹지 않는다. 습한 공기 중에 방치하면 수분을 흡수하여 10수화물로 변한다. 10수화물 망초(芒硝)·글라우버염(鹽) 등으로도 부른다.
상기와 같은 석탄망초가 콘크리트 2차 제품의 초기강도를 개선할 수 있다는 것에 대하여 하기의 실험에 의해 할 수 있다.
본 발명에서는 고로슬래그 혼합시멘트의 초기강도 증진을 위해 Na2SO4, CaSO4, Ca(OH)2 3종의 자극제를 각각 3%, 6%, 9% 첨가하여 3일, 7일, 모르타르 압축강도 시험을 실시하였으며, SEM 촬영과 XRD측정으로 초기 수화물형상 및 결정특성을 분석하였다.
시험방법 및 시편제조방법은 [표 2]과 같이 "KS L ISO 679"으로 실시하였으며, 3종의 자극제는 혼합수에 용해한 후 투입하였다, 수화물의 형상은 SEM으로 관찰하였고, 수화물 결정특성은 XRD를 사용하였다.
Figure 112013059851411-pat00006
상기 실험결과는 도 2에 나타내는 바와 같이, XRD 패턴은 모든 시편이 유사하게 나타났으며, intensity는 수화정도에 따라 차이가 있었다. 도 3은 수화물의 미세구조 관찰을 나타낸 것이고, 도 4는 자극제 종류 및 함량에 따른 모르타르의 3일 압축강도 결과이다. 망초(Na2SO4 )를 첨가한 시편은 첨가량이 증가할 수 록 압축강도도 증가하였고, CaSO4를 첨가한 시편은 3% 첨가시에 경화체(Plain) 보다 압축강도가 증가하였으나, 6%이상 첨가할 경우에는 오히려 감소 하였다. Ca(OH)2를 첨가한 경우에는 경화체와 유사한 압축강도 값을 나타내었다.
이와 같이 고로슬래그 혼합시멘트의 초기강도(3일) 증진에 가장 효과적인 자극제는 Na2SO4이었으며 첨가량이 증가할수록 압축강도는 증가하였다. 경화체의 1일 수화물은 주로 에트링가이트(ettringite)로 확인되었으며 자극제를 사용하지 않는 경화체보다 많은 양이 관찰되었음을 알 수 있다.
따라서 본 발명에서는 초기강도 개선을 위하여 석탄 망초를 혼합하여 사용한 것이다.
또한, 칼슘 페리 알루미네이트(CFA)는 장기 고강도화를 강화하기 위한 것으로 사용한다.
그뿐만 아니라 이산화산소를 9.9중량%이상 혼합시간에 맞는 시간을 설정하여 혼합하게 되면 호안블록의 재료 혼합시 이산화탄소를 분사하여 수화반응으로 생성된 강알칼리를 저하시키게 되므로 내구성을 증대시키기 위하여 사용한다.
즉, 본 발명의 구체적 해결방안은 하기의 [표 3]에 의거하여 알 수 있다.
Figure 112013059851411-pat00007
이와 같이 본 발명은 시멘트량을 줄이고, 줄여진 시멘트 양 대신에 슬래그 분말인 석탄 망초를 첨가하여 수산화칼슘(Ca(OH)2=CH) 생성을 최소화하여 강도를 높임은 물론 재료혼합시 이산화탄소를 분사시켜서 수화반응에 의해 생성되는 강알칼리를 저하시킴으로써, 친환경 호안블럭을 제조할 수 있는 것이다.
이하 본 발명에 따른 호안블록의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 포틀랜드 시멘트 양을 줄여 중금속을 최소화하기 위한 시멘트 35~60%와, 슬래그 미분말의 일종으로 시멘트의 수화반응시 강알칼리(pH)성 수산화칼슘(Ca(OH)2=CH)의 생성을 최소화 하기 위하여 소성카올린 10~50%와, 콘크리트 2차제품 호안블록의 초기강도 개선을 위한 석탄망초 0.5~3.0%와, 콘크리트 2차제품 호안블록의 고강도화를 위한 칼슘 페리 알루미네이트(CFA) 1.0~5.0%를 혼합함은 물론 이산화 탄소를 9.9중량% 혼합하게 되면, 이산화탄소가 분사하여 수화반응에서 생성되는 강알칼리를 다시 한번 저하시키게 된다.
상기와 같이 혼합된 시멘트를 다양한 형태로 이루어진 호안블록의 형틀에 넣어 양생하면 친환경 호안블록이 제조되는 것이다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명이 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.

Claims (5)

  1. 물과 시멘트 클링커가 반응하면서 생성되는 수산화칼슘이나 규산칼슘의 생성을 적게 하기 위하여 슬래그 분말인 소성카올린을 첨가하고, 시멘트 량을 줄여 중금속을 억제할 수 있도록 하기 위하여, OPC 35~60중량%, 소성카올린 10~50중량%, 석탄망초 0.5~3.0중량%, 칼슘 페리 알루미네이트(CFA) 1.0~5.0중량%, 이산화탄소 9.9중량%를 혼합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소(CO2)로 처리된 순환골재를 함유한 친환경 호안블록의 조성물.
  2. 제 1항 있어서,
    상기 물과 시멘트의 수화반응에 의해 강알칼리(pH)성 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 포오틀랜트 시멘트 보다 1/2 수준의 함량으로 포함되어 콘크리트 강도를 증가시킬 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 이산화탄소(CO2)로 처리된 순환골재를 함유한 친환경 호안블록의 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 시멘트(OPC)는 석회석(탄산칼슘)(CaCO3), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철 (Fe2O3), 무수황산(SO3), 산화마그네슘(MgO)이 주요성분이며, 용융·소성의 공정을 통하여 제조된 시멘트 클링커의 구성화합물은 규산삼석회(Alite, C3S), 규산이석회(Belite, C2S), 알루민산삼석회(C3A), 알루민산철사석회(C4AF)를 포함하는 4종류의 화합물과 물이 반응하여 수화물을 생성할 때, 규산삼석회(Alite, C3S), 규산이석회(Belite, C2S)의 함량을 1/2로 감소시켜 중금속인 6가크롬(Cr6+)의 용출을 저감시킬 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 이산화탄소(CO2)로 처리된 순환골재를 함유한 친환경 호안블록의 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 이산화탄소는 수화반응으로 생성되는 강알칼리를 다시 한번 저하시킬 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 이산화탄소(CO2)로 처리된 순환골재를 함유한 친환경 호안블록의 조성물.
  5. 제1항의 이산화탄소(CO2)로 처리된 순환골재를 함유한 친환경 호안블록의 조성물을 호안블록의 성형틀에 주입하여 양생시켜서 제조된 친환경 호안블록.
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