KR101375211B1 - 황토 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황토 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 400~500㎏/㎝²의 강도를 갖고 있는 30~50중량%의 마사골재, 10~20중량%의 마사모래, 10~20중량%의 규사, 15~30중량%의 시멘트, 450~1000℃로 열처리한 후 분쇄하여 제조되어 10㎛²/g~12㎛²/g 크기의 분말도를 갖고 있고 시멘트 함량에 대하여 10~25중량%의 활성황토, 그리고 5~10중량%의 석고를 포함하고 시공 후 강도가 160~175kg/cm²가 되는 황토 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 이로 인해, 우수한 파괴인성과 강도를 확보하여 황토 콘크리트의 교체비용을 절감하므로 경제성이 향상되고, 자연스러운 황토색이나 황토질감을 발현시킬 수 있어 환경친화적이며, 기공율이 높은 콘크리트 조성물을 제공할 수 있다.

Description

황토 콘크리트 조성물{OCHER CONCRETE COMPOSITION}

본 발명은 황토 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

최근 환경친화적인 콘크리트가 기존의 투수용, 식생용, 흡음용, 수질정화용 등의 기능을 살려 일반적인 도로뿐만 아니라 자전거 도로, 산책로, 테마 공원, 보행자 전용도로, 아파트 내 보행로 등으로 널리 사용되고 있다.

여기서 언급되는 콘크리트는 기공이 형성되게 하는 포러스 콘크리트(Porous Concrete)로 공기가 자유롭게 통과할 수 있는 공극을 함유하고 있어 투기성이 뛰어나 투수콘크리트, 흡음 효과도 지니고 있어 환경문제에 폭넓게 적용시킬 수 있는 콘크리트라고 할 수 있다.

그러나 이러한 포러스 콘크리트는 기공율에 따른 강도 저하로 추가로 에폭시 등의 수지결합제를 도포하여 강도 보완이 필요하다는 문제점이 있다.

또한, 최근 환경 친화적이면서도 인체에 해를 끼치지 않는 황토를 이용한 포장공법이 많이 적용되고 있는 추세이다.

그러나 지금까지 개발된 황토를 이용한 포장공법 대부분은 황토 및 인공색소 첨가에 따른 기능 저하 때문에 일반 콘크리트보다 더 많은 시멘트가 사용되고, 추가로 에폭시 등의 폴리머 바인더를 첨가하여야 하기 때문에 아직은 환경적인 문제를 완전히 해결하지는 못하고 있으며, 건조수축이 심하고 빗물 또는 햇볕에 의해 쉽게 손상되어 강도와 파괴인성이 약한 문제점을 갖고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 마사모래(plain sand)와 규사(silica sand)를 포함하는 황토 콘크리트 조성물로 인하여, 이러한 황토 콘크리트 조성물로 시공된 콘크리트의 파괴인성을 향상시킴으로써 경제성을 높이는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 자연 질감을 훼손시키지 않는 밝은 색의 고강도 마사골재 및 황토를 사용함으로써 인체에 무해하고 환경친화적이며 내구성이 강한 황토 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 황토 콘크리트 조성물은 400~500㎏/cm²의 강도를 갖고 있는 30~50중량%의 마사골재, 10~20중량%의 마사모래, 10~20중량%의 규사, 15~30중량%의 시멘트, 450~1000℃로 열처리한 후 분쇄하여 제조되어 10㎛²/g~12㎛²/g 크기의 분말도를 갖고 있고 시멘트 함량에 대하여 10~25중량%의 활성황토, 그리고 5~10중량%의 석고를 포함하고 시공 후 강도가 160~175kg/cm²가 된다.

이러한 특징에 따르면, 본 발명의 황토 콘크리트 조성물은 마사모래와 규사를 포함하는 황토 콘크리트 조성물로 조성된 황토 콘크리트의 파괴인성을 향상시키므로, 교체비용을 줄일 수 있어 경제성이 높아진다.

본 발명의 황토 콘크리트 조성물은 밝은 색의 고강도 마사골재와 활성황토를 사용함으로써 인공색소를 전혀 사용하지 않고도 자연스러운 황토의 질감을 발현시킬 수 있으며, 우수한 강도 및 내구성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

아래에서는 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명의 한 실시예에 따른 황토 콘크리트 조성물은 400~500㎏/㎝²의 강도를 갖고 있는 30~50중량%의 마사골재, 10~20중량%의 마사모래, 10~20중량%의 규사, 15~30중량%의 시멘트, 450~1000℃로 열처리한 후 분쇄하여 제조되어 10㎛²/g~12㎛²/g 크기의 분말도를 갖고 있고 시멘트 함량에 대하여 10~25중량%의 활성황토, 그리고 5~10중량%의 석고를 포함한다.

이러한 황토 콘크리트 조성물은 시공 후 강도가 160~175kg/cm²가 된다.

이하에서, 황토 콘크리트 조성물은 조성물로 기재하도록 하고, 황토 콘크리트 조성물과 물을 배합하여 조성된 콘크리트를 콘크리트로 기재하도록 한다.

여기서 마사란 풍화된 일반적인 화강암을 일컫는데, 본 발명에서 사용되는 마사골재는 밝은 색의 풍화된 마사 형태의 화강암으로부터 얻어지는 마사골재 중에서 비교적 강도가 높은 골재를 분리하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로는 마사골재는 400㎏/㎝² 이상의 압축강도(Compressive strength, MPa), 바람직하게는 400~500㎏/㎝²의 압축강도를 가지고, 5~10mm의 크기를 가지며, 50% 이상의 이산화규소(SiO₂) 함량을 가지고 밝은 색을 띄는 것이 바람직하다.

본 발명의 고강도 마사골재를 얻기 위해서는 편심 분쇄기의 고속회전에 의한 회전 파쇄력을 이용하여 재생골재에 부착된 비교적 강도가 약한 모르타르를 제거하고 잔류되는 마사골재는 일정 강도(400㎏/cm²~500kg/cm²)를 갖는 마사골재를 제조할 수 있다.

따라서 본 예에서는 상기와 같이 선별된 400㎏/cm² 이상의 고강도를 갖는 마사골재를 조성물의 총중량에 대하여 30~50중량%로 함유하는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 45~50중량%로 함유할 수 있다.

또한, SiO₂의 함량이 높은(50%~60%) 마사골재는 본 발명 조성물의 다른 주요 성분인 활성황토와 규산염 물질간의 결합에 있어서 반응성을 더욱 향상시켜, 골재와 활성황토간의 강한 결합을 가능하게 할 수가 있으므로 인공색소를 사용하지 않고도 황토와 밝은 색의 마사골재를 동시에 이용하는 경우 흙의 자연 질감을 훼손시키지 않는 조성물의 제조가 가능하다.

마사모래(이하, 모래)는 마사골재보다 작은 크기를 갖고 있는 모래이며, 일반적으로 가장 많은 성분은 이산화규소(SiO₂)로서, 석영 형태로 포함되어 단단하며(H7), 물을 만나도 팽창이 없으며 건조하면서 수축도 거의 없으므로 구조적으로 강하다.

마사모래는 일정 강도(400㎏/cm²~500kg/cm²)에 미치지 못하는 마사골재를 분쇄하여 형성될 수 있으며, 0.08~5mm의 크기를 가질 수 있다.

본 예에서, 마사모래는 조성물의 총중량에 대하여 10~20%로 포함될 수 있다.

마사모래가 10중량％ 미만으로 포함되게 되면 모래의 단단함이 효과를 나타내기 부족하고, 20중량％을 초과하여 포함되게 되면 조성물의 배합에 있어 점도가 너무 높게 되어 혼합의 어려움이 있다.

규사는 이산화규소(SiO₂) 성분이 포함된 석영 알갱이 모래로 이루어져 있고, 일반 모래와 달리 수분을 흡수하지 않아 농도를 묽게 하여도 가라앉음 현상이 없고, 시멘트 및 석고와 비중이 비슷하여 골고루 균일하게 분포된다.

또한, 열에 견디는 성질이 강하고, 단단하고(H7), 불활성, 탄력성을 가지고 있고, 열을 발산하여 콘크리트를 신속하게 경화시킬 수 있으며, 4~200 mesh의 크기를 가질 수 있다.

본 예에서, 규사는 조성물의 총중량에 대하여 10~20중량%로 포함될 수 있다.

규사가 10중량％ 미만으로 포함되게 되면 규사의 단단함과 열을 발산하는 효능을 발휘하기 어렵고, 20중량％을 초과하여 포함되게 되면 조성물 배합에 있어 점도가 너무 높게 되어 혼합의 어려움이 있다.

이러한 모래와 규사를 포함하는 조성물과 물을 혼합하여 조성된 콘크리트는 마사골재 사이의 공극을 마사모래가 채우고, 마사모래 사이의 공극을 규사가 채우고, 규사 사이의 공극을 시멘트, 석고 및 활성황토와 같은 접착제가 채워 충전시켜 콘크리트의 조직을 치밀하고 단단하게 만들며, 시공 과정에서의 양생에 의한 공극의 감소로 조직은 더욱 치밀화될 수 있다.

이러한 콘크리트 조직의 치밀화에 의한 공극의 감소와 조성물의 입자간의 접촉 면적이 증가됨에 의하여 접착제의 결합력이 향상되므로, 조직은 일체화된 완전 부착 상태가 되고, 탄성계수(Elastic modulus)가 증가하여 콘크리트의 변형율이 낮아지게 되며, 이로 인해 조성물 입자 사이의 간극을 따라 진행되는 균열의 발생이 감소될 수 있다.

또한, 마사모래와 규사의 단단함에 의하여, 콘크리트의 압축강도(Elastic modulus)가 증가되므로, 콘크리트 내부의 균열 성장 방해요인이 증가되고 파괴저항성이 커지게 됨에 따라 균열 성장에 대한 저항력인 파괴인성(Fracture toughness)이 향상될 수 있다.

이러한 파괴인성의 향상은 콘크리트의 균열이 발생한 후의 균열 성장을 억제시키게 된다.

또한, 이미 설명한 것처럼, 모래와 규사를 모두 사용한 조성물은 콘크리트 시공 후 강도가 160~175kg/cm²로, 모래와 규사를 모두 사용하지 않은 황토 콘크리트보다 강도가 우수하다.

이러한 결과를 통해, 마사모래와 규사를 사용하여 황토 콘크리트 조성물을 제조하는 경우, 콘크리트는 포장재나 구조용으로 활용할 수 있을 정도로 높은 강도와 파괴인성을 가지므로, 이에 따라 포장재나 구조용으로 활용할 수 있게 된다.

활성황토는 색소로서, 인공색소의 첨가 없이도 자연스러운 황토색상을 발휘할 수 있게 한다.

이때, 황토의 반응성을 증진시키기 위하여 황토를 450~1000℃로 열처리한 후 분쇄된 활성황토를 사용한다.

또한, 황토의 반응성을 더욱 증진시키기 위하여 활성황토의 분말도를 10㎛²/g~12㎛²/g로 미분쇄를 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 미분쇄된 활성황토는 혼화재로써 높은 반응성을 갖게 되어 포졸란 반응이 상온에서도 일어나게 되므로 견고한 결합력을 갖게 된다.

또한, 이러한 활성황토를 사용 함으로써 평균 입자크기가 약 10㎛ 정도로 충진성이 우수하여 골재입자의 유동성을 향상시킨다.

본 예에서, 활성황토는 시멘트 함량에 대하여 10~25%의 비율로 포함될 수 있다.

활성황토가 시멘트 함량에 대하여 10중량%의 미만으로 포함된 경우에는 포졸란 반응이 원활하게 일어나기 어렵고, 시멘트 함량에 대하여 25중량%를 초과하여 포함된 경우에는 골재의 결합제 역할보다는 첨가된 황토간의 고화반응으로 초기 강도가 현저하게 낮아지는 문제가 있으며, 가격이 높아지게 되어 상업적으로 경쟁력이 저하될 수 있다.

본 예에서, 밝은 색의 마사골재 및 황토를 사용함으로써 어두운 색의 시멘트를 첨가한다 하더라도 자연적인 황토색감 및 황토질감을 나타낼 수 있다. 또한, 활성황토를 시멘트와 섞어 결합부로 사용하는데 황토가 포졸란 반응을 통해 시멘트의 결합력을 증진시키기 때문에 수지결합제를 첨가하지 않고도 높은 강도를 갖는 콘크리트 조성물을 얻을 수 있다.

본 예에서, 조성물은 포졸란 반응에 의해서 고화되기 때문에, 시멘트 독성인 아토피 발생의 주원인인 6가크롬(Cr6+) 등의 발생을 억제하는 효과를 기대 할 수 있다.

또한, 포장재로 제조 시, 황토를 사용함으로써 황토의 질감을 주면서도 일반 콘크리트에 비해 열섬현상도 적어서 포장된 도로를 이용하는 사람은 물론 시공자나 인근 주민들에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있으므로 자전거 도로, 산책로, 테마 공원, 보행자 전용도로, 아파트 내 보행로까지 활용할 수 있다.

또한, 블록으로 제조시, 골재의 크기와 모래 규사와 같은 잔골재(fine aggregate)의 조합에 따라 포장용 보도블럭, 식생 콘크리트 및 호안블럭 등으로 다양하게 활용할 수 있다.

석고는 황산염 광물로서, 시멘트와 마찬가지로 콘크리트에서 마사골재, 마사 모래, 그리고 규사가 서로 잘 부착되도록 하는 접착제의 역할을 하며, 시멘트의 콘크리트의 양생과정에서 충격을 흡수하여 균열을 방지한다.

본 예에서, 석고는 조성물의 총중량에 대하여 5~10중량%로 포함될 수 있다.

한편, 본 발명은 이러한 본 발명의 모래와 규사 및 황토를 이용한 조성물을 이용하여 하기의 단계를 포함하는 콘크리트 포장 시공방법을 제공한다.

본 발명에 따른 황토 콘크리트 포장 시공방법은, 이미 설명한 것처럼, 모래와 규사 및 황토를 이용한 황토 콘크리트 조성물을 준비하는 단계; 콘크리트 조성물을 기층위에 포설하는 단계; 포설된 면을 진동롤러, 콤팩터 등을 이용하여 다짐하는 단계; 및 다짐한 포장면을 양생하여 고화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 콘크리트 조성물의 배합은 건식, 반건식 또는 습식으로 당업자가 목적에 맞게 적절한 비율에 따라서 배합할 수 있다.

또한, 콘크리트 시공 방법에 있어서는, 상기 콘크리트 조성물 준비단계, 포설단계 및 다짐단계는 콘크리트 포장을 균일하고 완전하게 시공할 수 있는 방법이라면, 특별히 한정하지 않고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 선택하여 적용할 수 있다.

다만, 본 발명의 콘크리트 조성물을 이용한 도로 포장 시공에 있어서, 다짐이 완료된 표층면의 양생은 기온이 높을 경우에는 다짐한 포장면을 자연양생 시키고, 기온이 낮을 경우에는 포장면 위에 가열 장치 등의 양생기구를 이용하여 고온 양생하여 고화시킨다. 즉, 하절기에는 자연 양생이 가능하지만, 하절기를 제외한 시기에는 빠른 보행 및 통행을 위해 경화를 촉진하기 위해서는 시중에서 판매되고 있는 양생포나 비닐 등을 이용하여 표층면을 덮고 스팀이나 온풍기를 이용하여 양생할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 한 실시예에 따른 황토 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 포장 시공방법은 마사모래와 규사를 포함하여 파괴인성을 향상시키고, 밝은 색의 마사골재를 사용하며, 보통 시멘트에 활성황토를 첨가함으로써, 기존의 시멘트의 유해성을 저감하고 자연스런 흙의 질감을 가질 수 있으므로, 사람들이 자주 이용하는 자전거 도로, 산책로, 테마 공원, 보행자 전용도로, 아파트 내 보행로에 적합하다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

1. 400~500㎏/cm²의 강도를 갖고 있는 30~50중량%의 마사골재, 10~20중량%의 마사모래, 10~20중량%의 규사, 15~30중량%의 시멘트, 450~1000℃로 열처리한 후 분쇄하여 제조되어 10㎛²/g~12㎛²/g 크기의 분말도를 갖고 있고 시멘트 함량에 대하여 10~25중량%의 활성황토, 그리고 5~10중량%의 석고를 포함하고 시공 후 강도가 160~175kg/cm²가 되는 황토 콘크리트 조성물.