KR101441039B1

KR101441039B1 - 정수장 슬러지와 천연소재를 이용한 포장재조성물 및 이를 이용한 포장방법

Info

Publication number: KR101441039B1
Application number: KR1020100122962A
Authority: KR
Inventors: 권순열; 백우현
Original assignee: 권순열
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2014-09-17
Also published as: KR20120061607A

Abstract

본원은 환경친화적 포장재를 제공하되, 유해 화학 결합제나 시멘트를 사용하지 않고, 현재 처리에 곤란을 겪고 정수장 슬러지와 천연소재만을 원료로 하여 일정강도를 유지하는 환경친화적인 도로 포장재를 구성함으로써, 자연생태계를 보호하는 한편 정수장 슬러지를 산업상 유용한 자원으로 재활용할 수 있고, 포장재가 노후화 되는 경우에도 친환경적인 소재의 노후화된 포장재가 자연으로 자연스럽게 환원시킬 수 있는 천연소재를 이용하며 투수성과 보수성을 확보하는 포장재를 제공하고자 하는 것이다.
본원은 정수장 슬러지를 이용하여 일정강도를 갖도록 제공되는 포장재 조성물에 관한 것으로, 정수장 슬러지 15 ~ 25 wt%, 플라이에쉬 10 ~ 20 wt%, 주물사 10 ~ 20 wt%, 황토 10 ~ 20 wt%, 조골재 10 ~ 20 wt%, 모래 5 ~ 15 wt%, 무수석고 3 ~ 8 wt%, 생석회 3 ~ 8 wt%가 혼합되어 기본구성을 이루거나 또는 상기 기본구성에 섬유보강재가 1 ~ 5 wt% 범위로 추가되어 제공되는 천연소재를 이용한 포장재조성물에 관한 것이다.

Description

정수장 슬러지와 천연소재를 이용한 포장재조성물 및 이를 이용한 포장방법{A wrapping apparatus and the use method using sludge and natural ingredients}

본 발명은 정수장 슬러지와 천연소재를 이용하여 자전거 전용도로 등의 자동차 통행이 없는 도로나 산책로 포장재 조성물을 제공하고자 하는 것으로서, 보다 상세하게는 유해 화학 결합제나 시멘트를 전혀 사용하지 않고, 현재 마땅한 용도를 찾지 못하여 고심하고 있는 정수장 슬러지와 천연소재만을 원료로 하여 일정강도를 유지하는 환경친화적인 도로 포장재를 구성함으로써, 자연생태계를 보호하면서 정수장 슬러지를 산업상 유용한 자원으로 재활용할 수 있으며, 포장재가 노후화 되는 경우에도 친환경적인 소재의 노후화된 포장재가 자연으로 자연스럽게 환원시킬 수 있는 천연소재를 이용한 자전거 전용도로 및 산책로 포장재에 관한 것이다.

일반적으로, 정수장 슬러지는 수도물을 정수하는 과정에서 원수의 부유물질이 침전되면서 발생되는 진흙상태의 오니침전물로서, 원수의 부유물 및 중금속 등과 같은 오염물질을 제거하기 위하여 투여되는 황산알루미늄 등과 같은 무기계 응집제 또는 고분자응집제 등, 그리고 대장균 및 일반세균의 화학적 살균처리를 위해 투여되는 염소 또는 오존 등의 유기물이 포함되어 있는 오염물질이다.

그리고, 정수장 슬러지는 폐기물로서 농축, 탈수, 건조과정을 거친 다음 대부분 쓰레기 매립장에 매립되거나 수송선에 의해 운반되어 바다에 투기되어 환경오염을 유발시키는 등 문제가 있었으나, 슬러지의 해양투기는 런던조약(1972년)에 의거 국제적으로 금지하는 추세에 있으며, 대부분 해양투기에 의존하고 있는 우리나라는 슬러지의 해양투기가 전면금지되면서 그 효율적인 처리방안을 찾고 있으나 아직은 요원한 실정에 있다

또한, 최근 온실가스 배출규제가 새로운 무역장벽으로 등장하고 녹색성장 사회로의 산업구조 전환이 활발하게 진행되고 있는 가운데 자동차 산업이 전체 에너지 사용량의 16.4%, CO2발생량의 16.1%, 교통혼잡비용이 GDP의 2.9% 등으로 화석연료 에너지를 소비하면서 발생되는 대기오염과 환경오염으로 인하여 자연생태계의 파괴를 가중시킴으로써 국민건강을 위협하고 이는 시점에 이르고 있다.

따라서, 무동력, 무공해, 웰빙시대의 친환경 녹색 교통수단으로 자전거가 새롭가 부각되고 있고, 또한 산책이나 조깅으로 건강을 유지하려는 사람들이 늘어나면서 자전거 전용도로와 산책로는 필수적인 현대인의 친환경시설물로 등장하고 있는 시점에 있고 많은 자전거 전용도로와 산책로가 요구되고 있다.

그동안 자전거 전용도로와 산책로의 포장재에 대해 제시된 선행기술의 조성물은 콘크리트 포장재의 대체 대안으로서 토양과 토양 고화제 조성물을 함께 혼합하여 일정한 수준의 강도를 유지하도록 하는 다수 방법이 제안되고 있으며, 종래의 토양고화제는 시멘트나 석회를 아크릴이나 우레탄 등의 고분자계 분산제와 혼합하여 사용하는 것이 일반화되어 적용되고 있다.

본원 발명자도 그동안 자전거 전용도로에 대한 많은 연구를 수행하였는바, 그 과정 중에 공개특허 2010년 제0125801호에 개시된 자전거 전용도로 포장재 조성물질에서도 화학 결합제나 시멘트를 사용하지 아니하고도 황토를 주원료로 하여 사용하는 포장재 조성으로 황토 100중량부에 대하여 카리장석골재 20~60중량부, 무기물 고화제 20~60중량부, 섬유보강재 1~5중량부, 천연감수재 0.1~5중량부, 물 30~40중량부를 혼합하여 제공되는 자전거 전용도로 조성물이 제시되어 있다.

또한 등록특허 제0971283호 기술에서는 환경친화적 자전거 전용도로 조성물로 카리장석골재 10~40중량%, 가공황토 20~70중량%, 무기물 고화재 10~50중량%, 섬유보강재 2~10중량% 및 천연감수제 1~6중량%가 혼합되어 구성되는 원료 조성물을 통하여 특허등록을 받은 바 있다.

또한 그동안 정수장 슬러지를 재활용하는 연구도 활발히 진행되어 왔는바, 공개특허공보 제10-2004-0022501호에 게재된 정수장 슬러지를 이용한 토양개량제 제조방법에는 건조된 정수장 오니에 석회, 유효인산, 여러 가지 금속염, 붕소 등의 미량원소를 혼합, 분쇄하여 토양개량제를 제조하는 기술이 소개되어 있고, 공개특허공보 2004-0035893호에 게재된 기술은 정수장 슬러지를 이용하여 작물용 상토로 이용하고자 하는 기술사상으로 그 개시된 제조방법은 정수장 슬러지를 1차 열처리한 후, 쌀겨, 왕겨, 톱밥 등과 같은 유기물을 혼합한 다음, 2차 열처리하여 작물용 상토를 제조하는 기술이 소개되어 있다.

그러나, 이러한 종래기술은 정수장 슬러지를 건조시켜 석회, 유효인산, 금속염, 붕소, 유기물 등과 혼합하는 단순한 기술로서, 정수장 슬러지의 실질적인 활용성이 떨어지고, 정수장 슬러지 외의 혼합성분들이 토양에 흡수되면서 단기간 작용되는 등 그 실용성이 매우 미미하여 현장에서 실용화가 되지 못하고 있는 상황에 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 도시화, 산업화의 진전으로 도로 등 포장 면적이 급격히 늘어남에 따라 지면으로 물이 스며들지 못하여 식생 환경이 나빠지고, 집중 호우 시 홍수 피해가 발생하며, 하절기에는 도시열섬 현상 등으로 사람의 생활 환경이 열악해지는 환경을 개선하기 위한 과제를 갖고 시작된 발명이다.

본원은 환경친화적 포장재를 제공하되, 유해 화학 결합제나 시멘트를 사용하지 않고, 현재 처리에 곤란을 겪고 정수장 슬러지와 천연소재만을 원료로 하여 일정강도를 유지하는 환경친화적인 도로 포장재를 구성함으로써, 자연생태계를 보호하는 한편 정수장 슬러지를 산업상 유용한 자원으로 재활용할 수 있고, 포장재가 노후화 되는 경우에도 친환경적인 소재의 노후화된 포장재가 자연으로 자연스럽게 환원시킬 수 있는 천연소재를 이용하며 투수성과 보수성을 확보하는 포장재를 제공하고자 하는 목적을 갖는다.

본원에서는 상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 정수장 슬러지를 이용하여 일정강도를 갖는 포장재를 얻기 위한 조성물로서, 정수장 슬러지 15 ~ 25 wt%, 플라이에쉬 10 ~ 20 wt%, 주물사 10 ~ 20 wt%, 황토 10 ~ 20 wt%, 조골재 10 ~ 20 wt%, 모래 5 ~ 15 wt%, 무수석고 3 ~ 8 wt%, 생석회 3 ~ 8 wt%가 혼합되어 구성될 때 발명자가 원하는 물성을 갖는 포장재로 제공될 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

본원은 정수장 슬러지를 이용하여 일정강도를 갖도록 제공되는 포장재 조성물의 제조방법으로서, 정수장 슬러지 15 ~ 25 wt%와 플라이에쉬 10 ~ 20 wt%와 주물사 10 ~ 20 wt% 및 생석회 3 ~ 8 wt%를 먼저 혼합하여 수화반응을 수행하는 제1단계공정을 수행하고, 상기 제1단계에서 얻은 혼합물에 황토 10 ~ 20 wt%, 조골재 10 ~ 20 wt%, 모래 5 ~ 15 wt%, 무수석고 3 ~ 8 wt%를 혼합하는 제2단계 공정을 포함하는 공정으로 혼합되어 기본구성을 이루거나 또는 상기 기본구성에 섬유보강재가 1 ~ 5 wt% 범위로 추가되어 제공되는 포장재 조성물로 적용될 수 있다.

현재까지의 정수장 슬러지는 대부분 폐기물로 처리되어 정수장에서 농축, 탈수, 건조과정을 거친 다음 대부분 쓰레기 매립장에 매립되어 지고 있는 실정이나 본원에서는 상기의 농축, 탈수, 건조과정을 거친 정수장 슬러지에 플라이에쉬와 주물사 및 생석회를 함께 혼합하여 수화반응을 수행함으로 슬러지 중의 함수율을 낮춰준 후 황토와 조골재와 모래와 무수석고를 혼합하여 줌으로 일정강도를 유지하며 투수성과 보수성을 확보하는 포장재를 제공할 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

일반적으로 생석회가 물과 반응하여 수화반응을 야기하는 것은 이미 공지의 지식으로 아래와 같은 반응식에 의해 생석회는 물(H2O)과 반응하면 발열과 함께 수산화칼슘을 만든다.

CaO + H₂O -> Ca(OH)₂ + 15.2kcal/kg

상기 반응을 소화반응이라고도 하며, 상기 반응에서 발생되는 열은 그 양에 따라 다를 수 있지만 섭씨 150~180℃ 범위의 온도를 이루는 발열반응으로 수증기나 주변의 다른 물질을 기화시키며 살균작용도 갖게 되며 강한 흡수성과 발열에 의한 미생물 살균력을 갖게 되는 사실은 대부분의 과학자에게 알려진 일이나, 상기와 같은 발열반응 메카니즘은 비단 칼슘(Ca)산화물만 같는 특성이 아니고 알카리토금속의 산화물이 물과 반응하면 발열반응을 야기하게 된다.

또한 본원에서 정수장 슬러지와 함께 혼합되어 사용하는 플라이에쉬와 주물사에 포함된 규소산화물도 유사한 수화반응을 수행하는 것으로 높은 발열현상을 확인할 수 있는바 이는 아래의 메카니즘으로 이해된다.

2(3CaO SiO₂) + 6H₂O → 3CaO 2SiO₂ 3H₂O + 3Ca(OH)₂

따라서 본원에서 사용되는 플라이에쉬, 주물사, 생석회 성분은 정수장 슬러지에 포함된 물과 접촉시 수화반응을 일으켜 실리카 물질로 변하게 되며, 이때 슬러지 중의 수분이 흡수되며 고화물의 강도가 서서히 증가하게 되는 원리를 통하여 어떻게 하면 정수장 슬러지에 포함한 수분을 제거하면서 포장재의 양생 후에 일정강도를 유지하며 생태계에 나쁜 영향을 주지 않는 포장재를 제공하기까지 수많은 시행오차를 거치면서 본원이 목적하는 효과를 갖는 포장재조성물을 찾고자 실험하고자 한 것이다.

본원 발명자는 일반적으로 함수율이 높아서 포장재 원료로 적합하지 못한 정수장 슬러지에 플라이에쉬와 주물사 및 생석회를 함께 혼합하여 수화반응을 수행함으로 슬러지 중의 함수율을 낮춰준 후 황토와 조골재와 모래와 무수석고를 혼합하여 줌으로 일정강도를 유지하며 투수성과 보수성을 확보하는 포장재를 제공할 수 있을 것이란 가정을 하고 많은 시행오차를 거치면서 최적의 배합조성을 찾고자 하였으며, 다양한 실험결과 현장 포장공사 타설 후 약 30일 후에 압축강도가 22.2 ~27.8 N/㎡ 범위로 제공되는 포장재를 얻을 수 있음을 확인하여 본원 발명을 완성하기에 이르렀다.

플라이에쉬는 알루미나(Al2O3)와 실리카(SiO2)를 다량 포함하고 있으나 알카리토금속류인 CaO와 MgO 성분도 다량포함하고 있으며, 또한 주조(鑄造) 에 사용되는 주물사대 석영입자가 대부분이나 장석과 점토 중에 알카리토금속류를 함유하고 있는바, 본원의 발명자는 플라이애쉬가 포장면의 가공성(加工性)을 개선시키고 경화열을 완화시킴과 더불어 장기적인 강도를 확보할 수 있는 특성을 갖고 있는 ㅁ물질이고, 주조(鑄造) 때 사용되는 주물사가 내화성, 통기성, 성형성(成形性)을 좋게하며 알카리토금속을 함유하므로 함수율이 높은 정수장 슬러지와 혼합되는 경우 수화반응을 통하여 더욱 함수율을 낮춰줄 수 있을 것을 기대하며, 정수장 슬러지 15 ~ 25 wt%와 플라이에쉬 10 ~ 20 wt%와 주물사 10 ~ 20 wt% 및 생석회 3 ~ 8 wt%를 먼저 혼합하여 수화반응을 수행하는 제1단계공정을 수행하고, 상기 제1단계에서 얻은 혼합물에 황토 10 ~ 20 wt%, 조골재 10 ~ 20 wt%, 모래 5 ~ 15 wt%, 무수석고 3 ~ 8 wt%를 혼합하는 제2단계 공정을 포함하는 공정으로 포장재 조성물을 얻는 경우 발명자가 원하는 조건을 충족시킬 수 있는 포장재를 얻을 수 있다.

또한 본원에서는 상기의 포장재 원료조성에 접착성능 및 강도를 높이기 위하여 섬유 보강재가 추가될 수 있는바, 섬유보강재는 셀룰로오스섬유, 금속섬유 또는 폴리아미드계, 폴리에스터계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계, 폴리에틸렌계, 폴리염화비닐계, 폴리플루오로에틸렌계, 폴리비닐알콜계, 폴리아크릴로니트릴계, 폴리프로필렌계에서 중에서 선택되는 1종 이상의 합성섬유가 이용될 수 있다.

또한 본원에서는 상기의 포장재 원료조성에 생 황토를 사용하여 살아 숨 쉬는 포장재를 제공하고자 하는 과제도 갖는바, 황토는 카탈라아제, 프로테아제, 디페놀 옥시다아제, 사카라아제 등의 효소를 포함하고 있고 카탈라아제(Catalase)는 독소성분의 중화 또는 희석작용을 갖고, 프로테아제(Protease)는 흙 속에서 프로테아제의 도움으로 순식간에 독소성분을 분해, 파괴시키는 기능을 가지며, 디페놀 옥시다아제(Diphenol oxidase)는 산화.환원 효소로서 생명체의 활성요소 합성에 필요한 에너지를 얻는 데 필요한 효소이고, 사카라아제(Sacharase)는 생물계에 널리 분포되어 있는 영양효소로서 수크로오스를 가수 분해하여 글루코오스(포도당이라고도 하며, 생명체의 영양제,해독제, 강장제 등으로 기능)와 프룩토오스를 만드는 효소로써 작용하는 것으로 이해된다

따라서 본원에서는 1차적으로 정수장 슬러지와 플라이에쉬와 주물사 및 생석회를 먼저 혼합시켜 수화반응을 통하여 함수율을 낮춰주고, 상기 공정으로 얻은 혼합물에 생 황토를 추가해줌으로 포장물의 자체 정화능력을 높이고 황토성분으로부터 원적외선을 방출하여 해독력, 흡수력, 자정력을 높이며, 포장재의 축열 효과를 높여 포장물의 온도 하강 및 상승을 콘트롤 하여 포장재의 내구성을 높여주며 시각적인 측면에서 볼 때 황토색의 포장길을 제공하여 초록의 숲과 어메니티(Amenity)를 이루며 시각적 즐거움을 제공하는 포장재를 제공할 수 있다.

본원은 현재 마땅한 사용처를 찾지 못하여 그 처리에 곤란을 겪고 있는 정수장 슬러지와 천연소재만을 원료로 하여 일정강도를 유지하는 환경친화적인 도로 포장재를 구성함으로써, 자연생태계를 보호하는 한편 정수장 슬러지를 산업상 유용한 자원으로 재활용할 수 있고, 포장재가 노후화 되는 경우에도 친환경적인 소재의 노후화된 포장재가 자연으로 자연스럽게 환원시킬 수 있는 천연소재를 이용하며 투수성과 보수성을 확보하는 포장재를 제공하는 효과를 갖는다.

본원에서 제공되는 포장재조성물은 현재 도시화, 산업화의 진전으로 도로 등 포장 면적이 급격히 늘어남에 따라 지면으로 물이 스며들지 못하여 식생 환경이 나빠지고, 집중 호우 시 홍수 피해가 발생하며, 도시열섬 현상 등으로 사람의 생활 환경이 열악해 지는 문제점을 해소하는 효과를 갖는다.

또한 현재 사용되고 있는 포장재는 하절기에 도로나, 주차장, 광장 등의 지면 온도가 40℃까지 이르게 하며 열섬현상의 주 요인이 되고, 이에 따라 에어컨 등 공조기기의 사용과 에너지 소비를 크게 늘리는 요인이 되고 있음에 비하여 본원에서 제공되는 포장조성물을 이용한 포장방법이 적용되는 경우 아스팔트 포장에 비하여 약 10℃ 낮출 수 있는 효과를 제공한다.

도 1 : 본원의 포장조성물을 얻기 위한 제조공정 예시도.
도 2 : 본원의 포장조성물을 얻기 적용가능한 1차 혼합기 예시도.
도 3 : 본원의 포장조성물을 얻기 적용가능한 2차 혼합기 예시도.
도 4 : 본원의 포장조성물이 현장에 타설되는 적용 예시도.
도 5 : 본원의 포장재와 다른 포장재와의 열섬효과 대비표.

이하 본원의 기술사상을 구현하기 위한 발명의 실시예를 겸하여 본원 기술사상이 구현되는 실시양태를 도면으로 제시하여 설명하고자 하는바, 본 출원의 명세서나 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본원의 보호범위는 발명의 기술사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 할 것이며, 또한 본원의 도면으로 제시되는 내용은 본원의 목적을 달성하기 위한 하나의 적용예를 나타낸 것에 불과할 뿐이고 본원의 기술사상을 대변하는 것은 아니므로, 본원의 출원시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

이하, 본원 발명의 기술사상을 바람직하게 구현한 실시예를 첨부된 도면을 겸하여 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본원의 포장조성물을 얻기 위한 공정예시도를 나타낸 것이다.

본원의 포장조성물을 얻기 위한 기술사상을 쉽게 설명하기 위해 1차혼합기와 2차혼합기를 구분하여 사용하는 실시양태를 나타낸 것으로, 먼저 1차혼합기에는 정수장 슬러지 20 ㎏과 플라이에쉬 15 ㎏과 주물사 15 ㎏ 및 생석회 5 ㎏ 범위 비율로 혼합되어 수화반응을 수행하게 되는바, 이때에 혼합기 내부에서 발열반응으로 130~160℃ 범위로 온도가 상승하며 수분을 증발시키게 되는바, 반응속도를 높이기 위해 혼합기 내부로 컴프레서에 의해 외부에서 고압공기를 불어주면서 수화반응을 실시함으로 생성되는 수증기를 신속히 제거해주는 방법으로 적용되는 것이 바람직할 수 있다.

상기의 1차혼합기를 거쳐 얻어진 혼합물이 2차혼합기에 투입되면서 황토 15 ㎏과 11 ~ 20 ㎜ 범위의 조골재 15 ㎏과, 5 ~ 10 ㎜ 범위의 모래 10 ㎏과 무수석고 5 ㎏이 혼합되는 구성으로 100중량부를 이루는 포장재 조성물을 제공할 수 있는바, 상기의 조성은 수화반응과정 중 정수장 슬러지에 포함된 물이 증발되면서 적어지게 되는 결과가 되고, 따라서 정수장 슬러지15 ~ 25 wt%, 플라이에쉬 10 ~ 20 wt%, 주물사 10 ~ 20 wt%, 황토 10 ~ 20 wt%, 조골재 10 ~ 20 wt%, 모래 5 ~ 15 wt%, 무수석고 3 ~ 8 wt%, 생석회 3 ~ 8 wt%, 섬유보강재 1 ~ 5 wt%를 포함하는 혼합조성으로 적용될 수 있다.

도 2는 본원에서 적용가능한 1차혼합기(20)의 적용예를 나타낸 것으로, 도 2a는 1차혼합기(20)의 중앙부를 보여주기 위해 단면도를 나타낸 것이고, 도 2b는 1차혼합기(20)의 뚜껑 캡(22)을 들어 올려 내부구조를 사시도로 나타낸 것으로서, 본원의 기술사상을 구현하기 위한 일 실시형태로 적용되는 1차혼합기(20)는 하부의 메인몸체(21)에 상부로 뚜껑 캡(22)을 갖고 캡에는 원료유입구(23)가 마련되고 메인몸체의 단부 하부로는 혼합물배출구(24)가 마련되는 구성을 갖고 1차혼합기(20)의 중앙으로는 중공형의 중공중심축(25)에 교반날개(26)가 부착되어 모터(10)의 구동풀리(11)에 의해 중공중심축(25)에 연결된 종동풀리(12)가 회전되며, 중공중심축(25)과 교반날개(26)의 중간 중간에는 바람이 통과하는 작은 hole 형태의 구멍(25a, 26a)을 갖는 구조로 제공되고, 블로워(13)에서 불어주는 고압공기가 1차혼합기 내부에서 혼합물 중에 구멍(25a, 26a)을 통하여 고압공기가 공급되어 혼합물 중에서 생성되는 수분을 동반하여 배출시키도록 제공될 수 있음을 나타낸 것이다.

도 3은 본원에서 적용가능한 2차혼합기(30)의 적용예를 나타낸 것으로, 도 3a는 2차혼합기(30)의 사시도를 나타낸 것이고, 도 3b는 2차혼합기(30)의 내부구조를 보여주기 위해 단면도를 나타낸 것으로서, 본원의 기술사상을 구현하기 위한 일 실시형태로 적용되는 2차혼합기(30)는 하부의 하부몸체(31)에 상부로 뚜껑형태의 상부 캡(32)을 갖고 상부 캡에는 원료유입부(33)가 마련되고 메인몸체의 단부 하부로는 혼합물배출부(34)가 마련되는 구성을 갖고 2차혼합기(30)의 중앙으로는 중심축(35)에 교반날개(37)와 부착시키기 위한 연결바(36)에 의해 연결되고 모터(10)에 의해 회전되는 실시양태를 나타낸 것이다.

도 4는 본원에서 제공되는 정수장 슬러지 15 ~ 25 wt%, 플라이에쉬 10 ~ 20 wt%, 주물사 10 ~ 20 wt%, 황토 10 ~ 20 wt%, 조골재 10 ~ 20 wt%, 모래 5 ~ 15 wt%, 무수석고 3 ~ 8 wt%, 생석회 3 ~ 8 wt%, 섬유보강재가 1 ~ 5 wt%가 혼합되어 구성된 포장재혼합조성물의 기본구성을 이루고, 이들 혼합조성물을 이용하여 실제적으로 포장공사 적용가능성을 실험하고 압축강도, 휨강도, 미끄럼저항성, 동결융해저항성, 투수계수 등의 실험을 실시하기 위해 도 4a 내지 도 4d의 실시공사를 하였다.

도 4a는 산책로 등의 일반도로에서 하부로 약 25~45㎜ 범위의 잡석을 이용하여 약 200 ㎜ 정도의 두께로 잡석 다짐을 실시하고 그 상부로 약 70 ㎜ 두께 정도로 본원의 포장재혼합조성물을 이용하여 현장포설이 이루어진 적용예를 나타낸 것이고, 도 4b는 자전거 전용도로 등에 도로경계석을 설치하고자 할 때 도로경계석 하부로 버팀몰탈을 깔고 도로경계석을 세우며 바닥면으로는 약 200 ㎜ 정도로 잡석다짐을 실시하고 그 상부로 약 70 ㎜ 두께 정도로 본원의 포장재혼합조성물을 이용하여 현장 포설이 이루어진 실시양태를 나타낸 것이며, 도 4c는 일반도로에서 도로경계석을 설치하지 않을 때 바닥부로 약 200 ㎜ 정도로 잡석다짐을 실시하고 그 상부로 약 70 ㎜ 두께 정도로 본원의 포장재혼합조성물을 이용하여 현장 포설을 하고 경계석을 대신하여 약 100 ㎜ 두께 정도로 본원의 포장재혼합조성물을 이용하여 경계면을 형성한 실시양태를 나타낸 것이고, 도 4d는 본원의 포장조성물을 이용하여 일반도로를 형성할 때 와이어메쉬 등을 이용하여 인장보강근을 사용할 때의 적용예로서 바닥부로 약 200 ㎜ 정도로 잡석다짐을 실시하고 그 상부로 와이어메쉬를 깔고 약 70 ㎜ 두께 정도로 본원의 포장재혼합조성물을 이용하여 현장 포설하는 실시양태를 나타낸 것이다.

본원의 도 4a 내지 도 4b의 실시양태로 적용된 포장공사 실시 후 30일 후에 각 포장재료의 물성을 측정 한 결과치를 평균으로 하여 일반 시멘트 포장재와 물성을 비교한 결과를 표 1에 제시한다.

표 1 : 물성 실험결과

구 분	본원 포장물	시멘트 포장
압축강도(N/㎡)	22.2 ~ 27.8	28이상
휨 강도(MPa)	5.2~5.3
미끄럼 저항성(BPN)	73	45이상
동결융해에 대한 저항성(%)	91	80이상
투수계수(㎝/sec)	3.5 × 10^-3	거의 없음

또한 본원 발명자는 본원에서 제공되는 포장재 조성물의 열섬현상 해소에 대한 효과를 확인하기 위하여 도 4a 내지 도 4b의 실시양태로 적용된 포장공사 실시 후 30일이 지난 후 2010년 8월 10일부터 19일까지 경남 진주시 가좌동 소재의 경상대학교산학협력관에서 아스팔트 포장도로 및 고압블록 포장도로와 본원의 기술구성으로 제공되는 도 4a의 포장도로 사이에 시간 대별 온도를 측정하여 평균치를 산정하여 얻은 비교실험 결과를 도 5에 제시하였는바, 도 5에 제시되는 결과로부터 본원의 포장재가 열섬현상 해소에 크게 기여할 수 있음을 확인할 수 있었다.

따라서 본원에서 제공되는 환경친화적 포장재는 유해 화학 결합제나 시멘트를 사용하지 않고, 현재 처리에 곤란을 겪고 정수장 슬러지와 천연소재만을 원료로 하여 일정강도를 유지하는 환경친화적인 도로 포장재를 제공할 수 있으며, 자연생태계를 보호하는 한편 정수장 슬러지를 산업상 유용한 자원으로 재활용할 수 있고, 포장재가 노후화 되는 경우에도 친환경적인 소재의 노후화된 포장재가 자연으로 자연스럽게 환원시킬 수 있는 천연소재를 이용하며 투수성을 확보하는 포장재를 제공할 수 있는바, 도 5에 제시되는 열섬현상 해소현상은 본원에서 사용하는 황토 및 플라이애쉬 등의 무기물 성분이 다공구조를 갖고 다공구조에 물 분자를 내장하고 있다가 외부 기온이 올라가면 물 분자를 방출하며 지표면을 낮춰주고, 아침 저녁으로 서늘할 때는 물분자를 흡수해 주는 다공성 구조 물질로 제공됨으로 보수성을 확보하는 역활로 인한 현상이 아닐까 사료된다.

10 : 모터 11 : 구동풀리
12 : 종동풀리 13 : 블로워
20 : 1차 혼합기 21 : 메인몸체
22 : 뚜껑 캡 23 : 원료유입구
24 : 혼합물배출구 25 : 중공중심축
26 : 교반날개 30 : 2차 혼합기
31 : 하부몸체 32 : 상부 캡
33 : 원료투입부 34 : 혼합물배출부
35 : 중심축 36 : 연결바
37 : 교반날개

Claims

삭제
정수장 슬러지를 이용하여 일정강도를 갖도록 제공되는 포장재 조성물의 제조방법에 있어서,
농축, 탈수, 건조과정을 거친 정수장 슬러지 15 ~ 25 wt%와 플라이에쉬 10 ~ 20 wt%와 주물사 10 ~ 20 wt% 및 생석회 3 ~ 8 wt%를 먼저 혼합하여 수화반응을 수행하는 제1단계;
제1단계에서 수화반응을 거쳐 얻은 혼합물에 황토 10 ~ 20 wt%, 조골재 10 ~ 20 wt%, 모래 5 ~ 15 wt%, 무수석고 3 ~ 8 wt%를 혼합하여 100 중량%를 이루는 제2단계;
를 포함하여 압축강도 22.2~27.8 N/㎡를 확보하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 포장재 조성물의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기의 제1단계 제조공정에서 외부공기를 주입하여 발생되는 수증기를 신속히 제거하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 포장재 조성물의 제조방법.
삭제
제2항에 있어서,
상기 제2단계 공정에서 섬유보강재를 1 ~ 5 wt% 범위로 추가시켜 접착 성능 및 강도보강 효과를 도모하는 것을 특징으로 하는 포장재 조성물의 제조방법.