KR101547523B1 - 친환경 고화조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents

친환경 고화조성물 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본원은 화학 결합제나 시멘트를 전혀 사용하지 아니하고도 산업부산물로 버려지는 유용한 폐기자원을 주원료로 사용하여 환경친화적인 고화제를 개발하여 자연과의 조화를 이루면서 자연생태계를 보호하고 포설 후 노후화된 고화제가 방치되는 경우에도 유해한 폐기물은 발생시키지 않고 자연으로 환원될 수 있는 원료로 이루어지는 고화조성물에 관한 것이다.
본원은 친환경 도로포장용 고화조성물이, 함수율 15~25% 범위로 제공되는 정수장 슬러지와 화력발전소에서 부산물로 얻어지는 플라이애쉬를 40±10 : 60±10 중량부 비율로 혼합하여 플라이애쉬에 함유된 CaO 성분이 슬러지 중의 수분(H2O)과 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3) 함유 반응물을 얻는 제1단계 공정과 500~600℃ 범위에서 소성된 경소마그네시아와 황산마그네슘이 1 : 1±0.2 중량비로 혼합시켜 제2혼합조성물을 얻고 탄산칼슘(CaCO3) 함유 반응물 60±10 중량부와 제2혼합조성물을 40±10 중량부 범위로 혼합된 숙성반응물 50±15 중량부에 황토 20±5 중량부와 백선토 20±5 중량부 및 소성패각분말 10±5 중량부가 포함되어 이루어진 고화조성물에 관한 것이다.

Description

친환경 고화조성물 및 그의 제조방법{Eco-Friendly Red Clay Composition and using the same}
본 발명은 친환경 고화조성물 및 이를 얻기 위한 제조방법에 관한 것이다.
본원은 화학 결합제나 시멘트를 전혀 사용하지 아니하고도 산업부산물로 버려지는 유용한 폐기자원을 주원료로 사용하여 환경친화적인 고화조성물을 개발하여 자연과의 조화를 이루고 노후화된 고화조성물이 방치되는 경우에도 유해한 폐기물은 발생시키지 않고 자연으로 환원될 수 있는 원료로 이루어지는 고화조성물에 관한 것이다.
온실가스 배출규제가 새로운 무역장벽으로 등장하고 있고 저탄소 사회로의 산업구조의 전환이 이루어지고 있으며, 기후변화 관련 거대시장 등장 등이 예상되는 가운데 자동차 산업이 전체 에너지사용량의 16.4％, CO2 발생량의 16.1％, 교통혼잡비용 GDP의 3.0％ 등으로 고에너지를 소비하면서 대기오염, 환경오염을 가중시키고 있는 현실에서 무동력, 무공해, 웰-빙의 친환경 녹색 교통수단으로 새롭게 등장한 자전거를 위한 자전거 전용도로가 필요하고, 우리나라 사람들이 즐기는 등산을 위한 산책로 정비 등이 시급한 실정이다.
최근에는 주민들의 경제적 풍요로 의식주 문제가 해결되면서 웰빙의 삶을 추가하게 되면서 주택 등 건축업계에서는 주거환경이 인체에 미치는 재료의 영향 및 친근감 등을 고려하여 건축물의 내·외장제로 시멘트 문화 대신 황토 등의 인체 친화적 원료사용을 선호하는 경향을 보이고 있다.
그동안 친환경 도로포장재를 제공하기 위해 개시된 선행기술들을 살펴보면, 대한민국 등록특허 제10-0408594호 황토 도로포장재와 그 제조방법 특허에서는 압축강도를 높이면서 천연의 황토색을 그대로 유지할 수 있는 도로포장재를 제공하기 위한 수단으로 황토입자가 미세하고 균일하게 가공된 고순도 황토 분말을 배합하며, 시멘트 배합량 증가에 따른 황토 배합토의 회색화를 보완하기 위하여 색상 강화제로서 산화철을 첨가하여 천연황토와 같은 색을 발현시키고자 하는 도로포장재가 제시되어 있다.
또한 공개특허 제2005-0077453호 “황토길 포장방법”에서는 황토 100중량부에 페트로폼 추출물 3부를 골고루 혼합하는 제1공정과 상기 제 1공정에서 혼합된 혼합물에 포틀랜드시멘트 200부와 세골제 300부를 혼합한 혼합물을 믹서기로 골로루 혼합하는 제2공정과 상기 제 2공정에서 혼합된 혼합물에 팽창제 5부, AE감수제 6부, 중점제 1부와 소량의 합성산화철과 경화촉진제를 투입하는 제 3공정과 상기 제 3공정을 거친 혼합물에 물 250부를 넣고 비벼서 반죽하는 제 4공정과 상기 제 4공정에서 만들어진 반죽과 자갈 400부를 포장하고자 하는 부위에 타설하는 제 5공정과 상기 공정에서 타설된 부위에 봉형 진동기로 다지는 제 6공정과 상기 공정에 의해 다져진 부위를 마무리하는 공정으로 이루어지는 기술도 개시되어 있다.
또한 공개특허 2014-136215호에서는 황토와 일라이트, 활성카오린, 벤토나이트를 주원료로 하여 전기석 및 무기고화제 및 마사토가 분말 형태로 혼합하여 이루어지는 몰탈 조성물이 제시되어 있는바, 상기 특허기술에서는 황토와 일라이트, 활성카오린, 벤토나이트, 전기석을 일광으로 자연 건조시킨 후 500-600℃에서 1시간 정도 소성시키며, 200-300메쉬 크기로 분쇄하는 원료준비 제1단계와 상기 제1단계에서 준비된 황토 35~60 w%에 일라이트 20~35 w%, 카올린 10~25 w%와 벤토나이트 5~10 w%와 톨루마린 1-5 w%를 투입/ 혼합하여 원적외선 방사체를 얻는 제2단계와 상기 원적외선 방사체 40~60 w%에 마사토 20~30 w%와 무기고화제가 20~30 w% 혼합되어 사용되는 친환경 몰탈이 제시되어 있다.
그러나 상기에 개시된 선행기술에서는 대부분 황토를 부분적으로 사용하면서 동시에 일반 골재 및 시멘트와 배합하여 황토길을 얻거나 또는 황토함유 친환경 몰탈을 얻고자 하는 구성사상을 기본바탕으로 이루어지고 있으나 산업부산물을 이용하면서 자연 생태계에 독성물질 배출도 없는 시멘트 대용물질의 요구가 충족되지 못해 왔다.
본 발명은 종래기술의 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 산업부산물로 제공되는 정수장 슬러지와 화력발전소에서 부산물로 얻어지는 플라이애쉬를 재활용하여 자연과의 조화를 이루면서 자연생태계를 보호하고 포설 후 노후화되어 자연 방치되는 경우에도 유해한 폐기물은 발생시키지 않고 자연으로 환원될 수 있는 고화조성물을 제공하고자 하는 과제를 갖고 시작된 발명이다.
본원은 플라이애쉬에 함유된 CaO 성분이 정수장 슬러지 중의 수분(H2O)과 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3) 함유물로 이루어진 제1반응물을 얻고, 경소마그네시아와 황산마그네슘이 적정비율로 혼합되어 신속경화 및 높은 강도를 유지하는 제2반응물을 얻고 이들 혼합물에 황토와 백선토 및 소성패각분말로 이루어지는 기능성 물질을 추가하여 결합성 및 기능성을 높인 고화조성물을 제공하여 포장물이나 건축용 몰탈로 사용하고자 하는 목적을 갖는다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 본원에서 개시되는 기술은 친환경 도로포장용 고화조성물의 제조방법으로서, 함수율을 15~25% 범위로 제공되는 정수장 슬러지에 화력발전소에서 부산물로 얻어지는 플라이애쉬를 혼합하되 정수장 슬러지와 플라이애쉬가 40±10 : 60±10 중량부 비율로 혼합하여 플라이애쉬에 함유된 CaO 성분이 슬러지 중의 수분(H2O)과 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3) 함유 반응물을 얻는 제1단계 공정과 500~600℃ 범위에서 소성된 경소마그네시아와 황산마그네슘이 1 : 1±0.2 중량비로 혼합하여 신속경화를 유도하며 높은 강도를 유지하도록 기능하는 제2혼합조성물을 얻는 제2단계 공정과 상기 제1단계 공정으로 얻은 탄산칼슘(CaCO3) 함유 반응물 60±10 중량부와 상기 제2단계 공정으로 얻은 제2혼합조성물을 40±10 중량부 범위로 혼합하여 얻은 혼합조성물 50±15 중량부에 황토 20±5 중량부와 백선토 20±5 중량부 및 소성패각분말 10±5 중량부를 포함시켜 기능성을 높인 고화제를 얻는 제4단계 공정을 포함하여 적용될 때 발명자가 원하는 목적을 달성할 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.
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 화력발전소에서 부산물로 얻어지는 플라이에쉬를 함께 혼합하여 수화반응을 수행함으로 슬러지 중의 함수율을 낮춰줘서 제1반응물을 얻고, 경소마그네시아와 황산마그네슘이 적정비율로 혼합되어 신속하게 접착효과를 유도함과 시공 후 높은 압축강도를 제공하는 역할을 하는 제2반응물을 얻은 후 황토와 백선토를 혼합하여 원적외선 방사효과를 높이고 고온 소성패각분말을 일정범위로 혼합하여 항균성을 높인 조성물을 만들어 현장에 도로포장용으로 타설할 때 일정강도를 유지하며 투수성과 보수성을 확보하는 도로포장용 고착제로 적용되거나 건축용 몰탈로 사용될 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 갖는 특성이 아니고 알카리토금속의 산화물이 물과 반응하면 발열반응을 야기하게 된다.
또한 본원에서 정수장 슬러지와 함께 혼합되어 사용하는 플라이에쉬에 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 정수장 슬러지에 포함된 물과 플라이에쉬에 포함된 성분은 접촉시 수화반응을 일으켜 실리카 물질로 변하게 되며, 이때 슬러지 중의 수분이 흡수되며 고화물의 강도가 서서히 증가하게 되는 원리를 이용하면서 함께 공통분모를 이루는 반응물질을 찾고자 하였다.
본원 발명자는 상기의 제1반응물을 보좌하여 신속한 경화를 유도하며 일정법위의 강도를 확보하기 위한 수단으로 경소마그네시아와 황산마그네슘이 1 : 1±0.2 중량비로 혼합되어 무기고착제 역할을 하는 제2반응물을 이용하고자 하였다.
산화마그네슘(MgO)을 500-700℃의 온도 범위로 가열하여 얻어진 경소 산화마그네슘(MgO, light)을 이용할 수 있는바, 일반적으로 수산화마그네슘 또는 탄산마그네슘을 가열하면 산화마그네슘이 만들어지는데, 상기 산화마그네슘을 약 500-700℃의 온도로 가열하면 경소마그네시아를 얻을 수 있고, 계속 가열하여 1000℃ 이상으로 소성시키면 중소마그네시아(중소 MgO)가 되고 계속하여 1400℃ 이상으로 소성하면 사소마그네시아가 되는바, 구조식으로는 동일한 MgO로 표기되지만 중소마그네시아 및 사소마그네시아는 본원의 제1반응물과 반응성이 없어서 본원에서는 경소마그네시아와 황산마그네슘이 1 : 1±0.2 중량비로 혼합되어 무기고착제 역할을 하는 제2반응물을 얻어 이용하고자 하였다.
본원에서 제공되는 고화제가 일정범위의 접착력과 압축강도를 확보할 수 있도록 기능하는 산화마그네슘은 500~700℃ 범위에서 소성된 경소마그네시아를 사용해야만 황산마그네슘 7수화물(MgSO4·7H2O)와 1:1±0.2의 중량비로 혼합하여 마그네슘 옥시설페이트를 이루며 높은 결합력을 제공하게 되므로 경소마그네시아를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 본원의 포장조성물에 사용되는 백선토는 백색의 점토 흙으로 주원료는 카올리나이트와 할로이사이트 등으로 알려져 있으며, 백선토(白善土)는 백악(白惡)이라고도 하며 다공질(多孔質) 세립(細粒)으로 석회질, 변모조류 등의 플랑크톤의 유해 탄산칼슘이 많은 백악기 퇴적암층으로 황토보다 더 넓은 별집구조로 수많은 공간 구조를 갖고 원적외선과 음이온이 다량 저장되어 있어서 생리작용을 활발하게 하는 효과를 갖는 광물로서, 본원의 포장조성물에서 백선토는 원적외선 및 음이온을 수많은 공극구조에 원적외선 및 음이온을 흡수하고 저장할 수 있는 공극을 갖고 포장물이나 건축용 몰탈로 사용된 후 내부의 습도조절 능력을 활용하기 위해 150~200 메쉬 범위의 체를 통과하는 백선토를 이용하고자 하였다.
따라서 본원의 기술사상이 적용되어 제공되는 고화조성물을 이용하여 도로포장에 적용하는 일 적용양태는 함수율을 15~25% 범위로 제공되는 정수장 슬러지에 화력발전소에서 부산물로 얻어지는 플라이애쉬를 혼합하되 정수장 슬러지와 플라이애쉬가 40±10 : 60±10 중량부 비율로 혼합하여 플라이애쉬에 함유된 CaO 성분이 슬러지 중의 수분(H2O)과 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3) 함유 반응물을 얻는 제1단계 공정과 500~700℃ 범위에서 소성된 경소마그네시아와 황산마그네슘이 1 : 1±0.2 중량비로 혼합하여 제2혼합조성물을 얻는 제2단계 공정과 상기 제1단계 공정으로 얻은 탄산칼슘(CaCO3) 함유 반응물 60±10 중량부와 상기 제2단계 공정으로 얻은 제2혼합조성물을 40±10 중량부 범위로 혼합된 혼합조성물 50±15 중량부에 황토 20±5 중량부와 백선토 20±5 중량부 및 소성패각분말 10±5 중량부를 포함하여 도로포장용 고화조성물을 얻는 제4단계 공정과 발주처에서 제시한 설계에 따라 도로 폭을 확보하여 양 측부로 경계석을 마련하여 노면기준으로 상부에 3~10㎝ 정도의 노면층을 남기고 기층면에 3~10㎜ 입도크기의 쇄석을 5~20㎝ 두께로 깔고 표면을 다지고 물을 뿌려주는 노면 초기 다지기를 실시하는 제5단계 공정이 완료되어 기층면이 다짐된 상부로 상기 제4단계 공정에서 얻은 도로포장용 고화조성물을 5~15㎝ 범위로 깔아서 노면층을 형성하며, 중앙부나 일측으로 물이고이지 않도록 수평을 유지하며 고르게 펴주기 작업을 실시하는 마무리 작업공정을 실시한 후 약 3일 후에 압축강도가 20.2 ~24.8 N/㎡ 범위로 제공되는 포장재를 얻을 수 있음을 확인하여 완성하기에 이르렀다.
본 발명에 따른 고화조성물은 화학 결합제나 시멘트를 전혀 사용하지 아니하고도 산업부산물로 버려지는 유용한 폐기자원을 주원료로 사용하여 환경친화적인 고화조성물을 개발하여 자연과의 조화를 이루면서 자연생태계를 보호하고 포설 후 노후화된 고화조성물이 방치되는 경우에도 유해한 폐기물은 발생시키지 않고 자연으로 환원될 수 있는 원료로 이루어지는 도로포장용 고화조성물로 적용되거나 또는 건축물의 몰탈 조성물로 적용될 때 원적외선 방사 효과를 나타내는 자연친화적 산책길 또는 황토 보행길, 건축물의 내장재인 몰탈로도 기능하는 효과를 갖는 고화조성물을 제공한다.
도 1 : 본원의 포장조성물을 얻기 위한 제조공정 예시도.
도 2 : 본원에서 적용가능한 1차 혼합기의 적용예시도.
도 3 : 본원에서 적용가능한 2차 혼합기의 적용예시도.
도 4 : 본원에서 제공되는 원료조성물을 이용하여 포장공사에 적용되는 실시양태 예시도.
이하 본원의 기술사상을 구현하기 위한 발명의 실시양태를 도면으로 제시하여 설명하고자 하는바, 도면으로 제시되는 내용은 본원의 목적을 달성하기 위한 하나의 적용예를 나타낸 것에 불과할 뿐이고 이들은 다양한 대체수단으로 변형되어 적용될 수 있을 것이다.
이하, 본원 발명의 기술사상을 바람직하게 구현한 실시예를 첨부된 도면을 겸하여 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본원의 고화조성물을 얻기 위한 공정예시도를 나타낸 것이다.
본원의 고화조성물을 얻기 위한 기술사상을 쉽게 설명하기 위해 1차혼합기와 2차혼합기 및 3차혼합기를 구분하여 사용하는 실시양태를 나타낸 것으로, 먼저 1차혼합기에는 함수율을 15~25% 범위로 제공되는 정수장 슬러지와 화력발전소에서 부산물로 얻어지는 플라이애쉬가 혼합되는 장치로서 정수장 슬러지와 플라이애쉬가 약 40 : 60 중량부 비율로 혼합될 때 플라이애쉬에 함유된 CaO 성분이 슬러지 중의 수분(H2O)과 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3) 함유 반응물을 얻는 제1단계에서 미반응 수분을 신속하게 제거하고 반응속도를 높이기 위해 혼합기 내부로 컴프레서에 의해 외부에서 고압공기를 불어주는 방법으로 적용되는 것이 바람하다.
또한 본원의 제2단계 공정은 500~600℃ 범위에서 소성된 경소마그네시아와 황산마그네슘이 동량비율로 혼합되어 제2조성물을 이루어 최종혼합물의 신속경화를 유도하며 높은 강도를 유지하도록 기능하게 되며, 또한 제1단계 공정에서 얻은 원료와 상기 제2조성물이 혼합되고, 상기 혼합물에 황토와 백선토 및 소성패각분말이 추가되어 기능성을 부여하는 반응혼합조로 구분되어 적용될 수 있음을 나타낸 것이다.
도 2는 본원의 제1단계 작업공정에서 적용가능한 제1혼합기(20)의 일 적용예를 나타낸 것으로, 도 2a는 제1혼합기(20)에서 정수장 슬러지와 플라이애쉬가 약 4 : 6 중량비율로 혼합될 때 플라이애쉬에 함유된 CaO 성분이 슬러지 중의 수분(H2O)과 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3) 함유 반응물을 얻으며 약간의 발열현상을 나타내며 슬러지 중의 미반응 수분을 신속하게 외부로 배출시키며 반응속도를 높이기 위해 혼합기 내부로 컴프레서에 의해 외부에서 고압공기를 불어주는 블로워시스템이 마련되는 조건에서 반응할 수 있는 제1혼합기의 중앙부를 보여주기 위해 단면도를 나타낸 것이고, 도 2b는 제1혼합기 의 뚜껑 캡(22)을 들어올려 내부구조를 사시도로 나타낸 것이다.
도 2에 제시되는 제1혼합기(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 제1혼합기 내부로 유입되는 고압공기가 구멍(25a,26a)을 통하여 공급되어 혼합물 중에서 생성되는 수분이 배출시키도록 적용될 수 있음을 나타낸 것이다.
도 3은 본원의 제2단계, 제3단계, 제4단계작업공정에서 적용가능한 제2혼합기(30)나 또는 혼합반응조(40)로 적용가능한 혼합기의 일 적용예를 나타낸 것으로, 도 3a는 제2혼합기(30)의 사시도를 나타낸 것이고, 도 3b는 제2혼합기(30)의 내부구조를 보여주기 위해 단면도를 나타낸 것으로서, 제2혼합기(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 제2혼합기(30)의 중앙으로는 중심축(35)에 교반날개(37)와 부착시키기 위한 연결바(36)에 의해 연결되고 모터(10)에 의해 회전되는 실시양태로 적용될 수 있음을 나타낸 것이다.
친환경 고화제의 제조실시예.
함수율 21.3%로 측정되는 정수장 슬러지 40 kg에 열병합발전소에서 연료 소각시 발생되는 부산물인 플라이애쉬로서 산화칼슘(CaO)함량이 40.2wt%로 로 분석된 플라이애쉬 60 kg을 상기 도 2에 제시되는 장치를 이용하여 컴프레서로 에어를 공급하여 3시간 혼합하여 탄산칼슘(CaCO3) 함유 1차반응물 89.5 kg을 얻었다.
550±10℃를 유지하는 소성로에서 5시간 범위로 소성된 경소마그네시아 50 kg에 황산마그네슘 7수화물(MgSO4·7H2O) 50 kg을 혼합하고 1시간 동안 교반하여 마그네슘 옥시설페이트로 2차반응물 98 kg을 얻었다.
상기 1차반응물 60 kg에 상기 2반응물 40 kg을 혼합하여 3차조성물 99 kg을 얻고 3차조성물 50 kg에 황토 20 kg, 백선토 20 kg, 소성패각분말 10 kg을 혼합하여 고화제 100 kg을 얻었다.
본원 발명자는 산업부산물로 제공되는 정수장 슬러지와 화력발전소에서 부산물로 얻어지는 플라이애쉬를 재활용하여 포장조성물로 적용가능할 것인지, 추후 유해폐기물을 발생시키지 않을 것인지 확인하기 위하여 환경부고시 제2009-132호, 151호에 고시된 내용으로 환경유해성 평가를 위한 실험을 실시하였으며, 시험결과를 표 1로 제시한다.
폐기물 공정시험
항 목
 Cr6 + Cu Cd Hg As Pb
허용기준치 1.5 3.0 0.3 0.005 1.5 3.0
본원고화제 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
항 목 CN-
 유기인 트리클로로에틸렌 테트라클로로에틸렌 기름성분
허용기준치 1.0 1.0 0.3 0.1 5%(w/w)
본원고화제 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
상기 표 1의 결과로 본원의 공법으로 제조된 고화조성물은 환경에 미치는 나쁜 영향이 없는 것으로 측정되었으로 본원 발명자는 이를 더욱 다량으로 만들어 실제 현장에 적용하는 실험을 실시하고자 하였다.
도 4는 본원에서 제1단계 내지 제4단계까지의 공정이 적용되어 얻은 고화조성물을 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 잡석다짐을 실시하고 그 상부로 약 70 ㎜ 두께 정도로 본원의 포장재조성물을 이용하여 현장 포설이 이루어진 적용예를 나타낸 것이고, 도 4b는 자전거 전용도로 등에 도로경계석을 설치하고자 할 때 도로경계석 하부로 버팀 몰탈을 깔고 도로경계석을 세우며 바닥면으로는 약 200 ㎜ 정도로 잡석다짐을 실시하고 그 상부로 약 70 ㎜두께 정도로 본원의 포장재조성물을 이용하여 현장 포설이 이루어진 실시양태를 나타낸 것이며, 도 4c는 일반도로에서 도로경계석을 설치하지 않을 때 바닥부로 약 200 ㎜ 정도로 잡석 다짐을 실시하고 그 상부로 약 70㎜ 두께 정도로 본원의 포장재조성물을 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 와이어 메쉬 등을 이용하여 인장 보강근을 사용할 때의 적용예로서 바닥부로 약 200 ㎜ 정도로 잡석 다짐을 실시하고 그 상부로 와이어메쉬를 깔고 약 70 ㎜ 두께 정도로 본원의 포장재조성물을 이용하여 현장 포설하는 실시양태를 나타낸 것이다.
본원의 도 4a 내지 도 4b의 실시양태로 적용된 포장공사 실시 후 30일 후에 각 포장재료의 물성을 측정한 결과치를 평균으로 하여 일반 시멘트 포장재와 물성을 비교한 결과를 표 2에 제시한다.
포장물의 물성에 대한 시험결과
구분 본원 포장물 시멘트 포장
압축강도(N/㎡) 21.5-24.5 28 이상
휨 강도(MPa) 5.1-5.3
미끄럼 저항성(BPN) 70 45 이상
동결융해에 대한 저항성(%) 91 80 이상
투수계수(cm/sec) 4.5×10-3 거의 없음
상기의 결과로부터 본원 포장물은 포장압축강도(N/㎡) 21.5 ~ 24.5 범위를 나타내고, 휨 강도(MPa) 5.1~5.3 범위를 나타내며, 미끄럼 저항성(BPN) 70 을 나타내고, 동결융해에 대한 저항성(%) 90를 나타내고, 투수계수(㎝/sec) 4.5 ×10-3 을 확보하는 사실로부터 등산로나 야외 산책로, 자전거 도로 등으로 적용할 수 있는 유용한 발명임을 확인할 수 있었다.(투수계수 측정방법은 KSF 2494-2007의 방법이 적용되어 측정되었음).
또한 본원 발명자는 상기의 친환경 고화제 제조실시예로부터 얻은 고화제가 건축물의 벽면으로 미장재로 활용되어 사용한 상태에서 새집 증후군의 원인물질과 휘발성 유기화합물(VOCs) 등의 냄새를 제거하는 능력을 평가하기 위하여 가스 검침관법을 이용하여 탈취능력 시험을 실시하고자 하였으며 그 결과들을 하기에 표 3으로 제시된다.
시험항목 경과시간(분) 기준농도(ppm) 시료농도(ppm) 탈취율(%)

탈취율 시험

 초 기 500 500 0
60 480 68 85.8
90 460 55 88.0
120 440 48 89.1
상기와 같은 실험결과는 가스의 압력구배, 농도차이, 삼투압효과 등에 의하여 좌우되고 있는 것으로 알려져 있으나, 이건 시험에서는 내장재의 원료 중 황토 및 백선토 구조에 형성되어 있는 기공과 밀접한 관계가 있어서 높은 탈취효능을 나타내는 것으로 판단된다.
본원 발명자는 본원의 기술사상으로 제공되는 고화제가 건축물의 내장재로 미장하여 실내 바닥면과 벽면에 시공 전후의 비교 시험을 실시하고자 하였으며, 포름알데히드 특성은 HCHO Monitor System ppm Technology /U.K model AMS-2 장치를 사용하였으며, 휘발성 유기화합물 특성은 Geaywolf Sensing Solution/U.S.A mode TG 502를 사용하였고 그 측정결과는 하기 표 5로 나타내었다.
구 분 포름알데히드(ppm) 휘발성유기화합물(㎍/㎡)
아파트 거실(고화제 시공 전) 0.292~0.461 2,082~3,215
아파트 거실(고화제 시공 후) 0.038~0.065 94~135
한국 기준치 0.12 이하 400~1,000
상기 측정결과에서 확인할 수 있듯이 본원의 기술사상이 적용되어 만들어진 친환경 고착제 샘플제품은 새집 증후군의 원인물질인 포름알데히드와 휘발성 유기화합물을 획기적으로 줄일 수 있는 효과를 갖는 것으로 확인되었다.
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 (3)

  1. 탈취성능을 갖고 친환경 포장물이나 건축용 몰탈로 사용되도록 적용되는 고화조성물의 제조방법에 있어서,
    함수율을 15~25% 범위로 제공되는 정수장 슬러지에 화력발전소에서 부산물로 얻어지는 플라이애쉬가 40±10 : 60±10 중량부 비율로 혼합하여 플라이애쉬에 함유된 CaO 성분이 슬러지 중의 수분(H2O)과 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3) 함유반응물을 얻는 제1단계;
    500~600℃ 범위에서 소성된 경소마그네시아와 황산마그네슘이 1 : 1±0.2 중량비로 혼합되어 제2반응물을 얻는 제2단계;
    상기 제1단계에서 얻은 탄산칼슘(CaCO3) 함유 반응물 60±10 중량부와 상기 제2단계에서 얻은 제2반응물 40±10 중량부 범위로 혼합하여 제3혼합물을 얻는 제3단계;
    상기 제3단계를 거쳐 얻은 제3혼합물 50±15 중량부에 황토 20±5 중량부와 백선토 20±5 중량부 및 소성패각분말 10±5 중량부를 포함시켜 고화제를 얻는 제4단계;
    를 포함하여 이루어져서 탈취성능을 갖고 친환경 포장물이나 건축용 몰탈로 사용되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 친환경 고화조성물의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 탈취성능을 갖고 친환경 포장물이나 건축용 몰탈로 사용되도록 제공되는 고화조성물에 있어서,
    함수율을 15~25% 범위로 제공되는 정수장 슬러지에 화력발전소에서 부산물로 얻어지는 플라이애쉬를 혼합하되 정수장 슬러지와 플라이애쉬가 40±10 : 60±10 중량부 비율로 혼합하여 플라이애쉬에 함유된 CaO 성분이 슬러지 중의 수분(H2O)과 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3) 함유 반응물을 얻는 제1단계 공정과
    500~600℃ 범위에서 소성된 경소마그네시아와 황산마그네슘이 1 : 1±0.2 중량비로 혼합하여 제2혼합조성물을 얻는 제2단계 공정과
    상기 제1단계 공정으로 얻은 탄산칼슘(CaCO3) 함유 반응물 60±10 중량부와 상기 제2단계 공정으로 얻은 제2혼합조성물을 40±10 중량부 범위로 혼합하여 혼합조성물을 얻는 제3단계 공정과
    상기 제3단계 공정을 거친 혼합조성물 50±15 중량부에 황토 20±5 중량부와 백선토 20±5 중량부 및 소성패각분말 10±5 중량부를 포함하여 탈취성능을 갖고 친환경 포장물이나 건축용 몰탈로 사용되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 친환경 고화조성물.
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