KR101629833B1

KR101629833B1 - 호안블럭 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR101629833B1
Application number: KR1020150133671A
Authority: KR
Inventors: 김기식
Original assignee: 주식회사 에코글로벌테크; 김정무
Priority date: 2015-09-22
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2016-06-13

Abstract

본 발명은 호안블럭에 관한 것으로, 보다 상세하게는 석탄재 60 내지 80중량%, 폴리우레아 수지 5 내지 25중량% 및 시멘트 10 내지 30중량%로 이루어짐으로써, 천연 골재를 사용하지 않고 석탄재를 사용하여 환경 문제 억제 및 원가 절감이 가능하며, 우수한 물리적 성질 및 내구성을 나타낼 뿐만 아니라, 친환경적인 호안블럭에 관한 것이다.

Description

호안블럭 및 이의 제조 방법 {REVETMENT BLOCK AND PREPARING METHOD THEREOF}

본 발명은 호안블럭 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 강, 하천, 해변가, 도로 또는 공원 등지의 경사면에는 제방의 역할로서 도로의 유실 또는 보도의 유실을 방지할 수 있도록 다수의 호안블럭을 연결설치한다.

이러한 호안블럭은 통상 시멘트, 골재, 물, 혼화재료 등의 조성물로 혼합되어 구성된다. 이 중, 골재는 시멘트 및 물과 함께 일체로 굳어지는 불활성의 입상재료인 모래, 자갈, 쇄석 등을 말한다. 즉, 결합제(접착제)에 의하여 뭉쳐져서 한 덩어리를 이룰 수 있는 건설용 광물질 재료를 말한다. 상기 골재 품질의 양부는 콘크리트의 중요한 성질인 강도, 내구성, 수밀성, 워커빌리티(workability) 등에 대단히 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

그러나, 최근에는 자갈, 쇄석, 부순돌, 부순모래, 천연모래 등과 같은 천연골재가 고갈, 부족할 뿐만 아니라, 향후에는 하천 유지관리, 환경보존 및 군사보호구역 설정에 따른 하천골재 채취 및 석산개발 제한조치 등 엄격한 규제가 잇따를 것으로 예상된다. 따라서, 블록의 주요 구성성분으로 사용되는 골재에 대한 대체재의 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다.

그리고, 시멘트는 물과 접촉하면 탄산가스를 다량 배출하고, 강한 알칼리 성분으로 이루어져 장기간 유독성 물질을 용출하는 특성이 있는 것이므로 결국 시멘트의 독성이 완전히 배출될 때까지는 하천을 오염시켜 어류들의 서식에 나쁜 영향을 주었을 뿐 아니라 호안블럭에 자라는 식생(植生) 군락의 조성이 활발하게 이루어질 수 없는 문제가 있다.

뿐만 아니라, 수분 부여에 의해 수화 반응이 일어나, 백화를 석출하여 독성물질을 서서히 용출하는 백화 현상이 발생된다. 이와 같은 백화 현상은 콘크리트에 내장된 철근 골조를 부식시켜 호안블럭의 구조를 약하게 하는 것이므로 결국 호안블럭의 설치 후 일정기간 지나면 철근들이 부식되면서 유속이나 집중강우 등에 의하여 호안블럭이 파손되는 등의 폐단이 발생되었다.

한국등록특허 제1060177호에는 식생 호안블록 및 그의 제조방법이 개시되어 있다.

한국등록특허 제1060177호

본 발명은 천연 골재를 사용하지 않고, 그 대체제를 사용하는 호안 블럭을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 대체 골재를 사용하면서도 우수한 물성을 나타내는 호안블럭을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 친환경적인 호안블럭을 제공하는 것을 목적으로 한다.

1. 석탄재 60 내지 80중량%, 폴리우레아 수지 5 내지 25중량% 및 시멘트 10 내지 30중량%로 이루어진, 호안블럭.

2. 위 1에 있어서, 상기 석탄재는 입경이 1 내지 9mm인, 호안블럭.

3. 위 1에 있어서, 폴리메틸메타아크릴레이트 수지를 더 포함하며, 폴리우레아 수지와 폴리메틸메타아크릴레이트 수지의 합계 함량이 5 내지 25중량%인, 호안블럭.

4. 위 1에 있어서, 상기 석탄재와 시멘트로 이루어진 몸체 및 상기 몸체의 표면에 형성된 폴리우레아 수지층을 포함하는, 호안블럭.

5. 석탄재 60 내지 80중량%, 폴리우레아 수지 5 내지 25중량% 및 시멘트 10 내지 30중량%를 포함하는 조성물과 물을 혼합하고, 성형 및 양생하는, 호안블럭의 제조 방법.

6. 석탄재 및 시멘트를 포함하는 조성물과 물을 혼합하고, 성형 및 건조시켜 성형체를 제조하는 단계; 및 상기 성형체 표면에 폴리우레아 수지를 도포하는 단계를 포함하고,

상기 조성물과 상기 수지는 제조된 호안블럭이 석탄재 60 내지 80중량%, 폴리우레아 수지 5 내지 25중량% 및 시멘트 10 내지 30중량%로 이루어지도록 배합되는, 호안블럭의 제조 방법.

7. 위 5 또는 6에 있어서, 상기 석탄재는 입경이 1 내지 9㎛인, 호안블럭의 제조 방법.

본 발명은 모래, 자갈 등 천연 골재 대신에 석탄재를 골재로 사용함으로써, 자원 낭비를 최소화하고, 석탄재의 폐기물로의 매립 문제를 해소할 수 있다.

본 발명은 대체 골재를 사용함에도 우수한 물리적 성질을 나타내고, 내구성이 개선된다.

본 발명은 시멘트 사용량을 줄임에도 불구하고, 우수한 물리적 성질 및 결력을 나타내어 친환경적이다.

본 발명은 석탄재 60 내지 80중량%, 폴리우레아 수지 5 내지 25중량% 및 시멘트 10 내지 30중량%로 이루어짐으로써, 천연 골재를 사용하지 않고 석탄재를 사용하여 환경 문제 억제 및 원가 절감이 가능하며, 우수한 물리적 성질 및 내구성을 나타낼 뿐만 아니라, 친환경적인 호안블럭에 관한 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 호안블럭은 석탄재 60 내지 80중량%, 폴리우레아 수지 5 내지 25중량% 및 시멘트 10 내지 30중량%로 이루어진다.

본 발명의 호안블럭은 골재로서 자갈, 모래 등의 천연 골재 대신에 석탄재를 포함한다.

통상적으로 석탄재는 폐기물로서 매립처리되고 있는데, 본 발명의 호안블럭은 석탄재를 골재로서 포함함으로써 원가를 절감하며, 자원 낭비를 최소화하고, 폐기물 매립 문제를 해소할 수 있다.

석탄재는 예를 들면 석탄재를 이루는 입자들의 입경이 1 내지 9mm일 수 있다. 입경이 1mm 미만이면 석탄재간 결합이 어려워져 강도가 저하될 수 있고, 9mm 초과이면 입자간 공극 발생에 의해 마찬가지로 강도가 저하될 수 있다. 적정 수준의 결합력 및 공극을 가져 우수한 강도를 나타낸다는 측면에서 바람직하게는 입경이 3 내지 7mm일 수 있고, 보다 바람직하게는 4 내지 6mm일 수 있다.

석탄재는 예를 들면 이산화규소(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 산화철(Fe₂O₃), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 이산화티탄(TiO₂), 산화칼륨(K₂O), 산화나트륨(Na₂O) 등을 포함하는 것일 수 있고, 구체적으로 이산화규소(SiO₂) 40 내지 55중량%, 알루미나(Al₂O₃) 15 내지 25중량%, 산화철(Fe₂O₃) 2 내지 12중량%, 산화칼슘(CaO) 1 내지 6중량%, 산화마그네슘(MgO) 0.5 내지 3중량%, 이산화티탄(TiO₂) 0.5 내지 2중량%, 산화칼륨(K₂O) 0.5 내지 1.5중량%, 산화나트륨(Na₂O) 0.1 내지 1중량% 및 기타회분(lg.loss) 5 내지 20중량%를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

석탄재는 호안블럭 총 중량 중 60 내지 80중량%로 포함된다. 석탄재의 함량이 60중량% 미만인 경우에는 시멘트의 함량이 많아져 환경 오염, 강도 저하 등의 문제가 있고, 수지의 함량이 많아져 비용 상승의 문제가 있다. 석탄재의 함량이 80중량% 초과인 경우에는 수지와 시멘트의 함량이 적어져 강도 등 물성이 저하되고, 석탄재 입자간 결합이 충분치 않을 수 있다.

석탄재를 포함하는 경우 상기와 같은 장점이 있으나, 석탄재를 사용하는 경우 자갈, 모래 등을 포함하는 천연 골재를 사용하는 경우에 비하여 강도 등의 물리적 성질이 다소 저하될 수 있다. 이러한 경우 시멘트 양을 늘림으로써 강도를 보완할 수 있으나, 시멘트는 물과 접촉하여 탄산가스를 배출하고, 장기간 유독성 물질을 용출하는 물질인 바 비환경적이며, 장기적으로 볼때 독성 물질의 물과의 반응에 의한 백화 현상에 의해 강도가 약해지는 문제가 있다.

그러나, 본 발명은 상기 석탄재와 함께 수지를 포함함으로써 상기 문제점을 개선할 수 있다.

구체적으로, 폴리우레아 수지를 포함함으로써, 인장강도, 인열강도, 내충격성, 내마모성, 내구력 등의 물리적 성질을 현저히 개선할 수 있다. 이에 따라 천연 골재를 사용하는 경우에 비해 물리적 성질이 저하되는 문제를 해결할 수 있다.

더욱이, 호안블럭의 방식성, 내화학성, 내산성, 내열성 등을 개선하여 내구성을 현저히 개선할 수 있고, 소수성을 가져 접착력이 우수하여 시멘트 사용량을 줄일 수 있다.

뿐만 아니라, 경화 속도가 빨라 공정 시간을 단축할 수 있고, 도막의 두께를 용이하게 조절할 수 있다.

폴리우레아 수지로는 당 분야에 공지된 폴리우레아 수지를 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 무용제 1액형 수지 또는 이소시아네이트 프리폴리머(Isocyanate Prepolmer)로 구성된 주제와 아민계 경화제로 구성된 무용제 2액형 수지일 수 있다. 상기 무용제 수지의 경우 용제나 희석제를 포함하지 않아 휘발성 유기 화합물(VOCs)이 발생하지 않아 친화경적이다.

시판 중인 사용가능한 상품의 구체적인 예시로는 국도화학사의 KPU-100, KPU-300, KPU-600, KPU-SL300, KPT-H30, KPU-FR200, RP-300, RP-200 를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 그 외에 코바이사, 반도엠티사, 디펜트엠사의 제품을 사용할 수도 있다.

폴리우레아 수지는 호안블럭 총 중량 중 5 내지 25중량%로 포함된다. 함량이 5중량% 미만이면 강도 등 물성 보완 효과가 충분치 않고, 25중량% 초과이면 비용이 현저히 상승하는 문제가 있다.

필요에 따라, 본 발명의 호안블럭은 폴리메틸메타아크릴레이트 수지를 더 포함할 수 있다.

폴리메틸메타아크릴레이트 수지도 당 분야에 공지된 폴리메틸메타아크릴레이트를 제한 없이 사용할 수 있다. 시판 중인 사용가능한 상품으로는 루펜큐사의 MMA아크릴레이트 제품을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 폴리우레아 수지를 단독으로 사용하는 경우 폴리메틸메타아크릴레이트 수지를 혼합하는 경우에 비해 보다 우수한 효과를 나타내나, 폴리메틸메타아크릴레이트 수지는 원가 절감의 측면에서 첨가될 수 있다. 따라서, 보다 우수한 물성을 나타내는 호안블럭을 제조한다는 측면에서 바람직하게는 폴리우레아 수지가 단독으로 사용될 수 있다.

본 발명의 호안블럭이 폴리메틸메타아크릴레이트 수지를 더 포함하는 경우 그 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 폴리우레아 수지와 폴리메틸메타아크릴레이트 수지의 합계 함량이 5 내지 25중량%일 수 있다.

시멘트는 상기 석탄재 골재를 결합시키는 결합재로서 사용된다.

시멘트로는 당 분야에 공지된 시멘트를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 포틀랜드 시멘트, 고로 시멘트, 백색 시멘트, 슬래그 시멘트 등을 들 수 있다.

시멘트는 호안블럭 내에 10 내지 30중량%로 포함된다. 함량이 10중량% 미만이면 석탄재 입자간 결합력이 충분치 않을 수 있고, 30중량% 초과이면 상대적으로 석탄재 및 수지의 함량이 적어져 호안블럭의 물리적, 화학적 성질이 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 호안블럭은 상기 석탄재, 수지 및 시멘트가 혼합된 몸체만으로 이루어질 수 있고, 그러한 경우 강도 보완 효과가 현저히 우수하다.

또한, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면 석탄재와 시멘트로 이루어진 몸체 및 상기 몸체의 표면에 형성된 폴리우레아 수지층을 포함할 수 있다. 수지층이 몸체의 표면에 형성되어 있는 경우는 방수 효과가 현저히 우수하다.

상기 표면은 상기 몸체가 면상체인 경우 적어도 일면, 구 또는 기둥 상인 경우 외주면(외주연)의 적어도 일부를 포함하는 것으로서, 바람직하게는 우수한 방수 효과를 위해 몸체 전체 표면을 의미한다.

본 발명의 호안블럭이 폴리메틸메타아크릴레이트 수지를 더 포함하는 경우, 상기 수지층은 폴리우레아와 폴리메틸메타아크릴레이트 수지층일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 호안블럭의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 호안블럭의 제조 방법의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 호안블럭의 제조 방법은 석탄재 60 내지 80중량%, 폴리우레아 5 내지 25중량% 및 시멘트 10 내지 30중량%를 포함하는 조성물과 물을 혼합하고, 성형 및 양생한다.

석탄재, 수지 및 시멘트로는 전술한 석탄재, 수지 및 시멘트를 사용할 수 있다.

석탄재는 전술한 입경을 갖도록 분쇄하고 체로 거르는 단계를 거친 것일 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 조성물은 폴리메틸메타아크릴레이트 수지를 더 포함할 수 있다.

물의 혼합비는 특별히 한정되지 않으며, 호안블럭의 성형 및 공정이 용이하도록 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 시멘트 100중량부에 대하여 10 내지 30중량부로 혼합될 수 있다. 물의 혼합비가 상기 범위 내인 경우 호안블럭의 성형 및 공정 진행이 용이하다.

상기 조성물과 물을 혼합한 이후, 원하는 형태를 갖도록 성형하고 양생시켜 호안블럭을 제조할 수 있다.

양생은 예를 들면 상온 조건(예를 들면 15 내지 25℃)하에서 12 내지 48시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

호안 블록의 경우, 성형 이후에 통상적으로 120 내지 150℃에서 72시간 이상의 건조 공정을 거쳐야 하나, 본 발명의 호안 블록의 제조 방법은 상기 특정의 조성을 사용함으로써 별도의 건조 공정을 요하지 않는다.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 본 발명의 호안블럭의 제조 방법은 성형체 제조 이후에 폴리우레아 수지를 표면에 도포할 수도 있다.

구체적으로, 먼저, 석탄재 및 시멘트를 포함하는 조성물과 물을 혼합하고, 성형 및 건조시켜 성형체를 제조한다.

석탄재 및 시멘트로는 전술한 석탄재 및 시멘트를 사용할 수 있다.

상기 조성물과 물을 혼합한 이후, 원하는 형태를 갖도록 성형하고 건조시켜 성형체를 제조할 수 있다.

건조 조건은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 120 내지 150℃에서 60시간 내지 72시간 동안 수행될 수 있다.

이후에, 상기 성형체 표면에 폴리우레아 수지를 도포한다.

폴리우레아 수지는 무용제형이 바람직한 바, 무용제형의 수지를 사용하는 경우를 예로 들면, 성형체 표면에 폴리우레아 수지를 분사함으로써 도포할 수 있다.

상기 폴리우레아 수지와 함께 폴리메틸메타아크릴레이트 수지를 혼용하여 사용할 수 있다.

본 발명의 호안블럭의 제조 방법에 있어서, 상기 조성물과 폴리우레아 수지는 제조된 호안블럭이 석탄재 60 내지 80중량%, 폴리우레아 수지 5 내지 25중량% 및 시멘트 10 내지 30중량%로 이루어지도록 배합되도록 할 수 있다. 배합비가 상기 범위 내인 경우 전술한 장점을 그대로 가질 수 있다.

폴리메틸메타아크릴레이트 수지를 혼용하는 경우, 폴리우레아 수지와 폴리메틸메타아크릴레이트 수지의 합계 함량이 5 내지 25중량%가 되도록 배합될 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.

실시예 1

석탄재를 분쇄하고 체로 걸러, 이산화규소(SiO₂) 48.3중량%, 알루미나(Al₂O₃) 21.3중량%, 산화철(Fe₂O₃) 7.68중량%, 산화칼슘(CaO) 3.77중량%, 산화마그네슘(MgO) 1.64중량%, 이산화티탄(TiO₂) 1.10중량%, 산화칼륨(K₂O) 1.06중량%, 산화나트륨(Na₂O) 0.54중량%, 기타 회분(lg.loss) 14.6중량%이고, 입경 1 내지 9mm인 석탄재를 얻었다.

폴리우레아 수지로는 국도화학사의 KPU-100 제품을 사용하였고, 시멘트로는 일반 포틀랜드 시멘트를 사용하였다.

상기 석탄재, 폴리우레아 수지 및 시멘트를 각각 70중량%, 15중량%, 15중량%가 되도록 혼합하고, 시멘트 100중량부 대비 20중량부의 물을 첨가하여 믹싱기로 고르게 혼합하였다.

이후에, 상기 혼합물을 성형틀에 공급하여 호안블럭을 성형하고, 상기 성형체를 25℃에서 2일간 양생하여 호안블럭을 제조하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일한 석탄재 및 시멘트를 혼합하고, 시멘트 100중량부 대비 20중량부의 물을 첨가하여 믹싱기로 고르게 혼합하였다.

이후에, 상기 혼합물을 성형틀에 공급하여 성형체를 형성하고, 상기 성형체를 120℃에서 3일간 건조시켰다. 이후에, 건조된 성형체 표면에 실시예 1과 동일한 폴리우레아 수지를 상기 성형체 표면에 분사하여 코팅함으로써 호안블럭을 제조하였다.

호안블럭은 석탄재 70중량%, 폴리우레아 수지 10중량% 및 시멘트 20중량%로 이루어지도록 제조되었다.

실시예 3

입경 10 내지 12mm의 석탄재를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 호안블럭을 제조하였다.

실시예 4

석탄재 70중량%, 폴리우레아 수지 10중량%, 시멘트 10중량%, 그리고 루펜큐사의 MMA아크릴레이트 수지를 10중량% 혼합하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 호안블럭을 제조하였다.

비교예 1

폴리우레아 수지 대신에 폴리우레탄 수지(경도화학)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 호안블럭을 제조하였다.

비교예 2

폴리우레아 수지 대신에 에폭시 수지(동서화학)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 호안블럭을 제조하였다.

비교예 3

폴리우레아 수지 대신에 아크릴 수지(동서화학)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 호안블럭을 제조하였다.

비교예 4

폴리우레아 수지 대신에 비닐 수지(Shanghai Hengyu Molecular Sieve)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 호안블럭을 제조하였다.

비교예 5

석탄재, 폴리우레아 수지 및 시멘트를 각각 75중량%, 3중량%, 22중량%가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 호안블럭을 제조하였다.

비교예 6

석탄재, 폴리우레아 수지 및 시멘트를 각각 62중량%, 3중량%, 35중량%가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 호안블럭을 제조하였다.

실험예. 수지의 물성 측정

실시예 및 비교예의 호안블럭의 물성을 측정하였다.

<측정 방법>

압축강도: KS F 2405

휨강도: KS F 2408

인장강도: KS F 2423

부착강도: KS F 2762

침투저항성: KS F 2771

<평가 기준>

◎: 매우 우수, ○: 우수 △: 미흡, X: 불량

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5	비교예 6
압축강도	◎	◎	○	○	△	△	○	○	△	○
인장강도	◎	◎	○	○	○	X	X	△	○	○
휨강도	◎	◎	◎	◎	△	△	△	△	○	○
부착강도	◎	◎	◎	◎	△	○	△	△	○	○
침투저항성	◎	◎	◎	◎	○	△	△	○	○	△

상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 4의 호안블럭은 우수한 강도 및 침투저항성을 나타낸 것을 확인할 수 있다.

그리고, 실시예 1의 호안블럭은 실시예 2를 포함한 나머지 실시예 및 비교예들보다 특히 우수한 압축강도 및 휨강도를 나타내었고, 실시예 2의 호안블럭은 실시예 1을 포함한 나머지 실시예 및 비교예들보다 특히 침투저항성을 나타내었다.

그러나, 비교예 1 내지 6의 호안블럭은 강도가 약하거나, 침투저항성이 낮은 것을 확인할 수 있다.

Claims

석탄재를 분쇄하고 체로 걸러 입경이 1 내지 9mm인 석탄재를 얻는 단계;
상기 석탄재 60 내지 80중량%, 폴리우레아 수지 5 내지 25중량% 및 시멘트 10 내지 30중량%를 혼합한 후, 상기 시멘트 100중량부에 대하여 10 내지 30중량부의 물을 혼합하여 조성물을 제조하는 단계; 및
상기 조성물을 성형틀에 공급하여 소정의 형상을 갖도록 성형하고, 15 내지 25℃에서 12 내지 48시간 동안 양생하는 단계를 포함하는, 호안블럭의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 조성물을 제조하는 단계에서 폴리메틸메타아크릴레이트 수지를 더 혼합하며, 상기 폴리우레아 수지와 폴리메틸메타아크릴레이트 수지의 합계 함량이 5 내지 25중량%인, 호안블럭의 제조 방법.