KR101718960B1 - 식물생장용 토양콘크리트 제조방법 - Google Patents

식물생장용 토양콘크리트 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비토양조건에서 식물의 서식환경을 위한 충분한 수분과 식물 영양분을 확보할 수 있으며, 경량이고 내구성이 있으며 깊은 토양층을 확보할 수 있고, 지속적으로 식물 생장에 유리한 환경을 조성할 수 있는 식물생장용 토양콘크리트 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 황토, 고로슬래그 등의 혼화재와 시멘트를 혼합하여 페이스트를 생성하고, 상기 페이스트에 적정 발포율을 갖는 기포를 혼합한 기포콘크리트를 생성하여 소정의 압축강도를 확보하며, 다수의 공극을 형성하여 공기를 흡입, 배출하고, 수분을 저장할 수 있도록 하며, 기포콘크리트에 혼합되는 히드로겔에 의해 식물이 생장할 수 있는 영양분을 공급하고, 병충해 저항력을 향상시키며, 다량의 수분을 저장, 공급할 수 있도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

식물생장용 토양콘크리트 제조방법{Manufacturing method of Terra concrete for growing plants}
본 발명은 비토양조건에서 식물이 자연생장할 수 있도록 콘크리트를 포함한 인공토양을 조성하기 위한 식물생장용 토양콘크리트 제조방법에 관한 것이다.
도시의 도로녹화, 건물 옥상녹화, 도시농업 등에는 식물생장을 위해 천연토양을 사용하거나 영양분이 포함된 인공토양을 사용하여 식물 생장환경을 조성하고 있다.
종래기술(특허 10-0536458호)의 식물 생장환경을 조성하기 위한 토양콘크리트는 시멘트와 황토에 토양고화재와 물를 혼합하여 조성되며, 상기 토양콘크리트는 외부의 온도변화에 따른 토양의 공극 변화량을 최소화하여 방수성, 내동파성 및 내구성이 우수하나, 토양층 조성에는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 식물생장을 위한 육성토양의 구조가 복잡하여 시공 시 다수의 공정을 거쳐야 하며, 둘째, 영구적인 식물 서식환경 조성을 위한 충분한 수분과 영양분 확보 등이 어렵다.
셋째, 식물이 자체적인 병충해 저항성에 약하고, 넷째, 천연토양과 인공토양을 혼합하여 사용하는 경우 토양 중량으로 인해 건물의 고정하중이 증가되어 건물 안전에 영향을 미치며, 다섯째, 식목을 위한 토양층 깊이가 낮아 녹화에 사용될 수 있는 식물군이 제한적이다.
등록특허공보 10-0536458호(2005. 12. 14. 공고)
본 발명은 비토양조건에서 식물의 서식환경을 위한 충분한 수분과 식물 영양분을 확보할 수 있으며, 경량이고 내구성이 있으며 깊은 토양층을 확보할 수 있고, 지속적으로 식물 생장에 유리한 환경을 조성할 수 있는 식물생장용 토양콘크리트 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 외부환경에 대해 내구성를 유지할 수 있는 경량의 다공성 기포콘크리트를 형성하고, 상기 기포콘크리트에 히드로겔을 혼합하여 식물이 생장할 수 있는 충분한 수분을 공급할 수 있으며, 병충해 저항성이 강하고, 지속적으로 식물 영양분을 공급할 수 있는 식물생장용 토양콘크리트를 제조하는 것을 과제해결의 원리로 한다.
이를 위한 본 발명의 과제해결수단으로는 첫째, 콘크리트가 소정의 압축강도를 유지하며 경량의 다공성 콘크리트로 조성되기 위해 콘크리트에 기포제를 사용하여 적정 발포율의 기포를 혼합하여 기포콘크리트를 제조한다.
둘째, 기포콘크리즈 제조 시 식물이 잘 자랄 수 있는 환경을 조성하기 위해 콘크리트 성분 중 시멘트의 강알칼리성을 약알칼리성으로 변환할 수 있는 황토, 고로슬래그, 석고, 플라이애쉬 등을 시멘트에 혼합하여 사용한다.
셋째, 기포콘크리트에 혼합되는 히드로겔에 의해 식물이 생장할 수 있는 영양분인 식물영양제와 병충해 저항성 향상을 위한 유효미생물 및 수분을 식물에 공급함으로써, 토양콘크리트에서 식물이 지속적으로 생장할 수 있도록 한다.
본 발명은 비토양지역에서 충분한 수분과 식물 영양분 등을 포함하는 인공 토양콘크리트를 제공하여 식물이 지속적으로 생장하는 것이 가능하며, 상기 인공 토양콘크리트를 사용하여 깊은 토양층을 확보할 수 있으므로 다양한 식물을 식재할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 기포콘크리트에 혼합되는 히드로겔에 의해 식물영양제와 유효미생물 및 수분을 지속적으로 공급할 수 있으므로 식물 생장환경 조성이 가능하며, 인공 토양콘크리트의 유지관리를 용이하게 하는 효과가 있다.
그리고 본 발명은 토양콘크리트에 의해 깊은 토양층을 형성함으로써 열전도율이 저감되어 건물 냉난방 에너지가 절감되며, 경량화된 토양콘크리트틀 사용함으로써 건물의 고정하중이 증가하지 않으므로 건물의 구조적 안전성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 토양콘크리트를 나타내는 사시도
도 2는 본 발명의 토양콘크리트를 건물 옥상에 조성함에 따른 효과를 나타내는 도면
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 일실시예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 황토, 고로슬래그 등의 혼화재와 시멘트를 혼합하여 페이스트를 생성하며, 상기 페이스트에 적정 발포율을 갖는 기포를 혼합한 기포콘크리트를 생성하여 소정의 압축강도를 확보하고, 다수의 공극을 형성하여 공기를 흡입, 배출하고, 수분을 저장할 수 있도록 하며, 기포콘크리트에 혼합되는 히드로겔에 의해 식물이 생장할 수 있는 영양분을 공급하고, 병충해 저항력을 향상시키며, 다량의 수분을 저장, 공급할 수 있도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 토양콘크리트를 나타내는 사시도로, 본 발명의 토양콘크리트 제조방법은 시멘트를 기반으로 황토, 고로슬래그, 석고 또는 플라이애쉬 등으로 이루어진 결합재에 배합수를 혼합하여 페이스트를 생성한 후, 기포발생기를 통해 발생된 기포군을 페이스트에 혼합하여 기포콘크리트를 생성한다.
이때 페이스트에 기포군을 혼합하기 전에 페이스트에 유효미생물과 식물영양제, 수분 등이 포함된 히드로겔을 투입하고 기포군을 혼합하여 토양콘크리트를 완성할 수 있다.
상기 토양콘크리트는 식물이 생장할 수 있도록 수분을 포함하고 공기를 흡입, 배출할 수 있도록 내부에 다수의 공극을 형성하며, 식물의 뿌리가 깊게 정착될 수 있도록 내구성과 소정의 압축강도를 유지하는 것이 필요하다.
이를 충족하기 위해 상기 기포콘크리트는 결합재와 배합수 및 기포로 이루어지되, 상기 기포콘크리트는 압축강도가 0.1 ~ 2 MPa을 유지하도록 물결합재비는 30 ~ 50 중량%로 결합재와 배합수를 혼합하여 페이스트를 생성한다.
상기 결합재는 황토, 고로슬래그, 석고, 플라이애쉬 중 하나 이상 선택되어 혼합된 혼화재 50중량비와 시멘트 50중량비를 1m3당 100 ~ 500kg이 되도록 배합한다.
기포제는 포막의 강도가 우수하며 탄력성이 있고 소포율이 적어 소성 시 기포가 소포됨에 따른 침하 및 수축균열을 방지할 수 있는 것을 사용하며, 상기 기포제는 물에 희석되는 적정 희석률이 배합수 100중량비에 대해 2 ~ 5중량비가 되도록 사용하고, 적정 발포율은 1,000 ~ 1,500%가 되도록 독립기포를 생성한다.
발포율이 1,000% 미만일 때는 기포에 수분 함유비율이 크기 때문에 배합 시 물결합재비가 증가하여 압축강도가 저하되며, 발포율이 1,500% 초과할 때는 기포 자체에 수분이 적어 배합 시 페이스트와 배합용기 등의 접촉으로 인해 소포가 발생할 수 있다.
물과 동물성 기포제가 혼합된 기포액은 이송펌프를 이용하여 기포 발생기로 압송 시 고압 콤프레서에 의해 생성된 압축공기를 기포 발생기로 이송되는 기포액에 분사시켜 기포 발생기를 통해 형성된 기포군을 페이스트에 혼합한다.
상기 결합재와 배합수가 혼합된 페이스트는 기포발생기를 통해 발생시킨 기포와 혼합되어 기포콘크리트를 생성하며, 이때 결합재는 1m3당 100 ~ 500kg이 되도록 사용되고, 단위 체적(1m3)당 결합재와 물이 차지하는 부피 이외의 나머지 공간은 기포로 채워져서 기포콘크리트 밀도는 100~ 500kg/m3를 유지하도록 한다.
상기 기포콘크리트에 혼합되는 히드로겔은 자신의 중량보다 수백배의 물을 흡수, 저장하는 능력이 있으며, 또한 상기 히드로겔은 식물생장에 필요한 식물영양제와 병충해 저항성을 위한 유효미생물을 포함하여 이루어진다.
상기 기포콘크리트를 양생하여 파쇄한 것에 히드로겔이 혼합되어 식물이 생장할 수 있는 인공 토양콘크리트가 조성되며, 상기 히드로겔은 식물이 생장할 수 있는 최적의 수분을 유지할 수 있도록 토양콘크리트 체적의 30 ~ 50중량비를 투입한다.
히드로겔에 포함된 유효미생물과 식물영양제, 수분 등은 시간을 두고 지속적으로 식물에 흡수되며, 또한 토양콘크리트에 형성된 다수의 공극에 의해 급수 또는 우천 시 수분을 흡수, 저장하여 식물에 공급한다.
상기 유효미생물은 토양콘크리트와 식물이 최적상태를 유지하도록 효모 또는 유산균 또는 광합성 세균 등을 배양하여 히드로겔에 흡수시키며, 상기 식물영양제는 식물생장을 위해 규인칼슘, 황산가리 등을 사용하여 유효미생물과 함께 히드로겔에 흡수시키고, 히드로겔에 흡수되는 식물영양제는 식물에 지속적으로 공급되어 토양콘크리트를 비옥하게 만든다.
상기 페이스트에 기포군을 혼합하기 전에 페이스트에 히드로겔을 투입한 후 기포군을 혼합하여 토양콘크리트를 조성하는 경우, 먼저 황토, 고로슬래그, 석고, 플라이애쉬 중 하나 이상 선택되어 혼합된 혼화재 50중량비와 시멘트 50중량비를 1m3당 100 ~ 500kg이 되도록 결합재를 배합하고, 상기 결합재에 물결합재비 30 ~ 50%중량%가 되도록 배합수를 혼합하여 페이스트를 생성한다.
다음으로 상기 페이스트에 히드로겔을 0.3 ~ 0.5m3/m3가 되도록 혼합한 후, 상기 히드로겔이 포함된 페이스트에 배합수 100중량비에 대해 기포제 2 ~ 5중량비를 사용하고 기포발생기를 통해 적정 발포율은 1,000 ~ 1,500%인 기포를 혼합하여 토양콘크리트를 조성한다.
도 2는 본 발명의 토양콘크리트를 건물 옥상에 조성함에 따른 효과를 나타내는 도면으로, 도 2는 본 발명의 토양콘크리트를 건물 옥상에 포설한 것과 종래기술의 천연토양과 인공토양을 혼합한 토양콘크리트를 건물 옥상에 포설한 것을 대비한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 종래기술에 비해 여름에 직사광선을 차단하고, 식물의 수분에 의한 증발산작용에 의해 온도가 저감되며, 태양 복사열을 차단하고, 겨울에 토양콘크리트에 쌓인 낙엽층 및 토양콘크리트로 형성된 깊은 토양층으로 인해 건물 최상층 콘크리트의 열전도율이 저감되어 여름과 겨울에 건물 냉난방 에너지가 절감되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 종래기술에 비해 깊은 토양층을 형성할 수 있으므로 깊은 뿌리를 형성하는 활엽수의 생장이 가능하고, 토양콘크리트가 경량이므로 구조적 안정성과 경제성을 향상시키는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이며, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 황토, 고로슬래그, 석고, 플라이애쉬 중 하나 이상 선택되어 혼합된 혼화재 50중량비와 시멘트 50중량비를 100 ~ 500kg/m3이 되도록 배합하는 결합재에 물결합재비 30 ~ 50중량%가 되도록 배합수를 혼합하여 페이스트를 생성하는 단계;
    상기 페이스트에 배합수 100중량비에 대해 기포제 2 ~ 5중량비를 사용하고 기포발생기를 통해 적정 발포율은 1,000 ~ 1,500%인 기포를 혼합하여 기포콘크리트를 생성하는 단계;
    상기 기포콘크리트를 양생하여 파쇄한 것에 히드로겔을 혼합하여 토양콘크리트를 제조하는 단계를 포함하며,
    상기 히드로겔은 상기 토양콘크리트 체적의 30 ~ 50%가 되도록 혼합되어 구성되며,
    상기 히드로겔은 유효미생물과 식물영양제 및 수분를 포함하는 것으로 이루어지며, 상기 유효미생물은 효모 또는 유산균 또는 광합성 세균을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물생장용 토양콘크리트 제조방법.
  2. 황토, 고로슬래그, 석고, 플라이애쉬 중 하나 이상 선택되어 혼합된 혼화재 50중량비와 시멘트 50중량비를 100 ~ 500kg/m3이 되도록 배합하는 결합재에 물결합재비 30 ~ 50중량%가 되도록 배합수를 혼합하여 페이스트를 생성하는 단계;
    상기 페이스트에 히드로겔을 0.3 ~ 0.5m3/m3가 되도록 혼합하는 단계;
    상기 히드로겔이 포함된 페이스트에 배합수 100중량비에 대해 기포제 2 ~ 5중량비를 사용하고 기포발생기를 통해 적정 발포율은 1,000 ~ 1,500%인 기포를 혼합하여 토양콘크리트를 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 히드로겔은 유효미생물과 식물영양제 및 수분를 포함하는 것으로 이루어지며, 상기 유효미생물은 효모 또는 유산균 또는 광합성 세균을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물생장용 토양콘크리트 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 식물영양제는 규소인산칼슘 또는 황산가리를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물생장용 토양콘크리트 제조방법.
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