KR101842696B1 - 바텀애쉬를 이용한 경량기포블럭 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바텀애쉬를 이용한 경량기포블럭에 관한 것으로, 보다 상세하게는 재활용성이 떨어져 전량 매립폐기하고 있는 1mm 이하의 바텀애쉬를 재활용하되, 하중을 경감시켜 시공안전성, 시공편리성을 증대시키면서 내충격성과 내습성까지 향상시켜 압축강도를 좋게 함으로써 내구성을 강화시킨 바텀애쉬를 이용한 경량기포블럭에 관한 것이다.

Description

바텀애쉬를 이용한 경량기포블럭{Lightweight bubble block using bottom ash}
본 발명은 바텀애쉬를 이용한 경량기포블럭에 관한 것으로, 보다 상세하게는 재활용성이 떨어져 전량 매립폐기하고 있는 1mm 이하의 바텀애쉬를 재활용하되, 하중을 경감시켜 시공안전성, 시공편리성을 증대시키면서 내충격성과 내습성까지 향상시켜 압축강도를 좋게 함으로써 내구성을 강화시킨 바텀애쉬를 이용한 경량기포블럭에 관한 것이다.
일반적으로, 경량 기포 콘크리트(Autoclared Lightweight Concret:ALC)는 1989년 스웨덴의 호프만(Hofmoun)으로부터 시작하여 다양한 형태로 발전해 왔으며, 현재는 주택, 공장, 창고 등의 외벽, 바닥용 단열층에 사용되고 있다.
이러한 경량 기포 콘크리트는 블럭 형태로 제조되어 건축물의 내벽이나 외벽으로 다양하게 활용되고 있는데, 보통 석회질 원료, 분말 생석회, 석고, 알루미늄, 기포제 등을 적정 비율로 혼합하고 발포하여 제조되며, 일반 콘크리트 블록에 비해 중량이 약 4분의 1 정도로 가볍고, 내화성이 뛰어나며, 일반 콘크리트 블록에 비해 열전도율이 약 10분의 1 이상의 단열효과가 있으며, 차음성이 좋은 것으로 알려져 있다.
그런데, 이러한 경량 기포 콘크리트 블럭(이하 '경량기포블럭'이라 함)은 충격에 약하고, 빗물에 취약하여 평균적인 압축강도가 20MPa 이하로 일반 콘크리트 블럭의 평균 압축강도 25-30MPa에 비해 많이 떨어지는 단점이 있다.
한편, 바텀애쉬는 석탄회의 일종으로 주로 화력발전소의 노벽, 과열기, 재열기 등에 부착되어 있다가 자중에 의해 보일러 바닥으로 떨어지며, 입경은 1-2.5 mm정도를 갖는다.
이러한 바텀애쉬 중 1mm 이하의 것들은 재활성이 떨어지기 때문에 대부분 회처리장으로 보내진 후 매립방식으로 폐기 처리된다.
그리고, 재활용되는 1mm를 초과하는 바텀애쉬는 주로 콘크리트용 잔골재 대용으로 사용되며, 또한 비중이 낮고 다공성으로서 흡수율이 높기 때문에 이러한 특성을 활용할 수 있는 흡음형 방음패널로도 재활용되고 있다.
그런데, 현재 국내 화력발전소는 총 11개 부지에 53기가 가동되고 있고, 추가로 6개 부지에 11기가 건설중이며, 9기를 신규 증설할 계획에 있기 때문에 2030년에 이르면 70여기의 화력발전소가 가동되게 되므로 이에 따라 발생되는 바텀애쉬의 양은 엄청날 것으로 예상된다.
때문에, 매립 폐기되어야 할 바텀애쉬의 양도 상대적으로 현저히 늘어나게 될 것이며, 그로 인한 처리문제, 비용문제, 매립지 주변 거주자들의 민원문제 등 바텀애쉬 처리와 관련하여 상당한 문제에 봉착될 수 있다.
하지만, 재활용이 가능한 크기의 바텀애쉬를 제외한 매립방식으로 폐기처분되어야 할 1mm 이하 입도의 바텀애쉬에 대한 처리 문제는 아직까지 요원한 일이어서 이에 대한 대책이 시급한 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2001-0045134호(2001.06.05.) '표면처리한 경량기포블록과 이를 이용한 옹벽 시공 방법' 대한민국 공개특허 제10-2007-0053176호(2007.05.23.) '경량기포콘크리트 블럭 조적조의 수지망삽입에 의한 벽체크랙방지 시공법' 대한민국 공개특허 제10-2011-0058611호(2011.06.01.) '경량 기포콘크리트 블록을 사용한 벽체의 동절기 시공방법'
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 재활용성이 떨어져 전량 매립폐기하고 있는 1mm 이하의 바텀애쉬를 재활용하되, 하중을 경감시켜 시공안전성, 시공편리성을 증대시키면서 내충격성과 내습성까지 향상시켜 압축강도를 좋게 함으로써 내구성을 강화시킨 바텀애쉬를 이용한 경량기포블럭을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 바텀애쉬를 이용한 경량기포블럭에 있어서,
상기 경량기포블럭은,
입도 1mm 이하의 바텀애쉬 7.5중량%와, 모래 7.5중량%와, SBS(styrene-butadiene-styrene) 2.5중량%와, 소듐라우릴설페이트 1.5중량%와, 탄화칼슘(CaC2) 3중량%와, 규산소다 1.5중량%와, 트리에탄올아민(Triethanolamine) 0.5 중량%와, 헥사메틸렌테트라민(Hexamethylenetetramine) 1.5 중량%와, 포름산(Formic acid) 0.05 중량%와, 3-클로로프로필렌옥시드 1.5중량%와, 포졸란 3.5중량%와, 물 25중량% 및 나머지 포틀랜트 시멘트로 이루어진 블럭조성물을 성형하여 제조하되,
상기 경량기포블럭의 단열성을 강화시키도록 상기 블럭조성물에, 상기 포틀랜트 시멘트 100중량부를 기준으로 아크릴 공중합체 4.5중량부와, 파라핀왁스 2.5중량부, 5-10mm의 씬슐레이트 극세사 2.5중량부 및 폴리우레아수지 3.5중량부를 더 첨가하고;
상기 경량기포블럭의 내변성과 성형시 치수안정성 및 흡음성을 강화시키도록 상기 블럭조성물에, 상기 포틀랜트 시멘트 100중량부를 기준으로 폴리부텐 2.5중량부 및 디크롤에탄과 메틸렌클롤라이드가 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 2.5중량부를 더 첨가한 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 경량기포블럭을 제공한다.
삭제
본 발명에 따르면, 재활용성이 떨어져 전량 매립폐기하고 있는 1mm 이하의 바텀애쉬를 재활용하되, 하중을 경감시켜 시공안전성, 시공편리성을 증대시키면서 내충격성과 내습성까지 향상시켜 압축강도를 좋게 함으로써 내구성을 강화시킨 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 바텀애쉬를 이용한 경량기포블럭은 특히, 1mm 이하의 입도를 갖는 바텀애쉬를 매립 폐기하지 않고, 경량기포블럭의 한 조성물로 포함시켜 재활용 가능하게 함으로써 폐기에 따른 많은 문제들을 해소하는데 기여하도록 한 것이다.
뿐만 아니라, 기존 경량기포블럭이 충격에 약하고, 빗물에 취약하여 내구성이 좋지 않았던 것을 해소하여 내구성이 우수한 경량기포블럭을 제공한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 바텀애쉬를 이용한 경량기포블럭은 입도 1mm 이하의 바텀애쉬 7.5중량%와, 모래 7.5중량%와, SBS(styrene-butadiene-styrene) 2.5중량%와, 소듐라우릴설페이트 1.5중량%와, 탄화칼슘(CaC2) 3중량%와, 규산소다 1.5중량%와, 트리에탄올아민(Triethanolamine) 0.5 중량%와, 헥사메틸렌테트라민(Hexamethylenetetramine) 1.5 중량%와, 포름산(Formic acid) 0.05 중량%와, 3-클로로프로필렌옥시드 1.5중량%와, 포졸란 3.5중량%와, 물 25중량% 및 나머지 포틀랜트 시멘트로 이루어진 블럭조성물을 성형하여 형성된다.
특히, 본 발명에 따른 블럭조성물은 소성없이 결합성을 유지하여 비소성 방식으로 성형된 경량기포블럭을 제공하므로 성형상 편리성이 증대된다.
이때, 바텀애쉬는 일종의 광물성 혼화제로서의 기능을 수행하며, 다공성, 경량성, 단열성을 강화시키며, 주성분인 실리카와 알루미나 및 미량성분으로 CaO, MgO, Na2O, K2O 등을 포함하고 있어 골재나 모래를 대체할 수 있다.
때문에, 모래 사용량을 줄일 수 있어 비용을 절감하고, 그 만큼 경량화가 가능하여 하중경감에 기여하므로 시공시 안전사고의 위험을 낮추고, 시공 편리성을 증대시킨다.
그리고, SBS(styrene-butadiene-styrene)는 고분자 사슬과 모래 및 바텀애쉬들 간의 망상조직을 형성하여 외부 충격을 흡수 및 완화시키는 역할을 하므로 인장강도와 내충격성을 강화시킨다. 다만, 2.5중량%를 초과하여 과량 첨가되면 시멘트의 고화를 저해하여 성형성을 떨어뜨리므로 상기 범위로 한정해야 한다.
또한, 소듐라우릴설페이트(Sodium Lauryl Sulfate)는 기포제로서, 기포발생 과정중 기포제 자체에서 발생하는 냄새를 피하면서 계면 활성기능도 수행하기 위해 첨가되며, 1.5중량%를 초과할 경우에는 다량의 미세 기포 형성에는 유리하나 고열 작용시 기포제의 열분해에 의한 유독가스가 다량으로 발생하기 때문에 상기 범위로 한정해야 한다.
뿐만 아니라, 탄화칼슘(CaC2)은 소성을 하지 않고도 조성물들, 특히 바텀애쉬와 모래 등의 결합력을 높여 성형될 수 있도록 첨가되는 성분이다.
예컨대, 탄화칼슘은 아세틸렌 가스 제조시 발생되는 부산물로 탄화칼슘이 물과의 반응에 의해 수산화칼슘을 만들고, 이 수산화칼슘이 바텀애쉬의 Si, Al, Fe의 성분과 만나서 C-S-H 겔 형태의 포졸란 반응을 일으켜 시멘트의 수화반응처럼 콘크리트 블럭을 고화시켜 강도 발현이 가능하게 하여 준다.
다만, 3중량%를 초과하여 과량 첨가되면 급격한 반응에 의한 성형성 저해를 초래하므로 상기 범위로 한정되어야 한다.
아울러, 규산소다(Sodium Silicates)는 블럭 표면에서 겔화를 유도하여 내습성을 강화시킴으로써 블럭의 중성화를 방지하고, 이를 통해 장수명화를 달성하기 위해 상기 범위로 첨가된다.
또한, 트리에탄올아민은 계면활성과 분산된 유화성분들의 유화를 촉진하기 위해 첨가되나, 위험도가 높은 물질이므로 상기와 같이 소량 첨가되어야 한다.
그리고, 헥사메틸렌테트라민은 방부성을 강화시키면서 산성에서 염을 만들면서 분해되어 포름알데히드를 방출시켜 유해성을 제거하기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 포름산은 수산에 글리세린을 가해 제조되기 때문에 스케일 용해력이 커 산세탁을 통해 성분내 바인딩을 저해하는 이물 제거를 위해 첨가된다.
나아가, 3-클로로프로필렌옥시드는 반응성이 강한 염소계 물질로서 반응을 촉진하고, 유분과 시멘트의 수화작용시 안정적인 결합성 유지를 위해 첨가된다.
또한, 포졸란은 시멘트의 수화반응을 유도하기 위해 첨가된다.
이에 더하여, 본 발명에서는 상기 경량기포블럭의 단열성을 더욱 더 강화시키기 위해 상기 블럭조성물에 포틀랜트 시멘트 100중량부를 기준으로 아크릴 공중합체 4.5중량부와, 파라핀왁스 2.5중량부, 5-10mm의 씬슐레이트 극세사 2.5중량부 및 폴리우레아수지 3.5중량부를 더 첨가할 수 있다.
이때, 상기 아크릴 공중합체(Acrylic copolymer)는 콘크리트 표면에 도막을 형성하여 차열 특성을 강화시킴으로써 단열성을 강화시킨다.
또한, 상기 파라핀왁스는 상변화물질로서 잠열 축열성을 높여 단열성, 보온성을 강화시킨다.
아울러, 상기 씬슐레이트 극세사는 섬유들 사이에 미세한 정전기력이 미치는 공간을 확보하여 열을 가두는 열챔버 기능을 수행함으로써 단열성을 강화시킨다.
그리고, 상기 폴리우레아수지는 바인딩 강화를 통한 차광에 의한 단열성을 강화시킨다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 경량기포블럭의 내변성과 성형시 치수안정성 및 흡음성 향상을 위해 상기 블럭조성물에, 상기 포틀랜트 시멘트 100중량부를 기준으로 폴리부텐 2.5중량부 및 디클로로에탄과 메틸렌 클로라이드가 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 2.5중량부를 더 첨가할 수 있다.
이때, 폴리부텐은 자외선 및 열과 화학적 안정성을 높여 경량기포블럭의 변형 및 변색을 억제한다.
그리고, 디클로로에탄과 메틸렌 클로라이드가 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물은 블럭 성형시 조성물의 치수안정화를 꾀해 체적변화에 따른 불량을 억제하고, 흡음성을 강화시킨다.
이하, 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 경량기포블럭의 특성을 확인하기 위해 다음 실시예와 같은 블럭조성물로 5cm×5cm×2cm 크기의 성형 시료를 만든 후 양생하여 재령 28일을 유지하였다.
[실시예 1]
본 발명 실시예 1에 따른 블럭조성물은 평균입도 0.5mm를 갖는 바텀애쉬 7.5중량%와, 모래 7.5중량%와, SBS 2.5중량%와, 소듐라우릴설페이트 1.5중량%와, 탄화칼슘 3중량%와, 규산소다 1.5중량%와, 트리에탄올아민 0.5 중량%와, 헥사메틸렌테트라민 1.5 중량%와, 포름산 0.05 중량%와, 3-클로로프로필렌옥시드 1.5중량%와, 포졸란 3.5중량%와, 물 25중량% 및 나머지 포틀랜트 시멘트로 구성하였다.
[실시예 2]
실시예 1의 블럭조성물에, 포틀랜트 시멘트 100중량부를 기준으로 아크릴 공중합체 4.5중량부와, 파라핀왁스 2.5중량부 및 폴리우레아수지 3.5중량부를 더 첨가하였다.
[실시예 3]
실시예 2의 블럭조성물에, 포틀랜트 시멘트 100중량부를 기준으로 폴리부텐 2.5중량부 및 디클로로에탄과 메틸렌 클로라이드가 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 2.5중량부를 더 첨가하였다.
이렇게 만들어진 실시예 1,2,3 시료에 대해 KS F 2405에 준하여 압축강도를 측정하였다.
측정결과, 실시예 1은 34PMa, 실시예 2는 33MPa, 실시예 3은 34MPa로 측정되어 일반 콘크리트 블럭의 압축강도와 비교했을 때 동등 이상을 유지하였다.
또한, 단열 특성을 확인하기 위해 상온에서 동일크기의 밀폐된 각각의 하우징 내부에 실시예 1,2,3의 시료를 두고 일측면에서 각 시료의 표면으로 5시간 동안 빛을 조사한 후 적외선 온도계로 조사한 표면의 온도변화를 확인하였다. 여기에서, 광원은 화창한 정오의 태양광에 해당하는 7만 Lux를 사용하였다.
이때, 비교를 위해 일반 콘크리트 블럭으로 된 동일크기의 시료도 함께 실험하였으며, 실험전 제1,2,3시료 및 비교용 시료는 약 0.7℃ 범위 내에서 편차가 있기는 하였지만 모두 표면 온도가 17℃였다.
실험 결과, 실시예 1은 21℃까지 상승하였고, 실시예 2는 18.1℃, 실시예 3은 17.9℃까지 상승하였으나, 비교용 시료는 25.1℃까지 상승하였다.
이를 통해, 본 발명에 따른 경량기포블럭의 단열성이 확인되었다.
또한, 흡음성 여부를 확인하기 위해 KS F 2810(건축물의 현장 바닥 충격음 측정방법)에 따라 경량 충격음 레벨을 측정한 결과, 두께 2cm를 기준으로 63Hz의 주파수일 때 실시예 1은 42dB의 충격음 레벨을 나타내었으며, 실시예 2는 36dB, 실시예 3은 35dB를 나타내었다. 이로써, 흡음성을 강화시킨 실시예 2,3의 경우 흡음효과가 있는 것으로 확인되었다.
뿐만 아니라, 실시예 1,2,3의 시료를 60°각도로 경사배치한 상태에서 물을 뿌려 방습성이 있는지 확인한 결과, 모든 시료에서 물이 흘러내려 흡수되지 않음을 확인하였고, 나아가 실외에 10일간 자연상태로 방치한 후 변색여부를 확인한 결과, 모두 변색되지 않았다.

Claims (2)

  1. 바텀애쉬를 이용한 경량기포블럭에 있어서,
    상기 경량기포블럭은,
    입도 1mm 이하의 바텀애쉬 7.5중량%와, 모래 7.5중량%와, SBS(styrene-butadiene-styrene) 2.5중량%와, 소듐라우릴설페이트 1.5중량%와, 탄화칼슘(CaC2) 3중량%와, 규산소다 1.5중량%와, 트리에탄올아민(Triethanolamine) 0.5 중량%와, 헥사메틸렌테트라민(Hexamethylenetetramine) 1.5 중량%와, 포름산(Formic acid) 0.05 중량%와, 3-클로로프로필렌옥시드 1.5중량%와, 포졸란 3.5중량%와, 물 25중량% 및 나머지 포틀랜트 시멘트로 이루어진 블럭조성물을 성형하여 제조하되,
    상기 경량기포블럭의 단열성을 강화시키도록 상기 블럭조성물에, 상기 포틀랜트 시멘트 100중량부를 기준으로 아크릴 공중합체 4.5중량부와, 파라핀왁스 2.5중량부, 5-10mm의 씬슐레이트 극세사 2.5중량부 및 폴리우레아수지 3.5중량부를 더 첨가하고;
    상기 경량기포블럭의 내변성과 성형시 치수안정성 및 흡음성을 강화시키도록 상기 블럭조성물에, 상기 포틀랜트 시멘트 100중량부를 기준으로 폴리부텐 2.5중량부 및 디클로로에탄과 메틸렌 클로라이드가 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 2.5중량부를 더 첨가한 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 경량기포블럭.
  2. 삭제
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101491589B1 (ko) * 2014-07-08 2015-02-09 대진건설(주) 해조류를 이용한 친환경 콘크리트 블록 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 블록 제조방법
KR101740700B1 (ko) * 2017-01-09 2017-05-26 이호준 단열 및 방음성이 향상된 경량기포 콘크리트

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