KR101883446B1 - 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 콘크리트블록 - Google Patents
유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 콘크리트블록 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 콘크리트블록에 관한 발명으로, 하천 및 호소, 해양 연안에 설치하여 인공 어초 또는 시설물로 이용하는 콘크리트블록에 있어서, 시멘트와, 입도 2mm 이하의 모래를 1 : 3의 중량비로 혼합하여 1차혼합물을 조성하는 1차배합단계(S10)와, 1차혼합물에, 1차혼합물 중량기준 5 ~ 20중량%의 황을 첨가하고 건식 교반하여 2차혼합물을 조성하는 2차배합단계(S20)와, 2차혼합물에, 상기 1차배합단계(S10)에서 투입된 시멘트 중량대비 0.6~0.72 중량비의 증류수를 첨가하고 23±3℃의 온도에서 습식 교반하여 블록조성물을 조성하는 조성단계(S30)와, 블록조성물을 형틀에 주입 후 경화하여 콘크리트블록으로 성형하는 성형단계(S40)를 포함하여 구성함에 따라 조류 등 유해생물의 생장을 억제하여 녹조 저감 등 보다 근본적인 수질환경을 개선하고 친환경적이며 경제적인 콘크리트블록을 제조하는 것이 특징이다.
Description
본 발명은 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 콘크리트블록에 관한 발명으로, 더욱 상세하게는 하천 및 호소, 해양 연안 등에 인공 어초나 테트라포드와 같은 시설물의 용도로 설치되는 콘크리트블록에 있어서, 황 성분을 함유하여 수계 환경에서 조류 등 유해생물의 생장 억제능을 발휘하는 콘크리트블록을 제조하도록 구성함으로써 수질환경을 개선하고 친환경적인 콘크리트블록을 제공하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 하천 및 호소(湖沼), 해양 연안 등에는 다양한 종류 및 형태의 콘크리트블록이 설치되어 인공어초나, 호안블록 및 테트라포드와 같은 소파(消波), 방호, 옹벽용 시설물로 이용된다.
콘크리트블록은 제품의 규격화가 용이하고 시공성이 간편하며 자연석을 대신하여 사용되므로 채석 등에 의한 환경훼손을 방지하는 이점이 있다. 주원료인 시멘트는 국내 천연자원 중에서도 비교적 매장량이 풍부한 석회석을 자원으로 하므로 제조 경쟁력이 높고, 연안의 개발, 부두건설, 어초 투입 등 콘크리트블록 구조물을 수계 환경에 적용하는 사례가 지속적으로 증가하고 있어 앞으로도 그 수요는 늘어날 것으로 예측된다.
통상적인 콘크리트블록은 시멘트모르타르를 용도에 따라 다양한 형태로 성형하여 제조한다. 최근에는 친환경적인 기능성을 부여하기 위하여 모르타르에 기타 골재를 첨가하여 제조하기도 한다.
일례로서, 한국등록특허 제 10 - 0802050 호에 공지된 저독성 콘크리트 호안블록 제조방법의 구성을 개략적으로 살펴보면, 자갈, 모래, 시멘트, 세리사이트 분말, 크로라이트 분말, 하수오니 소각회를 고르게 혼합시킨 후 물을 주입하여 콘크리트를 반죽하는 단계와, 거푸집의 내부에 서로 결속된 철근 골조를 넣은 후 콘크리트를 주입하여 호안블럭을 성형하는 단계와, 콘크리트가 굳은 후 거푸집을 분리하여 6∼8일간 양생시켜 저독성 콘크리트 호안블럭을 완성하는 단계를 포함하여 구성한다.
다른 예로서, 한국등록특허 제 10 - 0753429 호에는 친환경적인 저독성 방파제용 테트라포드의 제조방법을 공지한 바, 그 구성을 살펴보면 원적외선을 방사하는 일라이트, 회장석, 돌로마이트의 미세한 분말을 150메시 이하의 입도를 갖는 체로 걸러서 미세 분말로 가공하는 단계와, 시멘트, 모래, 골재, 일라이트, 회장석, 돌로마이트, 혼화재를 고르게 혼합한 후 물을 투입하여 반죽하는 단계와, 4개의 다리 형상의 성형홈을 갖는 거푸집의 내부에 철근 골조를 투입하고 반죽된 콘크리트를 형틀에 투입하여 가압시키면서 진동을 부여하여 테트라포드를 성형하는 단계와, 자연상태로 방치하여 콘크리트를 1차 양생하는 단계와, 1차 양생이 완료된 테트라포드 성형물에서 거푸집을 분리하여 탈형시키는 단계와, 분리된 테트라포드 성형물을 자연상태에서 양생시키는 2차 양생단계를 포함하여 구성한다.
또 다른 예로서, 한국등록특허 제 10 - 1506514 호에는 친환경 어류형 어초 제조방법을 공지한 바, 세리사이트와 일라이트 광물을 준비하는 준비단계와, 광물을 파쇄하여 불순물 제거한 후 건조하여 수분을 제거하고 체로 선별하여 미세 분말로 가공하는 가공단계와, 분말화 된 광물에 세리사이트분말, 일라이트분말, 자갈, 모래, 시멘트, 혼합재, 물로 혼합되는 혼합물을 반죽하는 혼합단계와, 혼합물을 거푸집을 통해 성형하여 가제품을 형성하는 성형단계와, 거푸집을 분리하고 양생하여 어초를 형성하는 완성단계를 포함하여 구성한다.
상기와 같은 종래 기술이 적용되는 저독성 콘크리트 호안블록의 제조방법에서는 기본 재료인 자갈, 모래, 시멘트와 함께 세리사이트, 크로라이트 분말을 혼합한 모르타르를 이용해 콘크리트 호안블록을 제조하도록 구성한다.
다른 예로 든 종래 기술인 친환경 테트라포드, 어초 제조방법 역시 시멘트, 모래와 함께 일라이트, 돌로마이트, 세리사이트와 같은 광물 분말을 혼합하여 반죽, 성형, 양생 단계를 거쳐 제조하도록 구성한다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래 기술은 단순히 세리사이트, 크로라이트, 일라이트와 같은 천연광물의 흡착력 및 음이온 방출 기능을 이용해 시멘트의 강알칼리성에 의한 독성 및 콘크리트 백화현상을 저감하는 수준에 그치는 실정이다.
즉, 하천 및 호소, 해양 연안 등 일반적인 수계 환경에서 가장 큰 위해가 되고 있는 조류의 기하급수적인 생장에 의한 녹조의 발생, 그로 인한 생태계 파괴, 예컨대 인체에 직접적인 독성을 가지는 남조류에 의한 영향뿐만 아니라 수계의 산소를 고갈시키는 등의 근본적인 문제에는 사실상 대응할 수 없는 한계가 있다.
또한, 종래 기술에서 사용되는 세리사이트, 크로라이트, 일라이트 등의 광물은 비교적 고가의 광물에 속하고 추가적인 가공 과정이 수반되어야 하므로 제조 과정에서 작업성 및 생산성을 저감하고 콘크리트블록의 가격 경쟁력을 하락하는 등의 문제를 내포하고 있다.
이에 본 발명에서는 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,
본 발명의 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법은,
하천 및 호소, 해양 연안에 설치하여 인공 어초 또는 시설물로 이용하는 콘크리트블록에 있어서,
시멘트와, 입도 2mm 이하의 모래를 1 : 3의 중량비로 혼합하여 1차혼합물을 조성하는 1차배합단계(S10)와,
1차혼합물에, 1차혼합물 중량기준 5 ~ 20중량%의 황을 첨가하고 건식 교반하여 2차혼합물을 조성하는 2차배합단계(S20)와,
2차혼합물에, 상기 1차배합단계(S10)에서 투입된 시멘트 중량대비 0.6~0.72 중량비의 증류수를 첨가하고 23±3℃의 온도에서 습식 교반하여 블록조성물을 조성하는 조성단계(S30)와,
블록조성물을 형틀에 주입 후 경화하여 콘크리트블록으로 성형하는 성형단계(S40)를 포함하고;
상기 성형단계(S40)를 거친 후 양생된 콘크리트블록에, 0.1M 농도의 질산용액을 전처리하여 pH6으로 적정하는 표면개질단계(S50)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기와 같이 제조되는 본 발명의 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록은 10mm3 당 일평균 황 용출량이 230 ~ 370mg/L인 것을 특징으로 한다.
따라서, 조류 등 유해생물의 생장을 억제하여 보다 근본적으로 수질환경을 개선하고 친환경적이고 경제적인 콘크리트블록을 제조할 수 있는 목적 달성이 가능하다.
본 발명은 시멘트 및 모래를 주원료로 성형, 제조되어 하천 및 호소, 해양 연안에 설치하는 콘크리트블록을 제조함에 있어 수계 내 대표적 유해 미생물인 조류에 대한 생장 및 증식 억제능을 발휘하는 콘크리트블록을 제조하도록 하는 이점이 있다.
특히, 본 발명은 정유 산업의 부산물로 생산되어 비교적 저가이면서도 인체에 유해한 독성이 없는 원료인 황을 이용하여 유해 미생물의 생장은 억제하고 동시에 수중 부착생물의 개체수는 증가하는 기능성 콘크리트블록을 제공하여 수계생태계 보전에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명은 종래의 일반 콘크리트블록에 비해 65% 이상의 조류 생장 억제능을 도출하므로 국내 주요 하천의 수질 환경 악화에 가장 큰 원인인 녹조 문제를 보다 직접적으로 해소할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 단순히 고가의 천연광물 또는 순환골재를 가공, 첨가하여 친환경성을 도모하는 종래 기술과는 달리, 본 발명은 실제 수계에 유해생물 저감을 기능을 도출할 수 있어 보다 직접적이고 근본적인 친환경 콘크리트블록 기술의 토대를 제공하며, 하천, 호소, 해양 연안에 설치되는 호안블록, 인공어초, 테트라포드 등의 시설물과 같이 다양한 범위에 적용할 수 있으므로 관련 산업을 선도하고 시장을 선점할 수 있는 등의 경제적 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법의 흐름을 도시한 플로차트도.
도 2는 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 의해 제조된 콘크리트블록의 압축강도 평가실험 결과를 도시한 그래프.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 의해 제조된 콘크리트블록의 황 용출특성 실험 결과를 도시한 그래프.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 의해 제조된 콘크리트블록의 중금속 용출특성 실험 결과를 도시한 그래프.
도 8 내지 도 9는 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 의해 제조된 콘크리트블록의 조류생장 실험 결과를 도시한 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 의해 제조된 콘크리트블록의 압축강도 평가실험 결과를 도시한 그래프.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 의해 제조된 콘크리트블록의 황 용출특성 실험 결과를 도시한 그래프.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 의해 제조된 콘크리트블록의 중금속 용출특성 실험 결과를 도시한 그래프.
도 8 내지 도 9는 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 의해 제조된 콘크리트블록의 조류생장 실험 결과를 도시한 그래프.
이하, 본 발명의 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 콘크리트블록의 바람직한 실시 예에 따른 구성과 작용을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기의 설명에서 당해 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법의 흐름을 도시한 플로차트도, 도 2는 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 의해 제조된 콘크리트블록의 압축강도 평가실험 결과를 도시한 그래프, 도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 의해 제조된 콘크리트블록의 황 용출특성 실험 결과를 도시한 그래프, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 의해 제조된 콘크리트블록의 중금속 용출특성 실험 결과를 도시한 그래프, 도 8 내지 도 9는 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 의해 제조된 콘크리트블록의 조류생장 실험 결과를 도시한 그래프를 도시한 것이다.
본 발명의 기술이 적용되는 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 콘크리트블록은 하천 및 호소, 해양 연안 등에 설치하는 콘크리트블록을 제조함에 있어, 황 성분을 함유하는 콘크리트블록을 제조하도록 구성함으로써 유해 미생물에 의해 유발되는 녹조의 발생을 근본적으로 억제하여 수질환경을 개선하고 친환경적인 기능성 콘크리트블록을 제공하는 기술에 관한 것임을 주지한다.
이를 위한 본 발명의 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법은 도 1에 도시한 바와 같이 크게 1차배합단계(S10)와, 2차배합단계(S20)와, 조성단계(S30), 성형단계(S40), 및 표면개질단계(S50)를 포함하여 구성하며 구체적으로는 하기와 같다.
상기 1차배합단계(S10)에서는 시멘트와, 입도 2mm 이하의 모래를 1 : 3의 중량비로 혼합하여 1차혼합물을 조성한다.
주원료인 시멘트는 실리카, 알루미나, 산화철, 및 석회를 포함하는 수경성 시멘트이다. 모래는 스크리닝을 통해 입도 2mm 이하의 모래를 사용한다.
상기 시멘트와 모래는 1 : 3의 중량비로 배합, 교반하여 1차혼합물을 조성한다. 해당 범위를 벗어날 경우 일반적인 콘크리트블록에 요구되는 평균 압축강도에 미치지 못하거나 수계 환경에 설치시 투수성으로 인해 수명단축을 야기할 수 있다.
상기 2차배합단계(S20)에서는 1차혼합물에, 1차혼합물 중량기준 5 ~ 20중량%의 황을 첨가하고 건식 교반하여 2차혼합물을 조성한다.
황(S)은 지각 암석의 0.034%를 구성하는 풍부한 원소로서 자연황을 함유하는 광석은 주로 화산 지역에 널리 분포한다. 현재 생산되는 황의 대부분은 석유화학공정에서 천연가스에 함유된 황화수소를 탈황하거나 원유를 수소 처리, 탈황시켜 수득한다.
황은 각종 의약품, 화학약품 등의 제조에 널리 사용되는데 황의 90% 이상은 황산을 만드는데 사용된다. 그밖에 살충, 살균제로도 사용되는데 황 분말은 유기농 과수 농가에서 농약으로 사용되거나 양조과정에서 살균, 보존제로 사용되기도 한다. 이산화황과 같은 황 화합물은 특유의 냄새 및 독성을 가지나 순수 황원소는 냄새 및 독성이 거의 없다.
2차배합단계(S20)에서는 1차배합단계(S10)에서 조성한 1차혼합물의 중량에 비례하도록 5 ~ 20중량%의 황을 첨가하여 2차혼합물을 조성한다. 황의 배합비가 상기 범위를 벗어날 경우 콘크리트블록으로 제조 후 황이 과소 용출되어 조류 생장 억제 효과를 도출할 수 없으므로 해당 범위에서 첨가한다.
상기 조성단계(S30)에서는 2차혼합물에, 상기 1차배합단계(S10)에서 투입된 시멘트 중량대비 0.6~0.72 중량비의 증류수를 첨가하고 23±3℃의 온도에서 습식 교반하여 블록조성물을 조성한다. 상기 조성 온도 및 양생 온도는 콘크리트블록의 압축강도에 영향을 미칠 수 있으므로 해당 온도 범위에서 조성한다.
상기 성형단계(S40)에서는 블록조성물을 용도에 따라서 상응하는 형틀에 주입 후 경화하여 콘크리트블록으로 성형한다. 성형된 콘크리트블록은 일정 기간 양생하여 사용한다.
한편, 상기 성형단계(S40)를 거친 후 양생된 콘크리트블록에, 0.1M 농도의 질산용액을 전처리하여 pH6으로 적정하는 표면개질단계(S50)를 포함한다.
콘크리트블록의 주원료인 시멘트는 물과 결합 시 pH12 이상의 강알칼리성을 침출하므로 수중 생태환경에 악영향을 미치게 된다. 본 발명에서는 표면개질단계(S50)를 통해 콘크리트블록의 강알칼리성에 의한 초기 환경적 부하에 따른 피해를 미연에 방지하도록 알칼리를 중화적정하는 표면개질 전처리를 실시한다. 더불어 전처리 과정에서 칼슘, 알루미늄, 철 등의 성분 역시 상당량 용탈된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 따라 제조된 콘크리트블록은 10mm3 당 일평균 황 용출량이 230 ~ 370mg/L인 것을 특징으로 한다. 이에 관한 구체적인 사항은 하기 실험 예2에 의한 황 용출특성 실험을 통해 자세히 기술한다.
이하에서는 전술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 기술이 적용된 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 의한 콘크리트블록을 포함하는 실시 예를 구성하고 그에 따른 효과에 대해서 면밀하게 파악하고자 한다. 하기 설명은 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 들어 설명하는 것이므로 본 발명은 하기 실시 예에 의해 한정되는 것이 아니며 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 제공될 수 있음은 당연하다 할 것이다.
<실시 예>
본 발명의 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법에 따라서 1차배합단계 내지 성형단계(S10~S40)와 표면개질단계(S50)를 거쳐 콘크리트블록을 제조한다.
1차배합단계(S10)에서 사용되는 시멘트는 시판중인 포틀랜드 시멘트를 사용하였다.
2차배합단계(S20)에서 첨가되는 본 발명의 유해생물 억제 주요 성분인 황의 배합비를 1차혼합물 중량기준 5 ~ 20중량%로 차등하여 실시예1 내지 실시예4를 제조하고, 황을 무첨가한 비교예를 제조한다. 하기 표 1에는 1차배합단계 내지 조성단계(S10~S30)에서 각 재료의 배합비를 기재한 것이다.
| 시멘트 | 모래 | 황 | 물 | |
| 비교예 | 1 | 3 | 0 | 0.6 |
| 실시예1 | 1 | 3 | 0.21 | 0.6 |
| 실시예2 | 1 | 3 | 0.44 | 0.64 |
| 실시예3 | 1 | 3 | 0.71 | 0.68 |
| 실시예4 | 1 | 3 | 1 | 0.72 |
비교예 및 실시예1 내지 실시예4에 따라 제조된 콘크리트블록은 하기 실험 예1 내지 실험 예5에 따른 압축강도 평가실험, 황 용출특성 실험, 중금속 용출특성 실험, 조류생장 실험, 부착생물 실험에 사용하기 적합하도록 성형단계(S40)에서 규격을 차등하여 각각 시료1 내지 시료3을 마련한다. 하기 표 2는 각 실험별 콘크리트블록 시료의 규격 및 실험용도를 기재한 것이다.
| 높이 × 가로 × 세로(mm) | 비고 | |
| 시료1 | 100 × 100 × 100 | 물리, 화학적 특성 및 압축강도 실험용 |
| 시료2 | 100 × 50 × 25 | 담수 및 해수 조건 설치 실험용 |
| 시료3 | 10 × 10 × 10 | Lab-scale 용출 실험 및 조류 생장 실험용 |
<실험 예1-압축강도 평가실험>
비교예 및 실시예1 내지 실시예4의 콘크리트블록을 25℃에서 28일간 양생한 시료1을 이용해 시험기에 투입하여 압축강도를 측정한다. 압축강도는 파괴하중과 입방 공시체의 단면적의 비로 나타내며, 일반 콘크리트블록의 강도 기준은 22kN/mm2 이상이다. 도 2는 비교예 및 실시예1 내지 실시예4의 콘크리트블록의 압축강도 측정 결과를 도시한 그래프이다.
실험 결과 본 발명에 따른 실시예1 내지 실시예4에서 황 첨가량이 증가함에 따라 콘크리트블록의 압축강도가 소폭 감소하는 경향을 보이긴 했으나 일반 콘크리트블록 대비 96.54~99.56% 수준의 강도를 재현하는 것으로 나타나 그 차이는 경미한 것을 확인할 수 있다. 아울러, 본 발명의 실시예1 내지 실시예4에 따른 콘크리트블록은 비교예에 비해서 압축강도에 차이가 거의 없는 것으로 확인되어 황 첨가 여부는 콘크리트블록의 압축강도에 큰 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있다.
<실험 예2-황 용출특성 실험>
비교예 및 실시예1 내지 실시예4의 콘크리트블록을 시료3을 이용해 황 용출 농도를 측정한다. 용출용액은 증류수를 일반 하천수로 모의하여 pH 중성으로 설정해 실험에 이용한다. 용출용액은 시편 g당 200mL의 고액비로 조성하여 100rpm으로 교반하고 상온에서 유도결합플라즈마/방출분광기를 이용해 분취된 시료3으로부터 15일간 황의 정량 분석을 수행한다. 이와 함께 하기 실험 예3을 위해서 시멘트에서 용출될 수 있는 유해 중금속의 용출특성을 함께 분석한다. 도 3은 비교예 및 실시예1 내지 실시예4의 콘크리트블록의 황 성분 측정 결과를 도시한 그래프이고, 도 4는 실시예3(a) 및 실시예4(b)의 각 시료의 표면과 중심부에서의 원소 함량 측정 결과를 도시한 그래프이다.
실험 결과 황을 무첨가한 비교예의 콘크리트블록에서 15일간 49.2mg/L의 황이 용출된 것으로 측정된바, 이는 시멘트 자체에 포함된 소량의 황 성분이 용출된 것으로 그 양은 무의미하다. 실시예1 내지 실시예3의 콘크리트블록은 황의 첨가량과 용출량이 비례하여 증가하는 경향을 보여 15일간 용출농도가 3451mg/L, 4278mg/L, 5534mg/L(일평균 230 ~ 370mg/L)로 나타났으나, 실시예4의 경우 오히려 4696 mg/L로 분석되어 황 첨가량에 비해 다소 줄어든 경향을 보였다.
실시예4에서 황 용출량이 감소하는 것은 콘크리트블록 내의 황의 분포특성에 따라 그 원인을 찾을 수 있다. 도 4에 도시한 그래프는 X-선 형광분석기를 이용해 콘크리트블록 시료의 표면과 중심부의 원소 함량를 정량 분석한 결과를 나타낸 것으로, 실시예3의 콘크리트블록의 경우 (a)와 같이 표면과 중심부에 16%의 황이 균등하게 분포하고 있으나, 실시예4의 콘크리트블록의 경우 (b)와 같이 표면에는 15%의 황이 분포하고 중심부에 35%황이 분포하고 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 본 실험 예2에 따른 15일간의 용출조건에서는 콘크리트블록 표면에 분포된 황이 비교적 용이하게 용출된 것을 확인할 수 있으며 실시예3의 시편에서 가장 높은 황 용출율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
상기 실험 예1과 실험 예2의 결과를 종합해볼때 1차혼합물 중량기준 약 15중량%로 황을 첨가하여 제조한 콘크리트블록이 압축강도 및 황 용출특성에서 가장 효과적인 성능을 발현하는 것을 확인할 수 있다.
<실험 예3-중금속 용출특성 실험>
상기 실험 예2에서 함께 측정한 유해 중금속의 용출특성을 분석한다. 도 5 내지 도 7은 비교예 및 실시예1 내지 실시예4의 콘크리트블록의 납, 카드뮴, 알루미늄의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
납의 경우 비교예 및 실시예1 내지 실시예4 모두 반응 초기에는 0.2mg/L의 농도로 용출되었으나 15일간 지속적인 용출은 확인되지 않았다. 카드뮴의 경우 검출한계치 근처의 매우 낮은 농도가 용출되어 사실상 납과 카드뮴은 황의 첨가량에 따른 유출량에 영향이 없는 것으로 판단된다.
그러나, 알루미늄의 경우 황을 첨가하지 않은 비교예에 비해 황이 첨가된 본 발명에 따른 실시예1 내지 실시예4의 콘크리트블록에서 상당량의 유출이 방지되는 효과를 나타내었다. 이와 같은 결과는 황이 알루미늄이 산화되어 용출되는 반응을 억제하거나 또는 황산알루미늄의 착물형성 반응으로 알루미늄의 용해율을 감소시키는 작용에 의한 것으로 판단된다.
<실험 예4-조류생장 실험>
비교예 및 실시예1 내지 실시예4의 콘크리트블록을 시료3을 이용해 조류 생장 억제실험을 실시한다.
조류의 분석은 수질오염공정시험기준(ES 04705.1b)의 식물성플랑크톤-현미경계수법에 따라 혈구계수기에 커버글라스를 덮고 비교예 및 실시예1 내지 실시예4의 콘크리트블록 시편 10g을 주입하여 약 5분간 정치 후 1 mm×1 mm격자 내의 개체수를 계수하였다. 5회 반복 계수하여 평균값을 이용하였으며 계수 시 격자 경계면에 걸린 시료는 격자의 4면 중 2면에 걸린 개체는 계수하고 나머지 2면에 들어온 개체는 계수하지 않았다. 도 8은 비교예 및 실시예1 내지 실시예4의 콘크리트블록의 조류 측정 결과를 도시한 그래프이고, 도 9는 초기 조류 개체수 대비 조류 제거율을 도시한 그래프이다.
실험 결과 비교예 및 실시예1 내지 실시예4의 콘크리트블록 모두 조류의 증식이 감소하는 경향을 보였으나 본 발명에 따른 실시예1 내지 실시예4에서 더 큰 감소 경향을 보이는 것을 확인할 수 있다. 또한, 초기 농도와 비교하면 실시예1 내지 실시예4의 콘크리트블록 모두 50%이상, 최대 62.9%의 조류 제거율을 나타내었다. 1차혼합물 중량기준 약 15중량%로 황을 첨가하여 제조된 실시예3의 콘크리트블록이 가장 우수한 조류 생장 억제율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
<실험 예5-부착생물 실험>
비교예 및 실시예1 내지 실시예4의 콘크리트블록을 시료2를 이용해 해양연안 수중에 설치하고 6개월간 표면 부착생물을 관찰한다. 하기 표 3은 콘크리트블록 시료에 부착된 수중생물의 수를 기재한 것이다.
| 비교예 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | |
| 황 첨가 비율(중량%) | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
| 100mm2 당 부착생물 수 | 1.2 | 36.2 | 21.7 | 79.7 | 126.8 |
실험 결과 황 첨가량이 증가함에 따라 콘크리트블록에 부착된 수중생물의 수가 현저히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 황이 무첨가된 비교예의 콘크리트블록에 비해 본 발명에서 1차혼합물 중량기준 약 20중량%로 황을 첨가하여 제조된 실시예4의 콘크리트블록은 시편 100mm2당 부착생물의 수가 약 100배(최대 105.7배) 증가하는 결과를 나타내었다.
더불어, 본 발명의 표면개질단계(S50)를 거친 콘크리트블록은 수중에서 15일간 pH를 측정한 결과 pH10을 넘기기 않는 것을 확인한 바, 알칼리 침출에 따른 수중 생태환경의 오염 역시 저감하므로, 황의 유해 미생물에 대한 저감효과와 함께 수중생물에 대한 친환경적 특성을 동시에 발현하는 결과를 도출함을 확인할 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 콘크리트블록은 비교적 저가이면서 인체에 유해한 독성이 없는 원료인 황을 이용하여 조류 등 유해 미생물의 생장은 억제하고 수중 부착생물 개체수는 증가하는 기능성 콘크리트블록을 제조하도록 구성한다. 따라서, 종래 기술에 비해 보다 직접적이고 근본적인 수질환경 개선 효과를 도출하는 이점이 있다.
그러므로, 본 발명은 하천, 호소, 해양 연안에 설치되는 호안블록, 인공어초, 테트라포드 등의 시설물과 같이 다양한 범위에 적용하여 수계생태계의 보전에 크게 기여할 수 있으며, 더불어 현재 관련기술의 수준이 거의 평준화되어 경쟁력을 갖기 힘든 콘크리트블록 산업 분야에서 새로운 기술적 토대를 마련하여 경쟁력을 제고하고, 특히 국내 하천 및 호소에서 심각한 수준에 있는 녹조 등의 조류가 유발하는 수계 오염 문제로 인한 환경적, 경제적 부담을 크게 해소하는데 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.
S10: 1차배합단계
S20: 2차배합단계
S30: 조성단계
S40: 성형단계
S50: 표면개질단계
S20: 2차배합단계
S30: 조성단계
S40: 성형단계
S50: 표면개질단계
Claims (3)
- 하천 및 호소, 해양 연안에 설치하여 인공 어초 또는 시설물로 이용하는 콘크리트블록의 제조방법에 있어서,
시멘트와, 입도 2mm 이하의 모래를 1 : 3의 중량비로 혼합하여 1차혼합물을 조성하는 1차배합단계(S10);
1차혼합물에, 1차혼합물 중량기준 5 ~ 20중량%의 황(S)을 첨가하고 건식 교반하여 2차혼합물을 조성하는 2차배합단계(S20);
2차혼합물에, 상기 1차배합단계(S10)에서 투입된 시멘트 중량대비 0.6~0.72 중량비의 증류수를 첨가하고 23±3℃의 온도에서 습식 교반하여 블록조성물을 조성하는 조성단계(S30);
블록조성물을 형틀에 주입 후 경화하여 콘크리트블록으로 성형하는 성형단계(S40); 및
상기 성형단계(S40)를 거친 후 양생된 콘크리트블록에, 0.1M 농도의 질산용액을 전처리하여 pH6으로 적정하는 표면개질단계(S50);를 포함하고,
상기 1차배합단계 내지 표면개질단계(S10~S50)를 거쳐 제조된 콘크리트블록은 10mm3 당 일평균 황 용출량이 230 ~ 370mg/L인 것을 특징으로 하는 유해생물 억제를 위한 기능성 콘크리트블록의 제조방법. - 삭제
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