KR102162616B1 - 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법 및 이로부터 제조된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭 - Google Patents

숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법 및 이로부터 제조된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트 100 중량부에 대하여, 숯 미분말 30 내지 60 중량부; 강도보강 섬유 0.1 내지 5 중량부; 이소티오시안산 알릴 0.1 내지 5 중량부; 및 골재 50 내지 1,000 중량부를 건식혼합한 후, 혼합수 70 내지 300 중량부를 더 혼합하여, 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 준비하는 단계; 상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 블록성형기에 투입하는 재료투입단계; 상기 재료가 투입된 블록성형기에 45 내지 70 Hz의 표면진동과 50 내지 300 kg/cm2의 압력을 가하여, 10 내지 60 초 동안 성형하는 진동압축성형 단계; 및 최고온도 60 내지 70℃에 도달하도록 14 내지 16 ℃/h의 속도로 온도를 상승시키면서 7 내지 10 시간 동안 증기양생시키는 증기양생 단계;를 포함하여, 보통 시멘트의 사용량을 최소화하여, 유해성분의 용출을 최소화하고 압축강도 등의 내구성을 강화할 뿐만 아니라, 숯 분말과 재활용된 산업 부산물을 사용함으로써 환경을 보호할 수 있는 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법 및 이로부터 제조된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭에 관한 것이다.

Description

숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법 및 이로부터 제조된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭{Manufacturing method of eco-friendly embankment block with charcoal powder and eco-friendly embankment block with charcoal powder manufactured by the same}
본 발명은 보통 시멘트의 사용량을 최소화하여, 유해성분의 용출을 최소화하고 압축강도 등의 내구성을 강화할 뿐만 아니라, 숯 분말과 재활용된 산업 부산물을 사용함으로써 환경을 보호할 수 있는 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법 및 이로부터 제조된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭에 관한 것이다.
최근에 호안이나 도로의 사면의 환경문제를 심각하게 인식하게 되고, 환경친화적인 환경에 대한 욕구가 높아지면서, 훼손된 자연환경을 재생, 복구하고자 하는 시도가 활발히 이루어지고 있다.
따라서, 하천의 호안이나 도로의 사면 등이 유실되는 것을 방지하고 생태적으로 안정화할 수 있도록 식생매트, 식생롤, 또는 콘크리트 블럭 등을 이용한 시도가 최근 활발히 시도되고 있으나, 식생매트나 식생롤을 이용하여 사면을 녹화시키는 경우에는 구조적으로 견고한 안정성을 확보하기에는 무리가 있고, 콘크리트 블럭을 이용하여 사면을 안정화하는 경우에는 콘크리트 블럭 자체에 연속된 공극이 없어 토양에 공기 및 빗물 등이 스며들지 않아 토양이 황폐화되어 하천환경이 파괴되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 콘크리트 블럭의 강성을 유지하면서 공극이 형성된 다공성 콘크리트 블럭을 제공하고자 하였다. 이러한 콘크리트 블럭은 일반적으로 골재 사이의 공극을 모르타르로 채우고 다짐을 충분히 함으로써 콘크리트 내부의 공극을 최소화하여 제조된다. 이러한 콘크리트를 호안에 적용시키면 제품의 균일화와 시공성이 용이하고 공사비가 저렴한 장점이 있다. 하지만 시공 후 빗물 등에 의해 시멘트 성분이 녹아 내리거나, 화학적 반응을 일으켜 주변 하천과 토양을 오염시키고 나아가 동식물의 서식이나 생육기반을 훼손하는 등 자연 생태계를 파괴하는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 문제를 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-0889858호, 제10-1159914호, 제10-1258269호 등에서는 초목이나 수초 등의 식생을 위한 호안블럭의 개발하고자 하였다. 그러나 이러한 호안블럭의 경우 콘크리트 블럭에 비해 압축 강도가 약하여 내구성이 떨어지고 용도가 한정되는 등 한계가 있어 기존 콘크리트 블럭과 유사한 강도를 가지면서 환경 친화적인 호안블럭에 대한 개발 필요성이 큰 상황이다.
대한민국 등록특허 제10-0889858호 대한민국 등록특허 제10-1159914호 대한민국 등록특허 제10-1258269호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 구현예는 보통 시멘트의 사용량을 최소화하여, 육가크롬, 알칼리 성분과 같은 유해성분의 용출을 최소화하고 압축강도를 기존 일반 시멘트 콘크리트의 압축강도와 유사하게 유지할 수 있어 호안블럭의 내구성을 강화할 수 있으며, 동시에 숯 분말과 재활용된 산업 부산물을 사용함으로써 자원재활용성과 산업 부산물에 따른 2차 오염을 방지하여 환경을 보호할 수 있는 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법 및 이로부터 제조된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현예는 시멘트 100 중량부에 대하여, 숯 미분말 30 내지 60 중량부; 강도보강 섬유 0.1 내지 5 중량부; 이소티오시안산 알릴 0.1 내지 5 중량부; 및 골재 50 내지 1,000 중량부를 건식혼합한 후, 혼합수 70 내지 300 중량부를 더 혼합하여, 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 준비하는 단계; 상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 블록성형기에 투입하는 재료투입단계; 상기 재료가 투입된 블록성형기에 45 내지 70 Hz의 표면진동과 50 내지 300 kg/cm2의 압력을 가하여, 10 내지 60 초 동안 성형하는 진동압축성형 단계; 및 최고온도 60 내지 70℃에 도달하도록 14 내지 16 ℃/h의 속도로 온도를 상승시키면서 7 내지 10 시간 동안 증기양생시키는 증기양생 단계;를 포함하는 것인 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법을 제공한다.
상기 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 준비하는 단계는 시멘트 100 중량부에 대하여, 숯 미분말 30 내지 60 중량부; 강도보강 섬유 0.1 내지 5 중량부; 이소티오시안산 알릴 0.1 내지 5 중량부; 및 골재 50 내지 1,000 중량부에; 제지슬러지 10 내지 40 중량부; 바텀애시 10 내지 40 중량부; 폐석고 미분말 1 내지 10 중량부; 및 산화아연 0.1 내지 5 중량부를 더 첨가하여, 건식혼합한 후; 혼합수 70 내지 300 중량부와; 폴리아크릴아미드 10 내지 40 중량부; 폴리비닐아세테이트 5 내지 20 중량부; 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 1 내지 10 중량부; 히드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC) 1 내지 10 중량부; 소포제 0.01 내지 3 중량부; 및 감수제 0.01 내지 3 중량부를 더 혼합하여, 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 준비하는 것일 수 있다.
상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 블록성형기에 투입하는 재료투입단계는 블록성형기의 표면에 상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 고르게 투입하여, 친환경 호안블럭용 조성물 층을 형성하는 단계; 상기 친환경 호안블럭용 조성물 층의 다른 일면에 숯 미분말을 고르게 투입하여 숯 미분말 층을 형성하는 단계; 및 상기 숯 미분말 층의 다른 일면에 상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 고르게 투입하여, 친환경 호안블럭용 조성물 층을 형성하는 단계;를 포함하여, 친환경 호안블럭용 조성물 층의 사이에 숯 미분말 층을 포함하는 구조를 갖도록 제조되는 것일 수 있다.
상기 강도보강 섬유는 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 나노섬유인 것이고;
상기 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 나노섬유는 인삼액기스를 추출할 때 부산물로 나오는 인삼박을 수산화나트륨 수용액과 혼합하고 가열하여 연질화한 후, 세척함으로써 인삼박 섬유를 제조하는 단계; 상기 제조된 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인을 용매에 용해하여, 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 방사원액을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 방사원액을 전기방사하여 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 나노섬유를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기한 본 발명의 일 구현예에 따른 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법에 의하여, 제조되는 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법 및 이로부터 제조된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭에 따르면, 보통 포틀랜드 시멘트의 사용량을 줄일 수 있으므로 빗물 등에 의해 육가 크롬이나 알칼리 성분이 용출되어 하천 등을 오염시키는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 포졸란 재료로서 제지슬러지, 바텀애시 등과 같은 산업 부산물을 이용함으로써 제조비용을 절감할 수 있고, 산업 부산물의 자원재활용성을 높일 수 있으며, 산업 부산물로 인한 2차 환경 오염을 방지할 수 있는 효과도 있다. 또한, 우수한 압축강도, 낮은 흡수율, 동결융해 후의 압축강도를 갖는 바, 호안블럭의 내구성, 투수성, 동결융해 저항성 등이 양호하게 유지될 수 있는 효과가 있다.
이로써, 물, 공기 등이 효과적으로 이동할 수 있어 식물 부착 및 생육특성이 우수하고 환경친화적인 자연환경을 제공할 수 있고, 하천 호안이나 댐, 도로사면 등에 설치되어 하천 호안이나 댐, 도로사면 등의 안정도를 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 실제이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭이 시공된 실제이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 블록성형기에 투입하는 재료투입단계의 일 실시예를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예는 시멘트 100 중량부에 대하여, 숯 미분말 30 내지 60 중량부; 강도보강 섬유 0.1 내지 5 중량부; 이소티오시안산 알릴 0.1 내지 5 중량부; 및 골재 50 내지 1,000 중량부를 건식혼합한 후, 혼합수 70 내지 300 중량부를 더 혼합하여, 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 준비하는 단계; 상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 블록성형기에 투입하는 재료투입단계; 상기 재료가 투입된 블록성형기에 45 내지 70 Hz의 표면진동과 50 내지 300 kg/cm2의 압력을 가하여, 10 내지 60 초 동안 성형하는 진동압축성형 단계; 및 최고온도 60 내지 70℃에 도달하도록 14 내지 16 ℃/h의 속도로 온도를 상승시키면서 7 내지 10 시간 동안 증기양생시키는 증기양생 단계;를 포함하는 것인 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법을 제공한다. 이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 실제이미지 및 시공된 실제이미지를 각각 도 1 및 도 2에 나타내었다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법 및 이로부터 제조된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭에 따르면, 보통 포틀랜드 시멘트의 사용량을 줄일 수 있으므로 빗물 등에 의해 육가 크롬이나 알칼리 성분이 용출되어 하천 등을 오염시키는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 포졸란 재료로서 제지슬러지, 바텀애시 등과 같은 산업 부산물을 이용함으로써 제조비용을 절감할 수 있고, 산업 부산물의 자원재활용성을 높일 수 있으며, 산업 부산물로 인한 2차 환경 오염을 방지할 수 있는 효과도 있다. 또한, 우수한 압축강도, 낮은 흡수율, 동결융해 후의 압축강도를 갖는 바, 호안블럭의 내구성, 투수성, 동결융해 저항성 등이 양호하게 유지될 수 있는 효과가 있다.
이로써, 물, 공기 등이 효과적으로 이동할 수 있어 식물 부착 및 생육특성이 우수하고 환경친화적인 자연환경을 제공할 수 있고, 하천 호안이나 댐, 도로사면 등에 설치되어 하천 호안이나 댐, 도로사면 등의 안정도를 높일 수 있는 효과가 있다.
먼저, 시멘트 100 중량부에 대하여, 숯 미분말 30 내지 60 중량부; 강도보강 섬유 0.1 내지 5 중량부; 이소티오시안산 알릴 0.1 내지 5 중량부; 및 골재 50 내지 1,000 중량부를 건식혼합한 후, 혼합수 70 내지 300 중량부를 더 혼합하여, 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 준비하는 단계를 수행한다.
이러한 상기 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 준비하는 단계는 더욱 향상된 강도 및 투수성을 제공하기 위하여, 시멘트 100 중량부에 대하여, 숯 미분말 30 내지 60 중량부; 강도보강 섬유 0.1 내지 5 중량부; 이소티오시안산 알릴 0.1 내지 5 중량부; 및 골재 50 내지 1,000 중량부에; 제지슬러지 10 내지 40 중량부; 바텀애시 10 내지 40 중량부; 폐석고 미분말 1 내지 10 중량부; 및 산화아연 0.1 내지 5 중량부를 더 첨가하여, 건식혼합한 후; 혼합수 70 내지 300 중량부와; 폴리아크릴아미드 10 내지 40 중량부; 폴리비닐아세테이트 5 내지 20 중량부; 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 1 내지 10 중량부; 히드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC) 1 내지 10 중량부; 소포제 0.01 내지 3 중량부; 및 감수제 0.01 내지 3 중량부를 더 혼합하여, 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 준비하는 것일 수 있다.
상기 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물에 포함되는 시멘트는 당분야에서 일반적으로 사용하는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않지만, KS에 규정된 보통 포틀랜드 시멘트 또는 고로슬래그시멘트, 초미분말시멘트, 초속경 시멘트 등의 특수 시멘트를 사용할 수 있다. 이러한 시멘트의 바람직한 분말도는 4,000 내지 7,000 cm2/g인 것을 사용하여, 우수한 강도 특성을 구현할 수 있다.
상기 숯 미분말은 친환경 재료로서 높은 공극율로 인하여 조성물의 분산성을 향상시키는 동시에 결합력을 향상시켜 인장강도를 증가시킬 뿐만 아니라, 물, 공기 등이 효과적으로 이동할 수 있어 식물 부착 및 생육특성이 우수하고 환경친화적인 자연환경을 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 숯가루라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다. 예를들면, 상기 숯 미분말은 조릿대 숯, 대나무 숯, 참나무 숯, 코코넛 숯 및 이들의 혼합 숯으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 활성화된 숯의 미분말을 바람직하게 사용할 수 있다. 보다 바람직하기로는 코코넛 숯을 사용할 수 있다. 이러한 숯 미분말은 평균직경 500 내지 1,000 메쉬이고, 입자 균일도 95% 이상의 숯 미분말을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 숯 미분말은 시멘트 100 중량부에 대하여, 30 내지 60 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 숯 미분말의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 숯 미분말의 함량이 너무 많은 경우에는 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 강도보강 섬유는 본 발명의 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물의 구성성분 간의 결합력을 향상시켜 인장강도를 더욱 증가시킬 뿐만 아니라, 친환경 재료로서 우수한 생육환경을 제공하기 위하여 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 강도보강 섬유는 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 나노섬유인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 나노섬유는 인삼액기스를 추출할 때 부산물로 나오는 인삼박을 수산화나트륨 수용액과 혼합하고 가열하여 연질화한 후, 세척함으로써 인삼박 섬유를 제조하는 단계; 상기 제조된 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인을 용매에 용해하여, 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 방사원액을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 방사원액을 전기방사하여 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 나노섬유를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것일 수 있다. 이로써, 우수한 강도 뿐만 아니라 투수성을 제공하여, 물, 공기 등이 효과적으로 이동할 수 있어 식물 부착 및 생육특성이 우수하고 환경친화적인 자연환경을 더욱 효과적으로 제공할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 상기 제조된 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인을 용매에 용해하여, 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 방사원액을 제조하는 단계는 상기 제조된 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인을 각각 1 내지 10: 0.1 내지 5: 85 내지 95의 중량비율로 혼합한 후, 용매로서의 포름산에 20 내지 50 중량% 농도가 되도록 용해함으로써, 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 방사원액을 제조할 수 있다.
상기 강도보강 섬유는 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 5 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 강도보강 섬유의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 강도보강 섬유의 함량이 너무 많은 경우에는 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 이소티오시안산 알릴은 친환경 재료로서 본 발명의 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물에 공극을 형성하여, 우수한 생육환경을 제공할 수 있는 기능을 한다. 상기 이소티오시안산 알릴은 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 5 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 이소티오시안산 알릴의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 이소티오시안산 알릴의 함량이 너무 많은 경우에는 강도가 저하되거나 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 골재는 잔골재 및 굵은골재를 포함할 수 있고, 이때, 상기 잔골재는 입경이 5mm 이하인 모래 또는 부순모래를 포함하는 것이고, 상기 굵은골재는 상기 잔골재보다 입자의 크기가 굵으며 입경이 25mm 이하인 부순돌 또는 폐콘크리트 순환골재를 포함하는 것일 수 있다. 상기 골재는 시멘트 100 중량부에 대하여, 50 내지 1,000 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 골재에 포함되는 잔골재 및 굵은 골재의 혼합량은 특별히 제한되지 않으므로 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있다.
상기 제지슬러지는 펄프 함량이 높고 질소 함량이 낮아서 탄소 대 질소 비율(C/N 비율)이 평균적으로 95.8%에 이르므로 아주 우수한 탄소원으로 사용될 수 있는 바, 우수한 식물의 생육환경을 제공할 수 있는 기능을 한다. 이러한 상기 제지슬러지는 제지의 최종과정에서 수분 70 내지 80 중량％와 유기물 20 내지 30 중량％가 혼합된 죽(粥)상태의 케이크 형태로 배출되어 폐수와 함께 배출되는데 본 발명에서는 수분함량이 30 내지 40 %가 되도록 탈수시킨 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 제지슬러지는 시멘트 100 중량부에 대하여, 10 내지 40 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 제지슬러지의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 제지슬러지의 함량이 너무 많은 경우에는 압축강도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 제지슬러지는 상기한 제지슬러지를 소각한 제지슬러지 소각재와 함께 사용되어, 상기한 효과 뿐만 아니라 더욱 개선된 압축강도를 제공할 수 있고, 시멘트의 함량을 대체하여 친환경적인 효과가 있다. 상기 제지슬러지 및 상기 제지슬러지 소각재는 2 내지 5: 1의 중량비율로 혼합한 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다. 이러한 상기 제지슬러지 소각재는 CaO 50 내지 60 중량%, SiO2 10 내지 20 중량%, Al2O3 5 내지 15 중량%, MgO 1 내지 8 중량%, Fe2O3 0.1 내지 5 중량%, Na2O 0.1 내지 5 중량%, SO3 0.05 내지 2 중량%, K2O 0.01 내지 2 중량%를 포함하고, 분말도가 3,000 내지 5,000 ㎠/g인 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 바텀애시는 화력발전소에서 발생하는 산업 부산물로서, 개선된 압축강도를 제공할 수 있고, 시멘트의 함량을 대체하여 친환경적인 효과가 있다. 이러한 상기 바텀애시는 SiO2 45 내지 55 중량%, Al2O3 25 내지 35 중량%, Fe2O3 5 내지 15 중량%, CaO 0.1 내지 5 중량%, MgO 0.1 내지 5 중량%, Na2O 0.1 내지 5 중량%, TiO2 0.1 내지 5 중량%, K2O 0.01 내지 2 중량%를 포함하고, 분말도가 3,000 내지 5,000 ㎠/g인 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 바텀애시는 시멘트 100 중량부에 대하여, 10 내지 40 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 바텀애시의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 바텀애시의 함량이 너무 많은 경우에는 강도발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
상기 폐석고 미분말은 수화반응 활성화제 역할을 하여 수화물을 효과적으로 생성시켜 경화속도를 단축할 수 있으며, 이수석고 상태의 폐석고를 재활용함으로써, 친환경적인 효과가 있다. 이러한 상기 폐석고 미분말은 이수석고 상태의 폐석고를 습식비중선별에 의해 중화처리 및 중금속 등을 제거하고 정제 이수석고를 고형화한 후 이수석고 상태의 부산석고를 450 내지 700℃에서 20 내지 40분간 가열하여 무수석고로 전이시킨 후 분쇄 및 분급과정을 거쳐 분말도 3,000 내지 6,000 ㎠/g인 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 폐석고 미분말은 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폐석고 미분말의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 폐석고 미분말의 함량이 너무 많은 경우에는 강도발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
상기 산화아연은 본 발명의 숯분말과 함께 결합력을 향상시켜 인장강도를 증가시킬 뿐만 아니라, 방부 및 항균 특성이 우수하고, 식물 부착 특성이 우수한 환경친화적인 자연환경을 제공하는 기능을 한다. 이러한 상기 산화아연은 평균 입경은 0.05 내지 1 ㎛인 것과 평균입경이 50 내지 100 ㎛인 것을 1: 1 중량비율로 혼합 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 산화아연은 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 5 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 산화아연의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 산화아연의 함량이 너무 많은 경우에는 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 혼합수는 본 발명의 일 구현예에 따른 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 강도 및 투수성을 고려하여, 시멘트 100 중량부에 대하여, 70 내지 300 중량부로 함유되는 것이 바람직하다.
상기 폴리아크릴아미드는 유동성, 동결융해 후의 강도 및 내구성을 매우 향상시킬 수 있는 기능을 한다. 이러한 상기 폴리아크릴아미드는 시멘트 100 중량부에 대하여, 10 내지 40 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리아크릴아미드의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 폴리아크릴아미드의 함량이 너무 많은 경우에는 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 폴리비닐아세테이트는 강도 및 내구성을 매우 향상시킬 수 있는 기능을 한다. 이러한 상기 폴리비닐아세테이트는 시멘트 100 중량부에 대하여, 5 내지 20 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리비닐아세테이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 폴리비닐아세테이트의 함량이 너무 많은 경우에는 성형성이 저하되거나 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체는 점도, 강도 및 내구성을 매우 향상시킬 수 있는 기능을 한다. 이러한 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체는 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체의 함량이 너무 많은 경우에는 성형성이 저하되거나 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 히드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC)는 강도 및 내구성을 매우 향상시킬 수 있는 기능을 한다. 상기 히드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC)는히드록시프로폭시기 치환도가 5 내지 15 질량％이고, 메톡시기 치환도가 15 내지 25 질량％인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있고, 우수한 식물의 생육환경을 제공할 수 있는 효과가 있다. 이러한 상기 히드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC)는 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 히드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC)의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 히드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC)의 함량이 너무 많은 경우에는 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 소포제는 연행공기의 발생으로 인한 공기량의 증가를 감소시키기 위하여 첨가되는 것으로, 폴리에테르계, 실리콘계, 에틸알콜계 및 에틸렌 글리콜계 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당 업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다. 이러한 소포제는 상기 개선효과를 고려하여, 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 3 중량부로 함유되는 것이 바람직하다.
상기 감수제는 조성물의 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선할 수 있는 기능을 한다. 이러한 감수제의 종류에는, 폴리칼본산계, 멜라민계, 나프탈렌계 등이 있는데, 폴리카본산계 감수제를 보다 바람직하게 사용할 수 있다. 이러한 감수제는 상기 개선효과를 고려하여, 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 3 중량부로 함유되는 것이 바람직하다.
이후, 상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 블록성형기에 고르게 투입하는 재료투입단계를 수행한다.
이때, 상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 블록성형기에 투입하는 재료투입단계는 블록성형기의 표면에 상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 고르게 투입하여, 친환경 호안블럭용 조성물 층을 형성하는 단계; 상기 친환경 호안블럭용 조성물 층의 다른 일면에 숯 미분말을 고르게 투입하여 숯 미분말 층을 형성하는 단계; 및 상기 숯 미분말 층의 다른 일면에 상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 고르게 투입하여, 친환경 호안블럭용 조성물 층을 형성하는 단계;를 포함하여, 친환경 호안블럭용 조성물 층의 사이에 숯 미분말 층을 포함하는 구조를 갖도록 제조됨으로써, 강도 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 물, 공기 등이 더욱 효과적으로 이동할 수 있어 식물 부착 및 생육특성이 우수하고 환경친화적인 자연환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로 상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 블록성형기에 투입하는 재료투입단계는 도 3에 도시된 바와 같이, 블록성형기(1)의 표면에 상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물 전체양의 20 내지 50 중량%를 고르게 투입하여, 친환경 호안블럭용 조성물 층(100)을 형성하는 단계; 상기 친환경 호안블럭용 조성물 층의 다른 일면에 숯 미분말을 고르게 투입하여 0.5 내지 5 mm 두께의 숯 미분말 층(200)을 형성하는 단계; 및 상기 숯 미분말 층의 다른 일면에 상기 준비된 나머지 양의 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 고르게 투입하여, 친환경 호안블럭용 조성물 층(101)을 형성하는 단계;를 포함하여, 친환경 호안블럭용 조성물 층의 사이에 숯 미분말 층을 포함하는 구조를 갖도록 제조되는 것일 수 있다.
이후, 상기 재료가 투입된 블록성형기에 45 내지 70 Hz의 표면진동과 50 내지 300 kg/cm2의 압력을 가하여, 10 내지 60 초 동안 성형하는 진동압축성형 단계를 수행한다.
또한, 상기 성형이 완료된 성형물에 대하여, 최고온도 60 내지 70℃에 도달하도록 14 내지 16 ℃/h의 속도로 온도를 상승시키면서 7 내지 10 시간 동안 증기양생시키는 증기양생 단계를 수행함으로써, 본 발명의 일 구현예에 따른 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭을 제조할 수 있는 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기한 본 발명의 일 구현예에 따른 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법에 의하여, 제조되는 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법 및 이로부터 제조된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭에 따르면, 보통 포틀랜드 시멘트의 사용량을 줄일 수 있으므로 빗물 등에 의해 육가 크롬이나 알칼리 성분이 용출되어 하천 등을 오염시키는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 포졸란 재료로서 제지슬러지, 바텀애시 등과 같은 산업 부산물을 이용함으로써 제조비용을 절감할 수 있고, 산업 부산물의 자원재활용성을 높일 수 있으며, 산업 부산물로 인한 2차 환경 오염을 방지할 수 있는 효과도 있다. 또한, 우수한 압축강도, 낮은 흡수율, 동결융해 후의 압축강도를 갖는 바, 호안블럭의 내구성, 투수성, 동결융해 저항성 등이 양호하게 유지될 수 있는 효과가 있다.
이로써, 물, 공기 등이 효과적으로 이동할 수 있어 식물 부착 및 생육특성이 우수하고 환경친화적인 자연환경을 제공할 수 있고, 하천 호안이나 댐, 도로사면 등에 설치되어 하천 호안이나 댐, 도로사면 등의 안정도를 높일 수 있는 효과가 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
<실시예 1>
분말도 6,320 cm2/g인 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 숯 미분말(평균직경 700 메쉬이고, 입자 균일도 95% 이상) 30 중량부; 강도보강 섬유 3 중량부; 이소티오시안산 알릴 2 중량부; 및 입경이 5mm 이하인 부순모래 400 중량부; 상기 잔골재보다 입자의 크기가 굵으며 입경이 25mm 이하인 폐콘크리트 순환골재 50 중량부;를 건식혼합한 후, 혼합수 200 중량부를 더 혼합하여, 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 준비하였다.
상기 강도보강 섬유로는 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 나노섬유를 사용하였다. 이때, 상기 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 나노섬유는 인삼액기스를 추출할 때 부산물로 나오는 인삼박을 수산화나트륨 수용액과 혼합하고 가열하여 연질화한 후, 세척함으로써 인삼박 섬유를 제조하는 단계; 상기 제조된 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인을 각각 7: 2: 91의 중량비율로 혼합한 후, 용매로서의 포름산에 30 중량% 농도가 되도록 용해함으로써, 복합 방사원액을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 복합 방사원액을 전기방사하여 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 나노섬유를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것을 사용하였다.
<실시예 2>
분말도 6,320 cm2/g인 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 숯 미분말(평균직경 700 메쉬이고, 입자 균일도 95% 이상) 30 중량부; 강도보강 섬유 3 중량부; 이소티오시안산 알릴 2 중량부; 및 입경이 5mm 이하인 부순모래 400 중량부; 상기 잔골재보다 입자의 크기가 굵으며 입경이 25mm 이하인 폐콘크리트 순환골재 50 중량부에; 제지슬러지(수분함량 32 %) 18 중량부; 분말도가 4,700 ㎠/g인 제지슬러지 소각재 6 중량부; 분말도가 4,300 ㎠/g인 바텀애시 23 중량부; 분말도 3,580 ㎠/g인 폐석고 미분말 7 중량부; 및 산화아연 2 중량부(평균 입경 약 0.7 ㎛: 평균입경 약 57 ㎛=1:1 중량비)를 더 첨가하여, 건식혼합한 후, 혼합수 100 중량부와; 폴리아크릴아미드 21 중량부; 폴리비닐아세테이트 14 중량부; 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 7 중량부; 히드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC) 3 중량부; 실리콘계 소포제 1 중량부; 및 폴리카본산계 감수제 1 중량부를 더 혼합하여, 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 준비하였다.
상기 강도보강 섬유로는 상기 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 것을 사용하였다.
상기 제지슬러지 소각재는 CaO 52 중량%, SiO2 13 중량%, Al2O3 7 중량%, MgO 2 중량%, Fe2O3 0.9 중량%, Na2O 0.5 중량%, SO3 0.2 중량%, K2O 0.07 중량%를 포함하는 것을 사용하였다.
상기 바텀애시는 SiO2 45 중량%, Al2O3 28 중량%, Fe2O3 10 중량%, CaO 2 중량%, MgO 1 중량%, Na2O 3 중량%, TiO2 0.2 중량%, K2O 0.08 중량%를 포함하는 것을 사용하였다.
상기 폐석고 미분말은 이수석고 상태의 폐석고를 습식비중선별에 의해 중화처리 및 중금속 등을 제거하고 정제 이수석고를 고형화한 후 이수석고 상태의 부산석고를 550℃에서 30분간 가열하여 무수석고로 전이시킨 후 분쇄 및 분급과정을 거친 것을 사용하였다.
상기 히드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC)는 히드록시프로폭시기 치환도가 12 질량％이고, 메톡시기 치환도가 17 질량％인 것을 사용하였다.
<비교예>
분말도 6,320 cm2/g인 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 강도보강용 아라미드 섬유 3 중량부; 및 입경이 5mm 이하인 부순모래 400 중량부; 상기 잔골재보다 입자의 크기가 굵으며 입경이 25mm 이하인 폐콘크리트 순환골재 50 중량부;를 건식혼합한 후, 혼합수 200 중량부를 더 혼합하여, 비교용 조성물을 준비하였다.
<시험예>
상기 실시예 1, 2 및 비교예에서 제조된 조성물을 각각 별도로 블록성형기에 투입한 후, 상기 재료가 투입된 블록성형기에 70 Hz의 표면진동과 180 kg/cm2의 압력을 가하여, 45 초 동안 진동압축성형을 수행하였다. 이후, 최고온도 65℃에 도달하도록 15 ℃/h의 속도로 온도를 상승시키면서 9 시간 동안 증기양생시킴으로써, 호안블럭 성형체를 제작하였다. 상기 호안블럭 성형체를 7일 이상 보존한 제품을 시험체로 하여, SPS-KCIC0001-0703:2015에 따라, 압축강도, 흡수율 및 동결융해시험(100 사이클) 후의 압축강도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 비교예
압축강도(MPa) 25.9 27.5 22.3
흡수율(%) 5.7 5.4 7.1
동결융해시험(100사이클) 후의 압축강도(MPa) 22.9 23.6 18.2
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 호안블럭 성형체는 비교예와 대비하여, 우수한 압축강도 및 동결융해시험(100 사이클) 후의 압축강도를 갖고, 낮은 흡수율로 우수한 투수성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
이로써, 물, 공기 등이 효과적으로 이동할 수 있어 식물 부착 및 생육특성이 우수하고 환경친화적인 자연환경을 제공할 수 있고, 하천 호안이나 댐, 도로사면 등에 설치되어 하천 호안이나 댐, 도로사면 등의 안정도를 높일 수 있는 효과가 기대된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 101: 친환경 호안블럭용 조성물 층
200: 숯 미분말 층
1: 블록성형기

Claims (5)

  1. 시멘트 100 중량부에 대하여, 숯 미분말 30 내지 60 중량부; 강도보강 섬유 0.1 내지 5 중량부; 이소티오시안산 알릴 0.1 내지 5 중량부; 및 골재 50 내지 1,000 중량부를 건식혼합한 후, 혼합수 70 내지 300 중량부를 더 혼합하여, 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 준비하는 단계;
    상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 블록성형기에 투입하는 재료투입단계;
    상기 재료가 투입된 블록성형기에 45 내지 70 Hz의 표면진동과 50 내지 300 kg/cm2의 압력을 가하여, 10 내지 60 초 동안 성형하는 진동압축성형 단계; 및
    최고온도 60 내지 70℃에 도달하도록 14 내지 16 ℃/h의 속도로 온도를 상승시키면서 7 내지 10 시간 동안 증기양생시키는 증기양생 단계;를 포함하고,
    상기 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 준비하는 단계는
    시멘트 100 중량부에 대하여, 숯 미분말 30 내지 60 중량부; 강도보강 섬유 0.1 내지 5 중량부; 이소티오시안산 알릴 0.1 내지 5 중량부; 및 골재 50 내지 1,000 중량부에;
    제지슬러지 10 내지 40 중량부; 바텀애시 10 내지 40 중량부; 폐석고 미분말 1 내지 10 중량부; 및 산화아연 0.1 내지 5 중량부를 더 첨가하여, 건식혼합한 후;
    혼합수 70 내지 300 중량부와; 폴리아크릴아미드 10 내지 40 중량부; 폴리비닐아세테이트 5 내지 20 중량부; 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 1 내지 10 중량부; 히드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC) 1 내지 10 중량부; 소포제 0.01 내지 3 중량부; 및 감수제 0.01 내지 3 중량부를 더 혼합하여, 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 준비하는 것을 특징으로 하는 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 블록성형기에 투입하는 재료투입단계는
    블록성형기의 표면에 상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 고르게 투입하여, 친환경 호안블럭용 조성물 층을 형성하는 단계;
    상기 친환경 호안블럭용 조성물 층의 다른 일면에 숯 미분말을 고르게 투입하여 숯 미분말 층을 형성하는 단계; 및
    상기 숯 미분말 층의 다른 일면에 상기 준비된 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭용 조성물을 고르게 투입하여, 친환경 호안블럭용 조성물 층을 형성하는 단계;를 포함하여,
    친환경 호안블럭용 조성물 층의 사이에 숯 미분말 층을 포함하는 구조를 갖도록 제조되는 것을 특징으로 하는 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강도보강 섬유는 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 나노섬유인 것이고;
    상기 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 나노섬유는
    인삼액기스를 추출할 때 부산물로 나오는 인삼박을 수산화나트륨 수용액과 혼합하고 가열하여 연질화한 후, 세척함으로써 인삼박 섬유를 제조하는 단계;
    상기 제조된 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인을 용매에 용해하여, 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 방사원액을 제조하는 단계; 및
    상기 제조된 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 방사원액을 전기방사하여 인삼박 섬유, 숯 미분말 및 실크 피브로인의 복합 나노섬유를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법.
  5. 제1항, 제3항, 제4항 중에서 선택되는 어느 한항에 따른 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭의 제조방법에 의하여, 제조되는 것을 특징으로 하는 숯분말을 포함하는 친환경 호안블럭.
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