KR102183269B1 - 일라이트를 이용한 보차도용 블록 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블록본체(100);
상기 블록본체(100) 상부에 포설되는 일라이트분말이 포함된 표면층(200);
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일라이트를 이용한 보차도용 블록을 제공한다.
더불어 상기 표면층(200)은,
고로슬래그 미분말 60~70 중량부를 포함하는 고로슬래그 시멘트 3종 100중량부 기준으로, 정제 탈황석고 5~15중량부, 폐내화물 2.5~7.5중량부가 혼합된 결합재; 및, 석분골재 100중량부를 기준으로, 순환골재 40~60중량부, 일라이트분말 0.1~2중량부가 혼합된 혼합골재;로 구성되는 것을 특징으로 하는 일라이트를 이용한 보차도용 블록을 제공한다.

Description

일라이트를 이용한 보차도용 블록{the block for sidewalk and roadway including illite}

본 발명은 기존의 규사 또는 가는 골재를 흡착 및 향균효과 등이 우수한 일라이트로 대체하거나 일라이트를 혼입하여 제작한 친환경적인 일라이트를 이용한 보차도용 블록에 관한 것이다.

최근, 지구 환경 보전 및 자원 재활용 측면에서 산업부산물과 건설폐기물을 콘크리트에 활용하기 위한 연구가 다각적으로 이루어지고 있다. 산업부산물과 건설폐기물을 재활용할 수 있는 것으로는 고로슬래그, 순환골재, 탈황석고 또는 폐내화물 등을 들 수 있다.

상기 고로슬래그(blast furnace slag)는, 제선공정시 용광로에서 철광석으로부터 선철을 제조하는 과정 중에 발생되는 슬래그부터 제조한 수쇄고로슬래그를 냉각, 건조 및 분쇄하여 제조된 것이다. 고로슬래그 미분말은 물과 직접적으로 반응하지는 않으나, 수산화칼슘 등의 알칼리, 석고 등과 같은 황산염을 자극제로 하여 물과 반응시키면 시멘트와 같이 굳는 성질이 있어 시멘트 대체제로 사용되고 있다. 특히, 고로슬래그 미분말은 철 제조시 부산물로 발생하기 때문에 석회석 등의 천연자원의 보존과 시멘트 제조에 소요되는 연료소비량 및 이산화탄소 배출량을 저감할 수 있어 21세기에 각광받는 중요한 친환경재료이다.

한편, 폐콘크리트에서 발생되는 순환골재(recycled aggregate)는, 천연골재에 비해 표면에 미립분 또는 각종 이물질 등이 다량 함유되어 있어 품질이 불량하고, 생산과정에서 순환골재의 균질성 확보가 곤란한 문제점 등으로 인해 콘크리트 제조시 기피하는 경향이 있다. 하지만, 최근 순환골재가 가지는 알칼리성을 고로슬래그 미분말의 자극제로 활용한 고로슬래그 다량 치환 콘크리트의 연구가 진행되고 있으나, 상기 콘크리트의 경우, 순환골재에 의한 알칼리 자극정도가 다소 미흡하여 강도가 부족하게 되는 문제점이 존재한다.

또한, 국내의 화력 발전소, 열병합 발전소, 유리 생산 공장 또는 제철 산업의 소결 공정 등에서는 화석연료 연소시 발생되는 이산화황가스(SO2)를 제거하기 위하여, 흡수제로 소석회석(Ca(OH)2) 슬러리를 주입하고 있는데, 소석회 슬러리가 이산화황가스와 반응하여 이수석고염의 형태로 산업부산물인 탈황석고(flue gas desulfurization gypsum)가 생성된다. 단, 탈황석고는 형성 후 배출되는 시점에 휘발성 유기 화합물(volatile organic compounds, VOCs)을 제거하는 과정에서 활성탄도 일부 포함되어있다. 최근에는, 경제성 확보 및 천연자원의 사용량 저감을 목적으로 상기한 탈황석고를 건축에 활용하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있으나, 특히 활성탄을 체가름 등으로 제거한 정제 탈황석고를 콘크리트 제조 및 제품에 사용한 예는 거의 없는 실정이다.

한편, 제철 및 제강산업과 시멘트 제조공정에서 사용되는 고로 및 킬른의 경우 고온의 제조공정을 이용함에 따라 고로 및 킬른 내 내화물(이하 내화벽돌)을 축조하여 사용하고 있는데, 내화물의 이용년수 경과에 따른 재축조 등에 의해 연간 약 160만 톤의 막대한 폐기물이 발생되고 있다. 이러한 폐내화물은 내부에 소정의 유리석회 및 유리 마그네슘을 함유하고 있는데, 이를 미분쇄하여 콘크리트 제조 및 제품 제조에 적절히 사용하게 되면 고로슬래그 미분말의 자극제 및 팽창재로도 사용이 가능할 것으로 판단되나, 콘크리트 제조시 거의 활용되지 않고 있다.

또한, 일라이트는 캐나다, 미국, 호주 및 우리나라 등의 전 세계적으로 4개국에서 밖에 생산되지 않은 매우 유용한 운모계 광물로서 SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO 및 MgO 성분이 주를 이루고 있으며, 광물내부 다수의 미세 공극으로 인해 중금속 및 유독가스에 대한 우수한 흡착·탈취·분해력, 음이온 발생능력, 향균성과 향바이러스 등의 효과로 미용, 제약, 농업 보조제 및 미장재료 산업등에 활용되고 있다. 현재 국내에서는 충북 영동지역을 중심으로 약 5,156 천톤의 막대한 매장량에도 불구하고, 생산량은 5.5 천톤으로 매장량 대비 0.1%이하의 수준을 나타내고 있다. 그 중 일라이트의 건축재료용은 사용은 약 10% 미만으로 사용되고 있어 일라이트 자원의 건설재로로서의 활용에 대한 다양한 접근이 요구되는 시점이다. 따라서 이를 콘크리트 2차제품 제조에 적극 활용시 흡착 및 정화 등의 기능성을 부여할 수 있을 것으로 판단된다.

그러므로, 종래에는 고로슬래그가 다량 치환되고, 순환골재를 포함하는 콘크리트의 강도를 향상시킬 수 있는 상기한 탈황석고 및 폐내화물을 이용하는 방법과 여기에 일라이트를 활용하여 흡착 및 정화 등의 추가 기능성을 부여한 콘크리트 2차제품 제조에 관하여는 개시된 바 없어 이에 관한 연구가 필요하다.

현재까지 일라이트를 사용하여 중금속 흡착 성능 및 물성분석비교 등의 연구에만 국한적이고, 생산량이 한정되어 있기 때문에 일라이트에 관한 기초적 연구만 진행되었을 뿐, 건설 자재로서의 연구가 미미한 실정이며, 실제 건설재료에 일라이트를 도입한 사례도 없다.

이에 본 발명자는 기존의 문제점을 해결하기 위하여 기존의 규사 또는 가는 골재를 흡착 및 향균효과 등이 우수한 일라이트로 대체하거나 일라이트를 혼입하여 제작한 친환경적인 일라이트를 이용한 보차도용 블록을 개발하기에 이르렀다.

[문헌 1] 대한민국 등록특허 제10-1953968호 ‘우드칩을 이용한 보도용 블록의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 보도용 블록을 이용한 보도 포장 시공방법’, 2019년02월25일 [문헌 2] 대한민국 공개특허 제10-2015-0091553호 ‘충격 진동 흡수 블록’, 2015년08월12일

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다. 그 목적은 기존의 규사 또는 가는 골재를 흡착 및 향균효과 등이 우수한 일라이트로 대체하거나 일라이트를 혼입하여 제작한 친환경적인 일라이트를 이용한 보차도용 블록을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 블록본체(100);

상기 블록본체(100) 상부에 포설되는 일라이트분말이 포함된 표면층(200);

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일라이트를 이용한 보차도용 블록을 제공한다.

더불어 상기 표면층(200)은,

고로슬래그 미분말 60~70 중량부를 포함하는 고로슬래그 시멘트 3종 100중량부 기준으로, 정제 탈황석고 5~15중량부, 폐내화물 2.5~7.5중량부가 혼합된 결합재; 및, 석분골재 100중량부를 기준으로, 순환골재 40~60중량부, 일라이트분말 0.1~2중량부가 혼합된 혼합골재;로 구성되는 것을 특징으로 하는 일라이트를 이용한 보차도용 블록을 제공한다.

본 발명에 따르면 기존의 규사 또는 가는 골재를 흡착 및 향균효과 등이 우수한 일라이트로 대체하거나 일라이트를 혼입하여 제작한 친환경적인 일라이트를 이용한 보차도용 블록을 제공한다.

도 1은 본 발명인 일라이트를 이용한 보차도용 블록의 단면도이다.

이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

고로슬래그 미분말은 보통 콘크리트 혼화재로 사용되며, 콘크리트 타설시 수화열 발생을 억제하는 기능과 장기강도 증가, 수밀성 증가 등의 장점을 가지고 있으나, 수화반응 지연과 콘크리트 중성화 진행속도를 빠르게 진행시키는 단점을 함께 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 고로슬래그의 단점을 보완 하고자 순환 골재 속 잔재하고 있는 수산화칼슘을 이용하여 수화반응의 속도를 촉진시켜 초기강도를 발현케 하고(잠재수경성), 일라이트 주성분인 이산화규소, 알루미나, 산화칼슘 및 산화마그네슘을 이용하여 중금속, 유독가스에 대한 우수한 흡착, 탈취, 분해력, 음이온 발생, 향균성과 향바이러스 등의 효과로 친환경적인 일라이트 보도블록을 제작하고자 하는 것에 대하여 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명인 일라이트를 이용한 보차도용 블록의 단면도이다.

본 발명의 일라이트를 이용한 보차도용 블록은,

블록본체(100);

상기 블록본체(100) 상부에 포설되는 일라이트분말이 포함된 표면층(200);

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고

상기 블록본체(100)의 높이는 5.2~5.4mm이고,

상기 표면층(200)의 높이는 6~8mm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 블록본체(100)와 상기 표면층(200)의 결합력을 증대하기 위하여 도 1과 같이 상기 블록본체(100) 상부면에 요철 또는 톱니형상 등의 스터드부(110)를 형성할 수 있다.

상기 스터드부(110)는 상기 블록본체(100) 제작시 일체로 형성될 수도 있고, 현장에서 기능공을 통하여 형성할 수도 있으며,

별도의 스터드 부재를 상기 블록본체(100) 상부면에 박아 넣는 방법을 취할 수도 있다.

상기 표면층(200)은,

고로슬래그 미분말 60~70 중량부를 포함하는 고로슬래그 시멘트 3종 100중량부 기준으로, 정제 탈황석고 5~15중량부, 폐내화물 2.5~7.5중량부가 혼합된 결합재; 및,

석분골재 100중량부를 기준으로, 순환골재 40~60중량부, 일라이트분말 0.1~2중량부가 혼합된 혼합골재;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 결합재와 상기 혼합골재의 중량비는 1:4~6의 비율로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 결합재로서는 고로슬래그 미분말을 60 ~ 70중량부 함유한 고로슬래그 시멘트 3종(KS L 5210)에 평균 직경 0.3~0.5mm의 체(sieve)를 이용하여 탈황석고(flue gas desulfurization gypsum)를 체가름(sieving)하여 상기 탈황석고에 포함된 활성탄(activated carbon)을 제거한 정제 탈황석고와 0.05~0.1mm 이하로 분쇄된 폐내화물 미분말로 구성되고, 골재에는 충북 영동지역에서 산출되는 일라이트분말, 기존 구조물 해체시 발생하는 콘크리트로부터 제조된 순환 골재와 석산에서 부순 굵은 골재 제조시 부산물로 발생하는 석분골재를 혼합한 것을 사용한다.

상기 결합제는 AE제, 감수제, AE감수제 등 혼화제가 추가로 포함될 수 있으며,

상기 결합재와 혼합골재가 혼합된 혼합물의 물결합재비는 30 내지 60중량부인 것이 바람직하다.

상기 표면층(200)의 제조방법은,

(1) 고로슬래그 미분말 60~70중량부를 포함하는 고로슬래그 시멘트 3종 100중량부를 기준으로, 정제 탈황석고 5~15중량부, 폐내화물 2.5~7.5중량부가 혼합된 결합재를 준비한다.

(2) 그리고 석분골재 100중량부를 기준으로, 순환골재 40~60중량부, 일라이트분말 0.1~2중량부가 혼합된 혼합골재를 준비한다.

(3) 상기 결합재와 혼합골재를 중량비 1:4~6의 비율로 혼합한다.

(4) 상기 혼합물 100중량부 기준으로 물을 30~60중량부로 혼합하여 콘크리트 조성물을 준비한다.

(5) 상기 콘크리트 조성물을 상기 블록본체(100) 상부에 직접 포설하거나 거푸집을 이용하여 타설하여 성형한 후 양생한다.

일라이트는 카올리나이트 스멕타이트와 더불어 가장 중요하고도 흔한 점토 광물이다.

일라이트는 회백색의 광물로서 원자번호 32번, 화학기호 Ge, 원자량 72.60, 원자수 2～4개, 질량 66～77의 금속원소로 하나의 아금속이며,

일라이트의 종류로는 수화운모, 수화백운모, 함수된 운모, K-운모, 운모질 점토, 및 세리사이트 등이 있다.

현재 널리 쓰이고 있는 일라이트의 일반적인 정의는 결정화학적 특징을 고려하여 입자의 크기가 2∼4 ㎛ 이하로서 운모와 비슷하며, 저면간격(d-spacing)은 10Å이고 화학적으로는 백운모에 비하여 Si4+, Mg2+및 H2O가 더 풍부하나, 사면체자리의 Al3+과 층간 K+의 함량은 더 낮은 것으로 정의된다.

일라이트는 각종 논문을 참조하여 볼 때,

중금속 흡착, 유독 가스흡착, 향균성능, 음이온발생 등에서 효과가 입증되고 있다.

일라이트의 주성분은 SiO2, Al2O3, CaO 및 MgO로 중금속 및 유해물질의 흡착과 음이온 발생 및 세포 활성화 등의 효과로 인해 미용·제약 산업에 사용되고 있으며, 바이러스 및 곰팡이 등의 정균 작용으로 페인트 등의 미장재료 산업에 활용되고 있으나,

건축재료로써의 활용도는 전체 사용대비 약 10% 미만의 국한적으로 사용되어 지고 있어, 친환경 건축재료의 연구 및 활용방안대책이 필요한 실정이다.

본 발명자는 고로슬래그 미분말(이하 BS)과 보통 포틀랜드 시멘트(이하 OPC)를 결합한 친환경 결합재를 이용하고, 일라이트의 치환율(0, 2, 4, 8, 12 %)에 변수를 두어 결합재 및 잔골재치환 방법에 대한 모르타르의 기초적인 물성을 평가하여, 일라이트의 적정 치환율 및 치환방법을 도출하는 것으로, 건축재료로써 일라이트의 활용성을 검토해 보았다.

시험결과 일라이트의 치환율이 증가할수록 유동성, 공기량, 압축강도 및 건조수축 길이변화율이 감소하는 경향을 나타내었으며, 순환잔골재를 사용한 배합이 강모래를 사용한 배합에 비해 낮은 품질을 나타내었다.

다만 약 2 % 정도의 치환율에서 가장 경제적이고 구조적 성능을 유지함을 시험 결과를 도출하였다.

본 발명은 상기 표면층(200) 상부에 코팅층(300)을 형성할 수 있다.

상기 코팅층(300)은 오염을 방지하기 위한 소위 방오기능 향상과 미끄럼 방지기능을 향상 그리고 내마모성 향상을 위한 것으로, 유지관리가 용이하고 겨울철 제설작업이 용이한 특징을 갖는다.

상기 코팅층(300)은 우레탄계 폴리머, 아크릴계 폴리머, 접착증진제 등을 배합하여 저점도인 코팅액을 도포하여 형성한다.

상기 코팅층(300)의 시공순서는 다음과 같다.

(1) 점도 100~120cps인 1차 코팅액을 35~50℃로 예열한 후 롤러를 통하여 코팅액을 상기 표면층(200)의 미세한 공극조직으로 스며들게 한다.(1차코팅단계)

(2) 1차 코팅 후 점도 1100~1500 cps인 코팅액을 35~45℃로 예열한 후 롤러를 통하여 코팅액을 상기 표면층(200)의 미세한 공극조직으로 스며들게 한다.(2차코팅단계)

(3) UV램프를 이용하여 300 ~ 400mJ/cm2 로 건조한다.(1차건조단계)

(4) 1차 건조 후 UV램프를 이용하여 2,000 ~ 2,500mJ/cm2 이상으로 건조한다.(2차건조단계)

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다.

따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

100: 블록본체
200: 표면층
300: 코팅층

Claims (4)

1. 블록본체(100);
   상기 블록본체(100) 상부에 포설되는 일라이트분말이 포함된 표면층(200);
   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고,
   상기 표면층(200)은,
   고로슬래그 미분말 60~70 중량부를 포함하는 고로슬래그 시멘트 3종 100중량부 기준으로, 정제 탈황석고 5~15중량부, 폐내화물 2.5~7.5중량부가 혼합된 결합재; 및,
   석분골재 100중량부를 기준으로, 순환골재 40~60중량부, 일라이트분말 0.1~2중량부가 혼합된 혼합골재;로 구성되는 것을 특징으로 하며,
   상기 결합재와 상기 혼합골재의 중량비는 1:4~6의 비율로 구성되는 것을 특징으로 하고,
   상기 블록본체(100)의 높이는 5.2~5.4mm이고,
   상기 표면층(200)의 높이는 6~8mm인 것을 특징으로 하며,
   상기 블록본체(100)와 상기 표면층(200)의 결합력을 증대하기 위하여 상기 블록본체(100) 상부면에 요철 또는 톱니형상 등의 스터드부(110)를 형성하되, 상기 스터드부(110)는 상기 블록본체(100) 제작시 일체로 형성될 수도 있고, 현장에서 기능공을 통하여 형성할 수도 있으며 별도의 스터드 부재를 상기 블록본체(100) 상부면에 박아 넣는 방법으로 형성될 수 있으며,
   상기 표면층(200) 상부에 우레탄계 폴리머, 아크릴계 폴리머, 접착증진제가 배합된 코팅층(300)을 형성하고,
   상기 코팅층(300)은,
   (1) 점도 100~120cps인 1차 코팅액을 35~50℃로 예열한 후 롤러를 통하여 코팅액을 상기 표면층(200)의 미세한 공극조직으로 스며들게 하는 1차코팅단계;
   (2) 1차 코팅 후 점도 1100~1500 cps인 코팅액을 35~45℃로 예열한 후 롤러를 통하여 코팅액을 상기 표면층(200)의 미세한 공극조직으로 스며들게 하는 2차코팅단계;
   (3) UV램프를 이용하여 300 ~ 400mJ/cm2 로 건조하는 1차건조단계;
   (4) 1차 건조 후 UV램프를 이용하여 2,000 ~ 2,500mJ/cm2 이상으로 건조하는 2차건조단계;
   를 통해 시공되는 것을 특징으로 하는 일라이트를 이용한 보차도용 블록.
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