KR102237759B1 - 페로니켈 슬래그를 함유하는 호안블록의 제조방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 기층 및 표층이 적층되어 이루어지는 호안블록의 제조방법에 관한 것으로서, 기층 및 표층이 적층되어 이루어지는 호안블록의 제조방법으로서, 성형틀에 제1 페로니켈 슬래그, 슬래그 시멘트, 석분 및 유기질 비료를 포함하는 제1 콘크리트 조성물을 충진하는 단계, 상기 제1 콘크리트 조성물을 가압하여 기층을 제조하는 단계, 상기 기층 상에 제2 페로니켈 슬래그, 슬래그 시멘트 및 규사를 포함하는 제2 콘크리트 조성물을 충진하는 단계, 상기 제2 콘크리트 조성물을 가압하여 상기 기층 상에 표층을 형성하여 블록 성형체를 제조하는 단계, 상기 블록 성형체를 양생하는 단계를 포함하며, 유기질 비료 및 실리콘 오일의 수용액과 혼합하여 표면 처리하여 제조된 제1 페로니켈 슬래그를 콘크리트 조성물로 하여 기층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

페로니켈 슬래그를 함유하는 호안블록의 제조방법.{MANUFACTURING METHOD OF EMBANKMENT BLOCK COMPRISING FERRONICKEL SLAG}

본 발명은 페로니켈 슬래그를 함유하는 호안블록의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철강 산업에서 발생하는 폐기물인 페로니켈 슬래그를 재활용하여 하천 생태계의 복원 및 활성화에 유용한 호안블록을 제조하는 방법에 관한 것이다.

호안블록은 하천 수변부 및 수중부에 사용되며, 하천 생태계 및 경관 보전, 식생, 비탈면 보호 및 흙막이 보호의 용도로 시공되고 있다. 이러한 호안블록은 콘크리트를 주성분으로 하여 제조되는데, 압축강도 및 동결융해에 따른 내구성과 같은 성능지표를 충족시키는 제품이 개발되고 있다. 그러나 최근에는 하천 생태계의 복원 및 활성화가 가능한 친환경적인 호안블록에 대한 수요가 증가하고 있다.

예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-1159914호에는 슬래그 및 바텀애쉬를 포함하는 콘크리트 조성물을 이용함으로써 호안블록의 강도 향상 및 비용 경감의 효과를 달성하고 있고, 대한민국 등록특허공보 10-1258269호에서는 슬래그 시멘트, 플라이 애쉬 및 석회석 미분말로 이루어진 결합제와 잔골재 및 폴리카본산계 고성능 AE감수제를 포함하는 콘크리트 조성물로 호안블록을 제조함으로써 친환경 호안블록을 제공하고 있으나, 이러한 호안블록을 사용하면 하천 생태계의 복원 및 활성화의 효과를 얻기에는 미흡한 문제점이 있다.

이러한 호안블록의 종래기술로는 대한민국 등록특허공보 10-1694145호를 들 수 있는데, 비철금속 슬래그 잔골재가 전체 콘크리트 조성물 100중량%에 대하여 20 내지 50중량%가 되도록 혼합된 콘크리트 조성물을 사용하며, 또한, 대두단백 가수분해물을 함유하여 생장촉진물질 성분이 용출되면서 호안블록 주변에 생물이 활발하게 생장하고 제품 표면에 조류가 쉽게 활착하게 하는 호안블록이 제시되고 있다.

그러나 상기 종래기술에서는 비철금속 슬래그 잔골재로서 동(銅)을 제조하기 위하여 원석을 제련하는 과정에서 발생하는 슬래그를 분쇄한 동슬래그 잔골재를 사용하고 있어 다른 종류의 슬래그를 재활용할 수 없는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 10-1159914호 대한민국 등록특허공보 10-1258269호 대한민국 등록특허공보 10-1694145호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 철강 산업에서 발생하는 폐기물인 페로니켈 슬래그를 재활용한 콘크리트 조성물을 적용하여 호안블록을 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 상기 제조된 호안블록이 양호한 강도 및 내구성을 나타내며 하천 생태계의 복원 및 활성화에도 효과를 나타낼 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 호안블록은 기층 및 표층이 적층되어 이루어지는 것으로서, 상기 호안블록은 성형틀에 제1 페로니켈 슬래그, 슬래그 시멘트, 석분 및 유기질 비료를 포함하는 제1 콘크리트 조성물을 충진하는 단계, 상기 제1 콘크리트 조성물을 가압하여 기층을 제조하는 단계, 상기 기층 상에 제2 페로니켈 슬래그, 슬래그 시멘트 및 규사를 포함하는 제2 콘크리트 조성물을 충진하는 단계, 상기 제2 콘크리트 조성물을 가압하여 상기 기층 상에 표층을 형성하여 블록 성형체를 제조하는 단계, 상기 블록 성형체를 양생하는 단계를 포함하여 제조된다.

이때, 상기 제1 페로니켈 슬래그는 유기질 비료 및 실리콘 오일의 수용액과 혼합하여 표면 처리함으로써 제조되는 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 페로니켈 슬래그는 증류수 100 중량부에 대하여 실리콘 오일 20 내지 30 중량부, PEO-b-PCL(poly(ethylene oxide)-block-poly(ε-caprolactone)) 공중합체 10 내지 20 중량부를 혼합하여 실리콘 오일 수용액을 제조하는 단계, 상기 실리콘 오일 수용액에 유기질 비료 0.5 내지 5 중량부를 혼합하여 유기질 비료 수용액을 제조하는 단계, 상기 유기질 비료 수용액에 상기 제1 페로니켈 슬래그 100 내지 200 중량부를 혼합하고 이를 건조하여 표면 처리하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 제조방법을 적용하면 콘크리트 조성물은 철강 산업에서 발생하는 폐기물인 페로니켈 슬래그를 재활용하면서도 강도 및 내구성이 우수한 호안블록을 제조할 수 있다.

또한, 상기 제조된 호안블록은 하천 생태계의 복원 및 활성화에도 효과를 나타낼 수 있다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 호안블록은 기층 및 표층이 적층되어 이루어지는 것으로서, 성형틀에 제1 페로니켈 슬래그, 슬래그 시멘트, 석분 및 유기질 비료를 포함하는 제1 콘크리트 조성물을 충진하는 단계, 상기 제1 콘크리트 조성물을 가압하여 기층을 제조하는 단계, 상기 기층 상에 제2 페로니켈 슬래그, 슬래그 시멘트 및 규사를 포함하는 제2 콘크리트 조성물을 충진하는 단계, 상기 제2 콘크리트 조성물을 가압하여 상기 기층 상에 표층을 형성하여 블록 성형체를 제조하는 단계, 상기 블록 성형체를 양생하는 단계를 포함하여 제조된다.

종래기술의 호안블록은 콘크리트 조성물을 성형하여 일체형으로 제조하고 있으나, 본 발명의 호안블록은 지면과 접촉하는 기층과 표면을 형성하는 표층의 2층으로 이루어져 있으며, 기층을 구성하는 제1 콘크리트 조성물에 함유되는 유기질 비료에 의해 호안블록의 표면에서 수변 및 수중 생물의 생장에 필요한 영양성분이 제공될 수 있으므로 하천 생태계의 복원 및 활성화에 효과를 나타내게 된다. 또한, 이러한 기층을 보호하면서 호안블록의 강도 및 내구성을 향상시킬 수 있도록 다른 조성으로 이루어진 제2 콘크리트 조성물을 이용하여 표층을 형성함으로써 외부 환경에 의해 호안블록의 내구성이 저하되는 문제점을 해결할 수 있게 된다.

또한, 상기 유기질 비료는 기층에만 함유되어 있으므로 호안블록 내부에서 토양으로 용출되기 용이하도록 구성된다. 상기 유기질 비료로는 토양에 영양성분을 공급할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

상기 유기질 비료로는 단미사료를 사용할 수 있는데, 이러한 단미사료는 다양한 무기물 또는 유기물로 이루어질 수 있는데, 이중 유기물인 곡류, 강피류, 박류, 서류, 식품 가공 부산물, 섬유질류, 전분류, 콩류, 견과류, 종실류, 과실류, 채소류 등을 사용할 수 있다. 또한, 음식물 쓰레기로부터 제조된 단미사료를 사용할 수 있는데, 이러한 단미사료는 폐기물을 재활용한 것이므로 자원 재활용의 측면에서도 효용성이 큰 것이다.

상기 콘크리트 조성물에 상기 유기질 비료를 혼합하면 균일한 혼합이 어렵고 소량 함유되기 때문에 하천 생태계에 미치는 영향이 미미하여 실질적인 효과를 보기 어려운 문제점이 있다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 제1 콘크리트 조성물을 제조하는 과정에서 상기 제1 페로니켈 슬래그를 유기질 비료 및 실리콘 오일의 수용액과 혼합하여 표면 처리하는 공정을 통해 제조하고 있다. 이러한 제조방법을 적용함으로써 상기 제1 콘크리트 조성물에 함유된 유기질 비료로부터 영양성분이 지속적으로 방출되면서 하천 생태계의 복원 및 활성화에 더 나은 효과를 나타내는 것으로 나타났다.

일반적인 실리콘 오일은 물에 불용성인데, 이러한 실리콘 오일을 수용성으로 개질하는 경우 표면 흡착 및 분산에 유리한 것으로 알려져 있다. 예를 들어, J. Colloid and Interface Sci. 351(2010) 102-107에는 실리콘 오일과 PEO-b-PCL(poly(ethylene oxide)-b-poly(ε-caprolactone)을 혼합하여 오일-물 에멀전을 형성함으로써 수용성으로 개질하는 실험결과가 개시되어 있는데, 이를 통해 실리콘 오일이 가용 상태를 이룰 수 있게 된다.

이러한 실험결과를 바탕으로 본 발명에서는 상기 제1 페로니켈 슬래그에 대하여 다음과 같은 공정을 통해 표면 처리를 수행하였다. 상기 표면 처리는 제1 페로니켈 슬래그 및 제2 페로니켈 슬래그 모두에 대해 실시할 수도 있으나, 호안블록을 시공했을 때 토양과 접촉하는 부분인 기층에 함유되는 제1 페로니켈 슬래그에 대해서만 표면 처리를 하는 것이 경제적이므로 상기 제1 페로니켈 슬래그에 대한 표면처리에 이용하였다.

먼저, 증류수 100 중량부에 대하여 실리콘 오일 20 내지 30 중량부, PEO-b-PCL(poly(ethylene oxide)-block-poly(ε-caprolactone)) 공중합체 10 내지 20 중량부를 혼합하여 실리콘 오일 수용액을 제조한다. 이 상태에서 실리콘 오일은 W/O(오일-물) 에멀전을 형성하게 된다. 상기 실리콘 오일로는 디메틸실리콘 오일 또는 메틸페닐실리콘 오일을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 실리콘 오일과 PEO-b-PCL 공중합체를 상기 비율로 혼합할 때 W/O 에멀전을 안정적으로 형성하는 것으로 나타났다.

일 실시예에서 상기 W/O에멀전을 형성한 실리콘 오일 수용액에 단미사료 0.5 내지 5 중량부를 혼합하면 단미사료가 함유된 유기질 비료 수용액을 제조할 수 있다. 상기 실리콘 오일 수용액을 적용하면 단미사료에 대한 분산성을 확보하며, 콘크리트 조성물 내에서 안정화되는 것으로 나타났는데, 실리콘 오일이 상기 단미사료 입자를 포집하는 형태로 분산되기 때문인 것으로 추측된다. 또한, 상기 단미사료의 혼합량이 지나치게 많은 경우 미분산된 침전물이 발생하는 것으로 나타났으며, 너무 적은 양으로 함유되는 경우에는 충분한 영양성분의 용출이 일어나지 않아 하천 생태계의 복원 및 활성화에 대한 효과가 미미한 것으로 나타났다.

상기와 같이 제조된 단미사료가 함유된 유기질 비료 수용액에 상기 제1 페로니켈 슬래그 100 내지 200 중량부를 혼합하는데, 이 과정을 통해 슬래그의 표면에 단미사료를 함유하는 수용액이 분산되어 도포된다. 이를 통상의 오븐 등을 사용하여 건조하면 상기 제1 페로니켈 슬래그 입자의 표면 처리가 완료되어 제2 콘크리트 조성물을 형성하게 된다.

또한, 상기 제1 페로니켈 슬래그의 표면 처리는 표층용 조성물을 충진하기 직전에 실시하는 것이 바람직하다. 상기 제1 페로니켈 슬래그를 미리 표면 처리하고 장시간 방치하는 경우 유기질 비료의 성분이 변성될 우려가 있다. 또한, 가압하여 블록 성형체를 제조하는 과정에서 상기 제1 페로니켈 슬래그의 표면에 분산된 유기질 비료 성분이 안정화되는 것으로 나타났다.

따라서 종래기술에서와 같이 영양성분을 콘크리트 조성물에 단순 혼합하는 것과 달리 본 발명의 제조방법에 따르면 성형 조건에서 유기질 비료가 오히려 더 안정화되어 호안블록의 성능을 더 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 또한, 상기 호안블록은 상기 기층 및 표층으로 이루어짐으로써 강도, 투수성과 내구성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.

상기 호안블록을 구성하는 주원료로서 페로니켈 슬래그와 고로 슬래그를 포함하는 슬래그 시멘트를 적용할 때, 상기 제1 페로니켈 슬래그는 입자 크기가 4 내지 8㎜이며, 상기 제2 페로니켈 슬래그는 입자 크기가 2 내지 4㎜가 되도록 분급함으로써 기층과 표층의 적층에 따른 적합한 물성을 얻을 수 있다.

즉, 기층은 지면과 접지하여 통수성이 우수해야 하기 때문에 사용되는 제1 페로니켈 슬래그의 입자 크기는 8㎜ 이하라면 특별히 크기에 제한이 없어 1차 분급 공정을 통해서도 쉽게 수득될 수 있다. 그러나 상기 표층을 구성하는 제2 페로니켈 슬래그는 입자크기가 2 내지 4㎜의 범위가 되도록 분급하여 사용하게 되는데, 이를 위해 상기 페로니켈 슬래그를 2차 이상 분급 공정을 반복 수행함으로써 입자 크기를 조절하는 것이 바람직하다. 이를 통하여 기층의 표면 거칠기를 개선하며, 표면 내구성을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 상대적으로 입자 크기가 큰 제1 페로니켈 슬래그에 유기질 비료 성분이 소량 함유되기 때문에 본 발명에서와 같이 실리콘 오일 수용액을 적용한 표면처리는 상기 유기질 비료 성분의 균질 분산에 특히 효과적인 것으로 나타났다.

또한, 상기 기층 및 표층용 조성물을 구성하는 슬래그 시멘트는 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그를 혼합한 것으로서 일반적으로 포틀랜드 시멘트의 함량이 높을수록 강도가 증가하는 경향을 나타내는데, 본 발명에서는 고로 슬래그의 함량이 40 내지 60 중량%인 슬래그 시멘트를 사용함으로써 고로 슬래그의 함량을 높이고 있다.

상기 기층을 구성하는 기층용 조성물은 제1 페로니켈 슬래그, 슬래그 시멘트, 석분, 및 유기질 비료를 포함하며, 또한, 상기 표층을 구성하는 표층용 조성물은 제2 페로니켈 슬래그, 슬래그 시멘트, 및 규사 외에 착색제를 소량 함유함으로써 색상을 부여할 수도 있다.

또한, 종래기술인 대한민국 등록특허공보 10-2111530호에서는 페로니켈 슬래그의 표면처리를 통해 상용성을 증가시키는 점이 기재되어 있는데, 이를 위하여 페로니켈 슬래그 분말과 수지 조성물을 혼합하는 공정을 통하여 표면처리를 수행한다. 즉, 기층용 조성물에 사용되는 페로니켈 슬래그 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 수지 조성물을 혼합함으로써 표면처리를 하고 있다.

상기 종래기술에서와 같이 수지 조성물로 표면처리하는 경우 페로니켈 슬래그 입자의 표면에 흡착되어 각 조성물의 혼합시 혼합의 균일성을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.

상기 수지 조성물을 구성하는 수지로는 극성기를 함유하는 탄화수소계 중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 중합체의 예로는 에폭시 변성 폴리스티렌 공중합체, 에틸렌-무수에틸렌-아크릴산 공중합체, 에틸렌-에틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-알킬아크릴레이트-아크릴산 공중합체, 무수말레산 변성 고밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-알킬메타크릴레이트-메타크릴산 공중합체, 에틸렌-부틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체, 무수말레산 변성 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 중 어느 하나를 들 수 있다.

이러한 극성기를 함유하는 탄화수소계 중합체는 플라스틱 성형체 제조 공정에서 상용화제로 사용되기도 하는데, 본 발명에서는, 특히, 2-페녹시에틸아크릴산 단량체 또는 2-하이드록시-3-페녹시프로필 아크릴산 단량체 80 내지 100 중량부를 주쇄로 하고 3,4-에폭시-1-부텐 1 내지 30 중량부를 중합하여 측쇄를 형성한 에폭시 변성 폴리스티렌 공중합체를 표면 처리용 수지 조성물로 사용할 때 현저한 효과가 나타나는 것으로 파악되었다.

상기 수지 조성물은 상기 에폭시 변성 폴리스티렌 공중합체 100 중량부에 대하여 20 내지 40 중량부의 유기용제를 혼합하여 제조될 수 있고, 상기 수지 조성물과 상기 페로니켈 슬래그를 믹서를 사용하여 10분 내지 1시간 동안 혼합한 후 150 내지 180℃에서 5 내지 10분 간 열처리함으로써 표면처리된 페로니켈 슬래그 분말을 제조할 수 있다.

이와 같이 기층용 페로니켈 슬래그를 표면처리함으로써 제조된 블록의 물성을 향상시키는데, 제1 페로니켈 슬래그에 대해서도, 상기 수지 조성물에 0.5 내지 5 중량부의 옥수수 전분을 배합하여 표면처리함으로써 옥수수 전분을 함유하는 페로니켈 슬래그를 제조할 수 있는지 시험해 보았다. 그러나 옥수수 전분이 배합되는 경우 표면처리된 도포층이 쉽게 박리되어 다량의 분말이 생성되는 것으로 나타났다. 또한, 옥수수 전분의 분산을 위하여 함량을 0.5 중량부 미만으로 저감하면 어느 정도 옥수수 전분이 안정화될 수는 있으나, 함량이 지나치게 적어 효과를 얻을 수 없는 것으로 나타났다. 따라서 제1 페로니켈 슬래그는 유기질 비료만으로 표면처리하는 것이 더 효과적인 것으로 나타났으며, 필요에 따라, 상기 제2 페로니켈 슬래그의 표면을 수지 조성물로 처리할 수 있는 것으로 나타났다.

또한, 상기 호안블록의 기층과 표층을 형성하는 제조공정에서 기층과 표층의 두께 비율이 7:3 내지 9:1인 것이 바람직하며, 호안블록의 시공장소나 용도에 따라 상기 표층의 두께를 상기 비율에 맞도록 적절한 두께로 제조할 수 있다.

또한, 상기 블록을 형성하기 위한 기층용 제1 콘크리트 조성물 및 표층용 제2 콘크리트 조성물은 성형 공정 시 조성물 100 중량%에 대하여 0.01 내지 1 중량%의 물을 부가하는 것이 바람직하다. 소량의 물을 혼합함으로써 조성물의 균질 혼합이 가능하며, 이를 통해 제조된 블록의 물성이 향상되는 것으로 나타났다. 다만 너무 많은 물을 부가하는 경우에는 특정 성분이 불균일하게 응집되는 현상이 발생하여 물성을 오히려 저하시키는 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 호안블록은 상기 제1 및 제2 콘크리트 조성물을 사용하여 형성된 기층 및 표층을 포함하는 구조로 형성되는데, 상기 호안블록은 성형틀에 상기 기층용 조성물을 충진하는 단계, 상기 성형틀을 가압하여 기층을 제조하는 단계, 상기 기층 상에 상기 표층용 조성물을 충진하는 단계, 상기 성형틀을 가압하여 상기 기층 상에 표층을 형성한 블록 성형체를 제조하는 단계, 상기 블록 성형체를 양생하는 단계를 통해 제조되는 것이다.

이러한 블록 성형체는 제1 및 제2 콘크리트 조성물을 제조하기 위한 혼합 조건, 충진 조건, 양생 조건에 따라 내구성, 특히, 가장자리의 강도가 달라지게 된다.

상기 제1 및 제2 콘크리트 조성물을 제조할 때 통상의 믹서를 사용하되 혼합시간을 45 내지 55초로 하는 것이 바람직한데, 너무 오래 혼합하면 골재 분리 현상이 나타나게 되며, 혼합시간이 너무 짧아도 불균일 혼합이 되기 때문에 상기 혼합시간으로 혼합하여 성형틀에 충진할 각 조성물을 제조하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 및 제2 콘크리트 조성물을 상기 성형틀에 부가한 후, 특히, 성형틀에 진동을 부여하여 균일 혼합을 달성할 수 있는데, 1 내지 5초의 진동으로도 제조된 블록의 내구성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 진동시간을 짧게 함으로써 특정 성분이 표면에서 이탈되는 현상을 방지할 수 있는 것으로 나타났다.

또한, 양생 조건을 최적화함으로써 블록의 가장자리가 깨지는 불량을 제거할 수 있다. 이를 위하여 본 발명에서는 상기 블록 성형체를 60℃ 이하의 증기에 6시간 동안 노출시켜 양생하는 것이 바람직하다. 이러한 양생 조건을 채용함으로써 일반적인 블록 제조에 따른 양생 조건에 비해 빠른 양생이 가능하며, 석분의 함량을 줄이더라도 내구성이 우수한 호안블록을 제조할 수 있게 되는 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 호안블록의 성능을 평가하기 위하여 다음과 같이 시편을 제조하여 시험평가를 실시하였다.

		실시예	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
기층	제1 페로니켈슬래그	73.5	74.0	74.5	75.0	75.5
	시멘트	6	6	6	6	6
	석분	18	18	18	18	18
	유기질비료	2.5	2.0	1.5	1.0	0.5
표층	제2 페로니켈슬래그	70	70	70	70	70
	시멘트	20	20	20	20	20
	규사	10	10	10	10	10

제1 및 제2 콘크리트 조성물은 상기 표 1에서와 같은 비율이 되도록 제조하였다. 표 1에서 함량은 중량부이며, 슬래그 시멘트로는 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그를 1:1의 중량비로 슬래그 시멘트를 사용하였다. 또한, 각 조성물을 성형틀에 주입할 때 조성물 100 중량부에 대하여 0.02 중량부의 물을 부가하였다.

제1 페로니켈 슬래그를 제조하기 위하여, 증류수 100 중량부에 대하여 디메틸실리콘 오일 22 중량부를 혼합한 후 여기에 PEO-b-PCL 14 중량부를 적하하면서 혼합하여 W/O 에멀전(실리콘 오일 수용액)을 형성하였다. 제조된 실리콘 오일 수용액에 음식물 쓰레기로부터 제조된 유기질 단미사료 1 중량부를 투입하고 30분간 혼합하여 단미사료 수용액을 제조하였다. 제조된 단미사료 수용액에 상기 제2 페로니켈 슬래그 140 중량부를 투입하고 30분 간 혼합한 후, 60℃의 오븐에서 건조하여 표면 처리된 제2 페로니켈 슬래그를 수득하였다(제조예 1).

비교를 위하여, 2-페녹시에틸아크릴산 단량체 100 중량부를 주쇄로 하고 3,4-에폭시-1-부텐 20 중량부를 중합하여 측쇄를 형성한 에폭시 변성 폴리스티렌 공중합체 100 중량부에 대하여 50 중량부의 유기용제 및 유기질 단미사료 1 중량부를 믹서를 사용하여 20분 동안 혼합한 후 제2 페로니켈 슬래그 140 중량부를 혼합하고 다시 30분 간 혼합하였다. 얻어진 페로니켈 슬래그를 80℃에서 40분 간 열처리하여 표면처리한 페로니켈 슬래그를 수득하였다(제조예 2).

또한, 상기 페로니켈 슬래그는 분쇄 및 분급 공정을 통해 입자 크기가 4 내지 8㎜인 입자와 입자 크기가 2 내지 4㎜인 입자로 분리한 후 사용하였으며, 입자 크기가 4 내지 8㎜인 입자는 제1 페로니켈 슬래그, 입자 크기가 2 내지 4㎜인 입자는 제2 페로니켈 슬래그로 하였다.

실시예 1 및 비교예 1, 2에서는 기층과 표층의 두께가 8:2가 되도록 하여 블록 성형체를 제조한 후 60℃의 증기에 6시간 노출시켜 양생하였으며, 비교예 3에서는 기층과 표층의 두께가 8:2가 되도록 하여 블록 성형체를 제조한 후 실온에서 20일 간 양생하였다. 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서는 제조예 1에 따른 제2 페로니켈 슬래그를 사용하였으며, 비교예 4에서는 실시예 1과 동일한 방법으로 블록 성형체를 제조하되 제조예 2에 따른 제2 페로니켈 슬래그를 사용하였다.

100×100×100㎜의 호안블록을 시험체로 사용하여 압축강도, 동결융해 압축강도, 흡수율을 평가하였다.

압축강도 측정을 위하여 시험체를 가압 양면을 세로축에 직각이 되도록 평활하게 마무리한 후, 2시간 이상 맑은 물속에 담가 흡수시켜서 시험하였다. 압축 방향은 실제로 하중을 받는 방향으로 하고 전체면에 고르게 가압하며 원칙적으로 중앙에 구접면을 갖는 전압장치를 사용해서 가압전단면적 1㎠당 매초 19.60N(2㎏f)의 속도로 가압하였으며, 압축강도는 가압전단면적에 대한 최대하중으로부터 산출하였다.

또한, 동결융해 압축강도는 KS F 2456의 B 방법을 따라 측정하였으며, 동결융해 사이클 수는 100 사이클로 한 후 전술한 압축강도 측정방법에 의해 압축강도를 측정하였다.

또한, 흡수율은 양생이 끝난 후 1매의 시료에서 무게 1.5 내지 2.5㎏의 시험체 2개를 취하여 건조기 내에서 100 내지 115℃로 24시간 이상 건조시킨 후 측정하였다. 이 때 2시간 동안에 측정한 무게차가 0.2%를 초과하지 않을 때까지 건조시킨 후 실온에서 4시간 이상 냉각시켜 무게를 측정하였다. 상기 측정 후, 15 내지 30℃의 물에 시료 전체를 24시간 침수시킨 후 꺼내어 헝겊으로 표면수를 닦은 다음 무게를 1g까지 측정하였으며 이를 흡수시 무게로 하였다. 흡수율은 시료의 건조무게에 대한 시료의 포화무게와 시료의 건조무게의 차를 백분율로 하여 계산하였으며, 2개의 시험체에 대한 평균값을 흡수율로 하였다.

또한, 100×100×100㎜의 시험체에 대하여 모서리 부분을 아래로 하여 1m 높이에서 콘크리트 바닥 위로 자유낙하한 후 블록의 모서리가 콘크리트 바닥에 닿는 충격에 의해 깨져서 파손되는지를 평가하였다. 낙하시험은 10회 실시하였으며 10회 시험 후에도 모서리 부분이 파손이 없으면 양호, 5~10회의 낙하시험에서 모서리 부분 파손이 발생하면 보통, 5회 미만의 낙하시험에서 모서리 부분 파손이 발생하면 불량으로 평가하였다.

그 결과는 표 2와 같다.

	압축강도(MPa)	동결융해압축강도(MPa)	흡수율(㎝/s)	모서리강도
실시예1	30.5	28.2	5.2	양호
비교예1	32.6	29.2	4.9	보통
비교예2	34.3	31.1	4.7	양호
비교예3	36.5	33.2	4.3	보통
비교예4	32.5	29.5	4.9	양호

한국콘크리트공업협동조합연합회의 호안 및 옹벽 블록에 대한 단체표준 인증기준(SPS-KCIC0001-0703, 2019년 개정)에 따르면, 100×100×100㎜ 시편에 대한 압축강도가 21.0MPa 이상, 동결융해시험 후 압축강도가 상기 압축강도 기준의 85% 이상, 흡수율이 7% 이하이어야 품질기준을 만족하는 것으로 규정되어 있다. 이때 압축강도가 너무 높으면 흡수율이 저하되는 문제점이 있으며, 압축강도가 너무 낮으면 내구성이 저하되는 문제점이 있으므로 상기 인증기준에 부합하면서 이를 적절히 조절해야 한다.

표 2의 결과를 살펴보면, 실시예 1에 따른 호안블록은 압축강도, 동결융해 시험 후 압축강도 및 흡수율에서 모두 품질기준을 만족하는 것으로 나타났으며, 낙하시험에서도 모서리 부분이 파손되는 현상이 나타나지 않아 전체적으로 내구성이 우수한 블록을 제조할 수 있는 것으로 나타났다. 특히, 비교예들에 비해 압축강도가 낮음에도 내구성이 우수한 것으로 나타났는데, 이는 내구성이 우수하면서도 흡수율이 우수한 특성을 나타내는 것을 시사하는 결과이다.

이에 대하여, 혼화제의 종류를 달리한 비교예 1의 경우 압축강도는 우수했으나 실시예 1에 비해 흡수율이 낮아지는 문제점이 발생하였다. 또한, 자유낙하시험에서 모서리 부분의 강도도 약한 것으로 평가되었다.

또한, 혼화제를 포함하지 않는 비교예 2의 경우 모서리가 깨지는 현상이 발생해 블록의 전체적인 내구성이 부족하며 흡수율도 너무 높은 것으로 나타났다.

또한, 양생 조건을 달리한 비교예 3의 경우에도 모서리가 깨지는 현상이 발생했으며, 흡수율이 상대적으로 높아지는 경향을 나타났다. 이러한 결과는 양생 조건에 따라 제조되는 블록의 특성이 영향을 받는 것을 시사하는 결과이다.

또한, 페로니켈 슬래그의 종류를 바꾸어 제조된 비교예 4의 경우 실시예 1과 동일한 조건으로 제조되었으며 압축강도, 휨강도는 우수한 물성을 나타내었고 모서리 강도도 양호한 것으로 나타났으나 흡수율은 상대적으로 높은 것으로 나타났다.

따라서 실시예 1 및 비교예 4의 호안블록에 대하여 식물의 생장 성능을 평가하였다. 상기 2종의 호안블록을 일반 토양에 매립하고 그 주변에 잔디 혼합종자를 파종한 후 6주 후의 잔디 잎의 생장 정도를 관찰한 결과 실시예 1에서는 100개의 잎에 대한 평균 길이가 48㎜인데 대하여 비교예 4의 경우 29㎜인 것으로 나타났다. 이러한 결과는 본 발명에 따른 호안블럭에 의해 주변의 잔디가 영양성분을 공급받아 생장 효율이 증가했음을 시사하는 결과인데, 비교예 4에서 흡수율이 높은 결과에 영향을 받은 것으로 추측된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (2)

1. 기층 및 표층이 적층되어 이루어지는 호안블록의 제조방법으로서,
   성형틀에 제1 페로니켈 슬래그, 슬래그 시멘트, 석분 및 유기질 비료를 포함하는 제1 콘크리트 조성물을 충진하는 단계;
   상기 제1 콘크리트 조성물을 가압하여 기층을 제조하는 단계;
   상기 기층 상에 제2 페로니켈 슬래그, 슬래그 시멘트 및 규사를 포함하는 제2 콘크리트 조성물을 충진하는 단계;
   상기 제2 콘크리트 조성물을 가압하여 상기 기층 상에 표층을 형성하여 블록 성형체를 제조하는 단계;
   상기 블록 성형체를 양생하는 단계;
   를 포함하며,
   상기 제1 페로니켈 슬래그는 유기질 비료 및 실리콘 오일의 수용액과 혼합하여 표면 처리함으로써 제조되는 것으로서,
   상기 제1 페로니켈 슬래그는,
   증류수 100 중량부에 대하여 실리콘 오일 20 내지 30 중량부, PEO-b-PCL(poly(ethylene oxide)-block-poly(ε-caprolactone)) 공중합체 10 내지 20 중량부를 혼합하여 실리콘 오일 수용액을 제조하는 단계;
   상기 실리콘 오일 수용액에 유기질 비료 0.5 내지 5 중량부를 혼합하여 유기질 비료 수용액을 제조하는 단계;
   상기 유기질 비료 수용액에 상기 제1 페로니켈 슬래그 100 내지 200 중량부를 혼합하고 이를 건조하여 표면 처리하는 단계;
   를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 호안블록의 제조방법.
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