KR102307383B1 - 해조류 및 폐기물을 이용한 보도블럭용 몰탈조성물 및 이를 이용한 보도블럭의 제조방법 - Google Patents

해조류 및 폐기물을 이용한 보도블럭용 몰탈조성물 및 이를 이용한 보도블럭의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐기되는 폴리실리콘 슬러지, 준설토의 실트질 모래 및 해조류를 이용하여 시멘트 사용량을 감소시키면서 방수성을 갖는 보도블럭용 몰탈조성물 및 이를 이용한 보도블럭의 제조방법이며, 해조류 농축액, 폴리실리콘 슬러지 분말, 및 불포화폴리에스테르수지로 조성되는 고화재와 골재로 실트와 굵은모래로 조성된 준설토를 주성분으로 조성되며, 여기에 수경성의 시멘트가 보충적으로 배합되는 것으로 이루어진다.
본 발명의 보도블럭은 방수성과 함께 시멘트 사용량을 감소시켜 시멘트의 유해성을 저감시키는 효과를 나타내며, 방수성과 함께 빗물에 의한 침식과 동결에 의한 파손을 감소시켜 내구성을 증가시키는 효과를 나타내다.

Description

해조류 및 폐기물을 이용한 보도블럭용 몰탈조성물 및 이를 이용한 보도블럭의 제조방법{Mortar composition for sidewalk block using seaweed and waste and method for manufacturing sidewalk block using same}
본 발명은 해조류 및 폐기물을 이용한 보도블럭용 몰탈조성물 및 이를 이용한 보도블럭의 제조방법에 관한 것이며, 구체적으로는 해조류와 폐기되는 폴리실리콘 슬러지, 준설토의 실트질 모래를 이용하여 시멘트 사용량을 감소시키면서 방수성을 갖는 보도블럭용 몰탈조성물 및 이를 이용한 보도블럭의 제조방법에 관한 것이다.
보도블럭은 보행도로를 걷는 사용자의 편의를 도모하기 위하여 보행도로를 포장하는 포장재이며,시멘트를 주재료로 하는 시멘트 보도블록이 주로 이용되고 있으나, 시멘트 보도블록은 시멘트로부터 유출되는 중금속 등에 의해 인체유해서 및 환경오염 등의 문제가 있으며, 이에 부응하여 플라이애시, 고로슬래그 등 다양한 산업부산물 등 시멘트를 대체하여 제조되는 보도블럭이 제공되고 있다.
보도블럭은 보행도로의 포장재에 따라 자체 일반블록(불투수블럭), 자체투수블록 및 틈새투수블록 등으로 구분되며 시멘트블럭, 플라이애시, 고로슬래그 등 다양한 산업부산물를 이용한 보도블럭과 투수성 보도블럭은 지속적인 빗물의 침투로 침식 및 겨울철의 동결 등에 의해 파손되는 등 내구성에 문제가 있다.
투수성 보도블럭의 문제점을 해결하기 위하여 우레탄수지, 에폭시수지 등 방수성 도료를 포장된 보도블럭 표면에 도포하고 있으나, 보행자의 지속적인 보행 등에 의해 도막이 벗겨지는 등 수명이 오래가지 못하며, 투수성이 없는 인조석, 천연석을 재료하여 제작된 보도블럭은 쉽게 파손되므로 보수유지에 따른 비용 증가의 문제가 있다.
보도블럭과 관련된 선행기술로 예를 들면 특허문헌 1에 물 : 염화나트륨 : 염화칼륨 : 탄산나트륨 : 리그닌 : 황산마그네슘 : 염화마그네슘 : 소듐알루미네이트가, 180 ~ 190 : 0.5 ~ 30 : 1.5 ~ 9.0 : 5 ~ 30 : 0.2 ~ 1.0 : 0.5 ~ 3.0 : 0.2 ~ 1.0 : 0.3 ~ 2.0의 비율로 혼합된 수화첨가제 5 ~ 7 중량%와, 하수 또는 폐수 슬러지 24 ~ 27 중량%와, 시멘트10 ~ 15 중량%와, 물 2 ~ 4 중량%, 잔량의 흙 또는 모래를 혼합하여 전체 100 중량%에 제강슬래그가 흙 또는 모래 중량의 40 ~ 60 중량% 더 포함하는 하수 또는 폐수 슬러지 재활용 조성물 이용한 보도 블록을 개시하고 있으며, 특허문헌 2에 상하면을 관통하는 관통부를 구비하고, 자갈, 모래, 시멘트 및 이들을 결합시키는 바인더 수지가 혼합되어 형성된 블록층; 상기 블럭층의 휨모멘트에 대한 내력을 강화하기 위해 상기 블럭층의 내부에 배치되는 프레임; 자갈과 상기 바인더 수지가 혼합되어 형성되며, 상기 관통부에 채워져 상기 블럭층의 상하방향으로 물을 투과시키는 자갈층; 상기 블럭층 및 상기 자갈층의 상면에 도포되며, 모래와 상기 바인더 수지가 혼합되어 형성된 모래층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로포장용 블록을 개시하고 있다
또 특허문헌 3에 입경 3 ~ 5mm의 폐석회석 40 ~ 50vol%; 입경 3 ~ 10mm의 바텀애시 20 ~ 35vol%; 왕겨재 5 ~ 8vol%; 고로슬래그 시멘트계 무기결합재 10 ~ 15vol%; 및 물 6 ~ 12vol%; 를 혼합한 조성물을 형틀에 넣고 압착시켜 제조한 투수성과 보수성을 함께 구비한 경량 보도블록을 개시하고 있다.
본 빌명의 발명자는 해조류와 산업폐기물의 재활용 차원에서 폐기되는 폴리실리콘 슬러지, 실트질 모래의 준설토를 이용하여 시멘트 사용량을 감소시키면서 방수성을 갖는 보도블럭을 제조하여 본 발명을 완성하였다
특허문헌1: 대한민국 등록특허공보 등록번호10-0889393호 특허문헌2: 대한민국 등록특허공보 등록번호10-1042586호 특허문헌3: 대한민국 등록특허공보 등록번호10-1896251호
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 해조류 및 폐기물을 이용하여 보도블럭용 몰탈조성물 및 이를 이용한 보도블럭의 제조방법을 제공하는 것이며, 보다 상세하게는 해조류와 산업폐기물인 폴리실리콘 슬러지, 실트질 모래의 준설토를 이용하여 시멘트 사용량을 감소시키면서 방수성을 갖는 보도블럭용 몰탈조성물 및 이를 이용한 보도블럭의 제조방법의 제공을 목적으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 과제의 해결수단으로 해조류와 폐기물을 이용한 보도블럭용 몰탈조성물은 해조류, 반도체 또는 태양전지의 제조에 주원료로 사용되는 폴리실리콘의 제조공정에서 슬러지 형태로 배출되어 폐기되는 많은 량의 폴리실리콘 슬러지, 실트와 굵은모래로 조성된 준설토 및 불포화폴리에스테르수지를 주요성분과 시멘트, 수지경화제, 보조성분으로 조성된 보도블럭용 몰탈조성물로 이루어진다.
본 발명에 따른 폐기물 및 해조류을 이용한 보도블럭용 몰탈조성물의 일 실시형태는 해조류 농축액, 폐기되는 폴리실리콘 슬러지 분말, 실트와 굵은모래로 조성된 준설토 및 불포화폴리에스테르수지와 여기에, 시멘트, 수지경화제 및 보조성분을 배합하는 것으로 이루어진다.
본 발명의 폐기물 및 해조류을 이용한 보도블럭용 몰탈조성물에 따른 또 다른 실시형태는 해조류 농축액 100중량부에 대하여 폴리실리콘 슬러지 분말 40 ~ 50중량부, 실트와 굵은모래로 조성된 준설토 중량부 50 ~ 70중량부, 불포화폴리에스테르수지 40 ~ 50중량부, 시멘트 5 ~ 10중량부, Ca(OH)2 5 ~ 10중량부, CaS04 2 ~ 5중량부 및 수지경화제 2 ~ 5중량부를 포함하는 것으로 조성된다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결수단으로 폐기물 및 해조류을 이용한 보도블럭용 몰탈조성물을 이용한 보도블럭 제조방법은 a). 해조류를 물 또는 0.1 ~ 1중량% 농도의 염류용액 중에서 70 ~ 90℃조건으로 1 ~ 5시간동안 가열 용해시킨 후 마쇄하여 균질화하고. 고형물을 제거하여 해조류 농축액을 얻는 제 1단계, b). 준설토로부터 유해성분을 분리 제거하고 실트와 굵은모래로 조성된 준설토를 얻는 제2단계, c). 상기 해조류 농축액 100중량부에 대하여 폴리실리콘 슬러지 분말 40 ~ 50중량부, 실트와 굵은모래로 조성된 준설토 중량부 50 ~ 70중량부, 불포화폴리에스테르수지 40 ~ 50중량부, 시멘트 5 ~ 10중량부, Ca(OH)2 5 ~ 10중량부, CaS04 2 ~ 5중량부 및 수지경화제 2 ~ 5중량부를 배합하고 균일하게 혼합하여 보도블럭용 몰탈을 제조하는 제3단계 및 d), 제3단계의 보도블럭용 몰탈을 성형틀에 충진하고 경화시켜 보도블럭을 제조하는 제4단계를 포함하는 것으로 이루어진다.
본 발명의 보도블럭용 조성물은 고화성분으로 폴리실리콘, 준설토 및 불포화폴리에스테수지로 주성분을 조성하여 방수성과 함께 시멘트 사용량을 감소시켜 시멘트의 유해성을 저감시키는 효과를 나타낸다
또 본 발명의 보도블럭은 방수성과 함께 빗물에 의한 침식과 동결에 의한 파손을 감소시켜 내구성을 증가시키는 효과를 나타내며, 폐기물을 자원으로 활용하는 점에서 환경문제를 해결함과 동시에 폐기물의 처분에 따르는 비용을 절감하여 산업적 측면에서 매우 유리한 장점도 지니고 있다.
아래에서는 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용과 실시예(제조예) 및 시험예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만 아래 기재에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 폐기물 및 해조류을 이용한 보도블럭용 몰탈조성물은 해조류 농축액 100중량부에 대하여 폴리실리콘 슬러지 분말 40 ~ 50중량부, 실트와 굵은모래로 조성된 준설토 중량부 50 ~ 70중량부, 불포화폴리에스테르수지 40 ~ 50중량부, 시멘트 5 ~ 10중량부, CaCl2 5 ~ 10중량부, CaS04 2 ~ 5중량부 및 수지경화제 2 ~ 5중량부를 포함하는 것으로 조성된다.
본 발명에 따른 보도블럭용 몰탈조성물은 해조류 농축액, 폴리실리콘 슬러지 분말, 및 불포화폴리에스테르수지로 조성되는 고화재와 골재로 실트와 굵은모래로 조성된 준설토를 주성분으로 조성되며, 여기에 수경성의 시멘트가 보충적으로 배합되는 것으로 이루어진다.
본 발명의 상기 해조류 농축액은 해조류에 함유된 알긴산을 물 또는 염류용액으로 알긴산을 용출한 후 마쇄한 다음, 고형물 등 이물질을 제거하고 농축한 점성을 갖는 알길산을 함유하는 해조류 농축액이다.
상기 점성을 갖는 해조류 농축액은 몰탈에 조성된 성분들의 분리현상을 방지하여 상호 혼화성을 향상시켜 몰탈에 조성된 성분들이 균일하게 결합하는 작용과 함께 보도블럭의 휨강도를 개선하는 특징이 있다.
또 상기 해조류 농축액에 함유된 알길산 또는 알긴산나트륨(또는 칼률염)은 칼슘염반응하여 알긴산칼슘염으로 치환되면서 고화(겔화)되는 성질을 지니고 있으며 또 몰탈에 보습성을 높혀 시멘트 수화에 필요한 물을 잡아주므로 보도블럭의 기계적 강도를 향상시키는 작용을 한다.
상기 해조류 농축액을 얻기 위한 해조류는 김, 파래류, 미역, 다시마, 우뭇가사리, 감태, 곰피, 대황, 쇠미역사촌, 모자반, 괭생이 모자반, 지충이 및 톳으로부터 선택된 2 이상의 해조류로 이루어진다.
본 발명에 따른 상기 폴리실리콘 슬러지는 반도체 또는 태양전지의 제조에 주원료로 사용되는 폴리실리콘의 제조공정에서 슬러지 형태로 배출되어 폐기되는 함수율 62%의 수분 함량이 많은 폐기물이며, 반도체 또는 태양전지 산업의 발달로 폴리실리콘 슬러지 폐기물은 증가하고 있는 실증이다.
본 발명에서는 상기 폐기물인 폴리실리콘 슬러지를 건조 및 분쇄하여 분말도 7000 ~ 8000㎠/g의 폴리실리콘 슬러지 분말로 배합하며, 해조류 농축액 100중량부에 대하여 폴리실리콘 슬러지 분말 40 ~ 50중량부로 조성되는 것이 바람직하다.
상기 폴리실리콘 슬러지의 화학조성은 대부분 SiO2와 CaO로 조성되고, 알칼리성분인 K2O와 Na2O가 미량 포함되어 있으며, 폴리실리콘의 유리질 SiO2가 시멘트와 포졸란 반응에 의해 고화되는 것으로 이해할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 실트와 굵은모래로 조성된 준설토는 하천, 호소 및 저수지로부터 발생하는 준설토로부터 유기성 오니, 금속, 목재, 쓰레기 등 이물질 내지 유해물질을 제거 후 얻어지는 입도 3㎜ 이하의 실트 및 굵은모래를 함유하는 준설토이며, 골재로 이용하는데 적합하다.
상기 실트와 굵은모래로 조성된 준설토는 준설토에 함유된 실트의 함량이 높을수록 보도블럭의 치밀도는 증가하지만, 강도 향상에 영향이 없으므로 실트가 준설토 전체 중량을 기준으로 20 ~ 30중량% 함유하는 것이 바람직하다.
상기 본 발명에 따른 불포화 폴리에스테르 수지는 말레인산, 프탈산과 같은 불포화 다염기산 또는 산무수물과 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜과 같은 다가알코올과의 축합반응에 의해 제조되는 불포화 폴리에스테르 수지로서 섬유강화플라스틱, 레진콘크리트 등의 기술분야에서 널리 알려진 불포화 폴리에스테르 수지 중에서 선택되며, 해조류 농축액 100중량부에 대하여 40 ~ 50중량부로 조성되는 것이 바람직하고, 수지경화제로는 통상 사용하는 메틸에틸케톤퍼옥사이드(Methyl Ethyl Keton Peroxide) 2 ~ 5중량부를 배합하는 것으로 이루어진다.
본 발명의 상기 CaCl2는 상기 해조류 농축액에 함유된 알긴산 또는 알긴산금속염의 응고제(겔화제)로 첨가하는 것으로 이루어지며, 해조류 농축액에 알긴산 또는 알길산금속염의 금속이온이 칼슘과 치환반응에 의해 해조류 농축액은 폴리실리콘 슬러지 분말, 실트 및 굵은모래 함유 준설토, 불포화폴리에스테르수지 및 시멘트와 함께 고화되는 것으로 이루어진다.
상기 CaCl2는 시멘트의 경화를 촉진하는 혼화제로도 사용되고 있는 성분이며, 상기 CaS04는 초가강도를 향상시키는 혼화제로 본 발명에서도 시멘트의 경화을 촉진하여 보도블럭의 경화시간을 단축하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 시멘트는 일반시멘트, 포틀랜드 시멘트가 선택되지만 이에 한정되지 않고 슬래그 시멘트, 플라이애쉬 시멘트 등도 선택된다.
그리고 본 발명에 따른 해조류와 폐기물을 이용한 보도블럭용 몰탈조성물을 이용하여 보도블럭을 제조하는 방법은 a). 해조류를 물 또는 0.1 ~ 1중량% 농도의 염류용액 중에서 70 ~ 90℃조건으로 1 ~ 5시간동안 가열 용해시킨 다음, 미쇄하여 균질화하고, 고형물을 제거하여 해조류 농축액을 얻는 제 1단계, b). 준설토로부터 유해성분을 분리 제거하고 실트와 굵은모래로 조성된 준설토를 얻는 제2단계, c). 상기 해조류 농축액 100중량부에 대하여 폴리실리콘 슬러지 분말 40 ~ 50중량부, 실트와 굵은모래로 조성된 준설토 중량부 50 ~ 70중량부, 불포화폴리에스테르수지 40 ~ 50중량부, 시멘트 5 ~ 10중량부, CaCl2 5 ~ 10중량부, CaS04 2 ~ 5중량부 및 수지경화제 2 ~ 5중량부를 배합하고 균일하게 혼합하여 보도블럭용 몰탈을 제조하는 제3단계 및 d). 제3단계의 보도블럭용 몰탈을 성형틀에 충진하고 경화시켜 보도블럭을 제조하는 제4단계를 포함하는 것으로 이루어진다.
본 발명의 상기 제 1단계는 해조류로부터 알긴산을 용해시켜 해조류 농축액을 제조하는 공정이며, 원료 해조류를 수세하여 이물질 및 염분를 제거하고 일정크기로 절단한 해조류를 물 또는 0.1 ~ 1중량% 농도의 염류용액중에서 가열하여 용해시키는 것으로 이루어진다.
상기 염류용액은 해조류로부터 알긴산의 용해작용을 향상시키며, 염류로는 탄산나트륨, 인산칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 제2 인산나트륨 및 제2 인산칼륨으로부터 선택되는 알칼리염 용액이며, 탄산나트륨이 바람직하다
상기 해조류를 가열 용해시킨 농축액은 마쇄기로 마쇄하여 균질화하고, 고형물을 제거한 후 점성의 해조류 농축액으로 수득하는 것으로 이루어지며, 상기 해조류로부터 얻어지는 알긴산 또는 알긴산나트륨은 칼슘이온이나 마그네슘이온 등의 2가 금속이온으로 치환시키면 용이하게 응고(겔화)되는 성질이 있다.
본 발명에 따른 상기 제 2단계의 실트와 굵은모래로 조성된 준설토를 얻는 단계 및 제 3단계의 보도블럭용 몰탈을 조성하는단계는 상기한 본 발명의 보도블럭용 몰탈조성물의 조성성분에 대한 설명에서 기재하고 있으므로 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 보도블록용 몰탈조성물을 이용하여 제조한 보도블럭은 강도면에서 보도블럭으로 사용하는데 적합하며, 또 해조류 농축액의 첨가에 의해 보도블럭의 휨강도를 개선시키는 효과가 있다.
또 본 발명에 따른 보도블럭은 시멘트가 보도블럭용 몰탈조성물 총 중량 기준으로 2 ~ 3중량% 정도로 조성되므로 기존의 시멘트를 주재로 하는 보도블럭에 비하여 시멘트의 사용량을 감소시켜 시멘트에 의한 유해작용을 감소시키는 특징이 있다.
<실시예>
아래 [표 1]에서 나타낸 조성 및 비율에 의해 보도블록용 몰탈을 제조한 다음 보도블록성형용 성형틀을 이용하여 60㎜두께(보도블럭 두께규격)의 보도블록을 제조하였다.
성분 배합량(중량부) 조성성분 배합량(중량)부
해조류 농축액 100 시멘트 7
폴리실리콘 분말 50 CaCl2 5
준설토 70 CaS04 3
불포화폴리에스테르 50 수지경화제 5
<시험예>
상기 <실시예>에서 제조한 60㎜두께(보도블럭 두께규격)의 보도블록에 대하여 물리적 특성인 압축강도(KS F 5105) 및 휨강도를 시험(KS F 4419)하고 그 결과를 아래 [표 2]로 나타내었다.
구분 입축강도(MPa) 휨강도(MPa)
시험치 기준치(규격) 시험치 기준치(규격)
실시예 22.5 20이상 5.4 5이상
상기 [표 2]에 나타난 바와 같이 본 발명에 따란 보도블록용 몰탈을 이용하여 제조한 60㎜(보도블럭 두께규격)두께의 보도블록의 물리적 특성인 압축강도 및 휨강도가 기준치(규격) 이상인 것을 알 수 있으므로 보도블럭 용도로 사용할 수 있음을 알 수 있었다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. a). 해조류를 0.1 ~ 4중량% 농도의 염류용액 중에서 70 ~ 90℃조건으로 1 ~ 5시간동안 가열 용해시킨 다음, 미쇄하여 균질화하고, 고형물을 제거하여 점성의 해조류 농축액을 얻는 제 1단계,
    b). 준설토로부터 유해성분을 분리 제거하여 입도 3㎜의 실트와 굵은모래로 조성된 준설토를 얻는 제2단계,
    c). 상기 해조류 농축액 100중량부에 대하여 분말도 7000 ~ 8000㎠/g의 폴리실리콘 슬러지 분말 40 ~ 50중량부, 실트와 굵은모래로 조성된 준설토 중량부 50 ~ 70중량부, 불포화폴리에스테르수지 40 ~ 50중량부, 시멘트 5 ~ 10중량부, CaCl2 5 ~ 10중량부, CaS04 2 ~ 5중량부 및 수지경화제로 메틸에틸케톤퍼옥사이드 2 ~ 5중량부를 균일하게 혼합하여 보도블럭용 몰탈을 제조하는 제3단계 및
    d). 제3단계의 보도블럭용 몰탈을 성형틀에 주입하고 경화시켜 보도블럭을 제조하는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및 해조류을 이용한 보도블럭의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 염류용액의 염류는 탄산나트륨, 인산칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 제2 인산나트륨 및 제2 인산칼륨으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 폐기물 및 해조류을 이용한 보도블럭의 제조방법.










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