KR102521217B1 - 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록 및 그 제조방법 - Google Patents

폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트 20~30 중량부, 부순 굵은 골재 50~70 중량부, 부순 잔골재 5~15 중량부, 슬래그 골재 15~25 중량부, 폐플라스틱 골재 10~20중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 기층부와; 시멘트 5~10 중량부, 슬래그 골재 2~10 중량부, 규사 20~30 중량부, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5~10 중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 표층부;로 양생 및 경화되어 상기 표층부의 다공성 골재 및 상기 기층부의 폐플라스틱 골재의 공극에 의한 투수성을 향상시킬 수 있는 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록 및 그 제조방법{WATER-PERMEABLE CONCRETE BLOCK USING WASTE PLASTIC AND POROUS AGGREGATES AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트 20~30 중량부, 부순 굵은 골재 50~70 중량부, 부순 잔골재 5~15 중량부, 슬래그 골재 15~25 중량부, 폐플라스틱 골재 10~20중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 기층부와; 시멘트 5~10 중량부, 슬래그 골재 2~10 중량부, 규사 20~30 중량부, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5~10 중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 표층부;로 양생 및 경화되어 상기 표층부의 다공성 골재 및 상기 기층부의 폐플라스틱 골재의 공극에 의한 투수성을 향상시킬 수 있는 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 인보도, 아파트 및 빌딩의 바닥, 계단, 보행로, 산책로, 정원의 조경용 등에 널리 시공되는 보도블록은 도시미관과 보행의 편의성을 고려하여 보도나 주택단지, 광장, 공원, 주차장 등에 연속적으로 배열 시공되어, 우천시 흙탕물 등에 의하여 신발, 옷 등을 버리지 않으며, 평평한 보도를 제공하여 보행자가 편안하게 보행하기 위한 것이다.
이러한 보도블록으로는 정육면체, 직육면체, 다면체 등 다양한 형태와 점자블록, 유도블록, 주차장블록, 광장블록, 공원블록 등 다양한 용도로 사용되고 있으며, 통상 보도블럭은 대부분 시멘트와 모래, 자갈 그리고 물을 일정비율로 적절하게 혼합시킨 후, 그 혼합물을 진동가압성형기를 통하여 성형하고 양생시켜 제조되는 것이 일반적이다.
이러한 보도블록의 시공은 바닥면에 모래를 포설하여 다진 모래층을 형성하고, 모래층 상부에 일정한 간격으로 보도블록을 연속배열한 뒤, 보도블록 간의 틈새에 세사를 포설, 충진하여 시공된다.
그런데, 이러한 보도블록은 콘크리트 재질로서 빗물이 보도 블럭 하부 토양으로 침투되지 않고 대부분 도로변 우수관거나 하수관거를 통하여 대부분 배출됨에 따라 보도블록 하부토양의 수분공급부족으로 인보도 주변 가로수와 화단의 식물들이 고사될 위험이 상존하고 있다.
이러한 종래 문제점을 해결하기 위하여, 보도블록의 투수성을 향상시키기 위한 기술로서, 한국등록특허 10-1835517(등록일자 2018년02월28일)에 자갈 100중량부에 대하여 친환경 바인더 10~15중량부 및 규사 20~25중량부를 포함하되, 상기 친환경 바인더는, 아크릴수지 40~45중량%, 폴리우레탄수지 25~30중량%, 이산화규소(SiO2) 5~10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 1~5중량%, 돌로마이트(CaMg(CO3)2) 1~5중량%, 질산나트륨(NaNO3) 1~2.5중량%, 제올라이트(zeolite) 1~2.5중량% 및 석회(CaO) 1~5중량%를 혼합한 혼합물 100중량부에 계면활성제 5~10중량부를 포함하는, 친환경 투수블록 조성물이 개발되었다.
또한, 한국등록특허 10-1873528(등록일자 2018년06월26일)에는 투수성이 우수한 블럭 조성물에 있어서, 물 100중량부;를 기준으로, 골재 30중량부와; 시멘트 15중량부와; 단섬유 1중량부와; 아크릴 공중합체와 비이온성 계면활성제가 1 : 0.1의 중량비로 혼합된 수성 첨가제 15중량부;를 포함하며, 상기 수성 첨가제는 아크릴 공중합체와; 비이온성 계면활성제가 1 : 0.1의 중량비로 혼합되고, 상기 단섬유는 폴리에틸렌 단섬유와 MMA로 개질화된 불포화에스터가 1 : 0.1중량비로 혼합되며, 상기 아크릴 공중합체는 아크릴산(Acrylic acid, AA)과, 프로필렌 옥사이드-아크릴레이트가 1 : 1 중량비로 혼합된 것이고, 상기 비이온성 계면활성제는 라우릴 에시드 디에탄올 아미드인 것을 특징으로 하는 투수성이 우수한 블럭 조성물이 공지되어 있다.
또한, 한국공개특허 10-2018-0127562(공개일자 2018년11월29일)에는 1) 바텀 애쉬 50~62 중량부, 감수제 0.9~1.3 중량부, 포틀랜드시멘트 17~18 중량부, 골재 11~16 중량부, 흄드실리카 2~3 중량부, 강도보강재 2~2.2 중량부, 모르타르 1~1.2 중량부, 자갈분말 3 중량부, 수용성 알칼리염 3 중 량부, 점토석 2 중량부, 규산나트륨 2중량부를 혼합하여 보도 블럭용 조성물을 제조하는 단계; 2) 상기 조성물에 상기 조성물 100 중량부에 대하여 수용성 용매 18 ~ 26중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 3) 상기 혼합물을 몰드의 하단에 장입하고 충전 및 압축하는 단계; 및 4) 상기 압축된 혼합물을 건조하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 투수성 및 통기성이 우수한 보도 블럭의 제조방법이 공지되어 있다.
또한, 한국공개특허 10-2020-0021850(공개일자 2020년03월02일)에는 직경 1~20mm 골재와 상기 골재의 결합제로 수지를 사용한 상부층(10)과, 시멘트 콘크리트 또는 투수성 콘크리트로 구성된 하부층(20), 상기 상부층(10)과 하부층(20)의 층상구조로 형성된 블록 몸체(30)의 측면을 커버하는 수지재 보호결합판(40)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도로포장용 투수블록이 공지되어 있다.
그러나, 상기 투수블록들은 시멘트를 포함하는 무기질 분체를 사용함에 따라 보차도 블럭의 공극율이 매우 작아 투수성이 현저히 저하될 뿐만 아니라, 폴리머 바인더를 사용할 경우에는 역시 사용된 폴리머 재료가 콘크리트 공극을 막아 보차도 블럭의 주요 기능이 투수성을 현저하게 저하시키는 문제점이 있었다.
한편, 플라스틱은 가볍고, 튼튼하고, 가공이 용이하고, 가격이 저렴하다는 장점으로 우리의 일상생활에서 없어서는 안될 제품이 되었고, 이러한 플라스틱제품은 매년 천여만톤 가량 생산되고 있으며 이중 대다수가 폐기물로 발생하고 있고, 이렇게 배출된 폐플라스틱은 산업폐기물로 배출되어 그 일부만이 폐플라스틱 재활용으로서 재생이용되거나 고형연료화, 유화, 가스 등의 방법으로 환원하는 방법으로 재자원화되고 있지만 나머지는 매립 또는 소각에 의해 처분되고 있다.
이러한 폐플라스틱은 분해가 되지 않고, 연소시 높은 열과 유독가스 등을 방출하여 폐플라스틱을 매립이나 소각에 의해 처리할 경우 심각한 환경오염 및 자원낭비의 문제를 야기하므로 현재에는 폐플라스틱은 종류별로 수집하여 재생이용이 활발하게 이루어지고 있으며, 특히, 분리수집을 통하여 작게 파쇄한후 폐플라스틱 칩으로 재활용되거나, 용해성형하여 이용하는 경우에도 수요가 한정되어 있고 어렵게 수집한 폐플라스틱중 대부분은 역시 재활용되지 못하고 처분되고 있다.
따라서, 폐플라스틱을 재활용하기 위한 새로운 방법이 필요하며 그 한 분야가 인공골재로 활용하기 위한 기술개발이 이루어지고 있는데, 한국등록특허 10-0332571(등록일자 2002년04월01일)에는 폐플라스틱 종말처리품을 이용한 경량 인조골재를 제조하는 방법에 있어서, 폐플라스틱 종말처리품을 컨베이어 벨트로 통과시키면서 1차로 이물질을 제거하는 공정과; 이들을 파쇄 후 자석 또는 와류선별기를 이용하여 2차로 금속 및 이물질을 제거하는 공정과; 상기의 2차 이물질 제거 공정 후 폐플라스틱 종말처리품을 분쇄하는 공정과; 분쇄한 폐플라스틱 종말처리품을 압출기(1)에서 압출용융하여폐플라스틱 종말처리품을 용융하는 공정과; 상기 공정의 용융물을 압축기(2)에 결합된 크기조절노즐(2)을 통해 외부로 배출하고 압출기(1) 외부에 존재하며, 타이머(timer)에 의해 작동되는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)(4)(4')에 연결되어 있는 선형 커터기를 상향(5) 및 하향(5')으로 왕복운동 시켜 용융된 폐플라스틱 종말처리품(7)을 절단하는 공정과; 용융된 폐플라스틱 종말처리품(7)을 절단 후 냉수(3)에서 냉각시키는 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 폐플라스틱 종말처리품을 이용한 인조골재의 제조방법이 개발되었다.
또한, 한국등록특허 10-2120445(등록일자 2020년06월02일)에는 재생플라스틱 수지와 파쇄섬유를 혼합하여 플라스틱수지혼합물을 만드는 제1단계; 산업부산물 분말을 변성 고분자 수지 및 경화제와 혼합하여 무기분말혼합물을 만드는 제2단계; 상기 제1단계에서 만들어진 플라스틱수지혼합물을 압출기의 후방측(상류측)에 투입하고, 상기 제2단계에서 만들어진 무기분말혼합물을 압출기의 전방측(하류측)에 투입하여 압출 성형하는 제3단계; 상기 제3단계에서 압출 성형된 성형품을 일정한 길이로 절단하여 인공골재를 제작하는 제4단계; 를 포함하는 인공골재의 제조방법이 개발되었다.
그러나, 상기 종래 폐플라스틱을 이용한 인공골재는 단지, 폐플라스틱을 용융하여 압출한 후, 절단하여 사용하는 것으로, 폐플라스틱의 골재와 여타 골재와의 결합력 문제, 폐플라스틱의 압축강도 등의 물성문제로 인해 단순한 폐플라스틱 칩만으로 사용하기에는 골재로서의 물성이 미흡한 문제점이 있었고, 폐플라스틱 용융액에 기타 무기분말을 혼합하는 경우에는 강도는 증가되나, 합성수지 역할을 하는 폐플라스틱 골재의 공극이 없어 투수성이 저하되는 문제점이 있었다.
한국등록특허 10-1835517(등록일자 2018년02월28일) 한국등록특허 10-1873528(등록일자 2018년06월26일) 한국공개특허 10-2018-0127562(공개일자 2018년11월29일) 한국공개특허 10-2020-0021850(공개일자 2020년03월02일) 한국등록특허 10-0332571(등록일자 2002년04월01일) 한국등록특허 10-2120445(등록일자 2020년06월02일)
본 발명은 상기 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 시멘트 20~30 중량부, 부순 굵은 골재 50~70 중량부, 부순 잔골재 5~15 중량부, 슬래그 골재 15~25 중량부, 폐플라스틱 골재 10~20중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 기층부와; 시멘트 5~10 중량부, 슬래그 골재 2~10 중량부, 규사 20~30 중량부, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5~10 중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 표층부;로 양생 및 경화되어 상기 표층부의 다공성 골재 및 상기 기층부의 폐플라스틱 골재의 공극에 의한 투수성을 향상시킬 수 있는 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록 및 그 제조방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 시멘트 20~30 중량부, 부순 굵은 골재 50~70 중량부, 부순 잔골재 5~15 중량부, 슬래그 골재 15~25 중량부, 폐플라스틱 골재 10~20중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 기층부와; 시멘트 5~10 중량부, 슬래그 골재 2~10 중량부, 규사 20~30 중량부, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5~10 중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 표층부;로 양생 및 경화되어 상기 표층부의 다공성 골재 및 상기 기층부의 폐플라스틱 골재의 공극에 의한 투수성을 향상시킬 수 있는 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 폐플라스틱 골재는 폐플라스틱 용융액과 다공성 장석분말을 1:1 중량비율로 혼합하여 용융혼합액을 형성한 후, 이를 압출기를 통한 압출 및 절단 또는 사출기를 통한 사출 및 성형하여 제조된 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 폐플라스틱 골재는 상기 용융 혼합액을 별모양의 단면 크기 5~8mm의 압출 노즐로 압출된 후, 5~8mm의 길이로 절단한 별모양 입자로 형성되어 상기 별모양의 입자에 의해 공극이 형성되어 투수성을 가지도록 하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 폐플라스틱 골재는 상기 용융 혼합액을 사출기를 통하여 표면에 다수의 타공 또는 다수의 홈이 형성된 입자크기 5~8mm 플라스틱 구형 골재로 형성되어 상기 구형 골재의 다수의 타공 또는 다수의 홈에 의해 공극이 형성되어 투수성을 가지도록 하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 본 발명은, 폐플라스틱 용융액과 다공성 장석분말을 1:1 중량비율로 혼합하여 용융 혼합액을 형성한 후, 이를 압출기를 통한 압출 및 절단 또는 사출기를 통한 사출 및 성형하여 폐플라스틱 골재를 제조하는 1단계와; 시멘트 20~30 중량부, 부순 굵은 골재 50~70 중량부, 부순 잔골재 5~15 중량부, 슬래그 골재 15~25 중량부, 폐플라스틱 골재 10~20중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 기층용 콘크리트 모르타르를 제조하는 2단계와; 시멘트 5~10 중량부, 슬래그 골재 2~10 중량부, 규사 20~30 중량부, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5~10 중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 표층용 콘크리트 모르타르를 제조하는 제3단계와; 상기 제2단계에서 제조된 기층용 콘크리트 모르타르를 형틀 하부에 타설하고, 일정시간 경과 후, 상기 기층용 콘크리트 모르타르 타설면 상부에 상기 제3단계에서 제조된 표층용 콘크리트 모르타르를 타설하여 성형한 후, 탈형하여 양생, 경화시키는 제4단계;를 포함하는 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록의 제조방법을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명에 따른 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록은, 시멘트 20~30 중량부, 부순 굵은 골재 50~70 중량부, 부순 잔골재 5~15 중량부, 슬래그 골재 15~25 중량부, 폐플라스틱 골재 10~20중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 기층부와; 시멘트 5~10 중량부, 슬래그 골재 2~10 중량부, 규사 20~30 중량부, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5~10 중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 표층부;로 양생 및 경화되어 상기 표층부의 다공성 골재 및 상기 기층부의 폐플라스틱 골재의 공극에 의한 투수성을 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록 사시도
도 2는 본 발명에서 사용되는 폐플라스틱 골재 제조공정 모식도
도 3은 본 발명에서 사용되는 폐플라스틱 구형 골재의 다수의 타공 또는 다수의 홈을 나타내는 도면
본 발명은, 시멘트 20~30 중량부, 부순 굵은 골재 50~70 중량부, 부순 잔골재 5~15 중량부, 슬래그 골재 15~25 중량부, 폐플라스틱 골재 10~20중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 기층부와; 시멘트 5~10 중량부, 슬래그 골재 2~10 중량부, 규사 20~30 중량부, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5~10 중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 표층부;로 양생 및 경화되어 상기 표층부의 다공성 골재 및 상기 기층부의 폐플라스틱 골재의 공극에 의한 투수성을 향상시킬 수 있는 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 폐플라스틱 골재는 폐플라스틱 용융액과 다공성 장석분말을 1:1 중량비율로 혼합하여 용융혼합액을 형성한 후, 이를 압출기를 통한 압출 및 절단 또는 사출기를 통한 사출 및 성형하여 제조된 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 폐플라스틱 골재는 상기 용융 혼합액을 별모양의 단면 크기 5~8mm의 압출 노즐로 압출된 후, 5~8mm의 길이로 절단한 별모양 입자로 형성되어 상기 별모양의 입자에 의해 공극이 형성되어 투수성을 가지도록 하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 폐플라스틱 골재는 상기 용융 혼합액을 사출기를 통하여 표면에 다수의 타공 또는 다수의 홈이 형성된 입자크기 5~8mm 플라스틱 구형 골재로 형성되어 상기 구형 골재의 다수의 타공 또는 다수의 홈에 의해 공극이 형성되어 투수성을 가지도록 하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 폐플라스틱 용융액과 다공성 장석분말을 1:1 중량비율로 혼합하여 용융 혼합액을 형성한 후, 이를 압출기를 통한 압출 및 절단 또는 사출기를 통한 사출 및 성형하여 폐플라스틱 골재를 제조하는 1단계와; 시멘트 20~30 중량부, 부순 굵은 골재 50~70 중량부, 부순 잔골재 5~15 중량부, 슬래그 골재 15~25 중량부, 폐플라스틱 골재 10~20중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 기층용 콘크리트 모르타르를 제조하는 2단계와; 시멘트 5~10 중량부, 슬래그 골재 2~10 중량부, 규사 20~30 중량부, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5~10 중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 표층용 콘크리트 모르타르를 제조하는 제3단계와; 상기 제2단계에서 제조된 기층용 콘크리트 모르타르를 형틀 하부에 타설하고, 일정시간 경과 후, 상기 기층용 콘크리트 모르타르 타설면 상부에 상기 제3단계에서 제조된 표층용 콘크리트 모르타르를 타설하여 성형한 후, 탈형하여 양생, 경화시키는 제4단계;를 포함하는 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록의 제조방법을 기술구성의 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예 및 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예 및 도면에 한정되지 않는다.
먼저, 본 발명의 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록은, 시멘트 20~30 중량부, 부순 굵은 골재 50~70 중량부, 부순 잔골재 5~15 중량부, 슬래그 골재 15~25 중량부, 폐플라스틱 골재 10~20중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 기층부와; 시멘트 5~10 중량부, 슬래그 골재 2~10 중량부, 규사 20~30 중량부, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5~10 중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 표층부;로 양생 및 경화되어 상기 표층부의 다공성 골재 및 상기 기층부의 폐플라스틱 골재의 공극에 의한 투수성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 것이다.
즉, [도 1]을 참조하여 설명하면, 본 발명의 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록(100)은, 기층용 콘크리트 모르타르로 형성한 기층부(10)와; 상기 기층부 상부에 표층용 콘크리트 표층르타르로 형성한 표층부(30);로 구성되며, 이때, 상기 기층부(10)에는 폐플라스틱 골재(120)가 호함되고, 상기 표층부(30)에는 다공성 골재(110)이 포함된다.
이때, 상기 폐플라스틱 골재(120)는 [도 2]에 도시한 바와 같이, 폐플라스틱 용융액과 다공성 장석분말을 1:1 중량비율로 혼합하여 용융혼합액을 형성한 후, 이를 압출기를 통한 압출 및 절단하여 제조된다.
특히, 상기 폐플라스틱 골재(120)는 도시하지는 않았지만, 상기 용융 혼합액을 별모양의 단면 크기 5~8mm의 압출 노즐로 압출된 후, 5~8mm의 길이로 절단한 별모양 입자로 형성되어 상기 별모양의 입자에 의해 공극이 형성되어 투수성을 가지도록 구성되는 것이 특징이다.
또한, 상기 폐플라스틱 골재(120)는 [도 3]에 도시한 바와 같이, 상기 용융 혼합액을 사출기를 통하여 표면에 다수의 타공[도 3b] 또는 다수의 홈[도 3a]이 형성된 입자크기 5~8mm 플라스틱 구형 골재로 형성되어 상기 구형 골재의 다수의 타공 또는 다수의 홈에 의해 공극이 형성되어 투수성을 가지도록 구성된다.
상기와 같이, 상기 폐플라스틱 골재(120)를 사용하게 되면, 공극율이 향상되고 이에 따른 투수성을 향상시키는 역할을 한다.
한편, 본 발명의 콘크리트 투수블록의 표층부에 사용되는 다공성 골재는 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 것을 사용한다.
이때, 상기 벤토나이트는 화산활동에 의한 화산 유리질 암석(용암)들이 변질되어 형성된 천연광물로 칼슘, 철 마그네슘, 포타슘, 망간, 게르마늄, 셀레늄, 규소 등 66종 이상의 천연 미네랄 성분이 다량 포함되어 있고, 나노 수준의 미세한 극 미립자가 양이온 교환성 (중금속 흡착반응), 흡착성, 팽윤성을 가지고 있는 다공성 광물이다.
또한, 상기 다공질 장석은 본 발명의 콘크리트 투수블록의 표층부 및 폐플라스틱 용융액에 혼합되는 다공성 골재로서, 지각을 구성하는 물질 중 가장 흔한 자연계 물질이며 산업광물로서 유리, 도료 등의 제조에 이용되고 있다. 이러한 장석의 광물구조는 일차적으로 Al과 Si의 배열-비배열, 쌍정, 연정 및 이들의 복합적 구조와 연관되고(Parsons, 1994; Smith & Brown, 1988; Deer et al., 2001), 이차적으로 풍화와 변질에 의한 미세구조로 구분된다.
특히, 풍화과정에서 장석의 표면에는 미세한 공극이 특징적으로 발달하고 있는데, 이러한 장석의 다공체 구조로 인해 비표면적이 증가하며, 체적특성은 감소하고 표면특성이 증대되어 이에 따른 전기/자기적, 광학적 성질이 발현되는 것으로 알려져 있다.(Park & Lee, 2000).
상기 펄라이트 분말은 흑요석, 진주암의 파쇄 조각을 1,000℃로 급열하여 결정수를 팽창시켜서 만든 경량 골재. 콘크리트, 미장 공사(바닥, 벽 도장)에 골재로서 단열·보온·흡음 등의 목적으로 사용하며, 상기 카올리나이트 분말은 알루미늄의 수분을 포함한 규산염 광물로 점토 광물의 한 종류이며, 장석이 변질되어 생긴 것으로 그 입자가 육각 내지 불규칙한 형태를 이루며 크기는 수 μ ~ 수백 μ이므로 경량 골재로 사용되며, 고온에 잘 견뎌 도자기 및 점토 등의 재료가 된다.
특히, 상기 카올리나이트 분말은 흡수성이 높기 때문에 달라붙는 성질이 있고, 그 결정구조가 부식성 용액에 대하여도 영향을 받지 않기 때문에 상기 펄라이트 분말과 함께 단열, 흡음, 탈취, 흡습 및 내화학성능을 발휘하도록 사용된다
상기와 같은 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 사용하는 다공성 골재는 그 자체의 다공성으로 인해 투구성을 가지게 된다.
한편, 본 발명에서 사용되는 슬래그 골재는 니켈슬래그로 전량 사용될 수 있다.
상기 니켈 슬래그에 관하여 상세히 설명하면, 니켈(Nickel)은 클라크 수가 0.01로서 지각(地殼)에는 구리와 같은 정도의 존재량을 보이지만, 지구중심부에는 철과 함께 다량 존재하는 것으로 알려져 있고, 바닷물 속에 존재하는 양은 5g/ℓ이며, 운철(隕鐵)에도 8% 정도 함유되어 있다.
니켈의 성질은 철과 유사한 화학적 특성을 지닌 은백색의 금속으로서 우수한 내부식성과 가공용이성으로 스테인레스강의 원료로 사용되고 있으며, 단조 및 단접이 가능하고, 전성·연성이 풍부하며 연마가공도 가능하다. 강한 자성을 지니고 있으나, 철보다는 약하고 전기전도도는 구리의 14.9%이며, 공기 및 습기에 대해 철보다도 안정하여 잘 산화되지 않으며, 또한 알칼리에도 잘 침식되지 않는다. 묽은 질산에 쉽게 녹지만, 진한 질산에는 철과 마찬가지로 부동상태로 되어 침식되지 않으며, 염소 및 브롬 등과는 격렬하게 반응한다.
세계 니켈 총산출량의 40% 이상은 캐나다에서 산출되며, 이 밖에 러시아 연방, 뉴칼레도니아섬, 아프리카의 짐바브웨에서 많이 산출된다. 한국에서는 전라북도 남원시 산내광산과 경상북도 성주군 금성광산에서 산출된다.
니켈을 함유한 주요 자연광물로서는 황화광물로 산출되는 펜틀란다이트(pentlandite)와 밀러라이트(millerite)가 있으며, 그 외에 니켈린(nickeline)과 가니에라이트(garnierite)가 있다.
펜틀란다이트는 등축정계이며 괴상 또는 등립질 집합체로서 초염기성 암석에서 자류철석 또는 황동석과 수반되어 산출된다. 굳기는 3.5~4이며 비중은 4.6~5이다. 이쇄성이며 금속광택을 갖고 황갈색이다. 밀러라이트는 육방정계에 속하고 흔히 다른 함니켈광물의 저온 변질산물로서 공극에서 형성된다. 니켈린은 육방정계이며 흔히 괴상이나 신장상(腎臟狀)으로 산출된다. 굳기는 5~5.5이며, 비중은 7.78이다. 적동색으로 쉽게 구별된다. 가니에라이트는 함니켈-마그네슘규산염광물로서 Ni:Mg 비의 변화폭이 크고 녹색을 띠며, 염기성 규산염광물인 감람석의 풍화산물로 산출된다
상기 니켈(Nickel)은 스텐레스강 제조 원료인 페로니켈(Ferronickel)의 원료로서, 니켈광석을 이용하여 전기로 형식의 로에서 코크스 등으로 니켈광석을 환원처리하여 페로니켈을 제조하게 되며, 이때 발생되는 슬래그가 니켈슬래그이다.
이때, 본 발명에서 상기 니켈슬래그는 1500℃이상의 고온용융단계를 거쳐 생성되기 때문에 환경적으로 유해성이 없으므로 골재로서의 활용가능성이 매우 높은 것으로, 배출즉시 살수 시설에 의해 살수되거나, 서냉되어 100℃ 이하로 냉각된 후 괴상 상태로 처리업체로 운송되어 파쇄, 분말화되어 생성된다.
또한, 본 발명에서 사용되는 상기 니켈슬래그는 급냉하여 배출될 수 있는데, 턴디쉬를 통해 배출되는 용융 니켈슬래그에 고속의 공기를 분사하여 상기 용융 니켈슬래그를 미세한 액적으로 분리하면서 상기 분리된 미세한 액적을 상기 분사된 고속의 공기와 주위 분위기에 의해 급냉시켜 생성되는 니켈슬래그볼을 파쇄 및 입도조절 공정에 의해 제조될 수 있다.
특히, 상기와 같은 고속가스분사 과정에서 출탕되어 구형액적으로 비산되는 급냉 니켈슬래그 분말은 구형액적 비산과 마찰력에 의해 니켈슬래그 분말은 구형 또는 타원형을 띄게 되며, 입자들의 표면 색상이 녹색, 흑녹색, 회녹색, 녹갈색, 회갈색, 흑갈색, 흑회색 또는 흑색 색상을 띠거나 상기 색상 중 2종 이상의 색상이 혼합되고, 매끈한 형태의 니켈슬래그 입자를 얻을 수 있으며, 기존의 수쇄 또는 서냉에 의한 무정형의 니켈슬래그 분말의 형상과 대비되는 구형 또는 타원형 형상을 나타낸다.
본 발명의 상기 니켈슬래그는 다음 [표 1]에 나타낸 바와 같이, 밀도(g/㎤) 2.7~3.5, 흡수율(%) 1~2인 것을 사용하는데, 모래의 품질기준인 절건밀도 2.4 g/㎤ 이상, 흡수율 4% 이하와 대비해 볼 때, 물성이 우수함을 알 수 있으며, 그 화학적 성분의 다음 [표 2]와 같이 천연규사보다 화학적으로 고강도의 성분을 함유하고 있어 천연규사를 대체할 수 있다.
구분 규격(KS F 2790) 결과치
밀도(g/㎤) 2.7 이상 3.1
흡수율(%) 3.0 이하 1.58
구분 SiO2 MgO CaO Al2O3 FeO NiO
니켈슬래그 57.6 31.34 0.34 1.72 5.25 0.041
한편, 본 발명의 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록은, 폐플라스틱 용융액과 다공성 장석분말을 1:1 중량비율로 혼합하여 용융 혼합액을 형성한 후, 이를 압출기를 통한 압출 및 절단 또는 사출기를 통한 사출 및 성형하여 폐플라스틱 골재를 제조하는 1단계와; 시멘트 20~30 중량부, 부순 굵은 골재 50~70 중량부, 부순 잔골재 5~15 중량부, 슬래그 골재 15~25 중량부, 폐플라스틱 골재 10~20중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 기층용 콘크리트 모르타르를 제조하는 2단계와; 시멘트 5~10 중량부, 슬래그 골재 2~10 중량부, 규사 20~30 중량부, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5~10 중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 표층용 콘크리트 모르타르를 제조하는 제3단계와; 상기 제2단계에서 제조된 기층용 콘크리트 모르타르를 형틀 하부에 타설하고, 일정시간 경과 후, 상기 기층용 콘크리트 모르타르 타설면 상부에 상기 제3단계에서 제조된 표층용 콘크리트 모르타르를 타설하여 성형한 후, 탈형하여 양생, 경화시키는 제4단계;를 포함하는 방법에 의하여 제조될 수 있다.
[본 발명의 폐플라스틱 골재의 제조]
폐플라스틱 용융액 2kg과 다공성 장석분말 2kg를 혼합하여 균질화시킨 용융혼합액을 별모양의 단면 크기 5mm의 압출 노즐로 압출하면서 5mm의 길이로 절단한 별모양 입자의 골재를 제조하였다.
[본 발명의 폐플라스틱 골재의 제조]
[실시예 1]과 동일하게 폐플라스틱 용융액 2kg과 다공성 장석분말 2kg를 혼합하여 균질화시킨 용융혼합액을 사출기를 통하여 표면에 [도 3a]와 같이, 다수의 홈이 형성된 입자크기 5mm의 구형입자의 골재를 제조하였다.
[본 발명의 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록의 제조]
시멘트 20kg, 부순 굵은 골재 50kg, 부순 잔골재 15kg, 슬래그 골재 15kg, [실시예 1]의 폐플라스틱 골재 10kg 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 기층용 콘크리트 모르타르를 제조하고,이를 진동가압성형기에서 기층부를 성형한 다음 시멘트 5kg, 슬래그 골재 2kg, 규사 20kg, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5kg 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 표층용 콘크리트 모르타르를 제조하여 상기 기층부 상부에 적층하여 진동가압성형하고 양생 및 경화시켜 콘크리트 투수블록을 제조하였다.
[본 발명의 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록의 제조]
시멘트 25kg, 부순 굵은 골재 60kg, 부순 잔골재 5kg, 슬래그 골재 15kg, [실시예 2]의 폐플라스틱 골재 10kg 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 기층용 콘크리트 모르타르를 제조하고,이를 진동가압성형기에서 기층부를 성형한 다음 시멘트 5kg, 슬래그 골재 2kg, 규사 20kg, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5kg 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 표층용 콘크리트 모르타르를 제조하여 상기 기층부 상부에 적층하여 진동가압성형하고 양생 및 경화시켜 콘크리트 투수블록을 제조하였다.
상기 [실시예 3] 및 [실시예 4]에서 각각 제조된 콘크리트 투수블록을 100mm×100mm×80mm의 시험체로 하되, 표층부의 두께를 20mm로 하여 KS F 4419 : 2016 에 의한 휨강도 및 투수성 시험을 진행하고 그 결과를 다음 [표 3]에 나타내었다.
표층부두께(mm) 휨강도(Mpa) 투수계수(mm/s)
실시예 1 20 6.4 0.3
실시예 2 20 6.6 0.3
상기 [표 3]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 콘크리트 투수블록은 폐플라스틱 골재와 다공성 골재의 공극에 의한 투수성을 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있음을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 기층부 30 : 표층부
100 : 콘크리트 투수블록 110 : 다공성 골재
120 : 폐플라스틱 골재

Claims (5)

  1. 시멘트 20~30 중량부, 부순 굵은 골재 50~70 중량부, 부순 잔골재 5~15 중량부, 슬래그 골재 15~25 중량부, 폐플라스틱 골재 10~20중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 기층부와; 시멘트 5~10 중량부, 슬래그 골재 2~10 중량부, 규사 20~30 중량부, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5~10 중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 모르타르로 성형되는 표층부;로 양생 및 경화되어 상기 표층부의 다공성 골재 및 상기 기층부의 폐플라스틱 골재의 공극에 의한 투수성을 향상시킬 수 있는 것으로,
    상기 폐플라스틱 골재는 폐플라스틱 용융액과 다공성 장석분말을 1:1 중량비율로 혼합하여 용융혼합액을 형성한 후, 이를 압출기를 통한 압출 및 절단 또는 사출기를 통한 사출 및 성형하여 제조된 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폐플라스틱 골재는 상기 용융 혼합액을 별모양의 단면 크기 5~8mm의 압출 노즐로 압출된 후, 5~8mm의 길이로 절단한 별모양 입자로 형성되어 상기 별모양의 입자에 의해 공극이 형성되어 투수성을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폐플라스틱 골재는 상기 용융 혼합액을 사출기를 통하여 표면에 다수의 타공 또는 다수의 홈이 형성된 입자크기 5~8mm 플라스틱 구형 골재로 형성되어 상기 구형 골재의 다수의 타공 또는 다수의 홈에 의해 공극이 형성되어 투수성을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록
  5. 폐플라스틱 용융액과 다공성 장석분말을 1:1 중량비율로 혼합하여 용융 혼합액을 형성한 후, 이를 압출기를 통한 압출 및 절단 또는 사출기를 통한 사출 및 성형하여 폐플라스틱 골재를 제조하는 1단계와; 시멘트 20~30 중량부, 부순 굵은 골재 50~70 중량부, 부순 잔골재 5~15 중량부, 슬래그 골재 15~25 중량부, 폐플라스틱 골재 10~20중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 기층용 콘크리트 모르타르를 제조하는 2단계와; 시멘트 5~10 중량부, 슬래그 골재 2~10 중량부, 규사 20~30 중량부, 벤토나이트분말, 다공질 장석분말, 펄라이트 분말 및 카올리나이트 분말을 동일 중량비로 포함하는 다공성 골재 5~10 중량부 및 적정량의 물을 포함하여 조성되는 표층용 콘크리트 모르타르를 제조하는 제3단계와; 상기 제2단계에서 제조된 기층용 콘크리트 모르타르를 형틀 하부에 타설하고, 일정시간 경과 후, 상기 기층용 콘크리트 모르타르 타설면 상부에 상기 제3단계에서 제조된 표층용 콘크리트 모르타르를 타설하여 성형한 후, 탈형하여 양생, 경화시키는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항, 제3항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 폐플라스틱 골재 및 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록의 제조방법
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