KR20010099193A - 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트의 조성물및 제조방법, 그의 제품 - Google Patents

수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트의 조성물및 제조방법, 그의 제품 Download PDF

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Abstract

종래 수변(水

Description

수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트의 조성물 및 제조방법, 그의 제품{A Composites of Porous Concrete for the Habitat of Aquatic Life and the Purification of the Water Quality, and Its Manufacture Method and Its Productions}
본 발명의 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트는 하천, 호수, 늪 및 해안 등 수변환경의 법면 보호용 호안(護岸)과 수생생물 서식지 확보 및 수질정화용 재료에 속하는 기술분야로, 본 발명의 포러스콘크리트는 단입도의 굵은 골재를 시멘트, 무기질계 분체, 물, 시멘트 분산제로 구성된 페이스트로 코팅하고 경화시켜 제조한 수경성 조성물의 경화체이며, 강수량 급증에 따른 수변의 법면 유실이나 세굴에 대한 구조적 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 포러스콘크리트 경화체의 표면 유출부와 내부의 연속공극부에 수생생물이 다량으로 서식할 수 있는 공간을 확보함으로서 수변환경의 생물다양성 기반을 창출하고, 경화체 표면 및 내부에 서식하는 다양한 수생생물의 상호작용에 의해 오염된 물을 자연 정화시킬 수 있는 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트의 조성물 및 제조방법과 그의 제품에 관한 것이다.
최근 들어 수변환경, 특히 하천, 호수, 늪지 및 해안은 도시화, 산업화의 급속한 진행과 함께 치수위주의 관행적 정비와 과다한 인공시설물의 점용으로 수질오염, 건천화(乾川化), 야생생물의 서식처 파괴 등 그 본래의 생태계 부양능력을 상실하게 되었다. 종래의 수변환경 정비공법은 홍수피해예방에는 상당한 효과를 가져왔으나 수변의 환경측면에서는 친수성의 저하, 위락적 기능의 저하, 경관의 파괴 등 많은 문제점을 초래하여 결과적으로는 수변영역의 생태계에 많은 악영향을 미치게 되었다. 이러한 종래의 수변환경 정비공법, 특히 하천의 저수(低水)호안 및 수중의 구축물들은 대부분이 일반 콘크리트로 이루어져 생물의 서식이 불가능하고 수변환경의 생태계가 단절, 축소됨으로서 식물, 어류, 조류, 곤충류 등 수생생물의 서식기반을 손상시켜 수생생물의 서식지로서의 기능을 상실하게 되었다.
또한 종래의 포러스콘크리트에 대한 기술은 대부분 투수성 포장재료에 국한되어 있고 일부 식생기반재료로서도 사용되고 있으나 기존의 포러스콘크리트는 연속공극 자체의 크기가 작아 식물의 뿌리진입이나 곤충류, 어류 등 수생생물의 서식공간으로서 활용하기에는 부적당하다. 또한 포러스콘크리트는 일반콘크리트에 비하여 비표면적이 매우 크고 물과 직접 접하여 사용되기 때문에 기존의 포러스콘크리트를 사용할 경우에는 페이스트로부터의 알칼리(pH 12.0∼13.5) 용출량이 크게 증가되어 주변환경에 악영향을 미치기 때문에 인위적으로 중화처리를 해야 하며 인산 2암모니움 등의 산성용액에 의한 침적공정이 필요하게 되어 제조공정의 복잡화를 초래한다.
이에 본 발명에서는 상술한 바와 같이 종래 수변환경에 있어서 일반 콘크리트 블록이 가지고 있는 여러 가지 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다음과 같다.
1. 종래의 수변환경에 있어서는 수변의 구조적 안정성을 도모하기 위해 일반 콘크리트 제품이 주로 사용되었으나 이들 일반 콘크리트 블록은 식물, 어류, 조류, 곤충류 등 수생생물이 서식할 수 없는 환경이어서 수변환경을 크게 악화시키게 되었다. 이에 본 발명에서는 포러스콘크리트 경화체 내부에 수생생물이 서식할 수 있는 비교적 큰 연속공극을 다량(20∼35%)으로 함유시켜 수변의 구조적 안정성을 확보하면서 포러스콘크리트의 표면 및 연속공극부에 수생생물이 부착하고 서식할 수 있는 공간을 확보해 줌으로서 수변환경에서의 생물다양성 기반을 창출할 수 있으며, 이들 수생생물의 상호작용에 의해 오염된 수질은 자연정화 될 수 있다.
2. 종래의 포러스콘크리트는 대부분 투수성 포장재료로 사용되고 있고 일부에서는 식생기반재료로서도 사용되고 있으나 이들의 포러스콘크리트는 내부에 다량의 연속공극을 함유하고 있을지라도 공극의 크기가 작아 식물의 뿌리나 곤충류, 어류 등 수생생물의 서식공간으로서 활용하기에는 부적당하다. 이에 본 발명에서는 단입도의 굵은 골재를 사용하고 굵은 골재의 입도를 인위적으로 조정함으로서 포러스콘크리트 내부에 형성되는 연속공극의 크기를 크게 할 수 있다.
3. 일반적으로 포러스콘크리트는 넓은 비표면적을 가지고 있어 일반 콘크리트에 비하여 표면으로부터의 초기 알칼리 용출량은 매우 크며, 수변환경에 악영향을 미칠 염려가 있다. 이를 해결하기 위해 기존에는 인산2암모니움 등의 산성용액에 침적시키는 방법 등의 중화처리방법이 사용되었으나 이는 제조공정의 복잡화를 초래하였다. 이에 본 발명에서는 결합재의 일부에 플라이애시, 고로슬래그미분말,실리카흄, 석회석미분말 등의 무기질계 분체를 대체함으로서 시멘트 수화생성물과 무기질계 분체의 포졸란 반응 및 잠재수경성 반응을 이용하여 페이스트 자체의 알칼리량을 감소시키고, 또한 페이스트의 수밀성을 증대시켜 포러스콘크리트로부터의 알칼리 용출량을 제어할 수 있으며 오염된 수질에서의 화학적 부식에 대한 내구성을 향상시키고 물의 마찰에 의한 마모저항성을 증대시킬 수 있다.
제1도는 본 발명의 제품을 이용한 하천의 단면도
제2도는 본 발명의 포러스콘크리트 외관 사진
제3도는 본 발명의 포러스콘크리트 공극부로 식물의 뿌리가 진입한 사진
제4도는 제품 A의 단면도 및 단면상세도
제5도는 제품 B의 단면도 및 단면상세도
제6a도는 제품 C의 단면도
제6b도는 제품 C의 사시도
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 본 발명의 포러스콘크리트 제품
21 : 본 발명의 포러스콘크리트 제품 A의 일례
22 : 굵은 골재를 피복하고 있는 페이스트
23 : 굵은 골재
24 : 포러스콘크리트 내에 형성된 공극
31 : 일반 콘크리트
41 : 구형의 포러스콘크리트 성형체
51 : 포러스콘크리트 구를 연결하는 긴결선
52 : 긴결선을 고정시키는 너트
본 발명의 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트는 굵은 골재(23)를 시멘트, 무기질계 분체, 물 및 시멘트 분산제로 구성된 페이스트(22)로 코팅하고 경화시켜 제조한 수경성 조성물의 경화체로, 내부에 연속공극을 20∼35% 함유하고 압축강도가 80kgf/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트이며, 그의 제조방법은 다음과 같다. a) 포러스콘크리트의 공극(24)이 20∼35% 형성되도록 굵은 골재(1㎥당)에 의해 형성되는 공극 중 0.20∼0.35㎥을 제외한 나머지 부분을 시멘트, 무기질 분체, 물 및 시멘트 분산제로 구성된 페이스트(22)로 채워지도록 조합하여 콘크리트 제조용 믹서에 투입한다. 재료의 비빔순서는 페이스트(22)를 먼저 비빈 후 굵은 골재(23)를 투입하여 비비는 방법, 모든 재료를 동시에 투입하여 비비는 방법, 결합재(시멘트+무기질계 분체)와 굵은 골재(23)를 투입하여 비빈 후 물과 시멘트 분산제를 투입하여 비비는 방법 어느 것을 사용하여도 된다. b) 균일하게 비벼진 아직 굳지 않은 포러스콘크리트를 형틀에 투입한 후 진동수 3000∼8000vpm의 외부진동과 1∼100kPa의 가압력으로 가압진동 성형하고, 즉시 형틀을 탈형한 후 소정의 양생조건에서 양생함으로서 본 발명의 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트 제품이 제조된다.
본 발명에 이용되는 결합재 중 시멘트로서는 특별한 제한은 없으며 보통포틀랜드시멘트, 조강포틀랜드시멘트 등의 일반 콘크리트용 시멘트가 사용되고, 보통포틀랜드시멘트가 일반적으로 사용된다. 또한 결합재의 일부로 대체하여 사용되는 무기질계 분체로서는 플라이애시, 고로슬래그미분말, 실리카흄, 석회석미분말 등 콘크리트 혼화용으로 사용되는 무기질계 분체이면 무방하며, 무기질계 분체의 배합비율은 결합재 100중량부 중 0∼60중량부이고, 양호하게는 30∼60중량부이다. 이처럼 무기질계 분체가 결합재의 일부로 대체됨으로서 페이스트(22)의 수밀성이 증대되고 포러스콘크리트의 알칼리용출량을 저감시킬 뿐만 아니라 장기 재령에서 강도를 증진시키고 화학적 부식에 대한 내구성을 크게 향상시킨다.
물은 결합재(시멘트+무기질계 분체) 100중량부에 대하여 15∼35중량부로 사용한다. 15%보다 적은 경우에는 페이스트(22)가 충분히 분산되지 않아 굵은 골재에 균일하게 코팅되지 않고 이로 인해 포러스콘크리트의 강도가 저하하게 된다. 또한 35%보다 많은 경우에는 페이스트(22)의 유동성이 너무 커 가압진동 성형시 페이스트(22)가 굵은 골재 표면에서 분리되어 성형체 밑면으로 흘러내리고 이로 인해 성형체 상부와 하부의 페이스트 분포가 불균일하게 되어 포러스콘크리트의 강도가 저하하게 된다. 양호하게는 결합재 100중량부에 대하여 20∼25중량부의 물을 사용하는 것이 바람직하다.
시멘트분산제는 포러스콘크리트를 적은 양의 물로 비빌 경우 소정의 유동성과 점성을 확보하기 위해서 사용된다. 본 발명의 포러스콘크리트를 제조할 때 사용되는 시멘트분산제는 일반 콘크리트 제조시 사용되는 나프탈렌계, 멜라민계, 폴리카르본산계이면 가능하며, 고성능감수제에 속하는 것이 바람직하다. 또한 시멘트분산제의 사용량은 물/결합재비(중량) 및 분산제의 종류, 다짐정도 등을 고려하여 결정하는 것이 바람직하며, 일반적으로 결합재 100중량부에 대하여 0∼3중량부가 사용되며 양호하게는 0.5∼1 5%이다.
페이스트(22)는 KS L 5211의 시멘트페이스트의 플로우 시험방법에 의해 플로우(Flow) 값이 150∼240mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 페이스트 플로우 값이 150mm 미만인 경우 포러스콘크리트의 비빔이 곤란하며, 또한 240mm 이상인 경우에는 가압진동 성형시 페이스트(22)가 굵은 골재(23)에서 분리되어 성형체 밑면으로 흘러내려 포러스콘크리트가 불균일한 상태로 된다. 페이스트 플로우는 180∼210mm인 것이 가장 바람직하다.
굵은 골재(23)로서는 10∼35mm 크기의 골재가 사용되며, 공극(24)의 크기를 크게 하기 위해서는 10∼35mm 골재 중에서 일정치수의 골재만 선별하여 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 굵은 골재(23)로서 10∼15mm, 15∼20m, 20∼25mm, 25∼30mm, 30∼35mm 등과 같이 10∼35mm 골재 중 단입도의 골재만 사용하는 것이 바람직하며, 포러스콘크리트의 강도 및 성형체의 크기 등을 고려하여 결정할 필요가 있다. 또한 굵은 골재로서 경건한 골재이면 강자갈, 부순 자갈, 인공경량골재, 재생골재 등 골재 종류에 대해 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
본 발명의 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트의 배합비율을 표로 나타내면 다음과 같다.
상기와 같이 제조된 아직 굳지 않은 포러스콘크리트를 형틀에 투입한 후 진동수 3000∼8000vpm의 외부진동과 1∼100kPa의 가압력으로 가압진동하면서 성형한다. 성형시 진동과 가압을 부여함으로서 굵은 골재(23)가 강제적으로 재배열되어 굵은 골재 사이의 접점수가 증가되고, 또한 진동을 부여하여 일시적으로 페이스트(22)의 유동성이 확보됨으로서 골재 사이의 접점으로 페이스트(22)가 집중되어 굵은 골재(23)를 강하게 접착시킬 수 있다. 성형시 이용되는 진동수 및 가압력은 페이스트의 유동성 및 점성에 따라 적절하게 결정할 필요가 있다.
상기와 같이 제조된 포러스콘크리트 성형체는 형틀을 탈형한 후 소정의 양생조건에서 양생하며, 양생방법에 대한 특별한 제한은 없다. 일반적으로 무기질계 분체를 함유하고 있어 초기에 강도를 발현시키기 위해 고온증기양생방법이 사용된다.
이하에 본 발명의 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트 제품의 일례를 나타내며, 본 발명이 이에 국한된 것은 아니다.
예시 도 4는 본 발명의 포러스콘크리트에 의해 제조된 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트 제품 A(21)의 일례를 나타낸 것으로, 제품의 전체가 본 발명의 포러스콘크리트에 의해 구성되며, 제품(21)의 상부에는 부정형의 모양이 되도록 형틀을 제작하고 성형하여 수생생물의 부착 및 서식이 용이하도록 제작하였다.
예시 도 5는 본 발명의 포러스콘크리트에 의해 제조된 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트 제품 B의 일례를 나타낸 것으로, 제품의 상부(21)는 부정형의 모양이 되도록 형틀을 제작하여 본 발명의 포러스콘크리트를 성형함으로서 수생생물의 부착 및 서식이 용이하도록 제작하였으며, 제품의 하부(31)는 일반 콘크리트로 제작하여 상부의 포러스콘크리트 부분(21)과 하부의 일반 콘크리트 부분(31)을 복합시켜 제작한 것이고, 구조적 안정성이 특히 요구되는 경우에 사용하기 위해 제작된 제품이다.
예시 도 6은 본 발명의 포러스콘크리트에 의해 제조된 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트 제품 C의 일례를 나타낸 것으로, 구형의 포러스콘크리트(41)를 관통할 수 있는 공간을 인위적으로 만든 포러스콘크리트 구(41)를 성형한 후 방청처리가 된 긴결선(42) 및 너트(43)에 의해 포러스콘크리트 구(41)를 연결시켜 제작된 포러스콘크리트 구의 집성체로 구조적 안정성이 요구되는 경우에 사용하기 위해 제작된 제품이다.
본 발명은 하천, 호수, 늪 및 해안 등의 수변에서 수생생물의 서식지를 확보하고 오염수를 정화시킬 목적으로 개발된 것으로, 요철이 많은 표면부와 내부의 연속공극에 식물, 조류, 패류, 곤충류 및 박테리아 등 수생생물이 부착하고 서식함으로서 수변환경에서의 생물다양성 기반을 창출할 수 있고, 또한 다양한 수생생물의 상호작용에 의해 오염된 수질이 자연 정화됨으로서 수변환경을 원래의 상태로 복원시킬 수 있다. 또한 본 발명의 포러스콘크리트 제품은 기존의 일반 콘크리트 제품과 유사한 압축강도를 발현하고 있어 수량의 급증에 따른 수변의 법면 유실 및 세굴에 대한 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
일반적으로 포러스콘크리트는 비표면적이 넓어 재령 초기에 주변환경으로 많은 양의 알칼리를 용출시켜 수생생물에 악영향을 미칠 염려가 있으며, 알칼리 용출량을 저감시키는 대책으로 여러 가지 방법이 사용되고 있으나 기존의 방법은 포러스콘크리트 제조시 공정이 추가되어 공정의 복잡화를 초래한다. 이에 본 발명에서는 결합재의 일부에 무기질계 분체를 대체함으로서 시멘트량을 저감시키고, 또한 무기질계 분체와 시멘트 수화생성물과의 포졸란 반응 및 잠재수경성 반응에 의해 알칼리량을 저감시킬 수 있으며, 페이스트의 수밀성이 크게 증가됨으로서 오염수의 화학적 부식에 대한 내구성을 향상시키고 물의 마찰에 의한 마모저항성을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 물, 시멘트, 무기질계 분체, 시멘트 분산제 및 굵은 골재로 구성된 수경성 조성물로, 1㎥당 굵은 골재에 의해 형성되는 공극 중 0.20∼0.35㎥을 제외한 나머지 부분을 시멘트, 무기질계 분체, 물 및 시멘트 분산제로 구성된 페이스트로 채워지도록 조합하여 비빈 후 형틀에 투입하여 진동수 3000∼8000vpm의 외부진동과 1∼100kPa의 압력으로 가압진동 성형한 것으로, 공극율 20∼35%, 압축강도 80kgf/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트의 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서 결합재 100중량부에 대하여 플라이애시, 고로슬래그미분말, 실리카흄, 석회석미분말 등의 무기질계 분체를 0∼60중량부로 대체하여 사용하고, 결합재 100중량부에 대하여 물은 15∼35중량부, 시멘트 분산제는 0∼3중량부로 조성되며, 시멘트, 무기질계 분체, 물 및 시멘트 분산제로 구성된 페이스트의 플로우가 KS L 5111의 시멘트페이스트 플로우 시험방법에 의해 150∼240mm인 것을 특징으로 하는 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트의 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서 굵은 골재로서 10∼35mm의 골재 중 특정 치수의 굵은 골재만을 선별하여 사용하는 것을 특징으로 하는 수생생물 서식지 및 수질정화용 포러스콘크리트 조성물.
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