KR20040074572A - 다공성 콘크리트 블록 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 옹벽이나, 제방, 하천의 호안, 도로의 사면 등을 안정시키기 위한 구조물을 구축하는데 사용하는 블록에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식물의 정착 및 생육이 가능하도록 자리가 조성될 뿐 아니라 식물뿌리가 토양에 용이하게 활착할 수 있도록 공극과 홈이 구비되고 잘 깨지지 않는 강도를 가지며 중량이 큰 다공성 콘크리트 블록 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 다공성 콘크리트 블록은 자갈, 모래 등의 골재와, 상기 골재의 13∼18중량％의 고로시멘트와, 상기 고로시멘트의 25∼35중량％의 AE감수제, 접착제 및 물로 된 혼합물을 섞어서 모르타르혼합물을 준비하는 단계, 상기 준비된 모르타르혼합물에 그 부피를 기준으로 2∼3％의 보강제를 넣어 혼합하는 단계, 상기 혼합된 모르타르혼합물을 다각형의 블록 형틀에 넣어 성형하는 단계, 상기 모르타르혼합물의 성형단계 후, 미세한 분말상의 숯 또는 황토를 뿌리는 단계, 상기 성형물에 50∼60℃의 스팀을 30분∼2시간 공급하여 굳히는 스팀양생 단계;로 이루어져서, 구조적인 안정성을 더욱 높이는 동시에 환경친화적인 토목구조물을 제공하는 효과가 있다.

Description

다공성 콘크리트 블록 및 그의 제조방법{porous concrete block and manufacturing method thereof}

본 발명은 공원등의 옹벽이나, 제방, 하천의 호안, 도로의 사면 등을 안정시키기 위한 구조물을 구축하는데 사용하는 콘크리트 블록에 관한 것으로, 특히 식물의 정착 및 생육이 용이하도록 일정크기의 공극을 형성하고, 잘 깨지지 않는 물성을 가지며 중량이 큰 다공성 콘크리트 블록을 제공함으로써, 구조적인 안정성이 확보될 뿐만 아니라 자연 생태적인 안정성이 확보되어서 환경친화적인 토목구조물을 구현할 수 있도록 한 다공성 콘크리트 블록 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

지금까지 공원등지의 옹벽이나, 제방, 하천의 호안, 도로의 사면 등을 공사함에 있어서, 토양안정과 경사면보호라는 측면을 최우선으로 중요시하여 콘크리트 옹벽이나, 콘크리트 블록에 의한 시공이 주류를 이루고 있다.

이와 같은 콘크리트구조의 사면은 주변의 자연환경과 어울리지 않는 딱딱한 외관을 제공하여 도시경관을 해치고 있다. 이에 따라 최근에는 조형미를 갖춘 조형블록에 의한 시공이 늘어났다. 하지만 이와 같은 조형블록도 콘크리트로 이루어졌기 때문에 식물이 생존할 수 없어서 여전히 콘크리트가 주는 딱딱한 느낌을 벗어나지 못하며, 원래의 하천이나 도로변의 자연 생태계와는 이질적이어서 식물이나 미생물, 어류, 소동물등의 자연 생태환경을 악화시키는 요인이 되고 있다.

또한, 콘크리트블록 자체에 배수기능이 없어 자갈등으로 뒷채움공사를 실시하나, 배수가 원활히 이루어지지 못하여서 수압에 의해 붕괴될 위험성이 상존하는 등 구조적인 안정성을 확보하기가 어려웠다.

한편, 일부에서는 블록을 이용하여 사면을 안정화시키는데 있어서, 사면의중간부분을 군데군데 생략한 채로 블록을 구축하여, 생략된 부분으로 노출되는 토양에 식물이 정착되도록 하는 시도가 이루어지고 있다. 그러나, 이 방법도 토양이 노출된 부분으로 인한 사면의 안정에 문제가 발생할 소지가 다분하여서 적용범위가 극히 제한적일 수 밖에 없으며, 사면 전체의 식생과는 거리가 멀다. 따라서 이러한 방법도 자연 생태계를 안정화시키기에는 충분한 기능을 제공해 주지 못하는 실정이다.

또 한편으로는, 식생네트를 도입하여 사면의 녹화를 시도하고 있으나, 식생네트를 이용하여 사면을 녹화시키는 경우에도 구조적으로 견고한 안정성을 확보하기에는 무리가 있어 적용범위가 극히 제한적일 뿐만 아니라, 강우량이 집중될 경우 유실될 위험성이 상존하며, 시공후 지속적으로 보수해 주어야 하는 등 유지관리적인 측면에서 여러 문제점이 있었다.

최근에는 상하로 맞뚫리는 홀이 구비된 블록을 사면에 구축하여, 뚫어진 홀을 통하여 식물이 토양에 정착하도록 하는 시도가 이루어지고 있다. 그러나, 이 방법도 홀 이외의 부분에는 식물이 정착할 수 없으며 홀을 통하여 노출된 토양이 소실됨으로 인해 사면의 안정성은 물론 자연 생태계의 안정화에도 충분한 기능을 제공해 주지 못했다.

또한 기존의 콘크리트 블록은 내구성이 좋지 않아 잘 깨지는 문제점이 발생하였다. 콘크리트 블록의 내구성을 개선하는 방법으로서 고로 슬래그 등을 혼합하여 콘크리트 블록의 강도를 높일 수 있으나 이런 방법은 고로 슬래그 미분이 물리적으로 콘크리트 블록 내부의 공극을 충진하여 밀실한 조직을 만들기 때문에 콘크리트 블록을 통하여 식물의 뿌리가 땅으로 정착하기 어려운 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 공원등의 옹벽이나, 제방, 하천의 호안, 도로의 사면 등을 안정시키기 위한 구조물을 구축하는데 있어 상기한 종래 기술들이 가지는 제반 문제점을 해결하고자 안출한 것으로, 식물의 정착 및 생육이 가능하도록 자리가 조성될 뿐 아니라 식물뿌리의 활착이 용이하도록 공극과 홈이 구비되고 블록의 내구성을 증대시켜 잘 깨지지 않는 강도를 가지며 중량이 큰 블록을 제공함으로써, 구조적인 안정성을 더욱 높이는 동시에 환경친화적인 토목구조물을 구현시켜 주기 위한 다공성 콘크리트 블록을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 특징을 갖는 다공성 콘크리트 블록의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 다공성 콘크리트 블록의 일실시예를 나타내는 사시도,

도 2는 도 1의 A-A선 단면도,

도 3a는 본 발명에 따른 다공성 콘크리트 블록을 설치한 제1시공예의 정면도,

도 3b는 본 발명에 따른 다공성 콘크리트 블록을 설치한 제2시공예의 정면도,

도 4는 본 발명에 따른 다공성 콘크리트 블록을 이용한 시공예의 단면도,

도 5는 도 4의 시공된 다공성 콘크리트 블록의 확대단면도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10 : 몸통부 11 : 중앙홈

12 : 측면홈 13 : 돌출부

14 : 골재

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다공성 콘크리트 블록은 자갈, 모래 등의 골재와, 상기 골재의 13∼18중량％의 고로시멘트와, 상기 고로시멘트의 25∼35중량％의 AE감수제, 접착제 및 물로 이루어진 혼합물을 섞어서 된 모르타르혼합물에 보강제를 추가하여 혼합하고, 다각형의 블록 형틀에 넣어 일정높이의 두께를 가지는 다각형의 평면형상으로 상하좌우면에는 측면홈이 형성되고 모서리에 돌출부가 형성되는 몸통부로 이루어지며 상기 몸통부의 중앙에는 식물이 뿌리를 내려 정착하기 쉽도록 다수개의 중앙홈이 구비되게 성형하고, 미세한 분말상의 숯 또는 황토를 뿌린 후 스팀양생하여 이루어진다.

상기 모르타르혼합물에 추가되는 보강제는 무기계 섬유, 유기계 섬유, 스크랩, 고탄력고무 중 어느 하나 또는 하나 이상 혼합한 혼합물이 될 수 있다.

본 발명의 다공성 콘크리트 블록은 자갈, 모래 등의 골재와, 상기 골재의 13∼18중량％의 고로시멘트와, 상기 고로시멘트의 25∼35중량％의 AE감수제, 접착제 및 물로 된 혼합물을 섞어서 모르타르혼합물을 준비하는 단계; 상기 준비된 모르타르혼합물에 부피비로 2∼3％의 보강제를 넣어 혼합하는 단계; 상기 혼합된 모르타르혼합물을 다각형의 블록 형틀에 넣어 성형하는 단계; 상기 모르타르혼합물의 성형단계 후, 미세한 분말상의 숯 또는 황토를 뿌리는 단계; 상기 성형물에 50∼60℃의 스팀을 30분∼2시간 공급하여 굳히는 스팀양생 단계;로 제조된다.

본 발명의 다공성 콘크리트 블록의 제조방법은 상기 모르타르혼합물에 사용되는 혼합물이 물 84∼88중량％, AE감수제 3∼4중량％, 접착제 9∼12중량％로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 다공성 콘크리트 블록 및 그의 제조방법에 대한 기술구성을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 다공성 콘크리트 블록의 일실시예를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다공성 콘크리트 블록의 일측단면도로서 도 1의 A-A선 단면도이고, 도 3a는 본 발명에 따른 다공성 콘크리트 블록을 설치한 제1시공예의 정면도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 다공성 콘크리트 블록을 설치한 제2시공예의 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 다공성 콘크리트 블록을 이용한 시공예의 단면도이며, 도 5는 도 4의 시공된 다공성 콘크리트 블록의 확대단면도이다.

본 발명에 따른 다공성 콘크리트 블록을 제조하기 위하여 먼저 고강도제로 사용될 혼화제로서 물, AE감수제, 접착제를 혼합하는데, 시멘트와의 접착력을 강화시켜 압축강도를 증대시키도록 물 84∼88중량％, AE감수제 3∼4중량％, 접착제 9∼12중량％를 혼합한 혼합물을 준비한다.

자갈, 모래 등의 골재와 고로시멘트, 그리고 미리 준비된 AE감수제, 접착제 및 물로 된 혼합물을 섞어서 모르타르혼합물을 만든다. 이때 혼합량은 우선 골재 사용량을 설정한 다음, 고로시멘트는 상기 골재의 중량을 기준으로 13∼18중량％, AE감수제, 접착제와 물로 된 혼합물은 상기 고로시멘트의 중량을 기준으로 25∼35중량％를 혼합한다.

본 발명의 다공성 콘크리트 블록 제조에 사용되는 골재는 13∼25㎜ 정도의 크기를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 골재의 크기를 이와 같이 한정하는 이유는 식물의 뿌리가 완성된 다공성 콘크리트 블록의 공극 사이를 통과하여 블록 하부의 토양속으로 용이하게 활착될 수 있도록 공극률을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 다공성 콘크리트 블록이 하천의 호안 등 물가에 시공될 경우 폭우나 급류로 인하여 떠내려 가지 않게 일정한 중량을 유지할 수 있도록, 콘크리트 블록의 공극률, 중량, 압축감 등을 고려한 것이다.

본 발명의 다공성 콘크리트 블록 제조에 사용되는 고로시멘트(portland blast furnace cement)는 용광로에서 선철을 제조할 때 생기는 부산물인 슬래그(광재)에 포틀랜드 시멘트와 석고(石膏)를 혼합하여 만든 혼합 시멘트로, 보통의 포틀랜드 시멘트에 비하여 시멘트의 경화과정에서 발생되는 열인 수화열(水和熱)이 낮고, 내구성이 높으며, 화학저항성이 큰 한편, 투수(透水)가 적은 특징이 있다. 또 중량이 크고 강도가 세며 알칼리성이 낮아 중성에 가깝고 특히 양생 후 강도가 좋아진다.

고로시멘트를 골재 중량을 기준으로 13중량％이하 혼합할 경우, 다공성 콘크리트 블록의 강도가 저하되며 18중량％이상 혼합할 경우, 강도는 높아지나 원가가 상승하는 문제점이 발생하므로 고로시멘트의 양은 13∼18중량％로 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 AE감수제, 접착제 및 물로 이루어지는 혼합물은 고강도제로 사용되는 혼화제이다. 특히 AE감수제는 발포성(發泡性)이 현저한 계면활성제로서 콘크리트 중에 미소한 독립된 기포(氣泡)를 고르게 발생시켜 콘크리트의 내동결융해성(耐凍結融解性), 내식성(耐蝕性) 등 내구성을 개선시키며 시멘트와 화학반응하여 공간을 최소화 시키는 특성이 있고, 접착제는 시멘트의 접착력에 의해 압축강도를 증대시켜 접착력을 강하게 하는 특성이 있다.

그러나, 상기 AE감수제 및 접착제를 너무 많이 사용하면 비경제적일 뿐 아니라 압축강도의 감소 등 여러 가지 장애가 발생하므로 적정 사용량을 엄수하는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명의 다공성 콘크리트 블록의 제조에서는 물, AE감수제 및 접착제의 혼합량을 100을 기준으로 하여 물 84∼88중량％, AE감수제 3∼4중량％, 접착제 9∼12중량％으로 한정하는 것이 가장 바람직하다.

상술한 바와 같이 모르타르혼합물을 준비한 후, 콘크리트블록의 압축강도, 휨강도, 수명의 단점을 보강하기 위하여 보강제를 넣어 혼합한다. 이때 혼합되는보강제로는 무기계 섬유, 유기계 섬유, 스크랩, 고탄력고무 등 다양한 결합재가 사용될 수 있으며 그 혼합량은 모르타르혼합물의 부피를 기준으로 2∼3％가 적합하다.

본 발명에 사용되는 상기 강도보강용 섬유로서 무기계 섬유의 종류로는 강섬유, 유리섬유, 탄소섬유 등이 있고 유기계 섬유의 종류로는 아라미드섬유, 폴리프로필렌섬유, 비닐론섬유, 나일론 등이 있다. 본 발명에 따른 콘크리트블록은 각종 보강용섬유를 임의 크기로 절단하거나 실 또는 망사형상으로 만든 섬유사를 사용하는 것이 바람직하다.

스크랩(scrap)은 철강 및 금속공업에서 중요한 원료로 쓰이는 쇠부스러기, 파쇠, 고철 등을 나타내는 것으로, 모르타르혼합물에 넣어 콘크리트블록의 강도를 높일 수 있다. 특히 폐스크랩을 사용함으로써 폐물을 재활용할 수 있고 우수한 강도를 갖는 콘크리트블록을 생산할 수 있으며 생산비용이 절약되는 효과를 얻을 수 있다.

또 상기 모르타르혼합물에 탄성이 강한 고탄력고무를 넣어 제조되는 콘크리트블록은 외력이 작용했을 때 전단응력과 인장강도가 더욱 높아지는 효과를 나타낸다.

모르타르혼합물에 상기된 바와 같은 다양한 보강재를 추가혼합시킴으로써 모르타르혼합물 자체의 결합을 좋게 하며, 완성된 콘크리트블록의 외력에 의한 균열 발생시 결합재 자체의 강도에 의해 균열의 진행을 억제한다.

이상과 같이 상술된 비율로 혼합하여 만들어진 모르타르혼합물을 다각형의블록 형틀에 넣어 성형한다. 이때 사용되는 상기 블록 형틀은 그 내에서 성형된 다공성 콘크리트 블록이, 도 1에 나타낸 바와 같이, 일정높이의 두께를 가지는 다각형의 평면형상으로 상하좌우면에 측면홈(12)이 형성되고 모서리에 돌출부(13)가 형성되는 몸통부(10)를 구성하도록 이루어진다. 특히, 몸통의 중앙에 다수개의 볼록부가 형성된 다각형의 블록 형틀을 사용하여 상기 몸통부(10)의 중앙에 다수개의 중앙홈(11)이 구비되는 형상으로 완성함으로써, 상기 중앙홈(11)의 저부로부터 토양까지의 거리를 좁혀서 중앙홈(11)에 식재되는 식물이 블록을 관통하여 그 하부의 토양으로 뿌리를 내려 정착하기 쉽도록 하는 것이 바람직하다.

상기 모르타르혼합물의 성형단계 후, 그 위로 미세한 분말상의 숯 또는 황토를 뿌려 성형된 콘크리트 블록의 상부에 숯 또는 황토 분말을 위치시킨다. 이것은 본 발명의 콘크리트 블록을 환경친화적인 제품으로 만들기 위한 것으로, 상부에 숯 또는 황토가 위치됨으로써 오염된 토양 또는 빗물 속에 함유된 중금속 등이 흡수되게 한다.

상기 형상으로 성형된 콘크리트 블록은 50∼60℃의 스팀을 30분∼2시간 동안 공급하여 양생시킨다. 일반적으로 시멘트는 방치시키면 발열되면서 굳어지는데, 완전히 양생되는 데 2∼3일 정도로 오랜 시간이 걸린다. 이와 같은 단점을 해결하기 위해, 본 발명의 다공성 콘크리트 블록은 양생 단계에서 증기를 공급하여 스팀 양생시킨다. 스팀 양생을 함으로써 발열과정에서 시멘트가 물을 흡수하면서 경화되어 콘크리트 블록의 강도가 좋아질 뿐 아니라 경화되는 시간도 하절기에는 30분, 동절기에는 2시간 정도로 매우 짧아져 생산성을 향상시킬 수 있다.

이때, 상기 공급되는 스팀의 온도가 50℃이하이면 콘크리트 블록의 경화 속도가 빠르지 않으며 65℃이상이면 시멘트의 강도가 약해지므로 50∼60℃의 온도를 유지시키는 것이 중요하다.

이와 같이 하여 완성되는 본 발명의 다공성 콘크리트 블록은 공극률이 25％이상 유지되고 사면안정에 필요한 구조적 강도를 충분히 가진다.

상술된 방법으로 완성된 본 발명의 다공성 콘크리트 블록을 사면 등을 안정시키기 위하여 시공할 때에는, 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이, 가로·세로방향으로 연속적으로 맞대어 설치한다.

도 3a와 같이 설치할 경우, 상호 맞닿는 두 개의 몸통부(10) 사이에는 두 개의 측면홈(12)으로 인한 토양 노출부(E)가 생기는데 이를 최소화시키기 위하여, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다공성 콘크리트 블록 시공시 상하 또는 좌우 중 어느 한 방향으로 하나의 다공성 콘크리트 블록 측면홈(12)에 다른 2개의 다공성 콘크리트 블록의 돌출부(13)들이 마주닿게 위치시켜 3개의 다공성 콘크리트 블록이 상호 정합되게 할 수 있다.

〈실시예〉

물 86중량％, AE감수제 4중량％, 접착제 10중량％를 혼합하여 모르타르혼합물에 사용될 혼합물을 준비하였다.

자갈로 된 골재 1000g과 고로시멘트 180g과 미리 준비된 상기 AE감수제, 접착제 및 물로 된 혼합물 63g을 혼합하여 모르타르혼합물을 준비하였다.

상기 모르타르혼합물에 보강제로서 유기계 섬유인 폴리프로필렌섬유를 넣어균일하게 혼합하였다. 이때 혼합된 폴리프로필렌섬유의 양은 모르타르혼합물의 부피를 기준으로 3％ 첨가하였다.

상기 혼합된 모르타르혼합물을 블록 형틀에 넣어 성형하였다. 이때 사용된 블록 형틀은 몸통부(10)의 중앙에 홈을 형성할 수 있는 볼록부를 구비한 다각형상으로, 그 내에서 성형된 콘크리트 블록은 몸통부(10)의 중앙에 다수개의 중앙홈(11)이 구비되며 일정한 두께를 가지는 다각형의 평면형상으로 상하좌우면에는 측면홈(12)이 형성되고 모서리에 돌출부(13)가 형성되는 몸통부(10)로 이루어졌다.

상기 형상으로 성형된 콘크리트 블록의 상부로 숯 분말을 뿌린 다음, 60℃의 스팀을 80분 동안 공급하여 양생시켰다.

이상과 같은 방법으로 완성된 본 발명의 다공성 콘크리트 블록을 하천의 호안에 설치하고 흙으로 블록의 홈 등을 충진한 다음 복토하였다.

2개월 후 하천의 호안에 설치된 본원의 다공성 콘크리트 블록 위로 식물들이 초기발아하기 시작하였으며 6개월 후 블록 전면에 걸쳐 식생 군락이 형성되어 하천생태계와 육상생태계가 자연스럽게 연결된 자연형 하천으로 변하였다.

상기 자연형 하천으로 변한 일부분에서 본 발명의 다공성 콘크리트 블록을 들어올려 보았더니, 식물의 뿌리가 콘크리트 블록을 통과하여 토양에 활착된 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 다공성 콘크리트 블록은 식물의정착 및 생육이 가능하도록 자리가 조성될 뿐 아니라 식물뿌리가 토양에 용이하게 활착하도록 공극과 홈이 구비되고 보강제를 사용하여 다공성블록의 압축강도, 휨강도 및 수명을 연장할 수 있으며, 큰 중량을 가지기 때문에 옹벽이나, 제방, 하천의 호안, 도로의 사면 등을 안정시키기 위한 구조적인 안정성을 더욱 높일 수 있을 뿐 아니라 블록 전면에 걸쳐 식생 군락이 형성되는 환경친화적인 다공성 콘크리트 블록을 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 자갈, 모래 등의 골재와, 상기 골재의 13∼18중량％의 고로시멘트와, 상기 고로시멘트의 25∼35중량％의 AE감수제, 접착제 및 물로 이루어진 혼합물을 섞어서 된 모르타르혼합물에 보강제를 추가하여 혼합하고, 다각형의 블록 형틀에 넣어 일정높이의 두께를 가지는 다각형의 평면형상으로 상하좌우면에는 측면홈(12)이 형성되고 모서리에 돌출부(13)가 형성되는 몸통부(10)로 이루어지며 상기 몸통부(10)의 중앙에는 식물이 뿌리를 내려 정착하기 쉽도록 다수개의 중앙홈(11)이 구비되게 성형하고, 미세한 분말상의 숯 또는 황토를 뿌린 후 스팀양생하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 콘크리트 블록.
2. 제 1항에 있어서, 상기 모르타르혼합물에 추가되는 보강제가 무기계 섬유, 유기계 섬유, 스크랩, 고탄력고무 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다공성 콘크리트 블록.
3. 제 1항에 있어서, 상기 모르타르혼합물에 추가되는 보강제가 무기계 섬유, 유기계 섬유, 스크랩, 고탄력고무를 하나 이상 혼합하여 된 것을 특징으로 하는 다공성 콘크리트 블록.
4. 자갈, 모래 등의 골재와, 상기 골재의 13∼18중량％의 고로시멘트와, 상기고로시멘트의 25∼35중량％의 AE감수제, 접착제 및 물로 된 혼합물을 섞어서 모르타르혼합물을 준비하는 단계;

   상기 준비된 모르타르혼합물에 그 부피를 기준으로 2∼3％의 보강제를 넣어 혼합하는 단계;

   상기 혼합된 모르타르혼합물을 다각형의 블록 형틀에 넣어 성형하는 단계;

   상기 모르타르혼합물의 성형단계 후, 미세한 분말상의 숯 또는 황토를 뿌리는 단계;

   상기 성형물에 50∼60℃의 스팀을 30분∼2시간 공급하여 굳히는 스팀양생 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 콘크리트 블록의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 모르타르혼합물에 사용되는 혼합물이 물 84∼88중량％, AE감수제 3∼4중량％, 접착제 9∼12중량％로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 콘크리트 블록의 제조방법.