KR200418604Y1 - 버텀애쉬를 이용한 콘크리트 투수보도용 판 및 블록 - Google Patents

Abstract

본 고안은 콘크리트 투수보도용 판 및 블록에 관한 것으로서, 시멘트 18~25중량%, 세골재 65~75중량%, 혼화재 0.05~0.1중량%, 무기계안료 0.5~1.5중량%, 물 4~9중량%로 조성된 표층과 고로슬래그 시멘트 15~30중량%, 밀도가 2.8이상인 골재 12~18중량%, 버텀애쉬 50~65중량%, 혼화재 0.15~0.5중량%, 물 4~7중량%로 조성된 기층으로 구성되어 투수성 및 보수성을 특징으로 하는 콘크리트 투수보도용 판 및 블록을 개시한다. 이는 화력발전소에서 발생되는 석탄회 중에서 저회(bottom ash)를 이용함으로써 폐기물을 사용하는 친환경적인 제품에 관한 것이다. 또한, 투수성 제품이므로 보도나 광장, 공원의 보도를 포장함으로서 강우(降雨)가 다공질의 판의 몸체 또는 판 사이의 간격으로 통과하여 지면으로 투수(透水)되어 강우가 하수관으로 유입되는 양을 줄여 침수피해를 줄이고 보도에 빗물이 고이지 않아 통행의 불편을 해소할 수 있다.

또한 다공질이므로 다른 보도용 콘크리트 판보다 보수성이 높으며 여름철 강우(降雨) 후 수분이 표면으로 증발되면서 기화열에 의해 대기온도가 낮아지는 특징을 지니고 있다.

버텀애쉬, 콘크리트, 블록, 투수성, 요철

Description

버텀애쉬를 이용한 콘크리트 투수보도용 판 및 블록{concrete block pavement made of bottom ash}

도1은 본 고안의 일실시예인 콘크리트 투수보도용 판의 사시도,

도2는 본 고안의 일실시예인 콘크리트 투수보도용 판에 빗물이 투수(透水)되는 모습에 관한 개요도,

도3은 본 고안의 일실시예인 콘크리트 투수보도용 판에 보수된 물이 기화되는 현상도,

도4는 본 고안의 일실시예인 콘크리트 투수보도용 판 표면의 요철문양 및 우수 흐름 개요도,

도5는 본 고안의 일실시예인 콘크리트 투수보도용 판의 평면도 및 측면도,

도6은 본 고안의 일실시예인 콘크리트 투수보도용 판의 연결부 단면도,

도7은 본 고안의 다른 실시예인 콘크리트 투수보도용 판의 사시도,

도8은 버텀애쉬의 치환률에 따른 중량변화 그래프,

도9는 버텀애쉬 치환률에 따른 휨강도 그래프,

도10은 버텀애쉬의 치환률 0%와 100%의 절단면 사진,

도11은 강우(降雨) 후 본 고안의 일실시예(일명 cooltone)와 기존 블록의 기 온에 따른 표면 온도 변화 그래프이다.

본 고안은 콘크리트 투수보도용 판 및 블록에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 녹지가 조성된 곳에서는 수분의 증발로 태양열을 흡수해 대기의 기온을 하강시켜 열섬현상을 줄이는 기능에 착안하여, 공원이나 보도에 설치된 보통 콘크리트 보도판에서 발생하는 복사열을 감소시킬 수 있는 방법으로 보도판이 투수성과 보수성을 지니고, 강우(降雨) 후 수분의 증발이 지속적이고 장기적으로 일어나도록 하여 지표면의 온도를 저감시킬 수 있는 보도용 콘크리트 판 및 블록에 관한 것이다.

종래의 보도용 판이나 블록은 물을 통과 시키지 않는 것이 주종을 이루고 있으며, 투수판으로 나온 제품도 판과 판의 간격을 넓혀 물이 지면으로 투수 시키는 원리를 사용함으로 넓은 간격으로 인하여 통행이 불편할 뿐만 아니라 수분을 증발시키는 기능이 극히 제한적이다.

또한, 투수콘크리트나 투수아스콘으로 보도를 포장한 경우 수도, 전기 기타 보도의 일부를 절개해야하는 공사를 할 경우 공사 후 보도의 복구공사가 힘들고 불편하며 복구공사 후 본래의 미관을 상실하는 문제점이 있었다.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공사 후 재시공을 고려하여 보도용 판 또는 블록을 이용하되, 일정한 재질과 형상을 이용하여 투수 및 보수를 통하여 지표면의 온도하강효과를 극대화하기 위한 것이다.

또한, 산업폐기물인 버텀애쉬를 골재대용으로 다량으로 이용함으로써 산업폐기물의 매립비용을 절감하고 환경을 보호하기 위함이다.

이러한 기술적 과제를 달성하는데 있어서 고려하여야 할 점으로는 보도판 및 블록의 기준인 재활용 골재 보차도용 콘크리트 인트로킹 볼록(GR F 4007-2000)과 재활용 골재 보도용 콘크리트판(GR F 4016-2001)의 품질을 만족하면서 상기의 효과를 달성하여야 한다는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 시멘트 18~25중량%, 세골재 65~75중량%, 혼화재 0.05~0.1중량%, 무기계안료 0.5~1.5중량%, 물 4~9중량%로 조성된 표층과 고로슬래그 시멘트 15~30중량%, 밀도가 2.8이상인 골재 12~18중량%, 버텀애쉬 50~65중량%, 혼화재 0.15~0.5중량%, 물 4~7중량%로 조성된 기층으로 구성되어 투수 및 보수가 되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 투수보도용 판 및 블록을 개시한다. 상기 시멘트는 일반적으로 백색 포틀랜드 시멘트가 적용될 수 있다. 버텀애쉬(bottom ash ; 저회)는 화력발전소에서 발생되는 석탄회 중 하나로서 다공질의 특징을 가지며 본 고안은 이를 골재로 사용하여 콘크리트 투수보도용 판 및 블록을 생산하는 것이다. 상기의 구성비는 아래에서 구체적으로 설명하는 바와 같이 원하는 투수 및 보수의 효과를 획득하기 위한 바람직한 구성비인 것이다.

상기 콘크리트 투수보도용 판 및 블록은 그 명칭에 의하여 제한됨이 없이 공원, 인도, 차도 등의 표면에 적용되는 일체의 건축토목 자재에 적용이 가능하다. 일반적으로 판은 두께에 비하여 그 면적이 넓은 것을 가리키며 블록은 인터로킹 보도블록과 같이 면적에 비하여 비교적 두께가 굵은 것을 말한다. 바람직하게는 상기 콘크리트 투수보도용 판은 세골재의 100중량%중 50중량%를 규사로 대체하여 생산될 수 있다. 규사를 대체로 사용하는 경우 내마모성을 증가시키는 효과가 있다.

바람직하게는 상기 투수보도용 판의 표면을 방사형 요철 문양의 형상으로 할 수 있다. 상기의 방사형 요철 문양은 투수 단면적을 높이고 투수계수 이상의 물은 판 간의 연결부분으로 효율적으로 배수가 되도록 하기 위한 것이다. 또한 이러한 방사형 요철 문양은 자동차 등의 바퀴에 의하여 소음을 발생시키거나 승차감을 저하시킬 수 있는데 이러한 문제점을 해소하기 위해서는 방사형 요철 문양의 높이가 1.5mm ∼ 1.8mm 이되, 상기 요철이 상기 콘크리트 투수 보도용 판의 끝단으로부터 2mm ∼ 3mm 이격되어 마무리되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 높이는 판의 상면을 주행하는 차량 등의 승차감에 적은 영향을 주면서 소음 발생을 줄이게 되며, 투 수 보도용 판의 끝단 이전에 요철 문양이 마무리되어 판과 판이 맞닿는 곳에 자연스럽게 배수를 위한 물길이 형성되는 장점이 있다.

바람직하게는 상기 콘크리트 투수보도용 판의 측면부에 돌출부가 형성되도록 할 수 있으며, 상기 돌출부는 측면부의 일단으로 측면부의 1/7, 3/7 및 5/7지점에 위치하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 돌출부는 판과 판 사이의 간격을 일정하게 유지시켜 줌으로써 시공성을 높혀 주며, 공사 후 일정한 간격에 따른 배치에 의하여 미관을 좋게 한다. 다만, 이러한 돌출부들은 서로 엇갈리게 설치되어야 바람직하고, 나아가 적합한 수가 형성되어야 한다. 따라서, 바람직하게 각 측면에 3개의 돌출부가 형성되며, 측면의 일단으로부터 1/7, 3/7 및 5/7 지점에 돌출부가 위치하되, 서로 마주보는 면의 돌출부가 서로 엇갈리게 하면 시공 후 한 쪽 면마다 6개의 돌출부에 의하여 간격이 유지된다.

이하, 본 고안에 따른 일실시예인 콘크리트 투수보도용 판을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 고안은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 고안의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 고안의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

콘크리트 투수보도판은 노면인 표층과 바탕인 기층으로 나뉘는 것이 일반적 이다. 도 1은 콘크리트 투수보도판의 개요도이다. 이런한 투수보도판의 두께는 KSF4419의 규정을 준용하나 본 고안의 범위가 이에 구속되는 것은 아니다. 일반적으로 투수보도판(10)은 표층(20)과 기층(30)으로 형성된다.

콘크리트 투수보도판의 구성물에서 시멘트가 30중량%이상 구성되면 공극이 적어 투수(透水)와 보수(保水)의 기능이 저하되며 15중량%이하가 되면 콘크리트의 강도가 발현되지 않는다. 그리고 버텀애쉬가 65중량%이상이면 콘크리트 강도가 저하되고 50중량%이하이면 투수(透水)와 보수(保水)의 기능이 저하된다.

따라서. 본 고안의 일실시예는 고로슬래그 시멘트 15~30중량%, 밀도가 2.8이상인 골재 12~18중량%, 버텀애쉬 50~65중량%, 혼화재 0.15~0.5중량%, 물 4~9중량%로 구성된 기층과 상기 기층에 시멘트(백색 포틀렌트시멘트) 18~25중량%, 세골재 60~75중량%, 혼화재 0.05~0.1중량%, 무기계안료 0.5~1.5중량%, 물 4~9중량%로 이루어진 표층을 구비한 콘크리트 투수보도용 판을 개시하여 콘크리트 투수보도용 판이 투수(透水)와 보수(保水)의 기능을 가지고 KS규격에 적합한 강도를 지니도록 한 것이다. 바람직하게는 이러한 콘크리트 투수보도용 판은 상기 조성물을 가압 성형하고 그 성형물을 60℃±5℃의 온도에서 500 ~ 600도시로 스팀 양생하여 생산할 수 있다.

즉, 본 고안의 일실시예인 투수보도용 판은 강우(降雨)시 빗물이 콘크리트 사이로 투수(透水)가 되어 지면에 도달하는 투수성(도 2)이 있다. 즉, 강우(40)에 의한 우수의 일부는 판과 판의 경계를 따라 투수(60)되고, 일부는 투수보도용 판을 통하여 투수(50) 된다. 또한, 다공질로 형성된 몸체는 수분을 가지고 있는 보수성이 있어 투수된 물과 보수되어진 물이 증발(70)하면서 기화열로 표면온도를 하강(도 3)시킴으로서 열섬(Heat Island)현상을 억제하는 것을 특징으로 한다.

투수되지 않은 유수의 흐름을 원활하게 하기 위하여 투수보도용 판의 표면은 요철문양의 형상을 가지도록 할 수 있다. 도 4는 콘크리트 투수보도용 판 표면의 요철문양 및 배수 방향에 관한 개요도이며, 도 5는 표면에 요철문양을 가지는 투수보도용 판의 평면도 및 측면도이다. 도 4의 화살표(90)은 우수가 흐르는 방향을 나타낸 것이다. 도 6은 콘크리트 투수보도용 판의 연결부 단면도이다. 투수보도용 판의 요철(100)은 높이가 1.5mm ∼ 1.8mm 이되, 상기 요철이 상기 콘크리트 투수 보도용 판의 끝단으로부터 2mm ∼ 3mm 이격되어 마무리 되도록 할 수 있다. 이런 경우 콘크리트 판의 표면을 흐르는 우수는 요철에 따라 투수보도용 판의 표면을 흐른 후 판의 끝단부의 요철이 형성되지 않은 부분(110)을 통하여 흐르게 된다.

또한 투수보도용 판은 측면에 돌출부(120)가 형성되어 판과 판사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있도록 하며, 이러한 돌출부는 시공의 편이성 등을 위하여 바람직하게는 측면부의 일단으로부터 1/3, 3/7 및 5/7 지점에 위치하도록 할 수 있다.

본 고안의 다른 실시예로서 도 7에서와 같이 바람직하게는 다양한 요철 문양에 있어 요철의 깊이(h)가 중앙부(130)에서 측면부(140)로 갈수록 더 깊게 할 수 있다. 이는 콘크리트 투수보도용 판의 상면을 흐르는 우수의 양이 판의 경계로 갈수록 증가하는 것을 반영한 것이며, 깊이의 차이에 따라 발생하는 경사에 의하여 우수의 흐름이 원활해진다.

본 고안이 개시하는 바람직한 구성비를 얻기 위한 구체적인 실험과정은 다음과 같다.

실험을 위해 사용된 재료는 KS L 5204 규격에 적합한 백색 포틀랜드 시멘트, KS L 5210 규격에 적합한 고로 슬래그 시멘트, 혼화제는 일본의 화왕(주)의 MIGHT-150, 화력발전소에서 공급되는 버텀애쉬 중에 조립률이 아래의 표 1과 표 2의 조건에 적합한 것을 사용하였다. 표 1은 실험에 사용된 버텀애쉬의 조립률을 나타낸 것이다.

버텀애쉬가 골재에 요구되는 성능을 만족하므로 콘크리트 보도블록의 재료로 사용이 가능하나 표면의 미관(외관)이 떨어지는 단점이 있어, 바람직하게는 표층은 천연골재를 사용한다. 표 2는 버텀애쉬를 골재로 사용하여 KS F 4419 의 품질규격에 적합한 콘크리트 보도블록을 제조하기 위해 버텀애쉬의 치환율, 치환률에 따른 강도변화, 제조시에 부적합 사항이나 외관 등을 확인하기 위한 것이다. 일정한 현장 배합비를 기준으로 기층부에 사용되는 2종의 세골재(세골재 1, 세골재 2) 중에 조립분포가 버텀애쉬와 근접한 1종(세골재 2)을 0%, 30%, 50%, 100%로 치환시켜 실험하였다. 이때 버텀애쉬와 천연 세골재가 밀도가 다르므로 단위 시멘트량과 혼합수량을 변동시켰고 치환되지 않은 나머지 1종의 세골재(세골재 2)와 혼화제의 배합량은 고정시켰다. 이러한 배합에 따른 강도 및 외관에 관한 실험 데이터는 아래의 표 3과 같다.

표 3의 실험을 위하여 공시체는 200*100*80 크기로 가압 성형하여 60℃±5℃의 온도, 500 ~ 600도시로 1차 스팀 양생과 자연 상태에서 28일간 2차 양생을 한 후, 휨 강도시험, 외관검사 등을 실시하였다.

실험 결과는 도 8과 도 9에서 보는 바와 같이 치환률이 증가함으로서 중량과 휨 강도가 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 도 10에서 보는 바와 같이 치환율이 100%인 경우 치환율 0%에 비하여 공극이 많이 발생한 것을 확인할 수 있다.

이러한 공극들은 투수성과 보수성을 증가 시킬 수 있으나 제품의 규격강도(5Mpa)를 만족 시키지 못하므로 이를 기초로 물/시멘트 비, 단위시멘트 량, 강도가 높은 골재를 사용하는 등 강도를 만족하면서 버텀애쉬의 다공질이라는 특성을 살려 보수성과 투수성능이 있도록 배합설계를 수정할 필요성이 있다.

따라서 표 4의 구성물의 조건과 본 고안의 조성물배합비로 시험한 결과 휨 강도, 투수성, 보수성이 만족되는 콘크리트 투수성보도용 판을 고안하게 된 것이다.

그 시험 결과는 아래의 표 5 및 표 6과 같다.

표 5 및 표 6에서 보는 바와 같이 본 고안의 실시예들은 요구되는 강도를 만족하면서, 본 고안이 추구하는 투수 및 보수의 효과를 달성하게 되는 것이다.

이상에서와 같이 설명한 콘크리트 투수보도용 판은 바람직한 실시예에 해당되며, 본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 고안은 화력발전소에서 발생되는 석탄회 중에서 저회(bottom ash)를 이용함으로써 폐기물을 사용하는 친환경적인 제품에 관한 것이며, 투수성 제품이므로 보도나 광장, 공원의 보도를 포장함으로서 강우(降雨)가 다공질의 판 또는 판의 몸체로 통과하여 지면으로 투수(透水)되어 강우가 하수관으로 유입되는 양을 줄여 침수피해를 줄이고 보도에 빗물이 고이지 않아 통행의 불편을 해소할 수 있다.

또한 다공질이므로 다른 보도용 콘크리트 판보다 보수성이 높으며 여름철 강우(降雨) 후 수분이 표면으로 증발되면서 기화열에 의해 대기온도가 낮아지는 특징을 지니고 있다. 도 11은 외부 기온, 기존의 지표면들과 본고안의 일실시예의 온도를 비교한 그래프이다.

도 11에서 보는 바와 같이 기존 고밀도 아스팔트에 비하여 본 고안의 실시예는 약 10℃ 정도의 온도 강하 효과가 있으며 대기 기온보다 지표의 온도를 낮추게 할 수 있는 효과가 있다.

결과적으로, 본 고안은

1) 대부분 매립에 의존하여 처리하던 화력발전소의 폐기물인 저회(bottom ash)를 골재로 사용함으로서 폐기물의 매립비용을 절감하고, 자원의 재활용과 천연골재 자원을 보호하며 매립으로 인한 환경문제를 해결하는 친환경적인 제품으로서, 단순히 저회(低灰)를 재활용 골재로만 사용하는 것이 아니라

2) 본 고안이 계시하는 투수계수가 1×10-2㎠/sec이상의 투수성을 갖도록 하여 강우(降雨)시 보도의 물이 하수구로 전량 유입되는 것을 방지하여 침수피해를 줄이고,

3) 제품의 보수량(保水量)이 150ℓ/㎥이상 유지됨으로서 강우(降雨)후 콘크리트 투수블록이나 콘크리트 투수판에 축적된 수분이 증발하도록 하여 기화열이 표면온도를 낮추게 하는 효과가 있어 여름철의 지표면의 온도가 낮아지는 효과가 있어 열섬(Heat Island)현상을 억제하는 기능이 다른 보도용 판이나 블록에 비해 뛰어나다.

4) 또한, 콘크리트 투수보도 판의 요철높이와 간격을 줄여 유모차나 자전거 등의 통행시 소음을 줄여 보행성(步行性)을 좋게 하는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 시멘트 18~25중량%, 세골재 65~75중량%, 혼화재 0.05~0.1중량%, 무기계안료 0.5~1.5중량%, 물 4~9중량%로 조성된 표층과

   고로슬래그 시멘트 15~30중량%, 밀도가 2.8이상의 골재 12~18중량%, 버텀애쉬 50~65중량%, 혼화재 0.15~0.5중량%, 물 4~7중량%로 조성된 기층으로 이루어진 콘크리트 투수보도용 판.
2. 제1항에 있어서,

   상기 표층의 세골재 100중량%중 50중량%를 규사로 대체하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 투수보도용 판.
3. 제1항에 있어서,

   상기 콘크리트 투수보도용 판의 표면이 방사형 요철(100)의 형상인 것을 특징으로 하는 콘크리트 투수보도용 판.
4. 제3항에 있어서,

   상기 방사형 요철(100)의 높이가 1.5mm ∼ 1.8mm 이되, 상기 요철이 상기 콘크리트 투수 보도용 판의 끝단으로부터 2mm ∼ 3mm 이격되어 마무리되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 투수보도용 판.
5. 제1항에 있어서,

   상기 콘크리트 투수보도용 판의 측면부에 돌출부(120)가 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 투수보도용 판
6. 제5항에 있어서,

   상기 돌출부(120)가 상기 측면부의 일단으로 1/7, 3/7 및 5/7지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 투수보도용 판
7. 제3항에 있어서,

   상기 방사형 요철(100)의 깊이(h)가 상기 투수보도용 판의 중앙부(130)에서 측면부(140)로 갈수록 깊어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 투수보도용 판.
8. 제1항의 구성물로 이루어진 표층과 기층을 구비하는 콘크리트 투수보도용 블록

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