KR20050032921A - 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용다공성 콘크리트 조성물 - Google Patents

폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용다공성 콘크리트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 폐콘크리트로부터 제조된 재생골재와 폐부산자원을 사용하여 자원의 재활용을 통한 환경오염 부하 저감효과를 지니면서 제조원가를 절감시키는 동시에 식물의 식생이 적합한 다공성 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 도로 공사시 절개면에 토사의 흘러내림을 방지하기 위하여 도로의 법면에 타설되는 콘크리트 조성물과, 하천 및 해안의 호안 공사시 사용하는 호안블록이나 식생블록 등의 기존 식생용 다공성 콘크리트의 성능 및 기능을 만족시키면서 환경부하 저감이 가능하며, 제조원가가 절감되는 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물을 제공할 수 있다.

Description

폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물{The product of green planting porous concrete using industrial wastes and recycling aggregate}
본 발명은 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 시멘트의 대체재료로서 폐부산자원을 일부 사용하여 식생에 적합한 환경을 조성하고, 전체 골재 부피에 대하여 재생골재를 상당량 대체 사용하여 자원재활용을 통한 환경부하 저감 효과를 가져오는 동시에, 생산원가를 절감시키면서도 기존의 식생용 다공성 콘크리트의 기능이나 성능을 만족시키는 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 기존의 식생을 위한 다공성 콘크리트 조성물은 비빔 후 성형시 진동 다짐에 의한 시멘트 페이스트의 점성 저하에 의한 바닥면 충전, 공극율 저하, 막힘으로 인한 투수 성능의 저하가 있었으며, 시멘트에 함유되어 있는 산화칼슘 (CaO)이 물과 수화반응하여 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 생성하기 때문에 식생 콘크리트를 통하여 식물의 뿌리에 공급되는 수분은 알카리성을 띄게 되며, 보통의 경우 pH가 12∼13 정도의 강알칼리성을 나타내어 식물이 잘 자라지 못하거나 생장에 장애를 일으키는 문제점이 있었다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 드라이 아이스를 이용한 중화처리 및 플라이애시, 고로슬래그 미분말의 대체 이용, 식물생장 조절물질과 양분 및 항균제가 포함된 한천 용액 투입 등의 방법이 사용되었다.
이와 관련하여, 한국 공개특허 제2002-84398호에는 시멘트와 골재와 물을 함유하는 식생콘크리트 조성물에 있어서, 식생콘크리트 1㎥당 시멘트를 60㎏∼130㎏, 분말도가 4,000㎠/g이상인 고로슬래그 130㎏∼200㎏, 평균입경이 5㎜ 내지 25㎜인 굵은골재 1,500㎏ 내지 1,950㎏의 비율로 혼합되고, 결합재(시멘트+고로슬래그) 1중량부당 물 0.25∼0.35중량부로 구성되는 고로슬래그를 이용한 식생콘크리트 조성물이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 종래기술에 따른 콘크리트 조성물은 식생용 다공성 콘크리트의 강도저하 및 동결융해에 의한 저항성이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는 폐부산자원 및 재생골재를 원료로 사용하여 자원재활용을 통해 환경부하를 저감하는 동시에 제조원가를 절감시키고, 기존 식생용 다공성 콘크리트의 성능이나 기능을 만족시키면서도 식생에 적합한 환경 조성이 가능한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물을 얻을 수 있었고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 폐자원을 재활용하여 환경부하를 저감하는 동시에 제조원가를 절감시킬 수 있는 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 시멘트 페이스트의 점성 증대와 포졸란 반응을 통한 장기강도 확보, 공극율 향상, 압축강도 유지, 시멘트 페이스트의 가교역할을 통한 유동성 제어와 pH 저하 등에 의한 식생에 적합한 환경 조성이 가능한 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물을 제공하는데 있다.
상기 목적 및 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물은 시멘트, 천연골재, 및 물을 포함하는 식생용 다공성 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 시멘트의 일부가 폐부산자원으로 대체되고, 상기 천연골재의 일부가 재생골재로 대체되며, 상기 폐부산자원은 시멘트 백 필터 포집분, 폐광미, 폐석고 및 폐석회로 이루어지고, 상기 각각의 구성성분의 사용량은 상기 시멘트에 대해서 5∼15부피%이며, 상기 재생골재는 폐콘크리트로부터 파분쇄하여 회수된 재생골재로서, 그 사용량은 상기 천연골재에 대하여 30∼70부피%인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 시멘트 중 일부를 폐부산자원으로 대체 사용하고, 골재 중 일부를 재생골재로 대체 사용하여 시멘트 페이스트의 점성 증가에 의한 공극율 향상, 포졸란 반응에 의한 장기강도 확보 및 식생용 투수콘크리트 조성물의 알칼리도 저하에 의한 적정한 식생환경을 제공하고, 자원재활용에 의한 환경부하 저감 효과 및 생산원가 절감 효과를 갖는 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물이 제공된다.
본 발명에 따른 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물은 시멘트, 폐부산자원, 천연골재, 재생골재 및 물을 포함하며, 시멘트 중 일부가 폐부산자원으로 대체 사용되고, 골재 중 일부가 재생골재로 대체 사용된다.
여기서, 상기 폐부산자원은 시멘트 백 필터 포집분, 폐광미, 폐석고 및 폐석회로 이루어지고, 그 사용량은 상기 시멘트에 대해서 각각 5∼15부피%이며, 상기 재생골재는 폐콘크리트로부터 파쇄/분쇄하여 회수된 재생골재로서 그 사용량은 상기 천연골재에 대하여 30∼70부피%이다.
본 발명에서 시멘트 대체 성분으로서 사용되는 시멘트 백 필터 포집분은 분말도 6,000㎠/g이상의 미립분으로서 시멘트 페이스트의 점도를 향상시켜 시멘트 페이스트와 골재간의 부착력을 높여주어 공극형성이 용이하도록 하는 역할을 한다.
본 발명에서 또 다른 시멘트 대체 성분으로서 사용되는 폐광미는 분급하여 미립분을 포집한 후, 습식 전처리를 통해 중금속을 제거한 것으로 장기적으로 안정한 불활성 물질로서 시멘트 페이스트의 점성 증대와 포졸란 반응을 일으켜 장기강도를 확보해 주는 역할을 한다.
또한, 본 발명에서 또 다른 시멘트 대체 성분으로서 사용되는 폐석고는 시멘트 페이스트의 pH를 저하시키는 역할을 하여 식물의 식생이 용이하도록 하며, 에트링가이트의 수화물 생성에 의한 시멘트 페이스트의 가교역할을 하여 시멘트 페이스트의 유동성 제어 역할을 한다.
이외에도, 본 발명에서 또 다른 시멘트 대체 성분으로서 사용되는 폐석회는 상기 폐석고와 마찬가지로 시멘트 페이스트의 pH를 저하시키는 역할을 하여 식물의 식생이 용이하도록 할 뿐만 아니라, 폐석회 중의 Cl-이온에 의한 프리엘 염(Friel's salt) 생성에 의한 시멘트 초기 수화 촉진을 일으키고, 초기 작업성 확보 후 경화되어 공극율 향상 및 압축강도를 유지시키는 역할을 한다.
여기서, 상술한 폐부산자원인 시멘트 백 필터 포집분, 폐광미, 폐석고 및 폐석회의 사용량이 상기 시멘트에 대해서 각각 5부피%미만일 경우에는 pH 저하가 미미하여 식생에 적합한 환경 조성이 되지 않고, 15부피%를 초과하는 경우에는 다공성 콘크리트의 강도가 폐부산자원을 대체하지 않은 경우보다 저하되는 단점이 있다.
한편, 본 발명에서 골재 중 일부 성분으로서 대체 사용되는 재생골재는 상술한 폐부산자원과 더불어 자원재활용을 통한 환경부하저감 및 생산원가를 절감시키는 역할을 한다.
이때, 상기 재생골재의 직경은 10∼20㎜인 것을 사용하는 것이 좋고, 상기 재생골재의 직경이 10㎜미만이면 연속 공극을 확보하는데 있어 어려움이 있으며, 25㎜를 초과하면 골재와 시멘트 페이스트의 계면이 감소하여 강도가 저하되는 문제점이 있다.
또한, 상기 재생골재의 사용량은 상기 천연골재에 대해서 30∼70부피%인 것이 좋고, 상기 재생골재의 사용량이 30부피%미만이면 재생골재 사용에 따른 환경부하 저감 및 생산원가 절감 등의 효과가 미미하고, 70부피%를 초과하면 건조수축 증대, 중성화 진행 등의 내구성 측면의 문제점이 야기될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 각각의 원료에 대한 화학 성분 및 입도 분포는 하기 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같다.
시멘트 및 폐부산자원의 화학성분 (단위: ppm)
구분 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 LOI Cl
시멘트 20.7 6.2 3.2 63.6 2.2 0.11 0.81 1.91 - -
폐석회 7.0 1.7 1.5 39.5 16.3 3.06 0.21 - 30.7 135,008
폐석고 4.42 0.95 0.17 29.4 0.6 0.18 0.14 41.8 22.06 9
폐광미(상동광미) 63.1 8.3 11.4 9.6 1.7 0.36 1.45 - 2.6 50.9
폐광미의 입도분포 (단위: 중량%)
구분 입도분포 (누적 %) 평균입도(㎛)
1.6㎛ 2.9㎛ 6.4㎛ 11.6㎛ 20.9㎛ 46.0㎛ 83.3㎛ 150.6㎛ 331.8㎛
상동광미 0.6 3.8 8.7 14.5 23.0 39.2 57.7 78.7 97.7 66.1
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 기존의 식생용 다공성 콘크리트의 배합과는 다르게 폐부산자원인 시멘트 백 필터 포집분, 폐광미, 폐석고, 폐석회를 시멘트 대체재료로서 부피%로 각각 5∼15%를 사용하여 시멘트 페이스트의 점성 증대 및 공극율 향상, 포졸란 반응에 의한 장기강도 발현, 시멘트 페이스트의 가교역활에 의한 유동성 제어 및 pH 저하에 의한 식생에 적합한 환경 조성이 가능하였다.
또한, 상기 폐부산자원의 사용과 더불어 천연골재의 일부를 재생골재로 대체 사용함으로써 자원재활용을 통한 환경부하 저감과 동시에 원가절감이 가능하도록 하면서도 기존 다공성 콘크리트보다 공극율, 압축강도가 우수하고 식생이 가능한 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물을 제공할 수 있다.
이하, 하기 실시예들을 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1∼실시예 3 및 비교예 1
본 실험에서는 보통포틀랜드 시멘트와 함께 상기 시멘트 대체재료로서 폐부산자원인 시멘트 백 필터 포집분, 폐광미, 폐석고, 폐석회를 사용하였는데, 이때 폐광미는 분급처리를 통해 습식으로 전처리를 하여 중금속을 제거한 것을 사용하였다. 또한, 골재로서 천연부순골재와 재생골재를 사용하였다.
하기 표 3에 나타낸 바에 따라, 폐부산자원인 시멘트 백 필터 포집분, 폐광미, 폐석고, 폐석회를 각각 시멘트 부피의 0, 5, 10 또는 15%로 대체하고, 재생골재는 천연골재에 대하여 0 또는 50부피%로 각각 대체하였으며, 고성능 감수제를 시멘트의 0∼2중량% 첨가하여 콘크리트 시험체를 제조하였다.
실험수준
구분 공극률(%) W/B(%) 골재입도(㎜) 시멘트 백 필터포집분 (ℓ, %) 폐광미(ℓ, %) 폐석고(ℓ, %) 폐석회(ℓ, %) 재생골재(ℓ, %)
비교예 1 20 25 10∼20 0 0 0 0 0
실시예 1 5 5 5 5 50
실시예 2 10 10 10 10 50
실시예 3 15 15 15 15 50
이로부터 얻은 각각의 콘크리트의 품질특성을 파악하기 위하여 제조한 시험체의 재령 3, 7, 28일의 압축강도와, 재령 28일에서 수소이온농도 및 공극율을 다음과 같이 측정하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
※ 압축강도 시험방법은 Φ15×30㎝ 원주형 공시체를 제작하여 KS F 2408 「콘크리트의 압축강도 시험방법」에 준하여 실험을 실시하였고, 알칼리 용출에 따른 수소이온농도(pH)의 측정은 상기의 제작된 시험체를 28일 동안 20±2℃에서 수중 양생한 후, pH 7.3의 깨끗한 물에 24시간 동안 완전히 침지시킨 후 물의 pH를 측정하였다.
실시예 1∼실시예 3 및 비교예 1에 따른 시험체의 물성 측정결과
구분 압축강도(㎏/㎠) 수소이온농도(pH) 공극율(%)
3일 7일 28일
비교예 1 161 194 231 12.5 21
실시예 1 170 217 253 11.7 21
실시예 2 183 231 278 10.1 23
실시예 3 158 186 229 9.3 22
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 비교예 1과 본 발명의 실시예 1∼실시예 3에 따라 제조된 본 발명의 식생용 다공성콘크리트의 시험체는 폐부산자원 대체율 5%, 10%인 실시예 1과 실시예 2의 경우 비교예 1에 비해 압축강도가 높게 나타나고, 대체율 증가에 따라 압축강도의 증진효과가 향상되는 것으로 나타났으며, 폐부산자원 대체율 15%인 실시예 3의 경우 비교예 1에 비해 압축강도가 낮게 발현되고 있지만 거의 유사한 것으로 나타났다.
또한, 수소이온농도는 실시예 1에서는 그 효과가 미미하지만, 실시예 2 및 실시예 3의 경우 비교예 1에 비해 상당히 낮은 수치를 나타내고 있어 식물 및 미생물이 생육하기에 적합한 환경을 조성할 수 있는 것으로 나타났으며, 공극율 역시 실시예 1∼실시예 3 모두 비교예 1에 비해 향상된 것으로 나타났다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 도로 공사시 절개면에 토사의 흘러내림을 방지하기 위하여 도로의 법면에 타설되는 콘크리트 조성물과, 하천 및 해안의 호안 공사시 사용하는 호안블록이나 식생블록 등의 기존 식생용 다공성 콘크리트의 성능 및 기능을 만족시키면서 환경부하 저감이 가능하며, 제조원가가 절감되는 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물을 제공할 수 있다.
특히, 폐부산자원인 시멘트 백 필터 포집분, 폐광미, 폐석고 및 폐석회를 각각 시멘트에 대하여 일정 비율로 대체하여 사용함으로써 시멘트 페이스트의 점성증대를 통한 골재간 부착력 증대 및 공극율 향상, 포졸란 반응을 통한 장기강도 확보, 시멘트 페이스트의 가교역할을 통한 유동성 제어 및 pH 저하로 인해 식물의 식생이 적합한 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물을 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 폐콘크리트로부터 제조된 재생골재와 폐부산자원을 재활용하여 사용함으로써 매립에 따른 환경오염 문제를 저감시킬 뿐만 아니라, 폐부산자원과 재생골재의 재활용을 통하여 매립에 따른 환경오염 문제를 저감시키고, 폐기물의 재 자원화를 통하여 단순 폐기물이 아닌 자원으로서의 효용성을 제고할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (2)

  1. 시멘트, 천연골재 및 물을 포함하는 식생용 다공성 콘크리트 조성물에 있어서,
    상기 시멘트의 일부가 폐부산자원으로 대체되고, 상기 천연골재의 일부가 재생골재로 대체되며,
    상기 폐부산자원은 시멘트 백 필터 포집분, 폐광미, 폐석고 및 폐석회로 이루어지고, 상기 각각의 구성성분의 사용량은 상기 시멘트에 대해서 5∼15부피%이며,
    상기 재생골재는 폐콘크리트로부터 파쇄/분쇄하여 회수된 재생골재로서, 그 사용량은 상기 천연골재에 대하여 30∼70부피%인 것을 특징으로 하는 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 재생골재의 직경은 10∼20㎜인 것을 특징으로 하는 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용 다공성 콘크리트 조성물.
KR20030068913A 2003-10-02 2003-10-02 폐부산자원 및 재생골재를 활용한 친환경적인 식생용다공성 콘크리트 조성물 KR100599226B1 (ko)

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