KR20050079277A

KR20050079277A - 투수 콘크리트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20050079277A
Application number: KR1020040007438A
Authority: KR
Inventors: 우성호
Original assignee: 우성호
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2005-08-10
Also published as: KR100631854B1

Abstract

본 발명은 투수 콘크리트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학물질인 혼화제를 사용하지 않고, 친환경적 물질인 분말활성탄을 소량 함유시킨 물과 시멘트, 모래 등의 골재만을 일정 비율로 배합시켜 투수성이 크게 향상되고 지중 생태계를 보호할 수 있으며, 사후관리가 용이한 것을 특징으로 하는 투수 콘크리트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

따라서, 소량의 분말활성탄이 혼합된 물과 생토, 모래, 마사 또는 쇄석 중 어느 한 가지 또는 그 이상을 선택하여 혼합시킨 골재와 시멘트를 배합한 모르타르에 의해 제조되어진 투수 콘크리트는 분말활성탄의 높은 흡착력에 의해 상기 콘크리트의 표면층의 물을 용이하게 상기 콘크리트 공극내로 유입하며, 유입된 물은 수두차 및 상기 분말활성탄의 높은 흡착력에 의해 표면층에 있던 물이 공극내로 유입됨으로 인한 상승되는 공기압에 의해 용이하게 상기 콘크리트의 하부로 유출되므로 투수계수가 높아지는 효과가 있다.

그리고 상기 모르타르에 의해 시공된 투수 콘크리트 보도와 제조된 투수 보도블럭은 화학물질인 혼화제는 사용하지 아니하고 생토, 모래, 마사 또는 쇄석 등과 같은 자연적인 재료만을 사용하였기 때문에 투수 콘크리트에서 화학물질이 용출되지 않을 뿐만 아니라 분말활성탄이 산성비, 폐수등의 오염수를 여과하여 여과된 물을 지중으로 투수시킴으로서 지중의 생태계 환경을 보호할 뿐만 아니라 여과된 물을 지하수에 공급함으로서 지하수의 고갈 및 오염을 방지하는 또 다른 효과가 있다.

Description

투수 콘크리트 및 그 제조방법{Permeability Concrete and Process for make of the same}

일반적으로 도시화가 진행됨에 따라 시멘트 및 아스팔트 등의 불투수 콘크리트로 도로, 보도, 자전거 도로 또는 기타 주거시설 등에 대한 포장이 증가되고 있으며, 이에 따라 강우시 빗물이 지표면으로부터 땅밑으로 쉽게 투수되지 못하고 도심 하천으로 흘러감으로 인하여 도심하천의 범람, 지하수의 고갈 및 지중 미생물이 서식하지 못하는 등 지하생태계의 파괴와 같은 문제점들이 있었다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 콘크리트내에 공극을 갖는 투수 콘크리트에 대하여 많은 연구가 행해지고 있으며, 이러한 연구 결과 많은 특허들이 출원되었는데, 그 중 대한민국 등록특허공보 특1997-0001250호(1997. 01. 01 공고)가 스티렌-부타디엔고무, 부타디엔-아크릴로니트릴고무, 아크릴수지, 에폭시수지 등과 같은 바인더를 이용한 콘크리트 구축물의 제조방법에 관한 것이고, 대한민국 등록특허공보 제311988호(2001. 10. 04 등록)가 소정의 비율로 조강시멘트, 조골재, 물과 플라이애쉬 및 수지계에멀젼, 감수제등으로 구성된 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트에 관한 것이나 상기 특허들은 시멘트 및 골재 이외에 바인더로서 합성고무, 합성수지 또는 에멀젼 수지 등과 같은 화학물질들을 첨가하여 제조공정이 복잡할 뿐만 아니라 투수성을 향상시키는데도 한계가 있었다. 투수 콘크리트의 표층상에 있는 산성비, 폐수 등과 같은 오염수를 여과시키지 아니하고 땅속으로 투수시킴으로써 오염수에 의해 여전히 지중 생태계의 파괴와 지하수를 오염시키는 문제점이 있있다.

그리고 상기 투수 콘크리트들에 관한 특허 기술들과는 다른 분야로서 식물들의 성장을 돕기 위한 목적으로 제조되어진 식생 블럭에 관한 실용신안으로, 대한민국 등록실용신안공보 제 20-0303612호(2003. 1. 27 등록) 및 제20-0306388호(2003. 2. 22 등록)에 골재, 시멘트, 혼화제, 활성탄, 물 등을 배합시켜 제조한 것을 특징으로 하는 생태블럭 및 첨단블럭에 관한 것과 대한민국 등록실용신안공보 제20-0240437호(2001. 7. 18 등록)는 쇄석, 시멘트, 물, 감수제 및 제올라이트 또는 활성탄 등을 배합시켜 제조한 것을 특징으로 하는 초류식생블럭에 관한 것이 알려져 있으나 이들 실용신안도 상기 특허들과 마찬가지로 화학물질로 제조되어진 혼화제 또는 감수제들이 첨가되어 상기 특허들과 같은 문제점들이 발생되었다.

따라서, 본 발명자는 상기의 문제점들을 해결하고자 종래 특허 및 실용신안의 기술에서 사용되어지던 혼화제와 같은 화학물질을 전혀 사용하지 아니하고 친환경적 물질인 분말활성탄과 시멘트, 골재만을 배합시켜 투수성이 우수한 투수 콘크리트를 이용하여 투수 콘크리트 보도의 시공 및 투수 보도블럭을 제조함으로써 본 발명을 완성하게 되었다 .

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 화학물질인 혼화제는 사용하지 않고, 친환경적 물질인 분말활성탄을 소량 함유시킨 물과 시멘트, 모래 등의 골재만을 일정 비율로 배합시킴으로써, 투수콘크리트의 배합성분이 간단하여 제조공정이 간단하면서도 투수성이 우수한 것을 특징으로 하는 투수 콘크리트 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

또한 본 발명은 분말활성탄이 미량 함유된 투수 콘크리트를 이용하여 투수 콘크리트 보도의 시공 및 투수 보도블럭을 제작함으로써, 투수 콘크리트에 함유되어 있는 분말활성탄의 흡착력에 의한 여과작용에 의해 산성비, 폐수 등에 함유되어 있는 오염물질은 여과되고, 깨끗한 물을 땅속으로 투수시킴으로서 지중 생태계 환경을 보호할 뿐만 아니라 여과된 물을 지하수에 공급함으로서 지하수의 고갈 및 오염을 방지할 수 있는 투수콘크리트 및 그 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 화학물질인 혼화제는 사용하지 않고, 시멘트와 모래 등의 골재만을 충분히 배합시킨 후 여기에 소량의 분말활성탄이 함유된 소량의 물을 가하여 배합시킨 것을 특징으로 하는 투수 콘크리트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 투수 콘크리트 및 그 제조방법은 다음과 같다.

ⅰ) 물에 0.01 내지 0.03 중량%의 분말활성탄을 혼합하는 단계;

ⅱ) 시멘트와 골재를 일정량의 중량 배합비로 배합하는 단계;

ⅲ) 상기 ⅱ)단계 공정에서 제조되어진 시멘트와 골재의 혼합물에 상기 ⅰ)단계 공정에서 제조되어진 분말활성탄이 소량 함유된 물을 소량 가한 후 충분히 배합하여 모르타르를 제조하는 단계;

를 거쳐 투수 콘크리트가 제조되어진다.

상기 ⅱ) 및 ⅲ)단계에서 배합되는 물 : 시멘트 : 골재의 중량 배합비는 1 : 2~3 : 10이다.

투수 콘크리트 보도는,

ⅳ) 상기 ⅲ)단계에서 제조되어진 모르타르를 현장에 타설 후 양생하는 단계;

의 공정을 거쳐 투수 콘크리트 보도가 시공되어진다.

그리고 투수 보도블럭은,

ⅳ') 상기 ⅰ) 내지 ⅲ)단계의 공정에 의해 제조되어진 모르타르를 성형틀에 넣어 압축 성형하는 단계;

ⅴ)상기 ⅳ')단계의 공정에서 제조되어진 콘크리트 성형물을 양생하는 단계;

의 공정을 거쳐 투수성 보도블럭이 제조되어진다.

상기 ⅰ)단계 공정에서 물에 가하는 분말활성탄은 g당 700 내지 1500m²의 표면적을 갖음으로써 표면에 존재하는 탄소원자의 관능기가 주위의 액체 또는 기체에 인력을 가하여 피흡착질의 분자를 흡착하는 성질이 있다.

따라서, 분말활성탄을 물에 혼합하여 배합한 투수 콘크리트는 상기 투수 콘크리트내의 공극에 분말활성탄이 잔존하며, 강우등에 의해 상기 투수 콘크리트의 표층의 물이 공극내에 잔존하는 분말활성탄의 고흡착력에 의해 상기 공극으로 유입되고, 이미 공극내에 있는 물은 유입되는 물에 의한 공극의 공기압의 상승에 의해 용이하게 상기 투수 콘크리트의 하부로 유출된다.

분말활성탄을 물에 혼합하여 시멘트 및 골재와 배합하여 제조된 투수 콘크리트는 종래의 시멘트, 물, 골재 및 혼화제 등을 배합하여 제조된 투수 콘크리트와 동일한 공극을 갖고 있다하여도, 분말활성탄의 고흡착력에 의해 표층의 물의 유입 및 투수가 용이하게 이루어지므로 투수계수는 종래의 투수 콘크리트에 비해 월등히 높아지게 된다.

상기 ⅰ)단계 공정에서 물에 가하는 분말활성탄의 함량은 0.01 내지 0.03 중량%가 바람직한데, 분말활성탄의 함량이 0.01 중량% 미만이 되면 투수성의 효과가 미흡하고, 분말활성탄의 함량이 0.03 중량%를 초과하면 투수성은 향상되나 압축강도 또는 휨강도가 낮아질 뿐만 아니라 모르타르에 배합되어진 시멘트, 골재 등의 분리가 일어나기 쉽다.

상기 ⅱ)단계 공정에서 사용가능한 시멘트는 일반적으로 사용하는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하나 기후 및 시공 상황에 따라 조강 포틀랜드 시멘트 등을 사용할 수도 있다. 그리고 사용 가능한 골재의 종류로는 모래, 마사, 쇄석 등이 있으며, 상기의 골재들 이외에도 생토(흙)을 사용하여도 된다.

본 발명에서 사용되어지는 골재의 규격은 다음 [표 1]과 같다.

[표 1]

체의 호칭치수	체를 통과한 것의 중량 백분율(%)
	모래, 마사, 생토(흙)	쇄석
	모래, 마사, 생토(흙)	쇄석	13.2 mm	100	100
9.5 mm	100	85 ~ 100
4.75 mm	95 ~ 100	65 ~ 90
2.36 mm	80 ~ 100	35 ~ 60
1.18 mm	50 ~ 90	10 ~ 50

상기 ⅱ) 및 ⅲ)단계 공정에서 물, 시멘트와 골재의 적정 중량 배합비율은 1 대 2 대 10으로서, 사용되는 골재의 종류에 따라 다음과 같다.

골재의 종류가 모래, 마사, 생토(흙)인 경우에는 물, 시멘트, 골재의 중량 배합비가 1 대 2 대 10이고, 골재가 쇄석인 경우에는 물, 시멘트, 쇄석의 중량 배합비가 1 대 3 대 10인 경우가 바람직하지만 필요에 따라서는 상기 골재들 중 어느 한 가지 또는 그 이상을 선택하여 혼합시킨 골재를 사용하여도 좋다.

상기에서 물의 함량이 부족하게 되면 워커빌리티가 나쁘고 충분히 균질화된 모르타르를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 재료 분리가 일어나며, 함량을 초과하게 되면 워커빌리티는 좋아지나 투수성이 낮아지게 된다.

그리고, 시멘트의 함량이 부족하게 되면 콘크리트 구축물의 강도가 불충분하고 재료분리가 일어나기 쉬우며, 함량을 초과하게 되면 콘크리트 구축물의 강도는 증가하지만 투수성이 낮아지게 된다.

또 골재인 모래, 마사, 쇄석 및 생토의 양이 각각 상기에 기재되어 있는 함량보다 부족하게 되면 워커빌리티가 좋아지고, 콘크리트 구축물의 강도는 증가하나 투수성이 악화되기 쉽다. 그리고 상기에 기재되어 있는 함량들을 초과하게 되면 워커빌리티와 강도가 나빠지고 충분히 균질한 콘크리트 구축물을 얻을 수 없게 된다.

상기 ⅲ)단계 공정에서는 소량의 분말활성탄이 물에 골고루 섞일 수 있도록 잘 저어 혼합한 후에 분말활성탄이 혼합된 물을 전단계에서 배합시킨 시멘트와 골재의 배합물에 상기의 배합비율에 따라 가한 후 골고루 배합시키게 된다. 이때 본 발명은 물의 배합비가 일반 모르타르의 배합비에 비해 훨씬 적기 때문에 모르타르의 배합이 잘 될 수 있도록 충분히 배합시켜야만 한다.

그리고 투수 콘크리트 보도는 상기 ⅲ) 단계 공정에서 제조되어진 모르타르를 상기 ⅳ)단계의 공정에 따라 보도면에 타설한 후 양생을 거치게 되면, 투수 콘크리트 보도가 완성되게 되며, 투수 보도블럭은 ⅳ')단계 공정에 따라 모르타르를 성형틀에 넣어 압축 성형한 후 ⅴ)단계 공정에 따라 양생하여 제조되어진다.

이하 , 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하겠는바, 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1 내지 4)

먼저 물 100kg에 분말활성탄 20g을 첨가하여 분말활성탄이 물에 골고루 섞이도록 잘 휘저어 분말활성탄 0.02중량%이 함유된 물을 제조한다.

그리고 아래 [표 2]의 기재되어진 내용의 중량비에 따라 시멘트에 상기 입도를 갖는 생토, 모래, 마사, 쇄석을 각각 배합한 후 분말활성탄이 함유된 물로 충분히 배합한 모르타르에 의해 투수 콘크리트를 제조한다.

(비교예 1 내지 4)

아래 [표 2]의 기재되어진 내용의 중량비에 따라 시멘트에 상기 입도를 갖는 생토, 모래, 마사, 쇄석을 각각 배합한 후 분말활성탄이 함유되지 아니한 보통 물을 실시예에서 사용한 물의 양을 2배를 투입하여 충분히 배합한 모르타르에 의해 투수 콘크리트를 제조한다.

[표 2]

구분	1		2		3		4
구분	실시예 1	비교예 1	실시예 2	비교예 2	실시예 3	비교예 3	실시예 4	비교예 4
물(kg)	10	20	10	20	10	20	10	20
시멘트(kg)	20	20	20	20	30	30	20	20
골재(kg)	모래 100	모래 100	마사 100	마사 100	쇄석 100	쇄석 100	생토 100	생토 100

상기 [표 2]에 따라 제조되어진 콘크리트를 7일간의 양생을 거친 후 시험한 결과 콘크리트 배합물에 따른 압축강도와 공극율 및 투수계수는 아래 [표 3]의 내용과 같다.

[표 3]

구분	1		2		3		4
구분	실시예 1	비교예 1	실시예 2	비교예 2	실시예 3	비교예 3	실시예 4	비교예 4
압축강도(kgf/cm²)	116	112	114	111	121	115	113	109
공극율(%)	19	11	17	10	25	17	17	10
투수계수(cm/sec)	27×10^-2	12×10^-2	23×10^-2	10×10^-2	45×10^-2	15×10^-2	21×10^-2	11×10^-2
습윤밀도(g/㎥)	2.16	1.48	2.17	1.45	2.15	1.39	2.18	1.86
물 함유비(%)	7.3	4.3	7.6	4.1	7.0	3.7	8.1	7.2

상기 [표 3]의 시험항목에서 압축강도 시험은 KS F 2423의 시험방법에 따르고, 공극율 시험은 KS F 2409에 의해 시험하고, 투수계수 시험은 KS F 2322의 시험방법에 따르되 투수계수는 Darcy 법칙에 의해 계산하여 산출하였으며, 습윤밀도와 물 함유비는 채취한 시료의 수분함량을 측정하여 산출하였다.

상기 [표 2] 및 [표 3]에 의하면, 분말활성탄이 소량 배합된 모르타르인 실시예 1 내지 4는 분말활성탄이 배합되지 않은 모르타르인 비교예 1 내지 4와 비교하여보면, 실시예는 비교예에 비해 압축강도는 별반 차이가 없으나 공극율, 습윤밀도, 물함유비에 대한 성능은 대단히 우수한 것으로 나타났다. 이는 실시예 1 내지 4의 모르타르에는 소량 즉, 0.02 중량%의 분말활성탄이 함유된 물을 비교예에서 사용된 물의 절반 만을 사용함으로서, 골재와 골재 사이의 공극이 최대한 많이 형성되었을 뿐만 아니라 분말활성탄의 공극에 의해서도 상기와 같은 우수한 성능이 나타난 것을 확인할 수 있다.

따라서 분말활성탄을 혼합한 물로 배합된 모르타르는 같은 공극을 갖고 있다 하더라도 투수 콘크리트 표면층의 물을 분말활성탄의 고흡착력에 의해 공극내로 용이하게 유입하고 유입된 물 및 이미 유입되어진 물은 수두차(水頭差) 및 유입되는 물과 유입된 물사이의 공기압에 의해 외부로 용이하게 유출되어짐을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 소량의 분말활성탄이 혼합된 물과 생토, 모래, 마사 또는 쇄석 중 어느 한가지 또는 그 이상을 선택하여 혼합시킨 골재와 시멘트를 배합한 모르타르에 의해 제조되어진 투수 콘크리트는 분말활성탄의 높은 흡착력에 의해 상기 콘크리트의 표면층의 물을 용이하게 상기 콘크리트 공극내로 유입하며, 유입된 물은 수두차 및 상기 분말활성탄의 높은 흡착력에 의해 표면층에 있던 물이 공극내로 유입됨으로 인한 상승되는 공기압에 의해 용이하게 상기 콘크리트의 하부로 유출되므로 투수계수가 높아지는 효과가 있다.

Claims

ⅰ) 물에 0.01 내지 0.03 중량%의 분말활성탄을 혼합하는 단계;

ⅱ) 시멘트와 골재를 일정량의 중량 배합비로 배합하는 단계;

ⅲ) 상기 ⅱ)단계 공정에서 제조되어진 시멘트와 골재의 혼합물에 상기 ⅰ)단계 공정에서 제조되어진 분말활성탄이 소량 함유된 물을 소량 가한 후 충분히 배합하여 모르타르를 제조하는 단계;

를 거쳐 제조되어지고, 상기 ⅱ) 및 ⅲ)단계에서 배합되는 물 : 시멘트 : 골재의 중량 배합비가 1 : 2 : 10인 것을 특징으로 하는 투수 콘크리트의 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 골재는 모래, 마사 또는 생토(흙) 중에서 한가지 또는 그 이상을 선택하여 혼합시킨 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 투수 콘크리트의 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 골재가 쇄석인 경우 물, 시멘트, 쇄석의 중량 배합비가 1 대 3 대 10인 것을 특징으로 하는 투수 콘크리트의 제조 방법.
ⅰ) 물에 0.01 내지 0.03 중량%의 분말활성탄을 혼합하는 단계;

ⅱ) 시멘트와 골재를 일정량의 중량 배합비로 배합하는 단계;

ⅲ) 상기 ⅱ)단계 공정에서 제조되어진 시멘트와 골재의 혼합물에 상기 ⅰ)단계 공정에서 제조되어진 분말활성탄이 소량 함유된 물을 소량 가한 후 충분히 배합하여 모르타르를 제조하는 단계;

ⅳ) 상기 ⅰ) 내지 ⅲ)단계의 공정에 의해 제조되어진 모르타르를 성형틀에 넣어 압축 성형하는 단계;

ⅴ)상기 ⅳ)단계의 공정에서 제조되어진 콘크리트 성형물을 양생하는 단계;

를 거쳐 제조되어지고, 상기 ⅱ) 및 ⅲ)단계에서 배합되는 물 : 시멘트 : 골재의 중량 배합비가 1 : 2 : 10인 것을 특징으로 하는 투수 보도블럭의 제조 방법.
제 4항에 있어서, 상기 골재는 모래, 마사 또는 생토(흙) 중에서 한가지 중에서 한가지 또는 그 이상을 선택하여 혼합시킨 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 투수 보도블럭의 제조 방법.
제 4항에 있어서, 상기 골재가 쇄석인 경우 물, 시멘트, 쇄석의 중량 배합비가 1 대 3 대 10인 것을 특징으로 하는 투수 보도블럭의 제조 방법.
0.01 내지 0.03 중량%의 분말활성탄이 함유된 물과 시멘트 및 골재를 1 대 2대 10의 중량 배합비로 배합한 모르타르로 제조되어지는 것을 특징으로 하는 투수 콘크리트.
제 7항에 있어서, 상기 골재는 모래, 마사 또는 생토(흙) 중에서 한가지 중에서 한가지 또는 그 이상을 선택하여 혼합시킨 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 투수 콘크리트.
제 7항에 있어서, 상기 골재가 쇄석인 경우 물, 시멘트, 쇄석의 중량 배합비가 1 대 3 대 10인 것을 특징으로 하는 투수 콘크리트.
0.01 내지 0.03 중량%의 분말활성탄이 함유된 물과 시멘트 및 골재를 1 대 2대 10의 중량 배합비로 배합한 모르타르로 성형 제조되어지는 것을 특징으로 하는 투수 보도블럭.
제 10항에 있어서, 상기 골재는 모래, 마사 또는 생토(흙) 중에서 한가지 중에서 한가지 또는 그 이상을 선택하여 혼합시킨 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 투수 보도블럭.
제 10항에 있어서, 상기 골재가 쇄석인 경우 물, 시멘트, 쇄석의 중량 배합비가 1 대 3 대 10인 것을 특징으로 하는 투수 보도블럭.