KR20070001355A - 스칼렛 파우다를 사용한 기능성 콘크리트 인터로킹 블록 - Google Patents

스칼렛 파우다를 사용한 기능성 콘크리트 인터로킹 블록 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보오크사이트로부터 알루민산소다를 추출할 때 잔류하는 Scarlet Powder를 사용하여 광촉매 기능을 발휘하는 보차도용 콘크리트 인터로킹 블록의 제조 방법에 관한 것이다. Scarlet Powder는 TiO2가 9% 내외 포함되어 있어 광촉매 기능을 하고, 색상이 천연의 적색을 나타내어 기존의 인공 색소와는 현저한 차이를 나타낸다. 즉, 자연스러운 천연의 적색을 나타낸다. 따라서, Scarlet Powder를 사용하여 기능성 인터로킹 블록을 제조하는데, 가격이 저렴하고, 품질이 한국산업규격을 만족하고, 디자인이 고급스럽다. 본 발명에 의한 인터로킹 블록은 공장에서 빈배합의 된비빔 반죽을 강한 진동과 압축력으로 생산한다.
광촉매, 보차도용 콘크리트 인터로킹 블록, Scarlet Powder, 질소산화물(NOx)

Description

스칼렛 파우다를 사용한 기능성 콘크리트 인터로킹 블록{Multi Functional Concrete Interlocking Block for Side Walk and Road Using Scarlet Powder}
도 1 기능성 보도블록 사시도
도 2 광미분을 사용한 블록의 표면 질감사진
도 3 질소산화물 제거시험장치 사진
도 4 질소산화물 제거시험장치 개요도
도 5 본 발명에 의한 인터로킹 블록의 시간경과에 따른 질소산화물 제거 성능
도면 부호의 상세한 설명
10 : 태양광선
20 : 질소산화물 농도 측정 검지관
30 : 아크릴 챔버
40 : 혼합 공기
50 : 인터로킹 블록 시험체
경제 성장과 인구의 도시집중으로 도시 내의 대기 환경은 갈수록 악화되고 있다. 특히, 생활수준의 향상으로 자동차 보유량이 크게 증가하고 있어, 자동차 배기가스에 의한 질소산화물(NOx)오염은 심각한 상태에 있다. NOx는 호흡기관의 질병을 일으키고, 광화학스모그와 산성비의 원인이 되기 때문에, NOx를 제거하여 환경을 개선할 수 있는 방안이 요구되고 있다. 하이브리드카와 같은 친환경 차량들이 의무 구매되고, 차량의 배출가스 농도를 엄격히 규제하는 등 여러 가지 방법이 제시되지만, 배출된 오염물질을 능동적으로 제거할 수 있는 보다 현실적인 방안이 요구되고 있다.
본 발명에서는 대기오염을 저감시킬 수 있는 기능성 건자재를 개발하여 능동적으로 대기오염문제를 해결하고자 한다. 인터로킹 블록은 보차도 포장에 가장 광범위하게 사용되는 기초 건자재이다. 그러나, 수준 낮은 디자인 문제로 인해 선진국에서는 사용빈도가 낮아지고 있고 우리나라의 경우도 점토블록, 황토블록 등 고가의 소성방식에 의한 보도블록이 디자인이 우수하다는 한가지 이유만으로 사용 빈도가 높아지고 있다. 그러나, 소성방식은 이산화탄소(CO2)의 배출문제와 높은 가격문제가 항상 지적되고 있다.
한편, 종래의 기능성 건자재 제조기술은 특허출원 10-2001-0001923(광촉매 작용을 하는 점토벽돌 및 그 제조방법)과 특허출원 10-2003-0023027(환경친화 기능성 세라믹 건자재 제조방법)의 경우, 이산화티타늄(TiO2) 미분말을 점토와 혼합하여 제조하는 점토벽돌 제조방법을 제시하고 있으나 소성방식에 의한 제품생산은 광촉 매기능이 저하된다고 알려져 있으며, 특허출원 10-2003-0008612(인조 대리석용 건축자재 조성물)의 경우, 폐각과 합성수지, 그리고 광촉매를 혼합한 인조대리석 제조방법을 제시하고 있으나, 합성수지를 사용하는 경우 흡착능력의 저하로 광촉매 기능이 저하된다고 알려져 있으며, 특허출원 10-2000-0087086(환경친화적 질소산화물 분해성 이산화티탄 고정화 건축재)의 경우, 이산화티탄 미분말이 함유된 에멀젼페인트 도포방식의 건축자재 제조방법을 제시하고 있으나, 화학수지의 함유로 광촉매 기능의 저하가 예상되며, 내마모성에 문제가 있다.
종래의 Scarlet Powder를 사용한 건자재는 특허출원 10-2001-0078097(바텀 애쉬를 이용한 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법)과 특허출원 10-2003-0016918(바텀 애쉬를 이용한 인조석 조성물 및 그 제조방법)의 경우, 화력발전소에서 발생되는 바텀애쉬와 안료 역활을 하도록 Scarlet Powder를 사용하여 콘크리트를 제조하는 방법을 제시하고 있으나, 단순히 산업 폐기물을 재활용하는 측면에서 제시되고 있으며, 특허출원 10-2001-0064006(레드머드를 이용한 인조 황토 몰탈의 제조방법 및 인조 황토 몰탈의 시공방법)의 경우, 소성방식을 사용한 황토몰탈 제조방법을 제시하고 있다.
종래의 인터로킹 블록 제조와 관련한 논문으로는 재생골재를 사용한 보차도용 인터로킹 블록의 제조와 성능 규명에 관한 연구(김홍열 외 3인, 대한건축학회논문집, 제13권 3호 pp.335-341, 1997), 플라이애쉬 치환율 변환에 따른 인터로킹 블록의 특성에 관한 연구(한천구 외 5인, 한국콘크리트학회학술발표회논문집, 제10권 1호, pp.99-104, 1998), 인터로킹 블록의 품질에 미치는 물-시멘트비와 화학혼화재 의 영향(한천구 외 4인, 한국콘크리트학회학술발표회논문집, 제10권 2호, pp.157-160, 1998) 등이 있으나, 강도와 품질에 관한 연구가 대부분이고 기능성과 디자인에 관한 연구는 전무한 실정이다.
Items Scarlet Powder
Chemical composition Al2O3 18∼20
Fe2O3 36∼43
SiO2 8.1
TiO2 9.0
CaO 5.9
Na2O 5.8
PSD(㎛) +46㎛(%) 14
-46㎛(%) 86
PSA 8.66
Color Red
Moisture(%) 15%±(5.0)
Leachable Na2O(%) 2∼3
Loss on Ignition(%) 7.8
pH 11.0
Bulk Density(g/cm3) 0.98
True Density(g/cm3) 3.6
BET(m2/g) 16∼20
표 1에 본 발명에 사용되는 Scarlet Powder의 물리적 화학적 특성을 나타내고 있다. 본 발명은 보오크사이트로부터 알루민산소다를 추출할 때 잔류하는 Scarlet Powder를 사용하여 광촉매 기능을 발휘하는 보차도용 콘크리트 인터로킹 블록의 제조 방법에 관한 것이다. 표 1에서 알 수 있듯이 Scarlet Powder는 TiO2가 9% 포함되어 있어 광촉매 기능을 하고, 색상이 천연의 적색을 나타내어 기존의 인공 색소와는 현저한 차이를 나타낸다. 즉, 자연스러운 천연의 적색을 나타낸다. 따라서, Scarlet Powder를 사용하여 기능성 인터로킹 블록을 제조하는데, 가격이 저렴하고, 품질이 한국산업규격을 만족하고, 디자인이 고급스럽다. 본 발명에 의한 인터로킹 블록은 공장에서 빈배합의 된비빔 반죽을 강한 진동과 압축력으로 생산한다.
인터로킹 블록은 한국산업규격의 흡수율 기준과 강도 기준을 만족해야 한다.
산업부산물인 Scarlet Powder와 석가공시에 발생되는 광미분을 고부가가치 제품의 제조에 활용될 수 있어야 한다.
기능성 인터로킹 블록으로서 대기오염물질인 질소산화물이나 황산화물의 흡착 제거가 뛰어나야 한다.
질감이 자연스럽고 고급서러워야 한다.
따라서, 내구성, 경제성, 기능성, 디자인을 동시에 만족하는 최적의 배합비율과 제조 방법을 제시해야 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 Scarlet Powder, 골재, 석분, 광미분, 시멘트, 물, AE감수제로 조성되어 광촉매 반응으로 대기오염물질 제거 기능을 갖는 환경친화적인 기능성 인터로킹 블록 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, 인터로킹 블록 제조에 있어서, 물-시멘트비 25% 이하를 유지하면서, 시멘트, 골재, 석분, 물을 혼합한 콘크리트를 형틀 하부에 투입 후 1차 진동 가압다짐을 하고, 그 상부에 1∼2cm 두께로 유색층을 형성하기 위해, Scarlet Powder, 모래, 시멘트가 혼합된 모르터를 형틀 상부에 투입 후 2차 진동 가압다짐을 하여 생산하는 방식을 특징으로 하는 인터로킹 블록 제조방법을 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, Scarlet Powder를 사용한 모르터 제조에 있어서, 물은 80∼150kg/m3, 시멘트는 400∼800kg/m3, 모래는 1400∼2000kg/m3, Scarlet Powder는 20∼300kg/m3, 혼화제는 2kg/m3 이하로 혼합 조성되는 것을 특징으로 하는 모르터 제조방법을 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, Scarlet Powder를 사용한 모르터 제조에 있어서, 물은 80∼150kg/m3, 시멘트는 400∼800kg/m3, 광미분은 1400∼2000kg/m3, Scarlet Powder는 20∼300kg/m3, 혼화제는 2kg/m3 이하로 혼합 조성되는 것을 특징으로 하는 모르터 제조방법을 제공한다.
시멘트는 보통보틀랜드 시멘트가 사용되며, 고로슬래그시멘트와 플라이애쉬 시멘트 등 특수시멘트를 사용하는 경우도 가능하다.
물은 마실수 있는 정도의 깨끗한 물을 사용한다.
Scarlet Powder는 KC(주)에서 생산된 제품을 사용한다.
골재와 석분은 한국산업규격에서 정하는 기준의 것을 사용하며, 부순모래의 사용도 가능하다. 골재최대치수는 13mm 이하로 설정하고, 굵은 입자량이 많이 포함 되고 미립분량이 적당한 조립률이 큰 골재를 사용하였다.
광미분은 부순모래생산 및 석재가공공장에서 발생된 미립의 분말을 의미하는 것으로 인터로킹 블록 표면층의 질감과 품질을 개선할 목적으로 사용된다.
혼화제는 AE감수제 또는 고성능 AE감수제를 사용하여 제품의 품질을 높힌다. 즉, 혼입된 연행공기가 모세관 공극으로 흡수되는 물을 차단시킴으로써 수분의 침투가 억제되는 효과를 가지도록 한다.
실시예
Scarlet Powder를 사용한 Two Touch 방식의 기능성 인터로킹 블록의 제조 예를 나타내었다.
재료의 품질
1) 시멘트 비중 : 3.15
2) 모래 비중 : 2.58
3) 석분 비중 : 2.66
4) 혼화제 사용량 : 시멘트 중량의 0.15%
W/C(%) W(kg/m3) C(kg/m3) 골재(kg/m3) 석분(kg/m3) 혼화제(kg/m3) 총중량(kg/m3)
25 123 490 1284 567 0.74 2607
표 2는 인터로킹 블록의 하부 제작 표준 배합비를 나타내고 있다. 표 2에서 W는 물을, C는 시멘트를 나타내고 있다. 물-시멘트비(W/C)를 25%이하로 유지하고, 골재량은 13mm 이하 골재 70%, 석분은 30%로 최적의 성형이 되도록 설정하였고, 혼화제로 AE감수제를 사용하여 품질을 개선하고자 하였다. 골재량 결정은 ①(1000-((490/3.15)+123+10))=711 , ② 골재=711×2.58×70/100=1284kg/m3, ③석분==711×2.66×30/100=567kg/m3으로 결정하였고 공기량은 1%로 계산하였다. 배합순서는 ①골재와 석분을 혼합한 후, ②시멘트를 추가하여 혼합하고, ③혼화제가 함유된 물을 투입하여 충분히 혼합 한 후 몰드에 토출된다.
W/C(%) W(kg/m3) C(kg/m3) 모래(kg/m3) Scarlet Powder(kg/m3) 혼화제(kg/m3) 비고
20 120 600 1690 90 0.9
표 3은 인터로킹 블록의 상부 제작 표준 배합비를 나타내고 있다. 표 3에서 모래는 3mm 이하의 세사를 사용하여 표면 질감을 매끄럽게 하였다. 모래를 대신하여 광미분의 사용이 가능하다. 광미분을 사용하는 경우 표면 질감이 소성 점토블록과 같이 자연스러운 질감을 나타낸다(도 2).
표 2와 표 3의 배합비를 이용해서, 하부와 상부를 진동가압방식으로 제조한 후, 습윤양생(40∼50oC)을 30분간 실시한 후 양생실에서 자연양생을 하였다.
제작과정을 요약하면,
One-Touch(1차과정) → Two-Touch(2차과정) → 양생 및 출하
사용재료를 요약하면,
- 1차과정 : 골재+시멘트+석분+물+혼화제를 배합한 콘크리트를 형틀 하부에 투입 후 진동가압
- 2차과정 : 세사+Scarlet Powder+물+혼화제를 배합한 모르터를 형틀 상부에 투입후 진동가압으로 성형
시료명 절대건조중량 (g) 표면건조포화중량(g) 흡수량 (g) 흡수율 (%) 휨강도 (N/mm2)
1 3077 3255 178 5.78 6.4
2 3095 3271 176 5.68 6.7
3 3086 3264 178 5.77 6.5
표 4에서 표 2와 표 3의 배합비로 제조된 인터로킹 블록의 흡수율과 휨강도를 나타내었다. 시험은 KSF4419의 인터로킹 블록 흡수율 및 휨강도 시험기준에 준하여 수행하였다. 흡수율은 6% 이하, 휨강도는 6Mpa 이상으로 한국산업규격의 기준을 충분히 만족하는 것을 알 수 있다.
질소산화물 제거 시험
국내는 물론이고 국외의 경우도 광촉매 효과를 시험하는 기준이 제시되지 않아, 최근 논문에서 발표되는 시험법을 참조하여 다음과 같이 시험을 수행하였다. 밀폐된 두께 1cm의 아크릴 챔버(60×60×60cm, 도 3)에 표준배합으로 제조된 KS 규격의 인터로킹 블록 8개를 투입하고, 질소가스를 투입한 후, NOx 농도 측정 검지관을 삽입하여 30분 단위로 챔버내의 NOx 농도를 측정하였다. 자외선은 자외선지수 3.8의 태양광을 이용하였고, 오전 9시에 시험을 개시하였다.
도 4는 질소산화물 제거시험장치의 개요도를 나타내고 있고, 도 4에서 10은 태양광선, 20은 질소산화물 농도 측정 검지관, 30은 아크릴 챔버, 40은 혼합 공기, 50은 인터로킹 블록 시험체이다.
도 5는 표준배합에 의해 제조된 인터로킹 블록 시험체와 종래의 인터로킹 블록 시험체의 질소산화물 제거 성능을 도시하고 있다. 챔버내의 NOx 초기 농도를 3ppm으로 설정하였고, 2회 시험한 결과를 평균하여 도시하였다. 제거율(%)은 챔버내의 초기농도 분에 30분 측정 단위에서의 NOx 농도를 100(%)으로 곱한 값이다. 본 발명에 의한 인터로킹 블록은 종래의 인터로킹 블록과 비교하여 뛰어난 제거율을 나타내고 있다.
기술적 측면
인터로킹 블록은 제품특성상 반죽질기가 된비빔 상태이고, 진동 및 가압의 방법으로 제작하고 있어서 재료의 종류와 품질에 따라 제품의 품질에 큰 영향을 준다.
Scarlet Powder를 사용한 인터로킹 블록은 흡수율 7%이하, 휨강도 6MPa 이상을 발휘하는 최적밀도를 나타내는 배합비를 제시하였다.
강력한 질소산화물제거기능을 발휘한다. 따라서, 차량에 의한 대기오염이 심각한 도심지의 거리에 설치하는 경우 대기오염 저감의 효과가 있다.
화학수지류를 사용하지 않고, 소성방식이 아니기 때문에, 제조방법이 친환경적이다.
강알칼리성인 시멘트류를 결합재로 사용하기 때문에 대기오염물질인 산성가스와의 친화성이 높아서 대기오염 정화율이 뛰어나다.
경제적 측면
이산화티탄(TiO2) 미분말은 일본이나 유럽으로부터 수입되는 고가의 제품으로 그동안 건자재에 널리 사용되지 못한 이유는 비싼 가격 때문이다. 그러나, Scarlet Powder를 사용하는 경우 저렴한 비용으로 강력한 기능을 발휘하기 때문에 본 발명에 의한 인터로킹 블록은 가격 경쟁력이 뛰어나다.
Scarlet Powder는 산업부산물로 발생량은 많지만 재활용율이 낮다. 즉, 사용처가 많지 않아 대량 방치되거나 매립에 의존한다. 이것을 고부가가치 제품의 제조에 활용한다.
사회환경적 측면
기존의 인터로킹 블록은 회색, 적색, 녹색이 대부분인데, 일본이나 유럽에서는 인터로킹 블록의 사용이 적은편인데, 그것은 저급의 디자인 문제 때문이다. 즉, 화학 안료를 이용하여 색상을 나타내기 때문에 색상 자체가 경박한 느낌을 주기 때문이다. 한편, Scarlet Powder는 천연의 보오크사이트로부터 추출하기 때문에 천연의 적색 색상을 나타낸다. 즉, 천연 색상을 나타내므로 색상이 중후하고 고급스럽기 때문에 본 발명에 의한 인터로킹 블록은 기존의 블록과는 다른 질감을 나타낸다.

Claims (3)

  1. 인터로킹 블록 제조에 있어서, 물-시멘트비 25% 이하를 유지하면서, 시멘트, 골재, 석분, 물을 혼합한 콘크리트를 형틀 하부에 투입 후 1차 진동 가압다짐을 하고, 그 상부에 1∼2cm 두께로 유색층을 형성하기 위해, Scarlet Powder, 모래, 시멘트가 혼합된 모르터를 형틀에 상부에 투입 후 2차 진동 가압다짐을 하여 생산하는 방식을 특징으로 하는 인터로킹 블록 제조방법
  2. Scarlet Powder를 사용한 모르터 제조에 있어서, 물은 80∼150kg/m3, 시멘트는 400∼800kg/m3, 모래는 1400∼2000kg/m3, Scarlet Powder는 20∼300kg/m3, 혼화제는 2kg/m3 이하로 혼합 조성되는 것을 특징으로 하는 모르터 제조방법
  3. Scarlet Powder를 사용한 모르터 제조에 있어서, 물은 80∼150kg/m3, 시멘트는 400∼800kg/m3, 광미분은 1400∼2000kg/m3, Scarlet Powder는 20∼300kg/m3, 혼화제는 2kg/m3 이하로 혼합 조성되는 것을 특징으로 하는 모르터 제조방법
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