KR20110012586A - 고강도 통수 블록 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고강도 통수 블록에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정 범위의 입경을 갖는 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리 분체와 소지토 및 석영퇴적사 등을 혼합한 후, 특정 온도로 가열하여 원료 분체를 표면 융해시켜 제조되는 고강도 통수 블록 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 통수 블록은 표면 융해 기술을 통해 블록 몸체 내부의 막힌 기공을 열린 기공으로 유도시켜 제조되므로 높은 강도를 가지면서도 통수성이 우수한 장점이 있으며, 높은 방음성 및 단열성을 나타낸다. 또한, 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리 등의 폐자재를 주요원료로 사용하므로, 폐자원의 재활용도가 높은 경제적인 특징을 가진다.
통수 블록, 통수성, 표면 융해, 강도

Description

고강도 통수 블록 및 그의 제조방법{High strength water-permeable block and manufacturing method thereof}
본 발명은 고강도 통수 블록에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정 범위의 입경을 갖는 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리 분체와 소지토 및 석영퇴적사를 혼합한 후, 특정 온도로 가열하여 원료 분체들을 표면 융해시켜, 향상된 강도, 통수성, 방음성 및 단열성을 갖도록 한 통수 블록 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
우리나라의 도시 중심가 빌딩 숲과 주거 지역 사이의 도로 대부분은 아스팔트로 포장되어 있으며, 대도시와 공원 신흥 개발도시 및 아파트 단지 보도는 통수 능력이 우수하지 못한 블록들이 많이 깔려 있음에 따라 거의 모든 우수를 우수관 또는 오수관으로 흘러들어가 우천시 하천의 저수능력 한계에 압박을 가하고 있는 실정이다. 이에 따라, 비가 내릴 경우 통수 능력이 우수하지 못한 보도블록은 넓은 지표 토양 속으로 우수(물)가 신속히 스며들지 못하여 호우 피해를 가중시키고, 하천급류를 형성시켜 제방의 붕괴 우려 등의 문제를 발생시킨다.
도시를 막론한 일반적인 토양의 구성은, 25%의 공기와 25%의 물, 기타 무기질 50%정도로 이루어지는바, 토양에는 식물, 지렁이, 조류, 세균 등이 서로 영향을 주고받으며 공생한다. 그러나, 이러한 토양을 통수성이 거의 없는 블록이 덮고 있어서, 지표 이하 생태계에 원활한 우수 공급이 차단되어, 생물서식 공간 오염 및 파괴, 도시 열섬현상 등의 심각한 도시기후 변화를 일으키기도 한다.
그러므로, 통수성이 우수한 도로 블록의 개발이 다양하게 시도되고 있으나, 통기성이나 통수성이 우수한 도로 블록 대부분은 치밀성이 약해 내구성이 떨어지고 강도가 약해 충격에 약해 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.
한편, 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리 등의 폐자재들은 건설현장이나 가정에서 다량 발생되고 있으나, 대부분 간척지 등의 매립에 사용되든지 쓰레기 매립장에 버려져 환경을 오염시키고 자원을 낭비시킨다. 최근에는 이러한 폐자재들을 재생골재로 재활용하고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 녹색환경의 구축 및 녹색환경 유지와 이에 따른 자원 재활용에 대한 사회적 요구가 증대되고 있다.
겨울철 난방은 지역난방 또는 석유류 및 도시가스 등을 이용한다. 지역난방과 공동 주택 그리고 일반 가정의 석유관련 연료들은 온실가스 등의 배출로 지구 온난화가 심화되고 있다.
이에, 본 발명자는 폐자원인 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리를 이용하여 이들의 분체 입자들을 특정 고온에서 표면 융해시킴으로써, 향상된 강도를 가지면서도 통수성이 우수하고 방음 및 단열 효과가 뛰어난 고강도 통수 블록을 제조함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 분체 상의 폐콘크리트, 폐도자기, 폐유리, 소지토 및 석영퇴적사를 포함하는 원료를 1100 내지 1250℃의 온도로 가열하여 원료 분체를 표면 융해시켜 제조되는 고강도 통수 블록을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 (a) 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리에서 선택되는 하나 이상의 폐자재를 분쇄하고 체분리하여 0.5~4.5mm의 입경을 갖는 원료 분체를 선별하는 단계; (b) 상기 원료 분체에 0.001~0.5mm의 입경을 갖는 소지토 및 0.5~4.5mm의 입경을 갖는 석영퇴적사를 혼합하는 단계; (c) 상기 혼합된 원료를 금형 몰드에 충진하고, 50-100kg/㎠로 가압하여 기공이 형성되도록 블록을 성형한 후, 150~200℃로 열풍건조시키는 단계; 및 (d) 상기 건조된 블록을 1100~1250℃의 온도 범위로 가열하여 원료 분체간에 표면 융해를 일으켜 기공률이 25~31%가 되도록 소성하는 단계를 포함하는, 고강도 통수 블록의 제조방법을 제공하는 것이다.
하나의 양태로서, 본 발명은 분체 상의 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리에서 선택되는 하나 이상의 폐자재와 소지토 및 석영퇴적사를 포함하는 원료를 1100 내지 1250℃의 온도로 가열하여 원료 분체를 표면 융해시켜 제조되는 고강도 통수 블록에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 상기 통수 블록은 분체 상의 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리 등의 폐자재에 소지토 및 석영퇴적사 분말을 혼합한 후, 이들 각 원료를 구성하고 있는 화학 성분들의 물질이동이 가능한 공통적 용융점(공융점)인 1100 내지 1250 ℃의 온도로 가열하여 원료 분체를 표면 융해시켜 제조됨으로써, 통수성(투수성)이 우수하면서도 높은 강도를 가지며, 방음 및 단열 효과가 뛰어난 특징을 갖는다.
본 발명에서 용어 "표면 융해"란 화학 성분상 친화성을 갖는 원료들을 가열시, 특정 온도에서 각 원료들의 분체 표면에서 공통적으로 융해되도록 하고, 이로 인해 각 원료 분체 간의 구성 성분 물질을 교환하는 물질이동 현상이 일어나 원료 분체 입자 상호간에 강한 융착이 일어나도록 하는 것을 말하는 것이다(물질이동 관련 참조 : 세라믹스 소결, 이준근. 반도출판사, P56 Fig. 3.2.1 Geometry of Model . P58 Fig. 3.2.2 Geometry of Model). 본 발명의 통수 블록은 이러한 표면 융해 현상을 이용하여 제조되므로, 화학 성분이 비슷한 다른 원료들 간에 분체 입자들이 강하게 융착되어, 통수성이 좋으면서도 우수한 압축강도 및 휨강도를 갖게 된다.
본 발명의 고강도 통수 블록은 주요한 폐자재 원료로서 폐콘크리트, 폐도자치 및 폐유리 등을 포함하며, 바람직하게는 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리를 모두 포함한다. 본 발명의 통수 블록에 포함되는 폐콘크리트는 전국 각지에서 도로나 구조물 해체시 대량 발생하는 것들을 이용할 수 있다. 콘크리트를 구성하는 골재로 는 분출암, 화강암 및 석회질을 기반으로 할 수 있음에 따라, 그 주요 화학성분으로는 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화나트륨(Na2O) 및 산화칼슘(CaO) 등이 포함된다. 화학조성의 예를 들면, 분출암의 경우 이산화규소가 45~70% 정도이며, 나머지 조성을 기타 화학성분들이 차지하는 것으로 알려져 있다. 또한, 폐콘크리트를 구성하는 시멘트의 주원료는 석회석(CaCO3), 점토(Al2O3ㆍSiO2ㆍ2H2O) 및 철광석이다. 그러므로, 본 발명에서 이용되는 폐콘크리트는 골재 및 시멘트의 화학 성분인 이산화규소, 산화알루미늄, 산화나트륨 및 산화칼슘 등을 포함할 수 있다.
폐도자기는 전통도예, 생활도자기 기물의 불량품, 가정에서 폐기된 도자기류, 폐위생도기 및 폐타일 등을 사용할 수 있다. 폐도자기의 원료는 점토질, 규산질, 장석질 및 석회질 등으로, 그 주요 화학성분으로는 이산화규소, 산화알루미늄, 산화나트륨 및 산화칼슘 등이 포함된다.
폐유리는 병유리, 창유리 등의 파손된 유리를 사용할 수 있다. 폐유리의 원료는 규사, 소다회, 질산나트륨, 석회석, 돌로마이트 및 장석 등이며, 이들의 주요 화학성분으로는 이산화규소, 산화나트륨 및 산화칼슘 등이 포함된다. 통상적인 폐유리의 화학 조성은 이산화규소의 함량이 높으며, 이산화규소가 70~90%, 산화나트륨이 15~20%, 산화칼슘이 5~10% 정도의 조성을 이룬다. 본 발명에서 폐유리는 원료 분체 각성분들 간에 물질이동이 원활히 일어나도록 할 수 있는 플럭스(flux) 역할만 하도록 폐콘크리트나 폐도자기에 비해 상대적으로 적은 소량을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리는 이들 재료들을 일정 크기로 분쇄시켜 분체 상으로 이용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 4.5mm의 입경을 갖도록 분쇄 및 선별하여 사용할 수 있다.
본 발명의 고강도 통수 블록은 상기한 폐자재 원료 이외에도 소지토 및 석영퇴적사를 주요한 원료로서 포함한다. 본 발명에서 소지토 및 석영퇴적사는 분체 형태로 된 것을 공급받아 사용할 수 있으며, 소지토는 0.001~0.5mm의 입경을 갖는 것을 선별하여 이용하는 것이 바람직하다. 상기 소지토는 도자기 몸체의 뼈대를 이루는 근간이 되는 것으로서, 성형성을 증가시키고 블록 내부의 분체 뼈대 사이에서의 유기적 작용에 의해 압축강도 및 휨강도를 증가시키는 역할을 담당할 수 있다. 이때, 고온가열에 의해 열린 기공을 줄어든 것 이상으로 보완할 필요가 있다면, 기공 형성제를 소량 첨가하여 사용할 수 있다. 또한, 석영퇴적사는 이산화규소가 주요 성분이며 강도보정용으로 사용할 수 있고, 0.5~4.5mm의 입경을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 통수 블록의 주요 원료로 사용되는 폐콘크리트, 폐도자기, 폐유리, 소지토 및 석영퇴적사는 각 원료별로 공통으로 포함하고 있는 동종의 화학성분들에 의해 각 원료 분체 간에 화학적 친화성을 가질 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 상기 원료들은 각기 다른 원료 속에 포함된 동종의 화학성분이, 어느 특정 온도에서 발생하는 열친화성에 의해 표면 융해되어 빠른 속도로 동종 또는 타종의 성분으 로 유입되거나 이동하는 물질이동 현상을 통해 높은 강도의 블록을 성형할 수 있게 된다.
본 발명의 상기 통수 블록을 구성하는 상기 원료의 함량은 원하는 강도나 통수율(투수율) 등에 따라 달라질 수 있으나, 폐콘크리트 0.001~99중량%, 폐도자기 0.001~30중량%, 폐유리 0.001~10중량%, 소지토 0.001~20중량% 및 석영퇴적사 0.001~20중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 폐콘크리트 45~70중량%, 폐도자기 5~13중량%, 폐유리 3~5중량%, 소지토 10~14중량% 및 석영퇴적사 4~16중량%로 포함되고, 더욱 바람직하게는 폐콘크리트 65∼70중량%, 폐도자기 6∼10중량%, 폐유리 3∼5중량%, 소지토 11~13중량% 및 석영퇴적사 8∼12중량%로 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 고강도 통수 블록은 적절한 물성을 갖도록 하게 위해, 장석, 지르콘 및 산화마그네슘을 추가로 포함하여 제조될 수 있다.
장석은 소지토와 같이 염기성과 중성 및 산성 산화물을 함유하기 때문에 고온 가열하면 점성이 큰 용융체로 되어 용융온도(1063~1078℃)가 비교적 낮고 1100℃에서 투명하게 용융되면서 유리화된다. 이처럼 장석은 낮은 온도에서 용융되어 본 발명의 원료 분체들을 낮은 온도에서 쉽게 물리적으로 결합시켜 줄 수 있으며 원료들 간의 표면 융해가 쉽게 일어나도록 물질이동을 돕는 역할을 한다. 따라서 상기 주요 구성 성분들의 표면 융해 온도를 낮추는 등의 플럭스로도 사용될 수 있다.
상기 지르콘은 통수 블록의 강도를 높이고, 이상팽창이나 수축이 없어 내열성을 높일 수 있다. 또한, 상기 산화마그네슘은 강력한 매용제로 작용함으로써 소성온도를 낮추고 강도를 강하게 하며 내열성 및 내충격성을 크게 해주는 역할을 한다. 또한, 본 발명의 통수 블록 제조시 포함되는 장석, 지르콘 및 산화마그네슘은 통수 블록을 구성하는 성분들의 총 중량에 대해 장석 4~5중량%, 지르콘 2~6중량% 및 산화마그네슘 1~3중량%으로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 고강도 통수 블록은 CMC, 전분 및 밀가루로 구성된 군에서 선택되는 기공 형성제를 추가로 포함하고, 상기 기공 형성제를 연소시켜 증가된 열린 기공률을 갖도록 제조되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 통수 블록은 통수성, 방음성 및 단열성을 위해 균질한 열린 기공이 형성되는 것이 바람직한데, 이를 위해 통수 블록 제조시 기공 형성제, 예를 들면, CMC, 밀가루 및 전분 등을 추가로 첨가할 수 있으며, 이러한 기공 형성제를 연소시켜 발포시킴으로써, 열린 기공을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 기공 형성제는 원료의 총 중량 대비 0.01~5.0중량%로 첨가될 수 있다. 첨가되는 기공 형성제로 CMC를 이용하는 경우, CMC의 양은 성형시 필요한 물 중량의 5∼7중량%을 취하여 물에 용해시켜 사용할 수 있다. 본 발명의 통수 블록의 기공률은 바람직하게는 25 내지 31% 범위이고, 더욱 바람직하게는 28%이지만, 사용 목적에 따라 달라질 수 있다. 통수 블록의 기공률이 25% 이하이면, 통수 효율이 낮아 충분한 통수 기능을 할 수 없으며, 31% 이상이면 방음성 및 단열성은 좋아지나 기공이 너무 많아 강도가 낮아질 위험이 있다.
또한, 본 발명의 고강도 통수 블록은 목적에 맞게 모양을 성형시켜 이용할 수 있으며, 통수(투수) 효율을 높이기 위해, 상부 표면에 요철을 두어 상층부 표면적을 넓힐 수 있다.
또 다른 양태로서, 본 발명은 (a) 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리에서 선택되는 하나 이상의 폐자재를 분쇄하고 체분리하여 0.5~4.5mm의 입경을 갖는 원료 분체를 선별하는 단계; (b) 상기 원료 분체에 0.001~0.5mm의 입경을 갖는 소지토 및 0.5~4.5mm의 입경을 갖는 석영퇴적사를 혼합하는 단계; (c) 상기 혼합된 원료를 금형 몰드에 충진하고, 50~100kg/㎠로 가압하여 기공이 형성되도록 블록을 성형한 후, 150~200℃로 열풍건조시키는 단계; 및 (d) 상기 건조된 블록을 1100~1250℃의 온도 범위로 가열하여 원료 분체간에 표면 융해를 일으켜 기공률이 25~31%가 되도록 소성하는 단계를 포함하는, 고강도 통수 블록의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 제조방법에서, 상기 단계 (a)는 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리를 분쇄하고 체분리하여 0.5~4.5mm의 입경을 갖는 원료 분체를 선별하고, 상기 단계 (b)에서 혼합되는 각 성분의 함량은 폐콘크리트 45~70중량%, 폐도자기 5~13중량%, 폐유리 3~5중량%, 소지토 10~14중량% 및 석영퇴적사 4~16중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.
단계 (a)는 본 발명의 고강도 통수 블록을 구성하는 주요 재료인 폐자재, 즉, 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리를 분쇄 및 체분리하여 분체 형태를 갖는 원료를 선별하는 단계로서, 각 원료 입자들은 0.5~4.5mm의 입경을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제조방법은 단계 (a) 이후에, 상기 원료 분체들의 입자를 입도 조정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 즉, 상기 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리의 원료 분체를 3.35~4.5mm 입경의 큰 입자, 1.0~3.35mm 입경의 중간 입자 및 0.5~1.0mm 입경의 작은 입자로 분류한 후, 큰 입자 35∼45중량%, 중간 입자 25∼35중량% 및 작은 입자 25∼35중량%가 되도록 입도 조정할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은 통수 블록을 상층부 및 하층부로 구분할 수 있으며, 이러한 경우 상층부와 하층부의 입자 조성을 달리할 수 있다. 바람직하게는 상층부가 하층부에 비해 더욱 세립구조를 갖도록 할 수 있으며, 이는 입도 조정을 구분하는 방식으로 달성될 수 있다. 이를 위해,
단계 (a) 이후에 상기 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리의 원료 분체를 3.35~4.5mm 입경의 큰 입자, 1.0~3.35mm 입경의 중간 입자 및 0.5~1.0mm 입경의 작은 입자로 분류한 후, 하층부는 큰 입자 38중량%, 중간 입자 38중량% 및 작은 입자 24중량%가 되도록 입도 조정하고, 상층부는 중간 입자 30중량% 및 작은 입자 70중량%가 되도록 입도 조정하여 블록의 상층부 및 하층부의 입자 조성을 구분시킬 수 있다.
단계 (b)는 상기 단계 (a)에서 준비된 폐자재 원료 분체들에 소지토 및 석영퇴적사를 일정 조성으로 혼합하는 단계이다. 이때, 소지토는 표준체 0.5mm를 통과 한, 0.5mm 이하, 바람직하게는 0.001~0.5mm의 입경을 갖는 것을 선별하여 사용한다. 혼합되는 각 원료의 조성은 재료의 총 중량을 기준으로 폐콘크리트 45~70중량%, 폐도자기 5~13중량%, 폐유리 3~5중량%, 소지토 10~14중량% 및 석영퇴적사 4~16중량%가 되도록 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 폐콘크리트 65∼70중량%, 폐도자기 6∼10중량%, 폐유리 3∼5중량%, 소지토 11~13중량% 및 석영퇴적사 8∼12중량%로 포함한다.
또한, 본 발명의 제조방법은 단계 (b)에서 장석, 지르콘 및 산화마그네슘을 추가로 첨가하여 혼합할 수 있다. 이러한 부원료들은 통수 블록의 강도를 높여줄 뿐만 아니라, 표면 융해가 효율적으로 일어나도록 하며, 내열성이나 내충격성을 부여한다. 이때, 혼합되는 부원료들의 함량은 장석 4~5중량%, 지르콘 2~6중량% 및 산화마그네슘 1~3중량%으로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 고강도 통수 블록이 상기한 제조방법에 의해 견고한 강도를 가지면서도 적절한 통수성을 가질 수 있도록, 단계 (b)에서 열린 기공률 증가를 위한 기공 형성제를 추가로 첨가할 수 있다. 또한, 혼합물의 성형이 용이하도록 물을 첨가한 후 혼합시키는 것이 바람직하며, 이때 물의 양은 원료 총 중량에 대해 12중량% 미만으로 첨가하는 것이 좋다.
단계 (c)는 혼합된 원료를 금형 몰드에 충진하고, 일정 압력으로 가압하여 블록을 성형한 후, 건조하는 단계이다. 상기 압력은 50~100kg/㎠ 정도인 것이 바람직하지만, 구성 성분의 조성이나, 원하는 물성에 따라 조절될 수 있다. 이때, 좀 더 효과적인 충진을 위해, 진동으로 충진할 수 있다. 압력이 50kg/㎠ 이하로 낮은 경우에는, 원료 분체들이 제대로 밀착되지 못해 표면 융해시 분체 입자들 간에 융착력이 감소하게 되어 강도가 떨어지는 문제점이 있다. 압력이 100kg/㎠ 이상인 경우에는, 원료 분체들이 너무 치밀화되어 통수성이 낮아지는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 상기 건조 과정은 150~200 ℃로 열풍건조시켜 블록 내부의 입자 사이에 존재하는 흡착수 등을 제거시키는 것이 바람직하다. 열풍 건조시 가열 온도는 순차적으로 온도를 올리는 것이 좋으며, 바람직하게는 30℃에서부터 1시간마다 10℃씩 상승시키면서 80℃까지 상승시킨 후, 80℃에서 24시간 이상 건조시킬 수 있다. 또한, 초기의 건조 방식은 습식으로 유지하고, 건조실 내부의 온도가 50℃ 정도가 되면, 건식 열풍으로만 건조시키는 것이 바람직하다. 이를 통해, 고온가열 소성 후에 블록 몸체에 형성될 수 있는 크랙(갈라짐 현상)을 방지할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 통수 블록이 상층부 및 하층부를 구분하도록 입도 조정된다면, 단계 (c)에서 하층부를 구성하는 원료 분체를 먼저 충진한 후, 상층부를 구성하는 원료 분체를 충진하여 가압 및 열풍 건조할 수 있다. 본 발명의 통수 블록을 방음과 단열용 이외의 보도 블록용으로 제조하는 경우 상층부와 하층부는 1:1.35의 높이 비율이 되도록 충진할 수 있다.
또한, 본 발명의 통수 블록이 원하는 색상을 낼 수 있도록, 단계 (b)에서 원료 혼합시 발색을 위한 안료, 예를 들면, 발색산화물을 추가로 첨가하거나, 단계 (c)에서 블록을 성형한 직후 블록 상층부 표면에 안료, 예를 들면, 중화도 유약을 분사하여 색을 입힐 수 있다.
단계 (d)는 상기 건조된 블록을 고온으로 가열하여 원료 분체간에 표면 융해를 일으켜 일정 기공률을 갖도록 소성하는 단계이다. 상기 가열 온도는 각 원료 분체들이 공통적으로 표면 융해될 수 있는 온도인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1100~1250℃의 온도 범위이며, 가장 바람직하게는 1200℃이다. 이러한 온도 범위는 본 발명의 통수 블록을 구성하는 주요 원료들의 공통적 화학적 성분을 분석하고 이들 원료 분체 입자의 표면 융해를 유도하여 물질이동을 일으킬 수 있는 온도를 특정한 것이다. 가열 온도가 1100℃ 이하인 경우에는 통수 블록의 구성 원료 분체의 표면 일부가 용융되지 못해 원료 분체 간에 표면 융해가 균질하게 일어나기 어려우며, 가열 온도가 1250℃ 이상인 경우에는 원료 분체 중의 표면이 기댓값 이상으로 용융되어 원하는 열린 기공(Open Pore)을 기대할 수가 없다.
또한, 상기 가열 과정은 순차적 단계별로 온도를 높이는 것이 바람직한데, 예를 들면, 200℃까지 1.5~2시간 동안 승온시킨 후 20 분 정도 그대로 유지시키고, 600℃까지 2~3시간 동안 승온시키고, 이어서 4시간 정도에 걸쳐 1200℃까지 승온시킨 후 원활한 물질이동을 위하여 1~2시간 정도 유지시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 상기 제조방법에서, 단계 (b)의 원료 분체 혼합시 성형성 증가를 위해 12% 미만의 물을 첨가할 수 있으며, 이때 블록의 기공률을 증대시키기 위해 기공 형성제를 물에 혼합하여 이용할 수 있다. 첨가되는 기공 형성제의 양은 물 중량의 30중량% 미만으로 첨가하는 것이 적절하다. 또한, 첨가되는 기공 형성제로 CMC를 사용하는 경우, CMC의 양은 물 중량의 5∼7중량%를 사용하여 물에 용해되도록 하여 사용하는 것이 바람직하다. 원료 혼합과정에서 물에 용해되어 있는 CMC 성분이 원료 분체들의 표면에 물과 함께 엷게 고루 부착하게 된다. 분체 표면에 엷게 고루 부착된 CMC는 단계(d)의 고온가열시 적정 온도에서 분체 입자들의 표면에서 연소되면서 고압의 연소가스를 배출하게 되며 CMC가 부착되어 존재하였던 부분들끼리 미세한 모세관 형태로 연결되며 고압의 배출가스가 더욱 모여들어 몸체 내의 어느 부분에 고압의 기류를 만들어 낸다. 이때 고압의 기류는 새로운 밀폐된 공극(막힌 기공)을 형성하기도 하는데 이렇게 새로 생긴 밀폐된 공극은 또 다른 새로운 고압의 기류 침투로 마침내 열린 기공으로 변하게 하여 블록 몸체 내부에 열린 기공율을 증가시키게 된다.
따라서, 본 발명의 고강도 통수 블록은 전체적으로 형성된 많은 열린 기공들끼리 블록 상층부 표면에서 바닥면까지 연결되는 구조를 이루게 되어 우수한 통수성을 가질 뿐만 아니라, 수많은 기공으로 인해 열전달이나 소음 및 진동의 전달성이 낮아져 뛰어난 방음성 및 단열성을 갖게 된다.
본 발명에 따른 고강도 통수 블록은 분체의 표면 융해 기술을 통해 제조됨으로써, 높은 강도를 가지면서도, 블록 몸체 내부에 일부의 막힌 기공들을 열린 기공으로 추가하여 형성되게 하면서 방음성(흡음성) 및 단열성 그리고 통수성을 우수하 게 하는 장점이 있다.
따라서, 본 발명의 고강도 통수 블록은 통수를 필요로 하는 보도용 포장재 외에도, 열린 기공 형성 정도에 따라 단열 보온, 방음과 차음 등의 효과를 내도록 함으로써, 건축용 불연 자재, 예를 들면, 건물 내벽 또는 내부 치장재로도 이용할 수 있다. 특히 단독주택 및 공동 주택 및 빌딩의 건물 외부 비내력벽에 본 발명품을 바로 적용하는 경우, 보온구조물을 별도로 설치 할 필요가 없어 건물 내부의 사용 면적이 넓어질 수 있는 효과를 창출 할 수 있다.
본 발명품의 작은 열전도율에 의해 겨울철 실내 보온 및 연료비 절감과 더불어 방음시설을 별도로 시행할 필요가 없음에 따라 건축비용 절감효과가 클 수 있다.
또한, 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리의 폐자재를 주요 원료로 사용하므로, 자원의 재활용도가 높고 경제적이다.
그러므로, 본 발명의 고강도 통수 블록은 높은 강도 및 통수성을 필요로 하는 바닥용 포장재, 예를 들면, 도로변 인도, 공원(도시, 아파트, 친환경 생태, 테마 등) 주차장, 도심지 음식점 주차장, 소형차도, 고수부지 및 하천변의 자전거 전용 도로용 포장재와 건물 내외부의 방음재 및 단열재로 유용하게 이용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실험예 1. 통수 블록의 제조를 위한 표면 융해 가열온도 및 원료 조성비 특정
본 발명의 통수 블록 제조시, 블록을 구성하는 원료들의 표면 융해 온도를 특정하기 위해, 원료들의 화학적 성분을 분석하였다. 먼저, 폐콘크리트 구조물에서 사용된 골재와 시멘트의 주요 화학성분은 CaO, SiO2 및 Al2O3 등이며 3성분(CaO, Al2O3, SiO2)으로 구성되는 CaO-Al2O3-SiO2 계로 추정할 수 있다. 폐도자기의 주요 화학성분은 대부분 3성분계 산화물이며, Al2O3, SiO2, Na2O 및 CaO 등을 함유한다. 따라서, Na2O-CaO-SiO2계, CaO-Al2O3-SiO2계, K2O-Al2O3-SiO2계 등의 3성분계로 명명될 수 있다. 폐유리의 주요 화학성분은 3성분(Na2O, CaO, SiO2)으로 구성되는 Na2O-CaO-SiO2 계로 볼 수 있다.
상기와 같은 3성분계 범주에 해당하는 Na2O-CaO-SiO2계, K2O-Al2O3-계 및 CaO-Al2O3-SiO2계의 표면 융해를 위한 고온가열 온도는 계에 따라 달라질 수 있다. 통수 블록 제조시 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리를 모두 사용하는 경우, 좀 더 효과적으로 표면 융해될 수 있는 온도 범위를 알아보기 위해, 각 계의 상태도 분석으로 고온가열 온도를 추정하고 추정된 고온가열온도에 의한 이론적 조성점(36개)을 탐색하였으며, 그 결과 도 2를 도출하였다.
Na2O-CaO-SiO2계의 표면 융해 가열온도 추정에서, 삼각형 3개 꼭짓점을 정점으로 하여 Na2O-CaO-SiO2 계가 형성된다. 이 계는 유리(glass)공학의 기초로써, 물질이동에 표면 융해가 시작되는 분체 표면 액화 온도는, 비교적 저온대인 800~1000℃와 1300℃의 고온대로 형성될 수 있다(참고 : The Na2O-O- CaO-SiO2 system. From G. W. Morey and N. I. Bowen, j. Soc. Glass Technol., 9. 232(1925) 세라믹스 총론 上 그림 7.25).
3성분계 상태도의 고온 특성과 본 발명에서 이미 도출한 도면 2의 각 꼭지점(A, B, C)들을 사용되는 각 원료로 대체하고 이에 ‘지렛대의 원리’에 의해 표 1이 계산되었다.
원료
＼
조성점		 폐콘크리트
분체		 소지토
분말		 폐도자기
석영퇴적사
폐유리		 원료
＼
조성점		 폐콘크리트
분체		 소지토
분말		 폐도자기
석영퇴적사
폐유리
1 1a 15 65 20 19 2h 50 20 30
2 1b 20 60 20 20 2i 55 15 30
3 1c 25 55 20 21 3a 15 45 40
4 1d 30 50 20 22 3b 20 40 40
5 1e 35 45 20 23 3c 25 35 40
6 1f 40 40 20 24 3d 30 30 40
7 1g 45 35 20 25 3e 35 25 40
8 1h 50 30 20 26 3f 40 20 40
9 1i 55 25 20 27 3g 45 15 40
10 1j 60 20 20 28 4a 15 35 50
11 1k 65 15 20 29 4b 20 30 50
12 2a 15 55 30 30 4c 25 25 50
13 2b 20 50 30 31 4d 30 20 50
14 2c 25 45 30 32 4e 35 15 50
15 2d 30 40 30 33 5a 15 25 60
16 2e 35 35 30 34 5b 20 20 60
17 2f 40 30 30 35 5c 25 15 60
18 2g 45 25 30 36 6a 30 15 70
※36개 조성점 별 주원료 배합비 중량% 합계는 100.
※도 2의 36개 조성점에 의거한 지렛대의 원리로 계산됨.
상기 표 1을 토대로 하고, K2O-Al2O3-SiO2계의 상평형도(참조 : 세라믹스 총론 p352, 반도출판사 1991. W.D.KINGERY 및, H.K.BOWEN과 D.R.UHLMANN 저)를 참고하여, 1200℃ 이하에서 액상이 존재하는 영역으로 추정하였으며, Na2O-CaO-SiO2계, CaO-Al2O3-SiO2계 및 K2O-Al2O3-SiO2계에서 고온가열 융착 온도와 이에 따른 조성점을 예측하였다(표 2).
3성분계 표면 융해
융착예측온도(℃)		 조성점(배합비) 예측
(그림 2, 표 1 참조)
Na2O-CaO-SiO2 계 900~1050℃ 1k, 1g, 2e, 2f, 4b, 4c
CaO-Al2O3-SiO2 계 1170℃ 4a, 4b, 5a
K2O-Al2O3- SiO2계 1200℃ 범위 2i, 3d, 3g, 4c, 4e, 5b
예측한 조성점(배합비)과 이에 의한 가열 예측온도는 실제와 다를 수 있음
본 발명의 통수 블록의 내부 구조는 적절한 통수성을 가져야하므로, 치밀화가 요구되지 않으므로, 원료 분체의 표면을 약간 녹일만한 정도의 고온을 적정 온도로 특정하였다. 조성점 1k가 비교적 저 온도에서 분체의 표면 융해가 가능한 조성점으로 인식됨에 따라 조성점 1k의 배합비를 선정하여 비교의 예와 실시의 예에서 시험할 수 있다. 여기서 1k의 배합비는 표 1에서와 같이 폐콘크리트 분체 65중량%, 폐도자기 및 폐유리 분체 등이 20중량%, 소지토 15중량%로 계산되고 있다.
도 2에 의해 계산된 표 1에서 고려해야 할 점은, 소지토의 사용량이 가장 많게 65중량%로 계산된 조성점은 1a로서 이 경우 강도는 강하겠지만 많은 소지토 사용은 열린기공 형성에 마이너스(-) 요인이 되는 것을 알 수 있다. 소지토의 최소 사용량인 '15중량%' 조성점은 4개(1k, 2i, 3g, 4e)이다. 이 중 낮은 온도 범위에서도 표면 융해가 발생될 수 있는 것은 1k이다. 또한, 표 1에 의하면 위 4개의 조성점의 배합에서 소지토를 제외한 원료 간 배합비 차가 가장 큰 것은 1k이며 폐콘크리트가 45(65-20=45)중량% 많다. 따라서 융착 예측 온도가 가장 낮은 조성점 1k를 주시할 필요가 있다.
하기 표 3에는 고강도 통수블록 가능성 타진을 위한 이론적 원료 배합비를 나타내었다.
조
성
점		 주원료(wt%) 합계
(wt%)		 부원료(wt%) 강도 보정용
(석영퇴적사)		 총계
(wt%)
원료 폐콘크리트 소지토 폐도자기및 폐유리 장석 지르콘 산화
마그네슘
1k 검산
구분		 65.00 15.00 20.00 (100) * 폐콘크리트 양 최대. 저온대(900~1050℃)
* 다량의 폐콘크리트를 재활용할 수 있는 장점이 있음
1 58.50 13.50 18.00 (90) 5.00 2.00 1.00 2.00 100
2 55.25 12.75 17.00 (85) 5.00 3.00 1.50 5.50 100
3 52.00 12.00 16.00 (80) 5.00 4.00 2.00 9.00 100
4 48.75 11.25 15.00 (75) 5.00 5.00 2.50 12.50 100
5 45.50 10.50 14.00 (70) 5.00 6.00 3.00 16.00 100
2i 검산
구분		 55.00 15.00 30.00 (100) * 고온대(1200℃)
6 49.50 13.50 27.00 (90) 5.00 2.00 1.00 2.00 100
7 46.75 12.75 25.50 (85) 5.00 3.00 1.50 5.50 100
8 44.00 12.00 24.00 (80) 5.00 4.00 2.00 9.00 100
9 41.25 11.25 22.50 (75) 5.00 5.00 2.50 12.50 100
10 38.50 10.50 21.00 (70) 5.00 6.00 3.00 16.00 100
3g 검산
구분		 45.00 15.00 40.00 (100) * 고온대(1200℃)
11 40.50 13.50 36.00 (90) 5.00 2.00 1.00 2.00 100
12 38.25 12.75 34.00 (85) 5.00 3.00 1.50 5.50 100
13 36.00 12.00 32.00 (80) 5.00 4.00 2.00 9.00 100
14 33.75 11.25 30.00 (75) 5.00 5.00 2.50 12.50 100
15 31.50 10.50 28.00 (70) 5.00 6.00 3.00 16.00 100
4e 검산
구분		 35.00 15.00 50.00 (100) * 폐콘크리트 양 최소.
* 고온대(1200℃)
16 31.50 13.50 45.00 (90) 5.00 2.00 1.00 0 100
17 29.75 12.75 42.50 (85) 5.00 3.00 1.50 3.00 100
18 28.00 12.00 40.00 (80) 5.00 4.00 2.00 6.00 100
19 26.25 11.25 37.50 (75) 5.00 5.00 2.50 9.00 100
20 24.50 10.50 35.00 (70) 5.00 6.00 3.00 12.00 100
기타 실시의 예에서 폐유리는 낮은 융점에 의해 3~5중량%의 소량만 사용(입자표면 융해용 플럭스)
실시예 1 ~ 실시예 7. 통수 블록 제조.
통수 블록의 주요 원료인 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리는 입경 최대 굵기가 15~30mm로 파쇄된 것을 공급받아, 표준체를 장착한 체진동기에서 한국공업규격 KS A 5101)에 의해 체분리하여 0.5 내지 4.5mm의 입경을 갖는 분체를 선별하였다. 또한, 0.001 내지 0.5mm의 입경을 갖는 소지토 및 0.5 내지 4.5mm의 입경을 갖는 석영퇴적사를 준비하였다. 또한, 통수 블록 제조시 부원료로 첨가되는 장석, 지르콘 및 산화마그네슘은 표준체 No 400(38㎛)체 통과분을 공급받아 준비하였다.
또한, 통수 블록은 상층부와 하층부를 나누어 입도 조정하였으며, 구체적으로, 하층부는 큰 입경크기 입자분체(3.35~4.5mm) 38중량%, 중간크기 입자분체(1.0~3.35mm)를 38중량%, 작은 입경크기 입자분체(0.5~1.0mm)를 24중량% 정도로 입도 조정하였고, 상층부는 작은 입경크기의 입자분체를 70중량%, 중간 입경 크기 입자분체를 30중량% 정도로 입도 조정하였다.
표 3에 제시된 원료의 배합비 중, 상기에서 도출된 내용에 따라 1k에 해당되는 원료의 조성비를 포함하여 실시예1~7로 선택하였다(표 4).
원료
예시		 주원료의 종류 공통 첨가 사용 계
폐
콘크리트		 폐
도자기		 폐
유리		 석영
퇴적사		 소지토 장석 지르콘 산화마그네슘
실시예 1 45.50 9.00 5.00 16.00 10.50 5.00 6.00 3.00 100.00
실시예 2 48.75 10.00 5.00 12.50 11.25 5.00 5.00 2.50 100.00
실시예 3 52.00 11.00 5.00 9.00 12.00 5.00 4.00 2.00 100.00
실시예 4 55.25 12.00 5.00 5.50 12.75 5.00 3.00 1.50 100.00
실시예 5 58.50 11.00 5.00 4.00 13.50 5.00 2.00 1.00 100.00
실시예 6 65.25 5.50 4.00 5.00 12.00 5.00 2.25 1.00 100.00
실시예 7 68.50 5.00 3.00 4.50 11.00 5.00 2.00 1.00 100.00
표 4의 조성비로 원료들을 혼합하였다. 이때, 열린 기공율(Open pore) 증가를 위한 기공 형성제가 함유된 물(10~12중량%)을 분사하여 원료 분체 입자에 수분이 골고루 침투할 수 있도록 하고 혼합기에서 충분한 시간 동안 고루 혼합하였다. 이때, 기공 형성제로는 CMC를 사용하였으며, 물 중량의 7중량%로 첨가하였다. 블록 1 개당 혼합물 중량을 각 원료 및 각 원료 입경 크기에 따라 1.8~2.0kg 정도가 되도록 호퍼를 조정할 수 있다.
상기 혼련된 원료 분체들 중, 먼저 하층용 조립의 분체들을 금형에 넣어 진동ㆍ충진하고, 그 위에 세립의 상층용 원료 분체로 채워 진동ㆍ충진하였다. 그 후, 상기 금형 내부를 가압프레스로 70kg/cm2로 가압ㆍ성형하였다.
상기 금형에서, 탈형한 성형품의 건조는 연속가열로의 폐열을 활용하는 열풍 건조 방식으로 하되, 30℃에서부터 1시간마다 10℃씩 상승시키면서 80℃까지 상승시키면서 80℃에서 24시간 이상 건조시켰다. 단, 초기의 건조 방식은 습식으로 유지하고 건조실 내부의 온도가 50℃ 정도가 되면 습식건조 방식에서 벗어나, 건식 열풍으로만 건조시켰다.
건조된 블록을 연속가열로 내부에서 순차적으로 가온하되, 2시간 동안 온도를 승온시켜 200℃까지 높인 후, 10분간 그대로 유지시키고, 3시간 30분에 걸쳐 600℃까지 승온시키고, 3~4시간에 걸쳐 1150～1250℃까지 승온시킨 후, 1~1.5시간 동안 유지시키는 과정을 통해 소성함으로써, 원료 분체의 표면을 융해시켜 원료 분체간 물질이동이 일어나도록 하여 고강도 통수 블록을 제조하였다.
실시예 8 ~ 실시예 14. 통수 블록 제조
본 발명의 통수 블록 제조시, 폐자재들의 구성 성분 및 조성을 좀더 다양하게 하여 통수 블록의 물성을 비교하였다. 구체적으로, 통수 블록의 구성 원료 중, 폐콘크리트 또는 폐도자기만을 단독 성분으로 함유하거나, 2 종류의 폐자재를 혼합하여 통수 블록을 제조하였으며, 실시예1~7과 조성비 범위를 다르게 하였다. 하기 표 5의 조성으로 배합한 것 이외에는, 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 통수 블록을 제조하였다.
원료
예시 		주원료의 종류 공통 첨가 사용 계 비 고
폐콘크리트 폐도자
기 		폐유리 석영퇴적사 소지토 장석 지르콘 산화마그네슘 100
실시예8 76.50 - - 2.00 13.50 5.00 2.00 1.00 100.00 폐자재 단독
실시예9 - 76.50 - 2.00 13.50 5.00 2.00 1.00 100.00 폐자재 단독
실시예10 36.00 37.00 - 5.50 12.00 5.00 3.00 1.50 100.00 2종류의 폐자재
실시예11 60.00 - 8.00 8.25 12.75 5.00 4.00 2.00 100.00 2종류의 폐자재
실시예12 - 60.00 8.00 8.25 12.75 5.00 4.00 2.00 100.00 2종류의 폐자재
실시예13 20.00 45.00 4.00 11.00 12.00 5.00 2.00 1.00 100.00 3종류의 폐자재
실시예14 35.00 40.00 3.00 5.00 10.00 4.00 2.00 1.00 100.00 3종류의 폐자재
비교예 1 ~ 비교예 5. 통수 블록 제조
본 발명의 실시예 통수 블록과 반응 조건을 달리하여 통수 블록을 제조하였다. 통수 블록을 구성하는 원료들의 조성은 실시예 1과 동일하게 하였으며, 구체적인 방법은 다음과 같다.
비교예 1 - 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리를 입도 조정하지 않고 혼합한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 과정으로 통수 블록을 제조하였다.
비교예 2 - 혼합 원료를 금형 몰드에 충진하고, 30kg/cm2로 가압ㆍ성형한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 과정으로 통수 블록을 제조하였다.
비교예 3 - 건조된 블록의 소성 온도를 900℃로 가열한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 과정으로 통수 블록을 제조하였다.
비교예 4 - 건조된 블록의 소성 온도를 1350℃로 가열한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 과정으로 통수 블록을 제조하였다.
비교예 5 - 원료 혼합시, 기공 형성제(CMC) 7g이 첨가된 물 100g을 추가로 첨가하여 최종적인 기공률이 높아지도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 과정으로 통수 블록을 제조하였다.
실험예 2. 통수 블록의 물성 검사
실시예 1~14 및 비교예 1~5에서 제조된 각 통수 블록을 대상으로 통수율, 동결융해 후 압축강도, 휨강도, 기공률, 흡수율, 단열성 및 방음성 등의 물성을 검사하였다(표 6). 구체적으로, 압축강도 시험은 KS F 2405『콘크리트 압축강도 시험 방법』에 준하여 실시하였다. 휨강도 시험은 KS F 2408『콘크리트 휨강도 시험 방법』에 준하여 휨강도를 평가하였고, 흡음률은 분석은 KS F 2805『잔향실내의 흡음률 측정방법』에 준하여 랜덤입사 소음의 평균 흡음률을 측정하였다. 흡음률은 250, 500, 1000, 2000, 3000Hz 주파수대에서의 흡음률을 측정한 후, 평균값으로 산출하였다.
통수율
(10-4cm/sec)		 동결융해 후 압축강도
(N/mm2)		 휨강도
(Mpa)		 기공률
(%)		 흡수율
(%)		 단열성
(열전도율)
(W/mK)		 방음성
(흡음률)
(%)
실시예 1 1.9 49 7.0 27 8 0.050 55.50
실시예 2 1.9 48 7.0 28 8 0.050 53.96
실시예 3 2.0 47 7.1 30 8 0.049 54.81
실시예 4 2.0 49 6.9 28 9 0.050 53.27
실시예 5 2.1 49 7.0 30 8 0.048 54.86
실시예 6 2.2 50 7.3 28 9 0.048 55.62
실시예 7 2.2 50 7.3 29 9 0.048 55.71
실시예 8 2.0 47 6.8 33 7 0.049 54.26
실시예 9 1.9 48 6.0 25 6 0.053 51.02
실시예 10 1.8 45 6.5 30 8 0.049 53.64
실시예 11 1.9 46 6.2 31 7 0.050 53.98
실시예 12 1.7 44 5.7 26 6 0,052 52.38
실시예 13 1.9 45 6.2 27 7 0.053 53.91
실시예 14 2.0 45 6.5 28 6 0.051 54.03
비교예 1 2.0 46 6.7 27 8 0.051 53.21
비교예 2 2.8 41 4.6 38 10 0.048 55.22
비교예 3 2.9 43 4.8 36 10 0.051 55.99
비교예 4 1.4 51 7.8 20 5 0.054 49.26
비교예 5 2.6 42 5.5 36 10 0.047 56.98
표 6에서 보듯이, 본 발명의 폐콘크리트, 폐도자기, 폐유리, 소지토 및 석영퇴적사를 포함하여 제조된 통수 블록은 폐콘크리트 45~70중량%, 폐도자기 5~13중량%, 폐유리 3~5중량%, 소지토 10~14중량% 및 석영퇴적사 4~16중량%로 조성될 때, 가장 좋은 압축강도, 휨강도 및 통수성을 나타냈으며, 우수한 단열성 및 방음성을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 폐자재 원료를 3가지 모두 포함하여 제조된 통수 블록이 단독으로 포함하거나 2가지 원료만을 포함하여 제조된 통수 블록에 비해 전체적인 물성이 더 좋은 것으로 나타났다.
또한, 반응조건을 달리하여 제조된 통수 블록의 물성을 실시예의 통수 블록과 비교한 결과, 비교예 1(폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리를 입도 조정하지 않은 경우)은 강도 및 흡수율이 다소 낮았으며, 비교예 2(압력을 낮춘 경우)는 강도가 낮은 것으로 나타났다. 비교예 3(소성 온도를 낮춰 1000℃로 가열한 경우)은 강도가 낮고, 통수성이 너무 높은 것으로 나타났으며, 비교예 4(소성 온도를 높여 1350℃로 가열한 경우)는 통수성이 낮은 것으로 나타났다. 비교예 5(기공률을 증가시킨 경우)는 통수성이 너무 높아 강도가 떨어지는 것으로 나타났다.
도 1은 본 발명의 제조공정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명과 관련한 이론조성을 나타내는 표 1과 연관된 주원료들 고유의 3성분계에 따른 이론 조성점(36개)을 나타낸 것이다.
(※ 조성점 참조 1 : 요업공학, 한양대학교 산업과학연구소, 1994년, p41, 그림 2-40 3성분계의 조성비 도시법
조성점 참조 2 : 요업제조실습, 한양대학교 산업과학연구소, 1994년, p43, 그림 1-84 장석, 카올린, 석영계 삼각 좌표
조성점 참조 3 : 요업공학 핸드북, 일본 요업협회,김영진, 김덕윤 공역, 1979, p1250 그림 6.1(a, b, c) 磁器의 組成範圍)

Claims (18)

  1. 분체 상의 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리에서 선택되는 하나 이상의 폐자재와 소지토 및 석영퇴적사를 포함하는 원료를 1100 내지 1250℃의 온도로 가열하여 원료 분체를 표면 융해시켜 제조되는 고강도 통수 블록.
  2. 제1항에 있어서, 상기 통수 블록은 폐콘크리트, 폐도자기, 폐유리, 소지토 및 석영퇴적사를 모두 포함하는 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폐콘크리트, 폐도자, 폐유리 및 석영 퇴적사는 0.5~4.5mm의 입경을 가지며, 상기 소지토는 0.001~0.5mm의 입경을 갖는 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록.
  4. 제2항에 있어서, 상기 통수 블록은 폐콘크리트 0.001~99중량%, 폐도자기 0.001~30중량%, 폐유리 0.001~10중량%, 소지토 0.001~20중량% 및 석영퇴적사 0.001~20중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록.
  5. 제2항에 있어서, 상기 통수 블록은 폐콘크리트 45~70중량%, 폐도자기 5~13중량%, 폐유리 3~5중량%, 소지토 10~14중량% 및 석영퇴적사 4~16중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록.
  6. 제5항에 있어서, 상기 통수 블록은 폐콘크리트 65∼70중량%, 폐도자기 6∼10중량%, 폐유리 3∼5중량%, 소지토 11~13중량% 및 석영퇴적사 8∼12중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 통수 블록은 장석, 지르콘 및 산화마그네슘을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 통수 블록은 장석 4~5중량%, 지르콘 2~6중량% 및 산화마그네슘 1~3중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서. 상기 통수 블록은 CMC, 전분 및 밀가루로 구성된 군에서 선택되는 기공 형성제를 추가로 포함하고, 상기 기공 형성제를 연소시켜 증가된 열린 기공률을 갖도록 제조되는 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 통수 블록의 기공률은 25 내지 31%인 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록.
  11. (a) 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리에서 선택되는 하나 이상의 폐자재를 분쇄하고 체분리하여 0.5~4.5mm의 입경을 갖는 원료 분체를 선별하는 단계;
    (b) 상기 원료 분체에 0.001~0.5mm의 입경을 갖는 소지토 및 0.5~4.5mm의 입경을 갖는 석영퇴적사를 혼합하는 단계;
    (c) 상기 혼합된 원료를 금형 몰드에 충진하고, 50~100kg/㎠로 가압하여 기공이 형성되도록 블록을 성형한 후, 150~200℃로 열풍건조시키는 단계;
    (d) 상기 건조된 블록을 1100~1250℃의 온도 범위로 가열하여 원료 분체간에 표면 융해를 일으켜 기공률이 25~31%가 되도록 소성하는 단계를 포함하는, 고강도 통수 블록의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리를 분쇄하고 체분리하여 0.5~4.5mm의 입경을 갖는 원료 분체를 선별하고,
    상기 단계 (b)에서 혼합되는 각 성분의 함량은 폐콘크리트 45~70중량%, 폐도자기 5~13중량%, 폐유리 3~5중량%, 소지토 10~14중량% 및 석영퇴적사 4~16중량%인 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 단계 (a) 이후에, 상기 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리의 원료 분체를 3.35~4.5mm 입경의 큰 입자, 1.0~3.35mm 입경의 중간 입자 및 0.5~1.0mm 입경의 작은 입자로 분류한 후, 큰 입자 35∼45중량%, 중간 입자 25∼35중량% 및 작은 입자 25∼35중량%가 되도록 입도 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 고강도 통수 블록의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서, 블록의 상층부 및 하층부의 입자 조성을 구분하여 통수 블록을 제조하는 방법으로서,
    상기 단계 (a) 이후에 상기 폐콘크리트, 폐도자기 및 폐유리의 원료 분체를 3.35~4.5mm 입경의 큰 입자, 1.0~3.35mm 입경의 중간 입자 및 0.5~1.0mm 입경의 작은 입자로 분류한 후, 하층부는 큰 입자 38중량%, 중간 입자 38중량% 및 작은 입자 24중량%가 되도록 입도 조정하고, 상층부는 중간 입자 30중량% 및 작은 입자 70중량%가 되도록 입도 조정하여 블록의 상층부 및 하층부의 입자 조성을 구분시키고,
    단계 (c)에서 하층부를 구성하는 원료 분체를 먼저 충진한 후, 상층부를 구성하는 원료 분체를 충진하여 가압 및 열풍 건조하는 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록의 제조방법.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 단계 (b)의 원료 혼합시, 장석, 지르콘 및 산화마그네슘을 추가로 첨가하여 혼합하는 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록의 제조방법.
  16. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 단계 (b)의 원료 혼합시, CMC, 전분 및 밀가루로 구성된 군에서 선택되는 기공 형성제를 추가하고, 단계 (d)에서 상기 기공 형성제를 연소시켜 증가된 열린 기공률을 갖도록 제조하는 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록의 제조방법.
  17. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 단계 (b)의 원료 혼합시, 안료를 추가로 첨가하거나, 단계 (c)에서 블록을 성형한 직후 안료를 분사하여 색을 입히는 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록의 제조방법.
  18. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 단계 (c)에서 블록 상부 표면에 요철을 갖도록 블록을 성형하는 것을 특징으로 하는, 고강도 통수 블록의 제조방법.
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KR102198718B1 (ko) * 2020-06-04 2021-01-05 주식회사 이노블록 고밀도 블록 제조방법 및 그에 의해 제조된 고밀도 블록

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