KR20140104290A

KR20140104290A - 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 보도블럭

Info

Publication number: KR20140104290A
Application number: KR1020130018295A
Authority: KR
Inventors: 김성원; 서재문
Original assignee: 김성원; 서재문
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-08-28
Also published as: KR101494421B1

Abstract

본 발명은 폐주물사를 이용하여 보도블럭을 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 보도블럭에 관한 것이다. 본 발명에 따른 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법은, 폐주물사를 분말 형태로 분쇄하는 단계; 상기 폐주물사 분말을 미리 설정된 혼합재료와 혼합하는 단계; 상기 혼합된 상태에 바인더 수용액을 투입하여 배합하는 단계; 상기 배합된 재료를 원하는 보도블럭 형태로 프레스 성형하는 단계; 상기 프레스 성형된 보도블력을 가열로 내에서 소성하는 단계; 및 상기 소성이 완료된 보도블럭을 냉각하는 단계를 포함한다.

Description

폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 보도블럭{METHOD FOR MANUFACTURING SIDEWALK BOCK USING WASTE MOLDING SAND AND THE SIDEWALK BOCK THEREOF}

본 발명은 보도블럭 제조방법에 관한 것으로서, 특히 폐주물사를 이용하여 보도블럭을 제조함에 있어서 제조비용의 절감 및 유해물질의 제거가 가능하고 고강도의 보도블럭을 제조할 수 있도록 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 보도블럭에 관한 것이다.

주물공장에서 발생하는 폐주물사는 대부분 외부로 폐기처리하고 있다. 이러한 폐주물사의 폐기는 환경오염을 유발하고 침출수에 의한 수질오염을 초래하고 나아가 생태계에 큰 피해를 입히게 된다. 또한, 폐주물사는 우선 폐기 처분시에 상당한 폐기물 수거 비용이 소요되므로 경제적 손실도 가져온다.

종래에 폐주물사의 재활용은 복토용, 시멘트 공장의 규사 원료, 제철소나 금속제련 공장의 조제제 등으로 사용하는 예가 있으며, 최근에는 건축자재, 보강재 등으로 재활용하는 예로 확대되고 있다. 하지만, 이러한 예는 아직 매우 미미한 수준이며, 이에 대한 수요가 적어 본격적인 재활용의 목적을 달성하지 못하고 있다.

이에, 해당 기술분야에서는 환경오염을 줄이고 자원의 절약 및 재활용 효과를 높일 수 있는 폐주물사 재활용에 대한 기술개발의 요구가 고조되고 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점 및 요구에 대응하여 폐주물사를 이용하여 보도블럭을 제조하는 방법 및 그 제조방법으로 제조된 보도블럭을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 추가적인 공정이나 비용이 발생하지 않고 고강도 및 내구성이 우수한 보도블럭을 제조할 수 있는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제보방법 및 그 보도블럭을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 보도블럭 제조과정에서 탄소배출을 줄이고 소결이 진행되는 동안 유해물질을 완전히 제거할 수 있도록 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법은, 폐주물사를 분말 형태로 분쇄하는 단계; 상기 폐주물사 분말을 미리 설정된 혼합재료와 혼합하는 단계; 상기 혼합된 상태에 바인더 수용액을 투입하여 배합하는 단계; 상기 배합된 재료를 원하는 보도블럭 형태로 프레스 성형하는 단계; 상기 프레스 성형된 보도블력을 가열로 내에서 소성하는 단계; 및 상기 소성이 완료된 보도블럭을 냉각하는 단계를 포함한다.

본 발명에서, 상기 혼합재료는 장석 및 점토를 포함한다.

이때, 바람직하게는 상기 장석은 40~50%를, 점토는 5~10%를 포함한다.

본 발명에서, 상기 혼합재료는 석탄재, 화산석, 벤토나이트, 글라스비드 중 선택된 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

본 발명에서, 상기 배합된 재료에서 바인더 수용액을 제외한 무게 중 상기 폐주물사의 무게는 40~50%이다.

여기서, 상기 배합된 재료 중 석탄재는 5~20%의 비율을 차지한다.

본 발명에서, 상기 바인더 수용액의 농도는 50~110%이다.

이때, 상기 배합된 재료의 수분율은 4~20%이다.

이때, 상기 수분율은 상기 폐주물사의 비율에 비례적으로 증가한다.

본 발명에서, 상기 폐주물사를 분말 형태로 분쇄하는 단계 이후에, 상기 분말 형태의 폐주물사에 포함된 철분을 제거하는 단계; 및 상기 철분이 제거된 폐주물사에서 수분을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서, 상기 소성시의 온도는 850~890℃이다. 보다 바람직하게는 상기 소성시 온도는 870℃로 12~17분간 유지한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기와 같은 각 제조방법 중 어느 하나의 방법으로 제조된 보도블럭을 제공한다.

본 발명에서, 상기 보도블럭의 강도는 5~7.33㎫인다.

본 발명에서, 상기 보도블럭은 전체 재료 중 샤모테 40%, 장석 10~20%, 글라스비드 20%를 포함하고 수분율은 6~8%이다.

이때, 상기 보도블럭은 석탄재 10~20% 또는 점토 5~10% 중 적어도 하나 이상을 선택적으로 더 포함할 수도 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법 및 그 보도블럭은 다음과 같은 효과를 가져온다.

즉, 본 발명에 의하면 폐주물사에는 고가의 벤토나이트가 많이 포함되어 있으므로 이를 재활용할 경우에 막대한 수입 대체 효과가 기대된다.

또한, 본 발명에 의하면 주물공장에서 발생하는 폐주물사를 폐기처리하지 않고 재활용하므로 생태계 파괴 및 환경오염을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 유통이 원활하고 사용량은 많으나 공급 가격이 비싸 특정 부분에만 수요가 발생하는 보도블럭을 폐주물사를 이용하여 제조하기 때문에 원가절감을 통한 가격경쟁력을 확보할 수 있고 다양한 분야에 적용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법의 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 소성이 덜 된 시편의 표면과 단면을 나타낸 사진.
도 3은 본 발명에 따른 소성 과반응된 시편의 표면과 단면을 나타낸 사진.
도 4는 본 발명에 따른 낮은 소성온도에서 소성한 보도블럭의 실험결과를 보인 사진.
도 5에 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속식 전기로의 단면구조도.
도 6은 본 발명에 따른 연속식 전기로에서 소성된 보도블럭의 표면.
도 7은 본 발명에 따른 보드블럭의 강도테스트를 위한 만능시험기의 예시도.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 각 실시 예에 따른 보도블럭의 강도 테스트 결과를 보인 그래프.
도 13은 본 발명에 따른 보도블럭에 대한 환경유해물질 검출시험 결과를 나타낸 도면.
도 14는 본 발명에 따른 보도블럭의 백화현상, 부유물 및 이물질 검출을 위한 실험 예.

본 발명은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지의 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 예에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법의 공정도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법은 폐주물사의 분쇄과정(110), 혼합재료와의 혼합과정(120), 바인더 수용액과의 배합과정(130), 프레스 성형과정(140), 소성과정(150) 및 냉각과정(160)을 포함한다.

폐주물사의 분쇄과정(110)에서는 폐주물사를 분말(powder) 형태로 분쇄한다.이 과정에서는 바람직하게는 파쇄기를 이용하여 폐주물사를 일정한 크기로 파쇄한 후 다시 분쇄기를 이용하여 분말 형태로 분쇄하도록 한다. 이때, 본 실시 예에서 폐주물사는 생형사를 사용할 수 있지만, 바람직하게는 생형사에 비해 규사질과 점토질이 대부분이어서 간단한 분쇄과정만 거쳐 쉽게 재활용할 수 있다는 장점이 있는 샤모테를 사용한다. 필요에 따라 샤모테에 석탄재를 더 추가할 수도 있다. 이들 생형사와 샤모테는 보도블럭 제조에 필요한 규사와 점토질 성분이 다량 함유됨이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이들 두 종류의 재료에 한정되지 규사질와 점토질 성분이 함유된 다른 재료들도 이용할 수 있다. 또한, 폐주물사는 30~60mesh의 크기로 분쇄함이 바람직하다. 왜냐하면 이 범위을 벗어나면 후술하는 혼합과정(120)에서 폐주물사 분말이 다른 혼합재료와 혼합이 잘 이루어지지 않기 때문이다.

도면에 도시하지 않았으나, 본 발명의 다른 실시 예에서는 폐주물사 분쇄과정(110) 이후에 분말 형태의 폐주물사에 포함된 철분을 제거하는 과정과, 그 철분이 제거된 폐주물사에서 수분을 건조하는 과정이 더 진행될 수도 있다. 이는 혼합과정(120)과 배합과정(130)이 원활하게 이루어지도록 하고 보도블럭 제품의 강도 등을 유지하기 위한 전처리 과정에 해당된다.

혼합과정(120)에서는 상기와 같이 분쇄된 폐주물사 분말을 미리 설정된 혼합재료와 혼합한다. 본 실시 예에서 이러한 혼합재료는 장석 및 점토를 포함한다. 장석은 보도블럭의 표면을 단단하게 만드는 역할을 한다. 장석이 많으면 보도블럭의 형태를 유지하면 모서리의 균열이 적지만 너무 많이 사용할 경우 제품의 경도가 지나치게 높아 충격에 파손될 우려가 있으므로, 제조하고자 하는 보도블럭의 특성에 따라 적절하게 제한할 필요가 있다. 또한, 장석은 후술하는 배합과정(130)에서 바인더 용액이 첨가될 때 좁쌀크기의 알갱이로 뭉쳐 딱딱하게 되기 때문에 장석의 비율을 최소화하거나 비중을 줄일 필요가 있다. 본 실시 예에서는 40~50%로 함이 바람직하다. 그리고, 점토는 자체에 상당한 수분을 포함하고 있기 때문에 주변의 다른 물질에 잘 달라붙고 장석과 마찬가지로 수분을 빨아들여 알갱이 형태로 딱딱해진다. 또한, 수분이 많이 첨가되면 진흙처럼 덩어리가 생성되어 프레스 성형과 탈영에 문제가 많다. 따라서, 점토의 비율은 최대 10%를 넘기지 않도록 하며, 본 발명에서는 바직하게는 5~10%의 범위를 유지한다.

또한, 폐주물사와 같이 석탄재는 규사질이 다량 함유되어 있고, 화산석은 부피를 늘리되 무게를 감소시키는 효과는 물론, 투수성과 흡습성 기능을 보도블럭에 부여할 수 있는 효과가 있으며, 벤토나이트는 점토의 대체재 똔느 보완재로 사용할 수 있으며 후술하는 배합과정(130)에서의 바인더 수용액과의 배합시 수분율을 조절하고 보드블럭 성형품 외관의 매끄러움을 유지하는 기능이 탁월하다. 이러한 벤토나이트는 무게의 5배까지 수분을 흡수하며 물리적으로 점결시키는 성질이 있지만 화학변화는 일으키지 않아 다른 재료의 고유특성에 영향을 주지 않는다.

배합과정(130)에서는 상기와 같이 폐주물사 분말과 혼합재료가 혼합된 상태에서 바인더 수용액을 투입하여 배합한다. 바인더 수용액은 바인더를 물에 용해시켜 만든다. 이러한 바인더 수용액을 폐주물사 분말과 혼합재료가 혼합된 재료에 부어 배합하도록 한다. 여기서, 바인더 용액은 폐주물사 분말과 혼합재료의 혼합이 모두 끝난 뒤에 투입함이 바람직하지만 혼합재료의 특성에 따라 투입순서를 변경해도 무방하다. 본 실시 예에서는 바람직하게는 혼합재료의 혼합 전에 투입되면 폐주물사가 딱딱해질 수 있으므로 혼합과정(120) 이후에 투입되도록 한다. 이와 같이, 물은 각 재료들을 유기적으로 결합시키는 역할을 함과 동시에 바인더의 용해를 위해 사용되며, 이후 후술하는 소성과정(150)에서 가열시 모두 증발된다. 또한, 바인더는 화학적 작용으로 재료의 녹는점을 900℃ 미만으로 낮추면 소성과정에서 모두 증발한다. 나아가, 바인더는 규사질의 녹는점을 낮추어 저온소성이 가능하게 하는 역할을 하기 때문에 보도블럭에 포함되는 폐주물사의 비율에 따라 가감하여 사용하게 되며 이에 따라 수분율도 조절된다. 특히, 폐주물사의 비율이 높을수록 수분율도 이에 비례하여 증가한다.

여기서, 본 발명에서 중요한 부분은 혼합재료의 비중, 바인더 수용액의 농도, 수분율, 소성온도 등이다. 본 발명은 많은 실험을 통해 이를 결정한다. 바람직하게는 배합과정(130)에서 배합된 재료에서 바인더 수용액을 제외한 무게 중 폐주물사의 무게는 40~50%로 하고, 석탄재는 5~20%의 비율을 차지하도록 한다. 바람직하게는 10%의 비율로 한다. 또한, 바인더 수용액의 농도는 50~110%로 하고 배합된 재료의 수분율은 4~20%로 한다. 여기서, 재료합시 수분율은 재료의 배합과 프레스 성형에 있어서 중요한 변수이다. 배합과정(130)에서 배합된 재료의 수분이 많으면 덩어리가 져서 모든 재료들이 균일하게 섞이지 않고 이러한 상태로 프레스 성형을 하면 금형의 상판 또는 하판에 달라붙거나 탈영이 제대로 이루어지지 않는 문제가 발생하고, 계속되는 작업으로 금형에 재료들이 달라붙어 제품의 상품가치를 떨어뜨리는 역효과가 발생하게 된다. 또한, 수분이 많으면 소성과정(150) 중 수분제거 구간의 시간이 지연되어 전체 공정에 차질이 생기게 된다. 마찬가지로 수분이 완전히 제거되지 않으면 제품에 얼룩이 지거나 균열 휘어짐 현상 등이 발생하게 된다. 또한, 바인더 수용액은 폐주물사에 포함된 규사의 녹는점을 낮추어 저온에서 소성 및 소결이 가능하게 한다. 이러한 바인더 수용액의 농도가 높으면 규사의 반응을 빠르게 하여 다른 재료보다 먼저 변형이 시작되고 결국은 제품의 형상이 무너지는 문제를 발생하게 한다. 반대로 바인더 수용액의 농도가 낮으면 소성시 재료들의 화학적 결합이 덜되어 완전히 소결되지 않으면 이를 가능하게 하기 위해 소성온도를 높여야 하는 부차적인 문제가 생긴다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 문제를 해결할 수 있도록 바인더 수용액의 농도를 50~110%로 유지하도록 한다. 그리고, 배합된 재료의 수분율은 재료의 배합에 큰 영향을 주므로 이에 대한 조절도 필요하다. 수분율이 높으면 질척거리거나 재료들이 덩어리 형태로 뭉치고 심한 경우 겔(gel)화 되기도 한다. 반대로 너무 낮으면 각각의 재료들이 유기적으로 뭉치지 않고 충분히 섞이지 않는다. 따라서, 이러한 문제를 해결하도록 배합된 재료의 수분율은 4~20%를 유지한다. 본 실시 예에서 수분율은 6~8%로 한다. 폐주물사는 자원재활용을 극대화하기 위해 바인더 수용액을 제외한 상태에서 전체 무게의 40~50%를 유지한다.

프레스 성형과정(140)에서는 상기와 같이 배합된 재료를 원하는 보도블럭 형태로 프레스 성형을 실시한다. 이는 보도블럭 형태에 맞는 형틀에 맞춰 프레스 성형함으로써 보도블럭 제품의 형태를 결정하도록 한다.

소정과정(150)에서는 프레스 성형된 보도블럭을 가열로 내에서 소성하도록 한다. 본 실시 예에서 가열로는 전기로를 이용할 수 있다. 예컨대, 연속식 전기로 또는 소형 전기로를 사용할 수 있다. 연속식 전기로는 목표온도까지 올리고 유지하는데 적게는 24시간에서 많게는 48시간이 소요되며 이 기간에 소모되는 전력량이 많아 대량 제조에 유리하다. 소형전기로는 온도조절 및 유지가 편리하고 소량의 제품을 생산하는데 적합하며 밀폐된 공간에서 지속적인 열을 가할 수 있다. 반면 연속식전기로와 달리 제품이 고정되어있고 열을 가하기 때문에 실제 양산에 맞는 방법은 아니다. 소성과정(150)에서 중요한 것은 소성온도이다. 본 실시 예에서는 제조된 보도블럭의 소결상태, 표면 색상, 파손정도, 단면 등의 특성을 확인하여 소성시간과 소성온도를 결정하는 방법으로 적절한 소성온도를 찾는다. 먼저, 소성온도가 너무 낮으면 도 2에 나타난 바와 같이 바인더 수용액과 재료가 반응하지 않아 형태는 갖추어지지만 강도와 경도가 약하고, 장성과 점토의 알갱이들이 규사와 합쳐지지도 않으며 바인더 수용액이 충분함에도 규사의 반응이 일어나지 않는다. 이와 반대로 소성온도가 너무 높으면 도 3에 나타난 바와 같이 과반응이 일어나서 제조된 보도블럭이 부풀어 오르거나 표면과 내부에 기공이 많이 생겨 제품이 충분한 강도를 내지 못하게 된다. 이 경우에 바인더를 줄이면 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있으나 역시 강도가 충분치 않게 되고 바인더를 늘리면 반응속도가 빠르게 증가해서 표면과 내부에 기공이 많이 생기게 된다. 이러한 실험결과를 바탕르로 결정한 소성온도는 850~890℃로 함이 바람직하다. 특히 바람직하게는 최적으로 870℃로 하여 12~17분간 유지한다.

본 발명에 따른 실시 예에서 연속식 전기로를 사용하는 경우 프레스에서 성형된 보도블럭을 SIC PLATE에 올린 뒤 롤러에 연결된 세라믹 봉 위로 열을 받으면서 지나가면서 소성된다. 이때, 전기로의 전체 구간의 시간은 평균 160~180분이며, 4개의 구간으로 나뉘어 속도가 조절된다. 투입구와 수분이 증발되는 상온~350℃ 구간, 소성이 시작되는 350~870℃ 가열구간, 소결이 되는 870℃ 유지구간, 냉각 구간으로 이루어지며 뒤로 갈수록 속도가 조금씩 빨라진다. 저온소성은 870℃ 구간을 통과할 때 소결이 완전히 이루어지는 것이다. 이를 위해서는 수분증발이 적절한 온도와 위치에서 이루어져야하며, 이동속도가 너무 빠르거나 느려서도 안 된다. 도 4는 본 발명에 따른 소성온도가 830~840℃일 때의 보도블럭의 실험 결과를 보인 사진이다. 이 경우, 재료들이 완전히 반응하지 않아서 색상이 붉은색을 띠고 형태는 갖추었으나 강도가 약해 푸석거리고 일부는 표면에 깊은 균열이 생기기도 했다. 이러한 실험을 통해 소성의 온도는 850~890℃로 유지함이 바람직함을 알 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 본 실시 예에 따른 연속식 전기로의 단면구조를 살펴보면, 상부와 하부에 히터봉(41)이 위치하며 보도블럭 제품(42)은 세라믹 봉으로 이어진 롤러(43)를 타고 이동한다. 단열재(44)는 이중구조로 되어 있으며 내화벽돌로 주로 구성된다. 온도계(45)는 중앙부 상단에 위치하며 각 온도제어 구간의 중심에 배치된다. 이러한 연속식 전기로에서 만들어진 보도블럭 제품이 도 6에 도시되어 있다. 도면에서 알 수 있듯이 모서리 끝부분까지 기공이 형성되어 있다. 기공이 끝부분까지 생기는 것은 모든 부분에서 바인더 수용액과 재료들이 반응했다는 것이다. 또한, 형상이 무너지지 않고 색상도 짙어졌으며 보다 자연석의 느낌에 가깝게 제조된 것을 확인할 수 있다. 이로써 900℃ 미만인 870℃에서 완전한 소결이 이루어지며 시험로에서 만들어진 제품과 동일하거나 더 뛰어난 품질의 제품을 연속식 전기로에서 대량으로 생산할 수 있음을 증명할 수 있게 되었다.

이후에, 냉각과정(160)에서는 상기와 같이 소성이 완료된 보도블럭을 서서히 냉각하도록 한다. 이와 같이 냉각이 마무리되면 보도블럭의 제조가 완료된다. 이때 온도를 서서히 낮추면서 냉각할 수도 있다.

본 발명은 상기한 여러 과정(110~160)을 통해 제조된 보도블럭을 제공한다. 이러한 보도블럭은 5㎫ 이상의 강도를 갖는다. 이를 위해 소성온도를 850~890℃로, 보다 바람직하게는 870℃로 유지하고 혼합재료, 바인더 수용액의 농도, 수분율 등의 조건을 상기한 바와 같이 맞추어 상기의 제조방법으로 제조된 폐주물사를 이용한 보도블럭 시편에 대한 강도 테스트를 실시하였다. 강도 테스트는 친환경설계제품기술개발사업의 연구장비용으로 구매한 IDTNT사의 만능시험기(도 7참조)를 사용했다. 3점 굽힘 시험이 가능한 장비로 재료와 두께와 크기에 따라 지지대의 거리를 조절하고 파단점에서 바로 시험을 종료하는 조건으로 강도 테스트를 진행했다. 시험에 사용된 일례에 따른 보도블럭의 성분비율은 다음 표1과 같다.

NO	주재료	부재료	강도
NO	샤모테	석탄재	강도
1	40%	40%	3.93
2	60%	20%	2.51

위 표1은 샤모테와 석탄재를 규사의 대체재 가능성을 확인하기 위한 실험이다. 샤모테 40% 이상 포함되고, 샤모테와 석탄재이 총합이 무게의 80%를 차지하도록 구성했다. 시편의 특성은 하기 표2와 같고 실험결과는 표2 및 도 8에서 알 수 있듯이 석탄재의 첨가가 강도를 높이는 역할을 하는 것으로 확인되었다.

No	시편 특성				동작상태	최대점		파단점
No	너비	두께	단면적	스펜길이	시험속도1	하중	강도	하중	강도
1	300.00	15.00	4500.00	240.00	20.00	736.89	3.93	0.04	0.00
2	300.00	15.00	4500.00	240.00	20.00	471.35	2.51	0.45	0.00
평균	300.00	15.00	4500.00	240.00	20.00	604.12	3.22	0.25	0.00
단위	㎜	㎜	㎟	㎜	㎜/min	N	N/㎟	N	N/㎟

또한, 하기 표3과 같이 석탄재를 많이 사용하고 샤모테와 화산재를 첨가한 시편에 대해 강도를 비교하는 실험을 했다. 실험결과는 표 4 및 도 9에서와 같이 나타나며 석탄재의 양이 늘어나서 전체적인 강도가 증가하였으나 샤모테와 화산재에 따른 강도차이는 약 0.6㎫로 나타났다.

No	주재료	부재료		강도
No	석탄재	샤모테	화산재	강도
1	65%	15%	0%	4.21
2	65%	0%	15%	4.84

No	시편 특성				동작상태	최대점		파단점
No	너비	두께	단면적	스펜길이	시험속도1	하중	강도	하중	강도
1	300.00	10.00	3000.00	240.00	20.00	350.65	4.21	9.14	0.11
2	300.00	10.00	3000.00	240.00	20.00	405.92	4.84	32.80	0.39
평균	300.00	10.00	3000.00	240.00	20.00	376.79	4.53	20.97	0.25
단위	㎜	㎜	㎟	㎜	㎜/min	N	N/㎟	N	N/㎟

상기 실험에서 샤모테와 석탄재가 규사의 대체재 기능을 할 수 있다는 것을 확인하고, 또 다른 실험에서는 제품의 강도를 높이기 위해 하기 표5에서와 같이 글라스비드를 추가한 후 수분율만 다르게 하여 강도를 측정하는 실험을 행하였다. 표5에서와 같이 수분율이 높아지면 강도가 높게 나타남을 확인하였다.

No	주재료	부재료		수분율	강도
No	샤모테	석탄재	글라스비드	수분율	강도
1	40%	30%	20%	6%	4.24
2	40%	30%	20%	8%	5.02

이후에, 수분율을 6%로 고정하고 강도를 높이는 방법을 계속 연구했고 하기 표6과 같이 석탄재 대신 장석을 투입하여 5.74㎫의 강도를 갖는 시편을 개발하였다.

No	주재료	부재료		수분율	강도
No	샤모테	장석	글라스비드	수분율	강도
1	40%	30%	20%	6%	5.74

이러한 시편에 대한 실험결과는 하기 표7 및 도 10에 도시되어 있다.

No	시편 특성				동작상태	최대점		파단점
No	너비	두께	단면적	스펜길이	시험속도1	하중	강도	하중	강도
1	300.00	8.00	2400.00	240.00	20.00	306.26	5.74	97.30	1.82
평균	300.00	8.00	2400.00	240.00	20.00	306.26	5.74	97.30	1.82
단위	㎜	㎜	㎟	㎜	㎜/min	N	N/㎟	N	N/㎟

마지막으로, 재료배합의 변화에 따른 강도를 분석한 결과, 하기 표8과 같이 샤모테, 석탄재, 장석, 글라스비드의 비율에 따라 강도가 차이남을 확인하고 이 재료들을 적절한 비율로 배합하여 목표 강도 5㎫을 뛰어넘는 보도블럭 제품을 만들었다. 표8과 같이 폐주물사인 샤모테를 무게의 40% 이상으로 하고 재생재료인 석탄재 10%, 장석과 글라스비드 각 20%씩 첨가하고 점토를 10%로 재료배합비율를 결정하고 바인더를 폼학한 수분율을 6%로 고정하여 870℃에서 소성시킨 보드블럭 시편의 강도는 표 9 및 도11에 도시된 바와 같이 7.33㎫으로 나타났다.

No	주재료	부재료			수분율	강도
No	샤모테	장석	글라스비드	석탄재	수분율	강도
1	40%	20%	20%	10%	6%	7.33

이러한 시편에 대한 실험결과는 하기 표9 및 도 11에 도시되어 있다.

No	시편 특성				동작상태	최대점		파단점
No	너비	두께	단면적	스펜길이	시험속도1	하중	강도	하중	강도
1	300.00	9.00	2700.00	240.00	20.00	494.99	7.33	464.14	6.88
평균	300.00	9.00	2700.00	240.00	20.00	494.99	7.33	464.14	6.88
단위	㎜	㎜	㎟	㎜	㎜/min	N	N/㎟	N	N/㎟

또한, 계속적인 실험에서 7㎫ 이상의 강도를 갖는 보도블럭을 제조할 수 있었다. 이때의 배합비율은 하기 표 10과 같고, 강도 측정 결과는 표 11 및 도 12와 같다.

No	샤모테	장석	석탄재	글라스비드	점토	바인더	물	강도
1	40%	20%	10%	20%	10%	5%	6%	7.33
2	40%	15%	15%	20%	10%	5%	6%	7.09

한편, 본 발명에 따른 보도블럭을 생산하는 전 과정에서 에너지 낭비를 줄이고 환경에 유해한 요소들을 제거하여 친환경 공정기술을 개발한다. 주 재료로 사용하는 샤모테에 대하여 한국화학융합시험연구원에 환경유해물질 검출시험을 의뢰하여 도 13와 같은 결과를 받았다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 보도블럭에서 나오는 부유물과 밖에서 방치되었을 경우에 생기는 백화현상이 있는지 검증하는 실험을 행하였다. 먼저, 제조된 보도블럭을 외부에 방치하고 2주 간격으로 그 보도블럭의 상태를 관찰하였다. 도 14의 좌측 사진은 8주 후의 보도블럭에 대한 사진으로서 표면의 백화현상을 찾아볼 수 없었다. 우측 사진은 보도블럭이 물에 잠겼을 때 발생하는 부유물이나 이물질을 검출하기 위한 실험이다. 역시 8주 후의 모습이며 부유물이나 이물질이 검출되지 않았다.

이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

주물공장에서 발생하는 폐주물사는 대부분 매립하거나 폐기하고 있어 환경오염 및 생태계 파과의 원인이 되므로 이를 해결할 기술개발이 요구되고 있다. 또한, 보도블럭은 유통이 원활하고 사용량이 많으나 재활용 재료로 만든 제품은 극히 드물고 공급가격이 비싸 특정 부분에만 수요가 발생하고 있다.

이러한 측면에서 볼 때, 본 발명은 폐주물사를 폐기하지 않고 재활용하여 보도블럭을 제조할 수 있도록 함으로써 자원재활용에 따른 비용절감, 폐주물사 매립 및 폐기에 따른 환경오염 등을 방지할 수 있도록 하고 제조과정에서도 탄소발생을 저감하고 친환경 보도블럭 제품을 제조할 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명은 환경분야, 보도블럭 제조 분야에서 매우 유용하게 이용될 수 있다.

110 : 폐주물사 분쇄과정 120 : 혼합재료의 혼합과정
130: 바인더 수용액과의 배합과정 140 : 프레스 성형 과정
150 : 소성과정 160 : 냉각과정

Claims

폐주물사를 분말 형태로 분쇄하는 단계;
상기 폐주물사 분말을 미리 설정된 혼합재료와 혼합하는 단계;
상기 혼합된 상태에 바인더 수용액을 투입하여 배합하는 단계;
상기 배합된 재료를 원하는 보도블럭 형태로 프레스 성형하는 단계;
상기 프레스 성형된 보도블력을 가열로 내에서 소성하는 단계; 및
상기 소성이 완료된 보도블럭을 냉각하는 단계; 를 포함하는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 혼합재료는,
장석 및 점토를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 장석은 40~50%를, 점토는 5~10%를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보드블럭 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 혼합재료는 석탄재, 화산석, 벤토나이트, 글라스비드 중 선택된 어느 하나 이상을 더 포함함을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 배합된 재료에서 바인더 수용액을 제외한 무게 중 상기 폐주물사의 무게는 40~50%인 것을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 배합된 재료 중 석탄재는 5~20%의 비율을 차지함을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 바인더 수용액의 농도는 50~110%인 것을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 배합된 재료의 수분율은 4~20%인 것을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 수분율은 상기 폐주물사의 비율에 비례적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법.
제1항에 있어서, 폐주물사를 분말 형태로 분쇄하는 단계 이후에,
상기 분말 형태의 폐주물사에 포함된 철분을 제거하는 단계; 및
상기 철분이 제거된 폐주물사에서 수분을 건조하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 소성시의 온도는 850~890℃인 것을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 소성시의 온도는 870℃로 12~17분간 유지하는 것을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법.
제1항 내지 제12항 중 선택된 어느 한 항에 기재된 폐주물사를 이용한 보도블럭 제조방법에 의해 제조된 폐주물사를 이용한 보도블럭.
제13항에 있어서, 상기 보도블럭의 강도는 5~7.33㎫임을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭.
제14항에 있어서,
상기 보도블럭은 전체 재료 중 샤모테 40%, 장석 10~20%, 글라스비드 20%를 포함하고 수분율은 6~8%인 것을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭.
제15항에 있어서,
상기 보도블럭은 석탄재 10~20% 또는 점토 5~10% 중 적어도 하나 이상을 선택적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 보도블럭.