KR20160074899A

KR20160074899A - 일라이트와 기능성 혼화재를 포함한 비소성 우수정화 투수콘크리트 제조방법

Info

Publication number: KR20160074899A
Application number: KR1020140183696A
Authority: KR
Inventors: 임남기; 김봉우; 허재원
Original assignee: 동명대학교산학협력단; 신명종합건설(주)
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-06-29
Also published as: KR101636978B1

Abstract

본 발명은 시멘트를 사용하지 않는 친환경 투수콘크리트 기술로 고로슬래그와 알칼리자극제(NaOH, Ca(OH)2, KOH 등)를 혼합하여 AAS(Alkali Activation Slag) 반응을 유도함으로써 친환경적인 비소성시멘트 기술을 진행하며, 우수 등의 정화성능을 향상시키고자 흡착성능이 우수한 일라이트와 기능성 혼화재(Anatase형 TiO2, 합성 Zeolite 등)를 포함하여 타설함으로써 도시 사막화 및 우수 정화가 가능한 비차도용 투수콘크리트 기술 분야에 속한다.

Description

일라이트와 기능성 혼화재를 포함한 비소성 우수정화 투수콘크리트 및 그 제조방법{Omitted}

온실가스 감축은 국제적인 감축 목표에 대한 합의점을 새롭게 도출하고, 각 국가는 국가적인 차원에서 배출저감 의무를 이행할 것으로 전망되는데, 이러한 환경의 문제가 발생되는 분야를 크게 산업, 교통 및 건설로 분류할 때, 이 중에서도 건설분야는 전체 산업 분야 CO2 배출량의 약 38%를 차지하는 것으로 알려져 있는 만큼 지구환경과 인간의 건강복지에 미치는 영향과 파급효과가 큰 분야라고 할 수 있다. 현재 과학기술의 발달과 경제성장은 건축재료의 분야에도 신재료의 개발 및 성능향상을 요구하고 있다.

WTO와 국내 건설시장의 개방에 따른 건축재료의 원가절감과 품질향상에 대한 요구도 가중되고 있는 실정이다. 그 해결책으로 대두되는 기술이 바로 비소성시멘트 기술이며, 여기서 비소성 시멘트란 클링커 무함유 비소성 시멘트(Non-Sintered Cement, 이하 NSC)를 지칭하는 것으로 크게 점토질 광물과 알칼리의 반응을 이용한 지오폴리머(Geo-polymer) 분야와 잠재수경성 물질인 고로슬래그 미분말(Granulated Blast Furnace Slag, 이하 GBFS)을 알칼리로 자극하여 수경성 경화체를 제조하는 알칼리 활성화 슬래그(Alkali Activated Slag, 이하 AAS) 분야로 구분된다. 그동안 시멘트의 원료 및 콘크리트 혼화재료로 일부 사용되었던 고로슬래그는 제철과정 중 산출되는 부산물로써 생산과정 중 클링커의 소성과정이 필요없기 때문에 환경문제의 부담을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 원가절감 측면에 있어서도 기존의 포틀랜드 시멘트와 비교하였을 때 훨씬 더 유리하다고 할 수 있다.

고로슬래그는 물과 접촉하면 입자 표면에 불투성 산성피막으로 인해 경화가 이루어지지 않는다. 이때 반응을 유도하기 위해 강알칼리에 의한 자극제의 역할이 필요하다. 한편 기존의 비소성 시멘트 기술은 대부분 고가의 고미분말 혼화재를 사용하며, 고가의 알칼리 자극제를 대량 사용함에 따라 경제성이 부족하며, 고로슬래그 미분말을 사용할 경우 잠재수경성 특성에 의해 초기 강도 확보가 힘들다는 문제점이 있다.

관련특허문헌 공개번호 10-2012-0078273(출원일: 2010년 12월 31일)을 참조하면, 고로슬래그에 나노기술을 도입하여 나노슬래그와 알칼리 자극제를 사용하여 비소성 시멘트 모르타르를 제조함으로써 소성 시멘트 모르타르에 비하여 이산화탄소의 배출량을 감소시키는 것과 함께 비소성 시멘트 모르타르를 제조하기 위하여 사용되는 알칼리 자극제의 함량을 감소시킬 수 있고 이러한 알칼리 자극제의 사용함량의 감소로 인하여 제조원가를 절감시킬 수 있고, 환경적으로도 유용한 비소성 시멘트 모르타르를 제공할 수 있다고 제시되어 있다.

그러나 우수 정화성능을 개선하기 위한 물질의 포함이 결여되어 있는데 착안하여 본 발명에서는 일라이트와 기능성 혼화재를 함께 타설함으로써 흡착성능이 탁월한 비소성 투수콘크리트를 제시하고자 한다.

특허문헌 공개번호 10-2012-0078273(출원일: 2010년 12월 31일)

도시의 사막화, 집중호우에 의한 재해 등을 방지하기위한 기존의 투수콘크리트기술은 고알칼리성 시멘트 재료사용에 따른 지하수 오염 등이 발생되며 본 기술은 이를 방지하기 위한 시공방법 및 투수콘크리트 제조기술로 시멘트를 사용하지 않음으로 친환경적이며 CO2저감 기술에 해당하며 또한 흡착성능과 중금속 분해가 가능한 일라이트와 함께 표면적에 비례하여 오염저감성능을 가지는 제올라이트 및 이산화티탄을 포함함으로써 흡착과 분해 두가지 성능을 가지는 우수정화기술을 가지는 비차도용 투수콘크리트 제조기술을 제시하고자 한다.

중량비 기준으로 하여, 고로슬래그 20~30%, 물 10~15% , 알칼리자극제 2~5%, 굵은골재 40~60%, 일라이트 3~5%, 제올라이트 1~2%, 이산화티탄 1~3%을 포함하여 이루어진 투수 콘크리트 제조방법에 있어서,

굵은 골재는 먼저 타설하여 다짐 작업을 진행하고

나머지 재료는 교반하여 부어넣기 함으로써 공극률을 유지하며,

상기 알칼리자극제는 수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨 적어도 어느 하느를 포함함을 특징으로 하며

상기 굵은 골재는 20mm이하의 골재 크기로 보행에 무리가 없도록 사전 다짐작업을 수행하며

상기 고로슬래그와 알칼리자극제 및 일라이트를 포함한 조성물은 다수 국소 부위에 분산하여 타설하는

일라이트와 기능성 혼화재를 포함한 비소성 우수정화 투수콘크리트 및 그 제조방법이 제시된다.

본 발명에 의하면, 비소성시멘트기술로 시멘트의 독성 및 고알칼리성에 의한 지하수 오염을 방지하며, 다공질의 일라이트, 제올라이트에 의한 오염물질 흡착기술과 함께 일라이트의 제타전위 및 이산화티탄의 슈퍼옥사이드 이온에 의한 오염물질 분해기술로 지속적인 오염물질 흡착 및 분해를 진행하는 장점이 있다.

도 1은 일라이트의 구조 형상을 도식화 한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고로슬래그 20~30%, 물 10~15% , 알칼리자극제 2~5%, 굵은골재 40~60%, 일라이트 3~5%, 제올라이트 1~2%, 이산화티탄 1~3%을 포함한다. 위의 재료 중 굵은골재는 먼저 타설하여 다짐을 진행하고 나머지 재료는 교반하여 부어넣기 함으로써 공극률을 유지하는 것이 바람직하다.

고로슬래그와 알칼리자극제는 8~10 : 1이 바람직하며, 알칼리자극제는 수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한 골재는 20mm이하의 골재로 보행에 무리가 없도록 충분히 사전 다짐하는 것이 바람직하며, 고로슬래그와 알칼리자극제 및 일라이트를 포함한 기능성혼화재 조성물은 한곳에 타설 후 펴 바르는 것 보다는 분산하여 타설하는 것이 바람직하다.

일라이트은 이질 퇴적암, 열서변질대 및 중성-산성암의 풍화물에서 매우 흔한 2차 광물이며 K+가 풍부한 환경에서 잘 형성되는데, 장석이나 운모류로부터 쉽게 형성되기도며 열수용액으로부터 직접 침전되기도 한다. 일라이트은 셰일이나 사암에서 카올리나이트, 일라이트-스멕타이트 혼합층 상광물과 더불어 가장 풍부한 점토 광물이다.

특히 일라이트은 저온환경에서 스멕타이트로부터 흔히 형성되기 때문에 일라이트 질 점토는 스멕타이트 층과 일라이트 층이 c축 방향을 따라서 규칙적으로 혼합된 복잡한 구조를 보이기도 한다. 이 경우 일라이트-스멕타이트의 혼합층상광물, 또는 혼합층상구조라고 부른다. 일반적인 퇴적환경에서는 속성작용이 진행됨에 따라 점토광물은 스멕타이트로부터 시작하여 I/S혼합층상광물을 거쳐, 최종적으로는 일라이트으로 전이한다. 이같은 전이는 K+의 공급과 반응온도와 밀접한 관련성을 가진다. 특히 I/S혼합층상광물의 특성은 스멕타이트와 더불어 일라이트과 밀접히 관련되기 때문에 점토광물 중에서 아마도 일라이트만큼 오랜 기간동안 주목과 놈쟁의 대상이 되어온 광물도 드물다.

특히 일라이트의 결정도는 속성작용 단계를 해석함에 있어서 매우 중요한 근거로 이용되고 있다. 또한 이를 이용하여 온도를 추정하기도 한다. 특히 지표 및 저온환경에서 형성되는 점토광물은 온도가 높아질수록 보다 안정한 형태로 전이 하면서, 결정의 성장이 일어난다.

일라이트을 비롯한 대부분의 점토 광물은 저온 환경에서 준안정적인 광물상으로 존재하기 때문에 열역학적 정보가 매우 제한되어 있으며, 화학조성 또한 치환관계가 복잡하고 다양하여 여러 종류의 고용체로 구성된다. 그러나 반대로 이러한 점을 잘 이해하면 점토광물의 물리 화학적인 특성을 유추할 수가 있으며, 지질학적 환경해석이나 산업 응용 분야에도 그 활용도가 높다.

일라이트의 결정도는 다양하며, 입자의 물리적 상태도 일정하지 않아 물리화학적인 특징을 일률적으로 적용하든지 규정하기에는 많은 무리가 따른다. 그 때문에 제대로 정립된 일라이트의 물리 화학적 변수를 문헌에서 찾기란 어려우며, 시험자마다 각 상황에 따라 직접 물성치를 측정하는 것이 바람직하다.

Claims

중량비 기준으로 하여, 고로슬래그 20~30%, 물 10~15% , 알칼리자극제 2~5%, 굵은골재 40~60%, 일라이트 3~5%, 제올라이트 1~2%, 이산화티탄 1~3%을 포함하여 이루어진 투수 콘크리트 제조방법에 있어서,
굵은 골재는 먼저 타설하여 다짐 작업을 진행하고
나머지 재료는 교반하여 부어넣기 함으로써 공극률을 유지하며,
상기 알칼리자극제는 수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨 적어도 어느 하나를 포함함을 특징으로 하며
상기 굵은 골재는 20mm이하의 골재 크기로 보행에 무리가 없도록 사전 다짐작업을 수행하며
상기 고로슬래그와 알칼리자극제 및 일라이트를 포함한 조성물은 다수 국소 부위에 분산하여 타설하는
일라이트와 기능성 혼화재를 포함한 비소성 우수정화 투수콘크리트 및 그 제조방법.