KR20200031537A

KR20200031537A - 정유 부산물을 이용한 다공성 콘크리트 블록

Info

Publication number: KR20200031537A
Application number: KR1020190112595A
Authority: KR
Inventors: 이병재
Original assignee: 주식회사 샌드네이처
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2020-03-24
Also published as: KR102325443B1

Abstract

본 발명은 고로슬래그시멘트, 플라이애시시멘트, 보통포틀랜드시멘트 중 적어도 하나를 포함하는 결합재, 골재, 유황폴리머 및 혼화제를 포함하며 물-결합재 비율은 15% 내지 45%인 것을 특징으로 하는 다공성 콘크리트 블록을 제공한다.

Description

정유 부산물을 이용한 다공성 콘크리트 블록{POROUS CONCRETE BLOCK USING OIL REFINING BY-PRODUCT}

본 발명은 정유 부산물을 이용한 다공성 콘크리트 블록에 관한 것이다.

콘크리트 블록은 제품의 규격화가 용이하고 시공성이 간편하며 자연석을 대신하여 사용되므로 채석 등에 의한 환경훼손을 방지하는 이점이 있다. 주원료인 시멘크는 국내 천연자원 중에서도 비교적 매장량이 풍부한 석회석을 자원으로 하므로 제조 경쟁력이 높고, 연안의 개발, 부두건설, 어초 투입 등 콘크리트 블록 구조물을 수계 환경에 적용하는 사례가 지속적으로 증가하고 있어 앞으로도 그 수요는 늘어날 것으로 예측된다.

통상적인 콘크리트 블록은 시멘트모르타르를 용도에 따라 다양한 형태로 성형하여 제조한다. 최근에는 친환경적인 기능성을 부여하기 위하여 모르타르에 기타 골재를 첨가하여 제조하기도 한다.

일례로서, 한국등록특허 제10-0802050호에 공지된 저독성 콘크리트 호안블록 제조방법의 구성을 개략적으로 살펴보면, 자갈, 모래, 시멘트, 세리사이트 분말, 크로라이트 분말, 하수오니 소각회를 고르게 혼합시킨 후 물을 주입하여 콘크리트를 반죽하는 단계, 거푸집의 내부에 서로 결속된 철근 골조를 넣은 후 콘크리트를 주입하여 호안블럭을 성형하는 단계, 콘크리트가 굳은 후 거푸집을 분리하여 6~8일간 양생시켜 저독성 콘크리트 호안블럭을 완성하는 단계를 포함하여 구성한다.

이외에도, 다양한 방식의 콘크리트 호안블럭 제조방법에 대한 연구가 지속되고 있다.

본 발명은 내구성능을 향상시키기 위해 콘크리트 내부에 유황폴리머를 혼입하여 제작한 정유 부산물을 활용한 다공성 콘크리트 블록을 제공하는데 그 목적이 있다.

일 실시예에 따르면, 다공성 콘크리트 블록은 고로슬래그시멘트, 플라이애시시멘트, 보통포틀랜드시멘트 중 적어도 하나를 포함하는 결합재, 골재, 유황폴리머 및 혼화제를 포함하며, 상기 다공성 콘크리트 블록의 물-결합재 비율은 15% 내지 45%일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 유황폴리머의 밀도는 1.5g/cm³ 내지 1.7g/cm³이며, 혼입률은 0.1% 내지 30%일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 혼화제는, 밀도는 0.9 g/cm³ 내지 1.3g/cm³ 이고, pH는 6 내지 9이며, Cl 함량은 0.01% 이하이고, 고형분 함량은 40% 내지 50%인 폴리카본산계 AE(air entraining)감수제를 포함하고, 상기 혼화제의 혼입률은 0.01% 내지 3.5%일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 골재의 입도는 5mm 내지 13mm이고, 밀도는 2.53g/cm³ 내지 2.76g/cm³이며, 단위용적질량은 1,400kg/cm³ 내지 1,800kg/cm³이고, 흡수율은 0.2% 내지 3%이며, 실적율은 50% 내지 66%일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 고로슬래그시멘트의 미분말 함량은 25% 내지 65%이고, 밀도는 3.0g/cm³ 내지 3.05g/cm³이며, 분말도는 3,000cm²/g 내지 4,000cm²/g이고, 오토글레이브 팽창도에 의한 안정도는 0.2% 이하이며, SO₃ 성분은 4.5% 이하이고, MgO 성분은 6.0 이하이며, 감열감량은 3.0% 이하일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 플라이애시시멘트의 플라이애시 함량은 5% 내지 25%이고, 밀도는 3.05g/cm³ 내지 3.15g/cm³이며, 분말도는 2,500cm²/g 내지 3,600cm²/g이고, 오토글레이브 팽창도에 의한 안정도는 0.5% 이하이며, SO₃ 성분은 3.0% 이하이고, MgO 성분은 5.0 이하이며, 감열감량은 3.0% 이하일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 보통포틀랜드시멘트의 밀도는 3.0g/cm³ 내지 3.05g/cm³이며, 분말도는 3,000cm²/g 내지 3,400cm²/g이고, 오토글레이브 팽창도에 의한 안정도는 0.8% 이하이며, CaO 성분은 60% 내지 65% 이고, SiO₂ 성분은 20% 내지 23%이며, Al₂O₃ 성분은 4.0% 내지 6.0% 일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 콘크리트 블록의 공극률은 콘크리트 블록의 전체 용적대비 8% 내지 35%일 수 있다.

본 발명에 의하면, 산업부산물 즉 폐기물을 재활용함으로써 자원 재생산의 효과가 있고, 콘크리트 내부에 유황폴리머를 혼입함으로써 화학저항성 등 내구성능 향상의 효과가 있다.

또한, 탄소발생량이 큰 시멘트 산업에서 보통포틀랜드시멘트를 대체할 수 있는 산업부산물을 적용함으로써 탄소저감효과가 있고, 플라이애시, 고로슬래그미분말 등 잠재수경서 물질을 혼입함으로써 콘크리트의 성능향상 효과가 우수하다.

또한, 콘크리트 내부에 형성된 공극(5~35%)이 투수/투기 등의 효과를 나타태어 수질정화 및 식생에 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유황 생산의 구조도이다.
도 2 및 도 3은 시멘트 산업의 이산화탄소 배출 현황을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 콘크리트 블록을 수로 내부 벽면에 적용한 경우를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 콘크리트 블록을 식생이 가능한 환경블록으로 적용한 경우를 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

정유산업부산물을 활용한 다공성 콘크리트 수로 및 환경 블록의 사용재료는 유황폴리머(개질유황) 및 다성분계 시멘트가 사용될 수 있다. 유황폴리머(개질유황)은 원유정제 과정 중 탈황과정에서 부산되는 산업부산물을 재활용한 것이고, 다성분계 시멘트는 기존의 보통포틀랜드시멘트를 대체하여 산업부산물인 플라이애시, 고로슬래그미분말 등 산업부산물을 재활용한 것이다. 산업부산물을 재활용 하지만, 유황 및 다성분계시멘트는 콘크리트의 내구성을 증대시키는 효과가 우수하다. 특히 유황폴리머의 경우 수로에서 발생되는 콘크리트 표면열화를 막아주는 성능이 우수하다.

일 실시예에 따르면, 정유산업부산물을 다공성 콘크리트 블록 및 환경 블록에 적용할 수 있다. 구체적으로, 기존의 일반 콘크리트에 다공성 콘크리트를 적용하여 콘크리트 환경블록으로 적용할 경우, 콘크리트 내부에서 투수, 투기 성능을 가지게 되므로 식물의 생육 및 뿌리 활착에 우수한 성능을 갖는다. 또한, 콘크리트 수로 벽면(측구)에 다공성 콘크리트를 적용할 경우, 유수의 흐름이 다공성 콘크리트를 지나면서 폭기현상으로 수질정화의 효과를 가질 수 있고, 유황폴리머를 적용함으로써 수로 내 화학물질로 인한 콘크리트 복합열화방지에 효과적이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유황 생산의 개략적인 구조도이다.

도 1을 참조하면, SRU Tall Gas가 STM이 적용되고 H2를 투입하여 TGTU Reactor로 전달되고, TGTU Reactor의 출력물이 TGTU WHB에서 STM이 적용되어 Quencher로 제공된다.

Quencher에서 TGTU Reactor의 출력과 SWS Feed D/M 4Kl/hr가 피드백되어 반응한 후 결과물이 TGTGU Amine Absorter로 전달된다. TGTGU Amine Absorter의 반응 출력물은 Incinerator로 전달된다. TGTGU Amine Absorter는 TGTU Reactor의 출력물과 Filter System을 거쳐 피드백된 물질과 Amine Regenerator로부터 피드백된 물질이 반응하여 출력물을 생성한고, TGTU Reactor에서 Filter System으로 전달된 물질은 Amine Regenerator로 전달된다. Amine Regenerator의 출력물인 Acid Gas는 SRU로 전달된다.

정유시설의 탈황공정에서 발생하는 폐기물의 유황은 근래 해외 산유국 및 국내 정유사 설비의 고효율화에 따라 과잉발생 하고 있는 실정이며 유황은 의약품, 화장품, 비료 등과 같은 산업 전반에 걸쳐 소비되나 활용처가 한정되어 있기 때문에 새로운 사용처 및 고부가가치 활용기술 개발이 필요한 실정이다. 광산물 수급현황에 따르면 국내 유황 생산량은 연간 1,200만 톤 이르는 것으로 조사된다.

유황은 화학적으로 우수한 내구성을 지니고 있어 부식성 오염원에 대한 저항성이 뛰어난 특성을 지니고 있다. 따라서 미국, 유럽, 일본과 같은 선진국에서 고내구성 건설재료로서 유황이 사용되고 있으나 국내의 경우 일부 도로포장 구조체에만 적용되고 있어 수로관 및 환경블록 등 콘크리트 2차 제품 적용기술이 미진한 실정이어서 폐기물 및 부산물의 유용자원화 기술개발이 필요하다.

개질유황의 일반 특성

개질유황(유황 폴리머)의 사용은 개질되지 않은 유황에서 발생하는 취성거동 및 내구성 저하의 문제를 해결하기 위함이다. 온도 변화에 의해 가속화 되는 유황의 결정화 과정을 방지하거나 지연시키기 위한 유황 개질제의 개발은 유황 폴리머가 산업 적용 소재로 활용되기 위한 필수적인 연구 과정이라고 할 수 이다. 유황 개질제는 대표적으로 디사이클로펜타디엔(Dicyclopentadiene, DCDP), Oligomer of Cyclopentadiene, Styrene, Olefinic Hydrocarbon Polymers, Bitumen, 5-ethylidene-2norbornene등이 있다. DCPD 개질제는 유황과 골재 혼합물에 유동성을 부여하여 재료의 변형 능력을 증가시키는 작용을 수행하다. 이러한 작용으로 열적, 기계적 특성이 개선되고 유황혼합물의 내구성을 향상시켜 유황 폴리머 소재의 산업 적용 가능성을 높이게 된다.

개질 반응

유황 폴리머를 제조하기 위해 범용적으로 사용되는 디사이클로펜타디엔 (Dicyclopentadiene, DCPD)과 시클로펜타디엔 이량체(Cyclopentadiene dimer, CDP)간 반응은 유황과 DCPD 사이의 발열 반응으로 인해 매우 조심스럽게 이루어져야 한다. 액체 상태의 CPD dimer는 실온에서 단량체(monomer)로 자발적으로 탈 중합(de-polymerization)되며, 이러한 반응은 120~140℃의 승온 구간에서 가속화 될 것이다.

1차 반응은 발열 특성으로 인해 제어하기가 어렵기 때문에 중합 반응이 매우 신중할 필요가 있다. 2차 반응에서는 1차 반응에서 형성된 폴리설파이드(poly-sulfide) 생성물과 반응이 이루어지며 사이클로펜타디엔 다이머와 폴리설파이드-사이클로펜타디엔 생성물 사이에서 반응이 이루어진다. 이 반응은 1차 반응에 비해 발열량이 줄어들지만 여전히 반응 조절이 까다로울 수 있다. 따라서 1,2차 반응에서 발생하는 발열을 제대로 조절하지 못하면 유황 폴리머의 중합 반응이 제대로 이루어지지 않을 뿐 아니라 반응 장치에도 치명적인 손상을 발생시킬 수 있기 때문에 매우 신중하게 반응 조절이 필요하다. 발열 반응의 제어를 제대로 유지하게 되면 선형 폴리설파이드가 형성되어 유황 폴리머의 내구성을 향상시키게 된다. 3차 반응에서는 시클로펜타디엔 단량체와 유황-시클로펜타디엔 생성물이 존재하여, 유황과 올리고머(Oligomer) 사이의 반응이 자발적으로 진행된다. 이 반응에서는 올리고머가 DCPD의 최종 상태로 천천히 분해되기 때문에 유황-시클로펜다티엔 생성물과 올리고머 사이의 반응은 발열이 거의 발생하지 않는다. 이러한 이유로 유황 폴리머 중합에서 발열 반응을 제어하기 위해 올리고머를 사용하게 되는 것이다.

Dicyclopentadiene와 Oligomer

DCPD는 유황을 개질 시 사용되는 첨가제이다. CPD가 상온에서 중합되어 DCPD 형태로 유지되며, 150℃ 이상의 온도를 가하면 다시 CPD가 되는 특성을 가지고 있다. 유황과 DCPD의 중합반응에서 중량비와 온도 유지시간에 따라 유황의 개질의 차이가 발생한다. Oligomer는 여러 종의 원자 혹은 원자단이 수개에서 십수개 서로 반복 연결되어 협성된 분자로 그 물리적 성질이 1 내지 수개의 구성 단위의 증감에 따라 변화하며, 소중합체라고도 한다. 개질유황은 DCPD와 Oligomer 유황의 중합반응 후 생성되게 된다.

저탄소콘크리트 제조 (플라이애시, 고로슬래그미분말 등 활용)

도 2 내지 도 3은 시멘트 산업의 이산화탄소 배출 현황을 설명하기 위한 도면들이다.

도 2 내지 3을 참조하면, 2013년부터 첨가제 사용이 5%에서 10%로 확대되었고, 2015년 석회석 시멘트에 적용되면서 석회석 시멘트의 사용량이 2020년 9.04% 감소하였고, 2030년 총 12.78% 감소한 것을 확인 할 수 있다. 또한, 시멘트 산업의 이산화탄소 배출 현황은 시멘트 산업 발전과 함께 크게 증가하고 있다.

저탄소 콘크리트 개발 필요성

건설산업은 산업전체 CO₂ 배출량의 약 38%를 차지하고 있기 때문에 환경부하에 미치는 영향과 파급력이 매우 큰 분야이다. 현재 대부분의 토목, 건축 등의 건설현장에서 일반적으로 사용되는 콘크리트는 포틀랜드 시멘트를 결합재로 사용하고 있으며, 이와 같은 시멘트 1㎏을 제조하는데 소성과정 등에서 발생되는 CO₂ gas의 양은 약 850~950g으로 보고되고 있어 CO₂ 배출을 최소화한 새로운 결합재의 개발이 시급한 실정이다. 탄소성적표지에 따르면, 콘크리트 1m³을 제조할 때 발생하는 CO₂의 배출 구성은 시멘트 329.46kg(97.73%), 물 0.02kg(0.01%), 잔골재 1.96kg(0.58%), 굵은골재 5.66 kg(1.68%), 기타 에너지원 8.91kg(2.57%)으로 나타났으며 시멘트의 배출구성 비율이 97.73%를 차지하고 있다. 따라서, 저탄소 녹생성장을 위한 해결책으로 시멘트를 대체할 수 있는 산업 부산물 활용 저시멘트 무기결합재 기술개발의 필요성은 매우 중요하다고 볼 수 있다.

탄소배출을 줄일 수 있는 환경부하저감형 콘크리트는 ① 콘크리트의 제조시 환경부하를 저감하는 것, ② 콘크리트의 사용시 환경부하저감을 고려하는 것, ③ 콘크리트를 사용해서 환경부하의 저감을 꾀하는 것(환경부하저감이 가능한 콘크리트)의 3가지로 크게 나눌 수 있다. 이 중 가장 큰 환경부하저감을 도모할 수 있는 방안은 콘크리트의 제조시 환경부하를 저감하는 방법으로 콘크리트 결합재로서 플라이애시, 고로슬래그 미분말과 같은 산업부산물을 혼화재로 이용하여 시멘트 사용량을 저감하는 방법일 수 있다. 고로슬래그 미분말은 제철소에서 발생되는 부산물로써 제철소의 고로에서 발생하는 슬래그 부산물을 분쇄한 미분말을 콘크리트용 결합재로 사용하며 플라이애시는 화력발전소의 석탄 회분말을 콘크리트용 결합재로 사용한다. 이와 같은 산업부산물의 처리는 매립하는 등 환경부하를 증가시키는 영향이 있었으나 유효자원으로써 재활용함에 따라 친환경 건설재료로써 사용할 수 있다. 환경부하저감형 콘크리트의 한 종류인 알칼리 활성화 콘크리트는 슬래그 미분말, 플라이애시를 시멘트량에 치환하여 배합함에 따라 CO₂ 발생량을 감소시킨다.

사용재료 범위

(1) 결합재 (①~③중 선택해서 사용함. 콘크리트 1m³당 사용량: 5~20%)

① 고로슬래그시멘트

- 고로슬래그 미분말의 함량 25∼65 %,

- 밀도 3.0∼3.05 g/cm³, 분말도：3,000∼4,000cm²/g(블레인 시험방법에 의함),

- 오토클레이브 팽창도에 의한 안정도 : 0.2% 이하

- 화학적 성분: SO₃ 4.5%이하, MgO 6.0이하, 감열감량 3.0%이하

- KS L 5210 기준 만족

② 플라이애시시멘트

- 플라이애시 함량 5∼25%,

- 밀도 3.05∼3.15 g/cm³,

- 분말도：2,500∼3,600cm²/g(블레인 시험방법에 의함)

- 오토클레이브 팽창도에 의한 안정도 : 0.5% 이하

- 화학적 성분: SO₃ 3.0%이하, MgO 5.0이하, 감열감량 3.0%이하

- KS L 5211을 만족

③ 보통포틀랜드시멘트

- 밀도 3.0∼3.05 g/cm³,

- 분말도：3,000∼3,400cm²/g(블레인 시험방법에 의함)

- 오토클레이브 팽창도에 의한 안정도 : 0.8% 이하

- 화학적 성분: CaO 60∼65 %, SiO₂ 20∼23 %, Al₂O₃ 4.0∼6.0 %

(2) 골재

① 굵은골재

- 입도 5∼13mm, 13∼25mm, KS규격 골재

- 밀도 2.53∼2.76g/cm³,

- 단위용적질량 1,400∼1,800 kg/m³,

- 흡수율 0.2∼3.0%,

- 실적률 50.0∼66.0%

- 단일입도의 부순돌 및 강자갈.

② 잔골재 (콘크리트 1m³당 사용량: 0.01~20%)

- 입도 5mm이하, 밀도 2.14∼2.84g/cm³, 단위용적질량 1,350∼1,750kg/m³, 흡수율 0.3∼3.0%, KS규격 모래

(3) 유황폴리머

- 결합재 대비 0.1~30% 대체

- 밀도 1.5∼1.7g/cm³,

(4) 혼화제 (사용량：결합재에 대한 질량비로 0.01∼3.5질량%)

- 폴리카본산계 고성능 AE감수제 : 밀도 0.9∼1.3g/cm³, pH 6∼9, Cl-함량이 0.01%이하, 액상형태, 고형분 함량: 40∼50질량%

다공성 콘크리트 제조 조건

- 물-결합재비 : 15∼45%

- 공극률 : 전체 콘크리트 용적대비 8∼35%로 형성

<실시예>

배합 번호		물- 결합재비 (%)	골재 혼입률		결합재			유황폴리머 혼입률 (Wt.%)	고성능 AE감수제 혼입률 (%)
배합 번호		물- 결합재비 (%)	굵은 골재 (Vol.%)	잔골재 (Vol.%)	고로 슬래그 시멘트 혼입률 (Wt.%)	플라이애시시멘트 혼입률 (Wt.%)	보통 포틀랜드시멘트 혼입률 (Wt.%)	유황폴리머 혼입률 (Wt.%)	고성능 AE감수제 혼입률 (%)
비교예 1		25	100	-	-	-	100	-	0.50
실시예	101	25	100	-	-	-	100	10	0.75
	102		100	-	100	-	-	10	0.75
	103		100	-	-	100	-	10	0.80
	104		100	-	-	-	100	5	0.70

[표 1]은 수로용 배합 실시예 및 비교예1 (골재입도:5~13mm, 설계공극률:25%)이다.일 실시예에 따르면, 물-결합재비(%)는 다음의 수식 1에 기반하여 결정될 수 있다.

[수식 1] 물/결합재(고로슬래그시멘트 또는 보통포틀랜드시멘트)×100, 질량비

일 실시예에 따르면, 골재 혼입률은 다음의 수식 2에 기반하여 결정될 수 있다.

[수식 2]골재 혼입률(Vol.%) : (골재/단위골재용적)×100, 용적비

일 실시예에 따르면, 고로슬래그시멘트 혼입률은 다음의 수식 3에 기반하여 결정될 수 있다.

[수식 3] 고로슬래그시멘트 혼입률(Wt.%) : (고로슬래그시멘트/결합재)×100, 질량비

일 실시예에 따르면, 플라이애시시멘트 혼입률은 다음의 수식 4에 기반하여 결정될 수 있다.

[수식 4] 플라이애시시멘트 혼입률(Wt.%) : (플라이애시시멘트/결합재)×100, 질량비

일 실시예에 따르면, 보통포틀랜드시멘트 혼입률은 다음의 수식 5에 기반하여 결정될 수 있다.

[수식 5] 보통포틀랜드시멘트 혼입률(Wt.%) : (보통포틀랜드시멘트/결합재)×100, 질량비

일 실시예에 따르면, 유황폴리머 혼입률은 다음의 수식 6에 기반하여 결정될 수 있다.

[수식 6] 유황폴리머 혼입률(Wt.%) : (유황폴리머/결합재)×100, 중량비

일 실시예에 따르면, AE감수제 혼입률은 다음의 수식 7에 기반하여 결정될 수 있다.

[수식 7] AE감수제 혼입률(Wt.%) : (고성능AE감수제/결합재)×100, 중량비

배합 번호		물- 결합재비 (%)	골재 혼입률		결합재			유황폴리머 혼입률 (Wt.%)	고성능 AE감수제 혼입률 (%)
배합 번호		물- 결합재비 (%)	굵은 골재 (Vol.%)	잔골재 (Vol.%)	고로 슬래그 시멘트 혼입률 (Wt.%)	플라이애시시멘트 혼입률 (Wt.%)	보통 포틀랜드시멘트 혼입률 (Wt.%)	유황폴리머 혼입률 (Wt.%)	고성능 AE감수제 혼입률 (%)
비교예 2		25	100	-	-	-	100	-	0.65
실시예	201	25	100	-	-	-	100	10	0.80
	202		100	-	100	-	-	10	0.80
	203		100	-	-	100	-	10	0.85
	204		100	-	-	-	100	5	0.75

[표 2]는 환경블록용 배합 실시예 및 비교예2 (골재입도:5~13mm, 설계공극률:15%)이다.표 2에서 개시하고 있는 물-결합재비(%), 골재 혼입률(Vol.%), 고로슬래그시멘트 혼입률(Wt.%), 플라이애시시멘트 혼입률(Wt.%), 보통포틀랜드시멘트 혼입률(Wt.%), 유황폴리머 혼입률(Wt.%), AE감수제 혼입률(Wt.%)은 표 1에서 개시하고 있는 수식 1 내지 수식 7을 통해 결정될 수 있다.

배합 번호	공극률(%)	투수계수 (cm/sec)	압축강도 (MPa)	휨강도 (MPa)	동결융해저항성	화학저항성
비교예1	25.60	0.818	13.21	2.20	보통	미흡
101	23.75	0.784	18.02	2.23	우수	매우우수
102	23.21	0.762	17.44	1.99	보통	우수
103	23.53	0.776	18.96	2.14	우수	매우우수
104	24.50	0.760	18.24	2.11	우수	보통
비교예2	15.78	0.501	17.65	2.32	보통	미흡
201	13.52	0.472	21.43	3.58	우수	매우우수
202	13.69	0.469	20.28	3.45	우수	우수
203	13.92	0.453	22.40	3.92	우수	매우우수
204	14.84	0.486	21.98	3.88	우수	우수

[표 3]은 수로 및 환경블록용 다공성 콘크리트의 품질특성이다.동결융해저항성은 -18℃~4℃를 1 싸이클로 하여 상대동탄성계수가 60%될 때까지 싸이클을 측정한 것으로서 다공성 콘크리트의 경우 보통은 40 싸이클 이상이며 우수는 50 싸이클 이상이다. 화학저항성은 5%의 황산(H₂SO₄)용액에 180일 침지시킨 후의 질량감소율로서 미흡은 15% 이상, 보통은 15%이하, 우수는 9%이하이며, 5%이하는 매우우수이다.

배합번호	BOD 소거율 (%)	COD 소거율 (%)	T-N 소거율 (%)	T-P 소거율 (%)	부유물질 소거율 (%)
비교예 1	60.6	62.2	23.5	80.7	80.1
비교예 2	23.0	33.0	12.5	36.9	70.5
101	60.2	65.2	23.1	81.6	76.1
104	62.1	64.5	24.8	84.1	76.5

[표 4]는 수질 및 환경정화용 고기능 콘크리트의 수질정화 특성 [침지 14일 후 측정]이다.일 실시예에 따르면, BOD 소거율은 다음의 수식 8에 기반하여 결정될 수 있다.

[수식 8] BOD 소거율(%) = (표준수의 BOD 농도-침지 14일의 BOD 농도) / (표준수의 BOD 농도) × 100

일 실시예에 따르면, COD 소거율은 다음의 수식 9에 기반하여 결정될 수 있다.

[수식 9] COD 소거율(%) = (표준수의 COD 농도-침지 14일의 COD 농도) / (표준수의 COD 농도) × 100

일 실시예에 따르면, T-N 소거율은 다음의 수식 10에 기반하여 결정될 수 있다.

[수식 10] T-N 소거율(%) = (표준수의 T-N 농도-침지 14일의 COD 농도) / (표준수의 T-N 농도) × 100

일 실시예에 따르면, T-P 소거율은 다음의 수식 11에 기반하여 결정될 수 있다.

[수식 11] T-P 소거율(%) = (표준수의 T-P 농도-침지 14일의 COD 농도) / (표준수의 T-P 농도) × 100

일 실시예에 따르면, SS 소거율은 다음의 수식 12에 기반하여 결정될 수 있다.

[수식 12] SS 소거율(%) = (표준수의 SS 농도-침지 14일의 SS 농도) / (표준수의 SS 농도) × 100

실시예에 대한 품질특성 시험결과를 고찰하여 보면, 공극률은 유황폴리머 혼입에 따라 다소 감소하는 경향을 나타냈으며, 이는 유황폴리머를 결합재의 질량비로 혼입하여 콘크리트 내부의 공극을 일부 충전시켰기 때문이다. 유황폴리머 혼입시 강도(압축, 휨)는 증가하는 경향을 나타내었으며, 동결융해저항성이 증대된다. 또한, 화학저항성 시험결과, 유황폴리머 혼입시 질량감소가 거의 발생되지 않아 효과적이고, 설계공극률이 낮은 다공성 콘크리트에서 더욱 우수한 특성을 나타낸다.

다공성 콘크리트의 수질정화 특성을 살펴보면, 높은 설계공극률에서 BOD, COD, T-N, T-P 및 부유물질 소거율이 증가하는 경향을 나타내었으며, 유황의 혼입은 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이는 콘크리트 내부의 비표면적 증가가 수질정화에 효과적이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 유황폴리머를 적용한 다공성 콘크리트 블록을 측구용 수로 내부 벽면에 배치한 경우의 외형도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 다공성 콘크리트 블록을 식생이 가능한 환경블록으로 적용한 경우를 나타낸 도면이다. 상기의 방법에 의해 다공성 콘크리트 블록과 수로를 제작할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

다공성 콘크리트 블록에 있어서,
고로슬래그시멘트, 플라이애시시멘트, 보통포틀랜드시멘트 중 적어도 하나를 포함하는 결합재;
골재;
유황폴리머; 및
혼화제;를 포함하며,
상기 다공성 콘크리트 블록의 물-결합재 비율은 15% 내지 45%인 것을 특징으로 하는,
다공성 콘크리트 블록.
제1항에 있어서,
상기 유황폴리머의 밀도는 1.5g/cm³ 내지 1.7g/cm³이며, 혼입률은 0.1% 내지 30%인 것을 특징으로 하는,
다공성 콘크리트 블록.
제1항에 있어서,
상기 혼화제는, 밀도는 0.9 g/cm³ 내지 1.3g/cm³ 이고, pH는 6 내지 9이며, Cl 함량은 0.01% 이하이고, 고형분 함량은 40% 내지 50%인 폴리카본산계 AE(air entraining)감수제를 포함하고, 상기 혼화제의 혼입률은 0.01% 내지 3.5%인 것을 특징으로 하는,
다공성 콘크리트 블록.
제1항에 있어서,
상기 골재의 입도는 5mm 내지 13mm이고, 밀도는 2.53g/cm³ 내지 2.76g/cm³이며, 단위용적질량은 1,400kg/cm³ 내지 1,800kg/cm³이고, 흡수율은 0.2% 내지 3%이며, 실적율은 50% 내지 66%인 것을 특징으로 하는 하는,
다공성 콘크리트 블록.
제1항에 있어서,
상기 고로슬래그시멘트의 미분말 함량은 25% 내지 65%이고, 밀도는 3.0g/cm³ 내지 3.05g/cm³이며, 분말도는 3,000cm²/g 내지 4,000cm²/g이고, 오토글레이브 팽창도에 의한 안정도는 0.2% 이하이며, SO₃ 성분은 4.5% 이하이고, MgO 성분은 6.0 이하이며, 감열감량은 3.0% 이하인 것을 특징으로 하는,
다공성 콘크리트 블록.
제1항에 있어서,
상기 플라이애시시멘트의 플라이애시 함량은 5% 내지 25%이고, 밀도는 3.05g/cm³ 내지 3.15g/cm³이며, 분말도는 2,500cm²/g 내지 3,600cm²/g이고, 오토글레이브 팽창도에 의한 안정도는 0.5% 이하이며, SO₃ 성분은 3.0% 이하이고, MgO 성분은 5.0 이하이며, 감열감량은 3.0% 이하인 것을 특징으로 하는,
다공성 콘크리트 블록.
제1항에 있어서,
상기 보통포틀랜드시멘트의 밀도는 3.0g/cm³ 내지 3.05g/cm³이며, 분말도는 3,000cm²/g 내지 3,400cm²/g이고, 오토글레이브 팽창도에 의한 안정도는 0.8% 이하이며, CaO 성분은 60% 내지 65% 이고, SiO₂ 성분은 20% 내지 23%이며, Al₂O₃ 성분은 4.0% 내지 6.0% 인 것을 특징으로 하는,
다공성 콘크리트 블록.
제1항에 있어서,
상기 콘크리트 블록의 공극률은 콘크리트 블록의 전체 용적대비 8% 내지 35%인 것을 특징으로 하는,
다공성 콘크리트 블록.