KR20230053755A - 질소산화물 및 이산화탄소 저감용 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널 및 그를 이용한 도로방음벽 - Google Patents

질소산화물 및 이산화탄소 저감용 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널 및 그를 이용한 도로방음벽 Download PDF

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KR20230053755A
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최영철
유성원
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가천대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 질소산화물 및 이산화탄소 저감용 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널 및 그를 이용한 도로방음벽에 관한 것이다.
본 발명은 시멘트에 순환유동층 보일러 플라이애시, 이산화티탄 및 활성탄의 혼합조성을 바인더 성분으로 포함한 기포콘크리트용 페이스트에 동물성 기포제를 혼합하여 반죽한 후 성형틀에서 양생된 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널을 제공하고, 상기 다공성 방음패널이 기포콘크리트의 조성특징에 따라 대기 중 오염물질인 질소산화물 및 이산화탄소 저감성능을 동시에 충족하고, 상기 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널의 경량성으로 인해 간편 시공이 가능하고 연결 브라켓을 이용하여 기존의 방음패널 사이에 용이하게 시공할 수 있다.

Description

질소산화물 및 이산화탄소 저감용 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널 및 그를 이용한 도로방음벽{POROUS SOUND ABSORBING PANEL MADE OF THE AERATED CONCRETE FOR REDUCING NITROGEN OXIDE AND CARBON DIOXIDE AND SOUNDPROOF WALL USING THE SAME}
본 발명은 질소산화물 및 이산화탄소 저감용 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널 및 그를 이용한 도로방음벽에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시멘트에 순환유동층 보일러 플라이애시, 이산화티탄 및 활성탄의 혼합조성을 바인더 성분으로 포함한 기포콘크리트용 페이스트에 동물성 기포제를 혼합하여 반죽한 후 성형틀에서 양생된 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널을 제공하고, 상기 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널이 대기 중 오염물질인 질소산화물 및 이산화탄소 저감성능을 동시에 충족하고, 상기 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널의 경량성으로 인해 간편 시공이 가능하고 연결 브라켓을 이용하여 시공된 도로방음벽에 관한 것이다.
산업 발달의 가속화에 따라 대기 중 온실가스 및 미세먼지 증가와 같은 대기오염 문제가 심화되어지고 있다.
대기오염물질은 PM2.5, PM10과 같은 입자상 대기오염물질과 질소산화물, 아황산가스, 일산화탄소 등의 가스상 대기오염 전구물질로 나뉘어진다.
온실가스는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소화불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6)의 6대 온실가스로 지정하여 저감하도록 노력하고 있으며, 이 중 이산화탄소는 주로 석유, 석탄과 같은 화석연료의 연소에 의해 배출되는 것으로 알려져 있다.
또한 질소산화물(NOX)은 NO, NO2 등과 같이 질소와 산소가 결합된 물질로서, 자동차, 항공기, 선박, 보일러, 소각로, 발전기 등에서 사용되는 연료의 연소과정에서 공기중의 질소가 고온에서 산화하여 발생하거나, 연료 내에 함유되어 있는 질소 성분이 열분해되어 NH3, HCN, CN과 같은 저분자량의 질소화합물로 변하고 이들 물질이 산소와 반응하여 발생된다.
이러한 대기오염물질은 인체에 심각한 손상을 초래하며, 통계상 대기오염물질로 인한 사망자 수는 급격하게 증가하는 추세이다.
사람이 가장 활동을 많이 하는 실내의 경우, 미세먼지 및 대기오염물질 차단용 시설을 설치하고 있으며, 이러한 미세먼지 및 대기오염물질 차단용 시설은 일반적으로 필터 방식을 채택하고 있으며, 필터는 대기오염물질 및 미세먼지를 관성, 차단, 확산, 중력 등의 효과에 의해 물리적으로 포집하거나, 정전기력에 의해 전기적으로 포집하는 방식을 채택하고 있다.
반면, 실외의 경우, 아직까지 대기오염물질을 직접적으로 저감시킬 수 있는 방안이 제대로 채택되거나 제안되고 있지 않다.
선행기술로서, 특허문헌 1에는 질소산화물과 미세먼지 저감용 아스팔트 표면의 코팅장치 및 그 방법이 개시되어 있는데, 기존에 존재하는 아스팔트 도로의 표면에 이산화티탄을 포함한 광촉매 물질의 조성물을 분사하고, 그 광촉매 물질의 조성물을 실시간으로 아스팔트 도로의 표면에서 경화시켜서 코팅층을 형성하도록 해줌으로써, 아스팔트 도로의 표면 코팅층에서 질소산화물을 산화시킬 수 있는 아스팔트 표면의 코팅장치 및 그 방법이 개시되어 있다.
또한, 옥외에서 사용되는 방음패널에 대하여, 내수성, 내구성, 내후성 등이 우수하고 자외선에 강한 흡음재로서 경량기포 콘크리트를 적용한 경우가 검토되고 있는데, 그 일례로 특허문헌 2에는 내화, 공기질 개선 및 항균효과를 가지는 경량기포 콘크리트 패널이 개시되어 있다.
구체적으로, 경량기포 콘크리트 패널에 있어서, 결합재로서 알루미나시멘트, 조강시멘트, 초조강시멘트를 사용하고, 골재로서 규사, 메타카올린, 황토분말을 사용하며, 혼화재료로서 고성능감수제, 광촉매(TiO2) 및 목탄을 사용하고 굴곡강도 개선을 위한 보강섬유와 경량성을 위한 식물성 기포제, 동물성 기포제 또는 합성 기포제를 사용하여 흡음, 차음 및 단열효과 외에도 내화, 공기질 개선 및 항균효과를 보고하고 있다.
이에, 본 발명자들은 종래 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 도로이동오염원 즉 자동차, 건설기계에서 배출되는 질소산화물 및 이산화탄소를 저감시킬 수 있는 방음패널을 개발하고자 노력한 결과, 시멘트에 순환유동층 보일러 플라이애시, 이산화티탄 및 활성탄의 혼합조성을 바인더 성분으로 포함한 기포콘크리트용 페이스트에 동물성 기포제를 혼합하여 반죽한 후 성형틀에서 양생된 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널을 제공하고, 상기 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널이 질소산화물(NOX) 및 이산화탄소 저감성능을 동시에 충족하고, 기포콘크리트용 페이스트를 다양한 성형틀을 통해 다양한 무늬의 표현이 가능하며, 상기 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널의 경량성으로 인해 간편 시공을 통해 도로방음벽을 구현할 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
대한민국특허 제2028924호 (2019.10.07 공고) 대한민국특허 제1780294호 (2017.09.21. 공고)
본 발명의 목적은 질소산화물 및 이산화탄소 저감성능을 동시에 구현할 수 있는 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널을 이용하여 시공된 도로방음벽을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시멘트에 순환유동층 보일러 플라이애시, 이산화티탄 및 활성탄의 혼합조성을 바인더 성분으로 포함한 기포콘크리트용 페이스트에 동물성 기포제를 혼합하여 반죽한 후 성형틀에서 양생된 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널을 제공한다.
상기 바인더 성분이 물/바인더 비율 0.25 내지는 0.35로 포함하여 기포콘크리트용 페이스트를 준비하고, 상기 기포콘크리트가 기포율 60 내지 75%인 것으로 경량 기포콘크리트이고, 이때, 상기 기포콘크리트용 페이스트의 밀도가 600∼1,000kg/㎥인 것이다.
본 발명의 기포콘크리트를 구성하는 성분으로서, 순환유동층 보일러 플라이애시는 유리형 산화칼슘(f-CaO) 7 내지 30중량% 함유된 것이고, 이산화티탄은 광촉매로서 아나타제(Anatase) 결정구조 이산화티탄 및 루타일(Rutile) 결정구조 이산화티탄의 혼합형태를 사용하며, 더욱 바람직하게는 아나타제(Anatase) 결정구조 이산화티탄 대비 루타일(Rutile) 결정구조 이산화티탄을 중량비 10∼20% 치환 혼합된 것을 사용한다.
또한, 활성탄은 야자각활성탄 분말 또는 죽탄활성탄 분말이 바람직하다.
본 발명은 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널로 시공되되, 상기 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널이 경량으로 인한 간편시공이 가능하고, 평면형 또는 공기와류형 연결 브라켓으로 방음패널사이에 삽입되어 시공되는 도로방음벽을 제공한다.
본 발명의 도로방음벽은 시멘트 40∼84중량%, 순환유동층 보일러 플라이애시 10∼40중량%, 이산화티탄 1∼5중량% 및 활성탄 5∼15중량%를 함유한 기포콘크리트용 페이스트로부터 성형된 기포콘크리트로 이루어진 방음패널으로 시공됨으로써, 실외 대기오염물질을 직접적으로 저감시킬 수 있는 방안을 제시할 수 있다.
본 발명의 다공성 방음패널은 시멘트에 순환유동층 보일러 플라이애시, 이산화티탄 및 활성탄의 혼합조성을 바인더 성분으로 포함한 기포콘크리트용 페이스트에 동물성 기포제를 혼합하여 반죽한 후 양생하여 얻어진 기포콘크리트를 사용함으로써, 대기오염물질인 질소산화물 및 이산화탄소 저감성능을 동시에 충족할 수 있다.
또한, 기포콘크리트용 페이스트로 적용하기에 양생시 성형틀의 다양한 모양을 채택한다면, 다양한 무늬의 표현이 가능하여 도시 미관적 관점에서 유리하다.
본 발명의 다공성 방음패널의 경량으로 인해 간단 시공이 가능하고, 연결 브라켓을 이용하여 기존의 방음패널 사이에 용이하게 시공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기포콘크리트로 이루어진 방음패널의 사진이고,
도 2는 본 발명의 실시예 1 대비 비교예 1, 2, 3에 대한 질소산화물 저감 성능평가 결과를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 실시예 1 대비 비교예 1, 2, 3에 대한 이산화탄소 흡착 및 저감 성능평가에 결과이고,
도 4는 본 발명의 방음패널을 도로방음벽으로 시공시 사용되는 평면형 연결 브라켓의 최상부 및 최하부 삽입용 브라켓 설계구조 및 제작품 사진이고,
도 5는 본 발명의 방음패널을 도로방음벽으로 시공시 사용되는 평면형 연결 브라켓의 중간 삽입용 브라켓 설계구조 및 제작품 사진이고,
도 6은 본 발명의 방음패널을 도로방음벽으로 시공시 사용되는 와류형 연결 브라켓의 최상부 및 최하부 삽입용 브라켓 설계구조 및 제작품 사진이고,
도 7은 본 발명의 방음패널을 도로방음벽으로 시공시 사용되는 와류형 연결 브라켓의 중간 삽입용 브라켓 설계구조 및 제작품 사진이고,
도 8은 본 발명의 방음패널이 평면형 연결 브라켓으로 시공된 도로방음벽의 모식도이고,
도 9는 본 발명의 방음패널이 와류형 연결 브라켓으로 시공된 도로방음벽의 모식도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 시멘트 40∼84중량%, 순환유동층 보일러 플라이애시 10∼40중량%, 이산화티탄 1∼5중량% 및 활성탄 5∼15중량%를 바인더 성분으로 포함한 기포콘크리트용 페이스트에 동물성 기포제를 혼합하여 반죽한 후 양생된 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널을 제공한다.
구체적으로 상기 성분의 기포콘크리트용 페이스트를 1차 반죽하여 제조한 후 동물성 기포제를 사용하여 기포를 혼합하여 2차 페이스트 반죽을 제조한다.
상기 동물성 기포제는 기포콘크리트 제조 시 사용되는 기포제 군에서 선택 사용할 수 있으며, 시중 판매되는 제품이나 이외 공지된 동물성 기포제에서 채용할 수 있다.
바람직하게는, 동물성 기포제를 이용하여 2차 페이스트 반죽 이후 양생된 기포콘크리트의 기포율은 60 내지 75%가 되도록 조절하는 것이 바람직하며, 상기 기포율 범위일때, 방음패널이 외부영향에 견딜 수 있는 정도로 요구되는 강도 10 내지 15MPa를 충족한다.
더욱 구체적으로, 상기 기포율이 60% 미만이면, 기포콘크리트 패널의 강도는 15MPa 초과범위로 강도를 충족하나, 밀도증가로 기포콘크리트의 밀도가 1,200kg/m3 이상으로 경량성을 확보할 수 없고, 상기 기포율이 75%를 초과하면, 기포콘크리트의 경량성은 확보되나 강도저하로 인해 방음패널의 실외 설치가 불가능한 문제가 있다.
또한, 상기 기포콘크리트용 페이스트의 밀도가 600∼1,000kg/㎥인 것이 바람직하다.
본 발명은 기포콘크리트형 페이스트 형태로 반죽되기 때문에 성형틀을 다양한 모양으로 채택한다면 다양한 무늬의 표현이 가능하여 도시 미관적 관점에서도 유리하다.
이상의 기포콘크리트를 구성하는 바인더 성분으로서, 시멘트는 물 또는 수용액과 혼합할 때 반응하여 경화되는 무기질재료로서, 본 발명에서는 포클랜드 시멘트를 사용하고 실시예에서는 보통포클랜드 시멘트를 사용하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 아니할 것이다.
본 발명은 시멘트에 순환유동층 보일러에서 배출되는 플라이애시, 이산화티탄 및 활성탄을 혼합한 바인더 성분을 물과 바인더간의 비율을 최적화하여 기포콘크리트용 페이스트를 준비한다. 이때, 물/바인더 비율은 0.25 내지는 0.35가 바람직하며, 상기 비율을 벗어나면, 기포콘크리트용 페이스트의 점성이 높아지거나 낮아진다. 이때, 상기 기포콘크리트용 페이스트의 점성이 너무 높아지면, 동물성 기포제로 발생시킨 기포가 페이스트 내부에 분산이 되지 않고 소멸되며, 반대로 기포콘크리트용 페이스트의 점성이 너무 낮아지면, 반죽질기가 묽어져 동물성 기포제로 발생시킨 기포를 연행할 수 있는 성능이 떨어진다.
순환유동층 보일러 플라이애시(CFBC fly-ash)는 순환유동층 보일러를 사용하는 화력발전소에서 배출되는 것으로서, 일반적인 PC보일러를 사용하는 화력발전소에서 배출되는 플라이애시와는 다른 특성을 갖고 있다. 대표적으로 순환유동층 보일러의 경우, 연소 온도가 850∼950℃로 일반 PC보일러에 비해 낮아 배출되는 플라이애시의 입형이 각진 형태이고, 탈황공정이 로내에서 이루어지기 때문에 배출되는 플라이애시의 화학성분에도 차이가 있다.
순환유동층 보일러 플라이애시의 경우, 로내 탈황공정으로 인하여 유리형 산화칼슘(f-CaO)이 존재하며, 그 양은 연료에 따라 다르지만 바람직하게는 7 내지 30중량% 함유된 것이다.
본 발명에서는 사용 연료에 따라 석탄을 사용한 순환유동층 보일러에서 배출되는 플라이애시와 페트로코크스를 연료로 하여 연소시킨 순환유동층 보일러에서 배출되는 플라이애시 등 2종을 사용하였다. 다만, 페트로코크스를 연료로 하여 연소시킨 순환유동층 보일러에서 배출되는 플라이애시의 경우, f-CaO가 30% 이상 포함되어 있어, 그 일부를 소화시켜 사용한다.
이산화티탄(TiO2)은 광에너지에 의한 화학반응을 매개하는 광촉매로서, 빛(hv)을 받아 생성되는 공유띠 정공과 여기된 전도띠 전자가 계면에서 전자전이를 일으킴으로써 빛에너지를 화학에너지로 변환한다.
구체적으로 이산화티탄(TiO2)은 밴드갭이 약 3eV로서, 태양광의 파장으로 환산시 400nm 이하의 파장을 가지는 자외선영역에 해당한다. 즉, TiO2에 자외선을 조사하면 여기(exiting)되어 전자의 이동이 일어나며, 즉, 밴드 갭에 해당되는 에너지를 가진 빛에 의해 가전자대의 전자가 전도대로 올라가고, 여기된 전자와 정공은 주변의 산소나 수소 또는 OH- 등과 반응하게 된다. 이와 같이 생성된 O2-, 0-, 0, OH 등은 강한 산화력을 가지고 있어 다양한 산화반응을 일으키며, 오염물질의 주성분인 유기물질을 분해시키게 된다.
따라서, 이산화티탄 기반의 광촉매를 콘크리트 구조물에 적용하여 오염물질의 정화 향상을 위한 다양한 연구들이 진행되어 왔다. 구체적으로, 광촉매가 적용된 콘크리트는 이미 유럽을 포함하여 세계 여러 나라에서 대기오염 물질의 정화 대한 가능성에 대한 연구가 진행되었으나, 아직까지 콘크리트 구조물에 광촉매를 적용하기에는 현실적인 문제점이 따른다.
예를 들면, 모르타르 조성물에 이산화티탄 기반의 광촉매를 혼합하여 콘크리트 구조물에 적용할 경우, 일반적으로는 응집이 발생하여 유효 표면적이 감소하고 시멘트의 수화 반응으로 인해 광촉매가 태양광에 대한 활성을 제대로 갖지 못하여 광촉매 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
또한, 광촉매인 이산화티탄을 모르타르 조성물에 그대로 혼합하여 콘크리트 구조물에 적용할 경우, 양생과정에서 결함 등을 유발할 수 있으며, 콘크리트 구조물의 압축강도가 현저히 저하되어 구조 안정성이 감소되는 문제도 야기하고 있다.
따라서 이산화티탄 기반의 광촉매를 모르타르 조성물에 적용하면서도, 이로 제조되는 콘크리트 구조물의 구조안정성의 저하를 방지하고, 콘크리트 구조물 내에 함유된 광촉매의 태양광에 따른 활성의 감소를 최소화하여 오염물질에 대한 정화 효율이 우수한 모르타르 조성물에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 이산화티탄 기반의 광촉매를 콘크리트 구조물에 적용하되, 광촉매로서 아나타제(Anatase) 결정구조 이산화티탄 및 루타일(Rutile) 결정구조 이산화티탄의 혼합형태를 사용하며, 더욱 바람직하게는 아나타제(Anatase) 결정구조 이산화티탄 대비 루타일(Rutile) 결정구조 이산화티탄을 중량비 10∼20% 치환 혼합된 것, 더욱 바람직하게는 15% 치환 혼합하여 기포콘크리트용 페이스트를 제조하여, 최종 양생된 기포콘크리트의 기포율 및 강도를 조절할 수 있다.
또한, 활성탄은 탄화 전의 원료 및 세공크기에 따라 기체흡착용, 액체흡착용 및 촉매용 활성탄으로 구분될 수 있으며, 본 발명에서는 분자크기가 작은 기체상태의 물질 흡착을 위하여 직경 0.5∼2nm를 가지는 마이크로급의 세공크기를 가지며, 비표면적이 700∼1,500㎡/g이다.
바람직하게는 야자수열매탄(야자각활성탄) 분말 또는 대나무탄(죽탄활성탄) 분말을 사용한다.
도 1은 본 발명에 따른 기포콘크리트로 이루어진 방음패널의 사진으로서, 내외부에 다양한 크기의 공극을 가지고 있어 밀도가 낮으며, 육안상으로 표면에 기포형성을 확인할 수 있다.
본 발명의 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널의 질소산화물 저감 성능을 평가한 결과, 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 대비 비교예 1, 2, 3에 대한 질소산화물 저감 성능평가 결과, 본 발명의 배합으로 얻어진 기포콘크리트로 이루어진 패널인 실시예 1의 경우, 현저히 높은 질소산화물 저감 성능을 확인할 수 있다.
또한, 기포콘크리트용 페이스트의 바인더 조성 중 이산화티탄의 혼입 여부에 따라 질소산화물 저감 성능발현에 차이를 확인할 수 있으며, 활성탄 혼입여부에도 영향을 미친 결과를 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널의 질소산화물 저감 성능을 평가한 결과, 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 대비 비교예 1, 2, 3에 대한 이산화탄소 흡착 및 저감 성능평가 결과, 기포콘크리트용 페이스트의 바인더 조성 중 다량의 f-CaO를 포함하고 있는 순환유동층 보일러 플라이애시, 보통포틀랜트시멘트 등을 포함하고 있어 이산화탄소 흡착 및 저감에 따른 탄산칼슘 생성량이 높게 증가하고 이로부터 이산화탄소 흡착 및 저감효과를 확인할 수 있다.
이상의 질소산화물 저감 성능 평가 및 이산화탄소 흡착, 저감 성능 평가를 통해, 본 발명의 기포콘크리트로 이루어진 방음패널은 질소산화물 및 이산화탄소를 동시 저감시키는 기능을 확인할 수 있다.
나아가, 본 발명은 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널로 시공되되, 상기 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널이 평면형 또는 공기와류형 연결 브라켓으로 방음패널사이에 삽입되어 시공되는 도로방음벽을 제공한다.
상기 도로방음벽은 시멘트 40∼84중량%, 순환유동층 보일러 플라이애시 10∼40중량%, 이산화티탄 1∼5중량% 및 활성탄 5∼15중량%를 함유한 기포콘크리트용 페이스트로부터 성형된 기포콘크리트로 이루어진 방음패널으로 시공됨으로써, 질소산화물 및 이산화탄소를 동시 저감기능을 구비하여 실외 대기오염물질을 직접적으로 저감시킬 수 있는 방안으로 제시될 수 있다.
상기 기포콘크리트용 페이스트의 성분 및 기포콘크리트의 기포율과 질소산화물 및 이산화탄소 저감성능에 대한 설명은 방음패널과 동일하므로 구체적 기재는 생략한다.
이상의 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널은 내외부에 다양한 크기의 공극을 가지고 있어 밀도가 낮고 경량 특성을 가지고 있어, 도로변 방음벽 설치 시 유리한 이점이 있다.
나아가, 가벼운 패널 형태이기 때문에 기존의 방음벽 설치 구간에 대기오염물질 저감을 목적으로 추가 설치가 가능하다.
본 발명의 질소산화물 및 이산화탄소 저감용 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널을 도로변에 설치되어 있는 기존의 방음벽 위에 시공하기 위해서는 평면형 또는 공기와류형 연결 브라켓(Braket)이 필요하다.
상기 연결 브라켓을 기존에 설치되어 있는 방음패널 사이에 채결한 후 연결 브라켓의 모양에 따라 본 발명의 방음패널을 끼워 넣음으로써 간편하게 시공이 가능하다.
본 발명의 연결 브라켓의 일실시형태로서, 평면형 연결 브라켓은 설치하고자 하는 도로방음벽 최상부 및 최하부에 끼워질 수 있도록 평면형 몰드프레임에 대하여 좌방향 또는 우방향 어느 일면에 한 쌍의 몰드가 직각으로 대향하도록 제작된 최상부 및 최하부 삽입용 브라켓 및
평면형 몰드프레임에 좌방향 및 우방향 양면에 한 쌍의 몰드가 직각으로 대향하도록 제작된 중간 삽입용 브라켓이 복수개로 구성된다.
구체적으로, 도 4는 본 발명의 방음패널을 도로방음벽으로 시공시 사용되는 평면형 연결 브라켓의 최상부 및 최하부 삽입용 브라켓 설계구조 및 제작품 사진이고, 도 5는 본 발명의 방음패널을 도로방음벽으로 시공시 사용되는 평면형 연결 브라켓의 중간 삽입용 브라켓 설계구조 및 제작품 사진을 나타낸다.
상기 평면형 연결 브라켓의 연결된 방음패널이 설치된 도로방음벽의 경우, 방음패널 전면 무늬의 다양한 표현이 가능하여 설치 장소에 따라 어울리도록 설치가 가능하다.
본 발명의 연결 브라켓의 다른 실시형태로서, 공기와류형 연결 브라켓은 설치하고자 하는 도로방음벽 최상부 및 최하부에 끼워질 수 있도록 평면형 몰드프레임에 좌방향 또는 우방향 어느 일면에 한 쌍의 몰드가 예각으로 틸트되어 대향하도록 제작된 최상부 및 최하부 삽입용 브라켓 및
평면형 몰드프레임에 좌방향 및 우방향 양면에 한 쌍의 몰드가 예각으로 틸트되어 대향하도록 제작된 중간 삽입용 브라켓이 복수개로 구성된다.
구체적으로, 도 6은 본 발명의 방음패널을 도로방음벽으로 시공시 사용되는 와류형 연결 브라켓의 최상부 및 최하부 삽입용 브라켓 설계구조 및 제작품 사진이고, 도 7은 본 발명의 방음패널을 도로방음벽으로 시공시 사용되는 와류형 연결 브라켓의 중간 삽입용 브라켓 설계구조 및 제작품 사진을 나타낸다.
상기 연결 브라켓의 형태에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방음패널이 평면형 연결 브라켓으로 시공된 도로방음벽이 설치될 수 있고, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방음패널이 와류형 연결 브라켓으로 시공된 도로방음벽 설치가 가능하다.
또한, 와유형 연결 브라켓의 연결된 방음패널이 설치된 도로방음벽의 경우, 대기오염이 심각한 지역에 설치되어 도로에서 자동차의 움직임에 의해 이동되는 오염되는 공기와 설치된 질소산화물 및 이산화탄소 흡착, 저감 방음패널과의 접촉면을 극대화시킨 것으로 공기가 와류되면서 도로에 맞닿은 방음패널 표면부 뿐만 아니라 방음패널 후면부에도 공기가 이동할 수 있어 질소산화물 및 이산화탄소 흡착, 저감 성능에 더욱 유리할 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
1. 기포콘크리트용 페이스트 제조
보통포틀랜트시멘트에, 순환유동층 보일러 플라이애시, 이산화티탄 및 활성탄을 하기 표 1에 제시된 조성비율대로 배합하여 기포콘크리트용 페이스트를 제조하였다.
이때, 순환유동층 보일러(CFBC) 플라이애시는 유리형 산화칼슘(f-CaO) 30중량% 함유되었고, 이산화티탄은 아나타제 결정구조 이산화티탄이 루타일 결정구조 이산화티탄과 혼합하여 사용하되, 상기 아나타제 결정구조 이산화티탄 대비 루타일 결정구조 이산화티탄이 15%를 치환 혼합된 것이다.
또한, 활성탄은 직경 0.5∼2nm 및 700∼1,500m2/g의 비표면적을 갖는 야자각활성탄 분말을 사용하였다.
2. 패널의 제조
표 1의 배합에 따라 바인더를 혼합한 후 믹서를 이용하여 1차 페이스트 반죽을 제조한 후 동물성 단백질을 사용하여 제조한 기포를 혼입하여 2차 페이스트 반죽을 제조하였다. 이때, 제조된 반죽의 밀도는 600∼1,000kg/㎥로 측정되었으며, 상기 일정량의 바인더에 동물성 기포제로 발생시킨 기포를 혼입하는 양으로 산출하되, 이때 기포율을 69±5%가 되도록 제조하였다.
이후, 상기 제조된 반죽을 일정 모양의 성형틀에 넣은 후 40∼80℃의 증기양생기에 넣어 8∼24시간 양생시킨 후 탈형하여 패널을 제조하였다. 이때, 강도는 12MPa이었다.
<실시예 2∼3>
하기 표 1에 따라 배합하여 기포콘크리트용 페이스트를 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 패널을 제조하였다.
<비교예 1∼3>
하기 표 1에 따라 배합하여 기포콘크리트용 페이스트를 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 패널을 제조하였다.
Figure pat00001
<실험예 1> 질소산화물 저감 성능 평가
질소산화물 저감 성능 평가는 ISO-22197-1기반의 방법을 이용하여 수행되었으며, NOX 공급원(N2, DONG_AH gas), 정제공급원(1% 이하의 탄화수소 불순물), 유량제어기, UV-A 램프, 화학발광 NOX 분석기 등으로 구성되어 있고 가스분석기를 통해 NO/NO2/NOX를 분석하였다.
도 2는 실시예 1 대비 비교예 1, 2, 3에 대한 질소산화물 저감 성능평가 결과를 도시한 것으로서, 실시예 1은 56%, 비교예 1은 5%, 비교예 2는 21% 및 비교예 3은 10%의 질소산화물 저감 성능을 보였다.
상기 결과로부터, 질소산화물 저감 성능은 이산화티탄의 혼입 여부에 따라 성능 발현성이 차이가 확인되었으며, 실시예 1 및 비교예 2의 경우, 이산화티탄을 3중량% 혼입하여 배합한 것으로서, 비교예 1 및 비교예 3과 대비하여 다소 높은 질소산화물 저감 성능을 발현하였다.
또한, 비교예 1과 비교예 3의 결과에서 활성탄의 혼입여부에 따라 질소산화물 저감에 영향을 미치는 것을 확인하였다.
<실험예 2> 이산화탄소 흡착 및 저감 성능 평가
이산화탄소 흡착 및 저감 성능 평가는 제조된 패널의 이산화탄소 양생에 의한 탄산칼슘 생성량의 정량으로 성능을 평가할 수 있다.
본 발명에서 기포콘크리트용 페이스트 조성물 중 OPC 등을 포함한 바인더는 물과 반응하여 알칼리성인 수산화칼슘을 생성하고, 생성된 수산화칼슘이 CO2와 반응하여 탄산칼슘을 생성한다[식(1)].
Figure pat00002
또한, 알칼리성인 시멘트겔[(CaO)3(SiO2)2(H2O)3]이 CO2와 반응하여 탄산칼슘을 생성한다[식(2)].
Figure pat00003
상기와 같이 이론적으로 생성된 탄산칼슘을 정량하기 위한 평가 방법으로는 TG-DTA analyzer(Thermo Plus EVO by Rigaku)를 사용하여 온도 증가에 따른 중량 변화를 측정하여 평가하였다.
일반적인 콘크리트의 경우 550∼850℃에서 탄산칼슘의 CO2 분해로 인한 중량 변화가 일어난다. 따라서 이산화탄소를 흡착하여 생성된 탄산칼슘의 양은 하기 식(3)에 CO2의 중량 감소량 측정을 통해 산정할 수 있다.
Figure pat00004
본 발명에서 제조된 방음패널의 이산화탄소 흡착 및 저감 성능 평가에 사용된 이산화탄소 양생장치를 이용하여 증기양생 후 탈형된 패널을 이산화탄소 양생 챔버에서 일정 기간동안 양생하였다. 양생 조건은 20±1℃, RH 60±10%이며, 5% 농도의 CO2를 공급하여 탄산화 양생을 실시하였다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 대비 비교예 1, 2, 3에 대한 이산화탄소 흡착 및 저감 성능평가에 결과로서, 실시예 1의 경우, CO2 uptake양이 18%, 비교예 1은 2.9%, 비교예 2는 3.5%, 비교예 3은 23%로 확인되었다.
상기 결과는 시멘트계 재료의 이산화탄소 양생에 따른 탄산칼슘의 생성에 의한 것으로 판단되며, 실시예 1 및 비교예 3은 f-CaO를 다량 함유하고 있는 순환유동층 보일러 애시를 포함하고 있어 탄산칼슘 생성량이 크게 증가한 것으로 확인되었다.
즉, 표 1에 제시된 비율로 배합된 바인더 내부에 f-CaO가 존재하게 되면 물과 접촉시 급격하게 반응하여 f-CaO는 Ca(OH)2를 생성하게 되며, 생성된 Ca(OH)2는 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘을 생성하게 된다.
따라서, 본 발명에서의 실시예 1의 결과로부터, 다량의 f-CaO를 포함하고 있는 순환유동층 보일러 플라이애시, 보통포틀랜트시멘트 등을 포함하고 있어 이산화탄소 흡착 및 저감에 따른 탄산칼슘 생성량이 높게 나타났으며 이러한 결과는 이산화탄소 흡착 및 저감에 효과로 기대할 수 있다.
이상으로부터, 본 발명의 방음패널은 질소산화물 저감 성능 평가 및 이산화탄소 흡착, 저감 성능 평가를 통하여 질소산화물 및 이산화탄소를 동시 저감시키는 기능을 확인하였다.
나아가, 이러한 방음패널을 이용하여 도로방음벽을 제조 설치할 경우, 심각한 대기오염물질 중 자동차 등에 의해 발생되는 질소산화물, 이산화탄소 등의 대기오염물질의 저감 효과를 기대할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (11)

  1. 시멘트 40∼84중량%, 순환유동층 보일러 플라이애시 10∼40중량%, 이산화티탄 1∼5중량% 및 활성탄 5∼15중량%를 바인더 성분으로 포함한 기포콘크리트용 페이스트에 동물성 기포제를 혼합하여 반죽한 후 양생된 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바인더 성분이 물/바인더 비율 0.25 내지 0.35로 포함된 것을 특징으로 하는 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기포콘크리트가 기포율 60 내지 75%인 것을 특징으로 하는 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기포콘크리트용 페이스트의 밀도가 600∼1,000kg/㎥인 것을 특징으로 하는 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널.
  5. 제1항에 있어서, 상기 순환유동층 보일러 플라이애시가 유리형 산화칼슘(f-CaO) 7 내지 30중량% 함유된 것을 특징으로 하는 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이산화티탄이 아나타제(Anatase) 결정구조 이산화티탄 대비 루타일(Rutile) 결정구조 이산화티탄을 중량비 10∼20% 치환 혼합된 것을 특징으로 하는 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널.
  7. 제1항에 있어서, 상기 활성탄이 야자각활성탄 분말 또는 죽탄활성탄 분말인 것을 특징으로 하는 다공성 방음패널.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널로 시공된 도로방음벽이고,
    상기 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널이 평면형 또는 공기와류형 연결 브라켓으로 방음패널사이에 삽입되어 시공된 도로방음벽.
  9. 제8항에 있어서, 상기 평면형 연결 브라켓이 설치하고자 하는 도로방음벽 최상부 및 최하부에 끼워질 수 있도록 평면형 몰드프레임에 대하여 좌방향 또는 우방향 어느 일면에 한 쌍의 몰드가 직각으로 대향하도록 제작된 최상부 및 최하부 삽입용 브라켓 및
    평면형 몰드프레임에 좌방향 및 우방향 양면에 한 쌍의 몰드가 직각으로 대향하도록 제작된 중간 삽입용 브라켓이 복수개로 구성된 것을 특징으로 하는 도로방음벽.
  10. 제8항에 있어서, 상기 공기와류형 연결 브라켓이 설치하고자 하는 도로방음벽 최상부 및 최하부에 끼워질 수 있도록 평면형 몰드프레임에 좌방향 또는 우방향 어느 일면에 한 쌍의 몰드가 예각으로 틸트되어 대향하도록 제작된 최상부 및 최하부 삽입용 브라켓 및
    평면형 몰드프레임에 좌방향 및 우방향 양면에 한 쌍의 몰드가 예각으로 틸트되어 대향하도록 제작된 중간 삽입용 브라켓이 복수개로 구성된 것을 특징으로 하는 도로방음벽.
  11. 제8항에 있어서, 상기 기포콘크리트로 이루어진 다공성 방음패널이
    시멘트 40∼84중량%, 순환유동층 보일러 플라이애시 10∼40중량%, 이산화티탄 1∼5중량% 및 활성탄 5∼15중량%를 함유한 기포콘크리트용 페이스트로부터 성형되어, 질소산화물(NOX) 및 이산화탄소 저감성능을 동시에 충족한 것을 특징으로 하는 도로방음벽.
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