KR100754910B1 - 폐 석재를 이용한 콘크리트 보도블록 및 그 제조방법 - Google Patents

폐 석재를 이용한 콘크리트 보도블록 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 천연 원석을 가공하여 판석이나 경계석과 같은 석재제품을 생산 후 발생되는 폐석재와 석분슬러지를 골재대용으로 사용하고 광촉매기능과 강도 및 색상이 향상된 콘크리트 보도블록에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석재가공시 발생되는 폐석재를 수집 파쇄하여 파쇄골재를 제조하고 상기 파쇄골재 중 골재최대치수 13mm 이하의 파쇄골재 1400 ~ 2000kg/㎥, 시멘트 400 ~ 800kg/㎥, 물 80 ~ 200kg/㎥를 혼합하되 상기 시멘트 중량에 대하여 0.2 ~ 2.0중량%의 혼화제를 첨가 혼합한 다음 보도블록 형틀의 하부에 투입하고 1차 진동 가압다짐하여 하부지지층을 형성하고, 상기 파쇄골재 중 골재최대치수 3mm 이하의 파쇄골재 1400 ~ 2000kg/㎥, 시멘트 400 ~ 800kg/㎥, 스칼렛파우다 20 ~ 300kg/㎥, 물 80 ~ 200kg/㎥를 혼합하되 상기 시멘트 중량에 대하여 0.2 ~ 2.0중량%의 혼화제를 첨가 혼합하고 광촉매기능 향상을 위해 이산화티탄 미분말을 상기 시멘트 중량에 대하여 1 ~ 10중량% 혼합하고 강도증가 및 색상개선을 위해 분쇄된 다공질의 현무암 및 현무암 미분말을 상기 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량% 혼합하며 흡착성향상 및 단위수량(單位水量) 감소를 위해 제올라이트분말 또는 스코리아분말을 상기 시멘트 중량에 대하여 0.5 ~ 3중량% 혼합하여 보도블록 형틀의 상부에 투입하고 2차 진동 가압다짐하여 상부유색층을 형성한 다음 양생하여 제조되는 것을 특징으로 하는 폐석재를 이용한 콘크리트 보도블록 및 그 제조방법에 관한 것이다.
폐석재, 파쇄골재, 콘크리트 보도블록, 하부지지층, 상부유색층, 광촉매기능

Description

폐 석재를 이용한 콘크리트 보도블록 및 그 제조방법{Concrete paving blocks for side walk and road using waste stone and the making method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 보도블록의 질소산화물 제거시험시 사용되는 제거시험장치의 사진
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 보도블록의 질소산화물 제거시험의 개략도
도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 보도블록의 광분해 효율 그래프
도 4는 본 발명에 따른 콘크리트 보도블록의 질소산화물 제거율 그래프
< 도면 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 태양광
20 : 질소산화물 농도측정 검지관
30 : 아크릴 챔버
40 : 에어펌프
50 : 보도블록 시험체
본 발명은 천연 원석을 가공하여 판석이나 경계석과 같은 석재제품을 생산 후 발생되는 폐석재와 석분슬러지를 골재대용으로 사용하고 광촉매기능과 강도 및 색상이 향상된 콘크리트 보도블록에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석재가공시 발생되는 폐석재를 수집 파쇄하여 파쇄골재를 제조하고 상기 파쇄골재 중 골재최대치수 13mm 이하의 파쇄골재 1400 ~ 2000kg/㎥, 시멘트 400 ~ 800kg/㎥, 물 80 ~ 200kg/㎥를 혼합하되 상기 시멘트 중량에 대하여 0.2 ~ 2.0중량%의 혼화제를 첨가 혼합한 다음 보도블록 형틀의 하부에 투입하고 1차 진동 가압다짐하여 하부지지층을 형성하고, 상기 파쇄골재 중 골재최대치수 3mm 이하의 파쇄골재 1400 ~ 2000kg/㎥, 시멘트 400 ~ 800kg/㎥, 스칼렛파우다 20 ~ 300kg/㎥, 물 80 ~ 200kg/㎥를 혼합하되 상기 시멘트 중량에 대하여 0.2 ~ 2.0중량%의 혼화제를 첨가 혼합하고 광촉매기능 향상을 위해 평균입경 10 ~ 150nm의 아나타제(anatase) 이산화티탄 미분말을 상기 시멘트 중량에 대하여 1 ~ 10중량% 혼합하고 강도증가 및 색상개선을 위해 평균입경 30 ~ 100mm로 분쇄된 다공질의 현무암 및 평균입경 75 ~ 200㎛의 현무암 미분말을 상기 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량% 혼합하며 흡착성향상 및 단위수량(單位水量) 감소를 위해 제올라이트분말 또는 스코리아분말을 상기 시멘트 중량에 대하여 0.5 ~ 3중량% 혼합하여 보도블록 형틀의 상부에 투입하고 2차 진동 가압다짐하여 상부유색층을 형성한 다음 양생하여 제조되는 것을 특징으로 하는 폐석재를 이용한 콘크리트 보도블록 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 산업부산물과 산업폐기물의 재활용에 있어 국내에서는 1990년도 후반부터 2005년까지 재활용 관련 연구분야에 막대한 연구비 투자가 이루어졌고 법 제도적 기반이 형성되었으며 그 결과 상당한 수준의 재활용 기술과 새로운 제품이 개발되어 사용되고 있으나, 재활용 연구는 지구온난화 및 기후변화 문제와 같이 장기간의 연구와 노력이 필요한 분야로서, 실제 산업현장에서는 아직도 수 많은 산업부산물과 산업폐기물이 여전히 방치 및 매립되고 있으며, 특히 석재 제품의 생산과정에서 발생되는 폐석재와 석분슬러지도 매년 엄청난 량이 발생되고 있으나 소량의 석분이 재활용되고 있는 것을 제외하고는 마땅한 재활용 방안이 없어 폐기처분되고 있는 실정이다.
종래의 보도블록(인터로킹 블록)제조에 관련된 논문으로 재생골재를 사용한 보차도용 인터로킹 블록의 제조와 성능 규명에 관한 연구(김홍열 외 3인, 대한건축학회논문집, 제 13권 3호 pp.335-341, 1997), 플라이애쉬 치환율 변환에 따른 인터로킹 블록의 특성에 관한 연구(한천구 외 5인, 한국콘크리트학회학술발표회논문집, 제10권 1호, pp.99-104, 1998), 인터로킹 블록의 품질에 미치는 물-시멘트비와 화학혼화재의 영향(한천구 외 4인, 한국콘크리트학회학술발표회논문집, 제10권 2호, pp.157-160, 1998) 등이 있으며, 선등록 특허로서 폐콘크리트를 이용한 보도블록 및 그 제조방법(특허등록 제 10-0549973호)과 재생골재를 이용한 인터로킹 블록 및 그 제조방법(특허등록 제 10-0533288호)과 폐콘크리트를 이용한 보도블록 및 그 제조방법(특허등록 10-0549973)과 폐주물사를 이용한 시멘트 벽돌, 시멘트 보도블록 제조방법 및 그 조성물(특허출원 10-2005-0032418) 등이 있으나, 석재를 가공하여 판석이나 경계석과 같은 석재 제품의 생산 과정에서 발생하는 폐석재와 석분슬러지를 100% 골재대용으로 재활용하여 생산되는 보도블록은 현재까지 없었다.
한편, 본 출원인에 의해 선출원된 특허출원 제 10-2005-0056773호의 스칼렛파우더를 사용한 기능성 콘크리트 인터로킹 블록에서는 산업부산물인 스칼렛파우더(Scarlet powder)를 콘크리트 조성물에 첨가혼합하여 대기오염물질인 질소산화물이나 황산화물을 흡착 제거하도록 하였으나, 이 경우에 스칼렛파우더(Scarlet powder)에 소량 함유되어 있는 이산화티탄 성분에 의해서만 대기오염물질의 흡착작용이 이루지고 흡수율이 높고 강도가 상대적으로 낮아 보도블록으로 사용시 대기오염물질의 흡착제거율이 저하되며 외력에 의해 쉽게 손상되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로 산업부산물인 폐석재와 석분슬러지를 기존 골재(모래 또는 쇄석골재)대용으로 100% 치환 사용하여 원가를 절감하고 스칼렛파우더와 함께 아나타제(anatase) 이산화티탄 미분말를 사용하여 대기오염물질의 흡착제거율을 크게 향상시키며, 다공질의 분쇄 현무암 및 현무암 미분말과 제올라이트 분말 및 스코리아(scoria) 분말을 첨가 혼합하여 강도 증가 및 흡착성향상과 단위수량을 감소시키고 색상을 개선하여 전체적인 내구성, 기능성, 디자인을 동시에 만족하는 콘크리트 보도블록을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 석재가공시 발생되는 폐석재를 수집 파쇄하여 파쇄골재를 제조하고 상기 파쇄골재 중 골재최대치수 13mm 이하의 파쇄골재, 시멘트, 물, 혼화제를 일정비율로 혼합하여 보도블록 형틀의 하부에 투입하고 1차 진동 가압다짐하여 하부지지층을 형성하고, 상기 파쇄골재 중 골재최대치수 3mm 이하의 파쇄골재, 시멘트, 스칼렛파우다, 물, 혼화제를 일정비율로 혼합하되 광촉매기능 향상을 위한 아나타제(anatase) 이산화티탄 미분말과 강도증가 및 색상개선을 위한 다공질의 분쇄 현무암 및 현무암 미분말과 흡착성향상 및 단위수량(單位水量) 감소를 위한 제올라이트분말 또는 스코리아분말을 상기 시멘트 중량에 대하여 일정비율로 첨가 혼합하여 보도블록 형틀의 상부에 투입하고 2차 진동 가압다짐하여 상부유색층을 형성한 다음 양생하여 제조되는 것에 본 발명의 특징이 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 보도블록은 각종 석재제품을 가공생산하면서 발생되는 폐석재와 석분슬러지를 100% 골재대용으로 사용하고 광촉매기능과 강도 및 색상이 향상된 콘크리트 보도블록에 관한 것으로, 석재가공시 발생되는 폐석재를 수집 파쇄하여 파쇄골재를 제조하고 상기 파쇄골재 중 골재최대치수가 13mm이하의 파쇄골재 1400 ~ 2000kg/㎥, 시멘트 400 ~ 800kg/㎥, 물 80 ~ 200kg/㎥를 균일하게 혼합하되 상기 시멘트 중량에 대하여 0.2 ~ 2.0중량%의 혼화제를 첨가 혼합한 콘크리트 조성물을 보도블록 형틀에 투입하고 1차 진동 가압다짐하여 하부지지층을 형성하고, 상기 파쇄골재 중 골재최대치수가 3mm이하의 파쇄골재 1400 ~ 2000kg/㎥, 시멘트 400 ~ 800kg/㎥, 스칼렛파우다 20 ~ 300kg/㎥, 물 80 ~ 200kg/㎥를 혼합하되 상기 시멘트 중량에 대하여 0.2 ~ 2.0중량%의 혼화제를 첨가 혼합하고 광촉매기능 향상을 위해 평균입경 10 ~ 150nm의 아나타제(anatase) 이산화티탄 미분말을 상기 시멘트 중량에 대하여 1 ~ 10중량% 혼합하고 강도증가 및 색상개선을 위해 평균입경 30 ~ 100mm로 분쇄된 다공질 현무암 및 평균입경 75 ~ 200㎛의 현무암 미분말을 상기 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량% 혼합하며 흡착성향상 및 단위수량(單位水量) 감소를 위해 제올라이트분말 또는 스코리아분말을 상기 시멘트 중량에 대하여 0.5 ~ 3중량% 혼합한 콘크리트 조성물을 상기 하부지지층의 상부에 투입하고 2차 진동 가압다짐하여 상부유색층을 형성한 다음 보도블록 형틀의 상부에 투입하고 2차 진동 가압다짐하여 상부유색층을 형성한 다음 양생하여 콘크리트 보도블록을 제조 완성하게 된다.
상기 파쇄골재는 천연원석을 가공하여 각종 판석이나 경계석 등의 석재제품의 가공생산시 발생되는 폐석재나 석분슬러지를 골재대용으로 100% 대체 사용하여 경제성 및 친환경성을 증가시키도록 하며, 상기 폐석재를 수집하여 통상의 파쇄기를 이용하여 파쇄골재를 제조하고 상기 파쇄골재를 선별하여 골재최대치수가 13mm이하인 파쇄골재는 콘크리트 보도블록의 하부지지층 형성시 사용하고, 상기 파쇄골재 중 골재최대치수가 3mm이하인 파쇄골재는 콘크리트 보도블록의 상부유색층 형성시 사용하는데, 상기 하부지지층을 형성하는 파쇄골재는 골재최대치수가 13mm 이하인 것을 사용하여 높은 강도를 유지하도록 하고 상기 상부유색층을 형성하는 파쇄 골재는 골재최대치수가 3mm이하인 것을 사용하여 외부로 드러나는 표면의 질감을 매끄럽게 하였으며, 상기 하부지지층과 상부유색층을 형성하는 조성물에 각각 1400 ~ 2000kg/㎥ 첨가 혼합된다.
또한, 상기 석분슬러지는 부순모래나 석재 생산 가공공장에서 발생되는 미립자로 된 분말로서, 보도블록의 강도, 질감을 향상시키기 위해 첨가되고 평균입경 10 ~ 20㎛의 것을 사용하는 것이 바람직하며 상기 하부지지층과 상부유색층을 형성하는 조성물에 각각 첨가 혼합되는 파쇄골재의 10 ~ 50중량%를 석분슬러지로 대체하여 사용하게 된다.
상기 시멘트는 보통 포틀랜드시멘트, 혼합시멘트, 제트시멘트 등의 공지의 시멘트 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 시멘트로서 상기 하부지지층과 상부유색층을 형성하는 조성물에 각각 400 ~ 800kg/㎥ 첨가 혼합하게 되며, 필요에 따라서는 고로슬래그 시멘트나 플라이애쉬 시멘트, 백시멘트 등의 특수시멘트도 사용가능하다.
상기 물은 마실수 있는 정도의 깨끗한 물로 상기 하부지지층과 상부유색층을 형성하는 조성물에 각각 80 ~ 200kg/㎥ 첨가 혼합하게 되며, 물-시멘트비(W/C)는 15 ~ 30%로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 혼화제는 콘크리트의 배합시 단위수량(單位水量)을 줄여 강도와 내구성 을 증진시키기 위해 사용되는 화학혼화제로서 AE감수제가 사용되고, 상기 AE감수제는 리그닌술폰산계나 옥시카르본산계 등의 제품이 주로 사용되며 본 발명에서는 각 시멘트 중량에 대하여 0.2 ~ 2.0중량%의 AE감수제를 각각 첨가 혼합하되, 상기 AE감수제가 각 시멘트 중량에 대하여 0.2중량% 미만이 첨가되는 경우에는 공기연행(空氣連行)효과 및 감수(減水)효과가 발휘되지 못하여 투수콘크리트의 강도증진을 기대하기 어렵고 시멘트중량에 대하여 2.0중량%를 초과하는 경우에는 경과시간에 따른 슬럼프(slump)값의 손실이 크고 공기량을 과잉으로 연행시켜 콘크리트의 강도를 저하시키게 되므로 본 발명에서는 시멘트중량에 대하여 0.2 ~ 2.0중량%의 AE감수제를 첨가하여 물-시멘트비(W/C)를 낮춤으로써 강도증진과 함께 동결융해저항성, 화학저항성, 내마모성 등의 내구성이 향상되도록 되어 있다.
필요에 따라서는 상기 혼화제로서 AE감수제 대신 고성능AE감수제를 대체하여 사용 가능한데, 이 경우 고성능AE감수제는 폴리카르본산계, 멜라민계, 나프탈렌계 등 제품 중 1종 이상을 선택하여 사용하게 된다.
상기 스칼렛파우더(Scarlet powder)는 보오크사이트로부터 알루민산소다를 추출할 때 잔류하는 물질로서 아래 < 표1 >에서와 같은 물리적 화학적 특성을 지니고 있으며, 특히 < 표1 >에서 알 수 있듯이 스칼렛파우더에는 이산화티탄(TiO2)의 함량이 9% 포함되어 있어 대기중의 질소산화물(NOX)와 같은 오염물질을 흡착제거하는 광촉매 기능을 수행할 수 있고, 색상이 천연의 적색을 나타내어 기존의 인공 색 소를 첨가하지 않고도 자연스러운 천연 적색을 나타내며, 본 발명에서는 보도블록의 표면부분에 해당하는 상부유색층을 형성하는 조성물에만 20 ~ 300kg/㎥의 스칼렛파우더를 첨가 혼합하여 대기중의 오염물질이 상부유색층을 통해 흡착제거되도록 한다.
< 표 1 > 스칼렛파우더의 물리적 화학적 특성
Items Scarlet Powder
Chemical composition Al2O3 18∼20
Fe2O3 36∼43
SiO2 8.1
TiO2 9.0
CaO 5.9
Na2O 5.8
PSD(㎛) +46㎛(%) 14
-46㎛(%) 86
PSA 8.66
Color Red
Moisture(%) 15%±(5.0)
Leachable Na2O(%) 2∼3
Loss on Ignition(%) 7.8
pH 11.0
Bulk Density(g/cm3) 0.98
True Density(g/cm3) 3.6
BET(m2/g) 16∼20
또한, 본 발명에서는 상부유색층을 형성하는 콘크리트 조성물에 광촉매기능향상제, 강도증가 및 색상개선제, 흡착성향상 및 단위수량감소제를 첨가하여 기능성을 보강하도록 되어 있다.
상기 광촉매기능 향상제로는 아나타제(anatase) 이산화티탄 미분말을 사용하는데, 상기 아나타제 이산화티탄 미분말은 강한 산화작용에 의해 광촉매기능을 가 진 n형 반도체로서, 자외선을 받으면 전자(Electron), 전공(Electron Hole)이 형성되어 강한 산화력을 가진 하이드록시 라티칼(-OH)과 슈퍼 옥사이드을 생성하며, 이 하이드록시 라디칼과 슈퍼 옥사이드가 공기중의 오염물질인 유기화합물을 산화 분해시켜 무해한 물과 탄산가스로 변화시키게 되는데, 본 발명에서는 스칼렛파우더의 광촉매기능이 미흡하여 이를 보완하여 더욱 강한 광촉매기능을 수행하도록 상부유색층의 시멘트 중량에 대하여 1 ~ 10중량% 첨가 혼합하도록 되어 있으며, 이때 아나타제 이산화티탄 미분말은 그 평균입경이 10 ~ 150nm의 것을 사용하며 평균입경이 150nm를 초과하는 것을 사용할 경우에는 광촉매기능이 저하되는 문제점이 발생된다.
상기 강도증가 및 색상개선제로는 다공질의 분쇄 현무암 및 현무암 미분말을 사용하는데, 상기 다공질의 현무암은 자체 강도가 높아 파쇄골재와 함께 혼합되어 골재의 강도를 증진시키는 역할을 함과 동시에 수많은 기공이 천공되어 있어 이 기공들 사이에 콘크리트 조성물이 인터로킹(interlocking)되면서 더욱 더 높은 결합력을 나타내어 콘크리트 보도블록의 내구성을 향상시키게 되며 상기 현무암 미분말은 다공질의 현무암의 분쇄시 발생되는 미립자상의 분말로서 자체강도가 높아 콘크리트 조성물의 강도를 보완하도록 되어 있어 평균입경 30 ~ 100mm의 비교적 큰 크기로 분쇄된 현무암과 함께 평균입경 75 ~ 200㎛의 현무암 미분말을 상기 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량% 첨가 혼합하되, 상기 분쇄된 현무암과 현무암 미분말은 2.5 ~ 3 : 0.5 ~ 1의 중량비로 혼합되어 완성된 보도블록의 강도를 증진시킴과 동시에 별도의 유색첨가제를 첨가하지 않고도 고유의 색상과 무늬를 형성하여 시각적 으로 미려한 보도블록을 형성하게 된다.
상기 흡착성향상 및 단위수량(單位水量)감소제로는 제올라이트분말 또는 스코리아분말을 사용하는데, 상기 제올라이트 분말은 강한 흡착 및 탈수성을 가지고 있어 대기중의 질소산화물 등의 유해물질을 흡착할 수 있으며 콘크리트 조성물의 단위수량을 감소시켜 내구성을 향상시키도록 되어 있고 평균입경 10 ~ 200㎛로 분쇄된 미분말 상태의 것을 사용하며, 상기 스코리아(scoria) 분말은 화산분출물의 일종으로 점토가 고열의 불에 타 소성된 것으로 다공질(多孔質)로 적갈색 또는 흑갈색을 띄며 높은 흡착성, 탈취성, 공기정화기능을 가지고 있어 제올라이트와 마찬가지로 대기중의 질소산화물 등의 유해물질을 흡착할 수 있고 단위수량을 감소시켜 내구성을 향상시키도록 되어 있으며 평균입경 1 ~ 5mm로 분쇄된 분말상태의 것을 사용하고, 상기 시멘트중량에 대하여 제올라이트분말 또는 스코리아분말을 0.5 ~ 3중량% 첨가 혼합하여 상부유색층을 형성하는 콘크리트 조성물의 흡착성향상 및 단위수량을 감소시키게 된다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예는 다음과 같다.
< 실시예 1 >
파쇄골재를 사용하여 2차 과정(Two Touch)방식으로 콘크리트 보도블록을 제조하였다. 먼저, 골재최대치수가 13mm 이하인 파쇄골재 1882kg/㎥, 보통 포틀랜드시멘트 490kg/㎥, 물 123kg/㎥, AE감수제 1.5kg/㎥를 균일하게 혼합한 콘크리트 조성물을 보도블록 형틀(가로 224mm, 세로 112mm, 높이 67mm)에 절반높이로 투입하고 1차 진동 가압다짐하여 하부지지층을 형성한 다음 골재최대치수 3mm 이하의 파쇄골재 1690kg/㎥, 보통 포틀랜드시멘트 600kg/㎥, 스칼렛파우다((주)KC, 한국) 120kg/㎥, 물 120kg/㎥, AE감수제 1.8kg/㎥와 함께 광촉매기능향상제로서 평균입경 100nm의 아나타제(anatase) 이산화티탄 미분말((주)코스모화학, 한국) 30kg/㎥와 강도증가 및 색상개선제로서 평균입경 50mm로 분쇄된 다공질의 현무암 22kg/㎥과 평균입경 100㎛의 현무암 미분말을 8kg/㎥를 균일하게 혼합한 콘크리트 조성물을 상기 하부지지층 상부에 보도블록 형틀의 나머지 절반높이로 투입하고 2차 진동 가압다짐하여 상부유색층을 형성하고 45℃ 에서 30분간 습윤양생한 후 상온에서 28일간 자연양생하여 가로 220mm, 세로 110mm, 높이 60mm의 콘크리트 보도블록을 완성하였다.
< 실시예 2 >
파쇄골재를 사용하여 2차 과정(Two Touch)방식으로 콘크리트 보도블록을 제조하였다. 먼저, 골재최대치수가 13mm 이하인 파쇄골재 1676kg/㎥, 석분슬러지 206kg/㎥, 보통 포틀랜드시멘트 490kg/㎥, 물 123kg/㎥, AE감수제 1.5kg/㎥를 균일하게 혼합한 콘크리트 조성물을 보도블록 형틀(가로 224mm, 세로 112mm, 높이 67mm)에 절반높이로 투입하고 1차 진동 가압다짐하여 하부지지층을 형성한 다음 골재최대치수 3mm 이하의 파쇄골재 1014kg/㎥, 석분슬러지 676kg/㎥, 보통 포틀랜드시멘트 600kg/㎥, 스칼렛파우다((주)KC, 한국) 120kg/㎥, 물 120kg/㎥, AE감수제 1.8kg/㎥와 함께 광촉매기능향상제로서 평균입경 100nm의 아나타제(anatase) 이산 화티탄 미분말((주)코스모화학, 한국) 30kg/㎥와 강도증가 및 색상개선제로서 평균입경 50mm로 분쇄된 다공질의 현무암 22kg/㎥과 평균입경 100㎛의 현무암 미분말을 8kg/㎥와 흡착성향상 및 단위수량 감소제로서 평균입경 3mm로 분쇄된 스코리아분말 12kg/㎥를 균일하게 혼합한 콘크리트 조성물을 상기 하부지지층 상부에 보도블록 형틀의 나머지 절반높이로 투입하고 2차 진동 가압다짐하여 상부유색층을 형성하고 45℃ 에서 30분간 습윤양생한 후 상온에서 28일간 자연양생하여 가로 220mm, 세로 110mm, 높이 60mm의 콘크리트 보도블록을 완성하였다.
< 비교예 1 >
일반 쇄석골재를 사용하여 2차 과정(Two Touch)방식으로 콘크리트 보도블록을 제조하였다. 먼저, 골재최대치수가 13mm 이하인 쇄석골재 1882kg/㎥, 보통 포틀랜드시멘트 490kg/㎥, 물 123kg/㎥, AE감수제 1.5kg/㎥를 균일하게 혼합한 콘크리트 조성물을 보도블록 형틀(가로 224mm, 세로 112mm, 높이 67mm)의 절반높이로 투입하고 1차 진동 가압다짐하여 하부지지층을 형성한 다음 골재최대치수 3mm 이하의 쇄석골재 1690kg/㎥, 보통 포틀랜드시멘트 600kg/㎥, 스칼렛파우다((주)KC, 한국) 120kg/㎥, 물 120kg/㎥, AE감수제 1.8kg/㎥를 균일하게 혼합한 콘크리트 조성물을 상기 하부지지층 상부에 보도블록 형틀의 나머지 절반높이로 투입하고 2차 진동 가압다짐하여 상부유색층을 형성하고 45℃ 에서 30분간 습윤양생한 후 상온에서 28일간 자연양생하여 가로 220mm, 세로 110mm, 높이 60mm의 콘크리트 보도블록을 완성하였다.
< 실험예 1 >
실시예 1 및 2와 비교예 1에서 각각 제조된 콘크리트 보도블록을 한국산업규격 KSF4419의 규정에 따라 보차도용 보도블록의 흡수율 및 휨강도 시험기준에 준하여 5회 반복측정하고 그 평균값을 아래 < 표 2 >에 나타내었다.
< 표 2 > KSF4419의 규정에 따른 보도블록의 흡수율 및 휨강도 측정결과
절대건조중량 (g) 표면건조 포화중량(g) 흡수량 (g) 흡수율 (%) 휨강도 (N/㎟)
실시예 1 3077 3255 178 5.78 7.8
실시예 2 3095 3271 176 5.68 8.2
비교예 1 3086 3264 178 5.77 6.4
상기 < 표 2 >에서와 같이 흡수율에 있어서는 실시예 1, 2와 비교예 1의 보도블럭이 유사한 수치를 나타내고 모두 한국산업규격 기준인 3 ~ 6%에 속하여 큰 차이가 없었으나, 휨강도에 있어서는 비교예 1의 휨강도는 한국산업규격 기준인 5.0N/㎟를 약간 초과(1.6N/㎟ 초과)하는 수치를 나타내었으나 본 발명에 따른 실시예 1, 2의 보도블록은 강도증가제와 단위수량감소제 등에 의해 강도 및 내구성이 향상되어 비교예 1보다 높은 1.4 ~ 1.8N/㎟정도 높은 휨강도를 나타내어 높은 강도를 나타내었다.
< 실험예 2 >
실시예 1 및 2와 비교예 1에서 각각 제조된 콘크리트 보도블록을 이용하여 질소산화물 제거 시험을 하였다. 질소산화물 제거시험의 경우 국내는 물론이고 국외에도 광촉매 효과를 시험하는 기준이 제시되지 않아 최근 논문에서 발표되는 시험법을 참조하여 다음과 같이 시험을 수행하였다. 도 1, 2에 도시된 바와 같이 밀폐된 두께 1cm의 아크릴 챔버(30)(가로 60cm, 세로 60cm, 높이 60cm)에 실시예 1 및 2와 비교예 1에 따른 각각의 배합비와 방법으로 가로 50cm, 세로 50cm, 높이 8cm의 콘크리트 보도블록 시험체(50)를 제조하여 아크릴 챔버(30)의 바닥에 놓고 광분해 실험을 수행하였다.
실험조건은 태양광 150 ± 10 Photon flux, 온도 20 ± 2℃, 습도 50 ± 10%, 자외선지수 5.0 ± 0.5 조건의 야외에서 수행하였으며, 아크릴 챔버(30)내에 질소산화물(NOx)가스를 주입하고 에어펌프(air pump)(40)를 통하여 공기를 10ℓ 불어넣어 아크릴 챔버(30)내의 질소산화물 가스와 산소가 완전히 혼합이 되도록 사전에 믹싱을 하고 내부의 농도가 2ppm이 되도록 질소산화물 분석기(NOx Analyzer(APNA-360, Japan))로 조절하여 초기농도를 측정한 다음 태양광(10)을 조사하여 1시간 간격으로 아크릴 챔버(30) 내부에 질소산화물 농도 측정 검지관(20)을 넣어 질소산화물(NOx)의 농도를 측정(NOx Analyzer M200E, Teledyne Instruments)하였다.
도 3에서 Co는 아크릴 챔버(30)내의 초기농도로 2ppm이고, C는 측정시간에서의 농도를 의미하며, 비교예 1의 보도블럭은 스칼렛파우더에 의해서만 광촉매 효과가 발생되어 질소산화물의 낮은 처리효과를 나타내는 반면, 스칼렛파우더 및 아나 타제 이산화티탄 미분말이 함께 사용된 실시예 1 및 2의 보도블록은 2시간만에 질소산화물(NOx)이 거의 제거되는 것을 알 수 있고, 특히 실시예 2의 보도블럭은 스칼렛파우더와 아나타제 이산화티탄 미분말의 광촉매효과와 함께 스코리아분말에 의한 질소산화물의 흡착작용으로 인하여 가장 뛰어난 광분해 효율을 나타내었다.
또한, 도 4는 반응 1시간 후의 NOx제거효율을 나타낸 것으로, 보도블럭 시험체(50)를 아크릴 챔버(30)내에 설치하지 않은 상태에서는 아크릴 챔버(30) 자체의 흡착반응에 의해 NOx의 기본저감율이 3%정도를 나타내었으며, 비교예 1의 흡착저감율은 34%, 실시예 1의 광촉매 보도블록은 83%, 흡착성향상제인 스코리아를 사용한 광촉매 보도블록(실시예 2)은 94%의 제거효율을 나타내었다. 상기 측정결과로부터 본 발명에 따른 보도블록은 현장에서 충분한 대기정화기능을 수행할 것으로 판단된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 보도블록은 제품특성상 반죽질기가 된비빔 상태이며 진동 및 가압의 방법으로 제작하고 있어 재료의 종류와 품질에 따라 제품의 품질에 큰 영향을 주도록 되어 있는데, 석재 제품 가공시에 발생하는 폐석재와 석분슬러지를 전량 재활용할 수 있어 자원의 효율적인 이용이 가능하면서도 제조원가가 저렴하고, 상기 폐석재 및 석분슬러지와 함께 각종 기능성 첨가제들을 최적비율로 배합하여 보도블록을 제조함으로써 보도블럭의 흡수율이 한국산업규격기준에 맞고 휨강도가 높아 내구성이 뛰어나며, 스칼렛파우더와 아나타제 이산화티탄 미분말 에 의한 강력한 광촉매 작용으로 질소산화물제거효율이 뛰어나 차량에 의한 대기오염이 심각한 도심지의 거리에 설치하는 경우 대기오염 저감의 효과가 있고, 다공질 화산암과 스코리아, 제올라이트 분말 등의 다공성 흡착재를 사용하여 강도보완 및 대기 오염물질의 흡착제거할 수 있으며, 기존의 보도블록은 회색, 적색, 녹색이 대부분이며 화학 안료를 이용하여 색상을 나타내기 때문에 색상 자체가 자연스럽지 못하나 본 발명에서의 스칼렛파우다는 천연의 보오크사이트로부터 추출하기 때문에 천연 적색을 나타내고 다공질 화산암에 의한 자연스러운 무늬형성으로 색상이 보다 중후하고 고급스럽기 때문에 기존의 블록보다 뛰어난 질감과 미감을 주어 높은 제품 선호도를 나타낼 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 석재가공시 발생되는 폐석재를 수집 파쇄하여 파쇄골재를 제조하고 상기 파쇄골재 중 골재최대치수가 13mm이하의 파쇄골재 1400 ~ 2000kg/㎥, 시멘트 400 ~ 800kg/㎥, 물 80 ~ 200kg/㎥를 균일하게 혼합하되 상기 시멘트 중량에 대하여 0.2 ~ 2.0중량%의 혼화제를 첨가 혼합한 콘크리트 조성물을 보도블록 형틀에 투입하고 1차 진동 가압다짐하여 하부지지층을 형성하고, 상기 파쇄골재 중 골재최대치수가 3mm이하의 파쇄골재 1400 ~ 2000kg/㎥, 시멘트 400 ~ 800kg/㎥, 스칼렛파우다 20 ~ 300kg/㎥, 물 80 ~ 200kg/㎥를 균일하게 혼합하되 상기 시멘트 중량에 대하여 0.2 ~ 2.0중량%의 혼화제를 혼합하고 광촉매기능 향상을 위해 평균입경 10 ~ 150nm의 아나타제(anatase) 이산화티탄 미분말을 상기 시멘트 중량에 대하여 1 ~ 10중량% 혼합하고 강도증가 및 색상개선을 위해 평균입경 30 ~ 100mm로 분쇄된 다공질의 현무암 및 평균입경 75 ~ 200㎛의 현무암 미분말을 상기 시멘트 중량에 대하여 1 ~ 10중량% 첨가 혼합한 콘크리트 조성물을 상기 하부지지층의 상부에 투입하고 2차 진동 가압다짐하여 상부유색층을 형성한 다음 양생하여 완성하는 것을 특징으로 하는 폐석재를 이용한 콘크리트 보도블럭의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 하부지지층과 상부유색층을 형성하는 콘크리트 조성물은 각 파쇄골재의 10 ~ 50중량%를 석분슬러지로 대체 사용하는 것을 특징으로 하 는 폐석재를 이용한 콘크리트 보도블럭의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 상부유색층을 형성하는 콘크리트 조성물에는 흡착성향상 및 단위수량 감소를 위해 제올라이트분말 또는 스코리아분말을 시멘트 중량에 대하여 0.5 ~ 3중량% 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐석재를 이용한 콘크리트 보도블럭의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 분쇄된 현무암과 현무암 미분말은 2.5 ~ 3 : 0.5 ~ 1의 중량비로 혼합된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 폐석재를 이용한 콘크리트 보도블럭의 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 제올라이트분말은 평균입경 10 ~ 200㎛로 분쇄된 미분말 상태이고 상기 스코리아분말은 평균입경 1 ~ 5mm의 분말상태인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 폐석재를 이용한 콘크리트 보도블럭의 제조방법.
  6. 석재가공시 발생되는 폐석재를 수집 파쇄하여 파쇄골재를 제조하고 상기 파 쇄골재 중 골재최대치수가 13mm이하의 파쇄골재 1400 ~ 2000kg/㎥, 시멘트 400 ~ 800kg/㎥, 물 80 ~ 200kg/㎥를 균일하게 혼합하되 상기 시멘트 중량에 대하여 0.2 ~ 2.0중량%의 혼화제를 첨가 혼합한 콘크리트 조성물을 보도블록 형틀에 투입하고 1차 진동 가압다짐하여 하부지지층을 형성하고, 상기 파쇄골재 중 골재최대치수가 3mm이하의 파쇄골재 1400 ~ 2000kg/㎥, 시멘트 400 ~ 800kg/㎥, 스칼렛파우다 20 ~ 300kg/㎥, 물 80 ~ 200kg/㎥를 혼합하되 상기 시멘트 중량에 대하여 0.2 ~ 2.0중량%의 혼화제를 혼합하고 광촉매기능 향상을 위해 평균입경 10 ~ 150nm의 아나타제(anatase) 이산화티탄 미분말을 상기 시멘트 중량에 대하여 1 ~ 10중량% 혼합하고 강도증가 및 색상개선을 위해 평균입경 30 ~ 100mm로 분쇄된 다공질 현무암과 평균입경 75 ~ 200㎛의 현무암 미분말이 2.5 ~ 3 : 0.5 ~ 1의 중량비로 혼합된 것을 상기 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량% 혼합하며 흡착성향상 및 단위수량 감소를 위해 제올라이트분말 또는 스코리아분말을 상기 시멘트 중량에 대하여 0.5 ~ 3중량% 첨가 혼합한 콘크리트 조성물을 상기 하부지지층의 상부에 투입하고 2차 진동 가압다짐하여 상부유색층을 형성한 다음 양생하여 제조된 것을 특징으로 하는 폐석재를 이용한 콘크리트 보도블럭.
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