KR100946184B1

KR100946184B1 - 복합기능성 투수평판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100946184B1
Application number: KR20090081397A
Authority: KR
Inventors: 김영도; 손세구
Original assignee: 양지콘크리트(주); 김영도
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2010-03-08

Abstract

본 발명은 보.차도용의 복합기능성 투수평판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 사용되고 있는 포장용 블록인 투수형, 연마형 등의 단순한 구조적, 심미성 등의 특성 이외에 보수성과 광기능성을 가미한 투수성 포장재의 제조방법에 관한 것이다. 이러한 본원 발명의 투수평판은 2~4㎜의 골재 65-80 중량부, 규사(1~2mm) 5~10중량부, 시멘트 5.0~12.5 중량부, 고로슬래그 5.0~12.5 중량부, 보수재 1.0~5.0 중량부, 인산염 0.35~1.0 중량부, TiO₂ 광촉매 분말 0.25~0.75 중량부, 팽창제 0.25~1.0 중량뷰로 구성된다. 본 발명의 투수평판은 내구성, 투수성, 강도 및 제품의 외관 및 경제성, 기능성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 천연 골재의 색상에 의한 다채색을 표출할 수 있고, 투수기능, 광촉매 기능, 흡착기능에 의해 우수 중의 비점오염원 등을 정화할 수 있으며, 보수성을 가미하여 열섬현상을 제어할 수 있는 효과가 있다. 또한 인산염 첨가에 의해서 pH가 8.5~10.5 영역으로 저알칼리성을 나타내는 복합기능성 투수평판이다.

인산칼슘화합물, 비점오염원 정화, 광촉매, 중금속 흡착성능, 보수성, 저알칼리성, 열섬

Description

복합기능성 투수평판 및 그 제조방법{composite functional water permeability plat process and method of manufacturing the same}

본 발명은 주로 보도 포장용으로 사용되는 복합 기능성 투수평판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 골재의 색상에 의한 다채색의 천연 대리석 질감을 그대로 발현하는 심미성이 우수한 투수평판이며, 하이드록시 아파타이트, 브루싸이트, 혹은 하이드록시 아파타이트와 브루싸이트가 혼합된 상태의 인산칼슘을 투수평판 내에 생성시킴으로써 유해한 중금속을 흡착할 수 있는 흡착기능과, 표면에 노출된 광촉매 입자에 의해서 강우시 지하로 입수되는 초기우수의 비점오염원을 광기능성인 산화환원반응에 의해서 제거하는 것이 가능하고, 제지슬러지 소각재와 제품의 구조적 특성을 통하여 도시열섬 현상을 억제할 수 있는 투수평판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

포장의 기능은 도로면을 보호 강화하고 평탄성을 통하여 사람의 통행과 차량의 주행을 편하게 하기 위한 것으로, 도로포장은 표층부의 재질에 따라 역청계(아스팔트) 포장, 콘크리트계 포장 및 블록 포장으로 크게 분류되는 데, 역청계 포장 은 표층부가 아스팔트 또는 타르에 의해 고결된 쇄석 등의 골재로 되어 있는 것으로, 아스팔트 포장, 타르 포장 등과 같이 부르고 있으며, 현재 세계 각국의 도로의 대부분을 차지하고 있고, 그 종류도 대단히 많다.

지금까지의 이러한 포장 들은 주로 구조적 역할을 담당하는 것으로 그 역할을 완수한 것으로 간주되곤 했지만, 문화가 바뀌고 사람들의 인식이 전환되면서 포장은 기능적 측면이 보다 중요시되게 되었다. 우리나라의 포장의 초기는 근대시대의 흙을 다짐한 포장이 주를 이루었으며, 60∼70년대에 들어서 아스팔트나 콘크리트, 블록이나 벽돌 등을 이용하여 표면 구조를 형성하는 것으로 바뀌게 되었다. 그러나 2000년대 들어서면서 가장 주목받고 있는 포장재는 물을 지하생태계로 전달할 수 있는 소재이다. 아스팔트의 경우, 투수기능을 부여한 것으로 이 기능을 통하여 노면의 침수를 방지하고, 소음을 저감하는 등의 기대효과를 꾀하고 있으며, 콘크리트의 경우에는 투수콘크리트가 개발되어 주로 보도나 하천 호안 포장용으로 사용되기도 하였다.

그러나 현재의 포장시장은 이러한 도로포장의 기본 특성인 도로면 보호와 더불어 평탄성 및 투수성 등은 기본으로 하고, 투수성을 겸비하면서 심미성(시각적 특성, 조경성)을 강조하고 있으며, 나아가 보수성과 같이 포장소재 자체가 열섬화 억제에 적극적인 역할을 하게 하거나, 광기능성을 통하여 대기오염물질의 분해에도 참여하도록 하는 등의 기능성도 겸비하는 소재에 대한 욕구가 점차적으로 확대되고 있는 추세에 있다.

한편 지금까지의 포장소재는 포장재로서의 구조적 기능에 치우친 소재가 대 부분이며, 제조방법 역시 구조적 특성을 통하여 단순한 기능을 부여하는 것으로 완성되는 제품이 주를 이루고 있다. 즉, 특허 제0692143호에는 "시멘트 15-20중량%, 70vol% 이상이 4-5mm 크기인 규사: 75-80 중량 %, 안료: 4중량 % 이하, 황토: 2-5중량 %, 숯: 0.01-0.1중량 %의 비율로 하층기본재료를 준비하고, 이들 기본재료와 물, 혼화재를 혼합하여 형틀에 투입하여 하층부를 형성하는 단계: 백시멘트: 15-20중량%, 70vol%이상이 1-2.5mm 크기인 규사: 74-80중량 %, 안료 : 7 중량 %이하, 황토: 1-5중량%, 숯: 0.01-0.1중량 %의 비율로 상층기본재료를 준비하고, 이들 기본재료와 물, 혼화재를 혼합하여 상기 하층부이 상부에 투입하여 상층부를 형성하는 단계: 및 상기 상층부의 상부에 상부판을 덮은 후 가압하는 단계:를 포함하는 것을 특징으로 하는 것"이 기재되어 있다.

그러나 이 기술은 과량의 시멘트 사용으로 인한 문제와 황토와 숯의 첨가로 인해 색상을 맞추기 위해 안료가 과량 들어가기 때문에 원가가 상승하는 문제가 있고, 2층 구조를 형성하기 때문에 다수개의 믹서기와 두 번 프레스하기 때문에 1일 생산량의 감소 등이 가격상승의 요인으로 작용한다.

특허 제 0198022호는 “19mmcp에서 100% 통과하고 13mmcp에서 95-100% 통과하며 #4체에서 0-40%의 통과하는 골재 최대 다짐중량기준 1m³에 대하여 시멘트 300-500kg, 물: 물-시멘트비 기준으로 25-40%, 감수제: 시멘트 사용량의 2 중량% 이내를 혼합한 혼합물을 블록의 형틀에 투입하여 표면 정리 후 1차 진동가압하는 공정: 전기공정에서 1차 진동 가압된 혼합물의 상부에, 5mm체에서 100% 통과하고, 1mmcp에서 10% 이하로 통과하는 골재 최대다짐중량기준 1m³에 대하여, 시멘트: 300-500kg, 물: 물-시멘트비 기준으로 25-40%, 감수제: 시멘트 사용량의 2 중량%이내를 혼합한 혼합물을 투입, 박층을 이루도록 하여 표면 정리 후 2차 진동 가압하는 공정; 및 전기 공정에서 형성된 성형물을 형틀에 끄집어내어 통상의 증기 양생 또는 건조 양생 방법에 의거 건조시키는 공정”이 기재되어 있지만, 마찬가지로 과량의 시멘트 사용량으로 물이 투수되는 과정에 투수되는 물의 pH를 상승시키는 문제가 있으며, 최근 시멘트 생산으로부터 발생되는 이산화탄소의 저감을 위해서는 가능한 한 시멘트 사용량을 줄이는 방향으로 제품개발 등이 진행되는 것이 바람직할 것이다. 또한 이 기술 역시 2층 구조를 이루기 때문에 복잡한 제조공정으로 생산성 저하가 문제가 된다. 또한 이러한 복층구조는 각층 사이의 결합력이 낮은 것도 문제가 된다.

특허 제324249호는 "모래인 필터층과 이 필터층 위에 쇄석기층을 포설하고 롤러로 최적 함수비에서 최대다짐을 하는 공정; 통과중량 백분율로 40㎜체에서 100% 통과하고 5㎜체에서 0~30% 통과하며, 2.5㎜체에서 0~10% 통과하는 쇄석골재, 분쇄 폐콘크리트, 재생골재, 슬래그 중의 하나 또는 둘 이상을 골재로 사용하고, 이 골재의 최대다짐기준 1㎥에 시멘트 200~400㎏, 물은 80~150㎏, 혼화제(감수제)는 시멘트 사용중량의 2%이내의 범위에서 혼합한 혼합물을 전기 공정에서 마련된 쇄석기층 위에 포설하고 다짐하여 기층용 투수콘크리트를 조성하는 공정; 전기 공정의 기층용 투수콘크리트 표면에 미립골재, 시멘트, 물, 혼화제를 일정비율로 혼 합한 밀립도 투수콘크리트로 사용하고 이 밀립도 투수콘크리트는 기층용 투수콘크리트를 포설하여 다지는 밀립도 투수콘크리트를 조성하는 공정이 포함된 것을 특징으로 하는 밀립도 투수콘크리트의 박층 포장방법"이 기재되어 있지만 이 방법 역시 과량의 시멘트 사용으로 인한 종래 기술의 문제와 골재가 시멘트 페이스트에 가려 자연적인 색상 표출이 어렵고 제조 원가가 높은 단점이 있다.

또한, 특허 제89983호에는 "시멘트를 바인더로 하여 골재끼리 접합시킨 투수성 콘크리트 블록에 있어서, 블록의 표면쪽을 연마한 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 블록"이 기재되어 있으나 과량의 시멘트 사용으로 인한 단점이 있고, 특허 제689183호에는 "A) (a-ⅰ) 시멘트, 및 입도 5 내지 13 mm인 골재를 믹서에서 건비빔한 후, 배합수를 투입하여 투수층 원재료를 혼합하는 단계; (a-ⅱ) 시멘트, 및 입도 2.5 내지 5 mm인 골재를 믹서에서 건비빔한 후, 배합수를 투입하여 마감층 원재료를 혼합하는 단계; 및 (a-ⅲ) 투수층 원재료, 또는 마감층 원재료 중 어느 하나를 성형기에 투입하여 진동성형을 실시하고, 나머지 원재료를 상기 성형기에 추가 투입한 후 진동 가압하여 마감층의 표면에 양각부 및 음각부의 문양을 형성시키는 단계를 포함하는 블록 중간체를 제조하는 단계(단, 상기 투수층 원재료에 포함되는 골재의 입도는 마감층 원재료에 포함되는 골재의 입도보다 크다.); B) 상기 성형된 블록 중간체를 40 내지 80 ℃의 온도에서 증기 양생하는 단계; 및 C) 상기 양생된 블록 중간체의 양각부를 선택적으로 연마하는 단계를 포함하는 투수 콘크리트 블록의 제조방법"이 기재되어 있으나, 제품의 색상이 안료에 의존하기 때문에 매우 인위적이고 제품의 질이 현저히 떨어지며 휨강도가 규격에 미달되는 부분도 있고 표면광택제 사용으로 천연의 질감이 훼손됨은 물론 음각부와 양각부의 높이 차이가 있어 하이힐을 신을 경우 발목 부상을 유발하는 등의 문제점이 있다.

특허 제770152호에는 "다양한 색상의 천연 골재 70-90 중량부, 고로슬래그 5-15 중량부, 활성 플라이애쉬 5-15 중량부, 가성석회 2.5-7.5 중량부로 혼합 구성되되, 골재의 상층부와 하층부는 각각 2-8mm와 13-40mm 골재 크기의 슬러리로 이루어진 것을 특징으로 하는 복층형 투수평판"이 기재되어 있으나 고온으로 양생하여야 제올라이트가 생성되기 때문에 에너지 소비가 높고, 활성 플라이 애시를 얻기 위해서 또 다른 열처리를 하여야 하기 때문에 경제적인 측면에서 경쟁력이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 제품의 경관성을 크게 개선시키고 제품의 기능성을 보다 확대 및 향상시키는 것으로 목적으로 한 복합 기능성 투수평판 및 그 제조방법을 제공하고자 개발된 것으로, 제품 표면을 연마함으로써 시멘트의 획일적인 색상을 제거하여 천연 골재의 다양한 색상이 그대로 표출할 수 있도록 하였으며, 골재와 골재의 배열을 통하여 투수성을 부여하여 도시녹화 및 강우의 빠른 침투를 유도하였을 뿐만 아니라, 인산염을 첨가하여 시멘트 및 고로슬래그 내에 존재하는 CaO 성분과 PO₄ 이온이 반응하여 수산화 아파타이트 및 브루싸이트의 인산칼 슘화합물을 단독 혹은 복합적으로 제품 내에 생성되도록 하여 유해 중금속의 흡착을 가능하게 하였으며, 첨가된 인산염에 의해서 수소이온농도를 8.5 ~10.5의 약 알칼리성의 범위로 낮추는 것이 가능하며, 광촉매 기능을 추가하여 자동차 등으로부터 발생된 각종 NOx, SOx 등을 비롯한 유기오염물과 비점오염원이 태양광하에 광촉매 산화환원 작용에 의해서 분해되도록 하였으며, 보수성을 부여함으로써 도시 열섬현상을 완화할 수 있는 복합기능성 투수평판 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 투수평판은 직경 2~4㎜의 골재 65-80 중량부, 규사(직경 1~2mm) 5~10중량부, 시멘트 7.5~12.5 중량부, 고로슬래그 7.5~12.5 중량부, 보수재 1.0~5.0 중량부, 인산염 0.35~1.0 중량부, TiO₂ 광촉매 분말 0.25~0.75 중량부, 팽창제 0.25~1.0 중량부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 복합기능성 투수평판의 제조방법은 고로슬래그 7.5~12.5중량부와 시멘트 7.5~12.5중량부 및 인산염 0.35~1.0중량부를 건식믹서로 혼합하고, 물을 상기 혼합분말에 대하여 주도가 180~230mm가 되도록 첨가하여 슬러리 형태로 배합하여 고로슬래그와 시멘트의 CaO 성분과 인산염의 PO₄ 성분이 인산칼슘화합물인 하이드록시 아파타이트 혹은 브루싸이트 및 두상의 복합물질을 생성하도록 하는 단계; 제조된 슬러리 형태에 보수재 1.0~5.0중량부와 TiO₂ 광촉매 분말 0.25~0.75중량 부, 팽창제 0.25~1.0중량부를 첨가하여 이전단계에서 제조된 슬러리를 투수평판을 제조할 수 있는 분말과 액상의 범위(주도 180mm정도)로 유동성을 저하시키는 단계; 만들어진 슬러리에 2~4mm의 골재 65-80 중량부와 규사 5~10 중량부를 혼합물에 투입하여 혼합하고 전체 혼합물을 진동프레스로 이동시켜 진동을 가하면서 투수평판을 성형하는 단계; 성형체를 양생실로 이동시켜 25~80℃ 온도범위에서 3~6 시간 전기 양생 혹은 증기 양생하는 단계와; 양생된 제품의 표면을 절단과정 없이 연마용 블라스터나 다이아몬드 연마기를 이용하여 연마하여 골재의 색상을 표출하도록 하는 연마단계를 포함하여 제품을 완성하는 것으로 구성된다.

이하, 본 발명에 따라 기존의 불투수성, 투수성, 연마형 포장재에 비해 심미성(경관성)이 우수하고, 압축강도와 투수성이 우수하며, 중금속 흡착성능과 비점오염 제거 특성, 저알칼리성, 열섬완화 특성을 지니는 복합기능성 투수평판 및 그 제조방법의 구현원리를 상세히 설명한다.

본 발명의 투수평판은 구조적으로 골재와 골재의 유기적 배열에 의해 높은 투수력을 발휘하여 빗물의 빠른 투수가 가능하며 이를 통해 도시 녹화를 촉진하고 강우 시, 노면의 침수를 방지하는 것이 가능하다.

본 발명에서 사용되는 보수재는 보수성이 우수한 것으로 알려져 있는 제지슬러지 소각재 또는 셀룰로오스나 레이온 등의 펄프 등이며, 이를 첨가함으로써 열섬현상(Heat-Island)을 억제(1g의 물이 증발시 539㎈의 열 흡수)시킬 수 있다. 또한 인산염을 첨가함으로써 시멘트와 고로슬래그의 주성분인 CaO 와 반응하여 흡착특성이 우수한 인산칼슘화합물인 하이드록시 아파타이트 또는 브루싸이트 혹은 하이드 록시 아파타이트와 브루싸이트 복합물질을 생성시켜 초기 우수 내의 중금속을 흡착하도록 하였으며, 인산염에 의해서 제품의 수소이온농도가 9.5~10.5 범위의 저 알칼리 영역을 나타내며, 광촉매 기능을 도입하여 표면에서 빗물의 비점오염원과 자동차 등의 NOx, SOx 등을 분해토록 하였다.

또한 특히 골재의 크기를 직경 2~4mm의 크기로 제한하여 세공의 크기를 줄이고 비표면적을 높게 하여 빗물이 투수평판을 통과할 때 가능한 한 많은 마찰력을 부여하여 필터효과를 최대한으로 발휘하도록 한 것을 특징으로 한다. 또한 골재의 크기를 한 종류로 고정하였기 때문에 기존 복층구조의 제품을 생산하기 위한 1차 믹서 2차 믹서 그리고 1차 원료 공급통, 2차 원료 공급통 설치 등의 2배로 많았던 시설을 1차 원료공급통과 1차 믹서만으로 가능하기 때문에 시설설치비에 대한 부담이 적으며, 기존 복층 제품 의한 층간의 박리 등에 대한 문제도 해결할 수 있는 장점이 있다.

골재는 천연에서 산출되는 다양한 부순 골재와 재생골재 및 유리파편, 도자기 파편 등이 사용 가능하며, 본 발명에서는 특별히 제한하지는 않는다. 바람직하게는 화강암을 부순 골재, 규석을 부순 골재, 석회석을 부순 골재, 돌로마이트를 부순 골재, 마천석, 오석 등을 부순 골재 등이 가능하며, 이를 1종 혹은 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것도 좋다. 골재는 2-4㎜ 범위를 갖는 것으로, 전체 100중량부에 대하여 65 내지 80중량부의 범위가 적당하다. 이 범위를 벗어나면 본 발명에서 제안하고자 하는 투수평판의 조건을 만족할 수 없다.

골재를 65중량부 미만 첨가하면 분말부분이 과량으로 첨가되기 때문에 투수 성이 급격하게 저하되고, 연마 후 표면에 노출되는 분말부분이 많아지게 되므로 천연 골재를 노출시켜 심미성을 부여하고자 하는 목적을 달성할 수가 없게 된다. 반면에 골재가 80 중량부를 초과하여 첨가되면 결합재 역할을 하는 분말 첨가량이 감소하여 휨강도 및 압축강도 저하하여 동절기 등에 동파나 과하 중에 의한 제품의 파손 등으로 이어지게 되어 바람직하지 않다.

본 발명에 사용한 규사는 특별히 규정하지는 않으나 규석광산으로부터 생산되는 직경 1~2mm의 제품을 사용하는 것이 바람직하다. 사용한 규사는 2~4mm 골재와 바인더부의 유동성을 향상시키는 역할로 작용하며, 제품의 모서리의 채움성을 높이고 제품의 외관을 깔끔하게 처리하도록 유도하며, 강도를 향상시킨다.

본 발명에서 사용되는 시멘트는 특별히 제한되지는 않는다. 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 고로슬래그 시멘트, 플라이 애시 시멘트, 조강시멘트, 초조강시멘트, 지오폴리머 시멘트, 마그네슘 시멘트, 마그네슘인산 시멘트, 인산칼슘 시멘트 등이 가능하다. 본 발명의 실시예에서는 통상의 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 포틀랜드 시멘트는 가장 보편화 된 시멘트로 가격이 저렴한 것을 장점으로 지닌다. 또한 보통의 시멘트를 사용할 경우, 제품이 식물의 녹지지인 가로수 주변이나 정원 주변에 사용할 때에 중화처리를 해야 하나 첨가되는 인산염에 의해서 중화처리제와 같은 역할로 작용하기 때문에 중화처리를 위해 별다른 공정을 도입할 필요가 없는 특징도 있다.

시멘트의 사용량은 5~12.5중량부가 적당하다. 시멘트의 첨가량이 5.0 중량부 미만일 경우에는 제품의 강도가 낮아서 사용범위가 극히 제한적으로 되며, 12.5 중 량부를 초과하는 경우에는 강도는 증가하나 pH가 상승하고 상대적으로 고로슬래그의 양이 줄어들기 때문에 내부에 생성되는 인산칼슘화합물의 생성율도 낮아져 본 발명에서 목적으로 하는 인산칼슘화합물에 의한 유해중금속의 흡착양이 작아지는 문제가 있다.

고로슬래그는 인산칼슘화합물의 생성과 제품의 장기강도를 증진시키는 역할을 하게 된다. 고로슬래그는 4,000cm²/g, 7,000cm²/g의 2종류가 시판되고 있으며, 바람직한 것은 반응성이 우수한 7,000cm²/g의 분말도를 갖는 원료를 사용하는 것이 좋다. 첨가량은 5.0~12.5 중량부의 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 5.0 중량부 미만 첨가하게 되면 인산칼슘화합물의 생성량이 작기 때문에 충분한 흡착특성을 발휘할 수 없고, 장기강도도 낮은 문제가 있으며, 12.5 중량부를 초과하여 첨가하게 되면 7,000cm²/g 의 고분말도이기 때문에 부피가 시멘트 첨가량보다 많이 첨가되므로 강도가 저하하는 문제가 있다.

또한 보수성을 부여하기 위해서 첨가되는 보수재 중 제지슬러지 소각재는 제지 제조공장에서 오수조 내에 침전 응집시킨 슬러지를 탈수 후 일정온도에서 소각하여 얻어지는 부산물이다. 이 제지슬러지 소각재는 지금까지 콘크리트 혼화재로 일부 사용되는 것이 전부였다. 그러나 이러한 제지슬러지 소각재에는 셀룰로오스와 같은 섬유소가 다량 함유되어 있으며, 셀룰로오스 내에 함유되어 있는 -OH 기가 물을 흡수하는 능력이 우수하다. 제지슬러지 소각재를 사용할 경우, 다습 혹은 강우시에도 대부분의 강우가 세공 등을 통해서 지하로 이동하지만, 제지슬러지 소각재 에 의해서 기온 상승시 표면으로 물을 방출하여 표면의 온도를 낮추게 되어 열섬화(Heat-island) 현상을 억제하는 것이 가능하다. 또한 보수성을 부여하는 소재는 제지슬러지 소각재만으로 국한하는 것은 아니며, 시중에 유통 중인 섬유질 원료나 레이온 등과 같은 흡수성이 우수한 원료의 사용도 가능하다. 이러한 셀룰로오스계 원료는 여성의 생리대나 유아용 기저귀의 흡수재료로 사용할 만큼 높은 흡수성을 발휘하는 소재이다. 본 발명에서는 셀룰로오스 원료를 한정하는 것은 아니나 제지슬러지 소각재와 (주)세라이트코리아에서 시판중인 여과조제로 사용되는 Fibra-Cel을 본원의 발명자가 절단가공을 한 것을 사용하였다.

본 발명의 보수성 작용 기구는 일단 세립의 골재와 시멘트 등의 물질과 경화될 때 macro, meso, micro 기공이 구조적으로 생성되기 때문에 이 공간에 수분을 유지하는 것이 가능하다. 여기에 보수성이 매우 뛰어난 제지슬러지나 셀룰로오스 등과 같은 펄프재료들이 보수성이 한것 향상시켜 기존제품의 수배 이상의 보습능력을 발휘하도록 한 것이다. 셀룰로오스 계의 원료의 흡수력은 내부에 함유되어 있는 -OH 기가 친수성을 발휘하기 때문이다. 셀룰루오스 계의 원료의 첨가의 또 다른 특징은 이러한 셀룰로오스가 수소결합을 하고 있어 매우 질긴 성질을 띠기 때문에 제품의 인장 및 휨 저항성이 향상된다. 이러한 재질의 제품은 건조하고 더운 날에 의해서 표면이 건조되면 하층으로부터 상층으로의 모세관력에 의해서 수분이 공급되기 때문에 물의 증발열을 이용한 노면의 냉각효과가 장시간 유지되는 것이 가능하다. 보수재의 첨가량은 1.0~5.0 중량부 범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 1.0 중량부 미만 첨가되면 본 발명에서 목적하는 보수성을 발휘하기 어렵고, 5.0 중량부 를 초과하여 첨가하면 보수재의 물 흡수 능력으로 성형시 과량의 물을 첨가되어야 하므로 제품의 압축강도와 휨강도가 저하되는 문제가 있다.

광촉매는 일반적으로 시판하는 P-25, 이시하라의 ST-01, 밀레니엄의 SW-300B 등이 가능하며, 본 발명의 실시예에서는 본 발명자 등에 의해서 제조한 제품의 첨가하여 사용하였다. 본 발명자 등에 의해서 제조한 광촉매는 10분 이내에 메틸렌 블루를 완전분해 할 수 있는 정도의 광활성을 띠는 것을 특징으로 한다. 또한 첨가되는 광촉매는 나노입자로서 시멘트의 세기공을 충진하는 역할을 하게 된다. 따라서 압축강도가 상승하는 효과를 얻을 수 있다.

팽창제는 시판되고 있는 칼슘설포알루미네이트이며, 초기에 에트링자이트를 생성시킴으로써 조기강도를 유도하여 연마시기를 앞당길 수 있으며, 시멘트의 수축저감을 효과적으로 제어하기 위한 것이다. 팽창제의 사용량은 0.25~1.0중량부의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 0.25 중량부 미만 첨가할 경우, 초기 에트링자이트의 생성량이 낮기 때문에 초기 수축에 의한 크랙이나 조기강도발현이 낮은 문제가 있고, 1.0 중량부를 초과하여 첨가할 경우에는, 초기 에트링자이트의 생성을 촉진하여 강도를 상승시키지만, 칼슘설퍼 알루미네이트의 가격이 600원/kg정도로 시멘트의 5배정도에 달하기 때문에 경제적으로도 부담이 된다.

연마제품의 경우, 골재의 중간 면까지 연마하지 않으면 천연대리석 질감을 발휘할 수 없기 때문에 대부분 표면을 절단기로 1차 절단 한 후, 연마장치를 통하여 연마하였으나, 골재를 포함한 성형체를 절단하는 공정은 고가의 장비가 소요될 뿐만 아니라 공정 자체가 매우 까다롭다.

본 발명에서는 연마석의 굵기 차이가 있는 연마장치를 4개, 바람직하기로는 6개 이상을 연속으로 통과할 수 있도록 하였으며, 처음에는 굵은 입자의 연마석으로 표면을 연마하고 점차 작은 입자로 연마하기 때문에 골재를 절반 정도 절단한 효과를 발휘할 수가 있다. 또한 연속적 연마공정을 통해서 표면의 거칠기를 자유롭게 조절하는 것도 가능하다.

발명의 제조방법에 의해서 제품 형성되는 복합 기능성 투수평판은 제품 표면의 시멘트를 제거하여 천연 골재의 다양한 색상이 그대로 표출함으로써 천연의 대리석과 유사한 질감의 포장재를 제공함으로써 경제적인 석재시공의 효과를 부여할 수 있을 것이며, 더불어 투수성을 줌으로서 도시녹화 및 강우의 빠른 침투를 유도하였을 뿐만 아니라, 광기능성을 통하여 기존 제품과의 차별성을 주어 대기환경문제에 적극적인 역할을 하도록 설계하였으며, 광기능성과 중금속 흡착능력이 우수한 인산칼슘화합물의 생성시켜 초기우수의 정화를 가능하게 하였고, 보수성을 통하여 열섬현상을 억제하는 것이 가능하므로 친환경 소재로의 역할을 완수할 수 있을 것이다.

[실시예 1]

고로슬래그 10.5 중량부와 시멘트 10 중량부를 건식 분말혼합한 후, 여기에 인산을 1.0중량부를 물에 희석한 인산수용액을 투입한 후, 슬러리화 하여 반응을 유도한다. 인산수용액의 양은 시멘트의 수화반응을 억제하지 않는 양으로 제한하며, 고체와 액체의 비율은 주도 180~230mm 범위가 되도록 정하였으며, 여기에 보수재로 제지슬러지 소각재 2.5 중량부와 팽창제 0.5 중량부, 광촉매 분말 0.5 중량부를 투입하여 슬러리를 완성한다. 여기에 다시 직경 2~4mm로 선별된 골재 65중량부와 규사 10중량부를 투입하고 이를 균일하게 일정시간 동안 혼합한다. 혼합물은 콤베이어 밸트를 통하여 공급통으로 이동하여 몰드에 진동을 가하면서 충진 및 진동가압 성형하는 것에 의해서 복합기능성 투수평판을 성형체를 제조한다.

성형체인 복합 기능성 투수평판은 50℃에서 6 시간 증기 양생하여 실온에서 3일간 방치한다. 양생된 제품은 하부 밑면을 먼저 연마기를 이용하여 약식 연마한다. 이는 바닥면이 고르지 않을 경우, 상부표면의 연마시 요철 및 굴곡이 생길 가능성이 있기 때문이다. 성형단계에서 모든 제품이 똑같이 나오는 것이 아니기 때문에 바닥면을 연마함으로써 기존 제품의 높이 차이에서 발생되는 표면의 불균일한 연마특성을 개선하였다. 또한 표면의 연마과정은 굴기를 달리하는 6개의 연마장치를 연속적으로 통과하도록 함으로써 기존 제품들과는 달리 절단 과정을 생략하였다.

제조된 복합 기능성 투수평판의 압축강도는 7일 재령에서 34.0MPa, 휨강도 6.5MPa 이었다.완성된 제품의 pH를 확인하기 위하여 제품을 물에 5배를 첨가하여 pH 변화를 측정하였으며, pH 변화를 표 1에 나타내었다. 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 10.03을 나타내었다.

완성된 제품의 광기능성을 확인하기 위하여 대기공기질시험법을 이용하여 NOx 제거 특성을 조사하였다. 본 발명 제품을 UV (16W)가 설치된 고정식 챔버에 설치하고, NO₂ 주입가스 1.0 ppm을 채운 후, 1시간 동안 UV 조사하여 NOx 제거율을 측정하였다. 그 결과 65%의 제거효율을 나타내었다.

완성된 제품의 중금속 흡착특성을 확인하기 위하여 Cd 표준용액 2ppm 1L를 제조하고 제품을 침강시켜 5분후의 Cd 흡착능력과 6시간 후의 흡착능력을 ICP 분석기를 통하여 조사하였다. 그 결과 5분 경과시의 Cd 이온의 흡착능력은 96%이었으며, 6시간 경과 후에는 99.4% 이었다.

완성된 제품의 보수력은 제품의 물의 흡수량을 유지하는 것으로 보수성시험을 행하여 평가하였다. 제품의 24시간 물에 침적하고 이를 꺼내어 흡수율을 측정하였다. 보수성 실험은 20℃, 상대습도 55±5℃의 어두운 실내에서 진행되었다. 할로겐램프를 이용하여 표면의 온도를 60℃ 정도가 되도록 높이를 설정하였으며, 제품의 질량은 저울위에서 시간별로 기록하여 24시간 후까지 질량변화를 조사하였다. 그 결과 24시간에 보수량은 55.6% 이었다.

제품의 흡착성능을 나타낼 수 있는 내부 결정상(XRD) 데이터는 도 1와 같았으며, 내부 현미경사진은 도 2와 같았다. 도 3에 의하여 광기능성을 그래프화한 것으로부터 NOx 제거율을 확인할 수 있었다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일하게 시행하되, 고로슬래그의 함량을 10 중량부, 시멘트를 11.25 중량부, 인산 1.0중량부, 제지슬러지 소각재를 1.0 중량부, 광촉매 분말을 0.75 중량부, 팽창제를 1.0 중량부로 변경하였다. 그 결과 압축강도 38.3MPa, 휨강도 6.8MPa 이었으며, 광기능성은 62%이었고, Cd 흡착능력은 10분에 90%, 6시간에 98.5%이었다. 또한 24시간에 보수량은 37.6 %를 나타내었다. 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 10.34을 나타내었다.

[실시예 3]

실시예 1과 동일하게 시행하되, 고로슬래그의 함량을 7 중량부, 시멘트를 11 중량부, 인산 1.0중량부, 제지슬러지 소각재를 5.0 중량부, 광촉매 분말을 0.75 중량부, 팽창제를 0.25 중량부로 변경하였다. 그 결과 압축강도 17.4MPa, 휨강도 4.1MPa이었으며, 광기능성은 56%이었고, Cd 흡착능력은 10분에 75%, 6시간에 90.5%이었다. 또한 보수량은 24시간에 57.0 %를 나타내었다. 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 10.42를 나타내었다.

[실시예 4]

실시예 1과 동일하게 시행하되, 제지슬러지 소각재를 목재를 분쇄하여 정제한 것으로 여과조제로 현재 시판되고 있는 “Fibra-Cel”로 변경하였다. 그 결과 압축강도 18.1MPa, 휨강도는 펄프의 인장력 강화에 의해서 다른 실시예보다 압축강 도는 낮으나 휨강도 특성은 향상된 6.2MPa이었으며, 광기능성은 60%이었고, Cd 흡착능력은 10분에 88%, 6시간에 97.5%이었다. 또한 보수량은 24시간에 59.1 %를 나타내었다. 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 10.23를 나타내었다.

[실시예 5]

실시예 1과 동일하게 시행하되, 골재를 75중량부, 모래를 5중량부, 고로슬래그의 함량을 7.5 중량부, 시멘트를 7.5 중량부, 인산 1.0중량부, 제지슬러지 소각재를 2.5 중량부, 광촉매 분말을 0.75 중량부, 팽창제를 0.75 중량부로 변경하였다. 그 결과 압축강도 18.3MPa, 휨강도 4.5MPa이었으며, 광기능성은 58%이었고, Cd 흡착능력은 10분에 84%, 6시간에 94.5%이었다. 또한 보수량은 24시간에 46.0 %를 나타내었다. 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 9.62를 나타내었다. 이는 시멘트 사용량이 작기 때문인 것으로 판단되었다.

[실시예 6]

실시예 1과 동일하게 시행하되, 인산을 인산칼륨으로 변경하였다. 그 결과 압축강도 30.5MPa, 휨강도 6.1MPa, 광기능성은 63% 이었고, Cd 흡착능력은 10분에 94%, 6시간에 98.9%이었다. 또한 보수량은 24시간에 54.9 %를 나타내었다. 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 10.47를 나타내었다.

[실시예 7]

실시예 1과 동일하게 시행하되, 인산을 인산나트륨으로 변경하였다. 그 결과 압축강도 32.5MPa, 휨강도 6.1MPa, 광기능성은 52% 이었고, Cd 흡착능력은 10분에 95%, 6시간에 98.4%이었다. 또한 보수량은 24시간에 55.2 %를 나타내었다. 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 10.20을 나타내었다.

[실시예 8]

실시예 1과 동일하게 시행하되, 인산을 인산암모늄으로 변경하였다. 그 결과 압축강도 35.2MPa, 휨강도 6.7MPa, 광기능성은 62% 이었고, Cd 흡착능력은 10분에 95%, 6시간에 96.8%이었다. 또한 보수량은 24시간에 53.5 %를 나타내었다. 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 10.10를 나타내었다.

[비교예 1]

실시예 1와 동일하게 시행하되, 제지슬러지 소각재를 제외하고 시멘트를 12.5 중량부로 변경하였다. 그 결과 압축강도 32.5MPa, 휨강도 5.6MPa, 광기능성은 54% 이었고, Cd 흡착능력은 10분에 94%, 6시간에 97.3%이었다. 또한 보수량은 24시간에 8.0 %를 나타내었다. 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 10.14를 나타내었다.

[비교예 2]

실시예 1와 동일하게 시행하되, 인산을 제외하고 시멘트를 11중량부로 변경하였다. 그 결과 압축강도 28.5MPa, 휨강도 5.2MPa, 광기능성은 57% 이었고, Cd 흡 착능력은 10분에 7%, 6시간에 21.0%이었다. 또한 보수량은 24시간에 52.0 %를 나타내었다. 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 11.6를 나타내었다.

[비교예 3]

실시예 1와 동일하게 시행하되, 팽창제를 제외하고 시멘트를 10.5중량부로 변경하였다. 그 결과 압축강도 14.5MPa, 휨강도 3.5MPa, 광기능성은 51% 이었고, Cd 흡착능력은 10분에 87%, 6시간에 93.2%이었다. 또한 보수량은 24시간에 46.7 %를 나타내었다. 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 10.42를 나타내었다.

[비교예 4]

실시예 1와 동일하게 시행하되, 골재를 55중량부, 규사를 10중량부로 고정하고, 고로슬래그를 14.7중량부, 시멘트 14중량부, 인산 1.4중량부, 제지슬러지 소각재 3.5중량부, 광촉매분말 0.7중량부, 팽창제 0.7중량부로 변경하였다. 그 결과 압축강도 42.0MPa, 휨강도 7.5MPa, 광기능성은 68% 이었고, Cd 흡착능력은 10분에 95%, 6시간에 99.2%이었다. 또한 보수량은 24시간에 59.0 %를 나타내었다. 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 9.77을 나타내었다. 그러나 밀폐형 제품과 동일하게 투수성은 전혀 나타나지 않았다.

[비교예 5]

실시예 1와 동일하게 시행하되, 골재를 85 중량부, 규사를 5중량부로 고정하 고, 고로슬래그4.2중량부와 시멘트 4.0 중량부, 인산 0.4 중량부, 제지슬러지 소각재 1.0중량부와 광촉매 분말 0.2중량부과 팽창제 0.2중량부로 변경하였다. 그 결과 투수성은 매우 향상되어 통수개념의 제품이 되었으나, 압축강도가 9.5MPa, 휨강도 1.6MPa로 매우 낮아 바닥용 소재로 사용하기 부적합하였으며, 광기능성 34%, Cd 흡착능력은 10분경과시 57% 제거율, 6시간 경과에 76.5%, 보수량은 24시간에 25.5 %를 나타내어, 기능성 측면에서도 떨어지는 것을 알 수가 있었다. 또한 수소이온 농도는 사용되는 시멘트의 양이 매우 작기 때문에 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 9.80을 나타내었다.

[비교예 6]

실시예 1와 동일하게 시행하되, 광촉매 분말을 제외하고 시멘트 함량을 10.5중량부로 변경하였다. 그 결과 압축강도가 32.8MPa, 휨강도 6.5MPa 이었으나, 광기능성은 매우 낮은 4.5%를 나타내었고, Cd 흡착능력은 10분경과시 84% 제거율, 6시간 경과에 92.3%, 보수량은 24시간에 48.9 %를 나타내었다. 30일간 물에 침적된 후의 pH 측정결과 10.21을 나타내었다.

[표 1]

구분	pH 변화(h)							비고
구분	12	36	72	120	240	480	720	비고
실시예 1	12.25	11.32	10.94	10.66	10.38	10.35	10.03
실시예 2	12.33	12.20	12.01	11.63	11.23	10.55	10.34
실시예 3	12.55	12.41	12.19	11.67	11.47	10.78	10.42
실시예 4	12.21	11.70	11.00	10.87	10.86	10.65	10.23
실시예 4	11.66	11.45	11.09	10.48	10.28	9.94	9.62
실시예 6	11.91	11.83	11.72	11.4	11.0	10.89	10.47
실시예 7	12.15	12.12	12.03	11.81	11.24	11.18	10.20
실시예 8	12.15	12.14	11.96	11.75	11.27	11.18	10.10
비교예 2	13.2	12.8	12.6	12.6	12.8	12.4	12.3

[표 2]

구분	압축강도 (MPa)	휨강도 (MPa)	pH값 (30일)	NOx 제거효율 (%, 1시간)	Cd 흡착능력(%)		보수량(%) (24시간경과)	비고
구분	압축강도 (MPa)	휨강도 (MPa)	pH값 (30일)	NOx 제거효율 (%, 1시간)	10분	6시간	보수량(%) (24시간경과)	비고
실시예 1	34.0	6.5	10.03	65	96	99.4	55.6
실시예 2	38.3	6.8	10.34	62	90	98.5	37.6
실시예 3	17.4	4.1	10.42	56	75	90.5	57.0
실시예 4	18.1	6.2	10.23	60	88	97.5	59.1
실시예 5	18.3	4.5	9.62	58	84	94.5	46.0
실시예 6	30.5	6.1	10.47	63	94	98.9	54.9
실시예 7	32.5	6.1	10.20	52	95	98.4	55.2
실시예 8	35.2	6.7	10.10	62	95	96.8	53.5
비교예 1	32.5	5.6	10.14	54	94	97.3	8.0
비교예 2	28.5	5.2	12.3	57	7	21.0	52.0
비교예 3	14.5	3.5	10.42	51	87	93.2	46.7
비교예 4	42.0	7.5	9.77	68	95	99.2	59.0	불투수
비교예 5	9.5	1.6	9.80	34	57	76.0	25.5
비교예 6	32.8	6.5	10.21	4.5	84	92.3	48.9

도 1은 실시예 1에 의하여 얻어진 시편의 흡착성능을 나타내는 내부 결정상(XRD) 그래프이고,

도2a 및 도2b는 실시예 1 및 비교예 1에 의하여 얻어진 시편의 내부현미경 사진이고,

도 3은 실시예 1 및 비교예 6에 의하여 얻어진 시편의 NOx 제거율을 나타 낸 그래프이다.

Claims

직경 2~4㎜의 골재 65~80 중량부, 직경 1~2mm의 모래 5~10중량부, 시멘트 7.5~12.5 중량부, 고로슬래그 7.5~12.5 중량부, 제지슬러지 소각재, 레이온, 셀룰로오스(섬유소)를 포함하는 보수재 1.0~5.0 중량부, 인산염 0.35~1.0 중량부, TiO₂ 광촉매 분말 0.25~0.75 중량부, 팽창제 0.25~1.0 중량부로 구성되는 복합 기능성 투수 평판.
제 1항에 있어서, 고로슬래그는 7,000cm²/g 의 고분말도인 것을 특징으로 하는 복합 기능성 투수 평판.
삭제
제 1항에 있어서, 인산염은 인산, 인산칼륨, 인산나트륨 및 인산 암모늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능성 투수 평판.
고로슬래그 7.5~12.5중량부와 시멘트 7.5~12.5중량부 및 인산염 0.35~1.0중량부를 건식믹서로 혼합하고, 물을 상기 혼합분말에 대하여 주도가 180~230mm가 되도록 첨가하여 슬러리 형태로 배합하는 단계; 제조된 슬러리 형태에 제지슬러지 소각재 1.0~5.0중량부와 TiO₂ 광촉매 분말 0.25~0.75중량부, 팽창제 0.25~1.0중량부를 첨가하여 제조된 슬러리를 투수평판을 제조할 수 있는 분말과 액상의 범위(주도 180mm)로 유동성을 저하시키는 단계; 유동성이 저하된 슬러리에 2~4mm의 골재 65-80 중량부와 규사 5~10 중량부를 투입하여 혼합하고 전체 혼합물을 진동프레스로 이동시켜 진동을 가하면서 투수평판을 성형하는 단계; 성형체를 양생실로 이동시켜 25~80℃ 온도범위에서 3~6 시간 전기 양생 혹은 증기 양생하는 단계와; 양생된 제품의 표면을 절단과정 없이 연마기를 이용하여 연마하여 골재의 색상을 표출하도록 하는 연마단계를 포함하는 복합 기능성 투수 평판의 제조방법.
제5항에 있어서, 인산염은 물에 희석되어 사용되는 것을 특징으로 하는 복합 기능성 투수 평판의 제조방법.
제5항에 있어서, 연마단계는 연마석의 굵기가 다른 4개 이상의 연마장치를 연속적으로 통과하는 것을 특징으로 하는 복합 기능성 투수 평판의 제조방법.