KR101642385B1 - 친환경 무독성 투수블록 제조방법 - Google Patents

친환경 무독성 투수블록 제조방법 Download PDF

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KR101642385B1
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최용주
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최용선
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인제대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 친환경 무독성 투수블록 제조방법에 관한 것으로, 투수성이 우수하고, 탈색이나 변색이 없어 반영구적인 사용이 가능하여 보수비용을 절감할 수 있으며, 지하수 고갈 방지 및 수목의 생육촉진에도 기여하면서 시멘트 사용으로 인한 오염의 문제가 없는데다가 공기정화 기능까지 갖추고 있는 친환경 무독성 투수블록을 용이하게 제조할 수 있는 것이다.
이러한 본 발명은, 자연석을 분쇄한 골재에 안료를 착색하여 칼라골재를 제조하는 단계와; 상기 칼라골재와 2액형 폴리우레탄 수지와 경화촉진제를 혼합하여 교반하는 단계와; 교반된 칼라골재, 폴리우레탄 수지 및 경화촉진제의 혼합물을 성형기에 투입하여 투수블록으로 가압 성형하는 단계와; 상기 성형기에서 성형된 투수블록을 성형기에서 탈형하는 단계와; 상기 성형기에서 탈형된 투수블록을 양생하는 단계를 포함한다.

Description

친환경 무독성 투수블록 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING ECO-FRIENDLY NON-TOXIC WATER PERMEABLE BLOCK}
본 발명은 투수블록에 관한 것으로, 특히 투수성이 우수하고, 탈색이나 변색이 없어 반영구적인 사용이 가능하여 보수비용을 절감할 수 있으며, 지하수 고갈 방지 및 수목의 생육촉진에도 기여하면서 시멘트 사용으로 인한 오염의 문제가 없는데다가 공기정화 기능까지 갖추고 있는 친환경 무독성 투수블록 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 공원이나 도로에는 사람들이 안전하게 보행할 수 있도록 다양한 형태의 인도가 설치되어 있다. 이러한 인도는 보행자가 더욱 편안하고 안전하게 보행할 수 있도록 여러 가지 형태로 제작되는데, 예컨대 인도를 형성하고자 하는 지면에 시멘트, 아스팔트, 우레탄 등을 직접 타설하여 형성하거나, 또는 콘크리트나 합성수지 등을 이용하여 일정형태의 보도블록들을 제작하고 이 보도블록들을 인도를 형성하고자 하는 지면에 평탄하게 설치하여 형성하고 있다.
그런데 시멘트 콘크리트, 아스팔트, 우레탄 등을 지면에 직접 타설하여 인도를 형성할 경우에는 그 표면이 일체로 형성되어 구조적으로 안정되어 있기는 하나, 그 형태 및 색이 단조롭기 때문에 시각적으로 심미감이 현저하게 저하될 뿐만 아니라, 물이 전혀 투수되지 못하여 많은 오수가 발생하게 된다.
그래서 최근에 설치되는 인도는 대부분 다양한 문양과 색을 가지도록 제작함과 동시에 투수성을 확보할 수 있도록 보도블록들을 이용한 제작이 점차 증가하고 있는 추세이다. 그러나 이 또한 보도블록에 색상을 나타내기 위하여 첨가되는 안료가 햇빛이나 마찰 등에 의하여 그 색이 발하는 백화현상이 빠르게 진행되어 시각적으로 보기 좋지 않은 문제점이 내포되어 있다.
더 큰 문제는 보도블록 대부분이 시멘트 콘크리트 제품, 점토질 제품, 폐타이어를 활용한 제품들로서 이들 제품들은 상층부에 화학적 방법에 의하여 생산된 안료를 사용한 것으로 충분한 양생과정을 거치지 않아 우수에 의하여 화학재료가 그대로 방출되면서 하천 및 강의 수질을 오염시키는 원인이 되고 있다는 점이다.
또한, 폐타이어를 활용한 탄성재질의 고무칩 블록의 경우 강도를 확보할 수 없기 때문에 시간이 경과하면 상층부의 탈루현상이 발생되어 블록으로서의 기능이 저하되고 교체 수명이 짧아 국가예산의 과다 지출이라는 문제를 야기하였다.
그리고, 친환경 수지를 활용한 제품들은 성형기를 사용하여 바로 생산하는 제품이 없으며 양생시간이 길어 많은 형틀을 사용하여야 하고, 형틀 내에서 최소 2~24시간 동안 양생한 후 탈형을 하게 된다. 따라서 생산공정이 많고 생산원가가 과도하게 소요되므로 실제 현장에 적용되기 곤란하였다.
한국등록특허공보 제0497567호(2005.06.17)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 투수성이 우수하고, 탈색이나 변색이 없어 반영구적인 사용이 가능하여 보수비용을 절감할 수 있으며, 지하수 고갈 방지 및 수목의 생육촉진에도 기여하면서 시멘트 사용으로 인한 오염의 문제가 없는데다가 공기정화 기능까지 갖추고 있는 친환경 무독성 투수블록 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 투수블록 제조방법은, 자연석을 분쇄한 골재에 안료를 착색하여 칼라골재를 제조하는 단계와; 상기 칼라골재와 2액형 폴리우레탄 수지와 경화촉진제를 혼합하여 교반하는 단계와; 교반된 칼라골재, 폴리우레탄 수지 및 경화촉진제의 혼합물을 성형기에 투입하여 투수블록으로 가압 성형하는 단계와; 상기 성형기에서 성형된 투수블록을 성형기에서 탈형하는 단계와; 상기 성형기에서 탈형된 투수블록을 양생하는 단계를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 칼라골재 70 내지 95중량%, 상기 폴리우레탄 수지 4 내지 30중량%, 상기 경화촉진제 0.001 내지 3중량%를 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 성형기로부터 투수블록을 탈형하기 용이하도록 상기 성형기에 교반된 칼라골재, 폴리우레탄 수지 및 경화촉진제의 혼합물을 투입하기에 앞서 상기 성형기 내부에 수분형 이형제를 분사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 칼라골재를 제조하는 단계는, 자연석으로 이루어진 골재를 0.5 내지 50mm의 평균입도로 분쇄하는 단계와; 분쇄된 골재를 입도별로 분리하는 단계와; 입도별로 분리된 골재를 안료와 혼합하여 교반하는 단계와; 교반된 골재와 안료를 가열하여 골재에 착색하는 단계와; 착색된 골재에 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제를 혼합 및 교반하여 표면 코팅하는 단계와; 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제가 표면 코팅된 골재를 가열 함침하는 단계와; 가열 함침된 골재를 냉각 건조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 칼라골재를 제조하는 단계는, 냉각 건조된 골재에 대하여 광촉매를 20 내지 100L/m2 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 골재에 대한 안료의 착색 효율을 높이기 위하여 상기 골재와 안료의 혼합 전 골재를 세척하고 그 표면에 대하여 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 골재의 소재는 현무암, 화강석, 돌로마이트, 규사, 지르콘, 게르마늄 중에서 적어도 하나 선택된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 골재 50 내지 90중량%, 안료 1 내지 10중량%, 에폭시수지 1 내지 30%, UV안정제 0.1 내지 5%, 경화촉진제 0.1 내지 5중량%의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제에 의해 표면 코팅된 골재를 로에 투입한 후 가열하여 함침시키는 단계에서는, 300 내지 780℃의 온도로 1차 가열한 후, 300 내지 780℃의 온도로 2차 가열하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 분쇄된 골재를 입도별로 분리하기 전에, 분쇄된 골재로부터 이물질을 제거하는 작업이 진행되며, 상기 이물질을 제거하는 작업은 진동판에 의해 분쇄된 골재를 진동시켜 들뜨게 하면서 일측면에서는 송풍압을 가하고 타측면에서는 송풍압에 의해 날리는 이물질을 흡입하여 제거하며, 상측에서는 전자석에 의해 금속성 이물질을 흡착하여 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 친환경 무독성 투수블록 제조방법은, 투수성이 우수하고, 탈색이나 변색이 없어 반영구적인 사용이 가능하여 보수비용을 절감할 수 있으며, 탈색이나 변색이 없어 반영구적인 사용이 가능하여 보수비용을 절감할 수 있으며, 지하수 고갈 방지 및 수목의 생육촉진에도 기여하면서 시멘트 사용으로 인한 오염의 문제가 없는데다가 공기정화 기능까지 갖추고 있는 친환경 무독성 투수블록을 원활하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 친환경 무독성 투수블록 제조방법의 개념도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 투수블록 제조방법을 설명하기 위한 흐름도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 투수블록 제조방법에서 칼라골재 제조단계를 상세히 설명하기 위한 흐름도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 투수블록 제조방법을 구현하기 위한 투수블록 제조장치의 구성도
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 투수블록 제조방법을 구현하기 위한 투수블록 제조장치의 배치 상태를 나타낸 배치상태도
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 투수블록의 제조방법을 구현하기 위한 투수블록 제조장치 중 이물질 제거기의 구성을 설명하기 위한 정면도
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 투수블록 제조방법에 의해 제조된 친환경 무독성 투수블록의 투수성을 확인하는 사진
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 의한 투수블록 제조방법에 의해 제조된 친환경 무독성 투수블록의 사진
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 친환경 무독성 투수블록 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 친환경 무독성 투수블록 제조방법의 개념도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 친환경 무독성 투수블록 제조방법은 반영구적 수명을 갖는 자연석으로 이루어진 친환경 골재의 사용, 안료의 착색효과를 높이기 위하여 별도의 바인더를 사용하지 않는 플라즈마 처리, 자동차 배기가스에 의한 질소산화물(NOX)의 오염을 제거하고 공기를 정화하는 광촉매의 도포를 적용하는 독창적인 방식으로 친환경 칼라골재를 제조하고, 이같이 제조된 친환경 칼라골재를 각종 오염문제를 야기하는 시멘트를 완전히 배제한 상태에서 친환경 소재인 2액형 폴리우레탄 수지 및 경화촉진제를 사용하여 투수블록으로 가압 성형함으로써 투수성이 우수하고, 탈색이나 변색이 없어 반영구적인 사용이 가능하여 보수비용을 절감할 수 있으며, 지하수 고갈 방지 및 수목의 생육촉진에도 기여하면서 공기정화 기능까지 갖추고 있는 친환경 무독성 투수블록을 제조할 수 있도록 한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 친환경 무독성 투수블록 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 투수블록 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 투수블록 제조방법에서 칼라골재 제조단계를 상세히 설명하기 위한 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 투수블록 제조방법을 구현하기 위한 투수블록 제조장치의 구성도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 투수블록 제조방법을 구현하기 위한 투수블록 제조장치의 배치 상태를 나타낸 배치상태도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 투수블록의 제조방법을 구현하기 위한 투수블록 제조장치 중 이물질 제거기의 구성을 설명하기 위한 정면도이다.
도 2에 도시된 것처럼 본 발명의 실시예에 의한 칼라골재의 제공방법은, 칼라골재 제조단계(S11), 칼라골재 및 폴리우레탄 수지 혼합 교반단계(S12), 이형제 분사단계(S13), 가압 성형단계(S14), 탈형 단계(S15), 양생 단계(S16)를 포함하여 이루어진다.
상기 칼라골재 제조단계(S11)에서는 자연석을 분쇄한 골재에 안료를 착색하여 친환경 칼라골재를 제조하게 된다. 이 단계에서 제조되는 칼라골재의 경우 반영구적인 자연석을 모체로 탈색이나 변색이 거의 없이 아름다운 색상을 발하면서도 시멘트 제품의 백화현상이나 수화반응으로 인한 오염이 없고 자동차 배기가스에 의한 오염을 제거하고 공기를 정화할 수 있도록 한 것으로, 이송장치(190)인 컨베이어에 의해 골재가 이성되면서 제1분쇄기(110a)와 제2분쇄기(110b), 이물질 제거기(120), 입도별 분리기(140), 플라즈마 처리장치(140), 제1교반기(150a) 및 제2교반기(150b), 착색로(160a), 가열로(160b), 냉각 건조기(170), 광촉매 도포장치(180)를 거쳐 제조된다. 상기 칼라골재 제조단계에 대해서는 차후에 상세히 설명하기로 한다.
상기 칼라골재 및 폴리우레탄 수지 혼합 교반단계(S12)에서는, 전 단계에서 제조된 칼라골재와 2액형 폴리우레탄 수지 및 경화촉진제를 혼합하여 제3교반기(210)에서 교반하게 된다. 이때 상기 칼라골재 70 내지 95중량%, 상기 폴리우레탄 수지 4 내지 30중량%, 상기 경화촉진제 0.001 내지 3중량%를 혼합하게 된다. 여기서 칼라골재와 혼합되는 폴리우레탄 수지는 시멘트를 완전히 대체하여 칼라골재를 높은 강도로 바인딩하는 역할을 하게 되며, 경화촉진제는 상기 폴리우레탄 수지의 경화를 촉진하여 경화시간을 단축하도록 해준다.
상기 이형제 분사단계(S12)에서는, 가압 성형기(220)에 교반된 칼라골재, 폴리우레탄 수지 및 경화촉진제의 혼합물을 투입하기에 앞서 상기 가압 성형기(220) 내부에 수분형 이형제를 분사한다. 여기서 수분형 이형제는 가압 성형기(220)의 상판 형틀과 하판 형틀에 집중적으로 분사된다. 이 과정은 가압 성형기(220)에 대한 폴리우레탄 수지와 칼라골재의 접착을 방지하여 가압 성형기(220)로부터 성형된 투수블록의 탈형을 용이하도록 한 것으로 전체 공정시간을 줄이는데 도움이 된다.
상기 가압 성형단계(S14)에서는, 교반된 칼라골재, 폴리우레탄 수지 및 경화촉진제의 혼합물을 가압 성형기(220)에 투입한 후 가압하여 투수블록으로 성형한다.
상기 탈형 단계(S15)에서는, 상기 가압 성형기(220)에서 성형된 투수블록을 가압 성형기(220)로부터 탈형하게 된다. 이같은 투수블록의 탈형은 전 단계에서 분사된 수분형 이형제로 인해 폴리우레탄 수지나 칼라골재의 접착의 문제없이 용이하게 이루어진다.
상기 양생 단계(S16)에서는, 가압 성형기(220)에서 탈형된 투수블록을 이송장치(190)인 컨베이어를 따라 설치된 양생기(230)를 서서히 통과시키거나 충분한 시간동안 보관하면서 양생하게 된다. 이렇게 양생된 투수블록은 포장기(240)를 거치면서 계측 및 포장이 이루어진다. 여기서 상기 양생기는 복수의 냉각팬이 설치된 형태로 구성되어 상기 냉각팬을 양생 시간을 조절하는데 선택적으로 이용할 수 있다.
이로써, 투수성이 우수하고, 탈색이나 변색이 없어 반영구적인 사용이 가능하여 보수비용을 절감할 수 있으며, 지하수 고갈 방지 및 수목의 생육촉진에도 기여하면서 시멘트 사용으로 인한 오염의 문제가 없는데다가 공기정화 기능까지 갖추고 있는 친환경 무독성 투수블록을 얻을 수 있는 것이다.
아래에서는 상기 칼라골재 제조단계(S11)에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 칼라골재 제조단계(S11)는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 골재 분쇄단계(S101), 이물질 제거단계(S102), 입도별 분리단계(S103), 세정단계(S104), 플라즈마 처리단계(S105), 안료 혼합 및 교반단계(S106), 가열 착색단계(S107), 보호제 혼합 및 교반단계(S108), 보호제 가열 함침단계(S109), 냉각 건조단계(S110), 광촉매 도포단계(S111)를 포함하여 이루어진다.
상기 골재 분쇄단계(S101)에서는, 현무암, 화강석, 돌로마이트, 규사, 지르콘, 게르마늄 중에서 선택된 자연석 중 한 종 이상으로 이루어진 골재를 0.5 내지 50mm의 평균입도로 분쇄한다. 이를 위해 하나의 분쇄기가 골재를 필요로 하는 입도가 될 때까지 분쇄하는 것도 가능하지만, 환경이 허락된다면 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 제1분쇄기(110a)와 제2분쇄기(110b)를 직렬로 설치하여 단계적으로 골재를 분쇄하는 것이 분쇄 품질측면에서 바람직하다.
상기 이물질 제거단계(S102)에서는, 분쇄된 골재와 함께 포함된 불필요한 미세 분말들과 각종 이물질을 제거하게 된다. 이를 위해 도 5 및 도 6에 도시된 것처럼 이물질 제거기(120)가 진동판(121)에 의해 분쇄된 골재(S)를 진동시켜 들뜨게 하면서 일측면에서는 송풍기(123)가 송풍압을 가하고 타측면에서는 덕트(124)가 송풍압에 의해 날리는 이물질(E1)을 흡입하여 제거하며, 상측에서는 전자석(125)이 금속성 이물질(E2)을 흡착하여 제거한다. 이같은 이물질 제거과정은 분쇄된 골재(S)의 양에 따라 시간을 조절하여 수행된다. 참고로 진동판(121) 상면 둘레를 따라 메쉬망으로 구성된 울타리(121a)를 둘러친 형태로 설치하여 골재(S)가 진동판(121)에서 이탈되는 것을 차단하면서 송풍기(123)에 의한 송풍압이니 전자석(125)에 의한 자력을 허용하도록 한다.
상기 입도별 분리단계(S103)에서는, 분쇄된 골재를 입도별로 분리하는 작업이 이루어진다. 이를 위해 분리기(130)가 서로 다른 크기의 공극으로 이루어진 다수의 메쉬 또는 입도별 채를 구비하여 분쇄된 골재를 입도별로 걸러내 분리한다.
상기 세정단계(S104)에서는, 고압의 증기나 세척수를 분사하여 입도별로 분리된 골재를 세척한다. 이로써 앞선 이물질 제거단계(S102)에서 제거되지 않고 골재 표면에 잔존해 있는 미세한 분말까지 제거할 수 있다. 이 과정은 뒤에 이어질 플라즈마 처리작업의 효율을 높이기 위해 선행되는 것이다.
상기 플라즈마 처리단계(S105)에서는, 상기 골재에 대한 안료의 착색 효율을 높이기 위하여 상기 골재와 안료의 혼합 전 세척된 골재의 표면에 대하여 플라즈마 처리한다. 이를 위해 진공장치나 크기가 큰 초대형의 기계장치에서 실시할 필요 없이 간단히 대기압 플라즈마 처리장치(140)를 라인 상에 설치하여 실시할 수 있다. 이때 상온에서 방전출역은 3kw, 플라즈마 생성을 위해 질소와 산소가스의 유입량을 60:1 정도로 조절하며, 골재의 이송속도는 분당 1 내지 2m 정도로 하면서 플라즈마 처리시간은 1 내지 5분으로 할 수 있다. 이같은 플라즈마 처리에 의해서 처음에는 매끄러웠던 골재 표면에 에칭현상이 나타나고 거친 형태의 미세요철들(micro-crater)이 형성되어 표면조도(root mean square(RMS) roughness) 값은 증가한다. 이로써 골재 표면에 대한 안료 성분의 결합이 쉽게 이루어질 수 있는 조건이 갖추어진다. 만일 위 설명된 플라즈마 처리단계(S105) 없이 골재와 안료를 혼합 및 교반하여 가열 착색하는 작업이 곧바로 이루어지는 경우 안료의 양을 증가시켜야 하고 혼합 및 교반과, 가열 착색에 소요되는 시간이 대폭 증가시켜야 하는 어려움이 있다. 하지만 이와 같은 플라즈마 처리를 통하여 안료의 양과 착색에 소요되는 시간을 대폭 절감할 수 있으며, 전반적으로 착색 품질도 향상된다.
상기 안료 혼합 및 교반단계(S106)에서는, 플라즈마 처리된 골재와 안료를 혼합하고 전용의 제1교반기(150a)에서 충분히 교반하여 준다. 이로써 안료가 골재 표면에 충분한 양으로 균일하게 분산되어 도포된다.
상기 가열 착색단계(S107)에서는, 상기 제1교반기(150a)에서 교반된 골재와 안료를 착색로(160a)에서 가열하여 안료를 골재에 안정적으로 착색하게 된다. 이때 가열온도는 200℃ 이상으로부터 1000℃ 구간이면 적당하다.
상기 보호제 혼합 및 교반단계(S108)에서는, 착색된 골재에 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제를 혼합 및 교반하여 표면 코팅을 하게 된다. 상기 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제의 사용은 골재에 착색된 안료가 날아가지 않도록 보호하고 광택을 살리기 위함인데, 여기서 이들을 안료와 함께 착색단계에서 함께 적용하지 않고 단계별로 구분하여 적용하였다는 점이다. 이로써 안료의 착색시에는 에폭시 수지로 인한 가열의 제한을 염두에 두지 않고 보다 자유롭게 가열온도를 설정하여 착색작업을 진행할 수 있다는 장점과, 안료의 착색이 완전히 이루어진 후에 그 표면을 감싸 보호하기 때문에 안료가 착색된 골재의 표면을 보호한다는 측면에서도 바람직하다. 여기서 상기 골재 50 내지 90중량%, 안료 1 내지 10중량%, 에폭시수지 1 내지 30%, UV안정제 0.1 내지 5%, 경화촉진제 0.1 내지 5중량%의 비율로 혼합해준다.
상기 보호제 가열 함침단계(S109)에서는, 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제가 표면 코팅된 골재를 가열로(160b)에 투입하여 함침하게 된다. 이때 300 내지 780℃의 온도로 1차 가열한 후, 300 내지 780℃의 온도로 2차 가열해준다.
상기 냉각 건조단계(S110)에서는, 가열로(160b)에서 보호제가 함침된 골재를 냉각 건조한다. 이를 위해 도 5에 도시된 것처럼 상기 가열로(160b)에서 가열된 골재를 이송장치(190)인 컨베이어를 따라 길게 설치된 냉각 건조기(170)에 통과시켜준다. 상기 냉각 건조기(170)는 골재를 이송하는 컨베이어가 통과할 수 있는 통로를 마련하는 박스형 본체(171)와 상기 박스형 본체(171)에서 컨베이어를 따라 배치된 다수의 송풍팬(172)으로 구성되어 가열된 골재를 효과적으로 냉각 건조시켜준다.
상기 광촉매 도포단계(S111)에서는, 냉각 건조된 골재에 대하여 고압 스프레이기가 포함된 광촉매 도포장치(180)를 사용하여 광촉매를 m2 당 20 내지 100L의 양으로 도포한다. 상기 광촉매로는 산화티탄(TiO2)을 염두에 두기는 하지만 가시광에서의 효율을 높이기 위하여 산화티탄과 금속이온이 첨가된 주석산화물의 복합체나 산화티탄과 금속텅스텐산화물 접합구조의 복합체 등으로 구비될 수 있다. 참고로 광촉매 도포장치(180)를 거치면 칼라골재의 제조가 완료된다.
이렇게 광촉매 도포단계(S111)가 이루어지면 칼라골재를 사용하는 투수블록에 자동차 배기가스에 의한 질소산화물(NOX)의 오염을 제거하고 공기를 정화하는 기능이 부여된다.
전술된 본 발명의 실시예에 의한 투수블록 제조방법에 의해 실제 제조된 친환경 무독성 투수블록 사진이 도 7 내지 도 11을 통해 첨부되어 있으며, 도 7 및 도 8에는 특히 이렇게 제조된 투수블록이 갖는 뛰어난 투수성을 보여주고 있다.
아래에서는 전술된 본 발명의 실시예에 의한 투수블록 제조방법에 의해 실제 제조된 친환경 무독성 투수블록의 시편을 사용하여 휨강도를 시험한 결과를 설명하고자 한다.
<휨강도 시험 결과>
먼저 휨강도 시험을 위해 아래와 같은 배합비로 시멘트 콘크리트 블록의 시편과 친환경 무독성 블록의 시편을 제작하였다
구분 시멘트 콘크리트 블록(g) 친환경 무독성 투수블록(g)
골재 240 200
시멘트 70 없음
안료/칼라골재 7 40
수분/경화촉진제 19.5 0.05
폴리우레탄 수지 없음 12
시험 제원은 Crosshead speed (1mm/min), 휨강도(Pa) = 최대강도(N)/0.001274m2, 시편면적은 0.001274m2 이다.
그 결과 양생 시간이 경과함에 따라 다음과 같은 결과를 나타내었다.
- 3일 경과 후 측정 결과치-

시편번호		 (KN) (MPa)
시멘트 콘크리트 블록 친환경 무독성 투수블록 시멘트 콘크리트 블록 친환경 무독성 투수블록
NO. 01 1.84629 5.16907 14.49 40.57
NO. 02 4.17866 5.28399 32.79 41.47
NO. 03 3.25775 5.42588 25.57 42.58
NO. 04 1.98458 5.61233 15.57 44.05
NO. 05 1.88955 4.90845 14.83 38.52
NO. 06 2.56449 5.86375 20.12 46.02
NO. 07 1.75586 5.60123 13.78 43.96
NO. 08 1.82433 5.18272 14.31 40.68
NO. 09 2.01254 5.53333 15.79 43.43
NO. 10 1.97333 6.18256 15.48 48.52
- 7일 경과 후 측정 결과치 -

시편번호
 (KN) (MPa)
시멘트 콘크리트 블록 친환경 무독성 투수블록 시멘트 콘크리트 블록 친환경 무독성 투수블록
NO. 01 7.5956 6.60594 59.62 51.85
NO. 02 3.94319 6.46084 30.95 50.71
NO. 03 3.4142 5.56914 26.79 43.71
NO. 04 5.22351 6.24589 41 49.02
NO. 05 3.68493 6.87951 28.92 53.99
NO. 06 4.25333 5.68974 33.38 44.66
NO. 07 3.85431 5.98253 30.25 46.95
NO. 08 3.53333 5.60553 27.73 57.84
NO. 09 5.0152 6.12547 39.36 48.08
NO. 10 4.12522 5.89315 32.38 46.25
- 28일 경과 후 측정 결과치 -

시편번호		 (KN) (MPa)
시멘트 콘크리트 블록 친환경 무독성 투수블록 시멘트 콘크리트 블록 친환경 무독성 투수블록
NO. 01 6.89646 6.42369 54.13 50.45
NO. 02 4.46593 6.11668 35.05 48.01
NO. 03 5.60593 6.25455 44 49.09
NO. 04 6.20553 6.25478 48.7 49.10
NO. 05 5.13244 5.57852 40.28 43.79
NO. 06 4.57486 6.56983 38.26 51.57
NO. 07 4.6243 6.85333 36.29 53.79
NO. 08 4.33333 6.25783 34.01 49.12
NO. 09 5.12333 6.95646 40.21 54.60
NO. 10 4.15248 6.55893 32.59 51.48
위 표 2 내지 표 4에 나타난 측정 결과들을 보면 시멘트 콘크리트 블록에 비해 본 발명의 실시예에 의해 제조된 친환경 무독성 투수블록이 짧은 시간에 신속하게 경화되었으며 전반적인 강도 측면에서도 우수한 것으로 나타났다. 이로써 본 발명의 실시예에 의해 제조된 친환경 무독성 투수블록이 친환경적인 측면에서뿐만 아니라 기계적 강도 측면에서도 높은 품질을 갖는 것을 확인할 수 있다.
계속해서 아래에서는, 본 발명의 실시예에 의한 투수블록 제조방법을 구현하기 위한 투수블록 제조장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 투수블록 제조장치는, 제1분쇄기(110a)와 제2분쇄기(110b), 이물질 제거기(120), 입도별 분리기(140), 플라즈마 처리장치(140), 제1교반기(150a) 및 제2교반기(150b), 착색로(160a), 가열로(160b), 냉각 건조기(170), 광촉매 도포장치(180), 이송장치(190), 제3교반기(210), 가압 성형기(220), 양생기(230), 포장기(240) 및 제어기를 기본적으로 포함하여 친환경 무독성 투수블록을 제조하기 위한 일련의 작업들을 실시하게 된다.
이하, 상기 각 구성요소들을 중심으로 보다 상세히 설명하기로 한다.
상기 제1분쇄기(110a)와 제2분쇄기(110b)는 현무암, 화강석, 돌로마이트, 규사, 지르콘, 게르마늄 중에서 선택된 자연석 중 한 종 이상으로 이루어진 골재를 0.5 내지 50mm의 평균입도로 분쇄하는 역할을 한다. 여기서 제1분쇄기(110a)와 제2분쇄기(110b)가 직렬로 설치되어 단계적으로 골재를 분쇄하도록 구성되면 분쇄기에 걸리는 부하를 줄일 수 있으며 골재의 분쇄품질 측면에서도 바람직하다.
상기 이물질 제거기(120)는 분쇄된 골재와 함께 포함된 불필요한 미세 분말들과 각종 이물질을 제거하는 역할을 한다. 상기 이물질 제거기(120)는 도 6에 도시된 것처럼 액추에이터(122)에 지지된 상태에서 분쇄된 골재를 진동시켜 들뜨게 하는 진동판(121)과, 상기 진동판(121)의 일측면에서는 송풍압을 가하는 송풍기(123)와, 상기 진동판(121)의 타측면에서 송풍압에 의해 날리는 이물질을 흡입하여 제거하는 덕트(124)와, 상기 진동판(121)의 상측에 설치되어 분쇄된 골재와 혼합된 금속성 이물질을 흡착하여 제거하는 전자석(125)을 구비한다. 이같은 구성에 의하면 이물질 제거기(120)가 진동판(121)에 의해 분쇄된 골재(S)를 진동시켜 들뜨게 하면서 일측면에서는 송풍기(123)가 송풍압을 가하고 타측면에서는 덕트(124)가 송풍압에 의해 날리는 이물질(E1)을 흡입하여 제거하며, 상측에서는 전자석(125)이 금속성 이물질(E2)을 흡착하여 제거한다. 이로써 골재와 혼합되어 있는 다양한 이물질들을 신속히 제거할 수 있게 된다. 한편, 진동판(121) 상면 둘레를 따라 메쉬망으로 구성된 울타리(121a)를 둘러친 형태로 설치한다. 이는 골재(S)가 진동판(121)에서 이탈되는 것을 차단하면서 송풍기(123)에 의한 송풍압이니 전자석(125)에 의한 자력을 허용하도록 하는 역할을 한다.
상기 입도별 분리기(130)는 분쇄된 골재를 입도별로 분리하는 역할을 한다. 이를 위해 입도별 분리기(130)는 서로 다른 크기의 공극으로 이루어진 다수의 메쉬 또는 입도별 채를 구비하여 분쇄된 골재를 입도별로 걸러내 분리한다.
상기 플라즈마 처리장치(140)는 상기 골재에 대한 안료의 착색 효율을 높이기 위하여 상기 골재와 안료의 혼합 전 세척된 골재의 표면에 대하여 플라즈마 처리하는 역할을 한다. 이를 위해 진공장치나 크기가 큰 초대형의 기계장치에서 실시할 필요 없이 간단히 대기압 플라즈마 처리장치(140)를 라인 상에 설치하여 실시할 수 있다. 이같은 플라즈마 처리장치(140)가 구비되면 골재 표면에 미세요철들(micro-crater)이 형성되어 표면조도(root mean square(RMS) roughness) 값을 증가시킬 수 있다. 이로써 골재 표면에 대한 안료 성분의 결합이 쉽게 이루어질 수 있는 조건이 갖추어진다.
상기 제1교반기(150a)는 플라즈마 처리된 골재와 안료를 혼합하고 충분히 교반하는 역할을 한다. 이로써 안료가 골재 표면에 충분한 양으로 균일하게 분산되어 도포될 수 있다.
상기 착색로(160a)는 상기 제1교반기(150a)에서 교반된 골재와 안료를 착색로(160a)에서 가열하여 안료를 골재에 안정적으로 착색하는 역할을 한다. 상기 착색로(160a)에서 이루어지는 가열온도는 200℃ 이상으로부터 1000℃ 구간이면 적당하다.
상기 제2교반기(150b)는 착색된 골재에 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제를 혼합 및 교반하여 표면 코팅을 하는 역할을 한다.
상기 가열로(160b)는 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제가 표면 코팅된 골재를 가열로(160b)에 투입하여 함침하는 역할을 한다. 상기 가열로(160b)는 상기 착색로(160a)와 같은 종류의 것으로 구비하더라도 서로 다른 소재를 다루기 때문에 각각 마련하는 것이 바람직하다.
상기 냉각 건조기(170)는 가열로(160b)에서 보호제가 함침된 골재를 냉각 건조하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 냉각 건조기(170)는 도 5에 도시된 것처럼 상기 가열로(160b)에서 가열된 골재를 이송장치(190)인 컨베이어를 따라 길게 설치된 냉각 건조기(170)에 통과시켜준다. 상기 냉각 건조기(170)는 골재를 이송하는 컨베이어가 통과할 수 있는 통로를 마련하는 박스형 본체(171)와 상기 박스형 본체(171)에서 컨베이어를 따라 배치된 다수의 송풍팬(172)으로 구성된다. 이같은 냉각 건조기(170)의 구성에 따르면 가열된 골재를 신속히 냉각 건조시킬 수 있다.
상기 광촉매 도포장치(180)는 내부에 광촉매를 고압으로 분사할 수 있는 고압 스프레이기를 복수개 구비하고 있으며, 광촉매를 m2 당 20 내지 100L의 양으로 도포하게 된다. 상기 광촉매로는 산화티탄(TiO2)을 염두에 두기는 하지만 가시광에서의 효율을 높이기 위하여 산화티탄과 금속이온이 첨가된 주석산화물의 복합체나 산화티탄과 금속텅스텐산화물 접합구조의 복합체 등으로 구비될 수도 있다. 이같은 광촉매 도포장치(180)를 거치면 칼라골재의 제조가 완료된 수준이라 할 수 있다.
상기 제3교반기(210)는 앞선 시설들을 통해 제조된 칼라골재와 2액형 폴리우레탄 수지 및 경화촉진제를 혼합하여 교반하게 된다. 이때 상기 칼라골재 70 내지 95중량%, 상기 폴리우레탄 수지 4 내지 30중량%, 상기 경화촉진제 0.001 내지 3중량%를 혼합하게 된다. 여기서 칼라골재와 혼합되는 폴리우레탄 수지는 시멘트를 완전히 대체하여 칼라골재를 높은 강도로 바인딩하는 역할을 하게 되며, 경화촉진제는 상기 폴리우레탄 수지의 경화를 촉진하여 경화시간을 단축하도록 해준다.
상기 가압 성형기(220)는 제3교반기(210)에서 교반된 칼라골재, 폴리우레탄 수지 및 경화촉진제의 혼합물을 투수블록으로 가압 성형한다. 상기 가압 성형기(220)에는 가압 성형전 수분형 이형제를 미리 분사해두어 폴리우레탄 수지나 칼라골재가 접착되는 문제를 방지할 수 있도록 한다.
상기 양생기(230)는 가압 성형기(220)에서 탈형된 투수블록을 이송장치(190)인 컨베이어를 따라 설치된 양생기(230)를 서서히 통과시키거나 충분한 시간동안 보관하면서 양생하는 역할을 한다. 상기 양생기(230)는 성형을 마친 투수블록에 대한 양생 속도를 조절할 수 있도록 복수의 냉각팬을 구비한다.
상기 포장기(240)는 양생을 마친 투수블록을 계측하여 포장하는 역할을 한다.
상기 제어기는 이송장치(190)를 포함하여 앞서 언급된 다양한 장치들과 연계하여 골재의 처리와 이송 과정을 전반적으로 제어하는 역할을 한다.
이와 같이 구성된 투수블록 제조장치는 위 언급된 다양한 장치들을 적절히 배치하여 친환경 무독성 투수블록의 제조 및 시공을 위한 독창적인 일련의 과정들을 원활하게 수행하게 된다.
이로써, 투수성이 우수하고, 탈색이나 변색이 없어 반영구적인 사용이 가능하여 보수비용을 절감할 수 있으며, 지하수 고갈 방지 및 수목의 생육촉진에도 기여하면서 시멘트 사용으로 인한 오염의 문제가 없는데다가 공기정화 기능까지 갖추고 있는 친환경 무독성 투수블록을 얻을 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
110a : 제1분쇄기 110b : 제2분쇄기
120 : 이물질 제거기 121 : 진동판
121a : 메쉬망 울타리 122 : 액추에이터
123 : 송풍기 124 : 덕트
125 : 전자석 130 : 입도별 분리기
140 : 플라즈마 처리장치 150a : 제1교반기
150b : 제2교반기 160a : 착색로
160b : 가열로 170 : 냉각 건조기
180 : 광촉매 도포장치 190 : 이송장치
210 : 제3교반기 220 : 가압 성형기
230 : 양생기 240 : 포장기

Claims (12)

  1. 자연석을 분쇄한 골재에 안료를 착색하여 칼라골재를 제조하는 단계와; 상기 칼라골재와 2액형 폴리우레탄 수지와 경화촉진제를 혼합하여 교반하는 단계와; 교반된 칼라골재, 폴리우레탄 수지 및 경화촉진제의 혼합물을 성형기에 투입하여 투수블록으로 가압 성형하는 단계와; 상기 성형기에서 성형된 투수블록을 성형기에서 탈형하는 단계와; 상기 성형기에서 탈형된 투수블록을 양생하는 단계를 포함하며,
    상기 칼라골재를 제조하는 단계는, 자연석으로 이루어진 골재를 0.5 내지 50mm의 평균입도로 분쇄하는 단계와; 분쇄된 골재를 입도별로 분리하는 단계와; 입도별로 분리된 골재를 안료와 혼합하여 교반하는 단계와; 교반된 골재와 안료를 가열하여 골재에 착색하는 단계와; 착색된 골재에 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제를 혼합 및 교반하여 표면 코팅하는 단계와; 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제가 표면 코팅된 골재를 가열 함침하는 단계와; 가열 함침된 골재를 냉각 건조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 투수블록 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 칼라골재 70 내지 95중량%, 상기 폴리우레탄 수지 4 내지 30중량%, 상기 경화촉진제 0.001 내지 3중량%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 투수블록 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 성형기로부터 투수블록을 탈형하기 용이하도록 상기 성형기에 교반된 칼라골재, 폴리우레탄 수지 및 경화촉진제의 혼합물을 투입하기에 앞서 상기 성형기 내부에 수분형 이형제를 분사하는 것을 특징으로 하는 투수블록 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 칼라골재를 제조하는 단계는, 냉각 건조된 골재에 대하여 광촉매를 20 내지 100L/m2 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투수블록 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 골재에 대한 안료의 착색 효율을 높이기 위하여 상기 골재와 안료의 혼합 전 골재를 세척하고 그 표면에 대하여 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 하는 투수블록 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 골재의 소재는 현무암, 화강석, 돌로마이트, 규사, 지르콘, 게르마늄 중에서 적어도 하나 선택된 것을 특징으로 하는 투수블록 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 골재 50 내지 90중량%, 안료 1 내지 10중량%, 에폭시수지 1 내지 30%, UV안정제 0.1 내지 5%, 경화촉진제 0.1 내지 5중량%의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 투수블록 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 에폭시수지, UV안정제, 경화촉진제에 의해 표면 코팅된 골재를 로에 투입한 후 가열하여 함침시키는 단계에서는, 300 내지 780℃의 온도로 1차 가열한 후, 300 내지 780℃의 온도로 2차 가열하는 것을 특징으로 하는 투수블록 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    분쇄된 골재를 입도별로 분리하기 전에, 분쇄된 골재로부터 이물질을 제거하는 작업이 진행되며, 상기 이물질을 제거하는 작업은 진동판에 의해 분쇄된 골재를 진동시켜 들뜨게 하면서 일측면에서는 송풍압을 가하고 타측면에서는 송풍압에 의해 날리는 이물질을 흡입하여 제거하며, 상측에서는 전자석에 의해 금속성 이물질을 흡착하여 제거하는 것을 특징으로 하는 투수블록 제조방법.
  11. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항의 투수블록 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 투수블록.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 투수블록은 보도블록, 수목보호 블록, 경계석, 보강토 블록, 조경용 블록, 미끄럼 방지용 블록 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투수블록.



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