KR102471100B1 - 제올라이트와 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 대기정화형 골재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 대기정화형 콘크리트 투수블록 - Google Patents

제올라이트와 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 대기정화형 골재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 대기정화형 콘크리트 투수블록 Download PDF

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Abstract

장기적인 환경에서 투수블록의 내구성 및 투수능력의 저하를 해결하고, 장기적으로 대기환경을 개선시킬 수 있는 골재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 대기정화형 투수블록이 개시된다. 본 발명은 다공성 재료에 제올라이트로 코팅된 골재와, 다공성 재료에 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재가 혼합된 대기정화형 골재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 대기정화형 투수블록을 제공한다.

Description

제올라이트와 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 대기정화형 골재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 대기정화형 콘크리트 투수블록{Air purification aggregate coated with zeolite and coconut shell powder activated carbon, method of the same and concrete water permeable block by using the same}
본 발명은 대기정화형 골재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 대기정화형 콘크리트 투수블록에 관한 것이다.
투수블록은 우천 시 빗물을 지반으로 빠르게 전달하여 블록 상부의 침수피해를 방지하는 것으로서 투수성능이 매우 중요하다. 기존의 투수블록은 블록을 구성하는 콘크리트에 다량의 공극을 형성하여 재료 자체에 투수성능을 부여하고 있으나, 사용재령이 지남에 따라서 공극 틈새에 이물질이 쌓여 투수성능이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.
또한 겨울철에 이물질에 의한 수분의 유출감소로 동결융해에 의해 파괴되는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해서 블록 상호간의 틈새를 형성하는 블록도 있으나, 역시 이물질에 의한 틈새 막힘을 방지하기 위해 지속적인 유지관리가 필요하다.
또한 기존 투수블록은 콘크리트 자체성능으로 상부에서 도입되는 보행자의 하중을 저항하는데, 장시간 경과함에 따라 저하되는 내구성 및 투수성으로 블록의 파손이 불가피하다. 이와 같은 장기적인 사용재령에서 블록의 파손은 전체 투수블록을 교체해야 함으로서 유지관리 비용이 증가하는 문제점이 있다.
한편, 투수블록의 표면에 광촉매를 위한 TiO2를 코팅하여 미세먼지를 저감할 수 있는 기능성 블록 제품이 있으나, 장기적인 사용재령에서 상부 표면이 보행자의 마찰력에 의해서 쉽게 벗겨져 미세먼지 저감능력이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 장기적인 환경에서 투수블록의 내구성 및 투수능력의 저하를 해결하고, 특히 장기적으로 대기환경을 개선시킬 수 있는 투수블록 구조 및 구성요소 기술이 필요하다.
[선행특허문헌]
- 한국 등록특허 제1022893호(2011.03.16. 등록)
- 한국 등록특허 제1022413호(2011.03.15. 등록)
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 장기적인 환경에서 투수블록의 내구성 및 투수능력의 저하를 해결하고, 장기적으로 대기환경을 개선시킬 수 있는 골재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 대기정화형 투수블록을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 다공성 재료에 제올라이트로 코팅된 골재와, 다공성 재료에 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재가 혼합된 대기정화형 골재를 제공한다.
또한 상기 다공성 재료는 인공경량골재, 바텀애시골재, 펄라이트 및 팽창질석으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 대기정화형 골재를 제공한다.
또한 상기 제올라이트는 평균입경이 1 내지 10 ㎛이고, 비표면적이 1.5 내지 3 ㎡/g이고, 밀도가 1.8 내지 3 g/㎤이고, 공극 분포가 직경 2 nm 이하의 마이크로포어가 5 내지 10%, 직경 2 nm 초과 50 nm 미만의 메조포어가 1 내지 5% 및 직경 50 nm 이상의 매크로포어가 85 내지 94%이고, 상기 야자각 분말 활성탄은 평균입경이 1 내지 15 ㎛이고, 비표면적이 500 내지 1,500 ㎡/g이고, 밀도가 1.2 내지 2 g/㎤이고, 공극 분포가 직경 2 nm 이하의 마이크로포어가 70 내지80%, 직경 2 nm 초과 50 nm 미만의 메조포어가 5 내지 15% 및 직경 50 nm 이상의 매크로포어가 10 내지 20%인 것을 특징으로 하는 대기정화형 골재를 제공한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 제올라이트 또는 야자각 분말 활성탄을 아이소프로필알코올(IPA)에 1:5 내지 1:15 중량비로 용해시키고, 에폭시 수지 및 경화제를 각각 상기 제올라이트 또는 야자각 분말 활성탄 100 중량부에 대하여 50 내지 80 중량부 및 5 내지 30 중량부 투입하여 교반 후 상기 아이소프로필알코올(IPA)을 휘발시켜 대기정화형 골재를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 기층 및 상기 기층 상의 멀칭층을 포함하는 대기정화형 콘크리트 투수블록으로서, 상기 기층은 단위용적 1 ㎥ 기준으로, 투입되는 시멘트양은 300 내지 500 kg이고, 물-시멘트비는 20 내지 50 중량%이고, 골재를 70 내지 85 중량% 포함하되 굵은 골재 및 제1항의 코팅 골재 비율이 70 내지 95 중량% 및 5 내지 30 중량%이고, 상기 코팅 골재는 제1항의 제올라이트로 코팅된 골재가 5 내지 50 중량% 및 제1항의 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재가 50 내지 95 중량%이고, 상기 멀칭층은 단위용적 1 ㎥ 기준으로, 투입되는 시멘트양은 400 내지 500 kg이고, 물-시멘트비는 20 내지 50 중량%이고, 골재를 70 내지 85 중량% 포함하되 잔골재 및 제1항의 코팅 골재 비율이 70 내지 95 중량% 및 5 내지 30 중량%이고, 상기 코팅 골재는 제1항의 제올라이트로 코팅된 골재가 5 내지 50 중량% 및 제1항의 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재가 50 내지 95 중량%인 대기정화형 콘크리트 투수블록을 제공한다.
또한 상기 멀칭층은 수직 트랙 원통형 통로로서, 외경이 35 내지 45 mm 및 내경이 25 내지 35 mm이고, 트랙 너비가 6 mm 이하인 수직 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 대기정화형 콘크리트 투수블록을 제공한다.
본 발명은 특정 물리적 특성을 구비한 제올라이트로 코팅된 골재와 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재를 혼합함으로써 SOx와 NOx를 동시에 제거 효과가 우수한 대기정화형 골재를 제공할 수 있다.
또한 IPA, 에폭시 및 경화제를 이용한 제올라이트 및 야자각 분말 활성탄의 코팅으로 우수에 대한 안정적인 미세먼지 저감 효율성을 확보할 수 있는 대기정화형 골재를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
또한 기층 및 상기 기층 상의 멀칭층을 포함하는 대기정화형 콘크리트 투수블록으로서, 상기 코팅 골재를 이용한 콘크리트 기반 투수블록의 배합방식을 확립하여 투수계수 및 휨 성능이 확보된 대기정화형 콘크리트 투수블록을 제공할 수 있다.
또한 멀칭층에 형성된 원형 통로로 기층뿐만 아니라 멀칭층에서도 대기 전구물질의 제거 효율이 향상된 대기정화형 콘크리트 투수블록을 제공할 수 있다.
또한 기존 콘크리트 기반 투수블록의 배합 방식을 응용하여 시공성 및 경제성이 확보된 대기정화형 콘크리트 투수블록을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 대기정화형 콘크리트 투수블록을 나타낸 모식도,
도 2는 본 발명에 따른 대기정화형 콘크리트 투수블록의 제조 과정을 나타낸 모식도,
도 3은 본 발명의 실시예에서 SOx 및 NOx 흡착 제거 실험장치를 설명하는 모식도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 제올라이트 코팅 바텀애시 골재(a) 및 야자각 분말 활성탄 코팅 바텀애시 골재(b)를 나타낸 사진.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였으며, 본 발명의 세부구성 방향은 도면을 기준으로 하여 설명한다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 대기환경에서 발생하는 미세먼지를 상시적으로 흡착하고 제거시킬 수 있는 콘크리트 투수블록 제조 기술로서, 대기 전구물질을 제거할 수 있는 제올라이트와 야자각 분말 활성탄을 이용한 다공성 골재의 코팅 기술과, 코팅된 다공성 골재를 이용한 콘크리트 투수블록용 배합 기술로 구분된다. 다공성 골재에 나노 공극을 형성하고 있는 제올라이트 및 야자각 분말 활성탄의 코팅은 나노급의 분자 크기를 갖는 대기 전구물질(NOx 및 SOx)을 효과적으로 흡착 및 제거할 수 있다. 즉, 제올라이트는 SOx의 흡착에 효율적이며, 야자각 분말 활성탄은 NOx의 흡착에 효율적이다. 일반적으로 제올라이트, 야자각 분말 활성탄, 펄라이트, 팽창질석 등의 다공성 재료들은 상온에서 SOx 또는 NOx의 흡착에 각기 다른 효율성을 보인다. 이는 각 다공성 재료들의 미세 공극 구조와 전하의 차이 때문이다. 본 발명에서는 특정 물리적 특성을 구비한 제올라이트로 코팅된 골재와 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재를 혼합함으로써 SOx와 Nox의 동시 제거 효과가 극적으로 향상되는 것을 확인하였다. 이하, 본 발명에 따른 대기정화형 골재 및 이의 제조방법에 관해 설명한 후, 이를 이용한 대기정화형 콘크리트 투수블록에 관해 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 대기정화형 골재는 다공성 재료에 제올라이트로 코팅된 골재와, 다공성 재료에 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재가 혼합된 골재이다. 마이크로 공극을 갖는 다공성 재료들은 각각의 미세 공극 구조와 전하의 차이로 상온에서 SOx 또는 NOx의 흡착에 각기 다른 효율성을 보이는데, 본 발명에서 특정 물리적 특성을 구비한 제올라이트 및 야자각 분말 활성탄은 실험 결과, 각각 SOx 및 NOx 흡착 효과가 우수한 것을 확인하였다.
이러한 SOx 및 NOx에 대한 우수한 흡착 효율을 보이도록 하는 제올라이트 및 야자각 분말 활성탄의 물리적 특성은, 제올라이트의 경우 평균입경이 1 내지 10 ㎛이고, 비표면적이 1.5 내지 3 ㎡/g이고, 밀도가 1.8 내지 3 g/㎤이고, 공극 분포가 직경 2 nm 이하의 마이크로포어가 5 내지 10%, 직경 2 nm 초과 50 nm 미만의 메조포어가 1 내지 5% 및 직경 50 nm 이상의 매크로포어가 85 내지 94%이고, 야자각 분말 활성탄은 평균입경이 1 내지 15 ㎛이고, 비표면적이 500 내지 1,500 ㎡/g이고, 밀도가 1.2 내지 2 g/㎤이고, 공극 분포가 직경 2 nm 이하의 마이크로포어가 70 내지80%, 직경 2 nm 초과 50 nm 미만의 메조포어가 5 내지 15% 및 직경 50 nm 이상의 매크로포어가 10 내지 20%이다. 바람직하게는 제올라이트의 경우 평균입경이 3 내지 8 ㎛이고, 비표면적이 2 내지 2.5 ㎡/g이고, 밀도가 2 내지 2.5 g/㎤이고, 야자각 분말 활성탄은 평균입경이 5 내지 10 ㎛이고, 비표면적이 800 내지 1,300 ㎡/g이고, 밀도가 1.4 내지 1.8 g/㎤이다.
상기 제올라이트의 공극 분포에 있어 매크로포어 및 마이크로포어 크기 순서로 공극이 분포되어 있어 SOx에 대한 표면 흡착 유도 효과가 현저히 향상되고, 상기 야자각 분말 활성탄의 공극 분포에 있어 마이크로포어의 공극 분포가 대부분을 차지하고 있어 NOx의 활동 반경과 유사하여 NOx 흡착 효과가 현저히 향상된다.
본 발명에서 상기 다공성 재료는 상기 제올라이트 또는 야자각 분말 활성탄으로 코팅되는 대상물로서, 제올라이트 또는 야자각 분말 활성탄으로 코팅되어 SOx 또는 NOx의 흡착을 위한 공간을 제공할 수 있는 다공성 재료로서, 예컨대, 인공경량골재, 바텀애시골재, 펄라이트, 팽창질석 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 바텀애시골재 또는 팽창질석이 사용될 수 있다.
본 발명에서는 코팅 골재를 이용한 대기정화형 콘크리트 투수블록에 있어 우수 등 표면 환경 변화로 인한 미세먼지 저감 효율성 저하에 방지할 수 있는 수단으로서, IPA, 에폭시 및 경화제를 이용한 코팅 골재 제조에 관해 제시한다.
즉, 본 발명은 제올라이트를 아이소프로필알코올(IPA)에 1:5 내지 1:15 중량비, 바람직하게는 1:7 내지 1:11로 용해시킨 후 이를 다공성 재료에 침지시키고, 에폭시 수지 및 경화제를 제올라이트 100 중량부에 대하여 50 내지 80 중량부, 바람직하게는 60 내지 70 중량부 투입하여 교반 후 상기 아이소프로필알코올(IPA)을 휘발시켜 대기정화형 골재를 제조하는 방법을 제공한다. 또한 야자각 분말 활성탄을 아이소프로필알코올(IPA)에 1:5 내지 1:15 중량비, 바람직하게는 1:7 내지 1:11로 용해시킨 후 이를 다공성 재료에 침지시키고, 에폭시 수지 및 경화제를 야자각 분말 활성탄 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부, 바람직하게는 10 내지 20 중량부 투입하여 교반 후 상기 아이소프로필알코올(IPA)을 휘발시켜 대기정화형 골재를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 에폭시 수지 및 경화제는 용해된 제올라이트 또는 용해된 야자각 분말 활성탄의 접착력 향상을 위해 투입되는 것으로, 상기 경화제는 예컨대, 페놀계, 카복실산 무수물계, 아민계, 싸이올계 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 페놀계 경화제가 사용될 수 있다.
이때, 에폭시 수지 및 경화제 투입 후 제올라이트 또는 야자각 분말 활성탄이 용해된 IPA를 10분 내지 3시간, 바람직하게는 30분 내지 1시간 동안 침지하면서 교반(stirring)하고, 이후 그늘에서 자연 건조시켜 표면의 IPA를 휘발시켜 최종 대기정화형 골재가 제조될 수 있다. 여기서, 상기 침지 및 교반 시간은 제올라이트 또는 야자각 분말 활성탄이 다공성 골재에 매우 효과적으로 흡착될 수 있는 시간이다.
이와 같이, 제올라이트 및 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 각각의 다공성 골재는 표면 및 내부에서 미세 공극을 형성할 수 있어 나노급의 분자 크기를 갖는 대기 전구물질(NOx 및 SOx)을 효과적으로 흡착 및 제거할 수 있다.
이상 설명한 코팅 골재는 대기정화형 콘크리트 투수블록 제조에 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 대기정화형 콘크리트 투수블록을 나타낸 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 상기 코팅 골재(110)를 이용한 기층(120) 및 멀칭층(130)을 포함하는 대기정화형 콘크리트 투수블록(100)을 제시한다.
본 발명에서는 기층(120)뿐 아니라 멀칭층(130)의 미세먼지 저감 효율을 극대화하고, 투수계수 및 휨 성능, 구체적으로 KS F 4419에서 요구하는 투수계수 및 휨 강도를 만족하는 수준을 고려한 골재 기반 배합 상세를 제시한다.
이러한 성능 구현을 위해 상기 기층(120)은 단위용적 1 ㎥ 기준으로, 투입되는 시멘트양은 300 내지 500 kg이고, 물-시멘트비는 20 내지 50 중량%이고, 골재를 70 내지 85 중량% 포함하되 굵은 골재 및 상기 코팅 골재(110) 비율이 60 내지 95 중량% 및 5 내지 40 중량%, 바람직하게는 70 내지 90 중량% 및 10 내지 30 중량%, 더욱 바람직하게는 70 내지 80 중량% 및 20 내지 30 중량%이고, 상기 코팅 골재(110)는 제올라이트로 코팅된 골재가 5 내지 50 중량% 및 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재가 50 내지 95 중량%, 바람직하게는 제올라이트로 코팅된 골재가 20 내지 40 중량% 및 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재가 60 내지 80 중량%이다.
또한 상기 멀칭층(130)은 단위용적 1 ㎥ 기준으로, 투입되는 시멘트양은 400 내지 500 kg이고, 물-시멘트비는 20 내지 50 중량%이고, 골재를 70 내지 85 중량% 포함하되 잔골재 및 상기 코팅 골재(110) 비율이 60 내지 95 중량% 및 5 내지 40 중량%, 바람직하게는 70 내지 90 중량% 및 10 내지 30 중량%, 더욱 바람직하게는 70 내지 80 중량% 및 20 내지 30 중량%이고, 상기 코팅 골재(110)는 제올라이트로 코팅된 골재가 5 내지 50 중량% 및 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재가 50 내지 95 중량%, 바람직하게는 제올라이트로 코팅된 골재가 20 내지 40 중량% 및 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재가 60 내지 80 중량%이다.
여기서, 상기 굵은 골재(쇄석)는 5 mm 체로 통과시켰을 때 평균적으로 85 중량% 이상이 통과되지 않는 크기의 골재를 의미하며, 상기 잔골재(석분 또는 모래)는 5 mm 체로 통과시켰을 때 평균적으로 85 중량% 이상이 통과되는 크기의 골재를 의미한다.
한편, 본 발명에서 멀칭층(130)은 투수블록(100)의 표면에서 원할한 공기와 물의 흐름을 구현하기 위한 특정 형상의 통로가 형성될 수 있다. 즉, 상기 멀칭층(130)은 수직 트랙 원통형 통로(131)로서, 외경이 35 내지 45 mm 및 내경이 25 내지 35 mm이고, 트랙 너비가 6 mm 이하인 수직 통로(131)가 형성될 수 있다.
이러한 수직 통로(131)는 대기 전구물질을 포함한 공기와 우천 시 물이 블록내 기층(120)으로 원활히 유입되도록 할 수 있는 구조이다.
상기 기층(120)과 멀칭층(130)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않으며, 제올라이트로 코팅된 골재와 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재를 함께 혼합하여 기본적으로 기존의 투수블록과 동일한 방식인 진동압으로 제조될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 대기정화형 콘크리트 투수블록의 제조 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 대기정화형 콘크리트 투수블록(100)은 상기 기층(120)에 대한 배합 상세에 따라 제올라이트로 코팅된 골재(111)와 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재(112)를 포함한 배합을 기층(120) 성형 틀에 투입(a) 후 기층용 몰드(M1)로 가압 및 진동(장치 미도시)을 부여하여 기층(120)을 성형(b)하고, 성형된 기층(120) 상부에 멀칭층(130) 성형 틀에 상기 멀칭층(130)에 대한 배합 상세에 따라 제올라이트로 코팅된 골재(112)와 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재(113)를 포함한 배합을 투입(c) 후 상기 수직 트랙 원통형 통로(131) 형성에 대응되는 형상을 하부에 구비한 멀칭층용 몰드(M2)로 가압(d) 및 진동을 부여하여 멀칭층(130)을 성형(e)함으로써 최종 대기정화형 콘크리트 투수블록(100)을 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
다공성 흡착제 선정
대기 전구물질에 대한 물리적 흡착이 가능한 다공성 흡착제 선정을 위해 하기 표 1의 물리적 특성을 갖는 다공성 흡착제에 대하여 하기 방법으로 SOx 및 NOx 흡착 제거 실험을 수행하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 형상 입도 비표면적 (m2/g) 밀도
(g/cm3)		 비고
석탄계 분말
활성탄
Figure 112020105960434-pat00001
 45 ㎛ 600~1,000 0.41~0.45 -
팽창질석
Figure 112020105960434-pat00002
 1.5~2.5 mm 4.41 0.1~0.2 -
펄라이트
Figure 112020105960434-pat00003
 2.36~5 mm 1.47 0.14 -
코르크
Figure 112020105960434-pat00004
 0.01~2 mm 0.79 0.24 -
제올라이트
Figure 112020105960434-pat00005
 3~10 ㎛ 2.3 2.37 - Micropore(2 nm 이하) : 7.4%
- Mesopore(2 ~ 50 nm) : 2.7%
- Macropore(50 nm 이상) : 89.9%
야자각 분말
활성탄
Figure 112020105960434-pat00006
 5~10 ㎛ 1,130 1.56 - Micropore(2 nm 이하) : 74.7%
- Mesopore(2 ~ 50 nm) : 9.7%
- Macropore
(50 nm 이상) :15.6%
[SOx 및 NOx 흡착 제거 실험방법]
도 3에 나타낸 바와 같은 장치를 이용하여 실험하였다. 가스의 주입속도는 1 ppm을 유지하기 위한 속도(2~5 sccm)로 조절하였고, 챔버(외부 : 가로 100 mm, 세로 80 mm, 높이 150, 내부 : 가로 80 mm, 세로 75 mm, 높이 150 mm) 는 3D 프린터로 제작하여 아크릴 본드로 밀봉하였다. 다공성 흡착제는 아크릴 마개를 열고 투입 후 밀봉하였고, 가림막(가로 76 mm, 세로 146 mm, 두께 150 mm, 홀 직경 : 2 mm, 홀 개수 : 738개)은 가스 투입구에 다공성 흡착제가 막히지 않도록 하기 위한 것이다.
구분 NOx 제거율(%)* SOx 제거율(%)*
Empty space 0 0
팽창질석 0 0
펄라이트 0 0
활성탄 0 0
코르크 0 0
야자각 분말 활성탄 31 0
제올라이트 0 99
* 실험 후 4~14 시간의 평균 제거율
표 2를 참조하면, 특정 물리적 특성을 갖는 제올라이트와 야자각 분말 활성탄의 SOx 및 NOx 제거 성능이 현저히 우수한 것을 확인할 수 있다.
코팅 골재 제조
상기 표 1의 물리적 특성을 갖는 제올라이트에 대하여 아이소프로필알코올(IPA)에 1:10 중량비로 용해시킨 후 이를 바텀애시 골재에 24시간 침지시키고, 에폭시 수지 및 페놀계 경화제(205 패스트 경화제, 웨스트시스템사)를 제올라이트 100 중량부에 대하여 각각 65 중량부 및 15 중량부 투입하여 교반 후 그늘진 곳에서 자연 건조하여 아이소프로필알코올(IPA)을 휘발시켜 제올라이트 코팅 골재를 제조하였다. 또한 상기 표 1의 물리적 특성을 갖는 야자각 분말 활성탄에 대하여 아이소프로필알코올(IPA)에 1:10 중량비로 용해시킨 후 이를 바텀애시 골재에 24시간 침지시키고, 에폭시 수지 및 페놀계 경화제(205 패스트 경화제, 웨스트시스템사)를 야자각 분말 활성탄 100 중량부에 대하여 각각 65 중량부 및 15 중량부 투입하여 교반 후 그늘진 곳에서 자연 건조하여 아이소프로필알코올(IPA)을 휘발시켜 야자각 분말 활성탄 코팅 골재를 제조하였다. 도 4에 제올라이트 코팅 바텀애시 골재(a) 및 야자각 분말 활성탄 코팅 바텀애시 골재(b) 사진을 각각 나타내었다.
즉, 본 발명은 제올라이트를 아이소프로필알코올(IPA)에 1:5 내지 1:15 중량비, 바람직하게는 1:7 내지 1:11로 용해시킨 후 이를 다공성 재료에 침지시키고, 에폭시 수지 및 경화제를 제올라이트 100 중량부에 대하여 50 내지 80 중량부, 바람직하게는 60 내지 70 중량부 투입하여 교반 후 상기 아이소프로필알코올(IPA)을 휘발시켜 대기정화형 골재를 제조하는 방법을 제공한다. 또한 야자각 분말 활성탄을 아이소프로필알코올(IPA)에 1:5 내지 1:15 중량비, 바람직하게는 1:7 내지 1:11로 용해시킨 후 이를 다공성 재료에 침지시키고, 에폭시 수지 및 경화제를 야자각 분말 활성탄 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부, 바람직하게는 10 내지 20 중량부 투입하여 교반 후 상기 아이소프로필알코올(IPA)을 휘발시켜 대기정화형 골재를 제조하는 방법을 제공한다.
기층 및 멀칭층 배합상세 및 투수블록 제조
하기 표 3의 기층 및 멀칭층 배합상세로 도 2의 과정에 따라 투수블록을 제조하하였다. 제조된 투수블록에 대하여 하기 방법에 따라 압축강도를 측정 및 도 3의 장치를 응용 설계하여 SOx 및 NOx 흡착 제거 실험을 수행하고 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 하기 표 3에서는 코팅 골재 치환율이 10%인 경우의 배합상세를 예시하였으며, 코팅 골재 치환율이 20%, 30% 및 40%인 배합상세에 따른 투수블록도 함께 제조하였다. 코팅 골재의 조성은 제올라이트 코팅 골재 30 중량% 및 야자각 분말 활성탄 코팅 골재 70 중량%로 하였다.
Layer W/C Unit contents
(kg/m³)		 S/C 골재의 전체 체적 대비 각 골재들의 첨가비율(%)
시멘트 물 석분 쇄석 코팅골재 석분 쇄석 코팅 골재
멀칭층 0.23 461 106 1,661 0 185 4 90 0 10
기층 0.23 370 85 0 1,665 185 5 0 90 10
[압축강도 측정방법]
KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험 방법)에 따라 100 Х 200 mm 실험체를 제작한 뒤 500 kN 만능 재료 시험기를 이용하여 압축강도를 측정하였다.
코팅 골재 치환율(%) 압축강도(MPa) 세정횟수* NOx 제거율(%)** SOx 제거율(%)**
7 days 28 days
40 7.3 8.9 0 43.1 99.4
30 12.0 19.0 0 31.7 99.8
20 13.3 22.9 0 29.9 98.9
10 38.6 41.8 0 15.4 99.9
10 15.3 96.9
* 1회당 1시간 세정(3~4 m/s)
** 실험 후 4~14 시간의 평균 제거율
표 4를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 투수블록은 충분한 압축강도를 구현하면서도 SOx 및 NOx 제거 효과가 우수한 것을 확인할 수 있고, 코팅 골재 치환율이 20 내지 30% 구간에서는 압축강도와 SOx 및 NOx 제거 성능의 밸런스가 가장 이상적인 것으로 나타났다.
한편, 투수블록에 대해 10회 세정 이후에도 우수한 압축강도와 SOx 및 NOx 제거 효과를 유지하는 것으로부터 내구성이 우수한 투수블록을 제공할 수 있음이 확인된다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 콘크리트 투수블록 110 : 코팅 골재
111 : 제올라이트 코팅 골재 112 : 야자각 분말 활성탄 코팅 골재
120 : 기층 130 : 멀칭층
131 : 수직 통로 M1 : 기층용 몰드
M2 : 멀칭층용 몰드

Claims (6)

  1. 다공성 재료에 제올라이트로 코팅된 골재와, 다공성 재료에 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재가 혼합된 대기정화형 골재로서,
    상기 제올라이트는 평균입경이 1 내지 10 ㎛이고, 비표면적이 1.5 내지 3 ㎡/g이고, 밀도가 1.8 내지 3 g/㎤이고, 공극 분포가 직경 2 nm 이하의 마이크로포어가 5 내지 10%, 직경 2 nm 초과 50 nm 미만의 메조포어가 1 내지 5% 및 직경 50 nm 이상의 매크로포어가 85 내지 94%이고, 상기 야자각 분말 활성탄은 평균입경이 1 내지 15 ㎛이고, 비표면적이 500 내지 1,500 ㎡/g이고, 밀도가 1.2 내지 2 g/㎤이고, 공극 분포가 직경 2 nm 이하의 마이크로포어가 70 내지80%, 직경 2 nm 초과 50 nm 미만의 메조포어가 5 내지 15% 및 직경 50 nm 이상의 매크로포어가 10 내지 20%인 것을 특징으로 하는 대기정화형 골재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 재료는 인공경량골재, 바텀애시골재, 펄라이트 및 팽창질석으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 대기정화형 골재.
  3. 삭제
  4. 제올라이트 또는 야자각 분말 활성탄을 아이소프로필알코올(IPA)에 1:5 내지 1:15 중량비로 용해시키고, 에폭시 수지 및 경화제를 각각 상기 제올라이트 또는 야자각 분말 활성탄 100 중량부에 대하여 50 내지 80 중량부 및 5 내지 30 중량부 투입하여 교반 후 상기 아이소프로필알코올(IPA)을 휘발시켜 대기정화형 골재를 제조하는 방법.
  5. 기층 및 상기 기층 상의 멀칭층을 포함하는 대기정화형 콘크리트 투수블록으로서,
    상기 기층은 단위용적 1 ㎥ 기준으로, 투입되는 시멘트양은 300 내지 500 kg이고, 물-시멘트비는 20 내지 50 중량%이고, 골재를 70 내지 85 중량% 포함하되 굵은 골재 및 제1항의 코팅 골재 비율이 70 내지 95 중량% 및 5 내지 30 중량%이고, 상기 코팅 골재는 제1항의 제올라이트로 코팅된 골재가 5 내지 50 중량% 및 제1항의 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재가 50 내지 95 중량%이고,
    상기 멀칭층은 단위용적 1 ㎥ 기준으로, 투입되는 시멘트양은 400 내지 500 kg이고, 물-시멘트비는 20 내지 50 중량%이고, 골재를 70 내지 85 중량% 포함하되 잔골재 및 제1항의 코팅 골재 비율이 70 내지 95 중량% 및 5 내지 30 중량%이고, 상기 코팅 골재는 제1항의 제올라이트로 코팅된 골재가 5 내지 50 중량% 및 제1항의 야자각 분말 활성탄으로 코팅된 골재가 50 내지 95 중량%인 대기정화형 콘크리트 투수블록.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 멀칭층은 수직 트랙 원통형 통로로서, 외경이 35 내지 45 mm 및 내경이 25 내지 35 mm이고, 트랙 너비가 6 mm 이하인 수직 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 대기정화형 콘크리트 투수블록.

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이재승 외 2인., 한국콘크리트학회., 2019 가을 학술대회 논문집, pp. 297-298 (2019. 공지) 1부.*

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