KR100423130B1 - 황토미분말을 적용한 포러스콘크리트 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황토미분말을 적용한 포러스콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 조성물은 기존의 포러스콘크리트(투수용·식생용·흡음용·수질정화용 등의 포러스콘크리트)에 새로운 개념의 포러스콘크리트 또는 칼라포러스콘크리트의 개발을 위해 천연의 환경친화적 재료인 황토미분말을 시멘트에 혼입시킨 포러스콘크리트 조성물의 개발이라 할 수 있으며, 시멘트 75~97 wt% 중량부에 화학적 주성분이 SiO₂: 30∼65%, Al₂O₃: 20∼45%, Fe₂O₃: 2∼20% 인 황토미분말 3~25 wt%를 첨가하여 분체부를 형성하는 단계; 상기 형성된 분체부 100 중량부에 대하여 물 10~50 중량부를 첨가하여 비빔하여 페이스트를 형성하는 단계; 상기 페이스트에 5㎜ 이상의 단입도 쇄석 또는 2.5∼5㎜의 골재를 첨가하고 골재의 표면에 페이스트가 코팅되도록 비빔하는 단계를 통해 투수용 포러스콘크리트, 식생용 포러스콘크리트, 수질정화용 포러스콘크리트 등으로 활용시 화학적인 중화처리제의 사용없이 중성 성질을 지닌 포러스콘크리트를 제조할 수 있으며, 또한, 황토미분말의 포졸란 반응성에 의해 페이스트의 강도증진 및 부착강도를 증진시킬수 있도록 제조한 조성물 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

Description

황토미분말을 적용한 포러스콘크리트 조성물 및 그 제조방법{A composites for Porous Concrete or Color Porous Concrete with Hwangtoh powder and its a manufacturing method }

본 발명은 황토미분말을 적용한 포러스콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래의 포러스콘크리트(투수용·식생용·흡음용·수질정화용 등의 포러스콘크리트)에 새로운 개념의 칼라포러스콘크리트 개발을 위해 천연의 환경친화적 재료인 황토미분말을 시멘트 중량부의 3%에서 70% 혼입시킨 포러스콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

포러스콘크리트는 연속된 공극을 많게 하여, 물과 공기가 자유롭게 통과할 수 있도록 연속공극을 균일하게 형성시키는 다공질의 콘크리트를 말한다. 공극을 다량으로 포함시키기 위해서는 골재의 입도가 균일한 단입도 쇄석이 요구되며, 통상 잔골재를 사용하지 않기 때문에 노파인콘크리트(No-fine Concrete) 또는 다공질이기 때문에 포러스콘크리트(Porous Concrete)라고 불린다.

또한, 포러스콘크리트는 굵은골재에 시멘트페이스트 또는 모르터를 점조하여 부착시킨 것으로 연속 또는 독립된 공극을 5∼30% 함유하고 있어 투수성과 투기성이 뛰어나 투수콘크리트, 생물의 생식공간을 제공할 수 있는 식생콘크리트 및 수질정화용 콘크리트에도 유용하고 나아가 흡음 효과도 지니고 있어 환경문제에 폭넓게 적용시킬 수 있는 콘크리트라 할 수 있다.

이러한 포러스콘크리트의 종래기술은 다양한 분야에서 개발되어 사용하고 있으나, 그 중에서 칼라포러스콘크리트의 개발에 있어서는 화학안료 및 산화철 등과 같은 금속미분말에 의한 콘크리트의 착색이었다. 또한, 식생용 또는 수질정화용 포러스콘크리트로 사용하기 위해서는 시멘트의 강알칼리성(pH12.0∼13.5)을 중화시켜야 한다. 이를 위해 인위적으로 중화처리제의 사용이 불가피한 실정이다.

본 발명은 기존의 유사발명에서와는 달리, 한국에서 대량으로 산출되는 황토를 미분말로 가공하여 시멘트 중량에 3%에서 70%까지 첨가하여 제조하는 포러스콘크리트로써, 본 발명 조성물에서 이루려는 기술적 과제는

첫째로, 시멘트의 강알칼리성을 제어하여 환경친화성 콘크리트인 포러스콘크리트의 친환경성을 극대화하고자 하였다. 즉, 시멘트의 강알칼리성(pH 12.0∼13.5)을 황토의 산성(pH 4.0∼6.0)성질을 이용하여 자체 중화시켜 포러스콘크리트를 제조한다.

이에 의해 포러스콘크리트를 이용한 식생콘크리트 제조시에 화학약품과 같은 중화제의 사용을 억제하면서 환경친화적인 포러스콘크리트의 제조가 가능하다.

둘째는, 화려한 색상으로 천연무기질 재료인 황토를 적용한 칼라포러스콘크리트를 제조하는 것이다. 즉, 회색빛 시멘트의 색상을 기존에는 화학안료 또는 산화철과 같은 안료를 사용하여 붉은 색상으로 변화를 주었으나, 본 발명에서는 환경친화적이고 천연의 무기질 재료인 황토의 미립분에 의해 시멘트를 붉은색 계통으로 착색시킬 수 있으며, 황토의 첨가율(발명 범위 황토3%∼70%)에 따라 색상의 변화를 줄 수 있다.

셋째는 시멘트와 황토의 포졸란(Pozzolan)반응성 도입에 의한 포러스콘크리트의 강도증진과 페이스트의 조직치밀화로 양질의 칼라포러스콘크리트의 제조가 가능하다. 즉, 시멘트내의 C₃A, C₂S, C₃S, C₄AF 등과 황토내의 SiO₂, Al₂O₃등이 물과 서로 반응하여 CSH 수화물, CAH 수화물, CASH 수화물 등을 생성하여 페이스트의 조직치밀화를 유도할수 있다.

넷째는 황토라는 환경친화적 재료를 포러스콘크리트에 적용함으로써, 콘크리트의 강알칼리성 중화 및 색상조절 등으로 콘크리트의 성능과 기능 및 쾌적성을 부여할 수 있는 포러스콘크리트로 제조할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 포러스콘크리트 조성물을 보인 사시사진 예시도도 2 는 본 발명에 따른 포러스콘크리트 조성물을 보인 평면사진 예시도도 3 은 본 발명에 따른 포러스콘크리트 조성물을 보인 또다른 사진예시도도 4 는 종래의 포러스콘크리트 조성물을 보인 사진 예시도

본 발명에 사용하는 황토라 함은, 고령토 저급품 및 점토광물의 일종으로 아래 표의 황토특성을 만족하는 점토광물이면, 본 발명의 범주에 모두 속한다 할 수 있다.또한, 황토의 색상조절 및 포졸란 반응을 원활히 할 수 있도록 입자의 크기를 1mm이하로 하고, 건조에 있어서는 상온 및 1000℃ 이하로 건조한 황토를 사용한다.상기와 같은 황토미분말을 적용한 칼라포러스콘크리트 조성물의 제조방법은 다음과 같다.1. 시멘트(97%∼30% 중량부)와 황토미분말(3%∼70% 중량부)로 구성된 분체부에 물(분체중량부의 10%∼50%)을 가하여 비빔을 행하여 페이스트(paste)를 만든다.2. 페이스트의 흘러내림 발생 방지 및 작업성 향상을 위해 필요시 감수제를 분체중량부의 0%∼10%로 첨가하고, 휨강도 등의 요구시에는 수지성분을 분체중량부의 0%∼20% 첨가한다.3. 굵은골재는 균일한 입도를 (예, 5mm이상의 단입도 골재, 2.5∼5mm의 골재)가진 골재를 페이스트에 첨가한다.4. 골재부 용적에 대해 페이스트부의 용적이 차지하는 비는 25%∼50%로 설정하여 비빔한다.5. 조골재의 표면에 페이스트가 모두 코팅(coating)이 되도록 손비빔 또는 기계비빔을 행한다.6. 황토미분말을 이용한 칼라포러스콘크리트가 건조되면, 탈형하여 양생한 후 사용한다.상기와 같은 제조방법에 있어서, 본 발명의 배합은 황토미분말을 시멘트의 중량대체에 의한 범위선정이 주요 관건이다. 즉, 황토미분말의 첨가율을 시멘트 중량부에 3%에서 70%사이에서 사용하여 제조한 포러스 콘크리트를 말하며, 물분체비 즉, 수량대 분체량(시멘트와 황토의 혼합량)과의 비는 물량을 분체중량부의 10%에서 50%의 범위에서 적용하며, 수지(폴리머계통의 열경화성 수지)의 첨가는 휨강도가 많이 요구될 경우 필요에 따라 전체 분체량 중량부에 0%에서 20%를 선택하여 적용한다. 감수제의 사용량은 페이스트가 골재를 원활히 코팅할 수 있는 작업성과 페이스트의 흘러내림성을 판정하여 전체 분체량 중량부에 0%에서 10%내에로 자유롭게 선택한다. 이와 같은 본 발명의 배합비율을 도식하면 다음과 같다.이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 사용한 황토는 반드시 첨가되어 칼라색상조정, 알칼리 중화작용, 포졸란 반응 등을 유도하는 것으로써, 고령토 저급품 및 점토광물의 일종으로 성인 및 산지에 있어서는 암석의 풍화에 의해 생성되며, 주로 채굴되는 장소는 산과 밭등이며, 화학적 주성분은 SiO₂: 30∼65%, Al₂O₃: 20∼45%, Fe₂O₃: 2∼20%라고 정의 할 수 있다. 또한, 황토의 비중은 2∼3범위이며, 산성을 나타내는 pH값은 주로 4.0∼6.0범위에 분포하며, 재료로의 사용시에 있어서는 입자의 크기를 1mm이하로 하며, 건조에 있어서는 상온건조 및 1000℃이하에서 건조하여 사용한다.

시멘트에 있어서는 KS 규준에 만족하는 1종, 2종, 3종, 4종, 5종 시멘트 등을 모두 사용할 수 있으며, 특히 조강 및 초조강 포틀랜드시멘트가 권장사용된다.

굵은 골재에 있어서는 입도가 균질한 골재로서 5mm이상의 단입도 쇄석이나 2.5∼5mm의 골재 등이 사용될 수 있다.

감수제에 있어서는 페이스트의 흘러내림 및 작업성 향상을 위해 필요시 첨가를 하며, 감수제의 종류에 있어서는 멜라민계, 나프탈렌계, 폴리카르본산계 등 기존에 통용되는 콘크리트용 감수제 모든 종류가 사용가능하다.

수지에 있어서는 PVA, 에폭시 등의 석유제품에서 열경화성 수지와 동·식물성 수지 모두 가능하다.

"황토미분말을 적용한 칼라포러스콘크리트 조성물"의 제조방법에 있어서는 우선, 시멘트(97%∼30% 중량부)와 황토미분말(3%∼70% 중량부)로 구성된 분체부에 물(분체중량부의 10%∼50%)을 가하여 비빔을 행하여 페이스트(paste)를 만든 후, 페이스트의 흘러내림 발생 방지 및 작업성 향상을 위해 필요시 감수제를 분체중량부의 0%∼10%로 첨가하고, 휨강도 등의 요구시에는 수지성분을 분체중량부의 0%∼20% 첨가한다.

굵은골재는 균일한 입도를 (예, 5mm이상의 단입도 골재, 2.5∼5mm의 골재)가진 골재를 페이스트에 첨가하며, 이때, 골재부 용적에 대해 페이스트부의 용적이 차지하는 비는 25%∼50%로 설정하여 비빔한다.

포러스콘크리트 비빔에 있어서는 조골재의 표면에 페이스트가 모두 코팅 (coating)이 되도록 손비빔 또는 기계비빔을 행하고, 황토미분말을 이용한 칼라포러스콘크리트가 건조되면, 탈형하여 양생한 후 사용한다.

본 발명의 배합비율에 있어서는 우선, 황토미분말을 시멘트의 중량대체에 의한 범위선정이 주요 관건이다.

즉, 황토미분말의 첨가율을 시멘트 중량부에 3%에서 70%사이에서 사용하여 제조한 포러스 콘크리트를 말하며, 물분체비 즉, 사용 수량대 분체량(시멘트와 황토의 혼합량)과의 비는 수량(물량)을 분체중량부의 10%에서 50%의 범위에서 적용하며, 수지(폴리머계통의 열경화성 수지)의 첨가는 휨강도가 많이 요구될 경우 필요에 따라 전체 분체량 중량부에 0%에서 20%를 선택하여 적용한다.

감수제에 있어서는 페이스트가 골재를 원활히 코팅할 수 있는 작업성과 페이스트의 흘러내림성을 판정하여 전체 분체량 중량부에 0%에서 10%내에로 자유롭게 선택한다.

상기와 같은 재료 및 제조, 배합비율에 의해 "황토미분말을 적용한 칼라포러스콘크리트 조성물"의 제조가 가능하며, 이에 따른 특성 및 기대효과에 대해서 열거하면, 본 발명에 의한 조성물은 기존의 포러스콘크리트(투수용·식생용·흡음용·수질정화용 등의 포러스콘크리트)에 새로운 개념의 칼라포러스콘크리트 개발을 위해 천연의 환경친화적 재료인 황토미분말을 시멘트 중량부의 3%에서 70% 혼입시킨 포러스콘크리트 조성물의 개발이라 할 수 있으며, 황토 특유의 붉은색이 회색빛의 시멘트를 착색시켜 칼라포러스콘크리트가 될 수 있도록 한 것 [기존의 개발품은 화학안료 및 산화철 등과 같은 금속미분말에 의한 콘크리트의 색상 착색이었음] 과 황토의 산성성질(pH 4.0∼6.0)을 이용하여 시멘트의 강알칼리성(pH 12.0∼13.5)을 황토미분말의 혼입에 의해 자연중화시켜 식생콘크리트로의 활용시 화학적인 중화처리제의 사용없이 중성 성질을 지닌 포러스콘크리트[기존의 개발품은 화학적 중화처리제의 사용에 의해 가능하였음]를 제조할 수 있으며, 또한, 황토미분말의 포졸란 반응성에 의해 페이스트의 강도증진 및 부착강도를 증진시킬수 있도록 제조한 조성물로써 투수용 포러스콘크리트, 식생용 포러스콘크리트, 흡음용 포러스콘크리트, 수질정화용 포러스콘크리트 등에 적용할 수 있다.이하 본 발명의 조성비율에 따른 압축강도 및 연속공극율은 다음의 표 1 에 도시된 바와 같습니다.표 1

	분체량	시멘트	황토미분말	골재량	물분체비	골체입경 (㎜)	페이스트 : 골재의 용적비	4주후압축강도	연속공극율	비고	실험요인내용
1	100	97	3	800	25	13∼25	1 : 4	130	26.0	○	황토미분말 대체율에 따른 실험
2		75	25		28			125	24.8	○
3		50	50		32			95	24.9	○
4		25	75		40			15	33.5	×
5		75	25		70			20	32.5	×	물분체비에 따른 실험
6		75	25		40			95	28.7	○
7		75	25		20			160	26.7	○
8		75	25		10			18	32.6	×
9		75	25		25		1:1.5	355	4.2	×	페이스트 : 골재의 용적비에 따른 실험
10		75	25		25		1: 4	138	26.3	○
11		75	25		25		1: 6	45	35.9	×
12		75	25		25	2∼5	1:2	252	22.1	○	골재입경에 따른 실험
13		75	25		25	8∼13	1:3	219	25.3	○
14		75	25		25	13∼25	1:4	138	26.7	○

상기 표 1 에 도시된 바와 같이, 본원발명은 시멘트 97∼30 wt%, 황토미분말 3∼70wt%를 구비하는 분체 100 중량부에 물 10∼50 중량부를 첨가하여 페이스트를 형성하고, 페이스트의 용접이 골재부 용적의 25∼50 %를 차지하도록 골재를 첨가/비빔하여 건조시킨 후, 4주후에 압축강도를 측정할 경우, 대부분 130 ㎏f/㎠ 이상의 강도를 구비하며, 연속공극율이 20∼30 %를 구비하고 있음을 알 수 있으며, 시멘트 97∼75 wt%, 황토미분말 3∼25wt%를 구비하는 분체 100 중량부에 물 10∼50 중량부를 첨가하여 페이스트를 형성하고, 페이스트의 용접이 골재부 용적의 25∼50 %를 차지하도록 골재를 첨가/비빔하여 건조하는 것이 가장 바람직함을 알 수 있습니다.이와 같이 본 발명은 황토 특유의 붉은색이 회색빛의 시멘트를 착색시켜 칼라포러스콘크리트가 될 수 있도록 한 것과 황토의 산성성질(pH 4.0∼6.0)을 이용하여 시멘트의 강알칼리성(pH 12.0∼13.5)을 황토미분말의 혼입에 의해 자연중화시켜 투수용, 식생용, 수질정화용 포러스콘크리트 등으로의 활용시 화학적인 중화처리제의 사용없이 중성 성질을 지닌 포러스콘크리트를 제조할 수 있으며, 또한, 황토미분말의 포졸란 반응성에 의해 페이스트의 강도증진 및 부착강도를 증진시킬수 있도록 되어 있다.

본 발명인 황토미분말을 적용한 칼라포러스콘크리트 조성물의 효과를 나열하면,

1. 시멘트의 강알칼리성에 의한 문제점을 황토의 산성성질(pH 5 내외)에 의해 중성화시켜 환경친화적 포러스콘크리트를 제조할 수 있다.

2. 환경친화적인 황토미분말의 사용에 의한 색상조절이 가능하며 황토내의 화학성분이 복합적으로 작용 (Al₂O₃·nSiO₂·mFe₂O₃)하여 변색의 우려가 전혀 없습니다. (기존의 발명에서는 색상조절에 있어서 화학안료 및 산화철 성분을 사용함)

3. 황토미분말의 미분말 효과 및 포졸란 작용에 의해 페이스트의 강도가 증진되어 본 발명 조성물의 강도를 증대시킬수 있다.

Claims (3)

1. 시멘트 75∼97 wt%, 비중 2∼3, pH 4.0∼6.0, 화학적 주성분이 SiO₂: 30∼65%, Al₂O₃: 20∼45%, Fe₂O₃: 2∼20%이고 입자크기 1㎜ 이하의 건조된 황토미분말 3∼25 wt%로 이루어진 분체부 100 중량부에 물 15∼50중량부를 첨가하고, 상기 페이스트의 용적비가 골재용적에 대하여 25∼50%가 되게 5㎜ 이상의 단입도 쇄석 또는 2.5∼5㎜의 골재가 첨가되어 연속공극율 5∼30 %를 함유하는 것을 특징으로 하는 황토미분말을 적용한 포러스콘크리트 조성물.
2. 삭제
3. 시멘트 75~97 wt% 중량부에 화학적 주성분이 SiO₂: 30∼65%, Al₂O₃: 20∼45%, Fe₂O₃: 2∼20% 인 황토미분말 3~25 wt%를 첨가하여 분체부를 형성하는 단계;

   상기 형성된 분체부 100 중량부에 대하여 물 10~50 중량부를 첨가하여 비빔하여 페이스트를 형성하는 단계;

   상기 페이스트에 5㎜ 이상의 단입도 쇄석 또는 2.5∼5㎜의 골재를 첨가하고 골재의 표면에 페이스트가 코팅되도록 비빔하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 황토미분말을 적용한 포러스콘크리트 조성물 제조방법.