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KR101134172B1 - 투수성 콘크리트 블록 조성물 - Google Patents

투수성 콘크리트 블록 조성물 Download PDF

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이생근
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Abstract

본 발명은 투수성 콘크리트 블록 조성물에 관한 것으로서, 포틀랜드 시멘트 13~35 중량%, 초조강 시멘트 3~5 중량%, 고로슬래그 시멘트 3~5 중량%, 잔골재로서 직경 2~5㎜인 바텀애쉬 6.8~24.5 중량%, 굵은 골재로서 직경 6~13㎜인 바텀애쉬 25~50 중량%, 천연 및 인공 골재 18.1~43.1 중량%, 입도 2,500~3,000㎠/g인 플라이애쉬 미분말 3~8 중량%, 입도 4,000~6,000㎠/g인 고로슬래그 미분말 3~8 중량%, 및 폴리카르본산계 유동화제 0.1~0.5 중량%를 함유하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명의 투수성 콘크리트 블록 조성물은, 잔골재와 굵은 골재를 혼합한 바텀애쉬를 포틀랜드 시멘트에 배합함으로써 내구성, 압축강도, 동결, 융해성 및 투수성이 더 양호하게 유지되도록 하여 도로 포장용 투수성 인터로킹 블록, 주차장 및 산책로 등의 바닥(잔디)블록, 하천호안의 식생블록, 배수조절용 하천 바닥의 블록, 어초를 꾸미는 블록 등 다양한 용도로 사용할 수 있다.

Description

투수성 콘크리트 블록 조성물{PERMEABILITY CONCRETE BLOCK COMPOSITION}
본 발명은 투수성 콘크리트 블록 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 잔골재와 굵은 골재를 혼합한 바텀애쉬를 포틀랜드 시멘트에 배합함으로써 내구성, 압축강도, 동결, 융해성 및 투수성이 더 양호하게 유지되도록 한 투수성 콘크리트 블록 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 도로 등에 사용하는 콘크리트 포장은 투수성이 미흡하기 때문에 배수시설이 미비한 곳에서는 우천 시에 콘크리트 포장 등에 고인 물로 인하여 사고 위험이 증가할 뿐만 아니라 물이 땅 속으로 침투하지 못하여 각종 자연환경 문제를 유발하게 된다. 이러한 문제들을 해결하기 위한 수단으로서 투수성 콘크리트가 제안되어 활용되고 있다.
일반적으로 투수성 콘크리트는 잔골재 없이 시멘트, 굵은 골재 및 물만으로 제조하거나 기능이나 용도에 따라 잔골재, 유동화제, 특수 분말 혼화재 등을 사용하여 내부에 공극률이 큰 다공성 구조를 형성시킨 콘크리트이다. 그러나 이러한 다공성 구조 때문에 압축강도, 휨강도 및 내구성이 저하되고, 다량으로 포함된 굵은 골재 때문에 상대적으로 비중이 커지는 결과, 호안 블록이나 어초 등의 대형 블록제품에 적용시 운반 등의 어려운 점이 있다.
최근에는 내구성이나 충격강도의 증가를 위해 섬유물질로 보강된 투수성 콘크리트(대한민국 특허공개공보 제2003-88808호 및 제2003-70251호), 폐타이어 칩 층을 형성한 투수콘크리트(대한민국 특허공개공보 제2002-41275호), 투수성 폴리머를 배합한 콘크리트(대한민국 특허공개공보 제2000-73416호), 및 제강슬래그를 이용한 투수성 콘크리트(대한민국 특허공개공보 제2002-69759호) 등 여러 가지 특성을 가진 투수성 콘크리트에 관한 기술이 제안되어 있다.
그러나 상기 투수성 콘크리트 또는 그 제조방법에 관한 발명은 결합재로서 일반 포틀랜드 시멘트 및 굵은 골재로서 주로 천연 골재나 제강 슬래그를 사용하는데, 천연 골재는 자원고갈 및 환경문제 등으로 점차 그 공급원이 감소되는 추세이며 제강 슬래그를 골재로 사용하는 경우에는 슬래그의 안정화 처리 공정이 필요하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 잔골재와 굵은 골재를 혼합한 바텀애쉬를 포틀랜드 시멘트에 배합함으로써 내구성, 압축강도, 동결, 융해성 및 투수성이 더 양호하게 유지되도록 한 투수성 콘크리트 블록 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 제1 실시예에 의한 투수성 투수성 콘크리트 블록 조성물은, 포틀랜드 시멘트 13~35 중량%, 초조강 시멘트 3~5 중량%, 고로슬래그 시멘트 3~5 중량%, 잔골재로서 직경 2~5㎜인 바텀애쉬 6.8~24.5 중량%, 굵은 골재로서 직경 6~13㎜인 바텀애쉬 25~50 중량%, 천연 및 인공 골재 18.1~43.1 중량%, 입도 2,500~3,000㎠/g인 플라이애쉬 미분말 3~8 중량%, 입도 4,000~6,000㎠/g인 고로슬래그 미분말 3~8 중량%, 및 폴리카르본산계 유동화제 0.1~0.5 중량%를 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 천연 및 인공 골재는, 100 중량%에 대하여, 직경 6~13㎜인 폐콘크리트 25~50 중량%, 직경 2~5㎜인 천연골재 9.8~24.5 중량%, 직경 6~13㎜인 천연골재 25~50 중량%, 직경 2~5㎜인 쇄석 6.8~24.5 중량% 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 투수성 콘크리트 블록 조성물에 의하면, 잔골재와 굵은 골재를 혼합한 바텀애쉬를 포틀랜드 시멘트에 배합함으로써 내구성, 압축강도, 동결, 융해성 및 투수성이 더 양호하게 유지되도록 하여 도로 포장용 투수성 인터로킹 블록, 주차장 및 산책로 등의 바닥(잔디)블록, 하천호안의 식생블록, 배수조절용 하천 바닥의 블록, 어초를 꾸미는 블록 등 다양한 용도로 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 투수성 투수성 콘크리트 블록 조성물은, 포틀랜드 시멘트 13~35 중량%, 초조강 시멘트 3~5 중량%, 고로슬래그 시멘트 3~5 중량%, 잔골재로서 직경 2~5㎜인 바텀애쉬 6.8~24.5 중량%, 굵은 골재로서 직경 6~13㎜인 바텀애쉬 25~50 중량%, 천연 및 인공 골재 18.1~43.1 중량%, 입도 2,500~3,000㎠/g인 플라이애쉬 미분말 3~8 중량%, 입도 4,000~6,000㎠/g인 고로슬래그 미분말 3~8 중량%, 및 폴리카르본산계 유동화제 0.1~0.5 중량%를 함유한다.
상기 천연 및 인공 골재는, 100 중량%에 대하여, 직경 6~13㎜인 폐콘크리트 25~50 중량%, 직경 2~5㎜인 천연골재 9.8~24.5 중량%, 직경 6~13㎜인 천연골재 25~50 중량%, 직경 2~5㎜인 쇄석 6.8~24.5 중량% 을 포함하고 있다.
본 발명의 투수성 투수성 콘크리트 블록의 굵은 골재 및 잔골재를 대체재로서 바텀애쉬는, 화력발전소 등의 산업 현장에서 연소 및 소각하는 공정에 의하여 발생되는 것으로서, 입자크기가 100㎛ 이하인 것은 플라이애쉬 미분말이라고 한다.
상기 바텀애쉬는 콘크리트 혼화재, 시멘트 대체재, 성토재, 토지 개량재 및 경량 골재 등의 분야에 사용되는바, 이는 미세한 크기의 플라이애쉬와는 달리 보다 굵은 크기, 즉 잔골재로서 직경 2~5㎜인 것과, 굵은 골재로서 직경 6~13㎜인 것이다. 이러한 바텀애쉬는 천연 및 인공골재의 일부를 대체하거나, 경량 건자재의 제조에 일부를 사용하거나 플라이애쉬, 석고, 탄산칼슘 및 석회 등과 혼합하고 고안 압출하여 벽돌을 생산하는 데 사용된다.
본 발명에서 산업부산물인 바텀애쉬를 투수성 콘크리트 블록 조성물의 골재 대체재로서 사용함으로써 자원 고갈 문제를 해결하면서 별도의 추가적인 공정이 필요없이 콘크리트 블록의 투수성을 향상시킬 수 있다. 이러한 바텀애쉬의 함량이 너무 많으면 즉, 80 중량% 이상이 되면 콘크리트 블록의 투수성은 향상되지만 투수성 콘크리트 블록의 압축 강도 및 내구성이 저하되고, 60 중량% 보다 적으면 투수성이 저하되므로, 본 발명의 바텀애쉬는 잔골재, 즉 직경 2~5㎜인 것과, 굵은 골재, 즉 직경 6~13㎜인 것을 혼합하여 투수성과 조밀성 즉, 압축강도 및 내구성이 향상될 수 있도록 하였다. 즉 본 발명의 바텀애쉬는 잔골재 6.8~24.5 중량%와 굵은 골재 25~50 중량%을 혼합함으로써 투수성, 압축강도 및 내구성이 향상된다.
본 발명에서 잔골재와 굵은 골재를 혼합하여서 된 바텀애쉬의 화학 조성은 다음 표 1과 같다.
성 분 SiO2 Al2O3 Fe2O CaO K2O MgO
함유율(%) 50~60 20~25 8~12 3~8 3~4 1~3
또한, 투수성 콘크리트 블록의 결합재로서 포틀랜드 시멘트 외에 초조강 시멘트를 혼합하여 사용하는 바, 이 초조강시멘트는 증기 양생의 경우 초기 강도를 증진시킬 수 있다.
그리고, 포틀랜드 시멘트 및 초조강 시멘트 외에 고로슬래그 시멘트를 사용함으로써 투수성 콘크리트 블록 조성물의 강도, 내구성 및 동결 융해성을 증진시킬 수 있다.
이러한 고로슬래그 시멘트는, 해수에 대한 저항성이 우수한바, 그 화학 조성은 하기 표 2와 같다.
성분 SiO2 Al2O3 Fe2O CaO MgO SO3 강열감량
중량% 30~36 12~18 0.25~0.35 38~45 10이하 4이하 3이하
본 발명에서 플라이애쉬와 고로슬래그는 포졸란 특성으로 시멘트와 수화반응 시에 안정한 규산염을 생성하여 투수성 콘크리트 블록의 조직을 치밀하게 하고 강도를 증가시킨다.
상기 플라이애쉬 및 고로슬래그의 입도는 브레인 비표면적이 4000～6000 ㎠/g인 것이 바람직한데, 상기 범위보다 작으면 장기강도 증가의 효과가 떨어지고 상기 범위를 초과하면 비표면적 증가를 위한 분쇄비용의 증가로 경제성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 플라이애쉬 또는 고로슬래그 미분말의 함량이 2 중량% 미만이면 장기 강도의 증가효과가 거의 없으며, 10 중량%를 초과하면 초기 콘크리트의 강도가 개선되지 않기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 투수성 콘크리트 블록 조성물에는 투수성 콘크리트 블록의 유동성을 증진시키기 위하여 폴리카르본산계 유동화제 0.1～0.5 중량%가 더 포함될 수 있다.
이어서, 하기 실시예를 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 예시적인 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되지는 않는다.
[실시예]
규격별로 선별한 바텀애쉬 및 일반 포트랜드 시멘트의 함량비를 변화시키면서 초조강 시멘트, 고로슬래그 시멘트, 플라이애쉬 미분말, 및 고로 슬래그 미분말을 각각 일정량 혼합하여 물/시멘트 비가 약 0.4 이하가 되는 투수성 콘크리트 블록 조성물을 제조하였다.
또한, 상기 조성물에 추가적으로 폴리카르본산계 유동화제를 소정량 첨가하여 투수성 콘크리트 블록 조성물을 제조하였다. 이 경우, 상기 폴리카르본산계 유동화제를 추가로 첨가하여 투수성 콘크리트 블록 조성물을 제조하고 믹서기에서 혼합하여 일정형상의 몰드에 주입하여 진동시켜 성형한 후 양생하거나 현지 시공시에 현장에 직접 타설하여 양생할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 투수성 콘크리트 블록 조성물의 상세한 배합 비율과 압축강도 및 투수계수의 측정 결과는 하기 표 3과 같다.
배합비(중량%) 비교예 실시예
1 2 3 4 5 1 2 3 4
포틀랜드 시멘트 25 25 25 22 22 20 20 19 17
초조강 시멘트 - - - 3 3 3 3 4 3
고로슬래그 시멘트 - - - - - 3 3 2 2
바텀애쉬
(직경)		 2~5㎜ - - 24.5 14.7 14.7 21.5 12.9 11.4 6.8
6~13㎜ - - 50 25 25 46 46 49.5 47
천연 및 인공골재 2~5㎜ 천연골재 24.5 - - 9.8 - - - - -
6~13㎜ 천연골재 50 - - 25 - - - - -
폐콘크리트 - 50 - - 25 - - - -
쇄석 - 24.5 - - 9.8 9.8 11.6 7.6 6.8
플라이애쉬 미분말 - - - - - 3 3 4 3
고로슬래그 미분말 - - - - - 3 3 2 3
유동화제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
물/시멘트 0.4
이하		 0.4
이하		 0.4
이하		 0.4
이하		 0.4
이하		 0.4
이하		 0.4
이하		 0.4
이하		 0.4
이하
압축강도(kg/㎠) 270 265 260 275 285 286 290 285 285
투수계수(㎝/sec) 1.3×10-1 1.3×10-1 1.4×10-1 1.4×10-1 1.5×10-1 1.8×10-1 1.8×10-1 1.9×10-1 1.8×10-1
상기 표 3의 비교예 1 및 2에서 보는 바와 같이, 초조강 시멘트, 고로슬래그 시멘트 및 바텀애쉬를 생략하고, 포틀랜드 시멘트와 폐콘크리트 및 쇄석을 혼합하여 조성한 투수성 콘크리트 블록은 다소 압축강도 및 투수계수가 저하되는 것을 볼 수 있고, 천연 및 인공골재 대신에 잔골재 및 굵은 골재를 혼합한 바텀애쉬를 포틀랜드 시멘트에 혼합하면, 비교예 3과 같이, 압축강도는 다소 저하되지만 투수성이 향상되는 것을 볼 수 있다.
그리고, 비교예 4 및 5와 같이, 포틀랜드 시멘트에 초조강 시멘트를 첨가하고, 바텀애쉬와 천연 및 인공골재 중 천연골재를 첨가하거나 인공골재인 폐콘크리트나 쇄석을 혼합했을 경우, 압축강도 및 투수성이 상승하는 것을 알 수 있다.
한편, 실시예 1 내지 4에서와 같이, 모든 시멘트를 배합하고, 잔골재 및 굵은 골재를 혼합한 바텀애쉬와, 잔골재인 쇄석과, 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말을 혼합하여 투수성 콘크리트 블록을 양생하였을 경우, 이 블록 조성물은 압축강도 및 투수성이 더 향상되는 것을 볼 수 있다.
상기 제조된 투수성 콘크리트 블록에 대하여 KS F 2405에 따라서 압축강도(28일 양생강도)를 측정하였고, 투수계수의 측정은 KS F 2322에 의한 방법으로 투수계수를 측정하였다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.

Claims (2)

  1. 포틀랜드 시멘트 13~35 중량%, 초조강 시멘트 3~5 중량%, 고로슬래그 시멘트 3~5 중량%, 직경 2~5㎜인 바텀애쉬 6.8~24.5 중량%, 직경 6~13㎜인 바텀애쉬 25~50 중량%, 천연 및 인공 골재 18.1~43.1 중량%, 입도 2,500~3,000㎠/g인 플라이애쉬 미분말 3~8 중량%, 입도 4,000~6,000㎠/g인 고로슬래그 미분말 3~8 중량%, 및 폴리카르본산계 유동화제 0.1~0.5 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 블록 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 천연 및 인공 골재는, 100 중량%에 대하여, 직경 6~13㎜인 폐콘크리트 25~50 중량%, 직경 2~5㎜인 천연골재 9.8~24.5 중량%, 직경 6~13㎜인 천연골재 25~50 중량%, 직경 2~5㎜인 쇄석 6.8~24.5 중량% 을 포함하는 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 블록 조성물.





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