KR101130047B1

KR101130047B1 - 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물

Info

Publication number: KR101130047B1
Application number: KR20120006646A
Authority: KR
Inventors: 최경영; 안민우; 은재기; 경민수
Original assignee: 주식회사 에코탑
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2012-03-28

Abstract

본 발명은 생태를 복원할 수 있는 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물에 관한 것으로, 골재 또는 일반토양으로 이루어진 충진재 및 결합재와, 상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 100 ～ 150중량부로 혼합하는 감수제와, 상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 2000 ～ 3000중량부로 혼합하는 물로 이루어지며, 상기 결합재는 고로슬래그, 석고, 수산화나트륨, 황산알루미늄, 석회석, 소석회, 소성황토, 맥반석, 고령토, 메타카올린 및 폐유리 재생 분말 중 선택된 어느 하나 이상의 성분을 혼합 또는 마분말, 폐갈대를 추가로 포함하여 구성되어 있어, 기존의 고로슬래그 시멘트재료를 대체하는 비소성 시멘트를 사용하여 혼합물들의 화학반응을 통해 다양한 생물종을 보호할 수 있는 환경을 제공하고, pH 저감과 압축강도 및 동결융해저항성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공극을 충분히 확보하여 식물의 자생이 보다 효과적으로 이루어지도록 하고, 우수나 오염수의 수질을 자연정화시킬 수 있는 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물을 제공한다.

Description

비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물{A Block Compositions For Ecological Restoration Using Non Sintered Cement}

본 발명은 생태를 복원할 수 있는 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 기존의 고로슬래그시멘트재료를 대체하는 비소성 시멘트를 사용하여 혼합물들의 화학반응을 통해 다양한 생물종을 보호할 수 있는 환경을 제공하고, pH 저감과 압축강도 및 동결융해저항성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공극을 충분히 확보하여 식물의 자생이 보다 효과적으로 이루어지도록 하고, 우수나 오염수의 수질을 자연정화시킬 수 있는 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물에 관한 것이다.

최근 하천 제방보호를 위해 다공성 생태블록이 친환경적으로 조성됨에 따라 생태하천에 많은 호안블록들이 설치되고 있다. 이러한 용도의 하천생태블록들의 주재료는 일반적으로 사용되고 있는 시멘트인 포틀랜드 시멘트로서 주성분이 실리카, 알루미나 및 석회를 함유하는 원료를 적당한 비율로 충분히 혼합하고, 그 일부가 용융되어 소결된 클링커에 적당량의 석고를 첨가하여 미분쇄시켜 분말로 한 것이다.

이러한 일반적인 시멘트의 클링커 제조를 위해서는 약 1450℃의 고온 상태에서 용융시켜야만 하기 때문에 대량의 에너지(중유 약 30-35 L/톤)를 소비하게 된다. 뿐만 아니라 시멘트 1톤을 제조하는 데에는 약 700 ～ 870kg의 이산화탄소를 배출하는 것으로 알려져 있다. 현재 국내의 시멘트 생산량은 약 4천만 톤으로 이에 소비되는 석유는 약 12억L로 이 가격을 1,000원/L으로 계산하여도 1조 2천억 원이란 거대한 자금이 소요된다. 또한, 이러한 시멘트 제조방법에는 연간 약 3천 4백만 톤의 이산화탄소가 배출되기 때문에 시멘트 제조산업은 대량의 에너지를 소비함과 아울러, 환경오염의 발생원과 지구온난화의 주된 요인으로 작용하고 있다. 따라서 시멘트 산업에 있어서 이와 같은 환경부하를 감소시키기 위해서는 슬래그와 같은 산업부산물의 활용을 높이는 방안이 비용절약과 환경보호에 무엇보다도 큰 효과를 가져 올 수 있다.

즉, 클링커를 사용하지 않고 시멘트를 제조할 수 있다면 산업부산물인 고로슬래그를 고부가치의 자원으로 활용의 극대화를 꾀할 수 있음은 물론, 클링커의 제조에 의한 에너지 절약, 이산화탄소 배출에 의한 환경오염 문제를 해결할 수 있고, 생산원가의 절감 등과 같은 많은 장점이 있다. 국내에서 연간 발생하는 고로슬래그 800만 톤 전량을 본 발명에 의한 비소성 시멘트로 제조할 경우, 연간 1,500억 원의 석유를 절약할 수 있으며, 연간 850만 톤의 이산화탄소 배출을 막을 수 있는 큰 효과가 있을 것으로 예측된다. 고로슬래그는 비소성 재료로 분류하고 있으며, 소성된 황토와 소성과정을 거치는 메타카올린 강도증진 재료도 제외된 배합실험을 통하여 비소성 시멘트의 장점을 극대화하여 산업부산물의 활용을 높이는 방안이 비용절약과 환경보호에 무엇보다도 큰 효과를 가져 올 수 있다.

또한, 2012년 환경부 생태하천복원사업 추진방향은 다양한 생물종 보호와 하천의 동?식물 및 고유종, 희귀종, 법적보호종을 보존하여 하천복원 목표를 설정하고 사업추진 지침을 수립하고 있는 실정이다.

한편, 산업이 발전하고 인구가 증가하면서 하천을 오염시키는 폐수 또는 생활하수의 양이 많아지고, 이러한 폐수 또는 생활하수는 아무런 여과 없이 하천으로 유입되어 하천의 수질을 심각하게 오염시키는 사례가 많이 발생하고 있다. 특히, 요즘 뉴스를 통하여 많이 알려지고 있는 낙동강 페놀 오염과 사건과 같은 경우 예상치 못한 상황에서 오염물질이 하천으로 유입되면서 시민들의 식수원인 하천을 심각하게 오염시켜 수돗물 공급중단이라는 사태까지 초래하였다. 이러한 예상하지 못했던 사건으로 인한 하천오염의 발생은 하천오염에 따른 피해가 얼마나 심각한지를 여실히 보여주고 있어 우리들로 하여금 더더욱 하천오염 예방에 많은 관심을 가지게 하고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 특허등록 제0371440호에는 자연소재인 황토를 주성분으로 하는 황토풀을 제조하고 이를 골재의 결합재로 사용한 사면 안정용 다공성 블록이 개시되어 있다.

상기 특허 제0371440호에 개시된 사면 안정용 다공성 블록은, 자연 건조된 황토를 1,000℃이상까지 가열시키면서 고온 소성시킨 직후 급냉시켜 활성화시킨 다음 분쇄하고 이 황토와 생석회를 무게비 7 ～ 12 : 1로 혼합해 황토풀을 만들고, 입경이 20 ～ 25mm, 15 ～ 20mm 및 5～ 13mm 범위로 구성된 골재 중 어느 하나의 범위로 된 골재와 상기 황토풀을 무게비 3～5:1로 넣고 상기 황토풀에 대하여 25~32중량%의 물과 0.5~2중량%의 혼화제(고성능 감수제와 유동화제)를 첨가하고 혼합한 재료를 사용해 진동압축 방법을 통해 제조내용이 개시되어 있다.

또한, 특허등록 제0873996호 생태복원용 블록 조성물에는 고로슬래그 시멘트와 폐유리분말 등과 산업폐기물 및 재생골재를 사용하여 산업폐기물의 재활용률을 높임과 동시에 식물의 생식이 보다 잘 이루어질 수 있는 하천복원용 생태블록 조성물과 물리적 성능이 뛰어난 소석회를 사용함으로써 고로슬래그 시멘트와 고로슬래그, 맥반석, 고령토, 메타카올린, 폐유리분말을 활성화시키고 수화반응이 효과적으로 이루어진 특징이 개시되어 있다.

하지만, 상기에서 제시된 등록특허 제0371440호(사면 안정용 다공성 블록)는, 결합재로 사용되는 황토풀에 생석회가 첨가되어 있어 황토와 생석회가 포졸란 반응이나 화학적 반응이 잘 일어나지 않아 황토풀의 결합력이 저하되는 문제점이 발생되고 있다.

또한, 시멘트를 쓰지 않고 황토와 생석회의 활성화 화학 결합력으로는 블록의 압축강도 및 동결융해저항성을 해결하지 못하는 문제도 내포되어 있다.

한편, 특허등록 제0873996호(생태복원용 블록 조성물)는 여전히 고로슬래그시멘트를 사용하고 있어 다양한 생물종이 산란하고 번식하는데 있어 생태환경에 적합한 pH값 확보와 구조적 물리적 성능들이 조금 미비한 문제점을 가지고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물은 단위 중량 1,350 ～ 1,450㎏/㎥의 골재로 이루어진 충진재와, 상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 100 ～ 150중량부로 혼합하는 감수제와, 상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 2000 ～ 3000중량부로 혼합하는 물로 이루어지며, 상기 결합재는 고로슬래그 50 ～ 60중량%, 석고 8 ～ 15중량%, 수산화나트륨 1 ～ 3중량%, 황산알루미늄 1 ～ 2중량%, 석회석 1 ～ 2중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 결합재에는 소석회 7 ～ 10중량%, 소성황토 12 ～ 17중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 고령토 5 ～ 10중량%가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 결합재에는 소석회 7 ～ 10중량%, 소성황토 12 ～ 17중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 메타카올린 5 ～ 10중량%가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 결합재에는 폐유리분말 7 ～ 10중량%, 소성황토 12 ～ 17중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 고령토 5 ～ 10중량%가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 결합재에는 폐유리분말 7 ～ 10중량%, 소성황토 12 ～ 17중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 메타카올린 5 ～ 10중량%가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 결합재에는 소석회 7 ～ 10중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 고령토 5 ～ 10중량%, 폐유리분말 7 ～ 10중량%가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 결합재의 전체 중량 100%에 대하여 0.02 ～ 0.03중량%의 분말형태로 이루어진 폐갈대를 포함하여 혼합하되, 상기 폐갈대는 세척 및 양분해성 미생물을 사멸시킨 후 세척 및 건조하여 난분해성인 화이버 형태로 제작하여 분말 또는 섬유질 화이버 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물은 단위 중량 1,400 ～ 1,700㎏/㎥의 일반토양으로 이루어진 충진재와, 단위 중량 450 ～ 490㎏/㎥의 결합재와, 상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 100 ～ 150중량부로 혼합하는 감수제와, 상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 2000 ～ 3000중량부로 혼합하는 물;로 이루어지며, 상기 결합재는 고로슬래그 60 ～ 79.5중량%, 석고 7 ～ 15중량%, 수산화나트륨 1 ～ 3중량%, 황산알루미늄 1 ～ 2중량%, 석회석 1 ～ 2중량%, 소석회 10 ～ 20중량%, 마분말 0.2 ～ 1중량%로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기존의 고로슬래그시멘트재료를 대체하는 비소성 시멘트를 사용하여 혼합물들의 화학반응을 통해 다양한 생물종을 보호할 수 있는 환경을 제공하고, pH 저감과 압축강도 및 동결융해저항성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공극을 충분히 확보하여 식물의 자생이 보다 효과적으로 이루어지도록 하고, 우수나 오염수의 수질을 자연정화시킬 수 있는 유용한 발명이다.

이하, 본 발명의 구성을 더욱 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에서는 시멘트를 사용하지 않고도 충분한 압축강도 및 동결융해시 높은 저항값, 우수한 결합력을 형성하기 위해 골재 또는 일반토양으로 이루어진 충진재와 이를 결합하기 위한 결합재로 구성된다.

본 발명에서 주목할 만한 사항은 충진재와 고로슬래그, 석고, 수산화나트륨, 황산알루미늄, 석회석으로 구성된 비소성 물질이 포함된 결합재를 사용하고 있다는 것이다.

[실시 예1]

본 실시 1예에 따른 조성물은, 단위 중량 1,350 ～ 1,450㎏/㎥의 골재로 이루어진 충진재와, 단위 중량 450 ～ 490㎏/㎥의 결합재와, 상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 100 ～ 150의 중량부로 혼합하는 감수제와, 상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 2000 ～ 3000의 중량부로 혼합하는 물로 이루어져 있으며, 상기 결합재는 고로슬래그 50 ～ 60중량%, 석고 8 ～ 15중량%, 수산화나트륨 1 ～ 3중량%, 황산알루미늄 1 ～ 2중량%, 석회석 1 ～ 2중량%, 소석회 7 ～ 10중량%, 소성황토 12 ～ 17중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 고령토 5 ～ 10중량%가 혼합되어 있다.

여기서, 상기 충진재로 이용하는 골재는 쇄석골재와 재성골재 중량 비율이 5 : 5로 이루어져 있다.

특히, 상기 재생골재는 일상생활에서 많이 발생되는 폐콘크리트, 폐도자기, 폐타일, 폐보드류 및 폐판넬을 일정 입경 이하로 파쇄하여 사용하였고, 상기 쇄석골재는 광산이나 석산에서 채취되는 암석을 파쇄하여 만들어진 것을 사용하였다.

또한, 상기 결합재 중 석고는 고로슬래그의 산성피막을 파괴하여 수식이온을 용출시키는 역할을 하게 되며, 특히, 고로슬래그 내부의 알루미나 성분과 반응하여 에트린 가이트(ettringite)를 다량 생성시켜 침상의 에트린가이트에 의한 네트워크 메트릭스를 형성시켜 강도를 발현시키도록 작용하게 된다.

이때에, 상기 석고를 임계치 미만으로 혼합하였을 경우 강도가 충분히 발현되지 않는데, 이것은 고로슬래그에 함유되어 있는 C₃A 성분을 완전히 에트린가이트로 전화시킬 수 있는 석고량 부족으로 인해 여분의 C₃A 성분이 물과 반응하여 수화알루민산칼슘을 생성하거나 또는 이미 생성된 에트린가이트 중 석고와 반응하여 강도발현이 에트린 가이트보다 훨씬 작은 모노셀페이트를 생성하기 때문이다.

또한, 석고의 혼합량이 임계치를 초과할 경우에는 고로슬래그와 반응하지 못한 여분의 석고와 수화생성물 사이에 응집상태로 존재하면서 이들의 결합력을 약화시켜 강도를 저하시키는 작용을 하게 된다.

또한, 소석회는 국내에서 다량 생산되는 것으로 본 발명에서는 충분한 강도를 발현시키기 위해 혼합한다.

이러한, 소석회는 용해도가 25℃에서는 1.13g/ℓ이고, 20℃에서는 1.25g/ℓ이므로 소량만 가지고도 강알칼리성을 나타낼 수 있기 때문에 고로슬래그 표면의 쇄상결합에 의한 불투성 피막을 강알칼리성 작용(pH>12.5)에 의해 빠르게 파괴한다. 이 반응은 초기에는 활발히 진행되지만 시간이 지남에 따라 서서히 진행이 이루지게 된다.

특히, 상기 소석회를 임계치 미만으로 혼합할 경우 충분한 강도 발현이 어렵고, 임계치를 초과하여 혼합하였을 경우에는 석회의 용해도가 낮기 때문에 빨리 과포화되어 수산화칼슘 결정체로 석출되는데, 상기 수산화칼슘 결정체는 강도가 없다. 즉, 상기 수산화칼슘 결정체의 잉여량이 많을수록 오히려 압축강도가 저하되는 현상이 발생하게 되는 것이다.

다음으로, 수산화나트륨은 공업용 제품으로서 소석회의 작용과 마찬가지로 강알칼리 자극제 역할을 하게 된다. 특히, 수산화나트륨은 생석회 및 소석회와 달리 물에 잘 융해되는 과정에서 발생하는 발열현상으로 인해 고로슬래그의 반응을 촉진시켜 초기의 강도를 높일 수 있도록 작용한다.

이러한, 수산화나트륨은 임계치 미만으로 혼합할 경우 충분한 발열현상이 발생하지 않아 강도개선이 원활히 이루어지지 않게 되고, 이와 반대로 임계치를 초과하였을 경우에는 높은 발열반응으로 인하여 초기 유동성 감소와 재령이 지남에 따라 강도 또한 급격히 감소하게 되어, 표면에 팽창균열 및 나트륨 성분에 의해 알칼리 골재반응을 일으키는 문제점이 발생하게 된다.

다음으로, 황산알루미늄은 무수황산알루미늄 혹은 결정수를 함유한 황산알루미늄으로서 공업용(소위 17% 황산알루미늄-17% Al₂O₃, 또는 약 57%Al (SO₄)₂)으로 시판되고 있는 것을 사용할 수 있으며, 황산알루미늄 내에 포함되어 있는 불순물은 본 발명에서 어떠한 영향도 미치지 않는다.

상기, 황산알루미늄은 결합재 내에서 약간의 발열로 인해 고로슬래그의 반응을 촉진시킬 뿐만 아니라, 고로슬래그에 함유되어 있는 알루미나 성분이 석고와 반응하여 에트린가이트를 위주로 하는 수화물 생성을 촉진시킬 수 있게 작용하여 치밀한 골격구조를 형성함으로써 고로슬래그의 강도를 증진시킬 수 있도록 작용한다.

이러한, 황산알루미늄은 임계치 미만으로 혼합할 경우 강도증진효과를 기대할 수 없고, 임계치를 초과하여 혼합할 경우에는 초기 유동성이 급격히 저하되어 재령이 지남에 따라 강도를 큰 폭으로 감소시키는 문제점이 발생하게 된다.

아울러, 석회석은 강도증진과 더불어 고로슬래그의 수화반응에서 생성되는 공극을 충진시켜 밀실도를 증가시킴은 물론, 일부의 석회석이 에트린가이트 중의 황산염을 치환하여 결정체를 형성하도록 작용함과 동시에 치환된 황산염이 고로슬래그의 반응을 촉진시킬 수 있도록 작용하게 된다.

이러한, 석회석은 임계치 미만으로 혼합할 경우 상술한 효과를 기대하기 어렵고, 임계치를 초과하여 혼합하더라도 더욱 향상된 효과를 기대하기 어렵다.

다음으로, 상기 소성황토는 일반적인 황토를 900 ～ 1000℃에서 소성시켜 공기를 이용해 급속 냉각시켜 활성화하였다. 이때, 이렇게 활성화시킨 황토를 일정한 입도를 갖도록 분쇄한 후 소석회와 혼합하게 되면 포졸란 반응을 통해 경화가 이루어지며, 황토가 갖는 본래의 물성이나 효과를 유지할 수 있다.

이러한 소성황토 및 고령토가 임계치 미만으로 혼합되면, 본 발명의 생태복원용 블록이 강한 알카리성을 띠게 되므로, 수중에 자생하는 미생물이 감소하게 되어 수질에 악영향을 미치게 된다.

그리고 소성황토 및 고령토가 임계치를 초과할 경우에는 본 발명의 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물의 결합력이 약화되어 최소한의 강도를 확보하게 어렵게 된다.

아울러, 본 실시 예1에서의 맥반석은 결합력을 확보하기 위한 구성으로 임계치를 벗어나게 되면 결합력 저하 현상이 발생하여 동결융해시 저항성을 확보하기 어렵다. 여기서, 본 발명에서의 맥반석의 입경은 100 ～ 325mesh인 것을 사용하였다.

[실시 예2]

본 발명의 실시 예2에서는 실시 예2에서 혼합되는 혼합물들을 그대로 이용하면서 결합재의 혼합물 일부를 달리하였다.

실시 예2에 따른 결합재는 고로슬래그 50 ～ 60중량%, 석고 8 ～ 15중량%, 수산화나트륨 1 ～ 3중량%, 황산알루미늄 1 ～ 2중량%, 석회석 1 ～ 2중량%, 소석회 7 ～ 10중량%, 소성황토 12 ～ 17중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 메타카올린 5 ～ 10중량%가 혼합되어, 실시 예1에서의 고령토 대신 메타카올린 성분이 치환하였다.

[실시 예3]

본 발명의 실시 예3에서는 실시 예3에서 혼합되는 혼합물들을 그대로 이용하면서 결합재의 혼합물 일부를 달리하였다.

실시 예3에 따른 결합재는 고로슬래그 50 ～ 60중량%, 석고 8 ～ 15중량%, 수산화나트륨 1 ～ 3중량%, 황산알루미늄 1 ～ 2중량%, 석회석 1 ～ 2중량%, 폐유리분말 7 ～ 10중량%, 소성황토 12 ～ 17중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 고령토 5 ～ 10중량%가 혼합되어 실시 예3에서의 소석회 대신 폐유리분말이 치환하였다.

[실시 예4]

본 발명의 실시 예4에서는 실시 예1에서 혼합되는 혼합물들을 그대로 이용하면서 결합재의 혼합물 일부를 달리하였다.

실시 예3에 따른 결합재는 고로슬래그 50 ～ 60중량%, 석고 8 ～ 15중량%, 수산화나트륨 1 ～ 3중량%, 황산알루미늄 1 ～ 2중량%, 석회석 1 ～ 2중량%, 폐유리분말 7 ～ 10중량%, 소성황토 12 ～ 17중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 메타카올린 5 ～ 10중량%가 혼합되어 실시 예1에서의 소석회와 고령토 대신 폐유리분말과 메타카올린을 치환하였다.

[실시 예5]

실시 예5에 따른 결합재는 고로슬래그 50 ～ 60중량%, 석고 8 ～ 15중량%, 수산화나트륨 1 ～ 3중량%, 황산알루미늄 1 ～ 2중량%, 석회석 1 ～ 2중량%, 소석회 7 ～ 10중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 고령토 5 ～ 10중량%, 폐유리분말 7 ～ 10중량%를 혼합하였다.

한편, 표 1 내지 표 4는 상기와 같이 구성되어 있는 본 발명의 실시 예1 ～ 실시 예4에 따른 결합재를 이용하여 제작한 블록의 물성실험을 나타낸 것이다.

하기, 표 1 내지 표 4에서의 물성실험은 공시체를 5㎝ ×5㎝ 큐빅 모양으로 제작하여 실험한 결과이다.

상기 [표 2]에 나타난 바와 같이, 결합재 중 고로슬래그 양이 적은 대신 비소성 물질이 다량 함유되어 있는 배합에서는 상당히 높은 수치의 pH값이 형성되고 있으며, 고로슬래그의 양이 많은 대신 비소성 물질이 상대적으로 적게 혼합된 배합에서도, Case 17 ～ 20(실시 예1 ～ 실시 예4)의 배합보다 더 높은 수치의 pH값을 형성하고 있다.

즉, Case 1 ～ 19에서는 고로슬래그와 화학적 반응을 일으키는 비소성 물질의 양이 과도하게 많아 pH값이 상승한 것으로 보이며, Case 22 ～ 25에서는 불순물이 다량 함유되어 있는 고로슬래그의 양이 과도하게 많아 발생한 것으로 파악된다.

또한, Case 21(실시 예5)에서의 pH값은 다른 실시 예(1 ～ 4)의 평균치보다 값이 소폭 상승하였다.

이는, 결합재 중 비소성 물질을 제외한 성분 중에 소성황토와 메카타올린의 성분을 제외하여 발생한 것으로 파악된다.

한편, [표 2]는 결합재에 고로슬래그 시멘트를 혼합하여 pH값 실험을 하여 얻은 데이터로서, [표 1]과 비교하였을 때에 평균 0.4정도 더 높은수치를 형성하고 있다.

상기 [표 3]에서 나타난 바와 같이, 압축강도, 동결융해시 물성실험 결과 Case17 ～ 21(실시 예1 ～ 실시 예5)일때 평균강도가 매우 높게 형성되었으며, 특히, 고로슬래그의 비율이 60중량%이었을 때 결과의 평균강도는 17 ～ 18MPa로 가장 적합한 물성결과를 보여주고 있다.

여기서, Case 22 ～ 25에서는 다량의 고로슬래그를 혼합하여 압축강도 및 동결융해시 저항성을 개선하였지만, 고로슬래그와 발열 반응에 의해 강도를 개선시킬 수 있도록 작용하는 석고, 수산화나트륨, 황산알루미늄, 석회석 등의 비소성 물질의 혼합량이 상대적으로 적어짐으로써, 고로슬래그와의 반응이 완전히 이루어지지 않아 강도개선 효과가 저하된 것으로 판단된다.

특히, 상기 [표 3]에서의 Case 21(실시 예5)의 경우 [표 1]에서의 pH값은 소폭 상승하였지만 압축강도 및 동결융해시 저항성에서는 다른 비교 예에서 보다 상승된 값을 형성하고 있음을 알 수 있다.

이는, 결합재 중 비소성 물질을 제외한 성분 중에 소성황토 및 메타카올린을 사용하지 않더라도 pH값 및 강도개선 능력이 있음을 보여주는 것이라 판단된다.

한편, [표 4]는 결합재에 고로슬래그 시멘트를 혼합하였을 때의 압축강도, 동결융해 물성실험결과로서 [표 3]에서와 거의 같은 값의 결과를 보여줌을 알 수 있다.

상기 [표 5]에서의 비소성 결합배합은 고로슬래그 50 ～ 60중량%, 석고 8 ～ 15중량%, 수산화나트륨 1 ～ 3중량%, 황산알루미늄 1 ～ 2중량%, 석회석 1 ～ 2중량%를 혼합배열한 값을 나타낸 것이다.

상기 [표 5]에서 나타난 바와 같이 골재 입경을 달리하여 pH값, 압축강도 및 동결융해시 물성을 실험한 결과 실시 예1 ～ 실시 예5의 경우 식생용 조성물이나 생태옹벽 블록으로서 충분한 강도와 공극을 확보됨으로 인해, 골재 중 재생골재가 차지하는 비율이 높았음에도 불구하고 비교예와 비교하였을 때에 압축강도 및 동결융해시 저항성의 차이가 거의 나타나지 않음을 알 수 있다.

따라서, 비교 예의 일반 고로슬래그 시멘트만을 사용한 조성물과 비교하였을 때에 강도에 있어서 큰 차이가 발생하지 않는 것을 알 수 있다.

특히, 실시 예1과 실시 예2는 평균 pH가 8.0 ～ 8.2정도의 수치를 보여 거의 중성에 가까운 물성을 보여주고 있으며, 소석회, 메타카올린이 혼합된 배합은 압축강도가 높게 나타나고, 폐유리 분말, 고령토가 혼합된 배합에서는 pH저감효과가 확연히 나타났다.

이는, 소석회와 메타카올린이 고온 소성되어 수화반응을 일으키는데 효과적이며, 임계치 미만일 경우 강도확보에 문제가 발생하고 임계치를 초과하더라도 그 강도효율이 뚜렷하게 발현되지 않는 것을 말해주고 있다.

하지만, 실시 예1 ～ 실시 예5 모두 강도차이 및 pH수치의 차이가 많이 나타나지 않았으며, 압축강도와 비례하여 동결융해에 대한 저항성은 상술한 실시 예 모두 초기압축강도 대비 100cycle 후 80%이상의 압축강도를 확보하여 내구성에 대한 문제도 해결되었다고 판단된다. 따라서, 실시 예1 ～ 실시 예5의 각각 그 물성과 기능들이 생태복원용 조성물 제조기술로서 그 효과가 뛰어나다고 판단된다.

상기 [표 6]에서 나타난 바와 같이 수질분석실험결과 슬래그 시멘트가 혼합된 실시 예1 ～ 실시 예5에서는 조성물의 흡착과 필터링 효과로 인하여 BOD, SS의 평균농도가 40 ～ 50%이상 저감(유입수 → 유출수)된 것을 확인할 수 있다.

상기 데이터에 비해 비소성 결합재가 혼합된 실시 예1 ～ 실시 예5에서는 슬래그 시멘트가 혼합된 실시 예1 ～ 실시 예5보다 평균 3 ～ 5%정도 더 저감되어 수질이 더 정화되는 효과가 있었음을 알 수 있으며, 이러한, 수질 정화 효율이 가장 효율적으로 이루어질 수 있는 조성범위가 고로슬래그 50 ～ 60중량%, 석고 8 ～ 15중량%, 수산화나트륨 1 ～ 3중량%, 황산알루미늄 1 ～ 2중량%, 석회석 1 ～ 2중량%로 확인되었다.

상기 [표 7]는 고로슬래그 시멘트가 포함된 결합재를 이용하여 식생블록을 제작하여 식물생육을 실험한 결과이고, [표 8]은 비소성 결합재를 이용하여 식생블록을 제작하여 식물생육을 실험한 결과이다.

여기서, 상기 식물생육 실험에서는 골재의 크기를 20 ～ 25㎜인 제품으로 한정하였으며, 제품 사이의 공극은 토탄, 정수오니, 연소재를 6 : 3 : 1의 중량비로 혼합한 재료를 물과 함께 혼합하여 충진하였다. 그리고 충진된 각 실시예의 제품을 양질의 토양 위에 올려놓고 그 위에 흙을 5㎝정도 복토한 흙 위에 톨훼스큐 종자를 100립/㎠의 밀도로 파종하였다.

상기 [표 7] 및 [표 8]에 나타난 바와 같이, 고로슬래그 시멘트 혼합예와 비소성 결합재 혼합예를 대피한 결과 모든 경우에서 3주 후 초장에서 3 ～ 4㎝의 차이를 보이기 시작하였으며, 6주 후의 초장에서는 평균 5 ～ 8㎝까지 차이를 보였다.

이는, 비소성 결합재를 혼합한 조성물이 물을 보습하는 기능과 pH가 중성에 가까워 우수한 식물생육조건을 형성하는 것으로 판단된다.

한편, 상기 실시 예 1 ～ 실시 예5에서 결합재의 전체 중량 100%에 대하여 0.02 ～ 0.03 중량 비율의 분말 및 섬유질 화이버(1 ～ 10mm) 형태로 이루어진 폐갈대를 더 포함하여 제작할 수 있다.

일반적으로, 중금속 오염을 방지하고자 하천이나 인공습지 등에 식생시킨 갈대는 사후처리에 문제가 있어 방치하게 되면 자연부패가 발생하여 유해가스에 의해 오히려 주변환경이 오염되는 문제점이 발생하였다.

이에, 본 발명에서는 폐갈대를 더 혼합하되, 상기 폐갈대는 세척 및 양분해성 미생물을 사멸시킨 후 세척 및 건조하여 난분해성인 화이버 형태로 제작하여 분말 또는 섬유질 화이버(1 ～ 10mm) 형태로 사용한다.

이러한, 폐갈대의 이용은 갈대 제거에 따른 비용을 줄임과 동시에 미리 미생물을 제거한 상태이기 때문에 부패시 발생하는 유해가스의 발생을 억제하면서 강도를 개선할 수 있도록 작용하게 된다.

한편, 본 발명에서는 일반토양으로 이루어진 충진재와 비소성 물질이 포함된 결합재를 통해서도 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다.

[실시 예6]

이러한 구성을 살펴보면, 단위 중량 1,400 ～ 1,700㎏/㎥의 일반토양과, 단위 중량 450 ～ 490㎏/㎥의 결합재와, 상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 100 ～ 150중량부로 혼합하는 감수제와, 상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 2000 ～ 3000중량부로 혼합하는 물로 이루어지며, 상기 결합재는 고로슬래그 60 ～ 79.5중량%, 석고 7 ～ 15중량%, 수산화나트륨 1 ～ 3중량%, 황산알루미늄 1 ～ 2중량%, 석회석 1 ～ 2중량%소석회 10 ～ 20중량%, 마분말 0.2 ～ 1중량%로 이루어져 있다.

즉 실시 예6에서는 충진재로서 골재 대신 일반토양을 사용함으로써, 실시 예1 ～ 실시 예5에서 비소성 물질 이외에 추가하였던 성분 중 고령토, 맥박선, 메타카올린, 폐유리분말을 사용하지 않고도 이와 유사한 형태의 효과를 얻을 수 있게 되며, 특히, 본 실시 예5에서는 마분말이 추가로 혼합된다.

상기 마분말은 양질의 단백질과 만난이라는 당질이 함유되어 있으며, 각종 무기성분이 풍부한 알칼리성 식자재이다.

이러한, 마분말의 포함은 전체 조성물을 중성화시킬 수 있도록 작용하며, 특히, 전체적인 pH값을 감소시킴은 물론 물을 정화하는 능력 및 몰을 보습하는 기능도 탁월하여 최적의 생육조건을 만들 수 있도록 작용하게 된다.

이러한, 마분말은 건조한 후에 분쇄기를 이용하여 분말화 시킨 것을 이용하는 것이 좋다.

상기 [표 9]에서 나타난 바와 같이, 실시 예6에서는 일반토양+결합재(비소성물질+소석회+마분말)을 혼합하였고, 실시 예6-1에서는 마분말을 혼합하지 않은 형태로 실험을 하였다.

상기 [표 9]에서 알 수 있듯이 실시 예6(마분말 포함)은 실시 예6-1 대비 pH값이 평균 0.5 ～ 0.6정도 낮은 수치를 형성하고 있는 것을 알 수 있다.

이는, 마분말이 무기성분이 풍부한 알카리성분으로 이루어져 pH값을 중성에 가깝게 형성할 수 있도록 작용하는 것으로 판단된다.

한편, [표 10]은 식물생육을 위한 비교실험 자료로서 포틀랜드 시멘트를 사용한 비교예와는 확연한 차이가 발생하고 있으며, 상술하였던 실시 예1 ～ 실시 예5와 비교하여 식물생육작용이 비슷하거나 더 좋은 결과를 얻고 있음을 알 수 있다.

이는, 충진재에 비소성 물질이 포함된 결합재를 결합하였던 조성물에서 나타났던 효과와 더불어 마분말의 추가 혼합을 통해 더욱 pH값을 감소시킴은 물론 보습성능의 개선으로 식물이 성장하는 최적의 식물생육촉진효과가 있는 것으로 판단되며, 특히, 물성의 압축강도 및 동결융해시 저항성에서도 큰 차이를 보이지 않고 있다.

상술한 실시 예는 본 발명을 설명하기 위한 일 실시 예로서 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시 가능함을 명시한다.

Claims

단위 중량 1,350 ～ 1,450㎏/㎥의 골재로 이루어진 충진재,
단위 중량 450 ～ 490㎏/㎥의 결합재,
상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 100 ～ 150중량부로 혼합하는 감수제,
상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 2000 ～ 3000중량부로 혼합하는 물로 이루어지며,
상기 결합재는 고로슬래그 50 ～ 60중량%, 석고 8 ～ 15중량%, 수산화나트륨 1 ～ 3중량%, 황산알루미늄 1 ～ 2중량%, 석회석 1 ～ 2중량%를 포함하는 것에 특징이 있는 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 결합재에는 소석회 7 ～ 10중량%, 소성황토 12 ～ 17중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 고령토 5 ～ 10중량%가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 결합재에는 소석회 7 ～ 10중량%, 소성황토 12 ～ 17중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 메타카올린 5 ～ 10중량%가 더 포함되어 있는 것에 특징이 있는 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 결합재에는 폐유리분말 7 ～ 10중량%, 소성황토 12 ～ 17중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 고령토 5 ～ 10중량%가 더 포함되어 있는 것에 특징이 있는 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 결합재에는 폐유리분말 7 ～ 10중량%, 소성황토 12 ～ 17중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 메타카올린 5 ～ 10중량%가 더 포함되어 있는 것에 특징이 있는 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 결합재에는 소석회 7 ～ 10중량%, 맥반석 5 ～ 10중량%, 고령토 5 ～ 10중량%, 폐유리분말 7 ～ 10중량%가 더 포함되어 있는 것에 특징이 있는 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물.
삭제
단위 중량 1,400 ～ 1,700㎏/㎥의 일반토양으로 이루어진 충진재,
단위 중량 450 ～ 490㎏/㎥의 결합재,
상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 100 ～ 150중량 부로 혼합하는 감수제,
상기 충진재와 결합재를 합친 전체중량 100중량부에 대하여 2000 ～ 3000중량부로 혼합하는 물;로 이루어지며,
상기 결합재는 고로슬래그 60 ～ 79.5중량%, 석고 7 ～ 15중량%, 수산화나트륨 1 ～ 3중량%, 황산알루미늄 1 ～ 2중량%, 석회석 1 ～ 2중량%, 소석회 10 ～ 20중량%, 마분말 0.2 ～ 1중량%로 구성되는 것에 특징이 있는 비소성 시멘트를 이용한 생태복원용 블록 조성물.