KR200355191Y1 - 건설폐기물과 합성수지를 이용한 건설 건자재 - Google Patents

Abstract

본 고안은 건설폐기물과 합성수지를 이용한 건설 건자재에 관한 것이다. 본 고안은 합성수지 20~70중량부와; 건설폐기물로부터 생산되고 입경이 6mm이하인 재활용 모래 40~60중량부와; 경화제 0.5~3.5중량부 및 경화촉진제 0.1~0.3중량부를 포함하여 이루어진 폴리머 콘크리트 조성물을 원심 성형한 것으로서, 본체(100)의 길이방향으로 중공부(120)가 형성된 건설 건자재를 제공한다. 이에 따라, 본 고안은 강도, 내식성, 내충격성 및 동결융해에 대한 저항성 등의 물성이 우수하며 건설폐기물의 높은 재활용도를 가짐과 동시에 경제성이 제고되는 효과를 갖는다. 본 고안의 건설 건자재는 도로 경계블록, 인터로킹블록 등을 포함한다.

Description

건설폐기물과 합성수지를 이용한 건설 건자재{CONSTRUCTION PRODUCTS BY USING CONSTRUCTION WASTES AND SYNTHETIC RESIN}

본 고안은 경계블록, 인터로킹블록, 벽돌 등과 같은 건설 건자재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건설폐기물과 합성수지를 주재료로 하되, 건설폐기물의 처리과정에서 생산된 재활용 모래 및 무기성 슬러지와 이들의 결합재로 사용되는 합성수지를 적정 배합하고 이를 원심력을 이용하여 성형함으로써 강도, 내식성, 내충격성 및 동결융해에 대한 저항성 등이 우수하고 건설폐기물의 재활용도를 높임과 동시에 경제성을 제고시킨 건설 건자재에 관한 것이다.

일반적으로, 경계블록은 장방형의 형상을 갖는 것으로서, 주로 차도의 가장자리(차도와 보도의 사이 등)에 설치되어 경계의 목적 또는 차량의 이탈 방지수단으로 설치되며, 인터로킹블록은 맞물림 구조를 갖는 것으로서, 주로 보도의 바닥 마감재 등으로 사용된다. 종래, 이러한 경계블록 및 인터로킹블록을 포함한 벽돌등의 건설 건자재는 시멘트 콘크리트 제품과 천연 석재 제품이 일반적이었다. 상기와 같은 건설 건자재는 외압에 대한 인장, 휨 및 압축강도는 물론 항상 외기에 노출되어 있기 때문에 내식성, 동결융해에 대한 저항성 등이 강해야 한다. 특히, 반복적인 동결융해로 인해 내구성에 직접적인 영향을 미쳐 강도를 저하시킴은 물론 외관을 불량해지게 하여 잦은 교체를 야기하고 이는 결국 경제적 손실을 가져오게 하므로 무엇보다 동결융해에 대한 높은 저항성이 요구된다.

그러나 시멘트 콘크리트 제품은 골재(모래와 자갈)에 시멘트(주로, 포클랜트 시멘트)와 물, 그리고 혼화재로서 고로슬래그, 플라이애쉬 등을 혼합한 모르타르를 양생시켜 제조한 것으로서, 이는 쉽게 부식되고 강도가 약하며, 높은 흡수율에 따른 노화현상 및 대기의 탄산가스에 의한 중성화 현상이 발생된다. 그리고 동결융해에 대한 저항성이 약하여 쉽게 균열 및 파손되는 문제점이 있었다. 반면에, 천연 석재 제품은 주로 화강암 등을 절단 가공한 것으로서, 이는 시멘트 콘크리트 제품에 비해 강도, 내식성, 외관성 등에서는 우수하나, 재료비와 가공비가 많이 소요되어 제품원가가 매우 높고 중량이 무거워 경제성 및 작업성에 대한 문제점이 지적되어 왔다.

이에 따라, 근래에는 비교적 새로운 재료로서 폴리머 콘크리트에 대한 많은 연구가 시도되고 있다. 일반적으로, 폴리머 콘크리트는 골재(모래, 자갈), 폴리머(합성수지), 충전재, 그리고 경화제 및 경화촉진제를 기본 조성으로 한다.

이때, 폴리머와 충전재는 골재 입자를 상호 결합시키는 바인더(결합재) 역할을 한다. 경화제와 경화촉진제는 제품의 사용용도 및 수지의 특성 및 종류에 따라첨가여부 및 종류 그리고 배합량이 결정된다. 위와 같은 폴리머 콘크리트에 있어서 폴리머와 골재의 혼화성 및 제품의 물성을 감안하여 폴리머의 종류 및 그 배합비가 중요 인자로 설정된다.

대한민국 공개특허번호 제10-1997-065466호에는 결합재 전체 중량의 10~20중량%의 수축감소제가 포함되어 있는 불포화 폴리에스테르 수지 결합재 10~16중량%, 조골재와 세골재의 혼합물 60~80중량%, 충전재 8~16중량%, 그리고 개시제와 가교제 0.1~0.16중량%로 이루어진 폴리머 콘크리트 조성물을 이용한 경계블록이 제시되어 있다. 또한, 대한민국 제10-1997-026995호에는 위와 같이 이루어진 폴리머 콘크리트 조성물을 이용한 샌드위치 단열패널이 제시되어 있다. 그리고 대한민국 공개특허번호 제10-2003-0056282호에는 55~65중량%를 점유하는 골재, 25~35중량%를 점유하는 모래, 결합재로서 5~15중량%를 점유하는 레진(폴리에스테르 수지에 경화제 및 경화촉진제를 혼합한 것)을 포함하여 이루어진 레진 콘크리트가 제시되어 있다.

위와 같은 폴리머 콘크리트는 폴리머 자체의 특성으로 인해 시멘트 콘크리트 제품 대비 강도는 물론 표면성(외관성), 수밀성 및 내식성 등을 높일 수 있다.

그러나 폴리머 콘크리트는 폴리머 자체가 고가인 관계로 물성(강도, 수밀성, 내식성 등)이 보장된 상태에서 그 배합비가 가능한 최소화되어 경제적인 면이 고려되어야 하며, 경화 시 수축에 따른 치수 안정성이 보장되어야 한다. 그러나 위와 같은 종래 기술에 있어서, 혼합되는 폴리머가 골재 대비 비록 적은 양이 사용되고 있으나, 폴리머 자체가 워낙 고가임에 따라 단위 체적당 생산단가가 기존의 시멘트 콘크리트 제품에 비해 5~8배 이상으로 높다는 문제점이 있다.

따라서 제품의 물성 측면에서 폴리머 콘크리트는 바람직한 소재이나 경제적인 측면에서 불리하므로 이를 해결하기 위한 어떤 수단이 강구되어야 한다.

한편, 최근 환경에 대한 인식이 세계적인 문제점으로 부각되는 가운데 국내에서도 환경에 대한 친화노력이 날로 고조되고 있다. 환경에 대한 문제는 대기, 수질 등 사회전반에 걸쳐 산재해 있는데, 그 중에서 특히 건설폐기물에 대한 관심이 커지고 있다. 건설폐기물의 처리는 환경 및 기타 문제 때문에 점차 어려워지고 있으며, 재개발 대상건축물의 잔재를 매립할 곳을 찾지 못해 개발계획이 보류되는 상황도 발생하고 있다. 건설폐기물은 다른 폐기물에 비해 대부분 무기성 폐기물로서 비교적 간단한 중간 처리 과정을 거쳐 재활용 모래가 수득될 수 있으며, 특히 폐콘크리트로부터 생산된 재활용 모래의 경우 천연모래의 수급부족의 문제점 해결 및 모래 채취에 따른 환경문제를 해결할 수 있는 유익한 재료가 될 수 있다.

현재, 건설폐기물로부터 재활용 모래와 무기성 슬러지를 생산하는 기술은 많이 제시되어 있으며, 실제로 많은 양이 생산되고 있다. 그러나 이들의 재활용 방안에 대해서는 구체화되지 못하여 대부분 매립되어지거나, 일부 제품에 적용되는 경우 품질이 저하되고 사용자와 시공자간의 인식부족 때문에 재활용이 어려운 실정이다.

종래, 건설폐기물로부터 생산된 재활용 모래를 재활용함에 있어서, 일반적인 시멘트 콘크리트의 조성 중에서 천연골재(강모래와 자갈) 대신 재활용 모래로 치환하여 제품화하고 있다. 그러나 이는 강도 및 흡수율 등이 시멘트 콘크리트 제품보다 떨어지고, 제품의 품질이 일률적으로 나타나지 않는 문제점이 있었다. 그 이유는 실제적으로 건설현장에서 발생되는 건설폐기물은 성상에 따라 이물질의 함량이 다르고, 건축물의 시공시기, 지역, 용도에 따른 또는 타설 당시의 골재의 종류 및 성상, 단위 시멘트량, 혼화재료 및 이의 사용량 등의 변수에 따라 다양하게 나타나므로 특정적인 수치에 기준을 잡을 수 없고, 재활용 모래의 생산과정에서 선별 및 파쇄 등의 여러 단계의 공정을 거치더라도 정량적인 재료를 생산할 수 없기 때문이다.

특히 재활용 모래는 철분, 수분 등의 이물질이 함유되어 있고, 이를 이용한 제품은 제품 내에 공극이 많이 존재하여 강도, 내식성, 및 동결융해에 대한 저항성 등이 약하여 제품의 주재료로 사용하기에는 한계가 있었다.

이에 따라, 재활용 모래는 제품의 주재료로서는 재활용이 용이하지 못하여 원재료인 폐콘크리트와 함께 비용을 지불하면서까지 매립 처리되고 있다. 또한, 재활용 모래의 생산 과정에서 부산물로 수득된 무기성 슬러지는 성토나 복토용으로 사용되는 경우도 있으나, 이 역시 비용을 지불하면서까지 매립 처리되고 있다.

따라서, 건설폐기물로부터 생산된 재활용 모래는 물론 이의 부산물로서 생산되는 무기성 슬러지를 유용하게 재활용할 수 있는 방안과, 이를 이용한 제품의 경우에는 실용화될 수 있도록 우수한 물성을 갖게 할 수 있는 기술적 과제가 요구된다. 그리고 결합재로서 폴리머(합성수지)를 사용하는 경우 기존 시멘트 콘크리제품에 상당하는 가격적인 면이 고려되어야 한다.

본 고안자는 재활용 모래에 결합재로서 폴리머(합성수지)를 사용하여 기존 시멘트 콘크리트 제품 이상의 물성을 갖는 건자재를 얻을 수 있었다.

본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 및 과제를 해결한 것으로, 건설폐기물과 합성수지를 주재료로 하되, 건설폐기물의 처리과정에서 생산된 재활용 모래 일정 중량부에 이의 결합재로서 합성수지를 일정 중량부 배합하고, 이를 원심력을 이용하여 성형함으로써 강도, 수밀성, 내식성 및 동결융해에 대한 저항성 등의 물성이 우수하고 치수 안정성을 가지며 건설폐기물의 재활용도를 높임과 동시에 경제성을 제고시킬 수 있는 건설 건자재를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 고안은 재활용 모래의 생산 시 부산물로 얻어지는 무기성 슬러지를 충전재로서 사용함으로써 무기성 슬러지의 재활용도를 높임에 다른 목적이 있다.

아울러, 본 고안은 위와 같은 건설 건자재를 제조함에 있어서, 열이 공급된 원심 몰드를 이용함으로써 물성 및 표면성이 더욱 향상되고 제조 시간을 현저히 단축시킬 수 있는 건설 건자재를 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.

이에 더하여, 본 고안은 색상안료 또는 발광안료를 함유시킴으로써 외관성 및 식별력이 우수하여 특히 외곽 도로에 유용하게 적용될 수 있는 건설 건자재를 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.

도 1은 건설폐기물로부터 재활용 모래 및 무기성 슬러지를 생산하는 후처리 공정도이다.

도 2는 본 고안에 따른 건설 건자재의 구체적인 구현예로서 차도의 가장자리에 설치되는 장방형의 경계블록을 보인 사시도이다.

도 3은 본 고안에 따른 건설 건자재의 다른 구현예를 보인 것으로서, 양측 말단에 결합수단을 갖는 경계블록의 일부 절단 사시도이다.

도 4는 본 고안에 따른 제조에 유용하게 적용될 있는 원심력 제조설비의 단면 구성도를 보인 것이다.

도 5는 상기 도 4의 원심력 제조설비를 구성하는 제조형틀의 사시 구성도를 보인 것이다.

도 6은 상기 도 4의 바람직한 형태로서 여러 개의 제조형틀이 설치된 원심력 제조설비의 사시 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 제조형틀 2 : 구동로울러

3 : 가열수단 4 : 이송수단

11 : 고정형틀 12 : 덮개형틀

13 : 피동륜 31 : 캡슐

32 : 발열체 100 : 본체

120 : 중공부 150 : 결합수단

150a : 끼움돌기 150b : 끼움홈

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 폴리머 콘크리트 조성물을 이용한 건설 건자재에 있어서,

합성수지 20~70중량부와; 건설폐기물로부터 생산되고 입경이 6mm이하(체눈금 6mm를 통과한 것)인 재활용 모래 40~60중량부와; 경화제 0.5~3.5중량부 및 경화촉진제 0.1~0.3중량부를 포함하여 이루어진 폴리머 콘크리트 조성물을 원심 성형한 것으로서, 본체의 길이방향으로 중공부가 형성된 건설 건자재를 제공한다.

상기 폴리머 콘크리트 조성물은 임의 선택적으로 재활용 모래의 생산 시 부산물로 얻어진 무기성 슬러지 15~35중량부를 더 포함하여 이루어질 수 있으며, 이때 합성수지의 함량은 20~35중량부인 것이 바람직하다.

또한, 본 고안에 따라서 상기 폴리머 콘크리트 조성물은 색상안료 0.5~5중량부가 더 함유되어 이루어지거나, 합성수지 100중량부에 대하여 발광안료 8~20중량부가 더 함유되어 이루어질 수 있다. 그리고 휨 성능 및 충격저항성을 증대시키기 위하여 유리섬유 및 고무분말로부터 선택된 1종 이상의 보강재 5~10중량부가 더 함유되어 이루어질 수 있다.

위와 같은 본 고안의 건설 건자재는,

합성수지와; 건설폐기물로부터 생산되고 입경이 6mm이하(체눈금 6mm를 통과한 것)인 재활용 모래와; 경화제 및 경화촉진제를 포함하여 이루어진 폴리머 콘크리트 조성물을 얻는 단계와;

상기 폴리머 콘크리트 조성물을 원심 몰드에 투입하는 단계와;

상기 원심 몰드를 200~400rpm의 회전속도로 5분~10분 동안 회전시켜 폴리머 콘크리트 조성물이 제품의 외관 형태를 갖추고 그 내부에 중공부(120)가 형성되도록 하는 1차 회전단계와;

상기 원심 몰드가 회전하고 있는 상태에서 열을 공급하는 단계와;

상기 열이 공급된 원심 몰드를 300~500rpm의 회전속도로 10분~30분 동안 더 회전시켜 폴리머 콘크리트 조성물을 완전 경화시키는 2차 회전단계;를 포함하여 이루어지는 제조방법에 의해 제조되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리머 콘크리트 조성물을 얻는 단계에서는 재활용 모래의 생산 시 부산물로 얻어진 무기성 슬러지를 더 포함시키는 것이 바람직하다. 그리고, 폴리머 콘크리트 조성물을 원심 몰드에 투입하기 이전에 이형성이 좋도록 원심 몰드의 내부 벽면에 이형제를 도포하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 2차 회전단계에 후속하여 경화된 내용물(제품)을 탈형 제거하여 상기 원심 몰드의 하부에 설치된 이송수단을 통하여 이송시키는 단계;를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

이하, 본 고안을 보다 상세히 설명한다.

본 고안자는 우선, 건설폐기물의 처리과정에서 생산된 재활용 모래의 재활용 방안에 대해 알아보고, 이를 재활용할 수 있는 건설 건자재에 대하여 검토하였다. 그리고 재활용 모래의 생산 시 부산물로 얻어진 무기성 슬러지가 기존 시멘트 콘크리트에서 혼화재료로 사용되어 온 고로슬래그나 플라이애쉬(fly ash) 대신에 이용될 수 있는지에 대하여 검토하였다.

본 고안에 따르면, 건설폐기물로부터 생산된 재활용 모래를 건설 건자재의 주재료로 재활용 시, 이의 결합재로서 합성수지를 사용하는 경우 공극률이 작아지고 결합력이 향상되어 물성이 우수해지고, 건설폐기물의 원재료에 함유된 이물질의함량, 타설 당시의 골재의 종류 및 성상, 단위 시멘트량, 혼화재료 및 이의 사용량 등에 크게 관계없이 제품의 품질이 일률적으로 거의 나타남을 알 수 있었다. 그리고, 재활용 모래의 생산시 부산물로 얻어지는 무기성 슬러지는 재활용 모래 입자 간의 공극을 메워 물성을 향상시킴은 물론 합성수지의 소요량을 줄일 수 있어 충전재로서 사용 가능함을 알 수 있었다. 특히, 건설폐기물과 합성수지가 적정 배합되어야만 기존 시멘트 콘크리트 제품보다 우수한 물성을 가지면서 경제성이 뒤지지 않다는 것을 알 수 있었다. 또한, 본 고안자는 건설폐기물과 합성수지를 주재료로 하여 건설 건자재를 제조하되, 밀실도를 증가시켜 물성 및 표면성을 향상시킬 수 있는 제조방법을 고안하였다. 이때, 특히 제품의 강도 및 수밀성이 충분히 보장되면서 치수 안정성이 우수하고 작업 시간을 현저히 단축시킬 수 있는 방법을 완성하였다.

먼저, 본 고안에 따른 건설 건자재를 상세히 설명한다.

본 고안의 건설 건자재는 폴리머 콘크리트 조성물로부터 제조되며, 상기 폴리머 콘크리트 조성물은 재활용 모래 40~60중량부에 대하여 합성수지 20~70중량부와, 경화제 0.5~3.5중량부 및 경화촉진제 0.1~0.3중량부를 포함하여 이루어진다.

바람직하게는 재활용 모래의 생산 시 부산물로 얻어지는 무기성 슬러지가 더 포함되어 이루어진다. 이때, 폴리머 콘크리트 조성물을 조성함에 있어서, 합성수지의 함량은 20~35중량부, 무기성 슬러지의 함량은 15~35중량부로 조성된다. 구체적으로, 무기성 슬러지가 함유되는 경우 상기 폴리머 콘크리트 조성물은 재활용 모래 40~60중량부에 대하여 합성수지 20~35중량부, 무기성 슬러지 15~35중량부, 경화제 0.5~3.5중량부 및 경화촉진제 0.1~0.3중량부를 포함하여 이루어진다.

상기 재활용 모래는 건설폐기물(폐콘크리트, 폐석재 등)로부터 생산된 입경 6mm이하(체눈금 6mm를 통과한 것)의 것으로서, 일정 입도 이상의 폐콘크리트 가루 및 석분을 포함한다. 바람직하게는 건설폐기물 중에서 폐콘크리트의 처리과정에서 생산되어지되, 미분이 제거된 입경 0.08~6mm(체눈금 6mm는 통과하고 0.08mm는 통과하지 못한 것)의 입도 분포를 갖는 것이 사용된다. 더욱 바람직하게는 0.08~3mm 입도 분포를 갖는 것으로서, 조립율이 2.5~3.2인 것이 사용된다. 이때, 조립율이 2.5 미만인 경우 밀실도가 떨어져 바람직하지 않다. 즉, 조립율이 2.5 미만인 경우 입자 간에 공극율이 많아 강도 및 흡수율(수밀성) 등의 물성 면에서 바람직하지 않다. 이러한 재활용 모래는 폴리머 콘크리트 조성물의 중량 기준으로 40~60중량부가 함유되는 데, 재활용 모래는 가능한 한 많이 함유되면 경제성 면에서 바람직하나, 60중량부를 초과하는 경우에는 결합재로서 함유되는 합성수지 및 충전재로서 함유되는 무기성 슬러지의 함량이 상대적으로 작아져 본 고안에서 목적하는 물성을 얻기가 어렵다.

상기 무기성 슬러지는 재활용 모래의 생산과정에서 부산물로 얻어진 미분을 응집 처리한 것으로서, 구체적으로는 입경 0.08mm미만(체눈금 0.08mm를 통과한 것)의 미분이 응집 처리된 결과물이다. 이는 재활용 모래 입자 간의 공극을 메우는 충전재로서 작용하며, 재활용 모래 40~60중량부에 대하여 15~35중량부가 함유된다.

이때, 15중량부 미만에서는 재활용 모래 입자 간의 공극을 충분을 메우기 어려워 물성이 약해지며, 35중량부를 초과하는 경우에는 점도가 증가되어 성형성이떨어지고, 재활용 모래 입자 사이에 필요한 충전양보다 많아 강도가 저하된다.

따라서 본 고안에서 사용되는 재활용 모래 및 무기성 슬러지는 건설폐기물로부터 생산된 결과물이다. 이러한 재활용 모래 및 무기성 슬러지는 현재 여러 가지 방법으로 수득되고 있다. 특히, 재활용 모래와 관련하여 본 고안자도 대한민국 공개특허번호 제10-2002-0050185호에 건설폐기물을 이용한 부순모래 제조방법을 제시한 바 있다. 본 고안에서 사용될 수 있는 재활용 모래는 본 고안자가 제시한 상기 공개특허문헌에 제시된 방법에 의해 수득된 부순모래(재활용 모래)를 포함한다.

건설폐기물로부터 재활용 모래 및 무기성 슬러지를 수득하는 공정을 예를 들어 설명하면, 이는 전처리 공정과 후처리 공정으로 진행될 수 있는데, 먼저 전처리 공정에서는 회수된 건설폐기물(폐콘크리트, 폐석재 등)을 조 크러셔(Jaw Crusher)로 파쇄한 후, 철재류 및 토사를 분리제거하고 수중선별장치에서 분진, 합성수지류, 천 조각, 종이 등의 이물질을 제거한 다음, 다시 파쇄한 후 스크린을 통과시켜 입경 50mm이하, 바람직하게는 40mm~50mm의 재활용 골재를 선별한다.

다음으로, 후처리 공정이 진행되는 데, 이는 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 건설폐기물의 후처리 공정도를 보여준다. 도 1을 참조하여 설명하면, 후처리 공정에서는 입경 6mm이하의 재활용 모래와 무기성 슬러지가 수득되는데, 전처리 공정에서 선별된 50mm이하의 재활용 골재는 조 크러셔(Jaw Crusher)에 투입되어 1차 파쇄단계가 진행된 다음, 연속적으로 콘 크러셔(Cone Crusher)에 투입되어 2차 파쇄단계가 진행된다. 그리고 스크린으로 이송되어 습식방식으로 1차 진동분급이 진행된다. 1차 진동분급에서는 6mm이하의 재활용 모래가 선별되어 샌드유닛(sandunit)에 포집되며, 6mm보다 큰 입자는 다시 제2차 파쇄단계로 이송된다. 또한, 1차 진동분급이 진행된 다음 2차 진동분급이 진행될 수 있는데, 여기서는 3mm이하의 재활용 모래가 선별되어 샌드유닛(sand unit)에 포집된다. 또한, 2차 진동분급에서 3mm보다 큰 입자는 임팩트 크러셔(Impact Crusher)에 투입되어 파쇄/연마단계가 진행된 다음 다시 2차 진동분급이 진행된다. 이와 같은 공정에서 입경 0.08mm 미만의 미분이 제거되는데, 1차 및 2차 진동분급 과정에서 제거되거나, 샌드유닛에 포집된 다음 체눈금 0.08mm를 갖는 스크린에 통과되어 제거된다. 이에 따라 0.08~6mm의 입도 분포, 바람직하게는 0.08~3mm 입도 분포를 갖는 재활용 모래가 수득된다. 그리고 위와 같은 공정을 통한 재활용 모래는 조립율 2.8~2.9의 분포를 갖는다.

또한, 상기 재활용 모래를 수득하는 과정에서 부산물로 얻어진 입경 0.08mm 미만의 미분은 무기성 슬러지화된다. 구체적으로 도 1을 참조하여 설명하면, 입경 0.08mm 미만의 미분은 응집처리조(Thickener Tank)에 투입되어 약품탱크Ⅰ에서는 응집제(폴리아크릴 아마이드, 황산알루미늄 등), 약품탱크Ⅱ에서는 물을 공급받아 응집 및 용수 처리된다. 그리고 미분저장조Ⅰ 및 미분저장조Ⅱ로 분할 분급되어 일시적으로 저장된 다음, 여과기로 이송되어 수분함량 8%의 케익 상태가 되면 외부로 배출되어 무기성 슬러지가 수득된다.

위와 같은 처리공정을 통하여 수득된 재활용 모래 및 무기성 슬러지는 합성수지와의 상용성이 좋도록 충분히 건조된 다음 사용되는 것이 바람직하다.

상기 합성수지는 결합재로 작용하는 것으로서, 구체적으로 무기성 슬러지와함께 매트릭스를 형성하여 재활용 모래 입자 상호간을 결합시킨다. 본 고안에서 상기 합성수지는 순수한 수지(virgin resin ; 한번도 사용하지 않은 수지) 및 재활용수지(waste resin ; 폐합성수지) 및 순수한 수지(virgin resin ; 한번도 사용하지 않은 수지)를 사용할 수 있고, 액상 및 고상을 포함한다. 구체적으로, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄, 저밀도 폴리에틸렌, 에폭시 수지, 아크릴 수지 및 페놀 수지 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 점도가 200~500cps(25℃에서)인 액상의 불포화 폴리에스테르 수지, 더욱 바람직하게는 올소타입(ortho type)의 불포화 폴리에스테르 수지를 사용한다. 불포화 폴리에스테르 수지는 강도 및 화학적 성질 그리고 가격 면에서도 다른 수지보다 유리하여 바람직하다. 그리고, 가격 면을 고려한다면 현재 시장에서 저렴하게 보급되고 있는 펠릿형 재활용수지를 사용할 수 있다.

위와 같은 합성수지는 본 고안에 따라서 재활용 모래 40~60중량부에 대하여 20~70중량부가 함유된다. 이때, 20중량부 미만으로 함유된 경우 결합력이 약하여 본 고안에서 목적하는 강도 및 수밀성 등의 물성을 얻기 어려우며, 70중량부를 초과하는 경우에는 물성은 우수해지나 가격이 높아지고 작업성이 떨어진다. 그리고 무기성 슬러지가 포함되어 조성되는 경우 바람직한 합성수지의 함량은 20~35중량부이다.

상기 경화제 및 경화촉진제는 사용되는 합성수지의 종류에 따라 선택되며, 예를 들어 합성수지로서 불포화 폴리에스테르 수지를 사용하는 경우 경화제로는 불포화 폴리에스테르 수지와 상용성이 좋은 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드(MEKPO :Methyl Ethyl Ketone Peroxide), 벤조일 퍼옥사이드(BOP : Benzoil Peroxide) 등의 퍼옥사이드계를 사용하는 것이 바람직하며, 경화촉진제로는 코발트 옥토에이트(Cobalt Octoate) 등의 코발트계를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리머 콘크리트 조성물은 본 고안에 따라서 색상을 발현하는 색상안료 및/또는 빛을 발산하는 발광안료가 더 함유되어 이루어질 수 있다. 여기서, 색상안료는 일반적인 산업분야에서 사용되는 무기계 또는 유기계가 사용될 수 있으며, 재활용 모래 40~60중량부에 대하여 0.5~5중량부가 함유된다. 이때, 0.5중량부 미만으로 함유된 경우 색상 발현도가 떨어져 그 효과가 미미하며, 5중량부를 초과하는 경우 더 상승된 효과도 없으며 가격 면에서도 바람직하지 않다.

상기 발광안료는 ZnS계, CdS계 등의 황화합물계 또는 스트론튬계, 알루미나계 등의 산화물계가 사용될 수 있으며, 상품으로는 국내 (주)루미나이트 제품의 LLP-A, LLP-B, LLP-C, LLP-D 등을 사용할 수 있다. 이러한 발광안료는 합성수지와 먼저 배합시켜 발광성 마스터배치(master batch)를 얻은 후 여기에 기타 재활용 모래 및 무기성 슬러지가 혼합되는 데, 합성수지 100중량부에 대하여 8~20중량부가 함유되도록 배합된다.(즉, 합성수지 : 발광안료 = 1 : 0.08 ~ 0.2) 이때, 8중량부 미만으로 함유된 경우 발광휘도가 낮아 그 효과가 미미하며, 20중량부를 초과한 경우에는 분말 입자가 증가됨에 따라 제품의 강도가 약해지고, 더 상승된 발광성능을 발휘하지 못하며 가격이 증가되어 바람직하지 않다.

위와 같은 색상안료 및 발광안료는 제품의 외관성을 향상시키며, 특히 발광안료는 외곽 도로용 경계블록에 적용되는 경우 식별력을 갖게 하여 운전자의 안전성을 향상시킨다.

또한, 상기 폴리머 콘크리트 조성물에는 유리섬유 및 고무분말로부터 선택된 1종 이상의 보강재가 재활용 모래 40~60중량부에 대하여 5~10중량부 함유될 수 있다. 상기 유리섬유는 10~12mm의 길이를 갖는 것이 사용될 수 있으며, 상기 고무분말은 폐타이어를 분쇄한 재활용 제품으로서 바람직하게는 입경 0.5mm이하(체눈금 0.5를 통과한 것)인 것이 사용된다. 이러한 보강재는 제품의 강도를 증가시키며, 특히 경계블록으로 적용되는 경우 내충격성이 향상되어 바람직하다.

본 고안에 따른 건설 건자재는 상기와 같은 폴리머 콘크리트 조성물을 원심 몰드에 투입하여 원심력을 이용하여 양생 제조된다. 이와 같이 원심력을 이용하게 되면, 입자 간의 밀실도가 증가되어 물성이 향상되고, 원심 몰드의 형상과 동일하게 외관이 형성되어 치수 안정성을 갖는다. 바람직하게는 이하에서 설명하는 제조방법에 의해 제조되는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 도 2에 예시한 바와 같이 본체(100)의 길이방향으로 중공부(120)가 형성되는 것이 좋다.

본 고안에 따른 건설 건자재는 위와 같이 합성수지, 재활용 모래, 무기성 슬러지, 경화제 및 경화촉진제가 적정 조성되어 이루어진 폴리머 콘크리트 조성물을 원심 성형하여 제조된 것으로서, 차도의 가장자리에 설치되는 도로 경계블록, 보도의 바닥에 맞물림 구조로 설치되는 인터로킹블록, 건축물의 벽면에 부착되는 판넬, 지하 주차장 등의 바닥에 타설되어 바닥면을 형성하는 바닥재 등과 같은 건설 마감재와, 벽체 구축용 벽돌, 그리고 배수로를 형성하는 흄관 형태의 배수관을 포함한다.

도 2는 본 고안에 따른 건설 건자재의 구체적인 구현예로서 차도의 가장자리에 설치되는 장방형의 경계블록을 보인 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제품으로서 특히 경계블록으로 적용하는 경우 본체(100)의 길이 방향으로 관통된 중공부(120)가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 중공부(120)는 휨 강성을 증가시킬 뿐만 아니라 성형 재료를 절감시키고 경량성을 부여해 준다. 그리고 전선 배관, 배수로 등으로 적용될 수 있다.

한편, 도 2에 예시한 경계블록을 포함하여 본 고안에 따른 건설 건자재는 건설 현장에 설치 시 인접하는 제품과 상호 결합될 수 있는데, 이때 별도의 결합부재가 사용되어 결합되거나, 제품 자체는 합성수지가 사용되었으므로 수지 접착제에 의해 결합될 수 있다. 상기 결합부재는 예를 들어 본 고안의 건설 건자재가 흄관 등의 배수관인 경우 파이프 형태의 결합부재가 사용될 수 있다. 또한, 상기 수지 접착제는 접착력을 가지는 합성수지이면 가능하며, 예를 들어 실리콘, 에폭시 수지, 폴리우레탄 등이 사용될 수 있다. 아울러, 좀 더 견고한 결합이 이루어질 수 있도록 결합부재와 수지 접착제를 동시에 사용할 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 건설 건자재는 제품 상호간에 결합력이 향상되도록 결합수단을 갖는 것이 바람직하다. 도 3은 경계블록의 다른 구현예를 보인 것으로서, 양측 말단에 결합수단(150)을 갖는 모습을 보여준다. 상기 결합수단(150)은 계단식 구조, 맞물림 구조 또는 끼움구조가 될 수 있으며, 도 3에 예시한 바와 같이 일측 말단에 형성된 끼움돌기(150a)와 타측 말단에 형성된 끼움홈(150b)으로 구성될 수 있다. 이때, 끼움홈(150b)에 수지 접착제를 도포한 다음 여기에끼움돌기(150a)를 삽입 결합시키면 더욱 견고한 결합을 도모할 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 건설 건자재의 바람직한 제조방법으로서, 본 고안에 따라서 물성 및 표면성을 증가시킬 수 있고 치수 안정성을 갖게 할 수 있으며 제조시간을 현저히 단축시킬 수 있는 제조방법에 대하여 설명한다.

본 고안에 따른 건설 건자재는,

(a) 합성수지와; 건설폐기물로부터 생산되고 입경이 6mm이하(체눈금 6mm를 통과한 것)인 재활용 모래와; 경화제 및 경화촉진제를 포함하여 이루어진 폴리머 콘크리트 조성물을 얻는 단계(Step 1);

(b) 상기 폴리머 콘크리트 조성물을 원심 몰드에 투입하는 단계(Step 2);

(c) 상기 원심 몰드를 200~400rpm의 회전속도로 5분~10분 동안 회전시켜 폴리머 콘크리트 조성물이 제품의 형태를 갖추고 그 내부에 중공부(120)가 형성되도록 하는 1차 회전단계(Step 3);

(d) 상기 원심 몰드가 회전하고 있는 상태에서 원심 몰드에 열을 공급하는 단계(Step 4); 및

(e) 상기 열이 공급된 원심 몰드를 300~500rpm의 회전속도로 10분~30분 동안 더 회전시켜 폴리머 콘크리트 조성물을 완전 경화시키는 2차 회전단계(Step 5);를 포함하여 이루어진 공정을 거쳐 제조되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리머 콘크리트 조성물을 얻는 단계(Step 1)에서는 재활용 모래 40~60중량부에 대하여 합성수지 20~70중량부, 경화제 0.5~3.5중량부 및 경화촉진제0.1~0.3중량부를 함유시켜 콘크리트 조성물을 조성하는 것이 바람직하다. 이때, 임의 선택적으로 무기성 슬러지를 더 함유시키는 것이 더욱 바람직하며, 이때 합성수지는 20~35중량부, 무기성 슬러지는 15~35중량부로 조성한다. 또한, 색상안료 0.5~5중량부 및/또는 합성수지 100중량부에 대하여 발광안료 8~20중량부를 더 함유시킬 수 있다. 그리고 유리섬유 및 고무분말로부터 선택된 1종 이상의 보강재 5~10중량부를 함유시킬 수 있다.(Step 1) 상기 합성수지는 액상의 합성수지 및 고상의 펠릿형 합성수지(바람직하게는 펠릿형 재활용수지)를 포함한다.

상기 원심 몰드는 구동력을 전달받아 원심 회전하는 것으로서, 폴리머 콘크리트 조성물을 투입하기 이전에 그 내부 벽면에 건설 건자재의 탈형이 용이하도록 이형제를 도포하는 것이 바람직하다. 상기 이형제는 액상 또는 겔상의 왁스나 실리콘 등을 사용할 수 있다. 이때, 상기 원심 몰드의 내부 벽면은 경질 크롬으로 도금 처리하는 것이 더욱 바람직하다. 이는 이형성을 더욱 향상시키는 이점이 있다. 위와 같은 원심 몰드에 폴리머 콘크리트 조성물을 투입함에 있어서, 투입량을 원심 몰드의 용적과 동일한 양을 투입할 수 있으나, 바람직하게는 제품에 중공부(120)가 형성되도록 원심 몰드의 용적보다 적은 양을 투입한다. 이때, 투입량에 따라 중공부(120)의 크기가 설정된다. 바람직하게는 제품의 중량 및 강도 측면에서 원심 몰드의 용적 대비 폴리머 콘크리트 조성물의 투입량은 50~70용적%가 되도록 한다. 즉, 폴리머 콘크리트 조성물이 투입된 후 원심 몰드에 50~30용적%의 빈 공간이 남도록 한다.(Step 2)

폴리머 콘크리트 조성물을 투입한 다음에는 원심 몰드를 200~400rpm의 회전속도로 회전시킨다. 바람직하게는 300rpm으로 회전시킨다. 이때, 원심 몰드의 회전속도는 제품의 형태, 밀실도 및 표면성 등에 영향을 끼치는 중요 인자로 작용하게 되는데, 200rpm보다 낮은 속도에서는 중공부(120)의 형태가 양호하지 않고 밀실도가 떨어져 강도 및 수밀성이 약해지며, 400rpm보다 큰 경우에는 재료의 분리현상이 발생되어 표면성이 떨어지고 강도 면에서도 좋지 않다. 그리고 위와 같은 회전속도에서 5분~10분 동안 회전시키면 폴리머 콘크리트 조성물이 제품의 형태를 갖추게 된다.(Step 3) 즉, 제품의 외관이 원심 몰드의 형상과 동일하게 되고, 제품의 내부에는 목적하는 형상을 가지는 중공부(120)가 형성된다.

후속하여, 위와 같이 원심 몰드가 회전하고 있는 상태에서 원심 몰드에 열을 공급한다.(Step 4) 이때, 액상의 합성수지가 사용된 경우 원심 몰드의 내부 온도가 60~80℃로 유지되도록 하고, 고상의 펠릿형 합성수지가 사용된 경우에는 수지의 종류에 따라 온도를 조절하되 초기에는 융융 가능한 온도가 유지되도록 한 다음 점차적으로 온도를 낮춰 60~80℃로 유지시킨다. 즉, 액상의 합성수지가 사용된 경우에는 초기부터 60~80℃의 온도가 유지되도록 하고, 고상의 펠릿형 합성수지가 사용된 경우 초기에는 높은 온도를 가하여 용융시킨 다음 60~80℃의 온도로 유지시켜 경화되도록 한다. 그리고, 상기 온도 범위, 즉 60~80℃에서 300~500rpm의 회전속도로 더 회전시킨다.(Step 5) 바람직하게는 400rpm의 속도로 회전시킨다. 이와 같이 60~80℃로 유지시키면, 폴리머 콘크리트 조성물의 경화시간을 단축시킬 수 있으며, 구체적으로 투입량에 따라 약간의 차이는 있지만 10분~30분 정도에서 완전 경화된다.(Step 5)

상기 온도 범위를 벗어난 온도에서는 합성수지의 용융 분해 등의 이유로 경화시간이 길어지거나 경화가 되지 않아 바람직하지 않다.

상기 1차 회전단계(Step 3)에서는 원심 몰드에 열을 공급하지 않아야 하는데, 그 이유는 제품의 형태를 갖추게 하기 위함이다. 즉, 상기 1차 회전단계(Step 3)에서 열을 공급하게 되면 제품의 형태가 아직 갖추어 있지 않는 상태에서 경화되어 제품의 형태가 불량해지는 문제점이 있다. 따라서 상기 1차 회전단계(Step 3)는 제품의 형태를 갖추게 하는 단계이고, 후속하여 진행되는 열 공급(Step 4) 및 2차 회전단계(Step 5)는 제품을 완전 경화시키는 단계이다. 그리고 1차 회전단계(Step 3)보다 2차 회전단계(Step 5)의 회전속도가 더 큰 것이 바람직한데, 이는 제품의 형태가 갖추어진 상태에서 더 큰 회전속도를 부여하게 되면 밀실도가 증가되어 강도가 향상된다.

또한, 상기 단계(Step 5)에 후속하여 경화된 내용물(제품)을 탈형 제거하여 상기 원심 몰드의 하부에 설치된 이송수단을 통하여 이송시키는 단계를 더 포함하여 이루어지게 하는 것이 바람직하다.

위와 같은 본 고안의 제조방법에 따르면, 물성 및 표면성을 증가시킬 수 있고 제조시간을 현저히 단축시킬 수 있다. 즉, 원심력에 의해 밀실도가 증가되어 물성 및 표면성이 증가되고, 경화시간이 종래 10시간 이상 소용되는 데 반하여 열이 공급됨에 따라 30분 이내로 대폭 단축된다. 그리고 폴리머 콘크리트 조성물은 경화 시 수축되는데, 상기와 같이 열이 공급된 상태로 원심력을 이용하면 합성수지가 경화되는 과정에서 수축 현상이 발생하더라도 제품의 외형은 원심력에 의해 원심 몰드의 형상과 동일하게 유지되는 상태에서 완전 경화되기 때문에 제품은 우수한 치수 안정성을 갖는다. 또한, 폴리머 콘크리트 조성물에 수분이 함유되어 있는 경우, 수분은 원심 회전되는 과정에서 비중 차에 의해 제거되어 제품의 성상에 관여하지 않게 된다.

한편, 상기와 같은 제조방법은 이하에서 설명하는 원심력 제조설비가 유용하게 적용될 수 있다. 도 4는 본 고안에 따른 제조에 적용될 있는 원심력 제조설비의 단면 구성도를 보인 것이며, 도 5는 상기 원심력 제조설비를 구성하는 제조형틀의 사시 구성도를 보인 것이다. 그리고 도 6은 여러 개의 제조형틀이 설치된 제조설비를 보여준다. 이와 같은 원심력 제조설비는 본 출원인이 동일자로 특허출원한 "중공 폴리머 경계블록 제조장치"라는 명칭의 명세서 및 도면에 상세하게 제시되어 있다.

먼저, 도 4 및 도 5를 참조하여 원심력 제조설비를 설명하면, 이는 원심력 제조형틀(1)과, 이 제조형틀(1)에 열을 공급하는 가열수단(3)과, 상기 제조형틀(1)에 구동력을 제공하는 구동수단(도시하지 않음)과, 제조된 제품을 외부로 이송하는 이송수단(4)을 포함하여 구성된다.

상기 제조형틀(1)은 도 5에 보인 바와 같이 고정형틀(11)과 덮개형틀(12)로 구성된 원심 몰드와, 이 원심 몰드를 지지하는 두개의 구동로울러(2)로 구성된다. 그리고 원심 몰드에는 피동륜(13)이 착설되어 있으며, 상기 피동륜(13)은 구동로울러(2) 상에 안착된다. 이때, 상기 원심 몰드는 2개 이상이 설치될 수 있는 데, 이와 같이 2개 이상의 원심 몰드가 설치되는 경우에 각 원심 몰드는 피동륜(13)에 의해 구획된다. 도 6은 4개의 원심 몰드가 구비된 제조형틀이 6개가 설치된 제조설비를 보인 것이다. 이와 같이 원심 몰드 및 제조형틀(1)을 여러 개 설치하면 일련의 공정을 통하여 많은 제품을 제조할 수 있다.

상기 제조형틀(1)에는 구동력이 전달되는 데, 이를 위한 구동수단은 전기모터가 사용될 수 있으며, 이는 구동로울러(2) 또는 피동륜(13)에 연결되어 원심 몰드를 회전시킨다. 이때, 원심 몰드는 200~400rpm으로 회전되게 한다. 또한, 상기 원심 몰드의 내부 벽면에는 이형제(왁스, 실리콘 등)가 도포된 다음 폴리머 콘크리트 조성물이 투입되는 데, 이때 원심 몰드의 내부 벽면에는 경질 크롬이 도금된 것이 바람직하며, 상기 폴리머 콘크리트 조성물은 원심 몰드의 용적 대비 50~70용적%가 투입되는 것이 바람직하다.

위와 같이 폴리머 콘크리 조성물이 투입되면, 가열수단(3)으로부터 열이 공급된다. 상기 가열수단(3)은 도 4에 보인 바와 같이 제조형틀(1)을 덮고 열 수 있도록 설치된 반구형태의 터널식 캡슐(31)과, 상기 캡슐(31)의 내측에 고정 장착된 다수의 발열체(32)로 구성된다. 이때, 설비가 가동 중에는 상기 캘슐(31)은 닫힌 상태이다. 상기 발열체(32)는 가스버너 노즐 또는 전기히터로부터 선택될 수 있으며, 이는 원심 몰드 내부의 온도가 60~80℃로 유지될 수 있도록 캡슐(31) 내부에 열을 공급한다. 이때, 상기 터널식 캡슐(31)은 열 공급 효율이 향상되도록 단열성은 물론 반사 특성을 갖는 것이 바람직하다. 일례로, 캡슐(31)의 내부 벽면에 반사경이 설치하여 반사 특성을 갖게 할 수 있다. 또한, 위와 같은 가열수단(3)은 온도 케이지가 포함되어 구성되는 것이 바람직하며, 원심 몰드 내부의 온도가60~80℃의 범위로 일정하게 유지될 수 있도록 상기 발열체(32)는 자동 온도 조절이 가능한 것이 바람직하다. 상기와 같은 온도 범위가 유지되도록 열을 공급하면서 300~500rpm의 회전속도로 10분~30분 동안 더 회전시키면 폴리머 콘크리트 조성물은 완전 경화된다.

경화된 내용물(제품)은 제조형틀(1)의 하단에 설치된 이송수단(4)으로 낙하된다. 상기 이송수단(4)은 모터에 의해 구동되는 콘베이어 벨트를 사용할 수 있으며, 이는 제조된 제품을 외부로 이송시킨다.

위와 같은 원심력 제조설비에 따르면, 원심력이 이용되어 제품에 물성 및 표면성을 증가시킬 뿐만 아니라 가열수단(3) 및 이송수단(4)이 설치되어 짧은 시간 내에 치수 안정성을 가지는 대량의 제품을 제조할 수 있다. 특히, 도 6에 보인 바와 같이 설비 내에 원심 몰드 및 제조형틀(1)을 여러 개 설치하면 대량 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 고안의 구체적인 실시예 및 비교예를 설명한다.

[실시예 1~3]

< 재활용 모래 >

폐콘크리트부터 생산된 것을 구입 사용하였으며, 물성 평가 결과 조립율은 2.86으로 나타나고, 체눈금 5mm를 모두 통과하였다. 물성 평가는 KS F 2573-'99 및 KS F 2576-'01에 의하였다. 본 실험에 사용된 재활용 모래의 조립율, 입도, 흡수율 등의 물성 평가 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.

< 재활용 모래의 물성 평가 결과 >

시 험 항 목	결 과	시 험 방 법
입도 분포	체를 통과하는 것의 무게 백분율(%)	10mm	100	KS F 2573-'99
		5mm	100
		2.5mm	87
		1.2mm	66
		0.6mm	39
		0.3mm	16
		0.15mm	5
		0.08mm	5.2
조립율	2.86
유기불순물	표준용액보다 연함
단위용적 질량(kg/L)	1.50
입자모양판정실적률(%)	61.1
밀도(g/㎤)-절건상태	2.24
흡수율(%)	6.74
이물질 함유량(%)	0.4	KS F 2576-'01

< 무기성 슬러지 >

상기 재활용 모래의 생산 시 발생된 미분을 응집 처리한 것을 사용하였으며, KS L 5120-'99(기기분석, I.C.P., A.A.S.)에 따라 성분을 분석하여 하기 [표 2]에 나타내었으며, 유해물질 성분 시험 결과 전 항목에 걸쳐 무해한 것으로 나타났다.

< 무기성 슬러지 성분 분석 결과 >

성 분	함 량(중량%)	시 험 방 법
SiO2	47.2	KS L 5120-'99기기분석(I.C.P., A.A.S.)
SO3	0.84
Fe2O3	3.86
Al2O3	10.7
CaO	18.11
MgO	1.94
Na2O	1.25
K2O	2.35
TiO2	0.11
P2O5	0.08
감열감량	10.4

< 합성수지, 경화제 및 경화촉진제 >

합성수지로는 국내 크래이밸리코리아사 제품으로서 올소타입(ortho type)의 불포화 폴리에스테르 액상수지를 사용하되, 경화촉진제로서 코발트 옥토에이트(Cobalt Octoate)가 첨가된 것을 사용하였다. 경화제로는 메틸 에틸 케톤(MEKPO) 55중량%에 디메틸프탈레이트(DMP) 45중량%가 혼합된 무색 용액을 사용하였다.

위와 같은 재활용 모래, 무기성 슬러지, 합성수지, 경화제 및 경화촉진제를 하기 [표 3]에 보인 함량으로 혼합하여 배합비가 다른 여러 가지의 폴리머 콘크리트 조성물을 얻었다. 그리고 상기 각 폴리머 콘크리트 조성물을 도 4 및 도 5에 보인 원심력 제조설비를 이용하여 내부에 중공부(120)가 형성된 시험편을 제조하였다.

또한, 각 실시예에 따른 시험편에 대하여 압축강도, 휨강도 및 흡수율을 측정하여 그 결과를 하기 [표 4]에 나타내었다. 이때, 압축강도는 KS F 2481에서 정한 방법에 따라 시험기를 사용하되, 3회 반복 측정하여 평균값으로 나타냈으며, 휨 강도는 KS F 4006에서 정한 콘크리트 경계블록 휨 시험법에 따라 측정하되 그 파괴하중을 값으로 나타내었다. 그리고 흡수율은 KS F 4006에서 정한 흡수율 시험법을 따르되, 흡수무게와 건조무게의 차이 값을 건조무게로 나누어 백분율로 나타내었다.

[비교예 1~2]

본 시험에서는 상기 실시예의 재활용 모래 대신에 강모래를 사용하였으며, 무기성 슬러지의 일부 또는 전부를 고로슬래그로 치환하였다. 그리고 사용된 강모래의 물리적 성질은 조립율 2.58, 흡수율 1.69%, 실적율 61.3%, 0.08mm 체통과율 1.52중량%로 나타났다. 본 시험에 따라 조성된 콘크리트 조성물의 성분 및 함량은 [표 3]과 같다. 그리고 본 시험에 따른 콘크리트 조성물에 대하여 상기 실시예에서와 같은 원심력 제조설비를 이용하여 중공부(120)가 형성된 시험편을 제조하였으며, 이에 대해 물성을 평가하여 그 결과를 하기 [표 4]에 나타내었다.

[비교예 3]

상기 실시예에서 합성수지의 함량을 대폭 감축하여 실시하였다. 본 시험에따라 조성된 콘크리트 조성물의 성분 및 함량은 [표 3]과 같다. 그리고 본 시험에 따른 콘크리트 조성물에 대하여 상기 실시예에서와 같은 원심력 제조설비를 이용하여 중공부(120)가 형성된 시험편을 제조하였으며, 이에 대해 물성을 평가하여 그 결과를 하기 [표 4]에 나타내었다.

[비교예 4]

상기 비교예 1에 사용된 강모래를 사용하되, 통상의 시멘트 콘크리트 제조방법에 따라 콘크리트 모르타르를 제조하였다. 본 시험에 따라 조성된 콘크리트 조성물의 성분 및 함량은 [표 3]과 같다. 그리고 본 시험에 따른 콘크리트 조성물을 직사각형 거푸집에 투입하여 진동 다짐을 한 후 양생하여 시험편을 제조하였으며, 이에 대해 물성을 평가하여 그 결과를 하기 [표 4]에 나타내었다.

< 콘크리트 조성물의 성분 및 함량 >

구 분	실시예1(kg)	실시예2(kg)	실시예3(kg)	비교예1(kg)	비교예2(kg)	비교예3(kg)	비교예4(kg)
합성수지	5.4	8.25	8.269	8.25	8.269	2.2	-
재활용모래	16.54	16.50	16.538	-	-	23.27	-
강모래	-	-	-	16.50	16.50	-	28.5
무기성슬러지	11.03	11.0	11.0	-	7.35	11.0	-
고로슬래그	-	-	-	11.0	3.65	-	8.2
보통포클랜트시멘트	-	-	-	-	-	-	12.5
경화제	0.33	0.83	0.248	0.83	0.248	0.15	-
경화촉진제	0.06	0.08	0.06	0.08	0.06	0.04	-
물	-	-	-	-	-	-	16.5
배합량	33.36	36.66	36.115	36.66	36.077	36.66	65.7
투입량	33.00	33.00	33.00	33.00	33.00	33.00	58.00

< 물성 평가 결과 >

구 분	압축강도(kg/㎤)	휨 강도(kgf)	흡수율(%)	시험편의 크기(가로×세로×길이)
실시예1	936.5	2700	0.32	15cm×20cm×150cm
실시예2	1057	3640	0.18	15cm×20cm×150cm
실시예3	1102	3670	0.19	15cm×20cm×150cm
비교예1	1082	3645	0.25	15cm×20cm×150cm
비교예2	1090	3682	0.21	15cm×20cm×150cm
비교예3	740	2115	2.5	15cm×20cm×150cm
비교예4	423	1145	4.6	15cm×20cm×150cm

상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 재활용 모래 및 무기성 슬러지가 사용되는 경우(실시예)에도 결합재로서 합성수지가 사용되어 기존 시멘트 제품(비교예4)에 비교하여 우수한 물성을 가짐을 알 수 있다. 그리고 실시예(1~3)와 비교예(1~2)의 결과로부터 재활용 모래는 합성수지와 혼합 사용되는 경우 강모래를 대체할 수 있음을 알 수 있고, 무기성 슬러지는 기존 시멘크 콘크리트에 혼화재로 사용되어 온 고로슬래그의 대체가 가능함을 알 수 있다. 또한, 비교예3의 결과로부터 재활용 모래는 합성수지의 함량에 따라 강도는 물론 특히 흡수율에 있어서 큰 차이가 남을 알 수 있었다.

전술한 바와 같이, 본 고안은 건설폐기물과 합성수지를 주재료로 하되, 건설폐기물의 처리과정에서 생산된 재활용 모래 및 무기성 슬러지와 이들의 결합재로 사용되는 합성수지가 적정 배합됨과 동시에 원심 성형되어 강도, 내충격성 등의 물성이 우수하고, 건설폐기물의 재활용도가 높음과 동시에 치수 안정성이 우수하고 경제성이 제고되는 효과를 갖는다.

구체적으로, 합성수지에 의해 기존 시멘트 콘크리트 제품보다 강도, 내식성, 및 내충격성 등이 우수하고 흡수율이 감소되어 동결융해에 대한 저항성이 향상된다. 이러한 동경융해에 대한 저항성은 내구성을 향상시킨다. 또한, 합성수지 자체는 가격이 높다하더라도 유상으로 공급받는(비용을 받고 공급받음) 재활용 모래 및 무기성 슬러지가 주재료로 사용되어 기존 시멘트 콘크리트 제품에 상당한 가격으로 보급될 수 있으며, 화강암 석재 제품보다는 훨씬 경제성이 제고된다. 그리고, 원심 성형됨에 따라 밀실도가 증가되어 물성이 향상되고 치수 안정성이 우수하다.

부가적으로, 색상안료 또는 발광안료가 함유된 경우 외관성 및 식별력이 우수하고 특히 발광안료가 외곽 도로에 설치되는 경계블록에 함유된 경우 운전자의 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 상기 경계블록의 경우 주재료로 사용된 합성수지 자체의 특성으로 인하여 유연성을 가지므로 외부 충격에 대한 완충성을 갖게 되어 차량사고 시 피해를 줄일 수 있다. 아울러, 본 고안에 따른 건설 건자재는 쉽게 재활용이 가능하다. 즉, 주재료로 사용된 합성수지는 용융이 가능하므로 다시 새로운 제품으로 재성형이 가능하여 건설 폐기물의 양을 줄일 수 있다.

한편, 본 고안에 따른 건설 건자재를 제조함에 있어서, 열이 공급된 원심 몰드가 이용되는 경우 물성 및 표면성이 향상됨은 물론 치수 안정성이 우수하며 제조 시간을 현저히 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (10)

1. 폴리머 콘크리트 조성물을 이용한 건설 건자재에 있어서,

   합성수지 20~70중량부와; 건설폐기물로부터 생산되고 입경이 6mm이하(체눈금 6mm를 통과한 것)인 재활용 모래 40~60중량부와; 경화제 0.5~3.5중량부 및 경화촉진제 0.1~0.3중량부를 포함하여 이루어진 폴리머 콘크리트 조성물을 원심 성형한 것으로서, 본체(100)의 길이방향으로 중공부(120)가 형성된 것을 특징으로 하는 건설 건자재.
2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리머 콘크리트 조성물은 합성수지의 함량이 20~35중량부이고, 재활용 모래의 생산 시 부산물로 얻어진 무기성 슬러지가 15~35중량부 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 건설 건자재.
3. 제 1항에 있어서, 상기 합성수지는 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄, 저밀도 폴리에틸렌, 에폭시 수지, 아크릴 수지 및 페놀 수지 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 건설 건자재.
4. 제 1항에 있어서, 상기 합성수지는 펠릿형 재활용수지인 것을 특징으로 하는 건설 건자재.
5. 제 1항에 있어서, 상기 폴리머 콘크리트 조성물은 색상안료 0.5~5중량부가 더 함유되어 이루어진 것을 특징으로 하는 건설 건자재.
6. 제 1항에 있어서, 상기 폴리머 콘크리트 조성물은 합성수지 100중량부에 대하여 발광안료 8~20중량부가 더 함유되어 이루어진 것을 특징으로 하는 건설 건자재.
7. 제 1항에 있어서, 상기 폴리머 콘크리트 조성물은 유리섬유 및 고무분말로부터 선택된 1종 이상의 보강재 5~10중량부가 더 함유되어 이루어진 것을 특징으로 하는 건설 건자재.
8. 제 1항에 있어서, 상기 건설 건자재는 차도의 가장자리에 설치되는 도로 경계블록인 것을 특징으로 하는 건설 건자재.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 건설 건자재는 그 양측에 결합수단(150)을 갖는 것을 특징으로 하는 건설 건자재.
10. 제 9항에 있어서, 상기 결합수단(150)은 일측 말단에 형성된 끼움돌기(150a)와, 타측 말단에 형성된 끼움홈(150b)으로 구성된 것을 특징으로 하는 건설 건자재.