KR20230141996A - 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법과 이를 이용한 해양생태블록 - Google Patents
굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법과 이를 이용한 해양생태블록 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 굴 패각 분쇄물을 준비하는 전처리단계와 상기 굴 패각 분쇄물과 시멘트를 교반기를 이용하여 혼합하여 몰타르화 원료를 준비하는 혼합단계와 상기 몰타르화 원료를 건축자재용 성형장치에 넣어 기 설정된 압력으로 가압 성형된 건축자재를 만드는 성형단계와 상기 건축자재를 건조장치 투입하여 소정온도로 건조하는 건조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 산업폐기물인 굴 패각과 철강 제조공정에서 고로에 투입된 철광석을 융용시에 쇳물로부터 분리되어 발생하는 슬래그를 이용하여 자연 친화적인 보도블럭, 가로수 보호판, 벽돌, 건축용 내외장재, 인공어초 등과 같은 건축 및 산업자재를 제조하는 방법과 이를 이용한 제품에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 산업폐기물인 굴 패각과 철강 제조공정에서 고로에 투입된 철광석을 융용시에 쇳물로부터 분리되어 발생하는 슬래그를 이용하여 자연 친화적인 보도블럭, 가로수 보호판, 벽돌, 건축용 내외장재, 인공어초 등과 같은 건축 및 산업자재를 제조하는 방법과 이를 이용한 제품에 관한 것이다.
Description
본 발명은 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법과 이를 이용한 인공블록 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업폐기물인 굴 패각과 철강 제조공정에서 고로에 투입된 철광석을 융용시에 쇳물로부터 분리되어 발생하는 슬래그를 이용하여 자연 친화적인 보도블럭, 가로수 보호판, 벽돌, 건축용 내외장재, 인공어초 등과 같은 건축 및 산업자재를 제조하는 방법과 이를 이용한 제품에 관한 것이다.
조개는 두 장의 판판한 껍데기로 몸을 둘러싸고 있는 연체동물이다. 조개를 싸고 있는 껍데기(패각)는 칼슘이 주성분이며 태워서 석회를 만드는데 이용되기도 하고, 장식품, 미용재료, 사료, 또는 건설자재 등으로 사용되기도 하지만 현행법상으로는 수산부산물 산업폐기물로 분류된다.
철, 타우린, 칼슘, 비타민 A 등을 함유하여 영양학적으로도 우수하고 일반가정의 식탁에 맛있는 식재료로서 공급되는 굴의 패각은 수산부산물로서 폐기처리하는데 있어서 다양한 문제에 직면해 있다. 특히 굴은 국내 패류 수출 1위 품목으로, 국가 통계 포털에 따르면 최근 5년간 국내 연평균 생산량이 3백만 톤에 이른다고 보고되었다. 국내 소비뿐만 아니라 아시아, 미국 등지로의 수출 증가로 굴 생산량이 꾸준히 증가하는 추세이고 그에 따라 굴 가공 산업이 발전하면서 굴 패각의 발생 또한 증가하고 있는데, 굴 패각은 연간 85만 톤의 국내 수산부산물 배출량 중 40% 이상을 차지하는 약 35만 톤에 이른다.
굴 패각은 다양한 분야에서 재활용되는데, 국내에서는 친환경 비료 및 가축 사료, 석회석 대체 연료나 콘크리트 재료, 건설 골재, 미용 및 건강식품 등으로 활용되고 있다. 그러나 이러한 종래의 굴 패각 재활용 방법으로는 굴 패각의 처리에 한계가 있기 때문에 현재는 비용을 들여 굴 패각을 전량 동해 지정해역에 폐기하는 해양배출하는 방법이 시행되고 있는 실정이다.
굴 패각은 또한 산업폐기물에 해당하지만, 이처럼 적절한 처리 방안이 없어서 생산 어민들에게 경제적 부담을 줄 뿐만 아니라 악취 등으로 인한 환경 폐해도 심각하다. 따라서 굴 생산 어민과 가공업자들은 물론이고, 통영, 여수 등과 같은 국내 최대 굴 생산 지자체에서는 지속가능한 굴 양식 및 가공 및 유통을 위해서 하루 속히 굴 패각을 효율적으로 신속하게 처리할 수 있는 방안을 마련해야만 하는 상황에 처해있다.
탄산칼슘이 주성분인 패각의 재활용 방법으로서 모래나 자갈 등의 콘크리트용 천연 골재를 대체하는 방안이 제안되기도 하였다. 통상 콘크리트(concrete)라 함은 시멘트에 자갈과 같은 굵은 골재와 모래와 같은 잔골재를 섞고 물을 가해 반죽한 것 또는 이를 경화한 것을 의미한다.
잔골재로는 강모래를 원칙적으로 사용하였으나, 환경보호 차원의 규제에 따라 강모래 사용량은 점차 감소하고 이를 대체하기 위하여 바닷모래, 부순 모래 또는 재생 모래의 사용량이 점차 증가하는 추세이다. 그러나, 바닷모래의 경우에도 강모래와 마찬가지로 무분별한 자연 훼손을 막기 위해 석분과 모래 채취행위가 제한됨에 따라서 원자재 가격이 매년 상승하고 있는 반면, 모래의 품질은 낮아지고 있다.
상술된 문제점들을 해결하기 위하여 다음과 같은 선행기술들이 제안 되었다.
제안된 선행기술1의 굴패각을 이용한 지반개량형 고화재 제조방법(한국 등록특허 제10-0464666호)는 굴패각을 세척하여 염분을 제거하는 단계, 염분이 제거된 굴패각을 분쇄하는 단계, 분쇄된 굴패각을 소정의 입도로 분말화하는 분급단계, 굴패각 분말을 연소시켜 이산화탄소를 제거함으로써 생석회(산화칼슘)를 생성하는 소성단계, 상기 소성단계에서 생성된 생성회를 물과 반응시켜 소석회(수산화칼슘)를 생성하는 단계, 생석회나 소석회를 플라이애쉬와 석고, 고로슬래그 등과 혼합하는 믹싱단계를 포함하는 것이다.
선행기술1은 굴 패각을 재활용하여 석회석을 대체하고 다른 혼합원료와 반응시켜 지반을 개량하거나 지하공동의 충진재로 사용할 수 있으며 하폐수의 슬러지를 고형화시킬 수 있는 굴 패각을 이용한 지반개량형 고화재를 개시하고 있다.
또 선행기술2의 굴껍질과 고로 슬래그를 이용한 수경성 조합물의 제조방법(한국 등록특허 제10-0472418호)는 굴껍질을 세척, 건조하여 선택적으로 열처리하고, 상기 굴껍질을 분쇄 가공하여 고로 슬래그와 함께 혼합 조성하여 이루어지는 수경성 조합물에 있어서 상기 굴껍질을 700~1,000℃로 열처리하여 수화반응시켜 소석회(Ca(OH)2)를 얻어 고로 슬래그의 알카리 자극제로 5~30% 첨가하는 공정과 상기 열처리 하지 않은 굴껍질을 100㎛ 이하로 분쇄하여 고로 슬래그에 충진재로 10~50% 첨가하여 수경성 조합물을 제조하는 것을 특징으로 하는 것이다.
선행기술2는 연안 해역의 양식산업 및 어획 부산물로 다량 발생하여 심각한 연안 환경의 오염원이 되고 있는 굴 껍질과 조개껍질 그리고 공업 부산물로 발생하는 고로 슬래그를 사용하여 경량 콘크리트 즉, 수경성(水硬性)경화체를 제조하는 방법을 개시하고 있다.
상기한 바와 같이 폐 패각을 콘크리트용 잔골재로서 재활용하기 위한 다양한 시도들이 있지만 재활용하는데 많은 비용이 소요되는 방법은 적용하는데 있어서 현실적으로 어려움이 있다.
따라서, 폐 패각을 대량 소모하면서도 콘크리트의 구조적 강도는 유지 또는 향상하여 자연상태의 모래나 석분 등의 골재를 충분히 대체할 수 있는 친환경적인 패각 활용 방안이 요구된다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 굴 패각과 슬래그의 혼합비율을 최적화하여 기존 석분과 모래를 배합한 콘크리트에 비해 우수한 강도와 흡수율을 나타내는 콘크리트용 잔골재를 공급함으로써 콘크리트 원자재를 안정적으로 공급하고 모래 등의 원자재 채취에 의한 자연훼손을 방지할 수 있는 굴 패각과 슬래그를 이용한 인공블록의 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명에서는 우수한 강도와 흡수율을 가지는 인골블록를 제조하기 위해 굴 패각, 슬래그와 함께 콘크리트용 잔골재로 재활용하여 공급함으로써 벽돌, 보도블록, 도로포장재, 해양구조물 및 건축 내외장마감재 등과 같은 건설자재로 적용 가능한 콘크리트를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법과 이를 이용한 인공블록은 굴 패각 분쇄물을 준비하는 전처리단계와 상기 굴 패각 분쇄물과 시멘트를 교반기를 이용하여 혼합하여 몰타르화 원료를 준비하는 혼합단계와 상기 몰타르화 원료를 건축자재용 성형장치에 넣어 기 설정된 압력으로 가압성형된 건축자재를 만드는 성형단계와 상기 건축자재를 건조장치 투입하여 소정온도로 건조하는 건조단계;를 포함한다.
상기 전처리단계는 상기 굴 패각에 광합성미생물을 살포하는 굴패각처리과정과 상기 굴패각처리과정을 거친 굴 패각을 세척장치에 투입하여 물로 해당 굴 패각을 세척하고 상온에서 건조시키는 세척 및 건조과정과 상기 세척 및 건조단계에서 처리된 굴 패각을 분쇄기에 투입하여 굴 패각 분쇄물을 준비하는 분쇄과정을 포함한다.
상기 전처리단계는 수집된 굴 패각을 세척장치에 투입하여 물로 세척하는 세척 및 건조과정과 상기 세척 및 건조과정을 거친 굴 패각을 분쇄기에 투입하여 분쇄하는 분쇄과정과 상기 분쇄과정을 마친 굴 패각을 소정장치에 넣어 100 내지 120℃에서 24시간 가열 건조 및 분쇄하여서 굴 패각 분쇄물을 만드는 굴패각처리과정을 포함한다.
상기 굴 패각 분쇄물은 직경 5mm의 채망을 통과하도록 하여 조립률 2.1 내지 2.7을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합단계는 시멘트 10중량부에 대해 CaO 3 내지 4중량부, SiO2 2 내지 3 중량부, Al2O3 1 내지 2중량부, SO3 0.1 내지 0.5중량부, MgO 0.1 내지 0.5중량부, Fe2O3 0.1 내지 0.6중량부를 교반기에 투입하는 시멘트준비과정을 포함한다.
상기 혼합단계는 에틸렌비닐초산 에멀젼(Ethylene-Vinyl Acetate Emulsion) 50 내지 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼(Acrylate polymer Emulsion) 20 내지 30 중량부, 합성고무 라텍스(Synthetic Rubber latex) 5 내지 10 중량부로 이루어진 폴리머 혼합제와 물을 1 : 4의 중량비로 희석한 폴리머 액상 경화제를 교반기에 투입하는 경화제준비과정을 포함한다.
상기 혼합단계는 시멘트 10중량부에 대해 석분 5 내지 50중량부, 페로니켈 슬래그 30 내지 60중량부 및 상기 전처리단계를 거친 굴 패각 분쇄물 10 내지 25중량부, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합하여 교반기에 투입하여 몰타르화 원료를 획득하는 골재준비과정을 포함한다.
이때, 굴 패각 분쇄물(20)과 상기 페로니켈 슬래그의 조성비는 1 :3에서 1 : 2.4의 이며, 상기 페로니켈 슬래그가 1 내지 10 mm 범위의 입자 크기를 가지는 것이 바람직하다.
상기 건조단계는 상기 가압 성형된 건축자재를 상기 건조장치에서 40 내지70℃에서 2 내지 4시간동안 건조하는 특징으로 한다.
상기 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록 제조방법을 이용하여 기 설정된 형태의 해양인공블럭이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법은 콘크리트는 잔골재로 모래만을 사용한 종래의 콘크리트의 물성과 동일한 물성을 가지고, 연안의 폐기물인 굴패각과 철강재조시 부산물인 슬래그을 재활용함으로써 자원활용의 효과 및 환경오염을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 콘크리트 제조에 소용되는 비용을 낮추어 건설비용 절감의 효과가 있다.
또한 굴 패각 분말과 주변의 다양한 흙 성분인 혼합골재와 독성이 없는 경화제와 천연 시멘트의 각 물성과 함수비에 따른 중량비를 조절하여 다양한 기능과 강도의 제품 개발이 가능하여 보차용 블럭, 벽돌, 건축용 실내외장재 등의 제품 제조가 가능하고, 향후 기능성 인공어초, 가로수 보호판, 양식장용 블럭 등의 다양한 제품으로 개발이 가능하다.
도 1은 본 발명에 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법의 제1실시예의 따른 블록도이고,
도 2는 도 1의 블록순서도이고,
도 3은 도 1의 개념도이고.
도 4는 본 발명에 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법의 제2실시예의 따른 개념도이고,
도 5는 본 발명에 따른 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법을 이용한 인공블록의 예시 이미지이다.
도 2는 도 1의 블록순서도이고,
도 3은 도 1의 개념도이고.
도 4는 본 발명에 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법의 제2실시예의 따른 개념도이고,
도 5는 본 발명에 따른 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법을 이용한 인공블록의 예시 이미지이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 개인정보보호 방명록에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 대하여, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있다는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법(S100)은 전처리단계(S110), 혼합단계(S120), 성형단계(S130), 건조단계(S140)로 이루어진다.
본 실시예의 경우에는 시멘트, 폴리머 액상 경화제, 굴 패각분말과 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재를 교반기(400)에 투입시켜 혼합하여 몰타르화시키는 방식이다.
상기의 몰타르화시키는 방식의 경우에는 시멘트, 폴리머 액상 경화제, 굴패각분말과 현장에서 취득한 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재를 혼합하여 몰타르화시킨 조성물을 보차용블럭, 벽돌, 가로수 보호판, 건축용 내외장재, 인공어초 중 어느 하나를 제조하기 위한 건축자재용 성형장치(500)에 투입하여 건축자재를 획득하기 위한 방식이다.
이는 대량 생산 방식에 적합하고 또다른 건축 자재 생산에도 적용될 수 있으므로 개시한 것이다.
다음은 상기한 각 단계에 대하여 구체적으로 설명하도록 하겠다.
상기 전처리단계(S110)는 굴 패각을 미생물과 반응하게 하여 굴 패각에서 발생되는 악취를 제거하면서 단백질을 분해하기 위해서 굴패각처리과정(S111), 세척 및 건조과정(S112), 분쇄과정(S113)으로 이루어진다.
상기 굴패각처리과정(S111)은 수거한 굴 패각에 분사장치를 이용하여 광합성미생물을 살포하는 것이다. 분사장치에 광합성미생물을 함유시키고, 분사장치의 분사노즐을 이용하여 수거한 굴 패각에 분사하는 방식으로 처리한다. 또는 도면과 같이 상기 굴 패각이 인입되며, 해당 굴 패각에 미생물을 분사할 수 있도록 형성된 미생물반응장치(100)에 의해서도 이루어 질 수 있으나 설비 비용이 증가하나 신속하게 처리 할 수 있다. 따라서 굴 패각의 상태, 현장 조건 및 처리의 시급성에 따라 탄력적으로 선택하여 적용될 수 있다.
상기 세척 및 건조과정(S112)은 상기 굴패각처리과정(S111)을 거친 굴 패각을 획득하여 세척장치(200)에 투입하여 물로 굴 패각을 세척하여 염분 및 오염물질을 제거한 후 상온에서 건조시키는 과정이다. 보다 구체적을 설명하면, 미생물반응장치(100)로부터 굴패각을 획득하여 세척장치에 투입하여 청수로 굴 패각을 세척하여 굴 패각에 존재하는 염분 및 오염 물질을 제거하고, 상온에서 충분히 건조시켜 깨끗한 굴 패각을 획득하는 과정이다.
상기 분쇄과정(S113)는 분쇄기(300)에 상기 세척 및 건조단계(S112)에서 처리된 굴 패각을 투입하여 분쇄후에 직경 5mm의 채망을 통과하도록 하여 조립률 2.1 내지 2.7을 가지는 굴 패각 분쇄물(20)을 획득하는 단계이다. 상기와 같이 굴 패각을 분쇄하는 이유는 하기의 교반기(400)에서 교반시에 교반 효율을 향상시키기 위하여 사전에 미리 분쇄하여 교반 시간을 절약하기 위한 것이다.
상기 혼합단계(S120)는 교반기(400)를 이용하여 시멘트를 경화 시키기 위하여 시멘트를 포함하는 다양한 골재들을 혼합하여 몰타르화 원료를 준비하는 단계이다.
상기 혼합단계(S120)는 시멘트준비과정(S121), 경화제준비과정(S122), 골재준비과정(S123)으로 이루어진다.
상기 시멘트준비과정(S121)은 시멘트 10 중량부에 대해 CaO 3 내지 4중량부, SiO2 2 내지 3 중량부, Al2O3 1 내지 2중량부, SO3 0.1 내지 0.5중량부, MgO 0.1 내지 0.5중량부, Fe2O3 0.1 내지 0.6중량부를 준비하여 교반기(400)에 투입하는 과정이다.
상기 시멘트의 경우에, 상기 전술한 각 조성물의 중량부의 범위 내에서 자유롭게 양을 조절할 수 있지만, 상기 각 조성물의 중량부 미만으로 혼합하게 되면 고화가 늦어지게 되거나, 충분한 수화작용이 되지 못하거나, 시공성이 좋지 못하며, 각 조성물의 중량부를 초과하여 혼합하게 되면 고화 속도가 빨라 균일한 혼합이 상당히 힘들고 작업성이 떨어지게 되게 된다.
상기 경화제준비과정(S122)은 에틸렌비닐초산 에멀젼(Ethylene-Vinyl Acetate Emulsion) 50 내지 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼(Acrylate polymer Emulsion) 20 내지 30 중량부, 합성고무 라텍스(Synthetic Rubber latex) 5 내지 10 중량부로 이루어진 폴리머 혼합제와 물을 1 : 4의 중량비로 희석한 폴리머 액상 경화제를 준비하여 교반기(400)에 투입하는 과정이다.
또한, 바람직하게는 1 : 4의 중량비로 희석하여 사용하나 요구되는 품질기준(접착성, 휨강도 및 인장강도 등)과 제조원가를 고려하여 희석비를 적절히 조절하여 사용할 수도 있을 것이다.
상기 폴리머 액상 경화제의 경우에, 상기한 중량부의 범위를 초과하게 된다면, 시멘트의 수화작용을 방해하는 문제점이 발생하거나, 접착력이 강해져서 추후 유연한 탄성을 제공할 수 없게 되어 크랙 발생의 우려가 있으며, 중량부의 범위 미만일 경우에는 접착력이 떨어져 충분한 하중을 견딤에 있어 문제가 발생하거나, 요구 되는 인장강도를 보장할 수 없게 된다.
상기 골재준비과정(S123)은 시멘트 10중량부에 대해 석분 5 내지 50중량부, 페로니켈 슬래그 30 내지 60중량부 및 상기 전처리단계(S110)를 거친 굴 패각 분쇄물(20) 10 내지 25중량부, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합하여 교반기(400) 투입하여 몰타르화 원료를 획득하는 단계이다.
상기한 혼합물 중 고령토는 물이나 탄산 등의 화학적 작용으로 인해 바위와 돌이 분해되어 생긴 진흙으로, 주광물은 카올리나이트 AlO·2SiO·2HO와 할로이사이트 AlO·SiO·4HO이며, 원적외선과 음이온을 방출하는 것으로, 호기성 미생물이 고령토와 접하면 호적한 환경에 의해서 미생물이 활성화되는 특성이 있다.
상기한 혼합물 중 황토는 산화철과 무수 산화철을 함유한 규토와 흙으로 이뤄진 자연 상태의 흙을 의미하며, 상기 마사토는 화강암이 풍화되어 생성된 흙으로 화강토로도 불린다.
즉, 고갈되어가는 모래 대신에 지역에서 구할 수 있는 고령토, 황토, 마사토를 첨가하고, 유해 물질이 없는 시멘트와 경화제를 사용하게 되는 것이며, 친환경 건축자재를 제조 할 수 있다.
상기 혼합단계(S120)는 골재준비과정 이후에, 제조되는 건축 자재의 고유 색상을 부여하기 위하여, 석분, 고령토, 천연 포졸란, 황토, 마사토, 일라이트, 제오라이트, 퍼라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 천연광물질 혼합물 5 내지 20 중량부를 준비하는 염색제준비과정(S124)을 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기 염색제준비과정(S124)을 좀 더 구체적으로 설명하도록 하겠다.
상기 염색제준비과정(S124)은 다양한 색상의 분말을 혼합하여서 완성되는 콘크리트가 다양한 색상을 표출할 수 있게 하는 것이다. 예를 들어, 굴 패각 분말은 자체 흰색을 가지고 있는데, 마사토를 혼합하게 되면 분홍색을 띄게 되고, 황토를 혼합하게 되면 적갈색을 띠게 된다.
따라서, 상기한 천연광물질 고유의 색상을 활용하여 천연 색상을 만들 수 있고, 탄산칼슘이 주성분인 굴패각 분말의 물질적인 특성으로 난연성 및 단열성능을 제공할 수 있으며, 실내의 공기 정화 기능 및 황토 및 천연 포졸란을 이용한 원적외선 방출 기능으로 활력있는 실내 공간을 제공할 수 있는 건축 자재를 제작할 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 천연 포졸란은 미세 분말화된 것을 사용하게 되는데, 분쇄된 천연 게르마늄(포졸란) 분말을 체 등을 통해 분급하여 적정의 입도 크기를 가지는 것을 사용한다.
이때, 게르마늄(포졸란) 분말의 입도 크기가 0.1㎛ 미만으로서 너무 작은 경우, 굴패각 분말과 혼합 시 응집될 수 있고, 20㎛를 초과하여 너무 큰 경우 사용량 대비 표면적이 작아 원적외선 방사율이 낮으므로, 0.1 내지 20㎛크기의 게르마늄 분말을 사용한다.
이러한 점을 고려할 때, 바람직하게는 1 내지 10㎛ 입도 크기의 게르마늄 분말을 사용하는 것이 좋으며, 게르마늄 분말은 원적외선 방사를 위한 주요 광물로 사용되며, 이는 또한 음이온을 방출한다.
상기 일라이트(Illite)는 단사정계에 속하는 운모족 광물이며, 상기 제오라이트(Zeolite)는 비석이라고도 하며 주로 알루미늄, 나트륨, 칼슘의 규산염수화물이다.
상기한 고령토, 천연 포졸란, 황토, 마사토, 석분, 일라이트, 펄라이트, 제오라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합물을 추가적으로 혼합하게 된다면, 고유의 색상뿐만 아니라, 해당 광물질이 가지고 있는 상기와 같은 기능을 제공할 수 있게 되어 다양한 기능성 건축자재로도 제조할 수 있게 되는 것이다.
상기 성형단계(S130)는 몰타르화된 원료를 건축자재용 성형장치(500)에 넣어서 가압 성형하는 단계이며, 건축자재용 성형장치는, 보도블럭, 벽돌, 가로수 보호판, 건축용 내외장재, 인공어초 중 어느 하나를 제조하기 위한 성형장치인 것을 특징으로 한다.
즉, 원하는 건축자재용 성형장치(500)를 준비하고, 여기에 본 발명의 몰타르화된 원료를 투입한 후, 가압 성형을 거치게 되는 것이다.
도면에 도시된 것과 같이 건축자재용 성형장치(500)에 따라 굴 패각을 이용한 벽돌, 굴패각 내장재, 혼합골재로 석분을 첨가한 굴패각 보도블럭, 혼합골재로 황토를 첨가한 굴 패각 보도블럭 등을 제조할 수 있다.
상기 건조단계(S140)는 가압 성형된 건축 자재를 건조장치(600)에 투입하여 40 내지 70℃에서 건조하는 단계이다.
상기와 같은 단계를 거치게 되면 도 3에 도시된 것과 같이 건축자 재 중 벽돌의 제조 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
예를 들어, 40℃ 내지 70℃의 온도로 건조장치(600)에서 건조하게 되면, 2 내지 4시간 정도 건조하는 것이 바람직하다. 그리고, 체계적인 제품생산을 위한 건조과정으로 날씨에 따라서 자연건조도 가능하다.
한편, 도 4는 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법(S200)의 제2실시예가 도시되어 있다.
앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도면을 참고하면, 제2실시예의 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트의 제조방법(S200)은 굴 패각을 소정온도에서 열처리하여서 굴 패각 분쇄물(20)을 만드는 단계로 세척 및 건조과정(S210), 분쇄과정(S220), 굴패각처리과정(S213)을 포함하는 상기 전처리단계(S210)를 구비한다.
상기 세척 및 건조과정(S211)은 수집된 굴 패각을 획득하여 세척장치(200)에 투입하여 물로 굴 패각을 세척하여 염분 및 오염물질을 제거하는 과정이다. 이때, 별도의 세척장치(200)를 구비할 수 있다.
상기 분쇄과정(S212)은 분쇄기(300)에 상기 세척 및 건조단계(S211)에서 처리된 굴 패각을 투입하여 분쇄후 후술하는 굴패각처리과정(S213)에서 소성장치(700)에 투입 될 수 있도록 굴 패각 분쇄하는 과정이다.
상기 굴패각처리과정(S213)은 분쇄과정(S212)을 마친 굴 패각을 소정장치(700)에 넣어 700 내지 900℃에서 24시간 가열 건조시키고 건조된 굴패각을 조크러셔(JAW Crusher)를 사용하여 분쇄하고, 5mm체망을 통과하도록 하여 조립률 2.1 내지 2.7을 가진 굴 패각 분쇄물(20)을 획득하는 과정이다.
상기와 같이 굴 패각을 분쇄하는 이유는 성형단계의 교반기(400)에서 교반시에 교반 효율을 향상시키기 위하여 사전에 미리 분쇄하여 교반 시간을 절약하기 위한 것이다.
상술된 본 제2실시예의 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법(S200)은 소정장치(700)에 의하여 굴 패각 분쇄물(20)을 필요수량에 맞춰서 가공 가능하므로 광합성 미생물을 이용하는 타 과정에 비하여 작업소요시간을 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 5는 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법을 이용한 해양인공블록의 예시가 도시되어 있다.
여기서 인공블록(10)은 인터코킹 블록, 주차장 조성 블록, 호안 및 옹벽 블록 및 인공어초, 테트라포드(TTP)를 포함하는 것으로 도면에 도시된 것에 한정하지 않고 다양한 형태로 구성될 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
10 : 인공블록 20 : 굴 패각 분쇄물
100 : 미생물반응장치 200 : 세척장치
300 : 분쇄기 400 : 교반기
500 : 성형장치 600 : 건조장치
700 : 소성장치
S100, S200 : 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법
S110, S210 : 전처리단계 S111, S213 : 굴패각처리과정
S112, S211 : 세척 및 건조과정 S113, S211 : 분쇄과정
S120 : 혼합단계 S121 : 시멘트준비과정
S122 : 경화제준비과정 S123 : 골재준비과정
S124 : 염색제준비과정 S130 : 성형단계
S140 : 건조단계
100 : 미생물반응장치 200 : 세척장치
300 : 분쇄기 400 : 교반기
500 : 성형장치 600 : 건조장치
700 : 소성장치
S100, S200 : 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록의 제조방법
S110, S210 : 전처리단계 S111, S213 : 굴패각처리과정
S112, S211 : 세척 및 건조과정 S113, S211 : 분쇄과정
S120 : 혼합단계 S121 : 시멘트준비과정
S122 : 경화제준비과정 S123 : 골재준비과정
S124 : 염색제준비과정 S130 : 성형단계
S140 : 건조단계
Claims (9)
- 굴 패각 분쇄물을 준비하는 전처리단계;
상기 굴 패각 분쇄물과 시멘트를 교반기를 이용하여 혼합하여 몰타르화 원료를 준비하는 혼합단계;
상기 몰타르화 원료를 건축자재용 성형장치에 넣어 기 설정된 압력으로 가압성형된 건축자재를 만드는 성형단계;
상기 건축자재를 건조장치 투입하여 소정온도로 건조하는 건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 전처리단계는
상기 굴 패각에 광합성미생물을 살포하는 굴패각처리과정;
상기 굴패각처리과정을 거친 굴 패각을 세척장치에 투입하여 물로 해당 굴 패각을 세척하고 상온에서 건조시키는 세척 및 건조과정;
상기 세척 및 건조단계에서 처리된 굴 패각을 분쇄기에 투입하여 굴 패각 분쇄물을 준비하는 분쇄과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 전처리단계는
수집된 굴 패각을 세척장치에 투입하여 물로 세척하는 세척 및 건조과정;
상기 세척 및 건조과정을 거친 굴 패각을 분쇄기에 투입하여 분쇄하는 분쇄과정;
상기 분쇄과정을 마친 굴 패각을 소정장치에 넣어 700 내지 900℃에서 24시간 가열 건조 및 분쇄하여서 굴 패각 분쇄물을 만드는 굴패각처리과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록 제조방법. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 굴 패각 분쇄물은 직경 5mm의 채망을 통과하도록 하여 조립률 2.1 내지 2.7을 갖는 것을 특징으로 하는,
굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 혼합단계는
시멘트 10중량부에 대해 CaO 3 내지 4중량부, SiO2 2 내지 3 중량부, Al2O3 1 내지 2중량부, SO3 0.1 내지 0.5중량부, MgO 0.1 내지 0.5중량부, Fe2O3 0.1 내지 0.6중량부를 교반기에 투입하는 시멘트준비과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 혼합단계는
에틸렌비닐초산 에멀젼(Ethylene-Vinyl Acetate Emulsion) 50 내지 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼(Acrylate polymer Emulsion) 20 내지 30 중량부, 합성고무 라텍스(Synthetic Rubber latex) 5 내지 10 중량부로 이루어진 폴리머 혼합제와 물을 1 : 4의 중량비로 희석한 폴리머 액상 경화제를 교반기에 투입하는 경화제준비과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 혼합단계는
시멘트 10중량부에 대해 석분 5 내지 50중량부, 페로니켈 슬래그 30 내지 60중량부 및 상기 전처리단계를 거친 굴 패각 분쇄물 10 내지 25중량부, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합하여 교반기에 투입하여 몰타르화 원료를 획득하는 골재준비과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 건조단계는
상기 가압 성형된 건축자재를 상기 건조장치에서 40 내지 70℃에서 2 내지 4시간동안 건조하는 특징으로 하는,
굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 블록 제조방법을 이용하여 기 설정된 형태의 해양인공블럭이 형성되는 것을 특징으로 하는,
굴 패각과 슬래그를 이용한 콘크리트 인공블록.
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|---|---|---|---|---|
| CN119141678A (zh) * | 2024-11-19 | 2024-12-17 | 华南理工大学 | 一种生态砖的制备系统及方法 |
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| KR100464666B1 (ko) | 2001-06-07 | 2005-01-03 | 한국해양연구원 | 굴패각을 이용한 지반개량형 고화재 제조방법 |
| KR100472418B1 (ko) | 2002-06-21 | 2005-03-08 | 학교법인 한마학원 | 굴껍질과 고로 슬래그를 이용한 수경성 조합물의 제조방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20220330 |
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| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20231128 Patent event code: PE09021S01D |
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| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20240206 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20231128 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |