KR100509963B1

KR100509963B1 - 바텀 애쉬를 이용한 인조석 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100509963B1
Application number: KR10-2003-0016918A
Authority: KR
Inventors: 박병욱; 이동휘
Original assignee: 한국후라이애쉬시멘트공업(주)
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2005-08-24
Also published as: KR20040082226A

Abstract

바텀 애쉬를 골재로 재활용하여 자연 화강암이나 대리석과 질감이 거의 같은 고강도이고 일반 콘크리트 제품에 비해 상대적으로 경량인 인조석의 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 인조 대리석에 있어서 천연 대리석과 다른 질감을 나타내고, 인조 대리석의 표면이 긁히는 경우 인조 대리석임이 표출되게 된다는 문제점을 해소할 수 있도록, 시멘트, 화력발전소에서 발생하는 석탄회 중에서 폐기되는 바텀 애쉬 골재 및 석산 폐기물인 석분을 1.8∼4.5 : 3.0∼6.5 : 0.8∼1.8의 중량비로 조성하고, 물/시멘트 비를 0.4로 하여 자연양생한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 인조석 및 그 제조 방법을 이용하는 것에 의해, 화력발전소에서 대량으로 발생하는 바텀 애쉬를 골재로 활용하고 기타 혼화재 및 첨가제 등을 모두 산업 폐기물을 재활용하여 고강도이고, 일반 자연석 골재를 사용한 콘크리트 제품과 비교하여 경량이며 표면 질감이 자연 대리석이나 화강암 등과 거의 같은 미려한 제품을 생산할 수 있어 생산 원가의 대폭적인 절감은 물론 부가가치를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

바텀 애쉬를 이용한 인조석 및 그 제조 방법{Artificial Stone by Using of Bottom Ash and Method of making the Same}

본 발명은 화력발전소에서 발생하는 석탄회 중에서 지금까지 폐기되고 있는 바텀 애쉬(Bottom Ash)를 이용한 인조석 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 바텀 애쉬를 골재로 재활용하여 자연 화강암이나 대리석과 질감이 거의 같은 고강도이고 일반 콘크리트 제품에 비해 상대적으로 경량인 인조석 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 석탄회분(애쉬)이란 소각(Incineration) 또는 연소(combustion) 후에 남아 있는 잔재물로 정의된다. 애쉬(Ash)의 대부분이 화력발전소에서 발생하고 있으며 그 이외에도 폐기물 소각로와 열 병합 발전소 및 기타 산업현장에서 연소공정으로 인하여도 발생시키고 있다. 애쉬는 연소물의 잔재물이라는 점에서 곧 무기물질(예, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃)로서 재활용이 가능한 재료에 속한다. 그러나 연소공정을 거치는 관계로 항상 미연탄분(Unburnt Carbon)이 부수적으로 함유되어 있다는 점이 기술적으로 응용하는데 문제가 되고 있다.

애쉬는 크게 두 가지로 입자의 크기에 따라 구분된다. 입자의 크기가 100㎛이하일 때는 플라이(Fly) 애쉬(날아다니는 회분)이고 그 이상을 때는 바텀(Bottom) 애쉬(떨어지는 회분)로 취급된다.

또, 폐기물 소각로와 열 병합 발전소 및 기타 산업현장의 연소공정에서 사용되는 석탄은 탄화도에 따라 무연탄과 유연탄으로 구분되고, 무연탄은 탄소분이 90-95% 정도 함유하고 있으며, 유연탄은 무연탄에 비해 탄소분이 적다. 이탄(泥炭), 아탄(亞炭), 갈탄(褐炭)이 유연탄에 속하며, 각각에 대해 이탄이 60%, 아탄과 갈탄이 70%, 역청탄이 80-90%의 탄소분을 함유한다. 탄질에 따라 다르지만 무연탄의 경우 원탄의 약 30-50% 정도가 재로 남으며 유연탄의 경우는 연소효율이 높으므로 원탄의 약 10-15% 정도가 재로 발생된다.

이러한 석탄분말을 연소하였을 때, 유기물은 연료로 연소됨과 동시에 무기물은 "재(애쉬)"로 남아 있게 된다. 재는 보일러 연통 내에 분산되는 상태에서 무거운 입자는 보일러 하부로 떨어지게 되고, 가벼운 입자는 계속해서 날아다니는 도중에 보일러 연도로부터 전기 집진기에 의해서 채취된다. 입자가 무거워서 하부로 낙진되는 재를 이른바 "바텀 애쉬"라고 부르고, 분산되어 날아다니다가 집진기에 의해서 채취되는 재를 "플라이 애쉬"라고 부른다.

대부분의 석탄회는 집진설비 내에서 포집되거나 보일러 저부에서 채취되며, 발생량은 전체 미분탄의 15-45%정도로 전체 석탄회중 집진설비에 포집되는 플라이 애쉬의 양은 약 60-80% 정도이고 나머지 20-40% 정도가 보일러 저부에서 채취되는 바텀 애쉬이다.

바텀 애쉬는 보일러의 벽면이나 예열기, 절단기 등에 부착되어 있다가 자중이나 부하변동 제진장치 등에 의하여 보일러 저부로 떨어져 호퍼(hopper)내에 집적된 후 분쇄기에 의해 분쇄된다.

일반적으로 바텀 애쉬 호퍼의 내부에는 60℃정도의 물을 채워 놓는다. 이 물은 고온(760℃ 이상)의 바텀 애쉬를 열충격(thermal shock)에 의해 파괴되게 하고, 호퍼가 가열되어 내부의 바텀 애쉬가 용융을 결합하는 것을 방지하며, 바텀 애쉬 배출시 호퍼 벽면과의 마찰저항을 감소시키는 등의 역할을 한다.

또, 바텀 애쉬 시스템에는 기본적으로 직접 회처리방식(Direct Sluicing System), 탈수조 저장방식(Storing System in Dewatering Bin), 재순환방식(Water Recirculation System), 수침기계방식(Chain Conveyer System) 등이 알려져 있다.

다음에 바텀 애쉬의 기본적인 화학 물리적 성질에 대해 설명한다.

바텀 애쉬는 짙은 회색의 고르지 못한 알갱이로 관찰되는데 입자표면은 다공질의 표면을 나타내고 있으며, 모래와 비슷하게 보이고 직경 5mm이상의 크기를 가지는 입자도 갖는 불규칙 형태의 입자이다. 바텀 애쉬의 주화학성분으로 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O 및 K₂O를 포함한다. 이중 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 산화철(Fe₂O₃)의 성분비가 각각 70.0 - 45.4%, 28.3 - 15.9%, 14.3 - 2.0%의 순으로 바텀 애쉬의 화학성분들 중 가장 많은 양을 차지하고 있는 것을 알 수 있다.

바텀 애쉬에는 플라이 애쉬나 고로 슬래그와 같이 많은 양의 유리상(Glass paste)을 포함하고 있지는 않지만 어느 정도 장기강도에 영향을 줄 수 있는 정도의 유리상을 포함하고 있다.

또한, 바텀 애쉬의 물리적 특성으로서, 바텀 애쉬의 색상은 대부분 회색을 띄고 있으며 짙은 황색과 검정색 회백색에 이르기까지 생성 환경에 따라 여러 색상을 띠고 있다. 미연탄소 입자는 검정색을 띠고, 실리카와 알루미나 성분이 많은 것은 회백색과 황색을 띠고 있다. 바텀 애쉬는 결합재 역할을 수행하기에는 입자모양이나 화학성분 등의 조건이 맞지 않는 실정이다. 또, 바텀 애쉬의 비중은 2.1에서 2.7정도이고, 바텀 애쉬의 건조중량은 720∼1600㎏/㎥이고 가소성은 없으며 흡수율은 2.0%-10.0%정도로 대단히 광범위하다.

또한, 건축구조물의 고급 내부 마감재로서 사용되는 천연 대리석은 외관이 수려하여 건축물의 고급스러움을 배가시킬 수 있는 이점을 갖는 반면에 예를 들어 계단석의 윗면, 앞면, 측면 등을 천연 대리석으로 형성하는 경우 계단석의 두께 증가로 인해 가격이 고가로 되어 건축물의 시공 비용이 상승되게 된다. 또, 천연 대리석의 계단석 윗면에 논슬립(non-slip)을 형성하는 작업시 크랙(crack)이 발생하여 불량품으로 처리되어 작업성이 저하된다는 문제점도 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 수단으로서 인조 대리석이 제안되고 있다.

인조 대리석의 조성물에 관한 현재까지 알려진 공지 기술 가운데 골재와 시멘트계 수경성 바인더를 혼합하고 경화시켜 제조하는 방법 등은 일본 공개특허공보 제1998-167794호 "인조석용 시멘트 조성물 및 인조석의 제조방법", 일본 공개특허공보 제1995-010659호 "콘크리트 제품의 표면에 플라스틱 의석을 표출시킨 콘크리트", 대한민국 공개특허공보 제2001-026447호 "인조석 및 그 제작방법", 대한민국 공개특허공보 제1999-087761호 "고분자 물질로 변성된 고 내구성 건축 외장용 인조석의 제조방법", 대한민국 등록실용신안공보 20-0236114호 " 무기충진재 및 결합재를 이용한 인조 계단석"에 기술되어 있다.

상술한 바와 같은 인조 대리석을 제조하기 위해서는 석분과 열 경화성 수지로 대리석 본체를 형성하고, 그 표면에 축광안료가 배합된 합성수지층을 형성하는 구조였다.

그러나, 상술한 공보에 개시된 기술에 있어서는 천연이나 인조골재를 시멘트 이외에 열경화성 수지 등을 혼합하여 제조하는 방법으로 수지의 취급상 어려움과 생산단가의 상승으로 대형의 인조석 제조는 곤란하다는 문제점이 있었다.

또, 상술한 바와 같은 인조 대리석에 있어서는 천연 대리석과 다른 질감을 나타내는 문제가 있으며, 표면이 긁히는 경우 인조 대리석임이 표출되게 된다는 문제점도 있었다.

또한, 콘크리트 조성물에 바텀 애쉬를 사용한 기술은 대한민국 공개특허공보 제1997-074076호의 "콘크리트 패널 제조법"에서 전체 골재량의 약 30%를 대체한 예와 열 병합 발전소의 부산물을 경량골재로 이용한 대한민국 공개특허공보 제1997-061815호 등에서 조성물의 일부로 사용한 예가 있으나, 대부분 다른 자연산 골재와 혼용하였고 그 사용량 역시 제한적이었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하여 시멘트 이외의 조성물 특히 골재, 혼화재 및 기타 첨가제 등을 모두 산업 폐기물을 활용하여 자원을 재활용할 수 있는 인조석 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 대체재로서 바텀 애쉬를 인조석에 사용하여 충분한 강도나 내구성 측면에서 천연석과 거의 동등하거나 그 이상의 강도나 내구성을 갖는 인조석 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 바텀 애쉬를 대체재로 활용하여 인조석에 적용함으로써 하천골재의 고갈에 따른 건설자재의 부족에 효율적으로 대처할 수 있는 인조석 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인조석은 천연 골재의 대체재로서 산업 폐기물을 이용한 인조석에 있어서, 시멘트, 화력발전소에서 발생하는 석탄회 중에서 폐기되는 바텀 애쉬 골재 및 석산 폐기물인 석분을 1.8∼4.5 : 3.0∼6.5 : 0.8∼1.8의 중량비로 조성하고, 물/시멘트 비를 0.4로 하여 자연양생한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 인조석에 있어서, 상기 시멘트는 보통 포트랜드 시멘트 또는 백색 포트랜드 시멘트인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 인조석에 있어서, 상기 인조석의 색상 발휘를 위해 보크사이트를 처리하여 알루미나를 제조하는 공정에서 발생되는 폐기물인 레드머드를 상기 시멘트 100중량부당 5∼15중량부를 첨가하여 혼합한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 인조석에 있어서, 상기 인조석의 방수 및 내후성의 증진을 위해 상기 시멘트 100중량부당 각각 아연 스테아레이트 0.2∼1.0중량부와 스티렌 부타디엔 라텍스 0.5∼5.0중량부를 혼합한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 인조석에 있어서, 상기 바텀 애쉬의 입도는 0.1 내지 25㎜인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 인조석은 바닥재, 논슬립형 계단석, 도로 경계석 또는 건축물의 내외장재인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인조석 제조 방법은 천연 골재의 대체재로서 산업 폐기물을 이용한 인조석의 조성물의 제조 방법에 있어서, 화력발전소에서 발생하는 석탄회 중에서 바텀 애쉬를 수거하여 입도별로 선별하는 선별 공정, 시멘트 18∼45중량%, 상기 바텀 애쉬 골재 30∼65중량%, 석산 폐기물인 석분 8∼18중량%, 알루미나를 제조하는 공정에서 발생되는 폐기물인 레드머드를 상기 시멘트 첨가량의 5∼15중량% 혼합하는 혼합 공정, 상기 혼합 공정에서 혼합된 조성물에 물/시멘트 비 0.40으로 되게 물을 첨가하여 상온에서 모르타르를 형성하는 모르타르 형성 공정, 상기 모르타르 형성 공정에서 형성된 모르타르를 형틀에 투입하고 진동/가압하여 성형하는 성형 공정 및 상기 성형 공정 후 자연 양생시켜 절단 및 연마하는 가공 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 인조석의 제조 방법에 있어서, 상기 시멘트는 보통 포트랜드 시멘트 또는 백색 포트랜드 시멘트인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 인조석의 제조 방법에 있어서, 상기 혼합 공정에 있어서 상기 인조석의 방수 및 내후성의 증진을 위해 상기 시멘트의 첨가량에 대해 각각 아연 스테아레이트 0.2∼1.0중량%와 스티렌 부타디엔 라텍스 0.5∼5.0중량%를 더 혼합하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 인조석의 제조 방법에 있어서, 상기 선별 공정에 있어서 상기 바텀 애쉬는 0.1 내지 25㎜의 입도로 선별되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 인조석의 제조 방법에 있어서, 상기 인조석은 바닥재, 논슬립형 계단석, 도로 경계석 또는 건축물의 내외장재로 사용되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 인조석의 기본적인 조성을 도 1에 따라 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 제조 공정을 나타내는 도면이다.

먼저, 본 발명의 제1의 특징에 따른 인조석 및 그 제조 방법에 있어서는 화력 발전소 등에서 수거된 바텀 애쉬를 수거하고 입도별로 선별한다.

다음에 보통 포트랜드 시멘트 18∼45중량%, 바텀 애쉬 골재 30∼65중량% 및 석산 폐기물인 석분 8∼18중량%로 구성된 조성물과 또는 색상 발휘를 위해 알루미나 제조공정에서 발생되는 폐기물인 레드머드(RED-MUD)를 시멘트 첨가량의 5∼15중량%, 아연 스테아레이트 0.2∼1.0중량%, 스티렌 부타디엔 라텍스 0.5∼5.0중량% 혼합한다.

다음에 상기와 같이 배합된 배합사료에 물/시멘트 비를 0.25∼0.45로 조절하여 모르타르를 조성하고 일정 형틀에 주입하여 진동/가압하여 탈기시킨 후 상온(0∼40℃)에서 자연 양생시킨다.

그 후, 상기의 조성물을 7∼28일 양생후 용도에 따라 일정크기나 모양으로 절단하여 그대로 제품으로 생산하거나 경우에 따라 표면을 연마하여 광택을 내어 제품으로 생산한다.

이와 같이 제조된 인조석 조성물은 인조석의 종류나 용도에 따라 다양하게 제조할 수 있으며, 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같은 논슬립형 계단석, 인조석 바닥재, 도로 경계석, 및 각종 건축물의 내외장재 등을 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인조 계단석의 사시도이다. 도 2에 있어서, (1)은 본 발명에 따라 소정의 형상으로 절단되고 연마되어 형성된 인조 계단석이며, 이 인조 계단석(1)은 상판재(2), 상판재(2)에 대해 직각으로 형성된 걸림부(3), 미끄러지는 것을 방지하기 위해 소정 간격으로 쌍줄로 형성된 논슬립부(4)로 이루어진다.

또, 본 발명의 제2의 특징에 따른 인조석 및 그 제조 방법에 있어서는 화력 발전소 등에서 수거된 바텀 애쉬를 수거하고 입도별로 선별한다.

그 후, 백색 포트랜드 시멘트 18∼45중량%, 바텀 애쉬 골재30∼65중량% 및 석산 폐기물인 석분 8∼18중량%로 구성된 조성물과 또는 색상 발휘를 위해 알루미나 제조공정에서 발생되는 폐기물인 레드머드를 시멘트 첨가량의 5∼15중량%, 아연 스테아레이트 0.2∼1.0중량%, 스티렌부타디엔 라텍스 0.5∼5.0중량% 혼합하여 배합한 재료에 물/시멘트 비를 0.25∼0.45로 조절하여 모르타르를 조성하고 일정 형틀에 주입하여 진동/가압하여 탈기시킨 후 상온(0∼40℃)에서 자연 양생시킨다. 다음에 이 조성물을 7∼28일 양생 후 용도에 따라 일정크기나 모양으로 절단하여 그대로 제품으로 생산하거나 경우에 따라 표면을 연마하여 광택을 내어 제품으로 생산한다.

상기와 같이 제조된 인조석도 제1의 특징에 따른 인조석과 마찬가지로 인조석의 종류나 용도에 따라 다양하게 제조할 수 있으며 예를 들면 인조석 바닥재, 논슬립형 계단석, 도로 경계석, 및 각종 건축물의 내외장재 등을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바텀 애쉬를 사용한 인조석 및 그 제조 방법을 구체적으로 설명한다.

본 발명에서 사용되는 시멘트는 일반 제1종 포트랜드 시멘트와 백색 포트랜드 시멘트(KS5204)이며, 전체 인조석 조성물에 대하여 그 첨가량을 18∼45중량%범위로 한정한 것은 18중량% 이하에서는 소정의 압축강도 발현이 어렵고 45중량%이상에서는 강도는 증가하나 인조석의 무늬 발현에 문제점이 있으며 한편 원가 상승의 요인이 되기도 한다. 또, 바텀 애쉬는 발전소에서 발생하는 그대로의 상태를 활용하는 것이 바람직하나 세골재와 조골재의 비율이 적정하게 되도록 약 25㎜이하로 사용하였다. 한편, 바텀 애쉬의 혼합비율을 30∼65중량%로 범위를 한정한 것은 30중량%이하 첨가량에서는 자연 질감의 무늬생성이 어렵고 반면 시멘트의 첨가량을 증가시켜야 하는 단점이 있으며, 65중량% 이상에서는 역시 골재의 표출량이 증가하여 강도 저하가 우려되며 외관상의 미적 효과가 떨어지는 단점이 있어 상기한 범위 내에서 혼합 비율을 조절하여 고강도와 미려한 외관이 표출되도록 제조하는 것이 바람직하다.

표 1은 바텀 애쉬의 입도분포를 나타낸 것으로 상기한 범위의 첨가량에서 조골재와 세골재의 혼합 비율이 적정하게 구성되어 강도 발현성이 증가하게 된다. 한편, 조골재 부분에서는 25㎜이하로 조정하고 세골재 부분에서는 0.1㎜이하 부분이 약 3% 이하 되게 하는 것이 바람직하다.

석분은 대체품으로 이용하여 시멘트와 골재와의 공극을 충전하여 강도 증가와 동결융해성의 향상을 얻고자 하는 것이다.

표 1은 바텀 애쉬의 입도분포를 나타낸 것이다.

구 분	입도(㎜)	분포중량%	누적중량%
조 골 재	25 이상	0	0
	25 내지 10	3.3	3.3
	10 내지 5	21.6	24.9
세 골 재	5 내지 2.5	21.4	46.3
	2.5 내지 1.2	16.4	62.7
	1.2 내지 0.1	34.7	97.4
	0.1 이하	2.6	100.0

한편, 본 발명에 있어서는 인조석의 색상 조절을 위해 레드머드를 시멘트량의 10∼15%를 첨가하여 바탕색을 연한 적색에서부터 약간 짙은 적색을 나타내게 조정한다. 레드머드는 구성 성분 중에 강한 알칼리 성분이 다량 함유되어 있어 사용하기 전에 중화를 위해 알칼리량과 당량의 황산 등을 첨가하여 중화시키는 것이 필요하다. 이 경우, 소디움 설페이트(Na₂SO₄)가 생성되며 이 성분은 콘크리트 초기 강도와 속경성을 증가시켜 주는 효과를 발휘한다.

또, 물/시멘트비가 0.25이하인 경우에는 바텀 애쉬의 흡수율이 커 충분한 혼합이 어렵고 진동/가압 성형시에 기밀성을 유지하기 어려우며 0.45이상에서는 모르타르의 슬럼프 값이 너무 커져 콘크리트의 강도가 저하되는 단점이 있다.

인조석의 방수성이나 내후성 증진을 위해 유기 첨가제인 아연 스테아레이트와 스티렌 부타디엔 라텍스의 첨가량은 방수, 내후성 및 경제성 등을 고려하여 적당량 첨가하는 것이 효과적이다. 아연 스테아레이트의 첨가량 0.2중량% 이하에서는 방수효과를 얻기가 어렵고 1.0중량% 이상에서는 모르타르 생성시의 작업성이 떨어지는 단점이 있다. 스티렌 부타디엔 라텍스를 5.0중량% 이상 첨가하여도 제품의 물성(강도)이나 내후성 증진에는 효과적이나 다만 생산원가 상승 등을 고려하여 첨가량을 조정하는 것이 바람직하다.

표 2는 본 발명의 인조석의 구성 성분 및 그 화학 분석치를 나타낸 것이다.

	CaO	Al₂O₃	SiO₂	MgO	Fe₂O₃	K₂O	Na₂O	TiO₂	SO₃
시멘트	61.40	6.40	20.50	1.04	5.51	0.86	0.28	-	2.53
바텀애쉬	4.22	21.10	52.20	0.30	10.87	1.38	0.35	1.98	-
석분	1.65	17.20	59.20	0.98	2.64	5.38	1.87	0.28	0.50
레드머드	8.90	22.40	20.30	0.30	15.50	0.03	11.00	6.67	0.10

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 인조석 제조를 위한 조성물을 이용하여 고강도와 비교적 경량이며 다양한 색상과 미려한 외관을 나타내는 각종 인조석을 제조할 수 있다. 또, 본 발명의 인조석 제조를 위한 조성물을 기본으로 하여 각종 인조석을 제조하는 방법은 종류나 농도 등에 따라 다양하게 제조할 수 있는 바, 예를 들면 인조석 바닥재, 논슬립형 계단석, 도로 경계석, 및 각종 건축물의 내외장재 등을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 인조석 제조방법에 관해 각각의 실시예에 따라 설명한다.

<실시예 1>

본 발명의 인조석 조성물을 보통 1종 포트랜드 시멘트 32중량%, 바텀 애쉬(표 1의 입도분포) 54중량% 및 석분 14중량%, 시멘트 첨가량에 대해 아연 스테아레이트 0.3중량%, 스티렌 부타디엔 라텍스 3.0중량%를 혼합하여 배합한 재료를 물/시멘트 비 0.40으로 모르타르를 제조하여 상온(0∼40℃)에서 일정 형틀에 투입하여 진동/가압 성형한 후, 상온에서 7∼28일 자연 양생하였다. 양생 후, 용도에 따라 경계석(예 : 상하폭×높이×길이=150㎝×120㎝×1000㎝)용으로 절단한다. 절단된 단면 중 표면에 노출되는 상/측면을 연마하여 광택을 내고 투명 에폭시 수지를 도포하여 방수처리를 실행하여 인조 경계석을 제조하였다.

<실시예 2>

본 발명의 인조석 조성물을 보통 1종 포트랜드 시멘트 32중량%, 바텀 애쉬(표 1의 입도분포) 54중량%, 석분 14중량% 및 레드머드를 시멘트 첨가량의 10중량%, 아연 스테아레이트 0.3중량%, 스티렌 부타디엔 라텍스 3.0중량%를 혼합하여 배합한 재료에 물/시멘트 비 0.40으로 모르타르를 제조하여 상온(0∼40℃)에서 일정 형틀에 투입하여 진동/가압 성형한 후, 상온에서 7∼28일 자연 양생하였다. 양생 후, 탈형하여 도 2에 도시된 바와 같은 계단석(예 : 가로×세로×높이=30㎝×1200㎝×4㎝)용으로 절단한다. 절단된 단면 중 표면을 연마하여 광택을 내고 미끄럼 방지를 위한 논슬립(4) 처리를 행하였다.

28일 양생하고 자연 건조시켜 제조한 본 발명의 인조석 제품의 시험결과를 표 3에 나타내었으며 이의 인장강도는 130㎏/㎠이었고, 압축강도는 420㎏/㎠이었다.

<실시예 3>

본 발명의 인조석 조성물을 백색 포트랜드 시멘트 32중량%, 바텀 애쉬(표 1의 입도분포) 54중량% 및 석분 14중량%, 시멘트 첨가량에 대해 아연 스테아레이트0.3중량%, 스티렌 부타디엔 라텍스 3.0중량%를 혼합하여 배합한 재료를 물/시멘트 비 0.40으로 모르타르를 제조하여 상온(0∼40℃)에서 일정 형틀에 투입하여 진동/가압 성형한 후, 상온에서 7∼28일 자연 양생하였다. 양생 후, 용도에 따라 경계석(예 : 상하폭×높이×길이=150㎝×120㎝×1000㎝)용으로 절단한다. 절단된 단면 중 표면에 노출되는 상/측면을 연마하여 광택을 내고 투명 에폭시 수지를 도포하여 방수처리를 시행하여 인조 경계석을 제조하였다.

<실시예 4>

본 발명의 인조석 조성물을 보통 1종 포트랜드 시멘트 32중량%, 바텀 애쉬(표 1의 입도분포) 54중량%, 석분 14중량% 및 레드머드를 시멘트 첨가량의 10중량%, 아연 스테아레이트 0.3중량%, 스티렌 부타디엔 라텍스 3.0중량%를 혼합하여 배합한 재료에 물/시멘트 비 0.40으로 모르타르를 제조하여 상온(0∼40℃)에서 일정 형틀에 투입하여 진동/가압 성형한 후, 상온에서 7∼28일 자연 양생하였다. 양생 후, 탈형하여 계단석(예 : 가로×세로×높이=30㎝×1200㎝×4㎝)용으로 절단한다. 절단된 단면 중 표면을 연마하여 광택을 내고 미끄럼 방지를 위한 논슬립(4) 처리를 행하였다.

28일 양생하고 자연 건조시켜 제조한 본 발명의 인조석 제품의 시험결과를 표 3에 나타내었으며 이의 인장강도는 139㎏/㎠이었고, 압축강도는 445㎏/㎠이었다.

시멘트종류	시험항목	시험결과
보통 1종 포트랜드 시멘트	인장강도	130㎏/㎠
	압축강도	420㎏/㎠
	흡 수 율	0.5%이하
	내동해성	이상없음
백색 포트랜드 시멘트	인장강도	139㎏/㎠
	압축강도	445㎏/㎠
	흡 수 율	0.5%이하
	내동해성	이상없음

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

삭제

즉, 상기 실시예에 있어서는 인조석 및 그 제조 방법에 있어서, 색상 발휘를 위해 보크사이트를 처리하여 알루미나를 제조하는 공정에서 발생되는 폐기물인 레드머드를 첨가하는 구성으로만 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 인조석의 방수 내후성, 방오성 및 각종 특성 발현을 위한 여러 가지 혼화제를 적절하게 첨가하여 사용할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바텀 애쉬를 사용한 인조석 및 그 제조 방법에 의하면, 점차 고갈되어 가고 있는 자연산 골재나 환경오염이나 자연훼손을 발생시키는 인조골재의 대체용으로 지금까지 폐기되고 있는 화력발전소 석탄회의 일종인 바텀 애쉬를 대체재로 사용하여 인조석에 적용하면, 기존제품과 유사하거나 더 높은 압축강도를 나타내는 인조석 제품을 제공할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명의 바텀 애쉬를 사용한 인조석 및 그 제조 방법에 의하면, 화력발전소에서 대량으로 발생하는 바텀 애쉬를 골재로 활용하고 기타 혼화재 및 첨가제 등을 모두 산업 폐기물을 재활용하여 고강도이고, 일반 자연석 골재를 사용한 콘크리트 제품과 비교하여 경량이며 표면 질감이 자연 대리석이나 화강암 등과 거의 같은 미려한 제품을 생산할 수 있어 생산 원가의 대폭적인 절감은 물론 부가가치의 향상을 동시에 기할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명에 따른 제조 공정을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인조 계단석의 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 인조 계단석 2 : 상판재

3 : 걸림부 4 : 논슬립부

Claims

천연 골재의 대체재로서 산업 폐기물을 이용한 인조석에 있어서,

시멘트, 화력발전소에서 발생하는 석탄회 중에서 폐기되는 바텀 애쉬 골재 및 석산 폐기물인 석분을 1.8∼4.5 : 3.0∼6.5 : 0.8∼1.8의 중량비로 조성하고, 물/시멘트 비를 0.4로 하여 자연양생한 것을 특징으로 하는 인조석.
제 1항에 있어서,

상기 시멘트는 보통 포트랜드 시멘트 또는 백색 포트랜드 시멘트인 것을 특징으로 하는 인조석.
제 2항에 있어서,

상기 인조석의 색상 발휘를 위해 보크사이트를 처리하여 알루미나를 제조하는 공정에서 발생되는 폐기물인 레드머드를 상기 시멘트 100중량부당 5∼15중량부를 첨가하여 혼합한 것을 특징으로 하는 인조석.
제 3항에 있어서,

상기 인조석의 방수 및 내후성의 증진을 위해 상기 시멘트 100중량부당 각각 아연 스테아레이트 0.2∼1.0중량부와 스티렌 부타디엔 라텍스 0.5∼5.0중량부를 혼합한 것을 특징으로 하는 인조석.
제 4항에 있어서,

상기 바텀 애쉬의 입도는 0.1 내지 25㎜인 것을 특징으로 하는 인조석.
제 5항에 있어서,

상기 인조석은 바닥재, 논슬립형 계단석, 도로 경계석 또는 건축물의 내외장재인 것을 특징으로 하는 인조석.
천연 골재의 대체재로서 산업 폐기물을 이용한 인조석의 제조 방법에 있어서,

화력발전소에서 발생하는 석탄회 중에서 바텀 애쉬를 수거하여 입도별로 선별하는 선별 공정,

시멘트 18∼45중량%, 상기 바텀 애쉬 골재 30∼65중량%, 석산 폐기물인 석분 8∼18중량%, 알루미나를 제조하는 공정에서 발생되는 폐기물인 레드머드를 상기 시멘트 첨가량의 5∼15중량% 혼합하는 혼합 공정,

상기 혼합 공정에서 혼합된 조성물에 물/시멘트 비 0.40으로 되게 물을 첨가하여 상온에서 모르타르를 형성하는 모르타르 형성 공정,

상기 모르타르 형성 공정에서 형성된 모르타르를 형틀에 투입하고 진동/가압하여 성형하는 성형 공정 및

상기 성형 공정 후 자연 양생시켜 절단 및 연마하는 가공 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 인조석의 제조 방법.
제 7항에 있어서,

상기 시멘트는 보통 포트랜드 시멘트 또는 백색 포트랜드 시멘트인 것을 특징으로 하는 인조석의 제조 방법.
제 8항에 있어서,

상기 혼합 공정에 있어서 상기 인조석의 방수 및 내후성의 증진을 위해 상기 시멘트의 첨가량에 대해 각각 아연 스테아레이트 0.2∼1.0중량%와 스티렌 부타디엔 라텍스 0.5∼5.0중량%를 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 인조석의 제조 방법.
제 9항에 있어서,

상기 선별 공정에 있어서 상기 바텀 애쉬는 0.1 내지 25㎜의 입도로 선별되는 것을 특징으로 하는 인조석의 제조 방법.
제 10항에 있어서,

상기 인조석은 바닥재, 논슬립형 계단석, 도로 경계석 또는 건축물의 내외장재로 사용되는 것을 특징으로 하는 인조석의 제조 방법.