KR100280579B1 - 경량기포 황토보드 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 경량기포 황토보드는 30∼40 중량부의 황토, 10∼15 중량부의 석고, 2∼3 중량부의 석회, 12∼20 중량부의 알루미나 시멘트, 3∼5 중량부의 유동화제 및 20∼40 중량부의 물로 구성되는 혼합물에 기포제를 혼합하여 기포를 발생시키고 이를 보드 형태로 성형하고 양생시킨 다음 전,후면에 석고보드와 같은 보강용지를 부착한 것이다. 경량기포 황토보드를 제조하기 위해 사용하는 재료 중 황토는 국내산으로서 채취 후 분쇄하여 No.200(74μm)체를 통과한 분말을 200℃에서 소성건조하여 사용하며, 기포제는 시판되고 있는 AE제를 사용한다.

Description

경량기포 황토보드 및 그 제조 방법 {Aerated lightweight ocher board and the method for manufacturing the same}

본 발명은 황토 및 기포제를 이용한 경량기포 황토보드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 황토에 기포제를 혼합하여 보드를 제조함으로써 압축강도, 휨강도, 단열성, 경량성, 내화성, 원적외선 방사율 등에서 우수한 성질을 갖는 경량기포 황토보드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

현재 건축물의 내장재로써 석고보드가 광범위하게 이용되고 있으며, 석고보드는 석고를 주원료로 하고 있다. 그러나, 상기 석고보드는 제조 과정이 복잡하여 비용이 상승하고 강도가 크지 않은 등의 단점을 가지고 있다.

황토는 실트 크기의 지름 0.002∼0.005㎛인 입자로 이루어진 퇴적물로서 우리나라 뿐만아니라 전 세계적으로 널리 분포되어 있으며 국내에서는 일찍부터 이를 건축재료로 이용하여 왔다. 시멘트 및 석고 등 기존의 건축재료에 비해 황토는 제조공정이 간단하므로 제조비용이 저렴하고, 성분구조상 열에너지를 갖게 되면 다른 물체에 비해 다량의 원적외선을 방사하여 여러가지 인체에 유익한 효과를 주는 것으로 밝혀지고 있다.

또한, 화학반응에 의존하는 시멘트 및 석고를 사용한 기존의 건설재료와는 달리 물리적 결합으로 이루어지는 황토의 경우 실내공기를 호흡할 수 있는 기능을 갖고 있으므로 습도조절이 가능하다. 이러한 장점을 갖고있는 황토를 벽재로 이용되는 보드로서 제조하여 사용한다면 건강증진 뿐만 아니라 국내에 널리 산재하는 저렴한 재료를 활용함에 따라 경제성도 크게 향상될 것으로 기대된다. 그러나 황토만을 사용할 경우 강도가 저하하고, 물-황토비를 50%정도로 하면 비중이 1.9까지 되어 중량이 과다해지는 등 기존의 석고보드에 비하여 성능이 떨어지게 된다.

따라서, 본 발명에서는 성능이 기존 보드 제품에 비해 우수하면서도 제조 비용이 저렴한 황토보드를 개발하게 되었다.

본 발명은 강도와 단열성, 경량성 및 내화성이 우수한 경량기포 황토보드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 황토보드 내에 기포를 다량 도입함으로서 경량성, 단열성의 향상은 물론 재료의 절감을 통해 경제성을 향상시킬 수 있는 경량기포 황토보드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 실내의 습도 조절이 가능하고 원적외선 방사율이 높아 인체의 건강에 유익한 영향을 주는 경량기포 황토보드 및 그 제조 방법을 제 공하는 것이다.

본 발명의 경량기포 황토보드는 황토, 석고, 석회, 알루미나 시멘트, 유동화제 및 물로 구성되는 혼합물에 기포제를 첨가하여 상온에서 기포를 도입한 후 이를 보드 형태로 성형하고 양생시킨 다음 전,후면에 석고보드와 같은 보강용지를 부착한 것이다.

경량기포 황토보드를 제조하기 위해 사용하는 재료 중 황토는 국내산으로서 채취 후 분쇄하여 No.200(74μm)체를 통과한 분말을 200℃에서 소성건조하여 사용하며, 기포제는 시판되고 있는 AE제를 사용한다. 보강용지는 두께 0.4∼0.5 mm, 중량 250±20g/㎡, 겹수 4겹 이상, 인장강도 14kgf/15㎟이상인 용지를 접착제를 이용하여 부착하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

본 발명의 경량기포 황토보드를 구성하는 재료들의 기본적인 배합은 표1과 같다. 보드 내부에 공극이 도입되면 단열성, 경량성, 흡음성 등은 향상되지만 압축강도, 휨강도는 급격히 저하된다. 따라서, 보드 내부에 기포를 도입하기 전에 황토 혼합물의 강도를 어느 정도 향상시킬 필요가 있으며, 표 1의 배합은 이러한 기준에 따라 기포가 도입되어 최종적으로 성형된 황토보드의 강도가 기존의 석고보드와 비슷한 정도의 강도를 확보할 수 있도록 결정된 배합이다. 상기 기본배합으로 성형된 황토 혼합물의 경우 7일 강도가 320㎏/㎠를 나타내고 있다.

기본배합 (단위 ㎏/㎥)

황 토	알루미나 시멘트	석 고	석 회	유동화제	물	flow(cm)	3일강도(㎏/㎠)	7일강도(㎏/㎠)
588	269	205	38	64	512	18	250	320

상기 기본 배합에 기포제를 전체 혼합물 중량의 0.1%에서 0.6%까지 증가시켜 가면서 첨가하고 각각의 경우 공기량, 비중, flow, 압축강도 및 휨강도를 측정하였다.

압축강도는 KS L 5105의 시멘트강도측정방법에 의거하여 실시하였으며, 시편크기는 4×4×16㎝이고 시편수는 3개로 하였다. 전 공시체는 봉합양생상태에서 20±3℃에서 양생하였다.

실험결과는 표2와 같으며, 기포제 첨가량이 증가함에 따라 공극율이 증가하고 비중이 감소함을 알 수 있다. 그러나 공기량이 증가함에 따라 flow치는 감소하고 압축강도 또한 감소한다. 경량성과 소요 압축강도의 관점에서 기포제의 첨가량은 0.4%∼0.6%정도가 바람직하며, 이때 공극율은 50%전후를 나타낸다.

휨강도 실험결과 압축강도가 가장 작은 값을 보이고 있는 실시예 8의 경우 72 kgf/㎠를 나타내어 석고보드수준의 성능이 확보됨을 알 수 있다. (석고보드의 경우: 70 kgf/㎠이상)

AE제 첨가량은 전 재료량을 기준한 수치이며, flow치는 0타는 테스트콘을 상방으로 들었을 때의 초기 flow치이며, 15타는 테이블을 15회 낙하운동한 후의 flow 치를 의미한다.

AE제의 첨가량 및 각종 물성의 실험결과

구 분	AE제첨가량	공기량(%)	비 중	flow(cm)	압축강도(㎏/㎠)	휨강도(㎏/㎠)
		3일	28일	3일	28일	0타	15타	3일	28일	28일
실시예 1	0.1%	12	17	1.50	1.41	18	25	163	189	-
실시예 2	0.2%	22	28	1.48	1.22	16	25	94	110	-
실시예 3	0.3%	30	41	1.19	1.00	14	22	61	73	-
실시예 4	0.4%	33	44	1.14	0.95	12	21	48	61	-
실시예 5	0.45%	37	48	1.07	0.88	11	20	32	54	115
실시예 6	0.5%	44	54	0.95	0.79	10	18	28	40	102
실시예 7	0.55%	47	59	0.90	0.70	10	17	11	27	85
실시예 8	0.6%	51	66	0.84	0.58	10	16	4	7	72

실시예 5와 6의 경우에 대하여 벽체 재료로서의 단열성을 검토하기 위해 열전도도 실험을 실시하였다. 실험은 ASTM C 518-91의 규정에 따라 실시하였으며, 시편의 크기는 40×40×80㎜로 하였다.

실험결과 열전도율은 실시예 5(기포제 0.45%)의 경우는 0.315 W/mK, 실시예 6(기포제 0.5%)의 경우는 0.271 W/mK를 나타내어 ALC(0.14W/mK)에 비하면 크지만 석고보드(0.17∼0.51W/mK)와 비슷한 수치를 보이고 있다. 그러나, 콘크리트 (2.3W/mK), 시멘트 모르터(1.16W/mK), 점토(1.3W/mK)에 비해서는 훨씬 낮은 수치를 나타내어 기포를 혼입함으로써 단열성능이 크게 향상되었음을 알 수 있다.

원적외선방사율을 검토하기 위해 실시예 6(기포제 0.5%)의 경우에 대해 원적외선측정시험을 실시하였으며, 실험방법은 FT-IR Spectrometer를 이용하여 BLACK BODY와 대비하여 측정하였고 시편의 크기는 300×300×20 ㎜로 하였다.

원적외선측정실험을 실시한 결과 흑체방사율의 92%를 나타냄으로써 원적외선방사율이 우수함을 확인하였다.

난연성을 확인하기 위하여 실시예 6(기포제 0.5%)의 경우에 대하여 KS F 2271의 규정에 따라 난연시험을 실시하였으며, 기재시험은 높이 50±3mm, 2변 40±2mm의 크기로 건조한 시험제 3개를 가열로에서 740∼760℃로 가열하였으며, 표면시험은 가로, 세로 각각 22cm 두께 1cm로 실험체를 제조하여 제조 후 1개월 이상 방치한 것을 35∼45℃의 건조기에서 24시간이상 건조시킨 후 데시케이터에서 24시간이상 보양한 것을 가열로에서 10분간 가열하여 광량측정장치로 발연량을 측정하였다.

표 3에 난연시험 결과가 기재되어 있으며, 기재시험 결과 가열 후 로 내부온도가 740∼760℃+4℃로 800℃을 초과하지 않았고 표면시험의 경우 잔담, 용융, 균열 등이 발생하지 않았다. 발연계수가 30이하이고 온도시간적분은 0을 나타냈다. 따라서, 종합적으로 난연1급재료로서 판정을 받았다.

난연시험결과

No.	표면시험	기재시험
	용융,균열,해로운 변형	잔염	발연계수(CA)	온도시간면적(℃·min)	온도차(℃)
1	無	無	5.4	0	+4
2	無	無	3.0	0	+4
3	無	無	6.6	0	+4

표 4에는 석고보드와 본 발명의 경량기포 황토보드(실시예 6의 경우)의 물성 에 대한 비교표가 제시되어 있으며, 본 발명의 경량기포 황토보드가 기존의 석고보드보다 휨강도, 열전도율 및 비중 등의 면에서 우수한 성능을 확보하고 있음을 알 수 있다. 또한 본 발명의 경량기포 황토보드는 제조 원가가 석고보드보다 훨씬 저렴하여 경제성 면에서도 유리하다.

황토보드와 석고보드의 물성비교

항 목	석고보드	황토보드(비중0.79)
휨 파괴하중(㎏/㎠)	70이상	102
난 연 성	1급	1급
열전도율(W/mK)	0.17∼0.51	0.271
비 중	0.8∼1.0	0.79

본 발명의 경량기포 황토보드의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 경량기포 황토보드는 황토, 석고, 석회 및 알루미나 시멘트를 소정의 배합비로 섞어 1차적으로 건비빔하고, 건비빔이 완료되면 물과 유동화제와 기포제룰 믹서에 투입하여 5분정도 혼합한다. 믹서를 회전시키면 물과 유동화제 및 기포제가 혼합되면서 혼합물 내부에 기포가 발생되어 공극이 생기게 된다. 믹싱이 완료되면 혼합물을 형틀에 부어 넣고 양생을 하거나, 또는 롤로 가공을 하는 경우에는 롤에 통과시켜 성형하고 성형된 보드를 소정의 크기로 절단한 다음 양생을 한다. 양생은 대기중에서 상온양생을 할 수도 있고, 고온으로 촉진양생을 할 수도 있다. 촉진양생은 보드를 비닐로 덮어 밀봉하고 90℃ 정도의 온도에서 소정의 강도가 발현될 때까지 양생을 한다. 양생이 완료되면 보드의 양면에 보강용지를 접착제를 이용하여 부착한다.

표 5는 실시예 5 내지 8의 경우에 대하여 양생온도를 90℃로 높여 촉진양생을 하고 각각의 경우 시간 경과에 따른 압축강도를 측정한 결과이다. 촉진양생을 하면 강도발현이 촉진되어 단기간에 양생이 되므로 탈형을 조기에 할 수 있다. 실험결과에서 ALC에서 요구하는 압축강도 40kgf/㎠를 초과하는 경우는 실시예 5의 경우 120분이 경과된 경우뿐이나, 탈형의 관점에서 본다면 실시예 5 내지 7의 경우 양생온도 90℃에서 120분 경과시 탈형이 가능하다.

촉진양생시의 압축강도 (양생온도 90℃)

비중(AE제첨가량)	30분	60분	90분	120분
0.88 (0.45%)	11 ㎏/㎠	20 ㎏/㎠	34 ㎏/㎠	43 ㎏/㎠
0.79 (0.50%)	9 ㎏/㎠	15 ㎏/㎠	23 ㎏/㎠	31 ㎏/㎠
0.70 (0.55%)	5 ㎏/㎠	7 ㎏/㎠	9 ㎏/㎠	15 ㎏/㎠
0.58 (0.60%)	-	-	2 ㎏/㎠	6 ㎏/㎠

본 발명의 경량기포 황토보드는 보드 내부의 공극율이 50% 이상이 됨으로써 보드의 경량성과 단열성 및 흡음성이 우수하다. 또한, 공극에 해당하는 부분만큼 재료를 절감할 수 있고, 황토는 국내에 널리 산재하는 값싼 자재인 바, 원가를 절감할 수 있다. 또한, 본 발명의 경량기포 황토보드는 황토가 가지고 있는 여러 가지 유익한 효과를 적극적으로 이용할 수 있어 거주자의 건강 증진에도 매우 유익하다.

Claims (5)

1. 30∼40 중량부의 황토, 10∼15 중량부의 석고, 2∼3 중량부의 석회, 12∼20 중량부의 알루미나 시멘트, 3∼5 중량부의 유동화제 및 20∼40 중량부의 물로 구성되는 혼합물에 기포제를 혼합하여 기포를 발생시키고 이를 보드 형태로 성형한 것을 특징으로 하는 경량기포 황토보드.
2. 제1항에서, 상기 기포제는 전체 혼합물 중량의 4% 내지 6% 첨가되는 것을 특징으로 하는 경량기포 황토보드.
3. 제1항 또는 제2항에서, 상기 황토는 No.200(74μm)체를 통과한 분말을 200℃에서 소성건조한 것을 특징으로 하는 경량기포 황토보드.
4. 황토, 알루미나 시멘트, 석고 및 석회를 소정의 배합비로 배합하고 믹서에 투입하여 건비빔하고;

   물과 유동화제 및 기포제룰 상기 믹서에 투입하여 혼합하고;

   혼합물을 형틀에 타설하거나 또는 롤 사이로 통과시켜 보드의 형상으로 제조하고;

   상기 보드를 소정의 강도가 발현될 때까지 양생하고; 그리고,

   양생된 보드의 양면에 보강용지를 부착하는 단계;

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 경량기포 황토보드의 제조 방법.
5. 제4항에서, 상기 보드를 90℃ 정도의 고온에서 촉진양생하는 것을 특징으로 하는 경량기포 황토보드의 제조 방법.