KR100731956B1 - 경량단열 건축재 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 경량단열 건축재 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 경량단열 건축재 제조방법은 하수슬러지 10~90중량%와, 점토, 진흙슬러지, 플라이애시, 폐광미로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 점결제를 균일하게 혼합하고 이를 성형건조 후 소성하여 경량골재를 제조하는 단계; 상기 경량골재와 충진재를 건식 혼합하는 단계; 시멘트와 물을 혼합하여 제조한 시멘트 페이스트에 상기 경량골재와 충진재의 혼합물을 투입하는 단계;를 포함하여 제조된다.
본 발명에 따르면 비중이 낮은 단열건축재를 제조할 수 있는 효과가 있다. 특히, 환경오염의 원인인 하수 슬러지를 활용하기 때문에 환경 친화적이면서 경제성이 높다.
경량단열재. 경량골재. 하수슬러지.

Description

경량단열 건축재 제조방법{Manufacturing method of insulating building material}
본 발명은 경량단열 건축재 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환경 친화적이면서 경제성이 높은 경량단열 건축재 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 유기성 슬러지 특히, 하수슬러지는 하수를 처리하는 과정에서 하수에 포함되어 있는 입자상, 콜로이드상, 용존상의 오염물질을 제거할 때 발생되는 고형상의 2차 환경오염 물질로서, 현재 전국 290여개 하수종말처리장에서 연간 120여만톤의 엄청난 양이 발생하고 있고, 수자원의 보호를 위해 하수관 정비 및 하수처리시설의 추가 설치가 지속적으로 이루어지고 있어 그 발생량이 날로 증가되고 있는 추세이다.
종래에 유기성 슬러지는 일정한 매립지에 매립하여 처리되어 왔다. 이 경우 유기성 슬러지의 자체 수분함량이 높아 매립작업이 원활하지 못하고, 지반다짐에 문제점을 유발시키고 있으며, 침출수 및 악취를 발생시키기 때문에 매립장의 확보가 매우 어려웠다. 이러한 이유로 2003년 7월 1일부터 함수율이 높은 상태에서의 직매립은 전면 금지되었다.
상기와 같이 유기성 슬러지의 직매립을 금지한 취지가 유기성 슬러지의 재활용과 중간처리로 전환하려는 것임에도 불구하고, 현재 상기 유기성 슬러지의 처리는 처리비가 저렴한 해양투기로 전환되고 있다. 우리나라의 경우 동해상 2개소와 서해상 1개소의 공해상에 살포하고 있다. 그러나 조만간에 런던 덤핑방지협약과 관련된 96의정서가 발효되면 해양투기도 금지될 상황에 놓여있어 이의 효율적인 처리방안 마련이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 특허출원 제2004-0063372호에서는 유기성 슬러지를 이용한 경량골재 조성물 및 그를 이용한 경량골재 제조방법을 개시하였다. 이를 간단하게 설명하면, 유기성 슬러지에 플라이애시 및 점토, 폐광미 및 석분슬러지 등의 점결제를 혼합하여 경량골재를 제조하는 것이었다.
이에 의하면 기존의 매립 및 해양투기 등에 의해 무분별하게 처리되었던 유기성 슬러지 및 미연소 탄소에 의한 강열감량이 커서 활용률이 매우 낮은 플라이애시를 이용하여 비중이 낮고 흡수 특성 및 강도 특성이 탁월한 고부가성 경량골재를 얻을 수 있는 매우 획기적인 기술이었다.
그러나 상술한 종래의 경량골재는 그 효과가 입증되었음에도 불구하고, 아직까지 활용이 미비하였다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목 적은 환경 친화적이면서 경제성이 높은 경량단열 건축재 제조방법을 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 경량단열 건축재 제조방법은 하수슬러지 10~90중량%와, 점토, 진흙슬러지, 플라이애시, 폐광미로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 점결제를 균일하게 혼합하고, 이를 성형건조 후 소성하여 경량골재를 제조하는 단계; 상기 경량골재와 충진재를 건식 혼합하는 단계; 및 시멘트와 물을 혼합하여 제조한 시멘트 페이스트에 상기 경량골재와 충진재의 혼합물을 투입하는 단계;를 포함하여 제조된다.
특히 상기 점결제로 사용되는 플라이애시는 미연소 탄소에 의한 강열감량이 10~20중량%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 건축재 제조방법은 상기 시멘트 페이스트 10~25부피%와, 상기 경량골재 40~70부피%와, 상기 충진재 20~35부피%로 혼합되며, 상기 시멘트 페이스트는, 상기 시멘트 100중량부에 대하여, 감수제 0.5~2중량부와, 증점제 0.5~2중량부와, 기포제 또는 발포제 0.5~2중량부가 더 혼합되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 충진재는 팽창펄라이트 또는 팽창버미큘라이트 중 선택된 1종 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.
본 발명에 의한 경량단열 건축재는 하수슬러지를 이용한 경량골재, 충진재 및 시멘트 페이스트로 이루어진다.
먼저, 경량골재는 하수슬러지 10~90중량%와 점결제를 균일하게 혼합한 후 이를 성형 건조한 다음 소성하여 제조한다.
기존의 매립 및 해양투기 등에 의해 무분별하게 처리되는 하수슬러지를 효과적으로 재활용하고, 비중이 낮고 흡수 특성 및 강도 특성이 우수한 고부가성 경량골재를 제조하기 위하여 하수슬러지를 10~90중량% 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 점결제는 하수슬러지의 점결력을 향상시켜 성형성을 확보하고, 함수율 저감 및 강도발현 등을 위한 것으로서, 점토, 진흙슬러지, 플라이애시, 폐광미 중 어느 하나 이상을 사용하는 것이 좋다.
특히 플라이애시의 경우 미연소 탄소에 의한 강열감량이 10~20중량%인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 물론 미연소 탄소에 의한 강열감량이 10중량% 미만인 경우에도 사용할 수 있으나, 이러한 플라이애시는 현재 콘크리트 혼화재료 등으로 재활용되기 때문에 그 활용률이 매우 높아 고가에 판매되고 있어 경량골재의 재료로 이용할 경우 제조비용을 상승시키는 요인이 된다.
이와 달리 상기 미연소 탄소에 의한 강열감량이 10~20중량%로 상대적으로 높은 플라이애시는 콘크리트 혼화재료로 활용시, 콘크리트의 연행 공기포를 흡착하여 공기량을 감소시키는 영향이 크기 때문에 현재 활용이 극히 미미한 실정이다.
이러한 미연소 탄소에 의한 강열감량이 10~20중량%로 높은 플라이애시를 본 발명과 같이 경량골재의 제조에 이용할 경우, 오히려 경량골재의 소성시 탄소가 산 화되어 탄산가스로 되어 발포에 매우 유리한 작용을 하며, 탄소의 연소에 의해 킬른 내 분위기를 발포에 유리한 조건인 환원분위기로 조성시킬 뿐만 아니라 소성 에너지를 현저히 절감할 수 있는 장점이 있다. 더욱이, 상술한 바와 같이 미연소 탄소에 의한 강열감량이 10중량% 미만인 것에 비해 현저하게 그 이용률이 떨어지기 때문에, 활용도가 떨어지는 재료를 재활용할 수 있다는 측면에서 더욱 의미가 있으며, 부가적으로 재료의 확보가 용이하고, 비용이 현저하게 저렴하다는 장점도 있다.
그리고 제조된 경량골재와 건식 혼합되는 충진재는 팽창펄라이트, 팽창버미큘라이트 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용하는 것이 좋으며, 이는 비중이 낮고 단열효과가 우수하며 강도가 우수한 경량단열 건축재를 제조할 수 있기 때문이다.
그리고 상기 시멘트 페이스트는 시멘트와 물을 적정비로 혼합하여 제조되고, 이때 감수제, 증점제, 기포제, 발포제 등을 더 혼합하여 시멘트 페이스트를 제조할 수 있음은 물론이다. 특히 시멘트 100중량부에 대하여, 물 50~80중량부와, 감수제 0.5~2중량부와, 증점제 0.5~2중량부와, 기포제 또는 발포제 0.5~2중량부를 혼입하여 제조하는 것이 바람직하다.
상기 감수제는 골재와 충진재가 물을 많이 흡수하는 것을 방지하여 물-시멘트비를 줄이기 위한 공지의 요소이다.
또한, 시멘트 페이스트에는 증점제를 혼입하는데, 이는 상대적으로 비중이 큰 시멘트와, 비중이 작은 경량골재와 충진재가 비중차에 의해 재료분리현상을 방 지하기 위한 골지의 요소이다. 즉, 시멘트 페이스트의 점성을 키워 재료분리를 방지할 수 있는 것이다.
상기 기포제 또는 발포제 역시 공지의 요소로서, 건축재의 비중을 작게 하기 위한 것이다.
상기 제조된 시멘트 페이스트에 상기 경량골재와 상기 충진재의 혼합물을 투입하여 균일하게 혼합한 후 이를 이용하여 경량단열 건축재를 제조하는 것이 바람직하다. 이는 경량골재, 팽창펄라이트 및 시멘트를 건비빔 후 물을 투입시 팽창펄라이트의 높은 흡수율에 의해 페이스트 형성이 어렵기 때문이다.
또한, 상기 시멘트 페이스트에 상기 경량골재 및 상기 충진재를 저밀도, 저열전도율 및 고압축강도 등 물성이 우수한 경량단열 건축재를 제조하기 위하여 시멘트 페이스트 10~20부피%, 경량골재 40~70부피%, 충진재 20~35부피%로 혼합되도록 조절하여 경량단열 건축재를 제조하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.
경량단열 건축재를 제조하기 위해 사용된 주재료는 다음과 같다.
하수슬러지(건조 중량기준) 70중량%에 대하여 점토 20중량%, 진흙슬러지 10중량%를 순환형 압축롤러식 혼합기를 이용하여 혼합하였고, 이때 골재의 성형성을 확보하기 위하여 전체 함수율이 34±2%로 건조하였다.
이 혼합물을 진공토련기를 통하여 압축시킨 후 압출성형을 통해 누들형태로 제조 후 회전하는 디스크에 투입하여 3~8mm크기의 구형의 펠렛을 제조하였고, 성형된 펠렛을 함수율 10%이하가 되도록 건조하였다. 그리고 건조된 펠렛을 1230℃로 12분간 팽창열처리 한 후 냉각하였다.
얻어진 인공경량골재를 시험한 결과 비중은 0.61이고, 흡수율은 8.2%, 10% 세립치 파쇄시험 결과 4.4ton이었다.
충진재로 사용된 팽창펄라이트는 국내 M사의 비중이 0.2이며 공극률이 89%이고 최대치수 2mm이하의 것을 사용하였으며, 그 화학적 성질은 표 1과 같다.
Figure 112005076982595-pat00001
시멘트는 D사의 보통포틀랜드시멘트를 사용하였다.
<실시예 1>
시멘트에 물, 증점제 및 고성능 감수제를 혼합하고 기포제를 첨가한 후 급속교반을 실시하여 시멘트 페이스트를 제조하고, 준비된 하수슬러지 경량골재와 팽창펄라이트를 건비빔한 것을 페이스트에 투입하는 방식으로 시험체를 제조하였다. 이는 경량골재, 팽창펄라이트 및 시멘트를 건비빔 후 물을 투입시 팽창펄라이트의 높은 흡수율에 의해 페이스트 형성이 어렵기 때문이다.
이때 시험체 조성물의 배합비는 시멘트 15부피%, 하수슬러지 경량골재 55부피%, 팽창펄라이트 30부피%로 구성되었다.
제조된 시험체를 28일재령에서 시험한 결과 밀도는 580kg/㎥, 압축강도 4.9MPa, 열전도율 0.18kcal/mh℃를 나타내었다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일한 방식으로 시험체를 제조하는데 있어 시험체의 배합비를 시멘트 23부피%, 하수슬러지 경량골재 57부피%, 팽창펄라이트 20부피%로 구성되었으며, 상기 시멘트 100중량부에 대하여 감수제 1중량부, 증점제 0.5중량부, 기포제 0.5중량부의 비율로 첨가되었다.
제조된 시험체를 28일재령에서 시험한 결과 밀도는 720kg/㎥, 압축강도 8.4MPa, 열전도율 0.27kcal/mh℃를 나타내었다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일한 방식으로 시험체를 제조하는데 있어 시험체의 배합비를 시멘트 12부피%, 하수슬러지 경량골재 53부피%, 팽창펄라이트 34부피%로 구성되었으며, 상기 시멘트 100중량부에 대하여 감수제 1중량부, 증점제 0.5중량부, 기포제 1.5중량부의 비율로 첨가되었다.
제조된 시험체를 28일재령에서 시험한 결과 밀도는 430kg/㎥, 압축강도 4.0MPa, 열전도율 0.12kcal/mh℃를 나타내었다.
<비교예 1>
상기 실시예 1과 동일한 방식으로 시험체를 제조하는데 있어 하수슬러지 경량골재를 사용하지 않고 쇄석(비중 2.60)을 사용하여 시험체를 제작하였다. 시험체의 배합비를 시멘트 18부피%, 쇄석 52부피%, 팽창펄라이트 30부피%로 구성되었으며, 상기 시멘트 100중량부에 대하여 감수제 1중량부, 증점제 0.5중량부, 기포제 1.5중량부의 비율로 첨가되었다.
제조된 시험체를 28일재령에서 시험한 결과 밀도는 1,560kg/㎥, 압축강도 11.2MPa, 열전도율 0.68kcal/mh℃를 나타내었다.
이와 같이 하수슬러지 경량골재 대신에 쇄석을 사용할 경우 밀도가 높아지고 열전도율이 높아져 경량단열 건축재의 제조가 곤란함을 확인할 수 있다.
<비교예 2>
상기 실시예 1과 동일한 방식으로 시험체를 제조하는데 있어 하수슬러지 경량골재를 사용하지 않고 팽창펄라이트만을 사용하여 시험체를 제작하였다. 시험체의 배합비를 시멘트 23부피%, 팽창펄라이트 77부피%로 구성되었으며, 상기 시멘트 100중량부에 대하여 감수제 1중량부, 증점제 0.5중량부, 기포제 0.5중량부의 비율로 첨가되었다.
제조된 시험체를 28일재령에서 시험한 결과 밀도는 230kg/㎥, 압축강도 1.2MPa, 열전도율 0.08kcal/mh℃를 나타내었다.
이와 같이 하수슬러지 경량골재를 사용하지 않고 팽창펄라이트만을 이용할 경우 밀도와 열전도율이 낮아지나 압축강도가 대폭 감소하여 건축재료로의 활용이 불가능-함을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따르면 비중이 낮은 단열건축재를 제조할 수 있는 효과가 있다.
특히, 환경오염의 원인인 하수 슬러지를 활용하기 때문에 환경 친화적이면서 경제성이 높다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 하수슬러지 10~90중량%와, 점토, 진흙슬러지, 미연소 탄소에 의한 강열감량 10~20중량%인 플라이애시, 폐광미로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 점결제를 균일하게 혼합하고, 이를 성형건조 후 소성하여 경량골재를 제조하는 단계;
    상기 경량골재와 충진재를 건식 혼합하는 단계;
    시멘트와 물을 혼합하여 제조한 시멘트 페이스트에 상기 경량골재와 충진재의 혼합물을 투입하는 단계;를 포함하여 제조되고,
    상기 시멘트 페이스트 10~25부피%와, 상기 경량골재 40~70부피%와, 상기 충진재 20~35부피%로 혼합되고,
    상기 시멘트 페이스트는, 상기 시멘트 100중량부에 대하여, 감수제 0.5~2중량부와, 증점제 0.5~2중량부와, 기포제 또는 발포제 0.5~2중량부가 더 혼합된 것을 특징으로 하는 경량단열 건축재 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
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