KR100960955B1 - 투수성과 경량성이 향상된 점토 블록을 포함하는 복합 블록 - Google Patents

투수성과 경량성이 향상된 점토 블록을 포함하는 복합 블록 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투수성과 경량성이 향상된 점토 블록 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 점토 블록은 소성 점토 100 중량부에 대하여, 시멘트 15 ~ 30 중량부, 단섬유 0.1 ~ 10 중량부를 포함하는 조성물로 구성되고, 소성 점토가 2 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 범위에서 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 점토 블록은 쇄석 골재보다 비중이 작은 소성 점토를 50 중량% 이상 포함하고 있어서, 경량성이 뛰어나고, 서로 다른 입도를 가진 분말로 이루어진 소성 점토를 사용하기 때문에 투수성 또한 뛰어나며,시멘트 또는 바인더 수지를 포함하고 있어서 쇄석 골재 블록과 동등한 강도를 가지며, 단섬유를 포함하고 있어서 동결융해 저항성이 뛰어나다. 아울러, 본 발명에 따른 점토 블록을 상부층으로 하고 일반적인 쇄석 골재 블록을 하부층으로 하는 복합 블록은 제품으로서의 가격 경쟁력을 가지면서 동시에 상부에 점토 질감을 구현하고, 일정 수준의 경량성, 투수성, 동결융해 저항성, 흡수성, 강도 등을 가진다.

Description

투수성과 경량성이 향상된 점토 블록을 포함하는 복합 블록{Composite block having clay block with improved water permeability and lightness}
본 발명은 투수성과 경량성이 향상된 점토 블록 및 상기 점토 블록을 포함하는 복합 블록에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 다른 입도를 가지는 분말로 이루어진 소성 점토를 50 중량% 이상으로 포함하는 점토 블록 및 이를 포함하는 복합 블록에 관한 것이다.
종래의 블록은 시멘트로 제조된 시멘트 블록, 고온에서 소성하여 제조하는 소성 블록, 그리고 최근 황토에 시멘트, 소석회 등을 혼합하여 제조하는 하이브리드형 황토 블록 등이 있으며, 이러한 블록은 외벽과 내벽 등의 구조체용으로 사용되거나 하천 제방용 등으로 사용되어 왔다.
현재 국내외적으로 수질오염의 심화와 지하수의 고갈, 잦은 범람 등에 따른 대책의 일환으로써 상기와 같은 블록 형태에 투수성을 부여한 제품이 개발되어 시판 중에 있다. 소성 블록의 경우에는 기계적인 방법을 통하여 블록내에 통공성을 갖도록 설계하거나(특허 제0356356호), 도자기 파편 등의 입자크기를 조절하고 소지 내에 융제를 첨가하여 고온에서 소성함으로써 도자기 파편크기에 의한 공극을 형성하도록 하여 투수성을 부여한 제품도 있다(특허 제0111612호). 그러나 상기 방법에 의해서 제조된 제품들은 소성 과정에서 입자의 결합이 고온에서 이루어지기 때문에 막대한 연료가 소비되며, 이때 발생되는 이산화탄소는 오존층 파괴와 같은 환경오염의 주범이 되고 있다. 또한 대형화하기 어렵고, 원료의 전처리부터 소성 및 선별까지의 과정이 6일 정도의 장시간이 소요되는 등 제조상의 어려움이 있다.
시멘트를 이용한 제품의 경우에는 골재를 시멘트로 코팅하여 제조하는 것이 일반적으로 알려져 있는 방법이다. 이와 같은 제조방법에 의해서 제조된 제품은 흡수성이 떨어지는 골재를 사용하기 때문에 여름철에 열섬 현상을 방지하지 못하고, 나아가 외면의 질감이 점토 블록에 비해 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 지금까지의 제조방법과 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 시멘트를 완전히 배제한 제품이나 시멘트를 주성분으로 사용하지 않고 첨가제로 사용하여 제조하는 투수블록에 관한 연구도 진행 중에 있다. 그 예로 일정 사이즈의 골재를 물유리로 코팅한 후, 점토와 고로슬래그와 석회 및 알카리 자극제를 첨가하여 제조한 투수성 블록(특허 제0348697호), 황토 미분말을 시멘트의 중량비로 30~70%로 치환하여 제조한 황토 투수블록(특허 제 0423130호), 고로슬래그 시멘트를 이용하여 제조한 블록(특허 제0322868호) 등이 있다. 그러나 시멘트를 배제한 제품의 경우 휨강도가 7 ~9 N/㎟ 에 그쳐 응용분야도 한계가 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 외면이 자연적이고 깨끗하며 아름다울 뿐만 아니라 내약품성이 우수하고 견고하기 때문에 반영구적으로 사용될 수 있어서 우수한 건축재료로 각광받고 있는 점토 블록에 있어서, 투수성과 경량성이 뛰어나고 아울러 종래의 골재 블록과 동등한 강도를 지닌 점토 블록, 그 제조방법 및 상기 점토 블록을 포함하는 복합 블록을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기의 목적을 달성함과 동시에 흡수성과 동결융해 저항성이 뛰어나고, 제조시 막대한 에너지를 필요로 하지 않는 점토 블록, 그 제조방법 및 상기 점토 블록을 포함하는 복합 블록을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 목적은 소성 점토 100 중량부에 대하여, 시멘트 15 ~ 30 중량부, 단섬유 0.1 ~ 10 중량부를 포함하는 조성물로 구성되고, 상기 소성 점토는 2 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 범위에서 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어진 것을 특징으로 하는 점토 블록을 제공함으로써 달성될 수 있다. 또한 본 발명의 점토 블록을 구성하는 조성물은 소성 점토 100 중량부에 대하여 무수산이 도입된 변성 에틸렌 공중합체 수지, 폴리아크릴산에스테르 수지, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 에멀젼 수지 및 이들의 혼합 수지로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 바인더 수지 1 ~ 10 중량부를 더 포함할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 소성 점토는 소성 점토 폐기물을 분쇄하여 얻은 것이므로 점토 블록의 제조시 소성과정이 생략되어 막대한 에너지를 필요로 하지 않고, 2 ㎜ 초과 및 10 ㎜ 이하의 입도 범위에서는 1.1 ~ 1.2 의 비중을 가지므로 점토 블록의 경량화를 가능하게 한다.
본 발명의 다른 목적은 소성 점토 100 중량부, 시멘트 15 ~ 30 중량부, 및 단섬유 0.5 ~ 10 중량부를 포함하는 조성물에 물 5 ~ 10 중량부를 첨가하고 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 형틀에 넣고 진동을 주고 가압하여 성형하는 단계; 및 상기 성형물을 형틀에서 분리하고 양생시키는 단계;를 포함하는 점토 블록의 제조방법을 제공함으로써 달성될 수 있고, 여기서 상기 소성 점토는 2 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 범위에서 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 점토 블록은 제품의 가격 경쟁력을 위해 종래의 쇄석 골재 블록과 결합된 복합 블록으로 제조될 수 있는 데, 이러한 본 발명의 목적은 소성 점토 100 중량부에 대하여, 시멘트 15 ~ 30 중량부, 단섬유 0.1 ~ 10 중량부를 포함하는 조성물로 구성되고, 상기 소성 점토는 2 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 범위에서 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어진 것을 특징으로 하는 점토 블록으로 형성된 상부층; 및 쇄석 골재 100 중량부에 대하여, 시멘트 15 ~ 30 중량부, 단섬유 0.1 ~ 10 중량부를 포함하는 조성물로 구성되는 쇄석 골재 블록으로 형성된 하부층; 포함하는 복합 블록을 제공함으로써 달성될 수 있다. 이때, 상부층의 두께 : 하부층의 두께 비는 0.2 ~ 0.4 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 점토 블록은 쇄석 골재보다 비중이 작은 소성 점토를 50 중량% 이상 포함하고 있어서, 경량성이 뛰어나고, 서로 다른 입도를 가진 분말로 이루어진 소성 점토를 사용하기 때문에 투수성 또한 뛰어나며,시멘트 또는 바인더 수지를 포함하고 있어서 쇄석 골재 블록과 동등한 강도를 가지며, 단섬유를 포함하고 있어서 동결융해 저항성이 뛰어나다.
또한, 본 발명에 따른 점토 블록은 쇄석 골재보다 흡수성이 뛰어나고, 소성 점토 폐기물을 분쇄하여 얻은 소성 점토를 주요 구성성분으로 사용하기 때문에 여름철의 열섬 현상을 방지하는데 도움을 줄 수 있을 뿐만 아니라, 제조과정에서 소성 공정이 필요하지 않으므로 제조시 막대한 에너지를 필요로 하지 않는다.
아울러, 본 발명에 따른 점토 블록을 상부층으로 하고 일반적인 쇄석 골재 블록을 하부층으로 하는 복합 블록은 제품으로서의 가격 경쟁력을 가지면서 동시에 상부에 점토 질감을 구현하고, 일정 수준의 경량성, 투수성, 동결융해 저항성, 흡수성, 강도 등을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 점토 블록의 제조방법을 구성하는 공정을 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 복합 블록의 단면을 나타낸 것이다.
본 발명이 일 측면은 투수성과 경량성이 뛰어나고 아울러 종래의 골재 블록과 동등한 강도를 지닌 점토 블록에 관한 것이다.
본 발명의 점토 블록은 소성 점토, 시멘트, 단섬유를 포함하는 조성물로 구성된다. 구체적으로 점토 블록을 구성하는 조성물의 구성비는 소성 점토 100 중량부에 대하여, 시멘트 15 ~ 30 중량부, 단섬유 0.1 ~ 10 중량부이고, 이때 소성 점토는 2 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 범위에서 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어진 것을 특징으로 한다.
점토를 원료로 점토 블록을 제조시, 강도의 향상을 위해 일반적으로 소성 과정을 거치게 되는데, 시멘트를 결합 물질로 사용하는 경우 소성 과정에서 시멘트가 균열되는 현상이 발생하기 때문에 본 발명에 따른 점토 블록은 소성 점토를 원료로 사용한다. 본 발명에서 사용되는 소성 점토는 점토를 소성시키고 분쇄하여 분말로 제조한 것이라면 크게 제한되지 않으며, 바람직하게는 점토 폐기물을 분쇄하여 얻어진 분말인 것을 특징으로 한다. 구체적으로 폐기되는 점토 블록, 점토 벽돌, 점토 기와 등의 제품을 분쇄하여 본 발명에 따른 점토 블록을 제조하는데 재활용하는 경우 자원을 효율적으로 이용할 수 있고, 소성 과정을 필요로 하지 않으므로 막대한 에너지의 소비를 줄일 수 있다.
일반적으로 소성 점토의 비중은 입도에 따라 약간의 차이는 있으나 1.0 ~ 1.3의 범위를 가지는 반면, 쇄석 골재의 비중은 약 2.0 ~ 3.0의 범위를 가진다. 본 발명은 점토 블록을 구성하는 조성물의 일 구성성분으로서 쇄석 골재 대신 소성 점토를 사용하고 있고, 그 함량도 조성물 전체 중량 기준으로 50 중량% 이상이므로 본 발명에 따른 점토 블록은 경량성이 매우 뛰어나다. 특히, 소성 점토가 2 ㎜ 초과 및 10 ㎜ 이하의 입도 범위를 가지는 분말로 이루어지는 경우 그 비중은 1.1 ~ 1.2의 범위를 가지므로, 본 발명에 따른 점토 블록은 일정한 경량 특성을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 점토 블록을 구성하는 조성물의 일 구성성분으로서 소성 점토는 2 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 범위에서 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어진다. 소성 점토가 20 ㎜ 초과의 입도를 가진 분말로 이루어지는 경우 점토 블록의 성형 과정에서 점토 블록의 외면이 균일한 면으로 이루지는 대신 울퉁 불퉁해져 제품의 품질 및 심미성이 떨어지고 모서리 부분의 강도가 떨어지는 문제가 있으며, 소성 점토가 2 ㎜ 이하의 입도를 가진 분말로 이루어지는 경우 소성 점토가 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어지는 경우에도 2 ㎜ 이하의 입도를 가진 분말이 큰 공극을 메꾸워 작은 공극으로 만들어 버리기 때문에 투수성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 소성 점토가 2 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 범위를 가지는 분말로 이루어지더라도, 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어지는 것이 중요한데, 소성 점토가 2 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 범위에서 하나의 입도를 가지는 분말 또는 2 ㎜ 이하의 입도 차이를 가지는 2개의 서로 다른 분말로 이루어지는 경우 충분한 공극이 형성되지 않아서 투수성이 떨어지는 문제점이 있다. 특히, 상기 소성 점토는 2 ㎜ 초과 및 10 ㎜ 이하의 입도 범위에서 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 조건을 만족하는 경우 점토 블록의 성형성 및 충분한 공극 형성을 통한 투수성을 동시에 극대화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 점토 블록을 구성하는 조성물의 일 구성성분으로서 시멘트는 소성 점토를 구성하는 분말 들을 결합시키고, 점토 블럭의 강도에 기여하는 결합 경화제 역할을 하는데, 소성 점토 100 중량부에 대하여 15 ~ 30 중량부를 가진다. 시멘트의 함량이 소성 점토 100 중량부에 대하여 15 중량부 미만이면 소성 점토를 이루는 구성하는 분말들을 충분히 결합시키지 못하여 점토 블럭을 성형하기가 어렵고, 설령 점토 블럭을 성형한다 하더라도 점토 블럭의 강도가 소정의 값을 만족하지 못하는 문제가 있다. 또한, 시멘트의 함량이 소성 점토 100 중량부에 대하여 30 중량부를 초과하면, 점토 블럭의 강도는 뛰어나나 충분한 공극이 형성되지 않아 투수성이 매우 떨어지는 문제가 있다.
본 발명에 따른 점토 블록을 구성하는 조성물의 일 구성성분으로서 약 20 ㎜ 이하, 바람직하게는 약 10 ㎜ 이하의 길이를 가지는 단섬유가 사용된다. 점토 블록을 구성하는 조성물의 구성성분으로서 장섬유를 사용하는 경우 조성물을 균일하게 혼합하는 것이 어렵고, 점토 블록 내부 구성성분 간의 결합력이 떨어지며, 성형과정에서 점토 블록의 외면으로 장섬유의 일부가 돌출되어 점토 블록의 품질이 저하되기 때문이다. 단섬유는 점토 블럭에 동결융해 저항성을 부여하는 역할을 하며, 소성 점토 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 10 중량부를 가진다. 단섬유 함량이 소성 점토 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만이면 점토 블럭이 충분한 동결융해 저항성을 가지지 못하고, 단섬유 함량이 점토 100 중량부에 대하여 10 중량부를 초과하면 조성물 내에서 단섬유를 균일하게 혼합하는 것이 어려워지고 소성 점토의 함량이 상대적으로 적어져서 소성 점토로부터 기대되는 물성을 저하시 킬 염려가 있다. 또한, 단섬유의 함량이 소성 점토 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 5 중량부인 경우 단섬유에 의한 동결융해 저항성과 소성 점토에 의한 투수성, 흡수성 등이 최적화된다. 단섬유의 종류는 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 폴리프로필렌 단섬유, 폴리에틸렌 단섬유, 폴리아미드 단섬유 및 이들의 혼합 단섬유로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 여기서 혼합 단섬유는 2가지 이상의 서로 다른 단섬유를 혼합한 것을 의미한다.
본 발명에 따른 점토 블록을 구성하는 조성물은 소성 점토, 시멘트, 단섬유 이외에 바인더 수지를 더 포함할 수 있는데, 바인더 수지는 조성물 간의 혼합을 균일하게 하여 구성성분 간의 균일한 결합을 가능하게 하고, 국부적인 점토 블록의 품질 저하를 막아주는 역할을 한다. 바인더 수지의 함량은 소성 점토 100 중량부에 대하여 1 ~ 10 중량부인 것을 특징으로 하는데, 바인더 수지의 함량이 소성 점토 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만인 경우 바인더 수지의 첨가에 따른 효과가 미미하고, 10 중량부를 초과하면 소성 점토의 함량이 상대적으로 적어져서 소성 점토로부터 기대되는 물성을 저하시 킬 염려가 있고, 점토 블록이 자외선에 장시간 노출되는 경우 바인더 수지의 분해에 의해 점토 블록의 품질에 악영향을 끼칠 우려가 있다. 바인더 수지의 종류는 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 무수산(일례로, 무수말레인산)이 도입된 변성 에틸렌 공중합체 수지, 폴리아크릴산에스테르 수지, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 에멀젼 수지 및 이들의 혼합 수지로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 여기서 혼합 수지는 2가지 이상의 서로 다른 수지를 혼합한 것을 의미한다.
본 발명의 다른 측면은 투수성과 경량성이 뛰어나고 아울러 종래의 골재 블록과 동등한 강도를 지닌 점토 블록의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 점토 블록 제조방법은 소성 점토 100 중량부, 시멘트 15 ~ 30 중량부, 및 단섬유 0.5 ~ 10 중량부를 포함하는 조성물에 물 5 ~ 10 중량부를 첨가하고 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 형틀에 넣고 진동을 주고 가압하여 성형하는 단계; 및 상기 성형물을 형틀에서 분리하고 양생시키는 단계;를 포함하고, 상기 소성 점토는 2 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 범위에서 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어진 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 점토 블록의 제조방법에서 상기 조성물은 소성 점토 100 중량부에 대하여 무수산이 도입된 변성 에틸렌 공중합체 수지, 폴리아크릴산에스테르 수지, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 에멀젼 수지 및 이들의 혼합 수지로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 바인더 수지 1 ~ 10 중량부를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 점토 블록의 제조방법을 구성하는 공정을 나타낸 도 1을 통해 상세히 설명한다. 다만, 본 발명에 따른 점토 블럭에서 설명한 내용과 반복되는 내용은 생략한다.
소성 점토를 준비하는 단계( S1 )
본 발명에 따른 점토 블록을 제조하기 위해서는 먼저 소성 점토를 준비하는 단계(S1)가 필요한데, 소성 점토는 소성 점토 폐기물을 분쇄하여 분말 형태로 만들고, 체 등을 이용하여 입도 별로 선별하여 준비한다.
소성 점토 조성물을 제조하는 단계( S2 )
2 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 범위에서 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어진 소성 점토에 시멘트, 단섬유를 첨가하고(추가적으로 바인더 수지를 더 첨가할 수 있다.) 혼합하여 조성물을 준비한 후 여기에 물을 첨가하여 다시 혼합한다.
진동 가압 성형 단계( S3 )
소성 점토, 시멘트, 단섬유, 및 물이 균일하게 혼합된 혼합물을 진동 압축 성형기의 형틀에 넣고, 바이브레이터를 이용하여 상하 좌우 진동 충진 하면서 압력을 가해 성형한다.
증기 양생 단계( S4 )
진동 가압 성형된 성형물을 형틀에서 꺼낸 후 특정 조건에서 양생시키는 단계로서, 양생 과정을 통해 시멘트의 수화작용이 촉진되고 최종 점토 블록의 강도가 올라가게 된다. 양생 조건은 온도 상승 속도가 20 ℃/h 이하이고 최고 온도가 65 ℃ 이하인 것이 바람직한데, 온도 상승 속도가 20 ℃/h 를 초과하면 갑작스러운 온도 변화로 성형물 내에 수축 균열이 발생할 염려가 있고, 최고 온도가 65 ℃를 초과하면 성형물의 건조가 단기간에 이루어져 시멘트의 수화작용이 충분히 이루어지지 않을 수 있다.
연마 또는 쇼트 블라스트 ( shot blast ) 단계( S5 )
연마 또는 쇼트 블라스트(shot blast) 단계는 선택적으로 추가할 수 있는 단계로, 양생이 완료된 성형물의 상부면을 연마하여 매끄러운 점토 질감을 가지는 점토 블록을 제조하거나, 쇼트 블라스트 장치로 성형물의 상부면에 요철면을 형성시켜 미끄럼 방지 효과가 있는 점토 블록을 제조한다.
본 발명의 또 다른 측면은 점토 블록과 쇄석 골재 블록으로 구성된 복합 블록과 그 제조방법에 관하 것이다.
일반적으로 소성 점토 폐기물을 분쇄하여 얻은 소성 점토를 얻는 경우 분쇄 과정에서 상당한 비용이 소요되고, 소성 점토를 주요 구성성분으로 사용하는 점토 블록 제품의 가격 경쟁력을 약화시킨다. 따라서, 본 발명의 점토 블록은 제품의 가격 경쟁력을 위해 종래의 쇄석 골재 블록과 결합된 복합 블록으로 제조될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 복합 블록의 단면을 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 복합 블록(100)은 점토 블록으로 형성된 상부층(10)과 쇄석 골재 블록으로 형성된 하부층(20)으로 구성된다.
상부층의 복합 블록은 소성 점토 100 중량부에 대하여, 시멘트 15 ~ 30 중량부, 단섬유 0.1 ~ 10 중량부를 포함하는 조성물로 구성되고, 상기 소성 점토는 2 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 범위에서 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어진 것을 특징으로 하며, 복합 블록 상부면에 미려한 질감 및 소성 점토로부터 발현되는 경량성, 흡수성 등을 구현하게 해준다. 또한, 점토 블록의 조성물은 소성 점토 100 중량부에 대하여 무수산이 도입된 변성 에틸렌 공중합체 수지, 폴리아크릴산에스테르 수지, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 에멀젼 수지 및 이들의 혼합 수지로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 바인더 수지 1 ~ 10 중량부를 더 포함할 수 있다.
하부층의 쇄석 골재 블록은 쇄석 골재 100 중량부에 대하여, 시멘트 15 ~ 30 중량부, 단섬유 0.1 ~ 10 중량부를 포함하는 조성물로 구성된다. 또한 쇄석 골재 블록의 조성물은 쇄석 골재 100 중량부에 대하여 무수산이 도입된 변성 에틸렌 공중합체 수지, 폴리아크릴산에스테르 수지, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 에멀젼 수지 및 이들의 혼합 수지로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 바인더 수지 1 ~ 10 중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 복합 블록에서 점토 블록으로 형성된 상부층의 두께는 쇄석 골재 블록으로 형성된 하부층의 두께 대비 0.2 ~ 0.4 배인 것이 바람직한데, 상부층의 두께 : 하부층의 두께 비가 0.2 미만이면 점토 블록에 의한 경량성, 흡수성의 특징이 미미하고, 0.4를 초과하면 점토 블록에 의해 제품의 가격 경쟁력이 떨어질 염려가 있다.
본 발명에 따른 복합 블록의 제조방법은 본 발명에 따른 점토 블록의 제조방법과 매우 유사하다. 먼저 본 발명에 따른 점토 블록의 제조방법에서 소성 점토 대신 쇄석 골재를 첨가하여 제조한 쇄석 골재 혼합물을 형틀의 하부에 깔고, 그 위에 소성 점토 혼합물을 깐 후 진동을 주면서 가압 성형하고, 증기 양생 단계 및 선택적으로 연마 또는 쇼트 블라스트(shot blast) 단계를 거쳐 복합 블록을 제조한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 명확히 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 점토 블록의 제조
실시예 1.
소성 점토 폐기물을 분쇄하고 체로 쳐서 선별한 소성 점토 100 ㎏에 시멘트 20 ㎏, 길이가 10 ㎜ 이하인 폴리프로필렌 단섬유 0.2 ㎏을 첨가하고 믹서기로 2분간 혼합하여 소성 점토 조성물을 제조하고, 다시 여기에 물 6 ㎏을 넣고 3분간 혼합하여 소성 점토 혼합물을 제조하였다(믹서기의 회전수는 18 rpm). 여기서 사용된 소성 점토는 2 ㎜ 초과 및 4 ㎜ 이하의 입도 분말 45 중량%, 4 ㎜ 초과 및 7 ㎜ 이하의 입도 분말 40% 중량%, 7 ㎜ 초과 및 10 ㎜ 이하의 입도 분말 15 중량%로 구성되어 있고, 비중은 1.1이었다. 소성 점토 혼합물을 진동 압축 성형기의 형틀에 넣고 상하 좌우로 진동 충전하면서 가압 성형하여 소성 점토 성형물을 제조하였다. 소성 점토 성형물을 양생실로 옮겨 양생하여 가로 300 ㎜, 세로 300 ㎜, 높이 60 ㎜의 점토 블록을 제조하였다. 이때 양생 조건은 최고 온도 65℃ 이하, 습도 95% 이상, 온도 상승 속도 20 ℃/h 이하, 도시 500 ℃.h 이었다. 도시는 양생 온도와 양생 시간을 곱한 것으로서, 양생 온도가 40℃ 이고 양생 시간이 10시간인 경우 도시는 400 ℃.h 이다.
실시예 2.
사용된 소성 점토가 4 ㎜ 초과 및 7 ㎜ 이하의 입도 분말 32 중량%, 7 ㎜ 초과 및 10 ㎜ 이하의 입도 분말 31 중량%, 10 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 분말 37 중량%로 구성되어 있고, 비중이 1.2인 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하였다.
실시예 3.
소성 점토 조성물이 소성 점토 100 ㎏, 시멘트 20 ㎏, 길이가 10 ㎜ 이하인 폴리프로필렌 단섬유 0.2 ㎏, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 에멀젼 수지 0.2㎏으로 조성된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하였다.
비교예 1.
2.5 ~ 7 ㎜의 입도 범위를 가지는 쇄석 골재(비중 2.2) 100 ㎏에 시멘트 20 ㎏, 길이가 10 ㎜ 이하인 폴리프로필렌 단섬유 0.2 ㎏을 첨가하고 믹서기로 2분간 혼합하여 쇄석 골재 조성물을 제조하고, 다시 여기에 물 6 ㎏을 넣고 3분간 혼합하여 쇄석 골재 혼합물을 제조하였다(믹서기의 회전수는 18 rpm). 쇄석 골재 혼합물을 진동 압축 성형기의 형틀에 넣고 상하 좌우로 진동 충전하면서 가압 성형하여 쇄석 골재 성형물을 제조하였다. 쇄석 골재 성형물을 양생실로 옮겨 양생하여 가로 300 ㎜, 세로 300 ㎜, 높이 60 ㎜의 쇄석 골재 블록을 제조하였다. 이때 양생 조건은 최고 온도 65℃ 이하, 습도 95% 이상, 온도 상승 속도 20 ℃/h 이하, 도시 500 ℃.h 이었다.
비교예 2.
사용된 소성 점토가 2 ㎜ 이하의 입도 분말 16 중량%, 2 ㎜ 초과 및 4 ㎜ 이하의 입도 분말 35 중량%, 4 ㎜ 초과 및 7 ㎜ 이하의 입도 분말 25 중량%, 7 ㎜ 초과 및 10 ㎜ 이하의 입도 분말 24 중량%로 구성되어 있고, 비중이 1.1인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하였다.
비교예 3.
사용된 소성 점토가 2 ㎜ 초과 및 4 ㎜ 이하의 입도 분말로만 구성되고, 비중이 1.05인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하였다.
비교예 4.
소성 점토 조성물이 소성 점토 100 ㎏, 시멘트 40 ㎏, 길이가 10 ㎜ 이하인 폴리프로필렌 단섬유 0.2 ㎏으로 조성된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하였다.
비교예 5.
소성 점토 조성물이 소성 점토 100 ㎏, 시멘트 10 ㎏, 길이가 10 ㎜ 이하인 폴리프로필렌 단섬유 0.2 ㎏으로 조성된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하였다.
비교예 6.
4 ㎜ 초과 및 7 ㎜ 이하의 입도 분말 20 중량%, 7 ㎜ 초과 및 10 ㎜ 이하의 입도 분말 23 중량%, 10 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 분말 37 중량%, 20 ㎜ 초과 및 30 ㎜ 이하의 입도 분말 20 중량%로 구성되어 있고, 비중이 1.3인 소성 점토 100 ㎏에 시멘트 20 ㎏, 길이가 10 ㎜ 이하인 폴리프로필렌 단섬유 0.2 ㎏을 첨가하고 믹서기로 2분간 혼합하여 소성 점토 조성물을 제조하고, 다시 여기에 물 6 ㎏을 넣고 3분간 혼합하여 소성 점토 혼합물을 제조하였다(믹서기의 회전수는 18 rpm). 소성 점토 혼합물을 진동 압축 성형기의 형틀에 넣고 상하 좌우로 진동 충전하면서 가압 성형하여 소성 점토 성형물을 제조하였다. 제조된 성형물은 외면이 울퉁 불퉁하여 블록으로서의 품질이 불량으로 판정되어, 이후의 양생 과정을 진행하지 않았다.
비교예 7.
실시예 1에서 사용한 소성 점토 100 ㎏에 시멘트 20 ㎏, 길이가 10 ㎜ 이하인 폴리프로필렌 단섬유 15 ㎏을 첨가하고 믹서기로 2분간 혼합하였다. 이때 폴리프로필렌 단섬유가 잘 풀어지지 않아 균일한 혼합물을 얻지 못하였고, 여기에 물 6 ㎏을 넣고 3분간 혼합하여도 여전히 폴리프로필렌 단섬유가 서로 엉켜 균일하게 혼합되지 않아서, 이후의 성형 및 양생 과정을 진행하지 않았다.
2. 복합 블록의 제조
실시예 4.
비교예 1에서 제조한 쇄석 골재 혼합물을 진동 압축 성형기의 형틀 하부에 넣고 쇄석 골재 혼합물 위에 실시예 1에서 제조한 소성 점토 혼합물을 넣은 후 상하 좌우로 진동 충전하면서 가압 성형하여 복합 골재 성형물을 제조하였다. 복합 골재 성형물을 양생실로 옮겨 양생하여 가로 300 ㎜, 세로 300 ㎜, 높이 60 ㎜의 복합 블록을 제조하였다. 이때 양생 조건은 최고 온도 65℃ 이하, 습도 95% 이상, 온도 상승 속도 20 ℃/h 이하, 도시 500 ℃.h 이었다. 또한, 복합 블록 중 쇄석 골재 블록으로 형성된 하부층의 높이는 45 ㎜이고, 소성 점토 블록으로 형성된 상부층의 높이는 15 ㎜ 이었다.
3. 소성 점토 블록, 쇄석 골재 블록, 복합 블록의 물성
실시예 1 내지 실시예 4에서 제조한 블록과 비교예 1 내지 5에서 제조한 블록의 무게, 흡수율, 휨강도, 투수 계수를 분석하였고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
(1) 흡수율
흡수율은 시료를 110±5℃의 공기 중탕 속에서 24시간 건조하여 실온까지 방랭한 후 칭량하고, 이것을 건조 무게 m1(g)로 하여, 이 시료를 즉시 20±5℃의 물 속에 24시간 정치한다. 시료 상부와 수면 사이의 거리는 50~60 ㎜로 한다. 이것을 물 속에서 꺼내어 재빨리 젖은 헝겊으로 표면의 수분을 닦고, 즉시 무게를 달아 이것을 수분을 포함한 무게 m2(g)로 한다. 흡수율은 다음식에 따라 계산한다.
a=(m2-m1)/m1 ×100, 여기서 a: 흡수율(%)이고, m1: 건조무게(g)이고, m2: 수분을 포함한 무게(g) 이다.
(2) 휨강도
휨강도(N/㎟) = 3 pℓ/ 2 b d2, 여기에서 p는 시험기에 나타난 최대 파괴하중(N)이고, ℓ은 지점간의 거리(mm)이며, b는 지점간에 직각방향의 평균너비(㎜)이고 d는 벽돌의 평균 두께(㎜)이다.
시료의 가압면 및 지지면에는 고무판을 끼워넣어 하중이 균등하게 분포되도록 하고, 시료는 굴곡모양 그대로 시험하되 굴곡의 양끝단의 중앙점을 연결한 중심선에 직각방향으로 가압한다. 휨 시험전 가압단면의 치수측정은 세로방향의 가압선 상하 두곳에 너비를 측정하고, 두께는 세로 방향 양끝에서 1/4 안쪽 두 곳을 측정한다.
(3) 투수 계수
정수위 투수시험을 기준으로 아래의 식에 의해 투수시험을 실시하였다.
Kp = {L×a/A(t2-t1)}×log(h1/h2), 여기에서 L은 점토바닥벽돌의 높이이고, a는 용기 단면적이며, A는 투수단면적이고, t2-t1은 투수시간이고, h1은 시험개시시 수위이며, h2는 시험종료시 수위이다.
구분 무게(㎏) 흡수율(%) 휨강도(N/㎟) 투수 계수(㎝/sec)
실시예 1 6.5 10.5 12.3 0.13
실시예 2 6.8 10.3 12.5 0.14
실시예 3 6.5 10.4 12.7 0.12
실시예 4 9.8 4.8 13.3 0.13
비교예 1 11 2.8 13.3 0.13
비교예 2 6.5 10.6 12.2 0.05
비교예 3 6.2 10.7 12.2 0.07
비교예 4 7.45 8.9 13.5 0.03
비교예 5 5.8 11.3 10.7 0.17
100 : 복합 블록 10 : 점토 블록으로 형성된 상부층
20 : 쇄석 골재 블록으로 형성된 하부층

Claims (5)

  1. 소성 점토 100 중량부에 대하여, 시멘트 15 ~ 30 중량부, 단섬유 0.1 ~ 10 중량부를 포함하는 조성물로 구성되고, 상기 소성 점토는 2 ㎜ 초과 및 20 ㎜ 이하의 입도 범위에서 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어진 것을 특징으로 하는 점토 블록으로 형성된 상부층; 및
    쇄석 골재 100 중량부에 대하여, 시멘트 15 ~ 30 중량부, 단섬유 0.1 ~ 10 중량부를 포함하는 조성물로 구성되는 쇄석 골재 블록으로 형성된 하부층; 포함하는 복합 블록.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 소성 점토는 2 ㎜ 초과 및 10 ㎜ 이하의 입도 범위에서 2 ㎜ 초과의 입도 차이를 가지는 적어도 2개의 서로 다른 분말로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 블록.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 단섬유는 폴리프로필렌 단섬유, 폴리에틸렌 단섬유, 폴리아미드 단섬유 및 이들의 혼합 단섬유로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나이고, 점토 블록의 단섬유는 소성 점토 100 중량부에 0.1 ~ 5 중량부이고, 쇄석 골재 블록의 단섬유는 쇄석 골재 100 중량부에 0.1 ~ 5 중량부인 것을 특징으로 하는 복합 블록.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 상부층의 두께 : 하부층의 두께 비는 0.2 ~ 0.4 인 것을 특징으로 하는 복합 블록.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점토 블록의 조성물은 소성 점토 100 중량부에 대하여 무수산이 도입된 변성 에틸렌 공중합체 수지, 폴리아크릴산에스테르 수지, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 에멀젼 수지 및 이들의 혼합 수지로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 바인더 수지 1 ~ 10 중량부를 더 포함하고, 상기 쇄석 골재 블록의 조성물은 쇄석 골재 100 중량부에 대하여 무수산이 도입된 변성 에틸렌 공중합체 수지, 폴리아크릴산에스테르 수지, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 에멀젼 수지 및 이들의 혼합 수지로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 바인더 수지 1 ~ 10 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 블록.
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