KR101185365B1

KR101185365B1 - 흙 블록과 그 제조방법

Info

Publication number: KR101185365B1
Application number: KR20120075520A
Authority: KR
Inventors: 차정만; 안지훈; 황혜주; 최희용; 조민철; 양준혁; 강남이
Original assignee: 주식회사 클레이맥스
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2012-09-24

Abstract

본 발명은 흙블록과 그 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 탄산칼슘 및 산업부산물이 함유된 친환경 무기결합재에 의해 시멘트 및 수지의 첨가없이 재령 초기 및 장기강도를 증진시킬 수 있는 흙 블록과 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 흙 100 중량부에 대해 친환경 무기결합재 10～100 중량부로 이루어지되, 상기 친환경 무기결합재는 무기분말 100 중량부와, 탄산칼슘 1～15중량부로 이루어지고, 상기 무기분말은 슬래그 50～93wt%, 석회 3～15wt%, 석고 3～15wt%, 플라이애시 0.1～15wt%, 실리카흄 0.1～10wt%를 구비하도록 되어 있다.

Description

흙 블록과 그 제조방법{Soil block and its manufacturing method}

본 발명은 흙블록과 그 제조방법에 관한 것으로, 시멘트 및 수지를 첨가하지 않고 탄산칼슘과 산업부산물의 재활용을 통해 재령 초기 및 장기강도를 증진시킨 장기강도 증진형 흙조성물에 관한 것이다.

오늘날 주거환경이 시멘트 구조물로 바뀌면서 우리의 인체는 시멘트의 강알카리성 독성인자에서 배출되는 냉(冷)과 사기(邪氣)로 인하여 두통, 혈액순환 장애가 일어나고, 산업화에 따른 각종 공해, 발암물질 및 스트레스로 인해 각종 성인병 및 만성질환이 난무하고 있다.

이에, 우리의 고유한 주거문화인 한옥 및 초가에서 사용되는 흙의 유용성에 대하여 최근 과학적인 견지에서 새로운 인식이 일고 있으며, 이러한 유용성이 과학적으로 입증되어 친환경 건축재료로서 흙이 많은 각광을 받으며 최근 그 사용이 점점 늘어나고 있다.

특히, 각종 영업장소의 내,외벽체 또는 찜질방이나 사우나실, 심지어 현대식 주택인 아파트 및 하천의 식생블록, 수질정화블록 등등, 건축용 구조재, 내외장 마감재, 토목재료, 조경용 재료 등 다양하게 사용되어지고 있다.

종래에 사용되어지고 있는 흙블록은 반죽 된 점토를 성형틀로 찍어 벽돌, 식생블록 등의 특정형태로 압축 성형하거나, 압축성형 후 고온으로 소성하여 제조하였다. 그러나, 종래의 일반적인 흙 블록은 단순히 점토성분만을 원료로 하여 성형하였기 때문에, 내구성이 미약하여 건조시키는 과정에서 외부 온도의 변화에 갈라지면서 파손되는 일이 비일비재하였고, 유연성과 탄력성이 거의 없으며, 방음과 방습 및 보온효과에서도 기대하는 만큼의 효과를 가질 수 없음은 물론, 쿠션이 없어 진동흡수가 되지 않아 건축물의 내외벽용으로 부적합하였다.

또한, 종래 흙 블록은 자체 강도가 시멘트로 이루어진 블록보다 현저히 떨어지고, 물 또는 기타 수분에 의해 푸석푸석해지게 되며, 특히 건축물의 내벽으로 쌓을 경우 벽면에 도배를 하거나 타일을 붙이기 어려운 문제점들이 있었다.

또한, 고온으로 구워서 만들 경우, 흙블록의 표면에 별도의 유약을 바르기 때문에 흙 블록의 표면이 자연적 심미감을 읽게 되며, 흙 블록의 단가가 상승하게 되는 문제점이 있었다.

이러한 부분을 개선하기 위하여, 흙에 시멘트나 화학제품, 수지 등을 첨가하여 강도를 증진시키는 방법이 현재 많이 사용되고 있으나, 이러한 방법은 첨가되는 재료의 독성이 강하고 환경 및 생물에 대한 영향이 좋지 않은 문제점이 발생되고 있다. 특히 외부에 노출되는 재료들의 경우 물이 재료에 접했을 때 재료에서 용출되는 물질 및 알칼리성에 의해 주변 생물들의 식생에 좋지 않은 영향을 미치며 이러한 부분이 상쇄되기까지는 많은 시간을 필요로 하게 된다.

또한, 흙을 이용한 각종 블록 또는 패널 또는 벽돌 등의 강도를 개선하기 위한 다른 방법으로 흙에 물유리 계열의 재료 또는 자극제들을 단독 또는 혼용 첨가하여 시멘트나 화학수지 등을 첨가하지 않으면서 강도 및 내구성을 개선하는 방법도 있으나, 이러한 경우에도 강도의 증진에 한계가 있으며 흙을 코팅하는 효과를 가지고 있어 흙이 갖는 장점을 제한하게 되는 문제점이 있었다.

공개특허공보 공개번호 10-2001-0100535(2001.11.14) 공개특허공보 공개번호 10-2011-0092259(2011.08.17) 등록특허공보 등록번호 10-0894587(2009.04.16) 등록특허공보 등록번호 10-0934366(2009.12.21)

본 발명의 목적은 탄산칼슘 및 산업부산물이 함유된 친환경 무기결합재에 의해 시멘트 및 수지의 첨가없이 재령 초기 및 장기강도를 증진시킬 수 있는 흙 블록과 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 흙 100 중량부에 대해 친환경 무기결합재 10～100 중량부로 이루어지되, 상기 친환경 무기결합재는 무기분말 100 중량부와, 탄산칼슘 1～15중량부로 이루어지고, 상기 무기분말은 슬래그 50～93wt%, 석회 3～15wt%, 석고 3～15wt%, 플라이애시 0.1～15wt%, 실리카흄 0.1～10wt%를 구비하도록 되어 있다.

본 발명은 시멘트, 유기화학수지를 첨가하지 않은 친환경 무기결합재에 의해 재령 초기 및 장기강도를 증진시키도록 되어 있어, 흙을 활용한 2차 제품 즉, 벽돌, 블록, 패널 등등에 적용 될 시, 강도 증진 및 내구성을 증진시켜 제품의 품질에 안전성을 부여할 뿐 아니라, 시멘트 등의 생산에서 발생하는 이산화탄소 발생을 저감하고 에너지소비를 줄일 수 있다.

본 발명의 친환경 무기결합재는 슬래그 등의 활용에 따른 산업부산물을 재활용하도록 되어 있어, 자원재활용 효율을 향상시키는 효과를 구비한다.

본 발명은 무기분말과 탄산칼슘의 최적배합을 통해, 흙의 재령 초기 및 장기강도를 현저하게 증진시키는 효과가 있다.

본 발명은 가열소성과 시멘트 및 수지의 첨가 없이도 일반 콘크리트블록에 거의 동등한 내구성을 구비하도록 되어, 일체의 오염원을 줄이고, 수명이 다하면 풍화과정을 통해 자연으로 회기가 가능하여 폐기물처리비용이 절감되는 친환경적 요소를 구비한다.

본 발명은 중금속 발생이 없어, 건축내외장재로 활용이 가능할 뿐 아니라, 수질정화, 호안, 식생 등등에 적용되어 최적의 생태환경을 조성할 수 있으며, 이를 통해 수서생물과 초류의 식생에 도움을 줄 수 있다.

본 발명은 자연상태의 흙 즉, 흙의 심토부분을 이용하도록 되어 있어, 인체에 유익한 원적외선을 방출하고 음이온을 생성하며, 항균성을 갖추고 있어 친환경적인 기능을 증진시킬 수 있는 등 많은 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 블록의 다양한 구성을 보인 예시도
도 2 는 본 발명에 따른 블록제조공정을 보인 블록 예시도

도 1 은 본 발명에 따른 블록의 다양한 구성을 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 흙 100 중량부에 대해 친환경 무기결합재 10～100 중량부로 이루어지되, 상기 친환경 무기결합재는 무기분말 100 중량부와, 탄산칼슘 1～15중량부로 이루어지며, 상기 무기분말은 슬래그 50～93wt%, 석회 3～15wt%, 석고 3～15wt%, 플라이애시 0.1～15wt%, 실리카흄 0.1～10wt%를 구비하도록 되어 있다.

상기 흙은 일반적인 흙의 심토부분에 해당하는 것을 사용하며, 흙의 입도에 있어서, 입자크기가 2㎛이하인 점토(clay)의 함량이 5～50wt%를 구비한다. 이와 가은 입자를 구비한 점토(clay)는 탄산칼슘의 칼슘(Ca)성분과 반응하여 강력한 포졸란 반응을 일으키게 된다.

상기 친환경 무기결합재는 무기분말과 탄산칼슘의 최적배합에 의해 흙과 반응하여 재령 초기 및 장기 강도를 증진시키기 위한 것으로, 무기분말 100 중량부와, 탄산칼슘 1～15중량부로 이루어져 있다.

상기 무기분말은 흙의 안정화를 위한 분말복합체로, 슬래그 50～93wt%, 석회 3～15wt%, 석고 3～15wt%, 플라이애시 0.1～15wt%, 실리카흄 0.1～10wt%를 포함한다.

상기 슬래그는 철강산업의 부산물로서 배합 중에서 많은 비중을 차지하고 있으며, 석회의 알칼리성에 의해 부동태 피막이 파괴됨에 따라 수경성을 발휘하여 강도발현 작용을 한다. 상기 슬래그는 첨가량이 50wt% 미만이거나 93wt%를 초과하여 첨가될 경우 반응이 충분히 일어나지 않아 강도발현이 낮게 나타나게 된다.

상기 석회는 물과 반응하여 수산화이온(OH-)을 방출하여 배합이 알칼리성을 띄게 하며 이로 인하여 슬래그의 반응을 촉진시키며 Ca² ⁺ 이온은 반응에 중요한 역할을 하게 된다.

상기 석회는 메쉬 325 이상 (0.043㎜ 이하)를 구비하고, 3～15중량% 범위내에서 첨가되며, 석회의 첨가량이 낮을 경우 반응에 필요한 Ca² ⁺ 이온의 공급이 부족하여 강도의 저하를 나타내며 또한 석회의 첨가량이 너무 많을 경우에는 강도 발현 이후, 백화 현상의 발생이 심하게 나타나므로 그 첨가량의 제한이 필요하다.

상기 석고는 슬래그 및 석회와 반응하여 강도 발현에 영향을 주는 침상구조의 에트린가이트(Ettringite)를 형성하게 되며, 이러한 에트린가이트는 재령 초기에 탄산칼슘에 의해 안정된 물질로 전환되게 된다.

상기 석고의 적정 첨가량은 3～15중량%이며, 이러한 범위를 넘어설 경우, 강도 발현이 작거나 재령 초기 팽창이 크게 일어나 재령 후기 배합 내부에 수축에 의한 잔균열이 많이 발생하게 되어 강도와 내구성이 저하된다.

상기 플라이애시는 화력발전소에서 발생하는 부산물로 포졸란 반응을 일으켜 강도 발현에 보조적인 역할을 하는 재료로, 적정 첨가량의 범위를 벗어날 경우 강도 발현이 다소 낮아지는 경향이 있다.

상기 실리카흄은 산업부산물의 일종으로 초미립분의 형태를 가지고 있는 분말형태를 띄고 있으며 이러한 특성으로 인해 미세한 공극을 채우는 공극충전효과를 통해 전체 배합의 압축강도를 증진시키게 된다.

상기 실리카흄은 분말도 200,000㎠/ｇ 이상으로 이루어져 있으며, 적정 첨가율은 0.1～10중량%로, 그 첨가량이 너무 많을 경우 배합수량의 증가로 인해 전체 강도의 저하를 일으킬 수 있으므로 그 첨가량을 제한한다.

상기 탄산칼슘은 CaCO₃의 화학성분을 갖고 있으며, 입경 0.03～3㎛의 범위를 갖는 미분말로, 교질탄산칼슘, 경질탄산칼슘, 중질탄산칼슘 중 선택된 하나 이상의 탄산칼슘이 사용되거나, 상기 탄산칼슘은 석회석을 미분쇄한 것으로 10,000㎠/g 이상의 높은 분말도를 구비한 것이 사용된다.

이와 같이, 미세한 분말 형태를 하고 있는 탄산칼슘은 반응 생성물 사이의 미세한 공극을 메우는 충진기능을 하고 입자사이의 결합력을 증진시켜 압축강도를 증진시키게 된다.

그러나 상기 탄산칼슘은 첨가량이 많을 경우 배합 초기의 결합반응을 약화시키므로 그 첨가량이 무기분말 100 중량부에 대하여 15중량부를 초과하지 않도록 하여야 한다.

즉, 본 발명의 기본적인 반응은 시멘트의 수화 반응과 비슷한 반응 메커니즘을 보인다.

무기 결합재에 물을 가하게 되면 잠재수경성을 갖는 슬래그는 석회의 강알칼리에 의해 부동태피막이 파괴되어 반응성을 갖게 된다. 반응 초기 부동태피막이 파괴된 슬래그에서 용출된 Ca² ⁺. Mg² ⁺. Al³ ⁺ 등의 이온들은 물과 반응하는 수경성 물질로, 상기 슬래그의 이온들과 탄산칼슘이 반응하여 HC(hemicarboaluminate), MC(monocarboaluminate) 등의 반응 생성물을 형성하여 높은강도를 발현하게 된다.

이러한 반응은 탄산칼슘의 분말도가 높을수록 반응률은 높아지며 탄산칼슘이 적정량 첨가될 경우 반응이 좋아지고, 탄산칼슘의 첨가량이 너무 많은 경우 초기 강도발현이 늦어지면서 전체적으로 강도가 낮게 나타난다.

또한, 본 발명은 친환경 무기결합재 100 중량부에 대하여, 폴리카르본산계, 리그닌계, 나프탈렌계, 멜라민계 분말형 감수제를 0.05～3중량부 첨가한다. 상기 분말형 감수제는 배합수를 최소화하고 유동성을 늘려 결합반응을 향상시켜 강도를 증진시키는 기능을 구비한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 흙 블록은 벽돌, 블록, 패널, 보드 등의 건축용 내외장자재, 식생블록, 호안블록, 어초, 수질정화블록 등의 구조블록 등 다양한 크기와 형상을 구비하는 블록으로 성형된다. 도 1 의 (10) 은 벽돌, (20)은 패널 또는 보드, (30)은 호안 또는 수질정화블록, (40)은 식생 또는 호안블록을 도시한 것이다.

도 2 는 본 발명에 따른 블록제조공정을 보인 블록 예시도를 도시한 것으로,

슬래그 50～93wt%, 석회 3～15wt%, 석고 3～15wt%, 플라이애시 0.1～15wt%, 실리카흄 0.1～10wt%를 배합하여 무기분말을 형성하는 무기분말 형성단계;

무기분말 100 중량부에 대하여 탄산칼슘 1～15중량부를 첨가하고 이를 건믹싱하여 친환경 무기결합재를 형성하는 결합재 형성단계;

흙 100 중량부에 대해 친환경 무기결합재 10～100 중량부를 첨가하고 이를 건믹싱하는 믹싱단계;

믹싱단계 후, 배합수를 분사하면서 믹싱하는 흙조성물을 형성하는 습식믹싱단계;

흙조성물을 성형틀에 의해 진동압축성형하여 흙 블록성형체를 형성하는 성형단계;

흙블록성형체를 양생온도 30～50℃로 유지하고 45～80시간 동안 양생하는 양생단계;를 포함하도록 되어 있다.

상기 무기분말 형성단계는 슬래그, 석회, 석고, 플라애시, 실리카흄을 교반기에 의해 교반배합하여, 무기분말을 형성한다. 이와 같이 형성된 무기분말은 서로 다른 입도를 구비한 슬래그, 석회, 석고, 플라애시, 실리카흄이 서로 혼합되어 있어, 반응성을 향상시키게 된다.

상기 결합재 형성단계는 무기분말과 탄산칼슘을 건믹싱하여 품질 및 성능을 향상시키기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 결합재 형성단계시, 건믹싱된 친환경 무기결합재에 분말형 감수제를 더 첨가하도록 되어 있다. 즉, 본 발명은 고강도 발현에 필요한 최소한의 물을 첨가하기 위해 액상형 감수제에 비해 성능이 뛰어난 분말형 감수제가 첨가된다.

상기 믹싱단계는 흙과 친환경 무기결합재를 균일하게 교반혼합하여 반응성을 향상시키고, 이를 통해 흙블록의 강도를 증진시키기 위한 것이다.

상기 무기분말 형성단계, 결합재 형성단계 및 믹싱단계는 무중력혼합기를 활용하여 건믹싱한다.

상기 습식믹싱단계는 균일하게 혼합된 흙과 친환경 무기결합재에 물이 골고루 배합되도록 믹서기가 회전하는 중에 물을 분사하여 습식믹싱한다.

블록의 성형에 있어서 매끈한 코팅된 듯한 질감이 아닌 파스텔톤을 갖는 질감의 나타내기 위한 적정 배합수량이 필요하며

이를 위해 적당한 배합수량은 무기결합재 100중량부에 대해 배합수 17～27중량부를 구비한다. 상기 배합수량이 너무 낮을 경우에는 블록의 내외부에 불필요한 공극이 발생하여 저강도 및 미관상 좋지 않은 단점이 있으며 배합수량이 너무 많을 경우 유동성이 높아 블록의 성형이 어려워지는 단점이 있다.

상기 성형단계는 습식믹싱에 의해 형성된 흙조성물을 성형틀에 넣어 진동압축성형한다.

상기 양생단계는 블록성형체의 초기강도를 증진시키기 위한 것으로, 성형된 블록성형체를 증기양생실로 이동하여, 양생시킨 후, 증기 양생이 완료된 블록을 포장하여 기건 양생 및 야적한다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예

흙 100 중량부와 친환경 무기결합재 25 중량부를 건믹싱한 후, 배합수를 넣어 습식믹싱한 다음, 성형틀에 의해 진동압축하여 길이 190㎜, 폭 90㎜, 두께 57㎜의 시험편 1,2,3,4,5,6 을 성형하였으며, 이를 증기양생실에서 양생온도 40～50℃를 유지하며 60시간 동안 양생한 후, 재령 7일, 28일, 56일, 91일의 압축강도(㎫)를 측정하였다. 그 결과는 [표1]에 나타내었다. 이때, 친환경 무기결합재는 [표1]에 따른 배합에 의해 형성하였다.

[표1]

위의 [표1]에서, 탄산칼슘이 적정량 첨가된 시험편 1,2,3의 경우, 재령 초기(재령7일)의 압축강도가 30 ㎫ 이상으로 높고, 재령 장기(28일 이후)의 압축강도는 약 40 ㎫ 이상을 구비하고 있음을 알 수 있다.

또한, 탄산칼슘을 첨가하지 않을 경우 혹은 탄산칼슘의 첨가량이 1wt% 미만의 소량이거나 15wt% 를 초과하는 시험편 4,5,6 의 경우, 초기 재령에 따른 압축강도가 시험편 1,2,3 보다 낮게 나타났으며, 장기 재령에서의 압축강도 발현이 현저하게 낮은 것으로 나타났다.

이와 같이, 본 발명에 따른 시험편 1,2,3은 재령 초기 및 재령 장기의 압축강도가 우수하고, 내구성이 증진됨을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

(10,20,30,40) : 흙 블록

Claims

흙 100 중량부에 대해 친환경 무기결합재 10～100 중량부로 이루어지되,
상기 흙은 입자크기 2㎛이하인 점토(clay)의 함량이 5～50wt%를 구비하는 심토이고,
상기 친환경 무기결합재는 무기분말 100 중량부에 대하여, 탄산칼슘 1～15중량부가 첨가되어 이루어지며,
상기 무기분말은 슬래그 50～93wt%, 석회 3～15wt%, 석고 3～15wt%, 플라이애시 0.1～15wt%, 실리카흄 0.1～10wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 흙 블록.
삭제
청구항 1 에 있어서;
상기 탄산칼슘은 입경 0.03～3㎛의 범위를 갖는 미분말로, 교질탄산칼슘, 경질탄산칼슘, 중질탄산칼슘 중 선택된 하나 이상의 탄산칼슘이거나,
상기 탄산칼슘은 석회석을 미분쇄하여 10,000㎠/g 이상의 높은 분말도를 구비도로 한 것을 특징으로 하는 흙 블록.
청구항 1 에 있어서;
친환경 무기결합재 100 중량부에 대하여, 폴리카르본산계, 리그닌계, 나프탈렌계, 멜라민계 분말형 감수제가 0.05～3중량부 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 흙 블록.
슬래그 50～93wt%, 석회 3～15wt%, 석고 3～15wt%, 플라이애시 0.1～15wt%, 실리카흄 0.1～10wt%를 배합하여 무기분말을 형성하는 무기분말 형성단계;
무기분말 100 중량부에 대하여 탄산칼슘 1～15중량부를 첨가하고 이를 건믹싱하여 친환경 무기결합재를 형성하는 결합재 형성단계;
흙 100 중량부에 대해 친환경 무기결합재 10～100 중량부를 첨가하고 이를 건믹싱하는 믹싱단계;
믹싱단계 후, 배합수를 분사하면서 믹싱하는 흙조성물을 형성하는 습식믹싱단계;
흙조성물을 성형틀에 의해 진동압축성형하여 흙 블록성형체를 형성하는 성형단계;
흙블록성형체를 양생온도 30～50℃로 유지하고 45～80시간 동안 양생하는 양생단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흙 블록 제조방법.
청구항 5 에 있어서;
결합재 형성단계시, 건믹싱된 친환경 무기결합재에 분말형 감수제를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 흙 블록 제조방법.