KR101198282B1 - 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물 및 이를 이용한 황토 벽돌 제작 방법과 기계화 시공법 - Google Patents

생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물 및 이를 이용한 황토 벽돌 제작 방법과 기계화 시공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생황토를 이용한 황토 모르타르 조성물 등에 관한 것으로서, 특히 단열성과 보온성이 뛰어나 장기적으로 에너지 절감 효과를 기대할 수 있고, 인체에 유익한 원적외선을 다량으로 방출하는 것은 물론 전자파와 수맥파를 차단하고 중금속을 제거함으로써, 건강 주택 건설 및 국민의 건강을 증진시키고 기계화 시공으로 인한 품질 향상과 공사비를 절감하여 경제적인 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물 및 이를 이용한 황토 벽돌 제작 방법과 기계화 시공법에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 생황토 25~55 중량%, 규사 20~40 중량%, 고화제 8~20 중량%, 칼륨장석 분말 8~15 중량% 및 첨가제 1~5 중량%를 포함하여 구성되는 토목 내지 건축 공사 재료용 황토 모르타르 조성물을 제공한다.

Description

생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물 및 이를 이용한 황토 벽돌 제작 방법과 기계화 시공법{omitted}
본 발명은 생황토를 이용한 황토 모르타르 조성물 등에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 항균 작용과 탈취 작용이 우수하고 압축강도, 부착강도, 휨강도 및 내약품성 등의 물성이 뛰어나며 기계화 시공법에 의한 시공성과 경제성, 안정성(품질) 및 무공해성(환경)을 충족시킬 수 있는 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물 및 이를 이용한 황토 벽돌 제작 방법과 기계화 시공법에 관한 것이다.
일반적으로 새로 건축된 주택이나 아파트 상가 건물 등은 석면, 포름알데히드 및 기타 입자상 물질 등의 실내 오염물질을 배출하므로서 인체의 눈과 코, 목 등을 자극하고, 두통과 어지럼증을 유발하거나 실내 거주자에게 쉽게 피로감을 느끼게 하며, 건물 내 거주자들이 새집증후군 및 새빌딩증후군을 겪게 한다.
한편, 황토는 예로부터 건축자재로 이용되어 왔으며 황토로 지은 집에서 생활하는 경우에 황토에서 방출되는 원적외선에 의해 건강에 매우 유익하다고 알려져 왔으나, 강도 부족과 소규모 인력 시공으로 인하여 현대 건축 재료로서 널리 사용되고 있지는 못하였다.
그리고, 천연의 순수한 황토는 물에 혼합된 상태에서는 점도가 커서 특정한 형상으로 성형하기 어렵고, 수분의 이탈과 동시에 진행되는 점착력의 상실과 황토 입자 사이의 수분의 이탈로 인한 수축으로 인해 갈라지거나 떨어지는 등의 표면에 균열이 생기기 때문에 그 자체만으로는 제품화되기 어렵다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 증가된 강도를 갖는 황토벽돌, 황토몰탈의 제조방법이 특허출원 제2002-71381호 등으로 출원되기도 하였으나, 강도 증진을 목적으로 동일하게 배합한 황토 몰탈을 가지고 공장에서 황토 벽돌을 제조하므로서 황토를 벽돌 전체에 다량 함유시킴에 따라 제조 원가가 상승하기 때문에 고가의 주택에만 제한적으로 적용되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 에너지 절감 효과가 탁월하고 항균 작용 및 탈취 작용이 우수하며, 압축강도, 부착강도, 휨강도 및 내약품성 등의 물성이 증가되어 토목 내지 건축 내외장 재료 및 기존 건축물의 개보수시 인체의 건강에 도움이 되는 친환경 재료에 기반하며, 기계화 시공으로 인하여 황토모르타르 시공시 공사비가 기존 황토 몰탈 보다 훨신 저렴하여 경제적인 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물 및 이를 이용한 황토 벽돌제작 방법과 기계화 시공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명의 토목 내지 건축 공사 재료용 황토 모르타르 조성물은 생황토 25~55 중량%, 규사(quartz sand) 20~40 중량%, 고화제 8~20 중량%, 칼륨장석(orthoclase) 분말 8~15 중량% 및 첨가제 1~5 중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 생황토 35~55 중량%, 규사 25~35 중량%를 포함하여 구성되는 건축 내장용 재료인 것을 특징으로 한다.
대안적으로, 상기 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 생황토 25~45 중량%, 규사 30~40 중량%를 포함하여 구성되는 토목 내지 건축 외장용 재료인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 규사는 천연규사 또는 인조규사인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 고화제는 고화제 총 중량을 기준으로 규산염 시멘트 30~55 중량%, 고로 슬래그 35~50 중량% 및 자연 석고 10~30 중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 고화제는 고화제 총 중량을 기준으로 규산염 시멘트 45~55 중량%, 고로 슬래그 35~40 중량% 및 자연 석고 10~15 중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건축 내장용 재료인 것을 특징으로 한다.
대안적으로, 상기 고화제는 고화제 총 중량을 기준으로 규산염 시멘트 30~40 중량%, 고로 슬래그 40~50 중량% 및 자연 석고 10~27 중량%를 포함하여 구성되는 토목 내지 건축 외장용 재료인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 첨가제는 셀프 레베링제, 콘크리트 섬유 보강재, 포졸란, 제오라이트, 일라이트 및 퍼라이트로 구성된 군으로부터 최소 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예로서, 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물을 이용한 기계화 시공법은 상기 조성물에 첨가제로 셀프 레베링제(분말아크릴, Vinaposs5055)를 선택하고, 모르타르 압송 펌프 및 모르타르 호스를 이용하여 수평 바닥을 시공하는 것을 특징으로 한다.
대안적으로, 조성물에 첨가제로 셀프 레베링제 및 퍼라이트를 선택하고, 황토 모르타르 압송 펌프 및 모르타르 호스와 고압(공기압)으로 황토 몰탈을 벽체와 천정을 시공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물을 이용한 황토 벽돌은 벽돌 본체; 및 상기 벽돌 본체의 일면에 적층되는 것으로, 생황토와 고화제를 포함하여 이루어지는 황토 벽돌층으로 구성되며, 상기 황토 벽돌층은 황토 벽돌의 총 두께를 기준으로 20~50%를 구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 황토 벽돌층은 생황토 25~55 중량%, 규사 20~40 중량%, 고화제 8~20 중량%, 칼륨장석 분말 8~15 중량% 및 첨가제 1~5 중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 황토 벽돌층은 황토 벽돌층의 총 중량을 기준으로 생황토 35~55 중량%, 규사 25~35 중량%를 포함하여 구성되는 건축 내장용 재료인 것을 특징으로 한다.
대안적으로, 상기 황토 벽돌층은 황토 벽돌층의 총 중량을 기준으로 생황토 25~45 중량%, 규사 30~40 중량%를 포함하여 구성되는 토목 내지 건축 외장용 재료인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물 및 이를 이용한 황토 벽돌 제작 방법과 기계화 시공법은 첫째, 생황토의 유익한 미생물 및 여러 가지 효소에 의한 기능을 손상 없이 유지하게 되므로 시멘트의 악취나 독성물질을 흡수하거나 분해 제거할 수 있고, 둘째 열을 가할 때 원적외선을 방사하며 열저장 효과가 있고(에너지 절감 약 25~30%), 중금속을 제거, 항균 작용 및 탈취 작용이 우수하며, 압축강도, 부착강도, 휨강도 및 내약품성 등의 물성이 증가되어 토목 내지 건축 내외장 재료로 사용이 가능하며, 셋째 아파트(건물)내부 바닥 몰탈(방통) 및 기존 건물의 개보수시 기존 난방층 위에 기계화로 대량 시공함으로써 공기를 단축하고 재료 공급 및 A/S가 원활하며, 넷째 일반 시멘트 모르타르와 동일하게 기계화 시공법이 가능하며 시공성, 경제성, 안정성(내마모성), 무공해의 친환경성을 충족하여 황토모르타르의 대중화로 국민의 건강 증진에 유용한 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 토목 내지 건축 공사 재료용 황토 모르타르 조성물을 이용한 황토 벽돌을 나타내는 (a)사시도 및 (b)단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 벽돌 본체 20: 황토 벽돌층
본 발명의 일 구현예에 따르면, 생황토 25~55 중량%, 규사(quartz sand) 20~40 중량%, 고화제 8~20 중량%, 칼륨장석(orthoclase) 분말 8~15 중량% 및 첨가제 1~5 중량%를 포함하는 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물을 제공하는 것이다.
상기 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 생황토 35~55 중량%, 규사 25~35 중량%, 대안적으로 생황토 25~45 중량%, 규사 30~40 중량%를 포함한다.
상기 생황토는 환경친화적인 재료로서 생황토를 모르타르 조성물에 적용하여 이를 사용하여 제조한 건물로부터 방출되는 유해한 성분을 제거하고 신체의 신진대사와 피로회복 증진은 물론 적절한 습도유지 및 쾌적한 실내공기 조절로 호흡기 질환을 예방할 수 있으며, 음이온 발생효과가 뛰어나고 원적외선이 발생하여 세포의 파장효과를 실감할 수 있다.
상기 규사(quartz sand)는 무수규사인 이산화규소(SiO2)성분을 가진 석영알갱이로 된 모래로서, 천연규사 또는 인조규사인 것이 바람직하다. 상기 규사는 상기 범위 내로 포함되어 모르타르 조성물의 물리적, 화학적 강도를 향상시키는 장점이 있다.
상기 고화제는 고화제 총 중량을 기준으로 규산염 시멘트 30~55 중량% 바람직하게는 45~55 중량%, 고로 슬래그 35~50 중량% 바람직하게는 35~40 중량% 및 자연 석고 10~30 중량% 바람직하게는 10~15 중량%를 포함할 수 있고, 대안적으로 고화제 총 중량을 기준으로 규산염 시멘트 30~40 중량%, 고로 슬래그 40~50 중량% 및 자연 석고 10~27 중량%를 포함할 수 있다. 상기 조건으로 구성된 고화제가 모르타르 조성물에 포함됨으로써 모르타르 조성물의 우수한 조기강도를 발현시킬 수 있다.
상기 칼륨장석(orthoclase) 분말은 상기 범위 내로 포함되는 경우 중금속을 제거할 수 있는 효과를 향상시켜 얼굴이나 손, 발, 몸 등이 공기에 접촉되어 공기 속에 포함된 중금속이 우리의 피부로, 호흡기로 들어온 중금속의 오염을 제거하는 작용을 하는 것이다.
상기 첨가제는 셀프 레베링제, 콘크리트 섬유 보강재, 포졸란, 제오라이트, 일라이트 및 퍼라이트로 구성된 군으로부터 최소 1종 이상 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상술한 첨가제로 셀프 레베링제를 선택하고, 모르타르 압송 펌프 및 모르타르 호스를 이용하여 수평 바닥을 시공하는 것을 특징으로 하는 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물을 이용한 기계화 시공법을 제공하는 것이다.
상기 셀프 레벨링(self-leveling)제는 자동수평재로서 일반 건축물 바닥면의 평활성, 내구성 및 강도를 향상시키고, 자기수평성이 우수하여 바닥면의 넓이나 요철에 관계없이 시공과 동시에 고르기 작업만으로 정밀한 평활면을 유지할 수 있는 효과를 가진다.
일반적으로 황토를 모르타르 조성물에 적용하여 시공하는 경우 표면이 고르지 못하고, 넓은 면적에 평탄한 면을 시공하는데 어려움이 있었으며, 황토의 입자 특성으로 인하여 모르타르 압송 펌프 및 모르타르 압송 호스에 적용하는 경우 압송 펌프나 호스내부가 쉽게 막혀 기계화 시공에 어려움이 있었다.
본 발명에서는 상술한 셀프 레벨링제를 황토 모르타르 조성물에 첨가하여 기계화 시공에 적용이 가능하며, 수평면(바닥, 슬라브 상부층등)에 면고르기 작업만으로 평활하게 하고, 대량 시공이 가능한 장점이 있다.
대안적으로, 본 발명에서는 상술한 조성물에 첨가제로 셀프 레베링제 및 퍼라이트를 선택하고, 모르타르 압송 펌프 및 모르타르 압송 호스와 호스 끝 부분에 고압(공기압)을 이용하여 벽체와 천정에 시공(분사)하는 기계화 시공법을 실시할 수 있다.
상기 퍼라이트(perlite)는 화산암 지대에서 생산되는 진주암, 송지석, 흑요석 또는 이와 유사한 화산암을 적절한 입도로 분쇄, 팽창시킨 것으로 단열성이 우수하고, 내화성이 좋아 불에 타거나 유해가스의 발생이 없으며, 다공질의 재료이므로 탁월한 흡음효과를 발휘하여 쾌적한 거주공간을 조성하고, 화학적으로 중성(pH 6.5~7.5)이며 불연성 무기질 재료이므로 인체에 무해한 효과를 가진다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 벽돌 본체; 및 상기 벽돌 본체의 일면에 적층되는 것으로, 생황토와 고화제를 포함하여 이루어지는 황토 벽돌층으로 구성되며, 상기 황토 벽돌층은 황토 벽돌의 총 두께를 기준으로 20~50%를 구성하는 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물을 이용한 황토벽돌제작 방법을 제공하는 것이다.
상기 황토 벽돌층은 생황토 25~55 중량%, 규사 20~40 중량%, 고화제 8~20 중량%, 칼륨장석 분말 8~15 중량% 및 첨가제 1~5 중량%를 포함할 수 있다.
상기 생황토, 규사, 고화제, 칼륨장석 분말 및 첨가제는 상술한 바와 같다.
또한 상기 황토 벽돌층은 황토 벽돌층의 총 중량을 기준으로 생황토 35~55 중량%, 규사 25~35 중량%를 포함할 수 있다.
또한 상기 황토 벽돌층은 황토 벽돌층의 총 중량을 기준으로 생황토 25~45 중량%, 규사 30~40 중량%를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 표 및 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
실시예 1 내지 5
다음 표 1과 같은 성분 및 조성으로 상온(20℃)에서 5분간 혼합하여 토목 내지 건축 공사 재료용 황토 모르타르 조성물을 제조하였고, 실시예 1 및 2는 토목 내지 건축 외장용 재료로, 실시예 3 내지 5는 건축 내장용 재료(개보수용 포함)로 제조하였다.
조성(중량%) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예5
생황토(충진재) 30 35 40 45 50
규사(충진재) 40 35 30 25 25

고화재
 규산염 시멘트 7 7 9 10 7.5
고로 슬래그 9 10 7.5 7 6
자연 석고 2 3 2.5 3 1.5
칼륨장석 분말(충진재) 10 8 9 8 8


첨가제
 셀프 레베링재 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
목질섬유 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
포졸란, 제오라이트, 일라이트, 퍼라이트 1.45 1.45 1.45 1.45 1.45
합계 100 100 100 100 100
여기서, 생황토는 주로 가는 모래로 되어 있고 다량의 탄산칼슘을 가지고 있다. 이 탄산칼슘에 의해 쉽게 부서지지 않는 점력을 지니고 물을 가하면 찰흙으로 변한다. 황토의 성분에는 석영, 장석, 운모 및 방해석 등이 있어서 이들 물질이 철분과 함께 산화작용을 받아 여러 가지 색깔을 띄게 된다. 황토의 분해력, 자정력, 생명성 및 많이 알려진 약용성 그리고 황토에서 내뿜는 원적외선, 항균, 방충, 공기정화 및 탈취 등의 다양한 친환경적인 성질을 갖고 있다.
또한, 다양한 약성 요소가 포함되어 제독작용, 항균작용 및 탈취작용 등으로 특히 건축(아파트, 주택 내부) 시공용 황토 모르타르 원료로 사용함에 있어서, 상기 생황토의 성질 및 약성 요소들은 가열시 복사열과 원적외선 방사, 곰팡이 발생 방지 등으로 실내 공기질을 향상시키는데 친환경적인 필수 요소로 이용될 수 있다.
본 발명에 있어 조성물은 총 중량을 기준으로 생황토 함량이 25 중량% 미만인 경우에는 황토의 성질 및 약성 요소의 효과가 미미하여 토목 내지 건축용 재료로서 정화력이 미약한 문제점이 있고, 생황토 함량이 55 중량%를 초과한 경우에는 조성물에 포함되는 다른 성분의 함량이 감소하여 조성물 전체의 효과가 감소하는 단점이 있다.
바람직하게는, 본 발명의 조성물이 건축물 내부(개보수 포함)용 자재로 이용되는 경우에는 황토의 함량이 35~55 중량%이고, 토목 내지 건축물 외부(개보수 포함)에 이용되는 경우에는 황토의 함량이 25~45 중량% 기준이다. 이는 건축용 내부 재료와 외부 및 토목용 재료로서의 특성을 고려하여 다른 성분, 특히 고화제에 포함되는 규산염 시멘트의 함량을 고려하여 황토의 함량을 채택한 것이다.
또한, 본 발명의 황토 모르타르 조성물에 포함되는 칼륨장석 분말은 일반규사나 규석과 달리 원료의 함량이 다르게 나타난다. 일반규사의 경우 이산화규소(SiO2) 함량이 90% 이상, 알루미나(AL2O3) 함량이 5% 미만인 반면, 칼륨장석 분말은 이산화규소(SiO2) 함량이 65~85%, 알루미나(AL2O3) 함량이 15~25% 정도로 수화시 칼슘알루미네이트(C3A)의 생성량과 생성율이 높다. 그러므로 이러한 특성과 원리에 의해 칼륨장석 분말을 결합제(시멘트)와 혼합하면 초기강도가 증가되고 칼륨장석의 팽창성에 의해 건조 수축을 감소시킬 뿐만 아니라 균열의 발생을 현저하게 감소시킨다. 또한 본 발명의 칼륨장석 분말을 이용한 충진 재료로 방바닥과 벽체, 벽돌, 콘크리트 첨가 자갈로 제조할 수 있는 것으로 특히 단열성과 보온성이 뛰어나 장기적으로 에너지 절감효과(약 25~30%)를 기대할 수 있으며, 인체에 유익한 원적외선이 다량으로 방출되는 것은 물론 전자파와 수맥파를 차단하고 중금속을 제거하는 효과까지 있어 건강 주택 건설 및 국민의 건강을 증진시킬 수 있도록 한다. 또한 시멘트에서는 인체에 유익한 원적외선 등의 방출효과는 기대하기 어려울 뿐만 아니라 오히려 인체에 유해한 독소를 방출시키므로 국민 건강에 상당히 나쁜 영향을 준다.
그리고, 본 발명의 조성물에 포함되는 규사(SiO2)는 가격이 저렴하고 단단하며 불활성, 탄력성 및 패각상 깨짐면 등의 특성을 가지고 있으며 둥근모양의 입자를 가지고 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 조성물에 포함되는 규사는 천연규사 또는 인조규사를 이용할 수 있다. 특히 천연규사는 석영을 함유하고 있는 암석이 풍화되어 형성된 것으로 모암이 풍화되어 점토분이 물에 씻겨 없어져 석영립만 잔류한 잔류규사(산규사)와 석영립이 하천수에 휩쓸려 비중의 차이로 퇴적되어 형성된 퇴적규사(해안규사)가 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 조성물에 포함되는 고화제는 고화제 총 중량을 기준으로 규산염 시멘트 30~55 중량%, 고로 슬래그 35~50 중량% 및 자연 석고 10~30 중량%을 포함할 수 있다.
여기서, 규산염 시멘트는 시멘트 제조시 규산염(SiO3) 광물(화강암, 규장암, 고령토 등)로 만든 시멘트로서 구체적으로 고순도의 천연 규석(차돌)을 분쇄하여 물에 용해가 용이한 규산염(SiO3)으로 제조하여, 이를 물에 용해시킨 뒤에 감압 증류를 통한 고순도 규산염(SiO3)의 다공체 구조체를 얻고, 이를 재분쇄하여 더욱더 미세하고 순도가 높은 파우더 형태의 미세 규산염 입자를 제조하는 것이다. 일반적으로 규산염(SiO3)은 규석을 주체로 하는 것으로 수질의 유기성 물질을 분해하는 자정능력을 가지고 있는 청정제로 널리 알려져 있다. 현재 규산염은 반도체 및 바이오 산업 등의 첨단 산업에서부터 식품용기의 방식제에 이르기까지 널리 이용되고 있다. 특히 독일, 미국, 일본 등에서는 방청제로 개발하여 음용수 배관에 사용되고 있으며, 미국 FDA(AQIA CRIA의 경우 규산염 방청제)에서 이를 식품 첨가제로 승인하여 그 무해성을 인정하고 있다.
우리나라에서는 1992년 국내 최초로 규산염 방청제를 개발하여 특허(제054129호)를 받았으며, 현재 규산염을 함유하는 다양한 수처리제가 생산되고 있다. 또한 규산염은 원적외선을 방사하며, 탈취, 항균 등의 효과가 있고 물에 용해시키면 수질을 알카리로 전환시키는 효과가 있어서 다양한 탈취제나 근육통 내지 타박상 등을 완화하기 위한 접착 시트의 첨가제(일본공개특허 제1998-179764호 참조)로도 사용되고 있다. 또한 원적외선 효과는 세포 조직을 활성화시켜 신진 대사를 활성화시키고 통증 완화, 탈취 및 방균 등으로 이미 알려져 있어서 건축 마감재, 의료기 또는 침구 등에 이르기까지 널리 응용되고 있다. 본 발명의 규산염(SiO3)은 서구화 식단에 의해 산성화된 체질을 알카리화로 유도하는데 도움을 준다.
또한, 고화제로 이용되는 고로 슬래그는 철강제조 공정에서 철의 원료인 철광석 등으로부터 철을 분리하고 남은 암석 성분으로 시멘트나 건설토목용 재료로 활용되는 친환경적인 재료이다. 고로 슬래그는 철광석 코크스 석회석 등을 고로(용광로)에서 용해된 슬래그를 냉각한 것으로 암반암석과 같으며 시멘트와 유사하다.
고로 슬래그는 자체적으로는 반응성이 없지만 시멘트와 혼합하면 시멘트 수화시 발생하는 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 슬래그 중의 이산화규소(SiO2) 및 알루미나(AL2O3)와 반응하여 수화생성물을 생성함으로써 강도를 발현하게 된다. 따라서, 시멘트가 수화된 후 그 수화물과 슬래그가 재차 반응하여 강도를 발현하게 됨으로써 보통 시멘트에 비하여 경화속도가 매우 느리고 초기강도가 낮은 단점이 있으나, 수화발열량이 적고 재령 6개월 이상의 장기강도는 높은 시멘트이다.
본 발명에 있어 고로 슬래그 함량이 35~50 중량%인 경우에 장기 강도의 측면에서 바람직하고, 보다 바람직하게는 본 발명의 조성물이 건축물 내장재로 이용되는 경우에 고로 슬래그는 고화제의 총 중량을 기준으로 30~40 중량%가 포함될 수 있고, 토목 내지 건축물 외장재로 이용되는 경우에는 40~50 중량%가 포함된다.
또한, 고화제로 이용되는 자연 석고는 천연무수 석고(CaSO4)로서 수화 촉진제로 크렉 방지용으로 사용된다.
석고는 백색으로 분자량 136.14 및 물 18.5에서 용해도 0.209의 값을 가진다. 자연석고는 10~30 중량%로 포함되어 본 발명의 조성물의 강도를 증가시키며, 보다 바람직하게는 건축물 내장재로 이용되는 경우에 자연 석고는 고화제의 총 중량을 기준으로 10~15 중량%가 포함될 수 있고, 토목 내지 건축 외장 재료로 이용되는 경우에는 10~27 중량%가 포함될 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 첨가제로는 자동수평 모르타르 시멘트 혼화제 셀프 레베링제(Self leveling: 분말아크릴, Vinaposs5055)로서 주택 내부 방바닥(방통)용 셀프 레베링제는 시멘트를 주원료로 하여 일반 주거용 건물의 온돌 부위 또는 바닥 후도 시공에 적용되는 자동 수평 모르타르로서 완벽한 수평시공이 가능하므로 단순하고 빠른 공정을 기대할 수 있으며, 수평도 향상으로 기존 온돌 모르타르의 단점인 균열이 방지되어 쾌적한 주거 공간이 보장된다.
그리고, 황토 모르타르의 자동 수평조절 기능으로서 주택 내부 방바닥 및 대형 슬라브 수평 시공이 가능하며, 모르타르 펌프의 압송시 배관내부에 황토 모르타르의 흡착 현상을 방지할 수 있고, 시공 후 배관 내부 청소가 용이하다. 제품으로는 한국 포조텍과 (주)스토니 개발에서 제품을 취급하고 있다. 또한 셀룰로오즈 섬유질은 증점제로서 대략 0.01-4.00 중량% 정도 추가로 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 그리고 셀룰로우즈 섬유질은 천연 다년생 섬유질을 이용하여 제조한 메틸 셀룰로오즈와 달리 비수용성이며 섬유질의 길이, 두께, 순도에 따라 사용하는 용도가 다르다.
또한, 콘크리트 섬유 보강재는 콘크리트 1m3에 약 850만개 이상의 섬유를 불규칙하게 분포시켜서 콘크리트 조직 상호간의 결합력을 증대시킴으로써 균열방지는 물론 외부의 충격, 마모, 부식 및 동해 등의 열화요인에 대한 저항성을 증대시키는 PP화이버(Polypropylene Fiber), 콘크리트 보강섬유 중 목재 섬유를 이용한 셀룰로오즈 화이버(제품명, UltraFiber-500) 및 콘크리트와 모르타르 속에서 분산성능이 우수하고 보강성능이 뛰어나며, 동시에 시멘트 매트릭스와의 접착성이 높고 내알카리성, 내구성 및 인장강도와 인장탄성 등의 특성이 뛰어난 폴리비닐알콜(PVA, Poly Vinyl Alcohol) 섬유를 이용할 수 있다.
또한 첨가제로 포졸란, 제오라이트, 일라이트 등을 활용한 황토 모르타르에 대해서 설명하면 다음과 같다. 포졸란 광물은 화산화 등으로 이루어진 것으로 납석의 일종으로 알려져 있다. 이는 백악기 시대에 생성된 물질로 알려져 있으며, 주요 산지인 이태리의 바리섬 인근 포죠리 마을에서 발견되어 그 명칭이 유래된 광물로서 성분비는 아래와 같다.
구체적으로, 포졸란 광물은 주로 이산화규소(SiO2) 및 알루미나(Al2O3) 성분을 포함하고, 그 외 산화철(Fe2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O), 산화칼슘(CaO), 이산화티탄(TiO2), 산화망간(MnO), 오산화인(P2O5) 등으로 이루어지며, 현재까지 원적외선 및 음이온 방출기능, 항균 기능 및 탈취 기능까지 있는 것으로 연구되어 있고, 최근 건축 구조재, 건축 내장재, 토양 개량제 및 작물 재배용 조성물, 직물 도포제 등으로 사용되기 위한 발명들이 공개되어 있다.
그리고, 본 발명은 천연의 풍부한 제오라이트, 황토와 일라이트를 이용하여 건자재인 제오라이트 모르타르를 제조하는데 적용가능한 방법에 관한 것으로, 황토의 특성인 원적외선 방출, 온습도 조절, 탈취 작용 등의 기능을 유지시키면서 이온 교환 능력을 갖춘 천연의 제오라이트, 탈취 성능이 우수한 일라이트를 주거 공간의 쾌적한 건강 소재로 개발한 것이다. 제오라이트와 생황토, 일라이트는 오랫동안 현대화된 건축 자재로 이용되기 전까지 전통적인 무기물 건축자재로서 이용되고 있다.
그리고, 퍼라이트는 흡음, 단열, 결로 방지 등의 성능이 우수한 뿜칠 재료로서 토목 내지 건축물 내외부 벽체, 천정 등에 기계화 방식이나 뿜어붙이기 방식을 적용한 황토 모르타르 시공시 흘러내림을 방지할 수 있는 뿜칠용 재료로서 보승산업(주) 등에서 취급되고 있다. 그리고 황토 모르타르의 여러 가지 결점을 보완하기 위해 건조 수축을 없애고 높은 압축 강도와 환경 친화성이 높은 생황토 및 제오라이트, 일라이트의 특성을 최대한 갖추고 있는 제품을 제공한다.
그리고, 본 출원인은 지하 매설관 보수용 황토 모르타르 조성물을 특허출원 제2009-2735호로 기 출원한 바 있으며, 상기 황토 모르타르는 지하에 매설된 상, 하수관 보수용 모르타르로서 시공시 인력 미장 또는 뿜어 붙이는 방식이 있는데, 본 출원인은 국내 최초로 자주식 전단면 보수 장치를 특수 개발하여 특허 출원 제2008-31867호로 출원하였으며, 다년간의 재료 배합 시험 및 현장 시험 시공 등을 경험으로 모르타르 펌프에 의한 압송 황토 모르타르와 황토 모르타르 호스 끝부분에 고압 에어로 동시에 분사(쇼크리트), 뿜어 붙이기 방식인 기계화 시공으로 시험 가동 중이며, 본 발명에 따른 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물 및 이를 이용한 기계화 시공법에 대해서는 토목 내지 건축물 내외부 벽체나 천정 부위에 기계화 방식 또는 뿜어붙이기 방식으로 시공시 퍼라이트를 황토 모르타르 배합 설계에 첨가하여 황토 모르타르를 고압(공기압)으로 분사함으로써 황토 모르타르 시공 시 재료의 탈락(흘러내림)을 방지하고, 밀실한 황토 모르타르 시공으로 시공의 능률화 및 품질 관리가 우수하여 경제적인 기계화 시공이 가능하다.
또한 대형 수평 슬라브 및 주택 내부 방바닥 등에 황토 모르타르 시공시에는 셀프 레베링제를 첨가제로 배합하여 자동 수평 레벨 기능으로 빠른 시공 및 대량 시공이 가능함으로써 경제적인 기계화 시공이 가능하다. 그리고 시공 중이나 시공 후에도 모르타르 압송 호스 내부에 황토 모르타르가 흡착(막힘)되는 현상이 발생하여 황토 모르타르의 기계화 시공이 어려웠으나, 첨가제인 셀프 레베링제를 황토 모르타르에 배합 설계함으로써 모르타르 압송 도중 모르타르 호스 내부에 모르타르의 흡착 현상을 방지할 수 있으므로, 일반 모르타르의 시공과 동일하게 시공 중에 황토 모르타르가 호스 내부에 흡착되는 것을 방지하고 시공 후에 호스 내부 청소가 용이하므로 황토 모르타르 조성물 및 이를 이용한 기계화 시공법으로 일반 시멘트 모르타르와 동일하게 생황토 모르타르가 건설 현장에 적용이 가능한 것이다.
시험예 1
상기와 같이 제조한 실시예 1 내지 5의 조성물에 대하여 압축강도, 부착강도, 휨강도, 길이변화율 및 중성화 저항성 등의 여러 항목에 걸쳐 시험하여 다음의 표 2와 같이 정리하였다.
(1) 물성시험
압축강도, 부착강도, 휨강도, 길이변화율 및 중성화 저항성은 각각 KS F 4042 규정에 맞추어 측정하고, 내약품성은 실시예 1 내지 5의 시료를 각각 5% 황산(H2SO4) 및 10% 황산나트륨(Na2SO4) 용액 속에 침지한 상태로 28일간 방치한 다음 압축강도를 측정하였다.
(2) 항균시험
또한, 항균시험은 실시예 1 내지 5의 시료를 대기 중에 방치한 상태에서 24시간 경과 후 대장균과 녹농균의 감소율(%)을 각각 측정하였다.
하기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 5의 토목 내지 건축 공사 재료용 황토 모르타르 조성물은 KS F 4042에 의한 품질 기준을 만족함을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 실시예 1 내지 5의 황토 모르타르 조성물은 일반 시멘트 모르타르 보다 높은 부착강도를 지니고 있고 습윤 양생시에는 그 접착성이 월등히 좋게 나타나므로, 기존 건축물의 내외부 보수용 자재로도 사용 가능하며 일정량의 수분이 존재하는 환경에서도 부착강도가 더욱 좋아진다.
Figure 112010020708541-pat00001
특히, 칼륨장석 분말을 함유한 황토 모르타르는 건물 및 아파트 내부 방바닥 마감용 바닥(방퉁) 모르타르로 사용할 경우 난방시 복사 및 열 저장 효율이 증가하여 기존 시멘트 모르타르 보다 에너지 절감 효과(25~35%)를 장기적으로 기대할 수 있으며, 난방시 황토 모르타르에서 원적외선을 방사하고 중금속 제거, 곰팡이 발생 억제 및 공기질 향상 효과가 발생하며, 규산염 광물로 만든 규산염 시멘트를 사용함으로써 미세 규산염(SiO3) 파우더는 음식 및 음용의 첨가가 용이할 정도로 서구화 식단에 의한 산성화된 체질을 알카리화를 유도하여 인체의 건강에 도움이 되는 등 화학적 요인으로부터 안전성을 확보함을 확인할 수 있다.
상기 실시예 1 내지 5에 따른 본 발명의 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물은 압축 강도 및 부착 강도, 휨강도 모두 KSF 4042 품질 기준을 만족하고 있으므로, 기존아파트의 내부 보수용 및 일반 개인 주택에서의 신축및 보수(리모델링) 공사시 강성을 높여주는 보수 재료로서의 역할도 충분히 감당 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물은 무기질계 재료들을 포함하고 있어서, 배합 재료의 공급이 용이하고 경제성도 양호하며, 첨가제의 일부 조정만으로 충분히 황토 모르타르의 효과를 기대할 수 있고, 강도 보강을 위하여 고화제로서 고로 슬래그 및 석고, 규산염 시멘트를 배합하고 칼륨장석 분말의 열 저장률 증가로 장기적으로 에너지 절감과 유지 관리비 면의 절감도 충분히 달성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 토목 내지 건축 공사 재료용 황토 모르타르 조성물을 이용한 황토 벽돌은 도 1((a)사시도, (b)단면도)에 도시된 바와 같이 모르타르 등의 일반적인 벽돌 재료로 이루어지는 벽돌 본체(10) 및 황토 벽돌층(20)을 포함하여 구성된다.
상기 황토 벽돌층(20)은 성형시 또는 시공시에 상기 벽돌 본체(10)의 일면에 적층되는 것으로, 생황토 25~55 중량%, 규사 20~40 중량%, 고화제 8~20 중량%, 칼륨장석 분말 8~15 중량% 및 첨가제 1~5 중량%를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 황토 벽돌층(20)의 두께(tb)는 재료비를 절감하면서도 충분한 강도확보를 위하여 황토 벽돌의 총 측면 두께(t)를 기준으로 20~50%를 구성하는 것이 바람직하다(도면에서 ta는 벽돌 본체(10)의 두께를 나타냄).
이것은 일반적으로 황토 벽돌의 두께(층)를 기준으로 상기 황토 벽돌층(20)의 두께(tb)가 황토벽돌의 총 측면 두께(t)의 20% 보다 얇게 구성되는 경우 황토의 유익한 효과가 미미하여 토목 내지 건축용 재료로서 정화력이 저조한 문제점이 있고, 50% 보다 두껍게 구성되는 경우 제조단가가 매우 부담되기 때문이다.
상기 황토 벽돌층(20)은 미리 성형된 벽돌 본체(10) 상에 생황토 25~55 중량%, 규사 20~40 중량%, 고화제 8~20 중량%, 칼륨장석 분말 8~15 중량% 및 첨가제 1~5 중량%의 조성물을 넣고 성형, 고화시킨 후에 양생하여 일체로 제작하거나, 성형틀에서 벽돌 본체(10)의 성형과 동시에 제작될 수 있을 것이다.
그리고, 본 발명의 황토 벽돌이 건축 내장용 재료로 사용되는 경우에는 상기 황토 벽돌층(20)은 황토 벽돌층의 총 중량을 기준으로 생황토 35~55 중량%, 규사 25~35 중량%를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
대안적으로, 본 발명의 황토 벽돌이 토목 내지 건축 외장용 재료로 사용되는 경우에는 상기 황토 벽돌층(20)은 황토 벽돌층의 총 중량을 기준으로 생황토 25~45 중량%, 규사 30~40 중량%를 포함하여 구성된다.
이와 같이, 일반 벽돌 상에 황토 벽돌층을 일부만 적층함으로써 시공시에 황토 벽돌층 부분이 외부로 노출되도록 하여 황토의 유익한 효과를 충분히 누리면서도 황토의 사용량을 현저히 줄여서 제조단가를 낮출 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 황토 벽돌은 도면을 통하여 직육면체로 도시되었으나, 그 외 필요에 따라 타원형과 같은 다양한 형태 및 황토 블록 등으로 제작될 수 있음은 당업자에게 자명한 사항이라 하겠다.
이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.

Claims (14)

  1. 생황토 25~55 중량%, 규사 20~40 중량%, 고화제 8~20 중량%, 칼륨장석 분말 8~15 중량% 및 첨가제 1~5 중량%를 포함하여 구성되며,
    상기 첨가제는 셀프 레베링재, 목질섬유, 포졸란, 제오라이트, 일라이트 및 퍼라이트로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상이고,
    상기 고화제는 고화제 총 중량을 기준으로 규산염 시멘트 30~55 중량%, 고로 슬래그 35~50 중량% 및 자연 석고 10~30 중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물.
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  4. 제 1 항에 있어서, 상기 규사는 천연규사 또는 인조규사인 것을 특징으로 하는 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물.
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  9. 제 1 항의 조성물에 첨가제로 셀프 레베링제를 선택하고, 모르타르 압송 펌프 및 모르타르 호스를 이용하여 수평 바닥을 시공하는 것을 특징으로 하는 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물을 이용한 기계화 시공법.
  10. 제 1 항의 조성물에 첨가제로 셀프 레베링제 및 퍼라이트를 선택하고, 모르타르 압송 펌프 및 모르타르 호스와 고압을 이용하여 벽체와 천정을 시공하는 것을 특징으로 하는 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물을 이용한 기계화 시공법.
  11. 벽돌 본체; 및
    상기 벽돌 본체의 일면에 적층되는 것으로, 생황토와 고화제를 포함하여 이루어지는 황토 벽돌층으로 구성되며,
    상기 황토 벽돌층은 황토 벽돌의 총 두께를 기준으로 20~50%를 구성하되,
    상기 황토 벽돌층은 생황토 25~55 중량%, 규사 20~40 중량%, 고화제 8~20 중량%, 칼륨장석 분말 8~15 중량% 및 첨가제 1~5 중량%를 포함하여 구성되며, 상기 첨가제는 셀프 레베링재, 목질섬유, 포졸란, 제오라이트, 일라이트 및 퍼라이트로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상이고,
    상기 고화제는 고화제 총 중량을 기준으로 규산염 시멘트 30~55 중량%, 고로 슬래그 35~50 중량% 및 자연 석고 10~30 중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 생황토를 이용한 토목 내지 건축 공사 재료용 친환경 황토 모르타르 조성물을 이용한 황토 벽돌 제작 방법.

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