KR101198741B1

KR101198741B1 - 자연토를 이용한 흙벽돌 제조방법

Info

Publication number: KR101198741B1
Application number: KR1020090024228A
Authority: KR
Inventors: 김재호
Original assignee: (주) 에코랜드
Priority date: 2009-03-21
Filing date: 2009-03-21
Publication date: 2012-11-12
Also published as: KR20100105810A

Abstract

본 발명은, 자연토를 이용한 흙벽돌 제조방법에 있어서, 클링커 분말 25 ~ 45중량%, 제올라이트 10 ~ 30중량%, 고로 슬래그 미분말 10 ~ 40중량%, 무수석고 10 ~ 30중량%로 구성되는 고화제를 준비하는 제1공정; 수분 조정을 끝낸 토사 1,500㎏을 원형 교반기에 넣고, 제1공정에 의해 얻어진 상기 고화제 250㎏을 상기 원형 교반기에 투입한 후 고른 분쇄 과정을 거친 후 리그닌계 혼화제를 1.4ℓ를 물 140ℓ와 혼합한 후 투입하여 혼합하는 제2공정; 상기 제2공정에 의해 교반된 혼합물을 벽돌 형상의 성형 틀에 넣고 압축하여 벽돌을 성형하는 제3공정; 및 상기 제3공정에 의해 성형된 흙벽돌을 양생조에서 80℃로 24시간 양생하는 제4공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자연토를 이용한 흙벽돌 제조방법을 제공한다.

따라서, 토양을 주재료로 하여 벽돌을 생산함으로써 경제적이며 원적외선 방출 및 보수, 통기성 등의 흙의 특성을 그대로 보유하고, 중화 작용에 의한 중금속이 없는 환경친화적이며, 배합설계에 따라 80 ~ 240kgf/cm2의 고강도를 얻을 수 있다.

흙, 벽돌, 블럭, 황토블럭, 콘크리트블럭.

Description

자연토를 이용한 흙벽돌 제조방법{Away manufacturing the mud - plastered wall stone which used jayeonTo}

본 발명은 자연토를 이용한 흙벽돌 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 클링커 및 리그린계 식물성 첨가제를 이용하여 환경친화적이면서 속경성(Rapid Curing) 및 고강도의 특성을 가지도록 하는 자연토를 이용한 흙벽돌 제조방법에 관한 것이다.

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기존의 벽돌 재료로 사용되는 시멘트는 압축강도에 비해 상대적으로 낮은 휨강도 및 휨 인성으로 인한 문제점이 발생하며, 건조 수축에 의해 균열이 발생하기 쉽다는 약점을 가지고 있다. 또한 시멘트 벽돌은 그 색상이 회색으로 한정되기 때문에 도시나 농촌을 불문하고 주위환경을 획일화하며 일광의 난반사에 의한 주변온도 상승 및 주변의 자연과 일체화를 이루지 못할 뿐만 아니라 자연회귀가 거의 불가능하여 수명이 다할 경우, 별도의 폐기물 처리과정을 필요로 하며 이에 따른 별도의 폐기 처리비용이 소요되는 실정이다.

이러한 시멘트 벽돌의 대안으로서 고화재를 토양과 혼합하여 일정수준이상(10kgf/㎠)의 일축 압축강도를 얻는 방법이 제안되었으며, 조기에 강도를 발현시키는 벽돌이 활용되고 있다. 그러나 종래의 벽돌용 첨가물의 pH가 10보다 높은 알카리성이기 때문에 건축용으로 사용되는 경우 해로운 독성을 뿜어내어 생물의 생육을 파괴하고 환경부하가 비교적 크다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 것으로, 무분별한 골재채취로 인한 자원고갈을 방지하고, 자연에서 채취한 사토질이나 점토질의 토사를 사용하여, 강도 및 속경 특성을 갖고, 흙 고유의 색상에 따라 다양하게 자연스런 색상과 질감을 연출함으로써 생물의 생육이 가능한 환경친화적이며, 독성을 가지지 않도록 자연토를 이용한 흙벽돌 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 자연토를 이용한 흙벽돌 제조방법에 의해 생성된 흙벽돌은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 모든 토양을 주재료로 하여 흙벽돌을 생산함으로써 경제적이고, 속경성(Rapid Curing) 및 고강도 특성을 가진다.

둘째, 기존 시멘트 벽돌에 비해 휨감도와 휨 인성이 증대된다.

셋째, 중금속 검출이 없는 중성을 나타내 생물의 생육이 가능하며, 황토와 같은 흙과 함께 제작하는 경우, 인체에 유익한 원적외선을 방출하여 사용자의 건강을 증진시킬 수 있다.

넷째, 폐기 시 장기간이 경과 하면 풍화과정 등을 통해 자연 회귀가 가능하여 폐기물 처리비용이 절감되는 등 매우 환경친화적이고 흙색상 그대로 발현되어 자연친화적이다.

다섯째, 동절기 표면동결현상이 상대적으로 저감되어 공용수명 증진효과를 가지며, 하절기에는 열의 흡수나 전도 특성이 상대적으로 낮아서 복사열 및 자외선이 저감되어 열섬화 방지 및 쾌적한 환경이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 저의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 균등한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자연토를 이용한 흙벽돌 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자연토를 이용한 흙벽돌 제조방법에 의해 생성되는 흙벽돌은 토사에 클링커 분말 25 ~ 45중량%, 제올라이트10 ~ 30중량%, 고로 슬래그 미분말 10 ~ 40중량%, 무수석고 10 ~ 30중량%로 구성되는 고화제와 리그린계 혼화제로 이루어진다. 상기 상기 흙벽돌를 구성하는 토사와 고화제 및 리그린계 혼합물은 각각 8 ~ 90중량%와 10 ~ 20중량% 및 0.2 ~ 1.2중량%를 가지는 것이 바람직하다. 상기 흙벽돌을 구성하는 구성성분의 특징과 작용에 대하여 설명하기로 한다.
상기 고화제는 석회석 약 30 ~ 40중량%, 저품위 보오크사이트 약 30 ~ 50중량% 및 석고 약 10 ~ 20 중량%를 원료로서 혼합하고 1300℃에서 소성, 냉각하여 얻어진다.

이와 같은 고화제는 수화 시에 석고와 반응함으로써 에트링자이트 또는 모노설페이트를 형성함으로 인하여 본 발명에 따른 고강도 흙벽돌용 조성물이 속경성을 갖게 하며, 빠른 시간에 강도발현이 가능하도록 한다. 이와 같이 형성되는 에트링자이트 수화물은 결합수가 많고 고강도 특성을 가지며, 유기물의 존재 하에서도 생성되는 특성을 가지고 있기 때문에 본 발명에 특히 적합하다. 고화제의 분말도는 블레인 비표면적으로 3,000~8,000cm2/g이 가능하며, 5,000± 500cm2/g이 가장 바람직하다.

이러한 블레인 비표면적은 초기의 반응속도에 영향을 미치는 중요한 인자이며, 비표면적이 높을수록 빠른 반응속도를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 석고로는 무수석고, 반수석고 및 이수석고가 사용되며, 무수석고는 반수석고나 이수석고에 비해서 용해속도가 느리기 때문에 아윈계 광물과의 반응성에 적합하며, 고강도를 나타내며 흙벽돌의 안정성에도 기여한다.

본 발명에서 사용되는 고로슬래그 미분말은 용광로에서 선철과 함께 생성되는 용융슬래그를 급냉시켜 얻은 입상의 수쇄슬래그를 건조하여 미분화한 것으로 잠재 수경성이 있다. 고로슬래그 미분말의 반응성은 일반적으로 염기도 및 유리화율이 높을수록 크고 비중은 2.88~2.95 범위이며 분말 도는 블레인 비표 면적으로 4,000 ~ 8,000㎠/g이 가능하며 6,000± 500㎠/g이 가장 바람직하다.

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고로슬래그 미분말을 사용함에 따라 표면활성도가 증가하며, Al2O3의 용출속도가 빨라지게 되어 에트링자이트의 생성이 촉진되며 또한 C-S-H계 수화물의 겔화를 촉진시키는 것과 동시에 미 반응 부분을 감소시키는 효과가 있다. 또한 고로슬래그 미분말의 CaO성분은 40 ~ 45중량% 전후로서 알칼리도가 상대적으로 낮기 때문에 흙 벽돌에서 용출되는 pH의 저감에 매우 효과적이다.

본 발명에 사용되는 강도촉진제로는 리그린계 식물성 첨가제 사용이 바람직하며 특히 낮은 온도에서도 초기강도의 발현이 우수하기 때문에 동절기 흙벽돌의 생산시간을 단축할 수 있다. 혼화제는 전체 중량부에 대하여 리그린 60 ~ 70중량%에 옥시카르본산염 3.0 ~ 4.0중량%, 알킨벤젠폰산염 3.0 ~ 4.0중량%, 리그닌술폰산염 3.0 ~ 4.0중량%, 방청제 1.0 ~ 2.0중량%에 탄산칼슘 12 ~ 15중량%를 투입하여 교반하고 1.0 ~ 2.0중량%의 증점제(셀룰로스계)를 첨가하여 구성되는 것을 사용한다.

상기와 같은 특성을 갖는 본 발명에 따른 흙벽돌용 조성물의 혼합비는 클링커 분말 25 ~ 45중량%, 제올라이트 10 ~ 30중량%, 고로슬래그 미분말 10 ~ 40중량%, 천연 II형 무수석고 10 ~ 30중량%, 혼화제 0.2 ~ 1.2중량%가 바람직하다.

상기한 구성성분을 갖는 본 발명의 고강도 흙벽돌용 조성물에서 발생되는 특징적인 반응은 다음과 같다.

1) 에트링자이트의 생성 에트링자이트는 3C3A.CaSO4.32H2O의 화학식을 갖는 화합물로서 다량의 수분을 결합수로 고정화하는 것이 가능함으로, 물비를 저하시켜 흙입자의 이동을 구속하고 흙입자간의 결합이 가능한 상태로 만든다. 또한 발명의 조성물에서는 탄산칼륨을 포함할 수 있어, 에트링자이트의 생성반응이 촉진되어,조기강도의 발현이 우수하다.

2) 포졸란 반응 - 고로슬래그 미분말 및 토양에 포함되어 있는 SiO2, Al2O3 등의 가용성분이 Ca(OH)2와 불용성의 수화물을 생성하며 경화한다.

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3) 토양입자의 응집 - 혼화제는 리그닌설피네이트계가 사용되며, 수화반응을 할 경우 포졸란 반응이 일어나 강도를 증가시키며 무독성의 중성을 유지한다.

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다음으로 본 발명에 따른 고화제를 사용한 흙벽돌에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 고화제는 흙의 배합수와 함께 혼합되어 흙벽돌을 구성하게 된다.

본 발명에 따른 고화제의 사용량은 흙의 특성, 요구강도 등에 따라 결정되어 지지만 일반적으로 토사 1,500kg 당 100 ~ 250kg이 적당하다.

본 발명에 따른 고화제를 첨가, 혼합하는 방법은 특별한 제약은 없지만, 각 성분을 미리 혼합하여 토사에 첨가, 혼합하는 일반적인 방법이 가장 널리 사용되며, 이때 균질하게 혼합되는 것이 가장 중요하다. 토사와 고화제를 균질하게 혼합하기 위하여 원형 교반기가 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 자연토를 이용한 흙벽돌 제조방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저 일반적으로 지표에서 얻어지는 황토 흙과 마사토 등의 사질토 등이 가능하며, 토양의 종류는 특별히 한정되지는 않으나, 대체로 입경이 1.0 ~ 0.05mm인 실트성분과 세립질 및 과립의 입자가 적당히 섞여있는 것이 바람직하며, 10mm체가 설치된 진동 스크린으로 채취된 흙을 체 가름하여 이물질을 제거하고 통풍이 되는 곳에 야적하여 수분조정 과정을 거친다.

상기 수분 조정을 끝낸 토사 1,500kg을 원형 교반기에 넣고 골고루 분쇄되도록 교반하는데 이는 미세한 미립자를 내포하는 흙은 물을 흡수하여 뭉쳐져 있는 특성으로 제품의 균질성을 위하여 분쇄과정을 거친다.

도 1를 참고하면, 분쇄과정을 거친 토사 1,500kg(도 1b)에 고화제 250kg(도 1a)을 투입하는데 상기 고화제는 분말 형태로 일정한 속도로 투입하여 고른 분쇄 혼합 과정을 거친 후 리그닌계 혼화제 1.4ℓ를 물140ℓ와 혼합후 투입하여 혼합하는데, 이때 조루식 고압분사기에 의해 넓은 면적에 고른 분사가 이루어져야 한다.

상기 물의 투입량은, 토사의 함수비에 따라 결정되는데 최종적으로 손으로 토사를 쥐어 뭉쳐질 수 있는 빈 배합이면 충분하다. 최소한의 물로서 흙벽돌 제조가 가능하도록 하는 것으로, 함수비에 따라 적절히 물의 투입량을 조절하도록 하는 것이다.

상기와 같은 방법으로 된 조성물은 압축 성형 전에는 일반토사와 같은 특성을 가지게 되는 것이며, 함수비가 높지 않으므로 겉마름 현상을 방지하기 위하여 신속한 생산이 이루어지는 것이 바람직하며, 30Ton의 힘이 가해지는 벽돌성형기로(도 1c), 힘을 가하여 성형(도 1d) 제작한다.

상기 성형 틀에 의해 성형 된 흙벽돌을 스팀시설이 설치된 양생실에서 80℃로 24시간 양생하거나 통풍이 잘되는 그늘에서 5일간 양생하여 완성하였다..

상기와 같이 제작된 흙벽돌은 종래의 시멘트 벽돌의 문제점을 개선한 것이며 흙 고유의 색상과 질감을 나타낼 수 있게 되는 것이다.
따라서, 모든 토양을 주재료로 하여 흙벽돌을 생산함으로써 경제적이고, 속경성(Rapid Curing) 및 고강도 특성을 가지고, 기존 시멘트 벽돌에 비해 휨감도와 휨 인성이 증대되며, 중금속 검출이 없는 중성을 나타내 생물의 생육이 가능하고, 황토와 같은 흙과 함께 제작하는 경우, 인체에 유익한 원적외선을 방출하여 사용자의 건강을 증진시킬 수 있으며, 폐기 시 장기간이 경과 하면 풍화과정 등을 통해 자연 회귀가 가능하여 폐기물 처리비용이 절감되는 등 매우 환경친화적이고 흙색상 그대로 발현되어 자연친화적이며, 동절기 표면동결현상이 상대적으로 저감되어 공용수명 증진효과를 가지며, 하절기에는 열의 흡수나 전도 특성이 상대적으로 낮아서 복사열 및 자외선이 저감되어 열섬화 방지 및 쾌적한 환경을 제공한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

〈실시예 1〉

토사 1,500kg에 고화제 250kg을 교반기에 넣고 1차 교반 후, 혼화제 1.4ℓ를 물 140ℓ에 희석 후 투입하여, 2차 교반 후 30Ton의 힘이 가해지는 벽돌 성형기에 넣고 압력을 가하여 제작하였다.

이때 원형 공시체를 제작하여, 압축강도 시험을 한국화학 시험 연구원에 의뢰하여 시행하였으며, 시험방법은 KSF 2405로서 시행하였고, 그 결과는 표 1과 같이 우수하게 나타난 것을 알 수 있는 것이다.

표 2는 한국화학시험연구원에 의뢰하여, 황산+질산 킬달분해후 ICP분석에 의한 중금속 시험 결과 독성이 없는 것을 알 수 있는 것이다.

〈표 1〉.

시험항목	단 위	결 과			시험방법
		7일	14일	28일
압축강도	MPa	30.3	43.0	56.5	KSF 2405

〈표 2〉

시험항목	단위	시료구분	결과치	시험방법
Cd	mg/kg		검출안됨	황산+질산 킬달분해후 ICP분석
Cu	mg/kg		검출안됨	"
Zn	mg/kg		검출안됨	"
Ni	mg/kg		검출안됨	"
Cr	mg/kg		검출안됨	"
Hg	mg/kg		검출안됨	"
Pb	mg/kg		검출안됨	"
As	mg/kg		검출안됨	"

도 1은 본 발명에 따른 자연토를 이용한 흙벽돌 생산과정 및 생산된 흙벽돌을 나타낸 사진이다.

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Claims

자연토를 이용한 흙벽돌 제조방법에 있어서,

클링커 분말 25 ~ 45중량%, 제올라이트 10 ~ 30중량%, 고로 슬래그 미분말 10 ~ 40중량%, 무수석고 10 ~ 30중량%로 구성되는 고화제를 준비하는 제1공정;

수분 조정을 끝낸 토사 1,500㎏을 원형 교반기에 넣고, 제1공정에 의해 얻어진 상기 고화제 250㎏을 상기 원형 교반기에 투입한 후 고른 분쇄 과정을 거친 후 리그닌계 혼화제를 1.4ℓ를 물 140ℓ와 혼합한 후 투입하여 혼합하는 제2공정;

상기 제2공정에 의해 교반된 혼합물을 벽돌 형상의 성형 틀에 넣고 압축하여 벽돌을 성형하는 제3공정; 및

상기 제3공정에 의해 성형된 흙벽돌을 양생조에서 80℃로 24시간 양생하는 제4공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자연토를 이용한 흙벽돌 제조방법.
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