KR101304576B1 - 황토를 함유하는 타일의 제조방법 및 이로부터 제조된 타일 - Google Patents

황토를 함유하는 타일의 제조방법 및 이로부터 제조된 타일 Download PDF

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Abstract

본 발명은 황토를 함유하는 타일의 제조방법 및 이로부터 제조된 타일에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 황토를 주재료로 하고 경석을 부재료로 하는 타일 제조과정에서 고온의 소성공정을 거치지 않고도 타일 건축재로서의 제반물성과 화재에 대한 내구성을 갖추도록 하는 타일 제조방법 및 이로부터 제조된 타일에 관한 것이다.
본 발명의 타일 제조방법은 고온의 소성 공정을 필요로 하지 않아서 고온소성에 필요한 막대한 에너지를 절감하면서 건축자재로서 우수한 물성 및 경량화와 내화성을 갖추어 경제성 및 환경적인 면에서 유용하며, 또한 천연재료인 황토와 광산 주변에 야적되어 환경을 해치고 재난을 유발하는 경석을 재료로 사용함으로써 타일의 제조원가를 낮추면서 환경을 보호하고 재난을 방지할 수 있으며, 다공성의 경석을 사용함으로써 타일의 경량화 및 내화성을 꾀할 수 있다.

Description

황토를 함유하는 타일의 제조방법 및 이로부터 제조된 타일{method for manufacturing tile containing loess, and tile produced thereby}
본 발명은 황토를 함유하는 타일의 제조방법 및 이로부터 제조된 타일에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 황토를 주재료로 하고 경석을 부재료로 하는 타일 제조과정에서 고온의 소성공정을 거치지 않고도 타일 건축재로서의 제반물성과 화재에 대한 내구성을 갖추도록 하는 타일 제조방법 및 이로부터 제조된 타일에 관한 것이다.
황토는 화학적으로 산화철 수화물을 포함하는 비결정질 규산알루미늄으로서, 건축재에 사용하는 황토는 산화철을 포함하는 황색을 띤 흙을 채굴하여 분쇄한 다음 물에 넣고 교반하여 정치하면 큰 입자는 바닥에 가라앉고 미세 입자는 물속에 분산되는데, 이 미세 입자가 분산된 현탁액을 수거하여 건조 및 분쇄한 것이다.
황토는 수분함량이 높을 때는 수분을 흡수하였다가 주위환경이 건조하면 수분을 발산하는 자동습도조절능력이 있으며, 또한 축열 작용이 있어서 건축재로의 경화과정에서 발생하는 수화열을 축적하였다가 건축재의 온도가 낮아짐에 따라 서서히 열을 방출하여 인장응력을 감소시키는 작용을 한다.
또한, 인체에 유익한 원적외선을 방출하고, 폐기시 환경오염을 유발하지 않으므로 건설 폐기물 발생을 억제하는 특징이 있어 건축재를 포함한 각종 기능성 재료로의 활용도가 증가하고 있다.
상기와 같이 황토는 건축재로서 유용한 재료이나, 타일이나 벽돌 등의 건축재료로 이용하기 위해서는 성형체에 충분한 강도를 부여하기 위한 1000 ℃ 이상의 고온 소성과정이 요구되며, 이에 따른 막대한 에너지 투입으로 인하여 제조비용이 증가하는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 한국등록특허공보 제0822908호에는 타일을 부착한 황토블럭 및 그 제조방법에 관하여 개시되어 있는데, 황토의 수분함량이 10~15 % 이내로 되도록 건조하고 분쇄한 다음, 여기에 알카리성 보강제, 산성첨가제, 천연수지 및 물을 투입하여 황토혼합물을 수득하고 이를 성형 및 건조하여 황토블럭을 얻은 다음, 상기 황토블럭의 표면에 타일을 부착하는 과정으로 이루어진다.
상기 발명은 알카리성 보강제와 산성첨가제의 중화반응에 의하여 물이 발생하면서 알칼리성 보강제의 알카리 이온인 양이온과 산성첨가제의 산성 이온인 음이온이 서로 결합되고, 이 과정에서 황토의 분자와 함께 더욱 견고하게 결합하여 점성이 증대되므로, 고온의 소성과정을 거치지 않으면서 황토블럭의 내구성을 향상시킬 수가 있다.
그런데 황토는 채취하는 지역에 따라 pH 물성의 차이가 커서 황토혼합물의 pH 조성을 정확히 조절하기 어려우며, 이로 인하여 중화반응에 참여하지 못하는 알카리성 보강제 또는 산성첨가제에 의해 황토블럭의 내구성이 저하되는 문제가 있으며, 또한 중화반응시 발생하는 물로 인하여 점성이 낮아져 내구성이 저하되며 황토블럭의 건조에 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
한편, 경석(輕石)은 속돌 또는 부석(浮石)이라고도 하며 마그마가 대기 중으로 방출될 때 액상으로 분출하여 결정화되지 못할 정도로 매우 빠르게 식은 화산쇄설물의 일종으로서, 냉각과정에서 마그마에 포함되어 있던 가스성분들이 갑자기 빠져나가면서 생성된 거품모양의 작은 글라스 방울들이 암석 전체에 존재하게 되고 이러한 다공질 구조 때문에 경석은 매우 가볍고, 내화, 방열, 방음 및 구조적 강도를 갖는 특성을 보인다.
또한, 경석은 이산화규소를 많이 함유하여 밝은 색을 띠며, 화학적으로 매우 안정하고 열에도 강하여 건축자재로서 유용하게 이용될 수 있으며, 초미세 시멘트 그라우팅(grouting)에 초미세 포졸란으로서의 역할뿐만 아니라 고품질의 경석은 페인트에서 산화티탄(TiO2)의 분산재로서 사용되는 등 이용분야가 점점 넓어지는 추세에 있다.
그러나 석탄 채탄시 부산물로 채굴되는 경석은 그 적용범위가 제한적이어서 생산량에 비하여 소비량이 매우 적고, 소비되지 못한 경석은 석탄광산 주변의 산 중턱 사면에 수십 년간 쌓이면서 막대한 하중이 발생하고 이로 인해 표토층 슬라이딩 현상이 발생하여 경사면 아래 지역에 재난의 위험성이 상존하여 왔다.
상기와 같이 과잉생산에 따른 문제를 해결하기 위해서는 산업에 경석을 폭넓게 활용할 수 있는 기술개발이 시급한 실정이다.
경석을 산업에 활용하는 방안의 하나로서, 한국등록특허공보 제0246269호에는 채탄부산물(경석)에 산업부산물(폐기물)을 첨가하여 요업제품을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
상기 발명은 광산 부근에 요업제품 제조설비를 설치하고, 조분쇄한 채탄부산물 50~70 %, 각종 산업폐기물 30~50 % 및 점토 10~20 %를 혼합한 후 함수율을 20~24 %로 조정하여 사일로에 저장 및 숙성한 다음, 진공토련기로 압출 또는 가압성형하여 소성용 대차에 적재 및 건조한 후 소성로에 투입하여 1050~1250 ℃에서 10~24 시간 소성하여 요업제품을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 한국등록특허공보 제0284525호에는 생활쓰레기의 소각처리방법과 그 소각재를 이용한 무기질 성형물의 제조방법이 개시되어 있다.
상기 발명은 생활쓰레기의 탈수슬러지, 하수처리 탈수케이크, 상수도 슬러지에 조분쇄한 채탄 경석을 투입하고 혼련하여 진공토련기에서 압출성형하여 소정의 길이로 절단한 성형물과 생활쓰레기의 가연성 물질을 선가마에 장입하여 건조와 동시에 700~1000 ℃에서 연소시켜 생활쓰레기를 소각처리하는 방법을 제공하며, 상기 소각처리과정에서 발생된 소각재에 점토와 석회석을 첨가하고 분쇄한 다음 혼수혼련하여 교반한 후 진공토련기로 성형하며, 상기 토련물을 다시 형틀에 장입하여 가압성형 후 건조, 700-1000 ℃의 하소공정 및 1000-1300 ℃에서 10~30 시간 소성하여 무기질 성형물을 제조하게 된다.
상기와 같은 황토 또는 경석을 이용하여 건축재를 제조하는 경우, 건축재로서의 강도와 내구성을 부여하기 위하여 1000 ℃ 이상의 고온에서 소성하는 과정이 요구되어 많은 에너지가 소비되는데, 최근의 고유가와 맞물려 이와 같은 막대한 에너지 소비는 생산 단가에 큰 영향을 미치어 경제성을 떨어뜨리는 원인으로 작용한다.
따라서 건축자재로서 유용한 특성이 있는 황토와 경석을 산업에 폭넓게 이용하기 위하여는 황토와 경석을 건축재로 가공하는 과정에서 좀더 경제성 있는 가공방법이 요구된다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 막대한 에너지 소비가 요구되는 고온소성( high temperature sintering) 과정을 거치지 않고, 비소성(non sintering) 또는 저온소성(low temperature sintering)만으로도 건축재로서의 강도를 가지면서 내화성과 경량인 황토 타일을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 시멘트 100 중량부에 황토 50~300 중량부, 경석분말 50∼100 중량부, 모래 80∼200 중량부, 애쉬 30∼70 중량부 및 셀룰로오스와 폴리비닐알코올로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 고분자 첨가제 0.1∼5.0 중량부가 포함된 혼합물을 준비하는 단계; 물 100 중량부에 감수제 0.5∼10.0 중량부 및 무기 고화제 5∼30 중량부가 포함된 첨가제를 준비하는 단계; 상기 혼합물 100 중량부에 상기 첨가제 10∼30 중량부를 혼합하여 반죽하는 반죽물 준비단계; 및 상기 반죽물을 성형하여 건조하는 단계;를 포함하며, 상기 황토는 물 100 중량부에 황토 15~30 중량부 및 탄산나트륨 0.2~0.4 중량부를 혼합한 후 4~6 시간 정치한 다음 상부 현탁액을 건조 및 분쇄하여 제조된 것을 특징으로 하는 황토를 함유하는 타일의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 셀룰로오스는 나트륨카복시메틸셀룰로오스인 것이 바람직하다.
또한, 상기 무기 고화제는 황산알루미늄, 황산제1철, 황산제2철 및 염화제2철로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 건조하는 단계 이후에, 건조된 타일을 700 ℃ 이하의 온도에서 30~100 분간 저온 소성하는 단계가 추가되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기의 방법으로 제조되는 황토를 함유하는 타일을 제공한다.
본 발명의 황토를 함유하는 타일의 제조방법은 고온의 소성 공정을 필요로 하지 않아서 고온소성에 필요한 막대한 에너지를 절감하면서 건축자재로서 우수한 물성 및 경량화와 내화성을 갖추어 경제성 및 환경적인 면에서 유용하다.
또한, 천연재료인 황토와 광산 주변에 야적되어 환경을 해치고 재난을 유발하는 경석을 재료로 사용함으로써 타일의 제조원가를 낮추면서 환경을 보호하고 재난을 방지할 수 있으며, 다공성의 경석을 사용함으로써 타일의 경량화 및 내화성을 꾀할 수 있다.
이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.
먼저 시멘트, 황토, 경석분말, 모래, 애쉬 및 고분자 첨가제를 준비한 다음 이들의 분말혼합에 적합한 공업용 믹서를 사용하여 3~5 분 정도 혼합하여 혼합물을 제조한다.
본 발명에 사용되는 시멘트는 포틀랜드 시멘트가 바람직하며, 이는 황토, 경석 및 기타 재료들의 결속력을 증진시키는 역할을 한다.
황토는 주로 입자크기가 약 10~50 ㎛ 정도인 가는 모래로 되어 있고 다량의 탄산칼슘(CaCO3)을 지니고 있으며, 이러한 탄산칼슘에 의해 황토는 쉽게 부서지지 않고 점력(粘力)을 지니고 있으며 물을 가하면 찰흙으로 변하는 성질이 있다.
황토 내의 수분 함량은 10~15 ％로 낮고 공극률이 감소함에 따라 증가하며, 일반적인 황토의 공극률은 50~55 ％로서 황토 내에 점토가 풍부하면 공극률은 34~45 ％로 감소한다.
사질 황토의 공극률은 약 60 ％이고 밀도는 1.5 g/㎤이며, 비중은 평균 2.7이고, 높은 양이온 치환용량(cation exchange capacity, CEC)을 보유하고 있으며, 건축재로서 다양한 장점들이 있는 것으로 알려져 있다.
채취된 황토를 100~250 메시(mesh)의 체로 걸러 미세한 입자의 황토를 준비하는데, 황토입자의 크기가 미세할수록 단위 체적당 표면적이 늘어나 황토의 가소성, 흡착성, 흡수 및 탈수성, 현탁성, 이온교환성 등의 특성을 극대화시킬 수 있다.
채취된 황토에서 미세입자만을 분리하는 방법에는 황토를 물에 현탁시켜 지장수로 제조하는 방법이 있으나, 황토는 수소이온농도지수(pH)가 낮아서 물에 현탁시키면 수십 분 이내로 대부분의 입자가 응집되어 침전되므로 미세입자만을 분리하기가 수월하지가 않다.
이를 해결하기 위하여 지장수 제조시 탄산나트륨(Na2CO3)을 첨가하는 것이 바람직한데, 상기 탄산나트륨은 알카리성 분산제의 역할을 하여 황토 미세입자의 응집을 억제하여 물에 분산된 상태를 유지시켜 준다.
물 100 중량부에 황토 15~30 중량부 및 탄산나트륨 0.2~0.4 중량부를 혼합한 후 충분히 저어주고 4~6 시간 정치하면 큰 입자는 바닥에 가라앉고 황토의 미세입자는 물속에 분산된다.
상기 황토 미세입자가 분산된 현탁액을 수거하여 건조 및 분쇄하면 미세입자의 황토를 얻을 수 있다.
또한, 이후 공정인 타일의 응고과정에서 시멘트의 수화반응에 의해 생성된 강염기인 수산화칼슘은 포졸란 반응을 유도하여 황토, 경석, 애쉬 등을 응고시키게 되는데, 황토가 약알칼리성, 중성 또는 산성을 띠고 있을 경우 혼합물의 수소이온농도를 떨어뜨려 포졸란 반응을 억제하게 되며 이는 타일의 강도를 저하시키는 원인이 된다.
상기 황토준비과정에서 첨가되는 탄산나트륨은 물속에서 강염기로 작용하여 황토의 수소이온농도를 증가시켜서 황토의 포졸란 반응 억제작용을 감소시키므로 제조되는 타일의 강도증가에 바람직한 역할을 한다.
상기와 같이 제조된 황토는 시멘트 100 중량부를 기준으로 50~300 중량부의 함량으로 사용되며, 50 중량부 미만이면 황토를 첨가하여 얻어지는 효능을 기대하기 어렵고, 300 중량부를 초과하면 황토의 미세입자가 타일제조시 시멘트의 수화반응을 억제하고, 또한 상대적으로 시멘트의 함량을 낮추게 되므로 제조된 타일의 강도가 저하되어 바람직하지 않다.
다음은 경석을 준비한 다음 이물질을 제거한다.
경석은 채탄 부산물로서 크기가 일정치 않고 이물질이 함유되어 있어서 이를 체(sieve) 등을 이용하여 크기별로 분급하고, 상기 분급하는 과정에서 이물질을 자연스럽게 제거할 수 있다.
다음은 상기 이물질이 제거된 경석을 분쇄하여 분말화하는데, 상기 분급된 경석을 크기에 따라 조크러셔(jaw crusher) 또는 롤크러셔(roll crusher)를 이용하여 분쇄한 다음 100~250 메시의 체를 통과시켜 미세한 경석분말을 얻는다.
상기 경석분말을 상온에서 건조시켜 함수율이 10 % 미만이 되도록 하는 것이 바람직하며, 수분이 제거됨으로써 추후 다른 재료들과의 혼합공정이 용이하게 된다.
상기 시멘트와 경석분말의 구성비는, 시멘트 100 중량부에 대하여 경석분말 50~100 중량부의 함량으로 사용할 수 있으며, 황토 및 경석분말의 증가량에 따라 모래의 양을 감소시킬 수 있다.
다음은 모래, 애쉬 및 고분자 첨가제를 준비한다.
본 발명에 사용되는 모래는 당 업계에서 사용되는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 입경 1~3 ㎜의 굵은 모래(왕사), 입경 0.5~1 ㎜의 가는 모래(중사), 입경 0.5 ㎜ 미만의 미세 모래(세사)를 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용하는 것이 가능하고, 모래 대신에 모래 대체물질인 보명사 또는 도로마이트 등을 사용하여도 무방하다.
상기 모래는 시멘트 100 중량부에 대하여 80~200 중량부의 함량으로 사용할 수 있으며, 모래의 함량이 80 중량부 미만이면 타일의 균열이 발생할 수 있고, 200 중량부를 초과하면 강도가 저하되어 바람직하지 않다.
석탄의 연소부산물인 애쉬는 연소방식에 따라 발생하는 양과 특성이 달라지며, 일반적으로 연소방식은 연소로에 투입되는 석탄의 입자 크기와 연소과정에 따라 분류된다.
현재 국내에서 석탄을 연료로 하는 발전소의 경우 대부분 미분탄 연소방식을 채택하고 있으며, 미분탄 연소로는 연료탄의 80 % 정도를 74 ㎛ 이하가 되게끔 미세하게 분쇄하고 공기와 함께 연소로 내에 분사하여 연소하는 방식으로서, 연소된 미분탄은 배기가스와 함께 보일러에서 배출되어 미분상태의 석탄회로 집진기 하부에서 포집되며, 이렇게 포집된 석탄회를 플라이 애쉬(飛灰, 75~90%)라 하고 보일러 하부에 낙하하는 괴상 또는 입자가 큰 석탄회를 바탐 애쉬(低灰, 10~25%)라 한다.
플라이 애쉬의 65 % 이상이 10 ㎛이하의 미세한 입자로 알려져 있으며, 바탐 애쉬는 분쇄기로 분쇄하여 플라이 애쉬와 같이 혼합돼 석탄회 처리장으로 이송 후 매립되는 것이 일반적이다.
본 발명에서 사용되는 애쉬는 시멘트의 보조역할을 담당하며, 시멘트의 공극을 채워 작업성을 높이는 효과와 시멘트의 수화반응 중 발생하는 미반응 물질인 산화칼슘(CaO)과 결합하여 타일의 강도를 증가시키는 효과를 제공한다.
본 발명에서는 상기 플라이 애쉬, 바탐 애쉬 또는 이들을 혼합한 것 중 어느 것이나 사용할 수 있으며, 이들은 시멘트 100 중량부에 대하여 30~70 중량부의 함량으로 사용된다.
애쉬 함량이 30 중량부 미만이면 충분한 강도를 얻을 수 없으며, 70 중량부를 초과하는 경우 시공성에 문제가 있어 바람직하지 않다.
상기 고분자 첨가제로는 셀룰로오스(cellulose) 또는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA)이 있으며, 이들 고분자 첨가제는 응고 과정에서 황토 및 경석입자를 안정화시키는 역할과 타일의 응고 과정에서 혼합물의 각 성분을 견고히 결합시켜 타일의 강도를 증가시키고 타일이 갈라지는 것을 방지한다.
상기 셀룰로오스로서 수용성 섬유소 유도체인 나트륨카복시메틸셀룰로오스(sodium carboxymethyl cellulose)가 좀더 바람직하다.
나트륨카복시메틸셀룰로오스는 흡습성을 가지는 음이온성의 수용성 분말, 과립 또는 섬유모양의 물질로서, 주원료인 셀룰로오스에 수산화나트륨(sodium hydroxide)을 가한 다음 모노클로로아세트산(monochloroacetic acid)을 반응시켜 얻을 수 있다.
상기 나트륨 카르복시 메틸 셀룰로오스는 물을 흡수하여 팽대하는 성질이 강하고 증점기능이 있어서 물을 잡고 있으며, 상 분리를 막아주어 혼합물을 안정화하는 성질이 있으므로, 타일의 응고 과정에서 황토와 모래입자를 안정화시키고 혼합물의 수화반응과 포졸란 반응이 균일하게 이루어지도록 하며 타일의 구성성분이 균일하게 분포되도록 하는 역할을 한다.
상기 고분자 첨가제는 시멘트 100 중량부에 대하여 0.1~5.0 중량부의 함량으로 사용되며, 0.1 중량부 미만이면 효능을 기대하기 어렵고, 5.0 중량부를 초과하면 생산원가가 상승하여 바람직하지 않다.
다음은 감수제, 무기 고화제 및 물을 포함하는 첨가제를 준비한다.
감수제(water-reducing agent)는 시멘트의 고형화 성질을 촉진시켜 주고 계면활성작용을 통하여 시멘트 입자를 분산시킴으로써 입자의 유동성을 향상시키는 역할을 하여 물의 사용량을 줄이고 원활한 작업과 재료의 강도를 높일 수 있다.
본 발명에서는 감수제로서 일반적으로 사용되는 고성능 AE 감수제(air-entraining agent)를 사용하는 것이 바람직하며, 이는 타일의 제조과정에서 미세기포를 연행함으로써 타일 중의 자유수가 동결될 경우 수압의 흡수 및 완화와 자유수의 이동을 가능하게 하므로 동결·융해에 대한 내구성을 현저하게 개선하며 물의 사용량을 대폭적으로 감소시키는 역할을 한다.
상기 감수제는 물 100 중량부에 대하여 0.5~10.0 중량부의 함량으로 사용할 수 있으며, 0.5 중량부 미만이면 충분한 고화가 일어나지 않고 10.0 중량부를 초과하면 비경제적일 뿐만 아니라 압축강도의 감소 및 애쉬의 안정화를 방해하므로 바람직하지 않다.
상기 무기 고화제는 시멘트 수화반응에 의해 생성되는 수산화칼슘과 반응하여 칼슘 실리케이트 수화물을 형성하는 포졸란 반응을 통하여 황토, 애쉬, 경석 등의 성분을 응고시키며, 이에 따라 적은 량의 시멘트를 사용하고 별도의 고온소성 공정을 거치지 않아도 충분한 응고력을 발휘하여 건축자재로서 요구되는 강도를 갖게 한다.
상기 무기 고화제는 황산알루미늄, 황산제1철, 황산제2철 및 염화제2철로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 그 혼합물로 이루어진다.
상기 무기 고화제는 물 100 중량부에 대하여 5~30 중량부의 함량으로 사용되며, 5 중량부 미만이면 충분한 고화가 일어나지 못하고 30 중량부를 초과하면 오히려 성형성을 저해하므로 바람직하지 않다.
더불어 상기 무기 고화제 수용액의 농도를 변화시켜 응고반응 속도를 조절할 수 있으며, 고온, 다습, 한냉지 등 주변환경에 따라 상기 함량범위 내에서 적당히 조절하여 사용한다.
다음은 상기에서 준비한 시멘트, 황토, 경석분말, 모래, 애쉬 및 고분자 첨가제가 포함된 혼합물에 상기의 감수제, 무기 고화제 및 물을 포함하는 첨가제를 혼합하여 반죽을 시행한다.
상기 혼합은 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 첨가제 10~30 중량부를 혼합하는 것이 바람직하며, 상기 첨가제의 양이 10 중량부 미만이면 이후 공정인 타일 성형공정에서 타일의 성형이 원활히 이루어지지 않고, 30 중량부를 초과하면 타일의 강도가 저하되어 바람직하지 않다.
상기 반죽을 통해 얻어진 반죽물은 타일 성형공정을 거치게 되는데, 예를 들어 반죽물을 타일 성형틀에 넣고 100 ㎏/㎠의 압력으로 가압하여 타일형태로 성형하거나, 또는 판재 형상으로 성형한 다음 이를 절단 가공할 수 있다.
상기 성형된 타일은 건조공정을 거치게 되는데, 성형된 타일의 크기, 주변 온도 및 습도 등의 조건에 따라 상이한 조건하에서 실시될 수 있으며, 가급적 음지에서 15~20 일간 상온 건조하여 균열이 발생하지 않고 타일의 표면과 내부가 골고루 건조되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 건조공정을 거쳐 얻어지는, 황토 및 경석이 함유된 타일은 종래의 타일 제조공정에서와 같은 소성과정을 거치지 않고도 건축자재로서의 강도를 갖출 수 있다.
상기와 같이 제조된 타일은 통상적으로 시공되는 장소인 벽면이나 욕실바닥 등에 부착되어 파손이나 크랙 등이 발생하지 않고 충분히 내구성을 가질 수 있으나, 높은 하중과 충격이 가해지는 장소에서는 좀더 높은 강도의 타일이 요구된다.
이를 위하여 상기 건조과정을 거친 타일을 700 ℃ 이하의 온도에서 30~100 분간 저온 소성하는 것이 바람직하고 500~600 ℃의 온도 범위에서 40~60 분간 저온 소성하는 것이 더욱 바람직하다.
상기의 온도에서 소성하면 타일에 함유된 무기 고화제가 액화되어 타일 내부공간을 균일하게 채우면서 시멘트와의 최적 포졸란 활성반응을 유도하고, 이에 따라 황토, 경석, 모래 등을 응고시키는 응고력이 증가하여 타일의 강도가 향상된다.
상기와 같이 비소성 또는 저온 소성을 통하여 타일을 제조함으로써 고온소성에 따른 연료비를 절감할 수 있으며, 이와 더불어 황토 및 경석이 갖는 제반 물성이 보존되는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 시험예에 의거하여 좀더 상세하게 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예 1>
먼저 물 5000 ㎏에 양질의 황토 1150 ㎏과 탄산나트륨 15 ㎏을 혼합하여 충분히 저어주고 5 시간 정치한 후 상등 현탁액을 건조 및 분쇄하여 미세분말의 황토를 얻었다.
강원도 삼척시 도계광업소의 경석장에서 경석을 채취하여 조크러셔로 분쇄하고 이를 다시 롤크러셔로 분쇄한 후 100 메시의 체로 걸러서 경석분말을 준비하였다.
상기 준비된 황토 740 ㎏, 경석분말 270 ㎏, 애쉬 161 ㎏, 시멘트 380 ㎏, 모래 564 ㎏ 및 폴리비닐알코올 4 ㎏을 공업용 믹서에 넣고, 이를 5 분 동안 작동시켜 혼합물을 얻었다.
또한, 물 290 ㎏에 고성능 AE 감수제 2 ㎏ 및 황산알루미늄 15 ㎏를 첨가하여 수용액을 만들어 상기 혼합물과 충분히 섞어서 반죽물을 만들었다.
상기 반죽물을 타일 성형 틀에 넣고 100 ㎏/㎠의 압력으로 가압하여 변의 길이가 100 ㎜인 정사각형의 타일 형태로 성형한 후, 바람이 잘 통하는 음지에서 18 일 동안 건조하여 황토 함유 비소성 타일을 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서, 혼합물로서 황토 922 ㎏, 경석분말 340 kg, 바탐 애쉬 161 ㎏, 시멘트 380 ㎏, 모래 369 ㎏ 및 폴리비닐알코올 4 ㎏를 공업용 믹서에 넣고, 이를 5 분 동안 작동시켜 혼합물을 얻은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 타일을 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서, 혼합물로서 황토 400 ㎏, 경석분말 270 ㎏, 애쉬 161 ㎏, 시멘트 380 ㎏, 모래 564 ㎏ 및 폴리비닐알코올 4 ㎏을 공업용 믹서에 넣고, 이를 5분 동안 작동시켜 혼합물을 얻은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 타일을 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1에서, 성형한 타일을 1 일 동안 100 ℃의 스팀으로 양생한 후, 바람이 잘 통하는 음지에서 18 일 동안 건조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 타일을 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 1에서, 성형한 타일을 바람이 잘 통하는 음지에서 3 일 동안 건조한 후, 550 ℃에서 45 분간 소성한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 저온소성 타일을 제조하였다.
<시험예>
KS규격 KS L 1001의 도자기질 타일의 시험항목 수치를 대조군으로 하여, 상기 실시예 1~4의 방법으로 제조된 타일 시료를 각각 5 개씩 취하여, KS L 1001의 방법에 따라 꺽임 파괴 하중을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
타일의 꺽임 파괴 하중 측정결과
시료 꺽임 파괴 하중 (N/㎝)
실시예 1 1 124
2 126
3 119
4 122
5 117
실시예 2 1 131
2 132
3 127
4 135
5 127
실시예 3 1 124
2 117
3 121
4 118
5 123
실시예 4 1 128
2 123
3 125
4 119
5 126
실시예 5 1 187
2 193
3 168
4 171
5 185
대조군
(KS L 1001)		 내장 타일 12 이상
외장 및 바닥 타일
(치수 155 ㎜ 이하)		 80 이상
모자이크 타일 60 이상
상기 측정결과, 생산된 타일의 꺽임 파괴 하중이 모두 대조군의 기준에 만족하는 것으로 나타났으며, 특히 저온소성한 실시예 5의 강도가 큰 폭으로 향상되었음을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 황토 및 경석이 함유되어 있는 타일은 고온의 소성공정을 거치지 않으면서 타일 건축재로서 충분한 꺽임 강도를 갖추므로, 에너지 절감효과를 통하여 제조원가를 낮출 수 있어서 산업에 널리 이용가능함을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 시멘트 100 중량부에 황토 50~300 중량부, 경석분말 50∼100 중량부, 모래 80∼200 중량부, 애쉬 30∼70 중량부 및 셀룰로오스와 폴리비닐알코올로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 고분자 첨가제 0.1∼5.0 중량부가 포함된 혼합물을 준비하는 단계;
    물 100 중량부에 감수제 0.5∼10.0 중량부 및 무기 고화제 5∼30 중량부가 포함된 첨가제를 준비하는 단계;
    상기 혼합물 100 중량부에 상기 첨가제 10∼30 중량부를 혼합하여 반죽하는 반죽물 준비단계; 및
    상기 반죽물을 성형하여 건조하는 단계;를 포함하며,
    상기 황토는 물 100 중량부에 황토 15~30 중량부 및 탄산나트륨 0.2~0.4 중량부를 혼합한 후 4~6 시간 정치한 다음 상부 현탁액을 건조 및 분쇄하여 제조된 것을 특징으로 하는 황토를 함유하는 타일의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀룰로오스는 나트륨카복시메틸셀룰로오스인 것을 특징으로 하는 황토를 함유하는 타일의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 무기 고화제는 황산알루미늄, 황산제1철, 황산제2철 및 염화제2철로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 황토를 함유하는 타일의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조하는 단계 이후에, 건조된 타일을 700 ℃ 이하의 온도에서 30~100 분간 저온 소성하는 단계가 추가되는 것을 특징으로 하는 황토를 함유하는 타일의 제조방법.
  7. 청구항 1, 청구항 3, 청구항 4 또는 청구항 6 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 황토를 함유하는 타일.
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