KR101642070B1 - 단열 성능이 향상된 토양 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 토양 조성물용 경화제 및 제올라이트를 포함하는 토양 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염화물과 무기산화물의 혼합물 및 에틸렌글리콜을 포함하고, 커피 및 목재로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 추가로 포함하는 토양 조성물용 경화제 및 제올라이트를 포함하는 친환경적이고 고강도이면서 단열성능이 우수한 토양 조성물에 관한 것이다.

Description

단열 성능이 향상된 토양 조성물{SOIL COMPOSITION WITH IMPROVED INSULATING PROPERTY}
본 발명은 단열 성능이 향상된 토양 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 현장 주변의 다양한 천연 토양 골재 및 제올라이트를 포함하는, 단열 성능이 향상된 토양 조성물에 관한 것이다.
주택 등 건축물의 중요한 문제로, 냉난방비의 절감 및 거주 공간의 쾌적화를 위하여 내부와 외부의 열을 차단하는 문제가 있다. 콘크리트로 시공된 건축물 실내외의 온도에 현격한 차이가 발생하면 건축물의 단열성능이 떨어지는 부분의 표면온도가 이슬점 온도 이하로 떨어지고, 공기 중의 수증기가 물방울이 되어 그 표면에 달라붙는 결로현상이 발생하게 된다. 이러한 결로현상이 발생하게 되면 건축물 내벽에 시공된 벽지 또는 페인트 등의 내수성능이 취약한 실내 마감재가 벗겨지거나 부패하고, 그로 인해 인체에 유해한 곰팡이 등의 세균이 번식하게 됨으로써 건축물의 실내 환경이 크게 훼손된다. 냉난방비를 절감하고 이와 같은 결로현상을 방지하기 위해, 건축물의 시공시에 열의 유동에 대해 높은 저항력이 있는 소재를 이용하고 있다.
건축물의 단열 구조를 대별하면 내단열 방식과 외단열 방식으로 나눌 수 있다. 이 중 내단열 방식은 벽체 내부로부터 실내측 또는 구조체의 공극에 단열재를 충전하는 방식이고, 외단열 방식은 구조 구체의 외측에 단열재를 설치하는 방식인데, 통상 통기 브래킷을 사이에 두고 외장재를 설치하는 방법이 채용되고 있다. 건축물의 단열시공은 시공부위의 특성에 따라 구조와 물성이 적합한 단열재를 선택하여 사용하게 되는데, 이러한 단열재로는, 유리섬유, 암면, 우레탄폼, 스티로폼, 단열 모르타르 등이 있다.
단열재는 초석으로 시공되거나, 모르타르인 경우에는 마감재로 벽면 등에 발라서 시공할 수 있다. 통상 건축, 토목 공사의 원료로 이용하는 콘크리트는 성능향상을 위해 모르타르에 다양한 첨가물을 부가하여 제조되고 있으며, 이를 통하여 단열 성능을 향상시킬 수도 있다. 예를 들면, 한국등록특허 제10-0813152호에는 시멘트 모르타르에 단열 및 내화성능이 향상된 발포 폴리스티렌 비드를 혼합하여 단열 및 내화성이 향상된 콘크리트 패널에 관한 기술이 공지되어 있다. 그러나 상기 기술은 고강도의 콘크리트 패널을 제조하기 어렵고, 콘크리트 패널의 제조원가가 상승하는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-0813152 (2008.03.06) 한국공개특허 제10-1992-0002287 (1992.02.28)
본 발명은 친환경적이고 고강도이면서, 단열 성능이 향상된 토양 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 염화물과 무기산화물의 혼합물 및 에틸렌글리콜을 포함하고, 커피 및 목재로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 추가로 포함하는 토양 조성물용 경화제; 제올라이트; 토양; 시멘트; 및 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 성능이 향상된 토양 조성물이 제공된다.
또한, 상기 염화물과 무기산화물의 혼합물은 염화암모늄, 염화마그네슘, 염화칼슘, 염화나트륨, 생산화마그네슘 및 염화제2철을 포함할 수 있다.
또한, 상기 토양 조성물용 경화제는 형석을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 토양 조성물용 경화제는 염화암모늄 7 내지 23wt%, 염화마그네슘 7 내지 23wt%, 염화칼슘 4 내지 20wt%, 염화나트륨 3 내지 12wt%, 생산화마그네슘 3 내지 7wt%, 염화제2철 1 내지 5wt%, 커피 및 목재로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 11 내지 50wt%, 및 에틸렌글리콜 3 내지 8wt%로 포함할 수 있다.
또한, 상기 토양 조성물용 경화제는 경화제 총 100wt%에 대하여, 형석을 10 내지 25wt%로 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 토양 조성물용 경화제는 고체상일 수 있다.
또한, 상기 토양 조성물용 경화제는 투명수성방수액을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제올라이트는 입자크기 150 내지 250 메쉬일 수 있다.
또한, 상기 토양은 황토를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제올라이트, 토양 및 시멘트는 분말상 혼합물로 포함될 수 있다.
또한, 상기 분말상 혼합물은 제올라이트 5 내지 40wt%, 토양 30 내지 80wt% 및 시멘트 15 내지 30wt%로 포함할 수 있다.
또한, 분말상 혼합물 100 중량부에 대하여 토양 조성물용 경화제가 0.01 내지 0.1중량부로 포함될 수 있다.
또한, 분말상 혼합물 100 중량부에 대하여 물이 20 내지 45 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 토양 조성물은 단열, 난연 및 내화 성능이 향상되어, 화재에 안전하고 난방비를 절감할 수 있는 주거용도 건축 구조물의 건축 및 보수에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 토양 조성물은 단열 성능을 가지며 고강도인 소재이므로 건축 구조물의 건축시 시멘트 콘크리트를 대체하여 사용될 수 있다. 이를 통하여, 별도의 후속 단열시공의 필요가 저감되므로 제조비용 및 제조시간을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 토양 조성물은 시공 현장의 현지토양을 이용하여 건축 구조물을 제조할 수 있으므로, 종래의 콘크리트 조성물에 비해 제조비용 및 제조시간을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 토양 조성물은 토양에 포함된 유해중금속이 토양 및 토양 조성물용 경화제 사이의 이온치환작용으로 중화 및 탈취될 수 있으므로, 친환경적 건축 구조물을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 토양 조성물은 유해중금속이 검출되지 않는 친환경 소재로, 주거용도의 건축물에 적용하기 바람직하며, 재활용 및 매립에 의한 폐기처분시에도 이로 인한 2차적 환경오염을 저감시킬 수 있다.
본 발명은 염화물과 무기산화물의 혼합물 및 에틸렌글리콜을 포함하고, 커피 및 목재로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 추가로 포함하는 토양 조성물용 경화제; 제올라이트; 토양; 시멘트; 및 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 성능이 향상된 토양 조성물에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 단열 성능이 향상된 토양 조성물에서, 토양 조성물용 경화제는 염화물 및 무기산화물을 포함하는 물질로, 모래 등의 골재와 시멘트를 혼합하여 경화시키는 역할을 한다. 본 발명의 토양 조성물용 경화제는 염화물과 무기산화물의 혼합물, 커피 및 목재로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나, 및 에틸렌글리콜을 포함함으로써, 상기의 토양 조성물용 경화제를 포함하는 토양 조성물이 골재의 일부 또는 전체를 입자크기 5mm 이하의 미립자 토양으로 대체하여도 고강도 특성을 나타낼 수 있게 한다.
상기 염화물과 무기산화물의 혼합물은 당 업계에 공지된 화합물의 혼합물일 수 있다. 예를 들면, 상기 염화물과 무기산화물의 혼합물은 염화암모늄, 염화마그네슘, 염화칼슘, 염화나트륨, 생산화마그네슘 및 염화제2철을 포함하는 혼합물일 수 있다. 염화제2철은 경화촉매로 작용한다. 본 발명의 토양 조성물용 경화제는 산화반응시 부반응의 저감을 위하여 염화제1철보다 안정한 염화제2철을 경화촉매로 경화제에 포함할 수 있다.
시멘트 경화는 화학적인 반응으로, 반응중 부반응에 의해 인체에 해로운 독소성분이 발생할 수 있다. 본 발명의 토양 조성물용 경화제는 자연친화적 식물성 소재인 커피 및 목재로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함함으로써, 경화 반응중 부반응을 저감시키므로 토양 조성물의 안전성을 향상시킨다. 또한, 커피 및 목재로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나는 독성물질을 중화 및 탈취시키므로, 토양 조성물에 포함되는 경우 상기 토양 조성물의 물성을 인체에 무해하도록 생태 친화적으로 변화시킨다. 또한, 본 발명의 토양 조성물용 경화제는 커피 및 목재로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함함으로써, 토양 입자간 결속력을 향상시켜 토양의 밀도를 향상시킨다. 상기 커피 및 목재로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나는 건조된 후 분쇄되어 분말상으로 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 커피는, 커피의 열매 또는 커피나무를 분쇄하여 얻은 분말일 수 있다. 상기 커피의 열매는 볶거나 볶지 않을 것일 수 있으며, 커피 음료를 추출하고 남은 커피 찌꺼기일 수 있다.
상기 목재는, 건조시켜 수분함량이 저감된 나무의 줄기 및 가지일 수 있다, 또한, 제조비용을 절감하고 함수율이 낮은 재료를 선택하는 측면에서, 1,000 내지 1,500m 고산지대의 사목(죽은 나무)이 선택되는 것이 바람직하다.
상기 에틸렌글리콜은 경화 효율을 향상시킬 수 있다. 열수반응에 의해 수소가 생성되면 열이 발생하고, 발생한 열에 의해 경화 반응속도가 향상될 수 있다.
상기 토양 조성물용 경화제는 염화암모늄 7 내지 23wt%, 염화마그네슘 7 내지 23wt%, 염화칼슘 4 내지 20wt%, 염화나트륨 3 내지 12wt%, 생산화마그네슘 3 내지 7wt%, 염화제2철 1 내지 5wt%, 커피 및 목재로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 11 내지 50wt% 및 에틸렌글리콜 3 내지 8wt%로 포함할 수 있다. 상기 나열한 경화제의 각 성분이 상기 함량 범위로 포함될 때, 토양 조성물용 경화제와 토양입자의 접착성 및 가교성이 우수하므로, 상기의 토양 조성물용 경화제를 포함하는 토양 조성물의 친환경 특성 및 고강도 특성을 향상시킬 수 있다.
필요에 따라, 상기 토양 조성물용 경화제는 형석을 더 포함할 수 있다.
상기 형석은 플루오르화칼슘을 주성분으로 하는 천연석으로, 토양 조성물용 경화제의 경화속도를 향상시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 형석은 토양 조성물용 경화제에 칼슘 및 나트륨 성분을 보충해 주어 경화시 반응속도를 향상시키고 부반응을 저감시킬 수 있다. 또한, 상기 형석은 토양 조성물의 표면을 매끄럽게 만들고 토양 조성물의 강도를 향상시킬 수 있다.
상기 형석으로는 콘월 지역에서 채취된 블루 존을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 형석은 분쇄되어 분말 형태로 사용되는 것이 바람직하며, 200메쉬(평면의 표준체에서 1인치 사이에 있는 눈수가 200개로, 눈의 크기는 74μm인 체) 크기의 입자가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 형석은 본 발명의 토양 조성물용 경화제 총 100wt%에 대하여, 10 내지 25wt%로 포함될 수 있다.
필요에 따라, 상기 토양 조성물용 경화제는 투명수성방수액을 더 포함할 수 있다. 상기 토양 조성물용 경화제가 투명수성방수액을 더 포함하는 경우, 그를 포함하는 토양 조성물의 표면 방수성을 보다 향상시킬 수 있다. 상기 투명수성방수액으로는 당업계에 공지된 것을 사용할 수 있다.
상기 토양 조성물용 경화제에 포함되는 물질 중 고체상으로 첨가되는 물질의 경우에는, 분쇄되어 분말상으로 혼합되는 것이 바람직하며, 200메쉬 균일한 크기의 입자가 선택되는 것이 바람직하다. 상기 고체상으로 첨가되는 물질의 크기가 작을수록 물에 잘 용해되므로, 수용성을 향상시키는 측면에서 고체상으로 첨가되는 물질의 크기는 작은 것이 바람직하나, 크기가 너무 작아지면 공중에 분포되어 실제 현장에서 사용하기 부적합한 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 토양 조성물용 경화제는 고체상일 수 있다. 보다 상세하게는, 분말형 또는 겔형일 수 있다. 상온중 방치되었을 시 겔 형태일 수 있으며, 이를 흔들면 분말 형태가 될 수 있다. 토양을 경화시키기 위해 사용할 때에는 흔들어 분말형으로 만든 후에 사용할 수 있다. 상기 분말형 또는 겔형일 수 있는 토양 조성물용 경화제는 이동성, 보관성 및 안정성이 뛰어나고, 수용성이므로 물에 녹여 토양에 처리하기 용이하다.
본 발명의 토양 조성물용 경화제는 콘크리트가 필요한 공사현장 주변의 다양한 천연 토양 골재인 흙을 경화시킬 수 있어, 충분한 강도를 갖는 토양 조성물을 제조할 수 있다. 상기 토양 조성물이 건축소재로 이용되는 경우, 공사에 드는 시간 및 비용을 저감시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제올라이트는 양이온 교환 특성을 갖는 수용성의 결정질 입자로, 상기 특성을 통해 토양 조성물의 경화시 수화물성을 극대화시켜 경화 진행 방향에 따라 압축진공상태의 공기층을 형성시킬 수 있다. 이를 통하여, 제조되는 토양 조성물의 열전도율을 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 제올라이트는 토양 조성물의 토양에 포함된 칼슘 이온과 마그네슘 이온을 나트륨 이온으로 교환시킬 수 있다. 본 발명의 토양 조성물은 나트륨 함량이 증가함에 따라 알칼리성을 띄게 되고, 이는 토양 조성물용 경화제에 포함되는 자연친화적 식물성 소재와 함께 작용하여 탈취 및 중화작용을 극대화시킬 수 있다.
상기 제올라이트는 입자크기 150 내지 250메쉬, pH 6 내지 12인 입자들의 집합체인 분말형태로 본 발명의 토양 조성물에 포함될 수 있다. 바람직하게는, 입자크기 200 내지 250메쉬의 입자들의 집합체인 분말형태로 포함될 수 있다. 상기 제올라이트는 천연재료로, 중금속 검출 시험을 통과한 규격화된 것이 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 토양은 점토질, 실트질, 모래 및 자갈 등을 포함할 수 있으며, 종래 시멘트 콘크리트에서는 골재로 이용하지 않는 입자크기 5mm 이하의 미립자 토양인 흙을 주성분으로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 토양은 토성에 따라 여러 가지 토양형태를 취할 수 있으며, 예를 들면, 마사토, 백토, 황토, 고령토, 점성토 및 기질토를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제조비용 및 제조시간을 절감시키는 측면에서, 건설현장에서 취득할 수 있는 일반적인 현지토양이 선택되는 것이 바람직하다.
상기 토양은 미세 모래를 포함할 수 있다. 통상 콘크리트 제조 시 골재로 이용되는 모래의 입자는 5 내지 25mm인데, 상기 미세 모래는 입자크기 5mm 이하인 모래를 의미한다. 상기 미세 모래는 건설폐기물로부터 발생된 것일 수 있다. 상기 토양이 건설폐기물로부터 발생된 미세 모래를 포함하는 경우, 건설폐기물의 재활용률을 향상시킬 수 있어 친환경적이고 저비용인 토양 조성물을 제조할 수 있다. 또는, 상기 미세 모래는 사막지역의 모래를 5mm 체로 걸러 얻은 것일 수 있다. 사막지역에서 토목구조물 및 건축물의 시공 시에, 사막지역의 미세 모래를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양 조성물을 포함하는 경우, 골재 수급의 어려움으로 인한 문제가 경감될 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 토양 조성물의 강도 및 단열 효과를 향상시키는 측면에서, 상기 토양은 황토를 포함할 수 있다. 황토는 친환경소재로 습도 조절, 탈취, 항균 효과를 가지며, 축열효과가 뛰어나다. 또한, 본 발명의 토양 조성물이 황토를 포함하는 경우, 붉은 빛을 나타내도록 색상이 조절될 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 토양 조성물의 색상을 조절하는 측면에서, 상기 토양은 백토를 포함할 수 있다. 본 발명의 토양 조성물이 백토를 포함하는 경우, 흰 빛을 나타내도록 색상이 조절될 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 토양 조성물의 강도를 향상시키는 측면에서, 상기 미립자 토양을 주성분으로 포함하는 토양은 모래, 자갈 및 쇄석으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 모래, 자갈 및 쇄석은 종래 모르타르 또는 콘크리트를 만들기 위하여 골재로 이용되는 것으로, 입자크기 5 내지 25mm 일 수 있다. 상기 모래, 자갈 및 쇄석으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나는 석영, 운모, 각섬석, 휘석, 자철석 및 화산유리 등이 함유된 것일 수 있다. 상기 모래, 자갈 및 쇄석으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나가 본 발명의 토양 조성물에 포함되는 경우, 큰 토양 입자는 작은 미세 입자들의 결합을 원활하게 하기 위한 표면적 확대 역할을 하고, 또한 균일한 성분의 입자 크기와 무게 중심을 갖는 자체 물성으로 강도의 저감을 보완해주게 되므로, 이를 통하여, 토양 조성물의 강도를 보다 향상시킬 수 있다.
상기 모래, 자갈 및 쇄석으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 함량은 특별히 한정되지는 않으며, 토양 조성물에 포함되는 토양에 따라 적절히 배합하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 미세 모래를 주성분으로 포함하는 본 발명의 일 실시예에서는, 토양 100wt%에 대하여 30 내지 80wt%로 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 시멘트는 공지된 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면 포틀랜드 시멘트를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 포틀랜드 시멘트는 주성분인 석회, 실리카, 알루미나 및 산화철을 함유하는 원료를 적당한 비율로 충분히 혼합하고, 그 일부가 용융하여 소결된 클링커에 응결조절제로 석고를 첨가한 후 미분쇄하여 분말로 만든 통상의 시멘트 형태로, 전 세계에서 콘크리트, 모르타르, 스투코와 그라우트 등의 기본 재료로 널리 사용된다.
상기 토양 조성물용 경화제, 상기 제올라이트, 상기 토양, 상기 시멘트 및 물을 혼합하여 본 발명의 단열 성능이 향상된 토양 조성물을 제조할 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 제올라이트, 상기 토양 및 상기 시멘트를 혼합하여 토양 및 시멘트를 포함하는 분말상 혼합물을 제조하고, 상기 토양 조성물용 경화제를 소량의 물에 용해시켜 경화액을 제조한 후, 상기 분말상 혼합물과 상기 경화액을 혼합하여 슬럼프를 유지하며 물을 더 첨가하여 본 발명의 토양 조성물을 제조할 수 있다.
본 발명의 토양 조성물에서, 상기 제올라이트는 상기 분말상 혼합물 100wt% 에 대하여 5 내지 40wt%로 포함될 수 있다. 상기 제올라이트의 함량이 5 wt% 미만으로 포함되는 경우에는 제올라이트의 첨가로 인한 향상된 단열 효과를 나타내지 못할 수 있고, 40wt% 초과로 포함되는 경우에는, 단열 성능은 향상되지만 혼합물의 믹싱타임(Mixing time)이 늘어나 제조 비용이 증가하고, 방수성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제올라이트는 상기 분말상 혼합물 100wt% 에 대하여 10 내지 30wt% 함량으로 포함될 수 있다.
본 발명의 토양 조성물에서, 상기 토양은 상기 분말상 혼합물 100wt% 에 대하여 30 내지 80 wt%로 포함될 수 있다. 상기 토양의 함량이 30wt% 미만으로 포함되는 경우에는 제조되는 토양 조성물 내 시멘트의 함량이 높아져 제조비용이 상승하는 문제가 있을 수 있고, 80wt% 초과인 경우에는 제조되는 토양 조성물 내 시멘트의 함량이 낮아져 고강화(콘크리트화)에 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 토양 조성물에서, 상기 토양은 황토를 포함할 수 있다. 상기 황토의 함량은 특별히 한정되지는 않으나 제올라이트의 함량에 따라 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제올라이트가 상기 분말상 혼합물 100wt%에 대하여 5 내지 10wt% 로 포함되는 경우에는 황토는 1 내지 3 wt%로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제올라이트가 상기 분말상 혼합물 100wt%에 대하여 10 내지 20wt% 로 포함되는 경우에는 황토는 3 내지 5 wt%로 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제올라이트가 상기 분말상 혼합물 100wt%에 대하여 20 내지 30 wt% 로 포함되는 경우에는 황토는 5 내지 8 wt%로 포함될 수 있다.
본 발명의 토양 조성물에서, 상기 시멘트의 함량은 특별히 한정되지는 않으나 상기 분말상 혼합물 100wt% 에 대하여 15 내지 30 wt%로 포함될 수 있다. 상기 시멘트의 함량은 제조비용 및 환경적 측면에서 낮을수록 바람직하나, 15wt% 미만인 경우에는 제조되는 토양 조성물의 압축강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 시멘트의 함량은 제조되는 토양 조성물의 강도를 향상시키는 측면에서 높을수록 바람직하지만, 30wt% 초과인 경우에는 토양 조성물의 제조에 있어 본 발명이 의도하는 친환경 및 제조비용 절감 효과가 저감될 수 있다.
본 발명의 토양 조성물에서, 상기 토양 조성물용 경화제는 상기 분말상 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 0.1중량부의 함량으로 첨가될 수 있다. 상기 토양 조성물용 경화제가 0.01 중량부 미만으로 첨가되는 경우 토양입자와의 반응이 저하되어 토양 조성물의 압축강도가 저감되는 문제가 발생할 수 있고, 0.1 중량부 초과로 첨가되는 경우 토양 조성물의 제조비용이 상승하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 토양 조성물에 포함되는 물의 함량은 선택된 토양의 종류, 함량 및 제올라이트의 함량에 따라 조절될 수 있으며, 특별히 한정되지는 않으나 상기 분말상 혼합물 100중량부를 기준으로 20 내지 45 중량부로 포함될 수 있다. 본 발명의 토양 조성물에 포함되는 제올라이트의 함량이 증가할수록 상기 물의 함량 또한 상기 범위내에서 증가하는 것이 바람직하다.
필요에 따라, 본 발명의 토양 조성물은 첨가제를 더 포함하여 제조될 수 있다. 상기 첨가제는 당업계에서 시멘트 및 콘크리트 제조시 통상적으로 첨가되는 물질, 토양 입자간 결합력을 상승시키는 물질 및 제조되는 토양 조성물에 기능성을 부여하는 물질로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나가 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 토양 조성물은 혼화제, 안료 등을 더 포함하여 제조될 수 있다. 상기 첨가제로 인하여 변경되는 토양 조성물의 배합 비율은 당업자가 통상의 지식에 근거하여 조절할 수 있다.
본 발명의 토양 조성물은 열전달율이 저감되어 단열 성능이 우수하므로, 단열재로 이용되기에 적합하다. 상기 단열재는, 예를 들면, 드라이비트, 모르타르, 단열용 블록, 단열용 보드 또는 단열 바닥재 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 토양 조성물은 난연 및 내화 성능이 우수하여 화재사고에 안전하다.
또한, 본 발명의 토양 조성물은 토양입자간 접착력이 뛰어나므로, 우수한 강도를 가질 수 있다. 또한, 미세 토양 입자를 응집시키므로, 입자사이 공극률이 저감되어 우수한 크랙방지기능 및 방수성을 가질 수 있다. 이를 통하여, 건축 및 토목 분야에서 종래의 시멘트 콘크리트를 대체하여 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 토양 조성물은 인체에 유해한 성분을 포함하지 않고, 식물성 성분을 포함하여 제조되므로 친환경적이며, 악취 원인 물질을 탈취시키므로 주거용도 건축소재 등으로 이용되기에 적합하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 본 발명을 하기 실시예 및 비교예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
[제조예 1 내지 8] 토양 조성물용 경화제의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량(wt%)으로 토양 조성물용 경화제를 제조하였다. 생산화마그네슘, 염화제2철, 에틸렌글리콜 및 투명수성방수액은 액상으로 혼합되고, 상기 생산화마그네슘, 염화제2철, 에틸렌글리콜 및 투명수성방수액을 제외한 다른 성분은 분말상태로 혼합되었다. 분말상태 혼합물은 제트믹서기로 분쇄한 후 혼합되고, 상기 분말상태 혼합물과 액상 혼합물을 혼합하여 토양 조성물용 경화제를 제조하였다. 참고로, 제조예 1 내지 6은 본 발명에 따른 토양 조성물용 경화제에 해당한다.
토양 조성물용 경화제 구성함량(wt%)
제조예1 제조예2 제조예3 제조예4 제조예5 제조예6 제조예7 제조예8

양 조성물용






NH4Cl 15.0 15.0 14.0 14.0 17.0 14.0 22.0 22.0
MgCl2 15.0 15.0 14.0 14.0 17.0 14.0 22.0 22.0
CaCl2 11.0 11.0 10.0 8.0 13.0 10.0 20.0 20.0
NaCl 7.0 7.0 7.0 6.0 8.0 7.0 11.0 11.0
MgO 5.5 5.5 5.5 6.0 5.0 5.5 7.0 7.0
Ethylene Glycol 5.5 5.5 5.5 6.0 5.0 5.5 8.0 -
FeCl3 3.0 3.0 3.0 2.0 3.0 3.0 5.0 5.0
목재분말 38.0 - 19.0 22.0 12.0 - - 8.0
커피분말 - 38.0 - - - 18.0 - -
형석분말 - - 18.0 19.0 16.0 19.0 - -
투명수성방수액 - - 4.0 3.0 4.0 4.0 5.0 5.0
합 계 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
[비교예 1]
5mm 체로 거른 마사토 1,080kg, 황토 60kg, 시멘트 340kg을 혼합교반한 후, 제조예 1의 토양 조성물용 경화제 1kg을 물 245L 에 첨가하여 제조한 용액을 상기 토양 및 시멘트 혼합물에 첨가하여 혼합하였다. 슬럼프 9cm를 유지하며 배합하여 토양 조성물을 제조하였다.
[비교예 2 내지 10]
하기 표 2에 나타낸 바와 같은 성분, 함량 및 슬럼프 조건으로 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 토양 조성물을 제조하였다. 참고로, 표 2에 기재된 모든 사용재료의 중량은 토양 조성물 1m3에 대한 기건중량이다.
[비교예 11]
토양 조성물용 경화제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 토양 조성물을 제조하였다.
[비교예 12]
본 발명의 토양 조성물용 경화제 대신 일반혼화제인 알칼리프리계(ROADCON-LF5000:저자극성 고강도용 액상급결제)를 1.7kg 사용하고, 첨가제로 FLY-ASH(규사성분인 알카리성 실리카로 SiO2, Al2, O2, FeO2로 구성된 MULLITE, QUARTZ 및 MAGNETITE의 혼합물) 0.7kg을 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 토양 조성물을 제조하였다.
사용재료의 성분 및 중량(kg) 슬럼프
(cm)
세골재
(5mm 이하)

왕사
(5~25
mm)
시멘트 토양 경화
조성물
첨가제
종류1 함량 종류2 함량 종류 함량 종류 함량
비교예1 마사토 1,080 황토 60 - 340 제조예1 1 - - 245 9
비교예2 마사토 1,080 황토 60 - 340 제조예2 1 - - 245 9
비교예3 마사토 1,080 황토 60 - 340 제조예3 1 - - 245 9
비교예4 마사토 1,080 황토 60 - 340 제조예4 1 - - 245 9
비교예5 마사토 1,080 황토 60 - 340 제조예5 1 - - 245 9
비교예6 마사토 1,080 황토 60 - 340 제조예6 1 - - 245 9
비교예7 점토 890 - - 130 340 제조예3 1 - - 245 10
비교예8 고령토 1,080 - - - 300 제조예3 1 - - 245 9
비교예9 마사토 1,080 황토 60 - 340 제조예7 1 - - 245 9
비교예10 마사토 1,080 황토 60 - 340 제조예8 1 - - 245 9
비교예11 마사토 1,080 황토 60 - 340 - - - - 245 9
비교예12 마사토 1,080 황토 60 - 340 알칼리프리계 1.7 FLY-
ASH
0.7 245 9
[실시예 1]
5mm 체로 거른 마사토 720kg, 시멘트 300kg 및 제올라이트 280kg을 혼합교반하여 분말상 혼합물을 제조한 후, 상기 제조예 3의 토양 조성물용 경화제 1kg을 물 349L 에 첨가하여 제조한 용액을 상기 분말상 혼합물에 첨가하여 혼합하였다. 슬럼프 9cm를 유지하며 배합하여 토양 조성물을 제조하였다.
[실시예 2 내지 6, 비교예 13 및 비교예 14]
하기 표 3에 나타낸 바와 같은 성분, 함량 및 슬럼프 조건으로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 토양 조성물을 제조하였다. 참고로, 하기 표 3에 기재된 모든 사용재료의 중량은 토양 조성물 1m3에 대한 기건중량이다.
사용재료의 성분 및 중량(kg) 슬럼프
(cm)
세골재
(5mm 이하)
왕사
(5~25
mm)
시멘트 제올라이트 토양경화조성물
종류1 함량 종류2 함량
실시예1 마사토 720 - - - 300 280 1 349 9
실시예2 마사토 600 - - 120 300 280 1 349 9
실시예3 마사토 720 황토 60 - 300 280 1 351 10
실시예4 마사토 720 황토 10 - 300 50 1 341 9
실시예5 마사토 720 황토 20 - 300 180 1 346 9
실시예6 마사토 325 - - 320 325 450 1 358 9
비교예13 마사토 720 - - - 300 30 1 331 9
비교예14 - - - - 1,000 360 - - 298 9
[시험예]
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 토양 조성물의 특성을 측정하고 그 결과를 하기 표 4 및 표 5에 나타내었다. 표준공시체를 사용하였으며, 재령 28일 시험체를 사용하였다.
1. 압축강도 측정
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 14를 대상으로 압축강도를 측정하였다. 압축강도는 KS F 2405 : 2010 법을 이용하여 측정하고, 측정된 강도는 하기 표 4에 나타내었다.
2. 휨강도 측정
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 14를 대상으로 휨강도를 측정하였다. 휨강도는 KS F 2408 : 2010 법을 이용하여 측정하고, 측정된 강도는 하기 표 4에 나타내었다.
3. 열전도율 측정
실시예 1 내지 6, 비교예 3 및 비교예 13 내지 14를 대상으로 열전도율을 측정하였다. 열전도율은 평균온도 20±3℃에서 KS L 9016 : 2010 평판열류계법을 이용하여 측정하고, 측정된 결과는 하기 표 5에 나타내었다.
구분 압축강도(MPa) 휨강도(MPa)
실시예1 24.3 3.9
실시예2 24.7 4.0
실시예3 23.8 3.8
실시예4 22.8 3.7
실시예5 23.6 3.8
실시예6 26.8 4.3
비교예1 24.5 4.0
비교예2 24.2 3.9
비교예3 27.3 4.6
비교예4 26.7 4.3
비교예5 25.6 4.1
비교예6 25.2 4.1
비교예7 22.8 3.7
비교예8 25.6 4.1
비교예9 5.7 0.9
비교예10 19.8 3.2
비교예11 22.3 3.6
비교예12 21.8 3.5
비교예13 24.3 3.9
비교예14 21.0 3.4
상기 표 4를 참고하면, 본 발명의 토양 조성물용 경화제를 포함하는 실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 8 및 비교예 13은 최저 22.8, 최고 27.3MPa에 이르는 높은 압축강도 및 최저 3.7, 최고 4.6MPa에 이르는 높은 휨강도를 가지는 것을 확인할 수 있다. 건축소재 등으로 이용되는 콘크리트에 있어 통상 요구되는 압축강도는 20MPa으로, 상기 실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 8 및 비교예 13의 경우는 종래의 콘크리트를 대체하여 포장재나 구조용으로 활용하여도 문제가 없는 우수한 강도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 토양 조성물용 경화제를 포함하지 않는 비교예 9 내지 12의 경우는 실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 8 및 비교예 13에 비해 낮은 압축강도 및 휨강도를 가지는 것을 확인할 수 있다. 경화제 및 혼화제를 포함하지 않는 9는 매우 낮은 강도를 가지는 것으로 나타났으며, 본 발명의 경화제 대신 알칼리프리계 혼화제를 포함하는 비교예 10과, 커피, 목재 또는 에틸렌글리콜을 포함하지 않는 비교예 11 및 비교예 12도본 발명의 토양 조성물용 경화제를 포함하는 실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 8 및 비교예 13에 비해 낮은 강도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
비교예 14는 통상 이용되는 시멘트 콘크리트의 조성으로 제조된 것이다. 21.0MPa의 압축강도 및 3.4MPa의 휨강도를 나타냈다.
구분 열전도율(W/mK)
실시예1 0.145
실시예2 0.158
실시예3 0.182
실시예4 0.339
실시예5 0.220
실시예6 0.098
비교예3 0.478
비교예13 0.419
비교예14 0.999
상기 표 5를 참고하면, 토양 조성물용 경화제 및 제올라이트를 포함하는 본 발명의 토양 조성물인 실시예 1 내지 6은 최저 0.098, 최고 0.339W/mK에 이르는 열전도율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
토양 조성물용 경화제만을 포함하는 비교예 3의 열전도율은 0.478W/mK로, 토양 조성물용 경화제와 제올라이트를 모두 포함하지 않는 일반 시멘트 콘크리트인 비교예 14와 비교하면 열전도율이 저감되었으나, 본 발명의 단열 성능이 향상된 토양 조성물에 비해 여전히 높은 열전도율을 나타냈다.
비교예 13은 제올라이트의 함량이 토양, 시멘트 및 제올라이트를 포함하는 분말상 혼합물의 5wt% 미만으로 포함됨으로써 단열 효과가 저감되어, 본 발명의 단열 성능이 향상된 토양 조성물에 비해 여전히 높은 열전도율을 나타냈다.
본 발명의 단열 성능이 향상된 토양 조성물인 실시예 1 내지 6은, 수급이 어려운 굵은 모래 또는 자갈을 대체하여 건설 현장 주변에서 채취되는 모든 성분의 현지 토양을 골재로 사용할 수 있으며, 우수한 강도를 가지므로 종래의 콘크리트를 대체하여 사용될 수 있다. 또한, 우수한 단열 성능을 가지므로, 난방비 절감을 위한 주거용도 건축 구조물의 건축 및 보수에 사용되기 적합하다.

Claims (13)

  1. 염화물과 무기산화물의 혼합물 및 에틸렌글리콜을 포함하고, 커피의 열매를 분쇄하여 얻은 분말 및 1,000 내지 1,500m 고산지대의 사목을 추가로 포함하는 토양 조성물용 경화제;
    제올라이트;
    토양;
    시멘트; 및
    물을 포함하며,
    상기 염화물과 무기산화물의 혼합물은 염화암모늄, 염화마그네슘, 염화칼슘, 염화나트륨, 생산화마그네슘 및 염화제2철을 포함하고,
    상기 토양 조성물용 경화제는 경화제 총 100wt%에 대하여, 형석을 10 내지 25wt%로 더 포함하며,
    상기 제올라이트, 토양 및 시멘트는 분말상 혼합물로 포함되되, 상기 분말상 혼합물은 제올라이트 5 내지 40wt%, 토양 30 내지 80wt% 및 시멘트 15 내지 30wt%로 포함하고,
    상기 분말상 혼합물 100 중량부에 대하여 토양 조성물용 경화제가 0.01 내지 0.1중량부, 물이 20 내지 45 중량부로 각각 포함되는 것을 특징으로 하는 단열 성능이 향상된 토양 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 토양 조성물용 경화제는 투명수성방수액을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 성능이 향상된 토양 조성물.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서, 상기 토양은 황토를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 성능이 향상된 토양 조성물.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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