KR101908715B1 - 화강암, 석탄재 및 현무암을 활용한 건축자재 제조방법 및 건축자재 - Google Patents

화강암, 석탄재 및 현무암을 활용한 건축자재 제조방법 및 건축자재 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 종이 죽에 흙을 혼합하여 베이스재료를 만들고 상기 베이스재료에 화강암, 석탄재 및 현무암을 첨가하여 혼합재료를 만든 후, 상기 혼합재료를 가공체로 성형하고 소성하여 건축자재를 제조함으로써, 우수한 강도를 가지며 겉면에 다양한 색상이 표현될 수 있는 화강암, 석탄재 및 현무암을 포함하는 건축자재 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

화강암, 석탄재 및 현무암을 활용한 건축자재 제조방법 및 건축자재{Building material using granite, cinder and basalt and Manufacturing method thereof}
본 발명은 화강암, 석탄재 및 현무암을 활용한 건축자재 제조방법 및 건축자재에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 종이 죽에 흙을 혼합하여 베이스재료를 만들고 상기 베이스재료에 화강암 및 현무암을 첨가하여 건축자재를 제조함으로써 우수한 강도를 가지며 겉면에 다양한 색상이 표현될 수 있도록 하고, 상기 베이스재료에는 석탄재를 더 첨가하여 화강암과 현무암으로 이루어진 혼합재료의 고온 소성을 가능하게 하여 고품질의 자기로 제작이 가능하도록 하면서 산업 폐기물의 매립으로 인한 환경문제를 해결할 수 있는 화강암, 석탄재 및 현무암을 활용한 건축자재 제조방법 및 건축자재에 관한 것이다.
화강암 및 현무암은 우리나라 전국토의 약 50%를 이루는 것으로서, 건축자재로 사용하기 위해서는 원석을 절단장치로 슬라이스(slice)하게 되는데, 재료의 특성상 무겁고 작은 규격으로 제작하기 어려우며, 겉면의 색상이 한정되어 단조로운 색감을 가지는 단점이 있다.
이러한 화강암 및 현무암은 가공공장에서 절단 또는 연마할 때 상당량의 슬러지(sludge)가 발생된다. 통상 가공공장에서 발생하는 슬러지의 양은 가공제작에 투입되는 원석의 1/3 이상이며 가공시 소비되는 물의 양도 최종 석재제품의 약 20~30배로서 많은 양의 부산물이 발생하게 된다.
특히, 상기 화강암 및 현무암 슬러지는 유익한 성분이 포함되어 있음에도 불구하고 특정폐기물로 분류하여 폐기하게 되는데, 이때 위탁처리 하여 폐기하는 경우 톤당 5 내지 10만원의 고비용이 발생되므로, 일부 가공공장에서는 슬러지를 폐기하지 않고 주변에 그대로 방치하거나 야적하여 환경을 훼손 및 오염시키는 경우가 많아 민원의 대상이 되고 있다.
그리고, 산업시설에서 배출되는 석탄재는 특정폐기물로 분류하여 폐기하도록 되어 있으나 매립시설이나 처리시설이 충분히 마련되어 있지 않는 실정이다. 최근에는 산업폐기물 처리를 위하여 바지선을 이용하여 갯벌 등이 있는 서해안으로 옮겨와 매립하는 것이 추진되고 있는데, 이는 고비용이 들뿐만 아니라 매립을 위한 이송단계에서 오염된 물의 배수로 인해 중금속이 무방비상태로 바다로 흘러 들어가면서 환경오염을 가중시키는 원인이 될 수 있다.
따라서, 상기의 화강암, 현무암 슬러지와 산업시설에서 배출되는 폐기물을 건축자재로 재활용하면 경제적인 가치뿐만 아니라 슬러지의 매립량과 화학발전 폐기물의 처리량을 크게 줄일 수 있는 바, 이에 대한 새로운 방안이 요구된다.
국내특허공개공보 제10-2003-0083981호
본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 건축자재의 강도를 높이고 겉면에 다양한 색상이 표현될 수 있도록 하면서, 화강암과 현무암의 절단 및 연마과정에서 발생하는 상당량의 슬러지를 원재료로 재활용할 수 있도록 하고, 산업폐기물인 석탄재를 첨가하여 발전소 주변에 폐기매립 처리되고 있는 자원을 재활용할 수 있도록 함으로써, 고온 소성이 가능하여 고품질의 자기로 제작이 가능하도록 하면서 폐기물 매립으로 인한 환경문제를 해결할 수 있는 화강암, 석탄재 및 현무암을 활용한 건축자재 제조방법 및 건축자재를 제공하는데 주된 목적이 있다.
본 발명에 의한 화강암, 석탄재 및 현무암을 활용한 건축자재 제조방법은, 종이 1 내지 40중량% 및 물과 흙의 혼합물 60 내지 99중량%를 혼합하여 베이스재료를 마련하는 1차 혼합단계; 상기 베이스재료 100중량부에 대하여, 10 내지 50중량부의 화강암 미분, 5 내지 30중량부의 현무암 미분 및 20 내지 30중량부의 석탄재를 혼합하여 혼합재료를 마련하는 2차 혼합단계; 상기 혼합재료를 일정 형상의 가공체로 성형하는 단계; 및 상기 가공체를 850 내지 1300℃에서 소성하는 단계; 를 포함하며, 상기 2차 혼합단계는, 화강암 슬러지를 침전조에 넣고 10 내지 24시간 동안 침전시키고 상기 침전조에서 상등액을 제거한 후 상기 침전조 하부에 가라앉은 화강암 침전물을 채취하고 건조하여 화강암 미분을 수득하여 상기 베이스재료에 혼합하는 단계; 및 현무암 슬러지를 침전조에 넣고 10 내지 24시간 동안 침전시키고 상기 침전조에서 상등액을 제거한 후 상기 침전조 하부에 가라앉은 현무암 침전물을 채취하고 건조하여 현무암 미분을 수득하여 상기 베이스재료에 혼합하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 1차 혼합단계는, 물에 종이 50 내지 99중량%를 풀어 5분 내지 1시간 교반시키고 체에 통과시켜 종이 죽을 만든 후, 상기 종이 죽에 흙 1 내지 50중량%를 혼합하고 건조하여 베이스재료를 마련할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 베이스재료는 종이 죽을 먼저 건조한 후 가루로 된 흙을 혼합하여 마련될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 베이스재료는 종이 죽에 묽은 흙을 먼저 혼합한 후 건조하여 마련될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 1차 혼합단계는, 상기 베이스재료에 안료를 첨가하여 색상을 부여하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 소성단계 이후에 상기 가공체 표면에 유약을 도포하여 2차 소성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명에 의한 건축자재는 상기 제조방법 중 하나에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 화강암 및 현무암 가공공정에서의 절단 및 연마과정에서 폐자재로 버려지는 상당량의 화강암, 현무암 슬러지를 자원화하여 건축자재의 원료로 재활용함으로써, 자원의 낭비 및 환경파괴를 막을 수 있고 원자재 구입비용을 줄여 건축자재의 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 실시 예의 건축자재는, 주재료가 자연재료인 흙, 종이 및 화강암 및 현무암으로 이루어지므로 유해성이 차단된 친환경제품이면서 자연스러운 질감을 가질 뿐만 아니라, 겉면을 다양한 색상으로 표현할 수 있어서 제품의 부가가치를 높일 수 있는 효과가 있다. 이때, 상기 종이는 바람직하게 폐지를 사용하며, 이에 생산비를 저감하고 자원재활용 효과를 더 높일 수 있다.
또한, 본 실시 예의 건축자재는, 산업폐기물이 포함됨으로써 산업시설 주변에 폐기매립 처리되고 있는 자원을 재활용하여 자원의 낭비 및 폐기물 매립으로 인한 환경문제를 해결할 수 있으며, 고온 소성이 가능하게 하여 고품질의 자기, 타일 및 벽돌 등으로 제작이 가능하도록 하여 건축자재의 내구성 및 강도를 높일 수 있는 효과가 있다. 특히, 산업시설 폐기물의 석탄재는 가벼운 물질이므로 주성분으로 사용시 기존의 골재에 비해 경량의 골재를 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 건축자재를 제조할 때, 유약을 사용하지 않고도 제품의 광택 및 강도를 일정 수준으로 유지할 수 있어 유약이 갖는 유해성을 차단할 수 있으며, 저온에서 소성을 한번만 하여 제품을 완성할 수 있으므로 소성공정에 필요한 인건비와 연료비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건축자재 제조방법을 순서대로 나타낸 플로우 차트(Flow chart)이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 건축자재 제조방법에 의해 제조된 화강암-현무암 도자기질 타일의 KS 규격에 따른 꺽임강도를 나타낸 시험성적서이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건축자재 제조방법에 의해 제조된 경량골재의 특성을 나타낸 시험성적서이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건축자재 제조방법에 의해 제조된 경량골재의 KS 규격에 따른 유해성 실험결과를 나타낸 시험성적서이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건축자재 제조방법을 순서대로 나타낸 플로우 차트이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 건축자재 제조방법은, 베이스재료를 마련하는 1차 혼합단계(S10); 화강암, 석탄재 및 현무암을 포함하는 혼합재료를 마련하는 2차 혼합단계(S20); 가공체를 성형하는 단계(S30); 및 가공체를 소성하는 단계(S40); 를 포함한다.
상기 1차 혼합단계는, 종이 1 내지 40중량% 및 물과 흙의 혼합물 60 내지 99중량%를 혼합하여 베이스재료를 마련하는 것이다(S10). 상기 1차 혼합단계는 먼저 종이 죽을 제작하고, 상기 종이 죽에 흙을 투입하여 예컨대 베이스재료인 페이퍼 클레이(paper clay)를 제작한다. 이때, 전분류, 곡류 및 CMC(carboxymethyl cellulose) 등의 재료로 된 풀을 첨가할 수 있다. 본 발명은 베이스재료의 주 성분이 종이와 흙이므로 재료비가 매우 저렴해진다. 또한, 종이죽은 화강암 미분과 화력발전 폐기물의 결합력을 높여주고 후술하는 소성 후에도 종이의 느낌을 발현하여 심미감을 높일 수 있다.
이때, 상기 흙의 함량이 1중량% 미만이면 가소성이 저하될 수 있고, 상기 흙의 함량이 40중량%를 초과하면 상기 종이의 함량이 상대적으로 작아져 소성 후 제품에 균열이 발생되거나 화강암 슬러지 및 현무암 슬러지와의 혼합단계에서 점성이 부족하여 성형이 용이하지 않을 수 있으며, 또는 안료를 첨가하는 경우 완성된 건축자재 표면에 색상이 고르게 표현되지 않는 문제가 있을 수 있다.
이때, 상기 흙은 예컨대 황토, 잡토, 청자토, 옹기토, 백토 및 점토 등이 사용될 수 있으며, 흙의 선택에 따라 베이스재료의 색상을 조절할 수 있다. 본 실시 예에서는 바람직하게 점토가 사용되며, 상기 점토는 지름이 0.002mm 이하인 미세한 자연상태의 흙 입자를 말한다. 또한, 상기 점토는 함수산화철과 무수산화철을 함유한 규토를 포함할 수 있고, 붉거나 또는 누런 빛깔을 띨 수 있으며, 우수한 항곰팡이 효과, 탈취효과 및 방열효능을 가진다. 또한, 상기 흙은 투입 전에 바람직하게 80 내지 150메쉬 정도로 분쇄하는 공정을 거칠 수 있다.
상기 베이스재료를 마련하는 단계에서, 상기 종이 죽을 제조하는 방법의 일례는 다음과 같다. 이때, 종이 죽의 주재료는 필요시 골판지, 신문지 및 광고전단지 등도 사용될 수 있으며, 본 실시 예에서는 롤 휴지를 재료로 하여 설명하기로 한다. 다만, 상기 종이는 생산비를 저감하고 자원재활용 효과를 더 높이기 위해 폐지를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 종이 죽은, 먼저 양동이와 같은 통에 따뜻한 물을 3/4 정도 채운 후 폐신문지 10장 를 넣고 교반봉을 끼운 전기드릴을 사용하여 5분 내지 1시간 정도 풀리도록 젓는 교반 과정에 의해 제조할 수 있다. 이때, 상기 교반 시간은 사용된 종이의 재질에 따라 적절히 조정될 수 있다.
또한, 상기 롤 (roll)휴지 2.5~5.0cm 정도로 잘게 찢어서 통에 조금씩 투입하며, 종이재질에 따라 물에 풀어지는 시간이 각각 다르므로 작업시간을 줄이기 위해서는 전체적으로 종이가 비슷한 섬유소 길이를 갖도록 한가지 종류의 종이를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 종이에 인쇄된 색상을 이루는 성분은 대부분 소성과정에서 타서 제거되므로 굳이 제거하지 않아도 된다. 이후, 상기 물에 풀어진 종이가 뭉글뭉글 풀어진 상태가 되면 체로 걸러 휴지를 따로 분리한다.
또한, 상기 과정에서, 필요시 상기 베이스재료에 안료를 첨가하는 단계를 더 수행할 수 있다. 상기 베이스재료에 안료를 첨가하면 첨가된 안료의 색상에 의해 상기 종이의 색상이 변경되고, 이는 완성된 건축자재에 원하는 색상을 부여하는 작용을 하게 된다.
다음으로, 상기 체를 통해 걸러진 휴지에 묽은 점토를 섞은 후 석고판 등에 올려 건조하여 베이스재료를 마련한다. 이때, 종이 죽을 먼저 건조하는 과정을 진행한 후 건조된 종이 죽에 고체 점토가루를 넣거나, 다른 예로서 종이 죽에 묽은 점토를 먼저 혼합한 후 이 혼합물을 건조하여 베이스재료를 마련할 수 있다.
다시 한 번 설명하면, 상기 1차 혼합단계는 물에 종이를 풀고 여기에 안료를 첨가하여 종이에 색상을 부여한 후에 체에 통과시켜 종이 죽을 만들고, 상기 종이 죽을 건조한 후에 상기 물과 흙의 혼합물을 혼합하여 베이스재료를 마련할 수 있다.
상기 2차 혼합단계는, 상기 베이스재료 100중량부에 대하여, 10 내지 50중량부의 화강암 미분, 20 내지 30중량부의 석탄재 및 5 내지 30중량부의 현무암 미분를 혼합하여 혼합재료를 마련하는 것이다(S20). 이때, 상기 화강암 미분의 함량이 10중량부 미만이면 건축자재의 강도가 저하되고 수축율도 증가되어 소성 후 제품에 균열이 발생할 수 있으며, 상기 화강암 미분의 함량이 50중량부를 초과하면 가소성 성형이 용이하지 않은 문제가 발생할 수 있다.
상기 화강암 미분은 서로 뭉치지 않고 고온에도 견딜 수 있는 물질로서, 화강암 가공공정에서의 화강암 절단 및 연마과정에서 발생된 것을 사용하게 된다. 화강암 절단 및 연마과정에서는 미분이 발생하게 되는데, 본 실시 예에서는 화강암 절단 및 연마시 절단 및 연마되는 면에 물을 뿌리면서 작업을 하여 상기 화강암 미분이 물에 혼합되면서 슬러지가 되도록 한다.
이후, 이렇게 마련된 화강암 슬러지는 침전조에 넣고 약 10 내지 24시간 정도 놔두어 화강암 슬러지가 자체 무게에 의해 침전조 하부에 가라앉도록 하는 침전과정(S21)을 수행한다. 그리고, 상기 화강암 슬러지가 침전조 하부에 완전히 가라앉게 되면 상기 침전조 상부에 위치한 이물질과 상등액을 제거하고, 상기 침전조에서 상기 화강암 침전물을 채취한 후 건조하여 화강암 미분을 수득하게 된다(S22).
이때, 화강암 미분의 입자크기가 너무 크면 상기 베이스재료와 배합시 이물감이 생길 수 있으므로, 화강암 미분을 혼합시키기 전에 체에 거르는 과정을 진행할 수 있다. 이때, 체의 크기를 조절하여 바람직하게 80 메쉬(mesh) 이하, 더 바람직하게는 150 메쉬의 체를 통과한 미립자가 80% 이상 포함된 고른 입자의 화강암 미분을 골라내 사용할 수 있다.
또한, 상기 화강암 미분을 건조한 후 필요시 탈철 단계를 수행할 수 있다. 상기 탈철 단계는 탈철기에 건조된 화강암 미분을 통과시킴으로써 석재가공과정에서 유입될 수 있는 철분을 제거한다.
또한, 상기 탈철 단계를 거친 후, 필요시 가열단계를 수행할 수 있다. 상기 가열단계는 탈철을 마친 화강암 미분을 고온으로 가열함으로써 화강암에 포함되어 있는 미생물을 연소시켜 제거한다. 이때, 상기 가열 온도 및 시간은 특별한 제약은 없으나, 미생물이 제거될 수 있도록 충분한 가열이 필요하다.
이러한 화강암은 우리나라에 고르게 분포하고 있는데, 특히 포천산 화강암은 그 재질 및 특성이 우수해서 본 발명에 의한 건축자재 제조에 아주 적합하다.
석탄재는 산업시설에서 미분탄을 연소시킬 때 발생하는 폐가스 내에 포함되는 물질로서, 미분탄 연소시 공기 중에 날리는 것을 모은 플라이 애쉬(fly ash)와 바닥에 떨어지는 재인 보텀 애쉬(bottom ash)를 모아서 사용할 수 있다. 이 중 플라이 애쉬는 입자가 작은 분말 상태로 이루어지며, 건축자재 제조시 방수효과 및 강도를 높여주고 표면을 더 미끄럽게 해주는 효과가 있다. 상기 석탄재는 대체로 흰색을 띄지만 필요시 검은색을 띄는 것을 사용할 수도 있다.
본 발명에 사용되는 화강암은 밝은 회색의 석분으로 소성 후 흰색을 띄며, 현무암은 검정색을 띈다. 이에, 상기 화강암, 석탄재 및 현무암 슬러지의 함량을 조절하고 추가로 안료를 더 넣으면 여러 가지 색상의 표현이 가능해진다.
상기 석탄재는 1,700℃ 이상에서도 견딜 수 있는 물질로서, 가공체를 성형하기 위한 혼합물에 포함시 고온으로 소성이 가능하도록 함으로써 고품질의 자기로 된 제품을 제작할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 상기 석탄재에서 보텀 애쉬는 상기 플라이 애쉬 보다 입자의 크기가 커 예컨대 고운 모래 정도의 입자 크기를 가지며, 공기 중에 수분이 많을 때는 수분을 흡수했다가 건조해지면 다시 수분을 배출하는 작용을 하므로, 건축자재에 사용시 주변의 습도를 조절하는 용도로 활용될 수 있다. 본 발명에서는 소성 온도, 건축 자재의 특성 및 제조하고자 하는 건축 자재의 표면 질감 등을 고려하여 플라이 애쉬와 보텀 애쉬의 배합량이 적절히 조절될 수 있다.
이때, 상기 석탄재의 함량이 20중량부 미만이면 적정 수분량을 맞추어 후술하는 가공체로 성형하기 어렵고 건축 자재의 강도가 저하되며, 수축률이 증가되어 소성 후 제품에 균열이 발생할 수 있다. 또한, 상기 석탄재의 함량이 30중량부를 초과하면 가소성이 용이하지 않아 소성 후 제품의 경도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 베이스재료에는 필요시 화강암 미분 및 현무암 미분이 잘 분산되도록 분산제를 추가로 혼합할 수 있다. 상기 분산제는 예컨대 Sodium hexametaphosphate, Sodium silicate, Sodium tripolyphosphate 및 Starch 중 하나가 사용될 수 있다.
상기 현무암은 원적외선 방사 작용 및 체내의 중금속을 흡착, 분해하는 작용이 있어서 모세혈관을 확장하고 신진대사를 촉진시켜 피로회복, 피부질환 예방 효과 및 각종 성인병을 예방하는 효과를 제공하며, 음이온을 방출시켜 머리가 상쾌해지는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 상기 현무암은 강력한 항균성을 가지므로 아토피의 원인이 되는 진드기나 곰팡이의 번식을 억제하고, 강력한 흡착 및 탈취성을 가지므로 각종 불쾌한 냄새와 포름알데히드를 저감시키는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 상기 현무암은 방사능물질인 우라늄의 함량이 약 0.88ppm으로서, 염기성화성암, 화강암, 사암, 석회암, 안산암 및 셰일 등에 비해 현저히 적은 특성을 가진다.
이러한 현무암은 주성분으로서 이산화규소(SiO2)를 50% 정도 함유한다. 상기 이산화규소는 점성을 약하게 하고 유동성은 강하게 하는 특성이 있어서, 소성 후 건축자재의 강도를 더 높이고 균열이 생기는 것을 더 효과적으로 방지할 수 있다.
본 실시예의 2차 혼합 단계에서, 상기 현무암 미분의 함량이 5중량부 미만이면 현무암이 제공하는 효과가 제대로 구현되지 않으며, 상기 현무암 미분의 함량이 30중량부를 초과하면 점성이 너무 낮아져 소성 중에 가공체의 형태가 변형되거나 가공체 표면에 기포가 생기면서 부풀어 오르는 제품 불량이 발생할 수 있다.
이때, 상기 현무암 미분은 현무암 슬러지를 앞서 화강암 슬러지와 같이 침전 및 건조 공정을 거친 후 거름단계를 수행하여 미분으로 수득한 후 사용할 수 있다.
예컨대, 현무암 절단 및 연마시 절단 및 연마되는 면에 물을 뿌리면서 작업을 하여 상기 현무암 미분이 물에 혼합되면서 슬러지가 되도록 한 후, 이렇게 마련된 현무암 슬러지를 침전조에 넣고 약 10 내지 24시간 정도 놔두어 현무암 슬러지가 자체 무게에 의해 침전조 하부에 가라앉도록 하는 침전과정을 수행한다. 그리고, 상기 현무암 슬러지가 침전조 하부에 완전히 가라앉게 되면 상기 침전조 상부에 위치한 이물질과 상등액을 제거하고, 상기 침전조에서 상기 현무암 침전물을 채취한 후 건조하고 체에 거르는 과정을 수행하여 미분으로 수득할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 상기 베이스재료에 상기 화강암 미분, 상기 석탄재 및 상기 현무암 미분을 혼합하여 혼합물을 마련한다. 이때, 상기 베이스재료, 상기 화강암 미분, 상기 석탄재 및 상기 현무암 미분은 토련기 또는 손을 사용하여 반죽하게 되는데, 혼합이 잘 이루어지도록 상기 베이스재료에 상기 화강암 미분, 상기 석탄재 및 상기 현무암 미분을 각각 소량씩 여러 번에 나누어 투입하면서 반죽을 하게 된다.
또한, 이렇게 2차 혼합이 완료된 혼합물은 약 15℃에서 약 7일간 숙성이 이루어질 수 있으며, 이에 수분이 고루 분사되고 박테리아가 번식하여 성형성을 더 향상시킬 수 있다.
다음으로, 상기 화강암 혼합물을 몰드를 사용하여 예컨대 벽돌과 같은 블록 또는 도로나 화단에 사용되는 다양한 색상의 경계석과 실내외 장식용 타일과 같은 일정형상의 내장재나 도자기 조명 등의 형태로 된 가공체로 성형한다(S30). 이때, 상기 가공체는 필요시 화분, 생활자기 등으로 성형될 수도 있다.
다음으로, 상기 가공체를 가마에 넣고 850 내지 1300℃에서 6시간 내지 16시간 동안 소성하여(S40) 건축자재로 제조한다. 이때, 소성온도가 850℃ 미만이면 강도가 저하되고 수분에 취약한 문제가 발생할 수 있고, 소성온도가 1,280℃를 초과하면 제품 표면에 균열이 발생되며 형태 변형의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 필요시 석탄재의 함량을 조절하여 소성온도를 높일 수 있어서 고품질의 자기 생산이 가능해진다. 또한, 이러한 소성 공정에서 현무암은 녹으면서 접착제 성분이 되어 화강암 성분과 석탄재의 결합을 더 견고하게 함으로써, 제품의 강도가 더 향상되는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 상기 현무암은 소성 과정 중 녹을 때 유약의 효과로서 완성된 제품에 방수성을 향상시키는 효과가 있다.
이후, 필요시 상기 건축자재 표면에 유약을 바른 후 가마에서 한번 더 굽는 2차 소성단계를 더 시행할 수 있다. 상기 2차 소성은, 제품 표면의 광택 및 흡수율을 더 향상시키거나 강도를 더 높이는 등의 효과를 기대할 수 있다. 한편, 상기 유약은 건축자재의 색상을 변경하고자 하는 경우 유색 유약을 사용할 수 있으며, 상기 유색 유약을 사용하는 경우 1차 혼합단계에서 안료첨가를 하지 않는 것이 바람직하다.
일반적으로 소성 및 건조공정을 통해 제작되는 건축자재의 경우 균열이 발생하지 않고 건조 및 소성시 수축되지 않도록 하는 것이 이상적이다. 그러나, 통상 점토는 균일한 건조가 되지 않으면 쉽게 균열이 발생할 수 있고, 종이는 견고함이 부족하고 열에 취약한 단점이 있으며, 화강암은 고온소성이 가능하지만 단독으로 원하는 형태의 성형이 불가능한 문제가 있다.
본 실시 예에 의해 제조된 건축자재는, 종이에 부여된 색상에 의해 건축자재의 색상이 결정되는 것이고, 화강암 미분 성분에 의해 소성 온도에 비교적 덜 민감하여 가소성이 우수하고 소성 후 일반적인 점토보다 수축이 덜 발생되며, 건축자재의 강도를 크게 향상시킬 수 있다.
그리고, 수축율을 비교해 보면, 미국산 페이퍼 클레이 제품의 경우 14.5%이고, 대원 A 제품의 경우 13~15%이고, 대원 B 제품의 경우 18~20%인데 대하여, 본 실시예의 화강암 슬러지를 포함하는 건축자재의 경우 수축율이 10 내지13%로 기존 제품에 비해 상대적으로 수축이 덜 발생되어 균열 또한 쉽게 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
또한, 화강암 미분 성분에 의해 예컨대 규소모래 등을 첨가하지 않고도 건축자재의 강도를 일정수준으로 높일 수 있고, 흙과 화강암 미분 성분에 의해 건축자재의 내열성을 높일 수 있으며, 흙과 종이 성분에 의해 건축자재를 다양한 형태로 용이하게 성형할 수 있을 뿐만 아니라, 필요시 종이 성분에 안료를 첨가하여 건축자재의 겉면을 원하는 색상으로 손쉽게 표현할 수 있다.
또한, 주성분인 석탄재는 매우 가벼운 물질이므로, 이러한 석탄재와 접착제로 작용하는 현무암을 화강암과 혼합하여 재료로 사용하여 골재를 제조하는 경우, 제조되는 건축자재의 특성 중 경량성, 단열성, 흡음성, 내열성 및 가공성을 천연골재 대비 크게 향상시킬 수 있다.
시험 예
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 건축자재 제조방법에 의해 제조된 화강암-현무암 도자기질 타일의 KS 규격에 따른 꺽임강도를 나타낸 시험성적서이다.
여기서, 꺽임강도는 꺽임시 파괴되는 시편 표면의 최대인장응력으로 정의된다. 본 실시 예의 시료로 사용한 화강암 슬러지는 시험에 사용하기 적당한 양으로 분취된 것이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 본 실시 예의 화강암-현무암 도자기질 타일은 꺽임강도가 90 N/cm로서 고강도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건축자재 제조방법에 의해 제조된 경량 골재의 특성을 나타낸 시험성적서이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 본 실시 예의 경량 골재는 테스트결과를 볼 때 안정성이 우수하고 표면 건조 포화 상태의 밀도와 절대 건조 상태의 밀도를 볼 때 수축율이 우수하며, 흡수율 또한 우수한 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 건축자재 제조방법에 의해 제조된 경량 골재의 KS 규격에 따른 유해성 실험결과를 나타낸 시험성적서이다. 도 4를 참조하면, 용출 납(Pb) 및 용출 카드뮴(Cd) 등의 여러 가지 유해 성분이 검출되지 않거나 기준치에 미달하는 극소량만이 검출되어 본 발명에 의해 제조된 경량 골재가 친환경적 성분임을 확인할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
S10: 1차 혼합단계
S20: 2차 혼합단계
S21: 화강암 슬러지 침전 단계
S22: 화강암 침전물 건조 단계
S30: 가공체 성형단계
S40: 가공체 소성단계

Claims (7)

  1. 종이 1 내지 40중량% 및 물과 흙의 혼합물 60 내지 99중량%를 혼합하여 베이스재료를 마련하는 1차 혼합단계;
    상기 베이스재료 100중량부에 대하여, 10 내지 50중량부의 화강암 미분, 5 내지 30중량부의 현무암 미분 및 20 내지 30중량부의 석탄재를 혼합하여 혼합재료를 마련하는 2차 혼합단계;
    상기 혼합재료를 일정 형상의 가공체로 성형하는 단계; 및
    상기 가공체를 850 내지 1300℃에서 소성하는 단계; 를 포함하며,
    상기 1차 혼합단계는 물에 종이를 풀고 여기에 안료를 첨가하여 종이에 색상을 부여한 후에 체에 통과시켜 종이 죽을 만들고, 상기 종이 죽을 건조한 후에 상기 물과 흙의 혼합물을 혼합하여 베이스재료를 마련하며,
    상기 2차 혼합단계는, 화강암 슬러지를 침전조에 넣고 10 내지 24시간 동안 침전시키고 상기 침전조에서 상등액을 제거한 후 상기 침전조 하부에 가라앉은 화강암 침전물을 채취하고 건조하여 화강암 미분을 수득하여 상기 베이스재료에 혼합하는 단계; 및 현무암 슬러지를 침전조에 넣고 10 내지 24시간 동안 침전시키고 상기 침전조에서 상등액을 제거한 후 상기 침전조 하부에 가라앉은 현무암 침전물을 채취하고 건조하여 현무암 미분을 수득하여 상기 베이스재료에 혼합하는 단계; 및 분산제를 투입하는 단계; 를 더 포함하는 화강암, 석탄재 및 현무암을 활용한 건축자재 제조방법.
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  7. 제1항의 제조방법에 의해 제조된 화강암, 석탄재 및 현무암을 활용한 건축자재로서, 종이에 부여된 색상에 의해 건축자재의 색상이 결정되는 것을 특징으로 하는 화강암, 석탄재 및 현무암을 활용한 건축자재.
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