KR19980083666A

KR19980083666A - 황토의 활성화 방법

Info

Publication number: KR19980083666A
Application number: KR1019970019043A
Authority: KR
Inventors: 김문한; 황혜주; 이대현
Original assignee: 김문한
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-12-05
Also published as: KR100221402B1

Abstract

본 발명의 황토의 활성화 방법은 황토를 400℃까지 가능한한 단시간 내에 승온가열시키고, 400℃까지 승온가열된 황토를 최소한 1분이상 1000℃까지 상승시키면서 고온소성시키고, 고온소성된 황토를 물이나 공기를 이용하여 급냉시키고, 급냉된 황토를 사용 용도를 따라 적절한 크기의 입경을 갖도록 분쇄하는 것으로 이루어진다. 본 발명의 활성화 방법에 의하여 활성화된 황토는 수산화칼슘과 반응하여 경화반응이 일어나기 때문에, 석회와 혼합하여 사용될 때 안정화된 포졸란 생성물인 아플라이트(aplite)가 생성된다. 활성화된 황토에 혼합되는 석회는 물과 수화반응을 일으켜 그 체적이 팽창되기 때문에 황토의 균열을 방지할 수 있다. 본 발명의 활성화 방법에 의하여 활성화된 황토는 시메트를 사용하지 않고 석회만을 사용하여 모르터 조성물을 형성할 수 있기 때문에 황토가 갖는 본래의 물성이나 효과를 그대로 나타낼 수 있다.

Description

[발명의 명칭]

황토의 활성화 방법

[발명의 상세한 설명]

발명의 분야

본 발명은 건축재료로 사용될 수 있는 황토에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 황토를 이용하여 제조되는 황토 모르터 조성물을 비롯하여 황토를 이용한 모든 건축재료에 사용될 수 있는 황토를 활성화하기 위한 방법에 관한 것이다.

발명의 배경

우리의 전통적인 건축문화에서 황토는 중요한 건축재료의 하나로 사용되어 왔다. 특히 우리나라의 황토는 파장이 6~15㎛인 원적외선을 발생시키는 것으로 알려져 있고, 해충이나 곤충 등에 대하여도 방충성을 가지며, 탈취와 같은 화학적 효과를 나타내고, 축열성이나 습도 조절 등에 있어서 우수한 효과를 나타내며 인체의 건강에도 여러가지 긍정적인 효과를 가지고 있는 것으로 밝혀졌다.

그러나 황토는 그 자체의 결합력이 약하다는 결점을 갖고 있다. 따라서 종래에는 황토를 이용한 건축재료의 결합력을 증진시키기 위하여 잘게 절단한 볏짚 등을 황토에 혼합하여 결합력을 증진시켜 왔다. 최근에 개발된 기술로는 시멘트 등의 무기 결합재나 기타의 유기 결합재를 황토에 혼합하여 건축재료를 제조하는 기술이 있다. 또한 건조과정에서 발생을 균열을 방지하고자 팽창제를 다량으로 사용하는 경우도 있다. 황토로 이루어진 이러한 건축재료는 무기 결합재, 유기 결합재, 기타 팽창제와 같은 물질을 함유하기 때문에 황토가 갖는 본래의 우수한 물성이나 효과를 기대하기 어렵다.

본 발명자는 이미 종래의 모르터 또는 콘크리트를 제조하는 경우에 시멘트의 일부를 대체할 수 있는 고령토를 활성화하는 방법을 개발한 바 있고, 이 고령토의 활성화 방법은 대한민국 특허출원 제95-38841호(1996년 9월 9일 출원)로서 출원되었다.

본 발명자는 시멘트 또는 팽창제를 사용하지 않고 석회와 혼합하여 사용할 수 있고, 나아가 본 발명에 의한 건축재료가 황토의 우수한 물성이나 효과를 나타내도록 할 수 있는 황토의 활성화 방법을 개발하기에 이른 것이다.

발명의 목적

본 발명의 목적은 건축재료로 사용될 수 있는 황토를 활성화할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 시멘트나 팽창제를 사용하지 않고도 황토의 물성이나 효과를 나타낼 수 있는 황토 건축재료를 제조할 수 있는 활성화 황토를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 결합력을 증진시켜 균열을 방지할 수 있는 황토 건축재료를 제조할 수 있는 활성화 황토를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

발명의 요약

본 발명의 황토 활성화 방법은 황토를 400℃까지 가능한 한 단시간 내에 승온가열시키고, 400℃까지 승온가열된 황토를 최소한 1분 이상 1,000℃까지 상승시키면서 고온소성시키고, 고온소성된 황토를 물이나 공기를 이용하여 급냉시키고, 급냉된 황토를 사용 용도를 따라 적절한 크기의 입경을 갖도록 분쇄하는 것을 이루어진다.

본 발명의 활성화 방법에 의하여 활성화된 황토는 수산화칼슘과 반응하여 경화반응이 일어나기 때문에, 석회와 혼합하여 사용될 때 안정화된 포졸란 생성물인 아플라이트(aplite)가 생성된다. 활성화된 황토에 혼합되는 석회는 물과 수화반응을 일으켜 그 체적이 팽창되기 때문에 황토의 균열을 방지할 수 있다. 본 발명의 활성화 방법에 의하여 활성화된 황토는 시멘트를 사용하지 않고 석회만을 사용하여 모르터 조성물을 형성할 수 있기 때문에 황토가 갖는 본래의 물성이나 효과를 그대로 나타낼 수 있다.

이하 본 발의 상세한 내용을 하기에 설명한다.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명

본 발명의 활성화 황토는 국내에 풍부하게 매장되어 있는 황토를 이용한다. 이제까지 황토는 그 자체로서 시멘트, 팽창제, 볏짚 등과 혼합하여 건축재료로서 사용되어 왔지만, 본 발명에서는 이들 물질들과 혼합하지 않고 석회와 혼합하여 사용할 수 있도록 활성화된 황토 및 그 활성화 방법을 제공하기 위한 것이다.

광물의 활성화란 어떠한 물질을 에너지를 가한 후 냉각시키면 그 물질은 결정화 되는 시간적 여유가 없기 때문에 높은 결정화 에너지를 내부에 보존하여 언제든지 외부의 자극으로 인하여 화학결합을 할 가능성을 가진 유리상태가 되는 것을 말한다. 황토를 이러한 처리에 의해 활성 황토로 만들면 높은 에너지 상태로 되어 반응성은 커지나 그 분말을 그대로 물과 접촉시켜도 수화반응은 거의 진행되지 않으나 특정조건(알칼리 조건)하에 놓이게 되면 아주 현저한 수경성을 보이는 잠재 수경성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 본 발명에서는 황토를 활성화하여 잠재 수경성을 갖도록 한 것이다.

즉 황토를 승온, 고온소성, 급냉 등의 과정을 거쳐 활성화 황토로 만드는 경우 높은 에너지 상태로 되어 반응성은 커지나 그 분말을 그대로 물과 접촉시켜도 수화 반응이 진행되지 않지만, 알칼리 상태와 같은 특정조건하에 놓이게 되면 아주 현저한 수경성을 나타내는데 이를 잠재 수경성이라 한다. 본 발명에서는 황토를 활성화하여 잠재 수경성을 가지게 하며 이를 모르터라는 특정조건에 놓이게하여 수화 반응 및 포졸란 반응을 일으키는 메카니즘을 나타내게 한다.

본 발명의 황토 활성화 방법은 황토를 400℃까지 가능한 한 단시간 내에 승온가열시키고, 400℃까지 승온가열된 황토를 최소한 1분이상 1,000℃까지 상승시키면서 고온소성시키고, 고온소성된 황토를 물이나 공기를 이용하여 급냉시키고, 급냉된 황토를 사용 용도에 따라 적절한 크기의 입경을 갖도록 분쇄하는 것으로 이루어진다.

상온의 자연 건조된 원료 황토를 1시간 이내에 걸쳐서 400℃까지 승온시킨다. 열효율이나 에너지 등을 고려하여 가급적 단시간 내에 승온시키는 것이 경제적으로 유리하다.

400℃까지 승온가열된 황토는 1000℃까지 서서히 가열하면서 소성시킨다. 이 1,000℃의 고온소성 공정에서는 가능한 한 1분 이상 소성시킴으로써 황토 내부까지 균일한 온도로 소성시키는 것이 바람직하다. 그러나 열효율이나 사용되는 에너지 양을 고려하여 고온소성을 행하여야 하며, 물성을 고려하여 최소한 1분 이상 행하여야 한다. 또한 고온소성 공정에서는 1,000℃ 이상이 되지 않도록 하여야 하는데, 이는 1,000℃ 이상이 된 경우에 활성화 황토의 물성을 저하시키기 때문이다.

고온소성이 완료된 황토는 공기나 물을 사용하여 급냉시킨다. 물을 이용한 급냉 방법이 공기를 이용한 방법보다 그 비용이 저렴하기 때문에 물을 이용한 급냉 방법이 바람직하게 사용될 수 있다. 고온소성된 황토를 급냉시킴으로써 그 내부에 에너지가 보존된 활성 상태의 황토가 제조될 수 있는 것이다.

급냉된 황토는 250 mesh 정도의 입도로 분쇄하며, 사용 용도에 따라 적절한 크기의 입도로 분쇄할 수 있다. 약 250 mesh로 분쇄된 활성화 황토는 약 2000 ㎠/g 정도의 비표면적을 갖는다.

본 발명의 활성화 방법에 의하여 활성화된 황토는 수산화칼슘과 반응하여 경화반응이 일어나기 때문에, 석회와 혼합하여 사용될 때 안정화된 포졸란 생성물인 아플라이트(aplite)가 생성된다.

본 발명에 따른 활성화된 황토를 물에 반죽한 시편과 수산화칼슘 용액으로 반죽한 시편에 대하여 각각의 응고된 덩어리를 물에 넣어서 교반한 결과, 물에 반죽한 시편은 물에 다시 풀어진 반면 수산화칼슘 용액에 반죽한 황토는 불용성이 덩어리로 그대로 존재하였다. 이로써 본 발명의 활성화 황토는 수산화칼슘과 포졸란 반응에 의하여 경화반응이 일어남을 알 수 있다. 이는 황토중의 실리카 성분이 석회 수화시 생성되는 수산화칼슘과 결합하여 안정화된 포졸란 생성물인 아플라이트가 생성되는 것이며, 이에 대한 화학 반응식은 다음과 같다.

3Ca(OH)₂+2SiO₂→3CaO·2SiO₂·3H₂O:안정

활성화된 황토에 혼합되는 석회는 물과 수화반응을 일으켜 그 체적이 팽창되기 때문에 황토의 균열을 방지할 수 있다.

황토가 물과 반응하게 되면 각 입자간의 응집현상으로 인하여 체적감소가 일어나게 되며 이것이 기존의 황토 반죽을 사용할 때 발생하는 균열의 주된 이유가 된다. 여기에 석회를 첨가하게 되면 생석회가 수화반응을 일으키면서 체적 팽창을 야기하게 되며 이 양자간의 수축 팽창을 적절하게 조절하면 균열을 제어할 수가 있게 된다. 이는 화학적 프리스트레스(chemical prestress)를 이용한 것이며, 이에 대한 화학 반응식은 다음과 같다.

Cao+H₂O→Ca(OH)₂체적 팽창

본 발명의 활성화 황토는 석회와 2:1 정도의 비율로 또는 활성화 황토의 함량이 이보다 적은 비율로 되도록 혼합하고, 그 혼합물을 다시 골재와 혼합하여 모르터 조성물을 제조한다. 상기 혼합물과 골재의 비율은 약 6:4 정도가 바람직하며, 사용 목적에 따라서 이러한 비율은 적절히 조절될 수 있다.

본 발명은 시멘트나 팽창제를 사용하지 않고도 황토의 물성이나 효과를 나타낼 수 있는 황토 건축재료를 제조하기 위하여 사용될 수 있는 활성화된 황토를 제공할 수 있다.

본 발명의 활성화 황토를 이용한 모르터는 원적외선 방사율이 양호하고, 길이변화가 종래의 시멘트 모르터보다도 양호하며, 압축강도 및 응결시간이 양호하며, 건조수축후의 균열이 발생하지 않기 때문에 양호한 건축재료로 사용될 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기재된 뿐이며 본 발명의 보호범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예]

[실시예 1]

(1) 활성화 황토의 제조

자연산 황토를 충분히 건조한 후 400℃까지 1시간동안 가열시키고, 1,000℃까지 상승시키면서 1,000℃의 도에서 1분간 고온소성시켰다. 고온소성된 황토를 물을 이용하여 급냉시킨후, 250 mesh로 분쇄하여 비표면적이 약 2000 ㎠/g인 활성화 황토를 얻었다.

(2) 활성화 황토 모르터의 제조

CaO 함량이 90%이상이고 비표면적이 약 5000 ㎠/g 정도인 석회와 상기 활성화 황토가 1:2가 되도록 혼합하고, 상기 혼합물에 입도 2.5 mm이하의 모래를 6:4로 혼합하여 활성화 황토 모르터를 제조하였다. 각 시료는 계량하여 프리믹싱한 후 물을 투입하여 저속으로 1분, 고속으로 2분간 비빔하였다. 양생실은 통상의 표준상태 온도 20±2℃, 습도 65±5%를 유지하였다. 상기 활성화 황토 모르터에 관한 물성을 측정하여 표 1 에 나타내었다.

[비교실시예 1]

활성화 황토 대신에 활성화시키지 않은 자연산 황토를 사용하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 모르터를 제조하였다. 비교실시예1의 활성화되지 않는 황토 모르터에 관한 물성을 측정하여 표 1 에 나타내었다.

[비교실시예 2]

시멘트에 입도 2.5 mm 이하의 모래를 1:3으로 혼합하여 시멘트 모르터를 제조하였다. 시멘트 모르터에 관한 물성을 측정하여 표 1 에 나타내었다.

물성측정:

상기 실시예 및 비교실시예에서 측정된 물성의 측정방법은 다음과 같다.

1. 원적외선 방사율 측정

30×30×5mm의 시편을 이용하여 방사되는 원적외선을 측정하였다.

2. 적외선 열화상 측정

30×30×5mm의 시편을 이용하여 방사되는 적외선 열화상을 측정하였다.

3. 길이변화시험

JIS-S-1129에 의하여 시험하였다. 3×3×30cm의 몰드에 시료를 부어넣되 시료 양 끝에 길이변화 측정판을 부착시켜 성형하였다. 1일 후 탈형하여 길이변화 측정기에 넣어 28일까지의 길이변화를 측정하였다.

4. 압축강도시험

JIS-S-5201의 9.4, 9.5 및 9.6에 의하여 시험하였다. 모르터를 거푸집(40×40×160mm)에 주입하되, 몰드보다 약 5mm정도 더 높게 주입하였다. 습윤양생실에 2시간 이상 존치한 후, 몰드의 상단면에 맞추어 시료를 깎아냈다. 이후 습윤양생실에 48시간 양생한 후 탈형하였다. 탈형후 양생실에서 28일동안 양생하였다.

5. 응결시간

응결시간을 초결과 종결시간을 육안으로 측정하였다.

6. 수축균열시험

폭×높이×길이가 2.5cm×1cm×180cm인 몰드 3개에 부어넣고 7일 양생후에 발생한 균열의 개수를 조사하는 시험을 하였다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

자연건조된 원료 황토를 400℃까지 가능한 한 단시간 내에 승온가열시키고;

400℃까지 승온가열된 황토를 최소한 1분 이상 1,000℃까지 상승시키면서 고온소성시키고;

고온소성된 황토를 상온까지 급냉시키고; 그리고

상온까지 급냉된 황토를 분쇄하는;

단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 황토의 활성화 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 원료 황토가 400℃까지 1시간 이내에 승온가열되는 것을 특징으로 하는 황토의 활성화 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 고온소성된 황토가 물 또는 공기를 이용하여 급냉되는 것을 특징으로 하는 황토의 활성화 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 미세하게 분쇄된 황토의 평균입경이 250 mesh 정도인 것을 특징으로 하는 황토의 활성화 방법.
자연건조된 원료 황토를 400 ℃까지 가능한 한 단시간 내에 승온가열시키고, 400 ℃까지 승온가열된 황토를 최소한 1분 이상 1,000 ℃까지 상승시키면서 고온소성시키고, 상온까지 급냉시키고, 분쇄하여 제조되는 것을 특징으로 하는 활성화된 황토분말물질.
자연건조된 원료 황토를 400 ℃까지 가능한 한 단시간 내에 승온가열시키고, 400 ℃까지 승온가열된 황토를 최소한 1분 이상 1,000 ℃까지 상승시키면서 고온소성시키고, 상온까지 급냉시키고, 분쇄하여 제조된 활성화 황토, 석회 및 골재로 이루어진 모르터 조성물.