KR20000019153A - 폐기물을 사용한 벽돌 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물을 사용한 벽돌을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 폐기물을 소정 크기 이하로 분쇄 가공하는 단계와, 분쇄된 상기 폐기물을 시멘트 및 물과 혼합하여 소정의 형태로 성형하여 건조시키는 단계와, 건조된 시멘트 혼합 폐기물을 소정 크기 이하로 분쇄 가공하는 단계와, 분쇄된 시멘트 혼합 폐기물과 결합제를 혼합하여 소정의 벽돌 형틀에 부어 성형시키는 단계로써 구성된다.

Description

폐기물을 사용한 벽돌 및 그 제조 방법

본 발명은 폐기물을 사용한 벽돌에 관한 것으로, 특히 각종 산업 폐기물 및 일반 폐기물을 분쇄 가공 및 준 중성화시킨 후 벽돌의 재료로 사용하여 제조한 벽돌 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 시멘트 콘크리트 벽돌은 통상적으로 골재 성분과 시멘트 성분으로 구성되어 있다. 골재 성분은 그 크기에 따라 미세 모래, 왕사와 같은 세골재 및 파석, 자갈과 같은 조골재로 분류된다. 일반적으로, 시멘트 콘크리트 벽돌의 경우에 골재 성분으로서 조골재를 사용하면 벽돌의 구성 성분이 불균일하게 되어 벽돌의 강도에 문제가 생기므로 세골재를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 시멘트 성분은 골재 입자들 사이에 밀접 배치되어 경화된 후 이 골재 입자들을 결합시키는 역할을 한다.

이러한 시멘트 콘크리트 벽돌을 제조하기 위해서는 골재 성분과 시멘트 성분을 소정의 비율로 배합하고 적당량의 물을 가하여 혼합한 후, 이 혼합물을 벽돌 형틀에 부어 압축시키고, 혼합물이 고형화되면 형틀로부터 꺼내어 건조시키는 양생 과정을 거친다.

이러한 시멘트 콘크리트 벽돌은 그 골재 성분으로서 미세 모래나 왕사 등을 사용하므로, 모래를 구하기 위해서는 강에서 모래를 채취해야만 한다. 벽돌의 수요가 증가됨에 따라 강에서 채취하는 모래의 양도 증가할 수밖에 없다. 그러나, 최근에 들어 무분별한 모래 채취로 인해 강의 생태계가 파괴되고 있는 실정이다. 또한, 강에서 채취할 수 있는 모래의 양은 한정되어 있으므로 건축 자재로서의 모래 공급량이 부족하게 될 것이다. 그러므로, 벽돌의 주성분으로서 모래를 대체할 재료의 필요성이 커지고 있다.

또한, 종래의 쓰레기 처리에 있어서, 재활용 가능한 것은 분리 수거하여 처리하지만, 그 외 재활용이 불가능한 각종 산업 폐기물이나 일반 폐기물은 매립장에 매립하거나 소각장에서 소각하게 된다. 그러나, 매립된 폐기물은 시간이 경과하면 독성이 강한 침출수를 발생시켜 토양 및 수질을 오염시키고, 소각 과정에서 폐기물은 다이옥신 등 유해 물질을 배출시켜 대기를 오염시킨다.

종래에 폐기물을 건자재로서 사용하는 방법이 제시되기도 했으나, 건자재로서 사용 가능한 폐기물의 범위가 제한되고, 제조 비용이 비싸게 되는 등 폐기물을 사용하여 건자재를 제조하기에 많은 문제점이 있었다.

한국 특허 공고 제95-9999호에는 "폐기물을 사용한 콘크리트 제품 제조 방법"에 대하여 기술하고 있는 데, 이 특허는 염화 암모늄, 무수 탄산 소오다, 식염, 염화 칼륨, 염화 마그네슘과 물을 혼합한 용액에, 물과 혼합한 제3 규산 소오다 용액을 혼합하여서 만든 약액을 골재와 폐기물과 시멘트를 혼합한 혼합물에 첨가하여 콘크리트 제품을 제조하고 있다.

그러나, 이러한 콘크리트 제품 제조 방법은 약액에서 생성된 콜로이드상 화합물과 폐기물에 함유되어 있는 산화철 및 시멘트가 서로 결합하여 규산염을 형성한다. 따라서, 이에 사용되는 폐기물은 산화철이 다량 함유되어 있는 폐기물에 제한될 수밖에 없는 결점이 있다. 또한, 골재를 30 내지 50%로 섞어야만 원하는 강도를 얻을 수 있다.

한편, 한국 특허 공고 제96-11323호에는 "폐기물을 이용한 블록체 조성물"에 대하여 기술하고 있으며, 이는 폐기물 분말, 골재 분말, 모래, 아스콘, 역청제를 소정의 비율로 혼합하여 블록으로 형성한 것이다.

그러나, 한국 특허 공고 제96-11323호에서는 폐기물 분말의 성분으로서 산업 쓰레기 중 강도를 갖는 폐기물을 필요로 한다. 또한, 골재 분말을 40 내지 45중량부 혼합하고, 모래도 30 내지 35중량부씩 혼합해야 하므로 폐기물 활용 범위가 제한된다. 그리고, 폐기물 분말, 골재 분말 및 모래를 아스콘과 혼합하는 과정에서도 아스콘을 200℃ 이상의 고온으로 가열해야만 아스콘이 폐기물 등과 응결되므로 이러한 소결에 필요한 장치를 설치해야 하는 등 제조 비용이 커진다. 더욱이, 아스콘을 혼합한 블록은 아스콘 특유의 온도에 따른 점성 변화 때문에 보도 블록용으로만 사용 가능할 뿐 기타 건축용 건자재로서는 부적합하다.

본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 재활용이 불가능한 각종 산업 및 일반 폐기물을 저 비용으로 벽돌로 전환시키는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 압축 강도가 우수한 벽돌을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 벽돌의 골재 성분으로서 미세 모래나 왕사 대신에 각종 산업 및 일반 폐기물을 사용함으로써 환경 오염 및 공해를 방지하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 벽돌의 골재 성분으로서 미세 모래나 왕사 대신에 폐기물을 사용함으로써 벽돌의 재료를 안정적으로 원활하게 공급하는 데 있다.

도1은 본 발명의 벽돌을 제조하기 위한 제조 공정을 나타내는 순서도.

본 발명에 의하면, 폐기물을 사용하여 벽돌을 제조하는 방법은,

폐기물을 소정 크기 이하로 분쇄 가공하는 단계와,

분쇄된 상기 폐기물을 시멘트 및 물과 혼합하여 소정의 형태로 성형하여 건조시키는 단계와,

건조된 시멘트 혼합 폐기물을 소정 크기 이하로 분쇄 가공하는 단계와,

분쇄된 시멘트 혼합 폐기물과 결합제를 혼합하여 소정의 벽돌 형틀에 부어 성형시키는 단계로써 구성된다.

이러한 벽돌 제조 방법은 벽돌의 골재 성분으로 모래 대신 모든 종류의 각종 산업 및 일반 폐기물을 사용하여 저렴한 비용으로 벽돌을 제조할 수 있게 한다.

이하에, 본 발명의 폐기물을 사용한 벽돌의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에서는 벽돌의 제조에 재활용이 불가능한 각종 산업 폐기물 및 일반 폐기물을 사용한다. 이러한 폐기물에는 염화 비닐, 폐 스레트 조각, 폐 석고 보드, 알루미늄 톱밥, 탄석, 폐 합성 수지, 목재 톱밥, 하수구 슬러지, 음식물 찌꺼기, 생활 쓰레기 등 여러 가지가 있다.

먼저, 각 산업 현장 및 일반 가정에서 다량 발생되는 폐기물을 수집한 후, 각각 종류별로 분류하여 분쇄기에 넣고 입자의 크기가 대략 5㎜ 이하로 되도록 분쇄 가공한다.

다음, 분쇄된 폐기물을 시멘트 및 물과 균질하게 혼합하여 소정의 형태로 압축하여 건조시킨다. 이렇게 건조된 벽돌을 다시 분쇄기에 의해 분쇄 가공하면 폐기물은 재료가 가지고 있는 본래의 성질을 상실하게 됨을 발견하였다. 즉, 하수구 슬러지나 음식물 찌꺼기의 악취 등 본래의 냄새가 없어지고, 염화 비닐이나 탄석 등이 본래의 유기적 성질을 잃고 거의 무기적 상태로 되는 것이다. 이러한 상태를 본 명세서에서는 "준 중성화 상태"라고 하고, 이러한 "준 중성화 상태"를 만드는 과정은 "준 중성화 공정"이라고 하기로 한다. 준 중성화의 이론적 메커니즘은 명확하게 밝혀낼 수는 없었지만, 1차 분쇄된 폐기물을 시멘트 및 물과 혼합하여 압축시키고 건조시킨 후, 다시 분쇄하는 과정에서 폐기물이 준 중성화 상태로 되는 것으로 생각한다.

이러한 방식으로 준 중성화 상태로 분쇄된 폐기물을 결합제와 골고루 혼합시킨다. 폐기물과 혼합되는 결합제로서는, 예를 들면 시중에서 구입이 용이한 공업용 본드나 기타 접착제 등 여러 가지가 가능하다. 혼합 비율은 준 중성화된 폐기물을 50 내지 90부피%, 결합제를 50 내지 10부피%로 구성하여 혼합한다. 폐기물과 결합제의 혼합 비율에 따라 벽돌의 압축 강도에 다소 차이가 나지만, 폐기물과 결합제의 혼합비가 상기 범위 내에 있으면 본 실시예의 벽돌의 압축 강도는 통상의 일반 시멘트 콘크리트 벽돌의 평균 압축 강도인 80kgf/㎠보다 더 크다.

그런 다음, 결합제와 폐기물의 혼합물을 소정의 벽돌 형틀에 부어 일정한 강도로 압축시켜 건조시키는 양생 과정을 거친다. 특히, 본 실시예의 양생 조건은 특별한 조건을 필요로 하지 않고 다만 상온의 공기 중이면 가능하다. 벽돌 형틀의 크기는 KS 규격의 기준치 범위(길이 : 185 내지 195㎜, 너비 : 87 내지 93㎜, 두께 54 내지 59㎜) 내에 들게 한다.

본 발명자는 본 실시예에 의한 벽돌의 물성을 시험하기 위해 아래와 같이 벽돌을 제조하였다.

벽돌을 제조하기 위한 폐기물로서, 각 가정에서 폐기 처분된 장판지인 염화 비닐과, 하수구 막힌 곳을 뚫을 때 파이프 내벽으로부터 분리되어 나오는 침착된 앙금 덩어리인 하수구 슬러지와, 목재 공장에서 나오는 부산물인 목재 톱밥과, 일반 가정에서 나오는 쓰레기 중 재활용이 불가능한 각종 생활 쓰레기와, 건물 철거 시에 발생되는 폐 스레트 조각과, 염화 비닐 생산 공정에서 다량으로 배출되는 특정 폐기물로서 타지도 않고 썩지도 않는 덩어리인 탄석과, 일반 사무실 등의 천장 내부를 덮는 것으로 건물 철거 시에 다량 배출되는 폐 석고 보드, 알루미늄 샤시 공장에서 나오는 부산물인 알루미늄 톱밥을 수집하였다.

상기 폐기물들을 각각 종류별로 분류한 후 분쇄기에 넣고 입자의 크기가 대략 5㎜ 이하로 되도록 분쇄 가공한다. 분쇄된 각각의 폐기물을 염화 비닐 20부피%, 하수구 슬러지 25부피%, 목재 톱밥 3부피%, 생활 쓰레기 25부피%, 스레트 6부피%, 탄석 7부피%, 폐 석고 보드 7부피%, 알루미늄 톱밥 7부피%로 구성하여 골고루 혼합한다. 폐기물을 준 중성화 상태로 만들기 위해서는 폐기물을 시멘트 및 물과 섞은 후 양생 및 분쇄 단계를 거쳐야 한다. 본 실험예에서는 혼합 폐기물을 70부피%, 시멘트 20부피%, 물 10부피%로 구성하여 혼합한 다음, 이 혼합 슬러지를 소정의 벽돌 형틀에 부어 일정한 강도로 압축하여 건조시킨다. 여기에서 벽돌 형틀은 190×90×57㎜의 크기로 제작하였다. 건조된 벽돌을 다시 분쇄기에 의해 입자의 크기가 5㎜ 이하로 되도록 분쇄 가공하면 폐기물은 준 중성화 상태가 된다.

다음, 준 중성화된 분쇄 폐기물을 결합제와 균질하게 혼합시키는 데, 본 실험예에서는 결합제로서 공업용 본드인 유승 본드(상표명)를 사용하였다. 유승 본드는 공업용 본드로서 시중에서 구입이 용이하며, 디럭스 타일, 콘크리트, 석고 보드, 스티로폴, 목재 합판 등 건자재를 접착하는 데 주로 사용된다. 준 중성화되어 분쇄된 폐기물은 유승 본드의 접착력에 의해 상온에서 서로 결합하게 된다. 폐기물과 유승 본드의 혼합 비율은 폐기물을 75부피%, 유승 본드를 25부피%로 구성하여 혼합하였다. 분쇄된 시멘트 혼합 폐기물과 유승 본드의 혼합물을 다시 상기 벽돌 형틀에 부어 압착시키고 공기 중에서 상온으로 건조시키면 벽돌이 완성된다.

이렇게 제조한 벽돌은 일반 시멘트 콘크리트 벽돌에 비해 상당히 우수한 압축 강도를 갖는다. 한국 건설 시험 연구소에서 시험 방법 KS F 4004-1997에 의해 시료를 시험한 바에 의하면, 본 실험예에 의한 벽돌의 압축 강도는 300 내지 340kgf/㎠로서 일반 시멘트 콘크리트 벽돌의 평균 압축 강도인 80kgf/㎠ 이상을 충분히 충족시키므로, 본 발명의 폐기물을 사용한 벽돌은 압축 강도 면에서 일반 시멘트 콘크리트 벽돌에 비해 상당히 뛰어난 것이다.

상기 실험예에서는 분쇄 가공한 각각의 분쇄된 폐기물의 혼합비 구성을 염화 비닐 20부피%, 하수구 슬러지 25부피%, 목재 톱밥 3부피%, 생활 쓰레기 25부피%, 스레트 6부피%, 탄석 7부피%, 석고 보드 7부피%, 알루미늄 톱밥 7부피%로 하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한, 벽돌 제조에 사용되는 폐기물도 상기한 폐기물에 한정되지 않고 다른 폐기물을 벽돌의 재료로 사용할 수 있다.

또한, 벽돌 제조 시에 폐기물을 준 중성화시키기 위한 준 중성화 공정에서, 시멘트와 물을 혼합하는 대신 공업용 본드 등의 결합제를 사용할 수도 있다.

본 발명의 폐기물을 사용한 벽돌에 의하면, 벽돌의 골재 성분으로 모래 대신 모든 종류의 폐기물을 사용할 수 있으므로 모래를 채취하기 위해 강바닥을 파헤치지 않아도 되고 폐기물을 매립하거나 소각하지 않아도 되므로 수질 오염, 대기 오염 및 토양 오염 등의 환경 오염이 방지되며, 벽돌의 원료를 안정적으로 원활하게 공급할 수 있으며, 특히 재료를 고온으로 가열하여 소성시킬 필요가 없이 상온에서도 재료간의 결합이 가능하므로 제조가 용이할 뿐만 아니라 저렴한 비용으로 제조가 가능하다.

Claims (4)

1. 폐기물을 사용하여 벽돌을 제조하는 방법에 있어서,

   폐기물을 소정 크기 이하로 분쇄 가공하는 단계와,

   분쇄된 상기 폐기물을 시멘트 및 물과 혼합하여 소정의 형태로 성형하여 건조시키는 단계와,

   건조된 시멘트 혼합 폐기물을 소정 크기 이하로 분쇄 가공하는 단계와,

   분쇄된 시멘트 혼합 폐기물과 결합제를 혼합하여 소정의 벽돌 형틀에 부어 성형시키는 단계로써 구성되는 것을 특징으로 하는 폐기물을 사용한 벽돌 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 결합제는 공업용 본드인 것을 특징으로 하는 폐기물을 사용한 벽돌 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분쇄된 시멘트 혼합 폐기물을 50 내지 90부피%, 상기 결합제를 50 내지 10부피%의 혼합 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 폐기물을 사용한 벽돌 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폐기물 분쇄 가공 단계에서 폐기물이 입자의 크기가 5㎜ 이하로 되도록 분쇄 가공되는 것을 특징으로 하는 폐기물을 사용한 벽돌 제조 방법.