KR20030008408A

KR20030008408A - 황토 경량 기포콘크리트 조성물 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20030008408A
Application number: KR1020010043041A
Authority: KR
Inventors: 배원태; 김순호
Original assignee: 배원태
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-01-29

Abstract

본 발명은 황토 및 점토광물에 결합재로 슬래그와 자극제인 석회 및 석고를 혼합하여 점토광물계의 경량기포콘크리트 경화체를 제조하는 방법이다.

황토의 특성인 원적외선 방출, 온·습도 조절, 탈취작용 등의 기능과 40㎏/㎠ 이상의 압축강도를 나타내면서, 현재 인체에 유해한 알칼리 성분을 대량 함유하고 있는 시멘트로 대표되는 건자재 환경을 전통적 건축 재료인 황토 및 점토질 광물을 이용하여 현 주거 문화의 질적 향상을 추구하는 것이 본 발명의 주요 내용이다.

기존의 포틀랜드 시멘트를 주원료로 하는 기포콘크리트 제조방식은 원적외선 방사율이 낮으며, 탈취 및 온·습도 조절기능이 약하다.

본 발명은 활성화된 황토와 슬래그, 규사, 생석회, 석고를 적정비율로 혼합한 후 적정온도와 시간으로 고압수열 양생한 후 건조하여 제작된 경량 기포콘크리트는 기존의 방식과 비교시 원적외선 방사율이 91％ 이상으로 높고, 실내 공기 정화 기능을 하는 탈취율은 98％의 특성을 나타났으며, 자체중량의 25％ 이상의 습기를 흡수하며, 압축강도는 45㎏f/㎠ 이상의 특성을 나타낸다.

Description

황토 경량 기포콘크리트 조성물 및 제조 방법{The Batch Compositions and Manufacturing Method of Hwangto Light Weight Concrete}

본 발명은 황토 및 점토광물에 결합재로 슬래그와 자극제인 석회 및 석고를 혼합하여 점토광물계의 경량기포콘크리트 경화체를 제조하는 것에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 황토 및 점토광물에 철강 산업 부산물인 슬래그를 혼합, 자극제 역할을 하는 소량의 석고와 석회를 혼합하여 압축강도 40㎏/㎠ 이상의 황토 및 점토광물계의 경량기포콘크리트(Autoclaved Lightweight Concrete) 경화체를 제조하여 경화체를 실내공기정화와 온·습도 조절용의 건자재로 이용할 수 있는 황토 경량 기포콘크리트 조성물 및 제조방법(The Batch Compositions and Manufacturing Method of Hwangto Light Weight Concrete)에 관한 것이다.

일반적으로 경량 기포콘크리트 조성물은 열전도율이 낮은 재료로써 단열성능이 뛰어나 건물의 열 효율성을 향상시키며, 흡음 성능이 우수하다. 여기에 황토의 고유 특성인 높은 원적외선 방사효과와 온·습도 조절효과, 탈취작용의 특성을 첨가하여 쾌적한 주거공간을 조성할 수 있다.

그러나 기존의 경량기포콘크리트 제조방식은 시멘트 페이스트나 시멘트 모르타르의 시멘트 모르타르의 사용을 전제로 한 것이며 경량시멘트 조성물 제작시 소요 시공성을 확보하기 위하여 물-시멘트 비를 증가시킴으로써 압축강도가 저하되며, 단위수량이 많아 균열발생 빈도가 크며, 기계조작 기능공의 기술력의 차이에 의해 품질편차가 크고, 배합설계보다 과다한 시멘트가 사용되는 경우가 빈번하다.

기존의 특허출원 기술 중 이러한 문제점을 해결하기 위하여 여러 가지 종류의 알칼리금속염 지연제, 탄재, 우레탄폴, 유기발포제 등을 사용한 방식이 있으나 시멘트의 사용에서 벗어나지 못하는 문제가 있다.

본 발명에서는 시멘트를 사용하는 대신 우리나라에 풍부하게 매장되어 있는 황토 및 점토광물을 이용한 경량기포콘크리트(Autoclaved Lightweight Concrete) 경화체를 제조하는 기술을 적용하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 시멘트 모르타르나 시멘트 페이스트를 사용하는 대신 황토 및 점토광물을 원재료로 이용하여 경량기포콘크리트의 제작을 이루고 있으며, 기존의 황토고유의 특성인 원적외선 방사율, 탈취흡착율 등의 특성을 유지하면서 압축강도가 높고, 건조수축이 적은 안정된 황토-ALC 제품을 생산하는 황토 경량 기포콘크리트 조성물 및 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 철강 산업 부산물인 슬래그를 건자재로 활용화함으로써 환경보호라는 국제화추세 및 제품단가를 낮추어 경쟁력 향상을 추구하는 황토 경량 기포콘크리트 조성물 및 제조 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 황토-점토 경량기포콘크리트의 개략적인 공정도이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 황토와 규조토를 전체 함량을 100중량부로 하였을 때 20∼75 wt.%로 하며, 각 비율을 3내지 1대 1의 비율로 한다. 여기에서 결합재로서 철강산업부산물인 슬래그를 사용하였으며 그 함량 비율은 10∼60 wt.%, 그리고 자극제로서 재활용된 생석회와 석고를 각각 5∼10wt.% 비율로 혼합, 수분을 적정비율로 보정한 후, 여기에 알루미늄 분말을 첨가하여 점토광물 또는 석회로부터 오는 알칼리 성분과의 반응으로부터 발생한 수소기체로 발포시킴으로써 수행된다.

여기서 상기 발포조건은 20∼100℃의 온도로 1∼12시간 양생한 후 자연건조 시키는 것이 바람직하다.

또한 경량 기포콘크리트 조성물을 만들기 위한 조건으로 오토클레이브(압력솥;Autoclave)에서 증기양생을 80℃∼300℃로 8∼48시간 실시하여 제품을 제조하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의하여 제작되는 황토-점토 경량기포콘크리트를 개략적인 공정도로 도시하고 있다.

본 발명에 의한 황토 경량 기포콘크리트 조성물은, 황토와 규조토를 전체 함량을 100중량부로 하였을 때 20∼75wt.%로 하며, 각 비율을 3내지 1 대 1의 비율로하고 슬래그 함량 비율은 10∼60wt.%, 자극제로 생석회와 석고를 각각 5∼40wt.% 비율로 혼합, 수분을 적정비율로 보정한 후, 여기에 알루미늄 분말을 첨가하여 점토광물 또는 석회로부터 오는 알칼리 성분과의 반응으로부터 발생한 수소기체로 발포시켜서 얻을 수 있다.

그리고 본 발명의 황토 경량 기포콘크리트 제조방법은 황토와 규조토를 전체 함량을 중량부로 100으로 하였을 때 20∼75wt.%로 하며 각 비율을 3내지 1 대 1의 비율로 하고 슬래그 함량 비율은 10∼60wt.%, 자극제로 생석회와 석고를 각각 5∼40wt.%비율로 혼합, 수분을 적정비율로 보정한 후, 여기에 알루미늄 분말을 첨가하여 점토광물 또는 석회로부터 오는 알칼리 성분과의 반응으로부터 발생한 수소기체로 발포시키는 것으로 이루어진다.

여기서 상기 발포조건은 20∼100℃의 온도로 1∼12시간 양생한 후 자연건조 시키고 오토클레이브(Autoclave)에서 증기양생을 80℃∼300℃로 8∼48시간 실시하여 제조되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 재료의 정의 및 특성은 다음과 같다.

〔1〕황토

황토의 결정구조 및 형상의 분류는 카올린 광물에 근접한다. 카올린광물은 점토광물을 대표하는 광물로써 황토의 주요성분 광물로 황토속에 많이 함유되어 있고, 주된 카올린 광물은 고령토라 불리는 카올린(Kaolin)이다. 우리나라 카올린은 거의 모두 할로이사이트(halloysite)로 되어있으며, 대부분 관상(管狀) 결정체로되어있다. 황토는 고령토층의 표토로서 Fe₂O₃를 7∼15% 정도로 많이 함유하고 있는 특징을 가지고 있으며, 색상은 적갈색으로 내화도가 낮아 내화물, 도자기공업에 이용되지 못하는 저급의 고령토이다. 할로이사이트(Halloysite)의 기본조성은 카올린나이트(Kaolinite)와 같지만 과잉의 수분을 함유하여 Al₂O₃·2SiO₂·4H₂O로 되어 있으며 결정도가 낮은 광물이다. 카올린족 광물은 모두 층상의 규산염 구조를 가지고 있다. 즉, [SiO₄]^-4사면체가 정점을 서로 연결하여 이차원적으로 넓혀진 육각 망목상이 Si-O층을 골격으로 하고, 나머지 한 개의 정점은 그 층상격자 사이에 들어가는 Al 이온이 O^2-나 OH^-를 6배위한 팔면체층과 결합되어 있다. 본 발명에서는 황토는 하동옥종지역의 광산원광을 250℃로 건조한 후 분쇄가공한 분말이며, 할로이사이트(Halloysite)가 주광물이고, α-Quartz가 2차상으로 존재하며, Fe₂O₃가 7%이상 함유하고 있으며 평균입경은 10∼30㎛이다.

구 분	황토의 특성
성인 및 산지	암석 풍화에 의해 생성되고, 주로 채굴되는 장소는 산(山), 밭(田)등
주성분	SiO₂:35∼50%, Al₂O₃:25∼40 Fe₂O₃:3∼20%
범주 및 입자	넓게는 1차 점토에 속하며, 입자크기는 조립

[2] 슬래그

슬래그는 제철소의 선철제조과정에서 부산물로 나오는 용융고로슬래그를 급냉한 급냉수쇄슬래그를 분쇄하여 사용하였다 분쇄후 평균입경은 10∼30㎛이며 잠재수경성원료로 시멘트 및 콘크리트의 혼화재료로 사용된다.

구 분	슬래그의 특성
성인 및 산지	제철, 제강공정
주성분	SiO₂, CaO
범주 및 입자	분말도: 3000㎠/g이상, 염분:1% 이하 강열감량: 5% 이하

[3] 플라이애쉬

구 분	플라이애쉬의 특성
성인 및 산지	화력발전소, 제철소의 부산물
주성분	SiO₂, Al₂O₃
범주 및 입자	분말도: 2400㎠/g이상, 강열감량: 5%이하, SiO₂:45% 이상

[4] 석고

구 분	석고의 특성
성인 및 산지	인산염 및 비료제조공정의 부산물
주성분	CaSO₄
범주 및 입자	분말도: 2400㎠/g이상, 강열감량: 5% 이하, SO₃:50% 이상

[5] 생석회

공업용 생석회로서 CaO 함량이 95%이상의 ALC(경량기포콘크리트)제조용 제품으로 입도는 80∼200mesh이하이다.

이하 본 발명의 제조방식에 대해 설명한다. 황토-점토 경량기포콘크리트의 개략적인 제작공정은 도 1에 도시되어 있다.

본 발명의 배합비율(적정비율)은 황토-점토 경량기포콘크리트 전체 복합물을 중량부 100을 기준으로 볼 때, 황토 중량부는 20에서 75, 규조토 중량부는 5에서 50, 슬래그 중량부는 10에서 60, 생석회 중량부는 5에서 40, 석고 중량부는 5에서 40, 규사의 중량부는 0에서 50으로 조성되며, 수분 조정용 중량부는 30에서 80으로 하여, 알루미늄 분말을 첨가하여 1∼24시간 20∼100℃로 양생 후, 오토클레이브(Autoclave)에서 80∼300℃로 8∼48시간 증기양생한다. 이때 오토클레이브의 상승 및 냉각 시간은 각 0∼10시간으로 한다.

(실시예 1)

황토-점토 및 다른 첨가물 기포콘크리트의 시간 경과에 따른 탈취율 비교

경과시간(분)	탈 취 율(%)
경과시간(분)	H-S	H-C-D	H-F-D	S-D	H-S-D	ALC
0	-	-	-	-	-	-
30	88	83	90	90	90	52
60	91	89	94	91	94	60
90	96	93	96	96	96	66
120	98	95	98	98	98	77
비 고	황토-슬래그	황토-시멘트-규조토	황토-플라이애쉬-규조토	슬래그-규조토	황토-슬래그-규조토	시멘트ALC

(실시예 2)

황토-점토 및 다른 첨가물 기포콘크리트의 열전도도 비교(W/m℃)

열전도도(W/m℃)
H-S	H-C-D	H-F-D	S-D	H-S-D	ALC
0.142	0.195	0.187	0.175	0.188	0.250

(실시예 3)

황토-점토 및 다른 첨가물 기포콘크리트의 원적외선 방사율 비교

원적외선 방사율(%)
H-S	H-C-D	H-F-D	S-D	H-S-D	시멘트 ALC
91.30	91.90	91.70	91.10	91.20	80.20

(실시예 4)

황토-점토 및 다른 첨가물 기포콘크리트의 물리적 특성(압축강도) 비교

압축강도(kgf/㎠)
H-S	H-C-D	H-F-D	S-D	H-S-D	시멘트 ALC
38.2	56.6	50.6	32.0	49.0	50.0

본 발명으로 성형된 황토-점토 기포콘크리트 조합물은 평균 압축강도가 45kgf/㎠ 이상, 건조 수축 및 압축강도의 변화폭은 0.5% 이내로 안정적이었으며, 열전도의 경우 황토를 사용한 경우에는 0.142 w/m℃로 시험한 시료중 가장 작은 수치로 나타났다. 원적외선방사율은 91%이상, 탈취흡착율은 98%로 경량기포콘크리트의 KS규격을 충족시키며, 본 개발방식으로 제작된 시험체는 다른 방식으로 제작된 시험체는 시험체보다 건조수축변화가 적고 뛰어난 흡착력으로 악취를 제거하는 것으로 나타났다.

기존의 ALC(경량기포콘크리트) 제작 방식이 시멘트모르타르 및 시멘트 페이스트에서 벗어나지 못했던 것을 탈피하여 전통재료인 황토를 주원료로 하여 황토-점토기포콘크리트를 제작함으로써 새로운 주거문화를 이룩하며 황토 고유의 뛰어난 성질은 높은 탈취율과 원적외선 방사율,온·습도 조절 능력으로 쾌적한 주거문화를 이룩할 수 있다.

상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 의하여 현 시멘트를 주재료로 하는 기포콘크리트개발 방식에서 벗어나 우리나라에 풍부하게 매장되어 있는 황토를 주재료로 사용한 황토-점토 기포콘크리트는 압축강도와 탈취율 등이 건축용 내장용 자재에 적합한 물성을 충분히 만족시켰으며 낮은 열전도율로 단열성능이 뛰어나 건물의 열 효율성을 향상시켜 에너지 절약효과를 얻을 수 있고 흡음성능도 우수하여 쾌적한 실내환경을 조성할 수 있다.

그리고 황토-점토 기포콘크리트는 공동주택의 온수온돌 바닥구조 또는 층부의 단열층 등의 사용에 적합하고 비중이 작아 건식 조립식 구조와 철골구조 건물의 내부 마감재 및 칸막이벽에 적합하며 터널 배면의 충전, 건축물 기초 배면의 충전 등에도 이용된다.

Claims

황토 경량 기포콘크리트 제조방법에 있어서,

황토와 규조토를 전체 함량을 100중량부로 하였을 때 20∼75wt.%로 하며 각 비율을 3내지 1 대 1의 비율로 하고 슬래그 함량 비율은 10∼60wt.%, 자극제로 생석회와 석고를 각각 5∼40wt.%비율로 혼합, 수분을 적정비율로 보정한 후, 여기에 알루미늄 분말을 첨가하여 점토광물 또는 석회로부터 오는 알칼리 성분과의 반응으로부터 발생한 수소기체로 발포시키는 것을 특징으로 하는 황토 경량 기포콘크리트 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 발포조건은 20∼100℃의 온도로 1∼12시간 양생한 후 자연건조 시키고 오토클레이브(압력솥;Autoclave)에서 증기양생을 80℃∼300℃로 8∼48시간 실시하여 제품을 제조하는 것을 특징으로 하는 황토 경량 기포콘크리트 제조방법.
황토와 점토등을 주성분으로 조성된 경량 기포콘크리트에 있어서,

황토와 규조토를 전체 함량을 중량부로 100으로 하였을 때 20∼75wt.%로 하며 각 비율을 3내지 1 대 1의 비율로 하고 슬래그 함량 비율은 10∼60wt.%, 자극제로 생석회와 석고를 각각 5∼40wt.% 비율로 혼합, 수분을 적정비율로 보정한 후, 여기에 알루미늄 분말을 첨가하여 점토광물 또는 석회로부터 오는 알칼리 성분과의 반응으로부터 발생한 수소기체로 발포시키는 황토 경량 기포콘크리트 조성물.