KR20070057015A - 카본계 흡착재를 포함하는 친환경 조적벽돌 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 조적벽돌은 주성분으로서, 시멘트 5 ~ 40 중량% 및 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 용출제거하고 이를 분쇄한 다공질성 카본계 흡착재와 모래의 혼합물 60 ~ 95 중량 %를 혼합하여 이루어진다.

상기 구성을 통하여 본 발명은 종래에 석탄을 벽돌에 사용하는 것에 비해 석탄을 산으로 처리하여 함유회분을 용출시킨 후 공동을 생성하여 유해물질에 대한 흡착성능을 비약적으로 향상시켰다. 이를 통해 본 발명은 새집증후군의 예방에 매우 유용할 뿐 아니라 조적벽돌의 경량화를 도모하는 등의 효과를 가져 건축자재산업에 있어 매우 유용한 발명이다.

카본계 흡착재, 조적벽돌, 친환경, 새집증후군

Description

카본계 흡착재를 포함하는 친환경 조적벽돌 및 그 제조방법{ECO-BRICK INCLUDING CARBON TYPE ADSORBENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 카본계 흡착재의 전자현미경 사진이다.

도 2a는 통상의 모래의 입도분포곡선이고, 도 2b는 카본계 흡착재의 입도분포곡선이다.

도 3은 각 재령별 카본계 흡착재 치환율 변화에 따른 압축강도를 나타낸 그래프이다.

도 4는 각 재령별 카본계 흡착재 치환율 변화에 따른 인장강도를 나타낸 그래프이다.

도 5는 재령경과에 따른 기건비중의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 6은 재령경과에 따른 흡수량을 나타내는 그래프이다.

도 7a,7b 카본계 흡착재 치환율에 따른 이산화탄소의 농도를 나타내는 그래프로서, 도 7a는 재령 7일, 도 7b는 재령 28 일에 해당한다.

도 8은 시간경과에 따른 이산화탄소의 재방출량을 나타내는 그래프이다.

도 9는 재령경과에 따른 라돈방출량을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 카본계 흡착재를 포함하는 친환경 조적벽돌 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 특수한 공정으로 제조된 카본계 흡착재를 포함하여 신규한 건축자재에서 발생하는 유해물질을 효과적으로 흡착하면서도 벽돌제조시 다른 재료와 혼입이 용이한 친환경 조적벽돌 및 그 제조방법에 관한 것이다.

벽돌은 점토(粘土)를 주원료로 하여 고온으로 구운 건축재료로서 일정한 크기로 절단하여 이를 적절하게 조적하여 건축용 자재로 사용한다. 벽돌은 고대로부터 건축시 중요한 자재로 사용되어 왔으나, 집을 지을 때 발생하는 각종 건축자재에서 라돈, 석면, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소산화물, 오존, 미세먼지, 부유세균과 같은 오염물질과 곰팡이·바이러스와 같은 세균, 진드기, 애완동물 등의 생물도 실내공기를 오염시킬 수 있다. 이러한 오염물질이 건물 밖으로 배출되지 못하고 실내에 축적되면서 인체에 각종 질병을 일으키게 된다.

상기 문제점을 극복하게 위한 일례로서, 한국공개특허 제2003-8857호에서는 황토50%, 활성탄 20%, 흑운모 5%, 옥 5%, 석회 5%, 짚 10%, 모래 5%의 중량비로 혼합된 벽돌을 개시하였다. 또한 한국공개특허 제2004-99704호에서는 황토 분말 80중량%, 숯 분말 14중량%, 짚 6중량%로 구성되는 내화벽돌을 개시하였다. 상기 특허들은 황토 및 활성탄의 흡착성능을 활용하여 건축자재에서 배출되는 유독가스 등을 흡착하는데 효과적이지만 황토 및 활성탄의 비중이 작아 물에 혼입시 다른 재료들과 잘 섞이지 않는 문제가 있었다.

한편 한국공개특허 제2002-65190호에서는 석탄재 60중량%와, 경화용 혼합제 23중량%, 모래 17중량%에 적량의 물을 가하여 충분히 교반한 다음 고압진동형 벽돌성형기에 의하여 벽돌을 성형하여 모래 사용량이 적은 강도와 보온 작용이 우수한 경량의 석탄재벽돌을 개시하였다. 상기 석탄재벽돌은 폐연료인 석탄재를 건축자재로 활용한 것으로는 의미를 가지나 상술한 문제점을 극복하는데는 한계가 있었다.

이에 본 발명자들은 수년간의 연구 끝에 특수한 공정으로 제조한 석탄을 카본계 흡착재로서 벽돌에 포함하여 유독가스에 대한 흡착성능이 매우 우수하면서도 다른 재료들과 잘 혼입되는 카본계 흡착재를 포함하는 친환경 조적벽돌 및 그 제조방법을 개발하였다.

본 발명의 목적은 특수한 공정으로 제조된 카본계 흡착재를 포함하여 신규한 건축자재에서 발생하는 유해물질을 효과적으로 흡착하면서도 벽돌제조시 다른 재료와 혼입이 용이한 친환경 조적벽돌 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 주성분으로서, 시멘트 5 ~ 40 중량% 및 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 용출제거하고 이를 분쇄한 다공질성 카본계 흡착재와 모래의 혼합물 60 ~ 95 중량 %를 혼합하여 이루어지는 친환경 조적벽돌을 제공한다.

상기 모래와 다공질성 카본계 흡착재는 1:1 ~ 9:1의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 플라이애시 시멘트 및 고로슬래그 시멘트중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 다공질성 카본계 흡착재에서 사용되는 산은 강산인 것이 바람직하며 0.3 ~ 10 mm의 크기로 분쇄하는 것이 좋다.

상기 주성분에 황토, 점토, 백토, 혈암, 보명토, 고령토, 장석 및 카오린토석으로 구성되는 군으로부터 선택된 어느하나 이상을 더 첨가하는 경우 더욱 향상된 흡착성능을 가지며, 이 경우 첨가량은 상기 주성분 100 중량부에 대하여 10 ~ 30 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 주성분 100 중량부에 대하여 유기가소제 1.5 ~ 3 중량부와 무기가소제 3 ~ 15 중량부를 단독 또는 혼합하여 이를 첨가할 수 있다. 상기 유기가소제는 젤라틴, 아라비아 고무, 메틸셀룰로스, 글리세린, 펄프폐액 및 폴리비닐알콜으로 구성되는 군으로부터 선택된 어느하나 이상의 화합물인 것이 바람직하고, 상기 무기가소제는 도석, 세리사이트, 벤토나이트, 버미큐라이트 및 폐백토로 구성되는 군으로부터 선택된 어느하나 이상인 것이 좋다.

상기 석탄은 탄화도가 30 ~ 50 %이고 발열량이 3,000㎉/㎏ 이하이며 상기 산 으로 처리하여 용출되는 함유회분은 60 ~ 80%인 것이 흡착성능이 더욱 우수하다.

본 발명은 시멘트와 모래를 포함하는 조적벽돌에 있어서, 30 ~ 50 % 탄화된 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 60 ~ 80 % 용출제거하고 이를 분쇄한 다공질의 카본계 흡착재를 포함하는 조적벽돌을 제공한다.

본 발명은 조적벽돌을 제조함에 있어서, 상기 주성분과 첨가성분의 단독 또는 혼합물에 물을 가하여 혼련하는 제1단계; 혼련물을 벽돌유압 성형기를 통해 압출시킨 후 벽돌형상으로 성형시키는 제2단계; 및 상기 성형된 벽돌을 10 ~ 20시간 동안 건조시키는 제3단계를 포함하는 친환경 조적벽돌의 제조방법을 제공한다.

상기 제1단계에서 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 물 5 ~ 30 중량부를 가하여 혼련하는 것이 바람직하다.

상기 제1단계와 상기 제2단계 사이에 상기 제1단계에서 제조된 혼련물을 50 ~ 70 시간동안 10 ~ 20℃에서 숙성시키는 과정을 더 포함하는 것도 가능하다.

상기 제3단계에서 바람직하게는 건조온도는 10 ~ 50℃로 건조하는 것이 좋다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 주성분으로서, 시멘트 5 ~ 40 중량% 및 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 용출제거하고 이를 분쇄한 다공질성 카본계 흡착재와 모래의 혼합물 60 ~ 95 중량 %를 혼합하여 이루어지는 친환경 조적벽돌에 관한 것이다.

본 발명의 주성분은 시멘트, 모래 및 다공질성 카본계 흡착재로서, 이 중 모래와 다공질성 카본계 흡착재의 투입량은 주성분에 대하여 60 ~ 90 중량 %를 첨가하며, 내부적으로 모래의 투입량이 많아지면 다공질성 카본계 흡착재의 투입량이 줄어들고 반대의 경우에는 다공질성 카본계 흡착재의 투입량이 늘어나는 반비례의 관계가 성립한다. 다시 말해 본 발명의 카본계 흡착재는 모래와 비슷한 입도분포를 가지면서, 모래보다 가벼우므로(도 2a, 2b참조) 모래를 치환하여 첨가될 수 있으며, 이를 치환하는 경우에도 조적벽돌의 압축강도, 인장강도 등의 기계적 물성이 기준치를 만족할 수 있다.

한편 상기 모래와 다공질성 카본계 흡착재는 1:1 ~ 9:1 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다. 만일 상기 다공질성 카본계 흡착재가 90 %를 초과하는 경우에는 과소성되어 압축강도가 떨어지는 동시에 성형된 모르타르에 흡수율이 커 건조수축 및 각종 균열이 발생할 부작용이 있고, 10% 미만일 경우에는 소성이 덜이루어져 압축강도가 감소될 우려가 있는 동시에 유해물질 흡착성능이 감소되는 경향이 있다.

상기 시멘트는 일반적으로 조적벽돌에 사용할 수 있는 것이면 특별한 제한이 없으나 바람직하게는 1종 포틀랜드 시멘트 사용하는 것이 좋으며, 플라이애쉬 및 고로슬래그 시멘트를 사용하면 표면 마무리가 좋으므로 같이 사용할 수 있다. 상기 시멘트는 전체 주성분에 대하여 5 ~ 40 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 만일 상기 시멘트의 첨가량이 5 중량% 미만이면 조적벽돌의 성형이 어려워지며, 40 중량%를 초과하면 너무 쉽게 굳어질 뿐 아니라 강도가 저하된다.

본 발명의 카본계 흡착재는 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 용출제거하고 이를 분쇄한 것을 사용한다. 상기 석탄은 탄화도 및 발열량이 높아 산업적으로 가치있는 무연탄(탄화도 90% 이상, 발열량 7,000~ 8,000 ㎉/㎏), 유연탄(역청탄, 탄화도 70 ~ 90%, 발열량 6,000 ~ 8,200 ㎉/㎏), 갈탄(탄화도 60 ~ 70% , 발열량 5,000~ 6,000 ㎉/㎏)등을 모두 사용할 수 있지만, 보다 바람직하게는 탄화도가 30 ~ 50 % 이며, 발열량이 3,000㎉/㎏ 이하로서 산업적으로 가치가 거의 없는 산업폐기물 수준의 석탄도 본 발명의 카본계 흡착재로서 사용할 수 있어 자원의 재활용 및 생산비용의 절감차원에서 매우 유리하다. 다만 탄화도가 30% 미만일 경우 조적벽돌의 건조공정에서 건조온도를 낮추기 어렵고 흡착성능이 떨어지므로 그 첨가 효과가 극히 미미하다.

한편 종래기술에서는 일반 석탄에 대하여 이를 가공 및 처리과정을 거치지 않고 모르타르의 구성재료로 사용하여 단순히 모르타르 재료의 다양화와 폐석탄의 재활용만을 추구하였다. 그러나 본 발명의 카본계 흡착재는 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 용출제거한 후 이를 분쇄하여 사용한다. 상기 석탄을 산으로 처리하면 함유 회분이 다량으로 용출되면서 공동(空洞)이 다수 생성되고 상기 생성된 공동을 통해 건축용 구조물에서 발생하는 포름알데히드 등의 유해물질을 흡착하는 데 매우 유리하며 나아가 카본계 흡착재의 내부표면에 존재하는 탄소원자의 관능기가 주위의 액체 또는 기체에 인력을 가하여 피흡착질의 분자를 더 잘 흡착하게 된다. 이를 통해 새집증후군 등의 문제점을 해결하고 쾌적한 환경을 유지할 수 있으며, 또한 모르타르의 주요 성분인 시멘트에서 분출되는 알칼리 성분 및 라돈 등을 효과적으로 흡착할 수 있다. 이 경우 최초 석탄에 포함된 함유회분을 60 ~ 80% 정도 용출제거시키는 것이 바람직하다. 만일 60 % 미만인 경우에는 공동의 생성이 저하되어 흡착성능이 떨어지고, 80 %를 초과하는 경우에는 강도가 약해질 뿐 아니라 타 재료와의 혼입이 어려워진다.

또한 유해물질에 대한 흡착성능이 우수하여 각종 건축용 자재의 재료로 사용되는 기존의 숯과 활성탄은 비중이 낮아 물에 뜨는 경향이 강하므로 상기 숯 등을 물과 혼입시 이를 균일하게 혼합하기가 매우 어려웠다. 이에 반하여 본 발명의 카본계 흡착재는 비중이 1.4 ~ 2.0 정도로 일반 모래의 비중에 비해서는 다소 작으나 물과의 혼입시 섞기가 용이하여 다른 재료와 균일하게 혼합되는 장점을 가진다.

한편 본 발명에서 사용되는 산은 석탄과 반응하여 함유 회분을 용출시킬 수 있는 것이면 종류에 제한이 없으나, 바람직하게는 강산을 사용하는 것이 상기 함유회분을 용이하게 용출시킬 수 있으며 사용될 수 있는 강산으로는 염산, 황산 및 질산 등이 있다.

상기 카본계 흡착재는 모래와 비슷한 크기로 분쇄되어 사용될 수 있으나, 보다 바람직하게는 0.3 ~ 10 mm 정도의 크기가 적당하다. 상술한 크기로 분쇄한 카본계 흡착재를 모래와의 혼입하면 모래와 카아본계 흡착재의 입도 크기의 대소가 잘 맞아 정밀한 제작이 가능하다.

한편 본 발명 조적벽돌의 흡착성능을 향상시키기 위하여 상기 주성분에 황토, 점토, 백토, 혈암, 보명토, 고령토, 장석 및 카오린토석으로 구성되는 군으로부터 선택된 어느하나 이상을 더 첨가할 수 있다. 특히 황토는 카탈라아제, 디페놀, 옥시디아제, 사카리제의 4가지의 효소성분을 갖고 있으며, 이 효소들은 각기 독소, 분해력, 정화작용의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 황토는 표면이 넓은 벌집구조로 수많은 공간이 복층구조로 형성되어 있으며, 상기 복층구조를 통해 원적외선이 다량흡수, 저장되어 있어 열을 받으면 발산하여 다른 물체의 분자활동을 자극하는데 매우 용이하다.

본 발명에서 첨가되는 상기 황토 등은 상기 주성분 100 중량부에 대하여 10 ~ 30 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 만일 10 중량부 미만으로 첨가하면 황토 등의 첨가효가가 미미하고 30 중량부를 초과하는 경우에는 압축강도의 저하가 발생할 수 있다.

한편 석탄의 종류에 관계없이 주성분 중 카본계 흡착재의 첨가량이 50 중량%를 초과하게 되면 가소성 저하에 의해 진공 압출 성형이 어려운 경우가 발생할 수 있다. 상술한 문제점을 해소하고 가소성을 향상시키기 위하여 본 발명에서는 상기 주성분에 추가적으로 유기 또는 무기 가소제를 첨가할 수 있다.

상기 유기가소제는 젤라틴, 아라비아 고무, 메틸셀룰로스, 글리세린, 펄프폐액 및 폴리비닐알콜으로 구성되는 군으로부터 선택된 어느하나 이상의 화합물인 것이 바람직하며 상기 무기가소제는 도석, 세리사이트, 벤토나이트, 버미큐라이트 및 폐백토로 구성되는 군으로부터 선택된 어느하나 이상인 것이 좋다.

첨가되는 양은 상기 주성분 100 중량부에 대하여 유기가소제 1.5 ~ 3 중량부와 무기가소제 3 ~ 15 중량부를 단독 또는 혼합하여 첨가한다. 만일 상기 유기가소제와 무기가소제를 각각의 하한점 이하로 첨가하면 가소제의 첨가의의가 미미하고, 각각의 상한점을 초과하여 첨가하면 진공 압출 성형기로부터 성형벽돌의 토출이 어려워지는 부작용이 발생할 수 있다.

본 발명의 친환경 조적벽돌의 제조방법은, 벽돌을 제조함에 있어서, 상술한 기재의 물질에 물을 가하여 혼련하는 제1단계, 상기 혼련물을 압출기를 통해 압출시킨 후 벽돌형상으로 성형시키는 제2단계, 및 상기 성형된 벽돌을 10 ~ 20시간 동안 건조시키는 제3단계를 포함한다.

상기 제1단계의 경우 주성분인 시멘트, 모래 및 카본계 흡착재만을 혼합하거나 상기 주성분에 유기, 무기가소제 및 황토 등을 첨가하여 혼합하는 것도 가능하다. 상기 혼합물에 대하여 적절한 양의 물을 첨가하여 혼련한다. 이 때 첨가되는 물의 양은 첨가되는 혼합물의 양에 따라 일반적인 조적벽돌을 제조할 수 있을 정도로 적절한 비율로 첨가되면 족하나, 보다 바람직하게는 혼합물 100 중량부에 대하 여 물 5 ~ 30 중량부를 가하는 것이 유리하다.

상기 제2단계에서는 상기 혼련물을 압축기를 통해 압출된 후 사용목적에 따라 적절한 형상으로 성형시킨다.

한편 상기 제1단계와 상기 제2단계 사이에 상기 제1단계에서 제조된 혼합물을 50 ~ 70 시간동안 10 ~ 20℃에서 숙성시키는 과정을 더 포함시키는 것도 가능하다. 이 경우 카본계 흡착재와 다른 원료들의 과립이 충분히 수화되고, 일부 규산염 물질과 물이 접촉하여 접합성이 좋은 물질(cemented material)로 됨으로써 성형성이 높아지게 된다. 또한, 이 과정을 통해 산화·환원 반응이 일어나 미생물의 번식이 초래되어 재료들이 부드럽고 균일하게 됨과 동시에 유동성과 응집성이 높아짐으로써 성형체의 표면이 더 고르게 된다.

상기 제3단계에서는 제2단계에서 성형된 조적벽돌은 통상의 벽돌제조공정에서 승온시간 및 건조시간을 유지하면 족하나, 바람직하게는 상온건조 또는 10 ~ 50 ℃에서 10 ~ 20시간 동안 건조시키는 것이 최종 조적벽돌의 갈라짐 현상을 최소화하는데 유리하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<합성예> 다공질성 카본계 흡착재의 제조

탄화도가 40% 정도이고 발열량이 2,800㎉/㎏ 정도인 석탄 1㎏(삼천리 연탄에서 구입)을 반응용기에 넣은 후 상기 석탄에 함유된 회분이 70 %정도가 용출되도록 황산을 가하여 4시간정도 반응시켰다. 반응이 끝난 후 자연상태에서 24시간 건조시킨 후 5mm정도의 크기로 분쇄하여 다공질성 카본계 흡착재를 제조하였다.

<실시예 1 ~ 15>

하기 표 1에 표시된 혼합비와 같이 포틀랜드 시멘트, 상기 합성예 1에서 합성한 카본계 흡착재 및 모래를 강제식 팬믹서에 넣고 30초 동안 30rpm으로 혼합하여 건비빔하였다. 그 뒤 물을 넣고 60초 동안 60rpm으로 혼합하여 혼합한 후 압축성형하여 원통형의 7.5㎝(지름)*8㎝(높이) 크기의 조적벽돌을 제조하였다. 이후 상기 성형된 조적벽돌을 상온에서 15시간 동안 건조하여 친환경 조적벽돌을 제조하였다.

<비교예 1 ~ 3>

상기 합성예 1에서 합성한 카본계 흡착재를 첨가하지 않은 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 최종 모르타르 조성물을 제조하였다.

[표 1]

상기 표 1에서 W는 물, C 는 시멘트, S는 모래를 의미한다. 배합비는 시멘트와 모래의 중량비를 의미하며, W/C는 물시멘트비로서 물과 시멘트의 혼합비(중량비)를 의미한다. 카본계 흡착재의 치환율은 모래를 대신하여 치환된 카본계 흡착재의 용적비의 중량을 의미한다.

<실험예> 친환경 조적벽돌의 탈취율 측정

실시예 1 ~ 15, 비교예 1 ~ 3 에 대한 하기 1 ~ 8의 물성을 평가하여 그 결 과를 나타내었다.

1. 탈취율 측정

챔버에 상기 합성예 1의 다공질성 카본계 흡착재 20g을 넣고 포름알데히드(새집증후군을 일으키는 주성분)를 주입한 후 30분 단위로 탈취율을 측정하였다. 그 뒤 시료를 넣지 않은 상태를 대조군으로 하여 동일한 실험을 수행하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 한편 상기 탈취율 측정시험은 KICM-FIR-1085의 방법으로 수행하였다. 한편 하기 표 1에서 대조군은 아무 것도 넣지 않고 측정한 것을 의미한다.

[표 2]

경과시간(분)	0	30	60	90	120
대조군(ppm)	81	78	75	72	70
합성예(ppm)	81	33	28	20	16
탈취율(%)	-	55.1	62.7	72.2	78.6

상기 표 2에서 나타난 바와 같이 본 발명의 특수공정을 거친 다공질성 카본계 흡착재의 2시간 후 탈취율은 78.6%로서 매우 뛰어난 흡착성능이 있음을 확인할 수 있었다. 나아가 장시간 구조물에 사용할 경우 더욱 효과적으로 흡착성능을 발휘할 것으로 예측할 수 있다.

2. 압축강도 측정

압축강도 시험은 KS F 4004 콘크리트 벽돌의 규정에 의거하여 공시체 가압 양면을 공시체의 세로축에 직각이 되도록 평활하게 마무리하고 상기 실시예 및 비교예의 조적벽돌을 2시간 이상 물 속에 담가두었다. 그 뒤 중앙에 구접면을 갖는 전압 장치를 이용하여 압축강도를 시험하였고, 이 때 가압속도는 가압면의 단면적에 대하여 매초 약 0.2~0.3N/㎟가 되도록 하였다. 이렇게 얻은 최대하중으로부터 콘크리트 벽돌의 압축강도를 하기 수학식 1에 따라 계산한 후, 이를 도 3에 나타내었다.

[수학식 1]

압축강도(N/㎟)=P/A₁

단 P는 최대 하중(N)이고, A₁ 은 공시체 가압면의 단면적(㎟)을 의미한다.

그 결과 도 3에서는 전체 배합비별 압축강도의 경우 배합비가 높을수록 압축강도는 작은 것으로 나타났으며, 카본계 흡착재 첨가량이 증가할수록 강도도 저하하는 경향을 나타났으며 카본계 흡착재를 첨가하지 않은 비교예에서 제일 높은 강도발현을 나타내었다. 카본계 흡착재 첨가율 변화에서는 배합비별 공히 모두 카본계 흡착재 첨가율이 증가할수록 압축강도는 감소하는 것으로 나타났다.

이와 같은 경향은 배합비가 클수록 카본계 흡착재 첨가율이 많을수록 첨가된 카본계 흡착재의 밀도가 작아 나타난 결과로 사료된다. 또한 KS의 품질규준에는 1:2 배합에서는 40%의 첨가율, 1:3, 1:5 배합에서는 30%, 40%의 첨가율을 제외하고 는 보통벽돌과 경량벽돌의 품질규준에 모두 만족하는 것으로 나타났다.

한편 C종 벽돌 1급 등의 기재내영은 KS F 4004 콘크리트 벽돌 품질에 의한 기준으로서, C종 벽돌 1급은 압축강도는 16MPa 이상이며 이에 관하여는 모두 KS F 4004 콘크리트 벽돌 품질에 의한 기준에서 고시하고 있다.)

3. 인장강도 측정

KS F 2423에 의거 인장강도를 측정하였다. 그 결과로서 도 4는 각 재령별 카본계 흡착재 치환율 변화에 따른 인장강도를 나타낸 그래프이다. 전반적으로 압축강도와 비슷한 경향을 나타내었고, 특히 1:2 배합에서 비교예 1에서 표준 28일재령에서 약 4.0MPa로 가장 높은 인장강도를 나타내었다. 카본계 흡착재가 첨가된 콘크리트벽돌에서는 약 1.3~2.4Mpa로 큰 인장강도 차이를 나타내지 않았고 그 외 1:3, 1:5 배합에서는 0.8~2.4MPa, 0.6~1.6MPa정도로 인장강도 차이가 나타나지 않았다. 결국 배합비가 커질수록 초기재령에서 재령이 경과할수록 강도의 증진이 큰 변화가 없는 경향으로 나타났다. 이와 같은 결과는 콘크리트벽돌 제조 후 3일간 증기양생으로 초기 재령에서 강도가 결정되는 것으로 판단된다.

4. 기건비중 측정

조적벽돌의 순체적과 질량을 측정하여 하기 수학식 2에 의해 조적벽돌의 기건비중을 측정하였다.

[수학식 2]

기건비중 = M/V

상기 M은 조적벽돌의 질량(g), V는 조적벽돌의 순체적(㎖)을 의미한다.

도 5는 재령별 기건비중의 변화량을 나타낸 그래프로서 전반적으로 카본계 흡착재가 증가할수록 배합비별 공히 모두 기건비중이 감소하는 경향으로 나타났고 재령 7일에서 배합비 1:3에서는 카본계 흡착재 첨가율 30%에서 급격히 감소하였으며, 배합비 1:5에서는 카본계 흡착재 치환율 20%에서 급격히 감소하는 경향을 나타났고 그 후부터는 완만히 감소하는 경향을 나타내었다.

이와 같이 배합비 커질수록 비교예에 비하여 기건비중의 감소율이 커지는 것으로 나타났는데 이는 시멘트에 대한 잔골재의 비가 커짐에 따라 첨가되는 카본계 흡착재의 양이 증가하기 때문인 것으로 판단된다. 참고적으로 KS F 4004(콘크리트벽돌)규정에 기건비중에 만족하는 경우도 1:2 배합에서는 모든 재령에서 카본계 흡착재 첨가율 30~40%에서 B종에서 카본계 흡착재의 차이가 크게 나타났는데 1시간 경과 후에서 치환율 0, 20%에서는 그 외 치환율에 비하여 흡수량이 적게 나타났으며 5시간 경화 후에서는 치환율 0, 20%에서 그 외 치환율보다 흡수량이 크게 나타났다. 이는 카본계 흡착재가 흡수율이 크므로 치환율이 증가할수록 초기 흡수량이 증가하는 것으로 판단된다.

5. 흡수율 측정

흡수율 시험은 KS F 4004 콘크리트 벽돌의 규정에 의거하여 콘크리트 벽돌 전체 모양을 그대로 사용하여 실온 15~25℃의 맑은 물속에 24시간 침지시킨 후, 물 속에서 꺼내어 철망 위에 놓고 1분간 물기를 뺀 후, 젖은 헝겊으로 표면을 닦아 내고 공시체의 표건 질량을 측정한 후, 하기 수학식 3에 따라 흡수율을 측정하였다.

[수학식 3]

흡수율(%) = (m₀-m₁)/m₁× 100

상기 m₀는 시험체의 표건 질량(g)을 의미하고 m₁은 시험체의 절건 질량(g)을 의미한다.

도 6은 각 재령별 카본계 흡착재 치환율 변화에 따른 인장강도를 나타낸 그래프로서 카본계 흡착재의 치환비율이 높을수록 높은 흡수율을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

6. 이산화탄소 흡수율

이산화탄소의 흡착능을 측정하기 위해 10×10×30㎝의 밀폐용기에 담배 연기를 발생시킨 후 모르타르를 넣고 10분, 1시간, 2시간마다 가스측정기(Gastec coporation Japan, GV-100S)를 이용하여 이산화탄소농도를 측정하였다.

도 7a, 7b는 카본계 흡착재 첨가율 변화에 따른 이산화탄소 농도 재령별로 나타낸 그래프이다. 그 결과 전반적으로 모든 배합에서 시간이 경과할수록 이산화탄소 농도가 감소하는 것으로 나타났고, 카본계 흡착재 치환율이 증가할수록 이산화 탄소의 흡착력은 크게 나타났다. 먼저 재령 7일에서 비교예의 경우 초기(0시간)의 CO₂ 농도값 5000ppm보다 모든 배합에서 1시간 경과후의 CO₂ 감소량은 20% 정도 감소하였고 카본계 흡착재 첨가율이 10～40%로 증가할수록 CO₂ 농도는 2000～300ppm정도로 감소하는 경향을 나타내었다. 2시간 경과 후에서는 카본계 흡착재 첨가율이 증가할수록 이산화탄소 농도가 1000～300ppm정도로 1시간 경과보다도 1000ppm정도 이산화탄소 감소하는 경향으로 나타났다. 28일재령에서도 7일재령과 비슷한 경향을 나타내었고 1시간 경과에서는 카본계 흡착재 첨가율이 증가할수록 이산화탄소 농도가 2500ppm～300ppm정도로 나타났고 2시간 경과에서는 1500ppm～300ppm정도로 이산화탄소 농도 감소하는 경향으로 나타났다. 이와 같이 이산화탄소의 감소경향이 1시간 경과 후에 급격히 감소하고, 그 이후는 다소 완만히 감소하였는데 이는 카본계 흡착재의 흡착성이 활발하게 진행되기 때문인 것으로 예측된다.

7. 이산화탄소 재방출량

밀폐용기(20×30×20cm) 안에 조적벽돌을 삽입 후 담배연기를 발생시켜 24시간 경과 후 벽돌을 꺼내어 다시 깨끗한 용기 넣어 용기 안의 이산화탄소 농도를 0～60분까지 10분마다 측정하고,그 이후 3시간까지는 30분마다 벽돌 시험체에서 방출되는 CO₂방출량을 디지털 측정기(KD Engineering, Airboxx)로 측정하였다.

그 결과로서 도 8은 시간 경과에 따른 이산화탄소 재방출량을 나타낸 그래프이다. 모든 배합에서 흡착된 이산화탄소가 재방출되는 경향은 나타내지 않고, 초기 10분에서 1시간 사이에서 이산화탄소 농도가 저하되는 현상을 나타내었다. 카본계 흡착재 첨가율이 증가할수록 이산화탄소 농도의 저감이 크게 나타났고 1시간 이후에서는 일정한 이산화탄소 농도를 유지하였다.

8. 라돈가스 방출량

3일간 양생된 모르타르 조성물에 라돈 포집기(Rn-tech, α-track Radon Detector)를 설치한 후 28일간 라돈을 포집하였다. 그 뒤 모르타르 표면에 라돈 및 자핵종에서 방출되는 알파 입자가 입사될 때 생성된 미세한 흔적을 알카리 등으로 포집하여 비적이 생성되도록 한 후 현미경을 통해 라돈의 농도를 측정하였다. 도 9는 그 결과로서 재령별 라돈방출량을 나타내는 그래프이다.

전반적으로 카본계 흡착재 첨가율이 증가할수록 라돈 방출량은 모든 배합비에서 감소하는 경향으로 나타났다. 재령 7일의 1:2배합에서는 비교예 1(카본계 흡착재 첨가율 0%)에서 4.23(×10^-4pCi/m²×sec)정도 방출되었지만 카본계 흡착재 첨가율 40%에서는 1.02(×10^-4pCi/m²×sec)정도로 약75%정도 감소하는 경향을 보였다. 1:3배합에서는 비교예 2에서 9.44(×10^-4pCi/m²×sec)정도 방출되었지만 첨가율 40%에서 1.02(×10^-4pCi/m²×sec)정도로 90%정도 감소하는 경향을 나타내었고, 1:5배합에서는 비교예 3에서 18.5(×10^-4pCi/m²×sec)정도 방출되었지만 첨가율 40%에서는 2.62(×10^-4pCi/m²×sec)정도로 Plain에 비하여 약 85%정도 감소하는 경향을 보였다.

재령 28일의 1:2배합에서는 비교예 1에서 4.69(×10^-4pCi/m²×sec)정도 방출되었지만 카본계 흡착재 첨가율 80%에서는 1.68(×10^-4pCi/m²×sec)정도로 약65%정도 감소하는 경향을 나타내었다. 1:3배합의 경우 비교예 2에서 7.7(×10^-4pCi/m²×sec)정도 방출되었지만 첨가율 80%에서는 1.88(×10^-4pCi/m²×sec)정도로 약 75%정도 감소하는 경향을 나타내었고 1:5배합의 경우 비교예 3에서 31.2(×10^-4pCi/m²×sec)정도로 나타났으며 첨가율 80%에서는 2.08(×10^-4pCi/m²×sec)정도로 약 92%정도감소하는 경향으로 나타났다.

이는 카본계 흡착재가 콘크리트벽돌 조직에서 발생하는 라돈가스를 흡착하고, 카본계 흡착재 첨가율이 증가할수록 잔골재의 양이 감소하기 때문으로 판단되어지고 배합비가 커질수록 라돈 방출량이 증가하는 경향은 화강암이 주종으로 이루어진 잔골재 즉, 강모래가 많은 양의 라돈가스를 방출하는 것으로 판단된다.

본 발명의 다공질성 카본계 흡착재를 포함하는 친환경 조적벽돌은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 종래에 석탄을 벽돌에 사용하는 것에 비해 석탄을 산으로 처리하여 함유회분을 용출시켜 공동을 생성하여 유해물질에 대한 흡착성능을 비약적으로 향상시켜 새집증후군의 예방에 매우 유용하다.

둘째, 폐석탄도 사용가능하므로 자원의 재활용의 측면에서 유용하다.

셋째, 주성분에 황토 등을 첨가하는 경우 유해물질의 흡착성능이 비약적으로 향상된다.

넷째, 주성분에 유기·무기 가소제를 첨가하여 석탄만을 혼합할 때 발생하기 쉬운 가소성 저하로 인한 토출속도의 저하를 극복할 수 있다.

다섯째, 통상의 조적벽돌의 제조공정에 있어서, 숙성과정을 더 포함시켜 혼합물의 유동성과 응집성을 더욱 향상시킨다.

여섯째, 미연탄소는 건조공정에서 벽돌의 조직을 다공질화하게 하여 결국 소성벽돌의 무게를 감량시킬 수 있다.

일곱째, 질량이 무거운 모래를 치환하여 질량이 가벼운 카본계 흡착재를 사용할 수 있으므로 통상의 조적벽돌에 비하여 20%이상을 경량화할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 기재되었지만, 본 발명의 기술사상 범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (17)

1. 주성분으로서, 시멘트 5 ~ 40 중량% 및 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 용출제거하고 이를 분쇄한 다공질성 카본계 흡착재와 모래의 혼합물 60 ~ 95 중량 %를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 조적벽돌.
2. 제1항에 있어서,

   상기 모래와 다공질성 카본계 흡착재는 1:1 ~ 9:1의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌.
3. 제1항에 있어서,

   상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 플라이애시 시멘트 및 고로슬래그 시멘트 로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 상기 친환경 조적벽돌.
4. 제1항에 있어서,

   상기 산은 강산임을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌.
5. 제1항에 있어서

   상기 다공질성 카본계 흡착재는 0.3 ~ 10 mm의 크기로 분쇄되는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌.
6. 제1항에 있어서,

   상기 주성분에 황토, 점토, 백토, 혈암, 보명토, 고령토, 장석 및 카오린토석으로 구성되는 군으로부터 선택된 어느하나 이상이 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌.
7. 제6항에 있어서,

   상기 첨가물의 첨가량은 상기 주성분 100 중량부에 대하여 10 ~ 30 중량부인 것을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌.
8. 제1항에 있어서,

   상기 주성분 100 중량부에 대하여 유기가소제 1.5 ~ 3 중량부와 무기가소제 3 ~ 15 중량부를 단독 또는 혼합하여 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌.
9. 제8항에 있어서,

   상기 유기가소제는 젤라틴, 아라비아 고무, 메칠셀룰로스, 글리세린, 펄프폐액 및 폴리비닐알콜으로 구성되는 군으로부터 선택된 어느하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌.
10. 제8항에 있어서,

    상기 무기가소제는 도석, 세리사이트, 벤토나이트, 버미큐라이트 및 폐백토로 구성되는 군으로부터 선택된 어느하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌.
11. 제1항에 있어서,

    상기 석탄은 탄화도가 30 ~ 50 % 이며, 발열량이 3,000㎉/㎏ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌.
12. 제1항에 있어서,

    상기 산에 의해 용출되는 함유회분은 60 ~ 80% 임을 특징으로 하는 상기 친환경 미장용 조적벽돌.
13. 시멘트와 모래를 포함하는 조적벽돌에 있어서,

    30 ~ 50 % 탄화된 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 60 ~ 80 % 용출제거하고 이를 분쇄한 다공질의 카본계 흡착재를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌.
14. 조적벽돌을 제조함에 있어서,

    제1항 내지 제10항 기재의 혼합물에 물을 가하여 혼련하는 제1단계;

    상기 혼련물을 벽돌유압 성형기를 통해 압출시킨 후 벽돌형상으로 성형시키는 제2단계; 및

    상기 성형된 벽돌을 10 ~ 20시간 동안 건조시키는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌의 제조방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 제1단계에서 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 물 5 ~ 30 중량부를 가하여 혼련하는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌의 제조방법.
16. 제14항에 있어서,

    상기 제1단계와 상기 제2단계 사이에 상기 제1단계에서 제조된 혼련물을 50 ~ 70 시간동안 10 ~ 20℃에서 숙성시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌의 제조방법.
17. 제14항에 있어서,

    상기 제3단계에서 건조 온도는 10 ~ 50℃임을 특징으로 하는 상기 친환경 조적벽돌의 제조방법.

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