KR20090131692A - 비소성 황토벽돌의 제조방법 및 이로부터 제조된 황토벽돌 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비소성 황토벽돌 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 황토를 크기에 따라 분급하고 수분함량이 10중량% 미만이 되게 한 후, 여기에 모래, 시멘트, 애쉬 및 고분자첨가제가 포함된 혼합물을 준비하고, 감수제, 무기 고화제 및 물을 포함하는 첨가제를 상기 혼합물에 첨가하여 반죽한 후, 상기 반죽물을 성형하여 건조하는 단계를 포함하는 비소성 황토벽돌 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 황토벽돌은, 소성과정을 거치지 않고서도 기존의 소성 황토벽돌이 가지는 질감, 색상 및 내구성을 가진다. 또한 소성 과정을 거치지 않으므로 에너지 절감이 가능하면서도 기존의 소성 벽돌이 갖추지 못한 온도 및 습도 조절기능이 있다.

비소성, 황토벽돌, 애쉬, 고분자첨가제, 감수제, 고화제

Description

비소성 황토벽돌의 제조방법 및 이로부터 제조된 황토벽돌{Method for manufacturing clay brick having nonsinter property and clay brick produced thereby}

본 발명은 비소성 황토벽돌 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 소성 과정을 거치지 않아 에너지 절감이 가능하면서도 강도 등의 내구성이 우수하고 온도 및 습도 조절기능이 우수한 비소성 황토벽돌 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

19세기 중반부터 알려지기 시작한 시멘트는 그 우수성과 편리함으로 인해 각종 건축물에서 널리 사용되어 왔으며, 그 이전에 사용되어 오던 흙은 건축자재로서 그 용도가 매우 축소되었다. 그러나 시멘트를 이용하여 지어진 건축물은 온도나 습도 조절기능 및 통기성 등이 떨어져 결로 현상이 빈발하므로, 이로 인해 곰팡이 등이 서식하는 문제가 발생하며, 또한 시멘트에서 발생하는 각종 유해물질로 인한 신축건물의 유해성이 자주 거론되고 있다.

따라서, 이와 같은 시멘트의 유해성을 줄이면서도 온도나 습도 조절기능 및 통기성 등을 부여하기 위하여 환경친화적인 흙을 다시 건축자재에 사용하고 있다.

이와 같은 흙 중에서 황토는 인체에 유익한 원적외선 등을 방출하면서 습도 조절 및 온도 조절기능이 우수하며, 폐기시 환경 오염을 유발하지 않아 건설폐기물의 발생을 억제하는 특징이 있어 건축자재를 포함한 각종 기능성 재료에 그 활용도가 증가하고 있다.

이와 같은 황토를 사용하여 건축자재, 특히 벽돌을 제조하는 경우 황토를 주원료로 하고 여기에 운모석과 백시멘트를 일정비율로 혼합한 후, 이를 건조하여 내구성을 부여하기 위하여 약 1100℃ 정도의 고온에서 소성하는 과정이 필수적으로 요구된다. 이와 같은 고온의 소성 공정은 많은 에너지를 소비하게 되고, 최근의 고유가와 맞물려 이와 같은 에너지 소비는 생산 단가에 큰 영향을 미치게 되어 경제성을 저하시키는 원인으로 작용하게 되어, 이는 결국 황토벽돌의 경쟁력 약화로 이어지게 된다. 그러나 소성공정 없이 황토벽돌을 제조할 경우, 황토의 응집력 약화로 인하여 건축자재로서의 적절한 강도를 얻기가 곤란하다는 문제가 있다.

따라서 소성 공정을 사용하지 않으면서도 황토벽돌의 내구성을 유지할 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소성 공정을 사용하지 않고서도 내구성, 통기성, 습도 및 온도 조절기능 등의 물성이 유지된 황토벽돌을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 황토벽돌의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 비소성 황토벽돌 및 그 제조방법을 제공한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 황토를 크기에 따라 분급하고 수분함량이 10중량% 미만이 되게 하는 황토 준비단계; 상기의 황토에 모래, 시멘트, 애쉬(ash) 및 고분자첨가제가 포함된 혼합물을 준비하는 단계; 감수제, 무기 고화제 및 물을 포함하는 첨가제를 상기 혼합물에 첨가하여 반죽하는 반죽물 준비단계; 상기 반죽물을 성형하여 건조하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 혼합물에는, 시멘트 100중량부에 대하여 황토 50∼300중량부, 모래 80∼200중량부, 애쉬 30∼70중량부 및 고분자첨가제 0.1∼5중량부가 포함되는 것이 바람직하며, 이때 상기 고분자첨가제는 셀룰로오스 및 폴리비닐알코올(PVA)로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 또는 그 혼합물로 이루어진 것이 좀더 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 반죽물 준비단계의 첨가제는, 물 100중량부에 대하여 감수제 0.5∼10중량부 및 무기 고화제 5∼30중량부가 포함되는 것이 바람직하며, 이때 상기 무기 고화제는 황산알루미늄, 황산제1철, 황산제2철 및 염화제2철로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 또는 그 혼합물로 이루어진 것이 좀더 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 반죽물 준비단계는, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 상기 첨가제 10∼30중량부를 혼합하여 반죽하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 상기의 방법으로 제조된 황토벽돌을 제공한다.

본 발명에 따른 비소성 황토벽돌은, 제조시 소성 공정을 필요로 하지않아 막대한 에너지 소비를 절감할 수 있으므로 경제성 및 환경적인 면에서 유용하며, 건축 자재용으로서 충분한 강도를 가지면서도, 황토가 갖는 장점인 원적외선의 방출, 통기성, 습도 및 온도 조절기능을 그대로 유지할 수 있으므로, 각종 건축물의 외장재뿐만 아니라 내장재 혹은 실내 벽난로와 같은 구조물의 소재로서 다양하게 이용될 수 있다.

이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 황토벽돌의 제조방법에 있어서, 먼저 황토를 크기에 따라 분급하고 수분함량이 10중량% 미만이 되도록 준비한다.

황토 준비 공정은, 준비된 양질의 황토를 크기별로 분급하고 건조하는 공정으로서, 황토를 정해진 크기, 예를 들어 100 내지 250메시의 크기의 씨브로 걸러 일정한 크기로 분급한 다음, 이를 상온에서 건조시켜 황토의 수분 함유율이 적어도 10% 미만이 되게 하는 공정을 의미한다. 이처럼 황토의 수분을 제거함으로써 추후 다른 재료들과의 혼합공정이 용이해진다.

다음은 모래, 시멘트, 애쉬 및 고분자첨가제가 포함된 혼합물을 준비한다.

본 발명에 사용되는 시멘트는 일반적으로 사용되는 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며 이는 황토와 기타 재료들의 결속력 증진을 목적으로 사용되었다.

상기 시멘트와 상기 황토의 구성비는, 시멘트 100중량부에 대하여 황토 50 내지 300중량부의 함량으로 사용할 수 있으며, 황토의 증가량에 따라 같은 양으로 모래의 양을 감소하여 제조하는 것이 가능하다.

본 발명에 사용되는 모래는 당 업계에서 사용되는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 입경 1 내지 3㎜의 굵은 모래(왕사), 입경 0.5 내지 1㎜의 가는 모래(중사), 입경 0.5㎜ 이하의 세사를 단독으로 혹은 이들을 혼합하여 사용하는 것이 가능하며, 모래 대신에 모래 대체물질인 보명사 또는 도로마이트 등을 사용하여도 된다.

상기 모래 또는 모래 대체물질(보명사, 도로마이트 등)은, 시멘트 100중량부에 대하여 80 내지 200중량부의 함량으로 사용할 수 있으며, 모래의 함량이 80중량부 미만이면 황토벽돌의 균열과 같은 문제가 발생할 수 있고, 200중량부의 함량을 초과하면 강도저하와 같은 문제가 있어 바람직하지 않다.

또한, 상기 애쉬에 있어서, 석탄의 연소방식에 따라 발생하는 애쉬의 양과 특성이 달라지는데 일반적으로 연소방식은 사용되는 초기 연소로에 투입되는 석탄의 입자 크기와 연소과정에 따라 분류된다. 현재 국내에서 석탄을 연료로 하는 발전소의 경우 미분탄 연소방식을 채택하고 있으며, 미분탄 연소로는 연료탄의 80% 정도를 74㎛ 이하가 되게끔 미세하게 분쇄하고 공기와 함께 연소로 내에 분사하여 연소하는 방식으로 석탄회의 80% 이상이 플라이 애쉬로 배출되며 배출되는 플라이 애쉬의 65% 이상이 10㎛이하의 미세한 입자인 것으로 알려지고 있다. 미세한 미분상태로 미분탄은 연소하여 배기가스와 함께 보일러에서 배출되어 집진기 하부에서 포집되는데 이 포집된 석탄회를 플라이 애쉬(飛灰, 75-90%)라 하고 보일러 하부에 낙하되는 괴상 또는 입자가 큰 회를 바탐 애쉬(低灰, 10-25%)라 한다. 바탐 애쉬(B/A)는 분쇄기로 분쇄하여 플라이 애쉬(F/A)와 같이 혼합돼 회 처리장으로 이송 후 매립되는 것이 일반적이다.

본 발명에서 사용되는 애쉬는, 시멘트의 보조 역할로써 시멘트의 공극을 채워 작업성을 높이는 효과와 시멘트의 수화 반응중 발생하는 미반응 물질 CaO와 결합하여 강도증가의 효과를 볼 수 있다.

본 발명에서는 상기 플라이 애쉬, 바탐 애쉬 또는 이들을 혼합한 것 어느 것 이나 사용할 수 있으며, 이들은 시멘트 100중량부에 대하여 30 내지 70중량부의 함량이 사용될 수 있다. 애쉬 함량이 30중량부 미만이면 충분한 강도를 얻을 수 없으며, 70중량부를 초과하는 경우 시공성에 문제가 있어 바람직하지 않다.

상기 고분자 첨가제로는 셀룰로오스 또는 폴리비닐알코올(PVA) 등이 있다. 이들 고분자 첨가제는 응고 과정에서 미세한 황토 입자들을 안정화시키는 역할을 수행하게 된다. 이와 같은 고분자 첨가제는 시멘트 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부의 함량이 사용될 수 있으며, 그 함량이 0.1중량부 미만이면 효능을 기대하기 어렵고, 5중량부를 초과하면 제품 생산원가 상승으로 인하여 시장에서 경쟁력을 잃게 되는 문제가 있어 바람직하지 않다.

다음은 감수제, 무기 고화제 및 물을 포함하는 첨가제를 준비한다.

본 발명에 따른 감수제(water-reducing agent)는 시멘트의 고형화 성질을 촉진시켜 주고, 계면활성작용으로 인하여 시멘트 입자를 분산시킴으로써 입자의 유동성이 향상되므로, 물의 사용량을 줄일 수 있고 원활한 작업과 재료의 강도를 높일 수 있다.

본 발명에서는 감수제로써 일반적으로 사용되는 고성능 AE 감수제를 사용하였는데, 이는 본 발명에 따른 황토벽돌의 미세기포를 연행함으로써 황토벽돌 중의 자유수가 동결될 경우, 수압의 흡수 및 완화와 자유수의 이동을 가능하게 하므로 동결융해에 대한 내구성을 현저하게 개선하며, 물의 사용량을 대폭적으로 감소시키는 역할을 한다.

이와 같은 감수제는 물 100중량부에 대하여 0.5 내지 10중량부의 함량으로 사용할 수 있으며, 그 함량이 0.5중량부 미만이면 충분한 고화가 일어나지 못하므로 바람직 하지 못하고, 10중량부를 초과하면 비경제적일 뿐만 아니라, 압축강도의 감소 및 애쉬의 안정화를 방해하는 등 여러 가지 장애가 일어나므로 바람직하지 않다.

또한 상기 무기 고화제는 황산알루미늄, 황산제1철, 황산제2철 및 염화제2철로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 그 혼합물로 이루어진다.

황토와 같은 미세한 입자의 존재는 시멘트의 수화반응을 억제하므로, 제조된 제품이 소정의 강도에 미치지 못하는 것이 일반적이라 할 수 있다. 더욱이 본 발명에서와 같이 적은 량의 시멘트를 사용함으로써 일반적인 시멘트 벽돌의 강도와 동등한 물성에 갖추기 어려우므로, 고화제를 사용하여 강도를 비롯한 각종 물성을 보강할 필요가 있다.

본 발명에 따른 황토벽돌은 특히 소성 공정을 거치지 않으면서도 건축자재로서의 충분한 내구성, 즉 강도를 갖추기 위하여 상기 고화제를 사용하게 된다. 이와 같은 고화제는 시멘트 수화 반응에 의해 생성되는 수산화칼슘과 반응하여 칼슘 실리케이트 수화물을 형성하는 포졸란 반응을 통하여 애쉬와 황토 등의 성분을 응고시킨다. 따라서 별도의 소성 공정을 거치지 않아도 충분한 응고력을 발휘하여 건축자재로서 요구되는 충분한 강도를 갖게 된다. 소성 공정이 불필요해짐에 따라 소성에 필요한 연료 등이 불필요하므로 에너지 절감 효과가 커지며, 이와 더불어 황토가 갖는 원적외선 발생량의 감소를 방지할 수 있으며, 황토가 갖는 제반 물성의 보 존이 가능하다는 장점을 갖게 된다.

상기 고화제 수용액의 농도를 변화시킴으로써 응고 반응속도를 쉽게 조절할 수 있고, 종래 소재에 비하여 폭 넓은 반응 온도 범위를 가지며, 고온, 다습, 한냉지 등에서도 용이하게 사용할 수 있다.

이와 같은 무기 고화제는 물 100중량부에 대하여 5 내지 30중량부의 함량으로 사용할 수 있으며, 그 함량이 5중량부 미만이면 충분한 고화가 일어나지 못하므로 바람직하지 못하고, 30중량부를 초과하면 오히려 벽돌성형을 저해하므로 바람직하지 않다.

다음으로 상기에서 준비된, 크기에 따라 분급하고 건조된 황토와 모래, 시멘트, 애쉬 및 고분자첨가제가 포함된 혼합물에 감수제, 무기 고화제 및 물을 포함하는 첨가제를 혼합하여 반죽한다.

상기 분급된 황토와 함께 모래 또는 모래 대체 물질(보명사, 도로마이트 등), 시멘트, 애쉬 그리고 고분자첨가제를 준비하여 분말 혼합에 적합한 공업용 믹서를 사용하여 건식 혼합한다. 이때, 시멘트 100중량부에 대하여, 황토 50 내지 300중량부, 모래 80 내지 200중량부, 애쉬 30 내지 70중량부 및 고분자첨가제 0.1 내지 5중량부 함량으로 상기 믹서에 넣고, 이들이 충분히 섞이도록 3 내지 5분 정도 상기 믹서를 작동시켜 건조 혼합물을 얻게 된다.

이어서 상기 혼합물을 반죽하는 공정을 수행하게 되며, 이와 같은 반죽은 상기 건조 혼합물 100중량부에 대하여 상기 첨가제 10 내지 30중량부를 가한 후 반죽 한다.

상기 첨가제의 양이 10중량부 미만이면 성형체(벽돌)의 형성이 원활히 이루어지지 않는 문제가 있고, 30중량부를 초과하면 성형체의 강도 저하의 문제가 있어 바람직하지 않다.

반죽을 통해 얻어진 반죽물은 이어서 벽돌 성형 공정을 거치게 되는데, 반죽물을 벽돌 성형 틀에 넣고 소정의 압력, 예를 들어 100㎏/㎠의 압력으로 가압해 벽돌 형태로 압출하여 황토벽돌을 성형하고 이를 서로 겹치지 않게 적재하게 된다.

성형된 황토벽돌은 건조 과정을 거치게 되는데 가급적 음지에서 상온 건조한다. 이와 같은 건조 공정은 성형된 벽돌의 크기, 주변 온도 및 습도 등의 조건에 따라 상이한 조건하에 실시될 수 있으며, 균열이 발생하지 않도록 가급적 음지에서 상온 건조하는 것이 바람직하며, 황토벽돌의 표면과 내부를 골고루 건조하는 것이 좋다. 건조 시간은 기후 조건에 따라 상이하나 대략 28 내지 30일 정도 건조하는 것이 바람직하다. 이와 같은 건조 공정을 거쳐 얻어지는 황토벽돌은 기존의 벽돌 제조공정과 같이 고온에서 소성하거나 유약을 바르지 않고도 표준 강도가 80㎏/㎠을 넘게 된다.

이하에서 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1>

양질의 황토를 100메시의 크기의 씨브로 걸러 분급하고, 이를 상온에서 건조시켜 황토 분말을 준비하였다.

준비된 황토 분말 740중량부, 바탐 애쉬 161중량부, 시멘트 380중량부, 모래 564중량부 고분자첨가제 4중량부를 공업용 믹서에 넣고, 이를 5분 동안 작동시켜 건조 혼합물을 얻었다.

또한, 물 290중량부에 고성능 AE 감수제 2중량부 및 무기고화제인 황산알루미늄을 15중량부를 첨가하여 수용액을 만들고, 만들어진 수용액을 미리 준비한 건조 혼합물과 잘 섞어서 반죽물을 만들었다.

얻어진 반죽물을 벽돌 성형 틀에 넣고 100㎏/㎠의 압력으로 가압하여 벽돌 형태로 압출한 후, 이를 7㎝의 간격으로 서로 엇갈리게 적재하였다.

바람이 잘 통하는 장소에서 28일 동안 상기 성형 벽돌을 건조하여 목적하는 황토벽돌을 제조하였다.

< 실시예 2>

양질의 황토를 100메시의 크기의 씨브로 걸러 분급하고, 이를 상온에서 건조시켜 황토 분말을 준비하였다.

준비된 황토 분말 922중량부, 바탐 애쉬 161중량부, 시멘트 380중량부, 모래 369중량부 고분자첨가제 4중량부를 공업용 믹서에 넣고, 이를 5분 동안 작동시켜 건조 혼합물을 얻었다.

또한, 물 290중량부에 고성능 AE 감수제 2중량부 및 무기고화제인 황산알루미늄을 15중량부를 첨가하여 수용액을 만들고, 만들어진 수용액을 미리 준비한 건조 혼합물과 잘 섞어서 반죽물을 만들었다.

얻어진 반죽물을 벽돌 성형 틀에 넣고 100㎏/㎠의 압력으로 가압하여 벽돌 형태로 압출한 후, 이를 7㎝의 간격으로 서로 엇갈리게 적재하였다.

바람이 잘 통하는 장소에서 28일 동안 상기 성형 벽돌을 건조하여 목적하는 황토벽돌을 제조하였다.

< 실시예 3>

상기 실시예 1에서 압출된 성형벽돌을 1일간 100℃의 스팀으로 양상한 후, 바람이 잘 통하는 장소에서 28일 동안 상기 성형벽돌을 건조하여 목적하는 황토벽돌을 제조하였다

상기 실시예 1∼3의 방법으로 제조된 황토벽돌 시료를 각각 5개씩 취하여 압축강도 및 흡수율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었고, 대조군으로 KS규격(KSL 4201)의 점토벽돌 시험항목의 수치를 나타내었다.

본 발명에 따른 비소성 황토벽돌의 강도 및 흡수율 측정

	시료	압축강도 (N/㎟)	흡수율 (%)
실시예 1	1	17.46	9
	2	16.04	10
	3	17.40	8
	4	19.31	7
	5	19.05	9
실시예 2	1	16.24	8
	2	17.03	7
	3	16.93	6
	4	15.04	7
	5	17.28	7
실시예 3	1	20.40	6
	2	19.11	4
	3	16.50	5
	4	17.23	5
	5	18.75	6
대조군 (KSL 4201)	1종	20.59 이상	10 이하
	2종	15.69 이상	13 이하
	3종	10.78 이상	15 이하

상기 표 1의 실시예 1∼3은 KS규격(KSL 4201)에 준하여 측정하였으며, 생산된 벽돌의 강도는 2종에 속하며 이는 공정개선을 이용하여 충분히 1종에 해당하는 강도를 얻을 수 있는 정도이고, 흡수율은 1종 기준에 모두 충족함을 보였다.

Claims (7)

1. 황토를 크기에 따라 분급하고 수분함량이 10중량% 미만이 되게 하는 황토 준비단계;

   상기의 황토에 모래, 시멘트, 애쉬 및 고분자첨가제가 포함된 혼합물을 준비하는 단계;

   감수제, 무기 고화제 및 물을 포함하는 첨가제를 상기 혼합물에 첨가하여 반죽하는 반죽물 준비단계;

   상기 반죽물을 성형하여 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비소성 황토벽돌의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 혼합물에는, 시멘트 100중량부에 대하여 황토 50∼300중량부, 모래 80∼200중량부, 애쉬 30∼70중량부 및 고분자첨가제 0.1∼5중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 비소성 황토벽돌의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 고분자첨가제는 셀룰로오스 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 비소성 황토벽돌의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 반죽물 준비단계의 첨가제는, 물 100중량부에 대하여 감수제 0.5∼10중량부 및 무기 고화제 5∼30중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 비소성 황토벽돌의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 무기 고화제는 황산알루미늄, 황산제1철, 황산제2철 및 염화제2철로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 비소성 황토벽돌의 제조방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 반죽물 준비단계는, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 상기 첨가제 10∼30중량부를 혼합하여 반죽하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비소성 황토벽돌의 제조방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 비소성 황토벽돌.