KR20120090358A - 시멘트 블록 제조용 조성물 및 이를 이용한 시멘트 블록의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트 블록 제조용 조성물 및 이를 이용한 시멘트 블록의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펄프공업의 부산물로 발생하는 리그닌을 이용하여 강도 및 내구성이 우수한 자연친화적인 시멘트 블록을 제조할 수 있는 시멘트 블록 제조용 조성물 및 이를 이용한 시멘트 블록의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 시멘트 블록 제조용 조성물은 시멘트와, 카올린과, 리그닌을 함유한다. 또한, 본 발명의 시멘트 블록의 제조방법은 시멘트 100중량부에 대하여 카올린 4 내지 12중량부, 리그닌 0.05 내지 1.0중량부를 혼합하여 조성물을 조성하는 조성단계와, 조성물에 물을 가하여 반죽하여 성형하는 성형단계와, 성형단계에서 얻어진 성형체를 양생하는 양생단계를 포함한다.

Description

시멘트 블록 제조용 조성물 및 이를 이용한 시멘트 블록의 제조방법{Composition for manufacturing cement block and manufacturing method of cement block using the same}

본 발명은 시멘트 블록 제조용 조성물 및 이를 이용한 시멘트 블록의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펄프공업의 부산물로 발생하는 리그닌을 이용하여 강도 및 내구성이 우수한 자연친화적인 시멘트 블록을 제조할 수 있는 시멘트 블록 제조용 조성물 및 이를 이용한 시멘트 블록의 제조방법에 관한 것이다.

현재 일반적으로 사용되고 있는 벽돌류는 크게 시멘트 벽돌과 점토벽돌 두 종류로 나눌 수 있다. 점토벽돌은 점토를 물과 섞어서 진공토련하여 일정한 규격으로 압출시킨 후, 일정 길이로 절단하여 건조 및 소성하는 공정으로 제조되고 있다.

이와 같이 제조되는 점토벽돌은 그 원료를 대량으로 용이하게 구입할 수 있고, 소성과정을 거치기 때문에 최종적으로 생산된 제품의 강도, 내구성 등의 물성이 우수하여 널리 사용되고 있다. 그러나 점토벽돌은 비교적 고온(1100~1250℃)에서 소성하므로 열에너지의 소모가 크고 제조과정에서 불량품이 발생하는 등의 문제점을 가진다.

시멘트 벽돌은 골재성분과 시멘트로 조성된다. 골재 성분은 그 크기에 따라 모래, 왕사와 같은 세골재 및 파석, 자갈과 같은 조골재로 분류된다. 일반적으로 시멘트 벽돌의 경우에 골재 성분으로 조골재를 사용하면 벽돌의 구성성분이 불균일하게 되어 벽돌의 강도에 문제가 생기므로 세골재를 주로 사용하고 있다.

시멘트 성분은 골재 입자들 사이에 밀접 배치되어 경화된 후 이 골재 입자들을 결합시키는 역할을 한다. 이러한 시멘트 벽돌을 제조하기 위해서는 골재 성분과 시멘트 성분을 소정의 비율로 배합하고 적당량의 물을 가하여 혼합한 후, 이 혼합물을 벽돌 형틀에 부어 압축시키고, 혼합물이 고형화되면 꺼내어 건조시키는 양생과정을 거친다.

또한, 시멘트 벽돌은 천편일률적인 육면체 형상으로 자연미가 부족하며, 그 질감도 저급하다는 문제점을 공통적으로 가지고 있다. 또한, 시멘트 벽돌은 시멘트의 독성과 중금속과 같은 유해물질이 포함되어 인체에 유해한 문제가 있어 근래에 이르러 자연친화적인 황토 벽돌이 개발되어 사용되고 있다.

그러나 황토 벽돌은 시멘트 벽돌에 비하여 강도가 낮아 부서지기 쉽고, 황토굳음으로써 균열이 발생하여 미관상으로도 보기 좋지 않은 문제가 있었다. 이러한 벽돌의 문제를 해결하기 위해 시멘트를 적정량 혼합하여 벽돌을 제조하고 있으나, 시멘트와의 결합이 원활하지 못하여 벽돌의 성형이 고르지 못하고, 강도가 균일하지 못한 문제가 발생하고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 소성과정을 거쳐 제조하는 점토블록과 달리 성형 후 양생하여 제조할 수 있는 시멘트 블록을 제공함과 동시에 리그닌을 이용하여 시멘트의 결합력을 높여 점토블록에 뒤지지 않는 강도와 내구성을 갖는 시멘트 블록 제조용 조성물 및 이를 이용한 시멘트 블록의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시멘트 블록 제조용 조성물은 시멘트와, 카올린과, 리그닌을 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 조성물은 황토를 더 함유하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시멘트 블록의 제조방법은 시멘트 100중량부에 대하여 카올린 4 내지 12중량부, 리그닌 0.05 내지 1.0중량부를 혼합하여 조성물을 조성하는 조성단계와; 상기 조성물에 물을 가하여 반죽하여 성형하는 성형단계와; 상기 성형단계에서 얻어진 성형체를 양생하는 양생단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 성형단계 수행 후 상기 성형체의 표면에 빛을 반사시킬 수 있는 반사체를 함유하는 코팅제를 도포하여 반사층을 형성하는 코팅단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 리그닌을 시멘트와 함께 첨가함으로써 시멘트의 결합력을 높일 수 있다. 따라서 소성과정을 거쳐 제조하는 점토블록에 뒤지지 않는 강도와 내구성을 가져 우수한 품질의 시멘트 블록을 제조할 수 있다.

또한, 시멘트의 양을 줄일 수 있어 시멘트의 유해성을 감소시킬 수 있고, 펄프공업의 부산물인 리그닌을 재활용함으로써 환경친화적인 제품을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 시멘트 블록 제조용 조성물 및 이를 이용한 시멘트 블록의 제조방법에 대해서 구체적으로 설명한다.

본 발명의 시멘트 블록 제조용 조성물은 시멘트와, 카올린과, 리그닌을 함유한다. 바람직하게 시멘트 100중량부에 대하여 카올린 4 내지 12중량부, 리그닌 0.05 내지 1.0중량부로 조성된다. 카올린의 함량이 4중량부 미만이면 강도가 낮아지고, 12중량부를 초과하면 성형성이 저하된다. 그리고 리그닌의 함량이 0.05중량부 미만이면 강도가 저하되고, 1.0중량부를 초과하면 흡수율이 낮아진다.

시멘트로 통상적인 포틀랜드 시멘트를 이용할 수 있다.

카올린(kaolin)은 할로사이트(Al₂O₃?SiO₂?4H₂O)와 카올리나이트(Al₂O₃?2SiO₂?2H₂O)로 주성분으로 하며, 주로 도자기의 원료로 사용되는 하얀 점토를 의미한다. 카올린은 할로사이트, 카올리나이트 외에도 버미큘라이트와 일라이트, 미량의Fe₂O₃ ,MgO, CaO, K₂O, TiO₂, MnO 등을 함유한다.

리그닌(lignin)은 식물세포벽의 중엽층과 1차 세포벽에 많이 분포하는 고분자 화합물로 셀룰로우즈(cellulose) 및 헤미셀룰로우즈(hemicellulose)와 함께 식물세포벽을 구성하는 성분 중의 하나이다. 리그닌의 화학구조는 명확하지 않으나 C₁₈H₂₄O₁₁과 C₄0H₄₅O₁₈ 사이라고 추정되고 벤젠고리에 탄소 3개가 붙은 페닌프로판형의 탄소골격으로되어 있고, 이것들이 서로 곁사슬과 곁사슬, 벤젠고리와 곁사슬로 결합된 나뭇가지 모양의 구조로 분자량 5만 이상의 중합체인 것으로 알려져 있다[C. R. Yin, D. I. Seo, S. T. Lee, and Y. S. Jin, Korean Society of Env. Eng., 22, 2197 (2000)].

이러한 리그닌은 셀룰로우즈 다음으로 풍부한 유기물이지만 연료로 쓰이는 것을 제외하고는 거의 산업에 사용되지 못하고 있는 실정이며, 펄프공업의 부산물로 다량 발생하고 분해가 쉽지 않기 때문에 환경오염 문제가 되고 있다.

본 발명에서 리그닌을 첨가함으로써 시멘트의 결합력을 증대시켜 블록의 강도를 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 유해한 시멘트의 양을 줄임과 동시에 펄프공업의 부산물인 리그닌을 재활용할 수 있어 친환경적이다는 장점을 갖는다.

본 발명의 조성물의 다른 실시 예로 황토를 더 함유할 수 있다. 가령, 시멘트 100중량부에 대하여 카올린 4 내지 12중량부, 리그닌 0.05 내지 1.0중량부, 황토 100 내지 200중량부로 조성된다.

황토는 탄산칼슘(CaCO₃), 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃ ), 철분, 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 칼리(K₂O) 등을 포함하며 주로 0.05~0.01mm 실트(silt) 입자로 구성된 황색의 광물질로서, 살균 효과와 독성 제거 능력이 뛰어나며 유해 물질을 중화시키는데 탁월하고 황토의 특유에 벌집 구조체로 정화능력이 우수하여 시멘트의 독성을 중화하는 작용이 있다. 또한, 황토는 다량의 원적외선을 복사하기 때문에 혈액순환 및 신진대사 촉진 등 인체에 유익한 효과를 가진다. 또한, 황토를 첨가량에 따라 시멘트 블록에 다양한 색상을 발현시킬 수 있다.

조성물의 또 다른 예로 시멘트 100중량부에 대하여 카올린 4 내지 12중량부, 리그닌 0.05 내지 1.0중량부, 골재 100 내지 200중량부로 조성된다.

골재로 모래와 석분을 함께 이용하는 것이 바람직하다. 석분을 모래와 함께 사용하는 경우 강도를 향상시킬 수 있다. 석분은 40 내지 100메쉬 입도 크기를 이용할 수 있다. 골재의 일 예로 모래:석분은 0.6~1:1의 중량비이다.

본 발명의 또 다른 실시 예로 시멘트 100중량부에 대하여 카올린 4 내지 12중량부, 리그닌 0.05 내지 1.0중량부, 황토 100 내지 200중량부, 골재 100 내지 200중량부로 조성될 수 있다.

본 발명의 조성물은 다양한 색상을 내기 위해 안료를 더 포함할 수 있다. 안료로는 무기 안료, 유기 안료 등을 이용할 수 있다. 유기 안료와 비교하여 무기 안료의 열변형 온도가 높기 때문에 무기 안료를 사용하는 것이 바람직하다. 무기안료로 산화티탄, 산화알루미늄, 탄산칼슘, 크레이(Clay), 카오린(Kaoline), 황산바륨(Barium sulfate), 활석(Talc), 규조토(Diatomaceous earth), 벤토나이트(Bentonite), 실리카(Silicon dioxide)중에서 하나 또는 2종 이상이 이용될 수 있다.

본 발명의 시멘트 블록을 제조하기 위해 상술한 조성물에 물을 가하여 반죽한다. 이때 함수율이 약 55 내지 65중량%가 되도록 수분 조절한다. 반죽 후 성형한다. 성형은 진동 가압 성형기의 성형틀에 반죽물을 투입하여 가압성형할 수 있다. 또한, 유압프레스의 성형틀에 투입하여 성형할 수 있다. 성형 후 양생하여 시멘트 블록을 제조한다. 양생은 통상적인 양생 방법으로 실시할 수 있다. 일 예로 5 내지 30일 정도 자연건조시켜 양생하거나, 1 내지 3시간 동안 증기 양생한 후 자연 건조시킬 수 있다.

그리고 상술한 성형과정 후 성형체의 표면에 빛을 반사시키는 반사층을 형성하기 위한 코팅단계를 더 수행할 수 있다. 이때 반사층을 형성하기 위한 코팅제로 시멘트 100중량부에 대하여 카올린 4 내지 12중량부, 리그닌 0.05 내지 1.0중량부, 반사체 2 내지 10중량부를 배합한 후 물 40 내지 80중량부를 가하여 조성한다. 반사체의 함량이 2중량부 미만인 경우 시인성이 저하되고, 10중량부를 초과하게 되면 결합력이 약해진다.

반사체는 야간에 불빛을 반사시켜 미려한 경관창출과 시인성을 높이기 위한 것으로서, 글래스비드를 이용할 수 있다. 글래스비드는 50 내지 150㎛의 입자를 이용할 수 있다. 바람직하게 반사체로 글래스비드에 방해석을 혼합하여 이용한다. 글래스비드와 방해석은 약 5:1~5의 중량 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 방해석은 글래스비드의 반사휘도를 증대시키기 위한 것으로서, 글래스비드와 동일한 크기의 입자를 이용한다. 방해석은 육방정계에 속하는 탄산무수염광물로, 본 발명에서 방해석은 글래스비드 입자의 주변에 배치되어 글래스비드에서 반사되는 불빛을 굴절시켜 블록 표면에서의 휘도를 증대시킴으로써 시인성을 향상시킨다. 또한, 주간에는 빛을 난반사시켜 시인성을 향상시킬 수 있다.

상술한 코팅제를 진동 가압 성형기의 성형틀 내부에 있는 성형체의 상부에 일정량 투입한 후 가압성형하여 성형체의 상부 표면에 반사층을 형성한다. 이 경우 반사층의 두께는 2 내지 10mm인 것이 바람직하다. 코팅단계 후 상술한 양생과정을 거쳐 일면에 반사층이 형성된 시멘트 블록을 제조할 수 있다. 이러한 반사층을 갖는 시멘트 블록은 시공시 반사층이 외부로 노출되도록 시공한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시 예를 제시하나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

(실시 예1)

시멘트 100중량부에 대하여 카올린 8중량부, 리그닌 0.5중량부를 배합하여 시멘트 블록 제조용 조성물을 조성하였다. 리그닌으로 태왕교역에서 판매하는 액상의 제품을 이용하였다. 상기 조성물 100중량부에 대하여 35중량부의 물을 가하여 반죽을 한 다음 성형틀에 투입하고 진동 성형한 후 양생하여 190×90×27(가로×세로×높이)의 시멘트 블록을 제조하였다.

(실시예2)

상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 시멘트 블록을 제조하되, 조성물은 시멘트 100중량부에 대하여 카올린 8중량부, 리그닌 0.5중량부, 모래와 석분이 1:1로 혼합된 골재 150중량부, 황토 150중량부로 조성되었다.

본 발명의 시멘트 블록의 물성을 살펴보기 위해 상기 실시 예 1 및 2에서 제조된 시멘트 블록의 압축강도 및 휨강도를 실험하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 비교예로 통상적인 시멘트 벽돌을 이용하였다. 압축강도 시험은 KS F 4004의 방법에 따라 실시하였다.

구분	압축강도(kg/cm2)
실시예1	151
실시예2	164
비교예	97

상기 표 1의 결과로부터 본 발명의 시멘트 블록은 통상적인 시멘트 벽돌과 비교시 강도면에서 크게 향상됨을 알 수 있다. 그리고 실시 예 2가 실시 예 1에 비해 더 높게 나타났다. 비교 예와 비교시 흡수율, 강도 면에서 양호함을 알 수 있다.

이상, 본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 등록청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 시멘트와, 카올린과, 리그닌을 함유하는 것을 특징으로 하는 시멘트 블록 제조용 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 황토를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 시멘트 블록 제조용 조성물.
3. 시멘트 100중량부에 대하여 카올린 4 내지 12중량부, 리그닌 0.05 내지 1.0중량부를 혼합하여 조성물을 조성하는 조성단계와;
   상기 조성물에 물을 가하여 반죽하여 성형하는 성형단계와;
   상기 성형단계에서 얻어진 성형체를 양생하는 양생단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 블록 제조방법.
4. 제 4항에 있어서, 상기 성형단계 수행 후 상기 성형체의 표면에 빛을 반사시킬 수 있는 반사체를 함유하는 코팅제를 도포하여 반사층을 형성하는 코팅단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 블록 제조방법.