KR20140132380A

KR20140132380A - 미세구조가 제조 공정에서의 핵제의 첨가에 의해 조절되는 다공성 물질을 포함하는 건축 벽돌

Info

Publication number: KR20140132380A
Application number: KR1020147026884A
Authority: KR
Inventors: 파스칼 델-갈로; 니콜라 리셰; 세바스티앙 구달
Original assignee: 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-11-17
Also published as: US20150038318A1; FR2987620B1; FR2987620A1; ES2648166T3; EP2822910B1; EP2822910A1; JP2015509481A; WO2013132163A1; CN104144894A; RU2014140167A; RU2627775C2; US9212096B2

Abstract

다음의 연속적인 단계를 포함하는 방법에 의해 수득된 다공성 물질을 포함하는 허니콤(honeycomb) 구조를 갖는 건축 벽돌: 생석회를 제조하는 단계 a); 상기 생석회, 물 및 실리카를 혼합하는 단계 b); 핵제(nucleating agent)를 첨가하는 단계 c); 세라믹 덩어리를 수득하기 위한 열수(hydrothermal) 합성의 단계 d); 및 단계 d)에서 수득된 상기 세라믹 덩어리를 건조하는 단계 e).

Description

미세구조가 제조 공정에서의 핵제의 첨가에 의해 조절되는 다공성 물질을 포함하는 건축 벽돌{BUILDING BRICK COMPRISING A POROUS MATERIAL, THE MICROSTRUCTURE OF WHICH IS CONTROLLED BY THE ADDITION OF A NUCLEATING AGENT DURING THE PROCESS OF PREPARING SAME}

본 발명은 높은 단열값(insulating value)을 갖는 신규한 건축 벽돌에 관한 것이다.

"모노뮤르(Monomur) 벽돌"로 불리는 내화 점토로 이루어진 벽돌, 또는 "블록"으로 불리는 시멘트로 이루어진 벽돌(셀형 구조를 가짐)이 빌딩의 벽, 바닥, 격벽 또는 다른 요소의 건축을 위해 널리 사용된다.

통상적으로 비어 있는, 다양한 크기와 다양한 모양의 이들 벽돌의 셀은 단열성을 증가시키는 역할을 한다. 그러나, 이들 셀의 자유로운 공간은 열 대류를 제한하기에 충분히 작아야 하고, 그들의 벽은 최소의 기계적 강도를 유지하면서도 전도성 효과를 제한하기에 충분히 얇아야 한다. 그러나, 이들 셀의 빈 공간에 의해 유도된 내열성은 그 안에 공기의 대류 효과에 의해 제한된다. 이러한 효과는 수많은 더 작은 셀을 갖는 벽돌을 생산함으로써 제한할 수 있지만, 이들 소위 "모노뮤르" 벽돌의 생산은 더욱 복잡하고, 결과적인 장점은 상기 셀의 벽의 증가에 기인한 전도 효과의 증가에 의해 종종 상쇄된다.

번호 2 521 197 A1 하에 공개된 프랑스 특허 출원에는 "폴리우레탄 폼, 폴리스티렌 폼, 또는 임의의 다른 섬유성 물질 (글라스 울 또는 암면) 또는 분열된 물질 (코르크 응집체)"과 같은, "높은 단열값을 갖는 셀형 물질"로 채워진 셀을 갖는 내화 점토로 이루어진 벽돌이 개시되어 있다. 그러나, 환경에 따라, 이들 물질은:

(i) 가연성이고/이거나 화재시 유독 가스를 방출하거나,

(ii) 배치를 위한 특별한 조건이 요구되고 이후에 폐기물 관리도 필요로 하는 RCF(내화성 세라믹 섬유)의 카테고리로 궁극적으로 분류가능하기 때문에 잠재적으로 해로운 화합물이거나,

(iii) 시간이 지남에 따라 단열 성질을 잃거나 (팩킹의 침하),

(iv) 또는 상기 결점 중 몇 개를 갖는다.

게다가 벽돌의 팩킹이 현장에서 그 자리에서 이루어질 경우, 이것은 추가의 제약이 되고, 추가의 노동을 필요로 한다.

문헌 FR 2 876 400에는 "성긴 다공성 제품을 기재로 한 단열 물질"로 채워진 중공 벽돌의 사용이 개시되어 있다. 팩킹 물질은 팽창된 펄라이트 또는 팽창된 질석을 기재로 하며, 여기서 전분이 증점제로서 사용된다. 이러한 특허 출원은 또한 다른 성분들, 예컨대 접착제로서 사용된 콜로이드성 실리카, 소수성제 또는 분산된 플라스틱의 사용을 언급한다. 이러한 해결책의 결함은 응집체의 낮은 기계적 내구성에 있는데, 요소의 수송 및 설치 동안 손상될 위험이 있다. 게다가, 상기 구조물은 낮은 응집력을 가지며, 이는 벽을 뚫고 절단하는 동안 물질이 손실될 위험을 초래한다. 수 년에 걸친 알갱이들의 침하가 결국에는 단열값에서 걷잡을 수 없는 감소를 초래한다.

문헌 FR 2 927 623에는 발포 석회로 팩킹된, 내화 점토 벽돌 유형의 건축 요소가 개시되어 있다. 이러한 다공성 물질은 총 건조 물질의 중량에 대하여 65 내지 90 중량％의 석회-시멘트 혼합물, 섬유, 미네랄 충전제, 경화제 및 발포제로 이루어진다. 그 원리는 석회를 발포제로 경화되게 하여 공기 방울을 생성하고, 그 방울들을 반응 동안 붙잡아 두고 따라서 다공성 구조를 수득하는 것이다. 이러한 해결책의 결함은, 석회가 다공성 물질의 형태로 경화되는 것을 돕기 위해 합성 화학물질을 사용할 필요성이 있다는 것이다. 이들 화학물질 중에, 발포제, 겔화제, 경화 촉진제 및 경화제를 언급할 수 있다. 이러한 방법으로 합성 후 이러한 물질의 미세구조, 특히 기공 크기 및 분포, 총 기공도 및 스택의 유형을 조절하기는 어렵다. 이러한 구조물은 낮은 기계적 내구성을 갖고, 따라서 내화 점토 벽돌의 벽의 개수 또는 두께의 잠재적 감소가 제한되고 건축 요소를 배치하는 동안 다공성 물질이 열화될 위험이 초래된다. 공정에서 유기 화합물 (경화제, 발포제 등)의 존재가 내화성 위험 및 방출된 연기의 독성을 증가시킬 수 있다는 것이 또한 주목되어야 한다.

따라서, 제기된 문제는 위에서 언급한 결함을 갖지 않는 건축 벽돌; 특히 우수한 기계적 강도, 즉 10 ㎏/㎠ 초과 및 매우 우수한 단열 특성, 즉 0.100 W/mK 미만, 바람직하게는 0.05 W/mK 미만을 갖는 벽돌을 공급하는 것이다.

본 발명의 한 가지 해결책은 다음 연속적인 단계를 포함하는 방법에 의해 수득된 다공성 물질을 포함하는 셀형(cellular) 구조를 갖는 건축 벽돌이다:

- 90 중량％ 이상의 순도 및 0％ 초과 내지 25％ 이하의 개방 기공도를 갖고, 1 mm 내지 15 mm의 평균 크기를 갖는 석회석 블록을 800℃ 이상의 온도에서 하소하여 생석회의 입자를 수득하는, 생석회의 합성 단계 a);

- 단계 a)에서 수득된 상기 생석회, 물 및 실리카를 0.5 내지 3의 CaO/SiO₂ 몰비로 혼합하여 상기 구성요소의 크림을 수득하는 단계 b);

- 핵제(nucleating agent)를 단계 b)에서 제조된 크림 내에 도입하는 단계 c);

- 단계 c)로부터 수득된 상기 크림을 2·10⁵ Pa 내지 20·10⁵ Pa의 포화 수증기압 및 130℃ 내지 200℃의 온도에서 15 시간 내지 30 시간의 시간 동안 가열하여 세라믹 덩어리를 수득하는, 열수(hydrothermal) 합성 단계 d); 및

- 단계 d)에서 수득된 상기 세라믹 덩어리를 100℃ 내지 400℃의 온도에서 5 내지 24 시간의 시간 동안 건조하는 단계 e).

균일한 매질에서 물질의 열수 합성은 일반적으로 균일한 핵화(핵제의 형성) 및 성장 (핵제의 증대)에 의해 수행된다. 즉, 종들이 일반적으로 액체 상에서 확산하여 핵(수 백 개의 원자의 응집체)들을 형성하고, 이어서 이는 성장하여 최종 물질의 알갱이들을 형성할 것이다.

성장하기 위해, 핵들은 임계 직경에 도달하여야 하고, 이는 물질 및 합성 조건에 의존한다. 아니면, 용해되고 물질을 공급하여 핵들을 다시 형성한다. 따라서 핵화 단계는 임계 크기에 도달하여 성장하는 핵들과 용해된 핵들 사이의 평형이다.

불균일 매질에서 열수 합성은, 이미 임계 크기인 고형 핵제를 용액 내에 도입함으로써 핵화 단계를 조절할 수 있게 만든다. 이는 이들 핵제의 성장 단계에 집중하고 합성 반응 속도를 가속화할 수 있게 만든다. 핵제는 일반적으로 수득될 물질의 알갱이지만 불순물 또는 반응기의 표면일 수 있다. 도입된 핵제의 성질은 합성된 물질의 결정성 형태를 촉진할 수 있고 물질 또는 알갱이의 미세구조 상에 영향을 미칠 수 있다.

핵제의 도입으로 특정 단열 다공성 실리코석회질(silicocalcareous) 미세구조의 조절 및 합성이 가능해진다. 핵제의 도입은 몇 가지 효과(동시에 일어나거나, 동시에 일어나지 않을 수 있음)가 있을 수 있다: 결정화 반응 속도를 가속화하고, 미세구조의 균일성을 향상하고, 특정 미세구조의 성장을 촉진한다.

실제로, 본 발명에 따른 건축 벽돌은 기공 직경의 분포가 0.01 내지 0.5 ㎛에 집중된 기공도를 갖는 동시에, 10 내지 40 kg/㎠의 기계적 강도를 갖는 미세구조가 수득되도록 한다. 본 발명에 따른 벽돌에 사용된 다공성 물질은 전체적으로 무기성이고 유기 화학물질을 첨가하지 않고 만들어지며, 이러한 의미에서 지속가능한 개발 접근법에 부합한다. 이러한 성질은 벽 건축 동안 여러 개의 벽돌을 쌓은 결과로서, 시간이 지남에 따라 침하 현상을 통해 변화하지 않을 것이다.

경제적 관점에서, 열수 합성은 그 비용이 제안된 작업 온도 (따라서 압력)에 비례하는 설비를 필요로 한다. 본 발명은 핵제를 사용함으로써, 핵제를 사용하지 않았으면 요구되었을 압력 또는 온도보다 낮은 작업 온도 및/또는 압력에서 미세구조를 수득하거나, 또는 주어진 온도 및 압력에서 열수 합성의 기간을 상당히 감소시키는 것을 가능하게 한다(예를 들어 150℃ 및 4 bar에서, 핵제의 첨가는 합성 시간을 2배 감소시키거나, 또는 40 시간 대신 20 내지 24 시간으로 감소시키는 것을 가능하게 할 것이다). 따라서, 공정의 전체적인 작업 비용은, 요구되는 균일한 성질을 갖는 생성물의 생산을 보장하면서도 낮아질 수밖에 없다.

본 발명에 따른 벽돌은 요구되는 바와 같이, 다음 특징 중 하나 이상을 갖는다:

- 생산 방법은 셀형 구조를 갖는 하나 이상의 건축 벽돌의 셀의 일부 또는 모두가 단계 c)에서 제조된 상기 크림으로 부분적으로 또는 완전히 채워지는 단계 c1)을 포함하고, 셀형 구조를 갖는 상기 건축 벽돌이, 상기 단계 c1)을 겪은 후, 이어서 단계 d) 및 e)로 보내진다;

- 상기 건축 벽돌은 단계 c1)을 실행하기 전에 물로 미리 적셔진다; 이러한 단계는 개방 기공도의 밀봉을 가능하게 하고, 따라서 크림의 도입 동안 크림 안에 함유된 물이 모세관에 의해 흡수되는 것을 방지한다;

- 셀형 구조를 갖는 상기 건축 벽돌의 모든 셀은 단계 c)에서 제조된 상기 크림으로 그의 내부 체적의 적어도 50％까지 채워진다;

- 단계 c)에서, 0.01 내지 10 중량％, 바람직하게는 1 내지 5 중량％의 핵제를 단계 b)에서 제조된 크림 내에 도입한다. 핵제가 2개의 구성요소(석회, 실리카)의 각각의 중량에 부가적으로 사용되거나, 2개의 기본 구성요소 중 하나 이상의 당량을 부분적으로 대체하거나, 2개의 기본 구성요소(석회, 실리카) 중 하나 이상의 당량을 완전히 대체한다;

- 핵제는 나노메트릭(nanometric) 형태, 바람직하게는 콜로이드성 현탁액 형태, 또는 10 nm 내지 100 ㎛, 바람직하게는 50 nm 내지 5 ㎛의 입도 측정치(granulometry)를 갖는 분말 형태의 석회 및/또는 실리카로부터 선택되고; 이 경우 종들의 용해 및 뉴클리에이트(nucleate)로서 그의 재조합이 입도 측정 효과에 의해 반응 속도론적으로 선호된다;

- 핵제는 10 nm 내지 100 ㎛, 바람직하게는 50 nm 내지 5 ㎛의 입도 측정치의 실리코석회질 기재 (Ca_xSi_YO_z)를 갖는 분말, 또는 다음 결정성 상: 자이롤라이트(gyrolite), 토베르모라이트(tobermorite), 조노틀라이트(xonotlite), 포샤가이트(foshagite), 제나이트(jennite), 아프윌라이트(afwillite), 힐레브란다이트(hillebrandite), 올라스토나이트(wollastonite) 또는 이들 결정성 상 중 하나 이상의 혼합물 중 하나의 콜로이드성 현탁액이고; 이 경우 뉴클리에이트는 그 위에 자라는 결정과 동일한 화학 조성을 갖는다: 이는 균일성 핵화로 칭한다;

- 핵제는 마그네슘, 알루미늄, 바륨, 철, 나트륨, 티타늄의 산화물 또는 제올라이트의 분말 또는 현탁액이다; 이 경우 핵화는 합성된 것과는 상이한 화학적 성질의 성분을 첨가함으로써 개시되고; 이는 불균일 핵화로 칭해지고; 불균일 뉴클리에이트로부터 출발하는 성장으로부터 생성되는 결정성 구조는 뉴클리에이트의 결정성 구조에 의해 변형될 수 있다;

- 셀형 구조를 갖는 상기 건축 벽돌은 내화 점토 벽돌이다;

- 건조 단계는 바람직하게는 150℃ 내지 400℃의 온도에서 5 시간 내지 40 시간 동안, 바람직하게는 10 시간 내지 24 시간 동안 실행된다.

위에서 정의한 바와 같은 다공성 물질을 제조하기 위한 방법에서, 단계 a)에 사용된 석회석 블록은 0.1 mm 내지 15 mm, 바람직하게는 1 mm 내지 12 mm의 평균 크기를 갖는다. 이들 값은 상기 블록들이 상대적으로 간단한 조건에서 완전히 하소되도록 하고, 하소 후에는, 0.1 mm 내지 15 mm의 입도 측정치의 생석회를 수득할 수 있게 하여, 이러한 생석회가, 하소 후 석회의 저장 방식으로부터 야기될 수 있고 궁극적으로는 실리코석회질 다공성 구조의 품질에 영향을 미칠 수 있는 수화 및/또는 탄소화의 과도한 위험 없이, 상기 방법의 제2 단계의 실행 시 물의 첨가 동안 양호한 반응성(표준 NF EN 459-2에 따라 측정된 반응성)을 갖도록 보장한다는 것이 인정되었다.

상기 정의된 바와 같은 방법의 단계 a)에 사용된 석회석 블록은 석회석의 더 큰 블록을 분쇄하고 이어서 체로 침으로써 수득될 수 있다.

이들은 90 중량％ 이상 및 바람직하게는 95 중량％ 이상, 또는 심지어 97 중량％ 이상의 순도 (석회석의 총 중량에 대한 CaCO₃ 함량)를 갖고, 이는 상기 설명한 결정성 구조의 전구체로부터 출발하는 열수 합성에 영향을 미칠 수 있는 불순물의 존재를 제한한다.

위에서 정의한 바와 같은 다공성 물질을 제조하기 위한 방법에 따라 사용된 석회석은 따라서 바람직하게는 6 중량％ 미만의 탄산마그네슘 및 실리카 및 1 중량％ 미만의 알루미나, 산화 철, 산화 망간, 특히 칼륨, 나트륨, 티타늄의 다른 산화물, 및 황 또는 인과 같은 불순물을 함유한다.

마지막으로, 수은 포로시메트리(porosimetry)에 의해 측정된, 석회석의 개방 기공도는 0％ 초과 25％ 이하, 바람직하게는 5 내지 25％이어서, 이산화탄소가 화학 반응 동안 석회의 형성 동안 용이하게 빠져나갈 수 있고:

CaCO₃ ---------> CaO + CO₂

형성된 생석회가 이러한 반응 동안 치밀화되지 않고; 상기 정의한 바와 같은 방법의 단계 b)의 실행 동안 용이하게 물을 흡수하여 석회유를 매우 신속하게, 즉 10분 미만으로, 바람직하게는 5분 미만으로 형성할 수 있다.

위에서 정의한 바와 같은 다공성 물질을 제조하기 위한 방법의 단계 a)의 실행 동안, 2 시간에서 정착된 안정기 시간 동안 온도는 800℃ 미만이거나 1100℃ 초과이어서는 안된다는 것이 특히 관찰되었다. 또한, 하소 온도가 1100℃에서 정착된 경우, 안정기 시간은 실질적으로 1 시간 초과이어서는 안된다. 따라서, 당업자는 온도가 적어도 1 시간 동안 850℃ 초과인 한, 석회석의 로스팅의 온도 및 기간을 어느 정도까지 조절할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 조절은 사실상 용광로의 특정 유형, 처리된 석회석의 양 및 용광로에서 생성물의 배열 (예컨대 층들의 두께)에 따라 필요할 수 있겠다. 약 3 시간 동안 약 900℃의 온도가 바람직하다. 이 온도에서, 사실상, 소결 반응 속도가 비교적 느리고 안정기 시간이 반응성에 단지 약한 영향만 미쳤다는 것이 관찰되었다. 따라서 이러한 온도에서 로스팅은 하소 시간을 산업적 제약까지 조절할 수 있게 한다.

위에서 정의한 바와 같은 다공성 물질을 제조하기 위한 방법의 단계 a)는 따라서 만족할만한 반응성을 갖는 생석회를 수득할 수 있게 하고, 열수 합성 후 요구되는 결정성 상을 형성할 수 있게 만든다. 바람직하게는, 수득된 생석회는 2 중량％ 미만의 물 및 이산화탄소의 총 함량을 갖는다.

위에서 정의한 바와 같은 다공성 물질을 제조하기 위한 방법의 단계 b)에서, 단계 a)의 말기에 수득된 생석회를 실리카와 혼합한다. 실라카는 비결정성이거나 결정성일 수 있다; 이는 SiO₂ 90 중량％ 이상을 포함한다; 이는 바람직하게는 100 ㎛ 미만의 평균 크기를 갖는 입자 90 중량％ 이상을 함유하여, 그의 석회와의 반응성이 가능한 한 높게 된다. 이러한 유형의 실리카는 현재 시판되고 있다.

석회 및 실리카는 더욱 특히 0.5 내지 1.5의 CaO:SiO₂ 몰비로 함께 혼합된다. 이는 또한 이성분 CaO-SiO₂로부터 유도된 상, 주로 유형 Si_xCa_yO_z(OH)_w,i(H₂O)의 실리코석회질 상을 미량으로 포함할 수 있다. 또한, 고형 전구체 (석회 + 실리카)에 대한 물의 중량 비는 더욱 특히 3 이상이고 10 이하이다.

이러한 접근에서, 어떠한 유기 화합물 (계면활성제, 분산제, 소포제, 증점제 등)도 배합물에 첨가되지 않는다.

위에서 정의된 바와 같은 다공성 물질을 제조하기 위한 방법의 단계 d)에서, 단계 c)에서 수득된 크림을 일반적으로 1 시간 내지 40 시간의 시간 동안 가열한다. 위에서 정의된 바와 같은 방법의 특정 측면에 따르면, 그의 단계 d)에서, 반응 온도는 130℃ 이상이고 더욱 특히 160℃ 이하이다. 또 다른 특정 측면에 따르면, 위에서 정의된 바와 같은 방법의 단계 d)는 10x10⁵ Pa (10 bar) 이하, 바람직하게는 5x10⁵ Pa (5 bar) 이하의 포화 증기압에서 수행된다.

위에서 정의된 바와 같은 방법의 단계 e)에서, 건조 시간은 일반적으로 1 시간 내지 48 시간, 바람직하게는 5 시간 내지 24 시간이고, 일반적으로 대기압에서 수행된다. 이러한 단계의 기능은 더욱 특히 잔류성 물을 제거할 뿐만 아니라 처리된 덩어리에 선택적으로 결정성 구조를 부여하는 것이다. 이러한 단계는 통상적인 전기로 또는 기체-연소로에서 수행된다; 이는 단계 d)에 대해 사용된 것과 동일할 수도 동일하지 않을 수도 있다. 위에서 정의된 바와 같은 방법의 특정 측면에 따르면, 그의 단계 e)에서 건조 온도는 100℃ 이상이고 250℃ 이하이다.

본 발명은 이제 다음 실시예로 더욱 상세히 기술될 것이다.

실시예

소위 균일성 핵제가 열수 합성 및 건조 후 미세구조에 미치는 영향의 입증

2개의 혼합물을 제조하였고, 배합물 1로 칭하는 첫 번째 것은 다음 중량 비율로 제조되었다:

배합물 2로 칭하는 두 번째 혼합물은, 위에서 사용된 분말 형태의 실리카의 일정 비율을 콜로이드성 실리카 (시그마 알드리치 루독스(Sigma Aldrich ludox)^® SM30)로 대체함으로써 제조되었다. 이 경우 콜로이드성 실리카는 핵제이다 (표 2 참고).

이들 2개의 혼합물을 600 rev/min으로 40 분 동안 혼합하고 30 시간 동안 196℃에서 오토클레이브 안에 넣었다. 소위 열수 합성의 이러한 사이클 후, 여전히 그 시스템 안에 존재하는 물은 200℃에서 무수 공기 하에 대기압에서 캐비넷 안에서 제거되었다. 도 1에 나타낸 상 도식의 관점에서 우리의 Ca/Si 원자 비를 우리의 프로토콜에 따라 고려해 볼 때, 토베르모라이트 및 조노틀라이트를 합성해야 한다.

결정성 상의 성질을 알기 위해, X-선 회절 분석이 수행되었다. 회절 패턴의 중첩을 도 2에 나타낸다. 배합물 1로부터 생성된 다공성 덩어리에서 지배적인 결정성 상이 배합물 2로부터 생성된 것과 동일하지 않다는 것을 명백하게 볼 수 있다. 이러한 결과는 존재하는 상의 반정량적 분석에 의해 확인된다 (표 3 참고).

토베르모라이트가 결정성 상이고 합성 조건 (P, T, 시간)이 허용한다면 조노틀라이트로 변형하는 쪽으로 열역학적으로 전개될 것이 공지되어 있고 받아들여진다. 따라서, 콜로이드성 실리카의 도입은 혼합물의 구성요소 중 하나의 반경의 감소를 통해 임계 크기의 뉴클리에이트의 형성의 에너지 장벽을 낮춤으로써 핵제의 역할을 한다. 따라서 실리카의 용해 속도는 상당히 가속되고 시스템은 열역학적으로 가장 안정한 조노틀라이트 상으로 결정화된다.

합성된 결정성 상의 성질에 미치는 핵제의 영향을 입증하기 위해, 생성된 배합물 1 및 2의 샘플을 주사 전자 현미경 (SEM)으로 관찰하였다 (도 3 및 도 4). 반응 속도를 감소/가속하기 위해 균일한 핵제를 사용하는 장점은 미세구조의 관찰로부터 명백하다. 물질의 거시적 성질이 그를 구성하는 결정의 모르폴로지를 반영한다는 것을 고려할 때, 시험된 2개의 배합물로부터 유래된 성질은 상이할 것이다. 그것이 브리넬(Brinell) 경도 시험을 이들 2개의 미세구조 상에 수행하는 이유이다. 배합물 1의 브리넬 경도가 0.02의 표준편차로 0.04 HB인 한편 혼합물 2의 브리넬 경도는 0.02의 표준편차로 0.43인 것으로 밝혀졌다. 미세구조를 변형함으로써, 콜로이드성 실리카의 도입은, 콜로이드성 실리카를 함유하지 않는 동일한 혼합물보다 10배 더 단단한 균일한 미세구조의 형성을 유도하였다.

소위 불균일성 핵제의 열수 합성 및 건조 후 미세구조에 미치는 영향의 입증

핵화 부가물의 성질이 열수 합성 (120 내지 160℃, 2 내지 5 bar) 및 저온 (<200℃)에서의 건조 후 결정의 형태 및 따라서 미세구조에 미치는 영향을 입증하기 위해, 6개의 배합물을 제조하였다 (표 4 참고). 효과적으로 2개의 파라미터가 결정화를 결정하였다: (평균 직경을 통한) 핵화 부가물의 입도 측정치 및 핵화 부가물이 그것이 첨가된 시스템에 대해 보유하는 습윤성. 임의의 경우에, 나타낸 6개의 배합물의 경우를 비롯하여, Ca/Si 원자비는 항상 보존된다. 이러한 화학량론적 비는 수득된 미세구조를 비교할 수 있도록 하게 위해 변하면 안된다.

이들 6개의 혼합물을 600 rev/min에서 40 분 동안 혼합하고 이어서 24 시간 동안 150℃ 하의 오토클레이브 안에 넣었다. 소위 열수 합성의 이러한 사이클 후, 여전히 그 시스템 안에 존재하는 물은 100℃에서 무수 공기 하에 대기압에서 캐비넷 안에서 제거되었다.

배합물 3 내지 8로부터 생성된 샘플을 주사 전자 현미경 (SEM)으로 관찰하였다. 불균일한 핵제를 사용하는 장점은, 미세구조의 관찰로부터, 특히 결정 형태로부터 뚜렷하다 (도 5).

따라서, 시스템의 자유 에너지를 변형시킴으로써, 불균일성 뉴클리에이트의 도입이 합성된 결정의 형태를 변형시킬 수 있게 만든다. 이러한 현상은 형성된 미세구조를 바꾸고, 거시적 성질(내열성 및 기계적 강도)을 조절하기 위한 수단을 공급한다. 이를 확인하기 위해서, 브리넬 경도 시험을 이들 6개의 샘플 각각에 대해 수행하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

표 5로부터, 상이한 화학적 성질의 뉴클리에이트의 첨가가 미세구조를 나노메트릭 규모로 변형시켜 결과적으로 기계적 성질을 향상시킬 수 있게 한다는 것을 알 수 있다. 이렇게 함으로써 제안된 응용에서, 즉 내화 점토 벽돌의 셀을 단열 다공성 덩어리로 채우는 응용에서, 내용물의 기계적 성질의 향상이 중요한 파라미터일 수 있다. 150℃/4 bar로 뉴클리에이트의 첨가없이 시험할 경우, 기계적 성질 (브리넬 경도)은 핵화된 샘플에 대해 수득된 것에 비해 그다지 높지 않다는 것이 밝혀졌다. 유사한 결과를 수득하기 위해, 열수 합성의 기간을 2배수 만큼 증가시킬 필요가 있을 것이다.

본 발명은 확인된 거시적 성질의 나노구조를 조절함으로써 제조 방법의 미세한 조정을 허용한다.

Claims

다음 연속적인 단계를 포함하는 방법에 의해 수득된 다공성 물질을 포함하는 셀형(cellular) 구조를 갖는 건축 벽돌:
- 90 중량％ 이상의 순도 및 0％ 초과 내지 25％ 이하의 개방 기공도를 갖고, 1 mm 내지 15 mm의 평균 크기를 갖는 석회석 블록을 800℃ 이상의 온도에서 하소하여 생석회의 입자를 수득하는, 생석회의 합성 단계 a);
- 단계 a)에서 수득된 상기 생석회, 물 및 실리카를 0.5 내지 3의 CaO/SiO₂ 몰비로 혼합하여 상기 구성요소의 크림을 수득하는 단계 b);
- 핵제(nucleating agent)를 단계 b)에서 제조된 크림 내에 도입하는 단계 c);
- 단계 c)로부터 수득된 상기 크림을 2·10⁵ Pa 내지 20·10⁵ Pa의 포화 수증기압 및 130℃ 내지 200℃의 온도에서 15 시간 내지 30 시간의 시간 동안 가열하여 세라믹 덩어리를 수득하는, 열수(hydrothermal) 합성 단계 d); 및
- 단계 d)에서 수득된 상기 세라믹 덩어리를 100℃ 내지 400℃의 온도에서 5 내지 24 시간의 시간 동안 건조하는 단계 e).
제1항에 있어서, 제조 방법이 셀형 구조를 갖는 하나 이상의 건축 벽돌의 셀의 일부 또는 모두가 단계 c)에서 제조된 상기 크림으로 부분적으로 또는 완전히 채워지는 단계 c1)을 포함하며, 셀형 구조를 갖는 상기 건축 벽돌이 상기 단계 c1)을 겪은 후, 이어서 단계 d) 및 e)로 보내지는 것을 특징으로 하는 건축 벽돌.
제2항에 있어서, 단계 c1)을 수행하기 전 물로 미리 적셔지는 것을 특징으로 하는 건축 벽돌.
제2항 또는 제3항에 있어서, 셀형 구조를 갖는 상기 건축 벽돌의 모든 셀이 단계 c)에서 제조된 상기 크림으로 그의 내부 체적의 적어도 50％까지 채워진 것을 특징으로 하는 건축 벽돌.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 c)에서, 0.01 내지 10 중량％, 바람직하게는 1％ 내지 5％의 핵제가 단계 b)에서 제조된 크림 내에 도입되는 것을 특징으로 하는 건축 벽돌.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 핵제가 나노메트릭(nanometric) 형태, 바람직하게는 콜로이드성 현탁액 형태, 또는 50 nm 내지 2 ㎛의 입도 측정치(granulometry)를 갖는 분말 형태의 석회 및/또는 실리카로부터 선택된 것을 특징으로 하는 건축 벽돌.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 핵제가 50 nm 내지 5 ㎛의 입도 측정치를 갖는 분말, 또는 다음 결정성 상: 자이롤라이트(gyrolite), 토베르모라이트(tobermorite), 조노틀라이트(xonotlite), 포샤가이트(foshagite), 제나이트(jennite), 아프윌라이트(afwillite), 힐레브란다이트(hillebrandite), 또는 이들 결정성 상 중 하나 이상의 혼합물 중 하나의 콜로이드성 현탁액임을 특징으로 하는 건축 벽돌.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 핵제가 마그네슘, 알루미늄, 바륨, 철, 나트륨, 티타늄의 산화물 또는 제올라이트의 분말 또는 현탁액인 것을 특징으로 하는 건축 벽돌.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 셀형 구조를 갖는 상기 건축 벽돌이 내화 점토 벽돌임을 특징으로 하는 건축 벽돌.