KR100346030B1 - 황토 벽돌 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내균열성이 있고 단열성과 차음성이 향상된 황토 벽돌 제조 방법에 대하여 개시한다. 본 방법은, 60mesh 이하의 황토의 함수율(황토에 포함된 수분의 양)이 23.5±1%가 되도록 조절하는 단계, 상기 수분이 조절된 황토에 5∼15%의 1종 시멘트를 첨가하는 단계, 상기 1종 시멘트가 첨가된 황토를 원심력 혼련기를 이용하여 3분간 교반하는 단계, 상기 교반된 시료를 소정 크기의 몰드에 넣은 후 500ton 프레스로 소정의 형상 및 구멍을 성형하는 단계를 포함하여 이루어진다.

본 방법에 의하면, 황토 벽돌에 구멍 및 굴곡부를 형성함으로써 단열 및 차음효과를 높일 수 있다. 황토의 함수량과 반응할 수 있는 최적의 1종 시멘트를 소정량 첨가함으로써 구멍 및 굴곡에 의한 강도 저하를 막을 수 있었고, 무소성 황토벽돌의 단점인 균열 형성을 방지할 수 있었다.

Description

황토 벽돌 제조 방법{Method for manufacturing loess bricks}

본 발명은 황토 벽돌 제조 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 내균열성이 있고 단열성과 차음성을 향상시킨 무소성 황토 벽돌의 제조 방법에 관한 것이다.

황토(loess)는 일반적으로 점토, 가는 모래 및 탄산칼슘을 포함한 황색 또는 갈색의 흙으로 중국의 황하 유역에서 널리 분포하는 흙을 일컫는 말이다. 이러한 흙은 중국의 북서쪽에 있는 사막지방에서 바람에 의하여 운반된 먼지가 퇴적한 풍성암(風成岩)의 일종으로 두께가 300m 이상인 곳도 있다. 국내에서는 옛날에 서민들의 주거용 건축소재로 사용되기는 하였으나 산업용 점토로는 부적합하여 공업적으로는 이용되지 못하는 점토광물을 말한다.

그러나 최근에 황토는 인간에게 유익한 원적외선을 복사하여 인체에 흡수되므로 신진대사작용을 원활하게 하여 혈액순환의 활성화로 세포활동을 왕성하게 만들고 따라서 인체의 노화방지, 신진대사 촉진, 만성피로 등 각종 성인병 예방에 효과가 있다는 것이 밝혀지고 있다. 이러한 이유로는 구성성분의 영향도 있지만 구조적으로 보면 여러 층으로 되어 있어 수많은 공간이 복층구조(復層構造)를 이루고, 원적외선이 다량 흡수될 수 있어 열을 받으면 발산하여 다른 물체의 분자활동을 자극하기 때문에 다른 세라믹 보다 신진대사 작용이 더 활발하다. 그리고 복사난방에 의한 열전달 효과로 여름에는 시원하고 겨울에는 따뜻한 등 축열 효과가 뛰어나 에너지 절감에도 기여하고, 구조적으로 다공성(多孔性)이기 때문에 흡착력이 커서 탈취, 항균 및 항곰팡이 특성이 있어 세균의 증식을 억제하는 효과도 있다.

황토로 성형(成形)하여 두꺼운 형상을 만들면, 건조시 성형체의 모세관에 있던 수분이 증발하여 건조수축(乾燥收縮)이 발생한다. 이러한 건조수축에 의해 균열이 발생하여 강도를 비롯한 물성(物性)의 저하(低下)가 발생하여 황토가 건축물에 활용하는데 많은 제약을 받아 왔다.

황토벽돌이 건축소재로서 사용될 때, 단열 및 차음효과는 매우 중요하다. 그러나 시판되는 불소성 황토벽돌은 건축자재로서의 강도를 발현하고 균열을 없애기 위해, 직육면체의 몰드에 고압의 압축을 가하여 직육면체의 제품을 제조하고 있다. 또한 균열을 없애기 위해 크롬카리명반, 규산소다, 아크릴산 에스테르 등의 균열방지제를 첨가하고 있다. 이러한 제품은 단위하중이 크고 단열효과 및 차음효과가 떨어지며 제조단가도 상승하는 등의 문제점을 안고 있다.

그리고 일반적인 황토벽돌을 내장재, 외장재 등 주택소재로 사용하기 위해서는 표면이 매끄럽고 균열이 없어야 하며 압축강도는 45㎏/㎠ 이상이 되어야 한다. 더구나 무소성(無燒性) 황토벽돌은 균열의 제어와 형상 변화시(구멍형성 포함)의 건축소재로서의 강도유지가 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같이 종래의 황토 벽돌들이 갖고 있는 문제점들을 해결할 수 있는 황토 벽돌 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 황토 벽돌의 제조시 발생하는 건조수축을 방지하여 크랙이 없고 압축강도 등 물성이 향상되고, 단열(斷熱) 및 차음효과(遮音效果)를 높이기 위해 구멍 및 굴곡(屈曲)을 부여한 황토벽돌의 최적배합비를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적과 장점은 하기된 발명의 상세한 설명을 읽고 첨부된 도면을 참조하면 보다 명백해질 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 황토 벽돌 제조 방법의 흐름도.

도 2 는 본 발명에 따라 제조한 황토 벽돌의 일 실시예.

도 3 은 본 발명에 따라 제조한 황토 벽돌의 다른 실시예.

내균열성이 있고 단열성과 차음성이 향상된 본 발명에 따른 황토 벽돌 제조 방법은, 황토를 채취한 후 실온에서 24시간동안 건조시키고, 건조된 황토를 60mesh 이하의 크기로 분말화하고, 20℃의 온도와 60~70%의 상대습도의 조건하인 음지에서 24시간 자연건조 시킴으로서 황토의 함수율(황토에 포함된 수분의 양)이 23.5±1%가 되도록 조절하는 단계와,상기 수분이 조절된 황토에 1종 시멘트를 전체 부피의 5∼15%가 되도록 첨가하는 단계와,상기 1종 시멘트가 첨가된 황토를 원심력 혼련기를 이용하여 3분간 교반하는 단계 및상기 교반된 시료를 내부에 다수개의 관통 구멍을 가지고 굴곡된 외형을 갖는 몰드에 넣은 후 500ton 프레스로 압축하여 벽돌 형상을 완성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 있어서, 단열 및 차음효과를 높이기 위해 상기 벽돌에 굴곡부를 형성하는 것이 바람직하다.

상기한 구성의 본 발명에 따른 황토벽돌의 바람직한 실시예를 만들기 위한 황토는 전북 익산군 황등면에서 채취하였으며, 실온(室溫)에서 24시간 건조한 후 60 mesh를 통과한 황토를 사용하였다. 시멘트는 1종 포틀랜드 시멘트를 사용하였다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 사용한 황토의 화학조성은 표 1에 나타낸 바와 같이 대부분 SiO₂(68.5%) 성분과 Al₂O₃(15.8%) 성분으로 구성되어 있고, 소량 성분으로 Fe₂O₃성분은 5.53%, 알카리성분은 2.91%를 나타내었다.

황토의 화학조성(wt%)

SiO2	CaO	Al2O3	MgO	Na2O	Fe2O3	K2O
68.5	0.20	15.8	0.55	0.13	5.53	2.16

황토의 물리적 성질을 표 2에 나타내었다. 비중은 2.71이었고, 24시간 자연 건조 후 측정한 수분(자유수)의 양은 23.6%이었다. 황토의 입자크기는 대부분이100㎛ 이하의 입자크기를 나타냈고 평균입경은 45.5㎛이었다.

황토의 물리적 성질

비 중	함 수 율	평균 입경
2.71	23.6%	45.5㎛

상기한 황토를 사용하여 본 발명에 따른 무소성 황토벽돌을 제조하는 방법은 도 1의 흐름도에 도시한 바와 같다. 우선 60mesh 이하의 황토에 수분의 양이 23.5±1%가 되도록 조절하고(s10), 5∼15%의 1종 시멘트를 첨가한다(s20). 원심력 혼련기를 이용하여 3분간 교반한(s30) 시료를 290㎜×120㎜×110㎜ 몰드 및 290㎜×250㎜×60㎜ 몰드에 넣은 후 500ton 프레스로 소정의 형상 및 구멍을 형성시킨다.(s40).

일반적으로 상기 단계(s40)에서와 같이 단열성 및 차음성을 향상시키기 위해 도 2와 도 3과 같은 형상과 구멍을 형성시키는 경우, 압축강도가 상당히 저하하게 되고, 표면적의 증대로 건조시 모세관 속에 있는 수분의 건조에 의해 건조수축이 발생하므로 균열이 형성되는 등의 문제점이 있다. 그러나 본 발명에서는 이러한 문제를 1종 시멘트를 적정량 혼합하여 증발되는 수분의 양을 감소시킴으로써 해결하였다.

건축재료를 음향적으로 평가할 때 흡음율과 더불어 차음성능도 중요하다. 흡음율(吸音率)은 실내에서 발생한 음을 흡수하는 것에 의해 반사음을 내보내지 않는 것이나, 차음(遮音)은 외부의 음이 벽을 통해 실내에 들어오지 않게 하는 것으로서 내외장재(內外裝材)로 사용되는 건축소재로는 매우 중요한 요소이다. 벽의 차음의정도를 나타내는 척도는 투과손실로써 나타내고 단위는 dB로 나타낸다. 이것은 음이 벽체에 부딪혀서 투과할 때의 감소하는 에너지를 dB로 나타낸 것이다. 이 값이 클수록 차음성능이 좋다.

외장재(外裝材)인 경우 벽의 투과손실은 100∼200 cycle 이상의 주파수에 대해서는 질량(質量)이 가장 중요한 요인이다. 벽의 단위 면적당 중량 즉 단위 하중이 증가하면 투과손실은 증가한다. 실시예를 통한 실험결과 황토에 10%의 1종 시멘트를 첨가했을 때 벽돌의 단위 하중을 보면, 구멍이 없는 벽돌의 경우에는 2100㎏/㎥, 사진 1과 같은 형상일 때는 1900㎏/㎥이 되었다. 따라서 형상 및 구멍을 형성시킴으로써 약 8%의 차음효과를 증가시킬 수 있었다.

건축자재의 단열효과는 열전도성(熱傳導性)으로 평가할 수 있다. 즉 열전도성이 낮으면 단열성은 증가한다. 황토벽돌과 기공(氣孔)이 많은 재료의 열전도율은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 λ_sg: 재료의 열전도도(熱傳導度)

P : 기공율(氣孔率)

λ_g: 기체상태(氣體狀態)의 열전도율

λ_s: 고체상태(固體狀態)의 열전도율

단열성은 상기 수학식 1에 보인 바와 같이 기공율(P)에 크게 의존한다. 실시예를 통한 실험결과 도 2와 같은 형상으로 제조함으로써 기공의 양이 0.05㎥/ton 증가하였다. 이로 인해 단열성이 향상되었다. 따라서 동일한 조건에서 기공의 양이 0.05㎥/ton 증가한다면, 상기 수학식 1에 의해 열전도율은 0.023㎉/mh℃ 만큼 감소하게 된다.

하지만 본 발명에서는 이러한 단점을 극복하기 위하여 1종 시멘트를 첨가하였고 시멘트의 수화반응(水化反應)에 필요한 물을 황토의 함수율로 해결하였고, 이 때의 함수율을 황토를 20℃의 음지(陰地)에서(상대습도 60∼70%) 24시간 자연건조시의 함수율을 적정(適定) 물량으로 하였다. 실험결과 적정 함수율은 23 ±1% 이었다.

시멘트의 최적 첨가량은 5∼15% 사이에서 5%씩 시멘트를 첨가하여 성형한 제품의 균열을 육안으로 관찰하여 결정하였다. 그 결과 10%가 최적 첨가량이었다. 그 때의 압축강도를 측정한 결과 50.4㎏/㎠이었다.

그리고 원적외선 실험은 황토벽돌을 인간의 체온 수준과 비슷한 40℃에서 실시하였으며, FT-IR Spectrometer를 이용하여 Black Body 대비 측정하였다. 이때 시멘트를 첨가했음에도 불구하고 방사율(5∼20㎛)이 0.92, 방사에너지는 3.70×10²(W/m·㎛, 40℃)로 시멘트 무첨가와 거의 유사한 방사율(0.91∼0.93)을 보였다. 따라서 시멘트 첨가로 인한 원적외선 효과의 감소는 거의 없는 것으로 나타났다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상기 발명의 상세한 설명에서 언급된 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

전북 익산군 황등면에서 체취한 황토를 사용하여 본 발명에 따른 황토벽돌을 제조하였다. 그 결과 다음과 같은 효과를 얻을 수 있었다:

1) 구멍 및 굴곡을 부여함으로써 단열 및 차음효과를 높일 수 있었다.

2) 황토의 함수량과 반응할 수 있는 최적의 1종 시멘트(10%)를 첨가함으로써 무소성 황토벽돌의 단점인 균열 형성을 방지할 수 있었다.

4) 구멍 및 형상을 부여함으로써 단위하중이 감소되었고 단열성이 향상되었으며(0.023㎉/mh℃의 열전도율이 감소), 차음성이 8% 정도 향상되었다.

5) 구멍 및 형상 부여로 기공(氣孔)의 양이 증가함으로써 발생하는 강도 저하는 1종 시멘트의 첨가로 해결하였고 압축강도는 50㎏/㎠이었다.

Claims (2)

1. 내균열성이 있고 단열성과 차음성이 향상된 무소성 황토 벽돌의 제조 방법에 있어서,

   황토를 채취한 후 실온에서 24시간동안 건조시키고, 건조된 황토를 60mesh 이하의 크기로 분말화하고, 20℃의 온도와 60~70%의 상대습도의 조건하인 음지에서 24시간 자연건조 시킴으로서 황토의 함수율(황토에 포함된 수분의 양)이 23.5±1%가 되도록 조절하는 단계;

   상기 수분이 조절된 황토에 1종 시멘트를 전체 부피의 5∼15%가 되도록 첨가하는 단계;

   상기 1종 시멘트가 첨가된 황토를 원심력 혼련기를 이용하여 3분간 교반하는 단계; 및

   상기 교반된 시료를 내부에 다수개의 관통 구멍을 가지고 굴곡된 외형을 갖는 몰드에 넣은 후 500ton 프레스로 압축하여 벽돌 형상을 완성하는 단계를 포함하는, 황토 벽돌 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 단열 및 차음효과를 높이기 위해 상기 벽돌에 굴곡부를 형성하는, 황토 벽돌 제조 방법.