KR850001932B1 - 건설 및 건축용 재료의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

건설 및 건축용 재료의 제조방법

본 발명은 건설 및 건축용 재료를 생산할 수 있는 제조방법에 관한 것이며, 이 방법에 의해 제조되는 재료들은 벽돌이나 타-일과 같은 고형체 재료들이 된다.

통상적으로 벽돌이나 타-일은 점토를 사용하거나, 또는 어떤 특수한 토양(soil)을 이용하여 목적하는 형태로 성형한후 성형된 기물(article)을 충분한 온도에서 소성하여 제조한다. 소성하는 동안에 토양의 성분은 용융되고 함께 융합되는데, 융합된 물질을 냉각시켜 다시 고체화시키면 벽돌이나 타-일이 가져야할 압력강도 또는 비 파괴성 같은 성질을 얻게된다. 또 다른 방법으로서는 시멘트에 모래를 혼합하여 시멘트벽돌 또는 시멘트 타-일을 제조하기도 한다.

이러한 통상적인 방법에 의한 두 제조방법은 특수한 토양을 사용하여야 하는 단점이 있으며, 더우기 비교적 에너지가 많이 소모된다. 그 점토벽돌 및 타-일은 소성온도(Firing Temperature)가 대단히 높으며 한편 시멘트를 이용하여 제조되는 벽돌이나 타-일은 제조원가가 높다.

본 발명방법은 그러한 통상적인 제조방법에 대신하여 사용될 수가 있으며, 본 발명방법으로 특히 건축용 벽돌이나 타-일을 제조할 수 있다.

본 발명은 토양을, 토양의 근본적인 구성인자를 용융시키지 않고 물리적 및 구조적 결합수(Combined Water)를 탈수시키기에 충분한 온도에서 열처리하고, 열처리 과정전 또는 후에, 토양에 토양과 같이 매우 미세한 산화철을 첨가한 후, 규산나트륨 용액이나 혼합물중에서 규산나트륨을 생성시킬 수 있는 다른 물질을 첨가하고, 이 혼합물을 다져서 경화(set) 시킴을 특징으로 하여, 토양으로부터 건설 및 건축용 재료를 제조하는 방법에 관한 것이다, 본 발명은 또한 벽돌이나 타-일에만 제한되는 것이 아니고 본 발명에 따른 건설 및 건축용 재료를 원하는 모양으로 성형하고 이를 경화시켜 제조한 고형체 기물을 제공한다.

산화철(Fe₂O₃₎과 규산나트륨(Na₂SiO₃)의 양은 바람직하게는 전체혼합물 1 내지 20중량%, 가장 바람직하게는 2% 내지 10중량 %이다. 산화철 대규산나트륨의 비는 중량비로 바람직하게는 1 : 9 내지 9 : 1, 가장 바람직하게는 1 : 3 내지 3 : 1이다.

이 새로운 제조공정에서 크게 요청되는 점은, 혼합물을 경화(setting)시키기 전에 혼합물을 성형과정에서 잘 다지는 작업이 필요하다는 것이다. 다지기 작업은 혼합물 내에 존재하는 공극(void)를 감소시키는데 중요한 역할을 하며, 또한 이 작업으로 인하여 혼합물이 경화되기 전에 입자들이 아주 밀접하게 병열배열하게 된다. 이 새로운 방법에 따라 얻은 기물을 사용한 실험결과에 의하면 다지기 작업은 제품의 최종 강도를 상당히 증가시킴을 알 수 있다. 다지기 작업으로는 프레스(press)로 압축시키거나 또는 다지기 로울러(Compaction Roller)을 이용할 수 있으며, 이밖에도 슬립캐스트(slip cast)방법으로도 수행할 수 있다.

일반시중에서 구입할 수 있는 규산나트륨 용액은 대개 강알카리성인 경향이 있다. 새로운 방법에서 요구되는 점은 규산나트륨/산화철/토양 혼합물이 반드시 알카리성을 띄어야 하는 것인데, 이는 일반 시중에서 구입할 수 있는 규산나트륨 용액을 사용하여 달성할 수가 있다. 혼합물의 pH는 적어도 11은 되어야 바람직하고 11.5 내지 14가 가장 바람직하다. 만일 pH가 충분히 높지 못할때는 수산나트륨 또는 기타 적당한 알카리성분을 첨가하여 상승시키면 된다.

규산나트륨은 여러가지 방법으로 얻어질 수 있는데, 세가지 기본적인 방법은 다음과 같다 :

1. 혼합물에 규산나트륨 용액자체를 첨가.

2. 50중량 %이상의 유리실리카를 함유하는 규산질 포졸란(siliceous pozzolan)과 강한 수산화나트륨 용액을 혼합물에 첨가.

3. 만일 토양이 백토질(kaolinitic)이면 단순히 강한 수산나트륨 용액만 첨가.

첫째 경우에 있어서는, 규산나트륨 용액은 무수 산화철 : 규산나트륨 용액의 중량비가 1 : 2 내지 2 : 1이고 밀도가 1.1 내지 1.5인 용액에 첨가하는 것이 바람직하다.

두번째 경우에 있어서는, 규산질 포졸란과 강한 수산화나트륨 용액의 혼합물을 혼합물에 첨가함으로써 자체반응(In-situ)에 의해서 규산나트륨 용액이 생성된다. 이 포졸란은 통상 경량재(Fly Ash), 분말광재(slag) 또는 쌀겨재(Rice Husks Ash)로 얻을 수가 있고, 이 포졸란과 수산화나트륨을 혼합하는데 있어서 Na₂O와 SiO₂의 비는 1중량부 (Na₂o) : 2내지 4중량부 (SiO₂)인 것이 바람직하다.

세번째 경우에 있어서는, 토양이 백토질일 경우, 규산나트륨 용액은 수산화나트륨만을 혼합물에 첨가하여 자체반응에서 얻을 수 있다. 만일 백토질 토양이 아닐때, 이 제조공정을 사용하게 되는 경우에는 반드시 규산나트륨 용액을 생성할 수 있는 다른 물질을 사용해야 한다.

본 발명에 따른 방법의 메가니즘은 완전히 이해할 수는 없으나, 이 혼합물에서 새로운 철규산염 착화합물(Complex Irom Silicates)이 생성되어 토양 입자들이 접촉되는 부분에서 접착현상을 일으키는 것으로 믿어진다.

본 발명에 따른 방법에서는 어떤 토양이든 사용할 수 있으나 이 토양은 열처리하기 전에 먼저 잘 분쇄하여 미립상태로 만드는 것이 바람직하다. 만일 토양 입자가 거칠면 완제품의 "결"이 거칠어지기 때문이다

일반적으로 토양 입자들은 물분자로 둘러싸여 있다고 알려져 있는데, 만일 이물분자가 열처리에 의해서 방출되면 토양은 방출된 수분의 정도에 따라 수축이나 팽창하는 능력을 잃게된다. 본 발명자는 적당한 온도에서 토양을 열처리하여 토양속에 들어있는 물 분자들을 방출시킴으로써 이러한 수축이나 팽창을 제거할 수 있음을 알아냈다. 이와 같은 열처리는 토양의 근본적인 구성인자를 파괴시키지 않으며 토양 입자들의 융합(fusion)을 발생시키지 않고 수행할 수 있다.

토양에 첨가되는 재료들은 높은 순도를 요구하지 않는다. 높은 순도가 필수적이 아니기 때문에, 산화철, 수산화나트륨 및 실리카가 다량 함유된 폐기물도 원료로 사용할 수 있다.

산화철은 아무데서나 적당하게 얻어져도 좋으나 단, 본 발명방법에 있어서는 사용된 토양과 같이 미립자가 되도록 분쇄되어야 한다. 산화철은 열처리과정 전이나 후에 첨가할 수 있다.

일단, 건설 및 건축용 재료가 만들어지면 적당한 성형 방법을 거쳐 사용자의 요구에 따라 벽돌이나 타-일과 같은 형태의 원하는 기물로 만들 수 있다.

성형은 형틀을 이용하여도 좋고 압출성형이나 슬립성형(slip Forming) 방법으로도 할 수 있다. 일단 원하는 기물이 성형되면 충분한 강도를 얻을 때까지 기물을 경화시킨다.

다음 실시예는 본 발명을 설명하기 위함이며 이것으로 본 발명의 영역이 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

1.오스트레일리아연방 쿠인스랜드주 셈포드지방에서 채취한적토를 영국 표준 체(BBS #8)에 통과시킨후 통과된 적토를 실험용 철재 트레이(tray)에 넣어 전기로중에서 500℃하에 8분간 가열하고 열처리된 적토를 공기중에서 냉각시킨다.

2. 5중량 % Fe₂O₃(산화철) [영국의 M & B회사제품으로 미세한 적색 무수물이다]을 상기 열처리된 적토와 건조 상태로 혼합시킨다. 이때 혼합과정은 수동식으로 균일한 혼합물이 되도록 충분한 시간동안 수행한다.

3. 최적 수분량 10%를 첨가제(NaOH 및 Na₂SiO₃)와 혼합하여 전체의 농도가 시료의 2.5중량% NaOH＋2.5중량% Na₂SiO₃인 용액을 만든다.

4. 상기용액(즉, 10% 최적수 ＋2.5% 수산화나트륨 ＋2.5% 규산나트륨)을 열처리된 적토-Fe₂O₃의 혼합물에 첨가한 후 균일하게 혼합한다.

5. 균일하게 혼합된 혼합물을 15KN 압력하에 Harvard Miniature Compaction Mould로 압축시킨다. [성형된 원통형 시험편의 크기는 높이가 7.65cm이고 직경이 3.85cm이다]

6. 압축성형된 기물을 형틀에서 뽑아낸다.

7. 성형된 시험편을 실온의 공기중에서 7일간 건조시킨 후 이 시험편의 물리적 및 기계적 특성을 측정한다.

8. 시험편으로부터 다음과 같이 그 특성치를 얻는다.

[실시예 2]

실시예 1의 공정을 반복하되, 단 제3단계에서 첨가제는 수산화나트륨만을 사용하고 그 양은 시료의 5중량 %의 양으로 첨가한다.

위와 같이 성형된 시험편의 물리적 및 기계적 특성을 측정한 결과는 다음과 같다 :

[실시예 3]

오스트레일리아 연방 뉴우사우즈웰스 홈-룰 지방(Home Rule, New South Wales of Australia)에서 나오는 홈-룰 카올린을 시료로 사용하고, 시료를 600℃에서 8분동안 전기로중에서 가열하여 실시예 1의 공정대로 반복한다.

위와 같이 하여 얻은 시험편의 물리적 및 기계적 특성을 측정한 결과는 다음과 같다 :

[실시예 4]

실시예 1의 공정을 반복하되, 단 오스트레일리아 연방 쿠인스랜드 주 죤다란 지방에서 나오는 흑토를 시료로 사용한다. 이 토양은 앞에서 예를들은 백토질 토양과는 아주 반대적인 성질을 가진 팽창성토양이다. 이 토양을 600℃로 가열하고, 제3단계에서 5% 규산나트륨용액을 첨가한다.

이와 같이 하여 얻은 시험편의 물리적 및 기계적 특성을 측정한 결과는 다음과 같다 :

[실시예 5]

실시예 1의 공정을 반복하되, 단 미합중국 와요밍 지방에서 나오는 K.W.K. 화산점토를 시료로 사용한다. 이 토양을 750℃로 가열하고 제3단계에서 5% 규산나트륨용액만을 첨가하였다.

이와 같이 하여 얻은 시험편의 물리적 및 기계적 특성을 측정한 결과는 다음과 같다 :

Claims (1)

1. 토양을 토양의 근본적인 구성인자를 용융시키지 않고 500 내지 750℃의 온도에서 열처리하여 물리적 및 구조적 결합수(Combined Water)를 탈수시키고, 열처리 과정전 또는 후에 토양에 토양과 같이 매우 미세한 산화철 1 내지 20중량%(화합물 중량을 기준)을 첨가한 후, 규산나트륨 용액 1 내지 20중량%(혼합물 중량을 기준) 또는 혼합물내에서 규산나트륨 1 내지 20중량%(혼합물중량을 기준)을 생성시킬 수 있는 수산화나트륨을 첨가하고, 이 혼합물을 다져서 경화(set)시킴을 특징으로 하여, 토양으로부터 건설 및 건축용재료를 제조하는 방법.