KR101864125B1 - 용접슬래그를 이용하여 제조된 투수 및 고강도 특성의 점토벽돌 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조선소 등의 작업 현장에서, 용접 후에 용접부위에서 발생하는 잔여부유물인 용접 슬래그(Welding Slag)를 활용하여 투수기능과 고강도 특성을 갖는 점토벽돌 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

용접슬래그를 이용하여 제조된 투수 및 고강도 특성의 점토벽돌 및 이의 제조방법{PERMEABLE AND HIGH STRENGTH CLAY BRICK MANUFACTURED BY USING WELDING SLAG AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 조선소 등의 작업 현장에서, 용접 후에 용접부위에서 발생하는 잔여부유물인 용접 슬래그(Welding Slag)를 활용하여 투수기능과 고강도 특성을 갖는 점토벽돌 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
전통적으로 '벽돌'이란 흙을 사용하여 만든 점토벽돌을 의미하는 것이고 일반적으로 점토벽돌이란 과거의 벽돌들이 대부분이 붉은색이었으므로 점토벽돌이라 했다.
점토는 천연적으로 미립자의 집합체로 수분을 함유하면 가소성을 나타내고, 건조하면 강성을 나타내며, 소성에 의한 색상 변화를 가져오는 등의 특성이 있다. 점토의 물리적 성질을 알아보면 다음과 같다.
1. 응집(coagulation): 분산계 중의 입자가 서로 집합하여 분산도가 감소하는 현상이다.
2. 서고(floccluation): 침전할 때 솜처럼 푸실푸실한 상태로 되는 것이다.
3. 가소성(plasticity): 작은 외력에는 변형이 없으나 항보값 이상의 외력을 가하면 변형하는 성질이다. 이때 가소성이란 성형성(점력)을 뜻하는 것으로, 원하는 형을 만들 수 있고 만들어진 형태가 유지될 수 있는 성질을 말한다.
4. 점탄성(visco-elasticity): 유동에 따라서 점성을 나타내지만 외력을 제거하면 탄성을 나타내는 성질이다.
점토는 물리적 성질은 다르지만, 비슷한 화학적 구성 요소에 따라, 표면 점토(Surface clays), 고압을 받은 점토(Shales), 지하깊은 곳에서 채취한 것으로 균일한 품질과 저산화물을 함유하고 있는 점토(Fire clays)의 3가지 형태로 구분된다.
상기 제시된 분류 형태 외에 점토를 용도에 따라 분류하면 다음과 같다.
1. 가소성 점토: 가소성 점토는 2차 점토에 속하는 것으로 입자가 미세하고 가소성이 큰 것이 특징으로 유기물질 등이 있으므로 소성색상은 고령토에 비교하여 유색을 나타낸다.
2. 내화점토 : 내화점토는 내화도가 SK26이상의 점토의 총칭으로 혈암질 점토와 결합점토로 나누어진다. 내화물의 원료로 사용되는 내화점토에선, 내화도가 중요시되고, Fe2O3, MgO, CaO 등 내화도를 저하시키는 성분이 적을 것과 소체나 팽창수축 등의 열적 성질이 중요하다. 화학조성으로부터 내화도를 구하는 여러 실험식이 이용되고 있으나 그 중 한 방법으로 알루미나 양과 용제의 함량으로부터 구하는 W.Scuen(1926)의 실험식에 의해 구할 수 있다.
3. 벽돌용 점토 : 적연와(건축용) 제조에 적합한 잡 점토로, 일반적으로 전답의 하층이나 야산의 하층부에 널리 매장되어 있는 혼합점토로 철분함량이 많으며 벽돌 제조시는 수종류의 점토가 배합되어 사용된다. 잡 점토에는 여러 불순물(유기물질 등)이 함유되므로 수종류의 점토를 공급기에 넣고 roll crusher, screen filter등에 의해 제토공정이 필요하다.
본 발명은 이와 같은 점토를 활용한 벽돌 제조기술에 관한 것으로서, 일반적인 점토벽돌 제조가 아닌 재활용이 거의 되지 않는 용접슬래그를 활용한 점토벽돌 제조기술에 관한 것이다.
슬래그를 재활용한 벽돌 관련 기술을 살펴보면, 종래 대한민국 등록특허 10-1077282(등록일자 2011.10.20)호의 '순환 잔골재와 고로슬래그 미분말을 사용하여 제조되는 자원순환형 콘크리트 벽돌 및 그 제조방법'; 대한민국 등록특허 10-0169528(등록일자 1998.10.12)호의 '제강 슬래그를 이용한 벽돌의 제조 방법 및 이로부터 제조된 벽돌'; 대한민국 등록특허 10-1279881(등록일자 2013.06.24)호의 '유약 조성물을 도포한 슬래그 벽돌 및 이의 제조 방법'; 대한민국 등록특허 10-0446091(등록일자 2004.08.18)호의 '동슬래그를 함유한 소성벽돌'; 대한민국 등록특허 10-0475696(등록일자 2005.02.28)호의 '폐내화벽돌을 이용한 슬래그 조제재 및 그 제조방법'; 대한민국 등록특허 10-0915432(등록일자 2009.08.27)호의 '아연슬래그를 이용한 투수성 바닥벽돌 제조방법'에 대한 기술이 개시된 바 있다.
하지만 종래 개시된 기술들에서는 용접 후에 용접부위에서 발생하는 잔여부유물인 용접 슬래그(Welding Slag)의 활용 기술에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않다.
본 출원인은 현재 재활용이 거의 이루어지지 않아 산업폐기물로서 처리가 용의하지 않은 용접슬래그를 활용하여 벽돌 제조기술을 개발함으로써 본 발명의 완성에 이르게 되었다.
대한민국 등록특허 10-1077282(등록일자 2011.10.20) 대한민국 등록특허 10-0169528(등록일자 1998.10.12) 대한민국 등록특허 10-1279881(등록일자 2013.06.24) 대한민국 등록특허 10-0446091(등록일자 2004.08.18) 대한민국 등록특허 10-0475696(등록일자 2005.02.28) 대한민국 등록특허 10-0915432(등록일자 2009.08.27)
본 발명은 용접 후에 용접부위에서 발생하는 잔여부유물인 용접 슬래그(Welding Slag)를 재활용하기 위하여, 고령토와 점토를 일정비율로 배합하여 조성된 제1혼합물, 폐유리분말, 일정 크기로 분쇄한 용접 슬래그 및 물을 혼합하여 소성함으로써, 용접 슬래그와 접촉하는 유리분말은 녹으면서 용접슬래그를 코팅하여 유리코팅체를 이루고, 흙 성분인 제1혼합물과 접촉하는 유리분말은 흙과 함께 녹으면서 결합을 이루어 고강도 특성을 갖도록 하는, 투수 및 고강도 특성의 점토벽돌 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 고령토 40~60wt%와 점토 40~60wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제1혼합물(A) 중 50~80wt%;
용접슬래그(B) 5~35wt%;
폐유리분말(C) 5~35wt%;
물(D) 10~40wt%;의 혼합(A+B+C+D)으로 조성된 제2혼합물로부터 제조된 용접슬래그를 이용한 투수 및 고강도 특성의 점토벽돌을 제공한다.
그리고, 상기 점토벽돌을 제조하기 위한 기술 구성으로서,
고령토 40~60wt%와 점토 40~60wt%의 혼합하여 제1혼합물을 조성하는 단계와,
용접슬래그를 0.5~2.5mm의 평균 크기로 분쇄하는 단계와,
상기 제1혼합물의 100wt%에 취한 50~80wt%; 상기 용접슬래그 5~35wt%; 폐유리분말 5~35wt%; 물 10~40wt%;을 혼합하여 제2혼합물을 조성하는 단계와,
상기 제2혼합물을 이용하여 점토벽돌을 성형하는 단계와,
상기 성형한 점토벽돌을 40~160℃에서 50~70시간 동안 건조하는 단계와,
상기 건조과정을 마친 점토벽돌을 1,000℃~1,300℃에서 20~30시간 동안 소성하는 단계와,
상기 소성한 점토벽돌을 20~25시간 동안 서서히 냉각시키는 단계를 포함하여 이루어지는 용접슬래그를 이용한 투수 및 고강도 특성의 점토벽돌 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 점토벽돌은 종래 재활용이 거의 이루어지지 않고 있는 용접슬래그를 이용하여 점토벽돌을 제조함으로써 고강도 특성와 투수 특성을 갖는 벽돌을 제공한다.
이와 같은 효과는 점토벽돌을 구성하고 있는 유리분말 성분이 흙과 슬래그와의 결합관계를 통해 이루어지는 것으로서, 소성과정에서 흙 주변의 유리분말은 흙과 함께 녹으면서 결합을 이루어 고강도 특성을 갖게 되며, 용접슬래그 주변의 유리분말은 녹으면서 상대적으로 용융점이 높은 용접슬래그를 감싸 코팅 처리함으로써 유리코팅체 사이의 형성되는 공극에 의한 투수기능성을 부여하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 점토벽돌은 폐기 처리가 원활하게 이루어지지 않는 용접슬래그를 활용하여 고강도 특성과 투수기능성을 동시에 갖는 점토벽돌을 제공함으로써 산업폐기물의 재활용에 따른 경제적 효과와 환경개선 효과를 가지며, 또한 고품질의 점토벽돌을 제공함으로써 산업상 이용가능성이 큰 기술을 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
이하, 상기의 기술 구성에 대한 구체적인 내용을 살펴보도록 한다.
본 발명에 따른 용접슬래그를 이용한 투수 및 고강도 특성의 점토벽돌은 고령토 40~60wt%와 점토 40~60wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제1혼합물(A) 중 50~80wt%;
용접슬래그(B) 5~35wt%;
폐유리분말(C) 5~35wt%;
물(D) 10~40wt%;의 혼합(A+B+C+D)으로 조성된 제2혼합물로부터 제조된다.
상기 고령토는 도자기, 내화물의 원료로 사용될 뿐만 아니라, 제지, 타이어, 프라스틱, 전선의 충전제로 사용되는 점토광물의 일종으로서, 고령토에는 실리카 성분이 40 ~ 45wt%, 알루미나 성분이 35 ~ 40wt%, 철산화물이 1 ~ 3wt%, 기타 칼슘, 마그네슘, 나트륨 산화물들이 소량 포함되어 있다. 고령토의 결정구조는 카올리나이트(Kaolinite)와 할로이사이트(halloysite) 두 종류가 있는데 할로이사이트는 카올리나이트에 비해 더욱 불규칙한 구조로 되어 있다.
고령토는 Al2O3(36.4wt%), SiO2(44.6wt%)의 주성분 외에 산화칼슘, 산화철, 산화마그네슘 등이 소량 포함되어 있다.
고령토는 석영조면암, 안산암, 화강암 등이 열수작용 또는 풍화작용에 의하여 분해되어 생성된 것이며 화학식이 Al2O3 ·2SiO2 ·2H2O로 표시된다. 이 카올린 족에 속하는 광물로는 nacrite, dickite, kaolinite, halloysite 등이 있으며, 일반적으로 우리나라에서 산출되는 고령토는 halloysite로 되어 있는 점토계 광물이다.
고령토 광물 중 생성된 위치 근처에 남아 있는 것을 일차점토 또는 잔류점토라 부르고, 생성된 위치에서 물이나 바람에 의하여 씻겨 내리거나 날려서 낮은 곳에 침적된 것을 이차 점토 또는 표적점토라고 부르는데, 일반적으로 고령토는 일차 점토에 속하며, 이차 점토에 속하는 것을 통상 점토(clay)라 부른다. 카올린족에 속하는 각 광물의 특성은 다음과 같다.
내화물용으로는 소성수축 등 용적변화가 커서 생성원료로서의 이용보다는, 미리 가소하여 chamotteg화하여 사용하는 경우가 많다. 또 우리나라의 고령토는 백색과 도색으로 나뉘어 산출되는데 백색은 도자기 류에, 도색은 주로 내화물 용으로 사용되고 있으나, 도색도 내화도가 낮은 쪽의 것은 저급 도자기류의 원료로 쓰인다.
내화물 원료로의 이용에 있어서는 chamotte화 뿐 아니라, Al2O3와 SiO2를 함유하는 내화성질인 뮬라이트, 코디라이트 같은 것의 합성에도 이용되고 있다.
본 발명에서 사용하는 고령토는 Al2O3 38%, Fe2O3 0.90%, 내화도(Refractoriness(SK)) 34인 W.A등급의 고급고령토; Al2O3 37%, Fe2O3 0.95%, 내화도(Refractoriness(SK)) 33인 W.B 등급의 고급고령토가 1:1로 혼합조성된 제1고령토 45 ~ 90wt%와,
Al2O3 37%, Fe2O3 1.70%, 내화도(Refractoriness(SK)) 34인 P.B 등급의 중급고령토; Al2O3 39%, Fe2O3 2.50%, 내화도(Refractoriness(SK)) 34인 P.C 등급의 중급고령토; Al2O3 35%, Fe2O3 3.00%, 내화도(Refractoriness(SK)) 33인 P.D 등급의 저급고령토가 1:1:1로 혼합조성된 제2고령토 10 ~ 55wt%의 혼합으로 조성된 것으로, 325mesh 체를 통과시킨 것으로서 질량 중위값은 16.8㎛인 것을 사용한다.
고령토는 철분함량과 고령토화의 성숙도에 기인되는 것으로서 일반적으로 표토에서 적갈색 내지 갈색을 띠며 하부로 가면서 도(桃)색대(Pink)와 백색대(White)로 색상변화를 보이는 것으로서, 상기 도색대(P)와, 백색대(W)는 다시 Al2O3, Fe2O3의 함량(%)에 따른 화학적성질과, 내화 등의 물리적 성질에 따라 A, B, C, D등급으로 나뉘게 된다.
상기 고령토는 점토와 함께 사용하여 점토벽돌의 결합력을 증가시켜 강도를 증대시켜 주는 것으로, 활용도가 떨어지는 저급고령토를 활용함으로써 폐자원의 활용도를 높이면서, 경량성, 내구성이 떨어지지 않도록 고급, 중급, 저급 고령토를 최적화하여 사용하는 것으로서, 그 사용량이 40wt% 미만인 경우에는 점토벽돌의 내구성이 떨어지고, 60wt%를 초과하게 되는 경우에는 점토벽돌의 경량성이 떨어지는 문제가 있으므로, 상기 고령토의 사용량은 제1혼합물(A)의 전체 중량에 대해 40 ~ 60wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 점토는 해성이토 10 ~ 50wt%와 일반점토 50 ~ 90wt%의 혼합으로 조성된 것으로서, 상기 해성이토는 점토 42%, 모래 2%, 실트 56%의 성분조성비를 갖는다.
상기 점토를 구성하고 있는 해성이토의 사용량이 10wt% 미만인 경우에는 점토벽돌의 압축강도가 떨어지고, 50wt%를 초과하게 되는 경우에는 점토벽돌의 성형성이 떨어질 수 있으므로, 점토 전체 성분 중 10 ~ 50wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 점토를 구성하고 있는 일반점토의 사용량이 50wt% 미만인 경우에는 점토벽돌의 성형성이 떨어지고, 90wt%를 초과하게 되는 경우에는 상대적으로 해성이토의 사용량 감소에 따른 압축강도 향상을 기대하기 어려우므로, 상기 일반점토의 사용량은 점토 전체 성분 중 50 ~ 90wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 해성이토와 일반점토의 혼합으로 조성된 점토의 사용량이 50wt% 미만인 경우에는 점토벽돌의 압축강도가 떨어질 수 있고, 80wt%를 초과하게 되는 경우에는 점토벽돌의 경량성이 떨어지므로, 상기 점토의 사용량은 제1혼합물(A)의 전체 중량에 대해 40 ~ 60wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 고령토와 점토의 배합으로 조성된 제1혼합물은 제2혼합물 전체 중량에 대해 50~80wt%의 범위 내로 사용되며, 이때 그 사용량이 50wt% 미만인 경우에는 점토벽돌의 내구성이 떨어지게 되며, 80wt%를 초과하게 되는 경우에는 또한 상대적으로 다른 성분들의 사용량이 줄어들어 투수성이 떨어지고, 또한 산업폐기물인 용접슬래그의 재활용도가 낮아질 수 있으므로, 상기 제1혼합물의 사용량은 제2혼합물 전체 중량에 대해 50~80wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 용접슬래그는 다양한 산업현장에서 수거된 것으로서, 점토벽돌에 사용하기 위하여 일정 크기로 분쇄하여 사용하며, 더욱 구체적으로는 0.5~2.5mm로 크기로 분쇄하여 사용한다.
상기 용접슬래그는 3,000℃ 이상의 고온에서 이루어지는 용접시에 불순물이 용융금속 위로 떠올라 비드 표면에 형성되어 제거되는 산업폐기물로서, 본 발명에 따른 점토벽돌 제조시 소성과정에서, 상대적으로 용융점이 낮은 폐유리분말이 녹아 상기 용접슬래그 감싸 코팅을 하게 되며, 이와 같은 과정을 통해 형성된 유리코팅체가 점토벽돌 내에 포함되어 투수 기능을 부여하게 된다.
상기 용접슬래그의 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 산업폐기물의 재활용도가 떨어지고, 또한 소성과정에서 형성되는 유리코팅체가 많지 않아 투수기능성이 매우 떨어지게 되는 단점이 있고, 35wt%를 초과하게 되는 경우에는 산업폐기물의 재활용도를 높여 경제성 및 환경개선 효과를 높일 수 있기는 하나, 점토벽돌의 강도가 떨어지는 문제가 발생하게 되므로, 상기 용접슬래그의 사용량은 제2혼합물 전체 중량에 대해 5~35wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 폐유리는 유리병과 유리제품으로 광범위하게 사용되고 있는 Soda-Lime 계열의 폐유리로서 잔골재 크기인 5mm의 크기로 Roll-mill을 이용하여 파ㆍ분쇄한다. 특히 폐유리에는 금속조각이나, 종이, 플라스틱, 먼지 등 이물질이 많이 섞여 있기 때문에 우선 이물질 제거가 필요하기 때문에 이물질을 완전히 제거한 후에 사용한다.
폐유리의 주요성분으로는 SiO2, Na2O, CaO의 성분이 많이 함유되어 있으며, 보다 구체적으로는 SiO2 71.27wt%, NaO 14.28wt%, CaO 9.98wt%, MgO 3.04wt%, Al2O3 1.32wt%, Fe2O3 0.11wt%의 성분 조성을 갖는다. 물리적 성질은 분말도 6,100 ㎠/g, 경도 6.3Hm, 비중 2.4, 압축강도 8,050 kg/㎠, 휨강도 470 kg/㎠, 포와송비 0.22이다.
폐유리의 발생은 크게 폐유리 병과 건설폐기물인 폐 판유리로 볼 수 있는데, 현재 유리병 중에서 반복사용이 가능한 것은 청량음료 병과 주류 병으로 정부의 공병보급 제조에 의하여 재활용 수준은 95% 이상 이루어지고 있으나 1회용 폐유리와 폐판유리는 체계적인 시스템과 재활용 방안의 부족으로 적정 처리와 재활용이 문제시 되고 있다. 이렇게 발생하는 폐유리는 재활용할 경우 유리화나 유리세라믹 제조와 경량 골재 제조, 복합체화 등의 공정에서 사용되지만 1,000℃ 이상의 고온을 요구하기 때문에 중금속 휘발 등의 2차 오염을 유발할 수 있는 문제점을 가진다. 판유리 분쇄시 집진시설에서 발생하는 유리 분말 325㎛ 이상이다.
상기 폐유리의 사용으로 인해 본 발명 점토벽돌의 고강도 특성과 투수 기능성의 부여하게 된다. 이는 폐유리 분말이 소성과정에서 흙과 함께 녹으면서 결합을 이루어 점토벽돌이 고강도 특성을 갖게 되고, 다른 한편으로는 소성과정에서 녹지 않은 용접슬래그 분말을 코팅하여 유리코팅체를 이루어, 유리코팅체들 사이에 형성되는 공극에 의해 투수성을 갖게 되기 때문이다.
이와 같은 기능을 갖는 폐유리 분말의 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 전술한 내용의 기능성이 떨어지는 문제가 있고, 35wt%를 초과하여 사용하게 되는 경우에는 타일의 성형성이 떨어지고, 상대적으로 용접슬래그의 사용량이 줄어들어 본 발명의 목적에 부합하지 않는 문제가 있기 때문에, 상기 폐유리 분말의 사용량은 제2혼합물 전체 중량에 대해 5~35wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 물(water)의 사용량이 10wt% 미만인 경우에는 점토벽돌을 이루는 성분들간의 균일 배합을 이루기 어려워 벽돌 성형이 용이하지 않고, 40wt%를 초과하게 되는 경우에는 건조 및 소성과정에서 균열 발생 등에 의한 점토벽돌의 품질 저하 우려가 있으므로, 상기 물(water)의 사용량 제2혼합물 전체 중량에 대해 10~40wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 용접슬래그를 이용한 투수 및 고강도 특성의 점토벽돌 제조방법에 대해 살펴보도록 한다.
상기 점토벽돌 제조방법은 고령토와 점토에 포함되어 있는 불순물을 제거하고 잘게 분쇄하는 단계(S10)와,
상기 단계(S10)를 거친 고령토 40~60wt%와 점토 40~60wt%의 혼합하여 제1혼합물을 조성하는 단계(S20)와,
용접슬래그를 0.5~2.5mm의 평균 크기로 분쇄하는 단계(S30)와,
상기 제1혼합물의 100wt%에 취한 50~80wt%; 상기 용접슬래그 5~35wt%; 폐유리분말 5~35wt%; 물 10~40wt%;을 혼합하여 제2혼합물을 조성하는 단계(S40)와,
상기 제2혼합물을 이용하여 점토벽돌을 성형하는 단계(S50)와,
상기 성형한 점토벽돌을 40~160℃에서 50~70시간 동안 건조하는 단계(S60)와,
상기 건조과정을 마친 점토벽돌을 1,000℃~1,300℃에서 20~30시간 동안 소성하는 단계(S70)와,
상기 소성한 점토벽돌을 20~25시간 동안 서서히 냉각시키는 단계(S80)를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 투수 및 고강도 특성의 점토벽돌을 제조하기 위한 공정으로서, 먼저 점토벽돌을 생산하기 위한 원재료인 고령토와 점토에 포함되어 있는 불순물을 제거함으로써, 점토벽돌의 품질이 떨어지는 것을 방지하도록 한다.
이와 같이 불순물을 제거한 고령토와 점토는 일정비율로 배합조성된다.
일반적으로 상기 S10단계와 S20단계를 포함하여 제토공정이라 한다.
상기 용접슬래그는 3,000℃이상의 고온에서 용접시 불순물이 용융금속 위로 떠올라 비드 표면에 형성되는 금속 산화물을 말한다. 이와 같이 생성된 슬래그는 제품의 외관상 문제나 품질상의 문제로 인해 슬래그 생성을 최소화하는 와이어를 사용하거나 또는 생성된 슬래그를 제거하게 된다.
이와 같은 과정에서 발생된 용접슬래그는 재활용되지 않기 때문에 산업페기물로 남게 된다.
본 발명에서는 이와 같은 산업폐기물을 점토벽돌에 적용함으로써, 용접슬래그의 재활용에 따른 경제적 이점과 환경 개선효과를 이룰 수 있도록 하며, 또한 소성과정에서 용융된 유리에 의해 볼 형상 등 다양한 형상으로 코팅처리됨으로써, 볼과 볼 사이에 형성되는 공극에 의한 수분 투수가 가능하여, 일반적으로 투수 기능성이 없는 점토벽돌을 조적용 외에 바닥재로도 활용할 수 있다는 장점을 갖게 된다.
상기 용접슬래그는 다양한 산업현장에서 수거되기 때문에 일정 크기로 분쇄하여 점토벽돌 제조시에 적합하게 가공하여야 하며, 그 크기를 0.5~2.5mm로 한정하는 것이 바람직하다.
또한, 수거되는 용접슬래그 중 일부는 도금 및 도장 뒤에 일정 시간이 지나고 나서 박리된 것이 포함될 수 있기 때문에 용접슬래그의 표면에 페인트로 도장되어 있는 경우가 있다.
따라서 수거된 용접슬래그 표면의 도장 유무를 확인한 후에, 수거된 용접슬래그를 분쇄하여 바로 점토벽돌 제조에 사용하거나 또는 수거된 용접슬래그의 표면에 도장되어 있는 페인트를 현재 시중에서 판매되고 있는 페인트 제거제를 이용하여 제거한 후에 사용한다.
상기 용접슬래그의 크기를 0.5mm 미만으로 하게 되는 경우에는 분쇄에 많은 경비가 들고, 2.5mm를 초과하게 되는 경우에는 점토벽돌의 내구성이 다소 떨어질 수 있으므로, 상기 용접슬래그의 크기는 0.5~2.5mm의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 용접슬래그는 점토벽돌을 구성하는 다른 성분들과 비교하여 용융점이 높기 때문에 용해되지 않은 상태로 점토벽돌 내부에 포함되게 되며, 이때 소성과정에서 유리분말이 용해되면서 상기 용접슬래그를 감싸 구형을 포함한 다양한 다면체 형상의 유리코팅체를 이루게 된다.
이로 인해 유리코팅체 사이에 형성되는 공극으로 인해 투수 기능성을 갖게 된다. 따라서 일반적인 점토벽돌은 흙 성분이 수분을 흡수하여 외부로 배수되지 않기 때문에 투수 기능성을 부여하기 어려우나, 본 발명에서는 흙 성분 외에 유리코팅체가 점토벽돌을 구성하고 있어 기존 점토벽돌에 비해 흙이 수분을 흡수하는 정도가 낮으며, 또한 상기한 바와 같이 공극에 의해 물이 배수되기 때문에 기존 점토벽돌과 달리 높은 투수기능성을 부여할 수 있다.
상기 건조온도가 40℃ 미만인 경우에는 건조에 소요되는 시간이 많이 늘어나게 되고, 160℃를 초과하여 건조하게 되는 경우에는 벽돌에 크랙이 발생할 수 있으므로, 상기 건조온도는 40~160℃ 범위 내로 유지하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 건조시간이 50시간 미만인 경우에는 충분한 건조가 이루어지지 않은 상태에서 소성이 이루어지게 되어 점토벽돌의 내구성이 떨어지는 문제가 발생하게 되고, 70시간을 초과하게 되는 경우에는 충분한 건조가 이루어진 상태이므로 무의미하기 때문에, 상기 건조시간은 50~70시간의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 소성온도가 1,000℃ 미만인 경우에는 소성시간이 길어지고 소성이 제대로 이루어지지 않아 점토벽돌의 품질이 떨어질 수 있으며, 1,300℃를 초과하게 되는 경우에는 소성에 필요한 온도 이상으로 과다하게 가열하게 되므로 에너지 낭비에 따른 비경제적인 문제점이 있으므로, 상기 소성온도는 1,000℃~1,300℃의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 소성시간이 20시간 미만인 경우에는 충분한 소성이 이루어지지 않고, 30시간을 초과하게 되는 경우에는 이미 충분한 소성이 이루어진 상태이므로 무의미하여, 상기 소성시간은 20~30 시간의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기의 구성을 갖는 점토벽돌의 제조에 대한 구체적인 예를 실시예 1을 통해 살펴보고자 한다.
고령토 30㎏과 점토 30㎏을 배합하여 조성한 제1혼합물 60㎏;
용접슬래그를 평균 1.5mm 크기로 분쇄한 용접슬래그 15㎏;
폐유리분말 15㎏;
물 10ℓ를 혼합하여 조성된 제2혼합물을 금형에 넣어 점토벽돌을 사출성형하고, 이와 같이 성형한 점토벽돌을 120℃에서 70시간 동안 건조하고, 건조된 점토벽돌은 1,000℃~1,300℃에서 25시간 동안 소성 시킨 후 상온상태에서 25시간 동안 서서히 냉각시켜 점토벽돌을 완성한다.
이와 같은 과정을 거쳐 제조된 점토벽돌은 소성과정에서, 흙 주변에 있는 폐유리분말이 서로 녹으면서 결합을 이루어 점토벽돌에 고강도 특성을 부여하게 되고, 용접슬래그 주변에 있은 폐유리분말이 녹으면서 3,000℃ 이상의 고온에서 녹는 용접슬래그를 감싸 코팅을 이루어 유리코팅체를 형성하게 됨으로써 높은 투수 기능성을 부여하게 된다.
이하, 상기 실시예 1을 통해 제조된 점토벽돌의 압축강도와 투수성에 대한 시험결과를 살펴보도록 한다.
[시험예 1]
압축강도의 측정
상기 실시예 1을 통해 제조된 점토벽돌의 압축강도는 KS L4201(점토벽돌의 압축강도)에 따라 시료는 미리 110±5℃의 공기 중탕에서 건조하고, 24시간 후에 꺼내어 실온까지 방랭하여 점토벽돌(예:190×90mm)의 면을 가압면으로 하고, 개구부를 포함하는 가압면적 A를 구한다.
가압속도는 매초 5~10kgf/㎠로 하여, 시료가 파괴되었을 때의 최대 하중 kgf을 측정한다.
압축강도는 다음 식에 따라 계산한다.
C = W/A
여기에서, C: 압축강도(kgf/㎠)
A: 개구부를 포함하는 가압면적(㎠)
W: 최대하중 kgf
시험 결과
상기 실시 예 1에서와 같은 방법으로 제조한 벽돌의 압축강도(kgf/㎠)를 측정한 결과, 그 측정값은 3회 동일 조건 반복시험 후 평균 385kgf/㎠로 측정되었다.
투수계수 측정
정수위 투수시험을 기준으로 다음 식에 의해 투수시험을 실시하였다.
상기 정수위 투수시험은 일정한 지름과 길이를 가진 시료속을 일정한 수위차에 의하여 일정한 시간내에 침투하는 물의 양을 측정하는 방법이다.
Kp = {L×a/A(t2-t1)}×log(h1/h2)
여기에서, L: 점토벽돌의 높이
a: 용기 단면적
A: 투수단면적
t2-t1: 투수시간
h1: 시험개시시 수위
h2: 시험종료시 수위
시험 결과
상기 기준에 따라 시험한 결과, 그 투수계수(cm/sec)는 3회 동일 조건 반복시험 후 평균 0.15로 측정되었다.
본 발명에 따른 산업폐기물로서 재활용이 되지 않고 있는 용접슬래그를 이용한 투수 및 고강도 특성의 점토벽돌을 제공함으로써, 산업페기물의 재활용에 따른 경제적 이점과, 산업폐기물 저감에 따른 환경개선 효과 및 고기능성의 점토벽돌을 제공할 수 있어 산업상 이용가능성이 매우 크다.

Claims (5)

  1. 고령토 40~60wt%와 점토 40~60wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제1혼합물(A) 중 50~80wt%;
    슬래그(B) 잔량;
    폐유리분말(C) 5~35wt%;
    물(D) 10~40wt%;의 혼합(A+B+C+D)으로 조성된 제2혼합물로부터 제조된 것에 있어서,

    상기 슬래그(B)는 3,000℃이상의 고온에서 용접시 불순물이 용융금속 위로 떠올라 비드 표면에 형성되는 금속 산화물인 용접슬래그로서, 0.5~2.5mm의 크기로 분쇄하여 제2혼합물의 전체 중량에 대해 5 ~ 35 wt%의 함량비로 혼합되는 것임을 특징으로 하는 용접슬래그를 이용한 투수 및 고강도 특성의 점토벽돌.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 고령토와 점토에 포함되어 있는 불순물을 제거하고 잘게 분쇄하는 단계(S10)와,
    상기 단계(S10)를 거친 고령토 40~60wt%와 점토 40~60wt%의 혼합하여 제1혼합물을 조성하는 단계(S20)와,
    상기 제1혼합물의 100wt%에 취한 50~80wt%; 슬래그 잔량; 폐유리분말 5~35wt%; 물 10~40wt%;을 혼합하여 제2혼합물을 조성하는 단계(S40)와,
    상기 제2혼합물을 이용하여 점토벽돌을 성형하는 단계(S50)와,
    상기 성형한 점토벽돌을 40~160℃에서 50~70시간 동안 건조하는 단계(S60)와,
    상기 건조과정을 마친 점토벽돌을 1,000℃~1,300℃에서 20~30시간 동안 소성하는 단계(S70)와,
    상기 소성한 점토벽돌을 20~25시간 동안 서서히 냉각시키는 단계(S80)를 포함하여 이루어지는 것에 있어서,

    상기 슬래그 잔량은 표면에 도장되어 있는 페인트를 페인트 제거제를 이용하여 제거한 용접슬래그를 0.5~2.5mm의 평균 크기로 분쇄한 것을 제2혼합물의 전체 중량에 대해 5~35wt%로 첨가하는 것으로서,
    소성과정에서 3,000℃ 이상의 고온에서 녹는 용접슬래그 주변의 폐유리분말이 1,000℃~1,300℃의 소성온도에 녹으면서, 상기 용접슬래그를 감싸 코팅을 이루어 유리코팅체를 형성하여 높은 투수성을 부여하는 것임을 특징으로 하는 용접슬래그를 이용한 투수 및 고강도 특성의 점토벽돌 제조방법.



  5. 삭제
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