KR20110092259A - 자연흙블록 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 5∼12%의 수분을 함유하며 100∼160메쉬의 입도를 갖는 자연흙 60∼90%, 제올라이트 1∼12%, 100∼200메쉬의 입도를 갖는 마사토 10∼30%, 무기질파우더 8∼20%와 SiO₂, CaO, Al₂O₃ 성분을 포함한 고화제 2∼8%를 혼합한 재료 혼합물에 적정한 수분을 추가하여 혼합 교반하고 고압 성형하여 토목용 호안블록이나 건축용 벽돌과 같은 자연흙블록을 구성하여 일반 시멘트블록과 유사한 강도와 내구성을 갖으면서도 무독성인 장점이 있다.

Description

자연흙블록 및 그 제조방법{Natural soil block and the manufacturing process}

본 발명은 자연에서 채취한 토사를 이용한 토목용 및 건축용 자연흙블록에 관한 것으로, 특히 친환경적인 재료의 사용으로 자연환경에 순응하고 유해물질이 발생하지 않으며 재활용이 가능한 토목용 호안블록이나 잔디블록, 그리고 건축용 벽돌을 포함한 자연흙블록과 그 제조방법에 관한 것이다.

기존 토목용 및 건축용으로 사용하고 있는 콘크리트 호안블록이나 시멘트벽돌과 같은 재료의 경우에는 다량의 시멘트가 기본적으로 사용되어 자연환경에 유해한 물질을 발생시키고 암이나 아토피를 유발시키는 등 자연과 사람에 심각한 해를 끼치고 있다. 토목용 자재 중에 하천정비사업에 각종의 호안블록이 사용되고 있는데, 1970년대 산업화와 도시화가 본격적으로 이루어지면서 단순한 치수기능과 경제성만을 고려한 획일적이고 인공적인 하천정비에만 초점을 맞추어져 왔다. 이로 인해 4,000km에 이르는 국가하천 및 지방하천과 지자체에서 관리되는 수많은 지류소하천 대부분이 시멘트콘크리트로 덮여져 있는 실정이다.

이러한 시멘트콘크리트의 사용은 하천 생태계를 단절시키고, 토양의 부식과 수질자정 능력을 저하시키며, 저서 생물의 다양성이 결여되는 등의 문제점이 야기되었다. 또한, 콘크리트블록의 주재료인 시멘트는 제조시 많은 천연자원과 에너지가 소비되어야만 한다. 이런 실정에도 불구하고 대부분의 자연하천에 시멘트를 이용한 소재가 지속적으로 사용되고 있는 실정이다.

이러한 시멘트소재의 제품 사용을 억제하려는 노력과 자연친화적인 제품의 개발은 생태환경이 살아 있는 하천을 조성함과 동시에 환경오염 문제에 대한 부담을 감소시킬 수 있다.

건축용 자재 또한, 생활수준이 향상되고 또 쾌적한 주거환경이 강조되면서 시멘트와 같은 단순한 마감재료에서 탈피하여서 친환경적인 황토성분 재료를 활용하기에 이르렀다. 황토를 이용하는 건축용 자재의 대표적 예로서 황토벽돌은 다양한 방법으로 제조되어 건축물에 이용되고 있다. 그러나 황토벽돌은 내구성 높이기 위해서 1,100℃ 이상의 높은 온도에서 가열 소성하여 제품을 생산하게 되는데, 이러한 소성과정에서 많은 에너지를 소모하면서 환경에 유해한 물질을 발생시킬 뿐만 아니라, 생산된 황토벽돌은 본래의 흙 성질이 상실됨과 동시에 세라믹화되어 진다. 이렇게 세라믹화된 황토벽돌은 재활용될 수가 없어 폐기물로 남게 되는 단점이 있다. 또한, 황토벽돌을 생산하는 다른 방법으로 소성하지 않는 대신 주원료인 황토에 시멘트를 첨가하여 내구성을 강화시킨 황토벽돌이 있다. 하지만 이렇게 제조한 황토벽돌은 황토 주성분에 포함된 시멘트성분으로부터 유해물질이 발생되는 단점이 있다.

따라서 무분별한 시멘트의 사용과 천연 자원의 고갈을 막고, 에너지의 소비와 환경오염원이 되고 있는 소성공정이 필요 없으며, 시멘트콘크리트와 동등하거나 그 이상의 제품성을 갖추고 다양한 곳에 쉽게 사용 할 수 있는 새로운 기술개발이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 자연에서 채취한 토사를 이용한 자연흙블록에 관한 것으로, 특히 막대한 에너지의 소비와 환경오염을 유발하는 소성공정이 없고, 친환경적인 재료의 사용으로 자연환경에 순응하고 유해물질이 발생하지 않으며 재활용이 가능한 토목용 호안블록이나 잔디블록, 그리고 건축용 벽돌을 포함한 자연흙블록 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자연흙블록에 있어서, 5∼12%의 수분 함유하며 100∼160메쉬의 입도를 갖는 자연흙 60∼90%, 제올라이트 1∼12%, 100∼200메쉬의 입도를 갖는 마사토 10∼30%, 무기질파우더 8∼20%와 SiO₂, CaO, Al₂O₃ 성분을 포함한 고화제 2∼8%를 혼합한 재료 혼합물에 물을 추가하고 혼합 교반하여 고압 성형한 토목용 및 건축용 자연흙블록이 되도록 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 자연흙블록은 다음과 같은 효과 있다.

첫째, 본 발명의 자연흙블록은 가열소성과 시멘트의 첨가 없이도 일반 콘크리트블록과 동등하거나 그 이상의 내구성을 갖는 친환경 자재를 구현한 장점이 있으며, 친환경재료의 배합으로 교반 및 가압 성형하여 생산하므로 일체의 오염원을 줄이고, 수명이 다하면 풍화과정을 통해 자연으로 회기가 가능하여 폐기물처리비용이 절감되고 재활용이 가능한 장점이 있다.

둘째, 본 발명의 자연흙블록은 중금속 발생이 없어 최적의 생태환경을 조성하여 수서생물과 초류의 식생에 유리하며, 황토가 섞여 있는 흙을 사용할 경우 인체에 유익한 원적외선을 방출하고 음이온을 생성하며, 항균성을 갖추고 있어 친환경적인 기능을 증진시킬 수 있다.

셋째, 본 발명에 따른 자연흙블록은 사질토나 점질토, 광산에서 버려지는 폐토 등 모든 토양을 주재료로 사용할 수 있으며, 소성과정 없이 고압성형하여 제작함으로 경제성이 탁월하며, CO₂등 오염원을 줄일 수 있다. 또한, 기존의 시멘트블록에 비해 동등하거나 우월한 강도를 발현하고, 휨강도, 휨 인성은 더욱 뛰어난 장점이 있다.

넷째, 본 발명의 자연흙블록은 동절기 동결융해 현상이 상대적으로 저감 되어 블록의 내구연한이 길어지고, 하절기에는 시멘트콘크리트와 달리 열의 흡수나 열전도율이 상대적으로 낮아 복사열 및 자외선이 저감되어 도심의 열섬화를 방지하고 쾌적한 생태환경이 제공된다.

도면 1은 자연흙블록 실시 예의 토목용자재인 호안블록, 잔디보호블록, 축조블록과 건축용 벽돌의 실물사진이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

본 발명의 자연흙블록은 자연환경과 인체에 유해한 성분을 거의 사용하지 않으며 또 가열 소성 없이 일반 콘크리트제품과 동등하거나 그 이상의 내구성을 갖도록 하는 구성적 특징이 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 자연흙블록의 대표적인 예로는 토목용자재로서 각종의 호안블록과 잔디보호블록 등이 있으며, 건축용자재로는 건축용 벽돌로 구분될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따라 자연흙블록에 공통적으로 포함하는 주재료들로는 자연흙, 제올라이트, 마사토, 무기질 파우더, 고화제가 있다.

본 발명의 자연흙블록에 포함되는 주재료 성분들에 대해서 보다 상세하게 설명하면 하기와 같다.

(1) 자연흙

본 발명의 실시 예의 주재료로 사용되는 자연흙은 광산에서 버려지는 흙이나 사질토, 점질토 등 일반 생흙을 구분하지 않으나 독성이 없어야하며, 상기 채취한 흙은 보관장소로 이송하여 수분을 5∼12% 이내로 숙성시킨 다음 파쇄하여 100∼160메쉬(mesh)의 입도를 갖도록 정제하여 사용한다.

상기 채취한 흙의 독성유무의 기준은 비소 3mg/kg이하, 카드뮴 1mg/kg이하, 크롬 4mg/kg이하, 납 60mg/kg이하, 수은 2mg/kg이하를 설정기준치로 한다.

상기 자연흙의 입도범위 100∼160메쉬에서, 100메쉬(mesh)도 통과하지 못하는 큰 흙 입자이면 그 강도가 약해지게 되고, 160메쉬를 통과하는 고운 입자이면 흡습으로 인해 제품 내충격성이 저하되고 또 수분흡수 후의 배출성이 떨어지고 성형성도 떨어진다. 그러므로 상기 자연흙은 100∼160메쉬(mesh)의 입도 범위내에 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 적용한 자연흙에 황토가 섞이게 되면 원적외선과 음이온을 방출하면서 각종 오염원을 흡착 및 중화시켜주어서 생태환경과 생활환경을 쾌적하게 해준다.

(2) 제올라이트

본 발명의 제올라이트는 기능성 재질로서 대기중의 유해가스를 흡착하는 기능으로 신아파트증후군이나 아토피의 발생 등을 억제하고, 오염된 하천수의 유해 중금속 제거기능 등 수질정화기능이 있으며, 아울러 강성부여와 함께 균열방지기능도 함께한다.

(3) 마사토

본 발명의 마사토는 유해성분을 포함하지 않으면서도 흙의 강성을 부여하고 균열방지하기 위한 용도로 사용되며, 본 발명의 실시 예에서는 바람직하게 100∼200메쉬 (mesh)의 입도 범위를 갖는다.

(4) 무기질파우더

본 발명의 무기질파우더는 본 발명에 사용되는 재료들을 서로 융합시켜주는 역할을 담당하는 미분으로서, 재료 상호간의 융합이 용이하도록 하기 위해서 150메쉬 이상을 통과하는 고운 입자를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 300메쉬 이상을 통과하는 고운 입자를 갖는 것이 좋다. 무기질파우더는 그 표면에서 물질을 흡착하는 물리적 특성이 있으며, 그 주원료가 Al₂Si₂O₅(OH)와 Al₂Si₂O₅(OH)₄이다. 본 발명에서는 상기 파우더를 구성하는 카올리나이트의 원료성분이 15∼30%를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 상기 사용되는 무기질파우더는 주로 도자기의 원재료와 한방의 약재로 사용되어 진다.

(5) 고화제

본 발명의 고화제는 가열소성 없이도 자연흙블록의 강도를 시멘트 콘크리트 만큼 갖도록 해주는 기능을 하는 분말로서 무독성이다. 본 발명의 고화제는 SiO₂, CaO, Al₂O₃를 주성분으로 하며 물이나 수분을 흡수하면서 경화되는 성질을 갖는다. 본 발명의 고화제는 독성성분들인 납, 구리, 비소, 수은, 카드뮴, 육가크롬화합물, 시안화합물 등이 포함되어 있지 않다.

[제1 실시예]

본 발명의 실시 예로서 자연흙블록의 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.

먼저, 자연흙블록을 제조함에 있어 주재료인 자연흙 60∼90%, 제올라이트 1∼12%, 마사토 10∼30%, 무기질파우더 8∼20%를 먼저 혼합 교반한 다음 고화제 2∼8%에 물을 일정량 혼합하여 전체 체적의 9∼12%가 되도록 하고, 상기 혼합 교반된 주재료에 살수 교반하여 자연흙블록 제조를 위한 재료혼합물을 얻는다.

상기와 같이 본 발명의 자연흙블록 제조에는 자연흙, 제올라이트, 마사토, 무기질 파우더, 고화제를 섞어서 재료혼합물을 얻는다. 정리해서 다시 설명하면, 본 발명의 자연흙블록을 제조함에 있어, 바람직하게 무독성이고 5∼12%의 수분 함유하며 100∼160메쉬의 입도를 갖는 자연흙 60∼90%, 제올라이트 1∼12%, 100∼200메쉬의 입도를 갖는 마사토 10∼30%, 100메쉬 이상을 통과한 입도의 무기질파우더 8∼20%를 먼저 혼합 교반한 다음, SiO₂, CaO, Al₂O₃ 성분을 포함한 고화제 2∼8%를 전체 재료 체적의 9∼12%가 되도록 물과 혼합하고 상기 혼합물을 먼저 혼합 교반되어 준비된 재료에 살수 교반하여 재료혼합물을 얻고, 상기 재료혼합물을 블록성형기에 투입하여 진동시키면서 고압 성형한다. 이때 고화제와 물의 혼합량이 전체 원재료 체적의 12%를 넘게 되거나, 전체 원재료 체적의 9%미만이면 흙 분자간의 결합이 잘되지 않아 성형이 어려우므로 최종적으로 손으로 토사를 쥐어 뭉쳐질 수 있는 건식 배합정도가 되어야 한다.

상기 블록성형기에서 고압 성형한 블록은 60∼90℃의 스팀 양생실에서 60∼120분 정도 강제 양생한 다음 통풍이 잘되는 장소에서 28일간 자연양생하여 완성하였다.

상기와 같이 제조된 자연흙블록은 종래의 시멘트콘크리트의 문제점을 개선한 것으로, 흙 고유의 색상과 질감을 보유하면서도 시멘트블록과 대등한 강도를 갖는 내구성 있는 제품이 되었으며, 독성이 거의 없는 친환경적인 블록이 되었다.

상기와 같은 방법으로 제조된 자연흙블록을 10cm×10cm×10cm의 시편을 만들어 시험해 본 결과, 생산 후 10일 경과한 블록의 압축강도는 13∼15N/mm2, 20일 경과한 블록의 압축강도는 18∼20N/mm2, 28일 경과한 블록의 압축강도는 23∼27N/mm2로서 일반 시멘트블록에서 요구하는 압축강도 21N/mm2과 동등하거나 초과하는 압축강도를 나타냈으며, 흡수율은 5∼10%가 되었다. 또한, 자연흙블록의 특성상 생산 후 45일 경과시까지 압축강도가 조금씩 증가 되었으며, 최고 35N/mm2에 이르는 압축강도가 측정되었다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

본 발명의 자연흙블록은 저렴한 생산비용, 비소성, 무독성 친환경 흙블록으로 생태하천조성과 지류하천정비에 사용되는 각종의 호안블록으로 사용이 가능하고, 건축용벽돌, 보도블록, 잔디블록 등 건설산업분야에서 자연친화적이고 경제적인 공법으로 적용성이 광범위하다.

도 1-a는 자연흙블록의 실시 예인 호안블록 실물 사진이며,
도 1-b는 자연흙블록의 실시 예인 잔디보호블록 실물 사진이며,
도 1-c는 자연흙블록의 실시 예인 축조블록 실물 사진이며,
도 1-d는 자연흙블록의 실시 예인 건축용벽돌의 실물 사진이다.

Claims (2)

1. 자연흙블럭에 있어서, 5∼12%의 수분을 함유하며 100∼160메쉬의 입도를 갖는 자연흙 60∼90%, 제올라이트 1∼12%, 100∼200메쉬의 입도를 갖는 마사토 10∼30%, 무기질파우더 8∼20%를 먼저 혼합 교반하고, SiO₂, CaO, Al₂O₃ 성분을 포함한 고화제 2∼8%를 전체 재료 체적의 9∼12%가 되도록 물과 혼합하여 먼저 교반된 재료에 살수 혼합 교반하고, 최종 재료혼합물을 블록성형기에 투입하여 진동고압 성형한 토목용 블록 및 건축용 벽돌 되도록 구성함을 특징으로 하는 자연흙블록.
2. 자연흙블럭에 있어서, 5∼12%의 수분을 함유하며 100∼160메쉬의 입도를 갖는 자연흙 60∼90%, 제올라이트 1∼12%, 100∼200메쉬의 입도를 갖는 마사토 10∼30%, 무기질파우더 8∼20%를 먼저 혼합 교반하고, SiO₂, CaO, Al₂O₃ 성분을 포함한 고화제 2∼8%를 전체 재료 체적의 9∼12%가 되도록 물과 혼합하여 먼저 교반된 재료에 살수 혼합 교반하고, 최종 재료혼합물을 블록성형기에서 진동고압 성형하여 토목용이나 건축용 자연흙블록을 제조함을 특징으로 하는 자연흙블록 제조방법.

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