인도 건설 산업을 위한 지속 가능한 벽돌 대체재 탐구

인도 건설용 벽돌 대체재의 필요성

한 연구에 따르면 인도는 연간 약 600억 개의 벽돌이 필요하며, 적절한 대체재를 찾지 못하면 연간 약 1,600×10⁶ kN의 점토 밭 또는 농경지가 고갈될 것입니다. 이는 약 3,000 헥타르의 비옥한 토지를 황폐화시키는 결과를 낳습니다. 주택 수요 급증, 인구 증가 등으로 벽돌 수요가 지속적으로 증가함에 따라 그 피해 규모는 상상하기 어렵습니다. 또한 비옥한 토양 침식, 토질 악화, 생태계 교란을 초래할 것입니다.

인도 건설 산업이 벽돌 대체재를 찾는 주된 이유는 다음과 같습니다:

• 운송 중 높은 파손율
• 벽돌의 높은 흡수율
• 벽돌 크기의 불일치
• 가마 연료 비용 상승
• 숙련 노동력 부족 등

현재 점토 이외의 재료로 다양한 벽돌을 생산할 수 있으며, 이들은 크게 세 가지 범주로 분류됩니다:

1. 콘크리트 블록
2. 플라이애시 벽돌
3. 모래-석회 또는 규산칼슘 벽돌

각 범주에 대해 간략히 설명합니다. 이러한 제품은 건축 산업이 요구하는 품질과 동등하거나 더 나은 품질로 충분한 양을 생산할 수 있습니다.

1. 콘크리트 블록

원재료

콘크리트 블록 생산에 필요한 재료는 골재, 시멘트, 물입니다.

다양한 유형의 골재가 다양한 성공도로 사용되어 왔으며, 쇄석, 자갈, 화산재, 발포 슬래그, 용광로 클링커 등이 포함됩니다. 골재는 설계된 단중량, 질감, 구성 등을 고려해 선정합니다. 콘크리트 블록의 강도, 질감, 경제성은 골재의 신중한 입도 조정에 달려 있습니다. 현지에서 구할 수 있는 골재가 적합하면 경제성 달성에 도움이 됩니다.

시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용합니다. 물은 일반 음용수를 사용합니다.

제조 공정

고강도 콘크리트 블록 제조를 위한 완전 자동 플랜트를 이용할 수 있습니다. 이들 자동 기계는 우수한 품질의 콘크리트 블록을 생산하지만 큰 자본 투자가 필요합니다.

수동 조작 기계도 이용 가능하며, 이를 현장에 설치하면 생산지에서 사용처까지 콘크리트 블록 운송 비용을 추가로 절감할 수 있습니다.

콘크리트 블록 제조 공정은 다음과 같습니다:

(i) 원료 선정 및 배합: 주요 기준은 블록의 원하는 강도입니다. 조골재 비율이 높을수록 사용된 시멘트 양에 대한 강도가 커집니다.

(ii) 원료 혼합: 골재, 시멘트, 물을 매우 신중하게 배합해야 합니다. 혼합은 기계식 믹서에서 하는 것이 바람직합니다. 수동 혼합 시 시멘트와 골재를 건조 상태에서 철저히 혼합한 후 물을 점진적으로 첨가해야 합니다.

(iii) 타설 및 진동: 혼합된 콘크리트를 몰드 박스 상단까지 채우고 고르게 채워지도록 합니다. 콘크리트가 몰드 박스에 균일하게 안착될 때까지 진동시킵니다.

(iv) 양생: 타설 후 약 1일 뒤부터 물을 주고 최소 7일, 가급적 28일까지 계속합니다. 양생 기간이 길수록 블록 품질이 좋아집니다.

장점

콘크리트 블록을 조적 단위로 사용하는 것은 다음과 같은 장점 때문에 많은 현장에서 볼 수 있습니다:

• 벽돌 조적 벽에 비해 콘크리트 블록 폭이 작아 건물 실내 면적(카펫 면적) 증가
• 더 나은 단열성, 내화성, 흡음성 제공
• 벽돌 제조에 쓰이던 귀중한 농경지 보존
• 수직 이음매를 자동으로 어긋나게 제작 가능해 숙련 감독 필요성 감소
• 콘크리트 블록 조적 공사가 벽돌 조적보다 쉽고 빠르며 강함
• 완벽한 형상과 치수로 미장공 작업 단순화
• 이음매 수 감소로 모르타르 절약
• 철근 콘크리트 블록(RCB) 조적 단위 생산으로 효용성 증대: 블록에 철근 배근용 구멍 두 개를 뚫어 설계 시 풍하중과 지진하중 저항 가능, 전통적 보와 기둥 완전 제거 가능, RCB 단위 구조물에 더 나은 외관 부여

용도

이러한 장점을 고려할 때, 콘크리트 블록 조적 공법은 대규모 공동주택 및 다양한 토목 프로젝트에 대규모로 채택할 수 있습니다.

2. 플라이애시 벽돌

플라이애시 벽돌은 기존 벽돌의 유망한 대체재입니다.

[원문에서 상세 내용이 누락되어 있습니다. 플라이애시 벽돌은 화력발전소 부산물인 플라이애시를 주원료로 시멘트, 석고 등과 혼합해 성형·양생한 벽돌로, 경량·고강도·단열성이 우수하고 환경친화적입니다.]

3. 모래-석회 또는 규산칼슘 벽돌

오토클레이브 양생 규산칼슘 벽돌로 잘 알려진 모래-석회 벽돌은 1866년 영국에서 반 데르부르흐(Van Derburgh)에 의해 발명되었습니다. 그러나 상업적 규모 생산은 1898년에야 시작되었습니다. 인도 표준국 코드 IS:4139:1989가 이 벽돌의 다양한 측면을 다룹니다.

원재료

모래-석회 벽돌 제조에 필요한 원재료:

• 모래
• 석회
• 물
• 안료

(i) 모래

모래-석회 벽돌에서 모래 비율은 88~92%입니다. 따라서 모래-석회 벽돌 특성은 주로 모래 특성에 의해 좌우됩니다. 양질의 벽돌을 얻으려면 모래가 잘 입도 조절되어 있어야 하며, 점토, 유기물, 암석 광물, 가용성 염분 등 불순물이 없어야 합니다.

미세 점토가 4% 미만으로 극소량 존재하면 프레싱 용이, 치밀화, 매끄러운 질감에 유리합니다.

(ii) 석회

모래-석회 벽돌에서 석회 비율은 8~12%입니다. 양질의 고칼슘 석회여야 하며, 과소성도 과소성도 아니어야 합니다.

(iii) 물

가용성 염분이나 유기물이 0.25% 초과하는 물은 모래-석회 벽돌 제조에 부적합합니다. 바닷물은 사용할 수 없습니다.

(iv) 안료

유색 모래-석회 벽돌을 만들려면 모래와 석회 혼합물에 적절한 착색 안료를 첨가합니다. 안료 양은 벽돌 총중량의 0.2~3% 범위입니다.

표 4-6은 다양한 색상의 모래-석회 벽돌을 위한 안료를 보여줍니다.

제조 공정

모래-석회 벽돌 제조 절차:

1. 모래, 석회, 안료를 적정 비율로 취해 3~5% 물과 함께 철저히 혼합합니다.
2. 소재를 특수 설계된 회전 테이블 프레스에서 기계적 압력으로 벽돌 형상으로 성형합니다. 소재는 반건조 상태이며 압력은 31.50~63 N/mm² 범위입니다.
3. 벽돌을 밀폐 챔버에 넣고 0.85~1.60 N/mm² 포화 증기 압력으로 6~12시간 처리합니다. 이 과정을 오토클레이빙(autoclaving) 또는 수열 처리라 합니다. 오토클레이브는 양단이 밀폐된 강철 실린더로 직경 2m, 길이 20m 정도입니다.
4. 고온 고습 조건에서 석회와 모래의 반응이 크게 가속화됩니다. 모래의 실리카와 석회의 칼슘이 물과 반응해 규산칼슘 수화물이라는 결정질 화합물을 형성하므로 이 벽돌을 규산칼슘 벽돌이라 부릅니다.
5. 챔버에서 꺼내 출하합니다.

장점

모래-석회 벽돌의 장점:

• 벽돌 크기와 형상이 균일해 미장 시 모르타르 소요량 감소
• 벽돌, 블록, 타일 형태로 제공되어 주택 및 건축 시공에 폭넓게 활용 가능
• 조적 공사가 건축가에게 복잡한 형상, 정교한 디자인, 다양한 마감으로 쾌적한 시각 효과 제공
• 원재료에 가용성 염분이 없어 백화(efflorescence) 문제 발생 안 함
• 압축 강도 약 10 N/mm²로 단단하고 강함. 내력벽으로 다층 건물 시공 가능. 적절한 철근으로 내진 성능 확보 가능
• 색상과 질감이 균일함
• 점토가 희귀한 지역에서도 생산 가능해 농경지 압박 완화
• 직선 모서리와 진정한 직사각형 면으로 정확한 치수와 형상
• 발수성, 소음 감소 계수 우수, 내화성 부여
• 백색에 매끄러운 마감으로 노출 벽면의 태양열 영향 감소
• 깨끗한 외관으로 미장 생략 가능
• 유색 모래-석회 벽돌로 추가 비용 없이 영구적 벽면 마감 가능
• 규산칼슘 제품 폐기율이 1% 이내로 낮음

단점

모래-석회 벽돌의 단점:

• 장시간 열에 노출되면 붕괴되어 노 벽돌 공사 부적합
• 마모 저항이 약해 포장재로 사용 불가
• 점토 벽돌보다 내수성이 낮아 기초 공사 부적합
• 양질의 점토가 풍부한 지역에서는 경제성 떨어짐

건설비 절감 요인

그러나 다음과 같은 요인으로 건설비가 약 40% 절감됨을 유의해야 합니다:

• 취급 및 운송 중 파손 감소
• 유지보수비 절감 및 페이샤 스톤 불필요
• 기존 점토 벽돌 대비 모르타르 소요량 감소로 모르타르 비용 절감
• 높은 압축 강도로 벽 두께 감소 → 실당 실내 면적 증가
• 매끄러운 마감으로 미장 비용 절감 등

용도

모래-석회 벽돌은 장식용으로 쓰이며 일반 점토 벽돌 대용으로 건축 산업에 사용됩니다. 독일에는 200개 이상 공장이 이 벽돌을 생산합니다. 영국, 네덜란드, 덴마크, 미국, 캐나다, 구소련, 스위스, 폴란드, 루마니아, 체코슬로바키아, 몽골, 베트남, 불가리아, 핀란드, 칠레, 쿠웨이트, 이집트, 호주, 남아프리카, 중동 국가 등에서도 잘 정착되어 있습니다.

인도에서는 케랄라 주를 제외하고 아직 널리 보급되지 않았으며, 일부 구조물만 이 벽돌로 시공되었습니다. 대용량 프레스 미비로 국내 대량 생산이 어려웠습니다.