콘크리트 블록

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배경

콘크리트 블록은 주로 벽체 건설에서 건축 자재로 사용됩니다. 때로는 CMU(콘크리트 조적 단위)라고도 합니다. 콘크리트 블록은 건설에 사용되는 여러 프리캐스트 콘크리트 제품 ​​중 하나입니다. 프리캐스트라는 용어는 블록이 작업 현장으로 가져오기 전에 형성되고 경화된다는 사실을 나타냅니다. 대부분의 콘크리트 블록에는 하나 이상의 중공 공동이 있으며 측면이 매끄럽게 주조되거나 디자인이 지정될 수 있습니다. 사용 시 콘크리트 블록을 한 번에 하나씩 쌓고 새로운 콘크리트 모르타르와 함께 고정하여 원하는 길이와 벽 높이를 형성합니다.

콘크리트 모르타르는 이미 기원전 200년 <작은> 로마인들에 의해 사용되었습니다. 건물을 지을 때 모양의 돌을 함께 묶는 것. 로마 황제 칼리굴라(Caligula) 통치 기간인 37-41년 서기 , 작은 프리캐스트 콘크리트 블록이 현재의 이탈리아 나폴리 주변 지역에서 건축 자재로 사용되었습니다. 로마인들이 개발한 콘크리트 기술의 대부분은 5세기에 로마제국이 멸망한 후 사라졌습니다. 1824년이 되어서야 영국의 석공 Joseph Aspdin이 현대 콘크리트의 핵심 구성 요소 중 하나가 된 포틀랜드 시멘트를 개발했습니다.

최초의 중공 콘크리트 블록은 미국의 Harmon S. Palmer가 1890년에 설계했습니다. 10년 간의 실험 끝에 Palmer는 1900년에 이 디자인에 대한 특허를 받았습니다. Palmer의 블록은 8인치(20.3cm) x 10인치(25.4cm) x 30인치(76.2cm)였으며 너무 무거워서 제자리에 들어 올려야 했습니다. 작은 크레인. 1905년까지 약 1,500개의 회사가 미국에서 콘크리트 블록을 제조하고 있었습니다.

이러한 초기 블록은 일반적으로 손으로 주조되었으며 평균 생산량은 시간당 1인당 약 10블록이었습니다. 오늘날 콘크리트 블록 제조는 시간당 최대 2,000개의 블록을 생산할 수 있는 고도로 자동화된 프로세스입니다.

원자재

콘크리트 블록을 만드는 데 일반적으로 사용되는 콘크리트는 분말 포틀랜드 시멘트, 물, 모래 및 자갈의 혼합물입니다. 이것은 표면 질감이 미세하고 압축 강도가 높은 밝은 회색 블록을 생성합니다. 일반적인 콘크리트 블록의 무게는 17.2-19.5kg입니다. 일반적으로 블록에 사용되는 콘크리트 혼합물은 일반 건축용으로 사용되는 콘크리트 혼합물보다 모래의 비율이 높고 자갈과 물의 비율이 낮습니다. 이것은 블록 몰드에서 꺼낼 때 모양을 유지하는 매우 건조하고 뻣뻣한 혼합물을 생성합니다.

모래와 자갈 대신에 입상 석탄이나 화산재를 사용하는 경우 생성된 블록을 일반적으로 콘크리트 블록이라고 합니다. 이것은 중간에서 거친 표면 질감, 좋은 강도, 좋은 소음 특성 및 콘크리트 블록보다 높은 단열 값을 갖는 짙은 회색 블록을 생성합니다. 일반적인 콘크리트 블록의 무게는 11.8-15.0kg입니다.

경량 콘크리트 블록은 모래와 자갈을 팽창된 점토, 혈암 또는 슬레이트로 대체하여 만듭니다. 팽창된 점토, 혈암 및 슬레이트는 원료를 분쇄하고 약 1093°C(2000°F)로 가열하여 생성됩니다. 이 온도에서 재료는 내부에 갇혀 있는 소량의 유기 재료의 연소로 인한 가스의 빠른 생성으로 인해 팽창하거나 부풀어 오릅니다. 일반적인 경량 블록의 무게는 22-28lb(10.0-12.7kg)이며 내하중이 없는 벽과 파티션을 만드는 데 사용됩니다. 팽창 고로 슬래그와 부석, 스콜리아와 같은 천연 화산 재료도 경량 블록을 만드는 데 사용됩니다.

기본 구성 요소 외에도 블록을 만드는 데 사용되는 콘크리트 혼합물에는 양생 시간을 변경하거나 압축 강도를 높이거나 작업성을 향상시키기 위해 혼화제라고 하는 다양한 화학 물질이 포함될 수 있습니다. 혼합물에 안료를 첨가하여 블록 전체에 균일한 색상을 제공하거나 블록 표면을 구운 유약으로 코팅하여 장식 효과를 주거나 화학적 공격으로부터 보호할 수 있습니다. 유약은 일반적으로 열경화성 수지 바인더, 규사 및 착색 안료로 만들어집니다.

디자인

가장 일반적인 콘크리트 블록의 모양과 크기는 균일한 건물 건설을 보장하기 위해 표준화되었습니다. 미국에서 가장 일반적인 블록 크기는 8x8x16 블록이라고 하며, 공칭 치수는 높이 20.3cm, 깊이 20.3cm, 40.6인치입니다. cm) 너비. 이 공칭 측정에는 박격포 비드를 위한 공간이 포함되며 블록 자체는 실제로 높이 19.4cm, 깊이 19.4cm, 폭 38.8cm입니다.

많은 프로그레시브 블록 제조업체는 고유한 시각 효과를 달성하거나 특수 응용 프로그램에 바람직한 구조적 기능을 제공하기 위해 기본 블록에 변형을 제공합니다. 예를 들어, 한 제조업체는 외벽을 통한 누수를 방지하도록 특별히 설계된 블록을 제공합니다. 블록은 콘크리트의 흡수와 침투성을 줄이기 위한 발수성 혼합물, 수평 모르타르 접합부에서 물을 멀리 떨어뜨리기 위한 경사진 상단 모서리, 균열로 인한 누출의 흐름을 유도하기 위한 일련의 내부 홈과 채널을 통합합니다. 내부 표면.

분할면 블록이라고 하는 또 다른 블록 디자인은 매끄러운 면 대신 블록의 한 면에 거친 돌 같은 질감을 포함합니다. 이렇게 하면 블록이 잘려지고 다듬어진 석재의 건축적 모양이 나타납니다.

Radford Architectural Company의 1908년 카탈로그 시멘트 주택 및 방법에 나오는 Foursquare 스타일 주택 디자인 그들을 건설하십시오. 그것은 Radford 회사에서 제공한 수백 개의 콘크리트 블록 하우스 디자인 중 하나였습니다. 그들은 이 디자인이 당시의 전통적인 석조 집보다 훨씬 저렴한 약 $2,250.00에 지을 수 있다고 추정했습니다. (헨리 포드 박물관 및 그린필드 빌리지 컬렉션에서)

콘크리트 블록은 미국에서 처음으로 주택 건설에서 석재나 목재를 대체하는 용도로 사용되었습니다. 이 나라에서 완전히 콘크리트 블록으로 지어진 집의 가장 오래된 알려진 예는 1837년 뉴욕 주 스태튼 아일랜드에 있었습니다. 콘크리트 블록으로 지은 집은 더 비싸고 전통적인 나무 골조 석조 건물처럼 보이도록 만든 일반적인 저렴한 재료를 창의적으로 사용했습니다. 이 새로운 유형의 건축은 1900년대 초반부터 1920년대까지 대중적인 주택 건축 형태가 되었습니다. 당시에 종종 "현대적"이라고 불리는 주택 스타일은 Tudor에서 Foursquare, Colonial Revival에서 Bungalow까지 다양했습니다. 많은 집들이 콘크리트 블록을 구조로 사용하고 외벽 표면을 사용하는 반면, 다른 집에서는 블록 구조 위에 치장 벽토 또는 기타 코팅을 사용했습니다. 수십만 채의 이러한 주택은 특히 중서부 주에서 건설되었습니다. 아마도 콘크리트 블록을 만드는 데 필요한 원자재가 이 지역의 모래 은행과 자갈 구덩이에 풍부하게 공급되었기 때문일 것입니다. 콘크리트 블록은 암석 표면, 화강암 표면 또는 소박한 표면과 같은 석재 질감을 시뮬레이션하기 위해 표면 디자인으로 만들어졌습니다. 처음에는 실험적인 재료로 간주되었던 콘크리트 블록으로 지은 주택이 많은 포틀랜드 시멘트 제조업체의 카탈로그에 "내화성, 해충성 및 내후성"으로 광고되었으며 계속 부족한 목재 공급에 대한 저렴한 대체품으로 광고되었습니다. 차고, 사일로 및 우체국과 같은 많은 다른 유형의 건물이 건설되었으며 이러한 특성 때문에 이 건설 방법을 사용하여 오늘날에도 계속 건설되고 있습니다.

Cynthia Read-Miller

제조업체는 새 블록을 설계할 때 원하는 모양뿐만 아니라 해당 모양을 만드는 데 필요한 제조 공정도 고려해야 합니다. 필요한 모양 복잡한 금형이나 성형 공정의 추가 단계로 인해 생산이 느려지고 비용이 증가할 수 있습니다. 어떤 경우에는 이러한 증가된 비용이 새로운 설계의 이점을 상쇄하고 블록을 너무 비싸게 만들 수 있습니다.

제조
프로세스

콘크리트 블록의 생산은 혼합, 성형, 양생 및 입방체의 4가지 기본 공정으로 구성됩니다. 일부 제조 공장에서는 콘크리트 블록만 생산하는 반면 다른 공장에서는 블록, 평평한 포장 돌, 잔디 테두리와 같은 장식용 조경 조각을 비롯한 다양한 프리캐스트 콘크리트 제품을 생산할 수 있습니다. 일부 공장은 시간당 2,000개 이상의 블록을 생산할 수 있습니다.

다음 단계는 일반적으로 콘크리트 블록을 제조하는 데 사용됩니다.

믹싱

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1 모래와 자갈은 외부에 쌓인 후 필요에 따라 컨베이어 벨트를 통해 공장 내 저장고로 운반됩니다. 포틀랜드 시멘트는 습기로부터 보호하기 위해 외부에 큰 수직 사일로에 저장됩니다.

2 생산이 시작되면 필요한 양의 모래, 자갈 및 시멘트가 중력 또는 기계적 수단에 의해 각 재료의 적절한 양을 측정하는 계량 배처로 이송됩니다.

3 그런 다음 건조한 재료를 고정식 믹서로 흘러 들어가 몇 분 동안 함께 블렌딩합니다. 일반적으로 사용되는 믹서에는 두 가지 유형이 있습니다. 유성 또는 팬 믹서라고 하는 한 가지 유형은 뚜껑이 있는 얕은 팬과 비슷합니다. 믹싱 블레이드는 믹서 내부의 수직 회전 샤프트에 부착되어 있습니다. 다른 유형은 수평 드럼 믹서라고 합니다. 옆으로 돌린 커피 캔과 비슷하며 믹서 내부의 수평 회전 샤프트에 믹싱 블레이드가 부착되어 있습니다.

4 건조한 재료를 섞은 후 믹서에 소량의 물을 넣는다. 식물이 극단적인 온도에 노출되는 기후에 있는 경우 물은 먼저 온도를 조절하기 위해 히터나 냉각기를 통과할 수 있습니다. 이때 혼화약품과 착색안료를 첨가할 수도 있다. 그런 다음 콘크리트를 6~8분 동안 혼합합니다.

성형

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5 콘크리트의 하중이 완전히 혼합되면 경사진 곳에 버려집니다. 버킷 컨베이어를 통해 높은 호퍼로 운반됩니다. 혼합 사이클은 다음 로드를 위해 다시 시작됩니다.

6 호퍼에서 콘크리트는 측정된 유속으로 블록 기계 상단의 다른 호퍼로 운반됩니다. 블록 기계에서 콘크리트는 아래로 강제로 몰드 안으로 들어갑니다. 금형은 여러 금형 라이너가 포함된 외부 금형 상자로 구성됩니다. 라이너는 블록의 외부 모양과 블록 캐비티의 내부 모양을 결정합니다. 한 번에 최대 15개의 블록을 성형할 수 있습니다.

7 몰드가 가득 차면 상부 몰드 헤드의 무게가 몰드 캐비티에 내려오면서 콘크리트가 다집니다. 이 압축은 금형 헤드에 작용하는 공기 또는 유압 실린더로 보완될 수 있습니다. 대부분의 블록 기계는 또한 압축을 추가로 돕기 위해 짧은 기계적 진동을 사용합니다.

8 압축된 블록을 아래로 밀고 금형에서 평평한 강철 팔레트로 밀어냅니다. 팔레트와 블록은 기계에서 체인 컨베이어로 밀려납니다. 일부 작업에서 블록은 블록 상단에서 느슨한 재료를 제거하는 회전 브러시 아래를 통과합니다.

경화

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9 블록 팔레트는 자동 스태커 또는 로더로 운반되어 경화 랙에 배치됩니다. 각 랙에는 수백 개의 블록이 있습니다. 랙이 가득 차면 레일 세트로 굴려 경화 가마로 이동합니다.

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10 가마는 한 번에 여러 블록 랙을 수용할 수 있는 밀폐된 공간입니다. 양생 가마에는 두 가지 기본 유형이 있습니다. 가장 일반적인 유형은 저압 증기 가마입니다. 이 유형의 블록은 실온에서 1~3시간 동안 가마에서 유지되어 약간 경화됩니다. 그런 다음 시간당 60°F(시간당 16°C) 이하의 제어된 속도로 온도를 올리기 위해 증기를 점차적으로 도입합니다. 표준 중량 블록은 일반적으로 150-165°F(66-74°C)의 온도에서 경화되는 반면 경량 블록은 77-85°C(170-185°F)에서 경화됩니다. 경화 온도에 도달하면 증기가 차단되고 블록을 12-18시간 동안 뜨겁고 습한 공기에 담가둡니다. 담근 후 습한 공기를 배출하고 가마의 온도를 더욱 높여 블록을 건조합니다. 전체 경화 주기는 약 24시간이 걸립니다.

또 다른 유형의 가마는 고압 증기 가마로 때로는 오토클레이브라고도 합니다. 이 유형에서는 온도가 149-191°C(300-375°F)로 올라가고 압력은 80-185psi(5.5-12.8bar)로 올라갑니다. 블록을 5~10시간 동안 담가둡니다. 그런 다음 압력이 빠르게 배출되어 블록이 갇힌 수분을 빠르게 방출합니다. 오토클레이브 경화 공정은 더 많은 에너지와 더 비싼 가마가 필요하지만 더 짧은 시간에 블록을 생성할 수 있습니다.

큐브

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11 경화된 블록의 랙이 가마에서 굴러 나오고 블록의 팔레트가 쌓이지 않고 체인 컨베이어에 놓입니다. 블록은 강철 팔레트에서 밀려나고 빈 팔레트는 블록 기계로 다시 공급되어 새로운 성형 블록 세트를 받습니다.

12 블록을 분할면 블록으로 만들려면 먼저 두 블록을 결합하여 성형합니다. 이 이중 블록이 경화되면 분할기를 통과하여 두 반쪽 사이의 섹션을 따라 무거운 칼날로 공격합니다. 이로 인해 이중 블록이 부서지고 각 조각의 한 면에 거친 돌 같은 질감이 형성됩니다.

13 블록은 각 블록을 정렬하는 큐브를 통과한 다음 가로 3블록, 깊이 6블록, 높이 3~4블록의 큐브로 쌓습니다. 이 큐브는 지게차로 외부로 운반되어 창고에 보관됩니다.

품질 관리

콘크리트 블록의 제조는 필요한 특성을 가진 블록을 생산하기 위해 지속적인 모니터링이 필요합니다. 원료는 믹서에 넣기 전에 전자적으로 계량됩니다. 모래와 자갈에 갇힌 수분 함량은 초음파 센서로 측정할 수 있으며, 혼합물에 추가되는 물의 양은 보상을 위해 자동으로 조정됩니다. 온도가 극한인 지역에서는 물이 사용되기 전에 냉각기나 히터를 통과할 수 있습니다.

블록 기계에서 블록이 나오면 레이저 빔 센서로 높이를 확인할 수 있습니다. 경화 가마에서 온도, 압력 및 사이클 시간은 모두 자동으로 제어되고 기록되어 블록이 필요한 강도를 달성하기 위해 적절하게 경화되도록 합니다.

미래

단순한 콘크리트 블록은 건축가와 블록 제조업체가 새로운 모양과 크기를 개발함에 따라 계속 진화할 것입니다. 이 새로운 블록은 건물 건설을 더 빠르고 저렴하게 만들 뿐만 아니라 더 내구성 있고 에너지 효율적인 구조를 만들 것을 약속합니다. 미래를 위한 가능한 블록 설계에는 배관 및 전기 도관에 대한 접근을 허용하기 위해 수직으로 뿐만 아니라 수평으로 이어지는 공동이 있는 이축 블록이 포함됩니다. 내부 및 외부 벽을 모두 형성하는 3개의 섹션으로 구성된 적층 사이딩 블록; 여름에는 실내를 시원하게, 겨울에는 난방을 하기 위해 열을 저장하는 히트소크 블록. 이러한 디자인은 Lifestyle 2000이라고 하는 프로토타입 주택에 통합되었으며, 이는 National Association of Home Builders와 National Concrete Masonry Association 간의 협력 노력의 결과입니다.