브릭

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배경

벽돌이라는 용어는 건축 자재의 작은 단위를 말하며, 종종 소성 점토로 만들어지고 시멘트, 모래 및 물로 구성된 결합제인 모르타르로 고정됩니다. 오랫동안 인기 있는 재료인 벽돌은 열을 유지하고 부식을 견디며 화재에 강합니다. 각 단위는 일반적으로 너비가 4인치이고 길이가 두 배이기 때문에 벽돌은 제한된 공간의 구조와 곡선 디자인에 이상적인 재료입니다. 또한 최소한의 유지 관리로 벽돌 건물은 일반적으로 오래 지속됩니다.

위에서 언급한 실용적인 이유와 미학적으로 좋은 매체이기 때문에 벽돌은 적어도 5,000년 동안 건축 자재로 사용되었습니다. 최초의 벽돌은 아마도 현재의 이라크인 티그리스 강과 유프라테스 강 사이의 중동에서 만들어졌을 것입니다. 다른 지역에서는 동시대 사람들이 영구 구조물에 사용했던 석재가 없었기 때문에 이곳의 초기 건축가들은 햇볕에 구운 벽돌을 만들기 위해 풍부한 천연 재료에 의존했습니다. 그러나 이것들은 내구성이 부족하고 야외에서 사용할 수 없기 때문에 제한적으로 사용되었습니다. 요소에 노출되면 분해됩니다. 나중에 메소포타미아를 지배한 바빌로니아 사람들은 벽돌을 처음으로 불에 태운 사람들로, 많은 탑 사원이 건설되었습니다.

중동에서 벽돌 제조 기술은 서쪽으로 지금의 이집트로, 동쪽으로 페르시아와 인도로 퍼졌습니다. 석재가 풍부했던 그리스인들은 벽돌을 많이 사용하지 않았지만, 벽돌 가마와 건축물의 증거는 로마 제국 전역에 남아 있습니다. 그러나 로마의 쇠퇴와 몰락으로 유럽의 벽돌 제조는 곧 쇠퇴했습니다. 네덜란드인이 영국으로 수출한 것으로 보이는 벽돌을 만든 1200년대까지 재개되지 않았습니다. 아메리카에서 사람들은 16세기에 벽돌을 사용하기 시작했습니다. 그러나 숙련된 장인으로 여겨지는 것은 네덜란드인이었습니다.

1800년대 중반 이전에 사람들은 상대적으로 비효율적인 소성 방법에 의존하여 소량으로 벽돌을 만들었습니다. 가장 널리 사용된 것 중 하나는 벽돌을 흙과 사용된 벽돌 아래에 있는 불 위에 올려놓는 개방형 클램프였습니다. 몇 주에 걸쳐 불이 꺼지면서 벽돌이 불에 탔습니다. 이러한 방법은 독일에서 호프만 가마가 발명된 1865년 이후 점차 구식이 되었습니다. 많은 수의 벽돌 제조에 더 적합한 이 가마는 적층된 벽돌을 예열, 연소 및 냉각을 위해 이송하는 일련의 구획을 포함했습니다.

벽돌 만들기 개선은 20세기까지 계속되었습니다. 개선 사항에는 벽돌 모양을 절대적으로 균일하게 렌더링하고 무게를 줄이며 소성 과정을 가속화하는 것이 포함됩니다. 예를 들어, 현대 벽돌은 거의 단단하지 않습니다. 일부는 모양으로 눌러져 개구리, 또는 그들의 상단 표면에 우울증. 다른 것들은 더 많은 양의 표면적을 열에 노출시켜 나중에 소성 과정을 촉진할 구멍으로 압출됩니다. 두 기술 모두 강도를 줄이지 않고 무게를 줄입니다.

그러나 생산 공정은 확실히 개선되었지만 벽돌 시장은 그렇지 않았습니다. 벽돌은 상업용 건물의 불투명 재료 시장에서 가장 큰 점유율을 차지하고 있으며 주택 산업에서 사이딩 재료로 계속 사용됩니다. 그러나 다음과 같은 다른 사이딩 재료 벽돌을 생산하려면 먼저 원료를 파쇄하고 조 크러셔에서 분쇄합니다. 다음으로 여러 방법 중 하나를 사용하여 재료를 형성합니다. 압출에서 분쇄된 성분은 물과 함께 혼합되고 탈기 챔버(균열을 방지하기 위해 공기를 제거함)로 통과되고 압축되고 원하는 모양의 다이에서 압출됩니다. 목재, 치장 벽토, 알루미늄, 석고 및 비닐은 가격이 최대 50% 저렴하고 일부(특히 치장 벽토 및 석고)는 내장 단열재를 제공하기 때문에 강력한 경쟁자입니다. 그러나 이러한 시스템은 벽돌보다 최대 1.75배까지 비용이 들 수 있으며 유지 관리가 덜 필요합니다. 일반적으로 더 높은 비용에도 불구하고 벽돌과 경쟁하는 다른 재료로는 프리캐스트 콘크리트 가 있습니다. 패널, 유리, 석재, 인조석, 콘크리트 석조 및 이러한 재료의 조합이 포함됩니다. 미국 산업 전망에 따르면 단독 주택의 사이딩 재료로 벽돌을 사용하는 비율은 1984년 26%에서 1989년 17%로 떨어졌습니다.

원자재

고령토와 셰일을 포함한 천연 점토 광물은 벽돌의 본체를 구성합니다. 소량의 망간, 바륨 및 기타 첨가제를 점토와 혼합하여 다양한 색조를 생성하고, 탄산바륨을 사용하여 요소에 대한 벽돌의 내화학성을 향상시킵니다. 제지 부산물, 암모늄 화합물, 습윤제, 응집제 등 많은 다른 첨가제가 벽돌에 사용되었습니다. (입자가 느슨한 클러스터를 형성하도록 함) 및 해충제 (이러한 클러스터를 분산). 일부 점토에는 모래 또는 그로그 추가가 필요합니다. (스크랩 벽돌과 같은 사전 분쇄, 사전 소성 재료).

특정 색상이나 표면 질감의 벽돌을 생산하기 위해 다양한 코팅 재료와 방법이 사용됩니다. 일반적인 코팅을 만들기 위해 모래(주요 구성 요소)는 일부 유형의 착색제와 기계적으로 혼합됩니다. 때때로 플럭스 또는 프릿 (착색제를 포함하는 유리)는 표면 질감을 생성하기 위해 추가됩니다. 플럭스는 모래의 용융 온도를 낮추어 벽돌 표면에 접착할 수 있습니다. 등급 소성 및 미소성 벽돌, 네펠린 섬암 및 등급 골재를 포함한 기타 재료도 사용할 수 있습니다.

제조
프로세스

벽돌 생산의 초기 단계는 분리기 및 조 크러셔에서 원료를 파쇄 및 분쇄하는 것입니다. 다음으로, 각 특정 배치에 필요한 성분의 블렌드를 선택하고 여과한 후 압출, 몰딩 또는 프레싱의 세 가지 벽돌 성형 공정 중 하나로 보내집니다. 벽돌이 형성되고 후속 절차가 수행되면 후속 소성 과정에서 균열을 일으킬 수 있는 과도한 수분을 제거하기 위해 건조됩니다. 다음으로 오븐에서 구운 다음 냉각됩니다. 마지막으로 자동으로 쌓이고 강철 밴드로 감싸고 플라스틱 모서리 보호기로 패딩됩니다.

분쇄, 크기 조정 및 결합
원료

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1 먼저, 각 성분은 대형 물질을 제거하는 분리기로 운반됩니다. 그런 다음 수평 강철 플레이트가 있는 조 크러셔가 입자를 압착하여 더 작게 만듭니다. 각 벽돌 배치의 원료를 선택한 후 스캘핑 스크린을 사용하여 다양한 크기의 재료를 분리하는 경우가 많습니다. 정확한 크기의 재료는 저장 사일로로 보내지고 크기가 큰 재료는 해머밀로 보내져 빠르게 움직이는 강철 망치로 분쇄됩니다. 해머밀은 다른 스크린을 사용하여 밀을 떠나는 입자의 최대 크기를 제어하고 배출은 다음 생산 단계로 보내지기 전에 부적절한 크기의 재료를 분리하는 다수의 진동 스크린으로 이동합니다.

압출

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2 압출을 통해 벽돌을 형성하는 가장 일반적인 방법, 분쇄된 재료 및 물이 퍼그 밀, 얕은 챔버에서 재료를 자르고 함께 접기 위해 회전하는 샤프트에 칼을 사용합니다. 그런 다음 블렌드는 분쇄기의 맨 끝에 있는 압출기로 공급됩니다. 압출기는 일반적으로 두 개의 챔버로 구성됩니다. 첫 번째는 진공으로 분쇄 된 점토에서 공기를 제거하여 균열 및 기타 결함을 방지합니다. 고압 실린더인 두 번째 챔버는 오거가 다이를 통해 재료를 압출할 수 있도록 재료를 압축합니다. 압축된 후 플라스틱 재료는 특수 모양의 다이 오리피스를 통해 챔버 밖으로 밀려 나옵니다. "퍼그"라고 하는 압출 기둥의 단면이 다이 모양으로 형성됩니다. 원하는 길이의 섹션을 회전 칼이나 뻣뻣한 와이어로 크기에 맞게 자릅니다.

성형에서 부드럽고 젖은 점토는 일반적으로 나무 상자와 같은 금형에서 성형됩니다. 상자 내부는 종종 모래로 코팅되어 원하는 질감을 제공하고 형성된 벽돌을 금형에서 쉽게 제거할 수 있습니다. 물은 방출을 돕기 위해 사용될 수도 있습니다. 세 번째 유형의 벽돌 성형인 프레싱은 수분 함량이 낮은 재료가 필요합니다. 재료를 다이에 넣은 다음 원하는 압력으로 설정된 강철 플런저로 압축합니다. 다른 두 가지 방법으로 만든 벽돌보다 모양이 더 규칙적이고 윤곽이 더 날카로운 압축 벽돌에도 개구리가 있습니다.

벽돌 모따기

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3 모따기 기계는 포장과 같은 용도로 벽돌에 고랑을 만들기 위해 개발되었습니다. 이 기계는 압출되는 벽돌을 들여 쓰기 위해 롤러를 사용합니다. 때로는 모따기와 절단을 한 번에 수행하기 위해 와이어 커터가 장착되어 있습니다. 이러한 기계는 시간당 최대 20,000개까지 생산할 수 있습니다.

코팅

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4 벽돌을 압출할 때도 적용되는 모래 코팅의 선택은 압출된 재료가 얼마나 부드럽고 단단한지에 따라 다릅니다. 연속적인 진동 피더는 부드러운 재료를 코팅하는 데 사용되는 반면, 질감이 있는 재료의 경우 코팅을 솔질하거나 말려야 할 수 있습니다. 더 단단한 재료의 경우 압력 롤러 또는 압축 공기가 사용되며 극도로 단단한 재료의 경우 샌드 블라스팅이 필요합니다.

건조

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5 벽돌을 소성하기 전에 건조하여 과도한 수분을 제거해야 합니다. 이 수분을 제거하지 않으면 소성 중 물이 너무 빨리 타서 균열이 발생합니다. 두 종류의 건조기가 사용됩니다. 터널 건조기는 균열을 방지하는 습도 제어 구역을 통해 벽돌을 이동하기 위해 자동차를 사용합니다. 그들은 도자기를 천천히 밀어 넣는 긴 챔버로 구성되어 있습니다. 팬 순환 뜨거운 공기의 외부 소스는 프로세스 속도를 높이기 위해 건조기로 강제 유입됩니다.

6 자동 챔버 건조기는 특히 유럽에서 사용됩니다. 돌출된 벽돌은 두 개의 평행 막대에 자동으로 행에 배치됩니다. 그런 다음 벽돌은 여러 층에 여러 쌍의 막대를 고정하는 손가락 모양의 장치가 있는 특수 랙에 공급됩니다. 그런 다음 이 랙은 레일에 장착된 운송 차량이나 리프트 트럭을 통해 건조기로 운송됩니다.

발사

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7 건조 후, 벽돌은 자동차에 적재되고(보통 자동으로) 소성됩니다. 벽돌은 성형 및 코팅 후 터널 건조기 또는 자동 챔버 건조기를 사용하여 건조됩니다. 다음으로 벽돌은 자동으로 차에 실려 터널 가마라고 불리는 대형 용광로로 옮겨집니다. 소성은 벽돌을 단단하게 하고 강화시킵니다. 냉각 후 벽돌을 세팅하고 포장합니다. 가마라고 불리는 용광로의 고온. 일반적으로 건조과정을 거쳐 벽돌을 옮겨온 차량은 터널가마를 통해 운반하기도 한다. 이 자동차는 재료에 따라 달라지는 특정 속도로 가마의 지속적으로 유지되는 온도 영역을 통과합니다. 현재 생산되는 벽돌의 3분의 1이 톱밥과 석탄과 같은 고체 연료를 사용하여 연소되지만 미국의 대부분의 가마는 연료 공급원으로 가스를 사용합니다. 터널 가마는 고하중의 좁은 폭 가마에서 더 많은 벽돌을 소성할 수 있는 더 짧고 낮은 세트의 더 넓은 가마로 설계가 변경되었습니다. 이러한 유형의 설계는 또한 온도 균일성을 개선하고 연료 소비를 낮추는 고속, 장화염 및 저온 화염 버너로 이어졌습니다.

설정 및 포장

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8 벽돌을 소성하고 냉각한 후, 벽돌을 거의 수동으로 취급하지 않아도 될 정도로 자동화된 해독 과정을 거쳐 가마 차에서 내립니다. 시간당 18,000개 이상의 속도로 벽돌을 경화할 수 있고 벽돌을 180도 회전할 수 있는 자동 세팅 기계가 개발되었습니다. 일반적으로 너비가 11개의 벽돌로 쌓인 더미는 강철 밴드로 싸여 있고 모서리 보호대 역할을 하는 플라스틱 스트립이 장착되어 있습니다. 그런 다음 포장된 벽돌은 작업 현장으로 운송되며 일반적으로 붐 트럭을 사용하여 하역됩니다.

품질 관리

벽돌 산업은 종종 정교하지 않은 것으로 간주되지만 많은 제조업체가 전체 품질 관리 및 통계 제어 프로그램에 참여하고 있습니다. 후자는 특정 공정(건조 또는 소성 중 온도와 같은)에 대한 제어 한계를 설정하고 관련 공정이 한계 내에서 유지되도록 매개변수를 추적하는 것을 포함합니다. 따라서 공정을 제어할 수 있어 불량을 방지하고 수율을 향상시킬 수 있습니다.

다양한 물리적 및 기계적 특성을 측정해야 하며 미국 재료 재료 협회(ASTM)에서 설정한 표준을 준수해야 합니다. 이러한 속성에는 물리적 치수, 밀도 및 기계적 강도가 포함됩니다. 또 다른 중요한 특성은 외부에서 발생하는 것과 같은 조건에서 벽돌을 테스트하는 동결-해동 내구성입니다. 그러나 현재 테스트는 부적절하며 실제 조건과 실제로 관련이 없습니다. 실험실에서 통과한 것이 현장에서는 통과하지 못할 수 있습니다. 따라서 벽돌 업계는보다 정확한 테스트를 개발하기 위해 노력하고 있습니다.

유사한 문제가 백화, 이것은 물이 외부 소스, 모르타르 또는 벽돌 자체의 특정 요소(소금이 가장 일반적임)를 용해할 때 발생합니다. 용해성 물질의 잔류 침전물은 부적절한 세척으로 악화될 수 있는 표면 변색을 생성합니다. 염 침전물이 불용성이 되면 백화가 악화되어 광범위한 청소가 필요합니다. 벽돌은 실험실 테스트를 통과할 수 있지만 부적절한 설계 또는 건축 관행으로 인해 현장에서 실패할 수 있습니다. 따라서 벽돌 회사는 자체 테스트 절차를 개발하고 있으며 더 안정적인 표준 테스트를 개발하기 위한 연구가 계속되고 있습니다.

미래

현재 벽돌의 사용은 1900년대 초반 연간 150억에서 감소한 연간 약 70억에서 90억으로 꾸준히 유지되고 있습니다. 수요를 늘리기 위한 노력의 일환으로 벽돌 산업은 대체 시장을 탐색하고 품질과 생산성을 개선하기 위해 계속해서 노력하고 있습니다. 연료 효율성도 개선되었으며 2025년까지 벽돌 제조업체는 태양 에너지로 벽돌을 발사할 수도 있습니다. 그러나 이러한 기술 변화는 여전히 벽돌에 대한 수요가 있는 경우에만 발생할 것입니다.

이러한 수요가 계속되더라도 국내외 벽돌 산업은 또 다른 도전에 직면해 있습니다. 곧 환경 규정, 특히 불소 배출 분야를 준수해야 한다는 것입니다. 벽돌 제조 공정의 부산물인 불소는 반응성이 매우 높은 원소로 인간에게 위험합니다. 장기간 노출되면 신장과 간 손상, 소화 장애, 치아와 뼈의 변화를 유발할 수 있으며, 이에 따라 환경 보호국(EPA)은 최대 노출 한계를 설정했습니다. 불소 배출로 인한 위험을 줄이기 위해 벽돌 공장은 스크러버를 설치할 수 있지만 비용이 많이 듭니다. 일부 공장은 이미 이러한 시스템을 설치했지만 미국 벽돌 산업은 보다 저렴한 배출 테스트 방법을 개발하고 배출 제한을 설정하는 데 더 중요한 역할을 하려고 노력하고 있습니다. 벽돌 업계가 연방 규제 기관이 요구 사항을 낮추도록 설득할 수 없다면 일부 회사는 규정을 준수할 여유가 없고 폐업할 것이기 때문에 업계의 규모가 축소될 가능성이 큽니다.