Development and Performance Evaluation of Cold-Pressed Cement-Free Bricks using Detarium Senegalense Bio-Binder
본 연구는 *Detarium senegalense* 씨앗 가루를 바이오 결합제로 활용한 냉압축 무시멘트 인터로킹 벽돌이 20%의 결합제 함량에서 5.53 MPa의 최적 압축 강도를 달성함으로써 비내력 구조용 건설 자재로서의 생존 가능성을 입증하는 동시에 내수성 개선의 필요성을 강조한다.
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건축의 세계를 우리 지구의 자원을 집어삼키는 거대하고 배고픈 짐승이라고 상상해 보세요. 우리가 표준 벽돌을 만들거나 콘크리트를 부을 때마다, 우리는 본질적으로 엄청난 양의 에너지를 이 짐승에게 먹이고 대기를 따뜻하게 만드는 가스인 이산화탄소 구름을 내뿜고 있는 셈입니다. 이를 막기 위해 과학자들은 '친환경' 재료를 찾는 보물 찾기에 나서고 있습니다. 즉, 광산에서 캐내거나 초고온의 가마에서 구워내는 대신, 식물처럼 땅에서 자라는 것들을 찾는 것입니다. 건설에서 가장 유명한 '접착제' 중 하나는 시멘트이지만, 이를 만드는 과정은 매우 지저린 편입니다. 그래서 연구자들은 이렇게 질문합니다. 대신 모래를 결합하기 위해 나무 수액이나 씨앗 젤 같은 자연의 끈적한 물질을 사용할 수 있을까? 이것이 바로 '바이오 바인더(bio-binders)'의 흥ating적인 최전선이며, 목표는 여러분의 집 앞 정원이나 숲에서 발견될 수도 있는 재료를 사용하여 지구를 해치지 않는 집을 짓는 것입니다.
이 연구에서 한 연구팀은 매우 구체적이고 아직 충분히 활용되지 않은 후보를 테스트해 보기로 했습니다. 바로 서아프리카에서 자라는 '데타리움 세네갈렌세(Detarium senegalense)'라는 나무의 씨앗입니다. 그들은 시멘트를 전혀 사용하지 않고 벽돌을 만들기 위해 이 씨앗을 '풀'로 바꿀 수 있는지 확인하고 싶었습니다. 이것은 마치 모래성을 쌓는 것과 같은데, 단순히 모래를 약간의 물로 적시는 대신, 알갱이들을 서로 붙잡아 줄 특별하고 끈적한 페이스트를 으깬 씨앗으로 섞는 것과 같습니다. 연구팀은 고운 모래를 가져와서 이 씨앗 페이스트를 전체 무게의 10%, 20%, 30%라는 세 가지 다른 비율로 섞었습니다. 그들은 불에 구워 벽돌을 만들지 않았습니다. 대신 거대한 유압 프레스를 사용하여 혼합물을 모양대로 꽉 짜내는 방식을 사용했는데, 이를 '냉간 압착(cold-pressing)' 방식이라고 합니다.
결과는 마치 '골디락스와 세 마리 곰' 이야기처럼, "딱 적당한" 양을 찾아야 하는 과정과 같았습니다. 가장 적은 양의 씨앗 풀(10%)을 사용했을 때, 벽돌은 끈적한 페이스트가 충분하지 않아 모든 모래 알갱이를 단단하게 붙잡아주지 못했기 때문에 다소 약했습니다. 가장 많은 양(30%)을 사용했을 때는 벽돌이 더 무거워지고 밀도가 높아졌지만, 버터가 너무 많이 들어가서 부서지는 쿠키처럼 쉽게 부서지고 균열이 생겼습니다. 하지만 중간 옵션인 20% 혼합물이 승자였습니다. 이 벽돌들은 가장 튼튼하여 5.53 ± 0.10 MPa의 압력을 견뎌낼 수 있었고, 다른 혼합물들보다 형태를 더 잘 유지했습니다. 연구진은 강력한 현미경(SEM)을 사용하여 벽돌 내부를 관찰했고, 20% 혼합물이 모래 알갱이 사이에 잘 구축된 다리처럼 완벽하고 연속적인 접착 네트워크를 형성하는 것을 확인했습니다. 반면 다른 혼합물들은 틈이나 덩어리가 있었습니다.
하지만 여기에는 함정이 있고, 그것은 아주 큰 함정입니다. 씨앗 풀이 벽돌을 결합하는 데는 훌륭하게 작동하지만, 물을 정말, 정말 좋아한다는 점입니다. 연구진이 벽돌을 24시간 동안 물에 담갔을 때, 벽돌들은 모두 부풀어 오르고 형태를 잃기 시작했습니다. 씨앗 풀이 더 많이 들어간 벽돌일수록 물을 더 많이 흡수하여, 수분 흡수율이 10.29 ± 1.90%에서 1.92 ± 7.47%까지 높아졌습니다. 마치 벽돌이 스펀지로 변한 것과 같았습니다. 이 때문에 저자들은 이 벽돌들이 비를 맞지 않는 곳, 예를 들어 내부 벽이나 임시 구조물에 현재 가장 적합하다고 제안합니다. 그들은 결론적으로, 데타리ums senegalense가 냉간 압착 벽돌을 만들기 위한 환상적이고 친환경적인 시멘트 대안이지만, 이 벽돌들을 자연의 요소를 견디며 집을 짓는 데 사용하기 위해서는 여전히 내수성을 높이는 방법을 찾아내야 한다고 밝혔습니다.
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