석재의 제작 및 사용법

[Builder(吳昊駿)]

 

석재의 제작 및 사용법 

 

< 목 차 > 

1. 채석 

-채석 시 고려사항 

-채석 순서 

-채석 방법 

 

2. 석재의 가공방법 

-석재의 가공 개요 

-석재의 가공순서 

-석재의 가공 방법 

 

 

3. 석재의 시공법 

-습식 시공법 

-건식 시공법 

-반 건식 공법 

-본드 시공법 

4. 석재 선정 시 유의할 점 및 사용 상 주의점 

5. 석재의 사용 

 

1. 채석 

(1) 채석 시 고려 사항 

-채석에 필요한 기본 조사: 암석의 성분, 지질, 암반 구조, 신선암과 표토량의 비, 개발 산지의 입지 조건, 주위환경 

-원석의 일반적 요건  

① 선명도가 높을 것. 

② 성분이 균질할 것. 

③ 결집력과 강도가 높을 것.  

④ 색상이 일정할 것. 

⑤ 입도가 균등하게 분포될 것. 

(2) 채석 순서 

 

① 발파구획을 설정하는 작업 

② 벤치형성을 위한 천공 및 발파작업 

③ 발파된 암석을 끌어내는 양중작업 

④ 상품화하기 위하여 원석을 선별하는 작업 

⑤ 부정형 상태의 원석을 장방형의 정척석으로 규격화시 키는 가공작업 

(3) 채석 방법 

  

-채취 방법 분류 

① 채취 수단에 따른 구분.  

- 인력 채취 : 정이나 쐐기 등으로 암반의 구조적인 특성을 이용하여 인력작업에 의하여 채취하는 것.  

- 기계채취 : 폭약에 의하여 발파된 암석을 채석용 바 드 릴, 화염 분사식 절단기 등 기타 양중장비 등 의 기계를 이용하여 원석을 채취하는 것. 

- 폭약에 의한 채취 

  

② 지형조건에 따른 구분 

-노천채쥐 : 지표에서 행해짐. 계단시기 채 취, 경사면 채취. 

 

- 갱내채취 : 굴착된 갱. 표층이 깊거나 특수 한 지형을 갖춘 석재의 경우 쓰 임. 광물류 채취에 국한. 천공의 방향에 따라 여러 가지로 세분. 

-체석 방법 

① Jet burner  

: 고온의 화염을 이용하여 화강암을 절단하는 도구로서 채석장 개 설 시 주로 사용한다. 압력은 5 ~ 6kg/cm²의 산소와 연료(등유나 경유)가 혼합되어 노즐에서 분출되는데 불꽃의 분사 속도는 약 1200m/sec 정도이다. 경량인 관계로 운반이 자유로워 작업조건 에 대한 기여도가 높다. 절단 깊이는 5cm정도가 보통이나 최대 8 ~10m까지 가능하다. 그러나 고온, 고속의 화염을 노즐로 분출하 기 때문에 대단히 큰 소음을 발생하며 암분이 노즐에서 분출하는 열풍에 의해 심하게 불어 날리기 때문에 분진 발생도 대단하여 공 해문제가 되기도 한다. 

② 슬로트 드릴(Slot drill) 

: 국내에서 Jet burner 이외의 자유 면을 형성하기 위해 사용되는 장비로는 천공에 의한 수직 전단면을 형성하는 슬로트드릴(slot drill)이 일부 채석장에 가동 중이며 압축기의 용량 부족과 수평작 업면의 형성이 곤란하여 이 장비의 사용에 불편이 있으나, 국내에 서 적용한 결과 수평 작업면이 잘 형성되었을 경우 슬로트드릴의 채석 능력이 Jet burner보다 2 ~ 2.5배에 이르고 있어서 기능 인 력의 부족과 소음 문제 등을 해소할 수 있게 되어 사용이 확대되 고 있다. 

③ 발파(發破/Blasting/)  

: 발파는 채석장에 널리 이용되는 조절 발파(smooth blasting)와 흑색 화약을 이용한 발파법이 적용되고 있는데 국내에서는 대부분 흑색 화약에 의한 발파법이 사용된다. 이는 모든 형태의 광상조건 에 적합하다는 특징이 있고 요구되는 규격의 블록을 채취하기 위 해서는 적당량의 화약장약, 천공수, 공간격을 유지하며, 최대 규격 의 원석을 채취하기 위해 자연적 취약면이나 균열을 이용하여 채 석 작업의 효과를 올리기도 한다. 

④ 다이아몬드 와이어(Diamond wire saw) 

: 다이아몬드와이어는 다이아몬드가 소결된 금속제 비드와 이 비드 를 관통하는 강철케이블로 구성되어 있다. 비드의 직경은 통상 10~12mm로, 케이블 1M당 40~50개의 비드를 일정간격으로 장착 한 것이다. 작업 전 다이아몬드와이어는 환형으로 연결하여 구동휠 (Drive Whell)에 장착하고, 일련의 종동휠(Idler wheel)을 이용하여 기계에서 절단 대상물까지 방향을 조정한다. 와이어는 구동휠의 회 전운동에 의해 구동되며, 구동휠은 이동장치(Carriage assembley or Rack & pinion system)에 정착되어 유압모터나 전기모터에 의 해 회전된다. 유업모터나 전기모터에 의한 구동휠의 후진운동으로 와이어의 장력을 유지하면서 또한 끌어 당겨 콘크리트의 절단작업 이 수행되는 것이다. 본 구동시스템에 필요한 유압은 25~40마력 정도로, 전기나 가솔린, 또는 디젤엔진으로 공급한다. 구동휠의 회 전속도와 이동속도 및 방향은 작업자가 다양하게 조작가능하다. 구 동휠 본체의 구동휠 본체의 회전솓고는 통상 선속 15~30mm/s이 며, 표준이 동운동은 유압 40~60bar 정도로 유지되는데 이로 인한 와이어의 장력은 약 5~270kgf이다. 냉각용 절단시 생성되는 찌꺼 기를 제거하는 용도로 약 19~30Ω/min의 냉각수를 공급한다. 

절단작업의 첫 단계로 절단할 부분의 각모서리에 코어드릴로 구멍 을 뚫고 구멍에 와이어를 건후 와이어의 양끝을 강재슬리브(Steel connection sleeve)로 연결시킨다. 고른 비드마모를 위해 연결전 와이어를 1m 당 1~2번 꼬아서 연결한다. 공간의 제약이 있을 때 는 가이드풀리(Guide pulley)를 사용하여 기계에서 절단 대상물까 지 와이어 방향을 적절히 조절하기도 한다. 따라서 절단방향은 수 직, 수평은 물론 어느 각도로도 맞출 수 있고, 절단 깊이 또한 제 한이 없다. 

 

⑤ CHAIN CUTTER에 의한 채석 

: 절삭 체인에 부착되어 있는 탄소강 비트로 절삭하여 대리석과 트 라버틴 등 연약한 석회암에만 사용되고 있다. 가변 arm의 회전으 로 수평, 수직절단이 가능하기 때문에 특히 지하 및 갱도 개발에 의한 채석에 효과적이며 대규모 수평, 수직 절단이 요구되는 채석 장에서도 효과적이다. 대리석과 트라버틴 채석에서 주로 chain cutter 와 diamond wire를 혼합하여 채석하고 있으며 수직 및 수 평절단은 chain cutter로 횡형 절단은 diamond wire saw를 사용한 다. 채석 실수율 및 생산성을 높이기 위하여 joint가 거의 없는 광 상에 적용 된다 

⑥ BLOCK CUTTER에 의한 채석 

: 착암기류가 모든 대리석과 화강암 채석장에 가장 일반적으로 쓰이 며 주로 화강암 채석장에 널리 사용된다. 대리석 채석에서는 용수 가 없는 경우 등 다른 방법의 적용이 굉장히 어렵거나 생산비가 고 가로 채석 여건이 어려운 경우 등의 특별한 조건에서 사용된다. 성공적인 채석을 위해서는 발파공을 일직선 천공(line천공)하여 같 은 수평 상에 놓이도록 하는 것이 중요하며 평행성을 증가시키고 정확성을 기하기 위하여 guide rail장치를 많이 이용하고 있다. 연 속 천공에 의한 채석은 공경 정도의 폭을 갖는 한 개의 선을 연속 천공하는 방법으로 천공 심도는 공의 공극 허용한계 범위 내에서 유지될 수 있도록 제안되어야 하며 공의 길이가 길어짐에 따라 천 공 속도가 늦어지기 때문에 낮은 높이의 채석 계단을 형성하도록 채석장을 설계하여야 한다. 화강암에 주로 적용되며 취성이 강한 암석에 용이하게 사용할 수 있다. 

 

⑦ HELICOIDAL WIRE에 의한 채석 

: 대단위 암석을 채석할 때 사용하며, 장비 설치에 많은 경비와 시 간이 소요되므로 1개 이상의 채굴 단면을 운영시 경제적이다. loop의 길이에 의한 기술적인 한계로 다이아몬드 와이어가 사용될 수 없는 대단위 암석의 채석에 사용된다. 매우 잘 부서지는 암석 에는 연마제(모래, 물)의 누수로 절삭할 수 없으며 절삭 속도가 1.5 ~ 2m2/hr로 생산성은 매우 저조하며 화강암에는 사용이 불가 능하다. 

⑧ 초고압수(Water zet)에 의한 채석 

: 물을 4000bar까지 압축할 수 있는 동력장치와 nozzle head가 부착 된 lance, lance 유도장치와 연결 파이프로 구성된다. 화강암, 편마 암, 석영반암과 같이 균질하지 않은 암석에 효과적이다. 장점으로는 저소음, 저진동과 먼지가 없기 때문에 양호한 작업환경에서 생산능 률을 높일 수 있고 채석 실수율이 높고 절삭 폭이 좁으며 매끄러운 절삭 표면을 얻을 수 있다. 단점으로는 시설 투자비가 높으며 운전 비용이 높다. 경제적인 측면에서 실용화를 위하여 계속적인 실험 과 연구가 요구되어 선진국에서 많은 노력을 경주하고 있다. 

※ 채석방법 비교 (매우 좋음 : 4, 좋음 : 3, 보통 : 2, 안 좋음 : 1) 

채석 방법	절 단  비 용	생산성	작업의  유연성	채석수율	운 전  용이성	소음공해	작 업   안전도
Jet burner	2	2	1	3	4	1	2
슬로트 드릴	1	2	4	4	2	3	4
발 파	4	4	4	1	4	2	2
다이아몬드와이어	2	4	4	4	3	4	3

  

2. 석재의 가공방법 

 

 

-석재 가공 : 채취 된 원석의 규격화 가공을 비롯하여 이를 판재로 절단하는 작업, 그리 고 표면가공까지를 포함한다.  

 

 

-석재 가공 순서 : 채석(폭파, 할석, 절단) → 표면처리(마감) → 재단 → 마무리  

 

-석재 가공 방법 

 

(1) 손다듬기 (hand tool finish) 

: 표면가공 방법 중 가장 전통적인 방법으로서 정이나 날망치 등의 타격횟수 와 날 간격에 따라 마무리 정도가 달라지며, 주로 외장이나 바닥재마감에 많 이 이용되어 왔는데, 인력 혹은 수동식 가공에 의존하는 관계로 단위시간당 생산량의 한계성과 판재 두께의 제약성 등으로 인해 대량 생산이 곤란하여 최근의 대형 고층공사에는 적용하기가 어렵다.  

 

표면처리	마감 방법	사용도구	사용 예
혹두기	쇠메로 쳐서 요철(凹凸)이 없게 대강 다듬는 정도의 돌표면 마무리	<쇠메>
정다듬	혹두기 면을 정으로 편평하게 고르게 하는 것	<망치>
도두락  다듬	도두락 망치로 두드려 석재표면을 다듬는 것	<도두락망치>
잔다듬	작은 날망치로 정교하게   여러 차례 깎아 내는 것	<날망치>

손다듬기의 종류 및 특징 

 

(2) 고운 다듬 

: 이 공법은 건설교통부로부터 건설신기술로 지정 받은 공법으로, 회전 원심 식 블라스팅(Blasting)을 이용해 석재 마감면을 고속으로 회전하는 임페라로 스테인리스인 쇼트볼(Shot Ball)을 분사, 마감 면을 블라스팅해 고운 다듬하는 공법이다. 특히, 석재표면의 금속부착 잔유물을 고압 압축공기로 비산시켜 자동으로 처리하고 블라스팅 과정에서 발생하는 석분이나 먼지도 자동으로 집 진 처리하는 시스템을 갖추고 있어 환경 친화적이고 위생 안정적이다.  

이 공법은 석재 본래의 천연 색상과 질감을 유지시키는 한편 가공비가 타 공 법에 비해 저렴하고 가공속도도 빠른 장점을 갖고 있다. 그리고 대량생산과 공급이 가능하고 일정한 품질을 확보할 수 있다는 평가도 받고 있으며, 현재 조면 다듬 가공법 가운데 많이 쓰이고 있는 가스버너 가열공법이 갖고 있는 가열로 인한 물성변화나 미세균열, 불규칙한 다듬 마감 등의 단점을 보 완할 수 있다. 또한 부드럽고 우아한 무광택 석재를 건설현장 옥 내외에 사용 할 수 있고 기계화에 의한 일괄작업으로 균질한 조면마감의 석재를 대량공급 하기도 한다. 

  

 

 

(3) 화염처리(flame treatment) 

: 보통 제트 버너처리(jet burner treatment)라고 하는데, 대리석에는 이용되지 않고 주로 화성암 계열의 표면처리에 이용된다. 분사되는 고열 불꽃에 의하여 독특한 가공 면을 형성하며 수동식 조면 처리보다 좀더 발전된 가공법으로서 가공속도가 대단히 빨라 많은 물량을 단시간에 처리할 수 있기 때문에 대형 공사의 마감에 많이 채택되고 있다. 고열로 인한 돌입자의 변형으로 강도에 영향을 미치는 등의 문제점이 발생할 수 있으나 순도가 높은 연료를 사용하고 열을 받은 즉시 냉각수를 공급하여 표면을 냉각시켜 주기 때문에 암석의 특성 에는 영향을 미치지 않는다. 

고운 다듬		버너 처리
금속입자의 충격	공법	고열 가열
모든 종류	적용 석재	화강암
고유 물성 유지	안정성	물성변화, 미세균열
균질	질감	불규칙
원석보다 밝아짐	색상	원석보다 어두워짐
2㎡/분	가공속도	1㎡/분
안전함	산재위험	화상, 파편 타격상

  

고운다듬과 버너처리의 차이 

 

(3) 갈기 및 광내기 (grinding & polishing treatment) 

: 표면가공 중 가장 가공 시간이 많이 걸리며 가공원가도 제일 높다. 바탕은 켜낸 돌을 기준으로 하여 거칠갈기 ․ 물갈기 ․ 본갈기 ․ 정갈기로 나누어진다. 국내 일부 석재가공업체에서는 수동식 갈기보다 3~5배 정도의 많은 양을 처 리할 수 있는 대형 자동연마기를 설치하여 대량생산을 하고 있다. 

거친갈기	쇳가루 또는 카보런덤(carborundum) 숫돌을 사용하여 거친갈기 처리한 공정
물갈기	카보런덤 숫돌을 사용하여 곱게 갈아 마무리한 공정
본갈기	카보런덤 숫돌을 사용하여 광 없이 갈기 처리한 공정
정갈기	카보런덤 숫돌로 갈기한 후 광택 기구를 사용하여 광내기 처리한 공정
광내기	본갈기한 마감 면을 왁스 등으로 광택 처리

  

갈기 및 광내기의 종류  

(4) 먹매김 및 규격 절단 (재단) 

  

3. 석재의 시공법 

(1) 습식 시공법 : 구조체와 석재사이에 모르타르(Mortar)를 채우고, 연결철물을 사용하여 일체화시킨 공법으로 내 외부 낮은 벽체나 화단, 바닥용 석재 깔기에 사용한다. 

-습식 시공법의 특성 

① 공사실적이 많아 신뢰성이 있음 

② 모르타르 경화시간 필요 

③ 동절기 시공 곤란  

④ 빗물 침투 시 백화현상 발생 

  

-습식 시공법의 종류 : 모르타르의 채우는 방법과 주입 부위에 따라 분류되며 사용 되는 석재의 종류에 따라 세분된다. 

 

전체 주입 공법	콘크리트 골조에 매입된 철근에 세로근을 걸고 여기에 돌의 가로줄눈 위치에 따라 가로근을 용접한 후 콘크리트 골조와 돌의 뒷면사이에 모르타르을 채워 경화시키는 방식이다.	거친돌쌓기, 마름돌쌓기, 경석마름돌 붙이기, 연석마름돌붙이기, 인조석 블록붙이기
부분 주입 공법	석재뒷면에 모르타르를 채울 때 상하돌의 줄눈부분에 띠(帶)모양으로 10Cm정도의 폭만큼 시공하여 중간에 中空부분을 남게 하는 공법이다.	대리석 붙이기, 테라죠 블록붙이기
절충 공법	돌 설치용의 철물은 습식공법과 같지만 석재의 고정에는 이음모르타르를 쓰지 않고 철물의 고정을 위해 그 부분만을 경단모양의 모르타르로 감싸는 공법이다.

  

습식 시공법의 종류 

 

(2) 건식 시공법 : 시멘트, 모래, 물 등을 사용하지 않고 쉽게 부식되지 않는 철재 앵글 을 이용하여 시공된다.  

 

-건식 시공법의 특성 

① 돌의 색상을 영구 보존할 수 있고, 지진이나 충격방지에 좋으며, 보수공사가 쉬움 ② 동절기 시공이 가능  

③ 공기단축과 함께 백화현상이 없음  

④ 중량이 무거워 양중장비의 사용을 요구  

⑤ 습식공법에 비해 비교적 고가(高價) 

- 건식의 종류 

① 앙카건식 : 콘크리트 벽면에 앙카볼트를 심어 그곳에 앵글을 이용하여 시공하는 방법으로 건축물 외부, 내부 벽면 시공에 주로 적용한다. 

 

② 트러스 건식 : 석재를 시공할 면이나 ,빈 공 간 등에 철재 구조물을 설치한 다음, 여기에 앵글을 이용하여 석재를 시공하는 공법이다. 이 공법은 중, 대형 건축물과 실내 공 간, 건물 개. 보수공사 등에 적용된다.  

 

③ GPC 공법: PC 뒷면에 석판재를 일체화시켜 PC 로 조립하는 공법이다. 

  

(3) 반건식 공법 : 반건식 공법은 3mm 정도의 동선이나 스테인레스(용접봉)등을 이용하 여 건물의 내부 벽, 로비, 엘리베이터 홀, 계단실벽 등에 주로 적용시 킨다.  

-반건식의 종류 : 핀 연결 반건식, 고리걸기 반건식, 홈파기 반건식  

① 핀 연결 반건식 : 이 기법은 30T 이상의 석재에 적 용되며, 상부돌과 하부돌에 핀 구멍 을 만들어 핀을 삽입하여 돌과 돌을 연결하는 방법이다. 정은 홈을 판 다 음 고리걸기로 한다. 

② 고리걸기 : 하부돌의 상부에 핀구멍을 타공하고 여기에 동선을 이용하여 시공 한다. 상부돌의 하부에는 철물 연결되지 않고 에폭시본드로 고정한 다. 

③ 고리걸기 반건식 : 12T~20mm의 석재의 반건식에 이 방법을 적용할 수 있 다. 석재에 T자형태의 홈을 만들고 벽에는 동선을 심어 못을 박아 고정 한다. 고정된 동선을 마감 거리에 맞춰 ㄱ 자 형태로 구부려 돌에 삽 입 고정한다, 이 기법은 상부돌과 하부 돌은 핀이 없기 때문에 연결이 되지 않고 본드로 고정된다. 

  

(4) 본드시공 : 본드시공은 주로 인테리어 작업과 세면대상판, 모델하우 스, 철판계단. 합판 위 시공, 가구시공, 상황에 따라 유리 나 스텐법랑 표면에도 시공한다. 

4. 석재 선정 시 유의사항 및 사용상 주의점 

(1) 유의사항 

 

-선명도가 높고 성분이 균질하며 결집력과 강도가 높고 색상이 일정할 것  

-단일석산에서 생산되며 공급이 가능할 것  

-강도가 강하여 풍압, 충격 등 외부의 물리적 작용에 강할 것  

-흡수율이 작을 것  

-쇼아경도, 비중 및 탄성파속도가 클 것  

-철분 함유량이 낮을 것, 특히 철분함유량이 많은 석재를 사용 시에는 산화현상으 로 표면이 변질될 우려가 높다.  

(2) 주의점 

 

-산출량을 조사하여 동일 건축물에는 동일석재로 시공  

-취급상 최대 1㎡ 이내로 하고, 중량이 큰 것은 높은 곳에 사용하지 말 것  

-석재는 인장력에 취약하므로 구조재는 직, 압력재로만 사용  

-재형(材形)에 예각부(銳角部)가 생기면 결손되기 쉽고 풍화방지에 나쁨  

-내화구조물은 재화석재를 선택  

-벽 특히 콘크리트표면 첨부용 석재는 연석을 피해야 함  

5. 석재의 사용 

(1) 토목 

-구조물재(화강암, 안산암, 사문암) 

 

(2)건축  

-내장재 (대리석, 사문암)  

-외장재 (화강암, 안산암, 점판암)  

-인테리어 재, 가구재  

  

 

(3) 조각 및 공예품 재료