본 논문은 Romain Anger가 INSA de Lyon에서 2011년에 제출한 박사학위 논문인 **『건축을 위한 흙 재료의 입자적 및 콜로이드적 접근(Approche granulaire et colloïdale du matériau terre pour la construction)』**입니다.

이 논문은 총 4개 파트로 구성되어 있으며, 다음과 같은 주요 내용을 담고 있습니다:

전체 개요

이 논문은 '흙'을 건축 재료로 다룰 때의 과학적·기술적 접근을 입자 물리학과 콜로이드 화학이라는 두 관점에서 고찰한 것이다. 입자(그레인)로서의 흙은 다양한 크기의 고체 입자들의 조합으로, 콜로이드로서의 흙은 미세입자와 그들의 표면전하 및 상호작용을 중심으로 이해된다. 이러한 과학적 접근을 바탕으로 새로운 시공 기술, 구조 모델, 재료 혼합법 등이 제시된다.

Part 1: 입자적 접근 – '흙은 입자 재료이다'

흙은 자갈, 모래, 실트, 점토로 구성된 입자재료로, 마른 입자 군집의 물리학 (예: 각도, 층결, 입자 간 힘의 전이)과 젖은 입자 군집의 물리학(예: 모세관 응집력)을 통해 그 구조적 특성을 이해할 수 있다. 이 이론은 '모래성의 물리학'으로도 불리며, 흙 벽의 안정성과 붕괴 조건을 설명하는 데 적용된다.

Part 2: 실험적 응용 – '1:1 스케일 건축 실험'

건축가 Jean-Marie Le Tiec와 Xavier Porte의 협력으로 진행된 실험 프로젝트를 통해 흙의 입자적 거동에 기반한 구조 시스템이 구현되었다. 예를 들어, 물을 가미해 주조형으로 흙을 붓되 수분량을 조절하여 흘러내리지 않는 '비침하성 점토 콘크리트'가 개발되었으며, 이는 기존의 다짐 방식보다 더 효율적인 시공을 가능케 했다.

Part 3: 콜로이드적 접근 – '점토는 콜로이드이다'

흙의 결합력은 점토와 산화물의 전하 특성과 표면 상호작용에 기반한다. 콜로이드 화학의 관점에서 흙의 점토는 항상 음전하를 띄고 있으며, 산화물은 pH와 이온농도에 따라 전하가 변한다. 이러한 상이한 전하 특성으로 인해 '이종응집(Heterocoagulation)'이 발생하며, 이 응집력이 흙의 구조적 안정성과 경화 특성에 핵심적인 역할을 한다.

Part 4: 응용 및 연구 방향 – '흙을 콘크리트처럼 다루기'

콜로이드 이론을 기반으로, 자기수평성과 빠른 탈형을 위한 액상 흙 혼합물 개발이 제안된다. pH 조절, 다가 음이온 첨가, 고분자 분산제 활용 등 물리화학적 제어를 통해 흙을 액체 상태에서 주조하고, 빠르게 고화시키는 방법이 다루어진다.

출처:  https://theses.hal.science/tel-00735722v1/file/these.pdf

논문 원본과 번역본을 첨부한다. ^^