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KR100429854B1 - 황토와 송이를 포함하는 경량 모르타르 - Google Patents

황토와 송이를 포함하는 경량 모르타르 Download PDF

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KR100429854B1
KR100429854B1 KR1020030059385A KR20030059385A KR100429854B1 KR 100429854 B1 KR100429854 B1 KR 100429854B1 KR 1020030059385 A KR1020030059385 A KR 1020030059385A KR 20030059385 A KR20030059385 A KR 20030059385A KR 100429854 B1 KR100429854 B1 KR 100429854B1
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김문훈
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Abstract

본 발명은 송이와 황토를 포함하는 다기능 경량 모르타르 제조에 관한 것이다. 송이는 제주 지역 전역에 광범위하게 분포하는데, 건축재료로는 흡수율과 마모감량이 높은 단점으로 인해 제한적으로 사용되었다. 송이를 5mm 이하의 치수로 파쇄하여 사용하면 강도와 품질이 균일하게 되어 건축용 모르타르에 적합하다. 특히 황토 미립분을 혼합하여 사용하게 되면 점성이 높아지는 등 시너지효과가 발생된다. 따라서 송이는 0.08mm 이상 5mm 이하 치수로 파쇄하여 사용하고, 완전건조한 황토는 0mm 초과 0.15mm 이하 치수를 사용하고, 팽창재와 다양한 혼화재 및 첨가제를 사용하여 송이 모르타르 제조법을 발명하였다. 본 발명에 의한 모르타르는 높은 원적외선을 방사하고, 자동 습도조절 기능이 있고, 단위중량이 가볍고, 건조수축이 발생하지 않으며, 질소산화물을 제거하며, 실내공기정화, 항균 및 살균 효과가 있다. 뿐만아니라, 외관이 아름답고 독특하기 때문에 제주 건축물의 지역색과 향토미를 잘 나타낸다.

Description

황토와 송이를 포함하는 경량 모르타르{Light Weight Mortar comprising Loess Powder and Scoria Fine Aggregate}
본 발명은 송이와 황토를 포함하는 다기능 경량 모르타르의 제조에 관한 것이다. 송이는 제주 전역에 광범위하게 분포하지만 그동안 특별한 활용 용도가 없어 방치된 실정이다.
제주 송이는 흡수량과 마모감량이 높고 품질이 일정하지 않아 건설재료로는 부적합하다는 인식이 지배적이다. 따라서 타일과 벽돌과 같이 치장용으로 제한적으로 사용되고 있다. 본 발명은 송이를 5mm 이하 치수로 파쇄하여 잔골재로 사용하는 경우, 특히, 모르타르 제조를 위해 모래를 대신하여 사용하는 경우, 원적외선방사율이 높고, 자동습도조절 기능이 있고, 단위중량이 가볍고, 질소산화물을 제거하며, 실내공기정화, 항균 및 살균 효과가 있다는 결론을 얻었다.
종래의 모르타르 제조방법은 모르타르 전체 중량의 50% 이상을 강모래, 바다모래, 석분과 같은 잔골재를 사용하여 제조하였는데, 본 발명은 방치된 제주 송이의 잔골재로서의 활용을 발명목적으로 한다.
종래의 모르타르 제조방법은 결합재로 보통포틀랜드시멘트를 사용하는데 시멘트의 강알칼리성으로 인해 인체에 해로운 단점이 있다. 따라서, 본 발명은 시멘트를 사용하지 않고도 고강도를 나타내는 모르타르의 발명에 또다른 목적이 있다.
한편, 송이만을 주재료로 사용하는 경우 결합재의 양이 많아지고, 미립분의 부족으로 표면이 거칠고, 색채가 아름답지 못하다. 따라서, 미립분과 안료 역활을 하는 황토를 일정량 이상 혼합하면, 점성이 높아져서 결합재도 소량 소요되고, 황색의 아름다운 천연색을 나타낼 수 있다. 즉, 송이와 가장 궁합이 잘 맞는 재료로 황토를 사용하여 모르타르를 제조하는 방법을 발명하였다. 표 1에 송이와 황토의 화학 성분을 나타내었다. 두 재료의 화학성분비가 유사한 것을 알 수 있다. 황토에는 실리카(SiO2) 성분이 많아 수분공급시에 황토의 상호 결합력이 발생하고, 산화알루미나(Al2O3) 성분이 많아 열전달 및 열효율이 좋다. 산화칼슘(CaO)은 미소량 포함되어 있다. 송이에는 산화제2철(Fe2O3) 성분이 많아 송이의 색깔이 붉은 색을 나타내고, 이산화티타늄(TiO2) 성분이 2% 이상 함유되어 있어 천연의 광촉매 역활을 한다. 즉, 송이와 황토의 결합으로 인해 모르타르의 품질이 좋아진다.
구분 SiO2(%) Al2O3(%) Fe2O3(%) CaO(%) MgO(%) K2O(%) Na2O(%) TiO2(%) Igloss(%)
황토 66.47 17.15 6.83 0.04 0.81 3.12 0.39 0.05 5.30
송이 45.96 18.43 13.60 7.40 7.42 1.45 2.93 2.10 0.71
특허출원 10-2003-0033114의 경우 송이와 황토를 사용한 모르타르의 기초적인 제조방법을 제시하고 있다. 따라서, 본 발명은 특허출원 10-2003-0033114의 배합비를 기초로 더욱 진보된 배합비를 유도하였다.
따라서 본 발명은 송이와 황토를 혼합사용한 다기능 경량 모르타르를 제공하는데 목적이 있다.
즉, 본 발명은 건조수축에 의한 균열이 없으며, 색채가 아름다워야하고, 강도가 높고, 중량이 가볍고, 질소산화물 제거 기능을 갖춘 다기능 모르타르를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 송이; 황토; 및 팽창재, 석고, 슬래그, 이산화티타늄, 또는 결합재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 경량 모르타르를 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, 모르타르 전체 중량을 100%로 기준하는 경우, 0.08mm 이상 5mm 이하로 파쇄된 송이 30∼70중량%, 0mm 초과 0.15mm 이하의 황토 30∼50중량%, 결합재 10∼30중량%로 조성되는 모르타르를 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, 모르타르 전체 중량을 100%로 기준하는 경우, 0.08mm 이상 5mm 이하로 파쇄된 송이 30∼70중량%, 0mm 초과 0.15mm 이하의 황토 30∼50중량%, 팽창재 10∼30중량%로 조성되는 모르타르를 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, 모르타르 전체 중량을 100%로 기준하는 경우, 0.08mm 이상 5mm 이하로 파쇄된 송이 30∼70중량%, 0mm 초과 0.15mm 이하의 황토 30∼50중량%, CSA팽창재 5∼20중량%, 고로슬래그 5∼20중량%로 조성되는 모르타르를 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, 모르타르 전체 중량을 100%로 기준하는 경우, 0.08mm 이상 5mm 이하로 파쇄된 송이 30∼70중량%, 0mm 초과 0.15mm 이하의 황토 30∼50중량%, CSA팽창재 5∼20중량%, 무수석고 5∼20중량% 로 조성되는 모르타르를 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, 모르타르 전체 중량을 100%로 기준하는 경우, 0.08mm 이상 5mm 이하로 파쇄된 송이 30∼70중량%, 0mm 초과 0.15mm 이하의 황토 30∼50중량%, 생석회 5∼20중량%, 무수석고 5∼20중량% 로 조성되는 모르타르를 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, 송이 모르타르에 이산화티타늄을 1∼10중량% 혼합하여 조성된다.
송이는 제주 전역에 분포하는데 물리적 특성은 지역별로 큰 차이가 있다. 실험에 사용한 송이의 물리적 특성은 절대건조상태에서 단위중량이 974kg/m3, 조립율이 3.1, 비중이 2.15이다. 송이를 5mm 이하로 파쇄하여 사용하면 물리적 성질이 균등하게 나타나는데, 품질은 KS F 2534 구조용 경량골재의 기준에 만족하는 것이 좋고, 조립율은 2.3∼3.3 사이가 좋다.
종래의 모르타르 제조에 사용되는 모래의 단위중량이 1450∼1600kg/m3범위이고 인공경량골재의 단위중량은 1000∼1200kg/m3이다. 반면에 송이의 단위중량은 800∼1000kg/m3으로 모래의 절반 수준으로 경량이다. 따라서, 건축용 모르타르로 사용할 경우 고정하중의 크기가 낮아지고 작업성이 좋다.
황토는 제주도 대정읍에서 채취한 것으로 완전건조한 후 0.15mm 이하로 분쇄하여 사용하였다. 비중은 2.50 그리고 단위중량이 1120kg/m3이다. 황토를 고온으로 열처리한 후 사용하게되면 압축강도나 인장강도와 같은 물리적 효과가 더욱 좋아진다.
결합재는 포틀랜드시멘트와 혼합시멘트 그리고 특수시멘트가 사용가능하다. 특히, 고로슬래그 시멘트가 내화학성과 광택발현에 유리한 까닭에 좋다.
팽창재는 KS F 2562의 규정을 만족하는 생석회 또는 CSA계 팽창재를 사용한다. 팽창재는 모르타르를 경화과정에서 팽창시키므로 모르타르의 건조수축을 감쇄하여 균열의 발생을 방지할 목적으로 사용된다.
고로슬래그 미분말은 KS F 2563의 규정값 이상의 품질을 사용한다. 실험에 사용된 고로슬래그 미분말은 경북 포항산으로 비중은 2.91, 분말도 비표면적은 4350cm2/g, 재령 28일 활성도지수가 107%로 고품질의 미분말을 사용하였다. 고로슬래그 미분말은 장기강도 증가, 화학저항성 증가, 그리고 포졸란 반응을 유도하기 위해서 사용한다.
석고는 응결시간을 조절할 목적으로 첨가하며 이수석고와 무수석고를 사용한다. 이수석고는 소량 사용할 경우 응결시간이 단축되며, 무수석고는 장기강도 발현에 유리하다.
이산화티타늄을 사용하면 광촉매 반응의 원리를 이용하여 질소산화물을 제거할 수 있다. 특히, 유해가스 제거, 항균, 살균효과를 발휘한다. 따라서, 식당, 병원 등의 내벽 마감재로 사용할 경우 이산화티타늄을 첨가한다.
물은 마실수 있는 맑은 물을 사용하는 것이 좋고, 송이 모르타르 전체 중량의 30∼40%의 물을 혼합하여 사용한다.
송이 모르타르의 단위중량은 굳지 않은 상태에서 1400∼1600kg/m3이다.
실시예 1
표 2는 송이와 황토의 배합비와 압축강도의 관계를 나타낸 것이다.
실험체번호 송이g 황토g 물g 압축강도kgf/cm2 최대치수mm
1 50 100 42 35 5.0
2 100 100 55 33 5.0
3 150 100 60 25 5.0
4 200 100 68 20 5.0
5 300 100 88 16 5.0
6 150 100 60 26 2.5
7 200 100 68 21 2.5
실험체번호 1의 경우 황토의 상대적 양이 높기 때문에 황토간의 부착력이 과다하게 높아 작업에 불량하다. 그러나 실험체번호 5의 경우와 같이 황토의 상대적 양이 적은 경우 부착력이 낮다. 따라서, 작업성이 좋은 배합은 중량단위로 황토 100g을 기준으로 송이 100g∼200g의 경우이다.
송이 모르타르의 단위중량은 굳은 상태에서 1200∼1400kg/m3으로 측정되었다.
실시예 2
표 3은 송이와 황토의 배합비를 1대 1로 한 경우 생석회의 증가에 따른 압축강도의 변화를 나타낸 것이다.
실험체번호 송이g 황토g 생석회g 물g 압축강도kgf/cm2 최대치수mm
1 100 100 5 55 10 5.0
2 100 100 10 55 12 5.0
3 100 100 15 55 27 5.0
4 100 100 20 55 29 5.0
5 100 100 25 55 29 5.0
6 100 100 30 55 30 5.0
7 100 100 35 55 30 5.0
8 100 100 40 55 30 5.0
실험체번호 1과 2의 경우 건조수축이 상당히 크게 발생하였고, 실험체번호 6 이상의 경우가 황토의 수축률과 생석회의 팽창률에 의한 보상으로 인해 무수축되는 것을 확인하였다. 한편 황토의 혼합비율이 높은 경우 생석회의 비율을 높히고, 반대로 황토의 혼합비율이 낮은 경우 생석회의 혼합비율 낮추는 것이 바람직하다. 모르타르의 수축과 팽창은 생석회의 양이 가장 중요한 변수이고, 황토의 품질, 사용된 물의 양, 대기습도 등 다양한 변수에 영향을 받는다. 실험결과 생석회의 혼합비율은 전체중량의 10∼30% 정도가 적당하다.
실시예 3
표 4는 송이와 황토의 배합비를 1대 1로 한 경우 생석회와 슬래그의 증가에 따른 압축강도의 변화를 나타낸 것이다.
실험체번호 송이g 황토g 생석회g 슬래그g 물g 압축강도kgf/cm2 최대치수mm
1 100 100 5 5 55 12 5.0
2 100 100 10 10 55 25 5.0
3 100 100 15 15 55 30 5.0
4 100 100 20 20 55 32 5.0
5 100 100 25 25 55 35 5.0
6 100 100 30 30 55 38 5.0
7 100 100 35 35 55 40 5.0
8 100 100 40 40 55 35 5.0
실험체번호 3 이상의 배합비가 압축강도측면에서 좋은 것으로 나타났다. 실험체번호 7에서 압축강도가 높게 나타났다.
실시예 4
표 5는 송이와 황토의 배합비를 1대 1로 한 경우 생석회와 무수석고의 증가에 따른 압축강도의 변화를 나타낸 것이다.
실험체번호 송이g 황토g 생석회g 무수석고g 물g 압축강도kgf/cm2 최대치수mm
1 100 100 5 5 55 14 5.0
2 100 100 10 10 55 20 5.0
3 100 100 15 15 55 56 5.0
4 100 100 20 20 55 58 5.0
5 100 100 25 25 55 60 5.0
6 100 100 30 30 55 64 5.0
7 100 100 35 35 55 62 5.0
8 100 100 40 40 55 60 5.0
실험체번호 6의 경우가 압축강도가 64kgf/cm2로 강도측면에서 가장 바람직한 것으로 판단된다.
실시예 5
실험체번호 송이g 황토g CSA 팽창재g 물g 압축강도kgf/cm2 최대치수mm
1 100 100 5 55 23 5.0
2 100 100 10 55 25 5.0
3 100 100 15 55 27 5.0
4 100 100 20 55 30 5.0
5 100 100 25 55 32 5.0
6 100 100 30 55 37 5.0
7 100 100 35 55 43 5.0
8 100 100 40 55 46 5.0
CSA 팽창재 비율이 증가할수록 압축강도가 높아진다. 실험체번호 1에서 4까지의 배합은 낮은 강도를 나타내지만 실험체번호 5에서 8은 상대적으로 높은 강도를 나타내고 있다.
실시예 6
실험체번호 송이g 황토g CSA팽창재g 슬래그g 물g 압축강도kgf/cm2 최대치수mm
1 100 100 5 5 55 22 5.0
2 100 100 10 10 55 27 5.0
3 100 100 15 15 55 60 5.0
4 100 100 20 20 55 79 5.0
5 100 100 25 25 55 104 5.0
6 100 100 30 30 55 126 5.0
7 100 100 35 35 55 143 5.0
8 100 100 40 40 55 171 5.0
CSA팽창재와 고로슬래그의 화학적 물리적 반응으로 인해 혼합비율이 증가할수록 압축강도가 높아진다. 실험체번호 8의 경우 압축강도가 171kgf/cm2를 발휘한다.
실시예 7
실험체번호 송이g 황토g CSA팽창재g 무수석고g 물g 압축강도kgf/cm2 최대치수mm
1 100 100 5 5 55 22 5.0
2 100 100 10 10 55 23 5.0
3 100 100 15 15 55 24 5.0
4 100 100 20 20 55 26 5.0
5 100 100 25 25 55 35 5.0
6 100 100 30 30 55 41 5.0
7 100 100 35 35 55 48 5.0
8 100 100 40 40 55 58 5.0
CSA팽창재와 무수석고의 혼합사용으로 인해 압축강도가 높아지지만 고로슬래그를 사용한 경우보다는 낮다는 것을 알 수 있다.
실시예 8
실험체번호 송이g 황토g 고로시멘트g 물g 압축강도kgf/cm2 최대치수mm
1 100 100 10 55 24 5.0
2 100 100 20 55 47 5.0
3 100 100 30 55 66 5.0
4 100 100 40 55 85 5.0
시멘트를 결합재로 사용한 경우 사용비율이 높아질수록 압축강도가 높아지는 것을 알 수 있다.
실시예 9
실험체번호 송이g 황토g 팽창재g 슬래그g 무수석고g 이산화티타늄 g 압축강도kgf/cm2
1 200 100 50 50 0 5 210
2 200 100 30 0 30 5 63
실험체번호 1의 경우 송이 200 : 황토 100 : CSA 팽창재 50 : 고로슬래그 50 : 이산화티타늄 5의 비율로 모르타르를 제조한 경우 압축강도가 210kgf/cm2를 발휘한다. 바닥마감용으로 적당한 것을 알 수 있다.
실험체번호 2의 경우 송이 200 : 황토 100 : 생석회 30 : 무수석고 30 : 이산화티타늄 5의 비율로 모르타르를 제조한 경우 압축강도가 63kgf/cm2를 발휘한다. 벽체마감용으로 적당한 것을 알 수 있다.
실시예 10
표 11은 본 발명에 의한 송이 모르타르와 종래의 시멘트 모르타르와의 색채, 단위중량, 원적외선 방사율을 비교한 것이다. 송이 모르타르가 경량이고 원적외선 방사율이 높은 것을 알 수 있다.
구분 색채/외관 단위중량(kg/m3) 원적외선 방사율(%)
송이 모르타르 황색/아름답다 1300 92.0
시멘트 모르타르 흑색/보통이다 2100 73.9
기술공학적인 측면에서의 발명 효과는 송이의 최대치수가 5mm 이하로 파쇄하여 사용하는 경우 송이의 품질이 균질하다는 것을 알았다. 송이의 높은 흡수율, 다공성구조와 같은 건설 재료로서의 단점은 황토와 혼합하여 건축용 모르타르 재료로 사용할 경우 결합력 증가와 습도조절기능과 같은 장점이 된다. 황토와 송이는 화학성분이 유사하여 친화력이 좋다. 황토와 송이를 사용한 모르타르는 종래의 모르타르와 비교하여 원적외선 방사율이 높다. 인체에 유해한 시멘트를 사용하지 않아도 고강도를 발휘한다. 발명된 모르타르의 중량이 경량이기 때문에 고정하중의 크기가 낮아지고 작업성이 좋다. 즉, 고층건물의 내부 마감재로 적당하다.
사회환경적인 측면에서의 효과는 제주전역에 분포된 송이는 흡수율과 마모감량이 높아 쓸모없는 폐자원으로 인식되었다. 이것을 자원화하여 고부가가치 제품을 제조함으로써 경제적 효과를 유발한다. 송이는 제주지역에만 분포하는 화산분출물로 송이를 이용한 모르타르 제품은 지역색과 향토미를 나타내므로 관광지의 특색을 잘 나타낸다.

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  2. 황토와 송이를 사용한 모르타르 전체 중량을 100%로 기준하는 경우, 0.08mm이상 5mm 이하로 파쇄되고 완전건조한 송이 35∼50중량%, 분말도 2000cm2/g 이상의 황토 30∼40중량%, 생석회 5∼15중량%, 분말도 4000cm2/g 이상의 고로슬래그미분말 10∼20중량%로 조성되고, 인공안료를 전혀 사용하지 않고, 천연 송이와 황토의 질감과 색상만을 이용하여 여러가지 색상을 나타내는 무수축 모르타르.
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