KR101336711B1 - 친환경 무시멘트 건조모르타르 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트를 전혀 사용하지 않는 모르터에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 감수제를 전혀 사용하지 않고 미생물 분말을 사용함으로써 모르타르의 높은 pH를 낮추고 공기 및 수질정화 능력을 갖는 친환경 무시멘트 건조 모르타르에 관한 것이다.

Description

친환경 무시멘트 건조모르타르{A composition of cement zero nature-friendly dry mortar}

본 발명은 시멘트를 전혀 사용하지 않는 모르터에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 감수제를 전혀 사용하지 않고 미생물 분말을 사용함으로써 모르타르의 높은 pH를 낮추고 공기 및 수질정화 능력을 갖는 친환경 무시멘트 건조 모르타르에 관한 것이다.

일반적으로 모르타르(mortar)라 함은 시멘트와 모래의 혼합물을 일컫는데, 이것은 콘크리트와 같은 부위에 물과 함께 적용되어 이의 경화작용에 의해 접착제의 속성을 갖게 된다. 이러한 모르타르는 석회, 아스팔트, 합성수지 등의 고착재를 포함할 수 있고, 포함된 고착재의 종류에 따라 석회모르타르, 아스팔트모르타르, 수지모르타르, 질석모르타르, 펄라이트모르타르 등으로 나뉠 수 있으며, 벽, 바닥, 천장 바탕 등의 마감재료로도 쓰인다. 비교적 값싼 재료인 반면에 강도, 내화성, 내수성, 내구성 등이 우수하여 건축을 비롯한 건설공사 전반에 걸쳐 광범위하게 쓰이고 있다.

특히, 건조 시멘트 모르타르는 공동주택 및 공공주택의 마감을 구성하는 주요 건축재료로서, 사람과 가장 밀접하게 접촉하는 생활공간의 주요부를 구성하는 재료인데, 포장된 시멘트와 포장된 완전 건조된 모래를 현장에서 물을 첨가하여 사용된다.

이와 같이 종래의 건조 시멘트 모르타르는 크게 시멘트와 골재, 사용수 및 혼화재료로 구성되는 복합재료로서, 지금까지 대부분 구조체의 내구성 확보 및 시멘트 경화에 따라 발생되는 건조수축에 의한 균열을 방지하는 부분에 대하여 중점적으로 제공되었으나 환경에 대한 부분은 검토되지 않았거나, 혹은 맥반석이나 장석 등을 골재로 이용하여 제조된 것으로 여러 가지 기능 중 한, 두 가지 제한적인 기능을 부여한 제품만이 유통되고 있는 실정이다.

그 결과 건조 시멘트 모르타르에 포함된 대표적인 무기결합재인 시멘트를 제조하는 공정 중에 주성분인 CaCO₃의 열처리 과정에서 막대한 양의 에너지(약 30∼ 35ℓ/톤)가 소비되며, 시멘트 1톤 제조 시 석회석과 규산의 화학반응만으로도 약 800 kg의 이산화탄소가 배출되는 것으로 알려져 있을 뿐만 아니라, 시멘트에 포함된 각종 환경오염원으로 인해 아토피성피부염, 천식, 새집증후군 등의 증상이 유발되는 등 환경성 질환의 원인이 되고 있으며, 강알칼리성으로 인해 식생물의 생육을 심각하게 저하시키는 문제점이 있다.

또한 건조 모르타르는 모래에 수분이 없어 유동성이 현저히 떨어진다. 이를 방지하기 위하여 일반적으로 분말형의 화학 감수제를 첨가하는데 이 감수제는 환경오염의 원인이 된다.

이에 따라 상술된 문제점이 해결된 새로운 조성의 건조 모르타르에 대한 개발 필요성이 대두되고 있다.

본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과 종래 건조 모르타르가 갖는 문제점을 해결함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 시멘트를 전혀 사용하지 않는 결합재로서 이산화탄소 배출을 저감할 뿐만 아니라 시멘트 독성을 예방할 수 있는 조성의 친환경 무시멘트 건조 모르타르를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 미생물 분말을 포함함으로써 감수제를 전혀 사용하지 않고도 충분한 유동성을 부여할 수 있고 압축강도를 향상시키는 것은 물론 모르타르의 높은 pH를 중성에 가깝게 낮추며 공기 및 수질정화 능력을 갖는 조성의 친환경 무시멘트 건조 모르타르를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 고로슬래그 또는 플라이애쉬 중 하나 이상을 포함하는 원재료와 상기 원재료의 잠재 수경성을 활성화시키는 알칼리성 무기질재료를 포함하는 무시멘트 결합재; 건조 잔골재; 및 미생물 분말을 포함하는 친환경 건조 모르타르를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 무시멘트 결합재는 원재료 100중량부당 알칼리성 무기질재료 10 내지 15중량부를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 알칼리성 무기질재료는 수산화칼슘, 탄산나트륨, 규산나트륨, 규산마그네슘 중 2개 이상을 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 수산화칼슘 100중량부당 탄산나트륨, 규산나트륨, 규산마그네슘 중 하나 이상이 40 내지 60중량부 함유된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 건조 잔골재는 규사 또는 모래로서 직경이 2.5㎜이하이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 미생물 분말은 상기 무시멘트 결합재 100중량부당 0.025 ~ 0.1중량부 포함된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 미생물 분말은 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtillis), 바실러스 라이케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 모자벤시스(Bacillus mojavensis), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 바실러스 퍼밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 에스피(Bacillus sp), 바실러스 아미로리퀴파시엔스(Bacillus amyloliquefaciens)중 하나 이상이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 친환경 건조 모르타르의 pH는 8 내지 9이다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.

먼저, 본 발명에 따른 친환경 무시멘트 건조 모르타르는 시멘트를 전혀 사용하지 않는 결합재이므로 이산화탄소 배출을 저감할 뿐만 아니라 시멘트 독성을 예방할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 친환경 무시멘트 건조 모르타르는 미생물 분말을 포함함으로써 감수제를 전혀 사용하지 않고도 충분한 유동성을 부여할 수 있고 압축강도를 향상시키는 것은 물론 모르타르의 높은 pH를 중성에 가깝게 낮추며 공기 및 수질정화 능력을 갖는다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예들에서 얻어진 친환경 무시멘트 건조모르타르의 슬럼프를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에서 얻어진 친환경 무시멘트 건조모르타르의 압축강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예들에서 얻어진 친환경 무시멘트 건조모르타르의 pH를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 얻어진 친환경 무시멘트 건조모르타르로 제조된 시험편의 분해 상태를 확대한 확대도.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 기술적 특징은 결합재로써 시멘트를 전혀 사용하지 않을 뿐만 아니라 미생물 분말을 포함함으로써 감수제를 전혀 사용하지 않고도 충분한 유동성을 부여할 수 있고 압축강도를 향상시키는 것은 물론 모르타르의 높은 pH를 중성에 가깝게 낮추며 공기 및 수질정화 능력을 갖는 조성의 친환경 무시멘트 건조 모르타르를 제공하는데 있다.

따라서, 본 발명의 친환경 무시멘트 건조 모르타르는 고로슬래그 또는 플라이애쉬 중 하나 이상을 포함하는 원재료와 상기 원재료의 잠재 수경성을 활성화시키는 알칼리성 무기질재료를 포함하는 무시멘트 결합재; 건조 잔골재; 및 미생물 분말을 포함한다.

여기서, 무시멘트 결합재는 원재료 100중량부당 알칼리성 무기질재료 10 내지 15중량부를 포함하는데, 상기 배합비는 실험적으로 결정된 것으로 알칼리성 무기질재료가 10 중량부 미만이면 원재료의 잠재수경성을 충분히 활성화시킬 수 없고, 15중량부를 초과하게 되면 경제성이 떨어졌다.

본 발명의 친환경 무시멘트 건조 모르타르에 사용되는 알칼리성 무기질재료로는 공지된 모든 알칼리성 무기질재료가 사용될 수 있으나, 특히 수산화칼슘, 탄산나트륨, 규산나트륨, 규산마그네슘 중 2개 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 수산화칼슘 100중량부당 탄산나트륨, 규산나트륨, 규산마그네슘 중 하나 이상이 40 내지 60중량부 함유되는 것이다.

건조 잔골재는 완전 건조된 규사 또는 모래로서 직경이 2.5㎜이하인 것이 바람직하고, 미생물 분말은 무시멘트 결합재 100중량부당 0.025 ~ 0.1중량부 포함되는 것이 바람직하다.

미생물 분말은 오염물질(유기물질)을 몸에 축적하여 생장하므로 공기정화, 수질정화 등 새집증후군을 일으키는 화학물질을 분해할 수 있는 능력이 있는 미생물이라면 제한되지 않으나 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtillis), 바실러스 라이케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 모자벤시스(Bacillus mojavensis), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 바실러스 퍼밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 에스피(Bacillus sp), 바실러스 아미로리퀴파시엔스(Bacillus amyloliquefaciens)중 하나 이상인 것이 바람직하다.

실시예 1 내지 4

하기 표1과 같은 배합비로 친환경 무시멘트 건조 모르타르1 내지 4를 제조하였다.(단위 : 중량%)

구분	고로 슬래그	수산화 칼슘	탄산 나트륨	규산 나트륨	규산 마그네슘	낫토균(바실러스 서브틸러스)
친환경무시멘트 건조모르타르1	87.5	7.5		1	4	0.025
친환경무시멘트 건조모르타르2	87.5	7.5		1	4	0.05
친환경무시멘트 건조모르타르3	89.5	7.5	3			0.025
친환경무시멘트 건조모르타르4	89.5	7.5	3			0.05

비교예 1 내지 6

하기 표2와 같은 배합비로 비교예 무시멘트 건조 모르타르1 내지 6을 제조하였다.(단위 : 중량%)

구분	고로 슬래그	수산화 칼슘	탄산 나트륨	규산 나트륨	규산 마그네슘	감수제
비교예무시멘트 건조모르타르1	87.5	7.5		1	4
비교예무시멘트 건조모르타르2	87.5	7.5		1	4	0.025
비교예무시멘트 건조모르타르3	87.5	7.5		1	4	0.05
비교예무시멘트 건조모르타르4	89.5	7.5	3
비교예무시멘트 건조모르타르5	89.5	7.5	3			0.025
비교예무시멘트 건조모르타르6	89.5	7.5	3			0.05

실험예 1

실시예1 내지 4에서 얻어진 친환경 무시멘트 건조모르타르 1 내지 4와 비교예1 내지 6에서 얻어진 비교예 무시멘트 건조모르타르 1 내지 6으로, 하기 표3과 같은 배합비를 사용하여 시험체를 만들어 슬럼프를 조사하였다. 조사한 결과는 표 3 및 도 1a 및 1b에 나타내었다.

표 3에서 W/B는 무시멘트 결합재에 대한 물의 함량 중량비이고, S/B는 무시멘트 결합재에 대한 잔골재(모래)의 함량 중량비이다. 표 3에서는 W/B가 40%였으나 25 내지 60%범위일 수 있고, S/B는 3 이었으나 0.5 내지 4 범위일 수 있다.

구분	W/B(%)	S/B	슬럼프(mm)
친환경 무시멘트 건조모르타르1	40	3	155
친환경 무시멘트 건조모르타르2	40	3	125
친환경 무시멘트 건조모르타르3	40	3	173
친환경 무시멘트 건조모르타르4	40	3	185
비교예 무시멘트 건조모르타르1	40	3	120
비교예 무시멘트 건조모르타르2	40	3	125
비교예 무시멘트 건조모르타르3	40	3	140
비교예 무시멘트 건조모르타르4	40	3	165
비교예 무시멘트 건조모르타르5	40	3	175
비교예 무시멘트 건조모르타르6	40	3	195

표 3 및 도 1a, 1b로부터, 알칼리성 무기질재료로 수산화칼슘과 규산나트륨 및 규산마그네슘이 사용되는 경우, 미생물 및 감수제가 모두 포함되지 않은 비교예1의 슬럼프가 120mm인 것에 비해 미생물 또는 감수제가 포함되어야 슬럼프치가 더 큰 것을 알 수 있다. 또한 미생물 또는 감수제가 동일한 양이 포함되는 조성에서는 미생물이 포함된 본 발명의 친환경 무시멘트 건조모르타르1 및 2가 감수제가 포함된 비교예 무시멘트 건조모르타르2 및 3에 비해 슬럼프치가 큰 것을 알 수 있다.

한편, 알칼리성 무기질재료로 수산화칼슘과 탄산나트륨이 사용되는 경우에도 미생물 및 감수제가 모두 포함되지 않은 비교예4의 슬럼프가 165mm인 것에 비해 미생물 또는 감수제가 포함되면 슬럼프치가 더 큰 것을 알 수 있다. 또한 미생물 또는 감수제가 동일한 양이 포함되는 조성에서는 0.025중량%가 포함되는 경우(실시예3, 비교예5)에는 유의한 차이가 없었으나 0.05중량%가 포함되는 경우(실시예4, 비교예6)에서는 감수제가 포함된 조성이 슬럼프치가 높았다.

실험예 2

실시예1 내지 4에서 얻어진 친환경 무시멘트 건조모르타르 1 내지 4와 비교예1 내지 6에서 얻어진 비교예 무시멘트 건조모르타르 1 내지 6으로, 상기 표3과 같은 배합비를 사용하여 시험체를 만들어 압축강도를 조사하였다. 조사한 결과는 표 4 및 도 2a 및 2b에 나타내었다.

구분	압축강도(MPa)
친환경 무시멘트 건조모르타르1	24.20
친환경 무시멘트 건조모르타르2	26.11
친환경 무시멘트 건조모르타르3	21.97
친환경 무시멘트 건조모르타르4	21.03
비교예 무시멘트 건조모르타르1	23.49
비교예 무시멘트 건조모르타르2	23.89
비교예 무시멘트 건조모르타르3	23.20
비교예 무시멘트 건조모르타르4	19.24
비교예 무시멘트 건조모르타르5	20.27
비교예 무시멘트 건조모르타르6	19.90

표 4 및 도 2a, 2b로부터, 알칼리성 무기질재료로 수산화칼슘과 규산나트륨 및 규산마그네슘이 사용되는 경우, 미생물 및 감수제가 모두 포함되지 않은 비교예1의 압축강도가 23.49MPa인 것에 비해 미생물 또는 감수제가 포함되어야 압축강도치가 더 큰 것을 알 수 있다. 또한 미생물 또는 감수제가 동일한 양이 포함되는 조성에서는 미생물이 포함된 본 발명의 친환경 무시멘트 건조모르타르1 및 2가 감수제가 포함된 비교예 무시멘트 건조모르타르2 및 3에 비해 압축강도치가 큰 것을 알 수 있다.

한편, 알칼리성 무기질재료로 수산화칼슘과 탄산나트륨이 사용되는 경우에도 미생물 및 감수제가 모두 포함되지 않은 비교예4의 압축강도가 19.24 MPa인 것에 비해 미생물 또는 감수제가 포함되면 압축강도가 더 커지는 것을 알 수 있다. 또한 미생물 또는 감수제가 동일한 양이 포함되는 조성에서는 0.025중량%가 포함되는 경우(실시예3, 비교예5) 및 0.05중량%가 포함되는 경우(실시예4, 비교예6) 모두 감수제가 포함된 조성보다 미생물이 포함된 조성의 압축강도가 높았다.

또한, 감수제의 함량이 압축강도에 미치는 영향보다 미생물의 함량이 압축강도에 미치는 영향이 보다 커서, 감수제보다 미생물을 포함하게 되면 압축강도가 더 향상된 모르타르를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

실험예 3

실시예1 내지 4에서 얻어진 친환경 무시멘트 건조모르타르 1 내지 4와 비교예1 내지 6에서 얻어진 비교예 무시멘트 건조모르타르 1 내지 6으로, 상기 표3과 같은 배합비를 사용하여 시험체를 만들어 pH를 조사하였다. 조사한 결과는 표 5 및 도 3a 및 3b에 나타내었다.

구분	pH
친환경 무시멘트 건조모르타르1	8.7
친환경 무시멘트 건조모르타르2	8.3
친환경 무시멘트 건조모르타르3	8.6
친환경 무시멘트 건조모르타르4	8.4
비교예 무시멘트 건조모르타르1	9.5
비교예 무시멘트 건조모르타르2	10.8
비교예 무시멘트 건조모르타르3	11.2
비교예 무시멘트 건조모르타르4	9.1
비교예 무시멘트 건조모르타르5	10.2
비교예 무시멘트 건조모르타르6	10.8

표 5 및 도 3a, 3b로부터, 알칼리성 무기질재료로 수산화칼슘과 규산나트륨 및 규산마그네슘이 사용되는 경우, 미생물 및 감수제가 모두 포함되지 않은 비교예1의 pH가 9.5인 것에 비해 본 발명과 같이 미생물이 포함되면 pH가 9 미만으로 떨어지지만, 감수제가 포함되면 10이상으로 오히려 올라가는 것을 알 수 있다.

이것은 미생물 또는 감수제가 동일한 양이 포함되는 조성을 비교해 보면 더욱 분명한데 미생물이 포함된 본 발명의 친환경 무시멘트 건조모르타르1 및 2의 pH는 각각 8.7, 8.3으로서 9 미만이데, 감수제가 포함된 비교예 무시멘트 건조모르타르2 및 3의 pH는 각각 10.8, 11.2이기 때문이다.

한편, 알칼리성 무기질재료로 수산화칼슘과 탄산나트륨이 사용되는 경우에도 본 발명과 같이 미생물이 포함되면 pH가 9 미만으로 떨어지지만, 감수제가 포함되면 10이상으로 오히려 올라가는 것을 알 수 있다.

이것은 미생물 또는 감수제가 동일한 양이 포함되는 조성을 비교해 보면 더욱 분명한데 미생물이 포함된 본 발명의 친환경 무시멘트 건조모르타르3 및 4의 pH는 각각 8.6, 8.4로서 9 미만이지만, 감수제가 포함된 비교예 무시멘트 건조모르타르5 및 6의 pH는 각각 10.2, 10.8이기 때문이다.

상기 실험결과는 감수제가 포함되는 것만으로도 모르타르의 pH가 강알칼리성을 띠게 되는 것을 보여주므로, 가능한 감수제가 사용되지 않는 것이 바람직함을 분명히 알 수 있다.

이상의 실험결과들로부터 통상 건조 모르타르로 기능할 수 있는 기준 슬럼프가 120~200 mm이고, 기준 압축강도는 40~10 MPa인 것을 고려하면, 본 발명에 따른 친환경 건조 모르타르는 시멘트 및 감수제를 전혀 사용하지 않으면서도 기준 슬럼프 및 압축강도를 충족시킬 뿐만 아니라 친환경적이고 pH가 중성에 가까우므로 인체에 무해하며, 도 4에 도시된 바와 같이 미생물이 포함되어 공기 정화에 효과가 있으므로 실내 미장용으로 사용하기에 보다 적합한 것을 알 수 있다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (8)

1. 고로슬래그 또는 플라이애쉬 중 하나 이상을 포함하는 원재료와 상기 원재료의 잠재 수경성을 활성화시키는 알칼리성 무기질재료를 포함하는 무시멘트 결합재;건조 잔골재; 및 미생물 분말을 포함하는데,
   상기 무시멘트 결합재는 원재료 100중량부당 알칼리성 무기질재료 10 내지 15중량부를 포함하고,
   상기 알칼리성 무기질재료는 수산화칼슘, 규산나트륨 및 규산마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 건조 모르타르.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 수산화칼슘 100중량부당 규산나트륨 및 규산마그네슘 40 내지 60중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 친환경 건조 모르타르.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 건조 잔골재는 규사 또는 모래로서 직경이 2.5㎜이하인 것을 특징으로 하는 친환경 건조 모르타르.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 미생물 분말은 상기 무시멘트 결합재 100중량부당 0.025 ~ 0.1중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 건조 모르타르.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 미생물 분말은 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtillis), 바실러스 라이케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 모자벤시스(Bacillus mojavensis), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 바실러스 퍼밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 에스피(Bacillus sp), 바실러스 아미로리퀴파시엔스(Bacillus amyloliquefaciens)중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 친환경 건조 모르타르.
   
   
8. 제 1 항, 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 친환경 건조 모르타르의 pH는 8 내지 9인 것을 특징으로 하는 친환경 건조 모르타르.
   
   

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