KR101607005B1 - 굴 껍질 분말을 이용한 건축용 미장 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모래 대신 굴 껍질 분말을 시멘트와 혼합한 건축용 미장 조성물에 관한 것으로, 본 발명에서는 포틀랜드 시멘트와 슬러그 시멘트를 1:1 내지 1:2의 중량비로 혼합한 시멘트와 수거된 굴 껍질을 불순물 제거, 세척, 탈수, 건조 및 살균처리를 한 후 0.5~1.5mm 체를 통과하도록 분쇄하여 얻은 굴 껍질 분말을 1:1.5 내지 1:3의 중량비로 포함하는 건축용 미장 조성물이 제공된다. 본 발명의 미장 조성물은 굴 껍질 분말이 다량 포함됨에 따라 단열성이 우수하여 보온 및 방한효과가 우수하고, 부착강도가 높으며, 내잔갈림성이나 내충격성이 우수하여 크랙의 발생이 적으며, 내마모성이 우수하여 미장상태의 유지가 오래 지속되며, 온냉반복작용에 대한 저항성이 우수하여 결로현상이 적으므로 곰팡이균의 발생을 억제하는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 미장 조성물은 낮은 생산비용으로 경제성이 있으며, 중량이 가벼워져 중량 대비 사용량, 즉 시공면적이 1.3~1.5배 이상으로 크게 늘어나고, 운반이 용이하다는 장점이 있다.

Description

굴 껍질 분말을 이용한 건축용 미장 조성물{Plastering Composition for architecture using oyster shell powder}
본 발명은 굴 껍질 분말을 이용한 건축용 미장 조성물, 보다 상세하게는 모래 대신 굴 껍질 분말을 시멘트와 혼합한 건축용 미장 조성물에 대한 것이다.
일반적으로 건물을 신축할 때는 콘크리트로 뼈대를 형성하고 표면 마감재를 이용하여 벽면 및 바닥을 미장하는 과정을 거친다. 이러한 표면 마감재로는 강도, 편리성, 경제성 등을 고려하여 시멘트 모르타르가 주로 사용되고 있다.
시멘트 모르타르는 모래와 시멘트를 물로 반죽한 것을 말한다. 이러한 시멘트 모르타르의 경우, 미장시 압축강도에 비해 초기 인장강도가 약한 문제점이 있으며, 시공시 접착성이 불량하고 가소성이 좋지 않아 흘림방지를 위해서는 수회 나누어 도포하여야 함으로써 작업성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 시멘트 모르타르에는 모래가 사용되는데, 시멘트 모르타르에 사용되는 모래는 강과 바다에서 채취하여 사용하고 있다. 바다의 모래에는 염분이 포함되어 있어 콘크리트 안에 들어가는 철근의 부식을 일으키는 문제점이 있으므로 강에서 주로 모래를 채취하여 사용하였고, 계속된 채취로 인하여 강의 모래가 부족하게 되되는 문제가 있다. 강의 모래가 부족해지자 대안으로 바다의 모래를 채취하여 제염설비로 소금기를 제거하여 사용하고 있으나, 제염이 제대로 되지 않는 경우에는 부실공사의 우려가 있다.
특히, 종래의 시멘트와 모래를 혼합한 일반 모르타르는 벽면과 바닥면을 고르게 바르는 단순 마감재로만 기능하였을 뿐, 새집증후군 감소, 수맥차단, 단열성능 향상 등과 같은 건축자재에 대한 다양한 기능성 요구에 부합하지 못하였다. 또한, 시멘트를 다량으로 포함하는 종래의 모르타르는 시멘트 독성과 새집 증후군 등을 유발하게 되며, 친환경 건축자재를 선호하는 최근의 소비자 요구에도 부합하지 않는다.
굴은 우리나라의 남해 및 서해 연안에서 주로 양식된다. 양식된 굴을 출하할 때는 대부분 굴의 껍질을 제거하고 내용물만을 분리하여 판매하고 있어서 굴 집하장 주변에는 막대한 양의 굴 껍질이 폐기물로서 남게 된다. 이러한 굴 껍질은 매년 수십만톤이 배출되며, 배출되는 굴 껍질의 약 20% 정도만이 굴 종패용과 비료 등으로 활용되고 나머지는 육상에 매립되거나 바다에 버려지고 있어 큰 문제가 되고 있다. 굴 껍질을 육상에 매립하는 경우 주변의 지하수가 센물로 바뀌고 산림이 훼손되며 더 이상 농사를 지을 수 없는 땅으로 변하게 되고, 굴 껍질을 바다에 대량으로 버리는 경우에는 해초가 자라지 못해 바다가 사막화되면서 어장이 피폐해질 수 있다. 또한 해안가에 방치할 경우 껍질에 붙어 있는 유기물의 부식으로 인하여 심한 악취가 나며 위생상으로도 큰 문제를 일으킨다. 따라서 굴 껍질을 재활용하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있다.
현재 굴 껍질의 일부가 가공되어 토지의 산성화를 막기 위해 농지에 뿌리는 석회를 대신해 사용되고 있으나 석회보다 가격이 비싸 실제 사용되는 양은 많지 않다. 또한 굴 껍질의 성분인 키틴 등을 환경폐수 응집제, 중금속 흡착제 및 단백질 회수제, 천연항균제 등 여러 산업분야에서 이용하고자 하고 있으나, 이 역시 굴 껍질의 일부 성분만을 사용하고 나머지 성분은 폐기되므로 실제 이용되는 굴 껍질의 양은 많지 않다.
대한민국 특허공개 제10-2002-0039408호에서는 굴 패각의 오염물질 및 염분을 제거한 후 분쇄하여 굴 패각 분말을 형성하고, 형성된 굴 패각 분말의 단백질과 지방질을 제거하고 탈아세틸화한 후 세척 건조하여 얻어진 굴 패각 분말을 시멘트 분말에 대해 5중량% 이내로 혼합하여 얻어지는 시멘트용 충전제를 개시하고 있다. 또한, 대한민국 특허등록 제10-0749926호에서는 포틀랜드 시멘트 40~70중량%, 슬래그 10~30중량%, 킬레이트화된 굴 껍질분말 10~20중량%, 석고 1~10중량%, 명반 1~10중량%, 황토 5~15중량% 및 섬유강화제 1~5중량%를 혼합한 혼합물에, 규사를 약 1:1의 비율로 배합하여 이루어진 내진형 섬유보강 모르타르를 개시하고 있다.
그러나, 상기 특허들에서 굴 껍질 분말은 복잡한 가공공정에 의해 제조되어 굴 껍질 사용에 따른 비용 절감효과가 미미하거나 오히려 비용이 상승되는 문제가 있다. 또한, 전체 조성물을 기준으로 실제 사용되는 양은 많지 않아, 굴 껍질 이용량이 미미한 수준이며, 이용에 따른 미장 조성물 자체의 장점도 분명하지 않다.
1. 대한민국 특허공개 제10-2002-0039408호 2. 대한민국 특허공개 제10-2012-0089030호 3. 대한민국 특허등록 제10-0749926호 4. 대한민국 특허등록 제10-1160806호 5. 대한민국 특허등록 제10-1317210호
본 발명은, 시멘트와 모래를 혼합한 종래의 일반 모르타르의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 건축 시 마감재로 사용되는 미장 조성물에 모래 대신 전량을 굴껍질 분말로 대체하여 사용하면서 시멘트의 사용량까지 줄여 시멘트 독성, 새집증후군 등을 개선하고 보다 환경친화적이면서도 비용면에서도 경제적인 새로운 미장 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히 본 발명에서는, 굴 껍질을 대량으로 이용하면서도 이용에 수반되는 비용을 최소화할 수 있는 경제성 있는 기술을 개발하고, 종래 일반 모르타르에 비해 다양한 면에서 물성이 향상된 미장 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명에서는 굴 껍질을 분말화하여 미장 조성물에서 모래를 전량 대체하여 대량으로 사용하면서도 굴 껍질을 이용하는데 따른 비용을 최소화하여 모래와 시멘트를 혼합한 종래 건축용 미장 조성물에 비해 생산비가 절감되는 경제성 있는 건축용 미장 조성물을 제공하고자 한다.
최근에는 에너지 절감을 위해 건축재의 개발에 있어서도 열 전도율의 저하, 즉 단열 성능의 향상이 주요 과제로 되고 있다. 본 발명은, 특히 모래와 시멘트를 혼합한 종래 모르타르에 비해 열 전도율이 낮아져 단열 성능이 우수한 건축용 미장 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 아울러, 본 발명에서는 우수한 부착강도, 적은 크랙 발생, 향상된 물 흡수성 등 미장 조성물로서의 물성이 우수한 건축용 미장 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는,
시멘트와 굴 껍질 분말을 1:1.5 내지 1:3의 중량비로 포함하며,
상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트와 슬러그 시멘트를 1:2 내지 2:1의 중량비로 혼합한 것이고,
상기 굴 껍질 분말은, 수거된 굴 껍질을 불순물 제거, 세척, 탈수, 건조 및 살균처리를 한 후 0.5~1.5mm 체를 통과하도록 분쇄하여 얻은 것을 특징으로 하는, 굴 껍질 분말을 이용한 건축용 미장 조성물을 제공한다.
상기 건축용 미장 조성물에서, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트와 슬러그 시멘트를 1:1의 중량비로 혼합한 것임이 바람직하다.
또한, 상기 건축용 미장 조성물에서, 상기 시멘트와 굴 껍질 분말은 1:2의 중량비로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 건축용 미장 조성물은 물과 3:1 내지 2:1의 중량비로 혼합하여 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 굴 껍질을 이용한 건축용 미장 조성물은, 모래와 시멘트를 혼합하여 사용하는 종래의 미장 조성물에서 모래를 전량 굴 껍질 분말로 대체하는 것은 물론, 시멘트 보다 많이 사용됨으로써 시멘트의 사용량 또한 크게 줄여 줄 수 있다. 굴 껍질 분말을 시멘트와 동량으로 사용하더라도 굴 껍질 분말이 시멘트나 모래에 비해 경량이므로 실제 시멘트 사용량을 줄여주게 되는데, 본 발명에서는 적게는 1.5배에서 많게는 3배까지 사용함으로써 시멘트 사용량을 크게 줄일 수 있고 그에 따라 건축시 시멘트 독성, 새집증후군 등을 개선할 수 있다.
또, 본 발명의 미장 조성물은 이렇게 굴 껍질 분말이 다량 포함됨에 따라 단열성이 우수하여 보온 및 방한효과가 우수하고, 부착강도가 높으며, 내잔갈림성이나 내충격성이 우수하여 크랙의 발생이 적으며, 내마모성이 우수하여 미장상태의 유지가 오래 지속되며, 온냉반복작용에 대한 저항성이 우수하여 결로현상이 적으므로 곰팡이균의 발생을 억제하는 효과가 있다. 또한, 향상된 물 흡수성으로 사용시 물과의 혼화성이 좋아 작업시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 미장 조성물은 낮은 생산비용으로 경제성이 있으며, 중량이 가벼워져 중량 대비 사용량, 즉 시공면적이 1.3~1.5배 이상으로 크게 늘어나고, 운반이 용이하다.
아울러 본 발명은 굴 껍질을 모래의 대체물로 사용함으로써 굴 껍질의 폐기로 인한 환경의 오염을 방지하고 모래의 고갈을 막아 자연환경을 보호하는 효과도 있다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 건축용 미장 조성물은 시멘트와 굴 껍질 분말을 주원료로 한다.
시멘트는 통상적으로 사용되는 시멘트인 포틀랜드 시멘트(Portland cement), 슬러그 시멘트(Slug cement) 및 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 포틀랜드 시멘트와 슬러그 시멘트를 혼합하여 사용하는 경우, 포틀랜드 시멘트와 슬러그 시멘트를 1:1 내지 1:2의 비율로 혼합하는 것이 바람직하며, 1:1의 비율로 혼합하는 것이 특히 바람직하다. 일반 포틀랜드 시멘트에 슬러그 시멘트를 혼합함으로써 강도가 보완된다.
본 발명의 굴 껍질 분말은 수거된 굴 껍질을 불순물 제거, 세척, 탈수, 건조 및 살균처리를 한 후 0.5~1.5mm 체를 통과하도록 분쇄하여 얻는다. 이러한 분쇄 전 처리를 통해 굴 껍질에 붙은 불순물, 염분 및 냄새를 제거할 수 있다. 이때 완전 건조시킨 후 분쇄에 들어가는 것이 굴 껍질의 첨가에 따른 물성 증강의 효과를 최대화하는데 바람직하다. 본 발명에서는 고온에서의 장시간 소성과정을 요하지 않으므로 굴 껍질을 이용하면서도 생산비용을 절감할 수 있다.
상기 시멘트와 굴 껍질 분말은 1:1.5 내지 1:3의 비율로 혼합하는 것이 바람직하며, 1:2의 비율로 혼합하는 것이 특히 바람직하다.
상기 미장 조성물은 정착보강제, 크랙보완제, 곰팡이방지제, 수맥차단제 등 당업계에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 굴 껍질은 자체에 항균성분을 가지고 있지만, 부착된 불순물을 소독하고 살균하는 과정에서 완전히 제거되지 않은 극소량의 잠재된 곰팡이균이나 미장 후 외부에서 침투할 가능성이 있는 곰팡이균은 첨가된 곰팡이방지제에 의해 추가적으로 억제될 수 있다.
상기 성분들을 혼합하여 배합상태가 균일하도록 혼배합하면 본 발명의 건축용 미장 조성물이 얻어진다.
본 발명의 건축용 미장 조성물은 건설 작업 현장에서 별도의 공정없이 상기 미장 조성물과 물을 3:1 내지 2:1의 중량비로 혼합하여 바로 미장작업에 사용할 수 있으며, 미장 조성물과 물을 5:2의 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 보다 바람직하다. 본 발명의 미장 조성물은 굴 껍질 분말을 시멘트와 적어도 동량으로, 많게는 그 3배까지 사용함으로써 종래의 미장 조성물에 비해 물 흡수성이 좋아져 건설 현장에서 사용시 물과의 혼화성 또한 크게 향상된다. 이러한 물 흡수성의 향상은 실제 건설현장에서 작업성을 크게 높여주게 되므로, 미장 조성물로서는 매우 중요한 물성의 향상이다.
이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예들은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1]
수집한 굴 껍질을 세척하여 불순물과 염분을 제거하고, 고압세척 컴프레셔(compressor)로 세정하였다. 세정된 굴 껍질을 원심력을 이용한 탈수기에서 탈수하였다. 탈수된 굴 껍질을 건조장치에서 완전 건조시키고 자외선 살균처리를 하였다. 상기 전처리과정을 거친 굴 껍질을 분쇄기를 이용하여 분쇄한 후 1.1mm 체를 통과시켜 굴 껍질 분말을 얻었다.
포틀랜드 시멘트와 슬러그 시멘트를 1:1의 중량비로 혼합한 시멘트와 상기 굴 껍질 분말을 1:2의 중량비로 혼합하였다.
혼합 후 고성능 혼합기로 배합상태가 균일하도록 혼배합하여 본 발명의 건축용 미장 조성물을 제조하였다.
[ 실시예 2]
수집한 굴 껍질을 세척하여 불순물과 염분을 제거하고, 고압세척 컴프레셔로 세정하였다. 세정된 굴 껍질을 원심력을 이용한 탈수기에서 탈수하였다. 탈수된 굴 껍질을 건조장치에서 완전 건조시키고, 자외선 살균처리를 하였다. 상기 전처리과정을 거친 굴 껍질을 분쇄기를 이용하여 분쇄한 후 1.1mm 체를 통과시켜 굴 껍질 분말을 얻었다.
포틀랜드 시멘트와 슬러그 시멘트를 1:1의 중량비로 혼합한 시멘트와 상기 굴 껍질 분말을 1:2의 중량비로 혼합하였다. 정착보강제, 크랙보완제, 곰팡이방지제 및 수맥차단제를 상기 시멘트 100중량부에 대하여 각각 1중량부의 비율로 혼합하였다.
혼합 후 고성능 혼합기로 배합상태가 균일하도록 혼배합하여 본 발명의 건축용 미장 조성물을 제조하였다.
[ 시험예 ]
시험재료
상기 실시예 2의 미장 조성물을 물과 100:40의 중량비로 혼합하여 모르타르를 제조하여 시험에 사용하였다.
열전도율 시험
상기 시험재료의 평균온도 20℃에서의 열전도율을 KS L 9016:2010 방법으로 시험하였다. 시험은 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
시험항목 단위 시험결과 기준치
열전도율
[평균온도: 20℃]		 w/(mㆍk) 0.29 0.4
상기 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 미장 조성물은, 열전도율이 0.29w/(m.k)로 표준치 0.4w/(m.k)의 70% 수준으로 낮아 보온 및 방한효과가 우수하다.
항진균성 시험
상기 시험재료의 곰팡이 포자수와 항곰팡이 저항력을 ASTM D 6329:2008(정량테스트) 방법으로 시험하였다. 시험은 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
시험항목 단위 시험결과
곰팡이포자수 CFU/㎖ < 10
항곰팡이 저항력 로그값 1.0
상기 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 미장 조성물은 항진균성이 우수하여 곰팡이 발생이 거의 없었다.
부착강도 시험
상기 시험재료의 표준양생시 부착강도와 저온양생시 부착강도를 KS F 4716:2006 방법으로 시험하였다. 시험은 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
시험항목 단위 시험결과 표준치
부착강도(표준양생) N/㎟ 1.4 1.1
부착강도(저온양생) N/㎟ 1.0 0.8
상기 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 미장 조성물은, 표준양생시 부착강도가 1.4N/㎟로 표준치인 1.1N/㎟보다 20% 우수하였고, 저온양생시 부착강도도 1.0N/㎟로 표준치인 0.8N/㎟ 보다 20% 우수하였다. 따라서 시공시 접착성이 불량한 종래 시멘트 모르타르의 단점을 개선할 수 있다.
내잔갈림성 및 내충격성 시험
상기 시험재료의 내잔갈림성과 내충격성을 KS F 4716:2006 방법으로 시험하였다. 시험은 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
시험항목 시험결과
내잔갈림성 이상없음
내충격성 이상없음
상기 결과에서와 같이, 본 발명의 미장 조성물은 내잔갈림성이나 내충격성 시험에서 전혀 이상이 없는 것으로 확인되어, 종래 시멘트 모르타르의 단점인 갈라지거나 부서지는 현상이 없음을 알 수 있다.
물흡수계수 시험
상기 시험재료의 물흡수계수를 KS F 4716:2006 방법으로 시험하였다. 시험은 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
시험항목 단위 시험결과 표준치
물흡수계수 ㎏/㎡-h0 .5 0.16 0.2
상기 결과에서와 같이, 본 발명의 미장 조성물은 물흡수계수가 0.16㎏/㎡-h0.5로 표준치인 0.2㎏/㎡-h0 .5 에 비하여 우수하므로, 미장 조성물과 물을 혼합하여 모르타르를 제조할 때 물과의 혼합이 용이하다.
온냉반복작용에 대한 저항성 시험
상기 시험재료의 온냉반복작용에 대한 저항성(겉모양)과 온냉반복작용에 대한 저항성(부착강도)을 KS F 4716:2006 방법으로 시험하였다. 시험은 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하였으며, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
시험항목 단위 시험결과 표준치
온냉반복작용에 대한 저항성(겉모양) - 이상없음
온냉반복작용에 대한 저항성(부착강도) N/㎟ 1.3 1.1
상기 결과에서와 같이, 본 발명의 미장 조성물은 온냉반복작용 후에도 겉모양에 이상이 없었으며, 온냉반복작용 후의 부착강도 역시 표준치에 비하여 우수하여, 외부 기온변화에 의한 변성이 적음을 알 수 있다.
습기투과저항성 시험
상기 시험재료의 습기투과저항성을 KS F 4716:2006 방법으로 시험하였다. 시험은 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하였으며, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
시험항목 단위 시험결과 표준치
습기투과 저항성 m 0.3 2
상기 결과에서와 같이, 본 발명의 미장 조성물은 방습 및 통기작용이 우수하여 습기가 투과하는 거리가 표준치에 비하여 1/7 정도 이하로 낮으므로 일반 미장 조성물의 최대 취약점인 결로 현상이 거의 없어 외부곰팡이균의 침투를 원천적으로 예방할 수 있다.
내마모성 시험
상기 시험재료의 내마모성을 KS F 4041:2009 방법으로 시험하였다. 시험은 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하였으며, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
시험항목 단위 시험결과 표준치
내마모성 ㎎/㎟ 0.12 0.15
상기 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 미장 조성물은 내마모성도 표준치에 비하여 25% 정도 낮아 시간이 경과하여도 미장상태를 깔끔하게 유지할 수 있다.

Claims (4)

  1. 시멘트와 굴 껍질 분말을 1:1.5 내지 1:3의 중량비로 포함하며,
    상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트와 슬러그 시멘트를 1:1 내지 1:2의 중량비로 혼합한 것이고,
    상기 굴 껍질 분말은, 수거된 굴 껍질을 불순물 제거, 세척, 탈수, 건조 및 자외선 살균처리를 한 후 0.5~1.5mm 체를 통과하도록 분쇄하여 얻은 것을 특징으로 하는, 굴 껍질 분말을 이용한 건축용 미장 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트와 굴 껍질 분말을 1:2의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는, 굴 껍질 분말을 이용한 건축용 미장 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트와 슬러그 시멘트를 1:1의 중량비로 혼합한 것임을 특징으로 하는, 굴 껍질 분말을 이용한 건축용 미장 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건축용 미장 조성물은 물과 3:1 내지 2:1의 중량비로 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 하는, 굴 껍질 분말을 이용한 건축용 미장 조성물.
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