KR101749924B1 - 황토 모르타르 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시멘트 사용이 배제된 친환경적 조성물을 기반으로 황토 모르타르의 압축강도 및 휨강도를 향상시켜 황토 모르타르의 균열을 방지함과 함께 황토 자체의 친환경적 특성에 더해 항균 및 탈취 효과를 배가시킬 수 있는 황토 모르타르에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 황토 모르타르는 황토 100 중량부 기준으로 옻 분말 5∼25 중량부, 볏짚 분말 5∼25 중량부, 숯 분말 5∼20 중량부, 천일염 5∼50 중량부, 혼화재 20∼100 중량부의 비율로 혼합된 것이며, 상기 혼화재는, 고로 슬래그 분말 100 중량부 기준으로 인산티타늄계 화합물 7∼25 중량부, 무수석고 7∼25 중량부, 소석회 5∼20 중량부, 탄산칼슘 15∼50 중량부, 메타카올린 10∼50 중량부의 비율로 혼합된다.

Description

황토 모르타르{Loess mortar}
본 발명은 황토 모르타르에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시멘트 사용이 배제된 친환경적 조성물을 기반으로 황토 모르타르의 압축강도 및 휨강도를 향상시켜 황토 모르타르의 균열을 방지함과 함께 황토 자체의 친환경적 특성에 더해 항균 및 탈취 효과를 배가시킬 수 있는 황토 모르타르에 관한 것이다.
최근, 친환경 건축자재로 황토 모르타르가 각광받고 있다(한국공개특허 제2012-43186호, 한국등록특허 제987117호 참조). 황토는 원적외선을 방출하는 특성을 통해 다양한 효과를 발현하며, 모르타르를 구성하는 시멘트의 일부 또는 전부를 혼화재로 대체하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나, 종래의 황토를 이용한 모르타르는 일반 시멘트보다 낮은 압축강도, 높은 건조수축, 시공시 작업성능 저하, 낮은 인장저항성 등의 문제점이 있다. 특히, 높은 건조수축에 의한 변형 및 낮은 인장저항성은 내부 및 외부에 균열을 발생시켜 내구성 저하의 요인으로 작용한다.
이러한 문제를 보완하기 위해, 황토 모르타르에 시멘트를 첨가하는 방안이 제시되었으나, 시멘트로부터 유발되는 환경 오염이 수반됨과 함께 황토 모르타르의 균열 문제가 완전히 해결되지 않는 단점이 있다.
한국공개특허 제2012-43186호 한국등록특허 제987117호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 시멘트 사용이 배제된 친환경적 조성물을 기반으로 황토 모르타르의 압축강도 및 휨강도를 향상시켜 황토 모르타르의 균열을 방지함과 함께 황토 자체의 친환경적 특성에 더해 항균, 탈취 및 방충 효과를 배가시킬 수 있는 황토 모르타르를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 황토 모르타르는 황토 100 중량부 기준으로 옻 분말 5∼25 중량부, 볏짚 분말 5∼25 중량부, 숯 분말 5∼20 중량부, 천일염 5∼50 중량부, 혼화재 20∼100 중량부의 비율로 혼합된 것을 특징으로 한다.
상기 황토 100 중량부 기준으로 옻 분말 20∼25 중량부, 볏짚 분말 20∼25 중량부의 비율로 혼합될 수 있다.
상기 혼화재는, 포졸란 물질과, 대기 중에 존재하는 산화물과 반응을 통해 유해물질을 분해하는 인산티타늄계 화합물을 포함하여 구성된다.
상기 혼화재는, 고로 슬래그 분말 100 중량부 기준으로 인산티타늄계 화합물 7∼25 중량부, 무수석고 7∼25 중량부, 소석회 5∼20 중량부, 탄산칼슘 15∼50 중량부, 메타카올린 10∼50 중량부의 비율로 혼합된다.
본 발명에 따른 황토 모르타르는 다음과 같은 효과가 있다.
혼화재에 시멘트가 첨가되지 않음에도 불구하고 시멘트 대비 우수한 압축강도 특성을 나타낸다. 또한, 황토 모르타르에 첨가된 옻 분말과 볏짚 분말을 통해 휨강도 및 압축강도를 향상시킬 수 있으며, 혼화재에 첨가된 인산티타늄계 화합물을 통해 유해 세균, 미생물 등을 효과적으로 멸균시킬 수 있다. 이와 함께, 숯 분말과 천일염의 첨가를 통해 항균, 탈취 및 방충 효과가 배가된다.
본 발명은 친환경 물질의 기반 하에 최적 조성비로 배합된 황토 모르타르를 제시한다. 본 발명에 따른 황토 모르타르는 압축강도 및 휨강도가 향상되어 경화시 균열이 방지되며, 황토 모르타르에 첨가된 친환경적 첨가물에 의해 항균, 탈취, 방충 등의 생물학적 효과가 향상된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 황토 모르타르는 황토, 옻 분말, 볏짚 분말, 숯 분말, 천일염 및 혼화재의 조합으로 이루어진다.
상기 옻 분말과 볏짚 분말은 황토 모르타르의 압축강도 및 휨강도를 향상시키는 역할을 한다. 상기 볏짚 분말은 천연 섬유로서 황토 입자들 간의 결합 및 황토 입자와 기타 물질들 간의 결합을 매개하며, 상기 옻 분말은 수용시 점성이 증가되는 특성을 갖고 있어 황토 모르타르의 결합력을 향상시킨다.
상기 옻 분말, 숯 분말 및 천일염은 항균 및 탈취 효과를 발현하며, 옻 분말, 숯 분말 및 천일염이 첨가됨에 따라 황토 자체의 친환경적 특성에 더해 항균, 탈취 및 방충 효과가 배가된다.
상기 혼화재는 기본적으로 포졸란 물질을 통해 황토 모르타르에 수경성을 부여하는 역할을 한다. 또한, 상기 혼화재는 포졸란 물질 이외에 인산티타늄계 화합물을 포함하며, 상기 인산티타늄계 화합물은 산소촉매로서 대기 중에 존재하는 산화물과 반응을 통해 유해 세균, 미생물 등의 유해물질을 분해하는 역할을 한다. 즉, 상기 혼화재는 포졸란 물질을 통해 황토 모르타르에 수경성을 부여함과 함께 산소촉매 성분을 통해 멸균 효과를 제공하는 역할을 한다.
상기 혼화재에 포함되는 포졸란 물질로는 고로 슬래그, 메타카올린, 무수석고, 소석회, 탄산칼슘이 이용되며, 상기 혼화재에 포함되는 광촉매로는 인산티타늄계 화합물이 이용된다.
이상 설명한 바와 같이 황토, 옻 분말, 볏짚 분말, 숯 분말, 천일염 및 혼화재의 조합으로 이루어지는 황토 모르타르는 다음과 같은 최적 조성비로 혼합된다.
본 발명에 따른 황토 모르타르는, 황토 100 중량부 기준으로 옻 분말 5∼25 중량부, 볏짚 분말 5∼25 중량부, 숯 분말 5∼20 중량부, 천일염 5∼50 중량부, 혼화재 20∼100 중량부의 비율로 혼합되어 황토 모르타르가 구성된다.
옻 분말과 볏짚 분말은 전술한 바와 같이 황토 모르타르의 압축강도 및 휨강도를 향상시켜 황토 모르타르의 경화시 균열을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 옻 분말과 볏짚 분말 각각은 황토 100 중량부 기준으로 5∼25 중량부의 비율로 혼합된다. 옻 분말의 경우, 5 중량부 미만으로 혼합되면 옻 분말의 점성 특성이 발현되지 않으며, 25 중량부를 초과하면 황토 모르타르의 균일한 혼합이 방해되며 시공 시 유동성이 저하된다. 볏짚 분말의 경우, 5 중량부 미만으로 혼합되면 볏짚 분말에 의한 입자들 간의 결합 특성이 저하되며, 25 중량부를 초과하면 과도한 섬유 성분으로 인해 과도한 수분 흡수와 시공시 유동성이 저하되는 문제가 발생된다.
또한, 천일염 및 숯 분말은 항균, 탈취 및 방균 효과를 발현하는 역할을 하는데, 천일염의 경우, 5 중량부 미만으로 혼합되면 천일염의 특성 발현이 되지 않으며, 50 중량부를 초과하면 과도한 염분으로 강도 발현을 저하시킨다. 숯 분말의 경우 5 중량부 미만으로 혼합되면 숯 분말의 특성 발현이 되지 않으며, 20 중량부를 초과하면 과도한 수분 흡수로 인하여 강도 발현 저하 및 시공 시 유동성을 저하 시킨다.
한편, 상기 혼화재는 전술한 바와 같이 고로 슬래그 분말, 인산티타늄계 화합물, 무수석고, 소석회, 탄산칼슘, 메타카올린의 조합으로 이루어지며, 세부적으로 고로 슬래그 분말 100 중량부 기준으로 인산티타늄계 화합물 7∼25 중량부, 무수석고 7∼25 중량부, 소석회 5∼20 중량부, 탄산칼슘 15∼50 중량부, 메타카올린 10∼50 중량부의 비율로 혼합되어 혼화재가 구성된다.
상기 인산티타늄계 화합물은 인산티타늄 등의 인산티타늄계열 화합물로서 대기 중의 산화물과 반응하여 멸균 작용을 하며, 상기 인산티타늄계 화합물이 7 중량부 미만으로 혼합되면 산소촉매로서의 역할이 반감되며, 25 중량부를 초과하면 강도 발현을 저하시키는 문제점이 발생된다.
또한, 무수석고의 경우 7 중량부 미만으로 혼합되면 자극제로서의 특성이 발현되지 않으며, 25 중량부를 초과할 경우 강도 발현을 저하 시키는 문제점이 발생된다. 소석회의 경우 5 중량부 미만으로 혼합되면 자극제로서의 특성이 발현되지 않으며, 20 중량부를 초과할 경우 강도 발현을 저하 시키는 문제점이 발생된다. 탄산칼슘의 경우 15 중량부 미만으로 혼합되면 자극제로서의 특성이 발현되지 않으며, 50 중량부를 초과할 경우 강도 발현을 저하 시키는 문제점이 발생된다. 메타카올린의 경우 10 중량부 미만으로 혼합되면 특성 발현이 되지 않으며, 50 중량부를 초과할 경우 시공 시 유동성을 저하 시키는 문제점이 발생된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 황토 모르타르에 대해 설명하였다. 이하에서는, 실험예를 통해 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
<실험예 1>
황토 모르타르를 아래의 표 1과 같은 조성으로 구성하고 각 샘플의 압축강도, 휨강도 및 건조수축 특성을 측정하였다. 각 샘플의 압축강도, 휨강도 및 건조수축 특성은 표 2에 나타낸 바와 같다. 참고로, 샘플 1∼5의 혼화재는 후술하는 실험예 2의 샘플 9의 조성을 갖는다.
표 1에 있어서, 샘플 1, 2의 황토 모르타르는 옻 분말 및 볏짚 분말이 첨가되지 않은 것이며, 샘플 3, 4, 5의 황토 모르타르는 옻 분말 및 볏짚 분말이 첨가된 것이다. 샘플 3은 황토 100 중량비 기준 옻 분말과 볏짚 분말이 각각 15 중량비로 혼합된 것이고, 샘플 4는 황토 100 중량비 기준 옻 분말과 볏짚 분말이 각각 20 중량비로 혼합된 것이며, 샘플 5는 황토 100 중량비 기준 옻 분말과 볏짚 분말이 각각 25 중량비로 혼합된 것이다.
<황토 모르타르의 조성>
구분 황토 혼화재 옻분말 볏짚분말 천일염 숯분말
샘플 1 100 20 0 0 0 0
샘플 2 100 20 0 0 50 20
샘플 3 100 100 15 15 50 20
샘플 4 100 100 20 20 50 20
샘플 5 100 100 25 25 50 20
<황토 모르타르의 물리적 특성>
구분 휨강도
(28일,N/mm2)		 압축강도(N/mm2) 건조수축/
균열유무
3일 7일 28일
샘플 1 3.8 10.3 15.6 23.7 유/유
샘플 2 3.7 9.8 15.7 23.8 유/유
샘플 3 4.2 14.2 16.9 25.2 무/무
샘플 4 5.7 15.8 20.3 37.5 무/무
샘플 5 5.2 16 21.1 38.2 무/무
표 2의 실험결과를 참조하면, 옻 분말과 볏짚 분말이 첨가된 황토 모르타르(샘플 1, 2, 3)의 경우, 옻 분말과 볏짚 분말이 첨가되지 않은 샘플 1, 2에 대비하여 압축강도 및 휨강도가 모두 증가함을 알 수 있으며, 또한 건조수축 및 균일이 발생되지 않음을 확인할 수 있다.
한편, 옻 분말과 볏짚 분말이 각각 20 중량부, 25 중량부로 혼합된 샘플 4, 5가 샘플 3(옻 분말과 볏짚 분말이 각각 15 중량부로 혼합된 황토 모르타르)에 대비하여 압축강도 및 휨강도 특성이 현저히 향상됨을 확인할 수 있다. 이와 같은 결과에 근거하여, 옻 분말과 볏짚 분말은 각각 20∼25 중량비로 혼합되는 것이 더욱 바람직하다.
<실험예 2>
혼화재를 아래의 표 3과 같은 조성으로 구성하고 각 혼화재 샘플의 압축강도 특성을 측정하였다. 각 샘플의 압축강도 특성은 표 4에 나타낸 바와 같다.
표 3에 있어서, 샘플 1은 시멘트만으로 혼화재를 구성한 것이고, 샘플 2∼4는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화재의 조성범위 하에서 구성된 혼화재이다.
<혼화재의 조성>
구분 1종 보통 시멘트 고로
슬래그
분말		 인산티타늄계 화합물 무수석고 소석회 보통탄산칼슘 메타
카올린
샘플 6 100 - - - - - -
샘플 7 - 100 7 7 2 7 7
샘플 8 - 100 25 25 25 38 38
샘플 9 - 100 25 20 5 50 50
<혼화재의 압축강도 특성>
구분 압축강도(N/mm2)
3일 7일 28일
샘플 6 12.8 23.2 42.9
샘플 7 7.8 15.8 26.5
샘플 8 10.8 18.6 30.1
샘플 9 18.6 28.4 52.2
표 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화재의 조성범위 하에서 구성된 혼화재 중 샘플 9의 경우, 시멘트로만으로 이루어진 샘플 6보다 압축강도 특성이 우수함을 알 수 있으며, 이와 같은 결과는 시멘트의 첨가 없이 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화재만으로도 포졸란 반응이 충분히 가능함을 뒷받침한다.
<실험예 3>
혼화재의 종류에 따른 황토 모르타르의 물리적 특성 및 환경적 특성에 대해 실험을 진행하였다. 구체적으로, 황토 100 중량부에 대하여 5종류의 혼화재 각각을 20 중량부씩 혼합하여 황토 모르타르(샘플 10∼14)를 제조하고, 각 황토 모르타르의 물리적 특성 및 환경적 특성을 측정하였다.
아래의 표 5는 황토 모르타르에 첨가되는 혼화재를 종류를 나타낸 것이고, 표 6은 각 황토 모르타르 즉, 샘플 10∼14의 물리적 특성 결과를 나타낸 것이며, 표 7은 샘플 10, 11, 13, 14의 환경적 특성 결과를 나타낸 것이다. 참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화재가 첨가된 샘플 5의 경우, 혼화재의 조성은 실험예 2의 샘플 9의 조성을 갖는다.
표 6을 참조하면, 본 발명의 혼화재가 적용된 샘플 14의 휨강도 및 압축강도 특성이 시멘트가 혼화재로 적용된 샘플 10∼13보다 우수함을 알 수 있다. 또한, 샘플 10∼13의 경우 건조수축 또는 균열이 발생됨에 반해, 본 발명의 혼화재가 적용된 샘플 14의 경우 건조수축 및 균열이 발생되지 않음을 알 수 있다.
표 7을 참조하면, 본 발명의 혼화재가 적용된 샘플 14의 경우 As, Pb, Hg 등의 중금속이 검출되지 않을 뿐만 아니라 테트라클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌 등의 난분해성 유기화학물질 또한 검출되지 않아 친환경적 특성이 우수함을 알 수 있다.
<황토 모르타르에 첨가되는 혼화재의 종류>
구분 혼화재 종류
샘플 10 1종 보통 시멘트
샘플 11 슬래그 시멘트
샘플 12 플라이 애시 시멘트
샘플 13 소일 시멘트
샘플 14 본 발명의 혼화재(샘플 9)
<표 5에 따른 황토 모르타르의 물리적 특성>
구분 휨강도
(28일,N/mm2)		 압축강도(N/mm2) 건조수축/
균열유무
3일 7일 28일
샘플 10 1.6 8.2 1.3 12.7 유/유
샘플 11 2.4 9.5 11.8 13.9 무/유
샘플 12 1.2 6.8 10.5 11.8 유/유
샘플 13 3 9.2 12.5 16.2 무/유
샘플 14 3.8 10.3 15.6 23.7 무/무
<표 5에 따른 황토 모르타르의 환경적 특성(단위:mg/kg)>
시험항목 샘플 14 샘플 10 샘플 11 샘플 13
As 불검출 불검출 불검출 2.82
Pb 불검출 불검출 불검출 0.24
Hg 불검출 불검출 불검출 0.01
Cd 불검출 불검출 불검출 0.19
CN- 불검출 불검출 불검출 불검출
Cr6+ 불검출 0.81 0.43 불검출
Cu 불검출 불검출 불검출 22.3
유기인 화합물 불검출 불검출 불검출 불검출
테트라클로로에틸렌 불검출 불검출 불검출 불검출
트리클로로에틸렌 불검출 불검출 불검출 불검출

Claims (4)

  1. 황토 100 중량부 기준으로 옻 분말 20∼25 중량부, 볏짚 분말 20∼25 중량부, 숯 분말 5∼20 중량부, 천일염 5∼50 중량부, 혼화재 20∼100 중량부의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 황토 모르타르.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 혼화재는,
    포졸란 물질과,
    대기 중에 존재하는 산화물과 반응을 통해 유해물질을 분해하는 인산티타늄계 화합물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 황토 모르타르.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 혼화재는,
    고로 슬래그 분말 100 중량부 기준으로 인산티타늄계 화합물 7∼25 중량부, 무수석고 7∼25 중량부, 소석회 5∼20 중량부, 탄산칼슘 15∼50 중량부, 메타카올린 10∼50 중량부의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 황토 모르타르.
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