폐주물사를 이용한 고강도 자동 수평 모르타르

폐주물사를 이용한 고강도 자동 수평 모르타르{Self-levelling mortar containing waste casting sand}

본 발명은 폐주물사를 이용하며, 우수한 축열능력과 논크랙(non-crack) 특성을 갖는 고강도의 자동수평모르타르(self-levelling mortar)에 관한 것이다.

자동수평모르타르는 모르타르 스스로가 자동으로 수평을 형성하여 평탄하고 내구성이 우수한 바닥면을 형성시켜주는 모르타르로서, 통상적으로 시멘트를 주성분으로 하여 골재와 첨가제 등을 배합하여 제조한다. 이러한 자동수평모르타르는 바닥에 타설한 후 로울러 등으로 가볍게 밀어주기만 하면 되므로 미장이 필요없어 시공이 간편한 장점이 있다.

폐주물사는 그 주성분이 이산화규소 85.15%, 산화알루미늄 1.35%, 흑연 2%, 규산소오다 5%, 염화나트륨0.5%, 불순물 0.35%, 기타 0.45% 등으로 강알카리성 화학점결 물질로 pH가 약 9∼10으로서, 소량의 알루미나 및 산화철을 포함하고 있어 우리 인체에 굉장히 해로운 물질이지만 일부는 건자재 제조에 사용되나 대부분 매립 등의 방법으로 처리되어지고 환경오염에 심각한 영향을 주고 있는 실정이다.

한편, 국내 에너지의 97.5%를 수입하는 가운데 건축물의 부분에서 25%이상을 소비하고 있다, 따라서, 에너지를 절약하기 위해서는 축열능력을 갖는 건축자재에 대한 연구가 무엇보다도 중요하다.

따라서 본 발명은 폐자재의 사용을 극대화하면서도 축열능력이 우수한 자동수평모르타르를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명자의 연구에서, 폐주물사를 숯과 플라이애쉬를 이용한 시멘트와 적정비율로 배합하게 되면 축열능력이 우수하고, 논크랙특성을 가지며 자동수평능력이 우수한 고강도의 모르타르를 제조할 수 있게 된다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.

그러므로 본 발명에 의하면, 자동수평 모르타르에 있어서, 시멘트 조성물과, 상기 시멘트조성물 100중량부당 30 내지 100중량부의 폐주물사를 함유하며, 상기 시멘트 조성물은 숯, 플라이애쉬, 포틀랜드 시멘트 및 플라이애쉬를 주성분으로 하되, 상기 주성분 100중량% 기준으로 숯은 20∼60중량%이고, 백반은 1∼10 중량%이며 나머지 중량%가 포트랜드 시멘트와 플라이애쉬로 이루어지고, 상기 포트랜드 시멘트와 플라이애쉬에 함유되어 있는 CaO 대 Al ₂ O ₃ 의 비율이 1:1∼6:1인 것을 특징으로 하는 폐주물사를 이용한 자동수평모르타르가 제공된다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 자동수평모르타르는 시멘트 조성물과 폐주물사를 함유한다.

본 자동수평모르타르에 사용되는 시멘트 조성물은 숯, 플라이애쉬, 포틀랜드 시멘트 및 플라이애쉬를 주성분으로 하는 것으로, 조성물중 숯의 함량은 상기한 주성분 100중량% 기준으로 20∼60중량%, 보다 바람직하게 40∼50중량%가 적당하다. 상기한 주성분 100중량% 기준으로 숯의 함량이 60중량%를 초과하게 되면 축열능력 및 전자파차단 효과는 높아지게 되나 시멘트의 경화 또는 응결시간이 길어지고 시멘트로서 사용하기에 부적합한 정도의 강도를 나타내게 된다.

상기 시멘트 조성물에는 또한 백반이 주성분으로 사용된다. 백반은 명반(明礬)이라고도 하는 것으로서, 칼륨백반, 암모늄백반, 암모늄-철백반 ·루비듐-코발트백반 등이 있다. 백반은 이질동상이기 때문에 혼성결정을 잘 만들며, 한 백반의 결정 위에 다른 백반의 결정을 성장시킬 수도 있다. 숯과 플라이애쉬는 자경성이 없다. 따라서 이들을 다량으로 함유하는 조성물에 백반을 첨가하지 않으면 강도가 크게 저하되어 시멘트로 사용할 수 없게 되나, 이러한 백반을 본 발명에 따르는 양으로 배합하게 되면 경화가 촉진되고 강도가 크게 향상된다.

시멘트 조성물에서 백반의 함량은 주성분 100중량% 기준으로 1∼10중량%, 바람직하게 5∼8중량%이다. 시멘트 조성물중 백반의 함량이 1중량% 보다 적은 경우에는 시멘트의 강도가 부족하고 응결시간이 지나치게 길어지게 되며, 10중량%를 초과하는 경우에는 추가 배합에 따른 더 이상의 강도 향상을 기대하기 어렵게 되며트랙이 발생하기 쉽다.

본 시멘트 조성물에는 포트랜드 시멘트와 플라이애쉬가 주성분으로 사용되는데 이들의 합량은 주성분 100중량% 기준으로 30∼79중량%로 하되, 이 두성분에 함유되어 있는 산화칼슘(CaO) 대 알루미나(Al ₂ O ₃ )의 비율이 1:1∼6:1, 특히 바람직하게 4:1∼5:1이 되도록 하는 것이 필요하다. 통상적으로 포트랜드 시멘트는 산화칼슘의 함량이 약 63중량%이고 알루미나의 함량이 약 6중량%이며, 플라이애쉬는 산화칼슘의 함량이 약 9중량%이고 알루미나의 함량이 약 23중량%이다.

본 시멘트 조성물에서 산화칼슘의 비율이 상기한 범위의 하한 보다 낮은 경우에는 자경성의 결여로 응결속도 및 강도가 불량하게 되고, 상기 범위의 상한을 초과하는 경우에는 크랙 발생 및 수밀성 불량을 초래할 수 있는 등의 문제가 있다.

또한 시멘트 조성물에는 원할 경우 응결촉진을 위하여 이수석고 및 무수석고와 같은 석고를 함유시킬 수도 있다. 본 조성물중 석고의 바람직한 함량은 조성물 전체중량 기준으로 3∼10 중량%가 적당하다.

본 시멘트 조성물에는 상기한 성분들 이외에 시멘트에 통상적으로 배합되는 기타 첨가제들도 함유시킬 수 있음은 물론이다. 이러한 기타 첨가제의 예로는 강도를 증진시키는데 사용되는 고강재, 조강재 등이 있다.

본 발명의 자동수평모르타르에는 상기한 바와 같은 시멘트 조성물에 폐주물사가 배합된다. 본 자동수평모르타르에서 폐주물사의 배합비율은 시멘트 조성물 100중량부당 30∼100중량부가 적당하다. 폐주물사의 배합비율이 30중량부 보다 적은 경우에는 흐름도가 지나치게 높고 압축강도가 낮아서 자동수평모르타르로 사용하기에 부적합하며, 100중량부를 초과하는 경우에는 압축강도는 높은 반면에 흐름도가 낮아서 자동수평능력이 부적합하게 된다.

본 자동수평모르타르에서 자동수평능력은 유동화제를 첨가하여 조절할 수 있으며, 이러한 유동화제는 시멘트 조성물 100중량부당 0.1∼2.5중량부가 적당하다. 이러한 유동화제는 당분야에 잘 알려져 있으며, 그 바람직한 예로는 나프탈렌계 고유동화제가 있다.

또한 본 모르타르에는 상기한 주성분 이외에 방수재 등과 같은 통상의 첨가제를 배합할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 하기 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명이 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2]- 시멘트 조성물

믹서기에 표 1에 나타낸 바와 같은 비율로 숯 분말, 포트랜드시멘트, 플라이애쉬 및 백반을 투입하고 잘 혼합하여 시멘트 조성물을 제조하였다. 사용된 포트랜드 시멘트는 산화칼슘함량 63.3중량%, 알루미나 함량 5.8중량%이고, 플라이애쉬는 산화칼슘함량 8.91중량%, 알루미나함량 22.88중량%이었다.

제조된 시멘트 조성물의 원적외선방사율과 방사에너지를 측정하였고, 또한 응결시간과 압축강도를 측정하여 기존의 포트랜드 시멘트(KS) 및 플라이애쉬 시멘트(KS)와 비교하였다.

이때, 원적외선 방사율과 방사에너지(FT-IR)는 제조된 시멘트를 사용한 미장 모르타르를 성형체에서 성형하여 제작한 크기 30㎜×30㎜×3㎜의 시편을 대상으로 측정하였다. 측정 결과는 표 1에 제시된다.

[실시예 5 내지 8 및 비교예 3 내지 4] - 자동수평 모르타르의 압축강도

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 시멘트 조성물 100중량부, 폐주물사 100중량부 및 나프탈렌계 고유동화제 1.5중량부를 함유하는 자동수평모르타르로 성형한 크기 90㎜×70㎜×25㎜의 시편을 미장 모르타르로 3㎜ 두께로 바른 후에 압축강도를 측정하였다(KS L 5105 및 KS L 5201). 측정 결과는 표 2에 제시된다.

[실시예 9 내지 11 및 비교예 5]- 폐주물사의 함량변화에 따른 자동수평모르타르의 흐름도

실시예 1의 시멘트 조성물 100중량부당 나프탈렌계 고유동화제 1.5중량부와 하기 표 1에 나타낸 비율의 폐주물사를 배합하여 자동수평모르타르를 제조하고, 제조된 모르타르의 흐름도를 KS L 5105-82 방법으로 측정하였다. 측정결과는 표 3에 제시된다.

상기한 실험결과로부터 명백하게 되는 바와 같이, 본 발명에 의하면 폐주물사와 우수한 축열능력과 논크랙특성을 갖는 시멘트를 사용하여 숯 고유의 특성인축열효과, 전자파흡수효과, 항균 및 탈취효과, 방습 및 방음효과, 열효율증대효과, 혈액순화 및 신진대사 촉진효과 등과, 플라이애쉬의 고유특성인 수화열에 의한 크랙방지 효과 등을 발현하고 시공이 간편한 자동수평모르타르를 제조하는 것이 가능하게 된다.