활성황토를 혼입한 모르터의 물리적특성에 관한 연구

이현철 전남대학교 대학원 2007 국내석사

현재 구미ㆍ일본 등 선진국에서는 친환경적 측면에서의 시멘트 사용량을 줄이는 방안이 제기되고 있으며, 자원의 순환적 재활용과 환경 친화적인 재료의 개발 등을 통해 시멘트의 환경부하를 저감하기 위한 대체자원의 개발연구가 진행되고 있다. 황토는 우리나라 전통건축에 있어서 돌, 나무와 함께 온돌바닥 및 벽체, 미장재료로 활용되어 온 대표적인 전통 건축재료 중의 하나로써, 활성화를 통한 포졸란 반응성, 높은 축열성, 자정력, 탈취 및 항균성능, 인체에 유익한 원적외선 방사 등의 장점을 가진 대표적인 친환경 재료이다. 또한 우리나라는 세계적으로 유명한 고령토의 산지이며 질적으로 우수한 황토가 풍부하게 매장되어 있어 국내 수급이 용이하고 그 활용 및 개발 조건이 유리한 원료이다. 하지만 현재 그 활용방안이 다각적인 측면에서 연구되고 있으나, 개기공으로 되어 있어 큰 수축에 의한 균열, 낮은 강도특성 등의 결점으로 인해 현대적 건축 재료로의 자원화 개발이 되지 못한 실정이다. 그러므로 천연포졸란 성질을 갖고 있는 활성황토의 재료특성과 장점을 활용하여 공동주택 바닥마감 및 조적, 타일, 미장공사 등 현재 건축 비구조재로 광범위하게 사용되고 있는 시멘트 모르터에 혼화재로써 적용하여 사용한다면 현대적 건축 재료로서의 큰 의의가 있다고 할 수 있다. 이와 같은 관점에서 본 연구에서는 환경문제의 개선 및 친환경성의 증진을 위한 시멘트 대체재로서의 황토의 건축적 활용가능성을 높이기 위하여, 천연 포졸란재료인 황토의 다양한 활성화 조건 및 배합ㆍ양생조건에 따른 활성황토 모르터의 물리적특성에 관한 기초적 연구를 수행하였다. 이에 황토를 활용한 모르터의 물성 영향인자 및 수준 설정을 통해, 황토 활성화 및 배합인자 조건으로서 소성온도, 소성시간, 황토분말도, 냉각방식, 대체율, 물시멘트비(W/C), 잔골재 종류 및 평균입경, 양생방법에 따른 모르터의 경화 전, 경화 후 물리적특성에 대해 비교분석을 실시함으로써, 활성황토 모르터의 물성영향인자에 대한 상관관계 분석과, 최적 활성화 및 배합 조건의 규명을 통하여 활성황토 혼입 모르터의 재료공학적 연구 데이터 마련 및 활용가능성을 제시하고자 하였다. 본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다. (1) 황토의 열반응 분석결과 1차적으로 450~470℃에서 흡열반응이 나타난 후 600℃부근에서 황토의 중량이 다시 증가한 점으로 미루어, 1차적인 황토의 활성화 시작온도는 500℃미만 활성화가 가속화되는 범위는 600℃일 것으로 판단된다. 단, 1,050℃ 이상의 온도에서는 황토가 고상반응을 나타낸 바, 플로우값이 현저하게 저하되고 내부 공극이 다소 많이 발생함에 따라 압축강도의 저하를 가져와 건축적 적용을 위한 활성화 온도로는 부적합할 것으로 사료된다. (2) SEM 분석을 통한 모르터의 미시수화구조 분석결과 800℃에서 활성화시킨 활성황토 모르터에서 포졸란반응이 높게 나타남에 따라 치밀한 C-S-H 구조를 보였고, 건조수축률은 DI=1.05로 최소치를 나타냈다. 또한 압축강도는 활성온도 800~850℃에서 표준모르터에 비해 FI=1.18로 18%가 증가하며 가장 높게 나타났다. 이에 모르터에 활용하기 위한 황토의 최적 활성온도 범위는 800~850℃가 적당할 것으로 판단된다. (3) 황토분말도 3수준별 황토의 활성시간에 따른 모르터의 물리적특성에 있어 황토분말도 13㎛일때 FI=1.26, 활성시간 1시간 조건일 때 FI=1.51로 가장 치밀한 C-S-H구조를 보이며 압축강도 측면에서 가장 높게 나타난 바, 황토분말도는 13㎛의 범위, 활성시간은 1시간이 모르터의 성능 면에서 가장 적정한 조건이라 판단된다. (4) 황토분말도별 냉각방식과 대체율에 따른 모르터의 물리적특성 분석결과, 냉각방식에 따른 플로우는 비슷한 수준을 보였으나 압축강도는 급랭시킨 황토가 10%정도 높게 나타난 바, 급랭시킨 황토일수록 활성화상태가 양호한 것으로 판단된다. 또한 황토대체율 20%에서 시멘트수화구조가 치밀해지고 압축강도 영향계수가 높게 나타난바, 적정 황토대체율의 범위는 20% 범위일 것으로 판단된다. (5) 황토분말도별 잔골재 평균입경에 따른 모르터의 물리적특성 분석결과, 물성영향계수를 고려할 경우 압축강도의 발현을 높이고 적정 플로우값 및 건조수축률의 확보를 위해서는 2.36mm 범위의 잔골재를 사용하는 것이 가장 바람직하다고 판단된다. (6) 황토분말도별 물시멘트비에 따른 모르터의 물리적특성 분석결과, 적정 플로우값을 얻기 위한 물시멘트비는 60~70%(SI=0.71~0.96), 건조수축률은 50% (DI=0.80), 압축강도는 동일 황토분말도 조건하에서 50%~60%(FI=1.49~1.35)일 때 가장 양호하게 나타나, 활성황토 모르터의 물성측면에서 물시멘트비 60%일때 일반 표준모르터보다 35% 이상 압축강도를 더 확보할 수 있으며, 소기의 플로우값 및 건조수축변화율도 기대할 수 있을 것으로 판단된다. (7) 모르터 배합 후 양생조건에 따른 활성황토 모르터의 압축강도특성 분석결과, 수중양생에 비해 대기 중에서 양생시킨 모르터의 압축강도가 10%~15% 정도 감소하는 것으로 나타나 활성황토 모르터의 시공시 대기양생이 적용될 경우 적정품질과 강도발현을 확보하기 위하여 적절한 보양 및 양생방법 등의 개선방안 이루어져야 할 것으로 판단된다. (8) 압축강도에 영향을 미치는 실험변수요인별 상관계수 분석결과, 활성온도에서는 800℃미만이 r=0.92, 800℃이상이 r=-0.97, 활성시간에서는 r=0.89, 황토의 대체율에서는 r=0.69로 압축강도 상관성이 높게 나타난 바, 모르터 배합 시 이들 조건에 대한 신뢰수준은 높게 평가될 것으로 판단된다. (9) 모르터의 혼화재로써 활용하기 위한 황토의 활성화 조건으로는 활성온도 800~850℃, 활성시간 1시간, 냉각방식은 급랭방식이 개별 변수요인별 적정조건이라 판단된다. 또한 모르터의 배합 및 양생조건에서는 황토분말도 13㎛, 대체율 20%, 잔골재 종류는 강사, 잔골재 평균입경 2.36mm, 물시멘트비 60%(작업성 고려), 양생방식에서는 수중양생이 적정 조건이라 판단된다.

石灰를 混合한 黃土 모르터(三和土)의 物性에 관한 基礎的 硏究

안재철 동아대학교 대학원 1997 국내석사

오늘날 우리의 주거환경은 대부분 콘크리트 구조물 속에서 시달리고 있다. 따라서 인간의 건강이 생활환경에 많은 영향을 받는다는 생각은 최근 황토 등의 전통재료의 개발을 필요로 하게 되었다. 그러나 황토는 배합기준이 미확립되고 일반화되어 있지 않아 현재 양산화 되어지는 건설현장에서의 적용은 아직 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 과거 석회를 혼합한 황토(三和土)의 사용을 근거로 아직 미확립된 황토의 배합기준을 옛 문헌을 바탕으로 고찰하여 현시대에 맞는 미장용 황토모르터 개발을 위한 기초자료를 마련하는데 그 목적이 있다. 주재료는 황토와 석회, 잔골재를 사용하고 건조수축을 방지하기 위하여 polypropylene-fiber를 과거의 짚, 쑥 등을 대신하여 5% 첨가하였다. 실험인자로는 황토와 석회를 0:10, 2:8, 4:6, 5:5, 6:4, 8:2, 10:0로 배합하였으며, 잔골재혼합율을 20%, 30%, 40%로 구분하여 황토와 석회 그리고 잔골재의 배합비에 따른 물성을 비교하였다. 그리고 타재료와는 달리 기경성인 황토와 물분체비의 영향을 고찰하기 위해 물분체비를 50%, 60%로 달리하였다. 배합은 시멘트 석회와 모르터 표준배합방법(KS L 5105)에 의거하여 시험체를 제작하였고, Flow Test (KS L 5111)를 통한 굳지 않은 상태의 유동성상과 경화상태의 건조수축율 및 압축강도, 그리고 ASTM A 118.4-1963(R1976) F-5-2 에 의한 전단부착강도를 비교·분석함으로써 미장용 황토모르터를 생산하기 위한 최적의 배합 설계 방법을 제안하는 것을 연구범위로 하였다. 상기와 같이 석회를 혼합한 황토 모르터의 물성에 관한 연구를 행한 결과 아래와 같은 결론을 얻었다. 1. 황토 모르터의 플로우값은 황토의 혼합율이 증가할수록 유동성은 증가하나, 잔골재는 유동성을 저해하는 것으로 나타났다. 2. 석회와 잔골재의 혼합율이 증가할수록 황토 모르터의 건조수축은 크게 감소하였다. 3. 석회나 황토를 단독으로 사용하는 것보다 두 재료를 혼합함으로서 압축강도는 급격히 증가하였으며, 황토혼합율 20~80% 범위에서는 강도의 차가 거의 없는 것으로 나타났다. 4. 황토혼합율 50%까지는 황토의 혼합율에 따른 부착강도의 변화가 없었으나, 50%이상에서는 혼합율이 증가할수록 부착강도는 증가하였다. 그러나 잔골재의 혼합율이 높을수록 전단에 의한 부착강도는 감소하였다. 5. 황토모르터의 건축재료 활용시 혼합된 석회는 강도, 건조수축등의 황토의 단점을 크게 보완하는 역할을 하나 유동성에 저해되는 단점이 있었다. 그러나 향후 유동성 보완을 위한 각종 혼화재의 사용으로 시공성 향상을 위한 Self leveling재로서의 기능이 충족될 것으로 보인다. Today, we need to use the traditional architectural material such as "Hwangto(loess)". But until now, the mixing ratio standard of loess is not confirmed and generalized, and recent mass producting is not so good to be adopted. So, the purpose of this study is to provide fundamental data to develop the loess mortar for plastering complied with this age in a manner that compare and analyze workability by fluidity, drying shrinkage and strength after setting according to the mixing ratio of loess mortar by adding lime be found out to improve the problem of loess. The results of this study are as fellows ; 1. The flow value of loess mortar has increased, as mixing ratio of loess goes up. But fluidity is impected by fine aggregate. 2. With the increase of mixing ratio between lime and fine aggregate, drying shrinkage has diminished considerably. 3. Compressive strength has increased considerably with the mix of two materials(loess and lime) better than using each material. With the range of mixing ratio of loess between 20 to 80%, there's almost no strength difference. 4. Up to 50% of mixing rate of loess, shearing adheasive strength with the mixing ratio of loess was not changed. But over 50%, adhesive strength was increased as mixing ratio. But with the increase of mixing rate of sand, shearing adhesive strength was diminished. 5. Mixed lime as architectural materials of loess mortar, covered the strength and drying shrinkage, but impected the fluidity. But with the use of various kinds of mixed admixture additive to cover up the fluidity, it will satisfy the improvement of workability as self leveling material.

黃土 모르터의 配合比에 따른 施工性에 관한 實驗的 硏究

김한기 東亞大學校 産業大學院 1997 국내석사

The purpose of this syudy is to provide fundamental data on the development of loess mortar for floor complied with this age in a manner that workability by fluidity, contraction after setting and strength development in loess mortar according to the mixing rate of loess, illite and sand be compared through the experiment, :and thereby a quality standard be elicited The results of this study are as follows ; 1. In case of 40% of water/(H+I) ratio, it is impossible for mixing when sand is mixed but only possible over 50% of water/(H+I) ratio. 2. Flow value of loess mortar is increased according to the addition of water. In mortar mixed with sand and illite, flow value is increased up to 50% of sand/(H + I) ratio and illite/loess ratio but decreased over 50%. Therefore, it is found out that proper quantity of sand/(H+I) ratio and illite are about 50%. 3. The workability is improved in excess over the target value over 17cm by adding superplasticizer under the condition that flow value of loess mortar is below the expected value. 4. The drying shrinkage of loess mortar is affected largely by sand rattler than illite. Drying shrinkage is not much in case of mixing sand, it is increased by adding water. 5. The more illite and sand content add, the greater increases compressive strength whereas the more water adds, the greater decreases compressive strength.

시멘트를 배합한 黃土 모르터의 物性에 관한 實驗的 硏究

정종모 東亞大學校 産業大學院 1997 국내석사

The purpose of this study is to provide fundamental data on the applicable loess mortar to job sie in a manner that the mixing ratio with a adequate workability and strength for loess plaster by adding white and alumina cement be found out to improve the problem of loess mortar. The results of this study are as follows ; 1. The flow value of loess mortar is depend on mixing ratio of loess rather than sorts of cement. 2. Shearing adhesive strength of loess mortar is affected largely by mixing ratio of loess and alumina cement mixed Is more effective than white cement mixed. 3. All of conditions, compressive strength of loess mortar is rapidly diminished according to the increase of mixing ratio of loess. 4. In the number of specimens, white cement mixture is more abundant than alumina cement mixture when compressive strength of loess mortar exceeds the expected one. 5. The proper mixing ratios of loess mortar for flow value, adhesive and compressive strength are as follows. ① In case of white cement mixed; 2:5:2, 2:3:1, 24:1, 2:5:1 ② In case of alumina cement mixed; 2:3:2, 2:4:2, 2:5:2, 2:6:2, 2:4:1, 2:5:1, 1:3:2, 1:4:2

소성 황토?굴패각 미분말을 결합재로 활용한 모르터의 물성연구

이진성 동아대학교 대학원 2010 국내석사

굴패각은 CaCO3가 주성분이며, 소량의 SiO2, Al2O3를 함유한 칼슘계 폐기물이란 점을 고려한다면 이의 활용성은 배가될 수 있을 것으로 판단된다. 굴패각의 구조는 방해석(Calcite)구조의 탄산칼슘(CaCO3)으로 되어 있는 점은 석회석과 같지만 치밀한 암석상인 석회석과는 달리 매우 활성이 큰 구조를 이루고 있다. 선행연구 결과 굴패각의 주성분인 CaCO3은 800℃이상의 고온 환경 하에서 CaO와 CO2로 분해하게 된다는 점에 착안하여 고온 가공시 생석회(CaO)로 환원되는 것을 알 수 있었다. 또한 Al2O3와 Fe2O3를 풍부하게 함유하고 있는 점토계 재료와 혼합 소성할 경우 강도의 발현특성이 개선되는 결과를 알 수 있었으며 굴패각 미분말의 강도발현 특성을 개선할 수 있는 점토계 재료는 황토가 적정하다는 것을 알 수 있었다. 또한 황토를 혼합소성한 굴패각 미분말의 최적 압축강도 발현 조건은 황토 치환율 30%이고 1000℃ 이상의 고온소성조건에서 페이스트 단계의 압축강도가 점차 증가하는 경향을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 굴패각과 점토계 재료인 황토를 혼합 소성가공한 황토‧굴패각 미분말을 제조하여 새로운 건축재료로서 굴패각 미분말의 활용방안에 대한 기초자료를 제시하고자 모르터 단계의 물성을 검토하고자 한다. 석회계 결합재로서 굴패각 미분말의 활용성을 검토하기 위하여, 강도발현특성을 배가하기 위해 점토계 재료인 황토를 혼합 소성한 굴패각 미분말의 모르터 단계에 대한 실험을 수행한 결과 다음과 같은 결론은 얻었다. (1) 황토‧굴패각 미분말을 사용한 모르터의 플로우는 전반적으로 유사한 수준을 나타내었으며, 이는 각 조건별 비중의 차가 적음으로써 나타나는 현상으로 판단된다. (2) 응결실험 결과, 황토‧굴패각 미분말의 소성가공조건 1,100℃와 1,200℃의 60분을 제외한 대부분의 소성가공조건에서는 응결시간이 60분 이내인 것으로 나타나 황토‧굴패각 미분말을 석회계 결합재로서 활용하기 위해서는 이에 대한 면밀한 검토가 수반되어야 할 것으로 판단된다. (3) 황토‧굴패각 미분말을 사용한 모르터의 압축강도는 소성온도 1,000℃, 소성시간 120분으로 제작한 황토‧굴패각 미분말을 사용한 경우가 가장 높은 것으로 나타났다. 이상의 결과에서 황토‧굴패각 미분말은 적정 소성조건으로 가공할 경우 수경성을 발휘하는 것으로 나타났으며, 추후 이의 강도 발현성능을 향상하기 위한 연구가 지속된다면 황토‧굴패각 미분말은 석회계 결합재로서 활용성이 높을 것으로 기대된다. 또한 황토를 혼합소성한 황토‧굴패각 미분말의 다양한 활용성의 검토를 위해 시멘트 2차 가공제품, 혹은 미장용이나 벽돌이나 블록 쌓기용 모르터로의 활용성에 대한 연구도 수반되어야 할 것으로 판단된다. Considering the main ingredient of discarded oyster shell is CaCO3 and it contains a little of SiO2 and Al2O3, the usage of it could be increased. The chemical structure of discarded oyster shell is same with limestone in that CaO is the main ingredient and it is hardened with moisture in the air, but comparing with limestone which is made of strict solid, it has much easier structure to be active. According to preceding study, the main ingredient of discarded oyster shell, CaCO3 is divided to CaO and CO2 under high temperature.(upper 800℃) Compressive strength of Oyster shell powder that mixed with Cray material is improved. and best cray material is HwangTo. And under the paste of HwangTo & Oyster shell powder, the best HwangTo replacement ratio is 30%, compressive strength of paste increases under high temperature condition.(upper 1000℃) So this study shows the properties of mortar using calcined HwangTo & Oyster shell powder as mortar's binder. The results are these. (1) The flow of mortar using HwangTo & Oyster shell powder is similar to almost processing condition. This result comes from slight difference of specific gravity. (2) At almost processing condition, The setting time is shorter than 60 min. Therefore In order to use as calcined binder, It will need detailed examination. (3) The compressive strength of mortar using HwangTo & Oyster shell powder is the highest under 1,000℃, 120min. condition. Based on the results, this study shows that Calcined HwangTo & Oyster shell powder revealed hydraulicity. And To increase compressive strength of HwangTo & Oyster shell powder, supplementary studies are needed. And To examine various utilization of HwangTo & Oyster shell powder, The studies on utilization about mortar of plastering work and masonry are needed.