KR100595427B1 - 비소성 천연 수경성 석회 모르타르 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

비소성 천연 수경성 석회 모르타르 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소석회 35~65중량부, 생석회 5~20중량부, 천연 탄산칼슘 15~25중량부와 함께, 초기강도보정을 위한 천연시멘트 25~35중량부, 최소변이를 위한 천연무수석고 1~5중량부가 포함되며, 선택적으로 황토 0~5중량부, 천연섬유 0~0.05중량부, 작업성 향상을 위한 올레핀 설포네이트계의 음이온계면활성제 0~0.03 중량부가 첨가되며, 이 석회분말에 장석질 골재 또는 일반 석영질 모래를 석회분말:골재 중량비 1:3~1:5 혼합하여 제조한 비소성 천연 수경성 석회 모르타르 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

비소성 천연 수경성 석회 모르타르 조성물 및 그 제조방법{The manufacturing method and composition of nonsintering natural hydraulic lime mortar}
본 발명은 건축재료로서, 기능적으로 통기성 및 습도조절에 효과적인 비소성 천연 수경성 석회 모르타르 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
석회는 고대부터 석재, 흙과 함께 사용되어온 건축재료로, 통기성, 습도조절기능 등이 있어, 친환경 건축재료로 예부터 많이 사용되어온 재료이다.
석회는 주로 석재 조적 및 토담벽칠 등 주로 내 외장 마감재로 사용되어왔으나, 낮은 강도 및 균열발생으로 인해 그 용도가 제한되어왔다.
이러한 단점을 해결키 위해, 대한민국 공개특허공보(특2000-0031492)는 석회를 주재로 하여 규석, 점토등을 혼합 분쇄하고 성형시킨 후, 150~250℃의 고열에서 24시간동안 수열합성 시켜 강도를 보강한 건축용 내외장 성형재를 제조하는 특허가 개시되어 있다. 또한, 대한민국 공개특허공보(특2001-0001814)는 석회에 유리섬유, 석고를 함유하는 것을 특징으로하며, 이를 슬러리화 하여 성형한후 CO2를 공급하면서, 60℃의 열을 가해 성형 석회판을 제조하는 방법이다.
그러나, 상기 종래기술들은 건축재료로서 석회의 낮은 강도를 보완해 주기위해 고온, 고압하의 양생조건으로 강도를 향상시킨 성형 석회 건축자재로, 대부분 열을 동반하여야만 하는 것으로 제조비용이 높다는 단점과 대부분 성형재로 부정형으로 마감되어야 하는 용도에는 적합치 못한 문제점을 갖고 있다.
최근 유럽에서는 특정 산지의 석회석을 1,000~1,200℃로 3일간 소성하여, 수경성 광물을 함유한 천연 석회를 제조함으로써 석회의 낮은 강도를 보완하고 있으나, 이 또한 장시간의 소성공정 및 특정 품위의 석회석을 사용하여야 하는 단점을 가지고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결키 위해 본 발명은 건축용으로 사용되고 있는 석회, 더 상세히 설명하면, 소석회, 생석회, 천연 탄산칼슘에 수경성 천연시멘트, 천연무수석고, 황토, 천연섬유, 음이온계면활성제를 최적 계량 혼합해 줌으로써, 소성공정을 거치지 않고, 건조 혼합 공정만으로 간편하게 석회의 낮은 강도를 보완하며, 동시에 석회의 고유 기능성을 갖는 비소성 천연 수경성 석회 조성물을 제조하고, 이 석회분말에 장석질 골재 또는 일반 석영질 모래를 혼합함으로써 부정형의 비소성 천연 수경성 석회 모르타르 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이 본 발 명이 이루고자 하는 기술적 과제인 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하고자, 소석회 35~65중량부, 생석회 5~20중량부, 천연 탄산칼슘 15~25중량부와 함께, 초기강도보정을 위한 천연시멘트 25~35중량부, 최소변이를 위한 천연무수석고 1~5중량부가 포함되며, 선택적으로 황토 0~5중량부, 천연섬유 0~0.05중량부, 작업성 향상을 위한 올레핀 설포네이트계의 음이온계면활성제 0~0.03 중량부가 첨가되며, 이 석회분말에 장석질 골재 또는 일반 석영질 모래를 석회분말:골재 중량비 1:3~1:5 혼합하여 제조한 비소성 천연 수경성 석회 모르타르 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. 200mesh 95%이상 통과분의 평균입도를 갖는 소석회 35~65중량부, 생석회 5~20중량부, 천연 탄산칼슘 15~25중량부의 석회계에, 초기강도 향상을 위한 점토성 석회석으로 제조된 천연시멘트 25~35중량부, 최소변이를 위한 천연무수석고 1~5중량부를 첨가하여 수경성 석회분말 조성물을 조합하고, 이 조성물이 전체 모르타르 조성물에 대하여 14~25중량부가 되도록 한다. 여기에 선택적으로 황토 0~5중량부, 3cm이하 짚의 천연섬유 0~0.05중량부, 작업성 향상을 위한 올레핀 설포네이트계의 음이온계면활성제 0~0.03 중량부가 첨가되어, 기능성을 부여한 후, 이 조합물에 0.075 ~ 4.5mm의 입도분포를 갖는 장석질 골재 또는 일반 석영질 모래를 75~83중량부로 혼합하여 최종조성물을 이루며, 이 조성물은 무중력 분체 혼합기를 사용하여 균질하게 혼합하여 제조한다. 표1에 수경성 석회 분말 조성물의 물리·화학적 특성을 나타내었으며, 표2에 모르타르 조성물의 배합을 나타내었다.
본 발명에서 사용된 각 조성물의 작용기구를 설명하면 다음과 같다. 석회중 생석회(CaO)는 물이 가해지면 발열과 함께 소석회(Ca(OH)2)와 되면서 체적팽창을 함으로 수축을 저감시키는 효과가 있으며, 소석회(Ca(OH)2)는 대표적인 기경성 재료로 대기중의 CO2와 반응(탄산화)하여 최종적으로 천연의 석회석(CaCO3)화 되어 점진적으로 강도가 증가한다. 소석회 입자는 자체만으로는 결합력이 없어 성형시 접착하지 않지만 장기적으로 CO2와 반응해 천연의 석회석화 되는 과정에서 입자간 결합이 이루어진다.
반응식 1 CaO + H2O → Ca(OH)2 + CO2 →CaCO3 + H2 O
따라서 석회계는 이러한 경화구조로 인해 시멘트계와는 달리 다공성 구조를 가지며, 이에따른 통기성 및 흡수율이 높아 자기 습도조절이 가능하며, 석회자체의 알칼리성등으로 인해 항균, 항곰팡이등의 기능도 함께 가진다. 천연 탄산칼슘은 무기질 충전재로서 착색효과 및 평활도를 높이는 작용을 하며, 천연시멘트는 수경성을 갖고 있어 물과의 반응에 의해 C-S-H겔을 형성하여 초기 강도를 향상시키는 작용을 하며, 천연무수석고는 천연시멘트의 수경성 광물(칼슘알루미네이트계)과 반응하여 팽창성의 에트링가이트를 형성시킴으로써 건조수축을 저감시켜, 균열발생을 억제시켜주는 작용을 한다. 한편, 천연섬유는 모르타르 경화체의 선변이를 억제하는 역할을 함으로써 크랙을 방지시켜주는 작용 및 입자간 결합력을 증진시켜주는 역할을 하며, 음이온 계면활성제는 모르타르와 물과 혼련시 공기를 연행시켜줌으로써 볼베어링 효과에 의한 작업성을 향상시켜주는 작용을 한다. 석회계외에 첨가되어지는 천연무수석고, 천연시멘트, 황토, 천연섬유, 음이온 계면활성제등은 과도한 첨가시 이상팽창, 강도저하 및 석회 고유의 기능성 저하의 문제점을 야기시키기 때문에 본 발명에서 제시한 수준으로 첨가가 바람직하다.
(표 1) 비소성 천연 수경성 석회 분말의 물리·화학적 특성
물리적 특성 백색도 (L값) 90㎛체 잔율 (%) 200㎛체 잔율 (%) 단위용적중량 (kg/L) 진비중 분말도 (cm2/g)
72∼78 0.3∼0.5 0 0.58∼0.62 2.56∼2.75 9,500∼11,600
화학적 특성 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 Ig.loss
단위(%) 9.5∼10.5 1.3∼1.7 0.3∼0.5 60∼66 1.2∼1.4 0.2∼0.3 0.01 2.3∼2.9 17∼25
(표 2) 비소성 천연 수경성 석회 건조모르타르 배합 조성물 (단위:중량부)
구 분 소석회 생석회 천연 탄산칼슘 천연 시멘트 천연 무수석고 황토 천연 섬유 음이온 계면활성제 골재
5~16 1~5 2~6 3~8 0.1~1.2 0~5 0~0.05 0~0.03 75~83
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1
제1공정
200mesh 95%이상 통과분의 입도를 갖는 소석회 10kg, 생석회 1.5kg, 천연탄산칼슘 3kg, 천연시멘트 5kg, 천연무수석고 0.49kg를 혼합한 비소성 천연 수경성 석회 분말 19.99kg에 작업성 향상을 위한 올레핀 설포네이트계 음이온 계면활성제 0.01kg를 첨가하여 비소성 천연 수경성 석회 조성물을 제조한 다음,
제2공정
상기 제1공정에서 제조된 비소성 천연 수경성 석회 조성물 20Kg에 0.075~4.5mm의 입도크기를 갖는 장석질 골재 또는 일반 석영질 모래 80kg을 무중력 혼합기에서 10분간 혼합하여, 비소성 천연 수경성 석회 모르타르를 제조하였다.
실시예2
제1공정
200mesh 95%이상 통과분의 입도를 갖는 소석회 10kg, 생석회 1.5kg, 천연탄산칼슘 3kg, 천연시멘트 5kg, 천연무수석고 0.464kg를 혼합한 비소성 천연 수경성 석회 분말 19.964kg에 균열발생 억제를 위한 3cm 이하 건조 짚인 천연섬유 0.03kg, 작업성 향상을 위한 올레핀 설포네이트계 음이온 계면활성제 0.006kg를 첨가하여 비소성 천연 수경성 석회 조성물을 제조한 다음,
제2공정
상기 제1공정에서 제조된 비소성 천연 수경성 석회 조성물 20Kg에 0.075~4.5mm의 입도크기를 갖는 장석질 골재 또는 일반 석영질 모래 80kg을 무중력 혼합기에서 10분간 혼합하여, 비소성 천연 수경성 석회 모르타르를 제조하였다.
실시예3
200mesh 95%이상 통과분의 입도를 갖는 소석회 11kg, 생석회 1.7kg, 천연탄산칼슘 2.5kg, 천연시멘트 6kg, 천연무수석고 0.765kg를 혼합한 비소성 천연 수경성 석회 분말 21.965kg에 황토 3kg, 균열발생 억제를 위한 3cm 이하 건조 짚인 천연섬유 0.03kg, 작업성 향상을 위한 올레핀 설포네이트계 음이온 계면활성제 0.005kg를 첨가하여 비소성 천연 수경성 석회 조성물을 제조한 다음,
제2공정
상기 제1공정에서 제조된 비소성 천연 수경성 석회 조성물 25Kg에 0.075~4.5mm의 입도크기를 갖는 장석질 골재 또는 일반 석영질 모래 75kg을 무중력 혼합기에서 10분간 혼합하여, 비소성 천연 수경성 석회 모르타르를 제조하였다.
실험예 (1)
실시예1에서 제조된 비소성 천연 수경성 석회 모르타르를 공시체로 만들어 각종 성능 평가를 실시하였다. 실시예의 배합비를 표3에, 성능평가결과를 표4에 나타내었다.
실험예 (2)
상기 실시예2에서 제조된 비소성 천연 수경성 석회 모르타르를 공시체로 만들어 각종 성능 평가를 실시하였다. 실시예의 배합비를 표5에, 성능평가결과를 표6에 나타내었다.
실험예 (3)
상기 실시예3에서 제조된 비소성 천연 수경성 석회 모르타르를 공시체로 만들어 각종 성능 평가를 실시하였다. 실시예의 배합비를 표7에, 성능평가결과를 표8에 나타내었다.
비교실험예 (1내지 15)
실시예와 비교를 위하여 소성공정을 거친 유럽 산지의 수경성 석회 제품을 입수하여 모르타르 한 후, 표준 공시체를 제작하였다.(비교예 1) 또한 각 실시예에서의 최적 조성비를 찾기위한 비교실험을 실시하였다. 실시예 1의 비교실험 배합비를 표3에, 성능평가결과를 표4에 나타내었다(비교예 2내지 6).
실시예 2의 비교실험 배합비를 표5에, 성능평가결과를 표6에 나타내었다(비교예 7내지 11). 실시예 3의 비교실험 배합비를 표7에, 성능평가결과를 표8에 나타내었다(비교예 12내지 15).
(표 3) 실시예 1 및 비교예(1내지 6)의 배합조성물 (단위:중량부)
구 분 소석회 생석회 천연 탄산칼슘 천연 시멘트 천연 무수석고 음이온 계면활성제 소성 수경성 석회 골재 물
실시예 1 10 1.5 3.0 5 0.49 0.01 80 20
비교예 1 20 80 20
비교예 2 10 1.0 3.0 5 0.99 0.01 80 20
비교예 3 10 2.0 2.5 5 0.49 0.01 80 20
비교예 4 10 2.5 2.0 5 0.49 0.01 80 20
비교예 5 10 3.0 1.6 5 0.39 0.01 80 20
비교예 6 10 4.0 0.7 5 0.29 0.01 80 20
(표 4) 실시예 1 및 비교예(1내지 6)의 성능평가 결과
구 분 압축강도 (kgf/cm2) 응결시간 (시간:분) 보수성 (Wt %) 공기량 (Vol %) 물흡수 계수비 (kg/m2h0.5) 길이 변화율 (%) 습기투과성 (Sd(m)) 두께(m) :0.01
7일 28일 초결 종결
실시예 1 25 34 5:25 7:25 59 21 2.95 0.06 0.10
비교예 1 11 19 9:40 14:40 61 10 4.45 0.08 0.10
비교예 2 23 31 6:10 8:15 58 22 2.54 0.07 0.13
비교예 3 22 31 5:20 7:40 56 21 2.71 0.08 0.12
비교예 4 22 29 5:05 7:40 56 24 2.65 0.08 0.11
비교예 5 23 33 5:05 7:15 53 20 2.87 0.10 0.11
비교예 6 21 29 4:50 7:05 51 22 3.02 0.09 0.10
(표 5) 실시예 2 및 비교예(7내지 11)의 배합조성물 (단위:중량부)
구 분 소석회 생석회 천연 탄산칼슘 천연 시멘트 천연 무수석고 천연섬유 음이온 계면활성제 골재 물
실시예 2 10 1.5 3.0 5 0.464 0.03 0.006 80 20
비교예 7 10 1.5 3.0 5 0.490 0.010 80 20
비교예 8 10 1.5 3.0 5 0.482 0.01 0.008 80 20
비교예 9 10 1.5 3.0 5 0.473 0.02 0.007 80 20
비교예 10 10 1.5 3.0 5 0.455 0.04 0.005 80 20
비교예 11 10 1.5 3.0 5 0.446 0.05 0.004 80 20
(표 6) 실시예 2 및 비교예(7내지 11)의 성능평가 결과
구 분 압축강도 (kgf/cm2) 응결시간 (시간:분) 보수성 (Wt %) 공기량 (Vol %) 물흡수 계수비 (kg/m2h0.5) 길이 변화율 (%) 습기투과성 (Sd(m)) 두께(m) :0.01
7일 28일 초결 종결
실시예 2 25 34 5:05 7:00 56 19 2.90 0.03 0.10
비교예 7 25 34 5:25 7:25 59 21 2.95 0.06 0.10
비교예 8 24 34 5:20 7:45 59 22 2.92 0.06 0.10
비교예 9 24 33 5:20 7:40 57 20 2.87 0.05 0.11
비교예 10 19 29 5:00 6:50 55 19 2.71 0.03 0.10
비교예 11 19 27 5:05 6:45 55 18 2.73 0.03 0.10
(표 7) 실시예 3 및 비교예(12내지 15)의 배합조성물 (단위:중량부)
구 분 소석회 생석회 천연 탄산칼슘 천연 시멘트 천연 무수석고 황토 천연섬유 음이온 계면활성제 골재 물
실시예 3 11 1.7 2.5 6 0.765 3 0.03 0.005 75 21
비교예 12 15 1.5 3.0 5 0.465 0.03 0.005 75 21
비교예 13 14 1.5 2.9 5 0.565 1 0.03 0.005 75 21
비교예 14 12 1.5 2.8 6 0.665 2 0.03 0.005 75 21
비교예 15 10 1.5 1.7 7 0.765 4 0.03 0.005 75 21
(표 8) 실시예 3 및 비교예(12내지 15)의 성능평가 결과
구 분 압축강도 (kgf/cm2) 응결시간 (시간:분) 보수성 (Wt %) 공기량 (Vol %) 물흡수 계수비 (kg/m2h0.5) 길이 변화율 (%) 습기투과성 (Sd(m)) 두께(m) :0.01
7일 28일 초결 종결
실시예 3 24 33 5:45 8:10 53 24 3.04 0.04 0.09
비교예 12 22 31 5:05 7:15 62 20 2.98 0.04 0.11
비교예 13 22 30 5:30 7:55 57 20 2.96 0.05 0.10
비교예 14 21 31 5:55 8:00 55 21 2.98 0.04 0.10
비교예 15 20 29 6:15 8:30 51 25 3.07 0.06 0.09
상기와 같은 본 발명은 현장에서 물만 혼합하여 반죽 사용되므로, 시공이 간편하며, 기경성 및 수경성을 동시에 갖고 있어, 석회의 단점인 낮은 초기강도를 보상해주며, 석고와 수경성광물과의 반응에 의한 체적변화를 최소화하고, 장기적으로 는 석회가 공기중의 이산화탄소와 반응하여 석회석화 되므로 점차적으로 표면 강도 및 내구성이 증진되며, 다공성 구조로 인한 통기성 및 습도조절 기능을 갖는다. 또한, 착색효과가 우수하며, 고급 내외장용 부정형 마감용으로서 그 용도가 다양하다.















Claims (3)

  1. 비소성 천연 수경성 석회 모르타르 조성물에 있어서, 소석회 35~65중량부, 생석회 5~20중량부, 천연 탄산칼슘 15~25중량부, 점토성 석회석으로 제조된 천연시멘트 25~35중량부, 최소변이를 위한 천연무수석고 1~5중량부, 황토 0~5중량부, 1~3cm 건조 짚인 천연섬유 0~0.05중량부, 작업성 향상을 위한 올레핀 설포네이트계의 음이온계면활성제 0~0.03 중량부로 조성된 비소성 천연 수경성 석회조성물 17~25중량부에 0.075~4.5mm의 입도크기를 갖는 장석질 골재 또는 일반 석영질 모래를 75~83중량부로 조성되어 있음을 특징으로 하는 비소성 천연 수경성 석회 모르타르 조성물
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 비소성 천연 수경성 석회 조성물은 소석회 35~65중량부, 생석회 5~20중량부, 천연 탄산칼슘 15~25중량부, 점토성 석회석으로 제조된 천연시멘트 25~35중량부, 최소변이를 위한 천연무수석고 1~5중량부, 황토 0~5중량부, 1~3cm 건조 짚인 천연섬유 0~0.05중량부, 작업성 향상을 위한 올레핀 설포네이트계의 음이온계면활성제 0~0.03 중량부로 조성되어 있음을 특징으로 하는 비소성 천연 수경성 석회 모르타르 조성물
  3. 비소성 천연 수경성 석회 모르타르 제조방법에 있어서,
    제1공정
    200mesh 95~100% 통과분의 입도를 갖는 소석회 35~65중량부, 생석회 5~20중량부, 천연 탄산칼슘 15~25중량부, 점토성 석회석으로 제조된 천연시멘트 25~35중량부, 최소변이를 위한 천연무수석고 1~5중량부, 황토 0~5중량부, 1~3cm 건조 짚인 천연섬유 0~0.05중량부, 작업성 향상을 위한 올레핀 설포네이트계의 음이온계면활성제 0~0.03 중량부를 첨가하여 비소성 천연 수경성 석회 조성물을 제조한 다음
    제2공정
    상기 제1공정에서 제조된 비소성 천연 수경성 석회 조성물 17~25중량부에 0.075~4.5mm의 입도크기를 갖는 장석질 골재 또는 일반 석영질 모래를 75~83중량부로 혼합하여 무중력 혼합기에서 10분간 혼합하여, 제조함을 특징으로 하는 비소성 천연 수경성 석회 모르타르 제조방법.
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