[논문]친환경 건축자재로서 황토마감재 개발을 위한 천연혼화재 비율설정에 관한 연구

이태구

문제 정의

본 실험에서는 전통 미장 방식에서 발생하는 균열 및 수축 현상을 줄이기 위한 황토 미장재의 성능 개선을 위한 적정 배합 산출 및 자연 혼화재에 따른 균열 및 수축율의 비교분석 실험을 하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구는 황토 미장재의 수축율 변화에 대한 적정 배합을 도출하기 위한 연구로서 황토+모래/규사와 자연혼화재의 적정 비율을 도출하기위한 실험을 하였다.
이를 위해 황토와 혼합되는 혼화재를 천연재료로 선정, 각 재료의 배합비율에 따른 수축율 변화를 토대로 최적으로 혼합율을 선정하게 된다. 이는 기존에 상품화되고 있는 황토마감재가 균열 및 강도의 문제점을 극복하기 위해 백시멘트나 아크릴수지 등을 혼합하고 있는데 대해, 이를 개선하기 위한 목적으로 연구되었다.
황토제품과 관련된 국내외 연구동향 및 기술들을 분석함으로써, 황토의 첨가재 및 첨가물에 따른 기능 및 효과 등을 알아보았다. 이를 통해 황토 자체가 갖는 기능은 유지하면서 균열이나 수축 등 내장재로 사용 시 발생되는 문제점 들을 극복할 수 있는 방안을 모색한다.
이상의 결과들로부터 전통 미장의 성능을 개선하기 위한 황토와 자연 혼화재의 적정 배합율 추출을 위한 기초자료를 마련하였다. 앞으로 황토 미장재의 다양한 표면처리를 위한 기술력 및 시공성을 향상시킬 수 있는 자연혼화재의 첨가 방안의 모색이 필요할 것으로 보이며 추후심도 있는 연구가 계속 진행되어야 될 것으로 사료된다.
이에 본 연구는 현재 실내 건축벽면에 적용되고 있는 석고보드 및 화학제품의 내장재를 대체할 수 있도록 자연재료를 이용, 친환경 황토마감재를 개발하고자 한다. 이를 위해 황토와 혼합되는 혼화재를 천연재료로 선정, 각 재료의 배합비율에 따른 수축율 변화를 토대로 최적으로 혼합율을 선정하게 된다.
황토와 규사/모래의 비율을 2:1로하고 천연재료인 세사 100g을 각각 첨가하여 인장력을 늘리고자 하였다. 두가지 실험에서 곰팡이가 나타나는 공통적인 성질을 나타냈다.

제안 방법

3) 또 자연 혼화재인 석회와 세사의 배합을 같이 첨가시켜 실험한 경우는 두가지 방법으로 진행하였다. 규사와 같은 성질을 가지는 모래를 첨가해 본 실험 결과는 규사와 석회 및 세사를 첨가한 실험은 석회의 바인더 역할로 인해 균열 발생을 억제 시킨 것으로 나타났으며, 수축량도 거의 발생하지 않았음을 알 수 있었다.
각각의 배합을 100*50*1.5cm 미장하여 일주일 경과 후 실험체를 전체 비율에 따라 치수를 측정하여 처음의 상태를 디지털 카메라로 촬영한뒤 일주일 경과 후의 상태를 측정하여 균열과 수축의 비율을 구한다.
모래 배합실험의 경우도 마찬가지로 석회와 세사 100g을 넣어 봄으로써 수축율과 크랙의 정도를 확인해 보았다. 7일 경과 후 4%의 전체적인 수축과 약간의 작은 크랙만 볼 수 있었다.
실험 후 각 배합물을 일정한 크기로 미장한 뒤 일주일이 지난 후 미장 상태를 디지털 카메라로 촬영하고 일주일 마다 수축 정도를 측정하는 것을 기준으로 한다.
앞에 실험에 이어 석회와 석고, 세사 100g을 같이 첨가해봄으로써 수축율의 변화와 크랙의 정도를 확인하는 실험을 하였다. 석회와 세사만 첨가한 경우와는 다르게 크랙발생은 없었지만 7일 뒤 수축율이 4.
앞의 실험과는 달리 인장력 증가와 바인더 역할을 할 수 있는 석회와 세사 100g을 같이 첨가하여 실험결과를 알아보았다. 본 실험은 석회가 바인더 역할을 함과 동시에 세사에 의해 인장력이 증가하면서 처음 7일 경과 후 1%의 수축율을 보일뿐 더 이상의 크랙이나 수축율의 변화를 보이지 않게 나타났다.
자연 혼화재를 앞 실험과 같이 배합하지만 세사와 같은 인장력의 역할을 하는 황마포를 대신 넣어 인장력에 반응하는 정도를 실험하였다. 세사 100g을 첨가한 것과는 달리 황마포를 첨가했을 때 7일 뒤 가로 2.
특히 황토를 내장재로 사용할 경우 나타나는 단점으로 물에 약하고, 크랙발생, 흙의 묻어남을 방지할 수 있도록 혼화재를 선정하게 된다. 즉, 혼화재의 결정 및 성능 보완을 위해 혼화재의 비율산정, 자연재료 첨가에 의한 강도 및 효과 분석 등 내장재로서 요구되는 특성을 분석한다.
다양한 혼화재를 섞은 황토몰탈을 시험제작 후 일정기간 시일이 지나 수축변화 정도를 측정한다. 측정결과를 통해 혼화재의 종류와 배합비율에 따라 발생하는 수축율을 분석, 최적의 황토마감재가 되도록 결정한다.
혼화재 선정 및 각각의 배합비율에 따라 황토 마감재의 수축율을 분석한다. 다양한 혼화재를 섞은 황토몰탈을 시험제작 후 일정기간 시일이 지나 수축변화 정도를 측정한다.
황토+규사/모래의 2:1 배합과 석회, 석고, 황마, 세사 등을 각각 배합하는 실험적 비율로 하였다.
황토의 입도 분포는 황토 미장에 있어서 균열에 많은 상관관계를 갖는 것으로 사료되므로 각각의 혼화재의 성질에 맞춰 배합을 함으로써 각각의 황토 마감재의 균열정도를 파악하였다.
황토의 채취로부터 황토 마감재 실험체를 제작, 첨가물의 배합과 종류에 따라 성능의 변화 및 수축율, 크랙등의 변화를 분석하였다.
황토제품과 관련된 국내외 연구동향 및 기술들을 분석함으로써, 황토의 첨가재 및 첨가물에 따른 기능 및 효과 등을 알아보았다. 이를 통해 황토 자체가 갖는 기능은 유지하면서 균열이나 수축 등 내장재로 사용 시 발생되는 문제점 들을 극복할 수 있는 방안을 모색한다.

대상 데이터

이에 본 연구는 현재 실내 건축벽면에 적용되고 있는 석고보드 및 화학제품의 내장재를 대체할 수 있도록 자연재료를 이용, 친환경 황토마감재를 개발하고자 한다. 이를 위해 황토와 혼합되는 혼화재를 천연재료로 선정, 각 재료의 배합비율에 따른 수축율 변화를 토대로 최적으로 혼합율을 선정하게 된다. 이는 기존에 상품화되고 있는 황토마감재가 균열 및 강도의 문제점을 극복하기 위해 백시멘트나 아크릴수지 등을 혼합하고 있는데 대해, 이를 개선하기 위한 목적으로 연구되었다.
황토와 규사/모래 비율을 2:1로 배합하여 100*50*1.5cm의 실험체를 제작하였다. 7일 경과 후 1.
황토의 고유 성질을 그대로 유지하면서 습도조절, 단열, 공기정화, 향균작용, 방충, 탈취, 발열 등의 효과를 내도록 천연재료의 혼화재를 선정한다. 특히 황토를 내장재로 사용할 경우 나타나는 단점으로 물에 약하고, 크랙발생, 흙의 묻어남을 방지할 수 있도록 혼화재를 선정하게 된다.

성능/효과

1) 황토와 모래 및 규사의 적정 배합을 도출하는 실험결과는 수축율의 경우 규사의 첨가량이 증가함에 따라 수축율은 줄어드는 것으로 나타났으며, 균열 또한 규사의 비율이 많은 것이 균열의 정도가 적은 것으로 나타났다. 미장재의 시공성은 자연 혼화재의 배합이 없는 경우 시공성이 떨어지는 것을 알 수 있었다.
5~3%의 수축율을 보였다. 14일, 21일 경과 후에 수축율이 4~5%정도까지 수축율이 변화되었고, 크랙도 점차 시간이 지나면서 증가하는 것으로 나타났다.
2) 기본 배합에 균열 및 수축율 제어를 위한 적정량의 세사 등 첨가한 실험 결과는 황토와 규사의 배합비율을 2:1로 한 결과 두가지 실험 모두 비슷한 균열과 수축율을 나타내었다. 균열 및 수축율이 황토의 첨가량이 많고 적음에 영향을 받는 것으로 나타났다.
4) 석회, 석고, 세사 등 모든 자연 혼화재를 첨가한 실험결과는 균열의 발생은 보이지 않았으나 수축율의 변화가 나타났으며 점차 시간이 지남에 따라 수축의 진행이 어느 순간까지는 나타났으나 더 이상의 수축율이 진행하지 않는 것으로 나타났다. 그리고 세사를 대신해 황마포의 자연 혼화재를 첨가한 실험결과는 마찬가지로 균열의 발생은 없었으나 수축율이 1.
5cm의 실험체를 제작하였다. 7일 경과 후 1.5%수축에서 2~3%으로의 수축과 균열 발생이 증가하여 미장재로서는 시공성이 저하되는 것으로 나타났다. 그리고 규사 2:1의 비율로 한 실험은 처음에 0.
3) 또 자연 혼화재인 석회와 세사의 배합을 같이 첨가시켜 실험한 경우는 두가지 방법으로 진행하였다. 규사와 같은 성질을 가지는 모래를 첨가해 본 실험 결과는 규사와 석회 및 세사를 첨가한 실험은 석회의 바인더 역할로 인해 균열 발생을 억제 시킨 것으로 나타났으며, 수축량도 거의 발생하지 않았음을 알 수 있었다. 또 모래와 석회, 세사를 첨가시킨 실험도 수축량이 규사를 첨가했을때보다 3%가량 높았으나 그와 비슷하게 더 이상의 수축과 균열의 발생이 나타나지 않았음을 알 수 있었다.
2) 기본 배합에 균열 및 수축율 제어를 위한 적정량의 세사 등 첨가한 실험 결과는 황토와 규사의 배합비율을 2:1로 한 결과 두가지 실험 모두 비슷한 균열과 수축율을 나타내었다. 균열 및 수축율이 황토의 첨가량이 많고 적음에 영향을 받는 것으로 나타났다. 그러나 처음 실험과 비교해보면 자연 혼화재의 첨가 유무가 균열 및 수축율 변화에 좀더 많은 영향을 주는 것을 알 수 있었다.
균열의 경우는 석회가 바인더 역할을 하여 균열을 억제하였으며, 세사·황마의 첨가로 인한 황토의 인장력이 향상되었다. 따라서 혼화재와 세사 등의 양이 늘어나면서 전체적으로 균열이 적게 나타난 것으로 사료된다.
5㎝두께의 황토몰탈로 마감한 상태에서 다양한 재료를 이용해 도료한 후 실내습도의 변화를 살펴본 결과는 다음과 같다(그림 3). 그래프에서 보는바와 같이 점토질황토와 황토도료를 사용한 경우 흡습기능이 가장 좋으며, 아마인유나 유액 등의 도료를 사용한 경우 흡습기능이 가장 낮게 나타나는 것으로 밝혀졌다. 이것으로 봐서 황토나 석회, 크박, 천연색소 등은 황토의 흡습기능을 대부분 유지하나 유액, 화학성분의 도료는 이를 떨어뜨림을 알 수 있다.
균열 및 수축율이 황토의 첨가량이 많고 적음에 영향을 받는 것으로 나타났다. 그러나 처음 실험과 비교해보면 자연 혼화재의 첨가 유무가 균열 및 수축율 변화에 좀더 많은 영향을 주는 것을 알 수 있었다.
5%수축에서 2~3%으로의 수축과 균열 발생이 증가하여 미장재로서는 시공성이 저하되는 것으로 나타났다. 그리고 규사 2:1의 비율로 한 실험은 처음에 0.5cm 가량의 균열이 발생하여 전체 4~5%의 수축율을 보였지만 시간이 흐름에 따라 균열 1cm, 수축율이 6~6.5%로 증가되는 것으로 나타났다
4) 석회, 석고, 세사 등 모든 자연 혼화재를 첨가한 실험결과는 균열의 발생은 보이지 않았으나 수축율의 변화가 나타났으며 점차 시간이 지남에 따라 수축의 진행이 어느 순간까지는 나타났으나 더 이상의 수축율이 진행하지 않는 것으로 나타났다. 그리고 세사를 대신해 황마포의 자연 혼화재를 첨가한 실험결과는 마찬가지로 균열의 발생은 없었으나 수축율이 1.5% 가량 발생하다 더 이상의 수축이 진행되지 않는 것으로 나타났다.
규사와 같은 성질을 가지는 모래를 첨가해 본 실험 결과는 규사와 석회 및 세사를 첨가한 실험은 석회의 바인더 역할로 인해 균열 발생을 억제 시킨 것으로 나타났으며, 수축량도 거의 발생하지 않았음을 알 수 있었다. 또 모래와 석회, 세사를 첨가시킨 실험도 수축량이 규사를 첨가했을때보다 3%가량 높았으나 그와 비슷하게 더 이상의 수축과 균열의 발생이 나타나지 않았음을 알 수 있었다.
또, 규사 배합의 경우는 자연 혼화재의 첨가물이 늘어날수록 수축율이 떨어지는 것으로 나타났으나, 규사, 세사, 석회, 석고를 첨가한 경우는 오히려 수축율이 처음보다 더 늘어난 것으로 나타났다.
모래의 경우 세사와 석회&세사를 첨가했을 때 수축율은 높아졌지만, 석고를 더 첨가했을 때는 수축율이 줄어드는 것으로 나타났으며, 규사의 경우에는 자연혼화재의 첨가물이 늘어날수록 수축율이 떨어지는 것으로 나타났으나, 규사, 세사, 석회, 석고를 첨가한 경우는 오히려 수축율이 처음보다 더 늘어난 것으로 나타났다.
두가지 실험에서 곰팡이가 나타나는 공통적인 성질을 나타냈다. 모래의 실험에서 7일 경과 후 1~2mm의 잔크랙이 많이 발생하고 2.5%정도 수축하였지만 시간이 지날수록 크랙의 변화 보다는 수축의 변화율이 높았다.
앞의 실험과는 달리 인장력 증가와 바인더 역할을 할 수 있는 석회와 세사 100g을 같이 첨가하여 실험결과를 알아보았다. 본 실험은 석회가 바인더 역할을 함과 동시에 세사에 의해 인장력이 증가하면서 처음 7일 경과 후 1%의 수축율을 보일뿐 더 이상의 크랙이나 수축율의 변화를 보이지 않게 나타났다.
앞에 실험에 이어 석회와 석고, 세사 100g을 같이 첨가해봄으로써 수축율의 변화와 크랙의 정도를 확인하는 실험을 하였다. 석회와 세사만 첨가한 경우와는 다르게 크랙발생은 없었지만 7일 뒤 수축율이 4.5%로 진행되고, 시간이 지날수록 좌우 7cm정도 줄어들면서 전체 수축율의 변화가 7%까지 변화되었다. 그 뒤로 더 이상의 크랙이나 수축율의 변화는 나타나지 않았다.
자연 혼화재를 앞 실험과 같이 배합하지만 세사와 같은 인장력의 역할을 하는 황마포를 대신 넣어 인장력에 반응하는 정도를 실험하였다. 세사 100g을 첨가한 것과는 달리 황마포를 첨가했을 때 7일 뒤 가로 2.5cm, 세로 1.5cm 전체 1.5%의 수축율을 보였으며, 크랙의 발생은 나타나지 않는 것으로 보여다. 그리고 시간이 지나면서 크랙과 수축율의 변화는 더 이상 나타나지 않았다.
실험 결과 모래 배합의 경우 세사와 석회·세사를 첨가했을 때 수축율은 높아졌지만, 석고를 첨가했을 때는 수축율이 줄어드는 것으로 나타났다.
위 표에서 보면, 자연 혼화재인 석회, 석고, 세사, 황마포 등을 첨가하여 배합함에 따라 균열이 적어지는 것으로 나타났으며, 특히 혼화재를 모두 첨가한 경우 균열발생이 적게 나타나는 것으로 나타났다.

후속연구

이상의 결과들로부터 전통 미장의 성능을 개선하기 위한 황토와 자연 혼화재의 적정 배합율 추출을 위한 기초자료를 마련하였다. 앞으로 황토 미장재의 다양한 표면처리를 위한 기술력 및 시공성을 향상시킬 수 있는 자연혼화재의 첨가 방안의 모색이 필요할 것으로 보이며 추후심도 있는 연구가 계속 진행되어야 될 것으로 사료된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기밀성이 높은 건축물의 등장은 어떤 문제를 초래하게 되었는가?	각종 건축 자재에서 나오는 휘발성 유기화합물과 포름 알데히드 및 각종 유해물질은 사회적 문제로 부각되고 있으며, 또한 기밀성이 높은 건축물의 등장은 실내공기오염이라는 문제를 초래하게 되었다. 현대인들이 하루 중 80% 이상을 건물 내에서 생활하고 있음을 고려할 때, 쾌적하고 건강한 실내공기질의 확보는 매우 중요하다.
	수분을 제거한 소석고에 물을 혼합하면 어떻게 되는가?	석고를 약 190℃에서 가열하여 75% 정도의 수분을 제거한 소석고가 만들어진다. 여기에 물(최소 18%)을 혼합하면 다시 입자의 결정이 결합하여 단단한 수산화칼슘의 황산염 상태로 돌아가 경화된다. 석고는 제작이 용이하며, 흡수성이 좋으며, 건조가 빠르고 비교적 가격이 적게들며, 동일한 형을 많이 생산할 수 있는 이점이 있다.
	황토는 어떤 특징이 있는가?	황토는 원적외선 복사 특성이 양호하고, 약알칼리성을 띄며, 습도가 높을 때 수분을 흡수하고, 건조 시 습기를 발산하는 자동습도조절 능력을 가지고 있다. 황토 미립자속에 작은 기공으로 인해 공기를 순환시키며, 온도 조절력을 갖으며, 개보수가 용이한 특성을 갖는다.

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