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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 이러한 문제점들의 해결방안의 하나로 흡착성능 및 정화성능이 뛰어난 활성탄을 실내마감 재료 중 하나인 모르타르에 혼입하여 물리적, 역학적 특성을 파악하고, 나아가 유해물질의 흡착 및 정화 성능효과를 규명함으로써 활성탄을 혼입한 친환경성 모르타르의 활용성과 실용화에 기초자료를 제시 하는 것이 본 연구의 목적이다.
- 본 연구는 유해물질의 흡착 및 정화 성능을 갖춘 활성탄을 잔골재로 이용한 친환경 모르타르 개발의 실험 결과로 다음과 같은 결론을 얻었다.
가설 설정
- 흡牛량이 적게 나타났다. 5시간 경과 후에서는 치환율 50%에서' 가.장 많은 흡수량을 나타냈으며 치환율 20%에서만 plain 里다 적게 나타났고 24 시 간경 과에서 는 흡수량이 대 부분 비슷하게 나타났다.
제안 방법
- 라돈가스 측정방법은 그림 4와 같이 현재 가장 많이 사용되고 있는 시간적분형법으로 실내 공기 중 라돈의 농도가 기압, 온도, 습도에 따라 민감하기 때문에 평균값을 기준으로 하여라 돈 감지센서가 장착되어 있는 전문 라돈측정업체 인 국내 R 사에서 생산되는 작은 원통형 모양의 라돈 포집기를 이용하였다. 3일간 양생된 시험체에 포집기를 설치하여 28일 동안 라돈을 포집한다.
- 본 연구의 실험계획은 표 1과 같고, 먼저 배합사항(표2 참조)으로 모르타르의 배합비 1:2, 1:3, 1:4와 같이 3개의 수준으로 하고 W/C는 목표 플로우 120±10mm에 만족하는 적정 비로 하고, 잔골재의 질량에 대하여 활성탄의 치환율은 0(plain)% 및 20, 40, 50, 60, 80%로 6수준으로 계획한다.
- 실험사항으로는 굳지 않은 모르타르에서는 플로우 및 단위용적 질량을 측정하고 경화 모르타르에서는 압축강도, 휨강도, 흡수시험, 건조수축 길이변화율, CO2홉수량, 라돈방출량을 각각 계획된 재령에 따라 측정한다.
- 이산화탄소 흡착 시험은 그림 3과 같이 밀폐된 공간에 5X5X5cm의 모르타르 공시체 2개를 넣고 10분, 1시간 5시간 경과 후 가스 측정기를 이용하여 이산화탄소의 농도를 측정한다.
- 3일간 양생된 시험체에 포집기를 설치하여 28일 동안 라돈을 포집한다. 포집기에 의한 라돈 농도 측정법은 모르타르 표면에 라돈 및 자핵종에서 방출되는 알파 입자가 입사될 때 생성된 미세한 흔적을 알카리 등으로 포집하여 비적이 생성되도록 한 후 현미경 등으로 라돈의 농도를 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 사용재료로써 시멘트는 국내산 S사의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하고, 잔골재는 충북 충주 일원의 강모래를 사용하며 활성탄은 석탄질의 활성탄을 사용하고 각각 물리 및 화학적 성질은 표3~5와 같으며 잔골재 및 활성 탄의 SEM 및 입도 분포는 그림 1, 2 와. 같다.
이론/모형
- 의거하여 측정하였다. 경화 모르타르의 실험으로 압축강도는 KS L 5105, 휨강도는ASTM C 348, 길이변화는 KS F 2424, 흡수시험은 KS F 2451에 의거 실시한다.
- 본 연구의 실험방법으로 KS L 5109(수경성 시멘트반죽 및 모르타르의 기계적 혼합방법)에 의거 실시하며, 굳지 않은 모르타르 실험에서는 플로우는 KS L 5105, 단위용적질량은 KS F 2409에 의거하여 측정하였다. 경화 모르타르의 실험으로 압축강도는 KS L 5105, 휨강도는ASTM C 348, 길이변화는 KS F 2424, 흡수시험은 KS F 2451에 의거 실시한다.
성능/효과
- 1) 굳지 않은 모르타르의 플로우는 활성탄 치환율이 증가할수록 증가하는 경 향으로 나타났고, 1:2배합에서 치환율 20%까지, 1:3, 1:4배합에서는 치환율 40%까지 목표 플로우에 만족하였다. 활성탄 치환율에 따른 단위용적질량 변화에서는 치환율이 증가할수록 감소하였으며, 따라서 활성탄을 사용하여 건축재료의 경량화에도 기여할 것으로 판단된다.
- 1:2 부배합에서 1:4 빈배합으로 갈수록 활성탄 치환율 변화에 수축의 차이도 크게 나타나는 경향을 나타내었다. 이는 다량의 수분유효에 따른 결과로 분석된다.
- 1:2浦합에서 1시간 경과 후에 흡수량은 활성탄 치환율 80% 에서 가장 많은 흡수량을 나타내었고 치환율 20%에서만 plain 보다, 흡牛량이 적게 나타났다. 5시간 경과 후에서는 치환율 50%에서' 가.
- 벗어나는 경향을 나타내었다. 1:3배합에서는 치환율 0~40%까지 목표플로우를 만족하였으나 그 외 치환율에서는 132~139mm로 적정 범위를 벗어났고, 1:4배합에서는 1:3 배합과 마찬가지로 치환율 40%까지 목표플로우를 만족하였으며 그 외치 환율에서 131~134mm로 적정범위를 약간 벗어났다. 이는 활성탄의 표건상태의 홉수량이 매우 크고, 비중이 현저히 작기 때문에 모르타르의 상면으로 부유하며 거동하기 때문이라고 사료된다.
- 장 많은 흡수량을 나타냈으며 치환율 20%에서만 plain 里다 적게 나타났고 24 시 간경 과에서 는 흡수량이 대 부분 비슷하게 나타났다. 1:3배합의 경우 1:2배합과 비슷한 경향으로 나타났으며 1시간 경과 후에서는 활성탄 치환율 80%에서 가장 많은 흅수량을 나타났으며 치환율이 감소할수록 흡수량이 감소하는:경향으로 나타났다. 1:4배합의 경우 대부분 1시간, 5 시간에서'활성탄의 차이가 크게 나타났는데.
- 1:3배합의 경우 1:2배합과 비슷한 경향으로 나타났으며 1시간 경과 후에서는 활성탄 치환율 80%에서 가장 많은 흅수량을 나타났으며 치환율이 감소할수록 흡수량이 감소하는:경향으로 나타났다. 1:4배합의 경우 대부분 1시간, 5 시간에서'활성탄의 차이가 크게 나타났는데. 1시간 경과 후에서 치환율 0, 20%에서는 그 외 치환율에 비하여 훕수량이 적게 나타났으며 5시간 경화 후에서는 치환율 0 , 20%에서 그 외 치환율보다 홉수량이 크게 나타났다.
- 1:4배합의 경우 대부분 1시간, 5 시간에서'활성탄의 차이가 크게 나타났는데. 1시간 경과 후에서 치환율 0, 20%에서는 그 외 치환율에 비하여 훕수량이 적게 나타났으며 5시간 경화 후에서는 치환율 0 , 20%에서 그 외 치환율보다 홉수량이 크게 나타났다.
- 2) 경화 모르타르의 강도특성에서 압축강도는 활성탄 치환율이 증가할수록 압축강도는 저하하는 경향을■나타내었고 초기 재령에서 재령이 경과할수록 전체적으로 plain 보다 강도 차이가 크게 나타나는 경향을 나타내었다. 휨강도 역시 전반적으로 압축강도와 비슷한 경향으로 활성탄 치환율이 증가할수록 강도는 감소하는 경향으로 나타났는데 1:2 배합에서 가장 큰 강도차이를 나타내었다.
- 3) 흡수시험에서는 1, 5, 24시간이 경과할수록 투수량이 감소하는 경향을 나타내었고, 활성탄 치환율이 증가할수록 1시간 경과후에서 가장 많은 흡수량이 나타났다. 이는 활성탄의 흡수율이 크므로 치환율이 증가할수록 초기 흡수량이 증가하는 것으로 판단된다.
- 4) 건조수축 길이변화율은 활성탄 치환율이 증가할수록 수축이 크게 나타났고, 초기 7일 재령에서 급격한 수축을 나타내었다. 1:2 부배합에서 1:4 빈배합으로 갈수록 활성탄 치환율 변화에 수축의 차이도 크게 나타나는 경향을 나타내었다.
- 5) C6 흡착시험 실험은 활성탄 치환율이 증가할수록 이산화탄소의 농도는 감소하는 경향으로 나타났으며 1-.2 부 배합에서 1:4 빈배합으로 갈수록 이산화탄소의 농도가 더 크게 감소하는 경향으로 나타났으며 1:4배합에서 활성탄 치환율 80%에서는 5시간 경과 후에서 90%이상 감소효과가 나타났다. 이는 흡착성능이 좋은 다공질의 활성탄 혼입양이 증가하였으므로 CO2의 농도가 감소한 것으로 판단된다.
- 6) 라돈방출율은 활성탄 치환율이 증가할수록 감소하는 경향으로 나타났으며 전 배합에서 최대 치환율 80%에서는 약 75~85%까지 감소효과를 나타내었고 부배합에서 빈 배합으로 갈수록 라돈 방출량이 증가하는 것으로 나타났다. .
- 7일 재령에서는 3일 재령과 마찬가지로 치환율이 증가할수록 강도는 감소하는 경향을 나타냈으며 1:2배합에서 3일 재령보다 3.87~10.36MPa정도로 강도증진 경향이 가장 크게 나타1;土쿄;'T‘:3, 1:4배합에서는 1.67~8.17MPa정도로 약간의 강도증진이八辛타났다. 14일 및 28일 표준재령에서도 비슷한 경향을나타'대었고 약간씩의 강도가 증진되었다.
- 건조수축 길이변화율은 초기 7일 재령에서 급격히 수축하였고 재령이 경과함에 따라 보다 완만한 경향을 나타내었다. 활성탄의 치환율이 증가할수록 수축이 크게 나타났는데, 이는 흡수량이 큰 활성탄이 혼입량이 증가하면서 다량의 수분 유효에 따른 결과로 분석된다.
- 먼저, 모든 배합에서 활성탄 치환율이 증가할수록 plain 보다플로우치가 증가하는 경향을 나타났다, 배합비 변화에서는 1:2 배합 경우 치환율 20%까지 목표 플로우에 만족하였고 치환율 40~80%에서는 134~145min로 목표 플로우의 적정 범위를 다소 크게 벗어나는 경향을 나타내었다. 1:3배합에서는 치환율 0~40%까지 목표플로우를 만족하였으나 그 외 치환율에서는 132~139mm로 적정 범위를 벗어났고, 1:4배합에서는 1:3 배합과 마찬가지로 치환율 40%까지 목표플로우를 만족하였으며 그 외치 환율에서 131~134mm로 적정범위를 약간 벗어났다.
- 모든 배합비에서 활성탄 치환율이 증가할수록 단위용적 질량은 감소하는 경향을 나타내었고, 1:2배합보다 1:3, 1:4의 빈 배합으로 될수록 단위용적질량이 작게 나타났다. 이는 밀도가 작은 활성탄의 함유량이 증가함에 따라 단위용적질량이 감소한 것으로 판단된다.
- 치환율 40~8。에서 3500~4500ppm까지 감소되었으며 5시간 경과 후에서는 plain을 제외한 모든 치환율에서 1500 ~4000ppm까지 감소되었으며 1:4 배합에서는 1시간 경과 후 부 터 plain을 제외한 모든 치환율에서 이산화탄소 농도가 감소되었다. 5시간 경과 후 치환율 80%에서는 이산탄소 농도가 500ppm으로 90%이상 감소효과를 나타내었다.
- 재령 3일에서는 활성탄 치환율이 증가할수록 강도는 저하하는 경향을 나타내었고, 1:2의 부배합에서 가장 높은 강도를 나타내었다. 7일 재령에서는 3일 재령과 마찬가지로 치환율이 증가할수록 강도는 감소하는 경향을 나타냈으며 1:2배합에서 3일 재령보다 3.
- 감소하는 경향을 나타내었고. 재령이 경과함에 따라 강도는증가흐j■는 경향을 나타내었으며 1:2배합에의 모든 재령에서 가장 높은 :강도를 나타내었다. 전반적 으로 압축강도와 유사한 경향을 나타내었다.
- 전반적으로 모든 배합에서 시간이 경과 할수록 이산화탄소농도가 감소하는 것으로 나타났으며, 전체 배합에서 치환율 O(plain)%에서는 10분 경과에서는 이산화탄소 농도가 5000ppm 으로 변화가 나타나지 않았고 1:2 배합에서 1시간 경과 후 치환율 50~80%에서 이산화탄소 농도가 2500~4500ppm까지 감소하였고 5시간 경과 후에서는 치환율 40~80%에서 2000~4700 ppm까지 감소하는 경향을 나타내었다. 1:3 배합에서는 1시간 경과에서 치환율 40~8。에서 3500~4500ppm까지 감소되었으며 5시간 경과 후에서는 plain을 제외한 모든 치환율에서 1500 ~4000ppm까지 감소되었으며 1:4 배합에서는 1시간 경과 후 부 터 plain을 제외한 모든 치환율에서 이산화탄소 농도가 감소되었다.
- 전반적인 경향으로는 활성탄의 치환율이 증가할수록 라돈 방출량은 모든 배합비에서 공히 감소하는 경향으로 나타났다. 1:2배합에서는 plain에서는 5.
- 활성탄 치환율에 따른 단위용적질량 변화에서는 치환율이 증가할수록 감소하였으며, 따라서 활성탄을 사용하여 건축재료의 경량화에도 기여할 것으로 판단된다.
- 활성탄의 치환율이 증가할수록 수축이 크게 나타났는데, 이는 흡수량이 큰 활성탄이 혼입량이 증가하면서 다량의 수분 유효에 따른 결과로 분석된다.
후속연구
- 이상으로 활성탄을 잔골재로 이용한 친환경 모르타르 특성을 분석한 결과이고 추후에 인발시험을 이용한 부착 강도 측정 및 마감재에 따른 유해물질의 흡착성 관한 연구도 진행되어져야 될 것으로 판단된다.
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