본 연구에서는 친환경 건설재료인 천연 수경성 석회 (natural hydraulic lime, NHL)의 상용화 방안을 위한 연구로서 무기질 혼화재 첨가에 따른 천연 수경성 석회의 수화특성 및 이에 따른 물리적 특성향상 거동에 대하여 실험적으로 규명하였다.
영국, 중국, 일본, 미국, 프랑스, 터키 등 해외 여러 국가에서 천연 수경성 석회는 항온?항습, 단열, 항박테리아성, 유해물질 흡착성 등과 같은 장점을 갖춘 친환경 건설재료로서 신축 또는 재건축물의 마감재, 접합재, 내?외장재 등 다양한 용도로 활용되고 있다. 하지만, 일부 전문작업자들은 천연 수경성 석회 자체적으로 친환경적인 장점이 많이 있음에도 불구하고 물리적 특성이 다소 낮아 실질적인 적용에는 많은 제한이 있다고 지적하고 있다. 이에 따라 해외 천연 수경성 석회 제조업체에서는 천연 수경성 석회의 기본물성을 해치지 않는 범위내에서 물리적 특성을 향상시킨 2차 제조품을 제조하여 상품화하기도 하며, 다방면의 특성을 최대치로 향상시킬 수 있는 연구개발을 꾸준히 진행하고 있다.
이에 반해 국내에서는 소석회 계열의 수경성 석회의 제조와 관련된 몇몇의 연구논문 및 특허만이 존재하며 연구사례 또한 미비한 것이 현실이다. 국내 건설시장에도 참살이를 위한 새로운 친환경 재료들의 활용이 증가되고 있으며, 이와 관련하여 친환경적인 수경성 석회가 다시 주목을 받게 되어, 저품위 석회석의 유효활용방안이 검토되고 있다. 현재 저품위 석회석을 가공하여 수경성 석회를 제조하고자 하는 제조공정개발에 관한 연구가 국내 산업계에서 점차적으로 논의되고 있다.
따라서 본 연구에서는 국내 저품위 석회석을 활용하여 국내산 천연 수경성 석회를 제조하고자 하였으며, 고로 수쇄 슬래그 (blast furnace slag, BFS) 또는 실리카 흄 (silica fume, SF)과 같은 무기질 혼화재를 혼합한 천연 수경성 석회-고로 수쇄 슬래그, 천연 수경성 석회-고로 수쇄 슬래그-무수석고 (anhydrite, CaSO4) 또는 천연 수경성 석회-실리카 흄, 천연 수경성 석회-실라카 흄-무수석고로 구성된 페이스트와 모르타르를 제조하여 재령에 따른 수화특성 및 압축강도 특성을 조사하였다.
국내산 고로 수쇄 슬래그를 혼합한 페이스트의 수화특성 결과, 고로 수쇄 슬래그의 혼합량에 관계없이 재령 초기에 C4AH13과 같은 Al계 화합물이 생성되는 것을 확인할 수 있었으며, 고로 수쇄 슬래그의 함량이 30 wt.%일 경우 재령 28일에서 C-S-H 수화물이 복합적으로 생성되는 것을 알 수 있었다. 무수석고를 혼합하였을 경우 수화초기 강도증진에 가장 큰 기여도를 보이는 C-S-H의 생성은 확인할 수 없었지만, 에트린자이트 (ettringite, Ca6[Al(OH)6]2(SO4)3·26H2O)가 생성된 것을 알 수 있었다. 잠재수경성의 특성을 나타내는 고로 수쇄 슬래그의 자체특성을 보였다. 재령 28일 이후에도 꾸준한 수화반응이 진행될 것으로 보이며, 이에 따라 장기적인 수화에 의해 C-S-H가 생성되고 에트린자이트와 함께 경화체의 내구성 증진에 기여하여 압축강도 향상에 우수한 영향력을 나타낼 것으로 생각된다.
실리카 흄을 혼합한 페이스트의 수화특성 결과, 무수석고 첨가량에 관계없이 수화초기부터 C-S-H가 생성되는 것을 알 수 있었으며, Al계 수화물은 생성되지 않는 것을 알 수 있었다. 실리카 흄은 비정질 실리카 (SiO2)가 95wt.% 이상으로 이루어진 건조된 분말 형태의 무기질 혼화재로서 혼화재 자체 화학특성에 의해 무수석고 첨가에도 Al계 수화물은 생성하지 못하는 것으로 보인다. 다량의 C-S-H가 생성되는 것으로 미루어 볼 때 강도특성은 고로 수쇄 슬래그보다 우수할 것으로 생각되지만, Al계 수화물의 결핍으로 초기 응결과 장기적인 내구성 증진에는 고로 수쇄 슬래그보다 다소 떨어질 것으로 판단된다.
모르타르의 압축강도 측정결과, 고로 수쇄 슬래그와 실리카 흄 모두 혼합량이 증가함에 따라 압축강도가 증가하는 것을 알 수 있었으며, EU 규격을 기준으로 천연 수경성 석회의 종류를 구분 지을 경우 혼합률 30 wt.%인 샘플은 물리적 특성이 가장 우수한 천연 수경성 석회에 부합하며, 기타 다른 샘플들은 각각의 자체 특성에 따라 천연 수경성 석회 3.5 (NHL 3.5) 내지 천연 수경성 석회 5 (NHL 5)에 부합하는 것을 알 수 있었다. 다만, 혼합률 20 wt.%와 30 wt.%의 압축강도 차이가 크지 않은 것을 고려할 때 적정 혼합량은 20 wt.%로 생각된다. 무수석고를 첨가 하였을 경우 첨가하지 않았을 때보다 더 우수한 초기강도를 나타내는 것으로 보아 적용환경에 따라 적정량의 무수석고를 혼합하여 쓰는 것이 올바를 것으로 판단된다.
본 연구의 결과는 건축물의 바닥재 및 조적재와 같은 압축응력에 내구력이 요구되는 건설재료에 실질적인 적용이 가능할 것으로 판단되며, 해외의 권장 적용사례를 참고하여 사용되는 잔골재 혼합비율과 환경 영향 등을 감안한 활용방안을 모색해야 할 것으로 보인다.