STEAM R&E 연구결과보고서
(뉴본(New Bone) 콘크리트 : 폐기물 소뼈를 이용한 콘크리트 제작)
2016. 11. 30.
창덕여자고등학교
< 연구 결과요약 >
과 제 명 뉴본(New Bone) 콘크리트 : 폐기물 소뼈를 이용한 콘크리트 제작
연구목표
폐기해야할 쓰레기인 소뼈나 돼지 뼈를 가루로 분쇄해 뼛가루로 만든 후 모래대신 시멘트의 강도를 강하게 하는데 사용할 수 있다면 전 지구적으로는 버려야할 막대한 쓰레기를 재활용 할 수 있는 방안이 될 수 있을 것이라는 아이디어에서 출발하였다.
연구내용
본 연구의 연구 문제는 다음과 같다.
1. 몰타르 제작에 있어 모래 대신 뼛가루가 이용될 수 있는가? 이용될 수 있다면 주로 어떤 용도로 사용될 수 있는가?
2. 뼛가루를 이용하여 몰타르를 제작할 경우 그 강도는 어느 정도이며 뼛가루를 넣은 몰타르 중 가장 높은 강도를 지니는 몰타르의 물, 시멘트, 뼛가루의 비율은 무엇인가?
이 문제의 답을 구하기 위해 본 연구 팀은 몰타르의 비율을 선정하여 직접 만들어 그 강도를 측정하는 방법을 선택했다. 본 연구는 앞서 진행한 실험의 오류를 보완하여 그 다음 실험도 진행했으므로 1차 실험과 2차 실험으로 나뉜다.
(1) 1차 실험
소뼈를 망치와 믹서기를 이용해 분쇄하고 가정용 채반을 이용해 뼈를 거른다. 부피를 기준으 로 물, 시멘트, 뼈 가루의 비율을 선정하여 제작하고 강도를 측정할 수 있는 기계가 없는 관계로 일정한 높이에서 떨어뜨리거나 팀원 중 한 명이 제작한 몰타르를 직접 톱으로 잘라보 았다.
(2) 2차 실험
앞선 1차 실험에서는 부피를 기준으로 그 비율을 선정했으나 일반적으로 질량을 기준으로 한다는 자문을 받고 2차 실험에서는 질량을 기준으로 비율을 선정했다. 2차 실험은 1차 실험보다 객관적인 수치를 얻고자 진행하였으며 더 다양한 비율의 몰타르를 제작할 수 있었고 국립한경대학교에서 기계를 사용할 수 있게 되어 인장 강도 실험 또한 진행할 수 있었다.
한경대학교에 가기 전에 몰타르 제작에 필요한 소뼈를 분쇄하는 것이 가장 큰 과제였다.
분쇄하는 과정 자체에는 큰 변화 없이 망치와 믹서기를 이용했고 분쇄된 뼛가루를 입자 별로 분류하기 위해 전용 체 거름망을 사용하였다(이때 뼛가루 분쇄 과정에서 믹서기 사용으 로 그 입자 크기 조절이 쉽지 않아 1.2mm~2.5mm 크기의 입자, 2.5mm~5mm 크기의 입자, 5mm 이상 크기의 입자에 대해서는 뼛가루 대신 동일한 크기의 모래를 사용하여 적절한 입도를 구성하는 무게비에 의해 뼛가루와 모래, 시멘트 가루를 배합). 선정한 비율에 맞춰 몰타르 블록을 제작하고 인장 강도 실험을 진행했고 그 데이터를 정리하였다.
연구성과
(1) 1차 실험
모래나 자갈 따위의 충전재가 없는 오로지 시멘트와 물로만 제작된 몰타르는 나무를 자르는 것처럼 단단한 느낌이 들었지만, 시멘트와 물, 뼈를 섞은 몰타르는 뼈의 비율이 많아질수록 심한 악취와 함께 자르는 느낌이 비스켓을 자르는 것과 같은 느낌을 받게 되었다. 하지만 뼛가루의 비율이 시멘트의 양의 반이 되었을 때 시멘트와 물로만 제작된 몰타르보다 단단한 느낌이 들었다.
(2) 2차 실험
1차 실험 결과와 달리 2차 실험 결과에서는 뼛가루를 넣은 몰타르의 강도가 모래만을 넣은 몰타르의 강도 수치보다 현저히 낮았다. 실험 결과 모래의 경우 물이 적어짐에 따라 그
강도가 감소하였고 뼛가루와 모래를 혼합한 경우 처음부터 물의 양이 많아 그 양이 적어짐에 따라 그 강도가 증가하는 것으로 보인다. 실제로, 모래만을 넣은 몰타르 중 가장 강도가 높았던 것은 물, 시멘트, 모래의 비율이 5:10:10일 때, 즉 물/시멘트 비는 50%였고, 뼛가루와 모래를 혼합한 몰타르 중에서는 10:10:15일 때, 즉 물/시멘트 비가 100%였을 때였다. 이 결과를 통해 물/시멘트 비가(물의 양이) 몰타르의 강도에서 큰 역할을 한다는 것을 알게 되었고 만약 뼛가루와 모래를 혼합한 몰타르의 물/시멘트 비가 모래만을 넣은 몰타르와 비슷했을 때에도 잘 섞였다면 본 실험의 결과 값보다는 그 수치가 높았을 것이라고 예상한다.
(3) 연구 결론
뼛가루가 시멘트와 같은 석회질 성분이므로 하중을 받기가 어렵고, 건물을 짓는 데에 있어서 뼈대를 이루는 구조 부재로서 사용하기에는 무리가 있다는 것을 실험을 통하여 알아냈다.
하지만, 벽이나 보도블럭 등 큰 하중을 받지 않는 부분에 비구조 부재로는 쓸 수 있을 것이라고 생각한다.
주요어
(Key words) 친환경, 몰타르, 모래 부족, 뼈 쓰레기, 소뼈, 재활용, 분쇄, 입도, 물/시멘트 비, 응력,
< 연구 결과보고서 >
1. 개요
□ 연구목적
○ 계속해서 발생되는 막대한 양의 뼈 쓰레기와 건설 분야에서의 모래 부족현상을 동시에 해결하기 위하여 소뼈를 분쇄하여 부족한 모래 대신 사용한다.
□ 연구범위
○ 건축 및 환경 분야
- 본 연구는 건설 분야에서 사용되는 모래를 대체한다는 부분에서 건축 분야와 관련 있고, 뼈 쓰레기를 재활용하여 그 대체물로서 사용한다는 부분에서 환경 분야와도 관련이 있다.
○ 진행 단계 - 선행 연구
- 실험(몰타르 제작)을 위한 사전 준비 - 몰타르 블럭 제작
- 강도 측정 및 비교·분석
2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구 1. 뼈의 화학적 구조 및 특징
우리가 음식물(갈비탕, 소갈비살, 돼지고기 갈비살 등)을 통해서 소뼈나 돼지뼈를 경험해 본바에 의하면 소뼈나 돼지뼈는 너무 단단하여 보통 사람의 이빨로 씹을 수도 없고, 망치와 같은 금속도구로 충격을 주어도 잘 깨지지 않는다. 뼈는 비교적 단단하고 가벼운 합성 물질로서, 수산화인회석이라고하는 인산칼슘으로 대부분으로 이루어진 화학구조를 가진다. 이는 비교적 높은 압축 강도를 가지고 있지만 낮은 인장강도를 가지기 때문에 뼈는 기본적으로 깨지기 쉬우나 자체 유기성분(주로 콜라겐 때문)에 눈에 띌 정도의 탄력성을 가진다. 또한 뼈는 내부적으로 망사 구조이며, 밀도는 위치마다 다양하다.
즉, 뼈는 치밀질인 곳도 있고 해면질인 것도 있다. 겉질뼈(바깥판)은 치밀하며, 골격에서 큰 부분을 차지한다.
뼈의 전형적인 구조는 치밀질 부분에서 볼 수 있으며, 가느다란 혈관을 중심으로 하는 동심원상 단면 구조를 가진 원주(圓柱)가 단위 구조를 이룬다. 이것을 하버스관(管) 또는 오스테온(골단위)이라 한다. 그 구조는 철근 콘크리트 기둥에 비유된다. 철근에 해당하는 것은 교원 섬유로 짜여진 바구니이며, 그 그물눈을 채우고 있는 시멘트에 해당하는 것이 골질이다. 골질은 탄산 칼슘·인산 칼슘 등의 무기질과 단백질이 결합된 것이다. 긴 뼈의 특정파트의 이름으로는 뼈몸통(diaphysis, shaft), 뼈끝(epiphyses), 뼈끝판(epiphyseal plate),머리(head), 목(neck)으로 불리는 부분이 있다.
2. 일반 판매용 시멘트의 화학적 특성
시멘트를 물로 반죽하면 돌처럼 굳어진다. 이것은 시멘트 성분이 물과 반응하여서 새로운 조직으로 되기 때문이다. 포틀랜드 시멘트의 주성분은 규산삼칼슘(3CaO·SiO2)과 규산이칼슘(2CaO·SiO2)인데, 이들은 물이 가해지면 화학변화를 일으킨다. 즉 불안정한 규산칼슘이 분해되어 결정성의 안정된 2개의 물질로 된다. 이러한 조직의 결합과 결정화에 의해 시멘트에 강도가 생긴다고 한다. 또 위 반응에 의해 생긴 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 다시 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 경화성(硬化性)의 탄산칼슘 (CaCO3)으로 되는 것도 시멘트의 경도를 증가시키는 한 원인이 된다.
3. 골재
골재란 콘크리트나 몰타르를 만들 때 시멘트 및 물과 함께 보강과 증량을 목적으로 사용되는 모래, 자갈, 부순 돌, 슬래그 등을 말하는 것으로, 건설용 광물질 재료로서 화학적으로 안정한 것을 말한다.
골재의 재료와 성질에 따라 만들어진 콘크리트의 성질이 크게 좌우된다. 양질의 골재로는 현무암, 안산암, 화강함, 경질사암, 석회암 등이 사용된다. 골재는 입경의 크기에 따라 굵은 골재와 잔 골재로 나뉘는데, 굵은 골재는 10mm 굵기의 체에 걸렀을 때 체에 남는 것(역암)을 말하고, 잔 골재는 5mm 체를 통과한 것으로 주로 부서진 사암을 말한다.
골재는 일반적으로 깨끗하고 유해물을 포함하지 않아야하며, 물리 화학적으로 안정하고 내구성이 커야하며, 모양이 입방형 또는 구형에 가깝고, 시멘트풀과의 부착력이 큰 표면조직을 가지는 것이 좋으며, 알맞은 입도(크고 작은 알맹이들의 혼합 정도)를 가져야 한다.
골재의 입도(grading)란 공극을 작게 하고 단위 중량을 크게 하기 위해 골재의 크고 작은 알맹이들을 알맞게 혼합하는 정도를 말한다(그림 1).
그림 1 입도에 대한 설명
골재의 입도는 체가름을 통해 각 체에 남는 골재의 무게 누적 비율(%)이 다음 그래프(그림 2)의 두 입도 표준선(점선)의 사이(예 : 실선)에 올 수 있도록 크기별로 배합할 때 적절한 입도가 된다.
그림 2. 적절한 입도를 구성하는 잔골재의 무게비
4. 콘크리트(concrete), 몰타르(Mortar), 시멘트풀
콘크리트와 몰타르, 시멘트죽의 차이는 시멘트에 굵은 골재와 잔 골재 중 무엇이 배합되었는지에 따라 이름을 다르게 부르는 것이다. 콘크리트는 강도를 높이기 위해 시멘트에 굵은 골재와 잔 골재를 넣어 물로 개어 사용하는 것을 말하고, 몰타르는 시멘트에 잔 골재만 넣어 물로 개어 사용하는 경우, 시멘트죽은 골재를 넣지 않고 시멘트에 물만 넣어 개어 사용하는 것을 말한다.
(가) 콘크리트
시멘트는 강도를 높이기 위해 모래와 자갈과 함께 혼합하여 물로 개어 사용하는 경우가 가장 많다.
즉 일반적으로 시멘트를 강도가 강한 모래나 자갈을 연결하는 접착제로서 사용하는데, 이것을 콘크리트 라고 부른다. 콘크리트는 건물의 기초나 구조를 이루는데 사용되고 토목(다리,도로)에도 많이 이용되며, 간혹 조형물 같은 것에도 이용되는 만큼 사용범위가 광범위 하다. 콘크리트에 사용되는 자갈은 자연적으 로 구하기가 어려워 현대에는 쇄석(바위를 인공적으로 잘게 쪼갠 것)을 많이 쓰는데, 쇄석을 쓴 콘크리트 는 자갈을 쓴 콘크리트보다 다소 강도가 약한 특징을 지닌다.
콘크리트를 만들 때에는 보통 시멘트 1, 모래 2, 자갈 4의 비율로 섞는다. 콘크리트 혼합공장에서 공사장까지 콘크리트를 운반하는 믹서 차(mixer car)는 회전드럼 속에서 물과 시멘트와 자갈을 혼합하 면서 달린다. 콘크리트는 압축하는 힘에 대해서는 강하지만, 꺾거나 잡아당기는 힘에 대해서는 약한 특성을 지닌다.
(나) 몰타르
몰타르는 시멘트와 모래를 섞어 만든 것으로 조적(벽돌 쌓기), 미장, 타일 작업시 부탁(접착)의 재료로 대중적으로 사용된다. 용도에 따라 시멘트와 모래의 비율은 1:3, 1:4. 1:5 등 각 용도별 배합 비율은 다양하다.
(다) 시멘트풀
시멘트와 물만 섞은 것을 시멘트 페이스트 혹은 시멘트풀이라고 부른다. 방수작업시 시멘트와 방수액 을 섞어 시멘트 내 공극을 없애 방수의 재료로 사용하고, 미장작업 전 미장면에 1차적으로 발라주거나 미장 작업면에 몰타르의 부착이 용이하지 않을 때 사용한다.
4. 콘트리트에서 물의 역할
시멘트는 경화하는 수화반응을 위해 물이 필요하다. 수화반응에 필요한 물의 양은 시멘트양의 25%
정도이다. 물의 양이 작으면 빡빡한 반죽이 되어 작업이 어렵기 때문에 통상 25% 이외의 추가적인 물이 소요된다. 그러나 물이 많이 포함된 콘크리트는 작업성은 좋아지지만 강도와 내구성은 떨어지게 된다.
5. 콘크리트의 양생 및 강도 측정 방법
콘크리트는 시간에 따라 수화반응이 진행하여 압축강도와 같은 물성이 바뀐다. 따라서 콘크리트에 일정한 기간 동안 충분한 습도, 적당한 온도를 유지시켜주며 유해한 응력을 가하지 않는 것을 양생이라고 한다.
콘크리트의 강도 측정 방법으로는 압축강도, 인장강도(잡아 당겼을 때의 강도), 휨강도(휠 때의 강도) 등이 있다. 일반적으로 콘크리트의 강도라 함은 압축강도를 말한다. 콘크리트의 압축강도는 아래 그래프 와 같이 몇 일간 양생시킨 후 공기 중에 꺼내느냐에 따라 달라지기 때문에, 보통 28일 간 양생시킨 것으로 압축강도를 측정한다.
그림 3. 습윤양생 후 건조한 콘크리트의 압축 강도
여건상 28일간 양생을 하지 못하는 경우 3일 혹은 7일 등의 양생 후 압축 강도를 측정하며 이를 통해 28일 압축강도를 유추한다. 유추하는 방법은 한국콘크리트학회(KCI)와 미국콘크리트학회(ACI)에
서 다음과 같이 제안하였다.
그림 4. 압축 강도 계산 방법
6. 뼈와 일반 콘크리트의 공통점과 차이점
뼈와 일반 콘크리트(시멘트/모래/자갈의 혼합체)는 모두 압축하는 힘에 대해서는 강하지만, 꺾거나 잡아당기는 힘에 대해서는 약하다는 공통적인 특징이 있다. 또한 화학성분 중 칼슘을 함유하는 것이 공통점이다. 차이점으로는 뼈는 단백질 등 생물학적 성분을 함유하지만 콘크리트나 시멘트는 이러한 성분이 없으며, 시멘트에는 규소 성분이 많다는 것도 차이점이라 할 수 있다.
앞서 설명한 뼈의 일반적인 구조, 즉 소뼈와 돼지뼈의 화학적인 성분과 물리적인 구조를 통해 재료의 특성을 파악해 보면, 그 강도와 특성이 시멘트로서의 내구적인 구조적 기능을 가졌다는 것을 알수 있다. 또한 뼈는 동물의 지지기능을 담당하고 있다는 점에서도 어느 정도 강도를 지니고 있다는 점을 추측할 수 있다.
독성 측면에서는 소뼈와 돼지뼈가 음식에서 나온다는 점을 생각할 때 상대적으로 독성이 적을 것이라 는 것을 예상할 수 있다.
□ 연구주제의 선정
- 도자기 토에 뼈 가루를 섞어 만든 본차이나는 일반 도자기보다 강도가 크고 보온성이 좋아 비싸게
팔린다는 것에 착안하여서 시멘트에도 모래대신 뼈 가루를 넣어 그 강도와 실용성을 확인해보고 자 하였다.
- 한국 사람들의 소고기와 돼지고기 섭취량이 많아 실생활에서 많이 발생되는 쓰레기인 소뼈와
돼지 뼈의 연간 배출량은 현재 약 27만 톤에 육박한다. 이에 본 연구에서는 폐기해야할 쓰레기인 소뼈나 돼지 뼈를 모래대신 시멘트의 강도를 강하게 하는데 사용할 수 있다면 처리하기 곤란한 뼈 쓰레기를 재활용 할 수 있는 방안이 될 수 있을 것이라는 아이디어에서 출발하였다.
- 건축물에 사용하는 모래가 점점 부족해져 그 양이 약 3분의 1이 과부족인 상태에 이르렀다는
기사를 읽게 되었고 뼈가루를 건축의 재료로 사용할 수 있다면 막대한 양의 뼈 쓰레기로부터 경제적으로 높은 부가가치를 이끌어낼 수 있다고 생각했다.
- 본 연구의 이론적 배경을 조사하는 과정에서 콘크리트는 시멘트에 자갈과 모래를 섞은 것이고,
본 연구에서처럼 시멘트에 모래(혹은 뼈가루)만을 섞은 것은 몰타르라고 부르는 명칭이 다르다는 것을 알게 되었다. 또한 콘크리트에서 시멘트는 강도가 강한 모래나 자갈을 연결하는 접착제 역할을 한다는 점을 통해 콘크리트를 제작할 때 모래나 자갈 대신 이와 비슷한 강도를 가진 다른 물질을 섞는 것도 가능할 것이라는 생각을 하게 되었다.
□ 연구 방법
○ 문제 해결을 위한 실험
1차 실험은 중간 발표 이전에 전문가 자문 없이 실행한 실험으로 포맥스를 이용하여 제작한 틀에 물, 시멘트, 뼈가루 또는 모래를 넣어 만든 몰타르를 넣어 굳힌 뒤 칼이나 톱으로 잘라보면서 그 강도를 비교해보았다. 1차 실험 결과 정성적으로 각 몰타르의 강도를 비교하였지만, 객관적인 연구 데이터를 얻기 위해 전문가 자문을 거쳐 2차 실험을 진행하게 되었고 1차 실험과 2차 실험의 자세한 연구 과정과 그 방법은 뒤에서 설명할 것이다.
○ 전문가 자문
- 국립한경대학교 토목공학 전공 옥승용 부교수님으로부터 여러 가지 자문을 받았고 그 내용은 다음과 같다.
1. 1차 실험에서의 오류 및 정정
1차 실험에서 물, 시멘트, 뼈 또는 모래의 비율을 선정할 때 그 기준을 부피로 두고 실행했었으나, 실제로는 몰타르를 제작할 때 부피는 기준으로 사용하지 않고 주로 질량을 기준으로 사용한다고 한다.
또한, 1차 실험에서는 뼈가루와 모래를 입자 별로 분류하는 과정을 거치지 않았으나 실험의 정확도를 위해 입자의 크기와 그 비율, 즉 입도를 고려하게 되었다.
2. 기기 대여
부교수님을 통해 한경대학교의 기기와 몰타르를 제작할 공간을 확보할 수 있었다. 몰타르 제작 과정에서는 뼈가루와 모래를 입자 별로 분류하기 위한 체, 정확한 질량비를 위한 저울, 몰타르 틀과 기포를 최소한으로 해주는 장치 등을 빌릴 수 있었고 양생 과정 또한 한경대학교에서 진행 되었다.
양생 과정 이후 인장 강도를 측정할 때 그 기계를 빌릴 수 있었다.
3. 2차 실험을 위한 기본 지식
몰타르의 비율을 정할 때의 기준과 가장 크게 고려되는 요소 등의 지식을 알려주셨고, 이외에도 결과 데이터를 분석하기 위해 필요한 지식 등을 알려주셨다.
4. 2차 실험 과정 중 조언
뼈가루를 넣은 몰타르 제작 과정에서 그 비율을 모래만 넣은 몰타르와 같은 비율로 제작하려고 했으나 뼈가루의 입도를 고려하지 못하여 반죽이 만들어지지 않는 상황이 발생하였고 연구의 방향을
조금 바꿔서 뼈가루를 넣은 몰타르 중 최대 강도를 가지는 비율을 찾고 그 강도는 어느 정도인지를 알아보는 것도 좋을 것 같다고 제시하셨다.
□ 연구 활동 및 과정
본 연구는 1차 실험과 2차 실험으로 나누어진다. 1차 실험은 중간발표 때까지 실험한 내용으로 본 연구자들의 아이디어로 연구 절차를 설계하여 실제 건축에서 사용하는 방법과 차이가 있어 연구 설계에 미흡한 부분이 있으며, 정성적인 결과를 포함한다. 2차 실험은 전문가 자문을 통해 실제 건축학과 토목학에서 적용하고 있는 이론적 배경들이 적용되어 실험 절차가 좀 더 정교해졌으며, 정량화되었다.
1차 실험과 2차 실험의 연구 방법 및 절차는 다음과 같다.
1. 1차 실험(예비 실험)의 연구 방법 및 절차 (가) 소뼈와 돼지뼈 준비
연구자들은 음식점에서 폐기물로 남은 소뼈와 돼지 뼈를 공급받았다. 공급받은 소뼈와 돼지 뼈는 모두 음식물 찌꺼기가 붙어 있었기 때문에 악취가 발생했으며, 소뼈와 돼지 뼈 중 특히 돼지 뼈에서 악취가 많이 발생해 보관상 어려움이 있었다. 따라서 본 연구에서는 소뼈만을 이용하기로 결정했다.
연구에 사용하기 위해 분쇄하기 전 소뼈를 깨끗이 세척하여 말렸다.
(나) 소뼈의 분쇄
소뼈를 분쇄하고 추후 강도 실험을 하기 위하여 각 공업고등학교와 대학들에 분쇄기와 유기물을 고온에서 제거할 수 있는 실험 장치, 강도 실험기의 대여와 사용 가능 여부를 문의하였으나, 이에 대해 모두 거절의 답을 들었다. 처음에는 쇠절구와 망치를 이용하여 소뼈를 분쇄하였으나, 모래와 같은 작은 크기까지 작게 분쇄하는데 어려움이 있었다.
소뼈를 더 작은 크기로 분쇄하는 방법에 대해서는 소뼈와 관련된 논문을 검색한 결과 관련 연구를 했던 연구자들에게 소뼈의 분쇄와 관련된 여러 통의 문의 메일을 보낸 결과 한 연구자께서 분쇄기가 없을 경우 가정에서 사용하는 믹서기를 이용하여 뼈의 분쇄가 가능하다는 응답을 받을 수 있었다.
이에 본 연구에서는 쇠절구 및 망치로 어느 정도까지 뼈를 작게 만든 후, 가정용 믹서기를 이용하여 작은 크기까지 소뼈를 분쇄하기로 하였다. 가정용 믹서기에 소뼈를 넣고 분쇄를 할 경우 칼날과 유리통 (혹은 플라스틱 통)이 쉽게 망가졌고, 이에 본 연구에서는 총 15대의 가정용 믹서기를 소뼈 분쇄에 사용하였다.
(다) 포맥스 틀 만들기
시멘트 가루에 물과 모래를 섞어 만든 몰타르와 시멘트 가루에 물과 뼈가루를 섞어 만든 몰타르를 만들기 위해서는 시멘트에 물과 모래(혹은 뼈가루)를 넣고 잘 섞어 굳히는 작업이 필요하다. 본 연구자들 은 이 과정을 위해 포맥스를 이용하여 7cm×7cm×7cm 크기의 정육면체 모양의 틀을 만들어 몰타르를 굳히기로 했다. 포맥스를 가로×세로 7cm로 잘라 정사각형을 만들고, 정사각형 5개를 글루곤을 이용하 여 정육면체 모양의 틀로 만들었다.
(라) 다양한 구성 비율의 몰타르 제작
시멘트 가루와 물과 모래(혹은 뼈가루)를 섞기 위한 용기로는 2L 비커를 사용하였으며, 시멘트 가루와 물, 모래(혹은 뼈가루)를 섞은 총 양이 500mL가 되도록 다양한 비율을 만들었다. 즉, 뼈나 모래가 없이 시멘트가루에 물만 3:2로 섞은 경우1), 시멘트:뼈:물 혹은 시멘트:모래:물을 2:1:2로 섞은 경우2), 시멘트:뼈:물 혹은 시멘트:모래:물을 1:2:2로 섞은 경우3), 시멘트:뼈:물 혹은 시멘트:모래:물을 1.5:1.5:2 로 섞은 경우4)와 같이 다양한 비율로 몰타르를 제작하고자 하였다(표 1).
표 1. 몰타르를 제작할 때 시멘트 가루와 뼈(혹은 모래), 물의 비율(부피비) 시멘트 : 뼈 : 물 시멘트 : 모래 : 물
3 : 0 : 21) 3 : 0 : 21) 2 : 1 : 22) 2 : 1 : 22) 1 : 2 : 23) 1 : 2 : 23) 1.5 : 1.5 : 24) 1.5 : 1.5 : 24)
(마) 강도 측정
본 연구에서 제작한 다양한 비율의 몰타르에 대한 강도 측정은 정량적인 실험을 거치기 전에 정성적으 로 알아보기로 하였다. 이에 포멕스틀에서 굳어진 몰타르를 꺼내어 특징을 살펴보았고, 칼과 톱으로 잘라 정성적인 굳기를 비교해보았다(표 2).
표 2. 각 비율별 몰타르의 특징 및 정성적 특징
시멘트 : 뼈 : 물 시멘트 : 모래 : 물 3 : 0 : 2 나무를 자르는 것처럼 잘 안 잘림. 공기 구멍 없음.
2 : 1 : 2 가장 자르기 어려움. 공기 구멍 비교적 없음.
잘리는 느낌이 시멘트:뼈:물 = 1.5:1.5:2로 섞은
것과 비슷하였음.
1 : 2 : 2 공기구멍 많음. 냄새가 심함.
비스켓처럼 잘림. 실험하지 못함
1.5 : 1.5 : 2 지우개처럼 잘림. 공기구멍 많음. 실험하지 못함
뼈가루나 모래 없이 시멘트와 물만 3:2로 섞어 제작한 몰타르의 경우에는 공기 구멍이 생기지 않았고, 나무를 자르는 것처럼 잘 잘리지 않았다. 시멘트:뼈:물을 2:1:2의 비율로 섞어 제작한 몰타르는 본 연구에서 제작한 몰타르 중 가장 자르기 어려웠다. 이에 비해 시멘트:모래:물을 2:1:2의 비율로 섞어 제작한 몰타르는 잘리는 느낌이 시멘트:뼈:물을 1.5:1.5:2의 비율로 섞은 것과 비슷하게 지우개 자르는 것처럼 잘렸다. 시멘트:뼈:물을 1:2:2의 비율로 섞어 제작한 몰타르는 비스켓처럼 잘렸고, 공기구멍 많고 냄새가 심하다는 특징이 있었다. 시멘트:뼈:물을 1.5:1.5:2의 비율로 섞어 제작한 몰타르는 지우개 처럼 잘렸고, 공기구멍 많은 특징이 있었다. 시멘트:모래:물을 1:2:2. 1.5:1.5:2의 비율로 섞어 만든 몰타르는 본 연구에서 제작하지 못하고 중간 발표 이후 제작할 예정이었으나, 중간 발표 이후 전문가 자문을 통해 전 연구 과정에 재조정이 일어나 실험을 실시하지 못하였다.
모든 비율의 몰타르을 제작하고 강도 실험을 해보진 못했으나 시멘트:뼈:물을 2:1:2로 섞어 제작한 몰타르가 시멘트:모래:물을 2:1:2로 섞어 제작한 몰타르에 비해 강도가 현저히 강한 것을 통해 같은 비율로 섞었을 때 모래보다 뼈가루를 섞은 몰타르의 강도가 더 강할 수 있다는 예상을 할 수 있었다.
2. 2차 실험(본 실험)의 연구 방법 및 절차
1차 실험 결과를 바탕으로 중간 발표를 한 후 전문가 자문을 의뢰하여 지금까지의 연구에 대한 아이디어, 연구 방법, 지금까지 도출된 연구 결과 등에 대한 전체적인 자문을 받아 연구 방법의 세부 과정을 조정하고, 한경대학교 토목 안전 환경과의 실험실의 기자재를 빌려 몰타르 제작부터 정량적인 강도 실험까지 할 수 있게 되었다. 이에 대한 연구 방법 및 절차는 다음과 같다.
(가) 소뼈의 준비
소뼈의 준비는 1차 실험의 방법과 동일한 과정으로 준비하였다.
(나) 모래의 체거름
전문가 자문을 통해 콘크리트나 몰타르를 제작할 때 사용하는 건축용 모래는 일반 모래와 다르며, 체거름을 통해 크고 작은 모래 알맹이가 적절한 비율(무게비)로 혼합되도록 알맞은 입도를 구성하여야 한다는 것을 알게 되었다.
이에 본 연구에서는 KSA 5101에 규정된 체, 즉 0.15mm, 0.3mm, 0.6mm, 1.2mm, 2.5mm, 5mm 굵기의 체를 사용하여 0.15mm 이하 크기의 입자, 0.15mm~0.3mm 크기의 입자, 0.3mm~0.6mm 크기의 입자, 0.6mm~1.2mm 크기의 입자, 1.2mm~2.5mm 크기의 입자, 2.5mm~5mm 크기의 입자, 5mm 이상 크기의 입자로 분류하였다(그림 5, 그림 6).
그림 5. KSA 5101에 규정된 체
그림 6. 체를 이용해 입자 크기별로 거른 모래
이와 같이 크기별로 분류한 잔골재는 그림 2의 그래프에서 체를 통과하는 무게 비율(%)이 두 입도 표준선(점선)의 사이(실선)에 올 수 있도록 크기별로 적절한 비율을 계산하여 몰타르를 만들기에 적당한 입도를 선정하였다. 선정된 입도에 따라 모래와 시멘트 가루를 배합하였다.
(다) 소뼈의 분쇄 및 체거름
소뼈의 분쇄는 1차 실험에서와 같이 쇠절구 및 망치로 어느 정도까지 뼈를 작게 만든 후, 가정용 믹서기를 이용하여 작은 크기까지 소뼈를 분쇄하기로 하였다. 작은 골재 크기로 분쇄된 소뼈는 모래와 동일한 방법으로 체가름을 통해 입자 크기별로 분류하였다. 즉 뼈가루 입자의 크기는 0.15mm 이하 크기의 입자, 0.15mm~0.3mm 크기의 입자, 0.3mm~0.6mm 크기의 입자, 0.6mm~1.2mm 크기의 입자로 분류하였고, 믹서기로 소뼈를 갈았기 때문에 1.2mm 이상 크기의 뼈가루는 만들어지기 어려워 1.2mm~2.5mm 크기의 입자, 2.5mm~5mm 크기의 입자, 5mm 이상 크기의 입자에 대해서는 뼈가루 대신 동일한 크기의 모래를 사용하여 적절한 입도를 구성하는 무게비에 의해 뼈가루와 모래, 시멘트 가루를 배합하였다(그림 7).
그림 7 선정된 비율에 따라 모래, 뼈가루, 시멘트 배합
(라) 다양한 배합 비율의 몰타르 블록 제작
강도 측정을 위한 몰타르를 제작은 가로×세로×높이 5cm의 정육면체(큐빅) 모양의 틀 혹은 4×4×10cm의 직각 모양 틀을 이용하였다. 우선 물(W), 시멘트(C), 모래(S)를 섞어 몰타르를 만들 때 시멘트와 모래의 배합비로 많이 사용하는 1:1, 1:1.5, 1:2를 시멘트와 모래의 배합 비율을 선택하였다.
물은 일반적으로 많이 넣을수록 몰타르의 강도가 약해지며, 적게 넣으면 시멘트와 모래를 잘 섞을 수가 없다는 특징이 있다. 이에 본 연구에서는 물의 양을 시멘트 비율의 30%가 되는 양(무게)부터 시작하여 시멘트와 모래가 섞이는지 살펴보았으며, 40%, 50%. 60%로 물의 배합 비율을 증가시켰다(표 4).
표 4. 물, 시멘트, 모래의 배합 비율(무게비) (W: 물, C: 시멘트, S: 모래)
이와 같이 다양한 비율로 물, 시멘트, 모래를 배합하여 몰타르를 제작해본 결과, 물의 양을 시멘트 무게의 30%로 하면서 시멘트와 모래의 비율을 1:1.5로 했을 경우부터 시멘트와 모래가 섞이지 않아 물의 최소 비율을 시멘트 무게의 40%가 되는 비율부터 본 실험의 재료로 사용하기로 하였다.
위의 표 4의 비율은 다시 물, 시멘트, 모래를 모두 합친 무게가 800g이 되도록 했을 때, 물, 시멘트, 모래를 각각 몇 g씩 배합해야하는지 계산하였고, 그 값은 표 5와 같다.
W C S 합 W C S 합 W C S 합 W C S 합
3 10 10 23 4 10 10 24 5 10 10 25 6 10 10 26 3 10 15 28 4 10 15 29 5 10 15 30 6 10 15 31 3 10 20 33 4 10 20 34 5 10 20 35 6 10 20 36
표 5. 물, 시멘트, 모래의 배합량(단위 : g) (W: 물, C: 시멘트, S: 모래)
물, 시멘트, 뼈가루로 몰타르를 만들 때 사용하는 뼈가루의 경우 1.2mm 이상 크기의 뼈가루의 경우 제작상 어려움으로 인해 모래 입자로 대체하여 사용하였고, 1.2mm 이하 크기의 입자에 대해서는 뼈가루를 사용하였다. 따라서 본 연구에서는 물, 시멘트, 뼈가루, 모래를 혼합한 몰타르가 제작되었다.
물(W), 시멘트(C), 뼈가루+모래(S)를 섞어 몰타르를 만들 경우 시멘트(C)와 뼈가루+모래(S)의 배합비 는 1:1, 1:1.5, 1:2, 1:2.5 중 3가지를 선택하였다. 선택한 기준은 가능하면 물을 적게 쓰면서 시멘트와 뼈가루(+모래)의 양은 많도록 한 상태에서 몰타르 제작을 위해 섞여지는지(비벼지는지) 여부에 따라 선택하였다.
뼈가루를 이용하여 몰타르를 만들 경우 역시 물을 많이 넣을수록 몰타르의 강도가 약해지며, 적게 넣으면 시멘트와 뼈가루, 모래를 잘 섞을 수가 없었다. 또한 본 연구 과정을 통해 뼈가루를 넣어 몰타르를 만들 때에는 시멘트와 모래만 섞어 몰타르를 만들 때보다 훨씬 많은 양의 물을 필요로 한다는 것을 경험을 통해 알 수 있었다. 즉, 시멘트와 모래를 섞어 몰타르를 만들 때와 동일한 양의 물을 넣었을 경우에는 서로 혼합하여 비벼 몰타르로 만들수가 없어 연구자들은 우선 시멘트(C)와 뼈가루+모래(S)를 이용하여 몰타르를 만들 때 필요한 최소한의 물의 양을 찾아보았다. 여러번의 반복 과정을 통해 시멘트와 뼈가루, 모래를 섞기 위해서는 최소한 물이 시멘트와 같은 비율(무게비)이 되어야 한다는 것을 알 수 있었고, 그에 따라 물의 배합 비율을 시멘트 양의 100%, 110%. 120%로 증가시켰다(표 6).
표 6. 물, 시멘트, 뼈가루+모래의 배합 비율(무게비) (W: 물, C: 시멘트, S: 뼈가루+모래)
위의 표 6의 비율은 다시 물, 시멘트, 뼈가루(+모래)를 모두 합친 무게가 800g이 되도록 했을 때, 물, 시멘트, 뼈가루(+모래)를 각각 몇 g씩 배합해야하는지 계산하였고, 그 값은 표 7과 같다.
표 7. 물, 시멘트, 뼈가루+모래의 배합량(단위 : g) (W: 물, C: 시멘트, S: 뼈가루+모래)
W C S W C S W C S
133.33 333.33 333.33 160.00 320.00 320.00 184.62 307.69 307.69 94.12 235.29 470.59 133.33 266.67 400.00 154.84 258.06 387.10 110.34 275.86 413.79 114.29 228.57 457.14 133.33 222.22 444.44
W C S 합 W C S 합 W C S 합
10 10 10 30 11 10 15 36 12 10 15 37 10 10 15 35 11 10 20 41 12 10 20 42 10 10 20 40 11 10 25 46 12 10 25 47
W C S W C S W C S
266.67 266.67 266.67 244.44 222.22 333.33 259.46 216.22 324.32 228.57 228.57 342.86 214.63 195.12 390.24 228.57 190.48 380.95 200.00 200.00 400.00 191.30 173.91 434.78 204.26 170.21 425.53
그림 8 몰타르 블록 제작
그림 9 제작 완료된 몰타르 블록
(마) 양생
몰타르 블록을 2~3일간 공기 중에 두어 단단히 굳은 후에는 몰타르를 틀에서부터 꺼내 물 속 에서 양생시켰다.
그림 10 양생 전 몰타르 블럭
그림 11 양생 과정
(바) 강도 측정
몰타르 블록을 양생시키고 28일 후 몰타르 블록을 꺼내 잠시 건조시킨 뒤 한경대학교의 인장 강도측정기를 이용하여 강도를 측정한다. 이때 면적 당 압력을 동일하게 하기 위해 ‘지그’를 사 용한다.
그림 12 한경대학교의 인장강도실험기
그림 13 지그 사용
3. 연구 결과 및 시사점 □ 연구 결과
1. 실험 결과
본 연구는 모래를 골재로 사용하여 시멘트 및 물과 다양한 비율로 섞어 몰타르를 만든 경우, 뼈와 모래를 함께 골재로 사용하여 시멘트 및 물과 다양한 비율로 섞어 몰타르를 만든 경우의 강도를 측정해보았다.
실험결과에서는 각 실험체들을 간단히 기호로 나타내기 위해 모래만을 넣었을 경우 ‘S-물-시 멘트-골재-샘플번호’로 표시했고, 뼈를 넣은 경우에는 ‘B-물-시멘트-골재-샘플번호’로 표시했다.
샘플번호는 동일한 비율을 가진 몰타르를 각각 3개씩 만들었기 때문에 각 샘플을 구별하기 위해 생긴 번호이다. 예를 들어 골재로 모래만 사용하였으면서 물 : 시멘트 : 골재의 비율이 5 : 10 : 10 이고, 두 번째 샘플일 경우는 ‘S-5-10-10-2’과 같이 표시하였다.
(가) 모래만 넣은 몰타르
모래만을 골재로 넣어 만든 몰타르는 총 9가지의 다양한 비율로 만들었고, 각 비율마다 3개씩 샘플을 만들어 총 27개의 실험을 진행하였다. 그림 14는 모래를 골재로 넣어 만든 몰타르의 강 도를 측정하는 사진이며, 표 8은 본 연구에서 만든 총 27개의 샘플의 강도 측정 실험 결과를 나 타낸 것이다.
그림 14 모래를 골재로 넣은 몰타르의 강도 측정 실험 과정
위의 표 8과 같이 강도를 측정한 결과는 내림차순으로 강도가 가장 큰 것부터 순서대로 순위 를 정하였고, ‘S-5-10-10_1’가 537.334(Mpa)로 강도가 가장 컸고, ‘S-5-10-20-2’가 347.833(MPa)으로 강도가 가장 작았다. 각 샘플마다 강도 실험을 하는 동안 각 샘플에 가해진 압력과 응력(재료 내에 생기는 저항력)은 MBL을 이용하여 그림 15, 그림 16과 같이 그래프로 그 릴 수 있었으며, 그래프가 상승하다가 급격히 감소하는 지점이 몰타르 샘플이 부서지기 시작하는 지점이다.
Sand Specimen
Case # W/C Max Strain Max Stress Rank
S-4-10-10_1 0.4 0.043 418.634 15
S-4-10-10_2 0.4 0.033 475.766 8
S-4-10-10_3 0.4 0.042 429.353 13
S-4-10-15_1 0.4 0.044 361.380 26
S-4-10-15_2 0.4 0.030 500.531 4
S-4-10-15_3 0.4 0.029 500.862 3
S-4-10-20_1 0.4 0.023 481.924 6
S-4-10-20_2 0.4 0.013 458.237 10
S-4-10-20_3 0.4 0.022 510.418 2
S-5-10-10_1 0.5 0.025 537.334 1
S-5-10-10_2 0.5 0.020 486.170 5
S-5-10-10_3 0.5 0.031 452.612 11
S-5-10-15_1 0.5 0.045 477.419 7
S-5-10-15_2 0.5 0.025 462.044 9
S-5-10-15_3 0.5 0.028 448.294 12
S-5-10-20_1 0.5 0.017 364.698 25
S-5-10-20_2 0.5 0.017 347.833 27
S-5-10-20_3 0.5 0.020 365.953 24
S-6-10-10_1 0.6 0.026 391.626 18
S-6-10-10_2 0.6 0.025 424.873 14
S-6-10-10_3 0.6 0.023 385.415 21
S-6-10-15_1 0.6 0.020 376.297 23
S-6-10-15_2 0.6 0.017 390.791 19
S-6-10-15_3 0.6 0.031 388.353 20
S-6-10-20_1 0.6 0.019 399.726 17
S-6-10-20_2 0.6 0.016 411.997 16
S-6-10-20_3 0.6 0.022 381.854 22
표 8. 모래를 골재로 넣은 몰타르의 강도 측정 실험 결과
(W/C : 물/시멘트, Max Strain : 최대 변형, Max Stress : 최대 응력)
그림 15 ‘S-5-10-20-2’에 가해진 압력 그래프
그림 16 ‘S-5-10-20-2’의 응력 그래프
(나) 뼈가루와 모래를 혼합한 몰타르
뼈가루와 모래를 혼합한 골재로 넣어 만든 몰타르 역시 총 9가지의 다양한 비율로 만들었고, 각 비율마다 3개씩 샘플을 만들어 총 27개의 실험을 진행하였다. 골재에 뼈가루만 사용하지 않 고, 뼈가루와 모래를 혼합하여 골재로 사용한 이유는 뼈 분쇄과정에서 믹서기와 망치를 사용하여 입자의 크기를 임의로 조절할 수 없었기 때문에 1.2mm 이상 크기의 뼈가루는 만들기 어려웠기 때문이다. 따라서 1.2mm~2.5mm, 2.5mm~5mm, 5mm 이상 크기의 입자에 대해서는 뼈가루 대 신 동일한 크기의 모래를 사용하여 적절한 입도를 구성하는 무게 비에 의해 뼈가루와 모래, 시멘 트 가루를 배합하여 만든 몰타르를 실험에 이용하였다. 또한 뼈가루는 모래에 비해 물과 혼합하 였을 때 점성이 커졌고 혼화제를 사용하지 않고 물의 양 (물/시멘트 값)을 늘렸기 때문에 모래만 으로 만든 몰타르보다 강도가 약할 것이라고 예상하였다.
그림 17은 뼈와 모래를 혼합한 골재를 넣어 만든 몰타르의 강도를 측정하는 사진이며, 표 9는 본 연구에서 만든 총 27개의 샘플의 강도 측정 실험 결과를 나타낸 것이다.
그림 17 뼈가루와 모래를 혼합한 골재로 만든 몰타르의 강도 측정
Bone Specimen
Case # W/C Max Strain Max Stress Rank
B_10_10_10_1 1 0.06 55.278 12
B_10_10_10_2 1 0.022 65.162 9
B_10_10_10_3 1 0.011 79.654 6
B_10_10_15_1 1 0.013 96.539 1
B_10_10_15_2 1 0.017 49.757 16
B_10_10_15_3 1 0.014 88.983 4
B_10_10_20_1 1 0.013 87.185 5
B_10_10_20_2 1 0.016 89.689 3
B_10_10_20_3 1 0.024 92.686 2
B_11_10_15_1 1.1 0.013 48.842 19
B_11_10_15_2 1.1 0.02 43.724 24
B_11_10_15_3 1.1 0.015 53.48 13
B_11_10_20_1 1.1 0.028 73.725 7
B_11_10_20_2 1.1 0.022 69.281 8
B_11_10_20_3 1.1 0.024 64.851 10
B_11_10_25_1 1.1 0.017 61.819 11
B_11_10_25_2 1.1 0.027 43.947 23
B_11_10_25_3 1.1 0.017 49.389 17
표 9. 뼈가루와 모래를 혼합한 골재로 만든 몰타르의 실험 결과 (W/C : 물/시멘트, Max Strain : 최대 변형, Max Stress : 최대 응력)
표 9를 살펴보았을 때, ‘B-10-10-15’와 ‘B-10-10-20’의 강도가 상대적으로 컸으며,
‘B-10-10-15-1’이 96.539(MPa)로 가장 강도가 크지만 평균적으로는 ‘B-10-10-15’가 78.426(MPa), ‘B-10-10-20’이 89.853(MPa)로 ‘B-10-10-20’이 전체적인 강도는 더 컸다. 그러 나 전체적으로 모래와 뼈가루를 섞어 만든 골재는 모래만을 골재로 사용한 경우보다 강도가 크 게 줄어들었다.
각 샘플마다 강도 실험을 하는 동안 각 샘플에 가해진 압력과 응력(재료 내에 생기는 저항력) 은 MBL을 이용하여 그림 18, 그림 19, 그림 20, 그림 21과 같이 그래프로 그릴 수 있었으며, 그래프가 상승하다가 급격히 감소하는 지점이 몰타르 샘플이 부서지기 시작하는 지점이다.
그림 18 ‘B-10-10-15’에 가해진 압력 그래프
그림 19 ‘B-10-10-15’의 응력 그래프
그림 20 ‘B-10-10-20’에 가해진 압력 그래프 그림 21 ‘B-10-10-20’의 응력 그래프
B_12_10_15_1 1.2 0.021 49.164 18
B_12_10_15_2 1.2 0.016 43.05 25
B_12_10_15_3 1.2 0.017 42.771 26
B_12_10_20_1 1.2 0.019 46.6 21
B_12_10_20_2 1.2 0.017 46.764 20
B_12_10_20_3 1.2 0.029 40.263 27
B_12_10_25_1 1.2 0.02 52.542 14
B_12_10_25_2 1.2 0.022 44.032 22
B_12_10_25_3 1.2 0.028 51.897 15
2. 실험 결과 요약
그림 22는 모래만을 골재로 하여 만든 각 몰타르의 강도를 그래프로 나타낸 것이다. 이 그래 프를 통해 ‘S-5-10-10’의 강도가 가장 크고, ‘S-5-10-20’의 강도가 가장 작다는 것을 알 수 있 으며, 두 경우를 비교했을 때 물의 비율이 더 작을수록 그 강도가 작게 나타났다.
그림 23은 뼈가루의 모래를 혼합한 골재로 만든 각 몰타르의 강도를 그래포로 나타낸 것이다.
이 그래프를 통해 ‘B-10-10-15’의 강도가 가장 크고 ‘B-12-10-20’의 강도가 가장 작아 두 경우 를 비교했을 때 물의 비율이 더 작을수록 그 강도가 크게 나타났다.
그림 22 모래만 넣은 몰타르 샘플의 강도 분포그래프
그림 23 뼈가루와 모래를 혼합한 몰타르 샘플의 강도 분포그래프
실험 결과 모래만을 사용했을 때보다 뼈가루를 섞었을 때 그 강도가 현저히 낮게 측정되었다.
□ 시사점 ○ 개선점
본 실험을 진행하는데 있어서 뼈가루를 골재로 이용하여 몰타르를 만들 때 뼈가루의 입도에 대한 고려가 부족하였다. 즉, 뼈가루의 입도가 너무 작아 재료들을 섞기에 어려움이 있었다. 따라서 적절한 입도를 고려하여 뼈가루가 강도 증진에 효과가 있는지 다시 살펴볼 필요가 있을 것이다.
또한 뼈가루를 섞은 골재의 경우 시멘트와 잘 섞이지 않아 물의 사용량이 현저히 증가했는데, 일반적 으로 물 혼합양이 많아질수록 강도는 약해지므로, 뼈가루를 섞어 몰타르를 만들 경우에는 혼화제 사용을 통하여 물의 사용량을 줄임으로써 강도 증진 효과를 기대할 수 있을 것으로 예측된다.
추후 연구 과정에서는 앞선 뼈 가루의 적절한 입도 고려와 혼화제의 사용을 통해 물의 비율을 줄이고 최적의 물/시멘트 비를 찾는 것이 필요하다.
또한 물이 많아 강도가 약해졌다고는 해도 그 강도가 보통 사용하는 콘크리트 보다 너무 작기 때문에 최적의 물/시멘트 비를 찾는다고 해도 강도가 중요한 구조 부재를 대체하기에는 무리가 있으므로 구조 부재 대체보다는 차양, 장식탑, 비내력벽 등과 같은 비구조 부재를 대체하는 방향으로 활용하는 것이 좋을 것으로 보인다.
○ 연구 활동을 통해 얻은 학습 효과
콘크리트가 만들어지는 과정과 그 안에 들어가는 재료, 시멘트가 어떻게 엄청난 하중을 버틸 수 있는지에 대한 원리를 깨닫고 그것이 재료들 간의 상호적인 관계에 많은 영향을 받는다는 것을 알게 되었다. 그 부분에서 우리 조의 실험에는 뼈와 시멘트가 같은 석회질 성분이었다는 점에서 더 단단할 수 없었다는 문제점을 도출해낼 수 있었다. 또 실험을 하는 과정에서 쓰레기 문제와 건축에 관하여 관심을 갖게 되어 관련 기사 등을 찾아보게 되었고 실험 결과를 정리, 계산하는 과정에서는 엑셀 프로그 램을 사용하면서 또 데이터를 이용해 원하는 결과를 얻어내는 방법을 알게 되었다.
본 연구를 진행하는 동안 여러 가지 분야에 대해 공부해볼 수 있었고 여러 가지 경험을 할 수 있어 유익한 시간을 보낼 수 있었다.
4. 홍보 및 사후 활용
□ 이후 연구
○ 소뼈를 제외한 돼지뼈, 옹기토, 황토 등 여러 가지 재료로 더욱 적합하고 단단한 강도를 찾아볼 계획이다.
5. 참고문헌
○ 김무늬, 김원기, 이승목, 양재규. 동물뼈로부터 재활용된 수산아파타이트 (大韓環境工學會誌�文- Original Paper 735~742. 2009)
○ 김무늬, 이승목. 수산아파타이트를 이용한 Cu 제거 (대한환경공학회 2008 춘계학술연구발표회 논문집 울산대학교, 2008. 5. 1～5. 2 pp. 47-54)
○ 김무늬, 이승목. 수산아파타이트를 이용한 중금속 제거 (대한환경공학회 2007 추계학술연구발표회 논 문집
강원대학교, 2007. 11. 1～11. 2 pp. 708-714)
○ 권문선, 김재영. 폐소뼈를 이용한 중금속 제거용 담체개발에 관한 연구 (Of Resources Recycling Vol. 19, No. 2, 2010, 28-34)
○ 노정관, 고재호. 합판용 접착제의 충전제로서 폐기 골분의 이용 (전시-P-46)
○ 안용석, 이원우, 이승홍, 안긴내, 고창익, 오창경, 오명철, 김동우, 전유진, 김수현. 옥돔 비늘 유래 젤 라틴의 가수분해 및 가수분해물의 기능성 (Kor J Fish Aquat Sci 42(5), 417-425)
○ 장은경, 임주연, 김광옥. 닭발의 침지조건이 닭발 젤라틴에 미치는 영향 (KOREAN J. FOOD SCI.
TECHNOL. Vol. 34, No. 3, pp. 425~430 (2002)
