문화재 보존 처리용 MgO 기반 모르타르의 물리적 및 화학적 특성에 관한 연구

Abstract

문화재 보존처리 분야에서는 백화 현상으로 인해 문화재의 외 관에 심각한 손상을 일으키는 석회질 계 모르타르의 사용을 기피하고 있다. 마그네슘 기반 모르타르는 그 대안 중 하나로 칼슘을기반으로 하는 시멘트와 비슷한 성질을 내기도 하지만 전혀 다른화학적 결합을 형성한다. 마그네슘은 소성 온도에 따라 700 ‐1000 ℃의 저온에서 소성한 경소(light‐burned magnesia, 硬燒)MgO와 1200 ‐ 1400 ℃에서 소성하는 사소(dead burning , 死燒)MgO로 구분 된다. 사소 마그네시아를 이용한 마그네슘 인산염 시멘트는 이미 상 용화 되었으며 마그네슘과 아인산칼륨(KH2PO4)의 급격한 산‐염기 반응(acid‐base reaction)을 이용한 초속경 재료이다. 마그네슘은 인산과 급격한 화학적 반응을 일으키는데, 이 속도를 감소시키기 위해 반응성이 적은 사소 마그네시아를 이용하여 응결시간을 늦추고,발열성을 낮춰주어 시공성까지 겸비한 보수재료이다.경소 마그네시아는 700 ℃의 저온에서 소성하며, 경화하면서소성 시 배출하는 이산화탄소 량보다 많은 양의 탄소를 경화체 내에 포집·저장하기 때문에 친환경재료로 각광받고 있는 원료이며,영국의 Novacem 주식회사 등에서 Carbon negative cement로 상용화를 앞두고 있으나 아직 개발단계에 있으며, 국내에서는 연구가전무한 실정이다.이번 연구에서는 먼저 사소 마그네시아 시멘트에 화학적 성분이 다른 6가지 산업부산물들을 각각 일정배율로 시편에 첨가하여 SEM,XRD분석을 통해 수화물 생성을 확인하였으며, 수화물 생성에 따른강도변화를 관찰하였다. 또한 사소 마그네시아 시멘트 실험을 통해나타난 문제점들을 보완하고자 경소 마그네시아를 이용한 기초적연구를 수행하여, 친환경 재료로서의 접근 가능성을 판단하였다. 그결과 강도 실험에서 사소 마그네시아 시멘트는 금속 실리콘 제조시 부산물인 실리카퓸과 반응하여, 56일 강도가 시멘트의 100.1 %에도달했다. 실험 결과 혼화재 중 Ca, Al 성분이 포함된 재료는 마그네시아 시멘트와 화학적 결합을 이루지 못하고 내구성을 저하시켰다. 결합재의 10 % 정도의 실리카퓸 혼화재가 가장 우수한 성능을 발현하였다. 경소 마그네시아를 이용한 두 번째 실험에서는 사소 마그네시아 시멘트보다 강도는 저조했으나 유동성 상실이나 흡수율이 적어 시공성은 더 우수한 것으로 사료된다. 사소 MgO 모르타르의 주요 수화물은 침상형의 KStruvite (MgKPO4ᆞ6H2O)로 강도가 높은 시편일수록 판상형의 형태 로 변화되어 높은 내구성을 형성한다. 경소 MgO 모르타르의 주요수화물은 Brucite(Mg(OH)2)로 56일째에 Nesquehonite (MgCO3·3H2O)로 탄산화 하여 강도를 형성하므로, 경소 MgO 모르타르의 개발을위해서는 탄산을 가속화 할 수 있는 방안이 연구되어야 한다.