제29회 서울특별시학생탐구발표대회

탐구보고서

버섯균사체를 이용한 폐시멘트의

바닥재로서의 재활용 방안 탐구

출품번호

출품 부문 환경

2014. 10. 07.

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초 록

나날이 증가하는 폐건축물의 주요 성분인 시멘트의 재활용 방안을 탐색하는 과정에서,

버섯균사체 배양을 통해 폐시멘트의 재활용 가능성을 탐구하였다. 폐시멘트에 성장속도가

빠르고 잘 엉키고 감기면서 빽빽하게 자라는 버섯 균사체를 배양함으로써 폐시멘트의 물

리적 성능을 향상시키고자 하였다.

먼저 시멘트의 화학성분과 그 변화과정, 버섯균사체에 대한 자료를 찾아 폐시멘트와 버

섯균사체가 어떤 원리로 결합할지 조사하였다. 또 폐시멘트에서 버섯균사의 생장여부와

균사가 잘 자라는 영양분과 배합비율을 알아보았고, 시료들의 소음방지력, 열방지력, 강도

를 측정하여 건축 재료로써의 최적조건을 알아보았다. 폐시멘트는 물과 반응 시 반응열로

인한 온도상승으로 균사생장에 방해되는 시멘트와는 달리 폐시멘트30g:톱밥30g:균사10g의

배합비율에서 최적 결과를 나타냈다.

Ⅰ. 탐구 동기와 목적

근래 도시개발, 재건축등의 건설사업과 더불어 폐건축물의 발생량은 급격하게 증가하고 있는

추세인데 환경부와 한국환경공단의 자료에 의하면 2012년도 폐기물 구성비는 건설폐기물

48.9%, 사업장배출시설계폐기물 38.3%, 생활폐기물 12.8%로 나타나고, 폐콘크리트(콘크리트에

서 시멘트가 차지하는 비율은 약 40%)가 전체 건설폐기물 중에서 63.1%로 가장 큰 비중을 차

지하였다.1) 이로 인한 폐기물 처리비용 증가, 환경오염 등은 큰 사회문제로 나타나고 있다. 그

런데 건설폐기물은 대부분 유류 및 화학물질의 오염이나 이물질이 상대적으로 적어서 비교적

적은 중간처리 과정을 거쳐 재활용할 수 있는 장점도 있어서 본 탐구는 폐시멘트의 재활용을

위한 방안으로 폐시멘트를 부순가루에 생장속도가 빠른 버섯균사와 균사에게 적합한 영양분을

함께 넣어서 배양해보면 어떨까라는 아이디어를 갖게 되었다.

만약 버섯균사가 폐시멘트라는 환경에서도 잘 자라게 된다면 생장속도가 빠른 균사체들로

인해 폐시멘트가루 사이로 실처럼 긴 균사들이 엉키고 감기면서 빽빽하게 채워지게 될 것이다.

또 폐시멘트의 접착력 및 물리적 성능(소음방지력, 열방지력, 강도)을 향상시키는 효과를 얻

을 수 있을 것이다.

본 연구의 목표는 다음과 같다.

첫째, 폐시멘트가루에서 버섯균사가 잘 자라는 환경과 물리적 성능이 뛰어난 배합비율을 알아

1) e-나라지표, “전국 폐기물 발생 및 처리현황(2012년도)”, 환경부 ㆍ 한국환경공단, 2013.

<http://www.index.go.kr/potal/main/EachDtlPageDetail.do?idx_cd=1477>

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본다.

둘째, 버섯균사체를 이용한 폐시멘트 시료의 물리적 성능을 측정하고, 층간소음감소 및 내진

설계용 건축자재로서의 활용가능성을 알아본다.

Ⅱ. 이론적 배경

1. 시멘트

시멘트는 넓은 의미에서 물질과 물질을 접합시키는 성질을 가진 모든 재료를 말한다. 시멘트

의 성분은 석회석의 석회(CaO, CaCO3, 약 63%), 점토에 포함되어 있는 실리카(SiO2, 약 23%)

와 알루미나(Al2O3, 약 6%)의 주요 3성분과 소량의 산화철(Fe2O3), 마그네시아(MgO), 아황산

(SO3), 알칼리(K2O, Na2O), 탄산가스(CO2) 및 물 등 원소의 산화물을 포함하고 있다. 이것들을

소성(조합된 원료를 가열하여 구움)해서 얻어진 클링커(clinker : 경단과 같은 작은 덩어리)를

다시 석고를 첨가하여 미분쇄하여 분말로 한 것이다. 흔히 사용하는 시멘트는 모르타르라고도

하는데, 시멘트와 모래를 1 : 1 또는 1 : 3 정도의 중량비로 물로 혼합 반죽한 것으로 벽돌 쌓

기, 기계의 베드(bed)와 콘크리트 기초의 고착용으로 쓰인다.

시멘트와 물이 섞이면 유동성과 점성이 떨어지면서 뭉치는 고체화의 응결현상이 일어나고,

시간이 갈수록 겔(gel)의 생성이 증대하여 시멘트 입자 사이가 치밀하게 채워지며 굳게 된다

(경화). 시멘트가 물과 반응하면서 발생된 수산화칼슘(Ca(OH)2)은 공기 중의 이산화탄소(CO2)

와 결합하여 탄산칼슘(CaCO3)과 물기를 내놓게 되는데(Ca(OH)2 + CO2 ⟶ CaCO3 + H2O), 이과정에서 반응열이 발생한다. 칼슘(Ca) 원소는 혼자로는 존재할 수 없어 다른 물질과 합해져야

안정을 찾기 때문에 수산화칼슘은 탄산칼슘으로 바뀌는 과정에서 물은 다시 공기 중으로 빠져

나가게 된다. 이 과정에서 시멘트는 더 단단해지는 동시에 균열이 발생할 수 있으므로 시멘트

공법에서는 시멘트가 마르는 시간과 온도를 중요하게 여긴다.2)

2. 버섯 균사체

버섯은 균류의 한 종류로 엽록체가 없고, 대부분 실모양의 포자로 번식을 한다. 버섯은 몸체

에 뿌리·줄기·잎의 구별이 없고 영양기관인 균사체와 번식기관인 포자를 지닌 자실체로 구성된

다. 영양분을 흡수하는 균사체는 각각의 실 모양으로 된 균사가 구름처럼 모여진 포자로 바람

이나 물에 의해 먼 거리까지 가서 영양분이 있는 습한 장소에 가면 발아 하여 새로운 균사체

를 형성한다. 번식은 포자(균씨, 홑씨) → 발아 → 균사 → 자실체로 이루어진다. 이 때 자실체

에서 형성된 포자 발아기를 1차 균사, 화합성인 균사가 세포질융합이 이루어진 것을 2차 균사,

충분한 영양과 적당한 환경에서 균사가 조직화된 것을 3차 균사라고 하며, 3차 균사를 형성하

2) [1] 문한영, 건설재료학, 동명사, 2005(1989 수정판, 13쇄), pp. 37-46.

[2] 김홍철, 건설재료학, 청문각, 2011, pp. 24-29.

[3] 편집부저, 기계공학용어사전, 한국사전연구사, 1995.

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여 자실체를 발생하는 것이 버섯의 일생이다.3)

버섯의 균사는 배지에 적당한 조건만 주어지면 생장을 계속한다. 버섯의 종류에 따라 차이는

있으나 일반적으로 균사 생장의 온도는 5∼40℃ 사이에서 발육하는데 20∼30℃가 적당하고(느

타리버섯의 포자발아 온도 범위는 5-33℃로 비교적 넓고, 최적 온도는 25℃), 자실체 형성에

적당한 온도는 10∼20℃의 저온이다. 습도는, 균사발육기에는 공중습도 65∼80%가 적당하고,

자실체 발생에는 80∼95%의 습기와 많은 수분이 필요하다. 버섯균은 호흡작용을 하는 호기성

균으로 공기가 없는 곳에서는 발육하지 못하며 광선은 균사발육에는 필요하지 않으나 자실체

발생에는 적당한 산광 하에서 건실한 버섯이 발생한다.

버섯발육에 필요한 영양분은 균사가 기주에 기생하여 그 속에 있는 여러 유기물질을 효소의 힘

으로 분해하여 섭취하며 각종 무기성분과 비타민류도 생장 촉진에 관여한다. 이에 버섯균사체의

활동을 위한 영양분으로 깻묵이나 옥수수피, 담배가루, 누에가루, 톱밥 등을 이용하기도 한다.4)

버섯의 균사체를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하면 실처럼 엉킨 조직을 볼 수 있는데, 그

구조가 표면적 대 부피 비율을 극대화시켜 먹이를 효과적으로 흡수할 수 있게 되어 있다.

1cm3의 토양에서 균사와 토양의 접촉 면적이 300cm2 이상이며, 전체길이가 1km나 되며, 굵게

자라기보다는 길이를 늘임으로써 전체적인 흡수 면적을 넓혀 연속적인 세포질 덩어리로 분열

을 계속하면서 생장하는 특징이 있다.5)

그림 1. 버섯의 균사체

III. 연구 과정

1. 준비물

1) 기기 : 찜기류, 자외선 살균기, 투명아크릴 용기, 라커룸, 온도습도계, 실체현미경, 마이

3) [1] 성재모 외 2인, 버섯학, 교학사, 1998, pp. 1-32.

[2] [네이버 지식백과] 편집부저, 두산백과/doopedia, 두산동아, 1997.

[3] [네이버 지식백과] 편집부저, 생명과학대사전, 아카데미서적, 2008.

4) [1] 성재모 외 2인 , 버섯학, 교학사, 1998, pp. 95-106, p 249, pp. 253-255.

[2] 강창용 외 3인, 버섯산업의 현황과 과제, 한국농촌경제 연구원, 2005, pp107-115.

5) 전상학 대표역자/Reece 외 5인, 캠벨 생명과학 9판, 바이오사이언스출판, 2013 3쇄, p.637, p. 648.

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크로피펫, 고온가압기, 클린벤치, 배양기, 소음측정기, 열화상카메라, 인장강도측

정기, 노트북, 소리발생프로그램, 카메라

2) 재료 : 느타리버섯균사, 톱밥, Agar, 폐시멘트가루, 일반시멘트(모르타르), 시멘트, 알

콜, 배양 배지, 정제수, OHP필름, 양면테이프

2. 실험방법

가. 폐시멘트 시료 제작과 버섯균사 관찰

균사는 우리 주변에서 많이 볼 수 있는 버섯 중 새송이버섯보다 잘 자라고 값도 싼 느타리버

섯 균사를 사용하였다. 균사의 영양분으로는 일반적으로 버섯배양에 많이 쓰이는 톱밥과 세균

배양지로 많이 쓰이는 Agar를 사용하였다.

그림 2. 느타리버섯 균사

1) 폐시멘트와 버섯균사체 배합 시료 제작

① 모든 재료와 용기를 소독한다. 찜기류와 실험도구는 알콜소독하고, 폐시멘트와 톱밥은

찜통에 찐 후 식혀서 사용한다. 일반시멘트와 시멘트가루는 자외선 살균기에서 하루 동안

소독한다. 정제수로 반죽한다.

② 표1에 주어진 비율대로 폐시멘트, 영양분과 균사를 섞는다.

③ 시료와 물을 8:1로 반죽 후 투명아크릴(지름8cm, 높이3cm) 용기에 넣어 두개씩 제작한

다.

④ 시료를 만든 후 자외선 살균기에 하룻동안 넣어둔다.

⑤ 햇빛이 보이지 않으면서 바람이 잘 통하는 라커룸(50cm x40cm x35cm)을 알콜소독 후

시료들을 옮겨 보관한다.

⑥ 온도 습도계를 설치해서 온도는 20~25℃, 습도는 65~75%를 유지한다.

⑦ 1주후에 넓은 샬레 (지름10cm, 높이 1.5cm)에 정수기의 온수(70℃)를 아침저녁으로 갈

아주며 습도를 공급한다.

⑧ 2주동안 배양시킨 시료들을 다시 자외선 살균기에 하루정도 넣어 열처리(35~40℃)한

후 햇빛이 잘 들고 바람이 잘 통하는 옥상에서 일주일 건조시킨다.

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대조군

1 모래있는 일반시멘트100g

2 폐시멘트100g

3 폐시멘트100g +시멘트30g

실험군

1 톱밥30g +균사10g

2 폐시멘트30g +톱밥30g +균사10g

3 폐시멘트30g +톱밥30g +균사10g +시멘트10g

4 폐시멘트30g +톱밥30g +아가30g +균사10g

그림 3. 자외선 살균기

표 1. 균사를 이용한 시료 제작 배합비율

그림 4. 제작 시료와 균사 배양 환경

2) 느타리버섯 균사의 생장 과정 관찰

배지와 시료에서 버섯 균사가 자라는 과정을 실체현미경(40배율)을 사용하여 관찰하였다.

가) 배지 배양

① 정제수10ml에 균사 0.1g을 희석한다.

② 마이크로피펫으로 100㎕를 세균배양배지에 골고루 분사시킨 후, 배양기에 넣는다.

③ 배지 세팅 직후, 14시간 후, 16시간 후, 18시간 후 실체현미경으로 관찰한다.

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나) 시료 배양

① 폐시멘트와 톱밥을 고온가압기에서 1시간 동안 멸균처리한다.

② 뚜껑에 구멍뚫은 용기(지름8cm, 높이1.5cm)와 실험도구들은 알콜소독한다.

③ 클린벤치에서 폐시멘트15g, 톱밥15g, 균사5g 비율로 반죽하여 용기에 담고 배양기에

넣는다.

④ 시료제작 직후 14시간 후, 16시간 후, 18시간 후 실체현미경으로 관찰한다.

그림 5. 제작 시료와 배양기

나. 시료의 물리적 성능 측정

버섯균사체를 이용한 폐시멘트의 재활용 가능성을 알아보기 위하여 각 시료에 대해 소음측정

기로 소음방지력을, 열화상카메라로 열방지력을, 인장강도측정기로 강도를 측정하였다.

1) 소음방지력

① 시료를 OHP필름으로 한쪽을 감싸서 양면테이프로 붙여 원통을 만들고 반대편에도 동

일하게 원통을 만든다.

② 시료 없이 빈 공간에서의 값을 먼저 측정한다.

③ 한쪽에서 컴퓨터로 소리를 틀고 시료 반대편에서 값을 측정한다.

a. b.

그림 6. 소음 측정 (a.소음측정기, b.측정 장면)

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2) 열방지력

① 제작 시료의 한편에서 드라이기로 30초 동안 동일한 온도로 열을 가한다.

② 시료를 중심으로 열을 가한 쪽과 그렇지 않은 쪽을 열화상 카메라로 찍는다.

a. b.

c. d.

그림 7. 열화상카메라 촬영상 (a. 열을 가하기 전, b. 열을 가한 후,

c. 시료의 열을 가한 쪽, d. 시료의 열을 가한 쪽의 반대편)

3) 강도

① 강도측정기에 시료를 올려놓는다.

② 시료가 눌리거나 금이 가는 등 변형이 시작하는 시점의 값을 측정한다.

③ 시료가 파괴되어 더 이상 변하지 않을 때의 값을 측정한다.

a. b. c.

그림 8. 강도 측정(a. 인장강도측정기, b와 c. 측정 장면)

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IV. 연구 결과 및 분석

1. 실험 결과

가. 제작 시료의 관찰 결과

1) 폐시멘트와 버섯균사체 배합 시료 관찰

실험군1 ＞ 실험군2 ＞ 실험군3 ＞ 실험군4 순으로 균사체가 잘 배양되었다. 폐시멘트의 속에

넣는 균사의 영양분으로는 톱밥이 아가보다 좋았으며, 폐시멘트가 없는 실험군1이 균사가 성장

하기에는 가장 좋은 환경이었다. 폐시멘트보다 시멘트가 균사가 자라기에는 더 좋지 않은 환경

이었는데, 시멘트가 물과 반응하여 굳을 때 생기는 발열 현상이 균사가 자라기엔 방해되는 환

경이라 생각한다.

시

료사진 시료무게 관찰내용

1 33.8g, 30.8g

균사가 버섯껍질처럼 하얗고 단단하게 덮

여 있었다. 또 속에서 균사가 촘촘히 엮여

있어서 아주 단단하고 그러면서 가벼웠다.

2 120g, 36.9g

폐시멘트 때문인지 시료 사이가 조밀해 보

이지 않고 시멘트가 없어서 인지 약간 푸

석거리는 느낌도 있지만 균사 때문에 서로

단단히 뭉쳐 있었다.

3 87.4g, 43.g 단단한데 가장자리에 부스럼이 생긴다.

4 43.9g

매우 단단하고 묵직하다. 시멘트가 없는데

도 부서짐이 없고 단단하다. 아가가 잘

굳게 해주고 결합력을 높여준 것이다.

표 2. 2주후 균사체 시료들의 관찰

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2) 느타리버섯 균사의 생장 과정 관찰

처음엔 40배율인 실체현미경으로는 톱밥조각 외에는 관찰되는 것이 없었다. 16시간 후에는 하

얀 실같은 균사들이 톱밥 주위에서 눈에 띄게 자라있는 모습이 관찰되었다.

배

지

시작 18시간 후

톱밥

균사

균사

균사

표 3. 배지 속의 균사 성장

시

료

시작 16시간 후 18시간 후

톱밥

균사균사

균사

표 4. 시료 속의 균사 성장

나. 시료의 물리적 성능 측정 결과

1) 소음방지력

실험군2 > 실험군1 > 실험군3 > 대조군1 > 대조군3 순으로 소음방지력이 좋았다. 폐시멘트

속에서 배양된 균사체가 소음흡수 역할을 함으로 톱밥과 균사로만 이루어진 실험군1이나 딱딱

한 시멘트로만 이루어진 대조군들 보다 실험군2(폐시멘트30g+톱밥30g+균사10g)가 소음방지력

이 가장 높게 나왔다.

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표 5. 평균값으로 본 소음방지력 (소음 단위:dB, 소음방지율 단위:%)

시료 대조군1 대조군3 실험군1 실험군2 실험군3 빈공간

소음(dB) 86.6 99.9 70.6 69.9 80.0 104.3

소음방지율(%) 17.0 4.2 32.3 33.0 23.3 0.0

* 소음방지율= (빈공간-시료)x100/빈공간 (%)

그래프 1. 균사체 시료의 소음방지력 순위(단위:%)

2) 열방지력

각 시료에 열을 가했을 때 30초 동안 도달한 온도는 높았다. 실험군3 > 실험군 1> 실험군2

> 대조군3 > 대조군1 순서였다. 실험군3과 실험군1은 다른 실험군 및 대조군보다 10℃ 정도

더 올라갔다. 또한 시료를 중심으로 양 쪽의 온도 차는 실험군3(21.5℃) > 실험군1(19.5℃) >

실험군2(11.9℃) > 대조군3(4.3℃)> 대조군1(4.0℃) 순으로 크게 나타났다.

실험군3(폐시멘트30g+톱밥30g+균사10g+시멘트10g)과 실험군1(톱밥30g+균사10g)은 열방지력

이 좋았으나, 동시에 쉽게 데워지는 단점이 있었다. 따라서 구조물의 온도 변화율 및 단열 효

과를 함께 고려하였을 때 실험군2(폐시멘트30g+톱밥30g+균사10g)가 가장 의미있었다.

시료 열가함 반대편 차이

대조군1 30.25 26.25 4.0

대조군3 32.1 27.8 4.3

실험군1 43.55 24.05 19.5

실험군2 34.8 22.9 11.9

실험군3 44.9 23.4 21.5

표 6. 평균값으로 본 열방지정도(단위:℃)

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그래프 2. 균사체 시료의 열방지 평균값(단위:℃)

3) 강도

실험군1(톱밥30g+균사10g) 시료의 강도가 520.0N으로 가장 높게 나왔다. 강도 실험에서

112.9N에서 시료의 중심이 파이기 시작했지만 파손되기까지는 520N의 힘을 가했을 때 가능했

다. 또 실험군2(폐시멘트30g+톱밥30g+균사10g) 시료는 84.8N에서 중심이 파이기 시작하다가

229.9N에서 파손되었지만 금이 가면서 두 조각이 났다. 대조군인 일반 시멘트는 336.2N의 힘에

서 한 순간에 여러 조각으로 파괴되면서 파편들이 날아갔지만 균사체가 들어 있는 시료들은

서서히 금만 가면서 두 조각으로 약간의 틈을 두고 벌어졌다.

시료 대조군1 대조군3 실험군1 실험군2 실험군3 실험군4

크기(N) 366.2 383.5 520.0 229.9 124.1 58.6

표 7. 평균값으로 본 강도 (단위:N)

그래프 3. 균사체 시료의 강도측정 평균값 순위(단위:N)

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2. 결과 분석

가. 폐시멘트와 시멘트라는 환경이 균사가 자라는 환경에 미치는 영향

그래프4는 폐시멘트와 시멘트가 시료에 들어간 여부에 따른 각 측정값들을 비교 정리한 것이

다. 폐시멘트나 시멘트가 들어가지 않았을 때 균사가 더 잘 자랄 수 있어서 빽빽한 균사체로

인한 강도가 520N으로 가장 높았고, 시멘트가 들어간 경우는 결과값이 124N으로 더 낮게 나왔

다. 시멘트 30g을 넣어주면 균사가 자라지 않아 10g으로 줄여서 실험하게 되었는데 그래도 시

멘트가 들어가지 않은 경우가 시멘트가 들어간 경우보다 230N으로 더 좋은 실험결과가 나왔

다.

그래프 4. 폐시멘트와 시멘트가 결과에 미치는 영향

시멘트가 물과 반응할 때 발열현상이 일어나는데 그 열이 생명체인 균사에 영향을 미친 것

은 아닌가 생각되었다. 그래서 시멘트100g, 폐시멘트100g+톱밥100g+균사10g+시멘트30g, 폐시

멘트30g+톱밥30g+균사10g+시멘트10g의 반죽에서 온도 변화가 어떻게 일어나는지를 시료내용

과 물을 4:1로 섞어 직접 확인해 보았다.

그림 9. 시멘트 양에 따른 온도상승 비교실험

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26

49

26

46

26

38

45

31

30

0

10

20

30

40

50

60

시작 1hr 후 1hr 40'

1 2 3

1.시멘트100g, 2.페시멘트100g+톱밥100g+균사10g+시멘트30g,3.페시멘트30g+톱밥30g+균사10g+시멘트10g

40℃

50℃

그래프 5. 시멘트양에 따른 온도상승 비교(단위℃, 시간hr 분‘) 그림 10. 온도상승 비교

처음 온도는 26℃이었다. 1시간 40분후에 시멘트 100g은 49℃, 균사시료에 시멘트 30g넣은 것

은 46℃, 균사시료에 시멘트 10g넣은 것은 38℃이었다. 그래서 30g 넣었던 시료에서는 균사가

자라지 않았고 10g넣었던 시료에서는 균사가 자라기는 했지만 적정온도 25℃에 비하면 좋은

환경은 아니었던 것이다.

즉 균사는 20~30℃에서 잘 자랐으며, 시멘트는 물과 반응 시 열을 발생하므로 균사가 자라는

데 방해되는 환경을 제공하는 요인이었다. 그러나 폐시멘트는 이미 물과 반응이 끝난 상태라서

시멘트와 같은 발열현상의 문제는 없기 때문에 폐시멘트에 버섯균사체를 배양시키는 것은 충

분히 가능하다는 사실을 본 연구를 통해 확인할 수 있었다.

시료 사진 시료 사진

실험군2 실험군3

229.9N 124N

표 8. 균사가 배양된 상태 비교

나. 시료의 물리적 성능 측정결과

버섯균사체 시료에서는 실험군2(폐시멘트30g+톱밥30g+균사10g)의 시료가 강도 229.9N으로

대조군들(366.2N, 383.5N)보다 수치상의 강도는 낮았지만, 파손 시 한순간에 여러 조각으로 부

서지면서 튕겨나간 대조군들과는 달리 약간의 틈을 보이면서 서서히 2조각이 났을 뿐 부스러

진 가루도 생기지 않은 것을 볼 때 결합력이 더 좋다는 것을 알 수 있었다. 소음방지력은

33.0%(대조군 17.0%)이고 열방지력에서도 34.8-22.9=11.9℃로 대조군들과 비교해 보면 가열된

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온도는 34.8℃로 비슷하지만 단열효과는 11.9℃(대조군 4℃. 4.3℃)로 비열도 크면서 단열효과도

커서 바닥재로 가장 적합함을 알 수 있었다. 다른 균사체의 시료들은 단열효과는 높지만 비열

이 작아 너무 빨리 가열되고 빨리 식어서 바닥재로서 단점이 될 수 있다.

시료 소음방지력(%)

열방지력 (℃)강도 (N)

(파손상태) 사진열가한곳 반대편 차이

대조군1

(일반시멘트

100g)

17.0 30.3 26.3 4.0

366.2

튕기며

3조각

대조군3.

(폐시멘트100g

+시멘트30g)

4.2 32.1 27.8 4.3

383.5

한순간에

3조각

실험군2.

(폐시멘트30g+

톱밥30g

+균사10g)

33.0 34.8 22.9 11.9

229.9

틈있는

2조각

표 9. 일반시멘트, 균사체 시료의 결과비교

톱밥과 균사만 있는 시료가 가장 강도가 높았던 것은 그 만큼 균사가 잘 자랄 수 있는 환경

이었기 때문이다. 그리고 폐시멘트30g+톱밥30g+균사10g+시멘트10g 시료보다 폐시멘트30g+톱

밥30g+균사10g 시료가 더 강도가 높았던 것은 시멘트가 없는 것이 균사가 더 자라기에 좋은

환경이라는 것을 알 수 있다. 즉 버섯의 균사가 점성을 잃어버린 폐시멘트의 결합력을 높이는

주요 요인이었음을 확인할 수 있었다.

시료 사진 시료 사진

대조군1

(일반시멘트)

실험군2

(폐시멘트30g+톱밥30g

+균사10g)

366.2N

(한순간에

튕기면서 3조각남)

229.9N

(천천히 약간의 틈을

보이며 2조각남)

표 10. 시료의 파손 상태 비교

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V. 결론 및 제언

1. 결론

버섯균사의 구조는 표면적대 부피비율을 극대화시켜 먹이를 효과적으로 흡수 할 수 있게 되

어 1㎤의 토양에서 균사와 토양의 접촉 면적이 300㎤이상이며 전체길이가 1km정도이고, 굵게

자라기보다 길이를 늘임으로써 전체적인 흡수면적을 넓혀 연속적인 세포질 덩어리로 분열을

계속하면서 생장한다.6) 시멘트의 접착성을 잃어버린 폐시멘트(물과 반응하여 이미 굳어진 상

태)의 재활용 방안으로 버섯균사가 갖고 있는 이러한 생물학적 특성을 이용하고자 폐시멘트가

루에 느타리버섯 균사를 넣어 2주간 배양 후, 각 시료들의 물리적 성능으로 소음방지력, 열방

지력, 강도를 측정하였다. 그 결과는 다음과 같다.

1. 폐시멘트에 사용할 균사의 영양분으로는 균사의 배양 상태, 측정된 물리적 성능들을 볼 때

톱밥이 Agar보다 버섯의 영양분으로 더 좋았다.

2. 시멘트의 1시간40분 후의 발열반응 실험을 통해 시멘트는 물과 반응 시 열을 발생시키므로

균사가 자라는데 방해되는 환경임을 알 수 있고, 균사는 20~30℃에서 잘 자란다는 것도 확

인할 수 있었다.

3. 폐시멘트는 이미 물과 반응이 끝난 상태라서 시멘트와 같은 발열현상의 문제는 없기 때문

에 폐시멘트에 버섯 균사체를 배양하는 것은 충분히 가능함을 알 수 있었다.

4. 접착력을 잃어버린 폐시멘트 가루 사이로 실처럼 긴 균사들이 수없이 엉키고 감겨서 폐시

멘트의 접착력 향상의 효과를 얻을 수 있었다.

5. 폐시멘트가루를 넣은 시료 중 실험군2인 폐시멘트30g:톱밥30g:균사10g이 균사도 가장 잘

자랐고, 강도값(229.9N)은 대조군1(366.2N)보다 약간 낮았지만 파손상태를 볼 때 균사체들

로 인한 결합력이 더 좋다는 것을 알 수 있었다. 또 소음방지력, 열방지력 등에서는 모든

시료 중 가장 좋은 결과가 나왔는데 실험군2가 바닥재로서 가장 좋은 배합비율임을 확인할

수 있었다.

2. 제언

우선 버섯 균사체를 폐시멘트와 혼합하고, 배양하는 방법을 통해서 바닥재로써 충분히 사용

가능한 재료를 얻을 수 있었다.

또 폐시멘트 속에서 균사체들이 쿠션같은 역할을 해서 외부 충격에 무너지는 시간이 지연되

므로 약간의 금이나 틈이 벌어지는 정도로만 파손된다. 이러한 특징을 이용하여 내진 설계연구

에 활용할 수 있을 것이다. 또한 .소음방지력도 향상시킴으로써 이웃간의 층간 소음문제를 해

결하는 건축자재 연구로도 활용 가능성이 있음을 보여준다.

6) 전상학 대표역자/Reece 외 5인, 캠벨 생명과학 9판, 바이오사이언스출판, 2013 3쇄, p.637, p. 648.

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그리고 본 연구는 폐건축자재와 같은 폐기물처리 비용 및 환경오염을 줄일 수 있으면서도 자

원재활용이라는 일석이조의 효과를 얻는데 기여할 수 있을 것으로 본다.

VI. 추후 연구 과제

1

폐시멘트라는 환경에서도 적당한 영양분을 섞어주면 버섯균사가 생장할 수 있고, 폐시멘트가

루 사이로 빽빽이 자라난 균사들은 폐시멘트의 잃어버린 점성력문제를 시멘트 이상의 결합력

효과로 해결해 주었으며, 소음 및 외부충격 흡수력도 향상시켜 바닥재로서 활용이 가능함을 이

번 탐구를 통해 확인한 것은 큰 성과였다.

버섯균사체를 자라게 하는 실험이 성공하기까지는 예비실험으로 폐시멘트에 깻목가루를 넣

어 균사를 키우기 → 폐시멘트에 커피찌꺼기와 Agar를 넣어 균사 키우기 → 모든 재료와 용기

를 멸균시켜 키우기 → 영양분과 균사의 비율을 100g:10g의 비율에서 30g:10g으로 균사의 비

율을 더 높였으며, 시멘트를 추가하는 배합시료의 경우 30g에서 10g으로 줄이는 등 여러 번의

시행착오를 겪으며 얻은 결과였기에 더 큰 보람을 느꼈다.

그러나 실제 바닥재로 활용가능한지에 대해서는 앞으로 더 많은 부분들을 따져보고 확인해

볼 필요가 있다. 후속 연구 과제는 다음과 같다.

1. 바닥재와 관련한 배경 지식들도 더 알아봄으로 거기에 맞는 실험을 재설계한다.

2. 시료제작에서도 배합물질과 비율을 더 다양하게 시도해 보는 것과 측정값의 오차를 줄이

기 위해 시료의 무게나 두께 등에 있어서 더 꼼꼼한 계획이 필요하다.

3. 2주 배양시킨 균사의 생장이 완전히 멈추고 나중에 부패하지 않도록 확실한 열처리와 건

조 방법에 대해서도 더 알아보고 확인하는 실험이 필요하다.

4. 저주파수의 소음으로도 소음방지력을 측정해 볼 필요가 있다. (층간소음의 경우 충격에 의

해 발생하는 낮은음의 소음들이 많기 때문이다)

5. 각 측정값들을 일반화하기 위해서는 더 많은 반복실험이 필요하며, 자료 값들을 해석하고

분석할 때도 또 다른 변수들을 고려하고 예측하여 드러나는 문제점들에 대한 계속적인 개

선과 보완이 필요하다.

VII.참고 문헌

[1] 김홍철, 건설재료학, 청문각, 2011, pp. 24-29.

[2] 문한영, 건설재료학, 동명사, 2005(1989 수정판, 13쇄), p.7, pp. 37-46.

[3] 강창용 외 3인, 버섯산업의 현황과 과제, 한국농촌경제 연구원, 2005, pp107-115.

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[4] 전상학 대표역자/Reece 외 5인, 캠벨 생명과학 9판, 바이오사이언스출판, 2013 3쇄, p.637, p. 648.

[5] 성재모 외 2인, 버섯학, 교학사, 1998, pp. 1-32, pp. 95-106, p 249, pp. 253-255.

[6] e-나라지표, “전국 폐기물 발생 및 처리현황(2012년도)”, 환경부 ㆍ 한국환경공단, 2013.

[7] 편집부저, 기계공학용어사전, 한국사전연구사, 1995.

[8] [네이버 지식백과] 편집부저, 두산백과/doopedia, 두산동아, 1997.

[9] [네이버 지식백과] 편집부저, 생명과학대사전, 아카데미서적, 2008.

부록

그림 제목 표 제목

1 버섯의 균사체 1 균사를 이용한 시료 제작 배합비율

2 느타리버섯 균사 2 2주후 균사체 시료들의 관찰

3 자외선 살균기 3 배지 속의 균사 성장

4 제작 시료와 균사 배양 환경 4 시료 속의 균사 성장

5 제작 시료와 배양기 5 평균값으로 본 소음방지력

6 소음 측정 6 평균값으로 본 열방지정도

7 열화상카메라 촬영상 7 평균값으로 본 강도

8 강도측정 8 균사가 배양된 상태 비교

9 시멘트 양에 따른 온도상승 비교실험 9 일반시멘트, 균사체 시료의 결과비교

10 온도상승 비교 10 시료의 파손 상태 비교

그래프 제목

1 균사체 시료의 소음방지력 순위

2 균사체 시료의 열방지 평균값

3 균사체 시료의 강도측정 평균값 순위

4 폐시멘트와 시멘트가 버섯 균사체 생장 결과에 미치는 영향

5 시멘트양에 따른 온도상승 비교