KR100398073B1 - 충격음 저감재와 이를 이용한 뜬바닥 시공방법 - Google Patents

Abstract

아파트와 같은 다층구조를 갖는 공동 주택의 층간에 발생하는 바닥충격음을 차단하기 위한 충격음 저감재에 관한 것으로, 상층부와 하층부에 폴리올레핀계의 고분자 물질을 단독 또는 혼합시켜 무가교 혹은 가교로 발포시켜서 된 상,하부 발포체층과; 상기 상,하부 발포체층의 사이에는 바인더로 결합되어 있는 폐타이어칩이 개재된 중간완충층을 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

충격음 저감재와 이를 이용한 뜬바닥 시공방법{IMPACT SOUND INSULATING MEMBER AND FLOATING FLOOR STRUCTURE USING IT AND FLOATING FLOOR EXECUTING METHOD}

본 발명은 건축물의 층간에 발생하는 바닥 충격음의 전파를 차단하는 충격음 저감재에 관한 것으로서, 특히 아파트와 같은 다층구조를 갖는 공동 주택의 층간에 발생하는 바닥충격음을 차단하기 위한 충격음 저감재와 이를 이용한 뜬바닥 시공방법에 관한 것이다.

주거 형태가 공동주택으로 집중화되고 그 규모 역시 커짐에 따라 거주자의 실내환경에 대한 요구 수준이 높아지고 있다. 이에 따라 공동 주택에서의 층간 소음이 사회문제화까지 되어 있고 이로 인한 대책마련이 시급한 상태이다.

바닥 충격음은 충격력의 특성, 바닥 구조의 진동특성, 하부 실의 음향 특성에 따라 전파 특성과 영향을 미치는 정도가 달라지며, 그 중에서 바닥 구조에 의한 영향정도는 슬래브의 두께, 면적, 단부의 고정 조건, 공법, 시공관리 등 슬래브 전체의 강성에 따라 달라진다. 그러나 바닥 충격음의 차단 성능을 평가할 때 사용하는 충격원은 경량과 중량으로 표준화되어 있고, 일반적인 거주 공간으로서의 하부실의 공간 조건도 대부분 유사하기 때문에 공동주택에서의 바닥 충격음 차단 성능은 바닥 구조의 특성에 따라 달라진다고 해도 과언이 아니다.

온돌 방식의 바닥에서는 난방 방식으로 인해 하중을 부담하는 슬래브, 열손실 방지를 위한 단열재, 열을 저장하고 방사하는 축열재 및 마감재 등 크게 3부위로 구성되어 있으며, 그 두께는 시공업체마다 다소 다르나 120-150㎜정도인 것으로 조사되고 있다. 법에서 정하고 있는 단열 성능을 확보하기 위해 경량기포 콘크리트또는 발포폴리스티렌 폼(스티로폼) 등의 단열재가 사용되고 있다.

기존에는 이를 단열재위에 축열층으로서 자갈 등이 사용되는 등 온돌층의 구조가 다양하였으나, 현재는 공기 단축, 시공성 등의 이유로 경량기포 콘크리트만을 타설하는 경우와 발포폴리스티렌 폼을 슬래브 위에 깔고 그 위에 경량 기포콘크리트를 타설하는 경우로 나눌 수 있으나 후자보다는 전자쪽으로 온돌층의 구조가 단순화되고 있는 것으로 나타나고 있다.

그러나 바닥 충격음은 온돌 구조에서 일반적인 바닥구조로서는 근본적으로 해결하기가 쉽지 않다. 이러한 바닥 충격음 문제를 해결하기 위해 오래 전부터 뜬바닥(floating floor)구조를 채용하고 있으며, 이 뜬바닥 구조는 슬래브 위에 유리면과 같은 방진용 완충재를 깐 후 적절한 방법으로 내장바닥(온돌층)을 구성하여 그 곳에 가해지는 충격에너지가 직업 구조체(슬래브)에 전달되지 않도록 하기 위한 것으로서 효과가 좋은 것으로 알려져 있다. 이러한 뜬바닥 구조를 이용하여 차음특성을 개선하는 방안이 점차 대두되고 있다.

한편, 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로는 유리솜이나 암면, 폐고무칩 단독, 고무시트 등의 여러가지 완충재가 시도되고 있으나, 습식공법하에서는 시공성과 경제성 그리고 무엇보다도 차음특성을 만족시키는 제품은 없는 실정이다.

유리솜 및 암면의 경우 절삭·운반과정에서 인체에 해로운 가루가 날리기 쉽기 때문에 시공하는 작업자에게 있어 치명적인 장해를 유발할 수 있고, 환경 친화적 측면과 재생차원에서 사용되어지고 있는 폐타이어칩의 경우 차음특성에 있어 만족할 만한 성능을 나타내지 못하고 있으며, 고무 시트의 경우 구체적인 기술적 접근 없이 가능성 차원에서 적용이 시도되고 있다.

본 발명은 상기와 사정을 감안하여 창안된 것으로, 아파트와 같은 다층구조를 갖는 공동주택의 층간에 발생하는 바닥충격음을 차단하기 위한 충격음 저감재 및 이를 이용한 뜬바닥 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 충격음 마감재의 층구조를 설명하기 위한 사시도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 건축물 뜬바닥 구조의 단면도이고,

도 3a 내지 도 3d는 XPE/폐타이어칩/XPE, 유리솜, 폐타이어 완충재 및 폴리프로필렌 폼에 대한 각각의 진동의 가속정도를 나타내는 그래프도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 충격음 저감재 11 : 상부 발포체층

12 ; 중간완충층 13 : 하부 발포체층

20 : 콘크리트 슬라브 22 : 콘크리트 뜬바닥층

23 : 마감재

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 충격음 마감재의 층구조를 설명하기 위한 사시도로서, 본 발명의 충격음 저감재(10)는 다층구조로서 상,하층을 가교 발포 폴리에틸렌(이하 "XPE"라 한다)으로 구성된 상,하부 발포체층(11,13)으로 하고 그 사이에 폐타이어칩을 바인더로 결합시킨 중간완충층(12)을 삽입한 형태로서, 이때 폐타이어칩의 크기는 1~30㎜, 두께 0.1~2㎜의 영역을 갖는 것을 특징으로 하고, 폐타이어칩의 보다 나은 결합특성을 위해서는 길이 2~5㎜, 두께 0.5~1㎜의 폐타이어칩을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

상,하부 발포체층(11,13)의 경우 발포폴리에틸렌을 사용하게 되며, 보다 나은 특성을 위해서는 화학 가교 혹은 조사 가교를 거친 고발포도의 가교 발포 폴리에틸렌을 사용하는 것이 저발포도의 무가교 발포폴리에틸렌을 사용하는 것에 비해 바람직한데, 이는 가교 공정에 의해 삼차원 망상 구조가 형성됨으로써 충격 혹은 진동의 전달시 고분자 사슬간의 마찰에 의한 에너지 감소로 충격음 저감 특성에 기여할 수 있게 되고 더불어 뛰어난 기계적 물성을 기대할 수 있기 때문이다.

한편, 본 발명에서 사용된 XPE는 표면이 평탄한 시트 상태의 것을 사용하였으나, 보다 나은 차음 특성의 부여를 위해 표면에 요철이 있는 것을 사용할 수 있다. 그러나 이 경우 국부적인 하중의 증가로 인해 구조 안정성에 있어 다소 불리한 조건으로 작용할 수 있다.

또한, 시공시 현장 여건에 따라 먼저 하층부에 폴리올레핀계 고분자 발포체를 포설하고 중간층부에 바인더와 폐타이어칩으로 구성된 중간층을 포설한 후 상층부에 폴리올레핀계 고분자 발포체를 최종적으로 포설하거나, 바인더와 폐타이어칩을 슬래브위에 직접 포설한 후 그 위층에만 폴리올레핀계 고분자 발포체를 포설하는 시공방법을 실시할 수 있다.

구조적인 면을 보면, 먼저 도 1에서와 같이 상층부의 상부 발포체층(11)은 1차적인 방진, 흡음효과를 부여하게 되고, 이를 통하여 전달된 진동 및 바닥 충격음은 중간완충층(12)을 구성하는 폐타이어와 바인더층을 통과하면서 산란효과를 갖게 되고 최종적으로 하층부의 하부 발포체층(13)을 통해 바닥 충격음의 차음효과를 가지게 된다. 또한 여기에 더하여 3층 구조에 의한 효과적인 단열효과도 더불어 갖게 된다.

이의 시공방법을 이용하여 뜬바닥 구조가 도 2에 도시되어 있다. 즉, 콘크리트 슬라브(20)상에 충격음저감재(10)가 포설되고, 이 충격음 저감재(10)상에 통상의 콘크리트 뜬바닥층(22) 및 마감재(23)가 포설된다.

차음효과는 도 1에서 상,하부 발포체층(11,13)의 XPE와 중간완충층(12)의 폐타이어와 바인더와의 결합층의 정적 탄성계수의 경우, 20㎜의 두께를 갖는 시편에대해 상,하부 발포체층(11,13)은 20-70㎏/㎜, 폐타이어칩과 바인더로 결합된 중간완충층(12)은 80-300㎏/㎜ 영역을 가질 때 바닥 충격음의 차단효과를 갖게 되며, 특히 상,하부 발포체층(11,13)과 중간완충층(12)의 정적 탄성계수의 차가 100-250㎏/㎜일 경우 더욱 뛰어난 차음 특성을 갖게 된다.

이때 XPE는 화학 가교 혹은 조사 가교를 통해 가교시키게 되고, 기공의 크기 (cell size)는 300㎛∼4000㎛, 평균분자량은 50000∼500000, 용융지수(MI:Melt Index)는 2.0-10.0, 밀도는 0.91-0.97의 영역에 해당되는 것을 사용하게 된다. 바인더로는 우레탄계, 아크릴계, 에폭시계 및 라텍스 바인더를 사용하게 되는데, 이들은 폐타이어칩을 상호 연결시켜 강성을 부여함과 동시에 외부로부터 전달된 진동에 대해 고무와의 마찰 및 우레탄 혹은 아크릴 내부 분자간의 마찰에 의한 에너지 손실에 의한 진동감소 효과를 가져오게 하는 역할을 수행하게 된다.

정적 탄성계수의 측정은 만능시험기(MTS: Material Test System)를 이용하여 측정하게 되는데, 이때 시편의 두께는 약 20㎜로 하고, 인가하는 최소하중은 8㎏/200㎠, 최대 하중은 450㎏/200㎠로 정하여 측정하였다. 최소하중은 경량 기포 콘크리트와 몰타르로 마감된 바닥층의 무게와 가구, 전자제품 등 집안 물건이 모두 올려져 있는 상태에 대한 환산값을 기준으로 하고 최대값은 중량 충격원(KS F2810 참고)으로 사용되는 뱅 머신(Bang Machine)이 바닥을 내리칠 때 인가되는 하중을 단위면적당에 대한 하중으로 계산하여 사용하였다.

<실시예1>

도 1의 충격음 저감재(10)로서의 특성을 확인하기 위하여 기존에 충격음 저감재로서 사용되고 있는 유리솜 1종, 폐타이어 완충재 1종, 완충재로서 일부 사용되어 지고 있는 발포 폴리에틸렌(PE form) 1종과 본 발명에서의 XPE/폐타이어칩/ XPE와의 비교를 통해 시공성, 구조 안정성, 그리고 차음 특성에 걸쳐 각 제품의 특성을 알아보았다.

차음 특성 측정을 위한 제품의 크기는 가로, 세로가 각각 500㎜, 두께는 모두 20㎜로 하였으며, 3층 구조(도 1)의 경우는 상하층을 5㎜, 중간층을 10㎜로 하여 비교하였다. 상층구조로 제작된 XPE/폐타이어칩/XPE의 중간층의 경우 폐타이어칩과 수성 아크릴계 바인더와의 혼합비를 3:1로 적용하여 시험용 헨셀 믹서상에서 648rpm, 5분의 조건으로 상온에서 혼합하여 제작한 후 시험용 목금형상에서 하층의 XPE위에 부어 상온에서 24시간 건조시킨 후 다시 상층의 XPE를 부착시켜 상호 접착하는 공정을 거치도록 하였다.

특성에 있어서 먼저 시공성의 경우, 제품의 절삭 용이성, 운반성, 분진 또는 가루의 비산정도 등을 총괄적으로 평가하였다. 유리솜의 경우 절삭 및 운반 과정에서 인체에 해로운 가루가 날리기 쉽기 때문에 시공하는 사람에게 있어 치명적인 장해를 유발시킨다는 단점이 있다.

구조 안정성의 경우 10㎏/250㎠의 단위 면적당 120시간 동안 하중을 가한 후 원래 두께에 대한 변형 정도를 살펴보았다. 이를 통해 원래 두께에 대해 5% 이상의 변형이 일어난 것을 X,, 1%~5% 수준을 △, 0.5%~1% 수준을 Ｏ, 0.5% 이하를 ◎로 나타내었다. 폴리에틸렌 폼(PE form)의 경우 구조 안정성에 있어 매우 취약한 것으로 나타났으나, 다른 특성들에 있어서는 비교적 양호한 특성을 나타내어 재료 복합화를 통한 특성치의 개선이 가능할 것으로 기대되었다.

충격음 저감 특성의 경우, 충격에 의하여 발생된 진동이 슬래브 등의 구조물에 전달되어 공기중에 음으로 방사된다는 이론에 따른 실험실용 모사시험(Mock-up test)를 통하여 모형 충격원에 의해 0-3200hz 영역에서의 진동수에 거쳐 증폭된 진동의 가속 정도를 평가하였다. (도 3a 내지 도 3d 참조)

이를 통해 그래프에서의 최고값(피크(peak)의 크기)을 비교하여 모든 영역이 3.0E~04 이하인 경우를 ◎, 가장 큰 피크의 크기가 3.0E-04∼5.0E-04인 경우를 Ｏ, 가장 큰 피크의 크기가 5.0E-0.4∼2.0E-03인 경우를 △, 가장 큰 피크의 크기가 1.0E-03 이상인 경우를 X로 하여 차음 특성을 나타내었다. 폐타이어 완충재의 경우 시공성과 구조 안전성에 있어서는 우수한 특성을 나타내나 피크치가 여러 곳에서 높게 나타나 차음 특성은 가장 떨어지는 것으로 나타났다.

이로부터 시공성과 구조 안전성, 차음 특성을 모두 만족시키기 위해서는 3층 구조가 가장 적절한 것으로 나타났으며, 그 결과는 아래의 실시예 1과 같다.

	비교예1	비교예2	비교예3	실시예1
	유리솜	폐타이어 완충제	PE form	XPE/페타이어칩/XPE
시공성	×	○	○	○
구조안정성	×	○	×	○
차음특성	◎	△	△	◎

한편, 차음 특성과 관련하여 진동의 가속정도를 측정하였는데 몰타르와 슬래브 사이에 유리솜, 폐타이어 완충재, PE form 및 XPE/폐타이어칩/XPE로 구성된 완충재를 사용한 경우의 진동의 가속상태를 도 3a 내지 도 3d에 나타내었는데, 이로부터 본 발명의 XPE/폐타이어칩/XPE가 차음 특성에 있어 우수함을 확인 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 무가교 또는 가교 발포시킨 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌 바이닐 아세테이트(EVA), 아이오노머(Ionomer)와 같은 폴리올레핀계를 단독 혹은 블렌드한 고분자 물질로 이루어진 상,하부 발포체층의 사이에 폐타이어칩을 바인더를 사용하여 결합시켜 시트상으로 제작함으로서 시공성과 경제성을 만족시키면서 동시에 차음특성을 현저히 증가시킬 수 있고, 이를 통해 차음특성 향상을 위한 충격음 저감재의 두께를 최소화함으로써 충격음 저감재의 적용에 따른 공동주택의 건설시의 층간 높이 증가에 따른 부담을 줄일 수 있다.

Claims (11)

1. 상층부와 하층부에 폴리올레핀계의 고분자 물질을 단독 또는 혼합시켜 무가교 혹은 가교로 발포시켜서 된 상,하부 발포체층과;

   상기 상,하부 발포체층의 사이에는 바인더로 결합되어 있는 폐타이어칩이 개재된 중간완충층을 포함한 것을 특징으로 하는 충격음 저감재.
2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 고분자 물질로는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌 바이닐 아세테이트(EVA), 아이오노머(Ionomer)중 어느 하나를 택일하여서 된 것을 특징으로 하는 충격음 저감재.
3. 제 1항에 있어서, 상,하부 발포체층의 표면은 평탄하거나 요철을 갖는 것을 특징으로 하는 충격음 저감재.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 중간완충층에는 길이 1-30㎜, 두께 0.1-2㎜의 영역을 가지는 폐타이어칩을 사용한 것을 특징으로 하는 충격음 저감재.
6. 제 1항에 있어서, 상기 상,하부 발포체층을 가교발포 폴리에틸렌(XPE)으로 하였을 경우 화학가교 혹은 조사가교방식에 의해 가교되고, 기공의 크기(cell size)는 300㎛∼400㎛, 평균분자량은 50,000∼500,000, 용융지수는 2.0~10.0의 영역에 해당하고, 20㎜의 두께에 대한 정적탄성계수 XPE는 20-70㎏/㎜, 중간완충층의 폐타이어칩과 바인더와의 결합된 정적 탄성계수가 80~300㎏/㎜인 것을 특징으로 하는 충격음 저감재.
7. 제 1항에 있어서, 상,하층 발포체층과 중간완충층은 각각 3~15㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 충격음 저감재.
8. 제 6항에 있어서, 상,하부 발포체층의 XPE와 중간완충층의 정적 탄성계수의 차이값이 100~250㎏/㎜를 특징으로 하는 충격음 저감재.
9. 삭제
10. 콘크리트 슬라브상에 뜬바닥 구조를 시공하는 방법에 있어서,

    상기 콘크리트 슬라브상에 하층부로 폴리올레핀계 고분자 발포체를 포설하고, 중간층에 바인더와 폐타이어칩을 포설한 후 상층부에 폴리올레핀계 고분자 발포체를 포설하여 이루어진 것을 특징으로 하는 뜬바닥 시공방법.
11. 삭제