KR100545158B1

KR100545158B1 - 경량기포 콘크리트용 기포제 조성물

Info

Publication number: KR100545158B1
Application number: KR1020020051708A
Authority: KR
Inventors: 강연도; 송명신; 정성철
Original assignee: (주)건설티앤씨; (주)대우건설
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2006-02-22
Also published as: KR20040020196A

Abstract

본 발명은 경량기포 콘크리트에 사용되는 기포제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축물의 온돌바닥구조에 사용되는 경량기포 콘크리트의 성능을 개선하기 위한 기포제 조성물에 관한 것이다.

본 발명은 황산알루미늄, 폴리비닐알콜, 식물성오일, 포름알데히드 및 지방산 알콜로 이루어진 통상의 경량기포 콘크리트용 기포제 조성물에 있어서, 상기 콘크리트용 기포제 조성물에 2가 알콜로서의 글리콜 성분과, 수산화알루미늄을 더 혼합되되, 상기 혼합물들은 전체중량에 대하여 상기 황산알루미늄은 18 내지 24중량%, 상기 폴리비닐알콜은 2 내지 6중량%, 상기 식물성오일은 10 내지 20중량%, 상기 포름알데히드은 0.5 내지 5중량%, 상기 2가 알콜로서의 글리콜 성분 0.5 내지 5 중량%, 상기 수산화알루미늄은 2 내지 10 중량% 및 나머지는 지방산 알콜인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 기포제는 2가 알콜로서의 글리콜 성분에 의해 황산알루미늄과 같은 금속이온의 반응성을 약화시켜 금속이온에 의한 기포의 파괴를 방지하여 발포력이 약화되는 것을 방지할 수 있다.

경량기포 콘크리트, 조강성, 기포의 안정화, 단열성, 균열방지

Description

경량기포 콘크리트용 기포제 조성물{A foaming agent composition for lightweight concrete}

도 1은 종래의 건축물 온돌시스템의 구조를 개념적으로 도시한 개략도이고,

도 2는 현행 건축물의 온돌시스템의 구조를 개념적으로 도시한 개략도로서, 본 발명의 기포제를 이용한 경량기포 콘크리트에 의해 시공된 것을 도시한 것이다.

♠도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명♠

100 : 슬래브 콘크리트층, 210 : (층간) 차음재층

120, 220 : 경량기포 콘크리트층, 130, 230 : 모르타르층

오늘날 주거형태에 있어서 우리나라는 전통적으로 온돌문화권에 속하고 있다. 온돌문화에 있어서, 가장 먼저 해결되어야 할 문제가 에너지의 효율적인 활용 이다. 이를 위하여, 각종의 건축물 특히 주택에 있어서는 단열재의 사용은 필수적인 사항이 되고 있으며, 대규모 아파트단지와 같은 고층의 건축물에 있어서는 경량기포 콘크리트를 사용함으로써 이러한 여러가지 문제를 동시에 해결하고 있다.

경량기포 콘크리트는 통상의 포트랜드시멘트에 적정량의 기포제를 첨가하여 물과 수화반응을 시킴으로써, 콘크리트 내에 미세한 기포를 형성시켜 양생되어지는 특수한 형태의 콘크리트이다. 이러한 경량기포 콘크리트를 사용할 경우, 콘크리트 내부에 형성된 미세한 기포로 인하여, 단열이라는 기본적인 효과 이외에도, 상하층간의 차음, 구조물의 중량감소, 후속 설비 배관작업의 용이함 등의 부수적인 효과를 거둘 수 있는 잇점이 있다.

또한, 경량기포 콘크리트는 비교적 좁은 면적에서도 쉽게 현장생산이 가능하고, 시공이 용이한 장점이 있으므로, 국내의 공동주택 건설분야에서 그 사용범위가 급격히 확대되어 왔으며, 오늘날에는 공동주택의 온돌바닥구조에 대부분 적용되고 있는 실정이다. 그에 대한 대표적인 사례가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 이를 간략하게 소개하면, 건축물의 골격을 이루고 있는 슬래브 콘크리트층(100) 위에 경량기포 콘크리트층(120)을 형성하고, 그 위에 배관재를 포함한 모르타르층(130)을 형성하는 것이다.

그러나, 경량기포 콘크리트의 사용으로 인한 제반 잇점에도 불구하고, 현실적으로 국내에서 시공되는 온돌단열용 경량기포 콘크리트는 품질과 성능발현에 핵심이 되는 기포제의 성능이 부족하여, 이로 인한 소포에 의한 체적감소, 강도 부족, 과다한 균열발생, 높은 흡수율 등의 여러가지 문제점이 발생되고 있다. 경량기 포 콘크리트에서 발생되고 있는 이러한 문제점들은 단열효율을 떨어뜨리고 있으며, 이를 방지하기 위해서는 과다한 양을 투입하여야 하고, 이로 인하여 불균등 수화에 의한 균열발생을 야기하는 등 또 다른 문제들을 초래하고 있다.

한편, 다수의 세대가 하나의 거대한 건축물을 공동으로 사용하고 있는 공동주택에서는 필연적으로 각종의 소음에 대처하기 위하여 각종의 차음재와 방음재를 사용하고 있다. 그 중에서도 어느 한 층에서 발생한 소음 다른 층이나 다른 부분으로 전달되어 발생되는 충격음에 의한 소음의 문제가 심각한 해결과제로 등장하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 모든 공동주택 건축물에 탄성체로 구성된 층간 차음재의 사용을 의무화하고 있다.

도 2는 현행 공동주택 건축물에 적용되는 대표적인 사례를 도시하고 있다. 여기에서는 종래와는 달리, 상기의 슬래브 콘크리트층(100) 위에 차음재층(210)을 형성한 다음, 그 위에 경량기포 콘크리트층(220)을 형성하며, 그 위에 배관재를 포함한 모르타르층(230)을 형성하고 있는 것이다.

그런데, 아파트와 같은 고층의 건축물에 있어서, 차음재층(210)에는 탄성체를 반드시 설치하여야 하고, 그 탄성체 위에 경량콘크리트층(220)을 형성하여야 하는 반면에, 바닥면 전체의 두께는 동일하여야 하므로, 필연적으로 상기 경량콘크리트층(220)의 두께를 얇게 형성하지 않으면 안된다. 예컨대, 상기의 도 1에서 경량기포 콘크리트층(120)은 약 70T 정도의 두께이었는데 비하여, 상기 도 2에서는 차음재층(210)의 두께가 약 10 ∼ 20T 정도이어야 하므로 경량기포 콘크리트층(220)은 약 30 ∼ 50T 정도의 두께로 형성하지 않으면 안되는 것이다.

이는 차음재층(210)의 위에 시공된 경량기포 콘크리트층(220)이 더 큰 균열의 위험에 놓여있음을 의미하는 것이며, 이러한 위험을 방지하기 위해서는 더욱 높은 강도를 유지하지 않으면 안된다는 것을 의미하는 것이다.

삭제

본 발명의 목적은 상기에서와 같이 현행 건축물에 시공되는 경량기포 콘크리트의 수화반응시 초기의 불안정성을 제거하고 팽창성 물질을 다량 생성함으로써 소포현상을 보상하여 조강성을 발휘할 수 있는 기포제 조성물을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 2가 알콜로서의 글리콜 성분에 의해 황산알루미늄과 같은 금속이온의 반응성을 약화시켜 금속이온에 의한 기포의 파괴를 방지하여 발포력이 약화되는 것을 방지할 수 있는 경량기포 콘크리트용 기포제 조성물을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 기포의 안정화를 더욱 도모함으로써 미세한 기포의 안정화를 기하고 그로 인하여 단열성능을 향상시킬 수 있는 경량기포 콘크리트용 기포제 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명은 건축물의 온돌바닥구조에 사용되는 경량기포 콘크리트의 성능을 개선하기 위한 기포제 조성물은 황산알루미늄, 폴리비닐알콜, 식물성오일, 포름알데히드 및 지방산 알콜로 이루어진 통상의 경량기포 콘크리트용 기포제 조성물에 있어서, 상기 콘크리트용 기포제 조성물에 2가 알콜로서의 글리콜 성분과, 수산화알루미늄을 더 혼합되되, 상기 혼합물들은 전체중량에 대하여 상기 황산알루미늄은 18 내지 24중량%, 상기 폴리비닐알콜은 2 내지 6중량%, 상기 식물성오일은 10 내지 20중량%, 상기 포름알데히드은 0.5 내지 5중량%, 상기 2가 알콜로서의 글리콜 성분 0.5 내지 5 중량%, 상기 수산화알루미늄은 2 내지 10 중량% 및 나머지는 지방산 알콜인 것을 특징으로 한다.

삭제

통상적으로 시멘트는 물과 수화반응을 하면서 경화되어지게 되는데, 시멘트의 구성성분 중에서, 규산삼석회(3CaOㆍSiO₂)는 수화반응이 빠르고 강도 발현에 좋아 조기강도에 기여하는 반면에, 규산이석회(2CaOㆍSiO₂)는 수화속도가 늦고 장기간에 걸쳐 강도를 증가시키는 것으로 알려져 있다. 또한, 구성성분 중에서 알루민산삼석회(3CaOㆍAl₂O₃)는 다른 성분 보다도 수화반응의 속도가 빠르므로 물과 급격히 반응하여 경화되어지고, 철화합물(4CaOㆍAl₂O₃ㆍFe₂O₃)은 상기의 알루민산삼석회보다 수화속도가 느리게 일어난다. 이때, 상기의 수화반응을 조절하기 위하여, 소량의 석고를 사용하기도 한다.

본 발명은 상기의 지방산 알콜에 상기의 수산화알루미늄과 황산알루미늄을 혼합함으로써, 상기의 알루민산삼석회와의 반응을 촉진시켜 수화반응의 초기에 조강성을 발휘하도록 한 것이다. 이것은 경량기포 콘크리트의 제조에 있어서 초기에 신속히 소정의 강도를 부여함으로써, 조강성을 얻음과 동시에, 기포의 소멸에 따른 소포성을 최소화시키기 위한 것이기도 하다. 또한, 상기의 성분들은 팽창성 광물인 에트링자이트(ettringite)를 생성함으로써, 경량기포 콘크리트의 건조수축현상을 감소시켜 궁극적으로는 균열발생을 방지하는데 기여하기 위한 것이기도 하다.

또한, 본 발명은 기포의 발생을 안정화시키기 위하여, 폴리비닐알콜과 식물성오일을 사용한다. 경량기포 콘크리트에 있어서, 발생된 기포가 미세하면 미세할수록, 그리고 그 기포가 균일하면 균일할수록, 기포에 의한 경량화와 단열성을 향상시킬 수 있다. 본 발명은 이러한 경량기포 콘크리트에 관한 것으로, 무엇보다도 기포의 발생과 그 안정화를 기하기 위한 것이므로, 상기의 성분을 사용함으로써 발생되어진 기포(Air bubble)가 금속 이온에 의하여 소포되어지는 것을 방지하고, 기포의 안정화 반응을 유지하기 위한 것이다. 기포의 안정화를 위해서는 동물성 오일보다는 식물성 오일을 사용한다. 식물성 오일은 정제된 것이 바람직하다. 또한, 상기의 식물성 오일로서는 코코넛 오일이 가장 바람직하다.

또한, 본 발명은 전체 혼합물에 대하여, 포름알데히드 0.5 내지 5 중량% 를 사용한다. 상기의 포름알데히드를 사용하는 것은 상기의 기포제를 장기간 보관시에도 그 성능을 변함없이 계속 유지할 수 있도록 하기 위함이다. 다시 말하면, 상기의 기포제 중에서 지방산 알콜이나 식물성 오일은 경량기포 콘크리트를 제조한 다음 일정기간(예컨대, 약 3개월 정도)이 지나면, 부패현상이 일어나 악취가 나고 품질이 떨어지게 되므로, 이를 방지하기 위한 방부제의 기능을 수행하도록 한 것이다. 통상적으로 상기의 범위에 미치지 못하거나 초과할 경우엔, 방부제로서의 성능이 미약하거나 과도하므로, 상기의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 전체 혼합물에 대하여, 2가 알콜로서의 글리콜 성분 0.5 내지 5 중량% 를 더욱 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기의 글리콜 성분을 사용하는 것은 기포의 안정화를 더욱 향상시켜주기 위한 것이다. 기포제의 특성은 고압의 공기에 의해 미세한 기포가 발생되는 것인데, 콘크리트의 혼합과정에서 황산알루미늄과 같은 금속이온이 함유되어 있으면, 생성된 기포가 상기 금속이온에 의해 파괴되어 쉽게 소포현상을 일으키게 되고, 이로 인하여 발포력이 약해지게 되므로, 결국 경량기포 콘크리트의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 따라서, 상기의 글리콜 성분을 사용함으로써 금속이온의 반응성을 약화시켜 생성된 기포를 안정화시키는 역할을 수행하도록 하는 것이다. 상기의 글리콜 성분으로서는 에틸렌 글리콜과 폴리 에틸렌 글리콜을 예시할 수 있으며, 폴리에틸렌 글리콜이 더욱 바람직하다.

본 발명에 의한 기포제의 성능을 다음과 같은 방법에 의하여 확인하였다. 먼저, 본 발명에 의한 기포제의 바람직한 실시예를 2개 정도 선정하였고, 상기의 실시예에 의하여 제조된 기포제를 이용하여, 일반적으로 시행되고 있는 경량기포 콘크리트의 배합설계에 따라 경량기포 콘크리트를 제조하였으며, 이를 상기의 기포제를 사용하지 않고 통상의 방법으로 제조한 경량기포 콘크리트와 여러 항목에 걸쳐 비교하여 보았다.

《실시예 1》

지방산 알콜 50kg, 수산화알루미늄 4kg, 황산알루미늄 20kg, 폴리비닐알콜 4.6kg, 코코넛오일 18kg, 포름알데히드 2kg, 그리고 폴리에틸렌글리콜 1.4kg 을 혼합하여 100kg의 기포제 조성물을 제조하였다.

《실시예 2》

지방산 알콜 55kg, 수산화알루미늄 6kg, 황산알루미늄 22kg, 폴리비닐알콜 2.6kg, 코코넛오일 12kg, 포름알데히드 1kg, 그리고 폴리에틸렌글리콜 1.4kg 을 혼합하여 역시 100kg의 기포제 조성물을 제조하였다.

경량기포 콘크리트의 제조 :

경량기포 콘크리트는 일반적으로 시행되고 있는 배합설계에 따라 시행하였으며, 일반적인 배합설계의 자료는 아래의 표 1과 같았다.

W/C (%)	60	전체 배합수의 량(kg)	190
목표밀도(kg/㎥)	500	소요 공극의 부피(㎥)	0.730
시멘트 량(kg/㎥)	320	소요 기포의 부피(㎥)	0.764
EPS 치환율(%)	0	소요 EPS의 부피(㎥)	0
이론 생산량(L)	1,024	혼합수의 량 (kg)	158.38

《비교예》

상기의 배합설계에 따라, 통상의 경량기포 콘크리트로서, 밀도 0.5 (g/㎤)짜리 1루베(㎥)를 만들기 위하여, 시멘트 320kg, 기포제 2kg, 물 158.38kg을 혼합하 여 제조하였다. 좀 더 구체적으로는 먼저, 물 158.38kg에 통상의 기포제 2kg을 혼합하고, 상기의 혼합된 용액을 고압(약 10 기압)의 공기로 발포시켰다. 그 후, 시멘트 320kg을 물 31.62kg과 혼합하고, 상기의 시멘트 슬러리와 발포된 기포를 혼합하였다.

《실시예 1-1》

상기의 비교예에 있어서, 본 발명의 상기 《실시예 1》에 의한 기포제 2kg을 상기의 통상의 기포제 대신에 투입한 것을 제외하고는, 상기의 비교예와 동일하게 시행하였다.

《실시예 2-1》

상기의 비교예에 있어서, 본 발명의 상기 《실시예 2》에 의한 기포제 2 kg을 상기의 통상의 기포제 대신에 투입한 것을 제외하고는, 상기의 비교예와 동일하게 시행하였다.

경량기포 콘크리트 제품의 성능비교 :

1). 조강성 :

상기의 《비교예》과 《실시예 1-1》 및 《실시예 2-1》에 의하여 제조된 각각의 경량기포 콘크리트에 대하여, 양생 후 각각 3일, 5일, 7일, 14일, 그리고 28일 경과된 다음, KS 시험규격에 의해 압축강도를 각각 측정하였다. 그에 관한 데 이터를 아래의 표 2로 나타내었다. (압축강도의 단위 : kg/㎠)

아래의 표 2에서 알 수 있듯이, 통상적인 경량기포 콘크리트는 3일 경과후 강도가 전혀 없었는데 반하여, 본 발명에 의한 기포제를 사용할 경우 3일 경과후 약 3.4 내지 4.6의 강도를 나타냄으로써, 조강성이 대폭적으로 향상되었음을 알 수 있었다.

2). 압축강도 :

상기의 《비교예》과 《실시예 1-1》 및 《실시예 2-1》에 의하여 제조된 각각의 경량기포 콘크리트에 대하여, 양생 후 각각 5일, 7일, 14일, 그리고 28일 경과된 다음, KS 시험규격에 의해 압축강도를 각각 측정하였다. 그에 관한 데이터를 역시 아래의 표 2로 나타내었다. (압축강도의 단위 : kg/㎠)

	3일 경과	5일 경과	7일 경과	14일 경과	28일 경과
비교예	0	2.1	5.1	8.5	12.3
실시예 1-1	4.6	6.8	9.7	17.6	25.3
실시예 2-1	3.4	6.2	8.9	14.9	24.8

상기의 비교표에서 알 수 있듯이, 통상적인 경량기포 콘크리트는 5일, 7일, 14일 경과시 약 2.1, 약 5.1, 약 8.5의 강도를 나타낸 반면에, 본 발명에 의한 기포제를 사용할 경우 동일한 기간 경과시에 각각 약 6.2 내지 6.8, 약 8.9 내지 9.7, 그리고 약 14.9 내지 17.6의 강도를 나타내었다. 이러한 사실은, 초기의 조강성이 시간이 지남에 따라 곧바로 콘크리트의 강도향상으로 이어지고 있다는 사실을 의미하는 것으로 받아들여졌다.

또한, 콘크리트 양생기간인 28일을 경과한 이후에 있어서도, 통상적인 경량기포 콘크리트의 경우에는 약 12.3의 강도를 보유하고 있음에 반하여, 본 발명에 의한 기포제를 사용할 경우에는 약 24.8 내지 25.3의 강도를 보유함으로써, 그 강도가 약 2배 정도 향상되었다는 사실도 확인되었다.

3). 열전도율 :

상기의 《비교예》과 《실시예 1-1》 및 《실시예 2-1》에 의하여 제조된 각각의 경량기포 콘크리트가 완전하게 경화된 이후에, 이들의 단열성을 확인하기 위하여, KS 시험규격(KS L-9016-'95)에 의해 이들 제품의 열전도율을 측정하였다. 그에 관한 데이터를 아래의 표 3으로 나타내었다.

	열전도율 : 20±3 ℃	시 험 방 법
비 교 예	0.86211	KS L-9016-'95
실시예 1-1	0.07284	상 동
실시예 2-1	0.07023	상 동

상기의 비교표에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 기포제를 사용할 경우, 통상적인 경량기포 콘크리트에 비하여 열전도율이 현저하게 낮아진 것을 발견할 수 있었다. 이는 본 발명에 의한 기포제를 사용하여 경량기포 콘크리트를 제조할 경우, 종래의 제품보다 단열성이 크게 향상될 수 있음을 의미하는 것이다.

본 발명에 의한 기포제는 경량기포 콘크리트의 제조시에 사용될 경우, 경량 기포 콘크리트의 조강성을 크게 향상시킬 수 있으므로, 경량기포 콘크리트의 단점인 소포성에 의한 강도저하를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 기포제는 이로 인하여 종래 제품의 단점인 시공 후 발생하는 균열현상을 대폭적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 기포제는 미세한 기포를 안정화시킴으로써, 그 기포가 소포되지 않고 그 형상을 계속 유지하도록 해준다. 따라서, 경량기포 콘크리트 내에 다수의 미세기공을 그대로 형성시켜줌으로써, 콘크리트의 중량을 더욱 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 기포제를 사용할 경우, 2가 알콜로서의 글리콜 성분에 의해 황산알루미늄과 같은 금속이온의 반응성을 약화시켜 금속이온에 의한 기포의 파괴를 방지하여 발포력이 약화되는 것을 방지할 수 있는 장점도 있게 된다.

이상에서 본 발명에 의한 기포제를 구체적으로 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 그 범위가 결정되어지고 한정되어진다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다.

Claims

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황산알루미늄, 폴리비닐알콜, 식물성오일, 포름알데히드 및 지방산 알콜로 이루어진 통상의 경량기포 콘크리트용 기포제 조성물에 있어서,

상기 콘크리트용 기포제 조성물에 2가 알콜로서의 글리콜 성분과, 수산화알루미늄이 더 혼합되되,

상기 혼합물들은 전체중량에 대하여 상기 황산알루미늄은 18 내지 24중량%, 상기 폴리비닐알콜은 2 내지 6중량%, 상기 식물성오일은 10 내지 20중량%, 상기 포름알데히드은 0.5 내지 5중량%, 상기 2가 알콜로서의 글리콜 성분 0.5 내지 5 중량%, 상기 수산화알루미늄은 2 내지 10 중량% 및 나머지는 지방산 알콜인 것을 특징으로 하는 경량기포 콘크리트용 기포제 조성물.