KR100707519B1

KR100707519B1 - 콘크리트용 내화 보드 접착제 조성물

Info

Publication number: KR100707519B1
Application number: KR1020060106808A
Authority: KR
Inventors: 김우재; 이종인; 김현배; 백병훈; 이세현; 송영찬; 안상욱; 박동철; 양완희; 최해영; 김철홍
Original assignee: 주식회사 포스코건설; 주식회사 인트켐; 한국건설기술연구원
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2007-04-13

Abstract

콘크리트용 내화 보드의 부착에 주로 이용되고, 내열성과 부착성이 우수한 내화보드 접착제 조성물이 제공된다.

이 조성물은 중량%로, 알루미노 실리케이트계 무기물: 35~64.5%, 알칼리 실리케이트계 경화제: 30~59.5%, 골재 5~10%, 기능성 첨가제: 0.5~5%를 포함하고, 알루미노 실리케이트 무기 폴리머 구조를 가지며 점도가 50~600cPs이다.

본 발명에 따르면, 내열성과 동시에 부착성이 우수하므로 콘크리트용 내화보드의 부착에 적용할 수 있다.

콘크리트, 내화보드, 접착제, 알루미노 실리케이트 무기 폴리머 구조, 내열성, 부착성

Description

콘크리트용 내화 보드 접착제 조성물{Fire-resistant board adhesive composition for concrete}

도 1은 부착실험을 위한 시편을 나타내는 단면도이다.

한국특허 출원번호 제2000-0023822호

본 발명은 콘크리트용 내화 보드의 부착에 주로 이용되는 콘크리트용 내화보드 접착제 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 알루미노 실리케이트계 무기물과 알칼리 실리케이트 경화제 등을 혼합하여 알루미노 실리케이트 무기 폴리머 구조를 형성함에 의해서 내열성 및 열간 부착성능이 우수한 콘크리트용 내화 보드 접착제 조성물에 관한 것이다.

최근의 건축물은 고층화, 대형화되어짐에 따라 고강도, 고유동의 특성을 갖는 고성능 콘크리트의 사용이 증가하고 있다. 예컨대, 고강도 콘크리트는 고층 혹은 대형 건축물의 하부층 기둥, 보 등에 구조재로서 매우 중요한 부분에 사용되고 있다.

이러한 고강도 콘크리트의 구조체는 내부조직이 수화물에 의해 치밀하게 형성되어 있어 화재 발생시 고열을 받게 되면 수화물의 열분해에 의한 내부 수증기압의 상승으로 심한 폭음과 함께 콘크리트의 표면이 박리, 탈락하는 폭열 현상이 발생한다. 또한, 철근을 노출시켜 구조체의 내력 저하를 초래하게 되므로 궁극적으로는 건물이 붕괴되는 현상이 발생한다.

이러한 폭열 현상을 방지하기 위해 콘크리트 면에 내화 보드를 부착시키는 방안이 제시되어 실용화되고 있으며, 따라서, 콘크리트 면에 내화 보드를 부착시키기 위하여 상온은 물론 화재시 고온환경에서도 내열성과 부착성이 우수한 접착제 조성물의 개발이 중요시되고 있다.

종래기술로서, 한국특허 출원번호 10-2000-0023822호에서는 산화규소, 알루미늄, 석고, 벤토나이트, 지당, 질산나트륨, 수산화나트륨 및 물을 섞어 바인더 용액을 제조한 후 150℃에서 20시간 열처리하여 이 용액에 활성나트륨, 에탄올, 타닌산, 글리세란, 로진, 폴리이마이트 및 소량의 증점제를 가하여 무기접착제를 제조하는 방법을 제시하였다. 그러나, 상기의 종래기술은 제조과정이 복잡하다는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 알루미노 실리케이트계 무기물과 알칼리 실리케이트 경화제 등을 혼합하여 알루미노 실리케이트 무기 폴리머 구조를 형성함에 의해서 내열성 및 열간 부착성능이 우수한 콘크리트용 내화 보드 접착제 조성물을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, 알루미노 실리케이트계 무기물: 35~64.5%, 알칼리 실리케이트계 경화제: 30~59.5%, 골재 5~10%, 기능성 첨가제: 0.5~5%를 포함하고, 알루미노 실리케이트 무기 폴리머 구조를 가지며 점도가 50~ 600cPs인 콘크리트용 내화 보드 접착제 조성물에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자는 상온뿐만 아니라 화재시 고온환경에서도 내열성과 동시에 부착성이 우수한 콘크리트용 내화보드 접착제 조성물을 개발하기 위한 방안을 모색하던 중 알루미노 실리케이트계 무기물과 알칼리 실리케이트 경화제 등을 혼합하여 형성된 알루미노 실리케이트 무기 폴리머 구조에 의해서 우수한 내열성 및 열간 부착성능이 확보된다는 연구결과에 기초하여 본 발명을 완성한 것이다.

먼저 본 발명의 조성성분에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

알루미노 실리케이트계 무기물: 35~64.5%

상기 알루미노 실리케이트계 무기물은 산화알루미늄(Al₂O₃)과 이산화규소 (SiO₂)를 주성분으로 하는 무기물로서, 본 발명에서 목표로 하는 알루미노 실리케이트 무기 폴리머 구조를 형성하기 위하여 첨가한다. 그 함량을 35% 미만 첨가하면, 본 발명에서 목표로 하는 부착 성능을 확보하기 어렵고, 64.5%를 초과하여 첨가하면 점성이 크게 증가하여 작업성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 상기 알루미노 실리케이트계 무기물의 함량은 35~64.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 알루미노 실리케이트계 무기물은 고로슬래그 미분말, 플라이애쉬 (fly ash), 메타카올린, 실리카흄, 카올린계 광물, 칼슘실리케이트 광물 및 칼슘알루미네이트 광물 중 어느 하나 이상일 수 있다.

또한, 상기 알루미노 실리케이트계 무기물에서 알루미나와 실리카의 몰비는 1 : 1.3~4.5가 바람직하다.

알칼리 실리케이트계 경화제: 30~59.5%

상기 알칼리 실리케이트계 경화제는 본 발명에서 목표로 하는 알루미노 실리케이트 무기 폴리머 구조를 형성하기 위하여 첨가한다. 그 함량을 30% 미만 첨가하면 알루미노 실리케이트계 무기물과 충분히 반응하지 못하여 강도를 확보하기 어려우며, 59.5%를 초과하는 경우에는 점도가 낮아져 본 발명에서 목표로 하는 부착성능을 확보하기 어려울 수 있다. 따라서, 상기 알칼리 실리케이트계 경화제의 함량은 30~59.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 알칼리 실리케이트계 경화제는 소듐실리케이트, 포타슘실리케이트, 리튬실리케이트, 수산화칼륨 및 수산화나트륨 중 어느 하나 이상일 수 있다.

또한, 상기 알칼리 실리케이트계 경화제는 실리카, 소듐, 포타슘의 몰비가 1 : 0.8~3.2 : 0.3~0.5인 것이 바람직하다.

골재 5~10%

상기 골재는 압축력을 증가시키기 위해 첨가할 수 있으며, 그 함량이 5% 미만이면, 압축력에 의한 강도 증진 효과를 기대하기 어려우며, 10%를 초과하는 경우에는 도포 두께가 증가하여 부착성능을 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 내화단열 골재의 함량은 5~10%로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 골재는 규사, 칼라샌드, 탄산칼슘, 돌로마이트 및 유리분말 중 어느 하나 이상일 수 있다. 그리고 상기 골재의 입도는 0.02~0.1mm가 바람직하다. 상기 골재의 입도가 0.02mm 미만인 경우에는 알칼리 실리케이트 무기물의 입도와 유사한 입도를 갖게 되어 골재의 양을 변화시키면 작업성이 현저하게 달라지게 되어 품질의 균일성을 유지하기 어려울 수 있다. 0.1mm를 초과하는 경우에는 골재가 접착제의 도포 두께를 증가시켜 보드의 부착 후 흐름에 의해서 탈락할 수 있다.

기능성 첨가제: 0.5~5%

상기 기능성 첨가제의 함량이 0.5% 미만인 경우 작업성의 개선효과를 기대하기 어려운 반면, 5%를 초과하면 조성물의 유동성이 과도하게 증가되어 작업성이 떨어지는 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 상기 기능성 첨가제의 함량은 0.5~5%로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기능성 첨가제는 기포제, 분산제 및 증점제 중 어느 하나 이상일 수 있다.

상기 기포제는 알루미노 실리케이트계 무기물과 알칼리 실리케이트계 경화제의 반응 중 기포를 발생시켜 작업 유동성을 확보하게 하고 내열성을 향상시키는 역할을 한다. 또한 상기 분산제는 단중이 서로 다른 조성물 간의 분산 및 혼합을 위하여 재료들을 분산시키는 역할을 한다. 또한 상기 증점제는 조성물의 접착성을 확보하기 위하여 점도를 증가시키는 역할을 한다. 본 발명에서는 통상적으로 상기와 같이 기포제, 분산제 및 증점제의 작용을 하는 성분을 사용할 수 있다.

본 발명에서 내화보드 접착제 조성물이 전체 100%가 되도록 알루미노 실리케이트와 알칼리 실리케이트 경화제의 함량이 그 조성범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.

이하, 알루미노 실리케이트 무기 폴리머 구조에 대하여 설명한다.

본 발명에서 목표로 하는 내열성 및 부착성을 확보하기 위해서는 알루미노 실리케이트 무기 폴리머 구조를 형성하는 것이 중요하다. 상기 구조는 알루미노 실리케이트계 무기물이 함유된 분말을 강알칼리 조건에서 혼합하여 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 접착제 조성물은 점도 50~600cPs인 것을 특징으로 한다. 점도가 50cPs 미만인 경우에는 물과 같이 흐름성이 심하여 본 발명에서 목표로 하는 부착성을 확보하기 어려우며, 600cPs를 초과하는 경우에는 작업성이 확보되지 않아 얇은 두께로 시공하기 어려울 수 있다. 따라서, 상기 접착제 조성물의 점도는 50~600cPs로 제한하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같이 조성되는 발명예(1~3) 및 비교예(1,2)를 200mm × 200mm × 30mm 콘크리트 시편에 두께 1~3mm로 도포한 후 200mm × 200mm × 25mm 내화보드를 도포면 위에 부착하여 시편을 제작하였다.

상기 제작된 시편의 양생시간은 48시간으로 하였으며, 48시간 후 내화보드의 표면온도는 1100~1200℃가 되도록 직화를 가하였다. 3시간 후, 접착면의 상태와 가열 전후의 부착강도를 측정하기 위하여 도 1과 같이 상기 시편에 시험용 지그를 부 착하였다.

도 1에서 시험용 지그는 철물로 구성되며 부착강도 시험기의 하중측정부위와 연결하여 상부방향으로 당겨주는 역할을 한다. 그 결과로서, 콘크리트 하지면 내부(C), 콘크리트 하지면-접착제의 경계면(BC), 접착제 내부(B), 시험용 지그-접착제의 경계면(AB) 중 어느 부위에서 탈락이 일어나는지를 판단하게 되고, 그것을 수치로 나타낸 것이 부착강도이다. 예로서 (C)부위에서 탈락하게 되는 경우, 접착제의 강도가 콘크리트 하지면의 강도보다 높은 것을 나타내게 되고, (BC)부위에서 탈락하게 되는 경우에는 접착제의 강도가 콘크리트 하지면의 강도보다 낮아 그 부착강도가 낮은 것으로 판단할 수 있다.

상기의 부착강도 시험기에 의하여, 가열 전 후의 부착강도와 접착면의 상태를 측정하였으며, 그 결과는 표 2와 같다.

재료(중량%)	발명예1	발명예2	비교예1	비교예2
시멘트	-	-	60	60
알루미노 실리케이트계 무기물	50	50	-	-
알칼리 실리케이트계 경화제	40	40	-	-
혼합수	-	-	30	30
골재	9.5	5	5	9.5
기능성 첨가제	0.5	5	5	0.5

물성	발명예1	발명예2	비교예1	비교예2
가열전 부착강도 (kgf/㎠)(탈락면)	27.3 (C)	26.5 (C)	9.5 (C)	8.2 (C)
가열후 부착강도 (kgf/㎠)(탈락면)	3.2 (C)	3.1 (C)	0 (BC)	0 (BC)
가사시간(hours)	5~6	5~6	0.5~1	0.2~0.5
접착면 상태	양호	양호	탈락 및 파괴	탈락 및 파괴

상기 표 1 및 표 2에서 나타난 바와 같이 본 발명의 발명예(1~3)인 경우, 가열 전 부착강도 26.5~27.3kgf/㎠, 가열 후 부착강도 3.1~3.2kgf/㎠이고, 접착면 상태도 모두 양호하였으며, 탈락면이 모두 콘크리트 하지면 내부(C)로서 부착강도가 우수한 콘크리트용 내화보드 접착제를 나타내었다.

그러나, 시멘트, 혼합수, 골재 및 기능성 첨가제로 조성된 비교예 (1,2)의 경우 가열 전 부착강도 8.2~9.5kgf/㎠, 가열 후 부착강도 0kgf/㎠이고, 접착면이 모두 탈락 및 파괴되었으며, 탈락면이 모두 콘크리트 하지면-접착제의 경계면(BC)으로서 본 발명에서 목표로 하는 부착성을 확보할 수 없었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적절한 성분의 첨가 및 제어에 의한 알루미노 실리케이트 무기 폴리머 구조의 형성을 통하여 내열성을 개선함과 동시에 열간 부착성능을 확보할 수 있으므로 이런 특성이 요구되는 용도, 특히 콘크리트용 내화 보드의 부착에 적용하면 상온은 물론 화재시 고온환경에서도 우수한 내열성과 열간 부착성능을 나타내는 효과가 있다.

Claims

중량%로, 알루미노 실리케이트계 무기물: 35~64.5%, 알칼리 실리케이트계 경화제: 30~59.5%, 골재 5~10%, 기능성 첨가제: 0.5~5%를 포함하고, 알루미노 실리케이트 무기 폴리머 구조를 가지며 점도가 50~600cPs인 콘크리트용 내화 보드 접착제 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 알루미노 실리케이트계 무기물은 고로슬래그 미분말, 플라이애쉬(fly ash), 메타카올린, 실리카흄, 카올린계 광물, 칼슘실리케이트 광물 및 칼슘알루미네이트 광물 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 콘크리트용 내화 보드 접착제 조성물.
제 2항에 있어서, 상기 알루미노 실리케이트계 무기물에서 알루미나와 실리카의 몰비는 1 : 1.3~4.5인 것을 특징으로 하는 콘크리트용 내화 보드 접착제 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 알칼리 실리케이트계 경화제는 소듐실리케이트, 포타슘실리케이트, 리튬실리케이트, 수산화칼륨 및 수산화나트륨 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 콘크리트용 내화 보드 접착제 조성물.
제 4항에 있어서, 상기 알칼리 실리케이트계 경화제는 실리카, 소듐, 포타슘의 몰비가 1 : 0.8~3.2 : 0.3~0.5인 것을 특징으로 하는 콘크리트용 내화 보드 접착제 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 골재는 규사, 칼라샌드, 탄산칼슘, 돌로마이트 및 유리분말 중 어느 하나 이상이고, 입도는 0.02~0.1mm 인 것을 특징으로 하는 콘크리트용 내화 보드 접착제 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 기능성 첨가제는 기포제, 분산제 및 증점제 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 콘크리트용 내화 보드 접착제 조성물.