KR101020653B1 - 무기질 시멘트계 경량 판넬의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

무기질 시멘트계 내화 경량 판넬의 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 방법은, 보통포틀랜드시멘트 25~45중량% 및 퍼라이트 55~75중량%로 이루어지는 건식 모르타르 100 중량부에 대해, 배합수 40~50 중량부, 폐기공 형성용 동물성 기포제 0.05~0.2중량부, 나프탈렌계 유동화제 0.1~2중량부, 폴리사카라이드계 증점제 0.01~0.1중량부 혼합하는 단계 및 상기 혼합물을 형틀로 성형하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 높은 기공율을 가지며 낮은 물비에서의 유동성 확보가 가능한 무기질 시멘트계 경량 내화 판넬을 제조할 수 있고, 제조 과정에서 비중이 다른 재료들간의 재료분리를 억제하여 모르타르 내에 재료 및 기공의 고른 분포가 가능하며, 파포 현상을 억제할 수 있는 무기질 시멘트계 경량 내화 판넬을 제조할 수 있다.

무기질 내화단열재, 유동화제, 폴리사카라이드계 증점제, 퍼라이트

Description

무기질 시멘트계 경량 판넬의 제조 방법{Manufacturing Methods for Light weight panel of Inorganic Cement composites}

본 발명은 무기질 시멘트계 경량 판넬의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트 경화체 내부에 다량의 기공을 형성시켜 줌으로써 최근에 건축자재로서 요구되는 경량화의 실현뿐만 아니라 아울러 이로 인한 소음저감, 내화 및 단열 등의 기능성을 부여하여 쾌적하고 안락한 공간을 제공할 수 있는 무기질 시멘트계 내화 경량 판넬의 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 내화경량 판넬 제조기술은 초기에는 화재에 강한 글라스울 및 유리섬유 등의 사용이 많았으나 이는 인체의 유해성으로 인해 더 이상 적용되지 않으며 락울을 적용한 경우는 비중이 높아서 제품중량이 증가하여 경량판넬에는 부적합하다.

이후 경량골재의 첨가로 인한 경량화기술이 많이 소개되었지만 경량골재만의 사용으로는 원하고자 하는 저비중의 재료를 얻기가 어렵고 아울러 다공질의 경량골재는 흡수율이 높으므로 굳지 않은 재료의 유동성이 현저하게 떨어지거나 비중차에 의한 재료분리가 심하게 발생되어 경화 후에는 강도발현이 낮아 쉽게 파손되거나 부스러지는 물리적 취약성을 나타내었다.

경량 칸막이용 판넬에 스티로폼의 구형입자를 시멘트 모르타르에 혼합하여 제조하였는데 이는 경량이기는 하나 화재발생시 혼합된 스티로폼 때문에 연기와 유독가스가 발생하여 인명피해를 야기시킬 가능성이 있으며 경량기포콘크리트(ALC, Autoclaved Lightweight Concrete)는 조성물의 대부분이 무기물이며 내부에 기공이 많이 존재함으로써 경량이면서 단열성이 우수하여 널리 적용되었으나 내수성 및 내흡습성이 불량하고 내열온도가 약 800~900℃ 이하로 낮은 문제점이 있다.

동물성 기포제만을 이용하여 시멘트 모르타르에 다량의 기포를 첨가하여 경화시킨 기포콘크리트는 단열성과 방음성이 우수하여 공동주택 바닥재로 종종 적용되었으나 공정상의 문제점으로 인하여 패널로는 상용화되지 않았으며 아울러 패널로 적용됨에 있어서 기포제에 의해서 발생된 기포가 경화전에 자연 파포되거나 재료충전을 위하여 진동다짐(바이브레이팅) 시 파포되어 다량의 공극을 고르게 분포시키는 것이 어려웠다.

본 발명은 무기질계 경량 골재인 퍼라이트를 사용하면서 높은 기공율을 가지며 퍼라이트의 높은 흡수력에 따른 문제점을 개선하여 낮은 물비에서의 유동성 확보가 가능한 무기질 시멘트계 경량 내화 판넬의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 혼합 과정에서 비중이 다른 재료들간의 재료분리를 억제하여 모르타르 내에 재료 및 기공의 고른 분포가 가능하며, 파포 현상을 억제할 수 있는 무기질 시멘트계 경량 내화 판넬의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 보통포틀랜드시멘트 25~45중량% 및 퍼라이트 55~75중량%로 이루어지는 건식 모르타르 100 중량부에 대해, 배합수 40~50 중량부, 폐기공 형성용 동물성 기포제 0.05~0.2중량부, 나프탈렌계 유동화제 0.1~2중량부, 폴리사카라이드계 증점제 0.01~0.1중량부 혼합하는 단계 및 상기 혼합물을 형틀로 성형하는 단계를 포함하는 무기질 시멘트계 경량 내화 판넬의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 높은 기공율을 가지며 낮은 물비에서의 유동성 확보가 가능한 무기질 시멘트계 경량 내화 판넬을 제조할 수 있고, 제조 과정에서 비중이 다른 재료들간의 재료분리를 억제하여 모르타르 내에 재료 및 기공의 고른 분포가 가능하며, 파포 현상을 억제할 수 있는 무기질 시멘트계 경량 내화 판넬을 제조할 수 있다. 이에 따라, 안전정인 기공확보를 통한 경량 및 고내구성 판넬을 제조할 수 있고, 모르타르 내부 다량의 기공으로 인한 방음효과로 괘적한 주거환경을 보장할 수 있으며, 무기질계 다공질 내화단열 판넬의 사용으로 에너지 절감 및 화재로 인한 인명피해 감소 효과를 거둘 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.

본 발명의 무기질 시멘트계 내화 경량 판넬은, 보통포틀랜드시멘트와 퍼라이 트로 이루어지는 건식 모르타르에 대해, 배합수, 나프탈렌계 유동화제, 폐기공 형성용 동물성 기포제, 폴리사카라이드계 증점제를 혼합하여 제조된다.

본 발명에서 시멘트 모르타르에 무기질계 경량골재인 퍼라이트(perlite)를 첨가하고 동물성 기포제를 통해 인위적으로 형성된 기포를 주입함으로써 경량화를 구현한다. 이들 두 첨가물은 상호보완적이다.

또, 본 발명에서는 퍼라이트가 갖는 높은 흡수력이 갖는 문제점을 해결하기 위해 나프탈렌계 유동화제를 적용하였고, 이로 인하여 낮은 물비에서의 유동성 확보가 가능하였다.

또, 본 발명에서는 폴리사카라이드계(Starch) 증점제를 사용하여 혼합 과정에서 비중이 다른 재료들간의 재료분리를 저감시킴으로써 모르타르 내에 재료 및 기공의 고른 분포가 가능하도록 하였다. 또한, 본 발명의 폴리사카라이드계 증점제는 모르타르 내부의 증점효과로 인하여 파포 현상을 줄일 수 있다.

본 발명에서 모르타르에서 보통 포틀랜드 시멘트는 25~45 중량%, 퍼라이트는 55~75 중량% 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 퍼라이트는 입도 조정된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 바람직한 입도 범위는 아래의 실시예에서 예시한다.

실시예

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내화 경량 판넬의 제조 방법은 다음과 같은 순서로 진행된다.

(1) 시멘트 무게 측정, 투입

(2) 퍼라이트 무게 측정

(3) 퍼라이트 50% 및 증점제 투입

(4) 시멘트와 퍼라이트를 교반기에서 건식 혼합

(5) 혼합수 무게 측정

(6) 유동화제 무게 측정

(7) 혼합수에 유동화제 투입

(8) 시멘트와 퍼라이트에 혼합수와 유동화제 투입

(9) 교반기에서 시멘트, 퍼라이트(50%)와 혼합수, 유동화를 혼합

(10) 나머지 50%의 퍼라이트를 10%씩 나누어서 투입

(11) 교반기 내에서 시멘트와 퍼라이트가 충분히 혼합될 수 있도록 3분간 혼합

(12) 기포제 투입

(13) 혼합

위 과정에서, 교반기내에 퍼라이트 투입 시 초기에 50% 투입한 후, 후반에 10% 나누어서 투입하였으며, 기포제를 투입하기 전에 교반기 내에서 시멘트, 퍼라이트가 충분히 혼합될 수 있도록 충분한 혼합 시간을 확보함으로써 시멘트, 퍼라이트가 충분히 혼합되었으며, 기포제 투입 시 충분한 유동성능을 발휘하여 내화판재 몰드에 원활하게 충전될 수 있는 유동성을 발현할 수 있다.

퍼라이트는 다공질 경량을 골재이며 내화성능이 우수하여 경량 내화 판재의 골재로서 우수한 성능을 가지고 있으나, 퍼라이트는 다공질로 이루어져 있기 때문에 물의 흡수가 많아서 초기 시멘트, 퍼라이트, 혼합수, 유동화제의 교반 시간을 충분히 가져야하며 퍼라이트 투입 시에도 1회에 모든 양을 투입하는 것보다는 조금씩 나누어서 투입하며 충분히 교반해 주는 것이 모르타르의 유동성능 발현에 좋다.

실험예1 (동물성 기포제의 첨가량에 따른 물리적 특성)

동물성 기포제의 첨가량에 따른 판넬의 물리적 특성의 변화를 알아보기 위하여 기포제의 첨가량을 0.05중량%~0.15중량%까지 비율별로 적용하였으며 그 배합비(중량%)는 표 1에 나타내었다. 기포제의 첨가량에 따른 유동성능, 밀도 및 압축강도를 확인하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다. 본 실시 예에서 기포제는 이태리 램버티(Lemberti)사의 상품명 에사폰(Esapon) 1850를 사용하였고, 유동화제는 케미콘사의 CMC-PC, 증점제로는 네덜란드 아베베(Avebe)사의 폭스크리트(Foxcrete) S100을 사용하였다. 유동성은 KSL 5105 (수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법) 에 제시된 플로 측정 방법, 밀도는 KSL 5105 (수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법)에 제시된 방법에 의하여 제작된 압축강도 시편을 7일간 실험실(온도 25℃, 습도 : 50%)에서 양생한 다음 압축강도 시편의 무게를 측정하여 밀도를 계산하였으며, 1일 강도도 KSL 5105 (수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법) 방법으로 측정하였다.

배합	유동성 (㎜)	밀도 (g/㎤)	1일 강도 (kg/㎠)	비고
1	240	0.853	22.8	퍼라이트 분리 약간 발생
2	245	0.863	25.5	퍼라이트 분리 약간 발생
3	236	0.820	23.6	퍼라이트 분리 약간 발생
4	220	0.795	21.5	유동상태 양호, 재료분리 없음
5	216	0.775	19.8	유동상태 양호, 재료분리 없음
6	215	0.715	17.2	유동상태 양호, 재료분리 없음
7	200	0.690	17.6	유동상태 양호, 재료분리 없음
8	197	0.720	18.6	기포 약간 많음.
9	186	0.680	17.2	기포 약간 많음. 유동성능 저하.
10	189	0.690	17.0	많은 기포로 인하여 유동성능이 저하
11	185	0.645	16.5	많은 기포로 인하여 유동성능이 저하
12	174	0.495	8.6	많은 기포로 인하여 유동성능이 저하

동물성 기포제의 첨가량에 따른 실험 결과를 보면, 동물성 기포제 첨가량이 0.05%∼0.07%인 1번∼3번 배합에서는 약간의 퍼라이트 분리가 발생함을 알 수 있었다. 그러나, 동물성 기포제 첨가량이 0.08%∼0.11%인 4번∼7번 배합에서는 양호한 유동상태가 나타났으며, 재료분리도 발생하지 않았다. 또, 동물성 기포제의 첨가량이 0.12%∼0.15%인 8번∼11번 배합에서는 기포의 발생양이 높아서 유동성능이 저하되는 것으로 나타났다. 그리고 시편의 밀도는 동물성 기포제의 첨가량이 높아질수록 점점 밀도가 감소하는 것으로 나타났다. 특히, 동물성 기포제의 첨가량이 0.10%, 0.11%에서는 유동성능이 저하되었지만 내화판재의 목표 밀도에 도달하였다. 그러나 압축강도의 경우에는 모든 배합에서 목표 강도에 미치지 못하였다.

동물성 기포제에 의한 기포발생 외에 본 발명에서는 다공질의 무기질계 골재인 퍼라이트를 모르타르의 잔골재 대용으로 적용하였으며 특히 입도별로 3단계로 조정하여 사용하였다. 퍼라이트는 경량필러로 널리 사용되는 재료로서 동물성 기포제에 의해 발생된 기포 대비 비중측면에서는 떨어지지만 퍼라이트내에 기 형성된 공극구조가 모르타르내에서 안정적으로 존재하며 시멘트 수화시 발생되는 건조수축에 의한 균열을 상충시켜 줄 수 있다.

실험예2 (퍼라이트 입도조정에 따른 물리적 특성)

퍼라이트의 입도조정을 위하여 각각의 입도별 첨가량을 조절하여 표 3과 같이 배합하였고 이에 따른 유동성 및 기타 물리특성을 측정하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.

<표 3>

<표 4>

0.3~1.2㎜ 입도의 퍼라이트와 1.2~2.5㎜ 입도별로 적용하여 초기 유동성능 및 강도를 측정한 결과, 위와 같이 1.2~2.5㎜ 입도의 퍼라이트가 증가할수록 밀도가 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 유동성능은 1.2~2.5㎜ 입도의 퍼라이트의 비율이 증가하여도 일정하게 증가되어지다가 일정 비율 이상에서는 퍼라이트의 분리가 발생하면서 유동성능이 감소하는 것으로 나타났다. 위의 배합에서는 3번 배합이 유동성능도 우수하면서 가장 낮은 밀도를 나타내는 것으로 나타났다. 그러나 개발 목표 밀도 및 강도에는 미치지 못하였다.

모르타르내에서 비중이 다른 재료는 물과 혼합하여 성형 시 혼합과정 또는 혼합 시 가해지는 외부압력에 의해 재료분리 현상이 발생하는데 본 발명에서 사용한 퍼라이트 및 기포는 비중이 낮기 때문에 하부 및 상부에서의 분포도가 달라질 수 있다. 본 발명에서는 폴리사카라이드(Polysaccharide)계 증점제를 적용하여 재료간의 분리 없이 형틀 내에 골고루 충전될 수 있도록 제조되었으며 이는 기존의 메틸 셀룰로오스 증점제의 일차원적인 분자구조형식과는 달리 도 1과 같이 입체 형태로 분자구조가 형성되어있으므로 단순히 물과의 팽윤과정에서의 점도상승보다는 시멘트 입자와의 반응을 통하여 도 2와 같이 항복값(Yield value)을 증가시킴으로써 높은 점도의 시멘트 모르타르 일지라도 외부의 압력이 조금만 가해지면 쉽게 유동하는 특성을 나타내므로 재료분리 없이 원하는 형틀에 골고루 재료를 충전할 수 있다.

실험예3

위 실험예2의 2번 배합으로 제조된 내화 판재의 내화시험도 KS F 2257-8:2004(건축 부재의 내화 시험방법-수직 비내력 구획 부재의 성능조건)에 준하여 내화 시험을 실시한 결과 표 5와 같은 결과를 얻었다.

도 1은 폴리사카라이드계 증점제의 분자 구조를 모식적으로 도시한 도면이다.

도 2는 폴리사카라이드계 증점제의 증점기구를 설명하기 위한 그래프이다.

Claims (1)

1. 보통포틀랜드시멘트 25~45중량% 및 퍼라이트 55~75중량%로 이루어지는 건식 모르타르 100 중량부에 대해, 배합수 40~50 중량부, 폐기공 형성용 동물성 기포제 0.05~0.2중량부, 나프탈렌계 유동화제 0.1~2중량부, 폴리사카라이드계 증점제 0.01~0.1중량부 혼합하는 단계 및 상기 혼합물을 형틀로 성형하는 단계를 포함하는 무기질 시멘트계 경량 내화 판넬의 제조 방법.

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