KR101033960B1 - 소음저감용 자기수평재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소음저감용 자기수평재에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 자체의 유동성에 의해 물과 같이 유동하여 평활한 수평면을 이루고, 균열을 억제하며, 특히 공동주택의 층간 소음을 저감시킬 수 있는 온돌 마감 및 단열층의 재료로 사용하기 위하여, 일정 입도범위의 석회석과 석유코크스의 혼합물을 소성하여 이루어진 소음저감용 자기수평재에 관한 것이다.
Description
본 발명은 주택이나 건물 바닥 등에 사용되는 자기수평재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자체의 유동성에 의해 물과 같이 유동하여 평활한 수평면을 이루고, 균열을 억제하며, 특히 공동주택의 층간 소음을 저감시킬 수 있는 온돌 마감 및 단열층의 재료로 사용하기 위하여, 석유 코크스와 석회석을 유동층 보일러 또는 석회 소성로에서 연소 후 얻어진 탈황석고를 주재료로 하는 소음저감용 자기수평재에 관한 것이다.
바닥은 인간이 걷고 생활하는데 있어 매우 밀접한 관계가 있다. 인간의 주거 활동에 필요한 육체적, 정신적, 문화적 터전을 제공해 주는 바탕이 될 뿐만 아니라 보행과 교통의 안전을 제공하고, 산업구조물에 있어서는 양질의 제품생산과 안정된 적재능력, 작업자의 작업능률향상 및 위생을 도모해주는 중요한 구성 요소이다. 특히 오늘날 산업사회는 더욱더 고도의 작업환경에 맞는 다양하고도 기계적 안정성, 내화학성, 내마모성, 내충격성, 비미끄럼성, 청결성, 전도성 기타 미학적 측면 등에 이르기 까지 우수한 바닥시스템을 원하고 있다.
최근 건축물의 고급화를 위한 다양한 건축재료가 적용되고 있으며, 이중에서도 건축물 바닥미장의 성력화 시공을 위해 개발된 자기수평재는 백화점, 오피스텔, 대규모 물류센타등 다양한 건축물 바닥미장에 많이 적용되고 있다. 자기수평은 유동성이 우수한 특성을 이용하여 건설 인력부족을 대체할 수 있는 신제품으로서 대규모 타설능력, 우수한 물성 등의 장점이 있어 최근 건축물 미장재료로 널리 사용되고 있다. 자기수평재는 사용되는 결합재에 따라 시멘트계, 석고계, 혼합계 및 폴리머시멘트계 등으로 분류되고 있으며, 각각의 요구되는 특성에 따라 적용되는 분야가 상이한 것으로 알려져 있다.
자기수평재는 물과 반죽하여 바닥에 뿌리면 자체의 유동성에 의해 수평면을 형성, 단시일내에 보행이 가능한 정도로 경화하는 바닥용 미장재료를 말하며, 이는 물이 저절로 수평면을 이루는 원리를 이용한 것으로서 각각의 결합재에 알맞은 유동화제를 적절히 사용하여, 무로가 반죽한 슬러리상으로 물과 같이 유동하여 자연히 평탄, 평활한 수평면을 만들게 된다.
향후 자기수평재의 수요전망은 건설시장의 개방에 따른 건설시공의 변화 및 재료의 고급화 등의 요인으로 인해 그 수요가 급속하게 증가할 것으로 예상되나, 아직까지 국내 건설 현장에 시공장비의 보급이 미비하고 기술자의 인식부족 등으로 자기수평재 시장이 확대되는데 저해가 되고 있기는 하지만 인건비의 절감, 제품의 다양성, 공기의 단축 등 자기수평재가 지니는 장점으로 인해 그 수요가 계속 증가해 향후 2, 3년 내에 약 10만톤 정도까지 시장규모가 성장할 것으로 예상되고 있다. 또한 가격이 저렴한(기존 제품의 1/2 ~ 1/3 정도) 일반형 SL재가 생산, 판매될 경우 시장규모 추정의 최대 변수로 작용할 것이며, 추정 이상으로 급격한 시장확대가 있을수 있다.
자기수평재는 바닥용 미장재료를 물과 혼합하여 바닥에 뿌리는 것만으로 자연적으로 수평한 면을 형성하여 빠른시간내에 보행 가능한 상태로 고화하는 재료를 지칭하는 것으로, 구미 및 유럽지역에서는 오래전부터 바닥에 사용해 온 것으로 알려져 있다.
석고계 자기수평재는 특히 Ⅱ형 무수석고가 많이 사용되고 있으며, 이는 미국, 서독, 동독 등 북유럽 각국에서 개발되어 사용되어져 왔다. 일본에서 자기수평재의 개발은 1970년대 초로서 일본 주택공단(현, 도시·주택정비공단)에서는 71 ~ 72년경 시멘트계 및 석고계 개발 실험을 실시한 바 있으나, 실제로 일본에서 석고계가 시판되기 시작한 것은 76 ~ 77년 경이며, 이때 사용한 것은 α형 반수석고이다. 그후 무수석고계가 개발되었으며, Ⅱ형 무수석고에 시멘트를 혼합한 형태의 자기수평재가 개발되었다.
석고계 자기수평재는 결합재인 석고 자체가 본래 자기수평성을 지니고 있고, 자체 팽창성이 있기 때문에 건조수축으로 인한 균열 위험성이 적으며, 경화가 빠르고 저온에서도 비교적 신속한 타설이 가능하다. 석고계 자기수평재에서 모래를 혼합 사용하는 것은 중량과 두께를 확보하기 위한 것 뿐만 아니라 경제적인 이유 때문이다. 그러나 석고는 내수성이 약해 물을 흡수하면 강도가 감소하게 되며, 이 때문에 석고계 SL재 그대로는 지하나 1층, 실외나 물과 접촉되는 바닥에는 사용할 수가 없다.
국내에서는 주로 혼화제 수입사를 통해서 80년대 중반부터 적용해 온 것으로 알려져 있으나, 정확한 통계자료는 없는 실정이다. 시장초기에는 대부분 독일 등의 유럽형 제품들이 수입되어 적용되었으며, 일본은 宇部與産 제품만이 한국시장 진출에 성공하였다. 그 이유로서 국내시장의 경우, 자기수평재를 고급타일 마감재의 수평조정용으로 사용함에 따라, 실제적인 자기수평재의 의미보다는 smoothing에 가깝게 적용하여 대개 시공두께 3~5mm의 박막으로 시공하기 때문에 일본의 경우 대부분 10mm 이상의 후막형 제품들로는 적용이 불가능한 점을 들 수 있다. 80년대 중반에서 90년초까지는 고가의 재료비로 인해 보편적으로 사용되지는 못하고 대형백화점을 중심으로 시장확대 중에 있었으나, 국내에서도 시멘트, 건재메이커를 중심으로 시멘트계 자기수평재의 개발에 착수하기 시작하여 93년부터 3 ~ 4개 업체에서 판매를 개시함으로서 시장이 활성화되기 시작하였다. 최근에는 주차장바닥에 적용할 수 있는 자기수평재를 실용화하여 현재 보급중에 있으며, 석고계 자기수평재는 대리점을 통해 수입품이 고급빌라의 방통몰탈 대채용으로 각광받고 있어 국내도 다양한 제품이 소개되고 있음을 알 수 있다.
현재 국내 대부분의 건축공사에서 사용되는 바닥용 미장몰탈은 시공자의 숙련정도에 따라 품질이 달라짐으로 인해 품질의 불균질 및 저하를 초래하며, 많은 인건비가 소요되는 원인이 되고 있다. 이러한 이유로 인해 현장에서 모래의 체가름 및 혼합과정 없이 공장에서 균일하게 대량생산된 제품을 기계를 이용함으로서 작업시간을 단축하면서도 양질의 시공을 할 수 있는 제품을 요구하게 되었다.
앞에서 언급한 바닥의 중요성과 시대의 흐름에 맞물려 바닥재는 발전되어 왔으며, 자기수평재를 사용할 경우 원료 조달의 번거로움, 인력구득난, 인건비 상승, 작업능률 저하 등을 해소해 주며 공사기간의 단축과 몰탈혼합 및 미장작업방법의 개선으로 인한 환경개선효과, 그리고 균일한 품질의 건조몰탈을 사용하게 됨으로써 양질의 시공을 할 수 있다는 장점이 있다.
석고계 자기수평재는 자체 수평성을 지니고는 있으나, 내수성의 문제, 특히 습윤시 강도저하 문제로 인한 시공장소의 제한을 받게 되고, 더욱이 일반적인 탈황 석고는 산성이므로 철근부식 문제가 발생될 수 있다. 한편 현재의 수평몰탈재는 제조과정이 복잡하고, 가격이 높아 일반 바닥 미장재로 적용하기 어렵고, 특히, 공동주택의 층간 소음을 저감시킬 수 있는 저렴한 자기 수평몰탈의 개발이 시급한 실정이다.
우리나라 공동주택은 통상 두께 135 ~ 200mm의 콘크리트로 이루어진 벽체 및 바닥이 서로 연결되어 하나의 건물 구조체를 구성하는 벽식구조가 대부분이다. 이러한 콘크리트는 재료의 특성상 중량물이며 밀실하기 때문에 발소리, TV음 등 공기를 매체로 전달되는 공기전달음에 대해서는 우수한 차단성능을 가지고 있다. 공동주택에서의 이렁한 고체전달음은 위층에서 뛰는 소리, 물건 떨어뜨리는 소리, 망치 소리 등으로 발생빈도는 높지 않다 하더라도 귀에 거슬리는 소음이다. 따라서 고체음의 일종인 바닥충격음의 차단성능 확보는 재실자에게 쾌적공간을 제공해 준다는 구조의 특성 및 경제적인 여건, 거주자의 주관적인 요구수준 등을 종합적으로 고려할 때 바닥충격음의 문제를 근보적으로 해결하는데는 어려움이 있다.
한편, 중앙환경분쟁조정위원회가 2003년 4월 22일 "아파트 층간 소음이 부실시공 때문이라면 시공사가 주민 피해를 배생해야 한다"는 유권해석을 내린 이후 아파트 층간 소음을 호소하는 민원이 크게 제기 되고 있는 실정이다.
이에 건설교통부는 "주택건설 기준등에 관한 규정 [제14조 건설교통부고시 제2004-71호] 및 [제14조 건설교통부고시 제2005-189호]"에 의해 경량충격음(비교적 가볍고 딱딱한 충격에 의한 바닥충격음을 말한다)은 2004년 4월 23일 이후 사업계획승인 최초 신청일로부터 58dB이하, 중량충격음(비교적 무겁고 부드러운 충격에 의한 바닥충격음을 말한다)은 2005년 7월 1일 이후 사업계획승인 최초 신청일로부터 50dB 이하로 적용토록 하고 있다.
덧붙여, 공동주택은 여러 가지 편리성 및 쾌적성을 갖추고 있다고 볼 수 있으나, 바닥 및 벽체를 사이에 두고 이웃세대와 밀집되어 생활하기 때문에 차음상의 문제가 빈번히 발생되는 특성도 가지고 있다. 국내 여러 연구결과에 의하면 최근 공동주택 거주자들은 "차음성능의 확보"를 매우 중요한 성능요소로 인식하고 있음을 알 수 있다. 이렇게 공동주택의 차음성능이 거주자의 주된 불만이 되고 있는 원인은 생활수준의 향상으로 성능에의 기대수준이 높아진 점도 있겠지만, 또 다른 주요한 원인은 사용되는 재료 및 공법이 충분한 차음성능을 확보하지 못하였다는 점도 지적할 수 있을 것이다.
일반적으로 아파트나 일반 주택의 방바닥 마감용으로는 시멘트계 몰탈이 주로 사용되고 있다. 최근에는 바닥 마감 공사가 고층화, 대형화됨에 따라 펌프 압송에 의한 기계화 시공에 적합하도록 공장에서 일정한 비율로 시멘트와 모래를 미리 혼합하여 제조한 건조 몰탈의 사용이 일반화 되고 있다.
최근 주택 건설이 양적으로 증대하면서 신공법, 신소재의 출현으로 질적으로도 상당히 발전하였으나, 충분한 차음 성능을 확보하고, 기능성을 높이며, 품질 향상과 원가절감에 기여할 수 있는 방바닥 몰탈에 대한 요구가 높은 것이 현실정이다.
또한, 종래의 온돌은 차음판 설치, 경량 기포콘크리트 설치, 난방배관 및 마감미장의 순서로 시공하는 방식이었다. 그러나 이와 같은 시공방식은 여러 공정이 복합되어 있어, 공사가 번잡하여 날로 심각해지는 건설인력난과 고층화되는 건축물 공사에 적합하지가 않을 뿐만 아니라 층간 소음 문제를 갖고 있다.
기포콘크리트는 이송이 간편하여 시공성이 우수하나 차음재를 따로 설치해야 하는 번거로움이 있고, 시멘트만을 사용함으로 균열이 심하게 생기며, 기포콘크리트의 특성상 과다한 물이 하증으로 투수되고, 양생 시간이 길어 후속작업이 늦어지는 단점을 갖고 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명에서는 종래 시멘트 모르타르가 갖고 있는 강도 등의 장점을 유지하면서, 대부분 매립에 의해 폐기되는 탈황석고, 슬래그 및 석탄회등을 이용한, 차음성, 작업성, 단열성 및 자원 재활용과 친환경적인 모르타르의 제조방법을 확립하고 소음측정을 통해 소음저감 재를 개발하게 되었으며, 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 예의 연구 검토한 결과 특정의 탈황석고가 차음성능이 우수함을 밝혀내고 본 발명을 완성하게 되었다.
상기의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 자체의 유동성에 의해 물과 같이 유동하여 평활한 수평면을 이루고, 균열을 억제하며, 특히 공동주택의 층간 소음을 저감시킬 수 있는 온돌 마감 및 단열층의 재료로 사용할 수 있는 소음저감용 자기수평재를 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 입도 3mm 이내로 분쇄한 석회석 30 ~ 70wt%와 석유코크스 30 ~ 70wt%의 혼합물을 800 ~ 950℃의 온도로 소성하여 이루어진 자기수평재이거나,
상기 자기수평재 전체 중량에 대해, 유동화제 0.04 ~ 1.7wt%와, 경화촉진제 0.4 ~ 2wt%와, 증점제 0.02 ~ 0.1wt%와, 소포제 0.04 ~ 0.2wt%와, 수지 0.5 ~ 2wt%와, 포틀랜드 시멘트 1 ~ 4wt%와, 충진재 1 ~ 60wt%를 첨가하여 조성되는 것이거나, 또는
자기수평재의 전체 중량에 대해, 단열효과가 있는 발포수지, 경량골재, 제지슬러지 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 충진재를 1 ~ 60wt%로 첨가하여 바닥단열재용으로 사용하는 것임을 특징으로 하는 소음저감용 자기수평재를 주요 기술적 구성으로 한다.
그리고, 상기 충진재를 입도가 8mm 이내인 고로슬래그, 제강슬래그, 석탄회, 모래 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상으로 하여 자기수평재를 바닥미장재용으로 사용하거나,
상기 충진재를 단열효과가 있는 발포수지, 경량골재, 제지슬러지 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상으로 하여 자기수평재를 바닥단열재용으로 사용하는 것임을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 소음저감용 자기수평재는 스스로 평활한 수평면을 이루고 균열을 억제하며 특히, 공동주택의 층간소음을 저감시키는 바닥재로서 두꺼운 온돌 마감 미장 뿐만 아니라, 온돌 단열재로도 탁월한 효과가 있다.
그리고, 특정의 시공장비의 보급 없이 일반 펌프 압송식 방바닥 몰탈 기계로도 타설이 용이하며 원가절감, 제품의 정밀성, 차음성능의 우수성, 공기의 단축 등 자기 수평재가 지니는 장점으로 인해 광범위하게 적용이 가능하다는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 자기수평재의 선변화율을 도시한 그래프.
상기의 기술 구성을 실시예와 함께 구체적으로 살펴보고자 한다.
본 발명에 따른 소음 저감용 자기 수평재는 석고의 평활성, 차음성 및 균열 방지 효과가 뛰어나, 마감 흙손 작업을 하지 않고도 우수한 바닥재를 형성할 수 있다.
상기 자기수평재의 주재료인 탈황석고는 석유코크스와 석회석을 유동층 보일러 또는 석회 소성로에서 850 ~ 950℃의 온도로 연소하는 과정에서 부산물로 발생하는 것으로, 상기 탈황석고는 입도 2mm 이내의 입도로 비교적 고른 분말도를 나타내며 5% 정도의 미연 탄소분을 포함하고 있으며, 특히, 혼소시 미반응된 생석회 성분이 남아 있어 강 알칼리성(pH 12.5)을 띤다.
상기 석유 코크스는 중질유 분해과정에서 발생된 석유 코크스를 격렬하게 열분해시켜서 만든 다공질의 광택이 있는 고체연료로서 다량의 황화물이 함유되어 있으며, 통상 3mm 이내의 입경을 갖는 석회석과 함께 혼소시 탈황작용에 의해 대부분 무수석고 및 생석회 형태가 된다.
따라서, 본 발명에서는 무수석고 및 생석회를 별도로 사용하지 않고 탈황석고 부산물을 활용하는데 그 특징이 있다.
상기 탈황석고의 성분 구성은 다음의 표 1과 같다.
| 성분 | 단위 | 성분비율 |
| SiO2 | % | 2.45 |
| Al2O3 | % | 0.45 |
| Fe2O3 | % | 0.33 |
| MgO | % | 1.42 |
| SO3 | % | 20.6 |
| Na2O | % | 0.19 |
| K2O | % | 0.18 |
| CaO | % | 65.3 |
상기 석유코크스의 온도에 따른 탈황율은 다음의 표 2와 같으며, 그 탈황율계산하는 방법은 아래와 같다.
| 온도(℃) | 850 | 900 | 950 |
| 탈황율(%) | 18.50 | 16.94 | 19.22 |
상기 탈황율 중 900℃에서 다소 탈황율이 떨어지는데, 이는 이 온도범위에서 탄소와 황 성분이 새로운 C-S결합을 하기 때문이다. 전체적으로 살펴보면, 온도에 따른 증가추세를 보이고 있으나, 그 탈황율이 매우 낮다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 탈황율을 높이기 위해서는 그 온도의 상승을 점차 높이는 것이 중요한데, 이는 급격한 온도 상승은 석유 코크스의 기공들의 상당부분 함몰되기 때문이다.
유동층연소에서의 석유 코크스의 탈황메카니즘은 유동층에서 석유 코크스 연소시 배출된 SO2를 제거하는 탈황제로 석회석(CaCO3)이 사용되며, 그 반응식은 다음과 같다.
CaCO3 + SO2 + 1/2 O2 ⇔ CaSO4 + CO2
이때 소성반응은 석회석이 CaO와 CO2의 형태로 분해되는 반응으로 흡열반응이다. 유동층 보일러에서 CO2의 분압이 석회석 소성의 평형압력보다 낮을 때, 즉 상압 유동층 연소조건에서 연소로내에 주입된 CaCO3는 다음과 같이 CaO와 CO2의 형태로 소성된다.
CaCO3 ⇔ CaO + CO2 △H = 183kJ/gmol
상기 유동층 보일러에서의 조업온도인 850 ~ 950℃에서 CaCO3이 SO2와 직접 반응하는 것은 CO2의 분압이 평형압력보다 높을 때 이루어지고 상압에서는 SO2의 흡수를 위하여 CaCO3은 CaO와 CO2로 분해된다. 그리고, 소성반응 중에 생성된 CO2는 석회석에 기공을 생성하고 확장시키는 역할을하므로, 탈황반응에 대한 표면적을 크게 하는 효과가 있다.
상기 자기수평재인 탈황석고 자체를 소음저감용 자기수평재로 그대로 사용할 수 있으나, 바닥미장용 또는 온돌바닥용과 같이 사용목적에 맞게 탈황석고를 주재로 한 상태에서 배합물을 첨가하여 소음저감용 자기수평재를 조성할 수 있다.
즉, 상기 자기수평재 전체 중량에 대해 유동화제 0.04 ~ 1.7wt%와, 경화촉진제 0.4 ~ 2wt%와, 증점제 0.02 ~ 0.1wt%와, 소포제 0.04 ~ 0.2wt%와, 수지 0.5 ~ 2wt%와, 포틀랜드 시멘트 1 ~ 4wt%와, 충진재 1 ~ 60wt%를 첨가하여 소음저감용 자기수평재를 이룬다.
상기 자기수평재인 탈황석고의 사용량이 30wt% 미만인 경우에는 강도, 소음저감, 경제성이 떨어진다는 문제가 있고, 97wt%를 초과하게 되는 경우에는 자기수평 등의 기능성이 떨어질 수 있기 때문에 상기 탈황석고의 사용량은 30 ~ 97wt%의 범위 내에서 정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 탈황석고는 다량의 황화물이 함유되어 있는 석유코크와 통상 3mm 이내의 입경을 갖는 석회석과 소성시 반응되지 않은 생석회 성분이 존재하며, 상기 생석회는 물과 반응시 높은 수화열이 발생된다.
따라서, 상기 탈황석고 사용시에는 탈황석고의 수화열을 낮추기 위하여 사전에 일정량을 물과 반응시키거나, 공기중의 습기와 반응이 되어 수화열이 낮아진 탈황석고를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 탈황석고와 혼합되는 자기수평재 배합물은 유동화제, 경화촉진제, 증점제, 소포제, 수지, 포틀랜드 시멘트, 충진재의 혼합물로서, 그 사용량이 3wt% 미만인 경우에는 자기수평 및 강도 등의 기능성이 떨어질 수 있고, 70wt%를 초과하게 되는 경우에는 상대적으로 탈황석고의 사용량이 줄어들어 강도, 소음저감 및 경제적인 잇점이 떨어지는 문제가 발생하기 때문에, 상기 자기수평재 배합물의 사용량은 3 ~ 70wt% 범위 내에서 정하는 것이 바람직하며, 상기 자기수평재 배합물이 경제성, 기능성에 최적화될 수 있도록 배합구성을 갖는다.
상기 자기수평재 배합물에 있어서, 가장 중요한 사항은 유동화제의 성분 및 배합비율이다. 상기 유동화제는 페이스트 묽기를 증가시켜 유동성 증진 및 물비를 감소시킬 목적으로 사용된다. 유동화제의 주성분계는 나프탈렌계, 리그닌계, 멜라민계 등이 있으며, 유동화제의 작용기구는 결합재의 입자표면에 전기적 이중층을 형성시켜 zeta 전위를 변화시키고 서로 입자가 정전기적으로 반발하여 분산된다. 이로 인하여 유동성은 증대되며 작업성을 개선시킨다.
본 발명에서는 나프탈렌계, 멜라민계를 사용하였으며, 실험결과 유동성에는 큰 차이가 없었다. 아래의 표3에서 보는 바와 같이 유동화제의 첨가량이 증가함에 따라 플로우가 증가하는 경향을 보이고 있으며 첨가량이 과소하면 유동성이 약하며 첨가량이 과대한 경우에는 침강으로 인한 블리딩이 발생되고 재료분리가 발생하였다. 이는 재료분리에 저항할 수 있는 자기수평재의 소정점도가 낮기 때문인 것으로 생각된다. 따라서 유동화제는 0.04 ~ 1.7wt%에서 사용하는 것이 바람직하다.
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상기 경화촉진제는 무수석고의 응결지연으로 인한 단점을 개선시키기 위하여 PSA(포타슘 설파 알루미네이트)와 반수석고를 사용하여 시험하였으며 본 발명에서는 PSA가 기능성에서 더 바람직한 것으로 나타났다.
상기 경화촉진제의 사용량이 0.4wt% 미만인 경우에는 경화촉진효과가 미미하고, 2wt%를 초과하여 사용하게 되는 경우에는 다른 배합물과의 최적화된 배합 또는 기능향상이 이루어지지 않기 때문에, 상기 경화촉진재는 0.4 ~ 2wt% 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 증점제는 유동화제의 첨가로 인한 재료분리를 방지할 목적으로 메틸셀룰로우즈(MC)를 사용한다. 상기 증점제인 메틸셀룰로오즈는 수용성 고분자이고, 고점성이고, 비이온성이고, 탈황석고와 같이 pH가 높은 용액중에서 용해속도가 빠르고 반응해서 분해·반응 겔화 등의 화학변화를 일으키지 않고 증점제의 특성을 가지고 있기 때문에 본 발명에서 사용한다.
상기 메틸셀룰로우즈의 기본적인 효과는 접착성과 보수성을 부여하는 것으로, 상기 메틸셀룰로우즈를 소량첨가시에는 블리딩과 골재분리가 계속 발생하고, 0.02wt% 이상 첨가시에는 재료의 분리가 거의 없다. 이러한 현상은 셀룰로우즈에테르계가 물과 용해되어 물의 점성을 높이고 또한 분자의 크기 0.001㎛, 평균길이 1㎛의 장쇄상의 고분자가 가교작용에 의해 입자사이에 결합력이 강력해져 골재의 분리를 방지하는 것이다. 그러나, 상기 메틸셀룰로우즈를 0.1wt%를 초과하여 첨가하게 되는 경우에는 유동성이 나빠지며, 또한 수용성 셀룰로즈에테르가 계면활성을 가지고 있기 때문에 조대한 기포를 연루해 공기량을 증대시킨다. 특히, 셀룰로즈가 탈황석고 입자에 일부 흡착되어 확산전기 이중층을 형성하여 입자를 분산시키며 이 흡착층은 물의 접촉을 일시적으로 억제하여 수화반응을 지연시킨다.
상기 소포제는 자기수평재를 바닥에 뿌린 뒤 재료중에 혼입된 기포가 SL재의 유동성을 잃지 않는 사이에 외부로 방출되지 않으면 마무리층의 물성을 저하 시킬뿐만 아니라 표면에 분화구 모양의 요철을 만든다. 소포제는 이를 방지하기 위해 사용하며, 상기 소포제로는 실리콘계를 사용한다.
상기 소포제의 첨가량이 0.04wt% 미만인 경우에는 일부 기포가 표면에 요철로 남게 되고, 0.2wt%를 초과하게 되는 경우에는 경제성이 저하되므로, 0.04 ~ 0.2wt%의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 수지는 비닐 아세테이트 또는 에칠렌계의 폴리머 분말을 사용하며 상기 수지는 다른 재료의 성능을 저감시키지 않고 특히, 표면 강도 및 접착력을 향상시키게 된다.
상기 수지의 사용량이 0.5wt% 미만인 경우에는 성능개선이 미미하게 되고, 2wt%를 초과하게 되는 경우에는 경제성이 저하되는 문제가 있으므로, 상기 수지의 사용량은 0.5 ~ 2wt%의 범위 내에서 결정되는 것이 바람직하다.
상기 포틀랜드 시멘트는 석회질 원료와 점토질 원료를 혼합하여 미분한 후 1,450℃로 소성하여 얻어지는 클링커에 소량의 석고를 첨가하여 미분쇄한 것으로 분말도가 4,000 ~ 4,500㎠/g이 것을 사용한다.
상기 포틀랜드 시멘트는 1 ~ 4wt%의 범위 내에서 사용하는 것으로써, 그 사용량이 1wt% 미만인 경우에는 포졸란 분말 중 슬래그를 사용할 경우를 제외하고는 산화칼슘성분의 함량비율이 적어 자체적인 수경성이 약하게 되어 모르타르의 최소 강도를 유지시키기가 어렵다는 문제점을 갖게 되고, 4wt%를 초과하여 사용하게 되는 경우에는 탈황석고와 반응하여 과팽창이 일어날 수 있다는 단점을 갖기 때문에, 상기 포틀랜드 시멘트의 사용량은 1 ~ 4wt%의 범위 내에서 정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 소음저감용 자기수평재를 압축강도, 평활성, 기능성이 요구되는 마감미장재로 사용할 경우에는, 충진재를 사용함에 있어, 미장 두께에 따라 8mm 이내의 모래, 제강 또는 고로슬래그, 석탄회 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 재료를 혼합하여 사용한다.
또한, 상기 소음저감용 자기수평재를 단열성, 기능성이 요구되는 온돌바닥등의 단열재로 사용할 경우에는, 상기 충진재로서 발포수지, 경량골재 또는 제지슬러지 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 재료를 혼합하여 사용한다.
일반적으로 사용되는 단열층의 기포 콘크리트는 이송이 간편하여 시공성은 우수하나 차음성에 취약하고, 특성상 과다한 물이 하층으로 투수되고 양생시간이 길어 후속작업이 늦어지는 단점이 있다.
본 발명에서 사용되는 단열용 자기수평재는 이와 같은 단점을 극복하고 특히, 차음성이 우수한 자기수평재를 제공하는 것으로써, 상기 마감 미장재 또는 단열재로 사용되는 상기 충진재의 최적 배합비율은 1 ~ 60wt%가 바람직하다.
상기 충진재의 사용량이 1wt% 미만인 경우에는 충진재의 사용에 따른 자기 수평재의 효과가 미미하며, 60wt%를 초과하게 되면 다른 배합물과의 최적화된 배합이 이루어지지 못하여 제품의 정밀성, 차음성, 기능상의 저하가 발생할 수 있다.
상기 충진재 중 모래는 입경 8mm 이내의 세척사 또는 파쇄사를 시공 두께 및 필요한 조립율에 따라 사용하며, 만일 상기 모래의 사용량이 많아지면 강도 및 수평성 등의 저하 문제가 발생하게 되므로, 적절한 사용량을 유지하는 것이 요구된다.
상기 충진재 중 석탄회는 보일러 바닥에 떨어져 물로 냉각된 덩어리 모양의 보텀애쉬(bottom ash)와 절탄기나 공기예열기 하부의 호퍼에 모이는 cinder ash로 크게 분리될 수 있으며, 현재 국내에서 발생되고 있는 재활용 가능한 플라이애쉬는 대부분 석탄화력발전소에서 발생되고 있다. 화력발전소에서 석탄을 미분쇄로 분쇄하여 뜨거운 공기와 함께 고속으로 노내에 주입하면 석탄에 함유된 대부분의 광물질이 용융점 이상인 1,500±200℃ 온도범위에서 부유상태로 순간 연소하게 되는데, 이때 연소하고 난 후 집진기에서 포집되며, 국내탄(무연탄)의 경우는 26 ~ 15% 정도의 석탄회가 발생된다. 회분 함량이 낮은 저탄소 플라이애쉬는 시멘트 및 콘크리트 혼화제 등에 재활용되고 있으나 회분 함량이 높은 고탄소 플라이애쉬는 아직 재활용 분야에 없어 대부분 폐기되고 있다.
상기 충진재 중 슬래그는 200 ~ 500mesh의 분말로 가공시 진비중은 3.2 ~ 3.5 정도로 시멘트 비중과 비슷하며 건비중은 1.3 ~ 1.4 정도이고 색깔은 암회색으로 규사와 석회의 혼화재로서 그 자체가 수경성을 가지고 있어 시멘트, 탈황석고, 석탁회 등의 원료분말과 혼합시 강도 발현 효과가 높다.
본 발명에서는 미장두께 및 조립율에 따라 입도 선별된 8mm 이하의 제강슬래그나 고로슬래그를 사용한다.
상기 제강슬래그는 철에서 강을 만들기 위해 쇳물에 녹아 있는 탄소, 규소성분등을 제거하는 공정에서 발생되며, 고로에서 제조된 쇳물에 고압의 산소를 불어넣어 정련하는 공정에서 생성되는 전로슬래그(BOF Slag)와 고철 등을 전기로에서 정련할 때 생성되는 전기로슬래그(EAF Slag)로 크게 구별할 수 있다.
그리고 상기 고로슬래그는 철광석, 코크스, 석회석 등을 고로(용광로)에서 용융하면 약 1,500℃의 쇳물과 함께 광물성분이 용해된 용융슬래그가 발생되며, 용융슬래그는 비중의 차이를 이용하여 쇳물과 분리하게 되는데, 냉각법에 따라 괴재 슬래그(Air Cooled Slag)와 수재 슬래그(Granulated Slag)로 구별된다.
상기 괴재슬래그는 용융슬래그가 자연공냉과 살수에 의해 서서히 냉각되어 결정화된 것이고, 상기 수재슬래그는 용융슬래그에 고압의 물을 분사하여 급냉에 의해 모래상태로 유리질화 시킨 것이다.
이와 같은 슬래그 종류는 수밀성이 높고 가격이 저렴하여 건축물의 바닥재로 활성이 높다.
본 발명에서 사용되는 제강 및 고로슬래그의 화학적 성상은 다음의 표 4와 같다.
| 시료명 |
분석시험결과[단위: mass%] | ||||||||
| SiO2 | Al2O3 | TiF | TiO2 | CaO | MgO | MnO | P2O5 | Total | |
| 고로슬래그 | 34.7 | 14.0 | 2.09 | 0.57 | 39.4 | 5.78 | 0.42 | 0.06 | 97.0 |
| 제강슬래그 | 13.9 | 5.37 | 23.8 | 0.57 | 37.0 | 4.81 | 2.23 | 1.56 | 89.3 |
본 발명에서, 슬래그는 고로 슬래그와 제강 슬래그가 쓰이며, 특히 제강슬래그 중 전기로 슬래그는 철강의 생산과정에서 생산되는 부산물로서 일반적으로 염기도가 높고 비중이 큰 철, 망간 등의 유가금속을 함유하고 있기 때문에 여러 슬래그 들 중에서 그 자체의 경도가 상당히 높다.
이와 같은 슬래그에는 다량의 산화칼슘(CaO) 성분이 함유되어 있어 자체적인 수경성을 갖게 되어 시멘트를 사용하지 않고도 건물 구조체에 영향을 미치지 않는 마감 미장 및 온돌 단열 구조에 사용할 수 있다. 따라서, 충진재로 슬래그를 사용할 때에는 시멘트를 거의 사용하지 않고서도 모르타르를 제조할 수 있는 장점을 갖는다.
이하 본 발명에 따른 소음저감용 자기수평재를 구체적으로 구현하기 위한 제조예에 관한 일 실시예를 설명하고자 한다.
[실시예 1]
힌전체 중량비로 탈황석고 60%에, 유동화제 0.6%, 경화촉진제(PSA) 0.8%, 증점제 0.05%, 소포제 0.05%, 수지 1.5%, 포틀랜드 시멘트 3%와 충진재로 입경 0.1 ~ 2mm의 고로슬래그 34%의 혼합으로 조성된 자기수평재 배합물을 첨가하여 균일하게 혼합하여 마른 상태의 자기수평재를 완성한다.
상기 탈황석고는 잔존하는 생석회의 수화열을 감소시키기 위하여 탈황석고비 5wt%의 물과 충분히 반응시킨 것을 사용하였으며, 상기 고로슬래그는 용융슬래그가 자연 공냉과 살수에 의해 서서히 냉각되어 결정화된 괴재 슬래그를 사용하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에 따른 마른 상태의 자기수평재에 320ℓ의 물을 첨가하여 혼합한 후 하지 처리를 하지 않은 일반 콘크리트면에 소량의 살수를 한 후 40mm 두께로 타설한 결과 표면이 스스로 평활하게 유지됨을 알 수 있었다.
상기 자기수평재 실험은 온돌용 자기수평재 요구 특성에 맞추며 고두께로 시공하였으며, 상기 자기 수평재는 유동성, 수축안정성, 압축강도 및 평활성 등 요구성능에 따른 재료적 특성이 만족된 것으로 나타났다.
특히 바닥은 건조수축에 민감하여 균열발생을 최대한 억제시킬 필요가 있다.
본 발명의 자기수평재는 무수석고계의 탈황석고로 균열 및 박리의 위험을 제거할 수 있었다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 실시예 2에 따른 자기수평재는 28일 선변화율이 0.04% 이하로서 건조수축이 안정하게 나타나며, 28일이 지난후에도 균열이 발생하지 않았다.
[실시예 3]
상기 실시예 1에 따른 마른 상태의 자기 수평재 700kg에 360ℓ의 물을 첨가하여 혼합한 슬러리를 만든 후 입경 3mm 이내의 발포폴리에칠렌 입자를 0.4㎥의 부피로 첨가하여 2분간 잘 섞어 1M3의 단열 자기수평재를 제조하고, 제조된 반죽 형태의 단열 자기수평재를 타설하여 T자 막대를 사용하여 수평 고르기 작업을 한 후 자연 상태 그대로 양생하였다.
상기와 같이 양생된 경화체는 못 박기 구멍 뚫기 등이 용이하고 표면이 평활하게 유지되어 후속작업인 난방 배관등의 작업이 수월하다.
실시예 3에 따른 단열용 자기수평재와 기포 콘크리트의 물성을 비교하여 보면 다음의 표 5와 같다.
| 항목 | 단열용 자기수평재 | 기포 콘크리트 |
| 밀도(kg/㎥) | 850 ~ 900 | 400 ~ 600 |
| 압축강도(kg/㎤) | 12 ~ 15 | 8 ~ 12 |
| 열전도율(kcal/mh℃) | 0.10 ~ 0.11 | 0.08 |
| 응결시간(시간) | 10 ~ 12 | 18 ~ 24 |
| 흡수율(%) | 20 | 35 |
| 차음성능(500Hz기준) | 25 ~ 35dB | 50 ~ 70dB |
온돌 단열 자기수평재의 중요한 물성은 열전도율, 압축강도, 시공성, 경제성이며, 특히 최근 들어 층간 차음성을 중요시되고 있는 바, 상기 표 5에 따르면, 본 발명의 실시예 3에 따른 단열용 자기수평재는 그 비중이 기포 콘크리트보다 크고 또한 수밀성의 향상으로 인해 차음성능이 향상되고, 또한 스티로폴에 의한 충격, 소음의 분산 및 흡수 효과를 갖음을 확인할 수 있다.
상기 실시예 3에 따른 방바닥 충격음 차단 성능을 알아보기 위하여 소음 저감 단열 자기수평재에 대한 시험편(500*800*40mm)을 제작하여 3회에 걸쳐 소음 특성을 분석한 결과는 다음의 표 6과 같다.
| 항목 | 1회 | 2회 | 3회 |
| 경량바닥충격음레벨 감쇠량(dB) |
8 | 12 | 10 |
| 중량바닥충격음레벨 blank: 59dB |
59 | 60 | 59 |
시험결과, 경량충격음레벨 감쇠량이 많은 것으로 나타났으며, 일부는 12dB의 높은 감쇄량을 나타냈다.
이와 같은 소음 측정을 위한 장치는 다음의 표 7과 같다.
| 구분 | 내용 | |
| 측정장치 |
표준경량충격원 | Tapping Machine, 211A, Norway |
| 표준중량충격원 | Bang Machine, SNVT, S&V korea, korea | |
| 주파수분석기 | Harmonic, 01 dB, France | |
| Calibrator | 40AF, GRAS, Denmark | |
| 1/2″Condenser Microphone | 26AK, GRAS, Denmark | |
| 1/2″Preamplifier | M700, Interm, Germany | |
| Non Director Speaker | SP-600, 삼미, korea | |
[실시예 4]
공동주택은 이웃과 밀접하여 생활하여야 하는 특수성을 가지고 있으며, 특히 바닥은 항시 인간이 접하며 생활하는 부위이기 때문에 상하층간 충격소음에 대한 문제는 거주자에게 매우 큰 불만의 대상이 되고 있다.
건설교통부의 바닥 충격음 차단성능의 등급기준을 살펴보면 다음의 표 8과 같으며, 본 발명에 따라 방바닥 충격음 차단 성능을 알아보기 위하여 상기 실시예 1 ~ 3에 따른 마감재 및 단열재를 사용하여 시험동에서 소음 측정한 결과를 살펴보면 아래의 표 9와 같다.
가. 경량충격음 나. 중량충격음  |
| 시험항목 |
결과 | 결과 | 시험방법 |
| 표준실험실 (1차) |
표준실험실 (2차) |
||
| 경량충격음레벨(L'n,AW)(dB) |
41 | 43 | KS F 2810-1-'01 KS F 2863-1-'02 건설교통보고서 제2006-435호 |
| 42 | 44 |
||
| 중량충격음레벨(L'n,AW)(dB) |
45 | 44 | KS F 2810-2-'01 KS F 2863-2-'01 건설교통보고서 제2006-435호 |
| 46 | 45 |
본 발명의 자기수평재는 KS 공인 규격 시험에서도 우수한 소음치가 측정되어, 본 발명의 재료를 이용하여 온돌의 단열층 및 마감층을 동시에 적용하면 층간 소음 문제가 완벽하게 해결될 것으로 예상된다.
기존의 슬래그 상부에 70mm 두께로 시공되던 기포콘크리트가 현재는 상대적으로 대단히 유연한 차음재 상부에 50mm 두께로 시공됨으로 인하여 기포콘크리트에 많은 하자가 발생하고 있다. 주로 유연한 재료(동탄성계수가 낮은재료)의 차음재가 시공된 경우나 차음재 시공시 요철로 인하여 기포콘크리트가 얇게 시공된 경우에 많이 발생하며, 하자의 유형은 크랙발생이 일반적이지만, 차음재가 기포콘크리트의 물을 흡수하여 정상적인 양생을 방해함으로써 부스러지는 등의 하자가 자주 발생하고 있다. 이러한 하자를 조기에 방지하기 위해서는 온돌 단열재 및 마감재의 선택이 중요하다.
일반적인 바닥충격음의 저감방법은 다음의 표 10과 같이 크게 4가지로 분류할 수 있다.
| 저감원리 | 저감방법 |
| ① 충격원의 특헝을 변화시키는 방법 | - 유연한 바닥마감재의 사용 |
| ② 충격에너지를 가능한 구조체에 전달되지 않도록 하거나 전달과정에서 흡수하는 방법 | - 뜬바닥구조(floating floor)채택 - 완충재(resilient material)사용 |
| ③ 충격에 대하여 바닥을 진동시키지 않도록 하는 방법 | - 바닥의 중량화 - 고강성 슬래브 채용(→슬래브의 두께 증가) |
| ④ 바닥슬래브 등으로부터 방사되는 음을 차단하는 방법 | - 차음천정 설치 |
상기 표 12의 ①의 방법은 유연한 바닥마감재를 사용하여 충격원의 특성을 변화시키는 방법으로 경량충격음에 특히 효과가 크기 때문에 대표적인 경량충격음 방지기법으로 알려져 있다. 반면 중량충격음의 경우에는 마감재의 두께, 탄성계수 등에 따라 차이가 있으나 일반적으로 큰 저감효과를 기대하기 어렵다.
상기 ②의 방법은 충격에너지를 가능한 구조체에 전달되지 않도록 하거나 전달과정에서 흡수하는 방법으로, 대표적인 것으로 습식뜬바닥구조가 있다. 습식뜬바닥구조란 구체(한자)구조로서의 콘크리트 바닥판 위에 완충재를 두고 주벽등에 입상용 절연재(벽면완충재)를 설치하여, 구체구조와 음향적으로 절연한 몰탈 또는 콘크리트 등의 습식재료의 뜬바닥층을 현장에 시공하는 구조를 말한다.
상기 ③의 방법은 충격에 대하여 바닥이 진도하기 어렵게 하는 방법으로 슬래브 및 온돌층 두께를 가능한 두껍게 하는 방법이 여기에 해당된다. 이는 대표적인 중량충격음 저감방법으로 알려져 있다으나, 바닥자체가 중량화된다는 의미가 내포되어 있기 때문에 구조체가 점차 경량화 되어가고 있는 현행 공동주택 건설추세와는 상반되는 개념이다.
그리고 상기 ④의 방법은 바닥슬래브 하부로 방사되는 음을 1차적으로 차단시키는 방법으로 대표적인 거승로는 천장을 설치하는 방법을 들 수 있다. 천장 설치시에는 공기층을 충분하게 둔 후 공진현상이 일어나지 않도록 하기 위해서 글래스울 또는 암면과 같은 흡음재를 슬래브와 천장 사이에 충진하는 동시에 천장의 면밀도를 크게 한 후 방진지지하면 바닥충격음을 크게 저감시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 소음저감용 자기수평재는 스스로 평활한 수평면을 이루고 균열을 억제하며 특히, 공동주택의 층간소음을 저감시키는 바닥재로서 두꺼운 온돌 마감 미장 뿐만 아니라, 온돌 단열재로도 탁월한 효과가 있어 산업상 이용가능성이 높다.
Claims (5)
- 삭제
- 입도 3mm 이내로 분쇄한 석회석 30 ~ 70wt%와 석유코크스 30 ~ 70wt%의 혼합물을 800 ~ 950℃의 온도로 소성하여 이루어진 자기수평재 전체 중량에 대해, 유동화제 0.04 ~ 1.7wt%와, 경화촉진제 0.4 ~ 2wt%와, 증점제 0.02 ~ 0.1wt%와, 소포제 0.04 ~ 0.2wt%와, 수지 0.5 ~ 2wt%와, 포틀랜드 시멘트 1 ~ 4wt%와, 충진재 1 ~ 60wt%를 첨가하여 조성되는 것임을 특징으로 하는 소음저감용 자기수평재.
- 입도 3mm 이내로 분쇄한 석회석 30 ~ 70wt%와 석유코크스 30 ~ 70wt%의 혼합물을 800 ~ 950℃의 온도로 소성하여 이루어진 자기수평재 전체 중량에 대해, 단열효과가 있는 발포수지, 경량골재, 제지슬러지 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 충진재를 1 ~ 60wt%로 첨가하여 바닥단열재용으로 사용하는 것임을 특징으로 하는 소음저감용 자기수평재.
- 청구항 2에 있어서,
충진재는 입도가 8mm 이내인 고로슬래그, 제강슬래그, 석탄회, 모래 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 것을 사용하여 자기수평재를 바닥미장재용으로 사용하는 것임을 특징으로 하는 소음저감용 자기수평재.
- 청구항 2에 있어서,
충진재는 단열효과가 있는 발포수지, 경량골재, 제지슬러지 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 것을 사용하여 자기수평재를 바닥단열재용으로 사용하는 것임을 특징으로 하는 소음저감용 자기수평재.
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