KR101043653B1 - 방음판 성형 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인공경량골재를 주재료로 하는 도로방음벽용 방음판 성형 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 65~80중량%의 인공경량골재, 칼슘페로알루미네이트(Calcium Ferro-Aluminate)광물, PVC-아크릴에멀젼, 무수석고, 포틀랜드시멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 우수한 흡음성능 및 내구성이 가지는 방음판 성형 조성물에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 흡수율이 5.0중량% 이상이고, 절대밀도가 0.8로부터 1.5인 인공경량골재를 전체 중량대비 65~800중량%로 사용하는 도로방음벽용 방음판 조성물에 있어서, 칼슘페로알루미네이트(Calcium Ferro-Aluminate, 이후 CFA로 명명)광물, 무수석고, 포틀랜트시멘트가 중량비로 25 - 35 : 15 - 25 : 35 - 60 의 비율로 구성된 15~25중량%의 무기혼합물과 PVC-아크릴에멀젼 중에 PVC에멀젼이 45중량%에서 80중량%까지 포함된 PVC-아크릴에멀젼 5~10중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 방음판 성형 조성물로 이루어진 것이 특징이다. 또한 상기의 방음판 성형 조성물에 의하여 다공질의 방음판을 제조하는 데 있어, 상기의 PVC-아크릴에멀젼을 이용하여 인공경량골재에 흡수시키는 전처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수판 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 인공경량골재를 주재로 하는 도로 방음벽용 방음판 성형 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인공경량골재가 65~80중량%를 차지하는 방음판의 다공성을 증진시키면서 인공경량골재간의 결합력 및 내구성을 증진시키기 위한 방음판 성형 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 교통소음 저감을 목적으로 다양한 방음벽이 설치되고 있으며, 그 종류에는 흡음방음벽, 투명방음벽, 혼합방음벽, 목재방음벽, 가설방음벽 등이 있다. 이 중에서 특히 흡음방음벽은 방음효과 및 시공성 측면에서 가장 널리 사용되고 있는 방음벽 종류에 해당한다. 이 흡음방음벽의 설계시 디자인 이외에 흡음효과를 증대시키기 위하여 표면 형상의 조정 및 다공성 구조를 가지게 하는 것이 중요하며, 여기에 경량이면서 충분한 강도가 요구된다. 높은 흡음효과 및 물리적 강도를 확보하면서 환경친화형 방음벽을 구현하기 위하여 최근에는 인공경량골재를 사용한 방음판을 채택하는 경향이 늘어나고 있다.
인공경량골재를 사용한 방음판은 인공경량골재를 주재로 하고 여기에 보통포틀랜드 시멘트와 물을 혼합하여 제조하였으나 인공경량골재간의 결합력의 약화, 흡음율이 저하, 백화 현상 등의 문제점이 발생하였다. 이에 대한 해결책으로서 개발된 기술이 보통포틀랜드 시멘트와 아크릴수지를 약 7:3의 비율로 혼합하여 제조하는 기술이 개발되었다.
상기의 상용화된 개발 기술은 인공경량골재간의 결합력을 증진시키는 등의 일부 효과가 나타났으나, 물리적 강도 확보가 어렵고, 상당량의 아크릴 수지 사용에 따라서 양생 소요시간이 늘어나는 등의 단점이 발생하였다. 특히 최근 방음벽의 다양한 디자인이 요구됨에 따라서 인공경량골재 방음벽의 표면에 페인트 도장을 주로 하는 추세에 있으며, 이에 따라 표면의 다공 구조에 좋지 않은 영향을 미쳐 흡음율이 더 떨어지는 현상이 발생하여 더 우수한 흡음성능이 요구되었다. 또한 도로 방음벽의 유지관리 측면에서 시멘트에 의한 백화현상 저감, 내오염성 확보 등이 요구되고 있다. 그리고 제조 측면에서 방음판은 이차제품으로서 요구성능이 확보된 후에 출하가 가능하며, 고가의 금형을 사용하여 제작하여야 하는데, 양생 시간이 길면 금형의 소요량이 많을 뿐만 아니라 출하시기를 맞추기 위하여 별도의 양생시설이 시간이 필요하게 된다. 이에 따라서 금형의 회전율을 최대로 할 수 있도록 하는 기술이 요구된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 시멘트계 이차제품 제조에 사용하는 칼슘설포알루미네이트(Calcium Sulpho Aluminate;이후 CSA로 약칭)광물계 초속경시멘트 기술을 접목하여 시도되었으나, 인공경량골재를 사용하는 조성물로 방음판을 제조하기 위해서는 최대한의 유동성 확보를 위한 배합조정이 필요한데, 인공경량골재의 흡수량이 크고 높은 물시멘트비에서는 그 효과가 크지 않으며, 과량의 에트링자이트(ettringite) 수화물 생성에 따른 내구성저하, 백화현상 심화 등의 문제점이 발생하였다. 또한 원가가 2에서 3배 이상 상승하는 문제점을 가진다.
따라서 본 발명의 목적은, 본 발명은 흡수율이 5.0중량% 이상이고, 절대밀도가 0.8로부터 1.5인 인공경량골재를 전체 중량대비 65~80중량%로 사용하는 도로방음벽용 방음판 제조에 있어서, 칼슘페로알루미네이트(Calcium Ferro-Aluminate)광물, PVC-아크릴에멀젼, 무수석고, 포틀랜드시멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 새로운 방음판 조성물을 적용하고, PVC-아크릴에멀젼에 의한 인공경량골재 전처리 공정을 적용함으로써, 흡음성능이 우수하고, 조기탈형이 가능한 강도 확보가 가능하며, 백화 저하 및 경제성이 우수한 도로방음벽용 방음판 성형 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 흡수율이 5.0중량% 이상이고, 절대밀도가 0.8로부터 1.5인 인공경량골재를 전체 중량대비 65~80중량%로 사용하는 도로방음벽용 방음판 성형 조성물에 있어서, 칼슘페로알루미네이트(Calcium Ferro-Aluminate)광물, 무수석고, 포틀랜트시멘트가 중량비로 25 - 35 : 15 - 25 : 35 - 60 의 비율로 구성된 15~25중량%의 무기혼합물과 PVC-아크릴에멀젼 중에 PVC에멀젼이 45중량%에서 80중량%까지 포함된 PVC-아크릴에멀젼 5~10중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 방음판 성형 조성물에 의해 달성된다.
또한 상기의 방음판 성형 조성물에 의하여 다공질의 방음판을 제조하는 데 있어, 상기의 PVC-아크릴에멀젼을 이용하여 인공경량골재에 흡수시키는 전처리 공정을 포함하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 인공경량골재를 주재로 하는 도로방음벽용 방음판 제조하는데 있어서, 칼슘페로알루미네이트(Calcium Ferro-Aluminate)광물, PVC-아크릴에멀젼, 무수석고, 포틀랜드시멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 새로운 방음판 성형 조성물 및 PVC-아크릴에멀젼에 의한 인공경량골재 전처리 공정을 제공함으로써, 구형의 인공경량골재의 코팅두께가 얇으면서 고강도 및 속경성을 부여하여 방음성능이 향상되고, 조기탈형에 의한 경제성 확보가 가능하여졌을 뿐만 아니라, 표면의 백화저하 및 발수성능 부여에 따른 내구성 향상의 효과를 낼 수 있다. 그리고 CSA계 초속경시멘트와 아크릴에멸젼으로 조성물에 비하여 탁월한 경제성 확보가 가능하다.
도 1은 본 발명의 제조방법에 의하여 제작한 실물 사진이다.
본 발명은 흡수율이 5.0중량% 이상이고, 절대밀도가 0.8로부터 1.5인 인공경량골재를 전체 중량대비 65~80중량%로 사용하는 도로방음벽용 방음판 조성물에 있어서, 칼슘페로알루미네이트(Calcium Ferro-Aluminate)광물, 무수석고, 포틀랜트시멘트가 중량%로 25 - 35 : 15 - 25 : 35 - 60 의 비율로 구성된 15~25중량%의 무기혼합물과 PVC-아크릴에멀젼 중에 PVC에멀젼이 45중량%에서 80중량%까지 포함된 PVC-아크릴에멀젼 5~10중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 방음판 성형 조성물로 이루어진 것이 특징이다. 또한 상기의 방음판 성형 조성물에 의하여 다공질의 방음판을 제조하는 데 있어, 상기의 PVC-아크릴에멀젼을 이용하여 인공경량골재에 흡수시키는 전처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수판 제조방법에 관한 것이다.
이하에서 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 흡수율이 5.0중량% 이상이고, 절대밀도가 0.8로부터 1.5인 인공경량골재를 전체 중량대비 65~80중량%을 사용하는 도로방음벽용 방음판 제조방법에 한정한 것으로서, 이는 흡수율이 5.0중량% 이상이고, 절대밀도가 0.8로부터 1.5까지인 인공경량골재를 65~80중량%을 사용하는 경우에 있어서, 적정한 인공경량골재의 코팅두께 확보 및 작업성을 확보하기가 매우 난해하나, 본 한정범위에서는 기존기술에 비하여 본 발명의 효과가 크게 나타난다.
상기의 인공경량골재는 바람직하게는 주로 혈암, 점토 등을 주원료로 하여 소성로에서 소성하여 제조된 원형의 인공골재가 해당하며, 최근의 무기성 산업폐기물인 석탄재(Fly Ash), 바닥재(Bottom Ash), 제지 슬러지 등으로 제조된 것도 이에 해당한다.
상기의 인공경량골재에 있어서 흡수율이 5.0중량% 이상이 아닌 경우에는 본 발명의 효과가 발현되지 않는데, 이는 인공경량골재의 품질이 좋아서 결합재의 선택를 다양하게 할 수 있기 때문이다.
또한 상기의 인공경량골재의 절대밀도가 절대밀도가 0.8로부터 1.5을 벗어나거나 전체 방음판 중량대비 65중량% 미만으로 사용한 경우에는 인공경량골재를 방음판으로 주 효과를 내기 위하여 사용하였다고 볼 수 없다고 판단하여 범위를 한정하였다.
상기의 방음판 조성물은 칼슘페로알루미네이트(Calcium Ferro-Aluminate)광물, 무수석고, 포틀랜트시멘트가 중량비로 25 - 35 : 15 - 25 : 35 - 60 의 비율로 구성된 15~25중량%의 무기혼합물과 PVC-아크릴에멀젼 중에 PVC에멀젼이 45중량%에서 80중량%까지 포함된 PVC-아크릴에멀젼 5~10중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기의 방음판 조성물에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기의 CFA는 화학식으로 3(4CaO·Al2O3·Fe2O3)·CaSO4 로서, 수화하면 석고 반응량과 상관없이 모노설페이트(Monosulphate) 구조에서 3CaO·Al2O 자리에 4CaO·Al2O3·Fe2O3 치환되는 안정적인 수화물이 생성된다. 이는 CSA가 석고와 반응하여 에트링자이트 수화물(Ettringite Hydrates)를 생성하는 반응기구와 차이가 있다.
본 발명에서는 내구성 및 유동성 확보에 유리한 CFA를 사용하였다. 또한 CFA는 소정의 반응성 확보를 위해 Fe2O3 성분이 5중량% 이상이고 분말도가 4,000 cm2/g에서 5,000 cm2/g 까지인 것을 사용한다.
상기의 방음판 조성물 중의 CFA, 무수석고, 포틀랜드시멘트가 중량비로 25 - 35 : 15 - 25 : 35 - 60 의 비율로 구성된 15중량%로부터 25중량%까지 무기혼합물에 있어서, 중량비의 의미는 반응생성물로서 변형 모노설페이트의 극대화와 수산화칼슘(Calcium hydroxide)의 최소화하기 위한 비율로서, 가장 바람직하게는 CFA, 무수석고, 포틀랜드시멘트가 중량비로 28 : 18 : 54 이다. 만일 상기의 범위를 벗어나면 미반응생성물이 과량 생성되어 내구성이나 강도발현에 있어서 좋지 않은 영향을 미친다. 또한 상기의 무기혼합물은 15중량%로부터 25중량%까지가 바람직하며, 만일 15중량%미만의 경우에 있어서는 결합재의 절대양이 부족하여 방음판의 요구 강도를 가지지 못하며, 25중량%를 초과하는 경우에는 경제성이 부족할 뿐만 아니라, 결합재 양이 필요이상으로 많아 공극을 메워 흡음성능을 저하시키는 결과를 가져오고, 방음판을 경량화시키는데 바람직하지 않다.
상기의 방음판 조성물은 인공경량골재, 무기혼합물과 함께 PVC-아크릴에멀젼5~10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물로서, 이 중에서 PVC-아크릴에멀젼은 결합재 슬러리의 인공경량골재를 균일하게 코팅하게 할 뿐만 아니라 인공경량골재 사이의 결합력을 증진시키는 역할을 한다. 본 발명에서는 PVC에멀젼이 45중량%에서 80중량%까지 포함된 PVC-아크릴에멀젼 5~10중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 단 PVC에멀젼 및 아크릴에멀젼은 고용분이 40% 기준으로 산정한 것으로서 고용분의 변동에 따라서는 그 비율만큼 변동된다.
기존에는 대부분 아크릴에멀젼을 사용하였지만, 본 발명에서는 경제성이 훨씬 뛰어나면서발수성 및 경질 성능을 부여하도록 PVC에멀젼을 아크릴에멀젼와 혼합하여 사용함으로써, 사용량이 기존아크릴에멀젼에 비하여 30%정도 적을 뿐만 아니라 발수성이 부여하여 방음판의 내구성 및 유지관리 측면에서 큰 장점을 가지게 된다.
상기의 PVC-아크릴에멀젼에서 PVC에멀젼 함량은 45중량%에서 80중량%까지가 바람직한데, 가장 바람직하게는 60중량%에서 70중량%까지로서 PVC에멀젼과 아크릴에멀젼의 중량비가 3 : 2 정도에 해당한다. 만일 45중량% 미만에서는 발수 성능이 떨어지고 경제성이 떨어지는 단점이 있고, 80중량%를 초과하는 경우에 있어서는 슬러리의 점성을 조절하기 곤란하고, 인공경량골재의 표면에 일정하게 코팅하는데 문제점이 있다. 또한 PVC-아크릴에멀젼은 방음판 조성물에서 5중량%에서 12중량%까지 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방음판 조성물은 상기의 인공경량골재, 무기혼합물, PVC-아크릴에멀젼를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며, 여기에 유동화제, 소포제, 증점제, 충진제, 발수제, 방청제, 촉진제, 지연제 등의 유기 또는 무기질계 첨가제가 첨가될 수 있다.
일반적으로 인공경량골재를 주재로 하는 방음판 제조공정은 순서는 다음과 같다.
인공경량골재 투입, 시멘트 투입, 아크릴에멀젼 및 물 투입, 습식 혼합, 성형틀에 투입, 성형 작업(진동 및 가압), 양생(증기 또는 고온), 성형틀에서 탈형, 검수 및 출하의 공정순이다, 본 발명에서는 인공경량골재가 초기에 물을 다량 흡수하는 현상을 저감하고, 인공경량골재와의 결합력을 증진시키기 위하여 방음판 조성물 중의 하나인 PVC-아크릴에멀젼을 인공경량골재에 흡수시키는 전처리 공정을 추가하는 것을 특징으로 한다.
상기의 PVC-아크릴에멀젼의 전처리 정도는 인공경량골재의 입도, 함수율에 따라서 다르지만 바람직하게는 인공경량골재의 중량비로 3중량% 이내에서 하는 것이 바람직하다. 또한 전처리 공정의 효과를 높이기 위하여 스프레이 분사하여 균일하게 전처리를 하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 제조방법에 의하여 제작한 실물 사진이다.
[실시예 및 비교예]
이하에서는 시험예에 의거하여 본 발명에 따른 방음벽용 방음판의 성능을 살펴본 것이다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 예시하기 위한 것일 뿐이며 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예는 표 1과 같은 제조방법에 의하여 제조하였으며, 평가 성능 항목은 KS F 2805에서 규정하고 있는 "잔향실법 흡음률 측정 방법" 의한 흠음성능과 KS F 4770에 의한 휨강도를 측정하였다. 또한 KS F 4736에 의한 흡수율 및 압축강도를 측정하여 탈형 시간을 측정하기 위하여 15N/mm2 까지 도달하는데 필요한 시간을 측정하였다. 양생조건은 실시예와 비교예가 동일조건( 온도 25±3℃, 상대습도는 65±5% )으로 시험하였다.
사용원료는 2mm에서 5mm의 입도분포를 가지고 있고 비중이 1.1 그리고 흡수율이 9.5%인 중국산 점토계 인공경량골재, 국내 S사의 1종 시멘트(OPC), 태국산의 분말도 4,300cm2/g의 무수석고, Fe2O3의 함량이 7.5%이고 4,500cm2/g 인 중국산 CFA, 고용분 함량이 40%인 국내 D사의 아크릴에멀젼, PVC-아크릴에멀젼( PVC에멀젼이 55% 함유, PVC에멀젼 고용분 함량 38% ) 및 국내 K사의 폴리카보네이트계 액상형 유동화제 등 4종의 첨가제를 사용하였다.
1M3 용량의 트윈 믹서를 사용하여 습식 혼합하였으며, 제작 조건은 동일하였다. 다만, 실시예 1과 실시예 2는 사전 전처리 공정의 여부에 따라서 구분하였다. 단, 사전 전처리 공정은 PVC-아크릴에멀젼을 전체 중량의 1.0%를 투입하였으며, 투입은 스프레이 분사방식을 취하였다.
아래 [표 1]은 방음판 전체 조성물을 중량비로 나타낸 것이며, 첨가된 물량은 별도로 표시하지 않았다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 | ||
| 인공경량골재 | 71.1 | 75.3 | 60.0 | |
| 무기혼합물 |
OPC | 9.5 (49%) | 8.5 (51%) | 27.5 |
| 무수석고 | 3.8 (20%) | 3.0 (18%) | - | |
| CFA | 6.1 (31%) | 5.2 (31%) | - | |
| 아크릴에멀젼 | - | - | 11.0 | |
| PVC-아크릴에멀젼 | 8.0 | 6.5 | - | |
| 첨가제 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | |
| 합계 | 100 | 100 | 100 | |
| 사전전처리 | 없음 | 전처리(1.0) | 없음 | |
| 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 | 시험규격 | ||
| 흡음계수 |
250 ㎐ | 0.54 | 0.56 | 0.49 | KS F 2805 |
| 500 ㎐ | 1.00 | 1.10 | 0.93 | ||
| 1000 ㎐ | 0.74 | 0.82 | 0.62 | ||
| 2000 ㎐ | 0.75 | 0.80 | 0.71 | ||
| NRC | 0.76 | 0.82 | 0.69 | ||
| 흡수율(%) | 5.2 | 5.0 | 15.2 | KS F 4736 | |
| 압축강도(N/㎟) | 56.1 | 62.4 | 20.5 | ||
| 탈형 가능시간(hr.) | 3.8 | 5.5 | 18 | ||
상기의 [표 2] 시험결과에서 알 수 있듯이 본 발명은 인공경량골재, 칼슘페로알루미네이트(CFA), 무수석고, 포틀랜드 시멘트, PVC-아크릴 에멀젼를 포함하는 것이 특징인 실시예1과 실시예2에서 흡음성능 뿐만아니라 흡수율, 압축강도, 탈형 가능시간에서 기존의 비교예에 비하여 탁월하게 우수한 효과가 있다. 특히 실시예2의 결과에서와 같이 사전전처리 공정이 추가됨으로써 경제성뿐만 아니라 성능개선효과가 나타난다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 일상 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Claims (2)
- 흡수율이 5.0중량% 이상이고, 절대밀도가 0.8로부터 1.5인 인공경량골재를 전체 중량대비 65~80중량%로 사용하는 도로방음벽용 방음판 성형 조성물에 있어서, 칼슘페로알루미네이트(Calcium Ferro-Aluminate)광물, 무수석고, 포틀랜트시멘트가 중량비로 25 - 35 : 15 - 25 : 35 - 60 의 비율로 구성된 15~25중량%의 무기혼합물과 PVC-아크릴에멀젼 중에 PVC에멀젼이 45중량%에서 80중량%까지 포함된 PVC-아크릴에멀젼 5~10중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 방음판 성형 조성물.
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