KR101223679B1 - 알루미노 실리케이트계 경량 기포콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량 기포콘크리트 제품의 제조방법 - Google Patents

알루미노 실리케이트계 경량 기포콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량 기포콘크리트 제품의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바인더로 알루미노 실리케이트계 무기 바인더를 이용하고 기포발생제로 과산화수소를 이용한 경량 기포콘크리트 조성물과 이를 바람직하게 이용한 경량 기포콘크리트 제품의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 경량 기포콘크리트 조성물은, 알루미노 실리케이트 무기광물과 알칼리 실리케이트 수용액에 의한 알루미노 실리케이트계 무기 바인더; 과산화수소; 경량골재;를 포함하여 조성하되, 상기 알루미노 실리케이트계 무기 바인더의 알루미노 실리케이트 무기광물은 Al/Si=0.53~0.57의 몰비를 가지는 것임을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 경량 기포콘크리트 제품의 제조방법은, 상기한 알루미노 실리케이트계 경량 기포콘크리트 조성물을 믹서에 투입하여 혼합한 후 성형하여 대기 중에서 건조한 다음 증기 양생하는 것을 특징으로 한다.

Description

알루미노 실리케이트계 경량 기포콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량 기포콘크리트 제품의 제조방법{Alumino silicate type lightweight aerated concrete composition and process for concrete goods using the same}
본 발명은 바인더로 알루미노 실리케이트계 무기 바인더를 이용하고 기포발생제로 과산화수소를 이용한 경량 기포콘크리트 조성물과 이를 바람직하게 이용한 경량 기포콘크리트 제품의 제조방법에 관한 것이다.
경량 기포콘크리트(본 발명에서 콘크리트는 모르터를 포함한다.)는 콘크리트에 기포를 주입하여 단위중량을 줄인 콘크리트로, 기포에 의해 기공이 형성되어 가볍고 단열성능이 있는 것이 특징이다. 이러한 경량 기포콘크리트는 바닥공사 내지 벽체공사에서 마감 모르터로 주로 사용하여 왔는데, 요즘은 ALC(auto-claved lightweight aerated concrete) 패널 내지 블록으로 제품화하여 다양하게 사용하고 있다.
통상의 경량 기포콘크리트는 시멘트 또는 생석회를 바인더로 하여 알루미늄파우더를 기포발생제로 첨가하는 방식으로 배합한다. 이러한 배합의 콘크리트를 발포 성형한 후 Autoclave를 이용해 고온고압에서 양생하면 통상의 ALC 제품이 된다.
그런데 통상의 경량 기포콘크리트는 시멘트 내지 생석회가 고온에 대한 내구성이 낮기 때문에 화재로 인해 고온의 열에 노출되면 시멘트 수화물이 분해되면서 물리성능이 저하되기 쉽다. 또한 통상의 경량 기포콘크리트는 기포발생제로 사용하는 알루미늄파우더가 Ca(OH)2 또는 NaOH 등의 발포촉진제를 필요로 하기 때문에 배합과정에서 발포촉진제의 사용에 따라 균질한 기포 발생을 위해 기포 발생 속도 등을 고려해야 하는 번거로움이 있다.
한편 ALC 제품의 경우에는 양생을 위한 고가의 Autoclave 장치가 필요하기 때문에 상당한 설비 투자비가 요구되며, 이로 인해 기존 ALC 제품은 제품가격을 낮추는데 한계가 있어 경량 기포콘크리트의 적용 시장을 확대하는데 어려움이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 경량 기포콘크리트의 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로서 다음과 같은 기술적 과제를 갖는다.
첫째, 내화특성이 우수한 경량 기포콘크리트를 제공하고자 한다.
둘째, 발포촉진제를 사용하지 않고도 기포를 균질하게 발생시킬 수 있는 경량 기포콘크리트를 제공하고자 한다.
셋째, 고가의 오토클레이브 양생장치를 이용하지 않고도 우수한 품질의 경량 기포콘크리트 제품으로 제조할 수 있는 방안을 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 알루미노 실리케이트 무기광물과 알칼리 실리케이트 수용액에 의한 알루미노 실리케이트계 무기 바인더; 과산화수소; 경량골재;를 포함하여 조성하되, 상기 알루미노 실리케이트계 무기 바인더의 알루미노 실리케이트 무기광물은 Al/Si=0.53~0.57의 몰비를 가지는 것임을 특징으로 하는 알루미노 실리케이트계 경량 기포콘크리트 조성물을 제공한다.
나아가 본 발명은 상기한 알루미노 실리케이트계 경량 기포콘크리트 조성물을 믹서에 투입하여 혼합한 후 성형하여 대기 중에서 건조한 다음 증기 양생하는 것을 특징으로 하는 경량 기포콘크리트 제품 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 경량 기포콘크리트 배합에서 기포발생제로 과산화수소를 사용하기 때문에 미세하고 균질한 기포를 발생시킬 수 있고, 아울러 알루미노 실리케이트계 무기 바인더를 사용하기 때문에 우수한 물리성능과 함께 고온에 대한 우수한 내열성능을 확보할 수 있다.
둘째, 일반 증기양생을 통해서도 우수한 품질의 경량 기포콘크리트 제품을 제조할 수 있기 때문에 경량 기포콘크리트 제품의 가격을 낮출 수 있고, 이에 따라 경량 기포콘크리트 제품을 가격 부담 없이 널리 적용할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 경량 기포콘크리트를 건축물 내외부에 적용하면 건축물 내외부의 화재로 인한 구조체의 내구성 저하와 이로 인한 파손을 줄일 수 있다.
본 발명은 경량 기포콘크리트 배합에서 바인더로 알루미노 실리케이트계 무기 바인더를 이용하고 기포발생제로 과산화수소를 이용한다는데 특징이 있다.
과산화수소는 하기 [반응식1]에서 같이 알칼리조건하에서 쉽게 분해되어 산소를 발생시키는데, 본 발명에서는 과산화수소의 산소 발생을 통해 기포를 형성시키고자 한다.
[반응식1]
2H2O2 → 2H2O + O2↑ + △H
다만 과산화수소는 해리되는 과정에서 상기 [반응식1]에서와 같이 일부 수소이온을 발생시키기 때문에 약한 산성을 띄게 되고 그 결과 약염기 특성이 있는 물질과 혼합되면 겔화되는 현상을 나타내는데, 이러한 겔화되는 조건을 최소화하기 위해서는 강염기조건을 부여해 주는 것이 필요하므로 본 발명에서는 강염기 특성을 띄는 알루미노 실리케이트계 무기바인더를 사용한다.
구체적으로 본 발명에 따른 경량 기포콘크리트는, 알루미노 실리케이트 무기광물과 알칼리 실리케이트 수용액에 의한 알루미노 실리케이트계 무기 바인더; 과산화수소; 골재;를 포함하여 조성하고, 아울러 상기 알루미노 실리케이트계 무기 바인더에서 알루미노 실리케이트 무기광물로 Al/Si=0.53~0.57의 몰비를 가지는 것을 채용하는 것을 특징으로 한다. 나아가 반응보조제로 기포 셀안정제, 반응지연제, 점도조절제 중 하나 이상을 더 배합할 수도 있다.
알루미노 실리케이트계 무기 바인더는 Al과 Si를 주 구성성분으로 하는 사슬형태를 가지는 것으로서, 알루미노 실리케이트 무기광물과 알칼리 실리케이트 수용액으로 구성된다. 즉 분말 상태의 알루미노 실리케이트 무기광물이 알칼리 수용액에 의한 알칼리 환경 하에서 (-Si-O-Al-O-)와 같은 무기폴리머 구조(inorganic polymeric structure) 형태로 경화하는 것이다. 특히 본 발명에서는 알루미노 실리케이트 무기광물이 Al/Si=0.53~0.57의 몰비를 가질 것을 제안하는데, Al/Si의 몰비가 0.53 미만이면 Al과 Si의 반응비가 낮아 경화체의 물리성능 저하가 나타나고 Al/Si의 몰비가 0.57 초과하면 경화체의 초결시간이 짧아져 작업이 불편해지는 문제점이 나타난다.
한편 알루미노 실리케이트계 무기 바인더에서 알루미노 실리케이트 무기광물은 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 메타카올린, 실리카흄, 카올린계 광물, 칼슘실리케이트 광물, 칼슘알루미네이트 광물 중에서 하나 이상 선택하면 되고, 알칼리 실리케이트 수용액은 알칼리가 이온화된 상태의 수용액으로 소듐실리케이트, 포타슘실리케이트, 리튬실리케이트, 나트륨계 탄산염, 칼륨계 탄산염, 리튬계 탄산염, 소듐하이드록사이드, 포타슘하이드록사이트, 리튬하이드록사이드, 규불화염 중에서 하나 이상 선택하면 된다. 알루미노 실리케이트계 무기 바인더는 반응성을 고려할 때 알루미노 실리케이트 무기광물 55~70중량%와 알칼리 실리케이트 수용액 30~45중량%로 조성하면 적당하다.
과산화수소는 앞서 살펴본 바와 같이 산소를 발생시켜 기포를 형성한다. 과산화수소는 알루미노 실리케이트계 무기 바인더 100중량부 대비 2.6~3.8 중량부가 바람직하다. 2.6 중량부 미만이면 기포 발생 효과가 미미하고, 3.8 중량부 초과하면 과다한 기포 발생으로 물리성능이 저하될 우려가 있다.
골재는 통상 콘크리트(모르터 포함) 배합에 사용하는 통상이 골재를 이용할 수 있으며, 다만 경량성을 고려한다면 경량골재가 바람직하고 나아가 내화성까지 고려한다면 질석, 퍼라이트, 슬래그 등의 경량내화골재가 바람직하다. 경량내화골재의 경우에는 무기 바인더 100 중량부 대비 3.1~4.0 중량부로 배합하는 것이 바람직한데, 3.1 중량부 미만이면 소정의 내화성능을 기대하기 어렵고 4.0 중량부 초과하면 물리성능 저하가 우려된다.
반응보조제에서 기포 셀안정제는 발포 기포를 제어하여 기포를 균일하게 형성시키는 재료가 되고, 반응지연제는 알루미노 실리케이트계 무기 바인더의 경화반응 속도를 조절하는 재료가 되며, 점도조절제는 콘크리트의 유동성을 조절하는 재료가 된다. 이들 반응보조제는 그 전체 총량이 무기 바인더 100 중량부 대비 0.32~3.90 중량부 정도가 바람직한데, 0.32 중량부 미만이면 첨가 효과가 미미하고 3.90 중량부 초과하면 과다한 사용으로 물리성능 저하가 우려된다.
상기와 같은 알루미노 실리케이트계 경량 기포콘크리트 조성물은 일반적인 증기 양생을 통해 물리성능과 내열성능이 우수한 패널 내지 블록으로 제품화할 수 있다. 즉 알루미노 실리케이트계 경량 기포콘크리트 조성물을 믹서에 투입하여 혼합한 후 성형하여 대기 중에서 건조한 다음 증기 양생하는 과정을 통해 제품화할 수 있는 것이다.
이하에서는 실험예에 의거하여 본 발명에 따른 접착몰탈 조성물의 물리적인 성질을 살펴본다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[실험예] 경량 기포콘크리트 제품의 비교 실험
1. 경량 기포콘크리트 배합
하기 [표 1]의 조성에 따라 경량 기포콘크리트를 배합하였다. 하기 [표 1]에서 실시예1,2,3은 본 발명에 따른 알루미노 실리케이트계 경량 기포콘크리트 배합이고, 비교예는 종래 시멘트계 경량 기포콘크리트 배합이다.
Figure 112010049883715-pat00001
2. 경량 기포콘크리트 제품 제작
상기 [표 1]의 배합에 따라 각 재료를 모르타르 혼합믹서를 이용하여 충분하게 혼합한 후 600x200x150±5㎜의 몰드에 부어 넣어 기건상태로 성형 발포시켰다. 이렇게 성형한 성형체는 이후 24시간 이상 대기 중에서 건조한 다음 탈형하고 이어 200㎜ 높이가 되도록 상부부분을 목공용 톱을 이용하여 절단하였다. 절단한 성형체는 실시예1,2,3의 경우 24시간 이상 60~80℃ 증기양생을 실시하고, 비교예의 경우 lab-scale의 규모로 제작된 autoclave를 이용하여 16시간 이상 고온고압(180℃ 10㎏f/㎠) 조건에서 양생하였다.
3. 경량 기포콘크리트 제품의 특성
제작 완료된 경량 기포콘크리트 제품에 대해 물리특성과 내열특성을 조사하였으며, 조사결과 하기 [표 2]와 같이 나타냈다.
경량 기포콘크리트 제품의 특성
구분 특성 실시예1 실시예2 실시예3 비교예
물리성능 절건비중(-) 0.51 0.53 0.53 0.51
압축강도(㎏f/㎠) 51 50 47 42
곡강도(㎏f/㎠) 19 17 16 14
내열성능 일전도율(㎉/mh℃) 0.78 0.78 0.79 0.77
열간특성
(1000℃ 1hr)		 압축강도변화율(%) -20.7 -20.4 -24.9 -66.8
질량변화율(%) -18.2 -16.8 -18.0 -46.1
상기 [표 2]에서와 같이, 물리성능에서 실시예1,2,3은 비교예에 비해 압축강도와 곡강도에서 우수한 성능을 가지는 것으로 확인되었다. 특히 실시예1,2,3과 비교예에서 절건비중이 거의 비슷하게 나타내므로 기공 분포가 실시예1,2,3이나 비교예나 유사할 것으로 판단되며, 그럼에도 실시예1,2,3의 압축강도와 곡강도가 비교예에 비해 우수한 것은 알루미노 실리케이트계 무기바인더의 결합력에 의한 것으로 판단된다.
한편 내열성능에서는 열전도율의 경우 실시예1,2,3과 비교예 모두 유사한 수준의 특성을 나타내는 것으로 확인되었다. 그러나 1,000℃ 1hr 유지 후 열간특성을 비교한 결과에서는 실시예1,2,3의 압축강도변화율과 질량변화율이 비교예에 비해 현저히 적은 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라 본 발명에 따른 알루미노 실리케이트계 경량 기포콘크리트는 고온 노출 시에도 열간특성 저하율이 현저히 낮음으로써 내열성능이 우수하다고 판단된다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. Al/Si=0.53~0.57의 몰비를 가지는 알루미노 실리케이트 무기광물 55~70중량%;와 알칼리 실리케이트 수용액 30~45중량%;로 조성되는 알루미노 실리케이트계 무기바인더 100중량부에,
    과산화수소 2.6~3.8중량부,
    경량내화골재 3.5~5.0중량부로 조성하는 것을 특징으로 하는 알루미노 실리케이트계 경량 기포콘크리트 조성물.
  3. 제2항에서,
    알루미노 실리케이트계 무기바인더 100중량부 대비 0.32~3.90 중량부의 반응보조제를 더 포함하여 조성하되,
    상기 반응보조제는 기포 셀안정제, 반응지연제, 점도조절제 중 하나 이상 선택되는 것임을 특징으로 하는 알루미노 실리케이트계 경량 기포콘크리트 조성물.
  4. 제2항 또는 제3항에 따른 알루미노 실리케이트계 경량 기포콘크리트 조성물을 믹서에 투입하여 혼합한 후 성형하여 대기 중에서 건조한 다음 증기 양생하는 것을 특징으로 하는 경량 기포콘크리트 제품의 제조방법.
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