KR101339858B1 - 발포 콘크리트 조성물, 발포 콘크리트 및 발포 콘크리트의 제조방법 - Google Patents

발포 콘크리트 조성물, 발포 콘크리트 및 발포 콘크리트의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 한 구체예에 따른 발포 콘크리트 조성물은 시멘트 250 내지 450 중량부; 물 80 내지 170 중량부; 및 단백질 발포제 0.5 내지 1 중량부를 함유한 단백질 폼(foam) 20 내지 80 중량부를 포함하고, 폼(foam) 형태를 가지며, 밀도가 0.5~2.0 Kg/m³ 인 것을 특징으로 한다. 상기 발포 콘크리트 조성물로부터 형성된 발포 콘크리트는 초경량 및 단열효과가 우수하고, 탁월한 흡음, 충격흡수 및 내진 효과를 갖는다.

Description

발포 콘크리트 조성물, 발포 콘크리트 및 발포 콘크리트의 제조방법 {FOAM CONCRETE COMPOSITION, FOAM CONCRETE AND METHOD FOR PREPARING THE FOAM CONCRETE}
본 발명은 발포 콘크리트 조성물, 발포 콘크리트 및 발포 콘크리트의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 초경량 및 단열효과가 우수하고, 탁월한 흡음, 충격흡수 및 내진 효과를 가지며, 시공이 용이하고 공기를 단축할 수 있고, 노동력을 절약하여 비용을 절약할 수 있어 벽체, 칸막이 블록, 패널, 보이드 필링, 교량 상부 보도, 도로 및 터널의 흡음재, 방음벽, 단열재, 층간 소음방지재, 인테리어 소재, 기타 건축재료에 적용될 수 있는 발포 콘크리트 조성물, 발포 콘크리트 및 발포 콘크리트의 제조방법에 관한 것이다.
콘크리트는 강도 등이 우수하여 건축재료로 널리 사용되고 있지만 경량성이나 단열성이 떨어지는 단점이 있다.
이에 따라 다양한 경량 콘크리트가 개발되고 있다. 이러한 경량 콘크리트는 Concrete에 사용되는 자갈, 모래 등의 골재를 경량 골재 또는 과립형 스티로폼을 골재로 사용하여 경량화하는데, 건조 수축율이 높아 다량의 균열(crack)이 발생하고, 단열성능도 저하되며, 충분한 구조강도를 유지하지 못하는 문제점이 있었다.
이에 따라 콘크리트에 기포를 발생시켜 고온의 찜통 속에서 장시간 steam에 의해 강제 경화시키는 Autoclave 강제 경화 기포 콘크리트가 개발되었으나, 지나친 에너지 소모로 시공성이 떨어지고, 경량성 및 단열성이 충분하지 못하는 단점이 있다.
한편 스티로폼을 Brick 또는 Block 형태로 사출하여 빈 공간 속을 Mortar로 채우는 방식인 스티로폼 발포 벽체의 경우 화재시 유독가스를 발생하여 환경성이 떨어지고, 시공하기에 불편한 문제가 있다.
따라서, 초경량, 흡음성 및 단열효과가 우수하고, 시공이 용이하여 벽체, 칸막이 블록, 패널, 보이드 필링, 교량 상부 보도, 도로 및 터널의 흡음재, 방음벽, 단열재, 층간 소음방지재, 인테리어 소재, 기타 건축재료 등에 적용될 수 있는 콘크리트 조성물의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 하나의 목적은 초경량, 흡음성 및 단열효과가 우수하고, 시공이 용이한 발포 콘크리트 조성물 및 발포 콘크리트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 벽돌이나 브릭 등의 부품을 건축 현장에서 바로 제조하여 현장에서 사용 할 수 있어 별도의 운송비용이 들지 않는 발포 콘크리트 조성물 및 발포 콘크리트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 근로자의 과도한 인력, 중장비의 동원 없이 간단하게 사용 될 수 있어 시공성이 우수한 발포 콘크리트 조성물 및 발포 콘크리트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 바닥 및 내벽과 외벽의 공간을 빠르고 쉽게 채울 수 있으며 완공 후에는 고도의 단열성을 구현할 뿐만 아니라, 불연성을 가져 화재 발생 시의 안전성을 높일 수 있는 발포 콘크리트 조성물 및 발포 콘크리트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 화재시 유독 가스가 발생하지 않고 친환경적인 발포 콘크리트 조성물 및 발포 콘크리트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 충격흡수 및 내진 효과를 갖는 발포 콘크리트 조성물 및 발포 콘크리트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 벽체, 칸막이 블록, 패널, 보이드 필링, 교량 상부 보도, 도로 및 터널의 흡음재, 방음벽, 단열재, 층간 소음방지재, 인테리어 소재, 기타 건축재료에 적용될 수 있는 발포 콘크리트 조성물 및 발포 콘크리트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 발포 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
한 구체예에 따른 발포 콘크리트 조성물은 시멘트 250 내지 450 중량부; 물 80 내지 170 중량부; 및 단백질 발포제 0.5 내지 1 중량부를 함유한 단백질 폼(foam) 20 내지 80 중량부를 포함하고, 폼(foam) 형태를 가지며, 밀도가 0.5~2.0 Kg/m³ 인 것을 특징으로 한다.
상기 발포 콘크리트 조성물은 모래를 0 초과 1200 중량부 이하의 범위로 더 포함할 수 있다.
상기 발포 콘크리트 조성물은 평균입경이 10 내지 1,000㎛이며, 팽창온도가 150℃ 이상인 팽창흑연을 더 포함할 수 있다.
상기 단백질 발포제는 알부민, 글로불린, 글루텔린, 프롤라민 으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 발포 콘크리트 조성물로부터 형성된 발포 콘크리트에 관한 것이다.
상기 발포 콘크리트는 밀도가 100 내지 1600 kg/m3 의 범위를 갖는다.
상기 발포 콘크리트는 열전도율이 0.05 내지 0.5 ㎉/m h ℃ 일 수 있다.
상기 발포 콘크리트는 전체 셀 중 폐쇄형 셀(closed cell) 이 95 % 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 발포 콘크리트의 제조방법에 관한 것이다. 상기 방법은 1~5 bar 의 압력하에서 단백질 발포제를 물과 혼합하여 단백질 폼(foam)을 형성시키고; 상기 단백질 폼을 시멘트 및 물이 혼합된 시멘트 몰탈에 혼합하여 폼(foam) 몰탈을 제조하고; 그리고 상기 폼 몰탈을 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 초경량, 흡음성 및 단열효과가 우수하고, 시공이 용이하며, 벽돌이나 브릭 등의 부품을 생산 공장에서 운반해 오는 것이 아니라 건축 현장에서 바로 제조하여 현장에서 사용 할 수 있어 별도의 운송비용이 들지 않고, 근로자의 과도한 인력, 중장비의 동원 없이 간단하게 사용 될 수 있어 시공성이 우수하며, 바닥 및 내벽과 외벽의 공간을 빠르고 쉽게 채울 수 있으며 완공 후에는 고도의 단열성을 구현할 뿐만 아니라, 불연성을 가져 화재 발생 시의 안전성을 높일 수 있고, 화재시 유독 가스가 발생하지 않고 친환경적이며, 충격흡수 및 내진 효과를 갖는 발포 콘크리트 조성물 및 발포 콘크리트와 그 제조방법을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
본 발명의 발포 콘크리트 조성물은 시멘트; 물 ; 및 단백질 폼(foam)를 포함한다. 상기 발포 콘크리트 조성물은 모래를 더 포함할 수도 있다.
상기 시멘트는 포트랜드 시멘트, 조강 포트랜드 시멘트, 초조강 포트랜드 시멘트, 중용열 포트랜드 시멘트, 내황산염 포트랜드 시멘트, 백색 포트랜드 시멘트 및 알루미나 시멘트 등 당업자에게 알려진 것이라면 특별히 제한되지는 않는다. 이중에서 포트랜드 시멘트가 바람직하게 적용될 수 있다.
상기 단백질 폼(foam)은 단백질 발포제를 물과 혼합, 발포시킨 것이다. 단백질 발포제는 알부민, 글로불린, 글루텔린, 프롤라민 으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 단백질 발포제를 적용함으로서, 보다 우수한 발포성을 얻을 수 있다.
본 발명에서는 상기 단백질 발포제를 물과 혼합, 발포시킨 단백질 폼(foam)을 적용함으로서, 우수한 단열성을 갖는 발포 콘크리트를 제조할 수 있다.
한 구체예에서는 단백질 발포제 0.5 내지 1 중량부 및 물 15 내지 45 중량부를 함유한 단백질 폼(foam)을 적용할 수 있다. 상기 단백질 폼(foam)을 사용할 경우 우수한 발포성을 가지며, 그로부터 제조된 발포 콘크리트는 우수한 강도 뿐만 아니라, 단열성과 0.3 내지 0.5 ㎉/m h ℃의 낮은 열전도율을 확보할 수 있다.
다른 구체예에서는 단백질 발포제 1.2 내지 2 중량부 및 물 50 내지 80 중량부를 함유한 단백질 폼(foam)을 사용할 수 있다. 상기 단백질 폼(foam)을 사용할 경우 우수한 발포성을 가지며, 그로부터 제조된 발포 콘크리트는 단열성과 0.05 내지 0.2 ㎉/m h ℃의 낮은 열전도율을 확보할 수 있다.
상기 모래는 평균입경이 1 내지 1.5 mm인 것이 바람직하게 적용될 수 있다. 상기 입경 범위의 모래를 적용함으로서, 우수한 내크랙성 및 강도를 가질 수 있다.
한 구체예에 따른 발포 콘크리트 조성물은 시멘트 330 내지 450 중량부; 물 120 내지 170 중량부; 모래 500 내지 1500 중량부; 및 단백질 발포제 0.5 내지 1 중량부를 함유한 단백질 폼(foam) 20 내지 40 중량부를 포함하여 이루어진다. 상기 함량 범위일 경우 우수한 강도, 단열성 및 내크랙성과 공정성을 가질 수 있다. 상기 구체예에서는 모래:시멘트 중량비율이 1.8~3.5 : 1 이 바람직하다. 상기 범위에서 우수한 단열성과 내크랙성을 갖는다. 상기 구체예에 적용되는 단백질 폼(foam)은 단백질 발포제 0.5 내지 1 중량부에 대하여 15 내지 45 중량부의 물을 혼합하고 이를 교반하여 발포시켜 제조할 수 있다. 상기 단백질 발포제와 물의 혼합은 1~5 bar 의 압력하에서 혼합할 수 있다. 상기 압력 범위에서 본 발명에서 목적으로 하는 폐쇄형 셀이 90 % 이상 형성할 수 있다. 또한 단백질 폼 밀도를 1.0 내지 2.0Kg/m³ , 바람직하게는 1.2 내지 1.8 Kg/m³ 가 되도록 조절하여 폐쇄형 셀의 함량을 높여 보다 우수한 단열성을 갖도록 한다.
다른 구체예에 따른 발포 콘크리트 조성물은 시멘트 250 내지 350 중량부; 물 80 내지 120 중량부; 및 단백질 발포제 1.2 내지 2 중량부를 함유한 단백질 폼(foam) 50 내지 80 중량부를 포함하여 이루어진다. 상기 함량 범위로 함으로서, 보다 우수한 단열성 및 공정성을 가질 수 있다. 이 경우 상기 콘크리트 조성물은 모래를 0 초과 1200 중량부 이하의 범위로 더 포함할 수 있다. 상기 구체예에서는 모래:시멘트 중량비율이 0.1~0.95 : 1 이 바람직하다. 상기 범위에서 우수한 단열성과 내크랙성을 갖는다. 상기 구체예에 적용되는 단백질 폼(foam)은 단백질 발포제 1.2 내지 2 중량부에 대하여 50 내지 80 중량부의 물을 혼합하고 이를 교반하여 발포시켜 제조할 수 있다. 상기 단백질 발포제와 물의 혼합은 1~5 bar 의 압력하에서 혼합할 수 있다. 상기 압력 범위에서 본 발명에서 목적으로 하는 폐쇄형 셀이 90 % 이상 형성할 수 있다. 또한 단백질 폼 밀도를 0.5 내지 1.0 Kg/m³ , 바람직하게는 0.54 내지 0.8 1.0 Kg/m³ 가 되도록 조절하여 폐쇄형 셀의 함량을 높여 보다 우수한 단열성을 갖도록 한다.
본 발명의 콘크리트 조성물에서는 물/시멘트 비율을 0.4 내지 0.6, 바람직하게는 0.45 내지 0.56으로 한다. 상기 범위에서 균일하게 혼합될 수 있으며, 기포 안정성과 단열성이 우수하다.
또한 본 발명의 콘크리트 조성물은 평균입경이 10 내지 1,000㎛이며, 팽창온도가 150℃ 이상인 팽창흑연을 더 포함할 수 있다. 상기 팽창흑연을 적용함으로써, 보다 우수한 단열효과를 얻을 수 있다. 구체예에서는 팽창흑연을 1 내지 50 중량부의 범위로 포함될 수 있다.
또한 본 발명의 콘크리트 조성물은 필요에 따라 셀룰로오스, 무기 분말, 안료 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 발포 콘크리트의 제조방법에 관한 것이다. 구체예에서 상기 방법은 1~5 bar 의 압력하에서 단백질 발포제를 물과 혼합하여 단백질 폼(foam)을 형성시키고; 그리고 상기 단백질 폼을 시멘트 및 물이 혼합된 시멘트 몰탈에 혼합하여 경화시키는 단계를 포함한다. 상기 시멘트 몰탈에는 모래를 더 함유할 수도 있다.
하나의 구체예에서 상기 단백질 폼(foam)은 단백질 발포제 0.5 내지 1 중량부에 대하여 15 내지 45 중량부의 물을 혼합하고 이를 교반하여 발포시켜 밀도 0.04 내지 0.16 Kg/m³ 가 되도록 제조할 수 있다. 이때 상기 단백질 발포제와 물의 혼합은 1~5 bar, 바람직하게는 1.5~4.8 bar 의 압력하에서 진행될 수 있다. 예를 들면, 상기 물을 발포제에 투입시 압력하에서 투입하거나 상압하에서 투입한 후 교반시 압력을 가할 수 있다. 상기 압력 범위에서 적정 범위의 단백질 폼(foam) 밀도를 얻을 수 있다.
다른 구체예에서는 상기 단백질 폼(foam)은 단백질 발포제 1.2 내지 2 중량부에 대하여 50 내지 80 중량부의 물을 혼합하고 이를 교반하여 발포시켜 밀도 0.05 내지 0.12 Kg/m³ 가 되도록 제조할 수 있다.
상기 단백질 발포제와 물의 혼합은 고속 교반기를 적용할 수 있다.
본 발명의 발포 콘크리트 조성물은 폼(foam) 형태를 가지며, 밀도가 0.5~2.0 Kg/m³ , 바람직하게는 0.5~1.8 Kg/m³ 인 것을 특징으로 한다. 종래와는 달리 본 발명은 발포 콘크리트 조성물을 폼 형태로 하고 특정 밀도 범위로 함으로서, 초경량, 흡음성 및 단열효과가 우수한 발포 콘크리트를 제조할 수 있는 것이다.
본 발명의 다른 관점은 상기 발포 콘크리트 조성물로부터 형성된 발포 콘크리트에 관한 것이다.
한 구체예에서 상기 발포 콘크리트는 밀도가 1200 내지 1600 kg/m3 이고, 열전도율이 0.3 내지 0.5 ㎉/m h ℃ 일 수 있다.
다른 구체예에서 상기 발포 콘크리트는 밀도가 100 내지 600 kg/m3 이고, 열전도율이 0.05 내지 0.2 ㎉/m h ℃ 일 수 있다.
또 다른 구체예에서 상기 발포 콘크리트는 밀도가 600 내지 1200 kg/m3 이고, 열전도율이 0.2 내지 0.3 ㎉/m h ℃ 일 수 있다.
본 발명의 발포 콘크리트는 전체 셀 중 폐쇄형 셀(closed cell) 이 95 % 이상, 바람직하게는 98 % 이상이다. 이와 같이 폐쇄형 셀의 함량의 높으므로 초경량성과 단열성, 흡음성 및 충격흡수가 우수하다.
따라서 본 발명의 발포 콘크리트는 벽체, 칸막이 블록, 패널, 보이드 필링, 교량 상부 보도, 도로 및 터널의 흡음재, 방음벽, 단열재, 층간 소음방지재, 인테리어 소재, 기타 건축재료에 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
실시예 1~5 및 비교예 1
각 성분을 하기의 함량으로 투입한 다음, 교반하여 조성물의 밀도를 하기 표 1에 나타난 밀도로 조절하여 발포 콘크리트 조성물을 제조하고, 제조된 발포 콘크리트 조성물을 경화시켜 발포 콘크리트를 제조하였다. 제조된 발포 콘크리트의 강도, 밀도 및 평균 열전도율을 구하여 표 1에 나타내었다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 1 2
팽창흑연 - - - - 10 - -
모래 (kg) - 250 800 1200 250 1950(모래, 자갈) 250
시멘트(kg) 350 350 380 420 350 320 350
물 (kg) 120 120 150 170 120 180 120
단백질 폼(foam)속의 물 (kg) 75 50 40 25 50 - 50
단백질 발포제 (kg) 1.8 1.2 1.0 0.7 1.2 - 1.2
폼 제조 압력(bar) 4.5 3.8 2.5 1.5 4.1 - 0.5
물/cement비 0.56 0.49 0.5 0.46 0.49 0.56 0.49
폼 조성물 부피(m³) 1000 1000 1000 1000 1000 - 370
폼 조성물 밀도 (Kg/m³) 0.54 0.77 1.3 1.8 0.78 2.4 2.1
최대강도 (N/㎟) 0.95-1.5 1.6-2.4 8 18 6 25 22
발포콘크리트 밀도
(Kg/m³)		 400 600 1200 1600 500 2350 2100
평균 열전도율(㎉/m,h,℃) 0.08-0.09 0.154-0.156 0.348 0.473 0.05 1.806 1.73
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 단백질 폼을 적용한 실시예는 일반콘크리트를 적용한 비교예 1에 비해 평균 열전도율이 현저히 우수한 것을 확인할 수 있다. 특히 팽창흑연을 적용한 실시예 5는 보다 우수한 열전도율을 갖는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 2는 각 성분의 함량은 실시예와 동일하지만, 폼 형태를 갖는 조성물의 밀도가 본 발명의 범위를 벗어날 경우 경량성 및 단열성이 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims (8)

  1. 시멘트 250 내지 450 중량부;
    물 80 내지 170 중량부; 및
    단백질 발포제 0.5 내지 1 중량부를 함유한 단백질 폼(foam) 20 내지 80 중량부;
    를 포함하고, 폼(foam) 형태를 가지며, 밀도가 0.5~2.0 Kg/m³ 인 것을 특징으로 하는 발포 콘크리트 조성물.

  2. 제1항에 있어서, 상기 발포 콘크리트 조성물은 모래를 0 초과 1200 중량부 이하의 범위로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 콘크리트 조성물.
  3. 제1항 내지 제2항중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포 콘크리트 조성물은 평균입경이 10 내지 1,000㎛이며, 팽창온도가 150℃ 이상인 팽창흑연을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 콘크리트 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단백질 발포제는 알부민, 글로불린, 글루텔린, 프롤라민 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 발포 콘크리트 조성물.
  5. 제1항 내지 제2항중 어느 한 항의 발포 콘크리트 조성물로부터 형성되며, 밀도가 100 내지 1600 kg/m3 인 발포 콘크리트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 발포 콘크리트는 열전도율이 0.05 내지 0.5 ㎉/m h ℃ 인 것을 특징으로 하는 발포 콘크리트.
  7. 제5항에 있어서, 상기 발포 콘크리트는 전체 셀 중 폐쇄형 셀(closed cell) 이 95 % 이상인 것을 특징으로 하는 발포 콘크리트.
  8. 1~5 bar 의 압력하에서 단백질 발포제를 물과 혼합하여 단백질 폼(foam)을 형성시키고;
    상기 단백질 폼을 시멘트 및 물이 혼합된 시멘트 몰탈에 혼합하여 폼(foam) 몰탈을 제조하고; 그리고
    상기 폼 몰탈을 경화시키는;
    단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 콘크리트의 제조방법.


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