KR101558747B1 - 내화보드 - Google Patents

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공주대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 내화보드에 관한 것으로, 보다 구체적으로 내화설계의 적용과 터널 및 지하 공간 등에 적용할 수 있는 내화성능이 향상된 내화보드에 관한 것이다. 내화보드는 석회 성분을 함유한 패각을 이용하는 제1골재, 규소 성분을 함유하고 있는 제2골재 및 상기 제1골재 및 제2골재를 결합하는 바인더를 포함한다. 여기서, 상기 제1골재 및 제2골재를 혼합하는 혼화제를 더 포함하며, 상기 혼화제는 감수제로써, 폴리카복실레이트를 사용하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성으로, 본 발명은 산업폐기물 중에서 유기화합물과 무기화합물을 이용하여, 단점을 보완하고 장점을 부각한 유무기 복합체를 구성할 수 있다. 또한, 본 발명은 산업폐기물을 활용하여, 저렴하게 재료를 공급함으로써, 제품의 단가를 줄일 수 있다.

Description

내화보드{Fire-proof board}
본 발명은 내화보드에 관한 것으로, 보다 구체적으로 내화설계의 적용과 터널 및 지하 공간 등에 적용할 수 있는 내화성능이 향상된 내화보드에 관한 것이다.
최근 경제의 발전과 더불어 건축물의 대형화와 고층화가 지속적으로 증가하고 있으며, 또한 도시의 인구집중과 대지이용의 극대화를 위해 복합적 용도의 건물이 지어지고 있다. 이러한 건축물의 이용밀도 증가는 더욱 심화되어 있고, 재해에 대한 위험성 또한 마찬가지로 증가하고 있다. 이처럼 대형화 및 고층화와 이용밀도가 높은 건축물에서 화재가 발생되는 경우 단순환 건물의 피해에서 그치는 것이 아닌, 재실자의 안전에 대한 위협과 생명으로 직결되어, 그 심각성이 더욱 높다고 할 수 있다. 또한 터널과 기계실, 지하구조물 등에서 발생되는 화재는 폐쇄적인 공간임과 동시에, 유류화재에 대당하여 초고온의 상황이 발생하게 되며, 이는 콘크리트 구조물에 대한 피해를 더욱 커지게 한다. 또한, 폭발에 의한 기존 내화피복의 손상에 의해 구조열화에 대한 문제가 발생하기도 한다. 현재 건축물과 구조물에 대한 내화대책으로는 불연마감재로 사용되는 마그네슘모드와 규산칼슘보드 등이 대표적으로 이용되고 있으며, 이는 내화성능이 아닌, 성능 시험을 통한 불연성만을 만족하고 있다. 또한, 원자재와 재료 대부분이 수입에 의존해 생산되기 때문에, 제품의 경우도 고가에 해당되며, 이와 같은 문제들로 인하여 내화마감이 아닌, 내화피복 또는 불연 마감으로 내화대책이 이루어진 경우가 대부분이다. 하지만, 일반적으로 사용되는 내화피복의 경우 초고온화재나 폭발 등에 의한 화재에는 취약하다. 따라서, 초고온화재 등과 같이 특수한 상황에 대응하며, 기존의 내화피복보다 개선된 성능의 내화보드에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 산업폐기물를 이용하여 불연 성능 및 내화 성능이 우수하며, 시공 시에 탈락 또는 파손이 발생하는 것을 방지하는 내화보드를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 산업폐기물을 활용하여, 저렴하게 재료를 공급함으로써, 제품의 단가를 줄이는 내화보드를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른, 내화보드는 석회 성분을 함유한 패각을 이용하는 제1골재, 규소 성분을 함유하고 있는 제2골재 및 상기 제1골재 및 제2골재를 결합하는 바인더를 포함한다. 여기서, 상기 제1골재 및 제2골재를 혼합하는 혼화제를 더 포함하며, 상기 혼화제는 감수제로써, 폴리카복실레이트를 사용하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 제2골재는 건식 바텀애시를 사용하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 혼화제는 감수제로써, 폴리카복실레이트를 사용하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 바인더는 시멘트를 사용하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 내화보드의 표면이 다공질 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 내화보드는 물리적 특성 또는 화학적 특성을 향상시키기 위해 복수의 무기질 재료를 혼합하여 제작되되, 표면이 다공질 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예에 따른, 상기 무기질 재료는 석회 성분을 함유한 패각을 이용하는 제1골재 및 규소 성분을 함유하고 있는 제2골재를 포함한다.
다른 실시예에 따른, 상기 제2골재는 건식 바텀애시를 사용하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성으로, 본 발명은 산업폐기물를 이용하여 불연 성능 및 내화 성능이 우수하며, 시공 시에 탈락 또는 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 산업폐기물을 활용하여, 저렴하게 재료를 공급함으로써, 제품의 단가를 줄일 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 산업폐기물를 이용하여 불연 성능 및 내화 성능이 우수하며, 시공 시에 탈락 또는 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 산업폐기물을 활용하여, 저렴하게 재료를 공급함으로써, 제품의 단가를 줄일 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 내화보드가 제작되는 과정을 간략하게 도시한 구성도이다.
도2 는 본 발명의 실시예에 따른 제1골재의 화학적 특성을 측정한 결과를 나태난 그래프이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 제2골재의 화학적 특성을 측정한 결과를 나태난 그래프이다.
도4은 본 발명의 실시예에 따른 내화보도를 나타낸 이미지이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 내화보드의 내열실험을 따른 결과를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 내화보드가 제작되는 과정을 간략하게 도시한 구성도이고, 도2 는 본 발명의 실시예에 따른 제1골재의 화학적 특성을 측정한 결과를 나태난 그래프이고, 도3은 본 발명의 실시예에 따른 제2골재의 화학적 특성을 측정한 결과를 나태난 그래프이고, 도4은 본 발명의 실시예에 따른 내화보도를 나타낸 이미지이고, 도5는 본 발명의 실시예에 따른 내화보드의 내열실험을 따른 결과를 도시한 그래프이다.
이들 도면에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 내화보드(50)는 석회 성분을 함유한 패각을 이용하는 제1골재(10), 규소 성분을 함유하고 있는 제2골재(20) 및 상기 제1골재 및 제2골재를 결합하는 바인더(40)를 포함한다. 여기서, 상기 제1골재 및 제2골재를 혼합하는 혼화제(30)를 더 포함하며, 상기 혼화제(30)는 감수제로써, 폴리카복실레이트(Polycarboxylate)를 사용할 수 있다.
예를 들면, 도1을 참고하면, 제1골재(10), 제2골재(20), 혼화제(30) 및 바인더(40)를 기 설정된 비율로 배합하며, 배합 후 주물에 채워 넣어 일정한 형태로 내화보드(50)를 제작할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 산업폐기물를 이용하여 불연 성능 및 내화 성능이 우수하며, 시공 시에 탈락 또는 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다
각각의 구성에 대해서 살펴보면, 먼저, 일 실시예의 제1골재(10)는 석회(Ca) 성분을 함유한 패각이 사용되며, 패각 중에 굴 패각을 사용할 수 있다.
예를 들면, 도2를 참고하면, 패각의 화학적 특성을 측정해 본 바, 칼슘(Ca)이 주로 함유 되어 있으며, 코팅하여 사용할 경우 인간의 뼈와 같은 인산칼슘을 생성하여 강도가 매우 높고, 천연의 다공성 나노무기물로 열 충격에 대한 수축팽창에 매우 안정한 것으로 나타나 코팅 사용에 발생되는 크랙을 방지할 수 있다.
특히, 굴 패각은 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분이며, 소량의 이산화 규소(SiO2), 알루미나(AL2O3)를 함유하고 있으며, 탄산칼슘(CaCO3)에 의해 900℃로 가열할 경우 산화칼슘 형태로 존재할 수 있다. 또한, 굴 패각은 방해석 구조로 구성되어 있으며, 천연 석회석과 동일한 구조를 갖는다.
또한, 내화보드를 제작할 때, 제1골재인 굴 패각만을 함유하여 배합할 경우, 압축강도는 20㎫ ~ 29㎫의 강도범위를 나타내며, 휨 강도는 1㎫ ~ 3㎫의 강도범위를 나타낼 수 있다. 여기서, 압축강도 및 휨 강도에 대한 수치범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 내화보드 제작시 배합 비율에 따라 변동될 수 있다.
한편, 일 실시예의 제2골재(20)는 규소를 함유하고 있으며, 건식 바텀애시를 사용할 수 있다. 여기서, 건식 바텀애시는 화력발전소에서 석탄을 연소하고 발생하는 산업폐기물로써, 이산화 규소(SiO2)를 다량으로 함유한다.
예를 들면, 도3을 참고하면, 건식 바텀애시의 특성을 측정해 본 바, 규소(Si)가 주로 함유 되어 있다.
건식 바텀애시는 고온에서 생성된 재료로 우수한 열 성능을 가지고 있으며, 주요 물리적 특성으로 경량성, 다공성 및 높은 흡수율을 가질 수 있다.
특히, 건식 바텀애시의 형상은 매우 불규칙하고 거칠지만 연약한 표면을 가지고 있으며, 건식 바텀애시의 내부는 용융상태에서 탄소가 연소되었기 때문에 연소 후 발생하는 이산화탄소가 방출된 다음 다시 공극이 닫히기 때문에 닫힌 공극형상을 보이며, 표면은 빨리 냉각되어 이산화탄소의 배출구가 형성되었기 때문에 열린 공극형상을 보인다. 즉, 건식 바텀애시는 다공질에 의한 경량성과 공극을 이용한 고온단열의 소재 또는 콘크리트 제품으로 활용될 수 있다. 여기서, 내화보드(50)의 표면은 건식 바텀애시에 의해 다공질 형상을 가질 수 있다.
따라서, 내화보드(50)의 제1골재(10)인 굴 패각은 칼슘(Ca)성분을 함유하여 구성되며, 제2골재(20)인 건식 바텀애시는 고온에서 발생하는 부산물임을 감안하여 볼 경우, 내화보드(50)는 우수한 내화성능에 가지는 동시에 단열성능을 가질 수 있다.
또한, 내화보드를 제작할 때, 제2골재인 건식 바텀애시 만을 함유하여 배합할 경우, 압축강도는 30㎫ ~ 35㎫의 강도범위를 나타내며, 휨 강도는 1㎫ ~ 3㎫의 강도범위를 나타낼 수 있다. 여기서, 압축강도 및 휨 강도에 대한 수치범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 내화보드 제작시 배합 비율에 따라 변동될 수 있다.
일 실시예의 혼화제(30)는 제1골재(10)와 제2골재(20)를 혼합시키며, 제1골재(10)와 제2골재(20)가 혼합하는데 있어서, 워커빌리티(workability)의 개선하여, 내화보드(50)의 내구성을 개선하고, 강도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예의 바인더(40)는 제1골재(10)와 제2골재(20)를 결합해주는 역할을 하며, 시멘트를 사용할 수 있다. 특히, 바인더(40)는 제1골재(10)와 제2골재(20)의 결합제로써, 두 골재간의 접합력을 향상시킬 수 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 내화보드(50)의 내열실험에 결과에 대해서 설명한다.
도4 및 도5를 참고하며, 내화보드(50) 제1골재(10), 제2골재(20), 혼화제(30) 및 바인더(40)를 배합하여 제작되며, 제작된 내화보드(50)의 내화성능을 확인하기 위해 전기로를 이용하여 내열실험을 진행한다.
예를 들면, 내화보드(50)의 내열실험에서 전기로의 온도는 900℃ ~ 1500℃ 로 설정한 후에 일정시간 유지시켜 두께 25mm인 내화보드(50)의 이면의 온도를 측정한다. 실험결과는 도5와 같은 실험결과를 도출하였으며, 전기로의 온도는 시간이 지남에 따라 지속적으로 상승하지만, 내화보드(50) 이면의 온도는 전기로의 온도 상승과 달리 미비하게 상승하는 것을 볼 수 있다. 따라서, 도5의 그래프를 통해 내화보드(50)의 내화 성능을 확인한다
전술한 실시예들에서 화학적 분석을 통해 내화성능이 우수한 칼슘의 함량이 많은 굴 패각인 제1골재(10)와 표면 상태가 다공성으로서 공극으로 인한 열전달 지연 효과로 가지는 건식 바텀애시인 제2골재(20)를 이용하여 제작된 내화보드(50) 및 그 성능을 실험한 결과 우수한 내화 성능을 확인한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 내화보드(50)는 물리적 특성 또는 화학적 특성을 향상시키기 위해 복수의 무기질 재료를 혼합하여 제작되되, 표면이 다공질 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
예를 들면, 내화보드(50)는 석회 성분을 함유한 패각을 이용하는 제1골재(10), 규소 성분을 함유하고 있는 제2골재(20) 및 상기 제1골재 및 제2골재를 결합하는 바인더(40)를 포함한다. 여기서, 상기 제1골재 및 제2골재를 혼합하는 혼화제(30)를 더 포함하며, 상기 혼화제(30)는 감수제로써, 폴리카복실레이트(Polycarboxylate)를 사용할 수 있다.
예를 들면, 도1을 참고하면, 제1골재(10), 제2골재(20), 혼화제(30) 및 바인더(40)를 기 설정된 비율로 배합하며, 배합 후 주물에 채워 넣어 일정한 형태로 내화보드(50)를 제작할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 산업폐기물를 이용하여 불연 성능 및 내화 성능이 우수하며, 시공 시에 탈락 또는 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다
각각의 구성에 대해서 살펴보면, 먼저, 일 실시예의 제1골재(10)는 석회(Ca) 성분을 함유한 패각이 사용되며, 패각 중에 굴 패각을 사용할 수 있다.
예를 들면, 도2를 참고하면, 패각의 화학적 특성을 측정해 본 바, 칼슘(Ca)이 주로 함유 되어 있으며, 코팅하여 사용할 경우 인간의 뼈와 같은 인산칼슘을 생성하여 강도가 매우 높고, 천연의 다공성 나노무기물로 열 충격에 대한 수축팽창에 매우 안정한 것으로 나타나 코팅 사용에 발생되는 크랙을 방지할 수 있다.
특히, 굴 패각은 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분이며, 소량의 이산화 규소(SiO2), 알루미나(AL2O3)를 함유하고 있으며, 탄산칼슘(CaCO3)에 의해 900℃로 가열할 경우 산화칼슘 형태로 존재할 수 있다. 또한, 굴 패각은 방해석 구조로 구성되어 있으며, 천연 석회석과 동일한 구조를 갖는다.
또한, 내화보드를 제작할 때, 제1골재인 굴 패각만을 함유하여 배합할 경우, 압축강도는 20㎫ ~ 29㎫의 강도범위를 나타내며, 휨 강도는 1㎫ ~ 3㎫의 강도범위를 나타낼 수 있다. 여기서, 압축강도 및 휨 강도에 대한 수치범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 내화보드 제작시 배합 비율에 따라 변동될 수 있다.
한편, 일 실시예의 제2골재(20)는 규소를 함유하고 있으며, 건식 바텀애시를 사용할 수 있다. 여기서, 건식 바텀애시는 화력발전소에서 석탄을 연소하고 발생하는 산업폐기물로써, 이산화 규소(SiO2)를 다량으로 함유한다.
예를 들면, 도3을 참고하면, 건식 바텀애시의 특성을 측정해 본 바, 규소(Si)가 주로 함유 되어 있다.
건식 바텀애시는 고온에서 생성된 재료로 우수한 열 성능을 가지고 있으며, 주요 물리적 특성으로 경량성, 다공성 및 높은 흡수율을 가질 수 있다.
특히, 건식 바텀애시의 형상은 매우 불규칙하고 거칠지만 연약한 표면을 가지고 있으며, 건식 바텀애시의 내부는 용융상태에서 탄소가 연소되었기 때문에 연소 후 발생하는 이산화탄소가 방출된 다음 다시 공극이 닫히기 때문에 닫힌 공극형상을 보이며, 표면은 빨리 냉각되어 이산화탄소의 배출구가 형성되었기 때문에 열린 공극형상을 보인다. 즉, 건식 바텀애시는 다공질에 의한 경량성과 공극을 이용한 고온단열의 소재 또는 콘크리트 제품으로 활용될 수 있다. 여기서, 내화보드(50)의 표면은 건식 바텀애시에 의해 다공질 형상을 가질 수 있다.
따라서, 내화보드(50)의 제1골재(10)인 굴 패각은 칼슘(Ca)성분을 함유하여 구성되며, 제2골재(20)인 건식 바텀애시는 고온에서 발생하는 부산물임을 감안하여 볼 경우, 내화보드(50)는 우수한 내화성능에 가지는 동시에 단열성능을 가질 수 있다.
또한, 내화보드를 제작할 때, 제2골재인 건식 바텀애시 만을 함유하여 배합할 경우, 압축강도는 30㎫ ~ 35㎫의 강도범위를 나타내며, 휨 강도는 1㎫ ~ 3㎫의 강도범위를 나타낼 수 있다. 여기서, 압축강도 및 휨 강도에 대한 수치범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 내화보드 제작시 배합 비율에 따라 변동될 수 있다.
일 실시예의 혼화제(30)는 제1골재(10)와 제2골재(20)를 혼합시키며, 제1골재(10)와 제2골재(20)가 혼합하는데 있어서, 워커빌리티(workability)의 개선하여, 내화보드(50)의 내구성을 개선하고, 강도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예의 바인더(40)는 제1골재(10)와 제2골재(20)를 결합해주는 역할을 하며, 시멘트를 사용할 수 있다. 특히, 바인더(40)는 제1골재(10)와 제2골재(20)의 결합제로써, 두 골재간의 접합력을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 구성으로, 본 발명은 산업폐기물를 이용하여 불연 성능 및 내화 성능이 우수하며, 시공 시에 탈락 또는 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 산업폐기물을 활용하여, 저렴하게 재료를 공급함으로써, 제품의 단가를 줄일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 제1골재 40: 바인더
20: 제2골재 50: 내화보드
30: 혼화제

Claims (8)

  1. 석회 성분을 함유한 패각을 이용하는 제1골재;
    규소 성분을 함유하고 있는 제2골재; 및
    상기 제1골재 및 제2골재를 결합하는 바인더;
    를 포함하고,
    상기 제1골재 및 제2골재를 혼합하는 혼화제를 더 포함하며, 상기 혼화제는 감수제로써, 폴리카복실레이트를 사용하고,
    상기 제1골재는 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분이며, 소량의 이산화 규소(SiO2), 알루미나(AL2O3)를 함유하고, 방해석 구조로 구성되어 있으며, 천연 석회석과 동일한 구조를 형성하고,
    상기 제2골재는 건식 바텀애시이며, 상기 건식 바텀애시는 화력발전소에서 석탄을 연소하고 발생하는 산업폐기물로써, 이산화 규소(SiO2)를 다량으로 함유하고, 상기 건식 바텀애시의 형상은 매우 불규칙하고 거칠지만 연약한 표면을 가지고 있으며, 상기 건식 바텀애시의 내부는 용융상태에서 탄소가 연소되었기 때문에 연소 후 발생하는 이산화탄소가 방출된 다음 다시 공극이 닫히기 때문에 닫힌 공극형상을 보이며, 상기 건식 바텀애시의 표면은 빨리 냉각되어 이산화탄소의 배출구가 형성되었기 때문에 열린 공극형상을 보이는 것을 특징으로 하는 내화보드.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 시멘트를 사용하는 것을 특징으로 하는 내화보드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내화보드의 표면이 다공질 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 내화보드.
  6. 물리적 특성 또는 화학적 특성을 향상시키기 위해 복수의 무기질 재료를 혼합하여 제작되되, 표면이 다공질 형상을 가지는 것을 특징으로 하고,
    상기 제1골재 및 제2골재를 혼합하는 혼화제를 더 포함하며, 상기 혼화제는 감수제로써, 폴리카복실레이트를 사용하고,
    상기 제1골재는 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분이며, 소량의 이산화 규소(SiO2), 알루미나(AL2O3)를 함유하고, 방해석 구조로 구성되어 있으며, 천연 석회석과 동일한 구조를 형성하고,
    상기 제2골재는 건식 바텀애시이며, 상기 건식 바텀애시는 화력발전소에서 석탄을 연소하고 발생하는 산업폐기물로써, 이산화 규소(SiO2)를 다량으로 함유하고, 상기 건식 바텀애시의 형상은 매우 불규칙하고 거칠지만 연약한 표면을 가지고 있으며, 상기 건식 바텀애시의 내부는 용융상태에서 탄소가 연소되었기 때문에 연소 후 발생하는 이산화탄소가 방출된 다음 다시 공극이 닫히기 때문에 닫힌 공극형상을 보이며, 상기 건식 바텀애시의 표면은 빨리 냉각되어 이산화탄소의 배출구가 형성되었기 때문에 열린 공극형상을 보이는 것을 특징으로 하는 내화보드.
  7. 삭제
  8. 삭제
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