KR101604189B1 - 습식형 기포콘크리트의 배합설계 방법 - Google Patents
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Abstract
습식형 기포콘크리트 배합에 있어 기존 현장 시공자들의 경험에 의한 현장배합으로 인한 문제를 수 많은 배합 실험결과의 데이터베이스화를 통한 체계적인 습식형 기포콘크리트의 배합설계 기준이 개시된다. 본 발명은, (a) 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)을 결정하고, 상기 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)의 함수를 이용하여 콘크리트 압축강도(fck)를 산출하는 단계; (b) 상기 콘크리트 압축강도(fck)와 상기 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)의 함수를 이용하여 단위 결합재량(Bunit)을 산출하는 단계; (c) 초기 플로우(Fi)를 결정하고, 상기 콘크리트 압축강도(fck)와 상기 초기 플로우(Fi)의 함수를 이용하여 단위 수량(Wunit)을 산출하는 단계; 및 (d) 상기 단위 결합재량(Bunit)을 결합재(시멘트)의 비중으로 나눈 단위 결합재량 체적(Bv)과 상기 단위 수량(Wunit)을 물의 비중으로 나눈 단위 수량 체적(Wv)을 이용하는 절대용적배합을 이용하여 기포 혼입량(Foam)을 산출하는 단계;를 포함하는 습식형 기포콘크리트의 배합설계 방법 을 제공한다.
Description
본 발명은 습식형 기포콘크리트의 배합설계 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주거 건축물의 바닥 구조에서 단열을 목적으로 사용되고 있는 습식제조 기포콘크리트 및 블록의 배합설계 방법에 관한 것이다.
골재가 없는 경량 기포콘크리트(cellular concrete)는 시멘트 페이스트에 기포제의 물리적 계면활성 작용을 이용하여 생성시킨 다량의 기포를 혼합하여 콘크리트 내부에 기포를 형성시켜 경화시킨 것으로 내부에 다수의 기공이 형성된 콘크리트이다. 이러한 경량 기포콘크리트는 열전도율이 낮은 재료로서 단열 성능이 뛰어나 건물의 열효율을 향상시켜 에너지 절약 효과를 기대할 수 있으며, 복잡한 형상을 가지는 공간에 골고루 압입할 수 있는 시공상의 이점이 있어 바닥 구조체의 단열층으로 많이 사용되고 있다.
종래의 ALC(Autoclaved Light-weight concrete) 블록은 고온, 고압(온도 180℃, 압력 10㎏/㎤)에서 제조되어 에너지가 과다하게 사용되며, 제조공정이 복잡하고, 흡수성이 높아서 물의 침투가 용이하여 곰팡이 등의 발생으로 품질이 저하되고 유지관리 비용이 증대된다. 또한 고압증기양생(Aoutoclaved)으로 기포콘크리트를 제조하는 경우 페이스트 속에서 기포제를 발포시키는 후기포 방식을 사용하므로 기포의 발포율 및 균질성을 제어하기가 어려워 기포콘크리트의 품질관리가 용이하지 못하며, 기포콘크리트를 실외에 설치하는 경우 별도의 방수 처리가 필요하다.
이에 따라 기포콘크리트 제조 시 에너지 사용량을 최소화하면서 시멘트 페이스트 내부에 혼합되는 기포제의 발포율을 적절하게 제어하여 방수 성능의 향상 및 품질의 균질성을 확보할 수 있는 기포콘크리트 제조 방법으로 시멘트 페이스트에 기포 발생기를 통해 발생시킨 기포군을 혼합하여 기포콘크리트를 제조 후 블록 거푸집에 타설하여 적절한 온도와 습도에서 습윤 양생 및 기건 양생함으로써 방수 성능이 향상된 기포콘크리트 블록을 제조하는 방법이 고려될 수 있다.
그러나 기존의 습식형 기포콘크리트는 현장 시공자들의 경험에 의한 현장배합으로 인해 기포의 소포에 의한 체적감소, 강도발현 미흡 및 품질의 불균질성으로 인한 균열발생, 높은 흡수율 등의 많은 문제점이 발생되고 있는 실정으로 체계적인 배합설계를 통한 시공이 이루어지지 않고 있다.
[선행문헌]
- 등록특허공보 제0222318호(1999.10.01)
- 등록특허공보 제0945141호(2010.03.02)
따라서 본 발명은 습식형 기포콘크리트 배합에 있어 기존 현장 시공자들의 경험에 의한 현장배합으로 인한 문제를 수 많은 배합 실험결과의 데이터베이스화를 통한 체계적인 습식형 기포콘크리트의 배합설계 기준을 제시하고자 한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, (a) 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)을 결정하고, 상기 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)의 함수를 이용하여 콘크리트 압축강도(fck)를 산출하는 단계; (b) 상기 콘크리트 압축강도(fck)와 상기 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)의 함수를 이용하여 단위 결합재량(Bunit)을 산출하는 단계; (c) 초기 플로우(Fi)를 결정하고, 상기 콘크리트 압축강도(fck)와 상기 초기 플로우(Fi)의 함수를 이용하여 단위 수량(Wunit)을 산출하는 단계; 및 (d) 상기 단위 결합재량(Bunit)을 결합재(시멘트)의 비중으로 나눈 단위 결합재량 체적(Bv)과 상기 단위 수량(Wunit)을 물의 비중으로 나눈 단위 수량 체적(Wv)을 이용하는 절대용적배합을 이용하여 기포 혼입량(Foam)을 산출하는 단계;를 포함하는 습식형 기포콘크리트의 배합설계 방법을 제공한다.
또한 상기 (a) 단계의 상기 콘크리트 압축강도(fck)는 하기 수학식 1에 따라 산출되고, 상기 (b) 단계의 상기 단위 결합재량(Bunit)은 하기 수학식 2에 따라 산출되고, 상기 (c) 단계의 상기 단위 수량(Wunit)은 하기 수학식 3에 따라 산출되고, 상기 (d) 단계의 상기 기포 혼입량(Foam)은 하기 수학식 4에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 습식형 기포콘크리트의 배합설계 방법을 제공한다.
[수학식 1]
[수학식 2]
[수학식 3]
[수학식 4]
또한 상기 단위 결합재량(Bunit)과 상기 단위 수량(Wunit)을 1차 혼합하여 페이스트를 생성하고, 기포 발생기를 통해 발생시킨 상기 기포 혼입량(Foam)을 상기 페이스트에 넣어 2차 혼합하여 기포콘크리트 슬러리를 생성하도록 하는 것을 특징으로 하는 습식형 기포콘크리트의 배합설계 방법을 제공한다.
또한 상기 기포 발생기의 압축공기의 압력은 0.6㎫인 것을 특징으로 하는 습식형 기포콘크리트의 배합설계 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 배합 실험결과의 데이터베이스화를 통해 소요 품질(기포콘크리트의 겉보기 비중과 압축강도) 만족을 위한 최적의 단위 결합재량, 단위 수량 및 기포 혼입량을 결정하도록 함으로써 현장 시공자들의 경험에 의존한 현장배합을 배제하고 체계적인 배합설계를 통한 시공이 이루어질 수 있도록 한다.
또한 체계적인 배합설계를 통한 기포콘크리트의 제조로 기포의 소포 제어를 통해 품질의 균질성을 확보할 수 있고, 비중 및 압축강도 조절을 통해 품질의 세분화가 가능하고, 계획적인 사용이 가능하여 사용 목적에 부합하는 기포콘크리트를 제조할 수 있고, 현장타설 및 콘크리트 2차 제품으로의 활용이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 습식형 기포콘크리트의 배합설계 방법을 예시적으로 설명하는 흐름도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 또한 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명에 따른 습식형 기포콘크리트의 배합설계 방법은 (a) 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)을 결정하고, 상기 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)의 함수를 이용하여 콘크리트 압축강도(fck)를 산출하는 단계; (b) 상기 콘크리트 압축강도(fck)와 상기 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)의 함수를 이용하여 단위 결합재량(Bunit)을 산출하는 단계; (c) 초기 플로우(Fi)를 결정하고, 상기 콘크리트 압축강도(fck)와 상기 초기 플로우(Fi)의 함수를 이용하여 단위 수량(Wunit)을 산출하는 단계; 및 (d) 상기 단위 결합재량(Bunit)을 결합재(시멘트)의 비중으로 나눈 단위 결합재량 체적(Bv)과 상기 단위 수량(Wunit)을 물의 비중으로 나눈 단위 수량 체적(Wv)을 이용하는 절대용적배합을 이용하여 기포 혼입량(Foam)을 산출하는 단계;를 포함한다.
이러한 본 발명에 따른 습식형 기포콘크리트의 배합설계 방법은 소요품질을 만족하기 위한 습식형 기포콘크리트의 체계적인 배합설계 방식으로서 KS F 4039 현장타설용 기포콘크리트에서 제시하는 하기 표 1의 품질을 만족시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 습식형 기포콘크리트의 배합설계 방법을 예시적으로 설명하는 흐름도이다.
본 발명에서는 기포콘크리트의 겉보기 소요품질(비중 및 압축강도)을 만족하는 배합설계 기준을 제시하기 위하여 360 배합의 실험을 수행하였으며, 그 실험결과를 데이터베이스화 하였다. 구축된 데이터베이스를 분석하여 각 영향변수를 설정하였으며, 영향변수의 조합 및 회귀분석을 통해 도 1과 같은 최종 배합설계를 제시하였다.
도 1을 참조하면, 먼저 기포콘크리트의 배합설계를 위한 최초 입력사항은 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)과 초기 플로우(Fi)이다(S100).
콘크리트 압축강도(fck)는 입력된 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)의 함수를 이용하여 산출된다(S200). 본 발명에서는 최적화된 기포콘크리트의 겉보기 비중의 함수로 하기 수학식 1을 이용하여 콘크리트 압축강도(fck)를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
다음으로, 단위 결합재량(Bunit)은 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)과 상기 콘크리트 압축강도(fck)의 함수를 이용하여 산출된다(S300). 본 발명에서는 최적화된 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)과 콘크리트 압축강도(fck)의 함수로 하기 수학식 2를 이용하여 단위 결합재량(Bunit)을 산출할 수 있다.
[수학식 2]
다음으로, 단위 수량(Wunit)은 입력된 초기 플로우(Fi)와 상기 콘크리트 압축강도(fck)의 함수를 이용하여 산출된다(S400). 본 발명에서는 최적화된 초기 플로우(Fi)와 콘크리트 압축강도(fck)의 함수로 하기 수학식 3을 이용하여 단위 수량(Wunit)을 산출할 수 있다.
[수학식 3]
여기서 물-결합재비(W/B)는 산출된 단위 수량(Wunit)과 상기 단위 결합재량(Bunit)을 이용하여 하기 수학식 5에 따라 산출할 수 있다.
[수학식 5]
마지막으로, 기포 혼입량(Foam)은 단위 결합재량(Bunit)을 결합재(시멘트)의 비중(ρc)으로 나눈 단위 결합재량 체적(Bv)과 단위 수량(Wunit, 단위: ㎏/㎥)을 물의 비중으로 나눈 단위 수량 체적(Wv, 단위: ℓ)을 이용하여 산출된다(S400). 본 발명에서는 최적화된 기포 혼입량(Foam, 단위: ℓ) 산출 기준으로 하기 수학식 4를 이용하여 기포 혼입량(Foam)을 산출할 수 있다.
[수학식 4]
상기 배합설계에 따라 산출된 단위 결합재량, 단위 수량 및 기포 혼입량을 최종 배합 비율로 결정(S500)하게 된다.
본 발명에 따른 습식형 기포콘크리트 배합설계 방법에 사용되는 시멘트 재료로는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예컨대 보통 포틀랜드 시멘트(ordinary portland cement, OPC)를 사용하고, 기포제(식물성 또는 동물성)를 2~5중량% 정도로 희석하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 습식형 기포콘크리트 배합설계 방법을 이용한 배합방식으로는 선기포 방식이 적합하다. 선기포 방식은 결합재와 배합수를 1차 혼합하여 페이스트를 생성하고, 여기에 기포 발생기를 통해 발생시킨 기포군을 페이스트에 넣어 2차 혼합을 하여 기포콘크리트 슬러리를 완성할 수 있다. 이때 기포 발생기의 압축공기 압력은 0.6㎫로 하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
실시예
1
비중 3.14~3.15인 보통 포틀랜드 시멘트의 겉보기 비중을 0.35 및 초기 플로우를 250㎜로 결정하고, 상기 수학식 1 내지 5의 배합설계에 따라 각각 압축강도(fck), 단위 결합재량(Bunit), 단위 수량(Wunit), 기포 혼입량(Foam) 및 물-결합재비(W/B)를 산출하였고, 산출된 기포 혼입량을 기초로 기포율을 계산하였다. 배합설계의 정확도를 확인하기 위해 배합설계로 산출된 배합상세(단위 결합재량, 단위수량, 물-결합재비 및 기포량)를 이용하여 배합실험을 수행한 후 측정된 압축강도, 겉보기 비중 및 기포율을 배합설계에 따른 결과와 비교하여 하기 표 2에 나타내었다.
실시예
2
실시예 1에서 겉보기 비중을 0.45로 결정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 배합설계 수행 및 기포콘크리트 슬러리를 제조하였고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예
3
실시예 1에서 겉보기 비중을 0.6으로 결정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 배합설계 수행 및 기포콘크리트 슬러리를 제조하였고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 습식형 기포콘크리트의 배합설계 방법으로 산출된 단위 결합재량, 단위 수량 및 기포 혼입량을 최종 배합 비율로 결정하고 실제 배합 실험을 수행한 결과, 기포율 오차율이 3% 수준으로 신뢰성 있는 체계적인 배합설계를 통한 시공이 이루어질 수 있음을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (4)
- (a) 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)을 결정하고, 상기 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)의 함수를 이용하여 콘크리트 압축강도(fck)를 산출하는 단계;
(b) 상기 콘크리트 압축강도(fck)와 상기 기포콘크리트의 겉보기 비중(ρc)의 함수를 이용하여 단위 결합재량(Bunit)을 산출하는 단계;
(c) 초기 플로우(Fi)를 결정하고, 상기 콘크리트 압축강도(fck)와 상기 초기 플로우(Fi)의 함수를 이용하여 단위 수량(Wunit)을 산출하는 단계; 및
(d) 상기 단위 결합재량(Bunit)을 결합재(시멘트)의 비중으로 나눈 단위 결합재량 체적(Bv)과 상기 단위 수량(Wunit)을 물의 비중으로 나눈 단위 수량 체적(Wv)을 이용하는 절대용적배합을 이용하여 기포 혼입량(Foam)을 산출하는 단계;를 포함하되,
상기 (a) 단계의 상기 콘크리트 압축강도(fck)는 하기 수학식 1에 따라 산출되고, 상기 (b) 단계의 상기 단위 결합재량(Bunit)은 하기 수학식 2에 따라 산출되고, 상기 (c) 단계의 상기 단위 수량(Wunit)은 하기 수학식 3에 따라 산출되고, 상기 (d) 단계의 상기 기포 혼입량(Foam)은 하기 수학식 4에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 습식형 기포콘크리트의 배합설계 방법.
[수학식 1]
[수학식 2]
[수학식 3]
[수학식 4]
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