KR101782845B1 - 친수성 나노 에어로겔 파우더를 사용한 고단열 경량 기포 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량 기포 콘크리트 제조방법 - Google Patents

친수성 나노 에어로겔 파우더를 사용한 고단열 경량 기포 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량 기포 콘크리트 제조방법 Download PDF

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Abstract

기포 콘크리트 배합 시 재료분리를 방지할 수 있는 소재를 최적 조성으로 활용하여 밀도와 열전도율이 낮아진 경량 기포 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량 기포 콘크리트 제조방법이 개시된다. 본 발명은 경량 기포 콘크리트 조성물에 있어서, 시멘트 40~100중량% 및 혼화재 0~60중량%로 이루어진 결합재; 상기 기포 콘크리트의 밀도 및 열전도율 저감을 위한 파우더로서, 상기 결합재 1㎥ 당 0.1~0.6㎥로 포함되고, 표면 처리로 친수화된 나노 에어로겔 파우더; 배합수로서 상기 결합재 중량에 대하여 20~40%의 물; 및 상기 기포 콘크리트의 양생 후 부피 기준으로 20~80%의 기포;를 포함하는 경량 기포 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량 기포 콘크리트 제조방법을 제공한다.

Description

친수성 나노 에어로겔 파우더를 사용한 고단열 경량 기포 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량 기포 콘크리트 제조방법{HIGH THERMAL INSULATING AND LIGHT-WEIGHT AERATED CONCRETE MIX USING HYDROPHILIC NANO AEROGEL POWDER AND PREPARING METHOD OF LIGHT-WEIGHT AERATED CONCRETE}
본 발명은 경량 기포 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량 기포 콘크리트 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기포 콘크리트의 경량성과 단열성이 향상된 경량 기포 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량 기포 콘크리트 제조방법에 관한 것이다.
골재가 없는 경량 기포 콘크리트(cellular concrete, foamed concrete 또는 aerated 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 기포 콘크리트는 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 단열을 주요 목적으로 하는 건축물의 간막이벽, 슬래브 단열마감재 등으로 사용되고 있다.
일반적으로 경량 기포 콘크리트의 압축강도는 1MPa 이상이며, 절건 단위용적중량은 400kg/㎥ 이하이며, 열전도율은 0.13W/m·K 이상이다. 이들 경량 기포 콘크리트는 불연성 재료로서 장점을 갖지만, EPS(발포 폴리스티렌) 단열재 대비 밀도는 20~30배 높으며, 열전도율은 약 4배 이상이다. 이로 인해 건축물의 간막이벽 및 슬래브 단열 마감재로서의 활용도가 현저하게 떨어지고 있는 실정이다.
경량 기포 콘크리트의 성능 향상을 위해서는 밀도와 열전도율을 낮추는 것이 핵심이다. 하지만 경량 기포 콘크리트의 배합특성 및 최소한의 압축강도(1MPa)를 고려하면 시멘트와 물 그리고 기포제만으로는 한계가 있다.
경량 기포 콘크리트의 열전도율을 낮추기 위해서 에어로겔 혼입에 대해 언급한 선행특허가 있다. 하지만 이들 특허에서는 개념적 측면에서만 단순 제시하는 것에 그치고, 에어로겔 혼입 시 경량 기포 콘크리트의 배합 문제점 등에 대해서는 전혀 고려하지 않고 있다.
경량 기포 콘크리트는 배합 시 수분이 상당히 많으며 배합 후에도 소포로 인한 침하 깊이가 10mm 이하로 있어야 한다. 에멀젼 형태의 에어로겔 혼입은 기포 콘크리트에서 소포의 주요 원인이 되며 뭉침 현상 등으로 인해 배합이 원활하게 되지 않아 오히려 기포 콘크리트의 성능을 악화시킨다. 또한 일반적으로 에어로겔은 대부분 소수성으로 기포콘크리트 배합 시 재료분리의 원인이 되는데, 이 또한 기포 콘크리트의 성능을 오히려 떨어뜨리는 문제가 있다.
[선행문헌]
- 한국 등록특허공보 제1643033호(2016.07.20)
- 한국 등록특허공보 제0963907호(2010.06.08)
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기포 콘크리트 배합 시 재료분리를 방지할 수 있는 소재를 최적 조성으로 활용하여 밀도와 열전도율이 낮아진 경량 기포 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량 기포 콘크리트 제조방법을 제시하고자 한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, 경량 기포 콘크리트 조성물에 있어서, 시멘트 40~100중량% 및 혼화재 0~60중량%로 이루어진 결합재; 상기 기포 콘크리트의 밀도 및 열전도율 저감을 위한 파우더로서, 상기 결합재 1㎥ 당 0.1~0.6㎥로 포함되고, 표면 처리로 친수화된 나노 에어로겔 파우더; 배합수로서 상기 결합재 중량에 대하여 20~40%의 물; 및 상기 기포 콘크리트의 양생 후 부피 기준으로 20~80%의 기포;를 포함하는 경량 기포 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한 상기 기포 콘크리트는 양생 후 압축강도가 1MPa 이상, 절건 단위용적중량이 400kg/㎥ 이하 및 열전도율이 0.1W/m·K 이하인 것을 특징으로 하는 경량 기포 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, (a) 시멘트 40~100중량% 및 혼화재 0~60중량%로 이루어진 결합재와, 상기 결합재 1㎥ 당 0.1~0.6㎥의 표면 처리로 친수화된 나노 에어로겔 파우더를 혼합하여 건비빔하는 단계; (b) 상기 건비빔된 혼합물에 상기 결합재 중량에 대하여 20~40%의 물을 첨가 및 1차 습비빔하여 페이스트를 제조하는 단계; (c) 상기 페이스트에 기포 발생기를 이용하여 생성된 기포군을 투입 및 2차 습비빔하여 기포 슬러리를 생성하는 단계; 및 (d) 상기 기포 슬러리를 몰드에 타설하여 양생하는 단계;를 포함하는 경량 기포 콘크리트 제조방법을 제공한다.
또한 상기 표면 처리는 소수성 에어로겔 파우더를 열처리, 물 및 유기용매 혼합액 처리, 상압 및 진공 플라즈마 처리, 및 자외선 처리로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 처리로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
또한 상기 열처리는 600~1,000℃ 온도에서 수행되거나, 반응가스 존재 하에 100~600℃ 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
또한 상기 물 및 유기용매 혼합액 처리는 상기 유기용매 함량이 0.1~50부피%인 혼합액에 상기 소수성 에어로겔 파우더가 0.1~5g/ml 농도로 처리되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 기포 콘크리트 배합에 있어 에어로겔에 친수성을 부여함으로써 기포 콘크리트 배합 시 재료분리를 방지하고, 나노급 파우더의 에어로겔을 활용함으로써 기포 콘크리트의 균질한 공극분포를 유도하여, 결과적으로 경량 기포 콘크리트의 밀도와 열전도율을 일반 기포 콘크리트 대비 약 2/3 내지 1/2 이하 수준으로 현저히 낮추는 경량 기포 콘크리트 조성물을 제공할 수 있다.
또한 상기 조성의 경량 기포 콘크리트 조성물을 이용한 경량 기포 콘크리트 제조 시 선기포 방식을 채용한 최적의 배합 및 기포 콘크리트 제조방법을 제시하여, 밀도와 열전도율을 낮춘 경량 기포 콘크리트를 용이하게 제조할 수 있도록 한다.
도 1은 친수화된 나노 에어로겔 파우더가 사용된 기포 콘크리트 단면을 모식적으로 나타낸 사진,
도 2는 소수성 나노 에어로겔에 대하여 온도별 열처리 후 에어로겔의 접촉각 및 물방울 이미지를 나타낸 사진,
도 3은 에어로겔이 혼합용매에 분산되어 있는지를 관찰한 결과를 나타낸 사진.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 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. 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 발명자들은 종래 경량 기포 콘크리트 제조 시 열전도율을 낮추기 위해 에어로겔을 활용함에 있어, 소재 특성, 배합 특성 등의 고려가 없어 재료분리, 기포 콘크리트 성능 저하 등의 문제가 있는 점에 직시하고 예의 연구를 거듭한 결과, 경량 기포 콘크리트 제조 시 표면 처리로 친수화된 나노 에어로겔 파우더를 최적 조성으로 사용하여 선기포 방식을 통해 기포 콘크리트를 제조할 경우 경량 기포 콘크리트의 밀도와 열전도율을 현저히 저감시킬 수 있음을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
따라서 본 발명은 경량 기포 콘크리트 조성물에 있어서, 시멘트 40~100중량% 및 혼화재 0~60중량%로 이루어진 결합재; 상기 기포 콘크리트의 밀도 및 열전도율 저감을 위한 파우더로서, 상기 결합재 1㎥ 당 0.1~0.6㎥로 포함되고, 표면 처리로 친수화된 나노 에어로겔 파우더; 배합수로서 상기 결합재 중량에 대하여 20~40%의 물; 및 상기 기포 콘크리트의 양생 후 부피 기준으로 20~80%의 기포;를 포함하는 경량 기포 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량 기포 콘크리트 제조방법을 개시한다.
본 발명에서 결합재로는 수화열 저감을 위해 시멘트와 함께 혼화재로서 산업부산물이 이용될 수 있다. 다양한 산업부산물이 사용될 수 있으나, 입수 용이성, 균열 제어 및 휨 성능 향상을 더욱 고려할 때 고로슬래그가 적합하고, 보다 효과적인 수화열 저감을 위해서는 고로슬래그와 함께 플라이애쉬가 사용될 수 있다. 한편 시멘트 재료로는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예컨대 보통 포틀랜드 시멘트(ordinary portland cement, OPC)가 사용될 수 있다.
상기 혼화재는 결합재 총 중량에 대하여 0~60중량% 함유되며 바람직하게는 10~50중량% 함유될 수 있고, 나머지 결합재 성분은 시멘트로 이루어진다. 이때 혼화재로 고로슬래그 단독 사용 이외에 플라이애쉬가 함께 사용될 경우에는, 고로슬래그가 5~50중량% 및 플라이애쉬가 5~30중량% 함량인 것이 바람직하고, 고로슬래그 10~50중량% 및 플라이애쉬 10~20중량% 함량인 것이 더욱 바람직하다. 상기 결합재 함량이 60중량%를 초과할 경우에는 시멘트에 의한 강도 형성이 느려지고 충분한 강도가 형성되기까지 많은 시간이 소요될 수 있다. 또한 상기 플라이애쉬가 함께 사용될 경우 그 함량이 5중량% 미만일 경우에는 추가적인 수화열 저감 성능 향상을 기대하기 어려울 수 있고, 30중량%를 초과할 경우에는 휨 성능이 다소 저하될 수 있다.
본 발명에서는 상기 적정 조성의 혼화재를 통한 수화열 저감과 함께 경량 기포 콘크리트 제조 과정에서 배합 시 균질한 분산과 재료분리를 방지하고, 경량 기포 콘크리트의 밀도와 열전도율을 낮추기 위한 에어로겔로서, 표면 처리로 친수화된 나노 에어로겔 파우더가 사용된다. 도 1에서는 이러한 친수화된 나노 에어로겔 파우더가 사용된 기포 콘크리트 단면을 모식적으로 나타내고 있다.
일반적으로 에어로겔은 분말도가 낮을수록 그리고 판 형태가 단열에 더 우수하다. 하지만 에어로겔은 분말도가 낮을수록 제조 가격이 매우 상승되고 기포 콘크리트 배합 시에는 재료분리의 원인이 되어 기포 콘크리트 제조가 용이하지 않다. 따라서 에어로겔의 경제성 및 기포 콘크리트의 배합과 균질한 분포를 고려하면 나노급의 파우더형 에어로겔이 최적이라 할 수 있다.
경량 기포 콘크리트의 단열특성을 높이기 위해서는 에어로겔을 기포 콘크리트와 배합시켜야 하는데, 기본적으로 에어로겔이 초소수성이기 때문에 기포 콘크리트와의 단순 배합은 경량 기포 콘크리트의 성능 저하로 이어진다. 따라서 본 발명에서는 표면처리를 통해 에어로겔의 표면특성을 친수성으로 변화시켜 활용한다.
상기 표면 처리는 소수성 에어로겔 파우더를 열처리, 물 및 유기용매 혼합액 처리, 상압 및 진공 플라즈마 처리, 및 자외선 처리로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 처리로 수행될 수 있으며, 상기 방법 중 소수성 에어로겔을 친수성으로 만드는 가장 쉽고 효과적인 방법은 열처리와, 물 및 유기용매 혼합액 처리이다.
상기 열처리의 경우 600℃ 이상의 온도에서 열처리 시 소수성이 친수성으로 변하게 되며, 바람직하게는 600~1,000℃ 온도에서 수행될 수 있다. 다만, 반응가스 하에서 열처리할 경우에는 100~600℃ 온도에서 수행될 수 있다.
도 2는 소수성 나노 에어로겔에 대하여 온도별 열처리 후 에어로겔의 접촉각 및 물방울 이미지를 나타낸 사진이다. 도 2를 참조하면, 600℃ 이상의 높은 온도에서 열처리 시 에어로겔 표면이 소수성에서 친수성으로 변하게 되는 것을 알 수 있다.
상기 물 및 유기용매 혼합액 처리의 경우 다양한 점도를 가지는 유기용매들이 활용될 수 있다. 예컨대, 이소프로필 알코올, 에탄올, 메탄올, 아세톤 등을 적정 농도로, 바람직하게는 상기 혼합액 중 유기용매 함량이 0.1~50부피%, 더욱 바람직하게는 30~50부피% 비율로 배합하여 사용될 수 있으며, 에어로겔이 물-유기 혼합용매에 잘 녹기 때문에 콘크리트와의 배합이 원활히 이루어지도록 할 수 있다. 이때 처리되는 소수성 에어로겔 함량은 상기 혼합액에 0.1~5g/ml 농도가 되도록, 바람직하게는 0.2~2g/ml 농도로 처리될 수 있다.
상기 물 및 유기용매 혼합액 처리 방법은 상기 열처리 방법보다 간단하면서도 다기공성 표면적을 그대로 유지할 수 있기 때문에 콘크리트와 배합 시 단열특성을 그대로 유지할 수 있는 장점이 있다. 이는 열처리 방법의 경우 열처리 과정에서 에어로겔이 압축되면서 에어로겔의 가장 큰 장점인 다기공성이 낮아지게 될 수 있기 때문이다.
도 3에서는 하기 표 1의 조성을 가지는 물 또는 물과 이소프로필 알코올의 혼합용매에 에어로겔이 잘 분산되어 있는지를 관찰한 결과를 나타내고 있으며, 이소프로필 알코올 함량이 30부피%인 혼합액에 소수성 에어로겔이 0.5g/ml 농도로 처리될 때 에어로겔이 물-유기 혼합용매에 잘 녹아 있는 것을 알 수 있다.
Figure 112017001597510-pat00001
상기 열처리와, 물 및 유기용매 혼합액 처리 방법 이외에 상압 및 진공 플라즈마 처리, 및 자외선 처리 방법이 사용될 수 있으며, 플라즈마(Ar, H2, O2 가스) 및 자외선(240~340nm)을 에어로겔 표면에 조사할 시 에어로겔 표면이 친수성으로 변하게 된다. 하지만 플라즈마 및 자외선 처리의 경우 시간이 지날수록 다시 소수성으로 변하게 되기 때문에 처리 후 바로 배합 처리를 해야한다.
상기 표면 처리로 친수화된 나노 에어로겔 파우더는 양생 후 기포 콘크리트의 적정 기포율 유지, 특히 기포 콘크리트 제조 과정에서의 재료분리 없이 밀도 및 열전도율 저감의 극대화 측면에서 그 함유량이 매우 중요하다. 즉 표면 처리로 친수화된 나노 에어로겔 파우더는 상기 결합재 1㎥ 당 0.1~0.6㎥일 때 위 언급된 목적을 충분히 달성할 수 있으며, 바람직하게는 결합재 1㎥ 당 0.2~0.5㎥, 더욱 바람직하게는 결합재 1㎥ 당 0.3~0.4㎥로 함유될 수 있다.
본 발명에 따른 경량 기포 콘크리트 제조 과정에서는 배합수로서 물이 통상적인 양으로 사용될 수 있으나, 특정 조성의 에어로겔 파우더를 사용함에 따라 결합재 중량에 대하여 20~40%의 물이 사용되며, 바람직하게는 25~35%가 사용될 수 있다.
본 발명에서 기포는 콘크리트의 경량화를 위해 첨가되는 것으로, 기포의 주입량은 재료분리 없이 밀도 및 열전도율이 저감된 기포 콘크리트를 제조하도록 하기 위해 기포 콘크리트의 양생 후 부피 기준으로 20~80% 수준으로 유지되도록 하여야 하며, 바람직하게는 40~60% 수준으로 유지되도록 할 수 있다. 이때 콘크리트 배합에서 기포 양은 에어로겔과 주입된 기포 양이 함께 계산된 수치이다.
이러한 기포는 기포제를 이용하여 기 생성된 기포일 수 있으며, 구체적인 내용은 후술하기로 한다.
한편 본 발명에 따른 경량 기포 콘크리트 조성물에는 압축강도의 향상 및 유동성 향상을 위해 통상 사용되는 고성능감수제가 상기 결합재 중량 대비 최대 2% 범위에서 사용될 수 있고, 바람직하게는 최대 1% 범위에서 사용될 수 있다.
전술한 바와 같은 시멘트 및 특정 혼화재로 이루어진 결합재, 특정 에어로겔 파우더, 물 및 기포를 일정 비율로 포함하는 경량 기포 콘크리트 조성물은 이를 이용한 기포 콘크리트 제조 시 재료분리 없이 밀도 및 열전도율 저감이 용이하면서도 양생 후 압축강도가 1MPa 이상, 절건 단위용적중량이 400kg/㎥ 이하 및 열전도율이 0.1W/m·K 이하, 바람직하게는 양생 후 압축강도가 1.5MPa 이상, 절건 단위용적중량이 350kg/㎥ 이하 및 열전도율이 0.07W/m·K 이하의 우수한 성능을 구현할 수 있도록 하게 된다.
본 발명에 따른 경량 기포 콘크리트 제조는 선기포 방식을 통해 수행된다. 선기포 방식은 결합재와 배합수를 1차 혼합하여 페이스트를 생성하고, 여기에 기포 발생기를 통해 발생시킨 기포군을 페이스트에 넣어 2차 혼합을 하여 기포콘크리트 슬러리를 완성하는 방식이다.
따라서 본 발명에 따른 경량 기포 콘크리트 제조는 (a) 시멘트 40~100중량% 및 혼화재 0~60중량%로 이루어진 결합재와, 상기 결합재 1㎥ 당 0.1~0.6㎥의 표면 처리로 친수화된 나노 에어로겔 파우더를 혼합하여 건비빔하는 단계; (b) 상기 건비빔된 혼합물에 상기 결합재 중량에 대하여 20~40%의 물을 첨가 및 1차 습비빔하여 페이스트를 제조하는 단계; (c) 상기 페이스트에 기포 발생기를 이용하여 생성된 기포군을 투입 및 2차 습비빔하여 기포 슬러리를 생성하는 단계; 및 (d) 상기 기포 슬러리를 몰드에 타설하여 양생하는 단계;를 포함하여 수행된다.
즉, 본 발명과 같이 기 생성된 기포를 첨가하는 방법을 일반적으로 선기포 혼합 방식이라 하는데, 기포제 또는 발포제를 미리 원료 혼합물에 첨가한 후 화학적 반응에 의해 기포를 생성시키는 후기포 혼합 방식보다 기포의 분율을 조절하기에 용이하고, 특히 에어로겔 파우더의 균일한 분산 제어를 위해 선기포 혼합 방식을 채용하는 것이 바람직하다. 선기포 혼합 방식에 있어 기포제를 이용하여 미리 기포를 생성시키는 방법 및 생성된 기포를 콘크리트 내에 주입하는 방법은 종래 알려진 어떠한 방법이라도 적용 가능하다.
이때 사용되는 기포제로는 입수가 용이한 동물성, 식물성 또는 광물성 기포제가 사용될 수 있으며, 2.5~5중량% 범위로 희석시켜 사용될 수 있다. 희석된 기포액은 기포 발생기를 통해 약 6bar의 기압으로 약 1,000~1,500% 발포시켜 사용될 수 이다.
상기 양생 방법은 기건양생 또는 습윤양생을 통해 수행될 수 있으며, 필요에 따라 고온, 고온/습윤, 고온/고압 등의 조건에서 수행될 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1
비중 3.14~3.15인 보통 포틀랜드 시멘트 90중량%, 고로슬래그 10중량%로 이루어진 결합재(단위결합재량 550kg/㎥)와, 결합재 1㎥ 당 0.3㎥의 에어로겔 파우더(600℃에서 열처리되어 친수화된 나노 에어로겔 파우더, 도 1 참조) 및 결합재 중량에 대하여 0.4%의 고성능감수제를 혼합하여 건비빔한 후 결합재 중량에 대하여 30%의 물을 첨가 및 1차 습비빔하여 페이스트를 제조하였다. 페이스트에 기포 발생기를 이용하여 생성된 기포군을 투입 및 2차 습비빔하여 기포 슬러리를 생성하고, 생성된 기포 슬러리를 몰드에 타설 후 7일간 양생하여 경량 기포 콘크리트를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에서 소수성 에어로겔 파우더를 유기용매(물과 이소프로필 알코올 70:30 부피비의 혼합용매)에 0.5g/ml 농도로 용해시킨 혼합물(도 2, 조건 5 참조)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 경량 기포 콘크리트를 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 소수성 에어로겔 파우더를 결합재 1㎥ 당 0.2㎥ 함량으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 경량 기포 콘크리트를 제조하였다.
실시예 4
실시예 1에서 소수성 에어로겔 파우더를 결합재 1㎥ 당 0.5㎥ 함량으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 경량 기포 콘크리트를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에서 열처리되지 않은 소수성 나노 에어로겔 파우더를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 경량 기포 콘크리트를 제조하였다.
비교예 2
실시예 1에서 500℃에서 열처리된 나노 에어로겔 파우더를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 경량 기포 콘크리트를 제조하였다.
비교예 3
실시예 1에서 선기포 방식 대신 기포제(알루미늄 분말)를 건비빔 시 투입하는 후기포 방식을 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 경량 기포 콘크리트를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 경량 기포 콘크리트에 대하여 하기 방법으로 공극률, 압축강도, 절건 단위용적중량, 열전도율 및 재료분리 여부를 측정 또는 관찰하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[측정 방법]
- 공극률: 기포 콘크리트에서 실기포율의 측정은 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 실제 계획된 기포의 혼입량을 평가함으로서 기포콘크리트의 품질을 확보하는데 중요한 평가 자료로 활용될 수 있다. 본 실험에서 이용된 공극률은 실제 기포에 의해 형성된 실기포율과 에어로겔에 의해 형성된 공극의 합산으로 구할수 있다. 실기포율 측정에 있어 기존 연구에서 이도헌 등(2001, 플라이애쉬를 혼입한 현장타설 경량기포콘크리트의 물리적 특성 및 품질관리)이 사용한 간이 소포법으로 실기포율을 측정하였다. 측정은 500ml 메스실린더에 기포 콘크리트의 시료를 200ml 넣고, 공업용 메틸알콜을 100ml 넣어, 슬러리 중의 기포만 소포시켜 눈금을 읽어 체적을 측정하여 수행되었다. 실기포율(F a )의 계산 방법은 하기 수학식 1과 같다.
Figure 112017001597510-pat00002
(수학식 1에서, W1과 W2는 각각 소포 전과 소포 후 체적(ml)이며, W3는 시료량(=200ml)이다.)
- 압축강도: KS F 2459 시험법에 따라 측정하였다.
- 절건 단위용적중량: KS F 2459 시험법에 따라 측정하였다.
- 열전도율: KS L 9016 시험법에 따라 측정하였다.
Figure 112017001597510-pat00003
표 2를 참조하면, 먼저 본 발명에 따라 시멘트 및 특정 혼화재로 이루어진 결합재, 특정 에어로겔 파우더, 물 및 기포를 일정 비율로 포함하는 경량 기포 콘크리트 조성물을 이용하여 선기포 방식으로 제조된 기포 콘크리트는 재료의 분리 없이 적정 기포율과 함께 높은 압축강도를 유지하면서도 밀도 및 열전도율이 현저히 낮아진 것을 알 수 있고, 특히 열전도율 저감을 고려할 때 열처리 방식으로 표면을 친수화시킨 나노 에어로겔 파우더를 최적 함량으로 사용할 경우(실시예 1) 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.
이에 대하여 열처리를 하지 않은 소수성 나노 에어로겔을 그대로 사용하거나(비교예 1), 열처리 온도가 낮아 친수화되지 않은 나노 에어로겔을 사용할 경우(비교예 2)에는 압축강도 및 열전도율이 상대적으로 현저히 저하되며, 이는 첨가된 에어로겔의 재료분리 현상에 기인된 것으로 보인다.
한편, 선기포 방식 대신 후기포 방식을 적용하여 제조할 경우(비교예 3)에는 재료분리 현상은 나타나지 않으나, 선기포 방식에 비해 압축강도, 밀도 및 열전도율 관련 물성이 모두 저하되는 것으로부터 경량 기포 콘크리트의 물성 개선을 위한 친수화된 나노 에어로겔 혼입에는 후기포 방식보다는 선기포 방식이 유리한 것을 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 (6)

  1. 경량 기포 콘크리트 조성물에 있어서,
    시멘트 40~100중량% 및 혼화재 0~60중량%로 이루어진 결합재;
    상기 기포 콘크리트의 밀도 및 열전도율 저감을 위한 파우더로서, 상기 결합재 1㎥ 당 0.1~0.6㎥로 포함되고, 표면 처리로 친수화된 나노 에어로겔 파우더;
    배합수로서 상기 결합재 중량에 대하여 20~40%의 물; 및
    상기 기포 콘크리트의 양생 후 부피 기준으로 20~80%의 기포;
    를 포함하는 경량 기포 콘크리트 조성물로서,
    상기 표면 처리는 소수성 에어로겔 파우더를 600~1,000℃의 온도에서 열처리하거나, 또는 물 및 유기용매 혼합액을 처리함으로써 수행되는 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기포 콘크리트는 양생 후 압축강도가 1MPa 이상, 절건 단위용적중량이 400kg/㎥ 이하 및 열전도율이 0.1W/m·K 이하인 것을 특징으로 하는 경량 기포 콘크리트 조성물.
  3. (a) 시멘트 40~100중량% 및 혼화재 0~60중량%로 이루어진 결합재와, 상기 결합재 1㎥ 당 0.1~0.6㎥의 표면 처리로 친수화된 나노 에어로겔 파우더를 혼합하여 건비빔하는 단계;
    (b) 상기 건비빔된 혼합물에 상기 결합재 중량에 대하여 20~40%의 물을 첨가 및 1차 습비빔하여 페이스트를 제조하는 단계;
    (c) 상기 페이스트에 기포 발생기를 이용하여 생성된 기포군을 투입 및 2차 습비빔하여 기포 슬러리를 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 기포 슬러리를 몰드에 타설하여 양생하는 단계;
    를 포함하는 경량 기포 콘크리트 제조방법으로서,
    상기 표면 처리는 소수성 에어로겔 파우더를 600~1,000℃의 온도에서 열처리하거나, 또는 물 및 유기용매 혼합액을 처리함으로써 수행되는 콘크리트 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 물 및 유기용매 혼합액 처리는 상기 유기용매 함량이 0.1~50부피%인 혼합액에 상기 소수성 에어로겔 파우더가 0.1~5g/ml 농도로 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
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