KR101932135B1 - 건축물 외벽 단열층의 화재확산 방지를 위한 내화성 표면마감재의 조성물 및 시공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건축물 외벽 단열층의 화재확산 방지를 위한 내화성 표면마감재의 조성물 및 시공방법에 관한 것으로, 방화구획으로 구획된 개구부 화재 발생시 화재로부터 단열재를 안전하게 보호하여 단열재를 따라 화재가 급속히 전파되는 것을 효과적으로 억제할 수 있도록 한 것이다.
이러한 본 발명에 의한 내화성 표면마감재의 조성물은, 건축물 외벽의 화재확산을 방지하기 위한 경량 내화성 표면마감재의 조성물로서,
시멘트 10~40중량%, 플라이애시 10~40중량%, 경량 잔골재 10~30중량%, 알칼리 자극제 10~50중량%, 유리 단섬유와 현무암 단섬유 중 적어도 어느 하나를 0.1~0.5중량%를 포함하여 이루어진다.
이러한 본 발명에 의한 내화성 표면마감재의 조성물은, 건축물 외벽의 화재확산을 방지하기 위한 경량 내화성 표면마감재의 조성물로서,
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Description
본 발명은 화재확산 방지를 위한 내화성 표면마감재에 관한 것으로, 특히 방화구획으로 구획된 개구부 화재 발생시 화재로부터 단열재를 안전하게 보호하여 단열재를 따라 화재가 급속히 전파되는 것을 효과적으로 억제할 수 있도록 한 건축물 외벽 단열층의 화재확산 방지를 위한 내화성 표면마감재의 조성물 및 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축물의 외단열 공법은 건축물의 외벽에 단열층을 두어 열전달을 차단할 수 있도록 한 것으로 기존의 건축물 내부에 설치되는 내단열 공법에 비해 에너지 절감의 측면에서 유리한 점이 많아 점차 보급이 확대되고 있는 추세이다.
하지만 에너지 절감 기준의 강화와 더불어 단열층의 두께가 증가하고 있고 사용되는 재료 또한 폴리스틸렌 폼을 위주로 하는 유기계 단열재가 대부분이다. 또한 석재패널, 금속패널 등의 건식 마감공법의 외벽이나 마감재 사이도 단열을 위해 유기계 단열재를 사용하거나, 금속 패널 내부에 폴리에틸렌 수지로 적층된 복합패널이 사용되고 있다.
이처럼 건축물 외벽의 단열층에 사용되는 유기계 재료는 화재에 취약한데, 외부가 시멘트계 마감재료로 불에 타지 않도록 마감되었다 하더라도 시공상의 부주의나 도 1에서 볼 수 있는 것처럼 외부로 노출된 창이나 개구부를 통해 화염이 분출되는 경우 단열층에 사용된 유기계 단열재에 쉽게 화재가 옮겨간 후 화재의 전파 통로로 이용되면서 급속히 확산되는 치명적인 문제점이 있었다.
한편, 기존의 표면마감재는 시멘트계 바인더를 주로 이용하며 모재와의 접착성 및 내구성 향상을 위해 수성 폴리머 디스퍼젼을 혼입하여 사용하는 것이 일반적이다.
하지만 시멘트계 바인더는 물과 반응하여 경화하며 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 에트린자이트(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)와 규산칼슘수화물(3CaO·SiO2·6H2O)이 순차적으로 생성되며 석고가 소비되어 미반응 간극물질과 에트린자이트의 반응을 통하여 모노설페이트 수화물(3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O)이 생성된다.
이 때문에 화재와 같은 높은 온도에서는 시멘트 수화물의 물리·화학적인 탈수가 발생하여 성능이 저하된다. 또한 모재와의 접착성 및 내구성 향상을 위한 수성 폴리머 디스퍼젼은 경화하여 폴리머 필름을 형성하는데 화재와 같은 고온에서는 열에 녹아 공극을 형성하며 강도가 크게 저하되어 단열재를 보호하지 못하고 이는 위에서 설명된 것처럼 단열재에 쉽게 화재가 옮겨간 후 화재의 전파 통로로 이용되는 단초가 되었다.
이러한 단점을 극복하기 위해 시멘트계 재료를 대처하여 시멘트와 알칼리 활성화 결합재를 이용하는 내화성 표면마감재의 개발이 필요하다. 또한 시멘트와 알칼리 활성화 결합재를 이용하는 내화성 표면마감재의 경우 기존의 시멘트계 재료에 비해 내화성능은 우수하지만 기본적으로 화재와 같은 고온에서 발생하는 신축에 따라 균열이 발생하므로 이를 저감하기 위한 방안이 필요하였다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 방화구획으로 구획된 개구부 화재 발생시 화재로부터 단열재를 안전하게 보호하여 단열재를 따라 화재가 급속히 전파되는 것을 효과적으로 억제할 수 있도록 한 건축물 외벽 단열층의 화재확산 방지를 위한 내화성 표면마감재의 조성물 및 시공방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 내화성 표면마감재의 조성물은, 건축물 외벽의 화재확산을 방지하기 위한 내화성 표면마감재의 조성물로서, 시멘트 10~40중량%, 플라이애시 10~40중량%, 경량 잔골재 10~30중량%, 알칼리 자극제 10~50중량%, 유리 단섬유와 현무암 단섬유 중 적어도 어느 하나를 0.1~0.5중량%를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 플라이애시는 메타카올린 및 글라스 분말과 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 알칼리 자극제는 포타슘 하이드록사이드나 수산화나트륨, 알칼리 실리케이트를 사용하며 pH가 12 이상의 용액을 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 내화성 표면마감재는 전술된 내화성 표면마감재의 조성물을 포함하여 이루어진 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 외벽 외단열 시스템은, 건축물의 콘크리트 외벽면에 부착되는 단열재와; 연성의 재질로 이루어져 상기 단열재의 외측 마감면에 부착된 상태에서 상기 단열재를 지지하여 화재로 인한 상기 단열재의 급작스런 붕괴를 억제하고, 감축된 표면적을 갖는 매시 형상에 의해 화염의 전파속도를 지연시켜주는 화염지연 매시와; 상기 화염지연 매시의 외측에 도포되는 내화성 표면마감재를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 화염지연 매시는 현무암섬유가 직조되어 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 화염지연 매시는 탄소섬유 또는 유리섬유가 직조되어 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 화염지연 매시는 현무암섬유와 유리섬유가 혼직되어 이루어진 하이브리드 매시로 구비되어, 화재 초기에는 상기 현무암섬유와 유리섬유가 함께 상기 단열재를 지지하고, 화재 진행으로 인해 유리섬유가 손상된 상태에서는 현무암섬유 단독으로 상기 단열재를 지지하도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 단열재는, 폐유리분말, 유리연마슬러지 중 어느 한 종이거나 이들의 혼합물로부터 선택되는 유리슬러지 75~95중량%; 플라이애시, 규석 분말, 폐콘크리트 미분말, 석분, 펄라이트 분말 중 어느 한 종이거나 두 종 이상의 혼합물로부터 선택되는 첨가제 1~20중량%; 배합 및 기포연행제로서 소듐실리케이트 1~5중량%; 상기 유리슬러지에 둘러싸인 상태에서 상기 유리슬러지의 연화점보다 높은 온도에서 기포를 생성하여 연화된 상태의 유리슬러지에 기공을 형성시키기 위해 카본블랙, 탄산칼슘, 탄산마그네슘 중 어느 한 종이거나 두 종 이상의 혼합물로부터 선택된 무기발포제 0.1~5.0중량%; 상기 유리슬러지의 융점을 낮추기 위해 붕소, 탄산나트륨 중 어느 한 종이나 이들의 혼합물로부터 선택된 융점강하제 1~10중량%를 포함하는 조성물에 의해 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 내화성 표면마감재의 시공방법은 건축물 외벽 단열층의 화재확산 방지를 위한 내화성 표면마감재의 시공방법으로서, 시멘트 10~40중량%, 플라이애시 10~40중량%, 경량 잔골재 10~30중량%를 혼합되도록 건비빔하는 제1단계와, 상기 제1단계 후 알칼리 자극제 10~50중량%를 첨가하여 믹서로 비빔하는 제2단계와, 상기 제2단계 후 유리 단섬유와 현무암 단섬유 중 적어도 어느 하나를 추가적으로 믹서에 투입하여 비빔하는 제3단계를 거쳐 내화성 표면마감재를 제조하는 단계와; 건축물의 외벽에 단열재를 부착하는 단계와; 상기 단열재가 건축물의 외벽에 부착된 상태에서 상기 단열재의 외측 마감면에 화염지연 매시를 부착하는 단계와; 상기 화염지연 매시가 부착된 상태에서 상기 단열재의 외측 마감면에 제조된 상기 내화성 표면마감재를 도포하는 단계와; 상기 내화성 표면마감재를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에 의한 건축물 외벽 단열층의 화재확산 방지를 위한 내화성 표면마감재의 조성물 및 시공방법은 방화구획으로 구획된 개구부 화재 발생시 상부로 화재가 급속히 전파되는 것을 효과적으로 억제할 수 있으며 개구부로 분출되는 화염으로부터 외단열 벽체의 단열층을 효과적으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은 화염지연 매시에 의해 단열재를 지지하여 화재로 인한 단열재의 급작스런 붕괴를 억제하는 한편, 감축된 표면적을 갖는 화염지연 매시의 매시 형상에 의해 화염의 전파속도를 효과적으로 지연시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 경량 내화성 발포 세라믹 단열재를 구비하여 기존의 소방시설로는 전혀 소화할 수 없었던 건축물 외벽 단열재를 대체하면서 화재 확산을 효과적으로 억제하고 유독성 가스가 발생하지 않도록 함으로써 화재 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 포함된 내화성 표면마감재 및 단열재는 경량 재질이면서 단열성능 또한 우수하다는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 의한 건축물 외벽 외단열 시스템의 문제를 설명하기 위한 참조도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 내화성 표면마감재가 적용된 외벽 외단열 시스템의 분해사시도
도 3은 플라이애시의 전자현미경 사진
도 4는 글라스 분말의 전자현미경 사진
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 외벽 외단열 시스템에서 하이브리드 타입의 화염지연 매시 구성을 설명하기 위한 샘플 사진
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 외벽 외단열 시스템에서 단열재의 내부 구조 및 기공의 크기를 보여주는 전자현미경 사진
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 의한 내화성 표면마감재가 적용된 외벽 외단열 시스템의 성능을 실증하기 위한 일련의 실험결과 사진
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 의한 단열재의 성능을 실증하기 위한 일련의 화재실험 사진
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 내화성 표면마감재가 적용된 외벽 외단열 시스템의 분해사시도
도 3은 플라이애시의 전자현미경 사진
도 4는 글라스 분말의 전자현미경 사진
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 외벽 외단열 시스템에서 하이브리드 타입의 화염지연 매시 구성을 설명하기 위한 샘플 사진
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 외벽 외단열 시스템에서 단열재의 내부 구조 및 기공의 크기를 보여주는 전자현미경 사진
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 의한 내화성 표면마감재가 적용된 외벽 외단열 시스템의 성능을 실증하기 위한 일련의 실험결과 사진
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 의한 단열재의 성능을 실증하기 위한 일련의 화재실험 사진
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 건축물 외벽 단열층의 화재확산 방지를 위한 내화성 표면마감재의 조성물 및 시공방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 내화성 표면마감재가 적용된 외벽 외단열 시스템의 분해사시도이고, 도 3은 플라이애시의 전자현미경 사진이며, 도 4는 글라스 분말의 전자현미경 사진이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 외벽 외단열 시스템에서 하이브리드 타입의 화염지연 매시 구성을 설명하기 위한 샘플 사진이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 외벽 외단열 시스템에서 단열재의 내부 구조 및 기공의 크기를 보여주는 전자현미경 사진이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 외벽 외단열 시스템은 단열재(110)가 화염지연 매시(120)와 함께 건축물의 콘크리트 외벽(CW)에 부착되어 있고 그에 더해 내화성 표면마감재(140)가 상기 매시(120)를 전후하여 도포되어 이루어진다.
이하, 상기 각 구성요소들을 중심으로 본 발명의 실시예에 의한 외벽 외단열 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
먼저 상기 내화성 표면마감재(140)는 건축물 외벽의 화재확산을 방지하기 위해 이한 역할을 하는 것으로 시멘트 10~40중량%, 플라이애시 10~40중량%, 경량 잔골재 10~30중량%, 알칼리 자극제 10~50중량%, 유리 단섬유와 현무암 단섬유 중 적어도 어느 하나를 0.1~0.5중량%를 포함하는 조성물에 의해 이루어진다.
여기서, 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하며, 강도를 향상시키기 위해 사용되는 플라이애시는 매타카올린 및 글라스 분말과 혼합하여 사용할 수도 있다. 플라이애시는 40중량%를 초과하면 강도를 향상시키는 효과가 낮기 때문에 40중량%가 넘지 않도록 한다. 이같은 플라이애시를 대신하여 고로슬래그와 글라스 분말 등을 사용할 수도 있다. 참고로 도 3은 플라이애시의 전자현미경 사진이며, 도 4는 글라스 분말의 전자현미경 사진이다.
상기 내화성 표면마감재(140)에 포함되는 경량 잔골재는 단열 및 차열성능을 유지하기 위해 사용하며 밀도가 낮은 것이 유리하다. 경량 잔골재는 30중량%를 초과하면 조성물의 구조가 치밀하지 못해 강도를 떨어뜨릴 수 있으므로 30중량%를 초과하지 않도록 배합한다.
상기 내화성 표면마감재(140)에 포함된 알칼리 자극제는 포타슘 하이드록사이드나 수산화나트륨, 알칼리 실리케이트를 사용하며 pH가 12 이상의 용액을 사용한다. 알칼리 자극제는 몰비에 따라 경화속도를 다르게 할 수 있으므로 가사시간과 몰비를 정하여 사용한다.
상기 내화성 표면마감재(140)에 포함된 유리 단섬유와 현무암 단섬유는 전술된 것처럼 0.1~0.5중량%를 사용하며 5~10mm의 길이의 것을 배합한다. 이처럼 내화성 표면마감재(140)에 유리 단섬유와 현무암 단섬유가 배합도면 내화성을 떨어뜨리지 않으면서도 화재로 인해 급격히 온도가 상승하였을 때 내화성 표면마감재의 신축현상으로 인해 크랙이 발생하던 문제를 효과적으로 해소할 수 있게 된다. 이같은 유리 단섬유와 현무암 단섬유는 혼합 사용하거나 둘 중 어느 한 가지를 사용할 수 있다.
상기 화염지연 매시(120)는 상기 단열재(110)의 외측 마감면에 부착되며 매시 형상으로 이루어져 있다. 상기 화염지연 매시(120)는 시공현장에서 페이스트 형태로 단열재(110)에 도포되는 내화성 표면마감재(140)가 떨어지지 않도록 지지하는 역할을 하는 것은 물론 연성의 재질로 이루어져 상기 단열재(110)의 외측 마감면에 부착된 상태에서 상기 단열재(110)를 지지하여 화재로 인한 상기 단열재(110)의 급작스런 붕괴를 효과적으로 억제하고, 최소화된 표면적을 갖는 매시 형상에 의해 화염의 전파속도를 지연시켜주는 역할도 한다.
이같은 화염지연 매시(120)는 도 5에서 볼 수 있는 것처럼 넓은 개구부들을 갖는 망사 형상의 구조를 가지며 불연 소재인 세라믹 섬유들을 적용한다. 이같은 세라믹 섬유들에는 탄소섬유, 유리섬유, 현무암섬유가 있으며, 특히 현무암섬유의 경우 상대적으로 높은 난연성능을 기대할 수 있다.
이처럼 연성의 화염지연 매시(120)가 구비되면 내화성 표면마감재(140)가 단열재(110)로부터 떨어지지 않도록 부착된 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 해주며, 상기 단열재(110)가 화재를 견디지 못하고 크랙이 발생하는 경우에도 급작스럽게 붕괴되지 않도록 지지하면서 끝까지 기능을 다할 수 있도록 돕는 역할을 하게 된다. 아울러 망사 구조에 의해 화염이 전파되는 표면적을 최소화해 화염의 전파속도를 지연하는 중요한 역할도 함께 한다.
주목할 점은 바람직한 방안으로 상기 화염지연 매시(120)로서 도 5의 샘플 사진으로 보이는 것처럼 현무암섬유와 유리섬유가 혼직되어 이루어진 독창적인 형태의 하이브리드 매시가 구비된다는 점이다. 이같은 하이브리드 매시는 유리섬유로 이루어진 매시와 유리섬유로 이루어진 매시를 엮어 놓은 형태로 이루어진다. 상기 하리브리드 매시는 고가이지만 난연성능을 높은 현무암섬유와 상대적으로 난연성능을 낮지만 저가인 유리섬유가 복합되어 가격 대비 성능을 최적화한 것이다. 상기 하이브리드 매시로 구비되는 화염지연 매시(120)의 경우 화재 초기에는 현무암섬유와 유리섬유가 함께 상기 단열재(110)를 보다 견고하게 지지할 수 있도록 하되, 화재가 한창 진행되어 유리섬유가 손상된 경우가 되더라도 현무암섬유가 최소한의 기능을 유지하면서 단열재(110)를 끝까지 지지할 수 있도록 한 것이다. 이는 설치비용을 낮추었으나 화재 대응에 있어서 가장 중요한 시기라 할 수 있는 화재 초기의 대응에서 극대화된 성능을 나타낼 수 있도록 하고, 화재가 한창 진행된 시간대에서도 끝까지 기능을 할 수 있도록 한 것이다.
상기 단열재(110)는, 폐유리분말, 유리연마슬러지 중 어느 한 종이거나 이들의 혼합물로부터 선택되는 유리슬러지 75~95중량%와, 플라이애시, 규석 분말, 폐콘크리트 미분말, 석분, 펄라이트 분말 중 어느 한 종이거나 두 종 이상의 혼합물로부터 선택되는 첨가제 1~20중량%와, 배합 및 기포연행제로서 소듐실리케이트 1~5중량%와, 상기 유리슬러지에 둘러싸인 상태에서 상기 유리슬러지의 연화점보다 높은 온도에서 기포를 생성하여 연화된 상태의 유리슬러지에 기공을 형성시키기 위해 카본블랙, 탄산칼슘, 탄산마그네슘 중 어느 한 종이거나 두 종 이상의 혼합물로부터 선택된 무기발포제 0.1~5.0중량%와, 상기 유리슬러지의 융점을 낮추기 위해 붕소, 탄산나트륨 중 어느 한 종이나 이들의 혼합물로부터 선택된 융점강하제 1~10중량%를 포함하는 조성물을 기반으로 제조된다.
이같은 단열재(110)의 조성물에서 유리슬러지는 폐유리분말과 유리연마 슬러지 단독으로 또는 양자를 혼합한 것으로 사용될 수 있지만 폐유리분말을 기본으로 하는 것이 바람직하다. 폐유리분말이나 유리연마 슬러지는 연화되어 발포 세라믹 단열재(110)의 골격을 형성하는 역할을 하게 된다. 이를 위해 상기 유리슬러지는 사용량이 70중량% 이상이 되어야 하는데, 70중량% 미만이면 골격을 형성하는 결합재로서의 양의 충분하지 않아서 발포가 되지 않고 강도가 작아지며 95중량% 이상인 경우에는 발포는 많이 이루어질 수 있으나 강도가 떨어지는 문제가 있다. 따라서 상기 유리슬러지는 전체 혼합물에서 70중량% 이상 내지 95중량% 미만의 범위에 속한 양으로 혼합되는 것이 바람직하다.
여기서 유리슬러지로 사용되는 폐유리분말이나 유리연마 슬러지는 약 700℃를 전후하여 연화점을 가지며, 이후 730℃ 정도에서 유리의 용융에 따라 발포제의 효과가 발현되는 특징이 있으며 본 발명에서는 이같은 특성을 이용하게 된다. 폐유리분말이나 유리연마 슬러지의 경우 무기발포제와 균일하게 혼합된 상태에서 상대적으로 소향 첨가되는 무기발포제를 둘러싼 상태가 되도록 하다. 유리슬러지의 원활한 발포를 위해 중요한 것으로 유리분말이나 유리연마 슬러지 자체의 연화점이 무기발포재가 본격적으로 기포를 생성하는 온도보다 낮아야 한다. 다만, 유리분말이나 유리연마 슬러지 입자의 크기가 변수로 작용한다는 점을 고려되어야 한다.
상기 단열재(110)의 조성물 중 첨가제는 플라이애시, 규석 분말, 폐콘크리트 미분말, 석분, 펄라이트 분말로부터 이루어지는데, 플라이애시, 규석 분말, 폐콘크리트 미분말, 석분, 펄라이트 분말 중 어느 한 종이거나 두 종 이상의 혼합물로부터 선택되어 1~20중량%의 양으로 첨가된다. 이같은 첨가제에서 플라이애시, 규석 분말, 폐콘크리트 미분말, 석분은 가장 널리 사용되는 혼화재로서 자체적으로 결합되는 결합성은 거의 발휘하지 못하지만 산업부산물로 값이 싸기 때문에 널리 사용된다. 이같은 첨가제의 함량이 20중량% 이상이면 단열재(110)의 제조시 작업성이 크게 저하될 뿐만 아니라 중량이 무거워지면서 단열성이 크게 저하된다. 여기서 펄라이트 분말은 플라이애시 등을 혼입한 경우 보다 가벼운 발포체를 제작하는데 유리하지만 가격이 비싸다는 단점이 있다. 한편 상기 첨가제가 5중량%를 초과하면 조성물의 표면구조가 치밀해지지 못해 강도를 향상시키는 효과가 낮다.
상기 단열재(110)의 조성물 중 배합 및 기포연행제는 소듐실리케이트를 사용하는 것이 바람직하며 상기 배합 및 기포연행제가 조성물에 첨가되면 분체상의 재료 혼합을 돕고 알칼리 성분을 부여하며, 연화된 혼합물에 각기 다른 크기의 기포가 발생하는 것을 방지하는 역할도 수행하게 된다.
상기 단열재(110)의 조성물 중 무기발포제는 카본블랙을 사용한다. 카본블랙은 나노미터 크기를 사용하며 발포제의 사용량은 0.1~3.0중량%를 사용하는데 0.1중량% 미만이면 발포가 되지 않아 단열재(110)를 제작할 수 없으며 3.0중량%를 초과하면 기공생성이 불량하고 기공이 과다성장 및 병합하여 동일한 크기의 공극을 생성할 수 없다. 또한 발포제에 의해 발생된 가스는 단열재(110) 내부에 폐쇄된 형태의 공극을 만들며 페유리분말이나 유리연마 슬러지의 구성성분과 반응에 의해 기체를 발생하게 되어 기공이 만들어지며 안정화 된다.
상기 단열재(110)의 조성물 중 융점강화제는 상기 유리슬러지의 융점을 낮추기 위해 붕소, 탄산나트륨 중 어느 한 종이나 이들의 혼합물로부터 선택된 것으로 첨가되며 1~10중량%로 소량 첨가되는 것이 바람직하다. 이처럼 융점강화제가 유리슬러지의 융점을 낮추게 되면 균일한 공극을 생성하는데 많은 도움이 된다.
한편, 전술된 단열재(110) 조성물을 사용하여 단열재(110)를 제조하기 위해서는 먼저 전술된 단열재(110) 조성물로 이루어진 분체를 제조하고, 그 제조된 분체에 소듐 실리케이트를 혼입하여 잘 섞이도록 배합한 후 건조하는 과정을 거친다. 이후, 전기로를 이용하여 적정 온도(700~900℃)에서 소성하는 단계를 거치면 된다.
본 발명의 실시예에 의한 내화성 표면마감재의 시공방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 단열재(110)를 건축물의 콘크리트 외벽(CW)에 부착한다. 이를 위해 도 2에 도시된 것처럼 접착제(130)를 이용한 습식부착도 가능하며, 앵글이나 볼트를 활용한 건식부착도 가능하다. 상기 건식부착과 습식부착 방법을 혼용한다면 보다 안정적인 부착이 가능하다.
이후, 단열재(110)가 건축물 콘크리트 외벽(CW)에 부착된 상태에서 상기 단열재(110)의 외측 마감면에 내화성 표면마감재(140)를 1차 도포하고, 화염지연 매시(120)를 부착한 후 내화성 표면마감재(140)를 1차 도포한다. 이로써 상기 내화성 표면마감재(140)가 화염지연 매시(120)를 매개로 지지되어 단열재(110) 표면으로부터 쉽게 떨어지지 않는 상태가 되며, 화염지연 매시(120)의 시공도 동시에 이루어지는 것이다.
이후, 상기 내화성 표면마감재(140)가 경화되면 전체 시공이 완료된다.
아래에서는 본 발명의 실시예에 의한 외벽 외단열 시스템에서 내화성 표면마감재의 제조와 성능을 검증하고자 진행된 실험과정을 설명하기로 한다.
[실험예1]
본 실험에서는 시멘트 20중량%, 플라이애시, 메타카올린 및 글라스 분말의 혼합분말 30중량%, 경량 잔골재 15중량%를 혼합되도록 건비빔 후 35중량% 포타슘하이드록사이드를 믹서로 1분 동안 비빔한 후 현무암 단섬유를 투입하였다. 그리고 다시 2분 동안 비빔한 후 경량 내화성 표면마감재를 제조하였다.
이렇게 제조된 내화성 표면마감재를 단열재에 1차 도포한 후 화염지연 매시를 부착하고, 이후 내화성 표면마감재를 2차 도포하여 본 발명의 실시예에 의한 내화성 표면마감재가 적용된 외벽 외단열 시스템 시편을 완성하였다.
이와 함께 본 발명의 실시예에 의한 내화성 표면마감재와 비교하기 위한 비교용 표면마감재를 일반적인 표면마감재의 제조방법에 따라 시멘트 25중량%, 잔골재 60중량% 및 혼합수 10중량%를 함유하는 조성물을 이용하여 제조하였고 동일한 방법으로 시공하여 비교용 외벽 외단열 시스템 시편을 완성하였다.
이후, 제조된 본 발명의 실시예에 의한 외벽 외단열 시스템 시편과 비교용 외벽 외단열 시스템 시편을 전기로에서 가열하여 온도변화에 따른 크랙 상태를 확인하였으며, 그 결과에 대해서는 도 7a 내지 도 7e의 사진을 통해 확인할 수 있다.
도 7a는 상온이고, 도 7b는 200℃가 되었을 때인데 이때에는 크랙이 발생하지 않아 양자 간에 차이가 없었다. 이후 도 7c는 400℃인데 이때부터 비교용 외벽 외단열 시스템 시편(사진에서 왼편)에는 크랙이 발생하기 시작하여 도 7d의 600℃, 도 7e의 800℃ 구간을 거치면서 크랙이 더 심해지는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 본 발명의 실시예에 의한 외벽 외단열 시스템 시편(사진에서 오른편)은 800℃가 되어도 크랙이 거의 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.
이같은 실험을 통해 본 발명의 실시예에 내화성 표면마감재가 개구부 화재 발생시 단열재를 효과적으로 보호하여 단열재를 따라 화재가 급속히 전파되는 기존의 문제를 해소할 수 있다는 점을 기대할 수 있다.
아래에서는 본 발명의 실시예에 의한 외벽 외단열 시스템에서 단열재의 제조와 성능을 검증하고자 진행된 실험과정을 설명하기로 한다.
[실험예2]
본 실험에서는 유리슬러지로서 폐유리분말 3,800g을 사용하였다. 폐유리분말의 밀도는 2.5g/㎤ 이었다. 폐유리분말에서 SiO2함량은 64~72% 수준, Na2O는 3~9% 수준이었으며 특히 강열감량은 2~7% 수준이었다. 첨가제로서 플라이애시는 200g을 사용하였으며 분말도가 약 3,000~3,500㎠이었다. 폐유리분말이 혼합된 분체에 소듐실리케이트와 발포제인 카본블랙 40g을 첨가하여 분체를 제조하였다.
이후, 전기로를 이용하였으며 700~900℃에서 소성하였다. 소성온도는 첨가되는 물질이나 발포제에 따라 과다 발포되는 등 전혀 다른 형상을 보일 수 있고 압축강도 및 흡수율 또한 달라지기 쉬우며, 외부피막이 형성되는 등 형태 또한 달라지는 관계로 최대한 단시간에 발포되는 조건을 고려하며 소성하고자 하였다. 이로써 제조된 발포체의 상단부 및 하단부를 절단하여 경량 내화성 단열재의 제조를 완료하였다.
이렇게 제조된 단열재에 대하여 물성을 측정하였으며, 그 결과 밀도는 0.10~0.20g/㎤, 압축강도는 0.5~1.2N/㎟, 열전도율은 0.44~0.06W/mK임을 확인할 수 있었다.
도 8a 내지 도 8c에는 위와 같이 제조된 본 발명에 따른 경량 내화성 발포 세라믹 단열재와 시중에서 판매되고 있는 EPS 단열재에 대해 모의화재를 통한 실험으로 비교한 것이다. 아래층에서 화재가 발생한(도 8a) 후 화염이 개구부를 통해 건물 윗층 외벽으로까지 전파되었을 때(도 8b)를 거친 후 도 8c에서 확인할 수 있듯이 본 발명의 실시예에 의한 단열재는 거의 손상이 없는데, EPS 단열재는 단열재에 비해 화염이 솟구치는 개구부로부터 더 멀리 떨어져 있음에도 불구하고 더 많이 손상된 것을 확인할 수 있었다.
이로써, 본 발명의 실시예에 의한 경량 내화성 발포 세라믹 단열재의 경우 기존 외벽 단열재에 비해 내화 성능이 뛰어나고 화재확산을 억제하는데 효과적임을 알 수 있었다.
이같은 실험결과들을 종합해보면 본 발명에 따른 내화성 표면마감재와 화염지연 매시 그리고 경량 내화성 발포 세라믹 단열재가 복합되었을 경우 실제 화재 발생시 화재확산을 얼마나 효과적으로 억제할 수 있는지 추정하는 것이 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
110 : 단열재 120 : 화염지연 매시
130 : 접착제 140 : 내화성 표면마감재
130 : 접착제 140 : 내화성 표면마감재
Claims (15)
- 건축물의 콘크리트 외벽면에 부착되는 단열재와;
연성의 재질로 이루어져 상기 단열재의 외측 마감면에 부착된 상태에서 상기 단열재를 지지하여 화재로 인한 상기 단열재의 급작스런 붕괴를 억제하고, 감축된 표면적을 갖는 매시 형상에 의해 화염의 전파속도를 지연시켜주는 화염지연 매시와;
상기 화염지연 매시의 외측에 도포되며, 시멘트 10~40중량%, 플라이애시 10~40중량%, 경량 잔골재 10~30중량%, 알칼리 자극제 10~50중량%, 유리 단섬유와 현무암 단섬유 중 적어도 어느 하나를 0.1~0.5중량% 포함하는 내화성 표면마감재를 포함하며,
상기 단열재는,
폐유리분말, 유리연마슬러지 중 어느 한 종이거나 이들의 혼합물로부터 선택되는 유리슬러지 75~95중량%;
플라이애시, 규석 분말, 폐콘크리트 미분말, 석분, 펄라이트 분말 중 어느 한 종이거나 두 종 이상의 혼합물로부터 선택되는 첨가제 1~20중량%;
배합 및 기포연행제로서 소듐실리케이트 1~5중량%;
상기 유리슬러지에 둘러싸인 상태에서 상기 유리슬러지의 연화점보다 높은 온도에서 기포를 생성하여 연화된 상태의 유리슬러지에 기공을 형성시키기 위해 카본블랙, 탄산칼슘, 탄산마그네슘 중 어느 한 종이거나 두 종 이상의 혼합물로부터 선택된 무기발포제 0.1~5.0중량%;
상기 유리슬러지의 융점을 낮추기 위해 붕소, 탄산나트륨 중 어느 한 종이나 이들의 혼합물로부터 선택된 융점강하제 1~10중량%를 포함하는 조성물에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 외벽 외단열 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 화염지연 매시는 현무암섬유가 직조되어 이루어진 것을 특징으로 하는 외벽 외단열 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 화염지연 매시는 탄소섬유 또는 유리섬유가 직조되어 이루어진 것을 특징으로 하는 외벽 외단열 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 화염지연 매시는 현무암섬유와 유리섬유가 혼직되어 이루어진 하이브리드 매시로 구비되어, 화재 초기에는 상기 현무암섬유와 유리섬유가 함께 상기 단열재를 지지하고, 화재 진행으로 인해 유리섬유가 손상된 상태에서는 현무암섬유 단독으로 상기 단열재를 지지하도록 한 것을 특징으로 하는 외벽 외단열 시스템. - 삭제
- 건축물 외벽 단열층의 화재확산 방지를 위한 내화성 표면마감재의 시공방법으로서,
시멘트 10~40중량%, 플라이애시 10~40중량%, 경량 잔골재 10~30중량%, 알칼리 자극제 10~50중량%, 유리 단섬유와 현무암 단섬유 중 적어도 어느 하나를 0.1~0.5중량% 포함하는 내화성 표면마감재를 제조하는 단계와;
건축물의 외벽에 단열재를 부착하는 단계와;
상기 단열재가 건축물의 외벽에 부착된 상태에서 상기 단열재의 외측 마감면에 제조된 상기 표면마감재를 1차 도포하는 단계와;
상기 표면마감재가 1차 도포된 상태에서 상기 단열재의 외측 마감면에 화염지연 매시를 부착하는 단계와;
상기 화염지연 매시가 부착된 상태에서 상기 단열재의 외측 마감면에 상기 내화성 표면마감재를 2차 도포하는 단계와;
상기 내화성 표면마감재를 경화시키는 단계를 포함하며,
상기 단열재는,
폐유리분말, 유리연마슬러지 중 어느 한 종이거나 이들의 혼합물로부터 선택되는 유리슬러지 75~95중량%;
플라이애시, 규석 분말, 폐콘크리트 미분말, 석분, 펄라이트 분말 중 어느 한 종이거나 두 종 이상의 혼합물로부터 선택되는 첨가제 1~20중량%;
배합 및 기포연행제로서 소듐실리케이트 1~5중량%;
상기 유리슬러지에 둘러싸인 상태에서 상기 유리슬러지의 연화점보다 높은 온도에서 기포를 생성하여 연화된 상태의 유리슬러지에 기공을 형성시키기 위해 카본블랙, 탄산칼슘, 탄산마그네슘 중 어느 한 종이거나 두 종 이상의 혼합물로부터 선택된 무기발포제 0.1~5.0중량%;
상기 유리슬러지의 융점을 낮추기 위해 붕소, 탄산나트륨 중 어느 한 종이나 이들의 혼합물로부터 선택된 융점강하제 1~10중량%를 포함하는 조성물에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 내화성 표면마감재의 시공방법. - 제10항에 있어서,
상기 내화성 표면마감재를 제조하는 단계는, 시멘트 10~40중량%, 플라이애시 10~40중량%, 경량 잔골재 10~30중량%를 혼합되도록 건비빔하는 제1단계와, 상기 제1단계 후 알칼리 자극제 10~50중량%를 첨가하여 믹서로 비빔하는 제2단계와, 상기 제2단계 후 유리 단섬유와 현무암 단섬유 중 적어도 어느 하나를 추가적으로 믹서에 투입하여 비빔하는 제3단계를 거쳐 이루어지는 것을 특징으로 하는 내화성 표면마감재의 시공방법. - 제10항에 있어서,
상기 화염지연 매시는 연성의 재질로 이루어져 상기 단열재의 외측 마감면에 부착된 상태에서 상기 단열재를 지지하여 화재로 인한 상기 단열재의 급작스런 붕괴를 억제하고, 감축된 표면적을 갖는 매시 형상에 의해 화염의 전파속도를 지연시켜주는 것을 특징으로 하는 내화성 표면마감재의 시공방법. - 제12항에 있어서,
상기 화염지연 매시는 현무암섬유, 탄소섬유, 유리섬유 중 적어도 어느 하나가 직조되어 이루어진 것을 특징으로 하는 내화성 표면마감재의 시공방법. - 제12항에 있어서,
상기 화염지연 매시는 현무암섬유와 유리섬유가 혼직되어 이루어진 하이브리드 매시로 구비되어, 화재 초기에는 상기 현무암섬유와 유리섬유가 함께 상기 단열재를 지지하고, 화재 진행으로 인해 유리섬유가 손상된 상태에서는 현무암섬유 단독으로 상기 단열재를 지지하도록 한 것을 특징으로 하는 내화성 표면마감재의 시공방법. - 삭제
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