KR102140796B1 - 공동주택의 층간 소음을 완화시키기 위한 층간소음 방지 구조물 - Google Patents

Abstract

온돌구조가 적용된 한국식 공동주택의 구조에서도 바닥 충격원에 의해 발생된 충격진동을 감쇠시킬 수 있는 층간소음 방지 구조물이 개시되어 있다. 이를 위하여 바닥 콘크리트가 포설된 슬래브층과, 상기 슬래브층의 상부에 배치되고, 서로 이격된 복수개의 경량 기포 콘크리트 블록으로 구성된 경량 기포 콘크리트층과, 상기 경량 기포 콘크리트층의 상부에 온수 배관이 삽입된 마감용 모르타르가 포설되는 마감용 모르타르층, 및 각 경량 기포 콘크리트 블록의 상면, 하면, 또는 이들 모두에 구비되며, 점탄성 진동 감쇠시트로 형성된 진동감쇠 시트층을 포함하는 층간소음 방지 구조물을 제공한다. 본 발명에 의하면, 온돌층에서 슬래브로 가는 충격력을 개별 진동감쇠블록이 각각 저감시켜 주고, 온돌층에서 벽체로 전달되어 수음실로 진행하는 진동력을 무게 저감으로 줄여줄 수 있으므로, 아파트 등의 공동주택에서 층간 소음의 발생을 경감시켜 줄 수 있다.

Description

공동주택의 층간 소음을 완화시키기 위한 층간소음 방지 구조물{THE STRUCTURE FOR REDUCING NOISE TRANSFER BETWEEN FLOORS}

본 발명은 공동주택에서 발생된 층간 소음을 완화시킬 수 있는 층간소음 방지 구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온돌구조가 적용된 한국식 공동주택의 구조에서도 바닥 충격원에 의해 발생된 충격진동을 감쇠시킬 수 있는 층간소음 방지 구조물에 관한 것이다.

일반주택, 아파트, 및 업무용 또는 상업용 건물의 경우 사람이 거주하거나 각종 활동을 하는 공간이므로, 인간이 안전하면서도 쾌적하게 생활을 영위할 수 있는 조건을 만족시키도록 그 내장재 등이 개선되고 발전되어 오고 있다.

현재 일반적인 주거형태로서 공동주택의 경우 층간 소음 차단과 단열을 만족시키는데 있어서, 단열 문제는 대체적으로 만족스러우나 층간 소음 차단문제는 아직도 심각한 사회문제로 되어 있다.

아파트 등의 공동주택에 거주하면서도 독립적이고 쾌적한 환경을 요구하는 현대인들에게 소음 차단문제는 반드시 해결되어야 할 과제로 부각되고 있다.

종래의 층간소음 제어를 위해 제안된 뜬 바닥구조는 그 모델 개념이 1자유도 진동계 모델로 바닥의 경계조건이 프리(free)-프리(free) 구조로 가정하여 제안된 모델이다.

이 모델을 제안한 독일은 공동주택 내 경량충격음에 대한 문제가 있어 뜬 바닥구조를 사용하였고, 충분히 제어를 할 수 있었다. 이와 같은 뜬 바닥구조는 탄성이라는 개념에서 바닥에 가해지는 충격력을 특정 주파수까지만 저하시킬 수 있고, 이로 방사된 소음이 250Hz 이상에서만 관심을 가지고 있기 때문에 충분히 만족한 제어를 할 수 있는 시스템이다.

그러나 한국의 주거공간은 독일과 다르게 좌식생활을 하고, 또 대부분의 주택형태가 온돌, 벽식 구조가 주를 이루는 공동주택이다. 이러한 공동주택은 벽식 구조 하에 공간이 구성되고, 상기 벽식 구조는 공간을 구성하고 있는 모든 면인 벽, 바닥, 천장이 일체화된 구조이며, 상기 공동주택은 온돌 구조로 바닥을 마무리하고 있는 2중 구조를 갖는다.

이와 같은 온돌 구조는 단열 성능을 유지해야 하기 위한 것으로, 슬래브 위에 단열을 유지시킬 수 있는 제품을 설치한다. 이러한 바닥구조에서 바닥에 충격이 가해질 시 온돌 구조와 벽식 구조가 다르게 거동을 하게 되어 한국식 층간소음을 보이게 된다. 이 소음은 경량충격음 보다 중량충격음에서 더 큰 문제를 보이고 있으며, 중량충격음에 대한 불만 호소가 큰 이유도 대부분의 공동주택이 한국식 주거형태가 적용되어 있기 때문이다. 여기서, 중량충격음이란 저주파(125Hz이하)에서 더 큰 불쾌감을 유발시키는 소음을 의미한다.

이러한 층간 소음을 방지하기 위한 종래의 방법으로는 바닥층을 시공할 때 바닥 콘크리트 슬래브 상부에 발포합성고무 또는 폴리에틸렌 폼으로 된 완충재를 포설하여 완충재층을 형성하고, 그 상부에 경량 기포 콘크리트를 타설하여 경량 기포 콘크리트층을 형성한 후, 상기 경량 기포 콘크리트층 상부에 온수 배관이 삽입되는 마감용 모르타르를 시공하는 방법이 사용되어 왔다.

그러나, 상기 완충재를 포설하고 경량 기포 콘크리트를 타설하여 층간 소음을 차단하는 종래 방법은 아이들이 뛰어 노는 소음원인 중량충격원 중 저주파대역(63Hz, 125Hz)의 차단에는 한계가 있으므로, 공동주택의 상하층 이웃 간의 불화가 끊이지 않고 발생하고 있는 실정이다.

건교부에서는 중량충격음의 차단 성능에 대한 법적 최저기준[경량 충격음(작은 물건이 떨어지는 소리)은 58dB 이하, 중량충격음(어린이가 뛰는 소리)은 50dB 이하]을 마련하여 시행중에 있으며, 특히 2006년 1월부터 시행된 주택성능등급표시제도(주택법 제 21조의 2)는 주택을 분양받고자 하는 수요자에게 입주자 모집 공고 시 중량충격 등 성능에 대한 정보를 제공해 줌으로써 선호도에 따라 주택을 선택할 수 있는 기회를 부여함과 동시에 표시된 성능수준으로 주택을 건설하게 함으로서 쾌적한 주거환경의 확보를 목적으로 음환경을 비롯해 5개 분야에 대해 성능표시를 하도록 법제화하고 있다. 특히, 상기의 제도에서 음환경 성능 항목으로 규정하고 있는 주된 성능표시 항목으로 바닥충격음 차단성능(경량충격음, 중량충격음)이 매우 비중 높게 다루어지고 있으나, 종래의 기술로는 공동주택의 층간 바닥충격음중 경량충격음 58dB 이하 및 중량충격음 50dB 이하의 규정을 만족시킬 수 없다는 문제점이 있었다.

이에 따라, 최근에는 바닥충격음의 저감 공법이 개발되고 있다.

예를 들면, 제시된 모든 공법의 기본 개념은 도 1과 같은 바닥충격음 발생모델을 근간으로 제시되어 온 방법이다.

이러한 바닥충격음 발생모델은 1 자유도계 진동 해석모델로, 마감재와 슬래브의 경계조건은 프리-프리인 상태이고, 청음공간인 수음공간은 자유공간으로 보고 있다. 이러한 모델 개념도는 마감재(10)에 가해지는 충격력을 슬래브(20)로 전달할 시 마감재(10)의 탄성력으로 충격력을 저감시키는 방법으로는 아주 우수한 방법이고, 이는 기계와 조선분야에서 많이 적용하는 개념으로 상당한 효과를 보고 있다. 이 시스템은 1개의 요소의 제어만으로 효과를 볼 수 있다. 또한, 이러한 모델을 기반으로 제안한 독일의 뜬 바닥구조는 슬라브(30) 위에 카페트와 같은 마감재(10)를 깔기 때문에 문제 소음인 경량충격음의 범위인 250Hz이상을 제어하기에는 충분한 모델이 되어 왔다. 그러나 한국의 공동주택의 구조는 이와 같은 해석모델로 접근하기에는 상당한 차이가 있다. 다시 말해, 한국의 바닥구조는 온돌, 벽식 구조이므로, 도 1과 같은 바닥충격음 발생모델에서는 층간소음이 발생될 뿐만 아니라 다양한 진동도 존재한다. 이러한 이유로 중량충격음의 저감에는 그 한계가 있다. 특히 온돌, 벽식 구조에서 도 1을 근간으로 제안된 뜬 바닥구조는 중량충격음의 주요 영향요소인 125Hz 이하에서 오히려 높게 나타나는 경향이 있다.

이에 따라, 한국의 공동주택에서는 중량충격음의 주요 불만요소인 저음에 대한 불만을 해결하지 못하고 있고, 단일평가도 만족시키지 못하고 있다. 탄성체를 사용한 마감재의 두께를 증가시켜 충격력을 제어하여, 중량충격음 저감을 시도한 기술이 개발되었으나, 이러한 기술은 현재 온돌구조에서 소비자들의 요구인 보행감과 온돌구조의 안정성을 만족시켜 주지 못하고 있어 건설시장에서 외면 받고 있는 실정이다.

도 2는 한국 공동주택에서 발생하는 층간소음의 해석모델을 나타내는 도면이다.

도 1과 달리, 도 2는 슬래브(20) 위에 마감재(10)가 아닌 온돌구조(30)가 있고, 온돌구조(30) 위에 마감재(10)를 설치한다. 또한, 벽(40)과 슬래브(20)가 일체화 되어 있으며, 수음실(50)의 소음은 도 1과 달리 열린공간이 아닌 닫힌 공간으로 공진모드가 발생하게 된다.

도 1과 도 2에서 가장 중요하게 다른 점은 구조체가 일체화 된 부분과, 저감 시스템 위에 상당한 무게의 구조가 존재한다는 점이다. 이는 한국의 온돌문화에서 비롯된 점으로 바닥충격음 발생 모델의 진동해석 개념을 다르게 접근해야 하는 이유가 된다. 또한, 뜬 바닥구조의 모델을 제시한 독일은 신을 신고 생활하고, 실질 문제인 층간소음은 경량충격음이기에 한국의 공동주택에서 발생하는 소음은 구조의 차이에서부터 차이가 난다. 아울러, 완충재는 효능을 발휘하는 범위가 탄성이나 도 2와 같이 상당한 무게가 완충재에 재하하중으로 작용할 시 탄성을 발휘하기 어려운 경우 즉, 소성의 특성을 보이게 되며, 이는 일정 시간이 경과 후 그 효과를 감하게 되는 원인이기도 한다. 그리고 충격원의 충격으로 인해 바닥온돌구조가 1차 충격을 슬래브(20)에 전달 후 탄성감쇠가 진행되면서 2, 3차 슬래브에 충격을 전달하게 되어 슬래브의 고체음의 여음을 길게 끌러 가는 원인이기도 한다.

도 3은 벽식 구조 내 기존 뜬 바닥구조의 진동 전달과 저감원리에 대한 상세모델을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 벽식 구조 내에서 상층부에 충격력이 작용할 때 바닥구조는 진동을 하게 되고, 이는 여러 가지 형태로 거동을 하여 굴절파를 발생시키게 된다.

이러한 굴절파는 하층부의 공간을 구성하는 고체에 전달되고, 이는 공기로 방사되어 공기전달음을 수음자가 듣게 된다. 이를 고체음이라 한다.

상기 고체음은 상층부에서 충격에 의해 발생한 진동이 고체 즉, 천장, 벽, 바닥을 매질로 전달하여 하층부의 공기를 매질로 수음자에게 전달되어 공기 전달음과 같이 인식되는 음이다.

그리고 고체음은 종파, 회파, 굴곡파가 있으나, 주요 요소는 굴곡파이다. 상기 굴곡파는 곡률변화에 대한 탄성에 의해 생기는 파이이고, 굴곡파는 도 3과 같은 형태로 거동을 하며 음향방사가 이루어진다.

이러한 고체음은 고체를 매질로 전달하기 때문에 상층부에 충격이 가해질 시 온돌구조(30)에서 슬래브(20)로 충격력이 전달되고, 이는 하층부 벽과 바닥에 진동으로 전달되어 굴절파를 발생시켜 방사된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 온돌구조(30)의 진동은 완충재의 체적탄성과 형상탄성 중 형상탄성에 의해 진동을 저감을 시키는 원리이다. 그러나, 완충재의 특성상 온돌구조의 하중이 시간의 흐름에 의해 부피의 변화도, 형상의 복원도 이루질 수 없는 탄성변형 능력이 소멸된 소성변형에 도달하게 된다.

도 3의 모델은 도 1의 모델해석에서 도출된 개념으로, 중주파수 이상에서는 영향력을 발휘 할 수 있으나, 중량충격음의 주요 영역인 125Hz 이하에서 방사되는 고체음을 절연하지 못하는 한계가 있을 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 더 커지는 경우를 보이고 있다. 이는, 완충재 등 마감재(10)에 사용된 기존 재료가 탄성체이고, 벽식 구조가 탄성변형을 하는 재료이기에 탄성층에 의한 감쇠가 저주파에서는 효과를 보이고 있지 못하기 때문이다.

더욱이, 발포합성고무, 경량 기포 콘크리트 및 폴리우레탄 폼 등의 재료를 사용한 뜬 바닥구조로는 저주파수 대역 내지 경량 충격음 58dB 이하 및 중량충격음 50dB 이하의 소음 차단에 한계가 있다.

대한민국 공개특허 제10-2016-0103658호(2016.09.02 공개) 대한민국 등록특허 제10-1323476호(2013.10.31 공고) 대한민국 등록특허 제10-0839203호(2008.06.17 공고) 대한민국 등록특허 제10-0750890호(2007.08.22 공고)

따라서, 본 발명의 목적은 바닥온돌구조의 하중을 줄여서 온돌구조에서 슬래브로 전달되는 1차 충격력을 줄여주고, 반복되는 진동을 감소시켜 고체음의 크기를 줄여주는 층간소음 방지 구조물을 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 바닥 콘크리트가 포설된 슬래브층과, 상기 슬래브층의 상부에 배치되고, 서로 이격된 복수개의 경량 기포 콘크리트 블록으로 구성된 경량 기포 콘크리트층과, 상기 경량 기포 콘크리트층의 상부에 온수 배관이 삽입된 마감용 모르타르가 포설되는 마감용 모르타르층, 및 각 경량 기포 콘크리트 블록의 상면, 하면, 또는 이들 모두에 구비되며, 점탄성 진동 감쇠시트로 형성된 진동감쇠 시트층을 포함하는 층간소음 방지 구조물을 제공한다.

본 발명에 의하면, 온돌층에서 슬래브로 가는 충격력을 개별 진동감쇠블록이 각각 저감시켜 주고, 온돌층에서 벽체로 전달되어 수음실로 진행하는 진동력을 무게 저감으로 줄여줄 수 있으므로, 아파트 등의 공동주택에서 층간 소음의 발생을 경감시켜 줄 수 있다.

또한, 본 발명은 상부에서 오는 진동을 절연하고, 진동감쇠블록으로 전달된 진동이 수평으로 이동하지 못하도록 진동절연을 하여 슬래브로 전달되는 진동에너지를 줄여 줄 수 있다.

도 1은 종래 층간소음 방지구조의 해석모델을 나타내는 도면이다.
도 2는 한국 공동주택에서 발생하는 층간소음의 해석모델을 나타내는 도면이다.
도 3은 벽식 구조 내 기존 뜬 바닥구조의 진동 전달과 저감원리에 대한 상세모델을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물에서 발생하는 층간소음의 해석모델을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물의 진동 전달과 저감원리에 대한 상세모델을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물의 일 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 진동 감쇠시트가 부착된 경량 기포 콘크리트의 일 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 가진실 중량충격원이 낙하될 때 가진신호를 검출하는 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 공동주택의 층간 소음을 완화시키기 위한 층간소음 방지 구조물(이하, '층간소음 방지 구조물'이라 약칭함)을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물에서 발생하는 층간소음의 해석모델을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물의 진동 전달과 저감원리에 대한 상세모델을 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물의 일 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 4 내지 도 6를 참조하면, 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물은 바닥온돌구조의 하중을 줄여서 온돌층에서 슬래브로 전달되는 1차 충격력을 줄여주고, 반복되는 진동을 감소 또는 제어로 고체음의 크기를 줄여주기 위한 구성이다.

구체적으로, 상기 층간소음 방지 구조물은 바닥 콘크리트가 포설된 슬래브층(100)과, 상기 슬래브층(100)의 상부에 배치된 복수개의 경량 기포 콘크리트 블록(210)으로 이루어진 경량 기포 콘크리트층(200)과, 상기 경량 기포 콘크리트층(200)의 상부에 포설된 마감용 모르타르층(300), 및 각 경량 기포 콘크리트 블록(210)의 상면, 하면, 또는 이들 모두에 구비된 진동 감쇠시트(410)로 이루어진 진동감쇠 시트층을 포함한다.

이러한 층간소음 방지 구조물은 도 4와 같이 층간소음 방지 구조물은 마감용 모르타르층(온돌층)에서 벽체(600)로 전달되어 수음실(500)로 진행하는 진동력을 무게 저감으로 줄여주는 역할을 수행한다.

본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물은 도 5에 도시된 바와 같이 모든 주파수에서 진동 저감의 효능을 상승시킨다.

따라서, 본 발명은 온돌층의 하중 감소시키고, 경량 기포 콘크리트층(200)의 블록화로 각 블록별 충격력 저감과 진동절연을 처리하며, 온돌층의 경량 기포 콘크리트층(200)의 하중분산으로 인한 경량 기포 콘크리트 블록(210)의 수직 진동절연과 수평 진동절연을 시행한다. 또한, 본 발명은 경량 기포 콘크리트 블록(210)별 개별 진동 저감이 바닥 전체구조의 미세 전단변형의 억제를 통해 슬래브의 굴곡파를 제어하고, 경량 기포 콘크리트 블록(210)에 부착된 진동 감쇠시트(410)를 통해 각 블록(210)별로 진동제어를 수행한다.

이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물은 슬래브층(100)을 포함한다.

상기 슬래브층(100)은 공동주택의 층과 층 사이에 바닥 콘크리트가 포설된 구성이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물은 경량 기포 콘크리트층(200)을 포함한다.

상기 경량 기포 콘크리트층(200)은 상기 슬래브층(100)의 상부에 배치되는 것으로, 서로 이격된 복수개의 경량 기포 콘크리트 블록(210)으로 구성된다.

이러한 경량 기포 콘크리트층(200)은 마감용 모르타르층(300)에서 슬래브로 가는 충격력을 개별 경량 기포 콘크리트 블록(210)을 통해 각각 진동저감을 수행하며, 서로 분리된 경량 기포 콘크리트 블록(210)으로 진동절연을 해 준다.

상기 경량 기포 콘크리트 블록(210)의 가로, 세로의 길이는 각각 300 내지 600mm 정도가 되는 정사각면체 형상이 진동 감쇠 효과 및 작업성 면에서 가장 바람직하고, 높이는 20 내지 60mm이 가장 바람직하지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고 경량 기포 콘크리트 블록(210)은 정육각면체, 직육각면체, 삼각면체, 사각면체, 육각면체, 팔각면체 등 다양한 형상으로 제작하는 것이 가능하다.

상기 경량 기포 콘크리트 블록(210)은 석회석(CaCO₃)이나 슬러지(Sludge) 등의 축열성 물질을 이용하여 제작한 것을 사용할 수 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물은 마감용 모르타르층(300)을 포함한다.

상기 마감용 모르타르층(300)은 상기 경량 기포 콘크리트층(200)의 상부에 온수 배관이 삽입된 마감용 모르타르가 포설된 구성이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물은 진동감쇠 시트층을 포함한다.

상기 진동감쇠 시트층은 상부에서 오는 진동을 절연하고, 블록(210)에서 발생하는 진동을 수평으로 이동하지 못하도록 진동절연을 하여, 하부로 전달되는 진동에너지를 줄여 주는 것으로, 각 경량 기포 콘크리트 블록(210)에 부착된 진동 감쇠시트(410)들로 형성된다.

상기 진동 감쇠시트(410)는 각 경량 기포 콘크리트 블록(210)의 상면, 하면, 또는 이들 모두에 구비된다. 필요에 따라, 상기 진동 감쇠시트(410)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 경량 기포 콘크리트 블록(210)의 이웃하는 측면에 부착될 수 있다. 즉, 진동 감쇠시트(410)가 서로 이웃하는 경량 기포 콘크리트 블록(210)의 측면에 부착되면, 경량 기포 콘크리트 블록(210)과 경량 기포 콘크리트 블록(210) 사이에 진동 감쇠시트(410)가 개재되어 진동 감쇠 효과가 향상된다.

구체적으로, 진동 감쇠시트(410)는 일정 크기의 정육면체, 직육면체, 삼각면체, 사각면체, 팔각면체 등 다양한 형상을 가지며, 경량 기포 콘크리트 블록(210)의 표면에 부착됨으로써 경량 기포 콘크리트 블록(210)과 함께 진동 감쇠블록을 구현한다.

상기 진동 감쇠시트(410)는 경량 기포 콘크리트 블록(210)의 표면에 절삭 부착되며, 1 내지 20mm의 두께에서 진동 감쇠의 효과를 발휘하는데 바람직하나, 3mm의 두께가 진동 감쇠의 효과와 경제성면에서 가장 바람직하고, 1mm 미만에서는 시공효과가 급격히 저하된다. 이때, 진동 감쇠시트(410)는 점성을 가지고 있기 때문에 상기 경량 기포 콘크리트 블록(210)에 부착할 때 큰 힘을 가하지 않아도 잘 부착되고 쉽게 떨어지지 않는다.

또한, 진동 감쇠시트(410)는 경량 기포 콘크리트 블록(210)의 2-4 측면에 부착하여 사용할 수 있고, 더 나아가 상기 경량 기포 콘크리트 블록(210)의 2-4 측면, 상면, 저면에도 부착하여 상, 하부 쪽으로도 전단 변형이 전달되지 않도록 할 수 있다. 또한, 상기 진동 감쇠시트(410)에서 진동을 감쇠하여 공진 현상을 제어하므로, 소음 방지에 탁월한 효과를 제공한다.

그리고 상기 진동 감쇠시트(410)는 진동 감쇠용 점탄성 조성물로 구성된다. 여기서, 진동 감쇠용 점탄성 조성물은 물체에 힘이 가해질 때 탄성변형과 점성을 지닌 흐름이 동시에 나타나는 재료이다.

특히, 저주파수(63Hz, 125Hz)에서의 큰 에너지와 파장이 불쾌하고 시끄러운 소음 특성을 나타내게 되는데, 본 발명에 의한 진동 감쇠시트(410)는 저주파수에서의 충격음을 저감하는 특성을 나타내고, 온도 변화에 따른 진동 감쇠재의 물성 변화에서도 진동 감쇠 특성과 내구성을 가지고 있으므로 장기적으로도 탁월한 소음 저감 효과를 제공한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 진동 감쇠용 점탄성 조성물은 물 10 내지 20 중량부, 바인더 10 내지 30 중량부, 제1 무기안료 20 내지 40 중량부, 그리고 제 2 무기안료 10 내지 25 중량부를 포함할 수 있다.

상기 바인더로는 아크릴계 고분자, 실리콘계 고분자, 우레탄계 및 아크릴-실리콘 공중합 고분자물질로 이루어지는 군에서 하나 이상 선택되는 고분자 합성 에멀전을 사용할 수 있다. 상기 바인더의 함량이 상기 범위 미만이면 진동 감쇠성이 저하되고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 조성물의 제작을 위한 혼합 과정에서 균일한 혼합이 어려우며, 시트 제작 시 연성이 증가하여 제품형상의 어려움과 에너지 소비가 증가에 의한 작업성이 저하된다.

상기 제1 무기안료는 다공질 분상체 15 내지 25 중량부, 소다장석 20 내지 30 중량부, 내화점토 20 내지 30 중량부, 도석 15 내지 25 중량부, 토르말린 5 내지 15 중량부, 그리고 흑활석 5 내지 15 중량부를 포함한다.

상기 다공질 분상체는 규조토, 백토, 황토, 차점토, 알로펜, 패분, 이산화규소, 산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 숯, 활성탄, 벤토나이트, 버미큘라이트, 세피올라이트, 제올라이트, 포졸란 및 마크로시멘트로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된다. 이때, 다공질 분상체는 상기 성분들을 미세입자로 가공하여 다공질 표면적을 증대시켜 혼합 사용하는 것이다.

상기 다공질 분상체를 15 중량부 미만의 양으로 사용하면 도막의 단위 면적당 특수 기능성 함량이 낮아져 제1 무기안료의 물리적 특성인 내후성이 저하되며, 구조체의 진동을 저감시키는 기능이 저하된다. 반대로 다공질 분상체를 25 중량부를 초과하여 사용하면, 진동 감쇠시트(410)의 내구성이 떨어지는 문제가 발생한다.

상기 제1 무기안료는 소다장석 20 내지 30 중량부를 포함한다. 이때, 소다장석 총중량의 20 중량부 미만의 양으로 사용하면 내오염성 및 부착력이 저하되며, 30 중량부를 초과의 양으로 사용할 경우 내오염성이 떨어지는 문제가 발생한다.

상기 제1 무기안료는 내화점토 20 내지 30 중량부를 포함한다. 이러한 내화점토는 차점토와 달리 난연 성능을 개선하기 위한 내화 성분이 있는 점토이다. 상기 내화점토를 20 중량부 미만으로 사용하면 내화성능이 저하되며, 30 중량부를 초과하여 사용하면 내오염성이 저하되는 문제점이 있다.

상기 제1 무기안료는 도석 15 내지 25 중량부를 가진다. 이러한 도석은 본 조성물로 구성된 진동 감쇠시트(410)가 일정한 두께를 형성하도록 작용을 한다. 이때, 도석의 사용량이 15 중량부 미만이면 진동 감쇠시트(410)의 최적의 두께를 나타낼 수 없으며, 25 중량부를 초과하면 상기 진동 감쇠시트(410)의 내구성이 떨어져 본 발명의 목적을 달성하기 어렵다.

상기 제1 무기안료는 토르말린 5 내지 15 중량부 및 흑활석 5 내지 15 중량부를 포함한다. 상기 토르말린 및 흑활석의 사용량이 각각 5중량부 미만이면 진동 감쇠시트(410)의 물리적 특성 중 결로방지 성능이 저하되며. 사용량이 15 중량부를 초과하면 진동 감쇠시트(410)의 내오염성이 열화되는 문제가 발생하다.

한편, 제 2 무기안료는 다공질 분상체와 내화점토를 포함한다.

구체적으로, 상기 다공질 분상체는 규조토, 백토, 황토, 차점토, 알로펜, 패분, 이산화규소, 산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 숯, 활성탄, 벤토나이트, 버미큘라이트, 세피올라이트, 제올라이트, 포졸란 및 마크로시멘트로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것으로서, 70 내지 80 중량부를 사용한다.

상기 다공질 분상재료의 사용량이 70 중량부 미만이면 본 발명의 기능성 특성인 진동 감쇠 특성이 저하되며, 80 중량부를 초과하면 진동 감쇠시트(410)의 수축력이 높아져 표면 크랙이 발생하는 원인이 된다.

상기 내화점토의 사용량이 20 중량부 미만이면 내화성능이 저하되며, 30 중량부를 초과하면 내오염성이 저하된다.

본 발명의 진동 감쇠용 점탄성 조성물을 1 내지 20mm의 두께를 가지도록 판상으로 하여 진동 감쇠시트(410)를 제조한다.

상기 진동 감쇠용 점탄성 조성물을 이용하여 본 발명 판상 즉, 시트화 하는 방법으로는, 압출 성형기에 진동 감쇠용 점탄성 조성물을 넣고 티 다이(T-Die)를 이용하여 일정 두께로 압출 성형하는 방법, 또는 상하로 배치된 양 롤러 사이에 본 발명의 진동 감쇠용 점탄성 조성물을 삽입하고 압착하여 성형하는 방법, 또는 압출 성형기에 진동 감쇠용 점탄성 조성물을 넣고 티 다이를 통과하여 압출 성형한 후 다시 롤러로 압착하여 성형하는 복합 성형방법 등이 채택 가능하나, 본 발명의 진동 감쇠용 점탄성 조성물의 판상 즉, 시트화는 상기 어떠한 방법으로도 성형할 수 있는 것은 물론이다.

이와 같이, 본 발명의 진동 감쇠시트(410)는 용도에 따라 1 내지 20mm의 두께를 갖도록 형성되며, 상기 시트의 길이와 폭은 특별히 제한되지 않는다.

마감용 모르타르층(300)에서 슬래브층(100)과 벽체(600)로 전달되어 수음실(500)로 진행하는 진동력은 온돌층 부분의 하중 저감으로 진동력을 줄여주고, 하중 저감을 시킨 분리된 블록이 진동감쇠 효과를 얻기 위하여 진동 감쇠시트(410)를 접착한 후 사용함으로써, 상기 진동 감쇠시트(410)는 물체에 충격원으로부터 힘이 가해질 때 탄성변형과 점성을 지닌 흐름이 동시에 나타나서 상부에서 오는 진동과 블록에서 발생하는 진동을 수평으로 이동하지 못하도록 진동절연을 하여, 벽식 구조에 전달되는 진동에너지를 줄여 준다.

다시 말해, 충격원으로 부터 마감용 모르타르층(온돌구조)에 전달되는 충격력이 경량 기포 콘크리트층(200)의 경량 기포 콘크리트 블록(210) 중 특정의 경량 기포 콘크리트 블록(210)에 전달된 경우, 경량 기포 콘크리트층(200) 전체에서 전단 변형이 생기지 않도록 경량 기포 콘크리트층(200)을 일정크기의 블록 형상으로 나누어 일정크기의 블록으로 제작함과 동시에, 상기 경량 기포 콘크리트 블록(210)의 2-4 측면에 상기 진동 감쇠시트(410)를 부착하여 충격력이 가해진 특정의 진동 감쇠블록에서만 전단 변형이 일어나도록 하고 다른 진동 감쇠블록에는 전단 변형이 전달되지 않도록 한다.

도 8은 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 층간소음 방지 구조물은 완충재층(700)을 포함한다.

상기 완충재층(700)은 슬래브층(100)과 진동감쇠 시트층 사이에 포설되는 것으로, 온돌 바닥구조에서 바닥에 가해진 충격에 의하여 바닥구조가 진동할 때 음에너지를 흡수하거나 완화시키는 역할을 수행한다.

이러한 완충재층(700)은 건물의 슬래브층과 온돌층 사이에 음교(sound bridge)가 발생되지 않도록 하기 위한 조치로서, 바닥충격음을 줄이기 위해 층간소음 방지 구조물에 적용된 구성이다.

또한, 완충재층(700)은 40 내지 50 ㎜의 두께를 갖는 완충재로 구성된다. 이때, 완충재로는 크게 EPS(발포폴리스티렌), 폐 우레탄계열, EVA(에틸렌 비닐아세테이트), 발포 PE(폴리에틸렌), EPP(발포폴리프로필렌), 유리섬유 및 락울, 폐타이어, 압축 폴리에스테르, 그리고 이러한 완충재들을 조합한 복합소재 등을 사용할 수 있으며, EPS(발포폴리스티렌)와 복합소재를 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예 및 실험예를 통하여 보다 구체적으로 기술한다. 다만 본 실시예 및 실험예는 상술한 발명의 특정예의 이해를 돕기 위한 것으로 이에 의하여 권리범위 등이 제한적으로 해석되어서는 아니된다.

[실시예 1]

1. 슬래브층의 두께가 210㎜가 되도록 바닥 콘크리트를 포설하였다.

2. 40 ㎜의 두께를 갖는 경량 기포 콘크리트 블록의 하면과 상면에 각각 3㎜ 두께의 진동 감쇠시트를 부착시킨 후, 복수개의 경량 기포 콘크리트 블록이 서로 밀착되도록 상기 슬래브층의 상부에 배치하여 경량 기포 콘크리트층을 형성하였다.

3. 상기 경량 기포 콘크리트층의 상부에 온수 배관이 삽입된 마감용 모르타르를 포설하여 40㎜ 두께의 마감용 모르타르층(300)을 형성하여 층간소음 방지 구조물을 생성하였다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일한 방법으로 층간소음 방지 구조물을 생성하되, 경량 기포 콘크리트 블록의 하면과 상면에 진동 감쇠시트를 부착하는 대신 경량 기포 콘크리트 블록의 하면과 4측면 및 상면에 진동 감쇠시트를 부착하여 층간소음 방지 구조물을 생성하였다.

[실시예 3]

실시예 2와 동일한 방법으로 층간소음 방지 구조물을 생성하되, 진동 감쇠시트가 부착된 경량 기포 콘크리트 블록과 슬래브층 사이에 30㎜ 두께의 완충재를 추가로 설치하여 층간소음 방지 구조물을 생성하였다.

[비교예]

1. 슬래브층의 두께가 210㎜가 되도록 바닥 콘크리트를 포설하였다.

2. 30㎜ 두께의 완충재를 상기 슬래브층의 상부에 배치하여 완충재층을 형성하였다.

3. 40 ㎜의 두께를 갖는 경량 기포 콘크리트 판을 상기 완충재의 상부에 배치하여 경량 기포 콘크리트층을 형성하였다.

4. 상기 경량 기포 콘크리트층의 상부에 온수 배관이 삽입된 마감용 모르타르를 포설하여 40㎜ 두께의 마감용 모르타르층(300)을 형성하여 층간소음 방지 구조물을 생성하였다.

[실험예 1]

실시예 1 내지 3과 비교예를 통해 생성된 층간소음 방지 구조물에 대한 경량충격음과 중량 충격음에 대한 시험을 실시하였고, 그 결과는 아래의 [표 1]로 나타내었다. 이때, 상기 바닥충격음 차단성능의 측정은 KS F 2810-1 및 2810-2에서 규정하고 있는 방법의 의하여 실시하되, 경량충격음레벨 및 중량충격음레벨을 측정하였다. 그리고 수음실에 설치하는 마이크로폰의 높이는 바닥으로부터 1.2m, 벽면 등으로부터 0.75m(수음실의 면적이 14m² 미만인 경우에는 0.5m) 떨어진 지점에서 경량충격음은 150~2150Hz, 중량충격음은 50~630Hz를 1/3옥타브로 측정 후, 1/1옥타브로 변경 후 각 보정작용을 거쳐, KS F 2863-1 및 2863-2에서 규정하고 있는 평가방법 중 역A특성곡선에 의한 평가방법을 이용하여 평가하였다.

[표 1]을 참조하면, 전 주파수에 걸쳐 실시예 1 내지 3의 구조가 비교예의 구조보다 감쇠 효과가 우수함을 알 수 있었다. 특히, 중량 충격원의 충격에너지가 집중되어 있는 100 Hz 이하 주파 대역수인 63 Hz에서, 실시예 1 내지 3의 구조가 비교예의 구조보다 감쇠 효과가 우수함을 알 수 있었다.

[실험예 2]

실시예 1 내지 3과 비교예를 통해 생성된 층간소음 방지 구조물에 대한 고유 진동수, 가속도 및 진동 레벨 변화에 대한 시험을 실시하였고, 그 결과는 아래의 [표 2]로 나타내었다. 여기서, 본 발명의 마감용 모르타르층은 마감 몰탈로 기재하였다.

이때, 진동측정은 시험시공 세대의 마루 바닥재와 석고보드 등 마감재를 시공하기 전 마감재와 골조사이 결합구조의 특성에 따라 소음 방사 특성과는 무관한 공진 등이 발생할 수 있는 요소를 제거한 맨 슬래브 상태의 진동을 측정하고, 완충재층과 진동감쇠 시트층을 시공한 후 경량 기포 콘크리트층, 마감용 모르타르층을 타설하여 충분한 양생기간을 거쳐 다시 한번 진동을 측정한다.

또한, 측정은 KS F 2810에 따라 가진 및 수음점을 정하며, 중량충격원에 의한 진동 값은 중앙부 가진 및 응답으로 측정하였다. 중량충격원의 에너지 스펙트럼 특징은 63㎐이하 저주파 성분에 충격 에너지가 집중되어 있다. 이러한 특징으로 인해 콘크리트 바닥판의 고유 진동수에서 공진현상에 의해 진동응답이 크게 바뀌게 되며, 결과적으로 소음에 영향을 주게 되므로 저주파수 영역을 집중적으로 분석한다. 진동레벨은 아래 도 9와 같이 가진실 중량충격원이 낙하될 때 검출되는 가속도 가진신호에 대해 동기화하여 측정하였다.

일반적인 임펄스 가진의 경우 정상상태의 특성과 달리 매우 짧은 시간 내 정확한 데이터를 확보해야 하는 어려움이 있으며, 중량충격원의 경우 수백 ㎳내 다수의 데이터를 측정, 분석해야 한다. 따라서 중량충격원에 의해 바닥이 진동하는 시점을 기준으로 하기 위해 가진 바닥에 가속도계를 장착하고 기준신호(reference signal)로 인식하여 이 신호가 정해진 레벨 이상의 값을 가지는 순간 측정대상물에 대한 진동 측정이 시작되도록 설정하였다.

[표 2]를 참조하여 주파수 응답에 따른 가속도 레벨의 변화를 보면, 실시예 1의 구조에서는 93 ㏈에서 80 ㏈로, 실시예 2의 구조에서는 91 ㏈에서 71 ㏈로, 실시예 3의 구조에서는 91 ㏈에서 78 ㏈를 나타내었다. 이는 본 발명의 진동 감쇠시트 및 경량 기포 콘크리트 블록층을 적용하게 되면 바닥 구조에서 13 내지 20 ㏈의 폭으로 레벨이 저감됨을 알 수 있었다.

이와 비교하여 완충재를 시공한 비교예의 구조에서는 가속도 레벨이 93 ㏈에서 89 ㏈로 타 구조 타입에 비하여 적은 저감량을 보여주고 있었다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 슬래브층 200 : 경량 기포 콘크리트층
210 : 경량 기포 콘크리트 블록 300 : 마감용 모르타르층
410 : 진동 감쇠시트 500 : 수음실
600 : 벽체 700 : 완충재층

Claims (3)

1. 바닥 콘크리트가 포설된 슬래브층과, 상기 슬래브층의 상부에 배치되고 서로 이격된 복수개의 경량 기포 콘크리트 블록으로 구성된 경량 기포 콘크리트층과, 상기 경량 기포 콘크리트층의 상부에 온수 배관이 삽입된 마감용 모르타르가 포설되는 마감용 모르타르층, 및 각 경량 기포 콘크리트 블록의 상면, 하면, 또는 이들 모두에 구비되며 점탄성 진동 감쇠시트로 형성된 진동감쇠 시트층을 포함하는 층간소음 방지 구조물에 있어서,
   상기 점탄성 진동 감쇠시트는 물 10 내지 20 중량부와, 바인더 10 내지 30 중량부, 제1 무기안료 20 내지 40 중량부, 제2 무기안료 10 내지 25 중량부를 포함하는 진동 감쇠용 점탄성 조성물로 구성되며,
   상기 제2 무기안료는
   규조토, 백토, 황토, 차점토, 알로펜, 패분, 이산화규소, 산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 숯, 활성탄, 벤토나이트, 버미큘라이트, 세피올라이트, 제올라이트, 포졸란 및 마크로시멘트로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 다공질의 분상체 70 내지 80 중량부; 및
   내화점토 20 내지 30 중량부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 층간소음 방지 구조물.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 슬래브층과 진동감쇠 시트층 사이에 포설되고, 완충재로 구성된 완충재층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 층간소음 방지 구조물.
3. 제1 항에 있어서, 상기 점탄성 진동 감쇠시트는
   경량 기포 콘크리트 블록의 측면에 더 구비되는 것을 특징으로 하는 층간소음 방지 구조물.

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