KR102184551B1 - 카고메 트러스부재를 포함하는 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 및 그 구조체를 포함하는 바닥구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근콘크리트슬래브 구조체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 종래 철근콘크리트슬래브 구조체와 비교하여 그 두께를 감소시키면서도 진동 및 소음 저감 성능은 보다 향상된 새로운 구조의 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 및 그 구조체를 포함하는 바닥구조체에 관한 것이다.

Description

카고메 트러스부재를 포함하는 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 및 그 구조체를 포함하는 바닥구조체{Reinforced concrete slab structure incorporating Kagome truss for noise reduction and floor system including the structure}

본 발명은 철근콘크리트슬래브 구조체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 종래 철근콘크리트슬래브 구조체와 비교하여 그 두께를 감소시키면서도 진동 및 소음 저감 성능은 보다 향상된 새로운 구조의 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 및 그 구조체를 포함하는 바닥구조체에 관한 것이다.

다세대 주택이나 아파트와 같은 집단 주거용 구조물 중에 많은 경우가 철근콘크리트 구조물이며, 이러한 구조물을 시공할 때는 설계기준이나 주택법 등에 의해 규정된 기준을 만족하도록 안전성과 사용성 등을 고려하여 시공한다. 안전성이나 사용성은 설계기준에 따라 충분한 안전율을 고려하여 구조물을 설계하고 시공하기 때문에 사용자나 거주자의 불편이 거의 발생하지 않지만, 최근 사회적으로 많은 문제가 되고 있는 층간소음은 사용자나 거주자의 주위 여건에 따라 발생 정도 및 횟수 등이 달라지고 피해자의 신체적 상태나 심리적 상태에 따라 받아들이는 정도가 달라지는 문제가 있다.

소음ㅇ진동관리법 제21조의2(층간소음기준 등) 제3항에서는 층간소음의 범위와 기준을 환경부와 국토교통부의 공동부령으로 정하도록 되어있으며, "공동주택 층간소음의 범위와 기준에 관한 규칙" 제2조에서 층간소음의 범위를 입주자 또는 사용자의 활동으로 인하여 발생하는 소음으로 정의하고 있다. 동 규칙 제2조제1호에서는 직접충격 소음은 띄거나 걷는 동작 등으로 인하여 발생하는 소음으로 규정하고 있으며, 제3조에서 층간소음 기준을 1분간 등가소음도를 기준으로 주간 43 dB, 야간 38 dB으로 규정하고 있다. 또한 주택건설기준 등에 관한 규정에서도 바닥 충격음 차단성능 기준이 강화되고 있는 실정이다.

일반적으로 종래의 바닥층 구조는 통상 바닥과 벽체를 구성하는 슬래브(Slab)로 이루어지며, 상기 슬래브의 상면에는 완충 및 단열을 위한 단열층이 배치되고, 그 단열층의 상면에는 경량기포콘크리트층이 배치되며, 그 경량기포콘크리트층의 상면에는 마감몰탈층이 배치되고, 그 마감 몰탈층의 상면에는 마루목 또는 비닐시트 등이 시공되는 형태로 이루어진다.

이러한 구조를 통해 종래의 표준바닥구조들은 모두 공통적으로 완충재 또는 단열재를 선택적으로 포함하고, 경량기포콘크리트를 선택적으로 포함하되, 구조에 따라 완충재나 단열재 또는 마감모르터 등의 두께를 조절하는 것에 의해 완충효과와 차음효과가 얻어지도록 하고 있다.

하지만, 여전히 효과적인 층간소음 차단이 이루어지고 있지 않아 현재는 법령으로 국내 공동주택에 적용되는 철근콘크리트 슬래브의 두께를 구조적 안전성이 유지되는 두께인 150mm 보다 훨씬 두꺼운 210mm 이상으로 규정하여 그 두께를 과거와 비교하여 현저하게 증가시켜 적용하고 있는 실정이다.

이와 같이 층간소음을 줄이기 위해 슬래브의 두께를 증가시키게 되면 콘크리트 슬래브가 210㎜ 이상 두껍게 형성되어야 하기 때문에 슬래브 두께로 인해 바닥층의 높이가 높아져 실제 사용공간이 좁아질 뿐만 아니라, 시공기간 역시 장기간이 소요된다는 문제점이 있었다. 또한, 콘크리트 사용량 증가로 인한 환경 파괴 및 라돈가스의 발생 문제 등 환경에도 좋지 않은 영향을 주는 단점이 있다.

따라서, 철근콘크리트슬래브의 두께를 가능한 감소시키면서도 210mm이상의 두께를 갖는 철근콘크리트슬래브보다 우수한 진동감쇠효과를 갖는 새로운 구조의 철근콘크리트슬래브 구조체가 개발될 필요성이 존재한다.

특허등록번호 제10-1838234호 특허등록번호 제10-766127호

본 발명자들은 다수의 연구결과 철근콘크리트슬래브의 구조를 구조적 안전성을 위한 영역과 진동감쇠를 위한 영역을 구분하고 그 재료를 상이하게 구성함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 건물용 바닥구조체를 구성하는 철근콘크리트슬래브의 구조를 구조적 안전성을 위한 영역과 진동감쇠를 위한 영역을 구분하고 진동감쇠를 위한 영역을 진동감쇠효과가 우수한 폴리우레탄콘크리트복합체로 구성함으로써 다세대 공공주택이나 건축물의 진동 및 소음을 줄일 수 있어 층간소음 저감에 효과적인 새로운 구조의 철근콘크리트슬래브 구조체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 종래 210mm이상의 두께를 갖는 철근콘크리트슬래브와 비교하여 그 두께가 감소되면서도 구조적 안전성은 물론 우수한 진동감쇠성능을 확보하여 시멘트를 적게 사용할 수 있어 보다 환경 친화적인 구조의 철근콘크리트슬래브 구조체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래 철근콘크리트슬래브보다 두께가 감소되면서도 층간소음저감성능이 우수한 철근콘크리트슬래브 구조체를 포함함으로써 슬래브 두께로 인해 바닥층의 높이가 높아져 실제 사용공간이 좁아지는 문제점을 해결할 수 있는 다층건물용 바닥구조체를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 상세한 설명의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 목적 역시 당연히 포함될 수 있을 것이다.

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 먼저 본 발명은 철근 및 콘크리트를 포함하여 구조적 안전성을 담당하는 구조지지용 슬래브층; 상기 구조지지용 슬래브층 상에 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체로 형성되는 진동감쇠용 슬래브층; 및 상기 구조지지용 슬래브층에 일부가 위치하고, 나머지부분은 진동감쇠용 슬래브층에 위치하도록 설치되는 3차원 카고메 트러스부재;를 포함하는 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 3차원 카고메 트러스부재는 상기 구조지지용 슬래브층과 상기 진동감쇠용 슬래브층 사이에 일부 또는 전체적으로 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 3차원 카고메 트러스부재는 높이가 70mm 내지 150mm이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 구조지지용 슬래브층은 그 두께가 125mm ~ 165mm이고, 상기 진동감쇠용 슬래브층은 그 두께가 40mm ~ 80mm이하이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 폴리우레탄콘크리트복합체는 상기 구조지지용 슬래브층을 하부면으로 하고 일정높이를 갖는 3차원물체를 이루도록 배치된 상태에서 1부위 이상이 서로 간에 접촉되는 다수의 굵은 골재; 상기 다수의 굵은 골재 표면을 둘러싸서 코팅층을 형성하고 상기 다수의 굵은 골재를 서로 결합시키는 고상폴리우레탄매트릭스; 및 상기 고상폴리우레탄매트릭스로 코팅된 다수의 굵은 골재 사이에 형성된 공간을 채우고 상기 3차원물체의 표면을 형성하는 고상시멘트매트릭스;를 포함하는데, 그 내부에 공극이 전혀 형성되지 않는다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 폴리우레탄콘크리트복합체는 상기 구조지지용 슬래브층을 하부면으로 하고 일정높이를 갖는 3차원물체를 이루도록 배치된 상태에서 1부위 이상이 서로 간에 접촉되는 다수의 굵은 골재; 상기 다수의 굵은 골재 표면을 둘러싸서 코팅층을 형성하고, 상기 다수의 굵은 골재를 서로 결합시키며, 상기 다수의 굵은 골재 사이에 형성된 공간의 일부를 채우는 고상폴리우레탄매트릭스; 및 상기 고상폴리우레탄매트릭스가 형성되지 않은 나머지 공간을 채우고 상기 3차원물체의 표면을 형성하는 고상시멘트매트릭스;를 포함하는데, 그 내부에 공극이 전혀 형성되지 않는다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 다수의 굵은 골재는 폴리우레탄으로 코팅된 상태에서 1부위 이상이 서로 간에 접촉되고, 상기 고상 폴리우레탄매트릭스가 외부 진동을 감쇠시키면서 발생하는 굵은 골재의 미세한 위치 변화를 원위치로 이동시켜 굵은 골재의 감쇠성능을 유지하는 것이다.

또한, 본 발명은 철근 및 콘크리트를 이용하여 구조적 안전성을 담당하는 구조지지용 슬래브층을 형성하는 구조지지용 슬래브층 형성단계; 상기 구조지지용 슬래브층 형성단계에서 상기 구조지지용 슬래브층에 일부가 위치하고 나머지 부분이 돌출되도록 3차원 카고메 트러스부재를 설치하는 카고메 트러스부재 설치단계; 및 상기 구조지지용 슬래브층 상에 일정높이로 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체를 형성하는 진동감쇠용 슬래브층 형성단계;를 포함하는 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 제조방법을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 구조지지용 슬래브층 형성단계는 철근을 일정 높이로 배근하는 단계; 상기 배근된 철근 상에 1개 이상의 3차원 카고메 트러스부재를 배치하는 단계; 및 상기 3차원 카고메 트러스부재가 상기 구조지지용 슬래브층에 일부가 위치하고 나머지 부분이 돌출되는 높이까지 콘크리트를 타설하여 양생하는 단계;를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 진동감쇠용 슬래브층 형성단계는 상기 구조지지용 슬래브층을 하부면으로 하고 돌출된 3차원 카고메 트러스부재의 나머지 부분이 덮어지는 높이 이상의 일정높이를 갖는 3차원물체가 굵은 골재로 모두 채워지도록 굵은 골재를 채워 넣는 골재배치단계; 액상의 폴리우레탄을 주입하여 상기 굵은 골재의 표면을 둘러싸도록 코팅하는 폴리우레탄처리단계; 상기 액상의 폴리우레탄을 경화시켜 상기 굵은 골재를 서로 결합시키는 고상 폴리우레탄 매트릭스가 형성되는 경화단계; 상기 고상 폴리우레탄매트릭스가 형성되지 않은 상기 3차원물체의 나머지 공간에 시멘트페이스트 또는 모르타르를 채워 넣는 시멘트페이스트처리단계; 및 상기 시멘트페이스트 또는 모르타르를 양생하여 고상시멘트매트릭스가 형성되는 양생단계;를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 진동감쇠용 슬래브층 형성단계는 액상의 폴리우레탄과 굵은 골재를 혼합 교반하여 상기 액상의 폴리우레탄이 굵은 골재의 표면을 둘러싸도록 코팅하는 폴리우레탄코팅단계; 상기 액상의 폴리우레탄 코팅된 굵은 골재를 상기 구조지지용 슬래브층을 하부면으로 하고 돌출되는 스터드부재의 나머지 부분이 덮어지는 높이 이상의 일정높이를 갖는 3차원물체가 모두 채워지도록 채워 넣는 골재배치단계; 상기 액상의 폴리우레탄을 경화시켜 상기 굵은 골재를 서로 결합시키는 고상 폴리우레탄 매트릭스가 형성되는 경화단계; 상기 고상 폴리우레탄매트릭스가 형성되지 않은 나머지 공간에 시멘트페이스트 또는 모르타르를 채워 넣는 시멘트페이스트처리단계; 및 상기 시멘트페이스트 또는 모르타르를 양생하여 고상시멘트매트릭스가 형성되는 양생단계;를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 경화단계를 수행하기 전에 상기 굵은 골재 또는 폴리우레탄 코팅된 굵은 골재 사이에 형성된 공간의 일부를 액상의 폴리우레탄으로 채워 넣는 단계를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 3차원 카고메 트러스부재 설치단계에서 상기 3차원 카고메 트러스부재는 높이가 70mm 내지 150mm이고, 상기 구조지지용 슬래브층과 상기 진동감쇠용 슬래브층 사이에 일부 또는 전체적으로 형성된다.

또한, 본 발명은 상술된 어느 하나의 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 또는 어느 하나의 제조방법으로 제조된 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체를 포함하는 다층건물용 바닥구조체를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 바닥구조체는 상기 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체상에 순차적으로 적층되는 단열완충재층, 경량기포콘크리트층, 시멘트 모르터층 및 바닥재층 중 어느 하나 이상의 층이 제외되거나, 소음저감특성을 갖도록 변형된다.

상술된 본 발명의 철근콘크리트슬래브 구조체는 및 그 제조방법은 건물용 바닥구조체를 구성하는 철근콘크리트슬래브의 구조를 구조적 안전성을 위한 영역과 진동감쇠를 위한 영역을 구분하고 진동감쇠를 위한 영역을 진동감쇠효과가 우수한 폴리우레탄콘크리트복합체로 구성함으로써 다세대 공공주택이나 건축물의 진동 및 소음을 줄일 수 있어 층간소음 저감에 효과적이다.

또한, 본 발명의 철근콘크리트슬래브 구조체 및 그 제조방법에 의하면 종래 210mm이상의 두께를 갖는 철근콘크리트슬래브와 비교하여 그 두께가 감소되면서도 구조적 안전성은 물론 우수한 진동감쇠성능을 확보하여 시멘트를 적게 사용할 수 있어 보다 환경 친화적이다.

또한, 본 발명의 다층건물용 바닥구조체에 의하면 종래 철근콘크리트슬래브보다 두께가 감소되면서도 층간소음저감성능이 우수한 철근콘크리트슬래브 구조체를 포함함으로써 슬래브 두께로 인해 바닥층의 높이가 높아져 실제 사용공간이 좁아지는 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명의 이러한 기술적 효과들은 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.

도 1은 일반적인 다층건물용 바닥구조체의 적층상태를 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체에 서로 다른 구조를 갖는 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체로 구성된 진동감쇠형 슬래브층이 각각 적용된 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 2a 내지 도 3에 도시된 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체에 적용된 진동감쇠용 슬래브층을 구성하는 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체의 다양한 구현예들을 보여주는 모식도이다.
도 5는 도 2a 내지 도 3에 도시된 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체에 적용되는 3차원 카고메 트러스부재의 일 구현예를 보여주는 모식도이다.
도 6은 도 2a 내지 도 2d에 도시된 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체가 적용된 소음저감형 바닥구조체를 보여주는 단면도이다.

본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 발명의 설명에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다. 특히, 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등이 사용되는 경우 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되는 것으로 해석될 수 있다.

시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간 적 선후관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함한다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 기술적 특징은 건물용 바닥구조체를 구성하는 철근콘크리트슬래브를 구조적 안전성을 위한 영역과 진동감쇠를 위한 영역을 구분하고 진동감쇠를 위한 영역을 진동감쇠효과가 우수한 재료로 구성한 구조를 통해 그 두께는 감소되고, 진동감쇠성능은 향상된 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체에 있다.

즉, 현재 다양한 방식으로 층간소음을 차단하고자 하였으나 여전히 효과적인 층간소음 차단이 이루어지고 있지 않아 법령으로 국내 공동주택에 적용되는 철근콘크리트 슬래브의 두께를 구조적 안전성이 유지되는 두께인 125mm 내지 150mm 보다 훨씬 두꺼운 210mm 이상으로 규정하여 증가시켜 적용하고 있는 실정이기 때문이다.

따라서, 본 발명의 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체는 철근 및 콘크리트를 포함하여 구조적 안전성을 담당하는 구조지지용 슬래브층; 상기 구조지지용 슬래브층 상에 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체로 형성되는 진동감쇠용 슬래브층; 및 상기 구조지지용 슬래브층에 일부가 위치하고, 나머지 부분은 진동감쇠용 슬래브층에 위치하도록 설치되는 3차원 카고메 트러스부재를 포함한다. 여기서, 3차원 카고메 트러스부재는 구조지지용 슬래브층과 진동감쇠용 슬래브층이 일체로 거동하도록 전단연결부재로서 1개 이상의 3차원 카고메 트러스부재가 사용될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 제조방법은 철근 및 콘크리트를 이용하여 구조적 안전성을 담당하는 구조지지용 슬래브층을 형성하는 구조지지용 슬래브층 형성단계; 상기 구조지지용 슬래브층 형성단계에서 상기 구조지지용 슬래브층에 일부가 위치하고 나머지 부분이 돌출되도록 3차원 카고메 트러스부재를 설치하는 카고메 트러스부재 형성단계; 및 상기 구조지지용 슬래브층 상에 일정높이로 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체를 형성하는 진동감쇠용 슬래브층 형성단계;를 포함한다. 여기서, 구조지지용 슬래브층 형성단계는 카고메 트러스부재 형성단계와 결합되어 수행되는데, 일 구현예로서 철근을 일정 높이로 배근하는 단계; 상기 배근된 철근 상에 1개 이상의 3차원 카고메 트러스부재를 배치하는 단계; 및 상기 3차원 카고메 트러스부재가 상기 구조지지용 슬래브층에 일부가 위치하고 나머지 부분이 돌출되는 높이까지 콘크리트를 타설하여 양생하는 단계;를 포함할 수 있다.

도 1은 일반적인 다층건물용 바닥구조체의 적층상태를 도시한 단면도이고, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체에 서로 다른 구조를 갖는 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체로 구성된 진동감쇠형 슬래브층이 각각 적용된 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체의 단면도이고, 도 4a 내지 도 4d는 도 2a 내지 도 3에 도시된 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체에 적용된 진동감쇠용 슬래브층을 구성하는 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체의 다양한 구현예들을 보여주는 모식도이다. 도 5는 도 2a 내지 도 3에 도시된 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체에 적용되는 3차원 카고메 트러스부재의 일 구현예를 보여주는 모식도이고, 도 6은 도 2a 내지 도 2d에 도시된 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체가 적용된 소음저감형 바닥구조체를 보여주는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 다층구조 건물의 바닥구조체(1)는 철근콘크리트슬래브구조체(100)와 콘크리트 벽체(600)에 의해 형성되는 실내공간의 콘크리트슬래브구조체(100)상에 적층되는 단열완충재층(200), 단열완충재층(200)상에 적층되는 경량기포콘크리트층(300), 경량기포콘크리트층(300)상에 적층되는 시멘트 모르터층(400) 및 시멘트 모르터층(400)상에 적층되는 바닥재층(500)로 구성된다.

여기서, 철근콘크리트슬래브구조체(100)는 그 두께가 210mm이상이고, 단열완충재층(200)은 그 두께가 20mm이상이며, 경량기포콘크리트층(300)은 그 두께가 40mm이상이고, 시멘트 모르터층(400)은 그 두께가 40mm이상이다. 특히, 단열완충재층(200) 및 경량기포콘크리트층(300)은 선택적으로 포함될 수 있는데, 구조에 따라 완충재나 단열재의 종류 또는 경량기포콘크리트층(300)이나 시멘트 모르터층(400)의 두께를 조절하는 것에 의해 완충효과와 차음효과가 얻어지도록 구성되고 있는 실정이다.

본 발명의 철근콘크리트슬래브구조체는 도 1에 도시된 종래 바닥구조체에서 210mm이상의 두께로 형성되는 철근콘크리트슬래브구조체(100)의 구조를 변경하여 그 두께를 얇게 하면서도 구조적 안전성은 물론 더 우수한 진동감쇠성능을 확보한 것이다.

일 구현예로서, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 철근콘크리트슬래브구조체(100)는 구조지지용 슬래브층(110)과 진동감쇠용 슬래브층(120) 및 상기 구조지지용 슬래브층(110)과 진동감쇠용 슬래브층(120)사이에 삽입되어 포함된 3차원 카고메 트러스부재(130)로 구성되고, 구조지지용 슬래브층(110)과 진동감쇠용 슬래브층(120)의 합산 두께가 종래 철근콘크리트슬래브의 두께인 210mm미만으로 이루어진다.

여기서, 구조지지용 슬래브층(110)은 구조적 안전성을 담당하는 영역으로서 층간소음에 대한 규정이 강화되기 이전에 구조적 안전성이 유지된다고 인정된 125mm 내지 165mm 두께를 갖도록 공지된 방법으로 철근과 콘크리트를 이용하여 형성될 수 있다.

진동감쇠용 슬래브층(120)은 진동감쇠를 담당하여 층간소음을 저감하기 위한 영역으로 진동감쇠효과가 우수한 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체로 형성될 수 있다. 진동감쇠용 슬래브층(120)은 두께가 두꺼워질수록 진동감쇠효과가 보다 우수해지지만 전체 철근콘크리트슬래브 구조체의 두께를 고려하여 40mm ~ 80mm로 구현될 수 있다.

진동감쇠용 슬래브층(120)은 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이 서로 다른 구조를 갖는 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체로 구성된 다양한 구현예를 갖는데, 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 다수의 굵은 골재(121), 고상 폴리우레탄 매트릭스(122) 및 고상시멘트매트릭스(123)로 구성된다. 이와 같이 굵은 골재(121)가 고상 폴리우레탄 매트릭스(122) 및 고상 시멘트매트릭스에 배치되어 구성되면 철근콘크리트슬래브 구조체(100)에 가해지는 외부 진동을 감쇠시키면서 발생하는 굵은 골재(121)의 미세한 위치 변화를 고상 폴리우레탄 매트릭스(122)가 원위치로 이동시켜 굵은 골재(121)의 감쇠성능을 유지할 수 있게 되는 것이다. 따라서, 본 발명의 진동감쇠용 슬래브층(120)을 구성하는고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체는 폴리우레탄 사용은 최소화하면서도 폴리우레탄으로 인한 감쇠성능향상은 물론 골재로 인한 감쇠성능향상이 서로 중첩적으로 발생하여 감쇠능이 매우 우수한 구조를 가질 수 있다.

먼저, 다수의 굵은 골재(121)는 구조지지용 슬래브층(110)을 하부면으로 하고 일정높이를 갖는 3차원물체를 이루도록 배치된 상태에서 1부위 이상이 서로 간에 접촉되도록 구성된다. 경우에 따라서는, 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체(120)에 포함된 모든 굵은 골재(121)가 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이 폴리우레탄이 코팅된 상태에서 1부위 이상이 서로 간에 접촉되는 배치구조를 갖도록 형성될 수 있다. 특히, 굵은 골재(121)가 배치되는 동시에 공극이 전혀 형성되지 않도록 굵은 골재(121)의 표면을 둘러싼 고상 폴리우레탄매트릭스(122) 및 고상 폴리우레탄매트릭스(122)에 의해 채워지지 않은 나머지 공간을 채우는 고상 시멘트매트릭스(123)가 굵은 골재의 배치구조를 유지하도록 형성될 수 있다. 본 발명에서 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체는 굵은 골재의 입도 분포를 조절하여 진동감쇠용 슬래브층(120)에서 차지하는 굵은 골재의 함량을 조절할 수 있다.

또한, 고상 폴리우레탄 매트릭스(122)는 액상의 폴리우레탄이 굵은 골재(121)의 표면을 둘러싸도록 처리한 후 경화시켜 형성되는 것으로, 일정형상의 3차원물체 즉 진동감쇠용 슬래브층(120)을 이루는 3차원공간에 공극이 전혀 형성되지 않도록 배치된 굵은 골재(121)사이에 형성된 공간을 채우고, 3차원 물체의 외부로 노출되는 즉 구조지지용 슬래브층(110)과 콘크리트 벽체(600)에 접촉하는 굵은 골재(121)를 감싸는 구조를 갖는다. 따라서, 굵은골재(121)의 표면을 둘러싸고, 폴리우레탄으로 코팅된 상태의 굵은 골재를 서로 결합시키는 고상 폴리우레탄매트릭스(122)는 진동감쇠용 슬래브층(120)을 구성하는 폴리우레탄콘크리트복합체의 나머지 공간을 채우는 고상 시멘트매트릭스(123)로 감싸여져 폴리우레탄콘크리트복합체의 뼈대로 작용하므로, 본 발명에서 폴리우레탄콘크리트복합체로 구성된 진동감쇠용 슬래브층(120)은 그 내부에 공극이 전혀 형성되지 않는다. 여기서, 고상 폴리우레탄매트릭스(122)의 부피비는 굵은 골재(121) 부피 대비 20%이상일 수 있다. 그 결과 고상 폴리우레탄 매트릭스(122)는 외부에서 진동이 올 경우 감쇠성능이 뛰어난 폴리우레탄이 진동 에너지를 소산시켜 진동이 전달되는 양을 줄일 수 있어 그 자체로서 외부진동을 감쇠시킬 뿐만 아니라, 외부진동을 감쇠시키면서 발생하는 굵은 골재의 미세한 위치 변화를 원위치로 이동시켜 굵은 골재의 감쇠성능을 유지하는 역할을 한다. 즉, 탄성 및 변형 성능이 큰 고상 폴리우레탄 매트릭스(122)가 미세하게 위치가 변화된 굵은 골재(121)를 원위치로 돌려놓기 때문에 반복된 진동에 의한 감쇠 성능 저하가 없게 된다. 필요한 경우 고상 폴리우레탄 매트릭스(122)는 인장강도가 3-20 MPa이고, 신율은 100 내지 300%이며, 반발탄성은 10 내지 60%일 수 있다.

고상시멘트매트릭스(123)는 폴리우레탄콘크리트복합체에서 고상폴리우레탄매트릭스(122)가 형성되지 않은 나머지 공간을 채우고 3차원물체의 표면을 형성하는데, 시멘트페이스트 또는 모르타르로 형성될 수 있다. 시멘트페이스트는 시멘트와 물로만 형성된 것으로 물/시멘트 중량비가 30 내지 50%일 수 있고, 모르타르는 시멘트, 물에 더하여 잔골재가 포함된 것인데, 잔골재는 시멘트 중량 대비 300%이하로 포함될 수 있다.

3차원 카고메 트러스부재(130)는 구조지지용 슬래브층(110)과 진동감쇠용 슬래브층(120)이 일체로 거동할 수 있도록 전단연결재로서 작용하는데, 구조지지용 슬래브층(110)과 진동감쇠용 슬래브층(120)사이에 1개 이상 삽입되어 형성되므로, 본 발명의 소음저감형 철근콘크리트 슬래브구조체(100) 전체의 두께에 전혀 영향을 주지 않는다. 따라서, 본 발명에 적용 가능한 3차원 카고메 트러스부재(130)는 구조지지용 슬래브층(110)에 일부가 위치하고, 나머지 부분은 진동감쇠용 슬래브층(120)에 위치하도록 설치될 수 있으며, 카고메 트러스 형태의 구조이기만 하면 제한되지 않는다.

도 2a 내지 도 2d에 도시된 본 발명의 철근콘크리트슬래브구조체(100)는 3차원 카고메 트러스부재(130)가 구조지지용 슬래브층(110)과 진동감쇠용 슬래브층(120)사이에 전체적으로 포함되도록 설치되거나, 도 3에 도시된 바와 같이 일부 포함되도록 설치되어 구조지지용 슬래브층(110)과 진동감쇠용 슬래브층(120)의 일체거동을 유도할 수 있다.

먼저, 본 발명의 철근콘크리트슬래브구조체(100)가 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 3차원 카고메 트러스부재(130)가 슬래브층(110)과 진동감쇠용 슬래브층(120)사이에 전체적으로 포함되는 경우는 구조지지용 슬래브층(110)과 진동감쇠용 슬래브층(120) 넓이와 동일한 면적의 3차원 카고메 트러스부재(130)가 사용될 수 있다. 또한, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 철근콘크리트슬래브구조체(100)는 각각 125mm 내지 165mm의 두께를 갖도록 형성된 구조지지용 슬래브층(110)상에 서로 다른 구조를 갖는 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체를 형성하여 진동감쇠용 슬래브층(120)을 완성함으로써 제조될 수 있다.

또한, 3차원 카고메 트러스부재(130)가 도 3에 도시된 바와 같이, 구조지지용 슬래브층(110)과 진동감쇠용 슬래브층(120)사이에 일부 포함되는 경우는 일정 면적을 가진 3차원 카고메 트러스부재(130)를 여러 개 준비하여 구조지지용 슬래브층(110)과 진동감쇠용 슬래브층(120) 사이에 일정간격으로 이격시켜 포함시킬 수 있다.

일 구현예로서 도 5에 도시된 바와 같은 구조의 3차원 카고메 트러스부재가 사용될 수 있는데, 3차원 카고메 트러스부재(130)는 트러스 형태를 구성하는 부재가 한 개의 절점에 모이지 않고 서로 어긋나면서 일종의 눈을 형성하는 형태를 가지고 있고, 이에 따라 절점에 접합되는 부재수 및 부재 길이가 작아 접합이 용이하며 경량화가 가능하면서 강도 및 좌굴 등의 구조적 특성도 우수한 구조이다. 본 발명에서 3차원 카고메 트러스부재(130)는 전단연결재로 포함되므로, 3차원 카고메 트러스부재(130)의 설치면적과 3차원 카고메 트러스부재(130)의 높이는 서로 반비례 관계일 수 있다.

다음으로, 본 발명의 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 제조방법은 구조지지용 슬래브층형성단계, 3차원 카고메 트러스부재 설치단계 및 진동감쇠용 슬래브층 형성단계를 포함하는데, 도 2a 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 구조지지용 슬래브층(110)과 진동감쇠용 슬래브층(120)사이에 3차원 카고메 트러스부재(130)가 삽입되어 포함되는 구조이므로, 철근 및 콘크리트를 이용하여 타설하고 양생하는 방법으로 125mm 내지 165mm의 두께를 갖도록 구조지지용 슬래브층(110)을 완성하기 전에 3차원 카고메 트러스부재(130)가 설치될 필요가 있다. 따라서, 구조지지용 슬래브층(110)형성단계와 3차원 카고메 트러스부재(130)설치단계는 결합되어 수행될 수 있다.

일 구현예로서, 구조지지용 슬래브층(110)을 형성하기 위해 철근을 일정높이로 배근한 다음 구조지지용 슬래브층(110)과 동일 면적을 가진 3차원 카고메 트러스부재(130)가 배근된 철근 상에 설치되거나, 다수의 작은 3차원 카고메 트러스부재(130)를 준비하여 일정간격으로 배근된 철근 상에 설치한다. 그 후 콘크리트를 3차원 카고메 트러스부재(130)의 일부가 포함되는 높이까지 타설하여 양생하면, 3차원 카고메 트러스부재(130)의 나머지 부분이 돌출된 125mm 내지 165mm의 두께의 구조지지용 슬래브층(110)이 형성될 수 있다. 이 때, 3차원 카고메 트러스부재(130)는 전체길이의 1/2이상이 구조지지용 슬래브층(110)에 위치하고 나머지 부분이 진동감쇠용 슬래브층(120)에 위치하도록 구현될 수 있다.

도 2a 내지 도 2d에 도시된 본 발명의 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체(100)는 구조지지용 슬래브층(110) 상에 형성되는 진동감쇠용 슬래브층(120)이 각각 서로 다른 구조를 갖는 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체로 형성된 구조로서, 이와 같이 3차원 카고메 트러스부재의 나머지 부분이 돌출된 구조지지용 슬래브층(110)상에 골재배치단계, 폴리우레탄처리단계, 경화단계, 시멘트페이스트처리단계, 및 양생단계를 포함하는 제1방법과 폴리우레탄코팅단계, 골재배치단계, 경화단계, 시멘트페이스트처리단계, 및 양생단계를 포함하는 제2방법으로 도 4a 내지 도 4d에 도시된 서로 다른 구조의 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체를 형성하여 진동감쇠용 슬래브층(120)을 완성함으로써 제조될 수 있다.

제1방법과 제2방법은 구조지지용 슬래브층(110)을 형성한 후 구조지지용 슬래브층(110)과 콘크리트 벽체(600)가 형성하는 실내공간에 일정 높이까지 굵은 골재(121)를 배치한 다음 액상의 폴리우레탄을 처리하여 굵은 골재 표면에 액상의 폴리우레탄을 코팅하는지, 굵은 골재 표면에 액상의 폴리우레탄을 먼저 코팅한 후 구조지지용 슬래브층(110)과 콘크리트 벽체(600)가 형성하는 실내공간에 일정 높이까지 폴리우레탄 코팅된 굵은 골재(121)를 배치하는지만 상이할 뿐 다른 공정은 동일하다. 여기서, 제1방법을 통해서는 도 4a 및 도 4b에 도시된 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체를 얻을 수 있고, 제2방법을 통해서는 도 4c 및 도 4d에 도시된 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체를 얻을 수 있다.

먼저, 제1방법에서 골재배치단계는 구조지지용 슬래브층(110)과 콘크리트 벽체(600)가 형성하는 실내공간에 일정 높이까지 굵은 골재(121)로 모두 채워지도록 굵은 골재를 채워 넣어 수행되는데, 채워진 굵은 골재(121)는 서로 1부위 이상이 접촉되거나 적어도 폴리우레탄이 굵은 골재(121) 표면에 코팅된 상태에서는 서로 접촉되어 결합될 수 있는 간격을 갖도록 배치되는 것이 중요하다. 즉 포함되는 모든 굵은 골재(121)가 직접 또는 폴리우레탄층을 통해서라도 서로 접촉되는 부분을 갖게 되어야만 외부에서 진동이 올 경우 고상시멘트매트릭스(123) 내에서 서로 맞물려 있는 굵은 골재들의 미세한 위치변화가 발생하면서 굵은 골재들끼리 마찰에 의해 진동 에너지를 저감시키는 역할을 수행할 수 있기 때문이다.

그 후 폴리우레탄처리단계가 수행되는데, 폴리우레탄처리단계는 액상의 폴리우레탄을 굵은 골재(121)가 배치된 실내공간에 주입하여 굵은 골재(121)의 표면을 둘러싸도록 코팅하는 단계로서 굵은 골재(121)의 표면에 잘 코팅되도록 액상의 폴리우레탄은 2000 ~ 6000 mPa.s 범위의 점도를 갖도록 주제와 경화제를 균질하게 교반하여 형성할 수 있다.

제2방법은 제1방법과는 달리 액상의 폴리우레탄과 굵은 골재를 혼합 교반하여 액상의 폴리우레탄이 굵은 골재의 표면을 둘러싸도록 코팅하는 폴리우레탄코팅단계를 먼저 수행한 후 코팅된 액상의 폴리우레탄이 경화되기 전에 구조지지용 슬래브층(110)과 콘크리트 벽체(600)가 형성하는 실내공간에 일정 높이까지 폴리우레탄이 코팅된 굵은 골재로 모두 채우는 골재배치단계를 수행할 수 있다. 이때도 액상의 폴리우레탄은 굵은 골재 표면에서 코팅층을 잘 형성하도록 하기 위해 액상의 폴리우레탄이 2000 ~ 6000 mPa.s 범위의 점도를 갖도록 주제와 경화제를 균질하게 교반하여 형성할 수 있다. 제2방법에서도 골재배치단계는 폴리우레탄이 코팅된 굵은 골재가 서로 1부위 이상 접촉되게 배치된다.

상술된 공정이 수행되면, 제1방법 및 제2방법 모두 구조지지용 슬래브층(110)과 콘크리트 벽체(600)가 형성하는 실내공간에 일정 높이까지 폴리우레탄이 코팅된 굵은 골재로 채워져서 모든 굵은 골재가 폴리우레탄으로 코팅되거나 코팅되지 않은 상태에서 서로 1부위 이상 접촉된 상태가 되고, 이 상태에서 경화단계가 수행되면 고상폴리우레탄매트릭스(122)가 형성되어 모든 굵은 골재가 고상폴리우레탄매트릭스(122)에 의해 둘러싸여 결합된 상태가 된다. 이와 같이 경화단계는 본체(110)의 중공부(112)에 배치된 다수의 굵은 골재를 서로 결합시키는 고상 폴리우레탄 매트릭스(122)가 굵은 골재 표면에 코팅된 액상의 폴리우레탄이 경화되어 형성되는 단계로서, 액상의 폴리우레탄이 완전히 경화될 때까지 상온에서 24시간 이상 수행될 수 있다. 필요한 경우, 경화단계를 수행하기 전에 굵은 골재 사이에 형성된 공간의 일부를 액상의 폴리우레탄으로 채워 넣거나 폴리우레탄 코팅된 굵은 골재 사이에 형성된 공간의 일부를 액상의 폴리우레탄으로 채워 넣는 폴리우레탄추가단계를 더 수행할 수도 있다. 이와 같이 폴리우레탄추가단계가 더 수행되면 본 발명에서 진동감쇠용 슬래브층(120)은 최종적으로 도 2b 및 도 2d와 같은 형태로 얻어질 수 있다. 이러한 폴리우레탄추가단계를 통해 폴리우레탄콘크리트복합체(120) 내의 고상폴리우레탄매트릭스(122)와 고상시멘트매트릭스(123)의 부피비를 조절하여 감쇠능을 조절할 수 있다. 즉, 목표가 경제성이 나빠도 감쇠성능을 최대화하는데 있다면 상기 단계에서 액상의 폴리우레탄을 많이 채워서 가능한 고상폴리우레탄매트릭스(122)가 차지하는 부피를 크게 하고, 어느 정도 경제성도 있으면서 감쇠능도 어느 정도 확보하기를 바란다면 약간의 공간만 액상의 폴리우레탄을 채워 넣는 방식으로 조절이 가능하기 때문이다. 특히, 제1방법에서는 상술된 폴리우레탄추가단계를 폴리우레탄처리단계에서 액상의 폴리우레탄을 굵은 골재 표면을 코팅하는데 필요한 양보다 더 많은 양을 처리하여 동시에 수행할 수도 있다,

시멘트페이스트처리단계는 고상 폴리우레탄매트릭스(122)가 형성되지 않은 나머지 공간에 시멘트페이스트 또는 모르타르를 채워 넣어 수행되는데, 일정 배합비로 시멘트와 물을 교반하여 시멘트페이스트를 형성하거나 시멘트, 물 및 잔골재를 교반하여 모르타르를 형성한 후 폴리우레탄콘크리트복합체(120) 내에 공극이 전혀 형성되지 않도록 고상 폴리우레탄매트릭스(122)가 형성되지 않은 본체(110)의 중공부(112)의 나머지 공간을 모두 채우도록 시멘트페이스트 또는 모르타르가 주입될 수 있다. 여기서 나머지 내부공간은 굵은 골재 사이에 형성된 공간과, 구조지지용 슬래브층(110) 및 콘크리트벽체(600)와 굵은 골재 사이에 형성된 공간을 포함한다. 상술된 공정이 수행되면, 제1방법 및 제2방법 모두 각각 도 2a 및 도 2c에 도시된 형태의 폴리우레탄콘크리트복합체로 구성된 진동감쇠용 슬래브층(120)이 얻어질 수 있다.

그리고, 양생단계는 시멘트페이스트 또는 모르타르를 양생하여 고상시멘트매트릭스(123)가 형성되는 단계로서 공지된 시멘트양생조건에 따라 수행될 수 있다.

실시예 1

가로 3,300 mm이고 세로 2,800 mm이며, 두께가 150 mm가 되도록 구조지지용 슬래브층을 형성하면서 3차원 카고메 트러스부재를 설치하였다. 즉, 구조지지용 슬래브층을 형성하기 위해, 먼저 D10 크기의 인장철근과 압축철근을 250 mm 간격을 갖는 철망 형태로 피복두께가 20 mm가 되도록 배근하였다. 그 후 100 mm높이의 3차원 카고메 트러스부재를 배근된 철근 상에 배치하였다. 3차원 카고메 트러스부재를 배치한 후 콘크리트를 타설하여 5일 동안 양생하였다. 이 때, 구조지지용 슬래브층은 4군데의 모서리에 위치한 기둥에 의해 지지되도록 제작되었으며, 기둥은 단면이 300 mm x 300 mm이며 높이가 400 mm이다.

다음으로, 양생된 구조지지용 슬래브층을 둘러싸도록 거푸집을 설치한 후 40 mm높이까지 서로 1부위 이상 접촉되도록 다수의 굵은 골재(크기: 13 mm)를 배치하였다. 그 후 하기 표 1과 같은 물성을 갖는 주제(강남화성의 PF-359제품)와 경화제(강남화성의 E-145 제품)를 서로 100% 반응할 수 있도록 중량비로 1대 1로 섞은 액상형 폴리우레탄을 배치된 굵은 골재부피의 22%가 되도록 처리한 후 고상 폴리우레탄매트릭스가 형성되도록 3시간동안 공기중에서 경화시켰다. 그 후 물/시멘트중량비가 40%인 시멘트 페이스트를 제조하여 공극이 생기지 않도록 거푸집의 내부공간 중 고상 폴리우레탄매트릭스가 형성되지 않은 나머지 내부공간에 주입한 후 양생하여 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체로 구성된 40 mm두께의 진동감쇠용 슬래브층을 형성하여 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체1을 제조하였다.

구분	점도 (mPa.s)	비중	작업시간 (min)	경화시간 (hrs)	인장강도 (MPa)	신율 (%)	반발탄성 (%)
주제	2,000-4,500	1.05	30-70	24	6.9	250	40
경화제	2,000-6,000	1.35

실시예 2

실시예1에서 구조지지용 슬래브층형성단계에서 3차원 카고메 트러스부재를 500 mm x 500 mm 넓이, 100 mm 높이를 가진 3차원 카고메 트러스부재를 1000 mm x 1000 mm 간격으로 다수 개 설치한 후 구조지지용 슬래브층을 양생한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체2를 제조하였다. 여기서, 3차원 카고메 트러스부재는 60 mm가 구조지지용 슬래브층에 위치하고, 40 mm가 진동감쇠용 슬래브층에 위치하도록 설치되었다.

비교예

실시예1에서 3차원 카고메 트러스부재를 배근된 철근위에 배치하는 것을 제외하면 구조지지용 슬래브층을 형성하는 방법과 동일하게 그 두께를 210mm로 형성함으로써 비교예철근콘크리트슬래브 구조체를 제조하였다.

실험예 1

실시예1, 실시예2 및 비교예에서 얻어진 철근콘크리트슬래브 구조체들을 대상으로 뱅머신으로 충격을 가하여 주파수 대역별 음압레벨과 역A특성 가중 규준화 바닥충격음레벨 값을 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

주파수 (Hz)	음압(dB)
	비교예	실시예1	실시예2
31.5	106.2	105.6	106.1
63	88.9	88.6	88.8
135	78.1	73.1	74.1
250	62.0	53.3	52.8
500	56.7	52.8	51.9
역A레벨 (Li,Fmax,AW)	62	58	59

표 2에 나타난 실험결과에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예들에서 얻어진 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체1 및 2는 모두 현행 법령에서 기준 슬래브인 비교예에서 얻어진 비교예철근콘크리트슬래브 구조체와 비교하여 모든 주파수 대역에서 보다 낮은 음압레벨을 보이고 있으며, 이를 종합적으로 나타내는 역A레벨에서 특히 3차원 카고메 트러스부재가 적용되어 구조지지용 슬래브층과 진동감쇠용 슬래브층이 일체로 거동하는 실시예1의 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체2는 비교예보다 4 dB 낮은 수치를 나타낸 것을 확인할 수 있다.

실험예 2

실시예2 및 비교예에서 얻어진 철근콘크리트슬래브 구조체들을 대상으로 구조적 안전성을 건축구조기준(2016년)에 따라 평가하고 그 결과를 표 3에 나타내었다. 이 때, 단위폭(1m)의 1방향 슬래브로 가정하고, 경계조건은 양단 고정이며, 고정하중은 마감, 온돌, 슬래브, 하부천장이고, 활하중은 2.0 kN/m² (건축구조기준 2016년)이며, "φM _n (설계용 강도) ≥ M _u (설계용 부재력)"식을 만족하고, 설계용 부재력은 구조해석을 통해 하중계수를 반영한 최대 모멘트이며, 설계용 강도는 재료의 응력변형률 곡선을 반영하여 층상화 단면해석을 통해 구한 것이다.

	φM n (설계용 강도) kNㅇm	M u (설계용 부재력) kNㅇm	구조안전성
실시예1	19.2	9.3	만족
비교예	19.7	9.9	만족

표 3으로부터, 슬래브의 하중저항 능력을 나타내는 설계용 강도 비교를 통해, 진동감쇠형 재료 및 3차원 카고메 트러스부재가 포함된 본 발명의 실시예1에서 얻어진 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체1의 하중저항 능력이 그 두께가 더 감소되었음에도 불구하고 순수하게 철근콘크리트만으로 구성된 비교예철근콘크리트슬래브 구조체와 비교하여 유사하게 나타나는 것을 알 수 있다.

이상의 실험결과들은 본 발명의 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체가 기존 210mm두께의 철근콘크리트 슬래브구조체보다 두께가 20mm이상 감소된 상태에서도 구조적 안전성 기준도 만족시키면서 동시에 소음은 저감시키는 것을 보여준다.

따라서, 본 발명의 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체를 포함하는 다층건물용 바닥구조체는 실내공간을 넓게 확보할 수 있으며, 시멘트 사용의 저감으로 친환경성을 확보할 수 있다. 더 나아가 본 발명의 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 상에 순차적으로 적층되는 단열완충재층, 경량기포콘크리트층, 시멘트 모르터층 및 상기 바닥재층 중 단열완충재층 또는 경량기포콘크리트층 중 도 6에 도시된 바와 같이 어느 하나를 생략하거나 그 두께를 얇게 설치하여 실내공간을 보다 넓게 확보하거나, 필요한 경우 소음저감특성을 갖도록 변형하게 되면 보다 우수한 소음저감특성을 갖게 되어 공동주택에서 큰 문제가 되는 층간소음을 해결하는데 기여할 수 있을 것이다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

1 ; 다층건물용 바닥구조체
100 : 철근콘크리트슬래브 구조체 110 : 구조지지용 슬래브층
120 : 진동감쇠용 슬래브층 121 : 굵은 골재
122 : 고상 폴리우레탄 매트릭스 123 : 고상 시멘트 매트릭스
130 : 3차원 카고메 트러스부재 200 : 단열완충재층
300 : 경량기포콘크리트층 400 : 시멘트 모르터층
500 : 바닥재층

Claims (15)

1. 철근 및 콘크리트를 포함하고 그 두께가 125mm ~ 165mm로 형성되어 구조적 안전성을 담당하는 구조지지용 슬래브층;
   상기 구조지지용 슬래브층 상에 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체로 그 두께가 40mm ~ 80mm가 되도록 형성되는 진동감쇠용 슬래브층; 및
   상기 구조지지용 슬래브층에 일부가 위치하고, 나머지부분은 진동감쇠용 슬래브층에 위치하도록 설치되는 3차원 카고메 트러스부재;를 포함하는데,
   상기 3차원 카고메 트러스부재는 상기 구조지지용 슬래브층과 상기 진동감쇠용 슬래브층 사이의 일부 또는 전체적으로 형성되어 상기 구조지지용 슬래브층과 진동감쇠용 슬래브층이 일체로 거동할 수 있는 전단연결재로 작용하는 것을 특징으로 하는 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 3차원 카고메 트러스부재는 높이가 70mm 내지 150mm인 것을 특징으로 하는 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체.
   
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 폴리우레탄콘크리트복합체는 상기 구조지지용 슬래브층을 하부면으로 하고 일정높이를 갖는 3차원물체를 이루도록 배치된 상태에서 1부위 이상이 서로 간에 접촉되는 다수의 굵은 골재; 상기 다수의 굵은 골재 표면을 둘러싸서 코팅층을 형성하고 상기 다수의 굵은 골재를 서로 결합시키는 고상폴리우레탄매트릭스; 및 상기 고상폴리우레탄매트릭스로 코팅된 다수의 굵은 골재 사이에 형성된 공간을 채우고 상기 3차원물체의 표면을 형성하는 고상시멘트매트릭스;를 포함하는데, 그 내부에 공극이 전혀 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 폴리우레탄콘크리트복합체는 상기 구조지지용 슬래브층을 하부면으로 하고 일정높이를 갖는 3차원물체를 이루도록 배치된 상태에서 1부위 이상이 서로 간에 접촉되는 다수의 굵은 골재; 상기 다수의 굵은 골재 표면을 둘러싸서 코팅층을 형성하고, 상기 다수의 굵은 골재를 서로 결합시키며, 상기 다수의 굵은 골재 사이에 형성된 공간의 일부를 채우는 고상폴리우레탄매트릭스; 및 상기 고상폴리우레탄매트릭스가 형성되지 않은 나머지 공간을 채우고 상기 3차원물체의 표면을 형성하는 고상시멘트매트릭스;를 포함하는데, 그 내부에 공극이 전혀 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체.
   
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
   상기 다수의 굵은 골재는 폴리우레탄으로 코팅된 상태에서 1부위 이상이 서로 간에 접촉되고, 상기 고상 폴리우레탄매트릭스가 외부 진동을 감쇠시키면서 발생하는 굵은 골재의 미세한 위치 변화를 원위치로 이동시켜 굵은 골재의 감쇠성능을 유지하는 것을 특징으로 하는 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체.
   
8. 철근을 일정 높이로 배근하는 단계; 상기 배근된 철근 상에 1개 이상의 3차원 카고메 트러스부재를 배치하는 단계; 및 상기 3차원 카고메 트러스부재가 구조지지용 슬래브층에 일부가 위치하고 나머지 부분이 돌출되는 높이까지 콘크리트를 타설하여 양생하는 단계;를 포함하여 구조적 안전성을 담당하는 구조지지용 슬래브층을 형성하는 구조지지용 슬래브층 형성단계;
   상기 구조지지용 슬래브층 형성단계에서 상기 구조지지용 슬래브층에 일부가 위치하고 나머지 부분이 돌출되도록 3차원 카고메 트러스부재를 설치하는 카고메 트러스부재 설치단계; 및
   상기 구조지지용 슬래브층을 하부면으로 하고 돌출된 3차원 카고메 트러스부재의 나머지 부분이 덮어지는 높이 이상의 일정높이를 갖는 3차원물체가 굵은 골재로 모두 채워지도록 굵은 골재를 채워 넣는 골재배치단계; 액상의 폴리우레탄을 주입하여 상기 굵은 골재의 표면을 둘러싸도록 코팅하는 폴리우레탄처리단계; 상기 액상의 폴리우레탄을 경화시켜 상기 굵은 골재를 서로 결합시키는 고상 폴리우레탄 매트릭스가 형성되는 경화단계; 상기 고상 폴리우레탄매트릭스가 형성되지 않은 상기 3차원물체의 나머지 공간에 시멘트페이스트 또는 모르타르를 채워 넣는 시멘트페이스트처리단계; 및 상기 시멘트페이스트 또는 모르타르를 양생하여 고상시멘트매트릭스가 형성되는 양생단계;를 포함하여 상기 구조지지용 슬래브층 상에 일정높이로 형성된 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체로 이루어진 진동감쇠용 슬래브층 형성단계;를 포함하고,
   상기 카고메 트러스부재 설치단계에서 설치되는 상기 3차원 카고메 트러스부재는 상기 구조지지용 슬래브층과 상기 진동감쇠용 슬래브층 사이의 일부 또는 전체적으로 형성되어 상기 구조지지용 슬래브층과 진동감쇠용 슬래브층이 일체로 거동할 수 있는 전단연결재로 작용하는 것을 특징으로 하는 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 제조방법.
   
9. 삭제
10. 삭제
11. 철근을 일정 높이로 배근하는 단계; 상기 배근된 철근 상에 1개 이상의 3차원 카고메 트러스부재를 배치하는 단계; 및 상기 3차원 카고메 트러스부재가 구조지지용 슬래브층에 일부가 위치하고 나머지 부분이 돌출되는 높이까지 콘크리트를 타설하여 양생하는 단계;를 포함하여 구조적 안전성을 담당하는 구조지지용 슬래브층을 형성하는 구조지지용 슬래브층 형성단계;
    상기 구조지지용 슬래브층 형성단계에서 상기 구조지지용 슬래브층에 일부가 위치하고 나머지 부분이 돌출되도록 3차원 카고메 트러스부재를 설치하는 카고메 트러스부재 설치단계; 및
    액상의 폴리우레탄과 굵은 골재를 혼합 교반하여 상기 액상의 폴리우레탄이 굵은 골재의 표면을 둘러싸도록 코팅하는 폴리우레탄코팅단계; 상기 액상의 폴리우레탄 코팅된 굵은 골재를 상기 구조지지용 슬래브층의 하부면으로 하고 돌출되는 스터드부재의 나머지 부분이 덮어지는 높이 이상의 일정높이를 갖는 3차원물체가 모두 채워지도록 채워 넣는 골재배치단계; 상기 액상의 폴리우레탄을 경화시켜 상기 굵은 골재를 서로 결합시키는 고상 폴리우레탄 매트릭스가 형성되는 경화단계; 상기 고상 폴리우레탄매트릭스가 형성되지 않은 나머지 공간에 시멘트페이스트 또는 모르타르를 채워 넣는 시멘트페이스트처리단계; 및 상기 시멘트페이스트 또는 모르타르를 양생하여 고상시멘트매트릭스가 형성되는 양생단계;를 포함하여 상기 구조지지용 슬래브층 상에 일정높이로 형성된 고감쇠 폴리우레탄콘크리트복합체로 이루어진 진동감쇠용 슬래브층 형성단계;를 포함하고,
    상기 카고메 트러스부재 설치단계에서 설치되는 상기 3차원 카고메 트러스부재는 상기 구조지지용 슬래브층과 상기 진동감쇠용 슬래브층 사이의 일부 또는 전체적으로 형성되어 상기 구조지지용 슬래브층과 진동감쇠용 슬래브층이 일체로 거동할 수 있는 전단연결재로 작용하는 것을 특징으로 하는 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 제조방법.
    
12. 제 8 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 경화단계를 수행하기 전에 상기 굵은 골재 또는 폴리우레탄 코팅된 굵은 골재 사이에 형성된 공간의 일부를 액상의 폴리우레탄으로 채워 넣는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 제조방법.
    
13. 제 8 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 3차원 카고메 트러스부재 설치단계에서 상기 3차원 카고메 트러스부재는 높이가 70mm 내지 150mm인 것을 특징으로 하는 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 제조방법.
    
14. 제 1 항, 제 3 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 한 항의 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체 또는 제 8 항 또는 제 11 항의 제조방법으로 제조된 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체를 포함하는 다층건물용 바닥구조체로서,
    상기 소음저감형 철근콘크리트슬래브 구조체를 이루는 구조지지용 슬래브층과 진동감쇠용 슬래브층이 3차원 카고메 트러스부재에 의해 일체로 거동할 수 있도록 형성되어 소음저감특성을 갖는 것을 특징으로 하는 다층건물용 바닥구조체.
15. 삭제

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