KR102204086B1 - 내열성 재료와 다공성 재료를 포함하는 폐자원을 활용한 내화피복재 조성물 및 이를 이용한 내화피복용 판넬 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, 아우인계 시멘트 20 내지 40 중량%; 고로수쇄 슬래그 15 내지 40 중량%; 뮬라이트 및 폐내화물 중에서 선택되는 1종 이상 5 내지 20 중량%; 탈황석고 1 내지 10 중량%; 팽창 질석 10 내지 40 중량%; 폐석회석 미분 10 내지 30 중량%; 증점재료 0.5 내지 5 중량%; 및 계면활성제 0.5 내지 5 중량%;를 포함하는 내열성 재료와 다공성 재료를 포함하는 폐자원을 활용한 내화피복재 조성물 및 이를 이용한 내화피복용 판넬을 제공한다.
상기 내화피복재는 환경 친화적이고, 일정한 수준의 공극율 확보에 따른 적절한 밀도 형성, 무수축성에 따른 균열발생 저감 및 고온에서의 내열특성의 향상으로 도로 터널, 철도 터널 및 건축물의 내화기준을 충족시킨다.
상기 내화피복재는 환경 친화적이고, 일정한 수준의 공극율 확보에 따른 적절한 밀도 형성, 무수축성에 따른 균열발생 저감 및 고온에서의 내열특성의 향상으로 도로 터널, 철도 터널 및 건축물의 내화기준을 충족시킨다.
Description
본 발명은 내열성 재료와 다공성 재료를 포함하는 폐자원을 활용한 내화피복재 조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 폐기되는 산업 부산물과 내열성 재료 및 다공성 재료를 포함하는 내화피복재 조성물 및 이를 이용한 내화피복용 판넬에 관한 것이다.
인구가 밀집되고 좁은 지역에 많은 사람들이 살아가기 위한 방편으로 건축물의 고층화 및 대형화가 이루어지고 있으며, 그 수단으로 대부분의 고층 건물 및 대형 건물의 경우 안전성 및 견고성을 유지하기 위하여 철골구조를 적용하고 있다.
그러나 대형화된 고층건물은 화재가 발생하였을 때, 유독 가스로부터 인명피해가 발생할 위험이 크고, 화재 시의 고열에 의해서 철골구조의 강도와 내력이 감소하여 건물의 자체하중을 견디지 못하고 붕괴될 위험이 있다. 따라서 이를 개선하기 위하여 철골 구조물의 외부에 내화성 피복층을 형성시키는 방법이 적용되고 있다.
한편, 건축 철골구조물에 사용되는 저탄소강은 임계온도가 540℃ 정도로, 상기 임계온도 이상에서는 내력이 통상 60％ 정도로 감소한다. 따라서 철골 구조물에 대해서는, 건물의 화재시 철골의 내력저하 및 이로 인한 인명 피해를 최대한 방지하기 위하여, 철골 내화피복을 실시하고 있다. 또한 콘크리트 구조물의 경우에도 일정기간 동안 열에 의한 콘크리트 재료의 열화 저항성 또는 폭열 저항성 등의 물성이 요구되며, 화재 진압 후에도 콘크리트 구조물의 원래의 물성을 유지하는 것이 중요하므로, 내화피복을 실시하고 있다.
기존의 내화 단열 피복재로는 주로 석면 및 암면을 주재료로 사용하였으나, 석면은 발암을 야기하는 물질로 알려져 전 세계적으로 사용이 거의 중단된 상태이고, 무기질 섬유상의 암면은 시공 시 많은 분진이 발생하여 작업자의 시공환경이 나쁘고 주변환경을 오염시키는 문제를 야기한다.
상기 암면계 내화피복재는 비중이 작고 내화성능이 우수한 장점을 갖고 있지만, 내화성능 및 강도를 충족시킬 수 있는 적정밀도의 시공에 대한 숙련도를 요하며, 슬러리(혼탁액)가 적절한 항상성을 가지도록 하는 것이 어려우며, 시공 후 시간 경과에 따라 피복재의 탈락 및 무기섬유인 암면의 비산현상 등이 발생하는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 슬러리(혼탁액)의 제조 시 질석 및 퍼라이트 등의 다양한 팽창된 천연의 광물질이 첨가된 조성물들이 개발된 바 있으나, 상기 팽창된 천연의 광물질들은 그 표면이 무수히 많은 기공들로 형성되어 있어 물과 혼합된 슬러리 형태를 이용한 분무 시공 시 점성의 변화에 따른 개방기공의 제어가 어려워 아직까지 해결과제로 남아 있는 상황이다.
한편, 이러한 상기의 문제점을 개선한 재료들이 개발되어 일부 부분적으로 사용되고 있으나, 대부분의 기술은 초기의 부착력, 부착강도 등에 중점을 둔 재료들이며, 일정시간 화재가 진행되고 있을 경우에 화염에 의한 고온에서의 저항성 또는 내구력을 유지 시킬 수 있는 방안을 제시하고 있지 않다.
대한미국 특허공개 제10-2011-0108075호에서는 화재 시 고온에서의 내열특성을 향상시키기 위한 방안으로 화산재 발포체와 진주암 발포체를 사용하는 것이 개시되어 있으다. 그러나 이 기술은 발포체에 의한 열 온도 상승을 지연시키기 위한 메카니즘을 제시하고 있으나, 이들의 발포체는 open pore로서 기공의 존재로 인한 열의 차단 효과는 미미하다고 할 수 있다.
대한민국 등록특허 제10-0992888호에서는 무기질 산업 부산물로 석고와 폐콘크리트 분말을 사용하는 것이 개시되어 있으나, 이 기술 역시 고온에서의 내열성 향상 보다는 내화피복재의 내부의 기공을 제어하여 열을 차단하고자 하는 기술일 뿐, 근본적인 고온 내열성에 대한 대책은 부족한 것으로 보인다.
한편, 도로의 터널 및 철도 터널에서의 화재를 대비하여 국토교통부의 도시지역 지하도로 설계지침 5.2.4항은 “구조물의 내화성능확보에 대해 충분히 검토되어야 한다.”라고 규정하고 있으며, 이를 위하여 국내에서는 해외 터널 내화 규격을 적용하고 있다.
국내의 경우 콘크리트 터널 라이닝의 내화 시험방법이 규정되어 있지 않아 EFNARC(Europian Federation of Producer and Applicators of Specialist Product for Structures)에서 제시하고 있는 시험방법을 기준으로 하고 있다. EFNARC의 시험방법은 실물화재실험을 통하여 국제적으로 규정된 화재시나리오로서, 다양한 화재하중 곡선을 제시하고 있다.
이러한 국제 규격에 적용이 가능한 재료들이 개발되어 일부 부분적으로 사용되고 있으나, 대부분의 기술은 초기의 부착력, 부착강도 등에 중점을 둔 재료들이며, 일정시간 화재가 진행되고 있을 경우에 화염에 의한 고온에서의 저항성 또는 내구력을 유지 시키기 위한 물성은 갖추고 있지 못한 실정이다.
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 내열성 재료와 다공성 계면활성제를 혼합하여 내열성 재료에 의해 화재 시 고열에 대한 저항성을 향상시키고, 다공성 계면활성제에 의한 미세 기공의 생성에 의해 열전달을 지연시켜 내화피복재의 내력을 향상시킴으로써, 급격한 온도 상승에 대한 내화피복재의 내열 및 내화 성능을 향상 시킬뿐만 아니라, 화염에 노출된 철골 부재 및 콘크리트 구조물의 내구력 저하를 방지할 수 있는 내화피복재 조성물 및 이를 이용한 내화피복용 판넬을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 1,250~1,300℃에서 생성되는 아우인계 시멘트와, 제철공정에서 부산물로 발생하는 고로수쇄 슬래그와 탈황석고를 사용함으로서 폐자원을 재활용하며, 이러한 재료의 사용에 의해 화재 시 고온에서 열분해 저항성을 향상시키고 화재에 의해 파손 또는 손상될 수 있는 내화피복재 내부로의 열전도를 차단함으로써, 철골 부재 및 콘크리트 구조물의 내구력을 유지할 수 있는 내화피복재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 고온에서 내열 저항성이 우수한 뮬라이트 및 폐내화물 중에서 선택되는 1종 이상을 사용함으로써, 화재 시 고온에서 열분해 저항성을 향상시키고 화재에 의해 파손 또는 손상될 수 있는 내화피복재 내부로의 열전도를 차단하여, 철골 부재 및 콘크리트 구조물의 내구력을 유지할 수 있는 내화피복재 조성물을 및 이를 이용한 내화피복용 판넬을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 다공성 계면활성제에 의한 미세 기공의 생성에 의해 팽창 질석이 갖고 있는 다공성 구조를 지속적으로 유지함으로써 열전달을 지연시켜 내화피복재의 내력을 향상시킬 수 있는 내화피복재 조성물 및 이를 이용한 내화피복용 판넬을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 일정한 수준의 공극율 확보에 따라 적절한 밀도를 형성하고 무수축성에 따라 균열발생을 저감시키며, 고온에서의 내열특성을 향상시킴으로써, 도로 터널, 철도 터널 및 건축물의 내화기준을 충족시킬 수 있는 내화피복재 조성물 및 이를 이용한 내화피복용 판넬을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 조성물 총 중량에 대하여,
아우인계 시멘트 20 내지 40 중량%;
고로수쇄 슬래그 15 내지 40 중량%;
뮬라이트 및 폐내화물 중에서 선택되는 1종 이상 5 내지 20 중량%;
탈황석고 1 내지 10 중량%;
팽창 질석 10 내지 40 중량%;
폐석회석 미분 10 내지 30 중량%;
증점재료 0.5 내지 5 중량%; 및
계면활성제 0.5 내지 5 중량%;를 포함하는 내열성 재료와 다공성 재료를 포함하는 폐자원을 활용한 내화피복재 조성물 및 이를 이용한 내화피복용 판넬을 제공한다.
또한, 본 발명은
상기 본 발명의 내화피복재 조성물을 사용하여 제조되는 내화피복용 판넬을 제공한다.
본 발명의 내화피복재 조성물은 내열성 재료와 다공성 계면활성제를 혼합하여 내열성 재료에 의해 화재 시 고열에 대한 저항성을 향상시키고, 다공성 계면활성제에 의한 미세 기공의 생성에 의해 열전달을 지연시켜 내화피복재의 내력을 향상시킴으로써, 급격한 온도 상승에 대한 내화피복재의 내열 및 내화 성능을 향상 시킬뿐만 아니라, 화염에 노출된 철골 부재 및 콘크리트 구조물의 내구력 저하를 방지하는 효과를 제공한다.
또한, 1,250~1,300℃에서 생성되는 아우인계 시멘트와, 제철공정에서 부산물로 발생하는 고로수쇄 슬래그와 탈황석고를 사용함으로서 폐자원을 재활용하며, 이러한 재료의 사용에 의해 화재 시 고온에서 열분해 저항성을 향상시키고 화재에 의해 파손 또는 손상될 수 있는 내화피복재 내부로의 열전도를 차단함으로써, 철골 부재 및 콘크리트 구조물의 내구력을 유지하는 효과를 제공한다.
또한, 고온에서 내열 저항성이 우수한 뮬라이트 및 폐내화물 중에서 선택되는 1종 이상을 사용함으로써, 화재 시 고온에서 열분해 저항성을 향상시키고 화재에 의해 파손 또는 손상될 수 있는 내화피복재 내부로의 열전도를 차단하여, 철골 부재 및 콘크리트 구조물의 내구력을 유지하는 효과를 제공한다.
또한, 다공성 계면활성제에 의한 미세 기공의 생성에 의해 팽창 질석이 갖고 있는 다공성 구조를 지속적으로 유지함으로써 열전달을 지연시켜 내화피복재의 내력을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 일정한 수준의 공극율 확보에 따라 적절한 밀도를 형성하고 무수축성에 따라 균열발생을 저감시키며, 고온에서의 내열특성을 향상시킴으로써, 도로 터널, 철도 터널 및 건축물의 내화기준을 충족시키는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 내화피복재 조성물의 내화 시험용 콘크리트 구조물 제작을 위한 열전대 설치도이다.
도 2는 본 발명의 내화피복재 조성물의 내화 시험용 콘크리트 구조물의 제작과정을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 내화피복재 조성물의 내화 시험용 콘크리트 구조물의 제작과정 중 내화피복층 형성과정을 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 내화피복재 조성물의 내화 시험에 사용하는 터널용 수평 가열로 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 및 2의 내화피복재 조성물에 대한 내화 시험결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 및 2의 내화피복재 조성물에 대한 내화 시험을 완료한 후, 촬영한 시험용 콘크리트 구조물의 사진이다.
도 7은 비교예 1 및 2의 내화피복재 조성물에 대한 내화 시험결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 비교예 1 및 2의 내화피복재 조성물에 대한 내화 시험을 완료한 후, 촬영한 시험용 콘크리트 구조물의 사진이다.
도 2는 본 발명의 내화피복재 조성물의 내화 시험용 콘크리트 구조물의 제작과정을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 내화피복재 조성물의 내화 시험용 콘크리트 구조물의 제작과정 중 내화피복층 형성과정을 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 내화피복재 조성물의 내화 시험에 사용하는 터널용 수평 가열로 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 및 2의 내화피복재 조성물에 대한 내화 시험결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 및 2의 내화피복재 조성물에 대한 내화 시험을 완료한 후, 촬영한 시험용 콘크리트 구조물의 사진이다.
도 7은 비교예 1 및 2의 내화피복재 조성물에 대한 내화 시험결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 비교예 1 및 2의 내화피복재 조성물에 대한 내화 시험을 완료한 후, 촬영한 시험용 콘크리트 구조물의 사진이다.
이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
본 발명은 조성물 총 중량에 대하여,
아우인계 시멘트 20 내지 40 중량%;
고로수쇄 슬래그 15 내지 40 중량%;
뮬라이트 및 폐내화물 중에서 선택되는 1종 이상 5 내지 20 중량%;
탈황석고 1 내지 10 중량%;
팽창 질석 10 내지 40 중량%;
폐석회석 미분 10 내지 30 중량%;
증점재료 0.5 내지 5 중량%; 및
계면활성제 0.5 내지 5 중량%;를 포함하는 내열성 재료와 다공성 재료를 포함하는 폐자원을 활용한 내화피복재 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 아우인(Hauyne)계 시멘트는 1,250~1,300℃에서 생성되는 시멘트로서 고온에서 열분해 저항성이 우수하며, 3시간 정도의 강도가 보통시멘트의 7일 강도에 해당되며 건조수축에 의한 길이 변화가 매우 적어서 구조체의 균열을 방지하며 수시간내에 완료해야하는 긴급공사와 동절기 공사 등에 적합한 시멘트를 의미한다. 상기 아우인계 시멘트에 포함되는 팽창성 클링커인 아우인(Hauyne, 일명 Calcium Sulfo Aluminate- CSA 라 함)은 보오크사이트-석고-석회석의 재료로 약 섭씨 1300℃ 이상에서 제조된다. 또한 일부에서는 석유화학에서 사용되는 알루미나 촉매를 사용하여 제조되기도 한다.
본 발명에서 아우인계 시멘트는 이 분야에서 공지된 것이 제한없이 사용될 수 있으며, 시중에서 판매 중인 것을 구입하여 사용할 수도 있다.
상기 아우인계 시멘트는 조성물 총 중량에 대하여 20 내지 40 중량%로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 22 내지 28 중량%로 포함될 수 있다. 아우인계 시멘트가 상술한 범위로 포함되는 경우, 내화피복재 조성물의 결합력, 내열성 및 우수한 균열방지 효과를 제공하며, 상술한 범위를 초과하는 경우에는 초과량에 따르는 효과의 상승보다 다른 성분들의 함량부족으로 인한 단점 발생의 염려가 크므로 바람직하지 않다.
본 발명에 있어서, 상기 내열성 결합재료인 고로수쇄 슬래그는 제철소 고로에서 방출되는 폐기물인 슬래그를 물로 급냉시킨 슬래그로서 분말도는 3300 내지 6200cm2/g인 것을 특징으로 한다. 고로수쇄 슬래그의 분말도가 3300cm2/g 미만이면 내열성에서는 문제가 발생하지 않으나 결합재인 시멘트의 수화를 저해하여 초기 결합강도가 약해 질 수 있다. 또한 분말도가 6200cm2/g를 초과하면 초기에 급격한 반응으로 시멘트의 수화를 촉진하여 오히려 내화피복재의 부착력을 저하 시킬 수 있다. 바람직하게는 3800 내지 4800cm2/g 범위가 좋다.
상기 고로수쇄 슬래그는 조성물 총 중량에 대하여 15 내지 40 중량%로 포함될 수 있으며, 18 내지 28 중량%로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 고로수쇄 슬래그가 상기 함량범위 미만으로 포함되는 경우, 조성물의 내열성이 약화될 수 있으며, 수화 저해에 의해 결합강도가 약화될 수 있으며, 상술한 범위를 초과하는 경우 추가의 효과 상승을 기대하기 어려우며, 다른 성분의 함량이 줄어들어 조성물의 물성이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명에 있어서, 상기 내열성 첨가재료인 뮬라이트 및 폐내화물 중에서 선택되는 1종 이상에서 상기 뮬라이트는 실리카ㆍ알루미나계의 내화물로서, 3Al2O3ㆍ2SiO2의 조성을 지니며, 1800℃ 이상의 온도에 견디므로, 우수한 내화성을 제공한다.
상기 뮬라이트는 천연으로도 산출되지만, 실리마나이트를 전융 합성해서 제조한 것을 사용할 수도 있으며, 후자가 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용하는 뮬라이트의 화학적 조성은 실리카 성분 10 내지 40 중량% 및 알루미나 성분 60 내지 80 중량%를 포함하는 것일 수 있으며, 비중 2.5 내지 3.0, 평균 입자 크기 20 내지 60 메쉬(mesh)인 것이 바람직하게 사용될 수 있다. 화학적 조성에서 실리카 성분이 10 중량% 미만이면 내열성능이 저하될 수 있으며, 실리카 성분이 40 중량%를 초과하면 내열성이 저하될 수 있다. 또한 알루미나 성분이 60 중량% 미만이면 내열성능이 저하될 수 있으며, 알루미나 성분이 80 중량%를 초과하면 가격이 고가이므로 경제적으로 바람직하지 못하다. 더욱 바람직하게는 실리카 성분 15 내지 35 중량% 및 알루미나 성분 65 내지 85 중량%를 포함할 수 있다. 뮬라이트의 비중이 2.5 이하이면 뮬라이트가 적절하게 구성되지 않은 것이므로 내열효과를 발휘할 수 없으며, 비중이 3.0 이상인 것 역시 내열효과를 발휘하지 못한다. 바람직하게는 2.6 내지 2.9 범위가 좋다.
상기 내열성 첨가재료인 폐내화물은 알루미나 성분이 80 내지 95 중량% 함유되어 있는 것이 사용될 수 있다. 알루미나 성분이 80 중량% 미만일 경우 내열성능이 저하될 수 있으며, 알루미나 성분이 95 중량%를 초과하면 가격이 고가이므로 경제적으로 바람직하지 못하다. 더욱 바람직하게는 알루미나 성분이 85 내지 90 중량%인 것이 좋다. 상기 폐내화물은 전기로 또는 용광로 등에서 사용하고 폐기된 것을 의미하며 알루미나 이외의 불순물의 함량은 5 내지 20 중량%일 수 있다.
상기 뮬라이트 및 폐내화물 중에서 선택되는 1종 이상은 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 20 중량%로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 8 내지 18 중량%로 포함될 수 있다. 상기 성분이 상술한 범위 미만으로 포함되는 경우에는 조성물의 내열성이 저하될 수 있으며, 상술한 범위를 초과하는 경우에는 추가적인 내열효과의 상승이 이루어지지 않는 반면, 다른 성분들의 함량이 줄어들어 조성물의 물성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.
상기 뮬라이트 및 폐내화물 중에서 선택되는 1종 이상으로는 뮬라이트를 사용하는 것이 내열성능 향상이라는 측면에서 더욱 바람직할 수 있다.
본 발명에 있어서, 내열성 보조재료로서 사용되는 탈황석고는 1 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 7 중량%로 포함될 수 있다. 상기 내열성 보조재료인 탈황석고는 페트로 코크스를 연료로 사용하는 유동층상 보일러에서 탈황공정을 거친 것으로서 순수한 산화칼슘의 함량이 30 내지 60 중량%, 무수석고 성분이 30 내지 60 중량%, 이들을 제외한 불순물이 10 내지 15 중량% 함유되는 것을 특징으로 하며, 분말도는 2300 내지 4200cm2/g인 것을 특징으로 한다. 상기 탈황석고에서 산화칼슘의 함량이 30 중량% 미만이고 무수석고의 량이 60 중량%를 초과하면 내열성능이 저하될 수 있으며, 산화칼슘의 함량이 60 중량%를 초과하고 무수석고의 함량이 30 중량% 미만이면 산화칼슘의 초기 수화반응이 격렬하게 진행되어 내화피복재의 가응결 현상이 나타날 수 있다. 바람직하게는 산화칼슘의 함량이 40 내지 50 중량%이고 무수석고의 함량이 40 내지 50 중량%이고, 이들을 제외한 불순물이 8 내지 12 중량%로 함유되는 것인 것이 좋다.
상기 탈황석고가 1 중량% 미만으로 포함될 경우, 추가적인 내열성 향상 효과를 거두기 어려우며, 10 중량%를 초과할 경우 추가적인 내열성 향상효과의 상승보다 다른 성분들의 함량 감소로 인한 부작용이 크므로 바람직하지 않다.
본 발명에 있어서, 상기 폐석회석 미분은 내화피복재 조성물의 내화도 향상 및 화재 시 고온 열분해에 의해 기공의 생성에 의한 열차단 효과를 위해 사용된다. 상기 폐석회석 미분은 화재 시 열분해에 의해 이산화탄소를 배출함으로서 열 차단 및 화염 저감에 기여한다. 석회석 미분은 화재 발생시 화재의 온도가 섭씨 1,000 이상이되는데, 이 때 석회석 미분은 생석회 및 이산화탄소로 분해되며, 분해된 후에는 석회석이 생석회로 전환되면 발생하는 공극이 기공으로 남게 된다. 이 때 생성된 기공은 열차단 효과를 발휘하는 차단벽 효과를 나타낸다.
상기 폐석회석 미분은 탄산칼슘(CaCO3)함량이 90 중량% 이상인 석회석으로 대체될 수 있다. 탄산칼슘의 함량이 90 중량% 미만이면 화재 시 열분해에 의한 이산화탄소의 생성이 미약하여 열 차단 및 화염 저감의 효과가 약한 단점을 갖는다. 더욱 바람직하게는 탄산칼슘(CaCO3)함량이 93 중량% 이상인 것이 좋다.
상기 폐석회석 미분은 석회석 채광 후에 발생한 석회석 미분으로서, 분말도가 2,000 내지 5,000cm2/g 이고 순수한 산화칼슘 함량이 85 내지 95중량%인 것이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 폐석회석 미분의 분말도가 2,000cm2/g 미만인 경우에는 큰 입자 석회석의 분해에 따른 큰 입자의 생석회 생성으로 내화피복재를 붕괴시킬 수 있으며, 5,000cm2/g을 초과하는 경우에는 입자가 너무 작기 때문에 생성되는 기공의 크기가 너무 작아져서 화재 시 열차단의 효과가 미약해지는 단점이 있어 바람직하지 않다. 또한, 순수한 산화칼슘 함량이 85중량% 미만인 경우에는 석회석 분해시 발생하는 산화칼슘의 량이 적어 화재 시의 석회석 분해에 의한 이산화탄소 발생량이 적고 기공의 생성량이 적어져서 열차단 및 화염 저감의 효과를 기대하기 어려우며, 95중량%를 초과하는 경우에는 석회석 미분의 가격이 고가라서 경제적으로 바람직하지 못한 단점이 있어 바람직하지 않다.
상기 폐석회석 미분은 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 폐석회석 미분이 5 중량% 미만으로 포함되면 화재 시 열분해에 의한 이산화탄소의 생성이 미약하여 열 차단 및 화염 저감의 효과가 약하며, 15 중량%를 초과하여 포함되면 급격한 이산화탄소의 방출로 내화피복재가 탈락하는 단점을 갖게 된다. 더욱 바람직하게는 7 내지 13 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 팽창질석은 열처리에 의해 팽창된 질석으로 다공성 기공을 갖고 있어 화재시 화염의 온도 상승을 차단하는 기능을 수행한다. 상기 팽창질석은 조성물 총 중량에 대하여 10 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 팽창질석이 상술한 범위 미만으로 포함되는 경우에는 화염의 온도 상승 억제기능이 저하될 수 있으며, 상술한 범위를 초과하는 경우에는 내화피복재의 결합력을 약화시켜 부착강도 등의 저하가 나타날 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명에 있어서, 상기 증점재료로는 메틸 셀루로오스, 젤라틴, 아교 중에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다. 상기 증점재료는 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 증점재로가 상술한 범위 미만으로 포함되는 경우에는 내화피복재 조성물의 피착제에 의한 접착성 및 재료의 결합력 상승의 효과를 기대하기 어려우며, 상술한 범위를 초과하는 경우에는 조성물의 점도가 너무 높아져서 작업성이 저하되므로 바람직하지 않다.
본 발명에 있어서, 상기 계면활성제로는 다공성 기포 생성 재료로서 소디움 라우릴산계 계면활성제가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 소디움 라우릴산계 계면활성제는 미세 기공의 생성에 의해 열전달을 지연시켜 내화피복재의 내력을 향상시키며, 팽창 질석이 갖고 있는 다공성 구조를 지속적으로 유지시킴로써 열전달을 지연시켜 내화피복재의 내력을 향상시키는 기능을 수행한다. 또한, 일정한 수준의 공극율 확보를 가능하게 함으로써 내화피복재 조성물의 적절한 밀도를 형성하고 무수축성에 따른 균열발생을 저감시키는 기능을 수행한다.
특히, 상기 다공성 기포 생성 재료는 팽창 질석의 공극 사이에 다시 공극 피막을 생성함으로서 팽창질석의 공극을 안정하게 유지 시키는 역할을 수행한다. 이러한 메카니즘을 도면을 통해 설명하면 다음과 같다.
상기 계면활성제는 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 5 중량%를 포함될 수 있다. 상기 계면활성제가 0.5 중량% 미만으로 사용되면 다공성 기포의 생성량이 적어 내열 및 단열 성능이 저하될 수 있으며, 5 중량%를 초과하는 경우에는 지나치게 많은 기공의 생성으로 부착강도가 약해 질수 있다. 더욱 바람직하게는 1.0 내지 4.0 중량%로 사용될 수 있다.
본 발명의 내화피복재 조성물의 구성성분에 있어서, 상기에서 특정된 성분을 제외하고는 이 분야의 공지된 방법에 의해 제조된 공지된 성분이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은
상기 본 발명의 내화피복재 조성물을 사용하여 제조되는 내화피복용 판넬에 관한 것이다. 상기 본 발명의 내화피복용 판넬은 내화피복재 조성물로 성형하여 제조하거나, 이 분야에서 통상적으로 사용되는 판넬의 표면에 본 발명의 내화피복재 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성한 형태로 제조될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예: 내화피복재 조성물의 제조
하기 표 1의 재료를 해당 배합비로 혼합하여 내화피복재 조성물을 제조하였다. 상기 배합비는 내화시간 3시간을 기준으로 설계하여 진행하였다.
| 재료명 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 아우인계 시멘트 | 28 | 25 | 28 | 28 |
| 보통 포틀랜드 시멘트 | - | - | 15 | 11 |
| 고로수쇄 슬래그 | 20 | 25 | 20 | 20 |
| 탈황석고 | 3 | 5 | 3 | 3 |
| 뮬라이트 | 15 | 10 | - | 10 |
| 폐석회석 미분 | 5 | 10 | 5 | 5 |
| 팽창 질석 | 25 | 20 | 25 | 20 |
| 증점재료 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 소디움 라우릴산계 계면활성제 | 1 | 2 | 1 | - |
| 합계(중량%) | 100 | 100 | 100 | 100 |
주)
아우인계 시멘트:삼표시멘트사 제조, 조강형 특수시멘트
증점재료:롯데케미칼 사 제조, MC-50
소디움 라우릴산계 계면활성제: 미원상사 제조, 미코린-90
시험예 : 내화피복재 조성물의 내화 시험
① 실험 방법
한국건설기술연구원 화재시험본부에 시험 의뢰하여 내화시험을 진행하였다. 구체적으로 도 1에 나타낸 바와 같이 온도 센서를 매설하고, 도 2와 같이 콘크리트를 타설한 후, 28일간 양생하고, 실시예 1의 내화 피복재 조성물을 30mm 두께로 도포하여 도 3과 같이 시험 대상 시료를 제조하였다.
이 후, 상기 시험 대상 시료를 도 4와 같은 터널용 수평 가열로에서 화염의 온도를 초기 5분 동안 1200℃까지 급격히 증가시고, 도로 터널 기준 25분, 철도 터널 기준 55분 동안 유지시킨 후, 20℃까지 약 110분 동안 서서히 냉각시키면서 실험을 진행하였다(RABT 기준 시험 방법에 따름).
② 실험 결과
실험결과, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2의 내화피복재 조성물은 EFNARC의 도로, 철도 터널의 화재시험 기준인 RABT 시험규격을 충분히 충족시키는 것으로 확인되었다(상기 RABT 기준은 독일의 EUREK A 프로젝트의 일환으로 개발된 시험 방법임). 즉, 상기와 같은 시험에서 내화피복재에 의하여 콘크리트 구조물의 온도 변화가 없어야 하는데, 본 발명의 내화피복재 조성물을 도포한 콘크리트 구조물은 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 2시간 동안 화염을 가하여도 내화피복재에 이상이 없는 것으로 확인되었으며(도 5의 실시예1 및 실시예 2의 평균 온도 및 도 6의 내화피복층 참조), 시험과정 중 최고온도가 섭씨 100℃ 이하로 나타나 우수한 내화성능을 발현한 것으로 확인되었다. 반면, 비교예 1 및 2의 내화피복재 조성물은, 도 7 및 도 8에서 확인되는 바와 같이, 시험 중 한시간 경과 후부터 온도가 상승하면서(도 7의 비교예1 및 비교예2의 평균 온도 참조) 내화피복재가 박리 탈락(도 8의 내화피복층 참조)하여 시험을 마치지 못하고 중단하는 문제를 노출하였다.
Claims (9)
- 조성물 총 중량에 대하여,
아우인계 시멘트 20 내지 40 중량%;
고로수쇄 슬래그 15 내지 40 중량%;
뮬라이트 및 폐내화물 중에서 선택되는 1종 이상 5 내지 20 중량%;
탈황석고 1 내지 10 중량%;
팽창 질석 10 내지 40 중량%;
폐석회석 미분 10 내지 30 중량%;
증점재료 0.5 내지 5 중량%; 및
계면활성제 1 내지 4 중량%;를 포함하며,
상기 계면활성제는 다공성 기포 생성 재료인 소디움 라우릴산계 계면활성제이며,
상기 폐석회석 미분은 분말도가 2,000 내지 5,000cm2/g 이고, 열분해 하는 경우 열분해 생성물 중에서 산화칼슘의 함량이 85 내지 95중량%인 것을 특징으로 하는 내열성 재료와 다공성 재료를 포함하는 폐자원을 활용한 내화피복재 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 내열성 결합재료인 고로수쇄 슬래그는 제철소 고로에서 방출되는 폐기물인 슬래그를 물로 급냉시킨 슬래그로서 분말도가 3300 내지 6200cm2/g인 것을 특징으로 하는 내열성 재료와 다공성 재료를 포함하는 폐자원을 활용한 내화피복재 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 뮬라이트 및 폐내화물 중에서 선택되는 1종 이상은 뮬라이트인 것을 특징으로 하는 내열성 재료와 다공성 재료를 포함하는 폐자원을 활용한 내화피복재 조성물. - 청구항 3에 있어서,
상기 뮬라이트는 실리카 성분 10 내지 40 중량% 및 알루미나 성분이 60 내지 80 중량%를 포함하며, 비중이 2.5 내지 3.0이고, 평균 입자 크기가 20 내지 60 메쉬(mesh)인 것을 특징으로 하는 내열성 재료와 다공성 재료를 포함하는 폐자원을 활용한 내화피복재 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 내열성 첨가재료인 폐내화물은 알루미나 성분이 80 내지 95 중량% 함유된 것을 특징으로 하는 내열성 재료와 다공성 재료를 포함하는 폐자원을 활용한 내화피복재 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 탈황석고는 페트로 코크스를 연료로 사용하는 유동층상 보일러에서 탈황공정을 거친 것으로서 순수한 산화칼슘의 함량이 30 내지 60 중량%이고, 무수석고 성분이 30 내지 60 중량%이며, 이들을 제외한 불순물이 10 내지 15 중량%로 포함되며, 분말도가 2300 내지 4200cm2/g인 것을 특징으로 하는 내열성 재료와 다공성 재료를 포함하는 폐자원을 활용한 내화피복재 조성물. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1항의 내화피복재 조성물을 사용하여 제조되는 내화피복용 판넬.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190172739A KR102204086B1 (ko) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | 내열성 재료와 다공성 재료를 포함하는 폐자원을 활용한 내화피복재 조성물 및 이를 이용한 내화피복용 판넬 |
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|---|---|
| KR102204086B1 true KR102204086B1 (ko) | 2021-01-18 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102361098B1 (ko) * | 2021-06-02 | 2022-02-14 | 에스원건설 주식회사 | 자기수화형 인공골재 및 그의 제조방법 |
| CN114507040A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-05-17 | 三亚城投众辉新型建材有限公司 | 一种基于石粉与蛭石的耐火型建筑材料及其制备工艺 |
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| KR20110108075A (ko) | 2010-03-26 | 2011-10-05 | 신강하이텍(주) | 내화 피복재 조성물 및 내화피복재 시공방법 |
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2019
- 2019-12-23 KR KR1020190172739A patent/KR102204086B1/ko active IP Right Grant
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