KR102228810B1 - 경량 기포 콘크리트 블록 - Google Patents

경량 기포 콘크리트 블록 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트, 포졸란, 백운석, 단섬유 및 기포제를 포함하는 성분들로 구성되고, 각 성분들 간의 결속력을 강화하여 경량이면서 강도가 우수한 경량 기포 콘크리트 블록에 관한 것이다.
본 발명에 따른 경량 기포 콘크리트 블록은 단섬유가 분말 입자들을 결속하면서 균일하게 분산시켜 강도가 우수하고 기공이 균일하게 형성되도록 하며, 셀룰로오스, 리그닌 성분이 콘크리트 블록의 강도를 좀 더 향상시키므로 가벼우면서 견고한 경량 기포 콘크리트 블록을 제조할 수 있다.

Description

경량 기포 콘크리트 블록{Lightweight Aerated Concret Block}
본 발명은 시멘트, 포졸란, 백운석, 단섬유 및 기포제를 포함하는 성분들로 구성되고, 각 성분들 간의 결속력을 강화하여 경량이면서 강도가 우수한 경량 기포 콘크리트 블록에 관한 것이다.
에너지 및 환경 문제에 대한 국제적 관심이 증가함에 따라 건축분야에서도 에너지 절감 성능이 우수한 건축용 재료 개발의 필요성이 증대하고 있으며, 시멘트 사용량의 절감 및 건축물의 에너지 시스템에 대한 고효율화가 요구되고 있다.
콘크리트는 강도가 우수하여 건축재료로 널리 사용되고 있으나 경량성, 단열성이 낮은 단점이 있어서 다양한 경량 콘크리트가 개발되고 있다.
경량 기포 콘크리트(lightweight aerated concrete)는 일정량의 시멘트와 모래 및 물을 혼합한 슬러리에 기포제를 정량 투입하여 양생한 콘크리트로서, 콘크리트 속에 기포제의 물리적 계면 활성 작용에 의해 얻어진 다량의 기포방울을 골고루 독립적으로 분산시킴으로써 일반 콘크리트에 비하여 밀도가 낮아서 경량화가 가능하고 흡음성과 단열성이 뛰어난 건축자재이다.
경량 기포 콘크리트는 적은 양의 시멘트를 사용하면서도 건축물의 단열 효과를 극대화할 수 있어서 온돌의 단열층용, 슬래브 단열용, 방수층 보호용, 진동 방지 위한 완충용 등으로 사용되고 있으나, 기존의 경량 기포 콘크리트는 건조 수축율이 높아서 다량의 균열이 발생하고 충분한 구조강도를 유지하지 못하는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 탄재, 장석 등의 무기 경량 골재를 혼합한 기포 콘크리트, 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA) 칩 등 유기 고분자 물질을 혼합한 기포 콘크리트, 우레탄폼과 스티로폼 골재를 혼합한 콘크리트 등이 소개되어 있다.
그러나 일반 점토질 무기 경량 골재를 혼합한 기포 콘크리트는 경량골재의 비중이 높아서 재료의 분리현상이 발생하고, 고분자 계열의 물질을 경량 골재로 혼합한 기포 콘크리트는 재료의 분리를 방지하기 위하여 별도의 혼화재를 필요로 하는 문제점이 있다.
또한, 기포로 인하여 강도가 낮은 단점을 극복하기 위하여 고온의 찜통 속에서 스팀(steam)으로 장시간 강제 경화시키는 오토클레이브(autoclave) 강제 경화 기포 콘크리트가 개발되었으나, 지나친 에너지 소모로 경제성이 떨어지고 경량성 및 단열성이 충분하지 않는 단점이 있다.
따라서, 경량이면서 강도가 높고 시공이 용이하여 벽체, 칸막이 블록, 패널, 보이드 필링, 교량 상부 보도, 도로 및 터널의 흡음재, 방음벽, 단열재, 층간 소음방지재, 인테리어 소재, 기타 건축재료 등에 폭넓게 적용할 수 있는 경량 기포 콘크리트 조성물의 개발이 필요한 실정이다.
이를 위하여, 한국등록특허공보 제0963907호에는 시멘트나 석고분말을 물과 혼합하여 슬러리를 얻고, 물에 동물성/식물성 기포제를 혼합하여 기포발생기에서 기포액을 만든 다음, 상기 슬러리와 기포액을 혼합하고 여기에 경화촉진제나 경화지연제를 선택적으로 공급하여 기포량을 조절/셋팅하는 경량기포 단열재의 제조방법이 제시되었다.
상기 단열재는 경화속도를 조절하여 미세기포들이 소포되지 않은 원상태를 유지하도록 함으로써 단열효과가 우수한 경량의 단열재를 제조할 수 있는 장점이 있으나, 경화 과정에서 시멘트나 석고분말의 분산이 균일하지 못할 가능성이 있고 기포의 크기를 원상태로 유지하므로 경량기포 단열재의 강도 저하가 수반될 수밖에 없다.
이에, 한국등록특허공보 제1952787호에는 저비중의 높은 폐공률을 구비하고 기포공극이 균일하면서도 압축강도의 저하현상이 발생되지 않는 기포콘크리트 조성물 및 구조체가 제안되었는데, 상기 기포콘크리트 조성물은 시멘트, 혼합개선제(조각자나무 열매추출물, 황산나트륨 도세실, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 에틸렌디아민사초신이나트륨 및 물), 복합증강제(헥사메타인산나트륨, 트리폴리인산나트륨 및 탄산나트륨), 폴리프로필렌섬유, 고로슬래그, 플라이애시, 물 및 과산화수소를 포함한다.
상기의 혼합개선제는 기포의 표면장력을 낮추고 표면점도를 높여 기포의 안정성을 향상시키며, 복합증강제는 물사용량을 줄이고 몰탈의 유동성을 개선하여 과산화수소의 첨가시에도 압축강도의 저하현상 없이 미세하고 균질한 기포가 발생되도록 함으로써 우수한 단열성, 경량성, 압축강도를 확보할 수 있다.
그러나 기포의 표면장력을 낮추고 표면점도를 높이면 기포의 크기가 전체적으로 균일하게 형성되지 못하여 기포콘크리트 구조체의 강도가 낮아지고 균열이 발생할 우려가 있으며, 혼합개선제와 복합증강제의 화학성분은 시멘트의 물성에 악영향을 주므로 기포콘크리트 구조체의 강도 유지에 불리하게 작용한다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 콘크리트 블록에 기공을 형성시켜 경량화하면서 기공 형성에 따른 강도 저하를 줄일 수 있는 경량 기포 콘크리트 블록을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 시멘트 100 중량부, 포졸란, 백운석 또는 이들의 혼합광물 50~70 중량부, 섬유장 5~15 ㎜의 단섬유 5~10 중량부, 셀룰로오스 3~7 중량부 및 기포제 1~5 중량부를 포함하며, 상기 셀룰로오스는, 셀룰로오스의 수산기를 아세틸화 또는 니트로화 반응을 통하여 아세틸기 또는 니트로기로 치환시킨 다음, 상기 수산기가 아세틸기 또는 니트로기로 치환된 셀룰로오스 100 중량부에 가소제 3~7 중량부를 혼합하여 제조된 셀룰로오스 용액인 것을 특징으로 하는 경량 기포 콘크리트 블록을 제공한다.
이때, 상기 시멘트 100 중량부 기준 탄산나트륨 무수물, 알루미늄 분말 또는 이들이 혼합된 발포제 0.5~2.0 중량부가 추가되는 것이 바람직하고, 상기 시멘트 100 중량부 기준 염화칼슘 0.1~0.5 중량부가 추가되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 시멘트 100 중량부 기준 리그닌 1~5 중량부가 추가되는 것이 바람직하다.
삭제
본 발명에 따른 경량 기포 콘크리트 블록은 단섬유가 분말 입자들을 결속하면서 균일하게 분산시켜 강도가 우수하고 기공이 균일하게 형성되며, 셀룰로오스, 리그닌 성분이 콘크리트 블록의 강도를 좀 더 향상시키므로 가벼우면서 견고한 경량 기포 콘크리트 블록을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 경량 기포 콘크리트 블록을 제조하는 과정을 보여주는 공정도이다.
도 2는 본 발명의 포졸란과 백운석을 혼합 사용한 경량 기포 콘크리트 블록의 모습을 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 백운석을 사용한 경량 기포 콘크리트 블록의 모습을 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 방법으로 제조된 경량 기포 콘크리트 블록의 내화시험 장면을 보여주는 사진이다.
본 발명의 경량 기포 콘크리트 블록은 시멘트, 포졸란, 백운석, 단섬유 및 기포제를 포함하며, 시멘트, 포졸란, 백운석 및 단섬유를 혼합한 혼합물에 기포제를 물과 혼합하여 기포를 발생시킨 기포액을 혼합한 후 양생하여 수분을 제거하는 방법으로 경량 기포 콘크리트 블록을 제조한다.
시멘트는 다른 성분들과 함께 쉽게 혼합되고 물과 반응하여 경화되는 무기 결합제로서, 기경성시멘트(석회·고토질석회·석고·마그네시아시멘트 등), 수경성시멘트(단미시멘트로서 수경성석회·로망시멘트·천연시멘트·포틀랜드시멘트·알루미나시멘트 등), 혼합시멘트(고로시멘트·실리커시멘트·플라이애시시멘트·메조리시멘트·팽창성시멘트·착색시멘트 등) 및 특수시멘트(내산시멘트·치과용 시멘트 등)로 구분할 수 있다.
일반적으로 시멘트라고 하면 토목·건축공사 등에 다량으로 사용되는 포틀랜드 시멘트계를 일컫으며, 포틀랜드 시멘트의 주성분은 함량 기준 석회(CaO), 실리카(SiO2)·알루미나(Al2O3) 및 산화철(Fe2O3)의 순으로 구성되고, 포틀랜드 시멘트계에는 보통·중용열·조강·저열·내황산 포틀랜드 시멘트, 고산화철형 포틀랜드 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트 등이 있다.
이러한 시멘트 중에서 본 발명의 경량 기포 콘크리트 블록에 사용하는 시멘트로서 백색 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것이 바람직하며, 백색 포틀랜드 시멘트는 초기강도와 내구성이 우수하고 안료를 첨가하면 다양한 색상을 발현할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서는 광물질 성분으로 포졸란과 백운석을 사용하며, 포졸란은 실리카(SiO2)를 주성분으로 하는 혼합 광물질로서 그 자체는 수경성이 없으나 물의 존재하에 석회와 결합하면 불용성의 실리카질 화합물을 생성하는 포졸란 반응을 수행하며, 이러한 수화반응(응결고화반응)을 통해 시멘트를 경화시킨다.
즉, 유리질 실리카나 알루미나실리게이트(SiO2ㆍAl2O2)가 상온에서 물의 존재하에 시멘트 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 반응하여 칼슘-규산염-수화물(C-S-H)을 생성하면서 불용성의 화합물을 생성한다.
포졸란을 시멘트와 섞어 사용하면 작업성이 증가하고 수화열의 발생이 적어서 수축이 작고 갈라짐이 없으며, 초기강도는 낮으나 장기 재령의 경우 강도가 증진되고 수밀성과 황산염 침투(sulfate attack)에 대한 저항이 향상된다.
포졸란은 천연 포졸란과 인공 포졸란으로 구분될 수 있으며, 천연 포졸란으로서 화산재, 규산백토, 규산토 등이 있고 인공 포졸란으로서 열처리한 점토나 혈암, 플라이 애시(fly ash) 등이 있으며, 이들 중에서 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
백운석(dolomite, CaMg(CO3)2)은 탄산칼슘·탄산마그네슘(CaCO3·MgCO3) 미네랄로서, 백색 또는 불순물에 의해 회색, 암회색, 갈색 등 다양한 색을 띄며, 콘크리트 블록의 기계적인 물성을 향상시키고 유해성분을 제거하는 효과를 제공한다.
백운석은 분쇄하여 분말로 혼합하는데, 백운석 분말을 800~1000 ℃에서 20~50 시간 동안 하소(calcine)한 후 사용할 수 있으며, 하소한 백운석은 활성마그네시아를 포함하고 활성마그네시아는 시멘트의 수화반응에 참여하여 콘크리트 블록의 균열을 억제하고 강도를 증가시키는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에서는 상기 포졸란과 백운석의 광물질 성분 중 포졸란, 백운석을 각각 단독으로 사용하거나 또는 이들을 함께 사용할 수도 있으며, 시멘트 100 중량부에 포졸란, 백운석 또는 이들의 혼합광물 50~70 중량부를 배합하는 것이 바람직하다.
상기 광물질 성분이 50 중량부 미만으로 배합되면 수축 및 균열의 위험이 있고 수산화칼슘 발생량이 증가하여 내산특성의 발현이 어렵고, 70 중량부를 초과하면 시멘트의 함량이 상대적으로 적어져 콘크리트 블록의 강도발현이 미흡한 단점이 있다.
본 발명의 경량 기포 콘크리트 블록은 내부에 무수히 많은 공극이 형성되므로 일반 콘크리트 블록에 비하여 강도가 낮으므로 콘크리트 블록의 강도를 높이는 방안이 요구되며, 이를 위하여 시멘트, 포졸란, 백운석에 단섬유를 추가한다.
추가하는 단섬유로서 셀룰로오스계 섬유, 단백질계 섬유, 광물질계 섬유 등의 천연섬유와 유기질, 무기질의 인조섬유를 사용할 수 있으며, 이러한 단섬유는 콘크리트 블록을 구성하는 시멘트, 포졸란 및 백운석의 분말 입자들을 결속하여 망목구조(network structure)를 형성하므로, 콘크리트 블록의 강도를 높이고 균열이나 파괴를 억제하는 효과를 제공한다.
상기 단섬유의 섬유장은 5~15 ㎜인 것이 바람직하며, 5 ㎜ 미만이면 분말 입자들과 단섬유가 결속하여 형성되는 망목구조가 잘게 분리되어 형성되므로 강도 증가 효과가 미진하고 15 ㎜를 초과하면 단섬유끼리 서로 엉키어 콘크리트 블록의 물성을 저해한다.
상기 단섬유는 시멘트 100 중량부 기준 단섬유 5~10 중량부를 추가하는 것이 바람직하며, 5 중량부 미만으로 첨가할 경우 콘크리트 블록의 강도 보강효과가 높지 않고 10 중량부를 초과할 경우 시멘트, 포졸란, 백운석 등과 균일하게 혼합되기 어렵고 단섬유끼리 서로 엉키게 되어 콘크리트 블록의 물성을 저해할 수 있다.
경량 기포 콘크리트 블록은 내부와 외부에 무수히 많은 공극을 형성시켜 단위 용적 중량을 낮춘 것으로서, 콘크리트 블록에 공극을 형성시키기 위하여 기포제를 사용한다.
기포제(foaming agent)는 대부분 계면활성 작용에 의해 물리적으로 기포를 형성하는 것으로써, 물과 혼합하여 고속교반하는 과정에서 기포를 발생시키고 공기량을 최고 85 %까지 생성할 수 있으며, 초기에는 큰 기포가 발생하나 교반과정에서 잘게 부숴져 기포의 분포가 비교적 균일해진다.
기포제는 일반적으로 기포 주체, 기포 안정제, 경화 조절제 등의 여러 가지 계면활성제를 혼합하여 제조하게 되는데, 이러한 기포제는 물리적 공기 유인에 의한 계면활성 작용을 하고 각 분자가 친유기와 친수기의 원자단을 가지고 있어서 기포를 형성할 수 있다.
기포제는 크게 계면활성제계와 가수분해 단백질계로 구분될 수 있으며, 계면활성제계 기포제를 수용액 상에서 기포시키면 안정되고 점성이 높은 기포가 생기나 시멘트 슬러리와 혼합시 안정성이 저하되어 서로 연속된 형태의 기포를 형성하며, 가수분해 단백질계 기포제는 시멘트 슬러리와 혼합시 안정되고 서로 독립적인 형태의 기포를 형성하나 콘크리트 블록의 강도 증가가 작은 단점이 있다.
본 발명에서는 계면활성제계 기포제와 가수분해 단백질계 기포제 중 어는 것이나 사용에 제한되지 않으나, 강도 증가의 측면에서 계면활성제계 기포제를 사용하는 것이 좀 더 바람직하다.
기포제는 시멘트 100 중량부에 기포제 1~5 중량부를 첨가하는 것이 바람직하며, 1 중량부 미만으로 첨가하면 기공 형성 효과가 미미하고 5 중량부를 초과하면 콘크리트 블록의 기계적 강도가 떨어질 수 있어서 바람직하지 않다.
콘크리트 블록의 공극 형성을 좀 더 증가시키기 위하여 기포제에 더하여 발포제를 추가 사용할 수 있으며, 발포제는 시멘트의 수화반응에 관여하여 기포를 발생시키고 발포제로서 탄산나트륨 무수물(소다회) 및/또는 알루미늄 분말을 사용할 수 있고 시멘트 100 중량부 기준 발포제 0.5~2.0 중량부를 사용할 수 있다.
시멘트의 수화반응을 촉진하는 발열 반응을 유도하여 상기 발포제가 기포를 원활히 형성하도록 하기 위하여 시멘트 100 중량부 기준 염화칼슘 0.1~0.5 중량부를 추가할 수 있으며, 염화칼슘은 시멘트의 수화반응을 촉진시켜 콘크리트 블록의 경화속도를 빠르게 하는 효과를 제공한다.
상기 단섬유의 강도 보강효과를 좀 더 증가시키기 위하여 셀룰로오스를 첨가할 수 있으며, 셀룰로오스는 식물 세포벽의 주성분으로서 물에 녹거나 분해되지 않는 선상분자(linear molecules)이며, 서로 이웃하는 셀룰로오스가 수소결합을 통해 미세섬유를 만들고 이러한 미세섬유가 모여 피브릴을 형성한다.
상기 피브릴은 시멘트와의 수화작용시 세포벽과 같은 단단한 구조를 형성하여 수밀성을 증대하고 장기강도를 높이며, 건조수축에 의한 콘크리트 블록의 균열을 방지하는 효과를 제공한다.
셀룰로오스의 사용량은 시멘트 100 중량부 기준 셀룰로오스 3~7 중량부를 추가하는 것이 바람직하며, 상기 범위 내에서 콘크리트 블록의 강도 증가와 균열 발생을 방지하는 효과가 크다.
그런데 셀룰로오스는 물에 불용성이고 서로 결합하여 응집하는 성질이 있어서 시멘트, 포졸란, 백운석 등의 분말 입자와 균일하게 분산되지 못할 우려가 있으므로 이를 용액화하여 첨가하는 것이 바람직하다.
먼저, 셀룰로오스를 구성하고 있는 글루코스환의 수산기(-OH)를 아세틸화 또는 니트로화 반응을 통하여 아세틸기(－COCH3) 또는 니트로기(-NO2)로 치환시켜 수소결합이 감소된 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 니트로 셀룰로오스(nitro cellulose)로 전환시킨 후, 여기에 가소제, 예를 들어 에폭시화 대두유(epoxidized soybean oil), 글리세롤(glycerol), 디사이클로헥실 프탈레이트(dicyclohexyl phthalate) 등을 첨가하여 셀룰로오스를 용액화한다.
상기 가소제는 수산기가 아세틸기 또는 니트로기로 치환된 셀룰로오스 100 중량부 기준 가소제 3~7 중량부 혼합되는 것이 바람직하며, 3 중량부 미만이면 셀룰로오스의 용액화가 미진하고 7 중량부를 초과하면 셀룰로오스가 분해되어 선상의 섬유 형태가 무너지므로 시멘트, 포졸란 및 백운석의 분말 입자들을 결속시켜 콘크리트 블록의 강도를 높이는 효과를 발휘하기 어렵다.
상기 셀룰로오스 용액은 수중에서 시멘트, 포졸란 및 백운석의 분말 입자와 균일하게 혼합될 수 있고, 점성이 있으므로 후공정인 양생과정에서 물이 제거되면 분말 입자들을 결속시켜 콘크리트 블록의 강도를 증진시킨다.
셀룰로오스를 분산시키는 다른 방안으로서, 셀룰로오스와 함께 리그닌을 첨가할 수 있으며, 리그닌은 식물조직을 형성하는 소수성의 유기폴리머로서 시멘트, 포졸란, 백운석 등의 분말 입자를 막으로 둘러싸서 강한 분산성을 제공하므로 이들 입자들이 물 속에서 셀룰로오스와 균일하게 분산되도록 하며, 또한 접착성이 있어서 콘크리트 블록의 양생 과정에서 물이 서서히 제거되면 이들 입자와 셀룰로오스를 응집 및 결합시켜 강도를 더욱 증대시키는 효과를 제공한다.
상기 리그닌은 시멘트 100 중량부 기준 리그닌 1~5 중량부를 첨가하는 것이 바람직하며, 1 중량부 미만이면 입자 분산효과가 크지 못하여 콘크리트 블록의 강도가 저하되고 5 중량부를 초과하면 점성이 커져 오히려 분산성이 악화되는 문제가 발생한다.
상기 조성물 이외에도 경화제, 경화촉진제, 가교제, 레벨링제, 저장안정제, 산화방지제, 난연제, 대전방지제 등의 첨가제가 더 포함될 수 있으며, 상기 첨가제는 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 첨가량을 적절히 조절할 수 있다.
물의 첨가량은 시멘트 100 중량부 기준 물 50~70 중량부 첨가하는 것이 작업성 및 경화 후 충분한 기계적 물성을 확보하는 점에서 바람직하다.
본 발명의 경량 기포 콘크리트 블록은 도 1에 도시된 바와 같이 상기의 시멘트, 포졸란 및 백운석의 분말 입자, 단섬유, 기포제 및 물을 혼합하고 주형(mould)에 주입하여 양생하는 과정을 거치는데, 제조과정에 따라 분말 입자, 단섬유 및 일부의 물을 먼저 일정 비율로 혼합하여 시멘트 모르타르를 제조하고 별도로 기포제와 나머지 물을 혼합하여 기포를 형성시킨 후 상기 시멘트 모르타르와 기포 형성액을 혼합하는 선기포 방식(pre-foaming type)과, 분말 입자, 단섬유 및 일부의 물을 일정 비율로 먼저 혼합하여 시멘트 모르타르를 제조하고 여기에 여분의 물과 기포제를 나중에 투입하여 혼합한 후 양생 과정에서 화학반응에 의해 발생되는 가스에 의해 기포가 형성되는 후기포 방식(after-foaming type)으로 나눌 수 있으며, 본 발명은 선기포 방식과 후기포 방식 중 어느 것이나 적용 가능하나, 기포의 균일한 형성 면에서 선기포 방식이 좀 더 바람직하다.
상기 시멘트, 포졸란, 백운석, 단섬유, 기포제 및 물의 혼합물을 주형에 주입하고 상온에서 3~6 시간 1차 양생(반건조)한 후 탈형하며, 탈형한 콘크리트 블록을 그대로 또는 필요한 크기로 절단하여 다시 상온에서 2~3 일간 2차 양생(경화)하여 경량 기포 콘크리트 블록을 제조한다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예, 비교예 및 시험예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예 1>
백색 포틀랜드 시멘트 100 ㎏에 규산토 20 ㎏, 플라이 애시 20 ㎏, 백운석 분말 20 ㎏, 섬유장 10 ㎜의 셀룰로오스계 단섬유 7 ㎏ 및 물 50 ㎏을 믹서로 혼합하여 혼합물을 준비하고, 계면활성제계 기포제(foamcreat) 3 ㎏과 물 10 ㎏을 기포발생기로 고속 교반하여 기포액을 준비하였다.
상기 혼합물과 기포액을 혼합하고 충분히 섞어준 다음, 가로×세로×높이=1×1×1 m의 주형에 주입하고 비닐하우스에서 4 시간 1차 양생하여 반건조하였다.
상기 1차 양생물을 탈형한 후 수직 방향으로 10등분으로 절단하고 다시 비닐하우스에서 30 시간 2차 양생하여 충분히 경화시킴으로써 경량 기포 콘크리트 블록을 제조하였다(도 2).
<실시예 2>
상기 실시예 1에서, 혼합물 준비시 규산토 20 ㎏, 플라이 애시 20 ㎏, 백운석 분말 20 ㎏ 대신에 플라이 애시 60 ㎏을 사용하고, 기포액 준비시 탄산나트륨 무수물 560 g, 알루미늄 분말 160 g 및 염화칼슘 300 g을 추가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 경량 기포 콘크리트 블록을 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서, 혼합물 준비시 규산토 20 ㎏, 플라이 애시 20 ㎏, 백운석 분말 20 ㎏ 대신에 백운석 분말 60 ㎏을 사용하고, 더불어 셀룰로오스 5 ㎏과 리그닌 3 ㎏을 추가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 경량 기포 콘크리트 블록을 제조하였다(도 3).
<실시예 4>
셀룰로오스를 초산으로 전처리한 후 황산을 촉매로 하여 무수초산과 초산으로 처리하여 셀룰로오스 아세테이트를 얻은 다음, 상기 셀룰로오스 아세테이트 5 ㎏에 디사이클로헥실 프탈레이트 250 g을 혼합하여 셀룰로오스 용액을 제조하였다.
상기 실시예 3에서, 셀룰로오스 대신에 상기 셀룰로오스 용액을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 경량 기포 콘크리트 블록을 제조하였다.
<비교예>
상기 실시예 1에서, 혼합물 준비시 셀룰로오스계 단섬유를 혼합하지 않고 백색 포틀랜드 시멘트, 규산토, 플라이 애시, 백운석 분말 및 물만을 혼합하여 혼합물을 준비한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 경량 기포 콘크리트 블록을 제조하였다.
<시험예 1> 강도 측정
상기 실시예 1~4 및 비교예에서 제조된 경량 기포 콘크리트 블록을 가로×세로×높이=150×150×16 ㎜의 크기로 절단하여 시편을 준비한 다음, 상기 시편의 압축강도를 KS F 2519(석재의 압축 강도 시험 방법)에 의거하여 측정하고, 휨강도를 KS F 4035(기성 테라조)에 의거 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
강도 측정 결과
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예
압축강도(㎫) 63.3 61.7 66.8 68.5 55.6
휨강도(㎫) 25.4 22.1 28.6 30.7 21.9
상기 표 1을 보면, 발포제를 추가한 실시예 2의 압축강도와 휨강도가 다른 실시예에 비하여 낮았는데, 발포제에 의해 실시예 2에 기공이 좀 더 많이 생성되어 강도 저하가 일어난 것으로 추정된다.
실시예 3은 경량 기포 콘크리트 블록의 조성물에 셀룰로오스와 리그닌을 첨가하여 셀룰로오스의 미세섬유 다발이 콘크리트 블록의 강도를 증가시키고 리그닌의 분산력 및 점성이 셀룰로오스를 응집 및 결합시켜 강도를 더욱 증대시킨 결과로 판단된다.
실시예 4는 셀룰로오스를 용액화함으로써 시멘트, 포졸란 및 백운석의 분말 입자들과 균일하게 혼합된 후 이들 분말 입자들을 결속시켜 강도를 높인 것으로 분석된다.
단섬유를 혼합하지 않은 비교예는 실시예에 비하여 압축강도와 휨강도가 많이 낮게 측정되어, 콘크리트 블록 제조시 단섬유를 혼합하면 단섬유가 시멘트, 포졸란 및 백운석의 분말 입자들을 서로 결속시키는 역할을 하여 경량 기포 콘크리트 블록의 강도를 높이는 것으로 판단된다.
따라서 일반 콘크리트 블록에 비하여 강도가 낮은 경량 기포 콘크리트 블록 제조시에는 조성물에 분말 입자들을 결속시키는 단섬유를 혼합하는 것이 바람직하고, 셀룰로오스와 리그닌을 추가하는 것이 더욱 바람직하며, 셀룰로오스는 액상으로 전환시켜 첨가하는 것이 가장 바람직함을 알 수 있다.
<시험예 2> 다공성 평가
상기 실험예 1의 시편 표면(가로×세로)을 육안으로 관찰하여 표면에 기공이 형성된 정도를 확인하여 하기 표 2에 나타내었다.
다공성 평가 결과
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예
다공성 □● ○● □● □● □■
○:기공이 300개 이상 존재
□:기공이 100개 이상, 300개 미만 존재
△:기공이 100개 미만 존재
●:기공크기가 미세하고 균일하게 분포
■:기공크기가 크고 작은 것이 혼재
▲:기공크기가 크고 불균일하게 분포
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 2가 기공이 가장 많이 생성되면서 기공크기가 미세하고 균일하게 분포되었는데, 조성물에 기포제와 더불어 발포제를 함께 사용하면 기포 형성이 우수하게 진행됨을 알 수 있다.
비교예의 경우, 기공은 어느 정도 형성되었으나 기공끼리 서로 연결되어 균일하지 않았으며, 이는 단섬유가 혼합되지 않아서 기포 형성 과정에서 분말 입자의 분포가 불균일해진 원인으로 추정된다.
따라서 경량 기포 콘크리트 블록 제조시 기포제와 발포제를 혼용하고 조성물에 단섬유를 첨가하는 것이 미세하고 균일한 기공이 콘크리트 블록에 보다 많이 형성될 수 있음을 알 수 있다.
<시험예 3> 내화시험
상기 실시예 1에서 제조된 두께 25 ㎝의 경량 기포 콘크리트 블록에 가스토치의 불꽃을 가하여 콘크리트 블록을 온도 1300 ℃ 이상에서 15 분간 가열한 후 콘크리트 블록의 손상여부를 확인하였다(도 4).
15 분 가열 시점에서 콘크리트 블록 뒷면의 온도를 측정한 결과 중심부 약 60 ℃, 가장자리 약 50 ℃로 측정되었고, 가열을 종료한 후 가열면의 상태를 육안검사한 결과 가열하기 전과 차이가 없었다.
상기 내화시험을 통하여 본 발명에 따른 경량 기포 콘크리트 블록의 우수한 단열성을 확인하였다.

Claims (7)

  1. 시멘트 100 중량부, 포졸란, 백운석 또는 이들의 혼합광물 50~70 중량부, 섬유장 5~15 ㎜의 단섬유 5~10 중량부, 셀룰로오스 3~7 중량부 및 기포제 1~5 중량부를 포함하며,
    상기 셀룰로오스는, 셀룰로오스의 수산기를 아세틸화 또는 니트로화 반응을 통하여 아세틸기 또는 니트로기로 치환시킨 다음, 상기 수산기가 아세틸기 또는 니트로기로 치환된 셀룰로오스 100 중량부에 가소제 3~7 중량부를 혼합하여 제조된 셀룰로오스 용액인 것을 특징으로 하는 경량 기포 콘크리트 블록.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시멘트 100 중량부 기준 탄산나트륨 무수물, 알루미늄 분말 또는 이들이 혼합된 발포제 0.5~2.0 중량부가 추가되는 것을 특징으로 하는 경량 기포 콘크리트 블록.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 시멘트 100 중량부 기준 염화칼슘 0.1~0.5 중량부가 추가되는 것을 특징으로 하는 경량 기포 콘크리트 블록.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 시멘트 100 중량부 기준 리그닌 1~5 중량부가 추가되는 것을 특징으로 하는 경량 기포 콘크리트 블록.
  7. 삭제
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