KR102388141B1 - 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법 - Google Patents

층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법 Download PDF

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박찬규
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송동근
김재현
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삼성물산 주식회사
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Abstract

본 발명은 층간 소음을 저감하기 위하여 제공되는 것으로, 압축강도의 등급별로 분류된 바닥용 모르타르의 배합 설계 방법에 관한 것이다.
본 발명은 「(a) 바닥용 모르타르를 압축강도(fck)별로 분류하여 등급화하는 단계; (b) 분류된 압축강도 등급별로 단위중량(mc)을 설정하는 단계; (c) 분류된 압축강도 및 설정된 단위중량을 이용하여 탄성계수(E)를 산출하는 단계; 및 (d) 설정된 단위중량 및 산출된 탄성계수를 충족시키는 모르타르 원료 설정 및 원료별 배합량 결정 단계; 를 포함하는 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법」을 제공한다.

Description

층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법{Floor mortar mixing design method by strength class for noise reduction between floors}
본 발명은 층간 소음을 저감하기 위하여 제공되는 것으로, 압축강도의 등급별로 분류된 바닥용 모르타르의 배합 설계 방법에 관한 것이다.
복층으로 이루어지는 다세대주택 혹은 공동주택에서는 상하좌우로 집들이 서로 밀접하게 맞닿아 있어 태생적으로 소음에 취약한 문제점을 가지고 있으며, 특히 상층의 바닥판에서 전달되는 층간소음에 의한 분쟁이 증가함에 따라 이에 대한 해결방안에 대한 연구와 법적기준 개선의 필요성이 증가되고 있다.
층간소음은 공기상으로 전파되는 공기전달음과 구조체를 통해 전달되는 고체전달음으로 구분할 수 있는데, 그 중 콘크리트 바닥면에 직접 충격이 가해짐으로써 발생하는 바닥충격음(고체전달음)은 하층세대에 쉽게 전달되고, 더욱 민감하게 느껴지는 특성을 가지고 있어 더 심각한 피해를 발생시킴에 따라 이에 대한 연구가 필요한 상황이다.
이를 해결하기 위하여 건설교통부에서는 바닥 슬래브 두께 규정을 2005년 부터 210mm로 강화하도록 규정을 개선하고 소음 제한 기준을 강화하였으나, 이는 근원적인 해결책을 제시하지 못하여 층간소음에 대한 분쟁이 해마다 증가하는 추세이다.
이에 따라, 흡음재를 천장에 설치, 이중바닥구조 시공, 바닥용 모르타르에 차단용 완충재를 별도 시공, 바닥용 매트를 시공하는 방법 등 다양한 소음차감 대책을 진행하고 있으나 이는 별도의 비용과 노력을 필요로 하고 구조체 자체에서 소음을 저감하는 방법이 아니므로 소음저감에 한계가 있다.
따라서, 바닥용 모르타르의 배합 설계 단계부터 층간 소음을 저감시킬 수 있도록 배합하는 과정이 반드시 필요하나, 현재 바닥충격음의 전달 특성에 대한 명확한 이해가 부족하고, 다양한 현장에서 통일된 층간 소음 저감용 배합 기준이 정립되지 않은 실정이다.
상기의 이유로, 근본적으로 바닥충격음을 설계단계에서 예측하여 다양한 구조를 현장에 적용할 수 있도록 층간 소음 저감을 위한 바닥용 모르타르 배합 설계 방법에 대한 연구의 필요성이 대두되었다.
한편. 구조체의 두께나 압축강도 등은 주로 구조 설계에서 결정되며, 마감재나 천정구조 역시 건축 계획적인 측면에서 결정되는 요소이므로, 이러한 부분들은 바닥충격음 성능 향상만을 위해 변경하는 것은 곤란한 경우가 많다. 그러므로 바닥구조의 두께 및 압축강도 등의 구조 설계 요소를 변화시키지 않으면서도 충격음의 저하 성능을 향상시킬 수 있는 연구 개발이 필요하다.
1. 등록특허 10-0788746 "층간소음방지를 위한 모르타르 조성물 및 콘크리트슬래브의 충격소음 저감방법" 2. 등록특허 10-2240458 "나노기술에 기반한 고기능성 모르타르를 이용한 공동주택의 층간소음 저감 보강구조물" 3. 등록특허 10-1615530 "층간소음 방지용 모르타르 제조 및 시공방법" 4. 등록특허 10-1065030 "건축 바닥 미장용 기능성 모르타르 및 이를 이용한 건축 바닥 시공 방법"
본 발명은 층간 소음을 저감하기 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르의 배합 설계 방법을 제공함에 목적이 있다.
전술한 과제 해결을 위해 본 발명은 「(a) 바닥용 모르타르를 압축강도(fck)별로 분류하여 등급화하는 단계; (b) 분류된 압축강도 등급별로 단위중량(mc)을 설정하는 단계; (c) 분류된 압축강도 및 설정된 단위중량을 이용하여 탄성계수(E)를 산출하는 단계; 및 (d) 설정된 단위중량 및 산출된 탄성계수를 충족시키는 모르타르 원료 설정 및 원료별 배합량 결정 단계; 를 포함하는 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법」을 제공한다.
상기 (a)단계는, 바닥용 모르타르 압축강도 등급을 하기 [표 1]에 따라 (가)등급, (나)등급 및 (다)등급으로 분류할 수 있다.
[표 1]
Figure 112021057372584-pat00001
상기 (b)단계는 하기 [표 2]에 따라 단위중량을 설정할 수 있다.
[표 2]
Figure 112021057372584-pat00002
상기 (c)단계는, 하기 [수학식 1]에 따라 탄성계수를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112021057372584-pat00003
상기 (d)단계는 하기 [표 3]에 따라 잔골재 비중을 결정할 수 있다.
[표 3]
Figure 112021057372584-pat00004
이때, 상기 잔골재 비중은 페로니켈 슬래그 및 PS 볼(Precious Slag Ball) 중 어느 한 가지 이상을 적용하여 조절할 수 있다.
상기 (d)단계는, 바닥용 모르타르의 탄성계수가 산출된 탄성계수에 도달하도록 폴리머 배합량을 결정하는 단계; 를 포함할 수 있다.
이때, 상기 폴리머로는 수성 폴리머 분산제, 재유화형 분말수지 중 어느 한 가지를 적용할 수 있다.
상기 수성 폴리머 분산제로는 SBR(Styrene Butadien Rubber Latex), PAE(Poly Acrylic Ester), PA(Pure Acrylate), EVA(Ethylene Vinyl Acetate), St/Ac(Styrene-acrylic Copolymer) 및 EP(Epoxy Emulsion) 중 어느 한 가지 이상을 적용할 수 있다.
상기 재유화형 분말수지로는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate), VA/VeoVa(Vinyl Acetate-Vinyl Versatate), MMA/BA(Methyl Methacrylate·Butyl Acrylate) 및 St/BA(Styrene-Butyl Acrylate) 중 어느 한 가지 이상을 적용할 수 있다.
상기 (d)단계는 하기 [표 4]에 따라 폴리머 배합량을 결정할 수 있다.
[표 4]
Figure 112021057372584-pat00005
또한, (e) 상기 (a)단계 내지 (d)단계에 의하여 배합된 모르타르 조성물로 제작한 시험체의 감쇠비가 0.9를 초과하는 경우 적합 판정을 하는 검증단계; 를 더 포함할 있다.
본 발명에 따르면, 층간 소음 저감을 위하여 강도 등급별로 바닥용 모르타르 원료 설정 및 원료별 배합량을 결정할 수 있도록 하는 배합 설계 방법을 제공함으로써, 현장 시공자들의 경험에 의존한 현장배합을 배제하고 체계적인 배합설계를 통한 시공이 이루어질 수 있다.
또한, 체계적인 배합설계를 통한 바닥용 모르타르의 제조가 이루어져 품질의 균일성을 확보할 수 있고, 강도 등급별로 단위중량 및 탄성계수의 조절을 통하여 압축강도 등의 구조 설계 요소를 변화시키지 않으면서도 층간 소음 저감 성능을 향상 시킬 수 있으며, 별도의 차음층을 적층하거나 부재의 단면적을 증대시키지 않고 구조체의 배합 설계만으로 소음 저감 성능을 가지도록 하여 공정단계가 감소되고, 비용 및 시간이 절약되는 효과가 있다.
[도 1]은 본 발명에 의한 바닥용 모르타르 배합 설계 방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명은 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법에 관한 것으로, 본 발명의 배합 설계 방법을 도출해낸 과정과 발명에 대한 상세한 설명 및 실시예를 순서대로 기술한다.
1. 본 발명 도출 과정
(1) 가설 및 초기 연구방향
[발명의 배경이 되는 기술] 항목에서 기술한 바와 같이, 공기상으로 전파되는 공기전달음 보다 구조체를 통해 전달되는 고체전달음이 더 직접적인 층간 소음의 피해를 일으키고 있다. 보다 상세하게, 콘크리트 바닥면에 직접 충격이 가해짐으로써 발생하는 바닥충격음(고체전달음)은 중량충격음(무겁고 부드러운 충격에 의한 바닥충격음) 및 경량충격음(비교적 가볍고 딱딱한 충격에 의한 바닥충격음)으로 구분된다. 진동량은 충격음과 비례 관계이므로, 고체인 바닥재를 매질로 전달되는 충격음의 감소를 통하여 층간 소음을 획기적으로 줄일 수 있다. 이에 바닥재를 통한 진동의 전달률을 줄이는 방법으로 연구를 진행하였다.
바닥의 충격음 강도는 바닥 충격음과 슬래브의 가속도를 통하여 분석할 수 있으며, 이에 따른 바닥재의 감쇠비를 측정하여 진동의 전달력을 분석할 수 있다. 감쇠비가 작을수록 진동 전달률이 증가하므로, 감쇠비를 높일 수 있도록 배합설계를 진행하면 층간 소음을 억제할 수 있다.
연구 초기에는 바닥용 모르타르를 고중량 및 고강성으로 개발하는 것이 가속도 레벨을 낮추고 진동수를 저감 시킬 수 있는 것으로 예상했었다.
부재 단면적을 증대시킴(두께를 증대시키는 것)에 따라, 진동 전달 거리가 길어지므로 진동 저감에 어느 정도의 효과는 있을 수 있으나, 소요 재료량이 많아지고, 중량이 증가하여 지진에 취약하고, 사용자의 입장에서 층고가 감소하는 부정적인 효과 있어, 부재의 단면적만 증가시키는 방법은 한계가 존재한다.
또한, 바닥용 모르타르 강도가 증가시키는 방안을 검토한 결과, 강도의 상승은 오히려 진동 감쇠에 불리한 것으로 확인되었다(시험데이터 후첨).
따라서, 바닥용 모르타르의 재료적 측면에서 해결책을 모색하는 방향으로 연구를 진행하여 부재 단면적을 증대시키지 않고, 구조체의 배합 설계만으로 소음 저감 성능을 가질 수 있도록 하였다.
(2) 운동 방정식 검토
바닥 충격력에 대응되는 외력(충격력)과 진동에 관련된 공식은 하기 [참고도 1]의 운동방정식으로 표현된다.
[참고도 1]
Figure 112021057372584-pat00006
상기 운동 방정식을 검토할 경우, 내부에 다른 힘이 작용하지 않는 상태에서 동일한 외력을 가하였을 때의 현상은 아래의 [참고도 2]와 같이 예상할 수 있다.
[참고도 2]
Figure 112021057372584-pat00007
바닥 충격음은 주로 구조체의 진동에 의해서 발생하는 소음으로, 구조체의 진동이 감소하면 소음발생이 저감된다.
[참고도 2]에 도시된 바와 같이, 상기 운동 방정식으로부터 진동을 감소시킬 수 있는 인자는 질량, 감쇠비 및 강성으로 예상할 수 있다.
이에 따라, 초기 부재의 중량, 감쇠비, 강성을 고려한 진동 거동 및 예상효과를 아래 [참고도 3] 및 [참고도 4]와 같이 예상했다.
[참고도 3]
Figure 112021057372584-pat00008
[참고도 4]
Figure 112021057372584-pat00009
상기 [참고도 3] 및 [참고도 4]에 나타난 바와 같이 고감쇠, 고중량, 고강성 모르타르 모두 충격음 개선에 있어서 유의미한 효과가 있을 것으로 예상하고 관련 시험 및 분석을 진행하였다.
이에 따라, 부재의 중량, 감쇠비, 강성을 각각 고려하여 진동의 감소정도를 측정함으로써 콘크리트 배합시 소음 저감을 위한 최적의 배합기준에 대한 연구를 실시하였다.
(3) 시험 및 분석
본 발명의 출원인은 질량, 감쇠비 및 강성을 고려하여 모르타르 원료 설정 및 원료별 배합량을 변경하며 각 모르타르의 진동 거동에 대한 실험을 실시하였다. 고중량, 고감쇠, 고강성 모르타르를 각각 배합하여 가속도 센서를 이용한 시간의 경과에 따른 파통의 진폭을 측정하였다.
바닥 슬래브에 가해지는 진동을 측정하기 위하여, 독일 Siemens社의 SCADAS(Hardware)와 Test Lab(Software)를 이용하여 측정 분석하였으며, 가속도 센서는 미국 PCB社의 393B05 가속도계를 사용하고, 미국 PCB社의 구조물 동강성 측정용 햄머를 이용하여 진동을 발생시켰다. 시험은 하기 [참고도 5]에 도시된 바와 같이 햄머를 이용하여 시험을 진행하였으며, 시편은 ISO 6721에 준수하여 W120×D100×L1050의 세장 보 형태로 양측을 자유단-자유단 조건에서 진동 측정을 진행하였다. 후술할 본 발명의 실시예는 양측 자유단 조건 측정방법을 사용하였으며, [참고도 5]의 아래 두개의 이미지와 같이 실험을 진행하였다.
[참고도 5]
Figure 112021057372584-pat00010
고중량 모르타르는 각종 슬래그 등의 중량골재를 사용하여 중량을 높였으며, 고감쇠 모르타르는 EVA등 고분자 화합물을 혼입하여 감쇠비를 증가시키고, 고강도 결합재를 사용하여 강도를 증가시킨 뒤 각각의 진동수를 측정하였다.
측정된 진동수와 시간이력곡선을 통하여 감쇠비를 측정하였으며, 감쇠비의 결정 방법은 파워반감대역폭(Half-power Bandwidth)을 이용하는 방법과 시간이력곡선을 활용한 대수감소(Logarithmic Decrement)를 이용하는 방법을 혼용 적용하여 감쇠비 산출의 정확도를 높였다.
감쇠비는 감쇠율 또는 감쇠치(damping factor)로도 불리며, 계의 임계 감쇠 계수(critical damping coefficient)와 감쇠 계수(damping coefficient)의 비로 표현하고, 감쇠비가 높을 수록 진동의 전달율이 감소한다. 따라서, 감쇠비가 높을 수록 소음 저감 효과가 높다고 볼 수 있다. 기존에는 폴리머의 혼입을 통하여 감쇠비를 증가시키는 방법을 일반적으로 사용하였다.
측정된 고유 진동수와 감쇠비를 통하여 소음 저감력을 평가하였다.
질량의 증가는 모르타르의 단위중량을 증가시키고, 감쇠비의 증가는 폴리머를 첨가한 모르타르를 통하여 증가시키며, 강성의 증가는 압축강도를 증가시키면서 각각의 소음 감쇠비를 측정하였다.
하기 [참고표 1]은 일반 골재의 단위 중량 범위에서의 압축강도 별로 재령 28일 감쇠비를 측정한 실험결과로, 압축강도가 증가할수록 오히려 감쇠비가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
[참고표 1]
Figure 112021057372584-pat00011
위와 같이, 강도는 층간 소음 저감에 효과가 없는 것을 확인할 수 있다. 오히려 강도가 상승할수록 감쇠비가 낮아지는 경향을 확인하였다.
그리고, 단위중량 증가에 따라 감쇠비가 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 페로니켈 슬래그 및 PS 볼(Precious Slag Ball) 중 어느 한 가지 이상을 혼입하여 단위중량을 증가시킨 경우 감쇠비가 큰 폭으로 증가하였다.
또한, 폴리머를 혼입한 경우 역시 감쇠비가 크게 증가된 것을 확인하였다.
상기 단위중량 및 폴리머를 혼입한 시험결과는 후술하는 실시예를 통하여 확인 할 수 있다.
상기 실험을 통하여 소음을 저감 시키기 위해서는 감쇠비를 높이는 방향으로 배합 설계를 진행해야 하는 것을 확인할 수 있으며, 감쇠비를 증가시키기 위해서는 단위중량을 증가시켜야 하는 것을 알 수 있다.
따라서, 층간 소음 저감을 위한 바닥용 모르타르 배합설계 방법에서 "강도" 인자는 배제하고, "단위중량"과 "감쇠비" 인자를 주요 고려 사항으로 검토하는 것이 타당하다는 결론이 도출되었다.
감쇠비는 탄성과 연관된 개념이고, 모르타르의 탄성계수는 압축강도와 단위중량을 매개로 도출 가능하므로 탄성계수식의 도입을 검토하였다.
탄성계수(E)는 "
Figure 112021057372584-pat00012
"와 같으며, fck는 압축강도, mc는 단위중량을 의미하여, 압축강도와 단위중량을 매개로 도출이 가능하다.
탄성계수(E)는 응력과 변형도의 비율로 재료의 강성도를 나타낸다. [참고도 1]에 도시된 바와 같이 "감쇠비"와 "질량" 인자와 관계되어 있다.
따라서, 강도를 일정하게 고정한 상태에서 구분하여 단위중량 및 탄성계수를 고려한 배합 설계를 진행함으로써 층간 소음 감소를 위한 배합설계가 이루어질 수 있는지 검토하였으며, 위 개념을 토대로 여러 가지 시험예들을 검토함으로써 이하의 본 발명을 도출하였다.
2. 본 발명의 구성
(1) 개요
기존에는 층간 소음을 고려한 바닥용 모르타르 배합 설계 기준이 존재하지 않아, 층간 소음을 저감하기 위한 바닥용 모르타르 배합은 현장 경험에 따라 결정되어 균일한 품질의 층간 소음 저감 성능을 발현하기 어려웠다.
이에 본 발명은 상기 시험 검토 결과를 반영하여 소음 저감을 위한 바닥용 모르타르 배합 설계의 기준을 제시한다.
(2) 본 발명에 따라 제시되는 배합설계 방법
전술한 배합설계 방법으로서, 본 발명은 「(a) 바닥용 모르타르를 압축강도(fck)별로 분류하여 등급화하는 단계; (b) 분류된 압축강도 등급별로 단위중량(mc)을 설정하는 단계; (c) 분류된 압축강도 및 설정된 단위중량을 이용하여 탄성계수(E)를 산출하는 단계; 및 (d) 설정된 단위중량 및 산출된 탄성계수를 충족시키는 모르타르 원료 설정 및 원료별 배합량 결정 단계; 를 포함하는 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법」을 제공한다.
이하에서는 각 단계의 구체적 내용을 상세히 설명하기로 한다.
1) (a)단계
(a)단계는 바닥용 모르타르를 압축강도(fck)별로 분류하여 등급화하는 단계이다.
상기 (a)단계는, 바닥용 모르타르 압축강도 등급을 재령 28일 압축강도를 기준으로 아래 [표 1]에 따라 (가)등급, (나)등급 및 (다)등급으로 분류할 수 있다.
구 분 (가)등급 (나)등급 (다)등급
재령 28일
압축강도(MPa)		 15~21 21 이상 30 이상
상기 실험에서 나타난 바와 같이 압축강도는 소음 감소의 효과와 관계가 없다. 따라서, 각 현장별로 설계단계에서 설정된 압축강도에 따라 압축강도별로 등급화하여 배합 설계를 진행할 수 있다. 이때의 압축강도는 실제 현장에서 주로 사용되는 기준에 따라 분류하여 재령 28일 압축강도로 15~21Mpa의 범위는 (가)등급, 21Mpa 이상을 (나)등급, 30Mpa 이상을 (다)등급으로 분류하였다.
2) (b)단계
(b)단계는 분류된 압축강도 등급별로 단위중량(mc)을 설정하는 단계이다.
상기 단위중량은 하기 [표 2]에 따라 설정할 수 있다.
구 분 (가)등급 (나)등급 (다)등급
단위중량(kg/㎥) 2,050~2,400 2,150~2,500 2,250~2,600
본 (b)단계에서 제공되는 압축강도 등급별 단위중량은 후술할 "3. 실시예" 부분에 기재되는 시험 결과를 정리한 것이다. 상기 설정된 등급별로 상기 [표 2]의 범위에 해당되는 단위중량에 도달하도록 모르타르 원료 설정 및 원료별 배합량을 설정할 수 있다.
3) (c)단계
상기 실험을 통하여 탄성계수 및 단위중량이 주요 인자로 검토되었고, 이에 따라 상기 주요 인자를 활용할 수 있는 알려진 공식으로써 탄성계수식을 적용할 수 있다.
따라서, 상기 (c)단계는, 하기 [수학식 1]에 따라 탄성계수를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112021057372584-pat00013
4) (d)단계
(d)단계는, 설정된 단위중량 및 산출된 탄성계수를 충족시키는 모르타르 원료 설정 및 원료별 배합량을 결정하는 단계이다.
상기 (d)단계는 하기 [표 3]에 따라 잔골재 비중을 결정할 수 있다.
구 분 (가)등급 (나)등급 (다)등급
잔골재 비중 2.5~3.6 2.6~3.6
상기 잔골재 비중은 후술할 "3. 실시예" 부분에 기재되는 시험 결과를 바탕으로 최적의 잔골재 비중을 책정한 것이다. (가), (나)등급에서는 잔골재의 비중이 2.5~3.6 범위이고, (다)등급은 잔골재의 비중이 2.6~3.6 범위이다.
상기 잔골재 비중은 페로니켈 슬래그 및 PS 볼(Precious Slag Ball) 중 어느 한 가지 이상을 적용하여 조절할 수 있다.
본 발명에서는 페로니켈 슬래그 및 PS 볼을 중량골재의 실시예로 제시한 것으로, 중량골재는 상기 페로니켈 슬래그 및 PS 볼 이외에 다양한 중량골재를 사용 할 수 있다.
본 발명은 잔골재의 비중을 상승시키기 위하여 중량골재인 페로니켈 슬래그 및 PS 볼을 적용하여 조절하는 실시예를 제공한다.
배합 설계를 진행하는 동안 단위중량을 조절하기 위해여 중량골재인 페로니켈 슬래그 또는 PS 볼(Precious Slag Ball)을 사용할 경우 단위중량의 조절이 용이하며 바닥용 모르타르에 우수한 물성을 부여할 수 있다.
페로니켈 슬래그는 페로니켈을 생산하기 위해 원료로 사용된 니켈광석, 유연탄 등이 고온에서 용융되어 페로니켈과 분리된 후 얻어진 것으로, 2.8~3.1의 고비중으로 모래 대신 사용할 경우 전체 모르타르의 단위중량을 증가시킬 수 있다.
PS 볼(Precious Slag Ball)은 제철소에서 철을 생산할 때오는 부산물을 이용해 만든 복합산화물로 친환경 고품질의 골재로 사용된다. 시멘트에 포함되는 잔골재를 보완하는 용도로 사용이 가능하며, 기본 모래 대비 압축강도, 인장강도, 내구성 등 여러 측면에서 우수한 성능을 가진다. 특히, 단위용적당 중량이 모래(왕사)는 비중이 2.4~2.7이고, PS Ball의 비중은 3.0~3.6으로 PS Ball의 비중이 높다.
따라서, 본 발명에 따른 배합 설계 시 단위중량이 부족할 때 PS 볼을 사용하면 모르타르의 단위중량을 증가시키기 용이하다.
상기 폴리머로는 수성 폴리머 분산제, 재유화형 분말수지 중 어느 한 가지를 적용할 수 있으며, 사용되는 폴리머의 종류에는 제한이 없으나, 스티렌·부타디엔 합성고무 라텍스(SBR)가 분산제로 적용된 폴리머를 배합하는 것이 소음 저감 측면에서 바람직하다.
상기 수성 폴리머 분산제로는 SBR(Styrene Butadien Rubber Latex), PAE(Poly Acrylic Ester), PA(Pure Acrylate), EVA(Ethylene Vinyl Acetate), St/Ac(Styrene-acrylic Copolymer) 및 EP(Epoxy Emulsion) 중 어느 한 가지 이상을 적용할 수 있다.
상기 재유화형 분말수지로는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate), VA/VeoVa(Vinyl Acetate-Vinyl Versatate), MMA/BA(Methyl Methacrylate·Butyl Acrylate) 및 St/BA(Styrene-Butyl Acrylate) 중 어느 한 가지 이상을 적용할 수 있다.
상기 (d)단계는 하기 [표 4]에 따라 폴리머 배합량을 결정할 수 있다.
구 분 (가)등급 (나)등급 (다)등급
폴리머 량
(kg/모르타르 1ton)		 0.01~60.0 30.0~100.0
(d)단계에서 제공되는 잔골재 및 폴리머에 관한 구체적인 사항은 "3. 실시예" 부분에 나타난 시험예들의 분석 결과를 반영하여 제시한 것이며, 이에 관한 상세 내용은 후술하기로 한다.
본 발명은 바닥용 모르타르를 압축강도(fck)별로 분류하여 등급화하고, 분류된 압축강도 등급별로 단위중량(mc)을 설정하며, 분류된 압축강도 및 설정된 단위중량을 이용하여 탄성계수(E)를 산출한 뒤, 설정된 단위중량 및 산출된 탄성계수를 충족시키는 모르타르 원료 설정 및 원료별 배합량을 결정하는 배합 설계 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 단위중량 및 산출된 탄성계수를 충족시키기 위하여 실험예를 통해서 도출된 여러가지 방안들이 제시되어 있으며, 제시된 실시예에 한정되지 않고, 청구항 제1항의 요건을 충족시키기 위한 데이터가 축적되면 다양한 실시예가 도출될 수 있다. 본 발명은 이와 같은 빅데이터를 축적하기 위한 가이드를 제시한 것이다.
(3) 배합 설계 적정성 검증 방법
본 발명에서는 검증단계로 「(e) 상기 (a)단계 내지 (d)단계에 의하여 배합된 모르타르 조성물로 제작한 시험체의 감쇠비가 0.9를 초과하는 경우 적합 판정을 하는 검증단계」를 더 포함시킬 수 있다.
감쇠비의 측정 방법 및 공시체의 규격은 상기 "1. 본 발명 도출 과정의 (3) 시험 및 분석"에 설명된 방법을 적용할 수 있다. 감쇠비의 산정 방법은 파워반감대역폭(Half-power Bandwidth)을 이용하는 방법과 시간이력곡선을 활용한 대수감소(Logarithmic Decrement)를 이용하는 방법을 혼용 적용할 수 있다.
상기와 같이 공기를 통하여 전달되는 소음은 사전에 측정이 불가능하므로 소음을 저감시키기 위해서는 충격음에 의한 진동의 전달을 줄이는 것이 가장 중요하고, 재료 수준에서 검토 가능한 모르타르의 진동 저감 효과는 감쇠비로 파악이 가능하다.
일반적인 배합 범위에서의 감쇠비는 평균적으로 약 0.84에 분포되어 있어, 본 발명에서는 어느 강도 기준에서도 종래보다 감쇠비를 높이는 방향으로 연구를 진행하였으며, 본 발명에서 제시하는 단위중량, 탄성계수를 적용하여 배합 설계를 진행하였을 경우 감쇠비는 0.9를 초과하는 것으로 확인되었다. 배합 설계를 진행한 후 감쇠비를 측정하여 감쇠비가 0.9를 초과하여야 적합 판정이 부여된다.
최종적으로, 본 발명에서는 바닥용 모르타르를 압축강도(fck)별로 분류하여 등급화하고, 분류된 압축강도 등급별로 단위중량(mc)을 설정하며, 분류된 압축강도 및 설정된 단위중량을 이용하여 탄성계수(E)를 산출한 뒤, 설정된 단위중량 및 산출된 탄성계수를 충족시키도록 모르타르 원료 설정 및 원료별 배합량을 결정하여 배합을 진행한 뒤, 시험체를 제작하여 시험체의 감쇠비가 0.9를 초과한 경우에 적합판정을 받도록 배합 설계가 이루어진다.
3. 실시예
(1) 실험예
본 발명을 위하여 아래 [참고표 2]를 포함한 다수의 배합 시험이 실시되었다.
하기 실시예에서 15M은 15Mpa의 압축강도, 21M은 21Mpa의 압축강도, 30M은 30Mpa의 압축강도, 50M은 50Mpa의 압축강도를 의미한다. 또한, W/DM은 물/몰탈 비, FE는 페로니켈 슬래그를 혼입한 경우, PS는 PS 볼을 혼입한 경우, V는 폴리머를 혼입한 경우이고, V는 폴리머를 모르타르 대비 3wt% 첨가, V(1.5)는 폴리머를 1.5wt% 첨가한 것을 의미한다.
[참고표 2]
Figure 112021057372584-pat00014
상기 [참고표 2]의 1번 내지 4번은 강도 등급별 배합비이고, 5번 내지 9번은 압축강도 21Mpa에서 중량골재, 폴리머 및 중량골재와 폴리머를 병용하여 혼합한 배합비이고, 10번 내지 14번은 압축강도 30Mpa에서 중량골재, 폴리머 및 중량골재와 폴리머를 병용하여 혼합한 배합비이며, 15번 내지 18번은 폴리머 외 혼화제를 혼합한 배합비이다. 16번과 17번은 동일 조건에서 폴리머의 종류만 다르게 진행한 것이다. 본 발명에서 제시하는 탄성계수 및 감쇠비를 만족시키기 위하여 원료의 배합량을 조절하는 것 외에 폴리머의 종류를 변경 선택하는 것과 같이 원료의 종류를 선택 변경하여 소정의 탄성계수 및 감쇠비에 도달하도록 배합 설계를 진행할 수 있다.
상기 [참고표 2]는 본 발명을 도출하기 위하여 진행한 시험예로써, 위의 배합비 이외에 시멘트, 고로슬래그 미분말, 채움재, 팽창재, 결합재, 혼화제, 왕사, 중사, 미사 등의 배합량으로 더 세분화하여 배합 설계를 진행할 수 있다.
상기 [참고표 2] 실험예의 물성은 아래 [참고표 3]과 같다.
[참고표 3]
Figure 112021057372584-pat00015
[참고표 3]의 1번 내지 4번의 강도 등급별 배합비를 보면 압축강도가 증가할 수록 감쇠비는 오히려 감소하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 21Mpa의 압축강도를 가진 5번 내지 9번 실험예에서 볼 수 있듯이 동일하게 중량골재, 폴리머를 혼합 배합한다고 해도, 혼합, 배합비에 따라서 감쇠비의 범위에 적합하거나 부적합하게 될 수도 있다.
(가)등급 중 압축강도 15Mpa에서는 강도 저하의 우려가 있어 폴리머를 적게 배합하는 것이 바람직하다.
(2) 실험결과
출원인이 상기 실험을 진행하면서 얻은 시험결과는 하기와 같다.
1) 압축강도의 증가에 따른 소음 저감 효과는 없다.
2) 일반 골재를 사용한 단위중량(2,185~2,244kg/m3 범위)에서는 소음 저감 효과가 없다.
3) 중량골재 사용 시 감쇠비가 증가한다. 특히, 고중량 재료인 페로니켈 슬래그 및 PS 볼(Precious Slag Ball)을 사용시 감쇠비의 증가폭이 크다.
4) 폴리머를 혼입하였을 때 감쇠비가 증가한다. 또한, 폴리머의 혼입량이 증가할 수록 감쇠비가 증가한다. 폴리머의 최적 혼합비는 모르타르양의 1.5wt%, 3.0wt%이고, 상기 1.5wt% 및 3.0wt%의 폴리머 혼합비 중 3.0wt%의 혼합비가 더 감쇠비가 높다.
5) 폴리머와 중량골재를 혼합하여 동시에 혼입하였을 경우가 가장 감쇠비가 큰 폭으로 증가한다.
6) 소음 감쇠 효과는 폴리머가 제일 높고, 페로니켈 슬래그가 그 다음으로 높으며, PS 볼이 그 다음으로 높다.
(3) 검증 실시예
[참고표 2] 및 [참고표 3]의 배합 실시예가 본 발명에서 제시하는 감쇠비의 범위를 만족하는지 적합 여부를 검증하여 아래 [참고표 4]에 표기하였다. 아래와 같이 감쇠비에 따라서 적합 여부를 검증할 수 있다. 아래와 같이 검증 단계를 진행한 후 부적합 판정을 받은 배합은 적합한 감쇠 성능을 발휘할 때까지 재배합을 진행할 수 있다.
[참고표 4]
Figure 112021057372584-pat00016
이상에서 본 발명에 대하여 구체적인 실시예와 함께 상세하게 살펴보았다. 그러나 본 발명은 위의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위에서 수정 및 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이와 같은 수정 및 변형을 포함한다.
해당 없음.

Claims (12)

  1. (a) 바닥용 모르타르를 압축강도(fck)별로 분류하여 등급화하는 단계;
    (b) 분류된 압축강도 등급별로 단위중량(mc)을 설정하는 단계;
    (c) 분류된 압축강도 및 설정된 단위중량을 이용하여 탄성계수(E)를 산출하는 단계; 및
    (d) 설정된 단위중량 및 산출된 탄성계수를 충족시키는 모르타르 원료 설정 및 원료별 배합량 결정 단계; 를 포함하는 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 (a)단계는, 바닥용 모르타르 압축강도 등급을 하기 [표 1]에 따라 (가)등급, (나)등급 및 (다)등급으로 분류하는 것을 특징으로 하는 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법.
    [표 1]
    Figure 112021057372584-pat00017

  3. 제2항에서,
    상기 (b)단계는 하기 [표 2]에 따라 단위중량을 설정하는 것을 특징으로 하는 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법.
    [표 2]
    Figure 112021057372584-pat00018

  4. 제3항에서,
    상기 (c)단계는, 하기 [수학식 1]에 따라 탄성계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112021057372584-pat00019

  5. 제4항에서,
    상기 (d)단계는 하기 [표 3]에 따라 잔골재 비중을 결정하는 것을 특징으로 하는 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법.
    [표 3]
    Figure 112021057372584-pat00020

  6. 제5항에서,
    상기 잔골재 비중은 페로니켈 슬래그 및 PS 볼(Precious Slag Ball) 중 어느 한 가지 이상을 적용하여 조절하는 것을 특징으로 하는 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법.
  7. 제2항에서,
    상기 (d)단계는, 바닥용 모르타르의 탄성계수가 산출된 탄성계수에 도달하도록 폴리머 배합량을 결정하는 단계; 를 포함하는 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 폴리머로는 수성 폴리머 분산제, 재유화형 분말수지 중 어느 한 가지를 적용하는 것을 특징으로 하는 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 수성 폴리머 분산제로는 SBR(Styrene Butadien Rubber Latex), PAE(Poly Acrylic Ester), PA(Pure Acrylate), EVA(Ethylene Vinyl Acetate), St/Ac(Styrene-acrylic Copolymer) 및 EP(Epoxy Emulsion) 중 어느 한 가지 이상을 적용하는 것을 특징으로 하는 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법.
  10. 제8항에서,
    상기 재유화형 분말수지로는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate), VA/VeoVa(Vinyl Acetate-Vinyl Versatate), MMA/BA(Methyl Methacrylate·Butyl Acrylate) 및 St/BA(Styrene-Butyl Acrylate) 중 어느 한 가지 이상을 적용하는 것을 특징으로 하는 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법.
  11. 제7항에서,
    상기 (d)단계는 하기 [표 4]에 따라 폴리머 배합량을 결정하는 것을 특징으로 하는 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법.
    [표 4]
    Figure 112021057372584-pat00021

  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에서,
    (e) 상기 (a)단계 내지 (d)단계에 의하여 배합된 모르타르 조성물로 제작한 시험체의 감쇠비가 0.9를 초과하는 경우 적합 판정을 하는 검증단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 층간 소음 저감을 위한 강도 등급별 바닥용 모르타르 배합 설계 방법.
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