KR102447340B1 - 바닥용 고중량 모르타르 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잔골재의 전부 또는 일부를 풍쇄 슬래그로 치환하여 바닥충격음 감쇄 효과가 도출되는 바닥용 고중량 모르타르 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 「시멘트, 고로슬래그 미분말, 플라이애시 및 석고가 혼합된 결합재; 및 풍쇄 슬래그가 50 vol% 이상 포함된 잔골재; 를 포함하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물」을 제공한다.

Description

바닥용 고중량 모르타르 조성물{Heavy mortar composition for flooring}

본 발명은 잔골재의 전부 또는 일부를 풍쇄 슬래그로 치환하여 바닥충격음 감쇄 효과가 도출되는 바닥용 고중량 모르타르 조성물에 관한 것이다.

복층의 다세대 주택 또는 공동주택에서 층간소음 문제 해결을 위한 공학적 연구와 법적 기준 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.

천장 흡음재 설치, 이중바닥구조 시공, 바닥용 모르타르에 차단용 완충재를 별도 시공, 바닥용 매트를 시공하는 방법 등 다양한 소음차감 대책이 있으나 이는 별도의 비용과 노력을 필요로 하고 구조체 자체에서 소음을 저감하는 방법이 아니므로 소음저감에 한계가 있다.

바닥 슬래브를 통한 고체전달음은 상층에서 가해지는 힘이 하층으로 전달되면서 형성되는 진동에 의해 발생한다.

아래 [참고도 1]은 상층에 가해지는 힘이 바닥 슬래브를 통해 하층에 전달되는 과정을 나타낸 것이고, [참고도 2]는 바닥 모르타르(몰탈) 중량과 진동 전달율의 관계를 설명한 것이다.

[참고도 1]

[참고도 2]

위 [참고도 2]에 도시된 바와 같이 바닥 모르타르의 단위 중량이 증가하면, 가해지는 힘에 의한 고유 진동수가 저감되며, 이러한 원리를 응용하여 바닥용 모르타르를 고중량화 함으로서 층간소음을 저감시키는 방안을 검토하게 되었다.

1. 등록특허 10-1787374 "고마모저항성을 갖는 자기수평 모르타르 조성물" 2. 공개특허 10-2017-0040464 "풍쇄 슬래그를 활용한 시멘트계 바탕바름재 조성물"

1. 이상수,송하영,김을용, 「풍쇄 슬래그 잔골재를 사용한 콘크리트의 공학적 특성에 관한 실험적 연구」, 한국건축시공학회지, 6권 3호, 107-114, 2006. 2. 배영오, 「풍쇄 슬래그 잔골재의 치환율에 따른 콘크리트 유동특성 및 강도특성에 관한 실험적 연구」, 한밭대학교 3. 최윤철, 「공동주택의 바닥충격음 저감을 위한 방안」, 청운학술연구 Vol 4, 37-50, 2017.

본 발명은 제철 산업 부산물은 풍쇄슬래그를 활용하여 바닥 슬래브를 통해 전달되는 층간소음을 저감시킬 수 있는 바닥용 고중량 모르타르를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 「시멘트, 고로슬래그 미분말, 플라이애시 및 석고가 혼합된 결합재; 및 풍쇄 슬래그가 50 vol% 이상 포함된 잔골재; 를 포함하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물」을 제공한다.

상기 풍쇄 슬래그는 Ti-Fe 18~23 wt%를 함유하는 것으로, 비중 3.5 이상, 조립율 2.0~2.5인 것을 적용할 수 있다.

상기 잔골재에는 전로 슬래그 및 전기로 슬래그 중 어느 한 종 이상을 더 포함시킬 수 있다.

상기 전로 슬래그는 비중 3.6 이상, 조립율 3.5~4.0인 것을 적용하고, 상기 전기로 슬래그는 비중 3.5 이상, 조립율 3.0~3.6인 것을 적용할 수 있다.

본 발명이 제공하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물은 결합재를 단위체적 1 ㎥ 당 550~750 kg, 잔골재는 단위체적 1 ㎥ 당 1,500~1,850 kg 혼합하고, 물-결합재비 40~65 wt%가 되도록 물을 배합하여, 모르타르 플로우 200~220 ㎜, 재령 7일 압축강도 14 MPa 이상, 재령 28일 압축강도 21 MPa 이상의 바닥용 모르타르 조성물 성능 기준을 충족시킬 수 있다.

상기 결합재는 시멘트 400~600 중량부; 고로슬래그 미분말 60~160 중량부; 플라이애시 60~160 중량부 및 석고 10~100 중량부로 조성된 것을 적용할 수 있으며,

폴리카르본산계 화합물, 폴리나프탈렌술포네이트계 화합물 및 리그닌술포네이트계 화합물 중 어느 한 가지 이상으로 조성된 유동화제를 단위체적 1 ㎥ 당 2~3 kg 첨가한 것을 첨가할 수 있다.

본 발명이 제공하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물은,

1. 단위용적중량 증가에 따라 충격에 따른 진동 전달율이 저감되고 이에 따라 층간 소음이 저감된다.

2. 일반 모르타르에 비해 단위용적중량과 재령별 압축강도가 향상된다.

3. 산업 부산물인 풍쇄 슬래그, 전로 슬래그, 전기로 슬래그 등을 잔골재로 활용함으로써 골재 수급 문제 해소에 이바지할 수 있다.

제철 공정에서는 고로 슬래그, 전로 슬래그, 전기로 슬래그 등의 부산물이 발생한다. 이러한 제철 공정 슬래그들을 잔골재로 활용한다면, 고갈되어가는 천연골재를 대체하여 환경영향을 줄일 수 있다.

이러한 제철 공정 슬래그들은 일반 규사에 비해 흡수율이 낮고 밀도가 높은 특성이 있는데, 이러한 특성에 의해 모르타르 배합 시 재료분리의 우려가 있고, 재료 분리 방지를 위해 결합재량이 증가하는 경향이 있다. 또한, 결합재량 증가에 따른 물 배합량 저감을 위해 혼화제 사용량이 증가한다.

한편, 고로 슬래그 또는 전로 슬래그를 풍쇄공정(이송 → 기울임 → 풍쇄 구형화(Atomazing) → 살수 냉각)으로 처리함에 따라 풍쇄 슬래그가 발생한다. 이러한 풍쇄 슬래그에는 Ti-Fe가 18~23 wt%를 함유됨에 따라, 3.5 이상의 비중이 나타난다.

상기 풍쇄 슬래그 역시 규사보다 경도가 높고, 흡수율이 낮아 시멘트 페이스트와의 결합력을 증대시켜 시킨다. 아래 [표 1]은 등록특허 10-1787374에 나타난 풍쇄 슬래그의 물성이다(풍쇄 슬래그와 규사의 일정량을 임의로 채취하여 각 물성을 시험한 결과를 정리한 것).

다만, 풍쇄 슬래그는 전로 슬래그나 전기로 슬래그에 비해 조립율 2.0~2.5로 낮게 나타나고(전로 슬래그의 조립율은 3.5~4.0, 전기로 슬래그의 조립율은 3.0~3.6), 입도가 고르게 분포하며, 각지지 않은 구형의 입형으로 인해 모르타르의 유동성이나 작업성이 우수하게 나타나고, 비중 3.5 이상의 고밀도임에도 불구하고 낮은 분체량에서도 재료분리가 발생하지 않는 등의 특성이 있다(전로 슬래그의 비중 3.6 이상, 전기로 슬래그의 비중은 3.5 이상으로 풍쇄슬래그와 유사).

아래 [참고도 3]은 임의로 채취한 전로 슬래그, 전기로 슬래그 및 풍쇄 슬래그의 촬영 사진이고, 아래 [표 2]는 이들의 체가름 시험 결과를 정리한 것이다.

[참고도 3]

본 발명은 위와 같은 풍쇄 슬래그를 바닥용 모르타르 잔골재로 적용하여 바닥용 모르타르를 고중량화함으로써 바닥충격음 감쇄에 따른 층간소음 저감 효과가 나타나고, 아울러, 강도 향상, 수축 저감 등의 효과가 나타나도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명에서는, 잔골재 중 풍쇄 슬래그이 함량, 타 슬래그(전로 슬래그, 전기로 슬래그) 잔골재의 혼입 여부 등에 따라 모르타르 플로우, 단위 용적 중량, 블리딩율, 재령별 압축강도, 소음 감소 효과 등을 검토·분석하였다.

위의 검토·분석 결과에 따라 본 발명은 「시멘트, 고로슬래그 미분말, 플라이애시 및 석고가 혼합된 결합재; 및 풍쇄 슬래그가 50 vol% 이상 포함된 잔골재; 를 포함하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물」을 제공한다.

즉, 상기 풍쇄 슬래그는 잔골재의 50~100 vol% 적용될 수 있는 것이다. 다만, 상기 풍쇄 슬래그가 잔골재의 100 vo1% 미만 적용될 때에는 상기 잔골재에 전로 슬래그 및 전기로 슬래그 중 어느 한 종 이상을 더 포함시킬 수 있다.

본 발명에서 잔골재로 적용된 풍쇄 슬래그, 전로 슬래그 및 전기로 슬래그는 '슬래그 잔골재'라 통칭할 수 있다. 후술하겠으나, 잔골재를 전부 풍쇄 슬래그로 적용할 때 소음 감소 효과와 재령별 압축강도가 가장 우수하나, 상기 전로 슬래그 및 전기로 슬래그를 일부 혼합하더라도 소정의 효과를 도출할 수 있다. 다만 상기 전로 슬래그와 전기로 슬래그 잔골재를 과량 포함시키는 경우에는 재료 분리, 결합재 증대 등의 문제가 발생할 수 있으므로 각각 잔골재의 10 vol% 이하의 범위로 적용하는 것이 바람직하다. 상기 전로 슬래그는 비중 3.6 이상, 조립율 3.5~4.0인 것을 적용하고, 상기 전기로 슬래그는 비중 3.5 이상, 조립율 3.0~3.6인 것을 적용할 수 있다.

본 발명이 제공하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물은 모르타르 플로우 200~220 ㎜, 재령 7일 압축강도 14 MPa 이상, 재령 28일 압축강도 21 MPa 이상의 바닥용 모르타르 성능 기준을 충족시켜야 하며,

결합재를 단위체적 1 ㎥ 당 550~750 kg, 잔골재는 단위체적 1 ㎥ 당 1,500~1,850 kg 혼합하고, 물-결합재비 40~65 wt%가 되도록 물을 배합하여 위 성능 기준을 충족시킬 수 있다.

상기 결합재는 시멘트 400~600 중량부; 고로슬래그 미분말 60~160 중량부; 플라이애시 60~160 중량부 및 석고 10~100 중량부로 조성된 것을 적용할 수 있으며,

폴리카르본산계 화합물, 폴리나프탈렌술포네이트계 화합물 및 리그닌술포네이트계 화합물 중 어느 한 가지 이상으로 조성된 유동화제를 단위체적 1 ㎥ 당 2~3 kg 첨가하여 단위수량을 감소시킬 수 있다.

이하에서는 구체적인 시험예와 함께 본 발명을 설명하기로 한다.

아래 [표 3]은 결합재 720 kg/㎥(시멘트 500 kg/㎥, 고로슬래그 미분말 80 kg/㎥, 플라이애시 80 kg/㎥, 석고 60 kg/㎥), 잔골재(세척사 100%) 1,276 kg/㎥ 및 물 320 kg/㎥(물-결합재비 44.4 wt%)을 혼합한 모르타르 조성물의 배합예이다,

위 배합의 모르타르 조성물은 곧 시험예1이다.

시험예2 내지 시험예7은 상기 시험예1에서 결합재 배합량과 조성 성분, 물-결합재비 및 유동화제 첨가량은 고정시키고, 잔골재인 세척사를 슬래그 잔골재(풍쇄 슬래그, 전로 슬래그, 전기로 슬래그)로 치환하는 비율을 다르게 적용한 것이다.

각 시험예별 골재 구성은 아래 [표 4]에 나타난 바와 같으며, 세척사를 상기 슬래그 잔골재로 치환하는 비율에 따라 잔골재의 단위중량은 약 1,300~1,700 kg/㎥ 범위에서 변동한다.

아래, [표 5]는 시험예1 내지 시험예7에 대한 모르타르 플로우, 단위용적중량, 블리딩율 및 재령별 압축강도를 시험한 결과를 정리하여 나타낸 것이다. 모든 시험예에서 블리딩율은 2% 이하로 나타났으며, 시험예5부터 시험예7까지 블리딩율이 1.5%로 감소하였다.

모르타르 플로우는 시험예에 따른 뚜렷한 경향성이 나타나지 않고, 모든 시험예의 모르타르 플로우는 200~220mm 범위 내에서 측정되었다.

단위용적중량은 슬래그 잔골재 치환율과 선형 비례 관계를 나타냈다. 세척사에서 치환 적용되는 풍쇄 슬래그, 전로 슬래그 및 전기로 슬래그의 비중이 모두 세척사보다 1.3배 이상 크기 때문에 상기 잔골재 치환율이 모르타르 조성물의 단위용적중량 증가에 직접적인 영향을 미친다.

블리딩율은 잔골재 중 풍쇄 슬래그를 70 vol% 이상 적용한 시험예5 내지 시험예7에서 시험예1 내지 시험예4 보다 0.5% 낮게 나타났다.

재령별 압축강도도 역시 슬래그 잔골재 치환율과 선형 비례 관계로 나타났다. 세척사에 비해 치환 적용되는 슬래그 잔골재들의 경도가 높고 흡수율이 낮아 시멘트 페이스트와의 결합력이 증대됨에 따른 현상으로 파악된다.

아래 [표 6]은 시험예 적용에 따른 소음 저감효과(dB저감율) 시험 결과를 나타낸 것이다. 아래 [참고도 4]는 소음 저감효과 시험을 위한 시험 조건을 모식적으로 나타낸 것이다. 시험예1 내지 시험예7은 아래 [참고도 4]에 나타난 40mm 두께의 모르타르 층으로 적용하였다.

시험예1을 적용했을 때의 소음 발생량(상층에서 충격을 가하여 발생하는 진동에 따른 하층의 소음)을 기준으로 시험예3에서도 어느 정도 의미 있는 소음 저감 효과(소음 저감효과 1% 이상)가 나타났으나, 시험예4에서 소음 저감 효과가 큰 폭으로 향상된 임계적인 효과(소음 저감효과 4% 이상)가 나타났으며, 잔골재 중 풍쇄슬래그 비율이 높아짐에 따라 소음 저감효과가 점차 높게 타나나는 것이 확인되었다.

[참고도 4]

이상에서 본 발명에 대하여 구체적인 시험예와 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.

Claims (9)

1. 시멘트, 고로슬래그 미분말, 플라이애시 및 석고가 혼합된 결합재; 및
   풍쇄 슬래그가 50 vol% 이상 포함된 잔골재; 를 포함하고,
   상기 풍쇄 슬래그는 Ti-Fe 18~23 wt%를 함유하는 것을 특징으로 하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물.
   
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 풍쇄 슬래그는 비중 3.5 이상, 조립율 2.0~2.5인 것을 특징으로 하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물.
   
4. 제1항에서,
   상기 잔골재에는 전로 슬래그 및 전기로 슬래그 중 어느 한 종 이상이 더 포함된 것을 특징으로 하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물.
   
5. 제4항에서,
   상기 전로 슬래그는 비중 3.6 이상, 조립율 3.5~4.0인 것을 특징으로 하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물.
   
6. 제4항에서,
   상기 전기로 슬래그는 비중 3.5 이상, 조립율 3.0~3.6인 것을 특징으로 하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물.
   
7. 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,
   상기 결합재는 단위체적 1 ㎥ 당 550~750 kg 혼합되고,
   상기 잔골재는 단위체적 1 ㎥ 당 1,500~1,850 kg 혼합되며,
   물-결합재비 40~65 wt%인 것을 특징으로 하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물.
   
8. 제7항에서,
   상기 결합재는,
   시멘트 400~600 중량부; 고로슬래그 미분말 60~160 중량부; 플라이애시 60~160 중량부 및 석고 10~100 중량부로 조성된 것을 특징으로 하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물.
   
9. 제7항에서,
   폴리카르본산계 화합물, 폴리나프탈렌술포네이트계 화합물 및 리그닌술포네이트계 화합물 중 어느 한 가지 이상으로 조성된 유동화제를 단위체적 1 ㎥ 당 2~3 kg 첨가한 것을 특징으로 하는 바닥용 고중량 모르타르 조성물.