KR20000076031A - 습식 분사 내화 피복 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은, 펌프 압송시에는 유동성이 높고, 압송 효율이 우수하면서분사 직후에는 유동성이 없어져서 두터운 분사가 가능하며, 또한 수축에 의한 철골 면으로부터의 부상이나 균열발생의 위험성이 없는 우수한 내화 성능의 무기질 섬유 비함유 습식 분사 내화 피복 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명은, 슬러리부와 황산알루미늄 수용액부를 분사용 노즐에서 합류 혼합한 다음, 분사 시공하기 위한 습식 분사 내화 피복 조성물에 있어서, 슬러리부는 필수 구성 성분으로서 전체 고형분을 기준으로 하여 (A) 20 중량 % 이상의 석고, (B) 5 ∼ 40 중량 % 의 소석회 및/또는 생석회, (C) 유기질 섬유 및/또는 경량 골재, 및 물을 함유하여 이루어지고, 건조 후의 내화 성능 향상 요소 함유율이 20 중량 % 이상인 것을 특징으로 한다.
Description
철골 건축 구조물이나 플랜트에 사용되는 원료를 물로 혼합 반죽하여 슬러리로 분사하는 종래의 습식 분사 내화 피복재는, 소정의 내화 성능을 얻기 위해서 20 ∼ 65 mm 의 두께가 필요하고, 이 두께를 1 ∼ 2 회에 분사하기 위해서는 슬러리를 상당히 고점성으로 할 필요가 있어, 이 고점성 슬러리를 반송하기 위한 고압 펌프와 이에 견딜 수 있는 고압용 배관이 필요하기 때문에 기계 설비가 고액이 되어 결과적으로 시공 비용이 상승한다.
또한, 종래의 습식 분사 내화 피복재는 주로 락울 (rock wool) 을 사용하고 있으나, 이 락울을 비롯한 무기질 섬유에 대해서는 인체에 대한 유해성이 지적되고 있어, 이들의 사용에 관해서 금후 규제가 엄격해질 것이 예상된다. 이러한 점에서 고압 펌프나 고압 배관이 불필요하고, 저압으로 압송이 가능하며, 우수한 시공 효율과 보다 낮은 비용, 또한 락울 등의 무기질 섬유를 포함하지 않는 습식 분사 내화 피복재가 요구되고 있다.
본 발명은 철골 건축 구조물이나 플랜트에 사용되는 습식 분사 내화 피복 조성물에 있어서, 내화 성능 및 시공 효율이 우수한 습식 분사 내화 피복 조성물에 관한 것이다.
도 1 은, 분사 실험예에 있어서, 본 발명품 4 의 슬러리 배합에서 황산알루미늄의 첨가량을 변화시켜 800 ×300 ×14 × 20 mm 의 H 형 강(鋼)에 분사했을 때의 황산알루미늄의 첨가량과 분사 가능 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
발명의 실시 형태
여기서, 건조 후의 내화 성능 향상 요소 함유율은 다음의 식으로 나타낸다. 즉, W3(%) = W1(%) - W2(%) 로 나타낸다.
W1(%) : 건조 경화체 (23 ℃ 상대 습도 50 % 의 대기 하에서 일정한 중량에 도달할 때까지 건조시킨 것) 의 1000 ℃ - 3 시간 가열 후의 중량 감소율.
W2(%) : 물로 혼합 반죽하기 전의 전체 건조 원료에 대한 가연성 원료의 중량 % 로 나타나는 첨가 비율로서, 가연성 원료로는 유기질 섬유, 발포 폴리스티렌 등의 유기질 경량 골재, 석고 경화지연제, 증점재 및 계면활성제 등을 포함한다. 또, 전체 건조 원료에는 노즐에서 합류 혼합되는 황산알루미늄이 포함된다.
W3(%) : 건조 후의 내화 성능 향상 요소 함유율
상기 내화 성능 향상 요소는 50 ∼ 200 ℃ 전후에서 탈수 반응을 일으키고, 흡열 작용을 나타내는 수경성(水硬性) 재료의 수화물 중에 포함되는 결정수, 및 수산화 칼슘 (소석회) 및/또는 산화칼슘 (생석회) 과 황산알루미늄과의 화학반응에서 생기는 에트린가이트 (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) 에 포함되는 결정수, 200 ∼ 500 ℃ 전후에서 마찬가지로 탈수 반응을 일으키고 흡열 작용을 나타내는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 등의 금속 수산화물 중의 결정수, 탄산칼슘, 탄산마그네슘 등의 금속 탄산화물 등이 500 ∼ 800 ℃ 에서 흡열 반응하면서 분해될 때에 발생하는 탄산 가스에서 유래하는 것이다.
또한, 상기 탄산칼슘으로는, 슬러리 중의 성분인 소석회 및/또는 생석회 중 황산알루미늄과의 반응에서 과잉분으로 남은 것이 탄산화하여 탄산칼슘으로 된 것을 포함한다.
본 발명의 습식 분사 내화 피복 조성물은 전체 고형분에 대해 (A) 20 중량 % 이상의 석고, (B) 5 ∼ 40 중량 % 의 소석회 및 생석회로 구성되는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종, (C) 20 중량 % 이하의 유기질 섬유 및/또는 30 중량 % 이하의 경량 골재에 물을 첨가한 후 혼합 반죽하여 형성되는 슬러리부를 펌프 및 운송관으로 분사용 노즐에 공급하고, 압축 공기와 함께 분사할 때에 상기 슬러리부와는 별도의 펌프 및 운송관을 이용하여 황산 알루미늄 수용액을 상기 분사용 노즐에 공급하고, 이들 슬러리부 및 황산 알루미늄 수용액을 합류 혼합시키면서 분사하는 것으로, 본 발명에 따르면, 운송관 안을 펌프 운송할 때에, 유동성이 매우 높고, 또 압송 효율이 매우 우수한 슬러리부가 분사용 노즐에서 황산알루미늄 수용액과 합류 혼합되면서 철골 면에 분사된 직후 수 초 이내에 슬러리부 중에 포함되는 소석회 및/또는 생석회와의 반응으로 에트린가이트가 생성되고, 그 때의 여분의 물 흡수 효과에 의해 슬러리부의 점성이 급격하게 높아져서 두터운 분사가 가능해진다. 더구나, 상기 내화 성능 향상 요소가 20 중량 % 이상이 됨으로써 보다 양호한 내화 성능을 얻을 수 있다.
본 발명의 습식 분사 내화 피복 조성물에 있어서도, 건조 수축이 다소 증가하지만 외관상의 수축 왜곡이 잘 발생하지 않는 유연성이 풍부한 내화 피복재를 얻을 수 있다. 또한, 이렇게 상온에서는 유연성을 가지고, 락울 등의 무기질 섬유를 전혀 함유하지 않음에도 불구하고, 화재 등으로 인해 고온에 노출된 경우에도 철골 면의 내화 피복층을 충분하게 자체 유지할 수 있는 강도를 발현한다. 이러한 현상에 대한 명확한 이유는 불분명하지만, 아마도 석고, 소석회 및/또는 생석회, 및 황산알루미늄의 세가지 성분의 상온 하에서의 반응에서 생성되는 결정의 형태, 혹은 결정 상호의 얽힘에 의해 유연성이 부여된다고 생각되고, 또한 이들 가열에 의해 결정의 분해 및 재결정화가 이루어지는 과정에서 무엇인가의 경화현상을 일으키고 있는 것으로 추정된다.
다음에서, 본 발명의 습식 분사 내화 피복 조성물의 구성 성분에 대해, 더욱 상세하게 설명한다.
(석고)
슬러리부를 구성하는 석고에 대해서는 특별한 것을 사용할 필요는 없고, 보통의 황산칼슘 반수화물 (CaSO4·1/2H2O) 을 사용할 수 있다. 석고에 대해서는 석고 보드 등의 폐재를 분쇄하여 재소성한 것이라도 사용가능하다. 사용가능한 석고를 다음에 예시한다:
·석고 플라스터 : JIS A6904 에서 규정되는 보드용 플라스터 (구운 석고에 응결 지연제 및 증점제 등을 섞은 것)
·구운 석고 : β- CaSO4·1/2H2O [이수석고 (CaSO4·2H2O) 를 건식 소성한 것]
·α- 반수석고 : α- CaSO4·1/2H2O [이수석고 (CaSO4·2H2O) 를 수중에서 습식 가열한 것]
또, 석고에는 통상 경화 지연제가 사용되지만, 본 발명에 있어서도 소석회 혹은 생석회 (이들은 석고의 경화 촉진제가 된다) 의 공존 하에서 통상 2 ∼ 12 시간 정도의 경화시간이 되도록 하는 첨가량의 단백질계나 유기산계의 경화 지연제가 사용된다. 또한, 경화 시간의 설정은 배관 안에서 슬러리부가 경화되는 것을 방지하는 것이 주된 목적이기 때문에, 배관내의 슬러리부의 체류 시간에 따라 설정하면 되고, 반드시 상기 시간으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 석고는 분사 후 경화하여 내화 피복층의 강도를 유지하기 위하여 작용하는 것으로, 그 배합량은 슬러리부 중의 전체 고형분을 기준으로 20 중량 % 이상, 바람직하게는 20 ∼ 90 중량 % 로 한다. 석고의 배합량이 20 중량 % 미만인 경우, 포틀랜드 시멘트 등의 다른 결합재를 첨가하여 상온시의 강도가 유지되었다고 하여도 본 발명의 특징인 우수한 가열후 강도를 얻을 수 없다,
또한, 석고의 첨가량이 슬러리 중의 전체 고형분을 기준으로 20 중량 % 이상인 경우에는 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트 및 고로수쇄(高爐水碎) 슬랙으로 구성되는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물의 첨가에 의해 상온시의 강도가 적당히 향상하고, 나아가 가열 후의 강도도 확보된다. 그러나 과도한 첨가는 경화체의 유연성을 손상시키기 때문에 바람직하지 않으므로, 그 상한은 슬러리부 중의 전체 고형분을 기준으로 50 중량 % 이다.
(소석회·생석회)
소석회 및/또는 생석회는 분사시에 분사용 노즐에서 합류 혼합되는 황산알루미늄과 극히 단시간에 반응하고, 그 반응물에 의해 분사후 바로 슬러리를 고점도화시키기 위해 작용한다. 여기서 소석회는 JIS R9001 에 규정된 공업용 소석회, JIS A6902 에 규정된 미장용 소석회 등이 사용가능하고, 생석회에 대해서는 JIS R9001 에 규정된 공업용 생석회로서 분말도가 590 ㎛ 인 체를 모두 통과할 정도까지 분쇄된 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
소석회 및/또는 생석회의 배합량은 슬러리부 중의 전체 고형분에 대해서 5 ∼ 40 중량 % 의 범위가 바람직하고, 상기 배합량이 5 중량 % 미만에서는 황산알루미늄과의 반응에 의한 슬러리부의 고점성화 정도가 약해지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 상기 배합량이 40 중량 % 를 넘으면, 강도 저하와 건조 수축율의 증대를 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 소석회 및/또는 생석회의 배합 비율의 결정은 후술하는 황산알루미늄의 첨가 비율도 고려할 필요가 있어, 황산알루미늄의 화학량론 이상으로 해 두는 것이 바람직하다. 이것은 황산알루미늄이 강산성이어서 철골에 대해 부식성이 있으므로, 황산 알루미늄을 완전하게 중화하여 둘 필요가 있기 때문이다.
(수산화알루미늄·수산화마그네슘)
본 발명에서는 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘 등의 금속수산화물의 첨가도 내화 성능 향상에 효과가 있다. 수산화알루미늄은 천연광물로서도 산출되지만, 보크사이트를 원료로 하여 바이야법 (Bayer's Process) 으로 제조된 것도 있으며, 어느 것도 사용가능하고, 특히 기브사이트 (gibbsite) 와 같은 Al (OH)3의 화학식으로 나타나는 결정수 함유량이 많은 것이 바람직하다. 입도는 최대경이 1 mm 이하라면 가능하고, 0.3 mm 이하가 바람직하다.
탄산칼슘, 탄산마그네슘은 천연광물에서 얻어지는 것 및 공업적으로 합성되는 것 모두 사용할 수 있다. 입도는 최대경이 1 mm 이하라면 가능하고, 바람직하게는 0.3 mm 이하이다.
또한, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘, 탄산마그네슘 등을 첨가하는 경우, 이들의 첨가량은 5 ∼ 50 중량 % 가 적당하고, 5 중량 % 이상에서는 충분한 효과를 발휘하지만, 50 중량 % 를 넘으면 경화체의 특히 가열 후 강도가 저하되기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명에서는, 유기질 섬유 또는 경량 골재 중에 적어도 어느 한 쪽을 첨가할 필요가 있다. 이들 중 어느 하나를 첨가함으로써 슬러리부에 적당한 점성을 부여하고, 배관 도중의 고형분의 침전 혹은 막힘을 방지하는 데에 유효하고, 분사시의 슬러리부의 비산(飛散) 방지에도 효과가 있다.
또, 이들 중 하나를 첨가하는 것은, 분사 경화체의 저비중화에 유효하고, 비용이나 내화 성능이라는 점에서 유리한 것 외에도, 정상 상태시의 유연성이 향상함으로써 건조 시의 수축 응력이 저감되기 때문에 철골 면으로부터의 부상이나 균열 발생의 방지에 유효하다. 또한, 이들 유기질 섬유 및 경량 골재는 반드시 한 쪽만에 한정되는 것은 아니고, 양자를 병용하여도 아무런 지장이 없다.
(유기질 섬유)
본 발명에 사용되는 유기질 섬유로는, 레이온, 비닐론, 아크릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 펄프 등의 각종 유기질 섬유를 사용할 수 있으나, 종이 또는 펄프를 건식 분쇄하여 섬유형상 혹은 면형상으로 한 것이 바람직하다. 또, 원료가 되는 종이 또는 펄프는 미사용의 것일 필요는 없으며, 묵은 신문 등의 낡은 종이, 혹은 이들을 원료로 한 재생 펄프 혹은 목면이나 마 등의 헌 옷과 원단의 절단 조각일 수도 있다. 오히려 낡은 종이나 재생 펄프인 편이 비용이나 자원 재이용이라는 점에서 장점이 크다. 여기서 유기질 섬유의 첨가량은 슬러리부 중의 전체 고형분을 기준으로 20 중량 % 이하가 바람직하다. 20 중량 % 를 넘으면 보수성(保水性) 이 저하되고, 배관 도중에 슬러리가 폐색될 위험이 있기 때문에 바람직하지 않다.
(경량 골재)
본 발명에서 사용하는 경량 골재로는, 버미큘라이트, 펄라이트, 시라스발룬(Shirasu balloons), 알루미나발룬 등의 무기질 경량 골재, 혹은 발포폴리스틸렌 입자 등의 유기질 경량 골재를 첨가할 수 있다. 첨가량은 슬러리부 중의 전체 고형분을 기준으로 하여 무기질 경량 골재의 경우 30 중량 % 이하가 바람직하다. 30 중량 % 가 넘도록 첨가하는 것도 가능하지만, 과잉으로 첨가하면 비중이 과도하게 저하하거나, 가열후 강도에 악영향을 미치는 경우가 있다. 또, 발포 폴리스틸렌 입자는 경량화의 관점에서 특히 유효하고, 내화 성능에 악영향을 미치지 않는 범위에서 10 중량 % 이하, 바람직하게는 0.2 ∼ 10 중량 % 의 양으로 배합할 수 있다.
또, 유기질 섬유와 경량 골재를 병용하는 것은 분사물 표면의 평활성을 향상시킨다는 점에서 유효하고, 특히, 경량 골재로서는 펄라이트와 발포 폴리스틸렌 입자를 조합함으로써 더욱 유효해진다. 평활성 향상의 관점에서 가장 바람직한 유기질 섬유와 경량 골재의 첨가 비율은 슬러리부 중의 전체 고형분을 기준으로 하여 유기질 섬유 5 ∼ 10 중량 %, 펄라이트 5 ∼ 10 중량 %, 발포폴리스틸렌 입자 0.2 ∼ 1.0 중량 % 이다.
(황산알루미늄)
황산알루미늄은 수용액으로서 분사용 노즐 혹은 그 근방에서 슬러리부와 합류 혼합되는 것이다. 황산알루미늄은 합류 혼합된 후, 바로 슬러리 중의 소석회 및/또는 생석회와 반응하여, 분사후 수 초 이내에 슬러리부를 고점성화시킨다. 추가로 경화지연제를 배합함으로써 경화 시간이 조정되어 있는 석고의 경화를 촉진하고, 30 분 ∼ 1 시간 사이에서 경화시키는 작용을 갖는다.
즉, 본 발명의 습식 분사 내화 피복 조성물에 의하면, 압송성이 우수한 저점성 슬러리는 황산알루미늄 수용액과 합류 혼합하면서 분사된 후, 바로 고점성화하기 때문에 두터운 분사를 하여도 유동 낙하하지 않게 되고, 또한 30 분 ∼ 1 시간 후에는 석고에 의한 본래의 경화가 종료된다. 이 특성에 의해 부득이하게 2회 이상으로 나누어 분사하는 경우에도, 2 층째 이하의 분사가 동일 내에 완료되기 때문에 효율이 좋고, 관리 시공도 용이해진다. 또한, 미경화 상태가 장시간 지속되지 않기 때문에 진동 등에 의한 분사 시공물의 낙하 위험성이 대폭 감소한다고 하는 이점도 생긴다.
사용되는 황산알루미늄은 특별히 한정되는 것은 아니고, JIS A1423 혹은 JIS A1450 에 규정된 공업용, 제지용 혹은 수도용 황산알루미늄을 사용할 수 있다. 일반적으로는 수화물, 무수물 혹은 수용액의 상태로 입수할 수 있지만, 어떠한 형태의 것이라도 사용 가능하다.
본 발명에서 사용되는 황산알루미늄 수용액의 농도는 18 수염(水鹽) [Al2(SO4)3·18H2O] 으로 하여 35 중량 % 이상이 적절하고, 고농도일수록 바람직하다. 황산알루미늄 수용액의 농도가 35 중량 % 미만인 경우, 소정량의 황산알루미늄을 첨가하기 위해서는 합류 혼합되는 용액량이 지나치게 많아져서 슬러리부의 고형분 농도가 낮아지고, 분사 후의 슬러리의 고점성화의 정도가 약해지거나, 분사시에 슬러리의 비산이 증가하기 때문에 바람직하지 않다. 황산알루미늄 수용액 농도의 상한은 황산알루미늄의 용해도, 즉 18 수염 환산으로 50 중량 % 정도까지가 되지만, 황산알루미늄 수용액은 펌프 반송에 악영향을 끼치지 않는 범위에서 황산알루미늄의 고형분을 포함하는 과포화 상태라도 지장이 없다.
황산알루미늄의 배합량은, 슬러리부 중의 전체 고형분을 기준으로 하여 외할(外割)로 5 ∼ 30 중량 % (18 수염 환산량) 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 상기 배합량이 5 중량 % 미만에서는 충분한 슬러리의 고점성화 작용을 얻을 수 없고, 내화 성능 향상 요소 함유율도 20 중량 % 이상이 되지 않기 때문에 바람직하지 않으며, 또 30 중량 % 를 넘으면 얻어지는 경화체의 건조 수축율이나 강도 등의 물성을 악화시키기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명에 있어서는, 상기 성분 외에, 예컨대, 메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리인산 소다, 알긴산 소다 등의 증점제, 보수제, 도데실벤젠술폰산, 알킬 황산에스테르염, 알파올레핀술폰산염 등의 계면활성제와 같은 공지의 다른 첨가 성분을 첨가할 수 있다. 이들의 배합량은 통상 슬러리 중의 전체 고형분을 기준으로 하여 외할로 0.1 ∼ 2.0 중량 % 정도이다.
이 문제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 일본 공개특허공보 평6-92708호에서, 알칼리 토류금속의 산화물 및/또는 수산화물, 및 시멘트질 재료에 물을 첨가하여 혼합 반죽한 슬러리부 및 알칼리토류금속의 산화물 및/또는 수산화물과 상온에서 반응하는 수용성 염류의 수용액부를 각각 별도의 펌프와 운송관으로 이들 슬러리와 수용액을 합류 혼합하고, 압축공기에 의해 분사하는 방법을 제안하고 있다. 이 방법은 고압 펌프나 배관이 필요치 않고, 유동성이 높은 저점성 슬러리를 분사한 후 바로 의사경화(고점성화)시켜 유동성을 없앤 다음 두터운 분사를 가능케하는 것으로, 이로 인해 시공 효율이 큰 폭으로 상승하고, 시공 비용의 저감을 가능하게 하는 것이다.
그러나, 이 방법에 의한 내화 피복재는 건조수축율이 종래의 것보다 다소 크다는 결점이 있고, 특히 무기질 섬유를 첨가하지 않은 경우에는 건조시에 철골 면으로부터의 부상이나 균열을 일으킬 위험성이 증가한다. 또, 주결합재로서 포틀랜드 시멘트를 사용한 경우에는 강도가 지나치게 커져서 건조 시의 수축 응력이 증대하고, 철골 면으로부터의 부상(浮上)이나 균열 발생의 위험성이 더욱 증가한다.
일반적으로, 건축용 철골에는 녹방지 도장을 시행하는 경우가 많으나, 이 녹방지 도막상에 내화 피복재를 분사하면 도막이 알칼리 열화하여 쵸킹 현상을 일으키기 때문에 내화 피복재의 밀착 강도가 현저하게 저하된다. 따라서, 상기와 같이 수축율이 크고 강도가 과대하여 딱딱한 재질의 것인 경우에는, 에틸렌-아세트산 비닐, 스티렌아크릴 등의 공중합 수지 혹은 스티렌부타디엔 고무 등의 비교적 우수한 내알칼리성의 보호막을 녹방지 도장상에 행한 다음, 분사 시공을 할 필요가 있다.
상기 대책으로, 시멘트질 결합재의 첨가 비율을 낮춤으로써 재질을 연약화시키고, 건조시에 발생하는 수축 응력이나 수축 왜곡을 저감시키는 방책을 생각할 수 있다. 그러나, 이러한 방책에는 결합재가 부족하기 때문에, 오히려 철골 면에 대한 부착력이 저하된다는 폐해가 증가하고, 더구나 락울 등의 무기질 섬유를 포함하지 않는 경우에 화재 등으로 내화 피복재가 고온에 노출되면, 결합재의 부족과 보강력의 결여에 의해 대폭적인 강도 저하를 초래하여 철골 면의 내화 피복층을 유지할 수 없게 되어서 떨어져 나간다는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 펌프 압송시에는 유동성이 높고 압송 효율이 우수하면서, 분사 직후에는 유동성이 없어져서 두터운 분사가 가능해지고, 또한 수축에 의한 철골 면으로부터의 부상이나 균열 발생의 위험성이 없는 우수한 내화 성능의 무기질 섬유 비함유 습식 분사 내화 피복 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구한 결과, 슬러리부와 황산알루미늄 수용액부를 분사용 노즐에서 합류 혼합한 다음, 분사 시공하기 위한 습식 분사 내화 피복 조성물에 있어서, 슬러리부는 필수 구성 성분으로서 전체 고형분을 기준으로 하여 (A) 20 중량 % 이상의 석고, (B) 5 ∼ 40 중량 % 의 소석회 및/또는 생석회, (C) 유기질 섬유 및/또는 경량 골재, 및 물를 함유하여 이루어지고, 건조 후의 내화 성능 향상 요소 함유율을 20 중량 % 이상으로 함으로써 상기 과제를 해결할 수 있고 게다가 우수한 내화 성능을 얻을 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 습식 분사 내화 피복 조성물은, 슬러리부와 황산알루미늄 수용액부를 분사용 노즐에서 합류 혼합한 다음 분사 시공하기 위한 습식 분사 내화 피복 조성물에 있어서, 슬러리부는 필수 구성 성분으로 전체 고형분을 기준으로 하여 (A) 20 중량 % 이상의 석고, (B) 5 ∼ 40 중량 % 의 소석회 및/또는 생석회, (C) 유기질 섬유 및/또는 경량 골재, 및 물를 함유하여 이루어지고, 건조 후의 내화 성능 향상 요소 함유율이 20 중량 % 이상인 것을 특징으로 한다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
우선, 표 1 에 나타난 원료를 건식 혼합하고, 다음으로 수득된 건식 혼합물에 소정의 물의 양이 되도록 물을 첨가하여 모르타르 믹서로 약 2 분간 교반함으로써 슬러리 (각 슬러리에는, 각각 외할로 0.2 중량 % 의 메틸셀룰로오스 및 0.2 중량 % 의 계면활성제를 사용한다) 로 만든 것을, 피스톤형 펌프에 의해 내부직경 35 mm, 길이 100 m 의 내압 고무호스의 배관 안을 압송시키고, 내압 고무 호스 선단에 설치한 분사용 노즐에 공급한 후, 황산알루미늄 수용액 (18 수염으로 하여 농도 50 중량 %) 을 다이아프램형 펌프에 의해 18 수염으로 하여 슬러리부 중의 고형분에 대해 표 1 과 같은 첨가 비율이 되도록 유량을 조절한다. 상기 혼합물을 내부 직경 12 mm 의 내압 고무 호스 안을 반송하여, 분사용 노즐의 토출구로부터 150 mm 인 곳에 설치된 주입구로부터 주입하고 합류 혼합시키면서 압축 공기와 함께 800 ×300 ×14 ×20 mm, 길이 5 m 의 H 형 강에 분사하여, 슬러리의 압송 압력 및 분사 가능 두께를 측정한다.
다음에서, 이와는 별개로 녹방지 도료 (JIS K5621 : 일반 녹방지 페인트) 를 도포한 800 ×200 ×8 ×13 mm, 길이 2.5 m 의 H 형 강에 두께 50 mm 로 분사 시공한 후 (1 회의 분사로 50 mm 두께의 분사가 불가능한 것에 대해서는 2 회 또는 3 회로 나누어 분사한다) 그대로 방치하고, 2 주간 양생 경화한 후 40 ℃ ±5 ℃ 에서 3 주간 (함수율이 2 % 이하가 될 때까지) 건조시켜서, 분사물의 철골 면으로부터의 부상과 균열 발생의 유무를 관찰한다, 다시 이것을 가열로에 넣어, JIS A1304 (건축 구조 부분의 내화 시험 방법) 에 준하여 내화 성능 시험을 행하고, 내화 시간, 가열중 분사물의 탈락 유무 및 가열 후 압축 강도의 측정을 행했다. 또한, 상기 측정은 표 4 에 나타난 시험방법에 의해 행한다. 본 발명품 및 비교품의 배합에 있어서, 원료는 표 3 의 것을 사용한다.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | ||
| 슬러리배합중량% | 석고 | 82 | 60 | 75 | 62 | 65 | 70 | 50 | 40 | 37 | 40 | 30 | 56 |
| 소석회 | 10 | 20 | 20 | 30 | 20 | 25 | 20 | 20 | 15 | 12 | 20 | 18 | |
| 보통 포틀랜드 시멘트 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 40 | - | - | |
| 고로수쇄 슬랙 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 35 | - | |
| 유기질 섬유 | 8 | - | - | 8 | 15 | 5 | - | 8 | 8 | 8 | 5 | 8 | |
| 발포 폴리스틸렌섬유 | - | - | 5 | - | - | - | - | 2 | - | - | - | 0.5 | |
| 펄라이트 | - | 20 | - | - | - | - | 20 | - | - | - | 10 | 5 | |
| 수산화알루미늄 | - | - | - | - | - | - | 10 | 30 | 40 | - | - | 12.5 | |
| 물 혼합비(고형분에 대한 중량비) | 1.5 | 1.5 | 1.1 | 1.5 | 1.9 | 1.2 | 1.5 | 1.6 | 1.6 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | |
| 황산알루미늄(외할 %) | 7 | 15 | 15 | 25 | 20 | 20 | 15 | 15 | 10 | 15 | 15 | 15 | |
| 슬러리 압송 압력(kg/cm2) | 10 | 12 | 11 | 10 | 8 | 9 | 10 | 11 | 10 | 9 | 11 | 10 | |
| 분사 가능 두께(mm) | 50 | 65 | 65 | 80 | 70 | 70 | 65 | 65 | 55 | 70 | 75 | 75 | |
| 경화 부피 밀도(g/cc) | 0.45 | 0.44 | 0.46 | 0.42 | 0.40 | 0.52 | 0.43 | 0.42 | 0.45 | 0.45 | 0.46 | 0.43 | |
| 건조 수축율(%) | 0.61 | 0.51 | 0.56 | 0.69 | 0.66 | 0.68 | 0.60 | 0.59 | 0.56 | 0.67 | 0.68 | 0.60 | |
| 철골 면으로부터의 부상 발생 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | |
| 균열 발생 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | |
| 가열 후 압축 강도(kg/cm2) | 1.2 | 0.9 | 1.1 | 0.7 | 0.6 | 1.0 | 0.9 | 0.7 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 1.1 | |
| 가열중 탈락 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | |
| 내화 성능 향상 요소 함유율 (%) | 22.0 | 25.0 | 26.6 | 29.3 | 24.0 | 28.5 | 26.2 | 29.1 | 29.0 | 24.2 | 23.9 | 26.0 | |
| 내화 시간(분) | 180 | 191 | 187 | 193 | 182 | 193 | 194 | 192 | 196 | 185 | 187 | 189 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| 슬러리배합중량% | 보통 포틀랜드시멘트 | 72 | 25 | - | - | - |
| 석고 | - | - | 42 | 92 | 92 | |
| 소석회 | 20 | 20 | 50 | - | - | |
| 유기질 섬유 | 8 | 8 | 8 | 6 | 6 | |
| 규석분말 | - | 47 | - | - | - | |
| 펄라이트 | - | - | - | - | - | |
| 발포 폴리스틸렌 입자 | - | - | - | 2 | 2 | |
| 물 혼합비(고형분에 대한 중량비) | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.1 | |
| 황산알루미늄 (외할 %) | 15 | 15 | 15 | - | - | |
| 슬러리 압송 압력(kg/cm2) | 11 | 10 | 9 | 11 | 60 | |
| 분사 가능 두께 (mm) | 65 | 55 | 65 | 15 | 50 | |
| 경화체 부피 밀도 (g/cc) | 0.49 | 0.46 | 0.44 | 0.48 | 0.55 | |
| 건조 수축율 (%) | 0.6 | 0.5 | 1.0 | 0.1 | 0.1 | |
| 철골 면으로부터의 부상 발생 | 있음 | 없음 | 있음 | 없음 | 없음 | |
| 균열 발생 | 있음 | 없음 | 있음 | 없음 | 없음 | |
| 가열 후 압축 강도 (kg/cm2) | - | 0.1 | - | 0.5 | 0.7 | |
| 가열 중의 탈락 | - | 있음 | - | 없음 | 없음 | |
| 내화 성능 향상 요소 함유율 (%) | - | - | - | 18.0 | 18.2 | |
| 내화시간 (분) | - | - | - | 170 | 173 |
| 원료명 | 상세한 설명 |
| 석고 | JIS A6904 보드용 플라스터 |
| 보통 포틀랜드 시멘트 | JIS R 5210 |
| 고로수쇄 슬랙 | 히타치 시멘트(주) 제조 하이멘트 |
| 소석회 | 치치부셋까이(주) 제조 특호소석회 |
| 유기 섬유 | 쥬죠모꾸자이(주) 제조 제트화이버「낡은 종이 건식 분쇄물」 |
| 발포 폴리스틸렌 입자 | 입경 2.2 mm 이하; 부피비중 0.02「폐발포 폴리스틸렌 성형체의 분쇄물」 |
| 펄라이트 | 팽창 펄라이트입경 0.5 ∼ 2 mm ; 부피비중 0.1 |
| 수산화 알루미늄 | 닛뽕케이긴조꾸(주)제조 B-53(평균입경 50 ㎛) |
| 규석분말 | 250 메시 전부 통과 |
| 항목 | 방법 |
| 슬러리 압송 압력 | 압송펌프의 토출구 바로 뒤에 설치된 압력계로 피스톤의 왕복운동에 의해 변동하는 압력의 최대치를 판독하여, 이를 슬러리 압력으로 한다. |
| 분사가능 두께 | 1 회의 분사시공에 있어서, 시공체가 떨어져서 늘어지는 것이나 낙하가 관찰되기 직전의 두께 (mm) 를 분사가능 두께로 한다. |
| 부피밀도 | 40 ℃ 에서 항량으로 될 때까지 건조후, 바깥 칫수를 노기스로 측정하고, 체적을 구한 다음, 이어서 중량을 측정하여 다음 식에 의해 부피밀도를 구한다. 경화체의 비중(g/cc) = 중량 (g)/체적 (cc) |
| 건조 수축율 | 40 ×40 ×160 mm 의 시험편을 사용하여, JIS A5430 의 섬유 시멘트판의 흡수에 의한 길이 변화율의 시험방법에 준하여 건조 전후의 칫수를 판독하고, 이하의 식으로 구한다. 건조수축율(%) = (L1- L2)/ L1L1= 건조전의 칫수 L1= 건조후의 칫수 |
| 가열 후 압축 강도 | 가열후 양(梁)시험체의 상면에 3 ×3 × 2.3 mm 의 철판을 놓고, 이 철판위에서부터 하중계를 통하여 손으로 2 ∼ 3 kg /cm2의 하중속도로 압축하중을 걸고, 시험체가 파괴된 때의 최대하중 (P) 을 판독하여, 이하의 식으로 구한다. 가열 후 압축 강도(kgf/cm2) = 최대하중 (P)/9 |
| 내화 시간 | JIS A1304 의 표준 가열곡선에 의해 가열하면서, H 형 강 양(梁)시험체의 길이 방향의 중앙 및 그곳에서부터 50 cm 씩 떨어진 3 단면의 아래 플랜지의 양선단부분에 매입한 총 6 점의 크로멜-알루멜 (JIS K) 열전대 (chromel-alumel thermocouple) 로 철골의 온도를 측정하여, 가열개시로부터 6 점의 평균온도가 350 ℃ 가 되기까지의 시간 (분) 을 내화시간으로 한다. |
그 결과, 표 1 에 나타난 바와 같이, 본 발명품 1 에서 12 에 대해서는 저압압송이 가능한 유동성이 높은 슬러리일지라도 황산알루미늄 수용액을 합류 혼합시킴으로써 두께 50 mm 이상으로 분사하는 것이 가능해지고, 시공성 면에서 매우 우수한 것이 확인될 수 있다.
또, 건조 수축율은 모두 약간 증가하고 있으나, 경화체는 유연성이 있기 때문에, 철골 표면은 녹방지 도장을 하고 있어 부착성의 면에서는 최악의 상태임에도 불구하고, 건조 후의 철골 면으로부터의 부상이나 균열의 발생은 발견되지 않았다.
또한, 가열 후에도 내화 피복층을 스스로 유지하기에 충분한 강도를 유지하고 있고, 가열 중 및 가열 후에도 내화 피복층의 탈락은 발견되지 않았다.
한편, 비교품 1 과 같이, 결합재로서 보통 포틀랜드 시멘트만을 사용한 것은 경화체의 유연성이 부족하기 때문에, 본 발명품과 동일한 수준의 건조 수축율임에도 불구하고 철골 면으로부터의 부상과 균열이 발생한다.
비교품 2 와 같이, 보통 포틀랜드 시멘트의 양을 저감하여 강도를 저하시킨 경우에는, 비교품 1 과 같은 경향은 완화시키지만, 가열후의 강도가 대폭으로 저하되기 때문에 가열 중에 내화 피복층의 탈락이 발생한다.
또, 비교품 4 와 같이 석고 및 경량 골재, 유기 섬유를 단순히 종래의 방법으로 분사한 것은, 내화 성능 향상 요소 함유율이 20 중량 % 미만이기 때문에 내화시간, 즉 내화 성능은 본 발명품에 비해 뒤떨어져 있고, 비교품 5 와 같이 종래방법에 있어서 50 mm 정도의 두터운 분사를 가능하게 하기 위해서는 물의 혼합 반죽비를 저하시켜 슬러리의 유동성을 저하시키지 않으면 안되기 때문에 압송 압력이 큰 폭으로 상승한다.
또, 별도 분사 실험예로서, 표 1 에 나타난 본 발명품 4 의 슬러리 배합에 있어서, 황산알루미늄의 첨가량을 변화시켜서 800 ×300 ×14 ×20 mm 의 H 형 강에 분사를 행하여 분사 가능한 두께를 측정한 결과, 황산알루미늄의 첨가량과 분사가능 두께의 관계는, 도 1 과 같이 슬러리 중의 전체 고형분에 대해 외할로 5 중량 % 이상의 첨가에 의해 분사 가능 두께가 현저하게 증가하는 것이 인정되었다.
본 발명에 따르면, 내화 성능이 우수하며, 펌프 압송 시에는 유동성이 높고 압송 효율이 우수하면서 분사 직후에는 유동성이 없어져서 두터운 분사가 가능해지고, 또한 수축에 의한 철골 면으로부터의 부상이나 균열 발생의 위험성이 없는 광물 섬유가 포함되지 않은 습식 분사 내화 피복 조성물을 제공할 수 있다.
Claims (7)
- 슬러리부와 황산알루미늄 수용액부를 분사용 노즐에서 합류 혼합한 다음, 분사 시공하기 위한 습식 분사 내화 피복 조성물에 있어서, 슬러리부는 필수 구성 성분으로서 전체 고형분을 기준으로 하여 (A) 20 중량 % 이상의 석고, (B) 5 ∼ 40 중량 % 의 소석회 및/또는 생석회, (C) 유기질 섬유 및/또는 경량 골재, 및 물을 함유하여 이루어지고, 건조 후의 내화 성능 향상 요소 함유율이 20 중량 % 이상인 것을 특징으로 하는 습식 분사 내화 피복 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 유기질 섬유가 낡은 종이, 헌 옷 또는 원단의 절단 조각에서 얻어지는 섬유형상 물질 또는 면형상 물질로 구성되는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종인 습식 분사 내화 피복 조성물.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 슬러리부가 전체 고형분을 기준으로 하여 5 ∼ 50 중량 % 의 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 탄산마그네슘으로 구성되는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 내화 성능 향상 첨가재를 함유하여 이루어지는 습식 분사 내화 피복 조성물.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 슬러리부가 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트 및 고로수쇄 슬랙으로 구성되는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 결합재를 함유하여 이루어지는 습식 분사 내화 피복 조성물.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 황산알루미늄 첨가량이 Al2(SO4)3·18H2O 환산으로 슬러리부 중의 전체 고형분에 대해 외할로 5 ∼ 30 중량 % 인 습식 분사 내화 피복 조성물.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 경량 골재가 펄라이트, 버미큘라이트 및 발포 폴리스티렌 입자로 구성된 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상인 습식 분사 내화 피복 조성물.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 슬러리부가 유기질 섬유로서 낡은 종이, 헌 옷 또는 원단의 절단 조각에서 얻어지는 섬유형상 물질 또는 면형상 물질로 구성되는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 슬러리부 전체 고형분을 기준으로 하여 5 ∼ 10 중량 %, 및 경량 골재로서 펄라이트를 5 ∼ 10 중량 % 및 발포 폴리스티렌 입자를 0.2 ∼ 1.0 중량 % 함유하여 이루어지는 습식 분사 내화 피복 조성물.
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