KR20020003482A - 스프레이형 내화피복재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건축시 철골구조물인 기둥이나 보에 뿜칠하여 화재의 고열에 의한 철골의 강도저하를 방지하기 위한 스프레이형 내화피복재에 관한 것으로, 시멘트 20∼40중량%, 무수석고 또는 반수석고 30∼60중량%, 코팅된 발포 폴리스티렌 5∼15중량%, 선광질석 또는 선광 퍼라이트 5∼30중량%, 기포제 0.1∼0.5중량%, 난연 충진제 3∼15중량%, 난연 펄프 1∼5중량%, 점증제 0.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 내화피복재는 코팅된 발포 폴리스티렌과 선광 질석 또는 선광 퍼라이트를 혼합 사용하여 화재시 선광 질석 또는 선광 퍼라이트가 코팅된 발포 폴리스티렌이 녹아 생긴 공간을 발포 팽창되어 메꿈으로써 내화성, 부착강도, 압축강도, 내구력 등이 향상되고, 균열이 발생되지 않는 특징이 있다.

Description

스프레이형 내화피복재 {THE SPRAYED FIRE-RESISTIVE MATERIALS}
본 발명은 화재시 건물내의 인명안전 및 피난시간 확보, 소방 및 구조활동 등의 안정성 확보, 붕괴 및 연소 확대로 인한 인접건물의 손해 방지 및 건축물내의 화재확대방지를 위해 철골 구조물에 스프레이 하는 내화피복재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트, 석고, 코팅된 발포 폴리스티렌, 팽창제, 기포제, 난연충진제, 난연펄프, 점증제 등을 포함한 내화 성능이 우수한 내화피복재에 관한 것이다.
화재시 건축물의 골조가 되는 철골 및 강재는 500∼600℃의 온도에서 강도가 1/2로 감소하고 항복강도도 급격히 감소하며, 탄성계수도 65% 수준으로 급격히 저하된다. 따라서, 화재발생으로 온도가 1000∼1100℃에 이르게 되면 건축물을 지탱하는 철골의 강도 등이 약해져 500∼600℃에서 이미 건축물이 붕괴되어 버리게 된다.
이에 따라 건축구조물 건축시 거주자의 인명 및 건축구조물의 보호를 위해 내화피복재의 사용이 건축법상의 의무사항으로 되어 있으며, 화재시 내화 피복재는 가열에 의해 발생되는 구조부재 중 강재부분의 온도상승을 일정 한도 이하로 막아구조내력의 저하를 제한하는 역할을 한다.
내화피복재는 골재의 주성분에 따라 질석계, 퍼라이트계, 암면계와 이들을 혼합한 혼합계로 분류되며, 시공 방법에 따라 건식(반습식)공법과 습식 공법으로 나누어진다.
종래부터 암면계 반습식 내화 피복재가 사용되고 있으며, 일반 폴리스티렌 또는 각진 발포 폴리스티렌을 첨가 혼합한 내화 피복재가 공지되어 있다. 그 밖에 강철의 표면에 생석회를 비롯하여 박리 팽창시킨 질석으로 구성된 경량의 무기성 골재, 셀룰로스 섬유 및 유리섬유와 같은 섬유자재의 혼합물, 기포제 등으로 구성된 수성 혼합물을 스프레이하는 방법이 공지되어 있으며(미국 특허 제3,719,513호 및 제3,839,059호), 시멘트 바인더, 파쇄한 폴리스티렌 골재, 기포작용제, 섬유자재 등으로 구성된 혼합물이 공지되어 있다(미국 특허 제4,751,024호에 공개).
그러나, 종래 사용된 암면계 반습식 내화피복재는 내화성은 양호한 편이나 피부 접촉시 발진 및 염증을 유발시키고 분진을 장기간 흡입시 폐질환을 가져올 수 있으며, 내화피복재에 첨가 혼합된 일반 폴리스티렌 또는 각진 발포 폴리스티렌은 정전기에 의해서 작업공정 중 제품에 균일하게 분포되지 못하고 뭉치게 되므로 물과 배합시 페이스트에 골고루 분산되지 못하게 되어 물리적 성능이 저하됨에 따라 화재 발생시 보호막 역할을 제대로 하지 못하고 균열이 생기는 문제점이 있다.
이에 본 발명자는 코팅된 발포 폴리스티렌과 선광 질석 또는 퍼라이트를 혼합사용하여 내화 성능이 향상된 스프레이식 내화피복재에 대해서 연구하여 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 내화성능이 향상되고, 균열이 발생되지 않고, 장기간 내구성을 필요로 하는 부착강도가 강화된 내화피복재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 내화피복재는 시멘트 20∼40중량%, 석고 30∼60중량%, 발포 폴리스티렌 5∼15중량%, 팽창제 5∼30중량%, 기포제 0.1∼0.5중량%, 난연 충진제 3∼15중량%, 난연 펄프 1∼5중량%, 점증제 0.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
시멘트는 포틀랜드 시멘트 또는 알루미나 시멘트가 사용될 수 있으나, 포틀랜드 시멘트 보다 조강성이 우수한 알루미나 시멘트가 바람직하다.
알루미나 시멘트는 알루미나 겔(Alumina Gel)이 시멘트 입자를 피복하므로 포틀랜드 시멘트보다 우수한 내침식성을 나타내고 pH4 이상의 염류 및 유산염에 대한 화학저항성이 높은 성질이 있다.
석고는 응결이 몇분 내에 이루어지는 엷고 불규칙적인 작은 입자로 되어 있는 β형 반수석고 또는 사방(斜方) 결정인 Ⅱ형 무수석고가 사용된다.
발포 폴리스티렌은 폴리스티렌 수지에 이소메릭 펜탄스(Isomeric Pentanes)와 헥산, 할로카본 혼합물(Halocarbon Mixture) 등의 기포작용제를 첨가하여 수증기를 가해 약 40배 정도로 팽창시킨 다공질의 기포플라스틱으로써 스티로폴이라고도 한다.
본 발명에서 사용된 상기 발포 폴리스티렌은 대전방지제, 접착제, 강화제, 색소 및 계면활성제로 코팅된 것을 특징으로 한다.
발포 폴리스티렌을 코팅함으로써 폴리스티렌의 정전기 발생이 없어지고 시멘트와 석고와의 친화력을 높여주므로 재료 분리 현상이 없어지며, 혼합시 전 체적에 골고루 분산되어 내화, 강도 및 균열 등을 향상시킬 수 있다.
발포 폴리스티렌의 밀도는 0.01∼0.02g/㎤인 것이 바람직하다.
미국 특허 제4,751,024에서 사용된 폴리스티렌의 밀도는 0.2∼0.6pcf(CGS단위로 환산하면 0.0032∼0.0096g/㎤)로 매우 곱게 분쇄된 것이나, 본 발명에서 사용된 발포 폴리스티렌은 코팅을 위해서 알갱이가 1/3 내지 2/3 정도로 분쇄된 입자입니다.
팽창제로는 선광질석 또는 선광 퍼라이트가 사용된다.
질석은 흡수수, 층간수 및 결정수의 3가지 수분을 함유하고 있는 광물로서 일반적으로 상온에서 충분히 수화한 상태이며 결정의 중간에 두층의 물과 미량의 Mg+2, Ca+2등 교환성 양이온이 있어, 이것을 가열하면 층간수에서 발생하는 수증기의 압력 때문에 박리팽창하며 늘어나는 성질이 있다. 열에 의하여 6∼10배 정도 박리팽창된 질석은 비중이 매우 낮고 열전도도가 0.063 W/m per ℃로 단열성이 우수한 특징이 있다.
또한, 퍼라이트는 점성의 용암이나 마그마가 지표의 호수로 흘러들어 급격한냉각에 의해 형성된 것으로, 팽창 퍼라이트는 원석을 선광한 퍼라이트에 2∼6퍼센트 함유한 결정수가 약 700∼1000℃의 급열이 가해지면 퍼라이트 입자속에 있는 가스와 결정수가 갑자기 기화되면서 연화된 매트릭스 속에서 수많은 기공을 생성시키면서 약 20배정도 팽창되는 성질을 가지고 있어 열전도도가 0.04 W/m per ℃로 단열성이 우수하다.
화재시 건축물의 온도가 상승하게 되면 상기 코팅된 발포 폴리스티렌은 90∼100℃에서 녹게 되어 공간이 생기에 되고, 온도가 더욱 상승하여 700∼800℃ 정도가 되면 상기 선광 질석 또는 선광 퍼라이트는 팽창하게 되어 발포 폴리스티렌이 녹아서 생긴 공간을 메꾸게 된다.
이에 따라, 첫째로 내화성능이 향상되고 인장강도 등 물리적 성질을 유지하면서 내화피복재에 대한 균열도 발생되지 않는다.
기포제로는 폴리옥시에틸렌아킬아릴에테르 등이 사용되며, 난연충진제로는 탄산칼슘, 탄산칼슘 위스커(섬유), 티탄산칼륨 위스커(다탄산칼륨섬유) 등이 사용된다.
여기서, 탄산칼슘의 경우 850℃에서 열분해가 시작되어 CO2가스가 발생되고, CaO로 분해되며 몰당 45.52㎉의 흡열을 하게 되어 내화성능에 효과를 주게 되고, 티탄산칼륨의 열전도도는 산화 알미늄의 약 1/3이 되어 단열성이 매우 우수하다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명의 일실시예일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
포틀랜드 시멘트 30중량%, 알루미나 시멘트 10중량%를 혼합한 다음, 반수석고 35중량%, 코팅된 발포 폴리스티렌 0.5중량%, 선광 퍼라이트 10중량%, 난연충진제 7중량%, 난연펄프 3중량%, 기포제 0.1중량%, 점증제 0.4중량%를 몰탈혼합기에 3㎏ 취한 후 물 4.5리터를 가하여 1속(140±5rpm)으로 2분, 2속(285±10rpm)으로 3분간 혼합한 다음 1속으로 1분간 혼합하여 페이스트 상태를 만들었다.
실시예 2 내지 6
시멘트, 석고, 코팅된 발포 폴리스티렌, 질석 또는 퍼라이트의 양을 하기의 표 1과 같이 혼합하고, 난연충진제, 난연펄프, 기포제, 점증제는 상기 실시예 1과 동일한 양으로 첨가혼합하여 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2 내지 6을 제조하였다.
시멘트 석고 코팅된발포폴리스티렌 팽창제
포틀랜드시멘트 알루미나시멘트 무수석고 반수석고 질석 퍼라이트
실시예 1 30 10 35 0.5 10
실시예 2 20 20 35 1 5 5
실시예 3 10 30 35 1.5 10
실시예 4 40 35 2 10
실시예 5 20 20 35 1 5 5
실시예 6 20 20 35 1 10
비교예 1 내지 4
비교예로 코팅되지 않은 발포 폴리스티렌을 포함하고 시멘트, 석고, 팽창제의 양을 하기의 표 2와 같이 포함하며, 난연충진제, 난연펄프, 기포제, 점증제는 실시예 1 내지 6과 동일한 양으로 포함하여 실시예와 동일한 방법으로 제조하였다.
시멘트 반수석고 코팅안된발포 폴리스티렌 팽창제
포틀랜드 시멘트 알루미나 시멘트 질석 퍼라이트
비교예 1 40 35 0 10
비교예 2 20 20 35 0.5 10
비교예 3 20 20 35 1 5 5
비교예 4 20 20 35 1.5 10
상기와 같이 실시예 및 비교예에 따라 제조된 제품에 대해서 다음과 같은 실험을 하였다.
(1) 내화성능
실시예 및 비교예에서 제조된 페이스트를 가로 300 ×세로 300 ×두께 1.5㎜의 아연도금 철판에 열전대(Thermocouple)를 장착한 후 스프레이 건으로 30㎜두께로 스프레이한 다음 상온에서 28일 동안 양생시켰다. KS F 2257과 ISO 834에서 2시간동안 내화의 가열온도인 1049℃로 가열하였다.
(2) 부착강도
실시예 및 비교예에서 제조된 페이스트를 ASTM E-736에 따라 만들어진 시료판위에 직경 83㎜, 깊이 12㎜의 캡을 접착제로 완전 부착시킨 다음, 일정한 힘으로당겨서 탈락의 힘을 조사하였다.
(3) 압축강도
실시예 및 비교예에서 제조된 페이스트를 50㎜ 입방체의 시험체 성형몰드에 충진시켜 시험시료를 제작하여 KS L 5150(시멘트 모르터의 압축강도 시험방법)에 따라 시험하였다.
(4) 건조밀도
실시예 및 비교예에서 제조된 페이스트를 ASTM E 605에 따라 만들어진 시편을 한쪽 길이가 최소 15㎝이며, 최소면적이 930㎠인 정사각형으로 시료를 채취하여 부피와 무게를 측정하였다.
(5) 인장강도
실시예 및 비교예에서 제조된 페이스트를 규격 25.4 ×25.4 ×76.2㎜의 브리케트(Briquette) 몰드에 충진하여 완전히 양생 후 만들어진 덤벨(Dumbbell)형의 시료를 KS L 5104(시멘트 모르터의 인장강도 시험방법)에 의하여 시험하였다.
(6) 균열
실시예 및 비교예에서 제조된 페이스트의 균열을 균열측정자로 측정하였다.
(7) 페이스트 밀도
실시예 및 비교예에서 제조된 페이스트의 부피와 무게를 측정하여 밀도를 측정하였다.
상기와 같이 행한 실험의 결과는 하기 표 3과 같다.
내화성능2시간(℃) 부착강도(㎏/㎠) 압축강도(㎏/㎠) 인장강도(㎏/㎠) 건조밀도(g/㎤) 균열(㎜) 페이스트 밀도(g/㎤)
실시예 1 195 0.25 6.92 0.88 0.38 없음 0.38
실시예 2 189 0.35 6.30 0.97 0.34 없음 0.35
실시예 3 194 0.45 5.53 0.84 0.31 없음 0.36
실시예 4 193 0.48 5.66 0.87 0.29 없음 0.30
실시예 5 191 0.28 5.45 0.89 0.35 없음 0.40
실시예 6 193 0.35 5.58 0.96 0.45 없음 0.36
비교예 1 242 0.18 4.65 0.54 0.48 0.5 0.65
비교예 2 231 0.14 4.46 0.69 0.45 0.25 0.49
비교예 3 219 0.16 4.56 0.58 0.51 0.30 0.45
비교예 4 220 0.10 4.43 0.52 0.49 0.15 0.48
상기 표 3의 결과에 의하면, 실시예에 따른 피복재는 비교예보다 내화온도가 더 낮아 내화성능이 우수함을 알 수 있으며, 부착강도, 압축강도 및 인장강도는 더 높고, 건조밀도는 더 낮으며 균열이 발생되지 않음을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 내화피복재는 내화구조성능이 향상된 잇점이 있다.
또한, 부착강도 및 압축강도가 높아 건축물의 내화피복에 대한 내구성을 강하게 하고, 화재발생시 철골 강도를 보호하며, 진동 및 충격에 의한 내구성 및 실내외 수분에 의한 내구성을 향상시킨 잇점이 있다.
또한, 건조밀도가 낮아 건축물의 하중을 줄이고, 균열이 발생되지 않아 내화성 및 내구성을 향상시킨 잇점이 있다.

Claims (4)

  1. 시멘트 20∼40중량%, 석고 30∼60중량%, 발포 폴리스티렌 5∼15중량%, 팽창제 5∼30중량%, 기포제 0.1∼0.5중량%, 난연 충진제 3∼15중량%, 난연 펄프 1∼5중량%, 점증제 0.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레이형 내화피복재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 발포 폴리스티렌은 대전방지제, 접착제, 경화제, 색소, 계면활성제로 코팅시킨 것을 특징으로 하는 스프레이형 내화피복재.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 발포 폴리스티렌은 밀도가 0.01∼0.02g/㎤인 것을 특징으로 하는 스프레이형 내화피복재.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 팽창제는 선광 질석 또는 선광 퍼라이트인 것을 특징으로 하는 스프레이형 내화피복재.
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