KR20030048288A

KR20030048288A - 경량기포콘크리트 조성물 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20030048288A
Application number: KR1020010078236A
Authority: KR
Inventors: 정동한; 유용민; 김봉주; 김봉석
Original assignee: 에스케이건설 주식회사; (주)지엘이엔씨
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2003-06-19

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 경량기포콘크리트에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

단열성이 뛰어나면서도 강도가 우수한 경량기포콘크리트를 제공하도록 한다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명의 요지는 시멘트 54.91 내지 62.06 중량부와, 스티로폼 0.67 내지 1.37 중량부, 강도 증진제 1.62 내지 1.89 중량부, 혼합수 32.97 내지 37.17중량부를 첨가하여 슬러리를 만들고, 상기 슬러리에 농도 4%의 기포제에 의해 생성된 기포군을 2.85 내지 4.73 중량부를 첨가하여 일정 시간동안 혼련하여 제조한 것으로, 미세한 기포가 발생하기 때문에 스티로폼의 분리 현상이 일어나지 않고, 연속기공이 발생되지 않아 강도가 크며, 스티로폼의 양을 종래와 비교하여 3배정도 증가시킬 수 있어 단열성이 뛰어난 경량기포콘크리트를 제조할 수 있다.

4. 발명의 중요한 용도

토목 및 건축용 단열제 등에 이용된다.

Description

경량기포콘크리트 조성물 및 제조 방법{LIGHT WEIGHT CONCRETE AND METHOD TEREOF}

본 발명은 경량기포콘크리트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 단열성이 높으면서 압축강도를 향상시킨 경량기포콘크리트에 관한 것이다.

일반적으로 경량기포콘크리트는 건축용 혹은 토목용으로 사용되는데, 건축용으로 사용되는 경우에는 온돌의 단열용, 슬래브 단열용, 방수층 보호용, 진동을 방지하기 위한 완충용으로 사용되며, 토목용으로 사용되는 경우에는 교각이나 구축물의 배면 뒷채움용, 상/하수도관의 보호 및 단열용, 연약지반 개량용 등으로 사용되고 있다.

이러한 종래의 경량기포콘크리트는 시멘트 단독 혹은 경량골재나 스티로폼 파쇄물, 발포고무 파쇄물 등을 첨가하여 제조되어 왔다.

하지만, 종래의 경량기포콘크리트는 시멘트의 함량이 높으면서도 압축강도와 단열성이 낮게 나타나 용도의 한계와 적용성 평가에 문제점이 많았다.

경량골재를 배합하여 제조된 경량기포콘크리트의 경우에는 시멘트의 량을 감소시켰을 때, 경량골재의 특성에 따라 휨강도는 보완될 수 있으나, 결합재의 감소로 압축강도와 흡수율은 보완될 수 없으며, 이 경우에는 품질의 불균질로 인한 하자가 발생하는 문제점이 있었다.

특히, 건축용으로 사용되는 경량기포콘크리트의 대부분이 온돌 구조의 단열층에 시공되었으며, 그 품질이 KS F 4039의 0.4품(겉보기비중0.3∼0.4, 28일 압축강도8.15kg/㎠이상, 열전도율 0.112kcal/mh℃이하)이 기준으로 되어있으나 현장에 시공되는 품질은 겉보기비중 약0.4, 28일 압축강도 8∼10kg/㎠, 열전도율 0.9∼0.1kcal/mh℃ 정도로 나타난다.

그러나 2001년 1월 건설교통부령 제70호 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙중 개정령 제21조에 의하면 공동주택의 층간 열관류율이 1kcal/㎡h℃에서 0.7kcal/㎡h℃로 강화되었기 때문에 종래의 경량기포콘크리트 열전도율로서는 건설교통부령70호에서 정하는 열관류율을 만족시킬 수가 없다.

그러므로, 경량기포콘크리트의 용도를 확대시키고 개정된 규정을 만족시킬 수 있는 제품을 생산하기 위해서는 단열성이 높은 경량골재를 활용하고 적은 량의 시멘트를 사용하더라도 높은 강도를 유지할 수 있는 배합비 개발이 필요하다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 국내 등록특허번호 100191355에는 재료간의 점착 성능을 향상시키고, 시공부위의 경량화, 일정 수준의 강도유지, 단열효과 및 차음성능을 개선시킬 수 있으며, 시공성이 향상되어 시공비 절감효과를 가지는 경량기포콘크리트를 제조하기 위한 방법이 개시되어 있다.

이를 위하여 공기함유제(Air-Entrained Agent) 20∼22중량%, 메틸 셀룰로스13∼16중량%, 아연 스테아린염 62∼67중량%를 혼합하여 콘크리트 특성개선 조성물을 제조하고, 시멘트 치환량이 0.17∼0.33중량%인 상기 조성물 및 상기 조성물 혼합량의 5배 이상의 무기광물질을 시멘트와 혼합하되, 무피복 스티로폼 또는 피복 스티로폼 중 하나를 콘크리트 체적당 0.8∼1.0m3/m3으로 배합하여 경량기포콘크리트를 제조한다.

이러한 경량기포콘크리트의 특성은 하기와 같다.

그러나, 이러한 경량기포콘크리트의 특성은 종래와 비교하여 강도나 열전도율이 향상되었기는 하나 만족할 만한 효과를 얻을 수 없다. 그리고, 전술한 바와 같이 강도(밀도)와 열전도율은 상호 비례한 관계를 가지고 있기 때문에 강도를 높이려면 그만큼 열손실이 발생하고, 열손실을 줄이려면 밀도가 낮아져 강도가 약해지는 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 단열성이 뛰어나면서도 강도가 우수한 경량기포콘크리트를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 경량기포콘크리트 조성물에 있어서, 시멘트 54.91 내지 62.06 중량부와, 스티로폼 0.67 내지 1.37 중량부와, 강도 증진제 1.62 내지 1.89 중량부와, 혼합수 32.97 내지 37.17중량부와, 농도 4%의 기포제에 의해 생성된 기포군 2.85 내지 4.73 중량부로 구성된 경량기포콘크리트 조성물을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 경량기포콘크리트의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 제 1 실시예에서는 주로 건축용 단열재 등으로 사용되는 경량기포콘크리트에 관한 것으로, 시멘트 57.8 중량부(질량% : 이하 "질량부"라 함)와, 스티로폼 1.3 중량부, 강도 증진제 1.7 중량부, 혼합수 34.7중량부를 첨가하여 슬러리를 만들고, 슬러리에 농도 4%의 기포제에 의해 생성된 기포군 4.5 중량부를 첨가하여 일정 시간동안 혼련하여 제조한다. 이때, 스티로폼은 입자의 크기에 따라 품질의 차이가 발생할 수 있으므로 직경3∼5mm를 사용하는 것이 바람직하다.

하기 표는 제1 실시예에 따른 실험에서 사용된 재료의 혼합비를 나타낸 것이다.

구 분	중량(kg)	중량부(%)
시멘트	260	57.8
스티로폼	6	1.3
강도증진제(4%)	7.8	1.7
기포제	20	4.5
혼합수	156	34.7

시멘트와, 스티로폼, 물, 및 강도 증진제를 첨가하여 혼합된 슬러리에 기포군(비중 약 0.05) 약 500리터(4.5 질량부)를 첨가하여 약 2분간 혼련함으로써, 경량기포콘크리트가 제조된다. 이때 사용되는 강도증진제로는 알루미나계나 석고계의 혼합물이나 화합물이 있으며, 기포제로는 동물성이나 식물성 또는 고분자 기포제를 사용할 수 있다.

기포군을 첨가한 다음, 성형화하기 위해 지름 약 100mm, 높이 약 200mm의 몰드에 부어 상온 상압 하의 습기함이나 습기실에서 약 48시간 저장한다. 그리고, 일정정도 양생이 되면 몰드를 제거하고, 다시 습기함이나 습기실에서 약 5일간 저장한다. 이후, 약 28일까지는 온도 약 18℃ 내지 25℃, 상대습도 약 40 내지 80%인 대기 중에서 양생하여 경량기포콘크리트를 이용한 패널 등을 제조한다.

일반적으로, 경량기포콘크리트는 농도 2%의 기포제를 첨가하여 콘크리트 내에 기포를 발생시킴으로써, 단열성을 향상시킨 것으로, 단열성을 향상시키기 위하여 스티로폼(약 0.4 내지 0.6 중량부)이 추가되어 사용되어 왔다. 그런데, 스티로폼은 밀도가 작은 물질이기 때문에 시멘트 등의 혼합물과 잘 섞이지 않고, 생성된 기포에 의해 스티로폼의 분리현상이 쉽게 발생하기 때문에 첨가되는 스티로폼의 양에는 한계가 있었다.

이러한 분리현상을 예방하기 위하여 종래에는 스티로폼 표면에 스틸렌 스테아린염중합체(Styrene Acrylate Copolymer), 폴리스티렌(Polystyrene), 메탄올(Methanol)등의 물질로 조합된 특수화학 약품을 피복하여 물과 친화력을 높인 피복 스티로폼을 사용하였다. 그러나, 이러한 피복스티로폼의 사용 양에도 한계가 있어 무작정 스티로폼의 양을 증가시킬 수는 없는 문제점이 있었다.

그리고, 종래와 같이 기포제의 농도를 2%로 하여 경량기포콘크리트를 제조하게되면 발생되는 기포의 크기가 커서 콘크리트의 강도가 떨어지는 문제점이 있었다. 또한, 기포의 크기가 크기 때문에 콘크리트의 혼화 과정에서 독립기공이 발생해야하지만 기포의 크기가 크기 때문에 연속기공이 쉽게 발생하여 경량기포콘크리트의 강도가 약해지고, 불량 제폼이 양산되는 문제점이 있었다. 그리고, 기포의 크기가 크게되면 첨부되는 스티로폼이 시멘트와 혼화되지 않고 분리현상이 쉽게 발생하기 때문에 첨부되는 스티로폼의 양(약 0.4 내지 0.6 중량부)에 한계가 있었다.

본 발명에서는 기포제의 농도를 4%로 하여 혼합하기 때문에 미세 기포가 발생하게 되고, 종래와는 달리 기포의 크기가 작기 때문에 콘크리트의 강도가 향상되는 장점이 있다. 또한, 미세기포의 발생에 의해 스티로폼이 다량으로 함유되더라도 재료간의 분리현상이 발생하지 않고 혼화가 잘되어 종래와 같이 불량 제품이 양산되지 않는 장점이 있다. 그리고, 스티로폼의 양을 0.67에서 1.37중량부로 종래의 3배정도 증가되기 때문에 단열성이 향상되는 장점이 있다.

한편, 교각이나 구축물의 배면 뒷채움용, 상/하수도 관의 보호 및 단열용, 연약지반 개량용 등에 토목용으로 사용되는 제2 실시예에 따른 경량기포콘크리트를 제조하는 경우를 살펴보면 다음과 같다.

제2 실시예에 따른 경량기포콘크리트는 시멘트 59.1 중량부와, 스티로폼 0.7 중량부, 강도 증진제 1.8 중량부, 혼합수 35.4 중량부를 첨가하여 슬러리를 만들고, 슬러리에 농도 4%의 기포제에 의해 생성된 기포군 3 중량부를 첨가하여 일정 시간동안 혼련하여 제조한다.

하기 표는 제2 실시예에 따른 실험에서 사용된 재료의 혼합비를 나타낸 것이다.

구 분	중량(kg)	중량부(%)
시멘트	360	59.1
스티로폼	4	0.7
강도증진제(4%)	11	1.8
기포제	18	3.0
혼합수	216	35.4

시멘트와 스티로폼, 물 및, 강도 증진제를 첨가하여 슬러리를 만든 다음, 슬러리에 4% 농도의 기포제에 의해 만들어진 기포군(비중 약 0.05) 약 547리터(3 중량부)를 첨가하여 약 2분간 혼련함으로써, 경량기포콘크리트를 제조한다. 이후, 콘크리트를 성형화하기 위해 지름 약 100mm, 높이 약 200mm의 몰드에 부어 상온 상압하의 습기함이나 습기실에서 48시간 저장 후, 몰드를 제거한다. 그리고, 습기함이나, 습기실에서 5일간 저장하고, 이후 약 28일까지는 온도 약 18 내지 25℃, 상대습도 약 40 내지 80%인 대기 중에 저장한다.

하기 표는 본 발명의 실시예에 따라 경량기포콘크리트를 제조하기 위한 재료의 혼합비를 나타낸 것으로, 전술한 제1 및 제2 실시예에 따른 배합비의 저 중량비에 -5%와 고 중량비에 +5%를 한 값을 계산 한 것이다. 즉, 시멘트의 경우 제1 실시예에서 57.8 중량부가 사용되었는데 57.8 중량부에 -5%한 54.91이 최저 중량부가 되고, 제2 실시예에서 사용된 시멘트 59.1 중량부에 +5%한 62.06이 최대 중량부가 된다.

구 분	최저 중량부(질량%)	최대 중량부(질량%)
시멘트	54.91	62.06
스티로폼	0.67	1.37
강도증진제(4%)	1.62	1.89
기포제	2.85	4.73
혼합수	32.97	37.17

한편, 전술한 제1 및 제2 실시예에 따른 경량기포콘크리트의 제조는 "KSL 5220 건조 시멘트 모르타르"에 의해 제조되었으며, 제조된 경량기포콘크리트의 물성을 KSL-9016에 따른 방법에 의해 건축시험 연구원에서 평가한 값을 하기 표4에 나타내었다.

구 분	밀도(Kg/m³)	압축강도(28일)(Kg/cm²)	열전도율(kcal/mhr℃)
제 2 실시예	415	19	0.081
제 1 실시예	336	11	0.058
종래의경량기포콘크리트	236		0.056
종래의경량기포콘크리트	327		0.063

표 4에 개시된 바와 같이 종래에는 열전도율 0.056의 경우 밀도가 236(Kg/m³)이 되어야 하지만, 본 발명은 0.058의 열전도율을 얻기 위하여 비중이 336(Kg/m³)인 상태에서도 되기 때문에 종래와 비교하여 밀도가 약 40% 증가되었다.

그리고, 종래의 327밀도에서의 열전도율이 0.063이지만 본 발명의 336밀도를가지는 경량기포콘크리트의 경우 밀도 9가 높음에도 불구하고 열전도율이 0.058로 열이 외부로 손실되는 양이 줄어드는 장점이 있다.

상기와 같이 본 발명은 시멘트 54.91 내지 62.06 중량부와, 스티로폼 0.67 내지 1.37 중량부, 강도 증진제 1.62 내지 1.89 중량부, 혼합수 32.97 내지 37.17중량부를 첨가하여 슬러리를 만들고, 상기 슬러리에 농도 4%의 기포제에 의해 생성된 기포군을 2.85 내지 4.73 중량부를 첨가하여 일정 시간동안 혼련하여 제조함으로써, 미세한 기포가 발생하기 때문에 스티로폼의 분리 현상이 일어나지 않고, 연속기공이 발생되지 않아 강도가 크며, 스티로폼의 양을 종래와 비교하여 3배정도 증가시킬 수 있어 단열성이 뛰어난 경량기포콘크리트를 제조할 수 있다.

Claims

경량기포콘크리트 조성물에 있어서,

시멘트 54.91 내지 62.06 중량부와, 스티로폼 0.67 내지 1.37 중량부와, 강도 증진제 1.62 내지 1.89 중량부와, 혼합수 32.97 내지 37.17중량부와, 농도 4%의 기포제에 의해 생성된 기포군 2.85 내지 4.73 중량부로 구성된 경량기포콘크리트 조성물.
경량기포콘크리트 제조 방법에 있어서,

시멘트 54.91 내지 62.06 중량부와, 스티로폼 0.67 내지 1.37 중량부, 강도 증진제 1.62 내지 1.89 중량부, 혼합수 32.97 내지 37.17중량부를 첨가하여 슬러리를 만들고,

상기 슬러리에 농도 4%의 기포제에 의해 생성된 기포군을 2.85 내지 4.73 중량부를 첨가하고, 일정 시간동안 혼련하여 제조함을 특징으로 하는 경량기포콘크리트 제조 방법.