KR20030086955A - Manufacturing technology of autoclave lightweight concrete use of extensibility lightweight for manufacture of bulyon sandwitch pannel - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 라우릴 알킬 벤젠 설포네이트를 주성분으로 하는 계면활성제를 물에 40:1의 비율로 희석한 후 공기압력 약 8 내지 10 kg/cm2의 압력으로 생성한 밀도 40 내지 50 kg/cm2의 기포와 연속 공극이 형성되어 있는 경량골재를 활용한 불연 경량기포 콘크리트에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 천연의 질석을 고온에서 가열하여 공극이 형성된 팽창질석과 계면활성제인 라우릴 알킬 벤젠 설포네이트계 재료를 공기압력 약 8 내지 10 kg/cm2를 가하여 생성되는 공기포의 밀도가 약 40 내지 50 kg/cm2이 되도록 조절하고, 생성된 기포와 시멘트 슬러리와 팽창질석을 혼합하여 화재 시에도 불에 타지 않고 유독가스의 방출이 없는 건축물 외벽 마감 및 단열성을 고려한 불연성 경량기포 콘크리트 샌드위치 판넬에 관한 것이다.The invention lauryl the surfactant mainly composed of an alkyl benzene sulfonate in water to 40: After dilution in the ratio of the first density generated by the air pressure to a pressure of about 8 to 10 kg / cm 2 40 to 50 kg / cm 2 Non-flammable lightweight foamed concrete using lightweight aggregate with bubbles of air and continuous voids. More specifically, it is a lauryl alkyl benzene sulfonate-based material that is a swelling vermiculite formed with a void by heating natural vermiculite at a high temperature and a surfactant. Air pressure about 8 to 10 kg / cm 2 to adjust the density of the resulting air bubbles to about 40 to 50 kg / cm 2 , and the resulting bubbles, cement slurry and expanded vermiculite is mixed to burn in case of fire The present invention relates to a non-flammable lightweight foamed concrete sandwich panel considering the building exterior wall finishing and insulation without burning and emitting toxic gases.
현재까지의 건축용 샌드위치 판넬은 외부의 강판과 내부의 스치로폼 또는 우레탄 폼으로 구성되어 있다. 내부의 스치로폼 또는 우레탄 폼은 단열성과 경량성으로 인하여 샌드위치 판넬 구성재료로서 가장 각광 받는 재료로 사용되어 왔다. 그러나 재료의 특성 상 화재에 의해 쉽게 인화되며, 더구나 화재시 유독가스가 발생하여 많은 인명피해가 발생하고 있다. 국내 건설교통부에서는 이러한 재료의 특성으로 인하여 2003년 3월 소방 피난 법규를 개정하여 건축물에 사용되는 외벽용 샌드위치 판넬의 구성재료를 불연성과 유독가스 발생이 되지 않는 재료만 사용하도록 규제하고 있다. 이에 따라 여러 가지 재료가 개발되고 있으나, 경량성과 불연성을 갖고 있으며 경제성에서 기존의 스치로 폼이나 우레탄 폼과 비교할 수 있는 재료의 구성은 요원하기만 한 실정이다. 기존의 스치로 폼이나 우레탄 폼과 비교할 수 있는 무기 불연재료로는 암면이나 석면 등이 있으나 이들 재료는 발암물질 함유로 인하여 사용이 규제되고 있는 재료이며, 비록 사용한다 할 지라도 샌드위치 판넬에서는 재료의 침하로 인하여 샌드위치 판넬에 고르게 분포될 수 없는 단점이 있다. 또한 유리를 고온에서 발포시킨 발포유리의 경우, 유리를 발포시키기 위하여 고온의 열처리를 필요로 하기 때문에 가격이 고가이며, 생성된 발포유리는 쉽게 파괴되는 특성이 있어 건축용으로는 사용이 불가능한 실정이다. 기타 팽창성 광물인 질석이나 퍼어라이트의 경우 역시 천연광물을 고온에서 가열하여 열처리하기 때문에 가격이 고가이므로 단독으로는 사용이 불가능하다. 따라서 가장 경제적이며 경량성과 불연성능이 우수하고 유독가스의 발생이 없는 새로운 재료의 필요성이 시급하게 대두되고 있는 실정이다.Until now, the construction sandwich panel is composed of the outer steel sheet and the inner styrofoam or urethane foam. Internal styrofoam or urethane foam has been used as the most popular material for sandwich panel because of its insulation and light weight. However, due to the nature of the material, it is easily ignited by fire, and moreover, many toxic gases are generated due to toxic gas. Due to the characteristics of these materials, the Ministry of Construction and Transportation revised the Fire Evacuation Regulations in March 2003 to restrict the use of non-combustible and toxic gases to the components of sandwich panel for exterior walls. Accordingly, various materials have been developed, but have a light weight and incombustibility, and the composition of materials that can be compared with conventional styrofoam foam or urethane foam in terms of economy is only long. Inorganic non-combustible materials that can be compared with conventional styrofoam or urethane foam include rock wool or asbestos, but these materials are restricted to use due to carcinogenic substances. Due to the disadvantage that it can not be evenly distributed on the sandwich panel. In addition, in the case of the foamed glass foamed at a high temperature, the glass is expensive because it requires a high temperature heat treatment to foam the glass, the resulting foamed glass is not easily used for construction because there is a property that is easily destroyed. In the case of other expandable minerals such as vermiculite and ferrite, natural minerals are heated at a high temperature and heat-treated, so they are expensive and cannot be used alone. Therefore, there is an urgent need for a new material that is the most economical, lightweight, incombustible, and free of toxic gases.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 비중이 0.3 내지 0.5 정도가 되며, 화재 시에도 타지 않으며, 유독가스의 방출이 없는 재료로서 계면활성제인 기포제를 원료로 하여 생성된 기포와 불연재료인 시멘트가 혼합된 경량기포 콘크리트에 불연내화성 경량골재를 혼합하여 경화시킨 재료를, 화재시 쉽게 연소되며 유독가스가 방출되는 발포 스티렌 폼의 대체재료로 사용하여 화재시에도 유독가스의 방출이 없고 불연성인 건축용 샌드위치 판넬을 제조하는 기술을 제공하는데 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is a specific gravity of 0.3 to 0.5, and does not burn even in the fire, as a material without the release of toxic gas surfactant It is a substitute material for foamed styrene foam that is easily burned in case of fire and emits toxic gas. The present invention provides a technique for manufacturing a building sandwich panel which is non-combustible and emits no toxic gas even in a fire.
건축용 샌드위치 판넬은 그 사용용도상 일정 기준 이상의 충격강도 저항성 등 건축용 재료로서 요구되는 특성이 있다. 그러나 경량기포콘크리트는 시멘트 슬러리 내에 다량의 기포 및 경량골재 등을 혼합시켜 동일한 체적의 보통 콘크리트보다 가볍게 만든 경량콘크리트의 일종으로, 굳기 전 슬러리 상태에서는 우수한 유동성, 경량성, 채움성, 셀프 레벨링성을 가지며 경화 후에는 자립성, 경량성, 흡음성 등의 여러 가지 유용한 특성을 가진 재료이다.Sandwich panel for building has characteristics required as building material such as impact strength resistance over a certain standard for its use. However, lightweight foamed concrete is a kind of lightweight concrete made by mixing a large amount of bubbles and lightweight aggregate in cement slurry, making it lighter than ordinary concrete of the same volume.In the state of slurry before hardening, excellent fluidity, lightness, filling and self-leveling properties After curing, it is a material having various useful properties such as independence, light weight and sound absorption.
경량기포콘크리트의 이와 같은 특성을 이용하는 연구는 선진 각 국에서는 이미 상당 수준의 성과가 있어서 단열 및 방음 등의 간접 효과를 위한 비구조용 콘크리트로서의 이용뿐만 아니라 공극 충전용, 연약지반 보강용 및 급경사 지에서의 연직 성토, 구조물 배면의 토압 경감 등의 경량성토 재료로서도 큰 각광을 받고 있다. 그러나 경량기포콘크리트는 이와 같은 여러 가지 유용한 특성에도 불구하고 단위체적중량이 낮아질 경우 나타나는 재료의 불안정성과 경화 후 높은 체적감소율, 그리고 골재를 사용하지 않음으로 해서 생기는 큰 건조수축 변형율 등의 근본적인 단점이 있어 선진국에서도 지금까지는 그 적용이 제한적일 수밖에 없었다.Research on the use of such properties of lightweight foam concrete has already achieved considerable results in advanced countries, as well as non-structural concrete for indirect effects such as insulation and sound insulation, as well as for filling voids, soft ground reinforcement and steep slopes. It is also receiving great attention as a light weight soil material such as vertical fillet and earth pressure relief on the back of the structure. However, despite the many useful properties, lightweight foamed concrete has fundamental disadvantages such as instability of materials when the unit volume weight is lowered, high volume reduction rate after curing, and large dry shrinkage strain caused by not using aggregate. Even in developed countries, its application has been limited until now.
특히 이와 같은 재료적 특성에 따른 약점은 경량기포콘크리트가 주로 온돌바닥의 채움 및 단열재로 사용되는 국내의 경우 더욱 심각한 문제점이 되고 있다. 국내에서 온돌바닥용으로 사용되는 경량기포콘크리트는 대부분 현장 타설 방식으로 시공되며, 일반적으로 단위체적중량이 400∼700 ㎏/㎥, 타설 두께가 4∼8 ㎝ 정도인 경우가 대부분이다. 그런데 이와 같은 수준의 단위체적중량과 타설 두께에서는 재료의 불안정성이 매우 높아져서 양생 과정에서 높은 체적감소율과 큰 건조수축변형이 일어나기 쉽다. 더구나 작업자들의 경험에 의한 현장배합은 품질 변동 요인을 크게 만들어 정교한 배합설계가 필수적인 경량기포콘크리트의 품질을 더욱 저하되는 요인으로 작용하고 있다. 따라서 이런 문제점을 해결하여 샌드위치 판넬용 재료로 사용하기 위해서는 국내 여건을 고려한 최적 경량기포콘크리트의 개발에 대한 연구가 필수적 선행되어야 한다고 볼 수 있다. 지금까지는 후속공사에 미치는 이런 문제점들이 간과되어왔을 뿐만 아니라 오히려 경량기포콘크리는 온돌미장 모르터 밑에 묻히는 공정이므로 별다른 기술이 필요 없다는 인식이 팽배되어 왔다. 이에 따라 시공업체가 난립하고 재하도급이 성행하여 품질은 지속적으로 퇴보되어 왔지만, 이 문제를 해결하기 위한 기술 개발은 80년대 중반 경량기포콘크리트가 국내에 도입된 이래 거의 이루어진 바가 없는 실정이다. 결국 현재 국내의 경량기포콘크리트 관련 기술은 소재 자체가 가진 가능성과 중요성에 비추어 볼 때매우 낙후된 상황이라고 할 수 있다. 그러나 본 특허 기술은 현장배합에 의한 온돌용 경량기포 콘크리트가 아니라, 공장에서 모든 재료의 품질관리가 이루어지며, 배합기술 및 상기의 문제점을 개선한 원, 부재료의 사용, 생산에서의 일정한 공정관리 등을 통하여 공장에서 완제품을 생산하기 때문에 상기의 문제점들을 보완 할 수 있을 것이다. 즉, 이와 같은 배경 아래에서 본 특허 기술은 기존 경량기포콘크리트의 성능을 대폭적으로 개량하여 낮은 단위체적중량에서도 기포 슬러리의 유동성, 안정성을 확보하고 경화 후 조강성 발현 및 체적감소와 건조수축변형을 저감시키기 위해,In particular, the weakness according to such material properties is becoming a more serious problem in Korea where lightweight foam concrete is mainly used as the filling and insulation of the ondol floor. Most of the lightweight foam concrete used for ondol floors in Korea is constructed by on-site casting method. In general, unit volume weight is 400 ~ 700 ㎏ / ㎥, and the thickness of casting is about 4 to 8 ㎝. However, at this level of unit volume weight and pour thickness, the instability of the material becomes very high, so that high volume reduction rate and large dry shrinkage deformation are likely to occur during curing. In addition, on-site mixing based on the operator's experience increases the quality fluctuation factor, which causes the quality of lightweight foam concrete, which requires sophisticated compounding design, to be further deteriorated. Therefore, in order to solve this problem and use it as a sandwich panel material, it is considered that research on the development of the optimum lightweight foam concrete considering domestic conditions must be done. Up to now, not only these problems have been overlooked in subsequent works but also the recognition that lightweight foam concrete is buried under the ondol plastering mortar has no need for special technology. As a result, construction companies have been in trouble and subcontracting has been prevalent, and quality has been continuously deteriorated. However, the development of technology to solve this problem has rarely been made since the introduction of lightweight foam concrete in the mid-80s. After all, domestic light foam concrete technology is very underdeveloped in view of the possibility and importance of the material itself. However, this patent technology is not a lightweight foam concrete for ondol by on-site mixing, but quality control of all materials is performed in the factory, the use of raw materials, materials, and constant process control in production, etc. Through the production of finished products in the factory will be able to supplement the above problems. In other words, under this background, the patented technology significantly improves the performance of existing lightweight foam concrete to ensure the fluidity and stability of the foam slurry even at low unit volume weight, to reduce the appearance of roughness after hardening, volume reduction and dry shrinkage deformation. To make it
① 변형 LAES(Linear Alkyl Ether Sulfate)계 기포제(이하 "합성기포제"라 한다)의 사용.① Use of modified LAES (Linear Alkyl Ether Sulfate) foaming agent (hereinafter referred to as "synthetic foaming agent").
② 체적감소와 건조수축변형을 최소화하기 황산알루미늄과 폴리 에틸렌 글리콜을 주성분으로 하는 시멘트 팽창용 액상 혼화제(이하 "액상혼화제"라 한다)의 사용.② Minimization of volume reduction and dry shrinkage deformation Use of liquid admixture for cement expansion (hereinafter referred to as "liquid admixture") mainly composed of aluminum sulfate and polyethylene glycol.
③ 새로운 기포제 및 혼화제를 이용하는 표준 배합설계 프로그램 개발.③ Development of a standard formulation design program using new foaming agents and admixtures.
④ 불연성능을 강화하고 경량기포 콘크리트의 충격강도를 증진 시키기 위한 경량골재의 사용.④ Use of lightweight aggregate to reinforce incombustible performance and to increase impact strength of lightweight foamed concrete.
등을 복합적으로 추진하여 불연성과 단열성을 갖춘 경량 샌드위치 판넬용 경량기포콘크리트의 제조기술을 확보하고자 한다.It is intended to secure manufacturing technology of lightweight foam concrete for light weight sandwich panel with incombustibility and heat insulation.
가. 기본 구성end. Basic configuration
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 합성기포제와 물의 비율을 1:40의 비율로 혼합한다("희석액"이라 한다). 그리고 기포제와 액상기포 혼화제를 1:1의 비율로 혼합하고, 이들 혼합액을 공기압 약 8내지 10 기압의 범위에서 압력을 가하여 미세한 기포 군을 생성시킨다. 한편 1 입방미터당 약 240 kg에서 320 kg의 범위의 시멘트를 물:시멘트 비율을 약 40 wt% 내지 60wt%로 하여 시멘트 슬러리를 만든 후 일정비율의 경량골재를 투입한다. 생성된 기포를 경량골재가 혼합된 시멘트 슬러리에 요구하는 비중에 맞추어 고르게 잘 혼합한다. 혼합된 기포 콘크리트를 일정한 규격의 성형 틀에 부어 넣어 판넬용으로 한다. 이하 제조 공정을 나타낸다.In order to achieve the above object, the present invention mixes the ratio of the synthetic foaming agent and water in the ratio of 1:40 ("diluent"). Then, the foaming agent and the liquid bubble admixture are mixed in a ratio of 1: 1, and these mixed liquids are pressurized in the range of about 8 to 10 atmospheres of air pressure to generate a fine bubble group. Meanwhile, cement in the range of about 240 kg to 320 kg per cubic meter of water: cement ratio is about 40 wt% to 60wt% to make cement slurry, and then a certain proportion of lightweight aggregate is added. The resulting bubbles are mixed well and evenly to the specific gravity required for the cement slurry mixed with light aggregate. Mixed foamed concrete is poured into a mold of the specified size for the panel. The manufacturing process is shown below.
나. 배합설계식I. Formulation Design
각각 재료의 혼합 비율은 요구하는 비중 및 판넬로서의 요구 물성에 따라 배합설계식에 의해 결정한다. 배합설계 도출에 관한 내용은 "별첨-1"에 나타낸다.The mixing ratio of each material is determined by the formula according to the specific gravity required and the required physical properties of the panel. Information on deriving the compound design is given in Annex-1.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명하기로 하며, 후술할 실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by the embodiments described below.
실시예 1Example 1
실시예 1에서는 1 입방미터의 배합량을 배합한다고 할 때, 합성 기포제 1 리터를 물 40 리터에 희석하고 액상혼화제 1리터를 다시 혼합한다. 혼합액을 공기압력 약 8내지 10 기압에 의해 발포시킨다. 한편 시멘트 약 240 킬로그램 내지 320킬로그램을 물 96 내지 192 리터와 혼합하여 회전수 약 150으로 교반한다. 이때 경량골재를 부피비율로 하여 70 내지 85리터 시멘트 슬러리에 투입하여 충분히 혼합하여 준다. 충분히 혼합된 경량골재가 함유된 시멘트 슬러리를 회전수 약 30 정도로 서서히 교반하면서 발포된 기포의 량 약 650 내지 800 리터를 투입하여 교반한다. 약 3 내지 5분정도로 혼합한 후 일정한 규격의 성형틀에 부어 넣는다. 성형틀에 부어 넣은 후 약 24시간 내지 48 시간동안 양생한다.In Example 1, when a compounding quantity of 1 cubic meter is blended, 1 liter of the synthetic foaming agent is diluted with 40 liters of water, and 1 liter of the liquid admixture is mixed again. The mixture is foamed by air pressure of about 8 to 10 atmospheres. Meanwhile, about 240 kg to 320 kg of cement is mixed with 96 to 192 liters of water and stirred at about 150 revolutions. At this time, the lightweight aggregate is added to the cement slurry in a volume ratio of 70 to 85 liters and mixed sufficiently. While slowly mixing the cement slurry containing the sufficiently mixed lightweight aggregate at about 30 revolutions, the amount of foamed foam is added to about 650 to 800 liters and stirred. Mix for about 3 to 5 minutes and pour into a mold of a certain standard. After pouring into the mold, it is cured for about 24 to 48 hours.
실시예 2Example 2
실시예 2에서는 상기 실시예 1에서 시멘트 량에서 약 10 킬로그램 내지 32 킬로그램을 경소 백운석으로 치환하여 투입한다. 상기 실시예 1과 동일한 공정으로 진행한 후 성형틀에 부어넣어 약 6시간 내지 10시간 동안 양생한다.In Example 2, about 10 kg to 32 kg in the amount of cement in Example 1 was replaced with light dolomite. After proceeding to the same process as in Example 1 and poured into a mold to cure for about 6 hours to 10 hours.
상기와 같은 본 발명의 성능을 알아보기 위해 본 발명의 출원인은 상기와 같은 본 발명의 제품에 대한 실험을 수행하였다.In order to determine the performance of the present invention as described above, the applicant of the present invention carried out the experiment on the product of the present invention as described above.
① 실험계획① Experiment plan
본 기술에 의한 경량기포 콘크리트의 특성을 파악하기 위해 표 1과 같은 조건으로 경량기포콘크리트에 대한 각종 실험을 진행하였다.In order to understand the characteristics of lightweight foamed concrete according to the present technology, various experiments on lightweight foamed concrete were conducted under the conditions shown in Table 1.
② 사용 재료② material used
기포제는 합성 기포제를 사용하였다. 또 액상 혼화제의 주요 성분인 에트링자이트 생성재료 및 조강성 재료로서는 일반 공업용 황산 알루미늄과 아질산 나트륨을 사용하였으며 일반적인 물성을 표 2에 나타내었다.The foaming agent used the synthetic foaming agent. In addition, general industrial aluminum sulfate and sodium nitrite were used as the ettringite generating material and the crude material of the liquid admixture, and the general physical properties are shown in Table 2.
시험을 위하여 사용한 시멘트는 OPC 이었으며 그 특성은 표 3, 표 4와 같다.The cement used for the test was OPC and its properties are shown in Table 3 and Table 4.
③ 실험용 경량기포콘크리트의 제조 순서③ Manufacturing Process of Lightweight Aerated Concrete for Experiment
1배치의 재료를 다음의 순서에 따라 혼합하여 실험용 경량기포콘크리트를 생산한다.One batch of materials are mixed according to the following procedure to produce experimental lightweight foam concrete.
㉠ 배합설계 프로그램을 이용하여 각 실험모델에 따른 재료의 소요량 결정㉠ Determination of material requirements for each experimental model using the blend design program
㉡ 합성 기포제를 체적비로 물과 1:40의 비율로 혼합하여 희석한다.㉡ Synthetic foaming agent is diluted by mixing with water in the ratio of 1:40 by volume.
㉢ 1 : 40으로 희석된 기포제 희석액과 8∼10 기압의 공기를 단위시간당 적량 발포기로 주입하여 기포를 발생시킨다.㉢ 1: A foaming agent is generated by injecting a diluent of foaming agent diluted to 40 and air of 8 to 10 atm into a proper amount of foamer per unit time.
㉣ 혼합기 안에 시멘트와 물을 넣고 150 rpm의 속도로 5분간 혼합한다.시멘트 Put cement and water in the mixer and mix for 5 minutes at 150 rpm.
㉤ 혼화제를 적용할 경우 ㉡항의 희석액에 혼화제를 투입하여 1분간 추가 혼합한다.㉤ If the admixture is applied, add the admixture to the dilution liquid of subparagraph 한다 and mix it for 1 additional minute.
㉥ 혼합기를 정지하고, ㉢항에 의한 기포를 필요량만큼 혼합기에 투입한다.(3) Stop the mixer and inject bubbles into the mixer as required.
㉦ 경량골재를 첨가하는 겨우 기포 투입전 ㉣항에서 투입한다.㉦ In case of adding lightweight aggregate, insert it in Paragraph 1 before adding bubble.
㉧ 다시 150 rpm의 속도로 3분간 혼합한 후 혼합을 마친다.㉧ After mixing for 3 minutes at 150 rpm, finish the mixing.
④실험 방법④ Experiment method
㉠ 생성된 경량기포콘크리트의 단위체적중량 및 압축강도는 KS F 2459(기포콘크리트의 겉보기 비중, 함수율, 흡수율 및 압축강도 시험방법)에 의하여 시험함단위 The unit volume weight and compressive strength of the resulting lightweight foamed concrete are tested according to KS F 2459 (Test Method of Apparent Specific Gravity, Water Content, Water Absorption and Compressive Strength of Foamed Concrete).
㉡ 흐름성 시험은 ASTM C-109(시멘트 모르터의 흐름성 시험방법)에 의함㉡ Flowability test is based on ASTM C-109 (flow test method for cement mortar)
㉢ 소포율 및 Flow는 KS F 4039(현장타설용 기포콘크리트)에 의하여 시험함㉢ Defoaming rate and flow are tested according to KS F 4039 (foamed concrete for field casting).
라. 결과 및 고찰la. Results and Discussion
① 재령 7일에서의 XRD 및 전자현미경 분석결과① Result of XRD and electron microscope analysis at 7 days of age
본 기술에 의한 경량기포콘크리트(이하 "시험 경량기포 콘크리트" 라 한다) 및 기존 동물성 기포제를 이용한 경량기포콘크리트(이하 "기준 경량기포 콘크리트" 라 한다)의 재령 7일에서의 XRD(X-Ray Diffraction) 분석 결과는 그림 2, 그림 3과 같다. XRD의 분석조건은 Cu target, 30Kv, 30mA, scan range는 5∼55°의 범위에서 분석하였다.XRD (X-Ray Diffraction) at 7 days of lightweight foam concrete (hereinafter referred to as "test lightweight foam concrete") by the present technology and lightweight foam concrete (hereinafter referred to as "reference lightweight foam concrete") using existing animal foaming agent ) The analysis results are shown in Figure 2 and Figure 3. The analysis conditions of XRD were Cu target, 30Kv, 30mA, and the scan range was analyzed in the range of 5 ~ 55 °.
그림 2에서 보면 기준 경량기포콘크리트는 재령 7일에서 칼슘실리케이트 수화물만 나타나고 있으며, 그림 3의 시험 경량기포콘크리트는 칼슘실리케이트 수화물 및 에트링자이트(ettringite)의 생성을 확인할 수 있다.In Figure 2, the reference lightweight foam concrete shows only calcium silicate hydrate at 7 days of age, and the test lightweight foam concrete in Figure 3 shows the formation of calcium silicate hydrate and ettringite.
일반적으로 보통 포틀랜드 시멘트에서 수화 초기에 시멘트 중의 칼슘 알루미네이트(C3A)와 시멘트 응결조절제로 첨가된 석고의 반응에 의하여 에트링자이트가 생성되나 이는 곧 모노-설페이트(Mono Sulfate)로 상전이가 이루어져 에트링자이트가 소멸된다. 기준 경량기포콘크리트에서 재령 7일 후의 XRD 결과는 이러한 원인에 의한 것으로 판단되며, 시험 경량기포콘크리트의 경우에는 재령 7일에서도 에트링자이트가 충분히 생성되어 있음을 확인할 수 있다. 한편 재령 7일 시점에서의 시험 경량기포콘크리트의 미세조직을 4,000배 확대한 전자현미경 사진은 그림 4와 같은데 여기에서 침상구조의 에트링자이트가 생성되어 있음을 직접 확인할 수 있다.In general, ettringite is produced by the reaction of calcium aluminate (C 3 A) in cement and gypsum added as a cement coagulant in the early stages of hydration in Portland cement, but this results in a phase transition to mono-sulfate. Ettlingite disappears. The XRD result after 7 days of age in the reference lightweight foam concrete is judged to be due to this cause, and in the case of the test lightweight foam concrete, it can be confirmed that enough ettringite is formed even at 7 days of age. On the other hand, the electron micrograph of 4,000 times magnification of the microstructure of light-weight foamed concrete at 7 days of age is shown in Figure 4, where it can be directly confirmed that the ettringite of the needle structure is formed.
② 재령 28일 에서의 전자현미경 사진 분석② Analysis of electron micrographs at 28 days of age
기준 경량기포콘크리트와 시험 경량기포콘크리트의 재령 28일에서의 셀 구조와 미세조직의 전자현미경 사진을 분석한 결과는 표 5와 같다.Table 5 shows the results of analysis of cell structure and microscopic images of the reference lightweight foam concrete and test lightweight foam concrete at 28 days of age.
③ 단위체적중량과 압축강도의 관계③ Relationship between unit volume weight and compressive strength
그림 5에서 시험 경량기포콘크리트의 단위체적중량별 압축강도 시험결과를 기준 경량기포콘크리트와 비교하여 나타내었다.W/Cratio=60%를 고정시키고 각각 목표 단위체적중량이 다른 배합을 실시하여 기준 경량기포콘크리트와 혼화제를 기포제 대비 1:1의 비율로 혼합한 시험 경량기포콘크리트를 비교하였다.In Fig. 5, the compressive strength test results by unit volume weight of the test lightweight foamed concrete are shown in comparison with the standard lightweight foamed concrete. W / Cratio = 60% was fixed and the target light weight concrete was mixed with the target unit volume weight, respectively, to compare the test lightweight foam concrete in which the standard lightweight foam concrete and admixture were mixed at a ratio of 1: 1 compared to the foaming agent.
이 결과에 의하면 시험 기포콘크리트는 초기 양생기간에서는 동일 단위체적중량의 기준 기포콘크리트보다 압축강도가 더 높게 나타나 양생 초기에는 혼화제의 조강성이 압축강도 발현에 충분히 작용하고 있음을 알 수 있다. 그러나 양생이 진행될수록 압축강도는 혼화제의 특성보다는 단위체적중량에 의해 주로 결정되어 양생 28일 시점에서는 단위체적중량이 비슷한 경우 시험 경량기포콘크리트가 기준 경량기포콘크리트에 비해 약간 더 크게 나타나고 있다.According to this result, the test foam concrete has higher compressive strength than the standard foam concrete of the same unit volume weight in the initial curing period, and it can be seen that the roughness of the admixture is sufficient to express the compressive strength at the initial curing period. However, as curing progresses, the compressive strength is mainly determined by the unit volume weight rather than the characteristics of the admixture, and when the unit volume weight is similar at 28 days of curing, the test lightweight foamed concrete is slightly larger than the standard lightweight foamed concrete.
물 시멘트비 60%, 단위체적중량이 400㎏/㎥인 기준 기포콘크리트와 시험기포콘크리트의 재령별 압축강도 발현 상태에 대한 시험 결과인 그림 6은 액상 혼화제의 특성인 조강성을 잘 나타내고 있다.Figure 6 shows the roughness, which is the characteristic of liquid admixtures, as a result of the test of the compressive strength by age of standard foam concrete and test foam concrete with 60% water cement ratio and 400kg / ㎥.
온돌바닥용 경량기포콘크리트에서는 소요 압축강도에 대한 결정 조건은 후속작업에 의한 지압파괴에 저항할 수 있는 압축강도인 4.2㎏/㎠을 초과하는 것임을 앞에서 밝혔다. 이를 액상 혼화제의 특성을 나타내는 그림 6과 관련하여 생각하면 액상 혼화제를 사용한 본 특허기술의 경우 5∼10일 사이에 혼화제를 사용하지 않은 경우보다 높은 강도가 발휘됨을 알 수 있다. 이러한 사실은 더 낮은 단위체적중량으로도 혼화제를 사용하지 않은 경우와 동일 시점에서 강도발현이 된다고 할 수 있는데, 이 경우 더 적은 시멘트량으로 동일한 효과를 기대할 수 있으므로 경제성을 향상시킬 수 있다.In the lightweight foam concrete for on-floor floors, the conditions for determining the required compressive strength exceeded 4.2kg / ㎠, which is the compressive strength that can resist the breakdown by subsequent work. Considering this in relation to Figure 6, which shows the characteristics of the liquid admixture, it can be seen that the present patented technology using the liquid admixture exhibits higher strength than that without using the admixture between 5 and 10 days. This fact can be said that even at a lower unit volume weight, the strength is expressed at the same time as when the admixture is not used. In this case, the same effect can be expected with a smaller amount of cement, thereby improving economic efficiency.
④ 물시멘트비의 변화와 단위체적중량, 압축강도의 관계④ Change in water cement ratio, unit volume weight, and compressive strength
시험 경량기포콘크리트의 목표 단위체적중량을 450㎏/㎥, 기포의 비중은 45∼55㎏/㎥으로 고정시킨 후 굳지 않은 경량기포콘크리트의 실측 단위체적중량과 14일 압축강도의 관계를 실험한 결과는 그림 7과 같다.After testing the target unit volume weight of the lightweight foam concrete at 450kg / ㎥ and the specific gravity of the bubble at 45 ~ 55㎏ / ㎥, the relationship between the measured unit volume weight of the uncured lightweight foam concrete and the 14-day compressive strength was tested. Is shown in Figure 7.
이 실험에 의하면 액상 혼화제를 사용한 시험 경량기포콘크리트는 물시멘트비 60∼70%에서 최대 강도를 발휘하며 물시멘트비가 80%가 넘는 수준에서도 기준 기포콘크리트와는 달리 급격한 강도 저하가 일어나지 않는다.According to this experiment, the test lightweight foamed concrete using liquid admixture shows the maximum strength at the water cement ratio of 60 to 70% and does not cause a sharp drop in strength unlike the standard foamed concrete at the water cement ratio of more than 80%.
또 기준 기포콘크리트와 비교할 때 시험 기포콘크리트는 3분 배합 후의 단위체적중량과 14일 양생 후의 단위체적중량의 차이가 상대적으로 작은데 이것은 혼화제의 작용으로 초기에 빠른 수화반응이 일어나고 합성 기포제의 기포 안정성으로 시멘트 페이스트 조직이 안정된 상태로 존재하기 때문에 생기는 현상으로 판단된다.Compared with standard foam concrete, test foam concrete has a relatively small difference between the unit volume weight after 3 minutes of mixing and the unit volume weight after 14 days of curing. It is considered to be a phenomenon caused by the presence of the cement paste structure in a stable state.
물시멘트비 70% 이상에서도 압축강도의 감소가 완만한 것도 이러한 이유에서 비롯된 것으로 이는 경제성 향상에 매우 큰 도움이 된다. 물시멘트비가 높아지면서도 압축강도 등의 차이가 허용범위 내에 들어올 수 있다면 시멘트 사용량을 상당량 절감할 수 있게 되기 때문이다.The moderate decrease in compressive strength even at water cement ratio of more than 70% is due to this reason, which is very helpful for improving economic efficiency. If the water cement ratio is high and the difference in compressive strength can fall within the allowable range, the amount of cement used can be significantly reduced.
3분 배합 단위체적중량이 목표 단위체적중량보다 작을수록 실제 의도된 생산량 보다 더 많은 양의 경량기포콘크리트가 생산되게 되는데 이렇게 만들어진 경량기포콘크리트는 그 내부에 초기 투입된 기포보다 큰 기포를 내포하고 있게 된다. 이러한 큰 기포는 압송과 타설 과정에서 소포되어 체적감소를 일으키기거나 기포의 불균등한 분포로 압축강도의 저하를 유발한다.The smaller the three-minute blended unit volume weight than the target unit volume weight, the greater the amount of light-weight foamed concrete produced than the actual intended production.The light-weight foamed concrete produced thus contains bubbles larger than the initially introduced bubbles. . These large bubbles are defoamered during the process of pouring and placing, resulting in volume reduction or deterioration of compressive strength due to uneven distribution of bubbles.
본 특허 기술에 의한 시험 기포콘크리트의 3분 배합 단위체적중량이 전반적으로 기준 기포콘크리트보다 높은 것은 기포제의 계면장력을 적절히 조정하여 큰 기포가 발포되지 못하도록 한 기술의 기능이 제대로 작용하고 있는 것으로 나타났다. 이 기능은 큰 기포가 연행되는 것을 막고 전체적인 기포의 크기와 분산 상태를 균일하게 하는 유지하는 것으로 실제 기포가 고르게 분포되어 양생된 상태는 표 5의 전자현미경 사진에서 확인할 수 있다.It was shown that the function of the technique that prevented large bubbles from foaming by properly adjusting the interfacial tension of the foaming agent was that the three-minute blending unit volume weight of the foamed concrete with the patented technology was higher than the standard foamed concrete. This function prevents large bubbles from entraining and keeps the overall bubble size and dispersion state uniformly. The actual bubbles are evenly distributed and cured.
⑤ 소포율⑤ Parcel rate
경량기포콘크리트의 소포율 문제는 지금까지는 막연하게 인식되어 왔을 뿐 이 문제가 경량기포콘크리트 품질에 큰 영향을 미친다는 사실은 간과되어 왔다. 더구나 판넬 제작용에서는 소포에 의해 균열이 발생하게 되므로 소포율의 제어는 가장 큰 문제라 할 수 있다. 그림 8은 합성 기포제와 액상 혼화제를 적용한 시험 경량기포콘크리트와 기준 경량기포콘크리트의 소포에 의한 체적감소를 차이를 보여주고 있다. 일반적으로 실험실에서 만든 시료보다 현장 타설 지점에서 채취한 시료에서 훨씬 더 크게 체적 변화가 일어나는데 물시멘트비가 높고 단위체적중량이 낮을 경우 높이 200mm 몰드에서 최대 100mm 정도까지 소포가 일어나기도 한다.The defoaming rate problem of lightweight foamed concrete has been vaguely recognized until now, and it has been overlooked that this problem has a great influence on the quality of lightweight foamed concrete. In addition, since the cracks are generated by the defoaming in the panel manufacturing, the control of the defoaming rate is the biggest problem. Fig. 8 shows the difference in volume reduction due to the defoaming of the test lightweight foam concrete and the reference lightweight foam concrete using the synthetic foaming agent and the liquid admixture. In general, the volume change is much larger in the sample collected at the site in place than the sample made in the laboratory. If the water cement ratio is high and the unit volume weight is low, the vesicles may be formed up to 100 mm in the 200 mm high mold.
이는 압송 과정에서 고압으로 수축되어 있던 기포 슬러리가 타설 지점에서 대기압으로 노출되면서 플로우값이 증가되는 현상과 관련이 있는 것으로 판단된다.This is considered to be related to the phenomenon that the flow value increases as the bubble slurry contracted at high pressure during the feeding process is exposed to atmospheric pressure at the place of pouring.
표 6은 물시멘트비를 60%로 고정시키고 기포 슬러리의 단위체적중량을 각각 400, 500, 600㎏/㎥으로한 배합설계에서 기준 경량기포콘크리트와 시험 경량기포콘크리트의 침하깊이를 KS F 4039에 따라 측정한 실험값이다.Table 6 shows the settling depths of the standard lightweight foamed concrete and test lightweight foamed concrete in accordance with KS F 4039 in a compound design where the water cement ratio was fixed at 60% and the unit volume weight of the bubble slurry was 400, 500, and 600 kg / ㎥, respectively. The measured experimental value.
⑥ 균열 발생 시험⑥ Cracking test
경량기포콘크리트의 건조수축에 의한 균열 발생량을 측정하기 위해 사용하는 가장 일반적인 방법은 KS F 2460(기포콘크리트의 길이변화 시험방법)에 의해 시편의 길이변화를 측정하는 것이다. 그런데 이 방법은 경량기포콘크리트의 시편들이 일반적으로 편차가 심하여 양호한 데이터를 얻기가 힘들며 또 하나 하나의 시편을 측정하는 것에 많은 시간이 걸리게 되는 문제점이 있다. 따라서 본 기술의 개발과정에서는 판넬용 경량기포콘크리트의 특성상 균열발생 량보다는 균열의 발생시기가 더 중요하다는 특성을 감안하여 그림 9와 같은 H자형 몰드를 제작하여 기준 기포콘크리트와 시험 기포콘크리트 사이의 균열 발생 시기를 상대 비교하는 방법을 사용하였다.The most common method used to measure the amount of cracks generated by dry shrinkage of lightweight foamed concrete is to measure the change in length of the specimen by KS F 2460 (Test Method for the Change of Length of Foamed Concrete). However, this method has a problem that it is difficult to obtain good data because the specimens of lightweight foam concrete generally have a large deviation, and it takes a long time to measure another specimen. Therefore, in the development process of this technology, considering the characteristics that the occurrence time of cracks is more important than the amount of cracks due to the characteristics of lightweight foam concrete for panel, the H-shaped mold as shown in Fig. 9 is manufactured and the crack between the standard foam concrete and the test foam concrete Relative comparison of timing of occurrence was used.
이 시험의 결과 기준 경량기포콘크리트의 경우 재령 15일 이후부터 미세한 균열이 발생하기 시작하였으며 재령 23일에서는 완전히 목부분을 관통하였다. 그러나 시험 기포콘크리트의 경우 35일까지 전혀 균열의 발생이 없어 균열 저감 효과를 확인할 수 있었다.As a result of this test, the standard lightweight foamed concrete began to have small cracks after 15 days of age and completely penetrated the neck at 23 days of age. However, in the case of test foam concrete, there was no cracking up to 35 days, and thus the crack reduction effect was confirmed.
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