KR20030093415A

KR20030093415A - 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트 및 그제조방법

Info

Publication number: KR20030093415A
Application number: KR1020020030966A
Authority: KR
Inventors: 이상구; 김태식; 김병혁
Original assignee: 영보화학 주식회사
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2003-12-11

Abstract

본 발명은 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 통상의 시멘트, 동물성 또는 식물성의 발포제, 반경질 엘라스토머 발포체, 고무성분 및 섬유성분을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 흡차음재용 경량 기포 콘크리트는 압축강도가 매우 우수하고 흡차음성이 양호하기 때문에, 도로 및 철로에서 자동차나 열차의 운행으로 인해 발생하는 소음을 효과적으로 저감시켜 주고, 콘크리트 내에 포함된 기포로 인해 단열효과가 우수하며, 기포의 셀이 열려 있어 배수성이 뛰어난 장점이 있다.

Description

강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트 및 그 제조방법 {Light Concrete Foam of High Strength for Noise Reduction and A Method for Preparing the Same}

본 발명은 흡차음재용 경량기포 콘크리트 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 양호한 흡차음성을 유지하면서도 압축강도의 개선을 위한 소정의 조성성분에 의해 압축강도가 우수한 흡차음재용 경량기포 콘크리트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현대에 와서 자동차의 폭발적 증가로 도로가 확충되고 있지만, 자동차의 운행으로 인해 발생하는 소음과 먼지 등의 공해문제가 갈수록 심각해지고 있다. 지하철 및 철도의 경우에도 열차가 주행할 때, 열차의 차륜과 레일간의 충격과 마찰에 의하여 상당한 진동과 소음이 발생된다. 이러한 진동과 소음은 차량에 탑승한 승객과 자동차 도로 및 철로 주변의 건물 및 사람들에게 많은 피해를 주게 된다.

이에 따라 고속도로나 자동차의 운행이 많은 일반도로 주변에는 방음벽을 설치하여 진동과 소음으로부터 파생되는 문제점을 해결하는 것이 일반적이다. 일반적으로 방음벽은 그 기능에 따라 흡음형, 차음형 또는 이들의 복합형으로 구분해 볼 수 있다. 흡음형 방음벽은, 벽체내부에 완충재 또는 완충부가 있어 발생된 소음의 에너지를 내부로 흡수시키는 방식의 방음벽으로서, 전면에 알루미늄판을 두고, 후면에는 강판을 두어 그 사이에 흡음재의 일종인 유리섬유를 삽입하여 제조된다. 그리고, 차음형 방음벽은 발생된 소음을 일정 범위를 벗어나지 않도록 하여, 일정 공간내부에서 소음의 에너지가 저절로 소멸될 수 있도록 하는 것으로, 주로 시멘트판이 사용되나 최근에는 목재 방음벽이 사용되기도 하는 추세이다.

최근에는, 흡차음을 겸할 수 있는 방음벽의 개발이 시도되고 있는데, 예를 들어 국내 특허공고 제1999-202743호에서는 엠보싱 돌기가 형성된 발포 수지층과 펠트 층이 적층된 것을 포함하는 흡차음재가 개시되어 있고, 대한민국 특허공고 제1997-43612호에는 다공기질체의 한면 또는 양면이나 내측에 바닥달린 공명요소를 가진 판재를 구성한 흡차음재가 개시되어 있다. 국내 특허공고 제2002-0003053호에는, 시멘트를 주원료로 한 석회질 원료와 규산질 원료에 기포제 및 혼화재료를 첨가하여 배합한 후, 기건양생과 고온고압 증기양생을 통하여 경량기포 콘크리트 강체 흡음재를 제조하고, 이의 한면에 차음성능 향상을 목적으로 몰탈을 제조하여 강체흡음재에 타설하거나, 일정배합의 시멘트계 바탕바름재로 미장하거나, 아크릴 에멀젼계 도장재 또는, 시멘트계 특수 도장재를 도장하거나 뿜칠도장하여 된 흡차음재의 제조방법이 개시되어 있다.

한편, 경량기포 콘크리트의 제조방법으로는, 국내 특허공고 제1996-004266호에, 분쇄된 폐건자재 및 폐천장재와, 수분이 함유된 상태로 분쇄된 폐지 슬러리 및 분말상태로 소성 처리된 폐지 슬러리를 물과 시멘트로 혼합하고, 여기에 발포시킨 동물성 단백질 기포제 희석액을 주입하고 혼합하여 경량기포 콘크리트를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 제조방법으로 만들어진 경량 기포 콘크리트는 일반건축물 이나 도로의 측면에 설치되어 단열재 또는 흡차음재로 사용되기에는, 낮은 흡음성 또는 약한 압축강도(20 Kgf/cm²정도)로 인하여 부적절한 측면이 문제점으로 부각되고 있다. 따라서, 종래의 경량 기포 콘크리트가 갖는 저흡음성 및 저압축강도를 동시에 개선하기 위한 소재에 대해 다각적인 연구가 진행되어 왔다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자동차나 열차의 운행에 따른 소음에 대한 흡차음재용 경량기포 콘크리트를 사용함에 있어서, 압축강도의 개선을 이루고자 함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 압축강도가 매우 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트 및 그 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 강도가 우수한 흡차음재용 경량기포 콘크리트의 제조방법을 단계적으로 도시한 블럭도이다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명에 따른 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트는 통상의 시멘트, 동물성 또는 식물성의 발포제,반경질 엘라스토머 발포체, 고무성분 및 섬유성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 특히, 시멘트의 중량을 기준으로, 상기 동물성 또는 식물성의 발포제는 0.5 내지 5중량%, 상기 반경질 엘라스토머 발포체는 3 내지 10중량%, 상기 고무 성분은 10 내지 40중량% 및 상기 섬유 성분은 1 내지 3중량%인 것이 바람직하다.

또, 본 발명은 에폭시 수지, 페놀계 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 콘크리트 강도보강용 수지가 시멘트의 중량을 기준으로 5 내지 15 중량% 더 포함된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 강도가 우수한 경량 기포 콘크리트는 시멘트 보강재로서 셀룰로오즈 유도체가 시멘트의 중량을 기준으로 0.5 내지 2 중량% 더 포함된 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명은 콘크리트 양생력 보강재로서 물유리가 시멘트의 중량을 기준으로 5 내지 20 중량% 더 포함된 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트의 제조방법은 시멘트, 반경질 엘라스토머 발포체, 고무 성분 및 섬유 성분을 리본 믹서에 투입하여 혼련하여 시멘트 혼합물을 만드는 단계; 물과 동물성 또는 식물성의 발포제를 고속 혼합기에 투입하여 발포제 혼합물을 제조하는 단계; 상기 발포제 혼합물을 시멘트 혼합물에 고압으로 투입하여 발포시키는 단계; 및 상기 발포된 조성물을 소정의 몰드에 투입하여 성형하고 양생하는 단계를 포함하여 진행되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트에 대하여 더욱 더 상세히 설명한다.

콘크리트의 발포를 위해서 사용되는 발포제로는 통상적으로 프라스틱 제품의 발포 시에 통상 사용되는 화학적 발포제보다 동물성 또는 식물성의 발포제가 바람직한데, 이는 콘크리트의 비중이 프라스틱 재료에 비해 훨씬 크기 때문에 발포 시 기포가 콘크리트의 비중을 견딜 수 있어야 하기 때문이다. 특히, 이중에서 동물성 발포제는 소의 뿔이나 발톱, 돼지 발톱, 털 등의 동물의 잔재물을 분쇄한 것을 가성소다 또는 수산화칼슘으로 가수분해하고, 염산이나 인산 등으로 중화처리한 다음, 황산 제1철로 안정화시켜 만들어지는 제품으로써, 콘크리트와 같이 비중이 높은 원료들을 배합하여 발포시킬 때 더 뛰어난 압축강도를 나타내고, 내부식성이 우수한 것으로 알려져 있다. 상기 동물성 또는 식물성의 발포제를 0.5 중량% 미만으로 사용할 경우에는, 충분한 발포 효과를 얻지 못할 수 있으며, 5 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 발포력 증대효과를 얻지 못할 수 있다.

상기 반경질 엘라스토머 발포체의 예로서는 반경질 폴리우레탄 칩, 반경질 폴리올레핀 발포체, 반경질 PVC 등을 들 수 있는데, 이러한 반경질 엘라스토머는 재질 자체가 충격흡수성이 강하고, 내열성, 내구성 및 내후성이 강한 소재라는 특성 이외에 특히 발포가 되어 있기 때문에 소음을 흡수하는 특징이 있으며, 또한 콘크리트 조성물에 대한 발포 공정을 용이하게 하여 주는 역할을 한다. 상기 반경질 엘라스토머 발포체는 발포 공정의 용이성 및 최종 콘크리트의 강도를 감안하여 시멘트의 중량을 기준으로 3 내지 10 중량%인 것이 바람직한데, 10 중량%를 초과할경우에는 희망하는 압축강도를 확보하지 못할 수도 있다.

상기 고무 성분은 최종 콘크리트 발포 제품에 굴곡 강도와 충격 흡수 등의 물성을 향상시키기 위한 것으로서, 천연 고무, 에틸렌프로필렌디엔 고무(EPDM), 에틸렌프로필렌 고무(EPM), 이소프렌 고무(IR), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 니트릴부타디엔 고무(NBR) 및 폴리부타디엔 고무(BR) 등 어느 것이라도 적합하지만 콘크리트의 발포 공정의 용이성을 고려할 때, 상기 고무 성분은 가황 고무인 것이 바람직하고, 그 사용량은 10 내지 40 중량%인 것이 더욱 바람직하다.

상기 섬유 성분의 역할은 기포 셀과 셀 사이에 불규칙하게 분산되어 시멘트 발포 시 발생될 수 있는 불균일성을 해소하여 주고, 내충격성을 강화시켜 준다. 이러한 섬유성분으로는 나일론이나 폴리에스터 등의 합성섬유 뿐만 아니라 모나 마와 같은 천연섬유 등 어느 것이라도 좋으나, 특별히 한정되지는 않지만, 인장강도가 0.88 내지 1.50 GPa이고, 비중은 0.8 내지 1.3 g/cm³, 단면의 굵기는 14 내지 660 ㎛인 것이 바람직하다. 또한, 상기 섬유 성분은 계면활성제와 함께 폴리비닐알콜 (PVA)로 코팅처리함으로써 수분과의 친화성을 강화시켜 주면, 특히 시멘트와의 친화력을 높일 수 있다. 상기 섬유 성분은 통상의 시멘트의 중량을 기준으로 1 중량% 미만일 경우에는 충격강도의 항상 효과가 미약할 수 있고, 3 중량%를 초과하여 투입할 경우, 몰타르 형성 시 분산에 어려움이 발생할 수 있으므로 바람직하게는 1 내지 3 중량%인 것이 좋다.

상기 에폭시계 수지나 페놀계 수지는 열경화성 수지로서 콘크리트의 압축강도를 더욱 향상시키고자 할 경우에 사용한다. 이러한 열경화성 수지의 콘크리트 강도 보강용 수지를 5 중량% 미만으로 사용할 경우에는, 압축강도의 향상효과가 미약하고, 15 중량%를 초과하면 점도의 상승으로 인해 작업성이 나빠지거나, 경량 기포 콘크리트의 흡음성이 나빠질 수 있다.

상기 시멘트 보강재로서 사용하는 셀룰로오즈 유도체는, 보통 수용성 폴리사카라이드계로서 증점재 또는 보수재로 사용된다. 셀룰로오즈 분자는 무수 글루코오즈 단량체의 사슬로서 이루어져 있고, 이러한 단량체는 점도변화에 중요한 역할을 한다. 세 개의 수산화기는 알킬 또는 수산화 알킬의 유도체로 변형될 수 있으며, 이에 따라 용해성, 표면활성, 화학반응성, 효소저항성 등의 화학적 특성이 부여되며, 시멘트와 혼합되었을 때 증점효과 및 재료의 분리방지, 수분 유지력을 부여하고 또한 윤활성과 응집성 부여를 통해 작업성을 개선하여 준다. 상기 셀룰로오즈 유도체는 시멘트 중량을 기준으로 0.5 내지 2 중량%를 사용하는 것이 바람직한데, 0.5 중량% 미만인 경우에는 시멘트 보강재로서의 효과가 미약하고, 2 중량%를 초과한 경우에는 발포의 저해요소로 작용할 수도 있다. 또한, 상기 셀룰로오즈 유도체의 점도는 작업성을 고려할 때, 4,000 내지 10,000 cps인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 콘크리트 양생력 보강재로서 사용되는 물유리는 통상 콘크리트 구조물에 있어서 빠른 양생과 내충격성 보강을 위해 사용된다. 이러한 물유리는 SiO₂/Na₂O의 함량비에 따라 점도 차이가 있는데, 경량 기포 콘크리트의 제조 과정에서의 점도 상승 및 콘크리트의 발포성 등을 고려하여 상기 물유리는 통상의 시멘트의 중량을 기준으로 5 내지 20 중량%인 것이 바람직하다. 상기 물유리를 5 중량% 미만으로 사용할 경우에는 양생시간이 너무 길어지고, 20 중량%를 초과하면 제조과정에서 점도 상승으로 인해 소정의 발포 콘크리트를 얻지 못할 수 있다.

본 발명에 따른 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트의 제조방법을 도 1을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 강도가 우수한 경량기포 콘크리트를 제조하는 방법을 단계적으로 도시한 블록도이다.

도 1에 따르면, 먼저 상기 시멘트 혼합물 제조단계(S11)에서 리본 믹서의 회전속도는 리본 믹서의 부하 등을 고려하여 20rpm 내지 50rpm인 것이 바람직하고, 조성물이 고루 혼합될 수 있도록 혼합시간은 1분 내지 1시간 정도인 것이 바람직하다.

또한, 상기 발포제 혼합물 제조단계(S12)에서 물의 사용량은 시멘트의 중량을 기준으로 50 내지 90 중량% 범위인 것이 바람직하다. 물의 양이 시멘트의 중량을 기준으로 50 중량% 미만일 경우에는 시멘트와 다른 조성물이 균일하게 혼합되지 못할 수 있으며, 기포가 불균일하여 질 수 있고, 반대로 물의 양이 90 중량%를 초과할 경우에는, 모르타르의 점도가 낮아 기포제의 안정성이 약해지고, 콘크리트의 경화 이전에 기포가 손실되어 버릴 우려가 있다.

상기 고속 혼합기의 회전속도는 특별히 제한되지는 않으나, 100 내지 250rpm인 것이 적합하다. 또한, 상기 발포단계(S20)에서 발포제 혼합물을 시멘트 혼합물에 투입하는 압력은 4 내지 7kgf/cm²인 것이 바람직하다. 상기 투입 압력이 4 kgf/cm²미만인 경우에는 발포의 속도가 너무 느려 작업성이 떨어질 수 있고, 7 kgf/cm²를 초과할 경우에는 설비의 부하가 과다해질 수 있다.

그리고, 상기 성형 및 양생 단계(S30)는 통상적인 콘크리트의 성형 및 양생 방법에 따라 실시함으로써 이루어진다. 특히, 양생이 잘못될 경우, 콘크리트의 균열이나 강도불량 등이 발생할 수 있으므로, 양생 시에는 외부기후 조건에 따라 온도나 습도 상태에 맞춰 충분히 물을 뿌려주며 양생하는 것이 바람직하다. 일반적으로 온도가 높을 수록 콘크리트의 양생시간은 짧아지기 때문에, 양생시간을 단축하고자 하는 경우에는 온도를 50℃ 정도로 상승시켜 양생시키면 양생기간을 단축할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 이들로 제한되는 것은 아니다.

실시예

포틀랜드 시멘트, 동물성 발포제, 반경질 엘라스토머, 고무 성분인 SBR, 섬유 성분 및 첨가제 등을 하기 표 1에 기재된 조성비 및 제조조건으로 하여 흡차음재용 경량 기포 콘크리트를 얻은 후, 비중 및 압축강도를 측정하여 표 1에 나타내었다.

구 분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
조성물	포틀랜드 시멘트	100	100	100	100
	동물성 발포제	2.0	1.0	2.0	1.0
	반경질 엘라스토머	3	4	3	4
	SBR	20	30	20	30
	섬유 성분	2	2	2	2
	에폭시계 수지	5	5	5	5
	페놀계 수지	5	5	5	5
	시멘트 보강재	0.5	1.0	0.5	1.0
	물유리	5	10	15	20
	물	90	90	90	90
콘크리트제조조건	리본믹서기의 속도(rpm)	25	25	25	25
	혼합시간(분)	5분	5분	5분	5분
	고속혼합기의 속도(rpm)	100	100	100	100
	발포 압력(kgf/cm²)	5	5	5	5
	양생 시간(일)	28	28	28	28
물성	비 중 (g/cm³)	0.7	0.7	0.7	0.7
물성	압축 강도 (Kgf/cm²)	69.2	63.8	71.6	70.3

상기 표 1에서 반경질 엘라스토머로는 반경질 폴리올레핀 발포체를 사용하였고, 섬유성분은 길이 12mm, 단면굵기 200㎛인 폴리에스터 섬유를 사용하였다. 상기 시멘트 보강재로는 점도가 3,000cps인 셀룰로오즈 유도체를 사용하였다.

본 발명에 따른 흡차음재용 경량기포 콘크리트의 비중 및 압축강도는 다음의 시험방법에 준하여 측정하였다.

1. 압축강도(kgf/㎠) : KSF-2459-97

2. 비중(밀도) : KSM-3809-92

통상적으로 경량기포 콘크리트는 압축강도가 20Kgf/cm²이하일 경우에는 약한 충격에도 부숴질 수 있기 때문에 압축강도가 불량하다고 평가될 수 있고, 20 내지 40 Kgf/cm²이면 보통, 40 Kgf/cm²이상일 경우에는 우수하다고 평가될 수 있다. 따라서, 표 1를 참조하여 살펴보면 본 발명에 따른 흡차음재용 경량 기포 콘크리트는 흡차음성이 양호하면서도, 압축강도가 60Kgf/cm²이상으로 매우 우수하다는 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 흡차음재용 경량 기포 콘크리트는 압축강도가 매우 우수하고, 도로 및 철로에서 자동차나 열차의 운행으로 인해 발생하는 소음에 대해 양호한 저감효과를 준다. 또한 본 발명에 따른 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트는 콘크리트 내에 포함된 기포로 인해 단열효과가 우수하고, 기포의 셀이 열려 있어 배수성이 뛰어난 장점을 겸비하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트는 자동차의 주행으로 인한 소음 방지를 위해 일반도로, 고속도로 그리고 터널 등에 있어서의 흡차음재로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 압축강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트는 일반 건축물의 층간 또는 세대간 소음 방지재 또는 단열재로도 활용될 수 있으며, 소음이 많이 발생하는 공장이나 스포츠센타 등 건물의 흡차음재로도 유용하게 사용될 수 있다.

Claims

시멘트, 동물성 또는 식물성의 발포제, 반경질 엘라스토머 발포체, 고무성분 및 섬유성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트 조성물.
제1항에 있어서, 시멘트의 중량을 기준으로, 상기 동물성 또는 식물성의 발포제는 0.5 내지 5중량%, 상기 반경질 엘라스토머 발포체는 3 내지 10중량%, 상기 고무 성분은 10 내지 40중량% 및 상기 섬유 성분은 1 내지 3중량%인 것을 특징으로 하는 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트 조성물.
제1항에 있어서, 에폭시 수지, 페놀계 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 콘크리트 강도보강용 수지가 시멘트의 중량을 기준으로 5 내지 15 중량% 더 포함된 것을 특징으로 하는 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 시멘트 보강재로서 셀룰로오즈 유도체가 시멘트의 중량을 기준으로 0.5 내지 2 중량% 더 포함된 것을 특징으로 하는 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 콘크리트 양생력 보강재로서 물유리가 시멘트의 중량을 기준으로 5 내지 20 중량% 더 포함된 것을 특징으로 하는 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트 조성물.
시멘트, 반경질 엘라스토머 발포체, 고무 성분 및 섬유 성분을 리본 믹서에 투입하여 혼련하여 시멘트 혼합물을 만드는 단계; 물과 동물성 또는 식물성의 발포제를 고속 혼합기에 투입하여 발포제 혼합물을 제조하는 단계; 상기 발포제 혼합물을 시멘트 혼합물에 고압으로 투입하여 발포시키는 단계; 및 상기 발포된 조성물을 소정의 몰드에 투입하여 성형하고 양생하는 단계를 포함하여 진행되는 것을 특징으로 하는 강도가 우수한 흡차음재용 경량 기포 콘크리트의 제조방법.