KR20130108918A - 탄산화 저항성이 증대된 경량기포콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량기포콘크리트의 제조방법 - Google Patents

탄산화 저항성이 증대된 경량기포콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량기포콘크리트의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄산화 저항성이 증대된 경량기포콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량기포콘크리트의 제조방법에 관한 것으로, 시멘트, 규사 및 생석회를 포함하는 시멘트 혼합물 100중량부에 대하여 알루미늄 분말 0.07 ~ 0.10 중량부; 알칼리 자극제 0.3 ~ 0.6중량부; 멜라민 수지, 실리콘오일 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 1.5 ~ 4.0중량부 및 혼합수를 포함하며, 상기 혼합수는 조성물 총중량에 대해 70~80% 수준으로 포함하도록 첨가되는 것을 특징으로 하는 탄산화 저항성이 우수한 경량기포콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량기포콘크리트의 제조방법이 개시된다.

Description

탄산화 저항성이 증대된 경량기포콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량기포콘크리트의 제조방법{ALC composition for carbonation resistance enhancement and fabrication method of ALC using this composition}
본 발명은 탄산화 저항성이 증대된 경량기포콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량기포콘크리트의 제조방법에 관한 것이다.
대표적 경량 기포콘크리트인 ALC (Autoclave Lightweight Concrete)는 오토클레이브에서 고온고압 조건으로 제조한다.
ALC 소재는 대표적 다공성 소재로 다수의 기공을 포함하고 있다. ALC의 기포는 그 크기에 따라 거대기공과 미세기공으로 구분되는데, 이들 기포는 전체 ALC 체적의 7080%를 차지하여 소재 자체는 단지 2030%에 불과하다. 따라서 이들 기포들로 인해 ALC는 낮은 비중 (0.40.7) 특성과 경량성, 단열성, 내화성, 흡음성 (차음성) 등을 발현한다.
그러나 ALC는 취성을 갖으며, 기타 경쟁 제품보다 불량한 강도특성을 발현하는 등 단점도 있다. 이는 발포제에 의한 다수의 거대기공 발생 및 기공들의 병합현상에 따른 결함 형성, 성형숙성과정 중 핸들링 및 자중에 의한 크랙 발생 등이 주요 원인이다. 이러한 현상을 극복하기 위해 다양한 방안들이 실험되고 있다. 그러므로 메트릭스 소재의 성능을 향상시키거나, 혹은 기공을 제어하여 ALC의 기계적 특성을 향상시킬 필요가 있으며, 또한 탄산화 저항성을 높일 필요가 있다.
1. 대한민국등록특허공보 제10-0802002호 "섬유보강 경량기포 콘크리트" 2. 대한민국등록특허공보 제10-0653311호 "중유회를 함유하는 경량기포 콘크리트 제조용 조성물, 이를 이용한 ALC의 제조방법" 3. 대한민국공개특허공보 제10-2012-0012615호 "알루미노 실리케이트계 경량기포콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량 기포콘크리트 제품의 제조방법" 4. 대한민국등록특허공보 제10-1095381호 "내산성 및 보온성이 우수한 시멘트 모르타르 조성물, 이를 이용한 내산성 및 보온성이 우수한 바닥 마감재의 제조방법 및 블록의 제조방법" 5. 대한민국등록특허공보 특1996-0004381호 "재열수처리에 의한 고강도 기포콘크리트의 제조방법"
본 발명에서는 규사, 시멘트 및 생석회를 혼합한 시멘트 혼합물을 출발물질로 하여 멜라민수지, 실리콘오일 또는 이들의 혼합물과 알칼리 자극제를 일정 중량비로 혼합함으로써 탄산화 저항성이 증대된 경량기포콘크리트 조성물을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 제공되는 조성물을 이용하여 탄산화 저항성이 우수항 경량기포콘크리트를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
상기한 과제를 해결한 본 발명의 탄산화 저항성이 우수한 경량기포콘크리트 조성물은 시멘트, 규사 및 생석회를 포함하는 시멘트 혼합물 100중량부에 대하여 알루미늄 분말 0.07 ~ 0.10 중량부; 알칼리 자극제 0.3 ~ 0.6중량부; 멜라민 수지, 실리콘오일 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 1.5 ~ 7.0중량부 및 혼합수를 포함하며, 상기 혼합수는 조성물 총중량에 대해 70~80% 수준으로 포함하도록 첨가되어 이루어진다.
여기서, 상기 시멘트 혼합물은 규사 100중량부에 대하여 시멘트 30 ~ 40중량부, 생석회 10 ~ 20중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 시멘트 혼합물을 구성하는 규사는 밀도 1.4 ~ 1.6이고 고형분의 함량 50 ~ 60%를 만족하는 샌드슬러리(Sand slury)와, 밀도 1.3 ~ 1.4이고 고형분의 함량 40 ~ 50%를 만족하는 리턴슬러리(Return slury)로 구성되며, 구성비로 샌드슬러리:리턴슬러리는 1:0.4~0.6의 중량비를 가지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 알칼리 자극제는 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화칼슘으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 개시되는 조성물을 구성하는 각각의 구성물을 배합비에 따라 믹서에 투입하여 혼합한 후, 숙성몰드에 투입하여 숙성시킨 다음 성형하여 그 성형체를 오토클레이브에 장입하여 수열합성반응시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 경량기포콘크리트의 제조방법 및 그에 의해 제조된 경량기포콘크리트를 제공한다.
본 발명에 따라 제공되는 경량기포콘크리트 조성물은 탄산화도가 현저히 낮아지는 경량기포콘크리트의 제조가 가능하여 탄산화 저항성이 우수한 경량기포콘크리트 성형품을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 첨가제의 종류별 TG-DTA그래프를 도시한 것이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 경량기포콘크리트(ALC)의 시편에 페놀프탈레인 지시약을 도포한 후 50일 후 색상변화를 관찰한 사진이다.
도 3 은 첨가제로 실리콘 오일을 첨가한 경량기포콘크리트(ALC)의 페놀프탈레인 도포상태를 도시한 사진이다.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 흡음성능 준비 및 시험과정을 도시한 사진이다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 ALC의 비중별 흡음계수를 도시한 그래프이다.
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 ALC의 첨가제 종류별 흡음계수를 도시한 그래프이다.
도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 흡음시험용 ALC의 기공관찰 비교사진이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
첨부도면 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 첨가제의 종류별 TG-DTA그래프를 도시한 것이고, 도 2 는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 경량기포콘크리트(ALC)의 시편에 페놀프탈레인 지시약을 도포한 후 50일 후 색상변화를 관찰한 사진이며, 도 3 은 첨가제로 실리콘 오일을 첨가한 경량기포콘크리트(ALC)의 페놀프탈레인 도포상태를 도시한 사진이며, 도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 흡음성능 준비 및 시험과정을 도시한 사진이며, 도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 ALC의 비중별 흡음계수를 도시한 그래프이며, 도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 ALC의 첨가제 종류별 흡음계수를 도시한 그래프이며, 도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 흡음시험용 ALC의 기공관찰 비교사진이다.
이하에서, 본 발명에 따라 완성되는 탄산화 저항성이 증대된 경량기포콘크리트 조성물 및 이를 이용한 경량기포콘크리트의 제조방법에 관한 것이 개시된다.
본 발명에 따라 제공되는 탄산화 저항성이 우수한 경량기포콘크리트 조성물은 시멘트, 규사 및 생석회를 포함하는 시멘트 혼합물 100중량부에 대하여 알루미늄 분말 0.07 ~ 0.10 중량부; 알칼리 자극제 0.3 ~ 0.6중량부; 멜라민 수지, 실리콘오일 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 1.5 ~ 7.0중량부 및 혼합수를 포함하며, 상기 혼합수는 조성물 총중량에 대해 70~80% 수준으로 포함하도록 첨가되어 이루어진다.
이때, 상기 시멘트 혼합물은 규사 100중량부에 대하여 시멘트 30 ~ 40중량부, 생석회 10 ~ 20중량부를 포함하여 이루어지도록 혼합하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 시멘트 혼합물을 구성하는 규사는 일정밀도를 가지며, 고형분을 함유하는 슬러리상태로 혼합되며, 상기 슬러리상태의 규사는 규석슬러리(Sand slury)와 리턴슬러리(Return slury)를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
이때 상기 리턴슬러리는 ALC 제조시, 이송 혹은 처리과정 등에서 떨어져 나오는 ALC 조각이나, 오토클레이브 작업 후 불량품으로 판단되는 ALC를 다시 습식 분쇄하여 재활용한 것이다.
보다 바람직하게는 밀도 1.4 ~ 1.6이고 고형분의 함량 50 ~ 60%를 만족하는 규석슬러리(Sand slury)와, 밀도 1.3 ~ 1.4이고 고형분의 함량 40 ~ 50%를 만족하는 리턴슬러리(Return slury)를 사용하며, 그 구성비는 규석슬러리:리턴슬러리는 1:0.4~0.6의 중량비를 가지도록 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 상기 알칼리 자극제는 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화칼슘으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하며, 보다 바람직하게는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 사용하는 것이 좋다.
또한, 본 발명에서는 상기 개시되는 본 발명의 알칼리 함유 경량기포콘크리트 조성물을 구성하는 각각의 구성물을 배합비에 따라 믹서에 투입하여 혼합한 후, 숙성몰드에 투입하여 숙성시킨 다음 성형하여 그 성형체를 오토클레이브에 장입하여 수열합성반응시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 경량기포콘크리트의 제조방법을 제공한다.
상기 수열합성반응 조건은 크게 한정하지 않으며, 종래의 수열합성 반응 조건과 동일하게 수행되어 질 수 있는 것이다.
또한, 숙성몰드에서의 조건은 종래와 동일하며, 보다 바람직하게는 숙성온도 50℃이상의 온도조건에서 2시간 이상 숙성하는 것이 좋다.
이상에서 설명되는 본 발명에서 제공되는 알칼리 함유 경량기포콘크리트 조성물을 이용하여 경량기포콘크리크를 제조할 경우, 탄산화 저항성이 크게 개선된 경량기포콘크리트를 제조할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명을 완성하기 위한 바람직한 실험예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 단, 이하에서 설명되는 실험예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 하기 실험예의 조건으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 얼마든지 변형가능한 것이다.
[실험예]
본 발명자들은 경량기포콘크리트(이하, 'ALC'라 한다)의 탄산화 저항성을 증대시키기 위한 다양한 방안을 마련하고자 경량기포콘크리트 조성물에 여러가지 첨가제를 혼합하여 비교하여 보았다.
본 발명자들은 본 실험전 고침투형 실록산계 발수제를 사용할 경우, 탄산화 저항상이 매우 우수해짐을 확인한 바 있으며, 또한 실리콘 오일을 혼합할 경우에도 ALC의 탄산화가 방지됨을 확인한 바 있다.
더불어 실리콘 오일은 현재 일부 제품에는 사용되고 있는 실정이기도 하다. 실리콘 오일의 사용목적은 ALC 소재 내부에 들어가는 철근의 부식을 방지하기 위해, 즉 수분 침투를 억제하기 위해 사용한다.
본 발명자들이 앞서 확인한 바 있는 고침투형 실록산계 발수제를 사용하여 도출된 ALC의 탄산화도는 11% 이하 값(50일 탄산화-CO2 농도 3% 기준)으로, 현재 33년이 지난 일본 ALC 건축물의 탄산화도 (60% 전후) 보다 매우 낮은 수준이다.
따라서, 촉진시험에 의해 검증된 결과로도 건축물의 수명은 더욱 연장될 수 있음을 의미한다고 판단된다.
그러나, 고층 건축물에 적용하기 위해서는 더욱 엄격한 결과값을 도출할 필요가 있으며, 특히 현재 철근 부식방지용으로 사용되고 있는 실리콘 오일을 사용하는 것이 더욱 바람직하다고 판단되었다.
따라서, 본 발명자들은 알칼리류를 혼합하여 ALC의 pH 값을 상승시키고, 이에 따라 탄산화 저항성을 높이고자 하였다.
본 발명에서는 ALC의 pH 값을 상승시키기 위해 시약급의 KOH, NaOH 및 국내 시중 폐유리 분말과 초경량 골재 등의 알칼리 원료를 혼합하였다. 하기 표 1은 KOH, NaOH, 폐유리 분말 및 초경량 골재 등을 고려한 ALC의 배합설계비를 나타낸 것이다.
표 1에서와 같이 KOH, NaOH는 시멘트, 생석회 및 규사를 포함하는 시멘트 혼합물 대비 0.3중량부와 0.6중량부 등을 첨가하였으며, 폐유리 분말은 1중량부 및 3중량부, 초경량 골재는 7.5중량부로 배합하였다.
폐유리 분말은 일반적 판유리 조성이며, 초경량 골재 또한 주요성분은 SiO2와 알칼리류 등으로 구성되어 있었다. 그러므로 상기 첨가제들의 알칼리 성분이 ALC 제조과정 중 슬러리 상태에서 일부 용출될 것으로 사료된다.
(단위 : g)
구 분 시멘트 생석회 Sand slurry Return slurry 알루미늄 분말 혼합수 첨가제 종류
및 함량(중량부)
실험예1 1060 470 3664 2073 4 600 초경량
골재		 7.5
실험예2 1060 470 3664 2073 4 600 폐유리
분말		 1.0
실험예3 1060 470 3664 2073 4 600 3.0
실험예4 및 5 1060 470 3664 2073 4 600 멜라민
수지
(2중량부)		 KOH,
NaOH
각 0.3
실험예6 및 7 1060 470 3664 2073 4 600 KOH,
NaOH
각 0.6
실험예8 1060 470 3664 2073 4 600 SO+M+K 7.5
주) 1. 규석슬러리의 밀도:1.55; 리턴슬러리의 밀도:1.33
2. SO+M+K = 실리콘오일(4.9중량부)+멜라민수지(2중량부)+KOH(0.6중량부)
3. 첨가제의 함량은 시멘트, 생석회 및 규사(규석슬러리의 고형분 함량+리턴슬러리의 고형분함량)의 혼합량을 기준으로 하여 상기 혼합물 100중량부에 대한 중량비로 혼합한다.
4. 밀도를 기준으로 환산한 규석슬러리의 고형분 함량은 57.66%, 고형분의 양은 2113g이고, 리턴슬러리의 고형분 함량은 41.35%, 고형분의 양은 857g이다.
5. 리턴슬러리는 규석의 함유가 대부분인 ALC 제조시, 이송 혹은 처리과정 등에서 떨어져 나오는 ALC 조각이나, 오토클레이브 작업 후 불량품으로 판단되는 ALC를 다시 습식 분쇄하여 재활용한 것이다.
상기 표 1의 배합비에 따라, 혼합한 경량기포콘크리트 조성물의 혼합물을 오토클레이브에 장입하여 수열합성반응시켜 ALC시편을 제조하였고, 상기 제조된 ALC시편은 105℃에서 2시간 동안 건조시킨 후, 10mm×40mm×100mm 로 컷팅한 후 1주일 동안 20-90% 상대습도 조건의 탄산화시험기에서 CO2 농도를 3%로 유지시켰다. 이후 ALC 시편을 CO2 농도가 제어된 탄산화 시험기에서 0일, 10일, 20일 및 50일 동안 유지하였다.
탄산화 후에 결합된 CO2와 CaO의 양은 탄산화도를 계산하기 위해 측정된다. TG-DTA는 결합된 CO2 양을 결정하기 위해 사용되어지며, 이때 물리 흡착된 CO2와 기타 탄산염을 제외하고 계산하였다. 계산식은 하기 식 1과 같다.
Figure pat00001
이때, ALC의 탄산화를 위한 CO2의 양 (C)은 TG-DTA에 의해 600℃ 에서 800℃까지의 질량 감소분으로 계산하였다.
도 1의 TG-DTA 그래프에서와 같이 약 700℃에서는 탈탄산에 의한 흡열피크를 나타내며, 약 830℃에서는 토버모라이트 결정이 wollastonite 결정으로의 변화에 의한 발열피크를 나타내고 있다.
따라서, 본 실험에서도 Fumiaki Matsushita 등의 연구와 동일하게, 600~800℃까지의 질량 감소분을 탈탄산 (CaCO3 → CaO + CO2)에 의한 CO2 감소분으로 가정하였다.
도 1의 (a)는 첨가제를 첨가하지 않은 것의 TG-DTA그래프이고, (b)는 첨가제로 초경량 골재를 첨가한 것(실험예 1)의 TG-DTA그래프이고, (c)는 첨가제로 폐유리분말을 첨가한 것(실험예 2)의 TG-DTA그래프이며, (d)는 첨가제로 실리콘오일+멜라민수지+수산화칼륨(KOH)를 첨가한 것(실험예8)의 TG-DTA그래프이며, (e)는 첨가제로 멜라민수지(2중량부)+KOH(0.3중량부)를 첨가한 것(실험예4)의 TG-DTA그래프이며, (f)는 첨가제로 멜라민수지(2중량부)+NaOH(0.3중량부)를 첨가한 것(실험예 6)의 TG-DTA그래프이다.
ALC의 pH 측정을 위해, ALC를 분말로 제조한 후 10g을 샘플링하여 증류수 50mL와 혼합하였다. 이후 30분 동안 스터링하고, 여과액을 채취하였다. 채취된 여과액은 pH meter (Model 750P, Istek(株), Korea)를 사용하여 측정하였다.
상기의 실험방법에 따라 도출된 탄산화도 결과값을 표 2 내지 4에 나타내었다. 표 2 내지 4에서와 같이 알칼리와 실리콘 오일을 첨가하지 않은 Ref. 시료의 경우에는 50일 탄산화도가 32.5%에 이르고 있으나, 실리콘 오일을 첨가한 경우에는 10.96%로 탄산화도가 약 1/3 수준으로 낮아짐을 확인할 수 있었다. 실리콘 오일과 더불어 알칼리를 첨가한 경우에는 더욱 낮아지는 탄산화도를 관찰할 수 있었다. 멜라민 수지 2중량부와 KOH 0.6중량부를 첨가한 ALC의 50일 탄산화도는 약 24.8%로, Ref. 대비 탄산화도가 약 7.7% 감소함을 알 수 있었다. 또한, 멜라민 수지 2중량부와 NaOH 0.6중량부를 첨가한 ALC의 탄산화도는 26.5% 수준으로, KOH와 동일하게 Ref. 보다 낮은 탄산화도를 나타내었다.
특히 실리콘 오일, 멜라민 수지 및 KOH가 첨가된 ALC의 50일 탄산화도는 7.8%로 매우 낮은 값이었다. 이는 실리콘 오일의 탄산화 저항성과 KOH의 pH 상승효과가 동반되어 탄산화도가 낮아진 것으로 사료되었다. 즉, 알칼리에 의한 ALC의 초기 pH 값 상승으로 탄산화 저항성이 우수해지기 때문이다. 탄산화가 진행되지 않은 최초 ALC의 pH 값은 약 10.5 수준이었으나, 알칼리의 첨가에 따라 10.5 이상으로 상향되었다. KOH 0.3중량부 첨가시의 pH는 10.8 수준, KOH 0.6중량부 첨가시 11.2, NaOH 0.3중량부 첨가시 10.7 및 NaOH 0.6중량부 첨가시에는 11.0이었다.
또한, 폐유리 분말을 3.0중량부 혼합한 경우에는 pH 값은 10.8이었다. 즉, 초기 pH 값은 알칼리 source의 첨가와 함량 증가에 따라 상승됨을 알 수 있었으며, 이는 탄산화 저항성에 기여할 수도 있음을 확인하였다.
하기의 표 2는 탄산화 10일 기준의 결과이고, 표 3은 20일 기준, 표 4는 50일 기준의결과이다.
구 분 10일 (CO2 함량%) 탄산화도 (%)
Ref. 5.54 19.37
실리콘 오일 2.65 6.65
실험예1(초경량 골재) 4.51 14.84
폐유리
분말		 실험예2
(1.0중량부)		 5.01 17.04
실험예3
(3.0중량부)		 4.55 15.02
멜라민
수지
(2중량부)		 실험예4
(KOH 0.3중량부)		 4.05 12.81
실험예5
(KOH 0.6중량부)		 3.63 10.96
멜라민
수지
(2중량부)		 실험예6
(NaOH 0.3중량부)		 5.12 17.53
실험예7
(NaOH 0.6중량부)		 4.82 16.20
실험예7
(SO + M + K = 7.5중량부)		 2.15 4.45
주) SO+M+K=실리콘오일(4.9중량부)+멜라민수지(2중량부)+KOH(0.6중량부)
구 분 10일 (CO2 함량%) 탄산화도 (%)
R 7.20 26.68
실리콘 오일 2.98 8.10
실험예1(초경량 골재) 5.80 20.52
폐유리
분말		 실험예2
(1.0중량부)		 6.24 22.46
실험예3
(3.0중량부)		 5.75 20.30
멜라민
수지
(2중량부)		 실험예4
(KOH 0.3중량부)		 5.80 20.52
실험예5
(KOH 0.6중량부)		 5.48 19.12
멜라민
수지
(2중량부)		 실험예6
(NaOH 0.3중량부)		 6.38 23.07
실험예7
(NaOH 0.6중량부)		 5.91 21.00
실험예7
(SO + M + K = 7.5중량부)		 2.57 6.30
구 분 10일 (CO2 함량%) 탄산화도 (%)
R 8.52 32.50
실리콘 오일 3.63 10.96
실험예1(초경량 골재) 7.24 26.86
폐유리
분말		 실험예2
(1.0중량부)		 7.95 29.99
실험예3
(3.0중량부)		 6.85 25.14
멜라민
수지
(2중량부)		 실험예4
(KOH 0.3중량부)		 7.01 25.85
실험예5
(KOH 0.6중량부)		 6.76 24.77
멜라민
수지
(2중량부)		 실험예6
(NaOH 0.3중량부)		 7.87 29.63
실험예7
(NaOH 0.6중량부)		 7.15 26.48
실험예7
(SO + M + K = 7.5중량부)		 3.51 7.75
또한, 외관상의 탄산화 특성을 검증하기 위하여,
페놀프탈레인 지시약을 사용하여 ALC의 탄산화 깊이를 측정하였다. 탄산화 진행 전후에 얻어진 ALC 시편에 페놀프탈레인 지시약을 도포한 후, 촬영한 사진을 도 2 및 3에 나타내었다. 도 2에서 보여지는 바와 같이 Ref. ALC 보다 알칼리와 멜라민 수지 또는 실리콘 오일의 첨가에 따라 ALC의 색상은 좀 더 진한 분홍색을 나타내고 있었다.
도 2에 도시된 사진의 맨위의 것은 첨가제를 첨가하지 않은 ALC시편(Ref.)이고, 중앙의 사진은 첨가제로 멜라민수지(2중량부)+KOH(0.6중량부)를 첨가한 ALC시편이며, 맨아래쪽 사진은 첨가제로 멜라민수지(2중량부)+NaOH(0.6중량부)를 첨가한 ALC시편이다.
도 3은 첨가제로 실리콘 오일을 첨가한 시편의 사진이다.
본 실험에서는 준비된 시편의 흡음특성을 검증하기 위해, 흡음 성능을 시험하였으며, 그 시험은 대우건설기술연구원 음향동 실험실에서 이루어졌다.(첨부도면 도 4 참조)
본 실험에서는 흡음 성능의 시험을 위해 "잔향실법 흡음율 시험방법"(KS F 2805)을 이용하여 측정하였다. 이 측정방법은 재료의 표면에 모든 방향으로부터 음을 입사시킬 수 있고, 시료 지지조건 및 배후 공기층을 실제의 현장상태 조건에 맞게 측정할 수 있는 장점이 있다. 반면에 시료의 크기가 크고 (8.512m2), 충분한 확산 음장을 얻을 수 있는 잔향실이 필요하다는 단점을 가지고 있기도 하다.
잔향실법 흡음율은 잔향실내에 시료를 넣은 상태와 넣지 않은 상태의 잔향시간을 측정하고, 측정한 잔향시간의 평균치로부터 하기 식 2에 의해 구한다.
Figure pat00002
단,
Figure pat00003
과
Figure pat00004
의 측정 사이에 잔향실 내 온도는 ±5℃, 상대습도 ±10% 이상의 변화가 없어야 한다.
본 실험에서는 제조된 ALC 패널을 KOLAS 공인시험 기관인 대우건설 기술연구원 (경기도 수원 소재)에 의뢰하여 분석하였다. 흡음시험을 진행한 ALC 종류는 다음과 같다.
본 발명자들에 의해 본 발명 전 개발한 Ref. ALC (비중 0.48 및 0.55 등 2종) 및 멜라민 수지 2중량부를 혼합하여 제조한 ALC (1종) 등 총 3종의 시료를 시험하였으며, 본 실험에 의해 제조된 멜라민 수지 2중량부와 KOH 0.6중량부를 첨가한 ALC 패널을 준비하여 비교시험하였다.
흡음시험은 시험방법은 도 4에 도시된 바와 같이, ALC 패널의 크기는 300(가로)×3500(세로)×200mm(두께)로 제작하였다. 제작된 ALC는 트럭으로 이송하였으며, 이송 후 지게차 및 크레인 등을 이용하여 음향실험동 흡음실로 운반하였다. 흡음실로 운반된 ALC는 가로 3.5m, 세로 3m 크기의 바닥판에 조립·설치하였으며, 1종 시험시 사용된 ALC 패널은 6장이 소요되었다. 본 발명자들의 본 발명전 시험결과를 참고하면(도 5 참조), 수지를 혼합하지 않은 ALC들은 비중이 증가함에 따라 주파수별 흡음계수가 낮아지는 특징을 나타내었다. 500Hz 주파수 대역 흡음계수는 ALC 비중 0.55 에서 0.06이었으며, 비중 0.48 에서는 0.11이었다. 또한 NRC 값은 비중 0.55 에서 0.06, 비중 0.48 에서 0.10 이었다.
이러한 현상은 주로 비중의 감소에 따른 기공 함량 증대에 기인하는 것으로 판단된다. 즉, 비중이 낮아 좀 더 많은 기공을 보유한 ALC에서 소리 에너지의 흡수 및 감쇠에 더 큰 영향을 주는 것으로 사료된다.
멜라민 수지를 2중량부 혼합한 ALC의 비중은 0.50, NRC 값은 0.12이었으며, 500Hz에서의 흡음계수는 0.11이었다. 특히 멜라민 수지를 혼합한 ALC 에서는 주파수가 높아질수록 흡음계수가 증가하는 특징을 나타내었다. 이러한 현상은 멜라민 수지의 비중(경화제 함량에 따라 다르나 1.4~1.6g/㎤ 수준)과 탄성에서 기인한다고 판단된다. 특히 ALC의 무기 matrix (탄성계수 1.5GPa) 보다, 매우 우수한 압축강도와 탄성을 갖는 멜라민 수지(탄성계수 4.5~5.5GPa)에 소리 에너지가 유입될 경우, 경화된 멜라민 수지가 진동하여 소리 에너지를 소모시키는 역할을 수행할 수 있다.
특히 에너지가 큰 고주파수 영역에서는 좀 더 우수한 진동효과를 동반하는 것으로 판단된다. 더불어 멜라민 수지 2중량부와 KOH 0.6중량부가 동시에 혼합될 경우에는 1500Hz 이하의 저주파수 영역에서도 효과적인 흡음현상을 관찰할 수 있었다.(첨부도면 도 6참조)
이는 멜라민 수지의 혼합에 따라 도 7에 도시된 바와 같이, ALC의 기공율이 증가하고, ALC 강도 증진에 따라 좀 더 많은 음향에너지가 ALC 매트릭스의 진동에너지로 변화하기 때문으로 추정된다.
하기 표 5는 Ref.와 멜라민 수지(2중량부) + KOH(0.6중량부)를 첨가한 ALC의 기공율 및 기공크기를 나타낸 것이다. 표 5에 나타낸 바와 같이, Ref. ALC의 기공율은 67.35%, 평균 기공크기는 580㎛이었으며, 멜라민수지와 KOH 첨가 ALC의 기공율은 75.19%, 평균 기공크기는 780㎛이었다.
그러므로 멜라민 수지와 KOH의 사용에 따라 기공율은 약 11.6% 증가하였고, 평균 기공크기는 34.5% 증가하였다. 이러한 기공율 및 기공 크기 증가는 ALC의 흡음 특성 향상에 기여했으리라 판단되었다.
구 분 기 공 율 평균 기공크기
(1) Ref. 67.35% 580
(2) 멜라민수지
+ KOH 		75.19% 780
(2) / (1) 100 111.64% 134.48%
이상에서 설명된 바와 같은, 본 발명에 따라 제공되는 알칼리 자극제와, 멜라민 수지, 실리콘오일 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 ALC조성물을 이용하여 ALC 패널을 제조할 경우, 첨가제를 첨가하지 않은 ALC패널에 비해 월등히 우수한 탄산화 저항성을 가지는 ALC패널을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 흡음성도 확보할 수 있는 ALC패널의 제조가 가능한 것을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 시멘트, 규사 및 생석회를 포함하는 시멘트 혼합물 100중량부에 대하여 알루미늄 분말 0.07 ~ 0.10 중량부; 알칼리 자극제 0.3 ~ 0.6중량부; 멜라민 수지, 실리콘오일 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 1.5 ~ 7.0중량부 및 혼합수를 포함하며, 상기 혼합수는 조성물 총중량에 대해 70~80% 수준으로 포함하도록 첨가되는 것을 특징으로 하는 탄산화 저항성이 우수한 경량기포콘크리트 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시멘트 혼합물은 규사 100중량부에 대하여 시멘트 30 ~ 40중량부, 생석회 10 ~ 20중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 알칼리 함유 경량기포콘크리트 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시멘트 혼합물을 구성하는 규사는 밀도 1.4 ~ 1.6이고 고형분의 함량 50 ~ 60%를 만족하는 규석슬러리(Sand slury)와, 밀도 1.3 ~ 1.4이고 고형분의 함량 40 ~ 50%를 만족하는 리턴슬러리(Return slury)로 구성되며, 구성비로 규석슬러리:리턴슬러리는 1:0.4~0.6의 중량비를 가지는 것을 특징으로 하는 알칼리 함유 경량기포콘크리트 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 알칼리 자극제는 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화칼슘으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 알칼리 함유 경량기포콘크리트 조성물.
  5. 청구항 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항 기재의 경량기포콘크리트 조성물을 구성하는 각각의 구성물을 배합비에 따라 믹서에 투입하여 혼합한 후, 숙성몰드에 투입하여 숙성시킨 다음 성형하여 그 성형체를 오토클레이브에 장입하여 수열합성반응시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 경량기포콘크리트의 제조방법.
  6. 청구항 제5항 기재의 제조방법에 의해 제조되는 경량기포콘크리트.
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