KR20180124711A - 경량 건축 재료 제조용 조성물, 경량 건축 재료, 및 경량 건축 재료의 제조방법 - Google Patents
경량 건축 재료 제조용 조성물, 경량 건축 재료, 및 경량 건축 재료의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
개시된 실시예에 따른 경량 건축 재료 제조용 조성물은 시멘트; 상기 시멘트의 부피보다 큰 부피의 규산염광물 성분; 및 상기 규산염광물 성분의 부피에 대해 2.5 내지 7.5 부피%의 석고 분말을 포함한다.
개시된 실시예에 따른 경량 건축 재료는 상기 경량 건축 재료 제조용 조성물을 포함하고, 상기 조성물 내에 복수의 기포가 형성된다.
개시된 실시예에 따른 경량 건축 재료는 상기 경량 건축 재료 제조용 조성물을 포함하고, 상기 조성물 내에 복수의 기포가 형성된다.
Description
본 개시는 경량 건축 재료 및 그 제조방법에 대한 것으로서, 구체적으로 경량 콘크리트 및 경량 모르타르 등에 관한 것이다.
모르타르는 시멘트와 모래로 구성된 조성물에 소정 량의 물을 배합하여, 수화 반응을 통해 경화시키는 건축용 재료이다. 콘크리트는 시멘트와 자갈 등의 골재로 구성된 조성물에 소정 량의 물을 배합하여, 수화 반응을 통해 경화시키는 건축 재료이다. 또한, 경량 기포 콘크리트는, 콘크리트에 인공적으로 다수의 기포를 혼입하여 경량화시킨 건축 재료이다.
모르타르 및 콘크리트는 경화 과정에서 외부의 온도나 습도 등의 영향으로 수축하는 경향이 있다는 것이 알려져 있다.
한편, 건축물이 사용하는 에너지는 전체 에너지 사용량의 상당량을 차지하며, 전 세계적으로 온실가스를 감축하기 위한 친환경적인 건축 기술이 개발의 요구가 커지고 있다. 또한, 2000년대 초반부터 새집증후군(SHS; Sick House Syndrome)의 문제가 집중적으로 주목 받게 되었으며, 최근에는 미세먼지와 곰팡이 서식 등의 주거 환경 개선의 요구가 제기되고 있다. 또한, 주거 환경의 관점에서는 인구 밀집으로 고층 건물이 증가하고, 층간 소음 등의 문제로 세대 간 갈등이 심화되고 있다.
종래에는 모르타르 및 콘크리트의 경화 과정에서 수축으로 인해, 모르타르나 콘크리트의 표면에 다수의 크랙(crack)이 발생하는 문제가 있다. 특히, 종래의 경량 기포 콘크리트의 경우, 경화 과정에서 수축으로 인해 혼입된 기포의 외곽을 이루는 부분이 깨지는 현상(소포 현상 또는 파포 현상이라 지칭됨)이 발생하여, 경량 기포 콘크리트의 강도가 저감되는 문제가 있다. 본 개시의 일 과제는 이러한 문제를 해결하는 것이다.
또한, 종래의 경량 기포 콘크리트는 외부 온도 조건에 따라 기포가 팽창하여, 전체적으로 경량 기포 콘크리트의 부피가 설정치 이상으로 팽창할 수 있는 문제가 있다. 본 발명의 다른 과제는 이러한 문제를 해결하는 것이다.
본 개시의 또 다른 과제는, 소정의 기능을 위해 건축 재료의 비표면적을 늘리거나 건축 재료를 경량화할 때, 건축 재료의 강도가 저감되는 문제를 해결하는 것이다.
본 개시의 또 다른 과제는, 건축물의 단열 및 축열 성능을 극대화하여 에너지 소비를 감축시키고, 상술한 새집증후군, 미세먼지 및 곰팡이 서식 등의 문제를 해결하며, 주거 환경에서 층간 소음을 저감시키는 것이다.
본 개시의 실시예에 따른 경량 건축 재료 제조용 조성물은, 시멘트; 상기 시멘트의 부피보다 큰 부피의 규산염광물 성분; 및 상기 규산염광물 성분의 부피에 대해 2.5 내지 7.5 부피%의 석고 분말을 포함한다.
본 개시의 실시예에 따른 경량 건축 재료는 상기 조성물을 포함한다. 상기 경량 건축 재료의 상기 조성물 내에 복수의 기포가 형성된다.
본 개시의 실시예에 따른 경량 건축 재료의 제조방법은, 상기 조성물과, 물과, 상기 조성물에 대해 0.05 내지 0.1 중량%의 고화제를 배합하는 배합 단계를 포함한다.
본 개시를 통해, 경량 기포 콘크리트 또는 경량 기포 모르타르를 경화할 때 발생하는 수축 현상 및 팽창 현상을 막을 수 있다.
또한, 본 개시를 통해, 경량 기포 콘크리트 또는 경량 기포 모르타르에서 상술한 소포 현상을 막을 수 있고, 해당 건축 재료의 강도 저감을 막을 수 있다.
또한, 상기 규산염광물 성분을 통해, 건축재의 축열 및 단열 성능을 향상시킬 수 있고, 건축물의 소비 에너지를 절감할 수 있다. 또한, 상기 규산염광물 성분을 통해, 새집증후군, 미세먼지 및 곰팡이 문제를 해결하고, 향상된 향균 및 탈취 기능의 발휘가 가능하며, 주거 환경에서 층간 소음을 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 규산염광물은 지각에 매우 많이 분포하는 광물로서 쉽게 채취가 가능한 바, 본 개시를 통해 경제성 있는 건축재를 제공할 수 있다.
도 1의 (a)는 장석이 아닌 일반적인 광물의 표면 구조를 전자 현미경으로 촬영한 확대 사진이고, 도 1의 (b)는 경량 기포 콘크리트의 표면을 전자 현미경으로 촬영한 확대 사진이다.
도 2는 장석의 다공질 표면 구조를 전자 현미경으로 촬영한 확대 사진이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 건축 구조물을 수직으로 자른 단면도이다.
도 4의 (a)는 경량 기포 콘크리트의 공시체가 경화 과정에서 수축된 모습을 보여주는 사진이고, 도 4의 (b)는 경량 기포 콘크리트의 공시체가 경화 과정에서 팽창된 모습을 보여주는 사진이다.
도 5의 (a)는 종래의 경량 기포 콘크리트의 공시체가 수축되며 경화된 모습을 보여주는 사진이고, 도 5의 (b)는 본 개시에 따른 경량 기포 콘크리트의 공시체가 수축 이나 팽창되지 않고 경화된 사진이다.
도 6은, 제1 실험예에 따라, 고화제 첨가 유무에 따른 표본들의 압축 강도 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 제2 실험예에 따라, 경량 기포 콘크리트의 밀도(DE)에 따른 압축 강도(CS)의 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 2는 장석의 다공질 표면 구조를 전자 현미경으로 촬영한 확대 사진이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 건축 구조물을 수직으로 자른 단면도이다.
도 4의 (a)는 경량 기포 콘크리트의 공시체가 경화 과정에서 수축된 모습을 보여주는 사진이고, 도 4의 (b)는 경량 기포 콘크리트의 공시체가 경화 과정에서 팽창된 모습을 보여주는 사진이다.
도 5의 (a)는 종래의 경량 기포 콘크리트의 공시체가 수축되며 경화된 모습을 보여주는 사진이고, 도 5의 (b)는 본 개시에 따른 경량 기포 콘크리트의 공시체가 수축 이나 팽창되지 않고 경화된 사진이다.
도 6은, 제1 실험예에 따라, 고화제 첨가 유무에 따른 표본들의 압축 강도 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 제2 실험예에 따라, 경량 기포 콘크리트의 밀도(DE)에 따른 압축 강도(CS)의 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 개시에서 기재되는 치수와 수치는 기재된 치수와 수치 만으로 한정되는 것은 아니다. 달리 특정되지 않는 한, 이러한 치수와 수치는 기재된 값 및 이것을 포함하는 동등한 범위를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 본 개시에 기재된 '** mm'라는 치수는 '약 ** mm'를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
본 개시에서 언급되는 '경량 건축 재료'는 경량 기포 콘크리트일 수 있다. 콘크리트는 큰 골재를 포함하는 건축 재료이고 모르타르는 큰 골재 대신 모래 크기 정도의 작은 골재를 포함하는 건축 재료이나, 본 설명에서 언급하는 '경량 기포 콘크리트'는, 큰 골재를 포함하는 건축 재료와, 큰 골재를 포함하지 않고 작은 골재를 포함하는 건축 재료를 모두 포괄하는 의미이다. '경량 기포 콘크리트'는, 규산염광물 성분(규산염광물 분말 및/또는 규산염광물 골재)과, 시멘트를 포함한다.
도 1을 참고하여, 일반적인 경량 건축 재료의 일 예인 경량 기포 콘크리트의 표면을 전자 현미경으로 관찰하면, 복수의 기포를 형성하는 복수의 구형 막 구조를 확인할 수 있다. 참고적으로, 도 1의 경량 기포 콘크리트는, 장석 분말과 시멘트의 배합 비율을 9:1로 혼합한 후 여기에 경량 기포를 혼합하여 제작된 것으로서, 경량 기포는 전체 체적의 40%가 되도록 하였다. 상기 소포 현상은 상기 구형 막 구조가 깨지는 것을 의미한다. 이러한 소포 현상을 막기 위해서는, 경화 과정 중 경량 기포 콘크리트(또는 경량 기포 모르타르)의 수축 또는 팽창을 막을 필요가 있다.
본 개시의 실시예에 따른 경량 건축 재료 제조용 조성물은 시멘트를 포함한다. 상기 조성물은 규산염광물 성분을 포함한다. 상기 조성물은 석고 분말을 포함한다.
상기 규산염광물 성분은 규산염광물 골재 및 규산염광물 분말 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 규산염광물 골재는 상대적으로 큰 입도를 가진 규산염광물 성분을 의미하고, 상기 규산염광물 분말은 상대적으로 작은 입도를 가진 장석 성분을 의미한다. 상기 규산염광물 골재는 0.5mm 이상의 입도를 가진 규산염광물 성분을 의미하고, 상기 규산염광물 분말은 200μm이하의 입도를 가진 규산염광물 성분을 의미할 수 있다.
입도는, 입자의 선별에 사용하는 체눈(체코)의 크기에 의해서 규정된다. 입도는 입자들의 평균 입경일 수 있다. 여기서, 입경이란 입자들을 구분하는 입자의 유효지름을 의미한다.
상기 조성물은, 물과 반응하여 입자들 간의 결합력을 발생시키는 분말 바인더를 포함할 수 있다. 상기 분말 바인더는 상기 시멘트를 포함한다. 상기 분말 바인더는 상기 규산염광물 분말을 더 포함할 수 있다.
상기 규산염광물 성분은 규산염광물 분말을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 규산염광물 분말은 분말 바인더의 구성 요소로서, 상기 조성물이 규산염광물을 포함하면 상기 조성물 내 시멘트의 양을 줄일 수 있고, 시멘트의 양이 줄어들면 시멘트 경화 시 발생하는 경량 건축 재료의 수축 현상을 완화시킬 수 있다.
상기 규산염광물 성분은, 상기 규산염광물 골재 및 상기 규산염광물 분말을 모두 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 이를 통해, 경량 건축 재료의 경화 시 수축 현상을 방지하면서도, 경화된 경량 건축 재료의 압축 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 규산염광물 성분은 장석 성분일 수 있다. 이 경우, 상기 규산염광물 분말은 장석 분말이고, 상기 규산염광물 골재는 장석 골재이다.
도 2를 참고하여, 장석의 표면을 전자현미경으로 관찰하면, 장석의 다공질(多孔質) 구조를 확인할 수 있다. 연구 결과, 장석 내부의 공극의 빈도는 1cm3의 부피에 80,000 내지 200,000개임이 확인된다. 전자현미경의 관찰 결과 만으로도, 장석이 아닌 일반적인 광물의 표면 구조(a)에 비해 장석의 표면 구조(b)에 현저히 더 많은 공극이 관찰된다. 상기 장석 성분을 포함하는 경량 건축 재료는, 이러한 장석의 다공질 구조 특징에 의해, 향상된 축열 성능, 향균 및 탈취 성능, 및 흡음 및 차음 성능을 발휘한다.
규산염광물 분말은 50 ㎛ 이하의 입도를 가지는 것이 바람직하다. 이를 통해, 규산염광물 분말이 입자들 사이의 소정의 결합력을 발생시킬 수 있다는 것이 실험적으로 확인된다. 물론, 규산염광물 분말은 0 μm 초과의 입도를 가진다.
규산염광물 골재는 작은 골재(예를 들어, 모래 크기의 골재) 및 큰 골재(예를 들어, 자갈 크기의 골재) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 규산염광물 골재는 상기 규산염광물 분말의 입도보다 큰 입도를 가진다. 규산염광물 골재는 0.5 mm 이상 40mm 이하의 입도를 가질 수 있다. 규산염광물 골재는 0.6 내지 2.5 mm의 입도를 가질 수 있고, 이 경우 상기 조성물을 이용하여 경량 기포 모르타르를 제조할 수 있다.
시멘트는 수경성 시멘트(hydraulic cement)일 수 있다. 상기 수경성 시멘트에는 포틀랜드 시멘트, 혼합시멘트 및 특수시멘트 등이 있다. 본 개시의 실시예에 따른 시멘트는 포틀랜드 시멘트이나, 반드시 이에 제한될 필요는 없다.
석고 분말은 석고를 잘게 부순 것이다. 석고 분말의 입도는 규산염광물 골재의 입도보다 작다. 석고는 조성에 따라 결정 석고, 반수 석고, 무수 석고의 세 종류로 나누어지면, 본 실시예의 석고는 결정 석고(CaS04·2H20)이다. 석고 분말은 상기 조성물이 물과 배합되어 경화되는 과정에서, 시멘트의 발열에 따라 석고가 열변화하며 물을 내보낸다. 이러한 작용에 의해서, 상기 분말 바인더(특히, 시멘트)의 급속한 경화로 인한 수축 변형을 막아준다.
한편, 본 개시의 실시예에 따른 경량 건축 재료는, 상기 경량 건축 재료 제조용 조성물을 포함한다. 상기 경량 건축 재료의 상기 조성물 내에 복수의 기포가 형성된다. 여기서, 복수의 기포는 발포제 또는 기포제 등을 상기 조성물에 배합함으로써 형성될 수 있다.
한편, 도 3을 참고하여, 경량 건축 재료 제조용 조성물을 이용한 건축 구조물을 설명하면 다음과 같다. 상기 건축 구조물은, 건축 구조물의 하중을 지면에 전달하는 구조체(10)와, 상기 구조체(10)에 의해 지지되는 난방용 바닥(100)을 포함한다.
구조체(10)은 난방용 바닥(100)을 지지하는 바닥 구조체(11)를 포함한다. 구조체(10)은 바닥 구조체(11)에 연결되는 사이드 구조체(15)를 포함한다.
바닥 구조체(11)는 철근 콘크리트 또는 강판 등의 구조를 이용하여 형성될 수 있다. 사이드 구조체(15)는 벽 또는 기둥을 포함할 수 있다. 바닥 구조체(11)의 하중은, 사이드 구조체(15)를 통해 지면에 전달될 수도 있고, 직접 지면에 전달될 수도 있다.
난방용 바닥(100)은 소정의 모르타르가 경화되어 형성된 모르타르층(110)을 포함한다. 모르타르층(110)은 상하로 두께를 가지는 판형의 구조를 형성할 수 있다. 본 실시예에서, 모르타르층(110)은 50mm 두께를 가진다.
모르타르층(110)은 바닥 구조체(11) 위에 배치된다. 본 실시예에 따른 난방용 바닥(100)의 모르타르층(110)과 바닥 구조체(11) 사이에는 경량 건축 재료층(130) 및 보조 단열재(140)가 배치된다.
모르타르층(110) 위에 추가적인 마감재(미도시)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 추가적인 마감재로는 장판이나 타일 등이 있다.
난방용 바닥(100)은, 모르타르층(110)에 매립되는 발열 모듈(120)을 포함한다. 발열 모듈(120)은, 발열 가능하게 구성된다. 모르타르층(110)은 발열 모듈(120)에 의해 가열된다.
발열 모듈(120)은 온수가 흐르는 통로를 형성하는 온수 배관(120)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 온수 배관(120)의 인접한 2개의 직선 구간 사이의 간격은 250mm가 되도록, 온수 배관(120)이 설치된다.
난방용 바닥(100)은, 바닥 구조체(11) 위에 배치되는 경량 건축 재료층(130)을 포함한다. 경량 건축 재료층(130)은 상하로 두께를 가지는 판형의 구조를 형성할 수 있다. 본 실시예에서, 경량 건축 재료층(130)은 50mm 두께를 가진다.
여기서, 경량 건축 재료층(130)이 바닥 구조체(11) "위에" 배치된다는 의미는, 경량 건축 재료층(130)이 바닥 구조체(11) "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라, 경량 건축 재료층(130)과 바닥 구조체(11)의 사이에 다른 재질의 층이 위치하는 경우까지 포괄한다. 본 실시예에 따른 난방용 바닥(100)의 경량 건축 재료층(130)과 바닥 구조체(11) 사이에는 보조 단열재(140)가 배치되나, 반드시 이에 제한될 필요는 없다.
경량 건축 재료층(130)과 모르타르층(110)는 서로 접촉하며 배치될 수도 있고, 경량 건축 재료층(130)과 모르타르층(110) 사이에 다른 재질의 층이 배치될 수도 있다.
본 실시예에서는 경량 건축 재료가 건축 구조물의 바닥 부분에 사용된 것을 보여주나, 이에 제한될 필요 없이, 경량 건축 재료는 건축 구조물의 벽체 부분이나 천장 부분에 사용될 수도 있다.
경량 건축 재료는 경량 기포 및 규산염광물 성분에 의해 공기를 함유하고 있어, 이를 건축 구조물에 활용 시, 단열 성능 및 방음 성능을 현저히 상승시키고, 비표면적의 확대로 인해 규산염광물이 양이온 치환 성능을 발휘하기 더욱 유리해진다.
난방용 바닥(100)은, 바닥 구조체(11)와 경량 건축 재료층(130) 사이에 배치되는 보조 단열재(140)를 포함할 수 있다. 보조 단열재(140)는 바닥 구조체(11)보다 단열 성능이 우수한 재질로 형성된다.
보조 단열재(140)는 상하로 두께를 가지는 판형의 구조를 형성할 수 있다. 본 실시예에서, 보조 단열재(140)은 30mm 두께를 가진다.
한편, 상기 조성물의 배합 비율에 대해 설명하면 다음과 같다. 상기 조성물은, 시멘트와, 상기 시멘트의 부피(부피%)보다 큰 부피(부피%)의 규산염광물 성분을 포함한다. 이를 통해, 시멘트에 비해 인체에 이로운 규산염광물을 다량 이용하여, 친환경적인 건축 환경 조성이 가능하다.
도 4는, 경량 기포 콘크리트의 공시체가 경화 과정에서 수축(a)되거나 팽창(b)한 모습을 보여준다. 경량 기포 콘크리트의 수축 또는 팽창은 상기 소포 현상을 유발하는 문제가 있다. 경량 기포 콘크리트의 건조로 인한 수축을 막기 위해 상기 조성물은 석고 분말을 더 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 지나치게 많은 양의 석고 분말은 오히려 경량 기포 기포 콘크리트의 팽창을 유발할 수 있다.
도 5를 참고하여, 상기 조성물은, 시멘트 및 상기 규산염광물 성분과 함께, 상기 규산염광물 성분의 부피에 대해 2.5 내지 7.5 부피%의 석고 분말을 더 포함함으로써, 경량 건축 재료(경량 기포 콘크리트)의 수축 및 팽창을 막을 수 있다(도 5의 (b) 참고). 여기서, 규산염광물 성분의 부피%(Vf)에 대한 석고 분말의 부피%(Vp)의 비율(
)은 2.5 내지 7.5 %이다.
연구를 통해 석고 량에 대한 실험을 진행하였다. 본 실험 결과에 따르면, 석고를 포함하지 않은 경량 기포 콘크리트는 경화 과정에서 6.8%의 수축 변화를 보이고, 상기 규산염광물 성분의 부피에 대해 10 부피%의 석고 분말을 포함한 경량 기포 콘크리트는 경화 과정에서 0.1%의 팽창 변화를 보이고, 상기 규산염광물 성분의 부피에 대해 5 부피%의 석고 분말을 포함한 경량 기포 콘크리트는 경화 과정에서 수축 또는 팽창 변화가 없는 것이 확인되었다.
바람직하게, 상기 규산염광물 성분은 80 내지 90 부피%이고, 상기 시멘트는 5 내지 15 부피%이고, 상기 석고 분말은 상기 규산염광물 성분의 부피에 대해 2.5 내지 5.5 부피%일 수 있다. 여기서, 규산염광물 성분의 부피%(Vf)에 대한 석고 분말의 부피%(Vp)의 비율(
)은 2.5 내지 5.5 %이다. 더욱 바람직하게는, 상기 석고 분말은 상기 규산염광물 성분의 부피에 대해 3.5 내지 5.5 부피%일 수 있다. 본 실시예에서, 상기 조성물은, 약 86.5 부피%의 규산염 광물과, 약 10 부피%의 시멘트와, 약 3.5% 부피%의 석고 분말을 포함한다.
본 설명에서 언급되는 부피%는, 해당 구성의 입자들 사이의 공극을 포함하는 부피를 기준으로 측정된다. 예를 들어, 상기 86.5 부피%의 규산염광물 성분이란, 규산염광물 성분으로만 이루어진 재료를 용기에 담았을 때 차지하는 공극을 포함하는 제1 부피(V1)와, 시멘트로만 이루어진 재료를 용기에 담았을 때 차지하는 공극을 포함하는 제2 부피(V2)와, 석고 분말로만 이루어진 재료를 용기에 담았을 때 차지하는 공극을 포함하는 제3 부피(V3)의 합(V1+V2+V3)에 대한, 상기 부피(V1)의 비율(
)이 86.5%라는 의미이다.
한편, 상기 조성물이 상기 규산염광물 분말을 포함하는 경우, 상기 시멘트의 부피 및 상기 규산염광물 분말의 부피의 합은, 상기 조성물 전체 부피에 대해 20 내지 30 부피%인 것이 바람직하다. 이를 통해, 경량 건축 재료의 경화 과정에서 입자들 사이의 소정치 이상의 결합력을 확보할 수 있다.
또한, 상기 규산염 광물은, 상기 규산염광물 성분의 부피에 대해 15 내지 25 부피%의 상기 규산염광물 분말과, 상기 규산염광물 성분의 부피에 대해 75 내지 85 부피%인 규산염광물 골재를 포함하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 경량 건축 재료의 충분한 강도를 확보할 수 있다.
한편, 상기 조성물의 제조방법은, 설정된 입도의 규산염광물 골재 및 및/또는 규산염광물 분말을 추출하는 추출 단계를 포함할 수 있다. 상기 추출 단계에서, 규산염광물을 분쇄시키고 설정된 입도에 해당하는 규산염광물 골재 및/또는 규산염광물 분말을 걸러낼 수 있다.
상기 조성물의 제조 방법은, 규산염광물 골재 및/또는 규산염광물 분말을 소정의 소성 온도로 소성 처리하는 소성 단계를 포함할 수 있다. 소성 처리를 통해, 규산염광물 성분 내에 잔재하는 불순물을 제거할 수 있다
한편, 상기 경량 건축 재료 제조방법은, 상기 경량 건축 재료 제조용 조성물과, 물을 배합하는 배합 단계를 포함한다. 상기 배합 단계에서, 상기 조성물과 상기 물의 배합물에 고화제를 더 배합할 수 있다. 상기 배합 단계에서, 상기 배합물에 복수의 기포를 혼입할 수 있다. 상기 배합 단계를 통해, 상기 경량 건축 재료의 경화(수화 반응)가 시작된다.
상기 배합 단계에서, 소정의 물/바인더비(W/B)에 따른 물(Water)을 배합하여, 경량 건축 재료를 제조할 수 있다. 여기서, 물/바인더비(W/B)는 중량비로서, 상기 분말 바인더의 중량(B)에 대한 물의 중량(W)의 비율을 의미한다. 예를 들어, 물/바인더비(W/B)는 35 내지 45 %일 수 있다.
상기 배합 단계에서, 배합물에 복수의 기포를 혼입할 수 있다. 복수의 기포를 혼입하는 방식은, 기포제나 발포제 등의 혼화제를 배합물에 섞어 상기 조성물의 내부적으로 기포가 발생하게 하는 방식과, 이미 발생된 복수의 기포를 상기 배합물에 섞어주는 방식이 있다.
상기 배합 단계에서, 상기 조성물과, 물과, 상기 조성물에 대해 0.05 내지 0.1 중량%의 고화제를 배합하는 것이 바람직하다. 여기서, 고화제(St)의 중량%는, 상기 조성물의 중량에 대한 상기 고화제(St)의 중량의 비율을 의미한다. 이를 통해, 경량 건축 재료의 압축 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이와 더불어, 경량 기포 콘크리트에서는 고화제가 건조 수축을 저감시켜주는 역할도 할 수 있다.
상기 고화제는 수용액 상태로 분사되어 상기 배합물과 혼합될 수 있다. 상기 고화제는 무기질과 금속염류로 제조될 수 있다. 예를 들어, 고화제는, Sodium chloride, Potassium chloride, Magnesium chloride, Calcium chloride, Ferric chloride, Sodium sulfate,Citric acid 등을 포함할 수 있다.
도 6을 참고하여, 고화제와 관련된 제1 실험예를 설명하면 다음과 같다. 모두 6개의 경량 건축 재료의 공시체를 제작한다. 3개의 공시체(O)는 고화제를 배합하지 않은 상태로 경화시키고, 나머지 3개의 공시체(Q)는 상기 조성물에 대해 0.05%의 고화제를 배합한 상태로 경화시킨다. 여기서, 상기 고화제의 배합 유무 외의 나머지 조건들은 상기 6개의 공시체에서 모두 동일하다. 해당된 공시체를 소정의 재령 기간 동안 경화시킨 후, 압축 강도(C)를 측정한 결과, 상기 3개의 공시체(O)의 평균적인 압축 강도(CSo)는 0.87Mpa로 측정되고, 상기 3개의 공시체(Q)의 평균적인 압축 강도(CSq)는 2.36Mpa로 측정된다. 결과적으로, 상기 압축 강도(CSo)와 상기 압축 강도(CSq)는 약 2.72배의 차이(D)를 보인다.
한편, 경량 기포 콘크리트(경량 건축 재료)의 설계 밀도와 설계 부피가 정해지면, 경량 기포 콘크리트에 형성되어야 할 복수의 기포의 부피가 산정될 수 있다. 경량 건축 재료 내의 기포의 부피가 커질수록, 경량 건축 재료의 밀도는 낮아진다.
경량 기포 콘크리트의 부피 및 설계 밀도에 따른 복수의 기포의 부피 산정식의 예시는 다음의 수학 식 및 설명과 같다.
여기서, Mmax는 기포를 제외한 조성물 전체 중량이고, Ma는 규산염광물 성분 중량이고, Mb는 시멘트 중량이다. 또한, Va는 규사염광물 성분 부피이고, ρa는 규산염광물 성분 밀도이고, Ra는 규산염광물 성분 비율이다. 또한, Vb는 시멘트 부피이고, ρb는 시멘트 밀도이고, Rb는 시멘트 비율이다.
여기서, X는 설계 밀도 비율이고, Vmax는 경량 기포 콘크리트의 부피이다. 또한, DA는 시멘트 재료의 혼합 밀도이고, D1은 경량 기포 콘크리트의 설계 밀도이다. 또한, LW는 복수의 기포의 부피이다.
여기서, M1은 규산염광물 성분 설계 중량이고, M2는 시멘트 설계 중량이고, MF는 설계 혼합 중량이다. 상기 수학식 3은, 감소된 경량기포의 체적 비율 X만큼 남은 재료들도 X 값의 비율로 감소시켜 배합한다는 의미가 있다.
상기 수학식 1 내지 수학식 3를 통해, 경량 기포 콘크리트 내의 복수의 기포의 부피(LW)를 산출할 수 있다.
도 7의 제2 실험예를 참고하여, 경량 기포 콘크리트의 설계 밀도(DE)에 따른 압축 강도(CS)의 측정 결과를 설명하면 다음과 같다. 전체적으로, 설계 밀도(DE)를 작게할수록 압축 강도(CS)가 작아지는 경향이 있다. 이에 따라, 요구되는 압축 강도(CS)를 만족하는 수준에서, 경량화를 위해 요구되는 설계 밀도(DE)를 정함으로써, 상기 경량 기포 콘크리트(경량 건축 재료)의 제조 과정에서 혼입되는 기포의 체적을 결정할 수 있다.
이상 일부 실시예들과 첨부된 도면에 도시된 예에 의해 본 개시의 기술적 사상이 설명되었지만, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 본 개시의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 치환, 변형 및 변경은 첨부된 청구범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
10: 구조체
11: 바닥 구조체
15: 사이드 구조체 100: 난방용 바닥
110: 모르타르층 120: 발열 모듈
130: 경량 건축 재료층 140: 보조 단열재
15: 사이드 구조체 100: 난방용 바닥
110: 모르타르층 120: 발열 모듈
130: 경량 건축 재료층 140: 보조 단열재
Claims (11)
- 시멘트;
상기 시멘트의 부피보다 큰 부피의 규산염광물 성분; 및
상기 규산염광물 성분의 부피에 대해 2.5 내지 7.5 부피%의 석고 분말을 포함하는, 경량 건축 재료 제조용 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 시멘트는 5 내지 15 부피%이고,
상기 규산염광물 성분은 80 내지 90 부피%이고,
상기 석고 분말은 상기 규산염광물 성분의 부피에 대해 2.5 내지 5.5 부피%인, 경량 건축 재료 제조용 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 규산염광물 성분은, 50 ㎛ 이하의 입도를 가진 규산염광물 분말을 포함하는, 경량 건축 재료 제조용 조성물. - 제3항에 있어서,
상기 규산염광물 성분은, 1 mm 이상의 입도를 가진 규산염광물 골재를 더 포함하는, 경량 건축 재료 제조용 조성물. - 제3항에 있어서,
상기 규산염광물 분말은, 상기 규산염광물 성분의 부피에 대해 15 내지 25 부피%이고,
상기 규산염광물 성분은,
상기 규산염광물 분말의 입도보다 큰 입도를 가지고, 상기 규산염광물 성분의 부피에 대해 75 내지 85 부피%인 규산염광물 골재를 더 포함하는, 경량 건축 재료 제조용 조성물. - 제3항에 있어서,
상기 시멘트의 부피 및 상기 규산염광물 분말의 부피의 합은 20 내지 30 부피%인, 경량 건축 재료 제조용 조성물. - 제6항에 있어서,
상기 시멘트는 5 내지 15 부피%인, 경량 건축 재료 제조용 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 규산염광물 성분은 장석 성분인, 경량 건축 재료 제조용 조성물. - 제1항 내지 제8항 중 어느 하나에 따른 경량 건축 재료 제조용 조성물을 포함하고,
상기 조성물 내에 복수의 기포가 형성되는, 경량 건축 재료. - 제1항 내지 제8항 중 어느 하나에 따른 경량 건축 재료 제조용 조성물과, 물과, 상기 경량 건축 재료 제조용 조성물에 대해 0.05 내지 0.1 중량%의 고화제를 배합하는 배합 단계를 포함하는, 경량 건축 재료의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 배합 단계에서, 배합물에 복수의 기포를 혼입하는, 경량 건축 재료의 제조방법.
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