KR20210043340A - 고분말 플라이애시를 이용한 모듈러 건축물의 벽체용 무기발포 조성물 및 이를 이용한 모듈러 건축물 구축용 벽체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 경량벽체 구성에 있어서 순환유동층 플라이애시와 뮬유리, 과산화수소를 주원료로하는 발포소재를 만들어 경량벽체 내부를 충진함으로써 벽체의 단위질량을 감소하고, 더불어 내화성, 단열성을 확보하는 것을 측징으로 하는 조성물에 관한 것이다. 특히 이러한 배합은 산업부산물을 활용함으로써 경제성을 확보할 수 있고 상온에서 경화가 이루어져 별도의 양생설비가 필요치 않아 경제성을 확보할 수 있다. 이를 사용한 모듈러 건축물의 전체 중량을 감소하여 시공성 및 이동성을 향상할 수 있을 것으로 판단한다.
Description
본 발명은 이동이 가능한 모듈러 건축물의 벽체를 구축하는데 이용되는 무기발포 조성물 및 이를 이용하여 제작되는 모듈러 건축물 구축용 벽체에 관한 것으로서, 구체적으로 단위질량이 작은 무기질계 성분으로서 고분말 플라이애시를 포함하여 발포되는 성질을 가지고 있어서, 경량의 벽판을 제작하기에 적합한 "고분말 플라이애시를 이용한 모듈러 건축물의 벽체용 무기발포 조성물 및 이를 이용한 모듈러 건축물 구축용 벽체"에 관한 것이다.
모듈러 건축물은, 사용하고자 하는 장소에 부재를 이동하고 기중기 및 크레인을 이용하여 부재를 양중하여 조립하는 방식으로 구축된다. 따라서 모듈러 건축물의 시공 효율성 향상을 위해서는 모듈러 건축물을 구성하는 구조부재, 특히 벽체를 이루는 벽판의 중량을 최소화시켜야 한다. 종래에는 벽체로 사용하는 부재에 대하여 내화규정 등의 법적 요건이 특별히 규정되어 있지 않았으므로, 통상적으로 소위 "스치로폼"이라고 불리는 저가의 발포수지로 이루어진 제품을 사용해왔으나, 이러한 종래의 발포수지 벽판의 경우, 화재 발생시 유독가스의 분출 등으로 인한 문제가 발생할 수 있으며, 유리섬유 등은 미세한 유리섬유 분말이 노출되어 거주자의 건강에 유해한 요소로 작용할 수 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 모듈러 건축물의 벽체를 이루게 되는 벽판 제작에 적합하며, 화재에 대한 저항성이 높고, 환경적으로 안정하며, 경제성을 갖추고 있는 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 다음과 같은 방법을 사용하여 목표에 달성하고자 하였다.
첫째, 분말도가 7,000 cm2/g 이상인 순환유동층 보일러 발생 플라이애시를 결합재로 사용하였다. 이 결합재 중 CaO 성분이 24% 내외로 일반적인 플라이애시 5% 정도의 수준 보다 매우 높은 경화 구조를 가지고 있다. 특히, 반응성이 높은 Free CaO 함량이 6% 범위를 가지고 있어 시멘트를 대체하는 우수한 결합재의 성능을 가지고 있다. 따라서 자체적인 수화물구성이 가능하며, 알칼리와 반응하여 기포 형성을 진행될 수 있다. 즉, 제품을 최대한 단순화하기 위하여 사용 재료를 플라이애시, 시멘트로 하고, 물유리와 과산화 수소만으로 한정하도록 하였다.
둘째, 판재의 두께는 50mm판재를 기준으로 하였다. 제품의 증량 감소 및 내부의 공간 확보를 위하여 벽체 구성을 최소화 하는 방안으로 적용하였으며, 이때 내화 성능 30분을 충족하도록 설계를 실시하였다. 기포의 함유량이 60%를 초과하도록 하여 다량의 폐쇄 기포가 단열 효과를 높이도록 설계하였다.
셋째, 경제성 확보를 위하여 가격이 15~20원/kg 플라이애시 사용량을 70% 이상으로 하였으며, 별도의 양생공정 없이 제품 성형이 완료되는 시스템 으로 구축하였다.
본 발명에 따라 획득할 수 있는 효과는, 무기질 원료로 구성된 발포물질을 벽체의 충전재로 사용함으로써 경량성, 경제성, 화재 안전성, 시공성을 확보할 수 있는 것이다. 밀도가 0.5g/cm3 미만으로 가벼워 중량을 낮춰야 하는 모듈러 건축물에 적정하게 적용이 가능하며, 산업 부산물인 플라이애시를 80% 범위로 사용하고 비용이 많이 소요되는 설비를 사용하지 않음으로써 경제성을 맞출 수 있고, 무기질계 발포블럭에 의한 구성물로 화재시 유독가스의 분출이나 연소가 되지 않으며, 단열성을 확보할 수 있고, 마지막으로 제품 제조가 간편한 특징을 가짐으로써 모듈러 건축물의 경쟁력 확보가 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 경량 벽체에 사용되는 심재의 종류를 정리한 개략적인 표이다.
도 2는 본 발명의 조성물에 의해 벽판을 제작하는 과정을 보여주는 도면 대용 사진이다.
도 3은 본 발명의 벽판에 대해 시험을 수행하기 위한 시험용 프레임을 보여주는 도면 대용 사진이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 벽판에 대해 내화성 실험을 수행한 결과를 보여주는 도면 대용 사진이다.
도 2는 본 발명의 조성물에 의해 벽판을 제작하는 과정을 보여주는 도면 대용 사진이다.
도 3은 본 발명의 벽판에 대해 시험을 수행하기 위한 시험용 프레임을 보여주는 도면 대용 사진이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 벽판에 대해 내화성 실험을 수행한 결과를 보여주는 도면 대용 사진이다.
모듈러 건축물을 이루는 벽체를 구축하기 위하여 사용될 벽판에 대해서는 다음과 같은 성능이 요구된다.
첫째, 이동이 가능하고 양중이 용이하여야 한다.
이러한 성능을 갖도록 하려면, 벽판의 중량이 작아야 한다. 모듈러 건축물의 주요 부재는 철골 또는 목구조로 구성할 수 있다. 모듈러 건축물에서, 바닥 부재의 경우는, 층간 소음 등의 문제를 해결하기 위하여 콘크리트 타설에 의한 마감을 실시하게 되는데, 이는 모듈러 건축물 전체의 중량을 증가시키는 원인이 된다. 따라서 모듈러 건축물의 전체 중량 증가를 억제하고 경량화시키기 위해서는 벽체의 중량을 줄일 필요가 있고, 이를 위해서는 벽체로는 경량 벽판을 이용하여야 한다.
둘째, 부재의 조립과 설치가 용이해야 한다.
모듈러 건축물을 구축할 때에는, 기본 구조부재를 운반하여 현장에 설치한 후, 이미 규정되어진 설비와 설치 방법 등에 따라 다른 부재들과 연결 조립하게 된다. 따라서 모듈러 건축물의 공기를 단축하고 시공비용을 줄이기 위해서는 부재간의 조립 결합이 용이해야 한다.
셋째, 건축물의 성능 요건을 충족하여야 한다.
모듈러 건축물이 일정 규모 이상 증가하면, 구조부재를 비롯한 각각의 부재에 대한 물리적 가이드라인, 성능 요건 들이 적용되며, 특히 기둥 및 바닥에 대해서는 내화 성능 기준, 층간 소음 기준 등이 적용된다. 벽체에 대해서도 여러 가지 성능 요건이 적용되는 바, 이를 충족시켜야 한다.
넷째, 내구성을 확보할 수 있어야 한다.
모듈러 건축물은 비록 부재의 조립에 구축되는 것이지만, 상당 기간의 수명이 보장되어야 한다. 따라서 벽체 역시 모듈러 건축물의 수명 보장을 위한 충분한 내구성을 확보하여야 한다.
본 발명은 모듈러 건축물의 벽체를 이루는 벽판을 제작함에 있어서, 위와 같은 요건들을 모두 충족할 수 있도록 하는 기술에 관한 것으로서, 우수한 경량성, 경제성, 내구성 및 화재안정성(내화성)을 가지는 벽판(패널)을 제작할 수 있는 조성물이다. 본 발명에 따른 조성물은 현장에서의 혼합에 의해 한 쌍의 판재 사이의 공간에서 발포되어 판재 사이를 충진하게 됨으로써 모듈러 건축물 구축용 벽체를 이루게 되는 조성물이다.
본 발명의 조성물은, 단위질량이 작은 무기질계 성분을 포함하는 모듈러 건축물의 벽체용 무기발포 조성물로서, 시멘트, 순환유동층 활력발전소에서 배출되는 플라이애시, 고로슬래그 미분말, 물유리 및 과산화수소를 포함한다. 구체적으로 본 발명에 따른 조성물은, 결합재, 물, 물유리(Sodium Silicate/소듐 실리케이트) 및 과산화수소를 포함한다. 여기서 결합재는, 결합재 전체의 중량을 100중량부라고 하였을 때, 순환유동층 플라이애시를 60~85중량부, 보통 포틀랜드 시멘트 5~20중량부 및 고로슬래그 미분말을 5~20중량부로 포함하여 구성되며, 물유리는 수용액의 형태로 포함되는데, 물의 중량을 100중량부라고 하였을 때, 8~14중량부로 포함되며, 과산화수소는 물의 중량을 100중량부라고 하였을 때 3.5~5.5중량부로 포함된다.
특히, 본 발명에서 결합재의 구성이, 플라이애시, 고로슬래그 및 시멘트는 각각 결합재의 총 중량을 100중량부라고 할 때 60중량부, 20중량부 및 20중량부로 포함되는 것일 수 있다. 또한 본 발명의 조성물에서 소듐 실리케이트는 10중량부로 포함되고, 과산화수소수는 4중량부로 포함될 수 있다.
순환유동층 활력발전소(순환유동층 보일러)에서 배출되는 플라이애시(순환유동층 플라이애시)는 본 발명의 조성물에서 결합재 중 무기질계 성분으로서 포함되는데, 구체적으로 분말도 6000~8000㎠/g 인 플라이애시이다. 본 발명에서 플라이애시의 분말도는 7,000㎠/g인 것이 바람직하다. 본 발명의 조성물에서 결합재로 사용되는 "순환유동층 활력발전소 배출 플라이애시"의 경우, CaO 성분이 24% 내외인데, 이는 일반적인 플라이애시의 CaO 성분 5% 정도보다 매우 높으며, 따라서 매우 우수한 경화 구조를 가지고 있다. 특히, 본 발명의 조성물에서 결합재로 사용되는 "순환유동층 활력발전소 배출 플라이애시"의 경우, 반응성이 높은 Free CaO 함량이 6% 범위를 가지고 있으므로, 시멘트를 대체할 수 있는 우수한 결합재의 성능을 가지고 있으며, 자체적인 수화물구성이 가능하고, 알칼리와 반응하여 기포를 형성하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 조성물에서 결합재로 사용되는 "순환유동층 활력발전소 배출 플라이애시"는 CaO 함량이 매우 높으며, 따라서 대량의 알칼리 활성화제를 사용하지 않더라도 경화시킬 수 있게 되는 특성이 발휘된다.
본 발명에서는 위와 같은 조성물을 현장에서 발포시켜서 블록 형태로 만들어서 모듈러 건축물의 벽체를 이루는 벽판을 형성하게 된다. 즉, 결합재를, 물, 과산화수소 및 물유리와 분리시킨 채 현장으로 이송하고, 이들 재료를 모두 혼합하여 사용하게 되는데, 이들 재료를 혼합하게 되면 발포가 이루어지고, 이를 패널 형태로 성형하게 되는 것이다. 즉, 간격을 두고 있는 한 쌍의 판재 사이에서, 상기한 본 발명의 조성물을 주입하여 발포시킴으로써, 발포된 물질이 판재 사이에 채워진 구성을 가지도록 모듈러 건축물 구축용 벽체을 구축하는 것이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 아래와 같은 효과가 발휘된다.
첫째, 경량성의 확보
모듈러 건축물를 구축할 때, 각 부재의 효율적인 양중과 조립 설치를 위해서는, 각 부재의 경량성이 필요하다. 즉, 모듈러 건축물을 이루는 판재는 경량화되어야 하는 것이다. 일반적으로 벽체의 구축에 사용되는 판재는 석고보드 마감안쪽에 유리면을 사용하거나 기타 무기질계 충전재를 사용하는 경향이 있다. 본 발명의 조성물을 이용하면, 밀도 0.5g/㎤ 미만의 발포 블록을 제조할 수 있고, 이러한 발포 블록으로 벽체용으로 사용되는 벽판을 제작할 수 있게 되는 바, 이러한 경량화를 통해서 모듈러 건축물의 전체적인 중량을 줄일 수 있게 된다.
둘째, 친환경성 확보
본 발명에서 확보하게 되는 친환경성은 두가지 측면으로 설명된다. 우선 사용자 측면에서 인체에 유해한 유리섬유 등이 공기중에 비산되는 유리섬유 단열재를 사용하지 않는다는 점이다. 최근 화재 등의 우려로 인하여 유리섬유 단열재의 사용량이 증가하고 있으나 섬유상의 공기중 분산 우려가 있고, 향후 해체 단계에서도 처리가 어려운 물질로 구분되어 있어 이를 사용하지 않도록 하는 것은 거주자의 환경개선에 매우 중요한 사항이라고 할 수 있다. 본 발명을 이용하게 되면, 이러한 유리섬유 단열재의 사용이 필요없는 바, 이러한 측면에서 친환경성이 확보된다.
다음으로는 산업부산물인 플라이애시를 사용함으로써 자원 재활용 기반 벽체 재료의 공급이 가능하다는 점이다. 즉, 본 발명을 이용하게 되면, 산업부산물을 자원으로서 재활용하게 되는 바, 이러한 측면에서도 친환경성이 확보된다.
셋째, 우수한 품질 성능의 확보
단열재로 사용할 수 있는 우레탄 폼 및 발포 스치로폼 등은 화재시 유독 가스의 발생으로 피해규모를 증가시키는 주요 원인으로 작용하고 있다. 일반적으로 모듈러 건축물이 대규모 공동주택이 아닌 단독 주택 규모로 적용되기 때문에 이러한 건축 규정이 적용되지는 않으나, 건축자재로서 난연성 또는 내화성을 가질 수 있다면 이를 적용하는 것이 타당하다,
본 발명에 의하면 화재에 대한 저항성이 매우 우수한 특성을 가지는 벽판이 제조된다. 즉, 본 발명에 의하면 우수한 내화성을 확보할 수 있는 것이다. 내화성능은 방화문의 성능 기준인 30분 내화를 충족하는 성능 기준을 적용하여 평가할 수 있다. 내화성능을 평가함에 있어서는, 벽체의 심재와 함께 피복 재료의 성능 또한 중요하다. 본 발명에 따른 조성물을 이용하여 벽판을 제작하고, 그 외부에 열전도가 가장 높은 금속 재료를 피복 재료를 배치하여 벽체를 구축한 후, 벽체에 대한 내화성능을 시험하였는 바, 방화문에 대한 30분 내화 기준을 모두 충족하였다.
본 발명의 조성물을 이용한 벽판에 대한 피복 재료로는 무기질재 CRC보드 등도 사용할 수 있으나 내구성을 고려하여 외장재는 금속재료, 내장재는 석고보드, CRC보드 등을 적용할 수 있다.
넷째, 경제성의 확보
본 발명의 조성물을 이루는 주요 원료는 산업부산물인 플라이애시이고, 조성물을 발포시킬 때 약간의 시멘트, Sodium Silicat, 과산화수소 등이 사용되고 있기 때문에 제조원가 또한 매우 낮다. 또한 제조 공정의 경우도 상온 양생을 기본으로 하고 있기 때문에 별도의 에너지의 소요가 필요치 않으며, 기존의 벽체 생산 공정에 적용이 가능하다. 따라서 경세성이 우수하다.
분말도 7000cm2/g 이상의 고분말 플라이애시를 60~85중량%를 주원료로 사용하고 알칼리 공급원으로 시멘트를 5~15중량%를 사용하며, 슬래그 파우더 10~20중량%를 결합재로 사용하며, 제품의 성형을 위하여 Sodium Silicate 10~15중량% 수용액과 기포 발생을 위한 과산화수소를 혼수량의 4~6중량%를 적용한다.
이상과 같은 배합으로 성형을 실시하면, 소재의 발포율이 2.5배 이상 일어나고 공극율은 60% 이상을 확보하여 화재안정성, 경량성, 단열성의 확보가 가능하다.
본 발명의 실시예 및 이와 대비를 위한 비교예는 다음과 같다.
물유리 수용액 10중량%와 과산화수소를 4중량%로 혼합한 배합표는 표1과 같으며, 이때의 물리적 특성은 표 2와 같다. 아래의 표에서 단위는 중량부일 수 있다.
물유리 수용액 12중량%와 괴산화수소를 5중량%로 혼합한 배합표는 표 3과 같으며, 이때의 물리적 특성은 표 4와 같다.
물유리 수용액 15중량%와 괴산화수소를 6중량%로 혼합한 배합표는 표 5와 같으며, 이때의 물리적 특성은 표 6과 같다.
Claims (6)
- 결합재, 소듐 실리케이트(sodium silicate) 수용액, 과산화수소수 및 물을 포함하여 구성되어, 현장에서의 혼합에 의해 한 쌍의 판재 사이의 공간에서 발포되어 판재 사이를 충진하게 됨으로써 모듈러 건축물 구축용 벽체를 이루게 되는 조성물로서,
결합재는 플라이애시, 고로슬래그 및 시멘트로 이루어지는데, 플라이애시는 결합재의 총 중량을 100중량부라고 할 때 60 내지 85중량부로 포함되고, 고로슬래그는 10 내지 20중량부로 포함되며;
소듐 실리케이트 수용액에서, 소듐 실리케이트는 물의 중량을 100중량부라고 할 때 8 내지 14중량부로 포함되며;
과산화수소수에서, 과산화수소는 물의 중량을 100중량부라고 할 때 3.5 내지 5.5중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 조성물. - 제1항에 있어서,
결합재에서, 플라이애시, 고로슬래그 및 시멘트는 각각 결합재의 총 중량을 100중량부라고 할 때 60중량부, 20중량부 및 20중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 조성물. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
소듐 실리케이트는 10중량부로 포함되고,
과산화수소수는 4중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 조성물. - 간격을 두고 있는 한 쌍의 판재 사이에서, 청구항 제1항의 조성물이 발포되어 채워진 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 모듈러 건축물 구축용 벽체.
- 제4항에 있어서,
조성물에 있어서, 결합재에서, 플라이애시, 고로슬래그 및 시멘트는 각각 결합재의 총 중량을 100중량부라고 할 때 60중량부, 20중량부 및 20중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 모듈러 건축물 구축용 벽체. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
조성물에 있어서,
소듐 실리케이트는 10중량부로 포함되고,
과산화수소수는 4중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 모듈러 건축물 구축용 벽체.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190126393A KR20210043340A (ko) | 2019-10-11 | 2019-10-11 | 고분말 플라이애시를 이용한 모듈러 건축물의 벽체용 무기발포 조성물 및 이를 이용한 모듈러 건축물 구축용 벽체 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020190126393A KR20210043340A (ko) | 2019-10-11 | 2019-10-11 | 고분말 플라이애시를 이용한 모듈러 건축물의 벽체용 무기발포 조성물 및 이를 이용한 모듈러 건축물 구축용 벽체 |
Publications (1)
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| KR20210043340A true KR20210043340A (ko) | 2021-04-21 |
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| KR (1) | KR20210043340A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230003668A (ko) * | 2021-06-28 | 2023-01-06 | 박태원 | 응결 경화 세라믹 복합결합재 조성물 및 이를 이용한 상온 양생 버블폼 매트릭스 제조방법 |
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2019
- 2019-10-11 KR KR1020190126393A patent/KR20210043340A/ko unknown
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| KR20230003668A (ko) * | 2021-06-28 | 2023-01-06 | 박태원 | 응결 경화 세라믹 복합결합재 조성물 및 이를 이용한 상온 양생 버블폼 매트릭스 제조방법 |
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