KR20240077304A - 에어패드를 이용한 층간차음시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에어패드를 이용한 층간차음시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고유진동수 해석값을 바탕으로 고무형상을 디자인하고, 에어포켓 적용을 통해 체적을 높여 현재 15.6Hz의 고유진동수를 더 낮추어 층간 소음을 억제할 뿐만 아니라, 습기에 취약한 폴리에스터 대신 폴리에틸렌소재를 이용하여 단열함으로써 열관류율도 만족시켜 단열성능도 확보할 수 있도록 개선된 에어패드를 이용한 층간차음시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 에어패드를 이용한 층간차음시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고유진동수 해석값을 바탕으로 고무형상을 디자인하고, 에어포켓 적용을 통해 체적을 높여 현재 15.6Hz의 고유진동수를 더 낮추어 층간 소음을 억제할 뿐만 아니라, 습기에 취약한 폴리에스터 대신 폴리에틸렌소재를 이용하여 단열함으로써 열관류율도 만족시켜 단열성능도 확보할 수 있도록 개선된 에어패드를 이용한 층간차음시스템에 관한 것이다.
최근 아파트와 같은 복층 다세대 공동주택에서 윗층의 소음이나 충격음이 아래층에 전달되는 층간 소음으로 인해 커다란 사회문제로 대두되고 있다.
층간 소음은 주로 윗층 거주자의 생활공간에서 이동시 발생되는 발자욱소리 또는 문의 개폐시와 각종 기물의 가동이나 바닥에 부딪치는 충격, 아이들이 뛰거나 구르는 등의 행위 등에 의해 유발되는 것이 대부분이다.
이때, 층간 소음을 일으키는 충격의 70% 내외는 바닥을 통해, 나머지 30% 내외는 벽면을 통해 전달되는 것으로 알려져 있으며, 바닥 충격음은 조그마한 물건의 낙하 등으로 인해 발생하는 고주파수(1~25KHz) 대역의 음으로 이루어진 경량음과, 무거운 물건의 낙하나 성인의 보행, 어린이의 달리기 등으로 인해 발생하는 저주파수(400~800Hz)대역의 음으로 이루어진 중량음으로 구분되어 발생하는데 이와 같은 소음은 하층에 사는 사람에게 그대로 전달될 때 굉장한 스트레스를 유발하여 이웃간에 불화를 일으킨다.
따라서, 이에 대한 철저한 대책이 요구된다.
이와 같은 층간 소음의 사회적 이슈를 해결하기 위해 다양한 기술들이 개시되고 있으며, 그 중에는 차음층을 형성하거나 차음시트를 설치하는 등의 예가 있다.
그런데, 이 경우에도 중량음을 방지하기 위해서는 비교적 낮은 고유진동수, 바람직하게는 30Hz 이하의 고유진동수(natural frequency)를 갖는 자재를 적용해야 하는데 그렇게 되면 너무 물러져 리지드(Rigid)성이 떨어짐으로 인해 국부적인 꺼짐(침하), 균열, 변형 등이 유발되므로 이에 대한 개선이 요구된다.
하기한 [선행기술문헌]에 개시된 특허기술들도 이에 대한 하나의 개선 방향을 제시하고 있을 뿐 구조해석을 통한 시스템을 설계한 것이 아니므로 한계가 있는 상황이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 고유진동수 해석값을 바탕으로 고무형상을 디자인하고, 에어포켓 적용을 통해 체적을 높여 현재 15.6Hz의 고유진동수를 더 낮추어 층간 소음을 억제할 뿐만 아니라, 습기에 취약한 폴리에스터 대신 폴리에틸렌소재를 이용하여 단열함으로써 열관류율도 만족시켜 단열성능도 확보할 수 있도록 개선된 에어패드를 이용한 층간차음시스템을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 바닥인 슬라브층(10)과, 상기 슬라브층(10) 위에 형성되는 층간차음부재층(20)과, 상기 층간차음부재층(20) 위에 형성되는 경량기포콘크리트층(30)과, 상기 경량기포콘크리트층(30) 위에 형성되는 마감몰탈층(40)을 포함하는 층간차음시스템에 있어서, 상기 층간차음부재층(20)은 상기 슬라브층(10) 위에 일정간격으로 배열된 다수의 에어패드(22)와, 상기 에어패드(22)를 제외한 공간에 채워진 채움재(24)와, 상기 에어패드(22) 및 채움재(24)의 상면을 밀폐하는 방수시트(26)를 포함하고; 상기 에어패드(22)는 판면에서 일측을 향해 인장되어 돌출된 돌부(22a)와, 상기 돌부(22a)의 내부에 형성된 빈 공간인 에어포켓(22b)으로 구성되되, 상기 에어포켓(22b)간 간격은 100mm로 1m²당 100개로 구성하고, 에어포켓(22b)의 깊이는 26-28mm, 직경은 33-34mm로 형성한 것을 특징으로 하는 에어패드를 이용한 층간차음시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 고유진동수 해석값을 바탕으로 고무형상을 디자인하고, 에어포켓 적용을 통해 체적을 높여 현재 15.6Hz의 고유진동수를 더 낮추어 층간 소음을 억제할 뿐만 아니라, 습기에 취약한 폴리에스터 대신 폴리에틸렌소재를 이용하여 단열함으로써 열관류율도 만족시켜 단열성능도 확보할 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 구성하는 바닥충격음 차단구조를 보인 예시적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템을 구성하는 층간차음부재층의 구성을 보인 예시도이다.
도 3은 도 2의 에어패드를 설명하는 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템을 구성하는 층간차음부재층의 구성을 보인 예시도이다.
도 3은 도 2의 에어패드를 설명하는 예시도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 에어패드를 이용한 층간차음시스템은 도 1의 예시와 같이, 바닥인 슬라브층(10)과, 상기 슬라브층(10) 위에 형성되는 층간차음부재층(20)과, 상기 층간차음부재층(20) 위에 형성되는 경량기포콘크리트층(30)과, 상기 경량기포콘크리트층(30) 위에 형성되는 마감몰탈층(40)을 포함한다.
이때, 상기 슬라브층(10)은 콘크리트 슬라브층으로서 콘크리트구조물의 각 층 바닥면을 의미한다.
그리고, 상기 층간차음부재층(20)은 도 1,2의 예시와 같이, 상기 슬라브층(10) 위에 일정간격으로 배열된 다수의 에어패드(22)와, 상기 에어패드(22)를 제외한 공간에 채워진 채움재(24)와, 상기 에어패드(22) 및 채움재(24)의 상면을 밀폐하는 방수시트(26)를 포함한다.
여기에서, 상기 에어패드(22)는 고무재질의 탄성체로서 고유진동수를 낮출 수 있도록 도 3의 예시와 같이 판면에서 일측을 향해 인장되어 돌출된 돌부(22a)와, 상기 돌부(22a)의 내부에 형성된 빈 공간인 에어포켓(22b)으로 구성되며, 이러한 에어패드(22)의 에어포켓(22b)간 간격을 100mm로 1m²당 100개로 구성하여 종래보다 6배 이상 많은 수의 탄성기능을 갖는 에어포켓(22b)을 구비하도록 구성된다.
이것은 종래 250mm 간격으로 1m²당 16개로 구성되었던 것에 비해 현저히 많은 갯수이다.
아울러, 상기 에어패드(22)의 고유진동수를 30Hz 이하로 유지하기 위해 상기 에어포켓(22b)의 깊이는 26-28mm, 직경은 33-34mm로 형성해야 한다.
이는 탄성체인 에어패드(22)의 고유진동수가 질량과 강성에 의해 결정되기 때문이며, 구조해석을 통해 두께 2mm를 갖는 볼(포켓) 형태를 가졌을 때 아래 그림과 같이 30Hz 보다 훨씬 낮은 10Hz 범위로 특정할 수 있었다.
이때, 소재는 고무이며, 에어포켓(22b)의 직경은 33mm, 깊이는 26mm 였고, 에어패드(22) 위에 하중판을 올려 놓은 상태에서 1N의 힘을 가해 하중판 중앙 절점의 주파수별 가속도값을 추출하여 에어패드(22)의 고유진동수를 해석하였고, 그 결과는 아래 그래프에 나타내었다. 이 경우, 에어패드(22)의 탄성계수는 6.1N/㎟ 이었다.
[고유진동수 해석 그래프]
이에 더하여, 상기 에어패드(22)의 탄성력을 더 좋게 하면서 내부식성, 방습성, 내경화성을 높이기 위해 상기 에어패드(22)를 만드는 고무 100중량부에 대해, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 8.5중량부, 오르토인산수소나트륨 5.5중량부, 노닐페놀 에톡시레이트 7.5중량부, 모레큐라시브스 5.0중량부를 더 첨가혼합하여 성형할 수 있다.
이때, 상기 고무는 천연고무(NR)는 물론 합성고무도 가능하며, 합성고무로는 SBR(Styrene Butadiene Rubber)이 바람직하다.
그리고, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(CH3O(CH2)3O(CH2)3OCOCH3)는 cas 번호 34590-94-8로서 SBR과의 교합성을 높이면서 성형 후 크랙방지성을 강화시킨다.
또한, 오르토인산수소나트륨은 내크랙성, 내침식성, 내부식성을 강화시키기 위해 첨가되며; 노닐페놀 에톡시레이트는 수지와의 교합성을 증대시키면서 계면활성 기능을 제공하고, 특히 산화방지 효과를 얻기 위해 첨가되고; 모레큐라시브스(Molecular Sieves)는 극히 낮은 수증기 분압하에서 거의 포화 흡착량에 가까운 흡착용량을 갖는 강력한 흡습성과 3차원 망목구조 세공 결정 구조의 특성을 이용하여 방음성, 흡음성, 충격완충성을 강화시키기 위해 첨가된다.
한편, 방수시트(26)는 에어포켓(22b)을 완전히 밀봉하여 에어포켓(22b) 내부에 공기기 갇히도록 하는 수단이다.
특히, 상기 방수시트(26)는 방수기능을 포함한 채움재(24)의 이탈을 막도록 밀폐 고정하는 기능도 포함한다.
이러한 방수시트(26)의 방수성능을 높이고, 상기 에어패드(22)와의 밀착성을 높이기 위해 상기 방수시트(26)는 폴리우레탄수지 100중량부에 대해, 디메틸벤질리덴솔비톨 10중량부, SEP(Polystyrene-b-polyethylene) 5중량부, 디아릴프탈레이트 5중량부, 무수말레인산 5중량부를 더 혼합하여 성형된다.
이때, 디메틸벤질리덴솔비톨은 성분간 결합력을 증대시켜 성형품의 마모저항성이 저하되는 것을 방지한다.
그리고, SEP는 열가소성 엘라스토머로서 접합력을 강화시키면서 수축현상을 방지한다.
또한, 디아릴프탈레이트는 접착성과 인성을 개선하여 부착안정성을 포함한 내열성을 강화시킨다.
뿐만 아니라, 무수말레인산(Maleic anhydride)은 수축변형성을 억제한다.
이렇게 방수시트(26)가 에어패드(22)에 부착되면 아래 그림과 같은 형태가 되게 된다.
(방수시트가 합체된 에어패드 형상)
다른 한편, 상기 채움재(24)는 완충성은 물론 단열성능도 확보하기 위해 기존과 달리 폴레에틸렌수지로 만들어진 필터형태가 사용된다.
이러한 채움재(24)는 폴리에틸렌수지 100중량부에 대해, 편백유 5중량부, 메틸실리코네이트 5중량부, 글루타싸이온 5중량부, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜타니디올 모노이소부티레이트 10중량부를 더 첨가 혼합하여 만들어진 필터일 수 있다.
이 경우, 편백유는 편백나무에서 추출한 오일로 천연 항균기능을 수행하기 위해 첨가된다.
그리고, 메틸실리코네이트는 강한 발수력을 제공하면서 오염되지 않도록 평활하게 유지하는 방오 기능도 확보하게 된다.
뿐만 아니라, 글루타싸이온은 글루탐산, 시스테인, 글라이신 세개의 펩티드로 구성되어 산화와 환원의 순환이 반복되면서 유해물질을 흡착제거하는 특성을 갖는다.
아울러, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜타니디올 모노이소부티레이트(2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate)는 CAS 넘버 25265-77-4에 해당하는 물질로서, 낮은 독성과 생분성 및 VOC 발생이 없으면서 내한성을 높이고, 열에 대한 유연성 확보, 증점기능이 있어 부풀을 없애고 단열성능을 높이게 된다.
다른 한편, 상기 경량기포콘크리트층(30)은 이를 형성하는 경량기포콘크리트 혼합물 100중량부에 대해, 산화세륨 분말 1.5중량부, 탄산바륨 2.5중량부, 디메틸아크릴아마이드 5.5중량부를 더 첨가혼합하여 형성할 수 있다.
이 경우, 산화세륨 분말은 금속산화물로서 차열 기능을 수행하며, 특히 마찰저항을 높여 계면간 층분리 억제력을 증진시킨다.
그리고, 탄산바륨은 응집을 촉진하여 경화성을 좋게 하고 자외선을 흡수하지 않아 산화방지 및 변색방지 기능을 갖는다.
또한, 디메틸아크릴아마이드는 유동성과 흐름성을 증대시키면서 수축방지를 통해 균열을 억제하기 위해 첨가된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 에어패드를 이용한 층간차음시스템을 구성하는 에어패드의 동탄성계수 및 고유진동수를 측정하였다.
이때, 동탄성계수와 고유진동수의 측정은 펄스가진법을 통해 측정하였으며, 펄스가진법은 임팩트해머를 사용하여 측정하는 방식으로 하중판(200mm×200mm)과 시험편으로 구성된 진동계에서 하중판 중앙을 충격 주파수 80Hz 정도의 가진원에 의해 단발로 충격 가진하고, 가진점 부근의 1점에 대한 진동속도 응답파형을 측정하였다.
이 경우, 측정방법에 대한 구성도는 아래와 같고, 단위면적당 동탄성계수의 산출은 다음과 같다.
실험결과, 경량충격음의 경우는 아래 그래프에서와 같이, 동탄성계수의 감소에 따라 저감량은 지수함수적인 비율로 큰폭으로 증가되는 경향을 보이며 (20~80)MN/m³의 동탄성계수 범위에서 약 5~6dB의 변화가 있는 것으로 나타났다.
그리고, 중량충격음은 1/1옥타브 밴드에서 동탄성계수와 저감량과의 상관성을 나타낸 것으로, 경량충격음과 마찬가지로 동탄성계수가 낮아질수록 중량충격음 저감량은 증가하는 경향을 보였으며, 바닥구조의 중량충격음 차단성능을 좌우하는 주파수 대역인 63Hz와 125Hz에서도 상관관계가 크다는 것을 확인할 수 있었다.
결과적으로, 본 발명은 고무의 경도별(NR 37, NR 45, NR 55, NR 65)로 고유진동수가 11~16Hz 로 나타났으며, 동탄성계수는 0.98~1.93 MN/m³수준을 보였다.
아울러, 열관류율을 분석한 결과, 총 열관류율은 0.594 kcal/m²h℃으로 나타나 기준인 0.7 이하를 만족하였으며, 분석표는 아래와 같다.
또한, 열전도율에 대해서는 KTR에 의뢰하여 분석한 결과, 아래와 같았다.
이를 통해, 본 발명은 고유진동수 해석값을 바탕으로 고무형상을 디자인하고, 에어포켓 적용을 통해 체적을 높여 현재 15.6Hz의 고유진동수를 더 낮추어 층간 소음을 억제할 뿐만 아니라, 습기에 취약한 폴리에스터 대신 폴리에틸렌소재를 이용하여 단열함으로써 열관류율도 만족시켜 단열성능도 확보할 수 있음을 확인하였다.
10: 슬라브층
20: 층간차음부재층
30: 경량기포콘크리트층
40: 마감몰탈층
20: 층간차음부재층
30: 경량기포콘크리트층
40: 마감몰탈층
Claims (3)
- 바닥인 슬라브층(10)과, 상기 슬라브층(10) 위에 형성되는 층간차음부재층(20)과, 상기 층간차음부재층(20) 위에 형성되는 경량기포콘크리트층(30)과, 상기 경량기포콘크리트층(30) 위에 형성되는 마감몰탈층(40)을 포함하는 층간차음시스템에 있어서,
상기 층간차음부재층(20)은 상기 슬라브층(10) 위에 일정간격으로 배열된 다수의 에어패드(22)와, 상기 에어패드(22)를 제외한 공간에 채워진 채움재(24)와, 상기 에어패드(22) 및 채움재(24)의 상면을 밀폐하는 방수시트(26)를 포함하고;
상기 에어패드(22)는 판면에서 일측을 향해 인장되어 돌출된 돌부(22a)와, 상기 돌부(22a)의 내부에 형성된 빈 공간인 에어포켓(22b)으로 구성되되, 상기 에어포켓(22b)간 간격은 100mm로 1m²당 100개로 구성하고, 에어포켓(22b)의 깊이는 26-28mm, 직경은 33-34mm로 형성한 것을 특징으로 하는 에어패드를 이용한 층간차음시스템. - 제1항에 있어서,
상기 에어패드(22)는 고무 100중량부에 대해, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 8.5중량부, 오르토인산수소나트륨 5.5중량부, 노닐페놀 에톡시레이트 7.5중량부, 모레큐라시브스 5.0중량부를 더 첨가혼합하여 성형된 것을 특징으로 하는 에어패드를 이용한 층간차음시스템. - 제1항에 있어서,
상기 방수시트(26)는 폴리우레탄수지 100중량부에 대해, 디메틸벤질리덴솔비톨 10중량부, SEP(Polystyrene-b-polyethylene) 5중량부, 디아릴프탈레이트 5중량부, 무수말레인산 5중량부를 더 혼합하여 성형된 것을 특징으로 하는 에어패드를 이용한 층간차음시스템.
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