KR20040100202A - 경량·흡음 콘크리트 조성물 및 흡음재 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 연속 및 독립기공을 가지고 강도, 내구성, 방수성, 내열성 및 흡 차음성이 양호하고 생산성이 우수한 무기질계 다공질 경량콘크리트 흡 차음재로 철도, 도로, 및 공장 등에서 발생되는 소음을 억제하는 흡 차음 벽재 또는 건축물 등의 차음이나 흡음 성능을 향상시키고자 하는 새로운 경량 흡음 콘크리트 조성물과 복합판재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 흡음 경량콘크리트 조성물은 보통시멘트와 속경성인 특수시멘트와의 혼합 비율이 80∼30 : 20∼70되게 혼합한 시멘트계 조성물 65∼75중량%에 표면 개질 발포 펄라이트 15∼30중량%, 및 폐 섬유 1∼5중량%를 혼합한 것으로 흡음 판재의 제조방법은 상기한 혼합 재료에 기포제 0.1∼0.5중량%와 폴리머 모디파이어 3∼10중량% 첨가하여 물/시멘트 비를 0.45∼0.65되게 물을 첨가하여 몰탈을 제조한다. 이 몰탈을 판상의 형틀에 투입하고 진동하여 상온(0∼40℃)에서 성형 한 후 자연 건조 양생시킨다. 펄라이트의 대체나 혼용재료로 발포 질석 또는 목편을 사용 할 수 도 있다.
본 발명 제품의 물성은 겉보기 비중이 0.5∼0.7이고 압축강도 약 40㎏/㎠이상, 굽힘강도 10㎏/㎠이상이며 평균 흡음율이 약 0.5∼0.8 이며 내수성 및 내구성을 가지고 있다.
본 발명의 경량 흡음 콘크리트 판넬은 종래의 ALC 판넬과 비교하여 고온 고압의 양생과정을 생략하고 비교적 가격이 저렴한 재료를 사용하여 제조하는 방법으로제품의 부가가치를 향상시킴으로서 경제성을 높이는데 그 효과가 있다. 한편 본 제품은 기존의 방음 판넬이 가지고 있는 여러 가지 단점을 극복하여 시공의 간편성, 수명연장(내후성, 동결융해성) 등을 기할 수 있게 되었다.
Description
현재 보온, 단열, 흡음재로 사용하고 있는 유리섬유나 암면은 철거 및 붕괴 과정에서 많은 양의 분진이 발생하고 인체에 유해한 호흡기 질환과 발암물질을 발생시켜 세계적으로 그 사용을 규제하고 있으며 또한 점차 고층화 되어가고 있는 아파트의 층간 소음이나 진동 등이 사회 문제로 대두되고 있는 실정이다. 그러므로 주택이나 도로 및 공장 지역에서 사용되는 흡 차음벽은 새로운 소재의 개발을 필요로 하여 본 발명 제품을 개발하게 되었다.
본 발명은 다수의 연속 및 독립기공을 가지고 강도, 단열성, 방수성, 내열성 및 흡 차음성이 양호하고 생산성이 우수한 무기질계 다공질 경량콘크리트 흡 차음재로 철도, 도로, 및 공장 등에서 발생되는 소음을 억제하는 흡 차음 벽재 또는 건축물 등의 차음이나 흡음 성능을 향상시키고자 하는 새로운 경량 흡음 콘크리트 조성물과 복합판재의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 흡음재로 사용되는 대표적인 경량콘크리트 2차 제품은 시멘트, 석회 및 규산질 미분말에 기포제를 첨가하여 증기양생 또는 고온 고압의 수증기로 양생하여 제조하는 ALC 재료들로 흡음성이나 기타 재료의 물성 등은 우수하나 생산원가의 상승 등으로 지금까지 각광을 받지 못하고 있는 실정이다. 이와 관련된 기술들로는 대한민국 공개특허공보 제2002-003053의 "경량기포콘크리트를 이용한 흡차음재의 제조방법", 동 제2000-060707의 "경량기포콘크리트를 사용한 흡음형 방음판넬" 및 제1996-00800의 "콘크리트 흡음재의 제조방법" 등과 일본공개특허공보 제 소53-88024, 및 소58-187305 등이 있으며 이들 제조방법은 콘크리트 원료에 기포제와 물을 혼련시켜 기포를 발생시키고 일차 양생시킨 다음 오토클레이브를 사용하여 고온 고압 양생을 실시하는 방법으로 제조설비나 생산비용면에서 불리한 점이 많다.
본 발명은 상기한 바와 같은 고온 고압 양생을 실시하지 않고도 소정의 강도와 제반 물성을 갖춘 경량 흡음 콘크리트의 조성물과 그 제조방법을 규명하고자 한 것으로 본 발명의 경량콘크리트 흡음재를 철도, 고속도로변의 방음벽이나 소음 발생이 심한 공장 등의 흡 차음재로 활용하고자 할 경우 흡 차음성 이외에도 표면경도, 강도, 단열성, 및 내구성이 우수하여야 하며 한편 판재의 비중 역시 가벼워야 하는 필수 조건을 갖추어야 한다.
따라서 본 발명은 상기한 여러 가지 조건을 만족시킬 수 있는 즉 겉보기 비중이 0.5∼0.7이고 압축강도 약 40㎏/㎠이상, 굽힘강도 10㎏/㎠이상이며 평균 흡음율이 약 0.5∼0.8 이며 내수성 및 내구성을 갖춘 복합판재의 조성물과 그 제조방법을 제시함으로서 본 발명의 기술적 과제를 달성하고자 한 것이다.
본 발명의 경량 콘크리트 흡음재는 수경성 결합재의 조성물이 트리칼슘 알루미네이트(3CaO·5Al2O3), 트리칼슘 실리케이트(3CaO·SiO2), 칼슘알루미네이트 설페이트(4CaO·3Al2O3·SO3) 및 칼슘,철,마그네시움 실리케이트((Ca·Fe·Mg)SiO3)로 구성된 속경성이고 고강도를 나타내는 특수 시멘트와 보통 포트랜드 시멘트를 혼용한 것과 경량 골재 및 흡음재로 발포 펄라이트, 발포 질석, 목편 및 폐 섬유를 혼화재로 사용하고 기포제, 방수제, 및 방오제 등을 혼합한 재료에 물을 첨가하여 몰탈을 형성한 경량콘크리트 흡음재 패널을 제조하고자 한 것이다.
경량골재와 흡음재로 사용되는 발포 펄라이트는 연속기공 상태의 다공성 물질이어서 흡음 특성은 좋으나 흡수성 및 투수성이 심하여 복합소재로 혼합된 흡음 소재로 사용 할 경우 외부의 습기로부터 방수 및 발수 기능을 갖도록 하는 기술이 가장 큰 문제로 대두된다.
따라서 본 발명에서는 발포 펄라이트가 방수 발수 및 연속기공을 갖는 표면조직을 가질 수 있도록 개발하였다. 즉 펄라이트 입자 표면에 금속염 특히 콜로이탈 시리카에 물과 금속염을 몰비(SiO2/M2O, M=K, Na, Li)가 3.5∼5.8로 된 수용액을 분무 건조하여 펄라이트 표면이 다공질 상태의 방수물질로 코팅된 표면개질 펄라이트 흡음소재를 개발하였다.
상기한 흡음재 패널은 그 용도에 따라 비중이나 강도를 적절히 조절 할 수있으며 혼화재 및 기타 첨가재의 종류 및 첨가량이 국한되게 사용되는 것은 아니다.
본 발명에 사용한 수경성 결합재는 그 조성물이 트리칼슘 알루미네이트(3CaO·5Al2O3), 트리칼슘 실리케이트(3CaO·SiO2), 칼슘알루미네이트 설페이트(4CaO·3Al2O3·SO3) 및 칼슘,철,마그네시움 실리케이트((Ca·Fe·Mg)SiO3)로 구성된 속경성 및 고강도 특수 시멘트와 보통 포트랜드 시멘트로 그 화학 조성은 다음 표 1.과 같다.
경량 골재와 연속 기공을 가진 흡음재용 골재로는 표면 개질 발포 펄라이트, 발포 질석, 목편 및 유기 섬유 (생산 공장에서 폐기되는 폐 섬유) 등을 이용한다. 폐 섬유는 판재의 굽힘 강도 향상과 크랙 등을 방지할 목적으로 첨가하며 발포 펄라이트는 비중이 약 0.02∼0.05정도의 경량으로 공극율이 약 50% 이상이고 연속 공극으로 이루어져 있어 입수된 사운드 에너지를 열 에너지로 변환시켜 흡수 소멸시킬 수 있으며 한편 발포 질석, 목편 및 폐 섬유 등 역시 흡음 효과를 발휘한다.
표 1. 시멘트 조성물의 화학분석치
| 성분종류 | CaO | Al2O3 | SiO2 | MgO | Fe2O3 | K2O | Na2O | TiO2 | SO3 | ZnO |
| 특수시멘트 | 55.4 | 13.6 | 7.1 | 1.6 | 2.4 | 0.46 | 0.32 | 0.61 | 8.2 | 0.11 |
| 보통시멘트 | 60.1 | 8.80 | 20.0 | 2.5 | 1.4 | 0.86 | 0.28 | - | 2.5 | - |
발포 질석은 팽창된 판상의 결정입자들로 구성되어 흡음 및 차음 효과와 경량 골재로의 역할을 담당하고 입자의 크기는 2∼3㎜것을 사용한다. 목편은 제재소 등에서 발생하는 폐 자재로 그 크기가 길이 약 1∼2㎝, 두께 약 0.1㎜ 이하, 폭 약 0.5㎝ 이하인 것과 평균 입경이 약 5㎜ 이하인 목편 등이다.
표면 개질 발포 펄라이트는 입자 크기가 약 0.2∼2㎜인 것으로 그 표면에 알카리성 규산염을 코팅 처리한 것으로 규산과 알칼리의 몰비(SiO2/M2O)가 3.5∼5.8인 저 알칼리성 규산염 수용액(콜로이달 실리카 30% 수용액)을 발포 펄라이트에 코팅 처리함으로서 펄라이트의 내수성, 내후성, 내식성, 내약품성, 내열충격성, 내마모성을 현저하게 향상시킬 수 있도록 하고, 저온(약 300℃이하)에서도 쉽게 경화되면서 견고한 접착강도를 유지할 수 있도록 한 것이다. 상기한 규산염 수용액의 분무량은 발포 펄라이트 중량에 대해여 5∼15중량% 범위이며 5%이하의 분무량은 충분한 발수 성능을 발휘 할 수 없고 15중량% 이상에서는 강도나 발수 성능은 향상되나 경제성 등에 문제가 있다. 표면 개질된 펄라이트는 조성물 중 시멘트와 반응하여 저온에서도 쉽게 경화되면서 견고하며 일정한 강도를 유지할 수 있다.
본 발명에 특이할 사항은 표면 개질 처리된 발포 펄라이트는 연속발포기공을 이용한 모공(공극)을 유지하면서 방수 및 발수기능이 탁월하며 혼합조성물의 내수성을 월등히 향상시킨다.
기포제로는 도데실 벤젠 소디움 설포네이트를 사용하였고, 접착력, 내수성, 내구성, 및 동결 융해성 등의 성능 향상을 위해 폴리머 모디파이어로 산화 방지제가 함유된 비이온성 카복실 스티렌 코폴리머 에멀전(Non-ionic Carboxylated Stylene Copolymer Emulsion)을 사용하였다.
흡음 판재를 제조하기 위하여 상기한 재료들의 구성 비율을 보통시멘트와 속경성인 특수시멘트와의 혼합 비율이 80∼30 : 20∼70되게 혼합한 시멘트계 조성물 65∼75중량%에 펄라이트 15∼30중량%, 폐 섬유 1∼5중량%를 혼합한 재료에 기포제 0.1∼0.5중량%와 폴리머 모디파이어 3∼10중량% 첨가하여 물/시멘트 비를 0.45∼0.65되게 물을 첨가하여 몰탈을 제조한다. 이 몰탈을 판상의 형틀에 투입하고 진동하여 성형 한 후 상온(0∼40℃)에서 자연 건조 양생하였다. 7∼28일 양생한 제품은 적당한 모양과 크기로 절단하여 여러 물성을 측정하였다. 상기한 조성물 중 펄라이트 대신에 발포 질석 이나 목편 등을 대체 혹은 혼용하여 배합 할 수 도 있다. 방오제로는 천연 전기석과 중정석을 혼합한 광석을 -200메쉬 이하의 미분으로 분쇄한 것을 경량 흡음 콘크리트 조성물 전체 량에 대해 약 1∼5중량% 첨가하였다.
상기한 시멘트계 조성물 중 보통 포트랜드 시멘트와 속경성 시멘트의 혼합비율에 있어서 속경성 시멘트 첨가량의 최고 첨가량을 70중량%로 제한 것은 이 첨가량 이상에서는 몰탈의 초기 응결시간이 너무 짧아(약 15분) 작업시간의 확보가 어렵기 때문이며 20중량% 이하에서는 응결시간이 길어지고 강도 역시 감소하는 경향이 있다. 펄라이트의 첨가량이 30중량% 이상에서는 전체 조성물의 부피 비율에서 펄라이트가 차지하는 비율이 90% 이상이 되어 몰탈 형성이 어렵고 따라서 강도 역시 떨어지는 단점이 있다.
압축강도 측정용(KS L 5105)으로는 5㎝x5㎝x5㎝의 큐빅 모양으로 절단하고 흡음율 측정용(KS F 2805)으로는 직경이 10㎝인 원판 모양의 시료를 두께를 달리하여 절단한 후 수직입사 흡음 특성을 조사하였다.
다음에 구체적인 실시예를 통하여 흡음 판재의 제조방법에 대해 설명하고자 한다.
＜실시예 1.＞
시멘트계 조성물이 보통 포트랜드 시멘트 70중량%, 속경성 시멘트 30중량%를 혼합한 것에 규산염 코팅 발포 펄라이트를 30중량%를 첨가한 시멘트계 조성물 전체량에 대해 기포제 0.2중량%, 폴리머 모디파이어 5중량%, 폐섬유 5중량%를 첨가하여 혼합하고 이 혼합 조성물 전체 중량에 대해 1.5중량%의 전기석과 중정석을 혼합한 광석 분말을 첨가한다. 물/시멘트비가 0.40되게 물을 첨가하여 혼합 믹서에서 혼합 한 후 판상의 형틀에 투입하여 진동 성형하여 상온에서 자연 양생시켰다.
＜실시예 2.＞
시멘트계 조성물이 보통 포트랜드 시멘트 30중량%, 속경성 시멘트 70중량%를 혼합한 것에 발포 질석을 30중량%를 첨가한 시멘트계 조성물 전체량에 대해 기포제 0.2중량%, 폴리머 모디파이어 5중량%, 폐 섬유 5중량%를 첨가하여 혼합하고 이 혼합 조성물 전체 중량에 대해 1.5중량%의 전기석과 중정석을 혼합한 광석 분말을 첨가한다. 물/시멘트비 0.35되게 물을 첨가하여 혼합 믹서에서 혼합 한 후 판상의 형틀에 투입하여 진동하여 성형한 후 상온에서 자연양생 시켰다.
＜실시예 3.＞
시멘트계 조성물이 보통 포트랜드 시멘트 80중량%, 속경성 시멘트 20중량%를 혼합한 것에 목편을 30중량%를 첨가한 시멘트계 조성물 전체량에 대해 기포제 0.2중량%, 폴리머 모디파이어 5중량%, 폐 섬유 5중량%를 첨가하여 혼합하고 이 혼합 조성물 전체 중량에 대해 1.5중량%의 전기석과 중정석을 혼합한 광석 분말을 첨가한다. 물/시멘트비 0.35되게 물을 첨가하여 혼합 믹서에서 혼합 한 후 판상의 형틀에 투입하여 진동하여 성형한 후 상온에서 자연양생 시켰다.
＜비교예 1＞
시멘트계 조성물이 보통 포트랜드 시멘트 70중량%, 규산염 코팅 발포 펄라이트를 30중량%로 이루어진 조성물에 대해 기포제 0.2중량%, 폴리머 모디파이어 5중량%를 첨가하여 혼합하고 물/시멘트비가 0.40되게 물을 첨가하여 혼합 믹서에서 혼합 한 후 판상의 형틀에 투입하여 진동하여 성형한 후 상온에서 자연 양생시켰다.
표 2. 는 상기한 실시예 들에 의해 제조된 제품들의 물성을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
표 2. 흡음 판재의 물성
| 비중 | 압축강도(㎏/㎠) | 굽힘강도(㎏/㎠) | ※흡음율 | |
| 실시예 1 | 0.65 | 30 | 5 | 0.80 |
| 실시예 2 | 0.80 | 40 | 10 | 0.50 |
| 실시예 3 | 0.60 | 30 | 7 | 0.70 |
| 비교예 1 | 1,00 | 70 | 5 | 0.30 |
※KS F 2805에 의해 측정된 평균 흡음율
본 발명은 기존의 경량 흡음 콘크리트와 비교하여 고온 고압의 양생과정을 생략하고 비교적 가격이 저렴한 재료를 사용하여 제조하는 방법으로 제품의 부가가치를 향상시킴으로서 경제성을 높이는데 그 효과가 있다. 한편 본 제품은 기존의 방음 판넬이 가지고 있는 여러 가지 단점을 극복하여 시공의 간편성, 수명연장(내후성, 동결융해성) 등을 기할 수 있게 되었다.
Claims (5)
- 본 발명의 흡음 경량콘크리트 조성물은 보통시멘트와 속경성인 특수시멘트와의 혼합 비율이 80∼30 : 20∼70되게 혼합한 시멘트계 조성물 65∼75중량%에 표면 개질 발포 펄라이트 15∼30중량%, 폐 섬유 1∼5중량%를 혼합한 재료들로 구성된 것을 특징으로 하는 흡음 경량콘크리트 조성물.
- 청구항 1.의 조성물에 기포제 0.1∼0.5중량%와 폴리머 모디파이어 3∼10중량% 첨가하여 물/시멘트 비를 0.45∼0.65되게 물을 첨가하여 몰탈을 제조하는 방법
- 청구항 2.의 몰탈을 판상의 형틀에 투입하고 진동 가압 하여 상온(0∼40℃)에서 자연 건조 양생하는 제조방법
- 청구항 1.의 조성물 중 표면 개질 발포 펄라이트의 대체 혹은 혼용재료로 발포 질석, 목편 등을 첨가하여 흡음 경량콘크리트를 제조하는 방법
- 청구항 1.의 발포 펄라이트는 표면 개질제는 규산과 알칼리의 몰비(SiO2/M2O)가 3.5∼5.8인 저 알카리 규산염 수용액으로 발포 펄라이트에 대하여 5∼15중량% 되게 코팅하여 250℃에서 약 1시간 건조시킨 표면 개질 발포 펄라이트의 제조방법
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