KR101165666B1 - 바텀애시와 폐유리로 제조된 경량골재를 사용한 건축용 외단열재 - Google Patents

바텀애시와 폐유리로 제조된 경량골재를 사용한 건축용 외단열재 Download PDF

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권춘우
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Abstract

본 발명은 바텀애시와 폐유리로 제조된 경량골재를 사용한 건축용 외단열재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바텀애시와 폐유리 및 발포제를 혼합한 혼합물을 펠렛화 시켜 일정크기로 성형한 골재와 그 골재의 표면을 폐유리분말로 코팅한 다음 소성하여 제조된 경량골재를 크기에 따라 분류하여 종래의 콘크리트용 골재를 대체하여, 단열성, 경량성, 경제성, 시공성 등이 우수한 건축용 외단열재에 관한 것으로, 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 혼화제 및 물을 포함하여 이루어지는 외단열재로, 상기 잔골재로 바텀애시와 폐유리 및 발포제를 혼합한 혼합물을 성형소성한 골재로 (0.6) ~ (5)의 크기를 가지는 경량골재를 사용하고, 상기 굵운골재로 바텀애시와 폐유리 및 발포제를 혼합한 혼합물을 성형소성한 골재로 (5) ~ (20)의 크기를 가지는 경량골재를 혼합한 것을 특징으로 하는 바텀애시와 폐유리로 제조된 경량골재를 사용한 건축용 외단열재가 개시된다.

Description

바텀애시와 폐유리로 제조된 경량골재를 사용한 건축용 외단열재{Heat insulating material for building used the lightweight aggregates that is produced by bottom ash and waste glass}
본 발명은 바텀애시와 폐유리로 제조된 경량골재를 사용한 건축용 외단열재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바텀애시와 폐유리 및 발포제를 혼합한 혼합물을 펠렛화 시켜 일정크기로 성형한 골재와 그 골재의 표면을 폐유리분말로 코팅한 다음 소성하여 제조된 경량골재를 크기에 따라 분류하여 종래의 콘크리트용 골재를 대체하여, 단열성, 경량성, 경제성, 시공성 등이 우수한 건축용 외단열재에 관한 것이다.
인간생활 및 산업에서 열에너지의 손실을 방지하기 위해 여러 종류의 단열재가 사용되고 있다. 통상 단열재로는 주로 석유화학의 원료를 이용한 것으로 내부에 다수의 기공을 형성시켜서 사용되고 있는데, 즉 발포우레탄(Foam Urethan) 및 발포폴리스틸렌(Expended Polystylene)과 같이 유기화학제품으로 구성됨으로써 우 수한 경량성과 단열성을 제공하고 있다. 그러나, 이러한 유기화학 조성물들은 내열성이 취약하여 열 또는 불에 의해 쉽게 변형 또는 인화되는 단점이 있어 화재 발생과 발화시 유독 가스의 발생으로 인간에게 치명적 위해를 끼쳐 주고 있다.
또한, 난연성의 단열재로는 글래스울(Glass Wool)이나 석면등이 사용되고 있다. 그러나, 이 역시 유리나 광석 등을 용융하여 면사(綿絲)형상으로 성형하고 페놀 등으로 표면처리한 것으로 인체에 폐암을 유발시킬 수 있는 공해물질로 분류되어 이들의 사용을 규제하고 있지만, 시공성 및 경제성이 있는 대체재가 없어 난연성이 요구되는 단열부분에는 불가피하게 사용하고 있는 실정이다.
한편, 발포폴리스틸렌은 대단히 가볍고 경제성이 뛰어난 단열재이기 때문에 현재까지 매우 광범위하게 사용되어지고 있다. 이러한 특성으로 포장완충재, 경량단열건축재, 각종의 용기 등의 대부분을 발포폴리스틸렌이 점유하고 있으며 그 점유율도 점점 증가하는 추세에 있다. 발포폴리스틸렌은 무게가 가볍기 때문에 유용하기도 하지만 그 경량성이 오히려 중요한 문제점이 되고 있다. 즉, 발포폴리스틸렌을 사용 후 폐기 시 많은 체적을 차지하게 되고, 천연의 상태에서는 거의 분해되지 않기 때문에 이것의 처리가 환경문제로 크게 대두되고 있다.
또한, 현재 폐 발포폴리스틸렌의 처리방법은 매립, 소각, 연료화, 회수 재자원화 등이 있으나 매립은 여타 폐기물과 같이 2차 공해발생이나 매립지 등의 문제를 내포하고 있으며 소각처리에서는 다이옥신등의 인체유해가스 성분이 다량 배출 되는 문제가 있다.
발포폴리스틸렌을 분쇄하여 포틀랜트시멘트, 석고등의 슬러리상에 이용하는 방법이 다수 공지되고 있지만, 통상의 시멘트 슬러리에 발포폴리스틸렌의 사용량이 한정 되었었다.
따라서, 시멘트의 사용을 최소화하면서 발포스틸렌 칩의 사용을 최대로 함과 동시에 난연성을 크게 향상시킬 수 있는 초경량의 단열재 조성물에 대한 요구가 지속적으로 있어 왔다.
1. 대한민국등록특허공보 제10-0457426호 내열성이 우수한 초경량의 난연성 단열재 조성물과 그 제조장치 및 그를 이용한 제조방법 2. 대한민국등록특허공보 제10-0479970호 무기질 발포체를 포함하는 무기질 단열재 및 이의 제조방법 3. 대한민국등록특허공보 제10-0550234호 불연성 단열재 조성물, 이를 이용한 단열재 및 그 제조방법 4. 대한민국등록특허공보 제10-0928418호 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 제조방법 5. 대한민국등록특허공보 제10-0963907호 시멘트나 석고를 이용하여 얻은 경량기포단열재의 제조방법 6. 대한민국등록실용신안공보 제20-0418808호 단열재
본 발명에서는 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 외단열재로 시공되는 시멘트콘크리트를 구성하는 잔골재와 굵은 골재를 바텀애쉬를 소성가공하여 되는 경량골재를 잔골재와 굵은 골재로 사용함으로써, 별도의 단열재 시공이 필요하지 않고, 또한 종래의 단열재에 비해 내열성 우수하며, 동시에 난연성이 크게 향상된 경량성 외단열재를 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
상기한 과제를 해결한 본 발명의 바텀애시와 폐유리로 제조된 경량골재를 사용한 건축용 외단열재는 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 혼화제 및 물을 포함하여 이루어지고, 상기 잔골재는 바텀애시와 폐유리 및 발포제를 혼합한 혼합물을 성형소성한 골재로 0.6 ~ 5㎜의 크기를 가지는 경량골재를 사용하고, 상기 굵은골재는 바텀애시와 폐유리 및 발포제를 혼합한 혼합물을 성형한 골재로 5 ~ 20㎜의 크기를 가지는 경량골재를 사용하여 혼합한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 잔골재와 굵은골재로 사용되는 경량골재는 바텀애시와 폐유리 및 발포제를 혼합한 혼합물에 점결제를 첨가하면서 펠렛상으로 성형하고, 그 성형물의 표면을 폐유리분말로 코팅한 다음, 로터리 킬른에서 소성시켜 내부에 기공이 형성된 경량골제인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 잔골재는 콘크리트 총량에 대하여 5 ~ 20중량%를 포함하도록 혼합하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 굵은골재는 콘크리트 총량에 대하여 5 ~ 20중량%를 포함하도록 혼합하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 잔골재와 굵은골재는 중량비로 80:20 ~ 20:80의 비율이 되도록 혼합하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 외단열재는 시멘트 20~60중량%, 잔골재 1~40중량%, 굵은골재 1~40중량%, 혼화제 0.01~2중량% 및 잔량의 물을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 단열성이 뛰어나고 낮은 흡수율과 비중을 보이는 경량 골재를 사용함으로써 내열성이 우수하고 난연성이 향상된 건축용 경량성 외단열재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제공되는 외단열재는 종래 건축용 외단열재 시공시 외벽에 우레탄수지와 같은 단열재를 시공한 다음, 외벽에 콘크리트를 타설하여 양생하는 복잡한 시공 공정을 필요로 하지 않고, 제공되는 건축용 외단열재만을 외벽공사시 타설함으로써 한번의 시공으로 단열재와 외벽체를 형성할 수 있어 시공공정의 단순화를 이룰 수 있으며, 또한 시공비의 절감과 재료비의 절감효과를 얻을 수 있게된다.
도 1 은 본 발명의 건축용 외단열재를 준비하여 단열재를 시공하는 공정의 일예를 도시한 블록도이다.
도 2 는 종래의 단열재를 사용한 건축외벽과 본 발명의 단열재를 사용한 외벽의 구조를 비교한 단면도이다.
도 3 은 일반콘크리트와 본 발명의 건축용 외단열재의 양생후 그 단면을 비교한 사진이다.
도 4 내지 10 은 본 발명의 건축용 외단열재와 종래의 콘크리트의 물성실험 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 건축용 외단열재에 관한 것으로, 콘크리트를 구성하는 기존 일반골재를 대체하여 폐자원인 바텀애시와 폐유리로 제조한 비중 및 흡수율이 낮고 내부에 기공이 형성되어 있는 경량골재로 대체함으로써, 양생 후의 콘크리트 구조체의 경량성을 확보하고, 별도의 단열재를 사용하지 않아도 일정수준의 단열성을 확보할 수 있는 건축용 외단열재로의 적용이 가능한 콘크리트를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 건축용 외단열재는 종래 콘크리트에 사용되는 모래 및 자갈 등의 골재를 바텀애시와 폐유리를 사용한 경량골재로 대체하여 일정수준으로 배합한 것으로,
시멘트, 잔골재, 굵은골재, 혼화제 및 물을 포함하여 이루어지며, 상기 잔골재로 바텀애시와 폐유리 및 발포제를 혼합한 혼합물을 성형한 골재로 0.6 ~ 5㎜의 크기를 가지는 경량골재를 사용하고, 상기 굵은골재로 바텀애시와 폐유리 및 발포제를 혼합한 혼합물을 성형한 골재로 5 ~ 20㎜의 크기를 가지는 경량골재를 사용하여 혼합한 것이다.
바람직하게는 본 발명에 따른 건축용 외단열재는 시멘트 20~60중량%, 잔골재 1~40중량%, 굵은골재 1~40중량%, 혼화제 0.01~2중량% 및 잔량의 물을 포함하는 것이다.
본 발명을 구성하는 시멘트와 혼화제는 시멘트콘크리트로 되는 외단열재에 사용되는 것이라면 어느 것을 사용하여도 무방하며, 그 예로 상기 시멘트는 1종 포틀랜드시멘트일 수 있고, 혼화제로는 고성능 감수제로 폴리카본산을 예로 들 수 있다.
또한, 본 발명을 저해하지 않는 범위내에서 혼합재로 고로슬래그 또는 플라이애시를 더 첨가할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 상기 잔골재와 굵은 골재로 사용되는 경량골재는 바텀애시와 폐유리 및 발포제를 혼합한 혼합물에 점결제를 첨가하면서 펠렛상으로 성형하고, 그 성형물의 표면을 폐유리분말로 코팅한 다음, 로터리 킬른에서 소성시켜 된 내부에 기공이 형성된 경량골재이다. 기존 일반 잔골재와 굵은골재를 상기 경량골재로 대체활용하였을 경우, 콘크리트의 단위용적중량이 감소하여 경량성을 확보할 수 있으며 경량골재 내부의 기공에 의해 열전도도가 감소되고 이에 따른 단열성 증가의 효과를 얻을 수 있다.
상기 경량골재의 제조과정예를 설명하면,
바텀애쉬와 폐유리 및 발포제를 혼합하는 혼합단계 상기 혼합된 원료에 점결제를 첨가하면서 펠렛화시키는 성형체 제조단계 상기 성형체 표면을 폐유리분말로 코팅하는 코팅단계 및 상기 코팅된 성형체를 로터리 킬른에서 소성시키는 소성단계를 거쳐 제조된다.
상기 혼합단계에서는 바텀애쉬와 폐유리는 0.1 : 99.9 내지 30 : 70 중량비, 바람직하게는 10 : 90 내지 25 : 75 중량비로 혼합하게 된다. 바텀애쉬가 상기 하한치 미만이면 경량골재의 수분흡수율이 너무 높고, 상기 상한치를 초과하면 비중이 1.2를 초과하게 되는 문제가 있기 때문이다.
상기 바텀애쉬와 폐유리의 합 100 중량부에 대하여 발포제 0.1 ~ 10 중량부, 바람직하게는 0.2 ~ 4 중량부, 더욱 바람직하게는 0.25 ~ 2 중량부이다. 발포제 함량이 상기 하한치 미만이면 경량골재 내부의 기공생성이 충분하지 않아 비중이 너무 높아지고, 상기 상한치를 초과하면 폐유리로 경량골재를 코팅하더라도 파괴강도가 낮아져 파쇄되기 쉽고 파쇄로 인하여 폐기공이 열려 수분흡수율이 증대된다. 이때, 사용되는 발포제로는 탄산칼슘, 흑연(graphite) 및 삼이산화철(Fe2O3 또는 헤마타이트) 등이 바람직하다.
상기 성형체 제조단계는 상기 혼합단계의 혼합된 원료 100 중량부에 점결제 1 내지 40 중량부, 바람직하게는 20 ~ 35 중량부 첨가하여 이루어진다. 점결제로는 물유리 수용액을 사용하는 것이 좋으며, 물유리 수용액은 물유리가 20 ~ 90 중량%, 바람직하게는 40 ~ 80 중량% 사용된 것을 사용한다.
상기 성형체 제조단계는 펠렛타이저의 교반날개와 바닥면 사이 간격을 소정의 성형체의 입자크기에 따라 조정하고 상기 교반날개를 50 ~ 1000 rpm, 바람직하게는 200 ~ 500 rpm에서 1 ~ 100 분, 바람직하게는 5 ~ 20 분 회전시켜 제조할 수 있다.
상기 코팅단계는 성형체 100 중량부에 폐유리분말 1 내지 60 중량부, 바람직하게는 10 ~ 50 중량부, 더욱 바람직하게는 25 ~ 45 중량부 포함한다. 코팅용 폐유리분말이 상기 하한치 미만이면 비중은 낮지만 수분흡수율이 높아지고, 상기 상한치를 초과하면 수분흡수율은 낮지만 비중이 높아지게 되는 문제가 있다.
상기 소성단계는 로터리킬른에서 600 ~ 1200℃, 바람직하게는 800 ~ 1000℃ 에서 0.1 ~ 60분, 바람직하게는 1 ~ 30분 소성한다.
이상에서 경량골재의 제조과정예에 따라 제조된 경량골재는 본 발명의 목적하는 바에 따라 분쇄하여 잔골재와 굵은골재로 분류하여 사용하게 되는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 잔골재는 그 골재크기가 0.6 ~ 5㎜의 크기를 가지도록 골재화한 경량골재를 사용하는 것이 바람직하며, 콘크리트 총량에 대하여 5 ~ 20중량%를 포함하도록 혼합하는 것이 바람직하다. 일반적으로 잔골재는 5mm 이하의 골재를 말하며 상기 잔골재의 크기가 0.6mm 이하일 경우에는 단열성 저하, 경량성 저하 및 강도 저하의 문제점이 발생한다. 또한 잔골재의 함량이 많아지면 강도 저하의 문제점이 있고, 잔골재의 함량이 적어지면 단열성 저하, 경량성 저하 등의 문제점이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 굵은골재는 그 골재크기가 5 ~ 20㎜의 크기를 가지도록 골재화한 경량골재를 사용하는 것이 바람직하며, 시멘트콘크리트 총량에 대하여 5 ~ 20중량%를 포함하도록 혼합하는 것이 바람직하다. 일반적으로 굵은골재는 5mm 이상의 골재를 말하며 상기 굵은골재의 크기가 5mm 이하일 경우에는 단열성 저하, 경량성 저하의 문제점이 발생 되고 20mm이상일 경우에는 강도저하의 큰 원인이 된다. 또한 굵은골재의 함량이 많아지면 강도 저하의 문제점이 있고, 굵은골재의 함량이 적어지면 단열성 저하, 경량성 저하 등의 문제점이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 잔골재와 굵은골재는 중량비로 80:20 ~ 20:80의 비율로 혼합되도록 하는 것이 바람직하다. 만일. 상기 잔골재의 혼합량이 20중량비 미만일 경우 재료분리가 발생되는 문제가 있고, 80 중량비를 초과할 경우에는 단열성 및 경량성이 저하되는 문제가 있다.
보다 바람직하게는 상기에서 개시된 바와 같이, 콘크리트의 총량에 대한 잔골재와 굵은골재의 혼합량을 벗어나지 않는 범위 내에서 잔골재와 굵은골재의 혼합량비를 적절히 조절하는 것이다.
이상에서 개시되는 본 발명의 건축용 외단열재는 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명을 구성하는 각 구성요소를 적정비율로 혼합하고, 타설한 다음, 경화 및 양생시켜 건축용 외단열재로 사용한다. 상기와 같이 양생된 외단열재는 도 3에 도시된 바와 같이, 일반콘크리트 양생연마면과 단면을 대비하여 보면 일반 콘크리트는 골재의 크기가 불규칙한 반면, 본 발명의 외단열재는 구형의 잔골재와 굵은골재로 이루어져 있음을 알 수 있다.
본 발명의 건축용 외단열재는 도 2에서 도시된 바와 같이, 단열재를 구성하는 잔골재와 굵은 골재를 바텀애쉬와 폐유리를 발포시켜 된 경량골재를 사용함으로써, 사용된 경량골재의 난연성, 내열성 및 흡차음성 등 물리적 특성을 가지게 됨으로, 기존 단열공법에서처럼 콘크리트를 타설하고난 다음 단열재를 시공하고, 그 위에 마감재로 처리하지 않고, 본 발명의 외단열재를 타설양생한 다음, 바로 마감재처리함으로써 시공시간이 단축되어 시공성이 우수하고, 건축비의 절감효과를 얻을 수 있게 된다.
이상에서 설명되는 본 발명의 바텀애시와 폐유리로 제조된 경량골재를 사용한 건축용 외단열재를 준비하고, 종래 사용되는 골재를 포함하는 시멘트콘크리트와 그 성능과 물성을 비교하여 보았다.
[실험방법 및 물리특성]
본 발명에서 사용하는 저흡수 인공경량골재(L1, L2)와 현재 시판하고 있는 외국산 인공경량골재 제품들(중국산 H사, 일본산 T사)과의 콘크리트 물리특성을 비교하기 위해 콘크리트 단위질량, 압축강도, 인장강도(쪼갬), 열전도율, 상대동탄성계수 및 동결융해 저항성 등의 실험을 하였다.
동일한 입도(粒度) 조건에서 경량골재 콘크리트의 특성을 알아 보기위해 골재의 입자크기별 함량을 -9.5mm + 4.75mm ; 0.75wt(%), -4.75mm + 2.8mm ; 82.25wt(%); -2.8mm + 1.18mm ; 16.1wt(%), -1.18mm ; 0.9wt(%)가 되도록 조정하였으며 24시간 동안 침수시킨 후 6시간 동안 자연탈수를 하였다. 혼합은 60L용량의 강제식 믹서(WJ-226, Woo Jin, Korea)를 사용하였으며 혼합방법은 건비빔(경량골재+잔골재; 60초) → 시멘트 투입 후 비빔(60초) → 물 투입 후 비빔(120초) 순으로 재료를 투입혼합 하였다.
L1은 폐유리와 바텀애시 성형체를 소성하여 제조한 인공경량골재이며 L2는 성형체 표면에 폐유리분말을 코팅하여 제조한 저흡수 인공경량골재이다. 제조조건은 하기 표 1과 같다.
Figure 112011096111217-pat00001
< 실험방법 >
1. 사용재료
가. 시멘트 및 혼화재료
본 발명에 사용한 시멘트는 H사의 1종보통 포틀랜드시멘트이며 품질특성은 하기 표 2와 같이 분말도 3,442cm2/g, 비중 3.15이고 주성분은 CaO(62.2%), SiO2(20.5%), Al2O3(6.88%)으로 분석되었으며 강열감량은 0.28% 발생하였다.
Figure 112011096111217-pat00002
나. 골재
기존 경량골재(H사, T사)를 혼합한 콘크리트에는 기존 콘크리트에 사용되는 잔골재를 사용하였고, 본 발명의 외단열재에는 비중 1.12, 조립율 2.04(입도범위 0.6~5mm), 흡수율 2.88%, 단위질량 806kg/m3의 잔골재를 사용하였으며, 물리적 특성은 하기 <표 3>과 같다.
Figure 112011096111217-pat00003
굵은골재로 사용한 인공경량골재의 물리적 특성은 하기 <표 4>와 같다. 본 연구에서 개발한 인공경량골재(L)의 열전도율은 각각 0.071W/m?k, 0.079W/m?k 였고, 절건 밀도는 각각 0.56g/cm3, 0.78g/cm3 이었으며, 흡수율은 각각 3.15%, 18.39%로 수입산 인공경량골재(H사, T사) 보다 낮았으며 파괴하중은 각각 575.0N, 695.0N으로 유사하거나 높았으며, 기공율은 64.87%, 77.33%로 수입산 인공경량골재(H사, T사) 보다 높았다.
Figure 112011096111217-pat00004
* L1, L2 : 바텀애시와 폐유리로 제조된 경량골재
다. 혼화제
작업 성능 개선을 위해 사용한 혼화제는 pH 5.82, 감수율 30.4%, 블리딩비 41.2%의 H사 폴리카본산 고성능 감수제를 사용하였다. 혼화제의 품질특성을 하기 <표 5>에 나타내었다.
Figure 112011096111217-pat00005
2. 배합
본 실험에서의 물과 결합재비(W/B)는 39.0%, 잔골재율(s/a)은 45.0%, 단위수량(W)은 160kg/m3, 시멘트는 410kg/m3, L1 잔골재 172kg/m3, L2 잔골재 239kg/m3, H사와 T사 잔골재 789kg/m3, 혼화제 2.46kg/m3으로 고정하였으며 인공경량골재는 절건 밀도에 따라 동일한 부피의 배합을 설정하였다.
Figure 112011096111217-pat00006
* L1, L2 : 바텀애시와 폐유리로 제조된 경량골재
< 실험방법 >
1. 슬럼프 및 공기량
콘크리트의 슬럼프 측정은 KS F 2402 "콘크리트의 슬럼프 시험방법", 공기량 측정은 KS F 2421 "압력법에 의한 굳지 않은 콘크리트의 공기량 시험 방법"에 따라 시험하였으며, 각각에 대한 목표값은 콘크리트 표준시방서에 준하여 슬럼프는 180±25mm, 공기량은 4.5±1.5%로 설정하여 실험을 진행하였다. 또한 경과시간에 따른 슬럼프 변화를 파악하기 위해 믹서에서 콘크리트 배출 직후, 30분후, 60분후의 슬럼프를 측정하였다.
2. 단위질량
굳은 콘크리트의 단위질량은 KS F 2462 "구조용 경량 콘크리트의 단위질량 시험 방법"에 따라 공시체를 제작하고 16~27℃ 온도 하에서 수분의 증발이나 흡수가 없이 양생을 실시한다. 6일째 되는 날 양생 중의 공시체를 옮겨서 24시간 동안 23±1.0℃의 수중양생을 실시한 후 공시체의 수중 질량을 측정하고 표면건조 포화상태 질량을 측정하였다. 이후 상대 습도 50±5%, 온도 23±1.0℃ 하에서 21일간 공시체를 건조시키고, 건조된 공시체의 질량을 측정하여 식 1로 콘크리트의 1m3 당 기건 질량을 계산하였다. 여기서 A는 재령 28일 콘크리트 공시체의 건조 질량(kg), B는 공시체의 표면건조 포화상태 질량, C는 공시체의 수중질량이다.(하기 식 1 참조)
Figure 112011096111217-pat00007
3. 열전도율
콘크리트의 열전도율을 측정하기 위해 지름 15mm, 두께 30mm의 원형 시험편을 제작하였으며, KS L 9016 "보온재의 열전도율 측정방법"에 규정된 평판열류계법에 따라 열전도율 시험기(HC-074, EKO社, Japan)에 장착하여 측정하였다.
4. 압축강도 및 인장강도
콘크리트 공시체는 KS F 2403 "콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작 방법"에 따라 제작하고, 압축강도는 KS F 2405 "콘크리트의 압축 강도 시험 방법"에 의해 측정하였으며, 인장강도는 KS F 2423 "콘크리트의 쪼갬 인장강도 시험방법"에 의해 측정하였다. 또한 압축강도 및 인장강도는 3일, 7일, 28일 재령에 대해서 측정하였다.
5. 동결융해 저항성
동결융해시험은 동결융해의 급속 반복에 대한 콘크리트 공시체의 저항을 구하기 위한 것으로, KS F 2456의 급속 동결 융해에 대한 콘크리트의 저항 시험 방법"에 준하여 14일 표준양생 후 시험을 개시하였으며, 동결융해시험기를 사용하였다. 상대동탄성계수는 일본 MARUI社의 Digital Type Young's Modulus Rigidity Meter"를 사용하여 KS F 2437의 "공명 진동에 의한 콘크리트의 동탄성 계수동 전단 탄성 계수 및 동 푸아송비 시험방법에 의해 측정하였다.
< 실험결과 >
1. 슬럼프 및 공기량
인공경량골재 콘크리트의 최초슬럼프 및 공기량과 경과시간에 따른 슬럼프 변화값을 <도 4>과 <도 5>에 나타내었다.
경과시간에 따른 슬럼프 변화 시험결과, L2 < T사 < L1 < H사 골재를 사용한 콘크리트 순으로 슬럼프 저하가 크게 발생하였다. 로터리 킬른 내에서 소성시킨 성형체를 대기 중에서 냉각시켜 경량골재를 제조하는 방식인 L2, L1, H사 골재는 흡수율이 각각 3.15%, 18.39%, 19.73%와 같이 높은 흡수율을 갖는 골재를 사용한 콘크리트일수록 배합 시 다량의 배합수가 골재 내부로 흡수되어 유동성 저하가 발생하였다. 그러나 T사 골재의 경우 흡수율이 28.94%로 높음에도 불구하고 상대적으로 경과시간에 따른 유동성 저하가 크지 않았는데 이것은 고온에서 제조된 성형체를 수중침지방법(pre-soaked 방식)으로 급속 냉각하여 성형체의 응축과 동시에 내부 폐기공 및 투과기공에 수분이 상당량 포집(entrapped water)된 상태로 경량골재가 제조되기 때문이다.
2. 콘크리트 단위질량
인공경량골재 종류에 따른 콘크리트의 단위질량 측정값을 <도 6>에 나타내었다. L1을 사용한 콘크리트의 단위질량이 1.630t/m3으로 가장 낮았으며 L2를 사용한 콘크리트의 단위질량은 1.660t/m3, H사를 사용한 콘크리트의 단위질량은 1.835t/m3, T사를 골재로 사용한 콘크리트의 단위질량은 1.854t/m3으로 가장 크게 나타났다. 이것은 경량골재 콘크리트에 사용된 골재들의 절대건조밀도 크기(L1; 0.56g/cm3, L2; 0.78g/cm3, H사; 1.14g/cm3, T사; 1.32g/cm3) 와 유사한 경향을 나타내었다.
3. 열전도율
경량골재 콘크리트의 배합수준이 일정할 경우, 경량골재 콘크리트를 구성하는 골재의 특성에 따라 열전도율이 크게 좌우되는데 골재내부에 형성되어 있는 적정크기의 독립기포와 수 등이 많을수록 열의 흐름을 방해하여 열전도율이 감소하게 된다. 일반적으로 경량골재 콘크리트의 단위질량이 작을수록 열전도율이 감소하는 경향을 나타낸다.
인공경량골재 종류에 따른 콘크리트의 열전도율 측정값을 <도 7>에 나타내었다. L1 < L2 < H사 < T사 골재를 사용하여 제조한 경량골재 콘크리트 순으로 열전도율이 증가하였다. 이것은 기공율이 높은 골재(L1; 77.33%, L2; 64.87%, H사; 48.36%, T사; 40.09%)를 사용할수록 골재 내부에 존재하는 기공이 열의 흐름을 방해하여 전체적인 경량골재 콘크리트의 열전도율을 저감시키기 때문이다.
4. 압축강도 및 인장강도
인공경량골재의 종류에 따른 콘크리트의 압축강도와 인장강도(쪼갬) 특성을 알아보기 위해 단위결합재량을 410kg/m3(시멘트; 369kg/m3, 플라이애시; 41kg/m3), 물결합재(W/B) 비를 39%, 잔골재율(s/a)을 45%로 고정하여 실험을 하였다. 그 결과를 <표 7>, <도 8> 및 <도 9>에 나타내었다. H사 < L1 < T사 L2 골재를 사용하여 제조한 인공경량골재 콘크리트 순으로 28일 압축강도 및 인장강도가 크게 나타났는데 이것은 경량골재의 파괴하중값 크기(H사; 421.8N, L1; 575.3N, A사; 685.9N, L2; 695.0N) 와 유사한 경향을 나타내었다.
Figure 112011096111217-pat00008
5. 동결융해 저항성
인공경량골재의 종류에 따른 콘크리트의 내구성을 검토하고자 동결융해 저항성 실험(KS F 2456, B-type)과 상대동탄성계수 실험(KS F 2437)을 하였으며 그 결과를 <도 10>에 나타내었다.
인공경량골재 콘크리트의 상대동탄성계수가 60% 이하로 떨어질 때의 동결융해 사이클수는 L1은 201cycle, L2는 216cycle, H사는 135cycle, T사는 29cycle 로 나타났다. L2를 골재로 사용한 경량골재 콘크리트의 동결융해 저항성이 상대적으로 크게 나타났는데, 이것은 다른 경량골재(L1;H사;T사 18.39%;19.73%;28.94%)에 비해 흡수율이 적어(3.15%) 골재 공극 중에 있는 물의 결빙에 의한 팽창압이 상대적으로 적게 발생되어 나타난 결과로 판단된다.

Claims (7)

  1. 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 혼화제 및 물을 포함하여 이루어지는 외단열재로,
    상기 잔골재로 바텀애시와 폐유리 및 발포제를 혼합한 혼합물을 성형한 골재로 비중 1.12, 흡수율 2.88%의 물리적 특성을 가지며, 0.6 ~ 5㎜의 크기를 가지는 경량골재를 사용하고,
    상기 굵은골재로 바텀애시와 폐유리 및 발포제를 혼합한 혼합물을 성형한 골재로 열전도율(W/m?K) 0.071~0.079, 절건 밀도(g/cm3) 0.56 ~ 0.78, 흡수율(%) 3.15 ~ 18.39, 파괴하중(N) 575.0~695.0, 기공율(%) 64.87~77.33의 물리적 특성을 가지며, 5 ~ 20㎜의 크기를 가지는 경량골재를 사용하여 혼합한 것으로,
    상기 시멘트 20~60중량%, 잔골재 1~40중량%, 굵은골재 1~40중량%, 폴리카본산 0.01~2중량% 및 잔량의 물을 포함하도록 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바텀애시와 폐유리로 제조된 경량골재를 사용한 건축용 외단열재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 잔골재와 굵은골재로 사용되는 경량골재는 바텀애시와 폐유리 및 발포제를 혼합한 혼합물에 점결제를 첨가하면서 펠렛상으로 성형하고, 그 성형물의 표면을 폐유리분말로 코팅한 다음, 로터리 킬른에서 소성시켜 된 내부에 기공이 형성된 경량골재인 것을 특징으로 하는 바텀애시와 폐유리로 제조된 경량골재를 사용한 건축용 외단열재.


  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 잔골재와 굵은골재는 중량비로 80:20 ~ 20:80의 비율이 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 바텀애시와 폐유리로 제조된 경량골재를 사용한 건축용 외단열재.
  6. 삭제
  7. 삭제
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