KR20100009991A

KR20100009991A - 내화·내진 모르타르 조성물 및 이를 이용한 고강도내화·내진패널의 제조방법

Info

Publication number: KR20100009991A
Application number: KR1020080070852A
Authority: KR
Inventors: 권영진; 김재환; 한병찬
Original assignee: (주)에이엠에스 엔지니어링
Priority date: 2008-07-21
Filing date: 2008-07-21
Publication date: 2010-01-29
Also published as: KR101000526B1

Abstract

본 발명은 내화·내진 모르타르 조성물 및 이를 이용한 고강도 내화·내진패널의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 내화·내진 모르타르 조성물은, 콘크리트 구조물의 내화성능 및 내진성능을 동시에 향상시키기 위해 피복콘크리트 일부를 대체하여 시공하는 고강도 내화·내진패널에서, 상기 고강도 내화·내진패널을 구성하는 내화·내진 모르타르의 경화체가 15㎫ 이상의 휨강도를 갖도록 상기 내화·내진 모르타르는, 결합재 30~50중량%, 입상충전재 30~60중량%, 내화충전재 5~35중량%, 인장강도가 1600㎫ 이상인 고장력 합성섬유 1.5~3.0중량%로 이루어진다. 이러한 본 발명에 따르면, 내화성능과 내진성능을 동시에 발현할 수 있고, 특히 입법예고된 '고강도 콘크리트 기둥보의 내화성능 관리기준'을 만족하는 내화성능을 발휘하는 효과가 있다.

고강도, 콘크리트, 내화, 내진, 모르타르, 패널

Description

내화·내진 모르타르 조성물 및 이를 이용한 고강도 내화·내진패널의 제조방법{REFRACTORY AND QUAKE-PROOF MORTAR COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD OF HIGH-STRENGTH REFRACTORY AND QUAKE-PROOF PANEL USING THE SAME}

본 발명은 내화·내진 모르타르 조성물 및 이를 이용한 고강도 내화·내진패널의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고강도 콘크리트 부재의 내화 및 내진성능을 동시에 향상시키기 위하여 피복콘크리트의 일부(두께 35㎜ 이하)를 대체 시공할 수 있는 고강도 내화·내진패널에 사용되는 내화·내진 모르타르 조성물 및 이를 이용한 고강도 내화·내진패널의 제조방법에 관한 것이다.

최근 초고층 건축물(Super Tall Building)이 증대됨에 따라 고강도 콘크리트(High-Strength Concrete)의 사용량이 급증하고 있다. 여기서 고강도 콘크리트란, 설계기준강도가 일반 콘크리트의 경우 400㎏f/㎠ 이상이거나, 경량 콘크리트의 경우 270㎏f/㎠ 이상인 것을 의미한다.

이러한 고강도 콘크리트는 우수한 압축강도를 발현하는 반면에, 화재시 급격한 고온에 노출되면 피복콘크리트가 심각하게 박락되는 폭렬현상(Explosive Spalling)이 발생되어 구조내력이 급격히 저하되거나, 심한 경우에는 붕괴를 초래 할 수 있다.

이러한 배경에서, 국토해양부에서는, ISO 834 가열곡선에 따른 3시간 내화실험 결과, 주근의 평균 수열온도가 538℃ 이하이고 최대 수열온도가 649℃ 이하가 되어야만 적용가능하다고 하는 "고강도 콘크리트 기둥보의 내화성능 관리기준"을 제정하여 고시하였으며, 2008년 7월 또는 8월 중에 시행할 예정이다.

한편, 고강도 콘크리트의 내화성능에 관한 종래기술로는 다음과 같은 특허가 있다. 즉, '화재시 폭열을 방지하고 내화성능을 향상시킨 RC 기둥부재의 제조방법 및 이 방법을 이용하여 제조되는 RC 기둥부재'에 관한 특허 제0592043호 등(종래기술1)에는 '고강도 콘크리트 제조시 유기섬유 혼입방법에 대해 기재되어 있다.

그런데 종래기술1에서는, 폭렬현상은 방지할 수 있으나, 주근의 수열온도를 기준치 이하로 제어하기가 곤란하고, 더욱이 섬유의 혼입에 의해 시공성이 급격히 저하하는 문제점이 있다.

그리고 '콘크리트용 내화보드 조성물'에 관한 특허 제0704056호 등(종래기술2)에는 '내화보드 부착방법'에 대해 기재되어 있다.

그런데 종래기술2에서는, 폭렬현상을 방지하고, 수열온도를 기준치 이하로 제어할 수 있으나, 부재 표면에 내화보드를 부착함으로서 기둥의 단면이 증대됨에 따라 설계자유도가 저하되고 공간이 축소되는 문제점이 있었다.

또한 '내화성능을 갖는 고밀도 유성계 발포성 내화도료 조성물 및 그의 도장방법'에 관한 특허 제0784738호 등(종래기술3)에는 '내화도료 도포방법'에 대해 기재되어 있다.

그런데 종래기술3에서는, 화재시 발포에 의해 폭렬을 방지하고 수열온도를 저감시키는 성능을 만족하고 있으나(단, 현재에는 2시간 내화성능만을 만족하고 있다), 재료비가 매우 고가이며, 사용중 손상시 내화성능이 급격히 저하되는 문제점이 있다.

아울러, '내화 및 흡음용 피복 조성물'에 관한 특허 제0305908호 등(종래기술4)에는 '내화뿜칠재 도포방법'에 대해 기재되어 있다.

그런데 종래기술4에서는, 화재시 폭렬현상을 방지하고, 수열온도를 기준치 이하로 제어할 수 있고, 내화성능은 우수하나, 강도가 매우 낮아 공용중 탈락되거나 비산먼지가 발생될 수 있으며, 흡수성능이 매우 높아 흡수에 따른 박락현상이 발생하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고강도 콘크리트 부재의 피복콘크리트 일부를 대체하여 구조물의 내화 및 내진성능을 동시에 향상시킬 수 있는 내화·내진 모르타르 조성물 및 이를 이용한 고강도 내화·내진패널의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 고강도 내화·내진 패널을 고강도 콘크리트 구축시 영구거푸집(피복콘크리트 역할)으로 활용할 수 있는 내화·내진 모르타르 조성물 및 이를 이용한 고강도 내화·내진패널의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 시공성 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라 저렴한 내화·내진 모르타르 조성물 및 이를 이용한 고강도 내화·내진패널의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 부재의 표면 마감성이 우수한 내화·내진 모르타르 조성물 및 이를 이용한 고강도 내화·내진패널의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 제1발명은 내화·내진 모르타르 조성물에 관한 것으로, 콘크리트 구조물의 내화성능 및 내진성능을 동시에 향상시키기 위해 피복콘크리트 일부를 대체하여 시공하는 고강도 내화·내진패널에서, 상기 고강도 내화·내진패널을 구성하는 내화·내진 모르타르 의 경화체가 15㎫ 이상의 휨강도를 갖도록 상기 내화·내진 모르타르는, 결합재 30~50중량%, 입상충전재 30~60중량%, 내화충전재 5~35중량%, 인장강도가 1600㎫ 이상인 고장력 합성섬유 1.5~3.0중량%로 이루어진다.

제2발명은, 제1발명에서, 상기 결합재는, 결합재 100중량부에 대하여 플라이애시, 실리카흄, 고로슬래그미분말, 메타카올린, 석회석미분말로 이루어진 군으로부터 단독 또는 2종 이상 선택된 혼화재 5~60중량부와 시멘트 40~95중량부를 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 한다.

제3발명은, 제1발명에서, 상기 입상충전재는, 6호사, 7호사, 8호사 및 규사분말로 이루어진 군으로부터 단독 또는 2종 이상을 선택하여 사용되는 것을 특징으로 한다.

제4발명은, 제1발명에서, 상기 내화충전재는, 고강도 중공세라믹체와 글래스버블 중 하나 이상과, 반수석고, 탄산칼슘, 중조, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 벤토나이트로 이루어진 군으로부터 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 한다.

제5발명은, 제1발명에서, 상기 고장력 합성섬유는, 인장강도가 1600~1800㎫이고 길이가 8~12㎜이며 직경이 20~50㎛인 고장력 폴리비닐알콜 섬유와, 인장강도가 2600~2800㎫이고 길이가 6~12㎜이며 직경이 10~30㎛인 고장력 폴리에틸렌 섬유가 혼합 사용되는 것을 특징으로 한다.

제6발명은, 제1발명에서, 결합재 100중량부에 대하여 유동화제 0.1~2.0중량부, 팽창재 1~10중량부 및 증점제 0.01~0.05중량부가 더 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제7발명은 고강도 내화·내진패널의 제조방법에 관한 것으로, 제1발명 내지 제6발명 어느 하나에 기재된 내화·내진 모르타르를 이용하여 진공압출성형법, 원심성형법, 타설성형법 중 하나의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 내화·내진 모르타르 조성물 및 이를 이용한 고강도 내화·내진패널의 제조방법은, 내화성능과 내진성능을 동시에 발현할 수 있고, 특히 입법예고된 '고강도 콘크리트 기둥보의 내화성능 관리기준'을 만족하는 내화성능을 발휘하는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 고강도 내화·내진 패널을 고강도 콘크리트 구축시 영구거푸집(피복콘크리트 역할)으로 활용함으로써 콘크리트 구조물의 내화성능 및 내진성능을 동시에 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 고강도 내화·내진 패널이 영구거푸집으로 활용될 수 있어, 부재 구축시 거푸집의 탈착이 불필요하여 공기단축이 가능하다는 잇점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 섬유의 혼입량을 최적화하여 시공성을 향상시키고, 역학성능의 개선을 통해 내구성을 향상시켜 장기간 사용에도 내화성능이 유지될 수 있을 뿐만 아니라, 비용이 저렴하여 초고층 건축물뿐만 아니라 다양한 시설물에도 폭넓게 사용할 수 있는 장점이 있다.

아울러, 본 발명에 따르면, 부재의 표면 마감성이 우수하여 표면마감시 별도의 공정(바탕조정)이 불필요하다는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 내화·내진 모르타르 조성물 및 이를 이용한 고강도 내화·내진패널의 제조방법의 구체적인 내용에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저 본 발명에 따른 내화·내진 모르타르 조성물에 대해 설명한다.

[표 1]은 본 발명에 따른 내화·내진 모르타르 조성물에 대한 구성비율을 정리한 것이다.

구 분	구성비율 (중량%)	사용재료	상세구성비율 ( 중량부)	비 고
결합재	30~50	시멘트	결합재 100중량부에 대하여 40~95중량부	보통/조강/초조강 포틀랜드시멘트
결합재	30~50	혼화재	결합재 100중량부에 대하여 5~60중량부	플라이애시, 실리카흄, 고로슬래그분말, 메타카올린, 석회석미분말
입상충전재	30~60	규사	입상충전재 100중량부에 대하여 70~100중량부	6호, 7호, 8호 규사가 단독 또는 2종 이상이 혼합사용
입상충전재	30~60	규사분말	입상충전재 100중량부에 대하여 0~30중량부	규사만 단독 사용하거나 규사분말과 혼합사용
내화충전재	5~35	중공재	내화충전재 100중량부에 대하여 10~90중량부	고강도중공세라믹체, 글래시버블
내화충전재	5~35	흡열재	내화충전재 100중량부에 대하여 10~90중량부	반수석고, 탄산칼슘, 중조, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 벤토나이트
고장력 합성섬유	1.5~3.0	PVA섬유	합성섬유 100중량부에 대하여 70~95중량부	인장강도 1600~1800㎫, 길이 8~12㎜, 직경 20~50㎛
고장력 합성섬유	1.5~3.0	PE섬유	합성섬유 100중량부에 대하여 5~30중량부	인장강도 2600~2800㎫, 길이 6~12㎜, 직경 10~30㎛
합계	100	-	-	-
배합수	(결합재+입상충전재+내화충전재+합성섬유) 100중량부에 대하여 10~30중량부			별도의 제한이 없음

상세히 설명하면, 결합재(Binder)는 내화·내진 모르타르의 강도를 발현하기 위한 재료로서, 구성비율은 30~50중량%이고 바람직하게는 35~45중량%이다. 만일 결합재의 구성비율이 30중량% 미만이면 소정의 강도를 확보하기 곤란하고, 50중량%를 초과하면 수축율(길이변형율)이 증대하고 경제성 및 내화성능이 저하된다.

이러한 결합재는 시멘트와 혼화재가 혼합되어 이루어진다. 보다 상세히 설명하면, 시멘트는 결합재 100중량부에 대하여 40~95중량부이고, 바람직하게는 50~75중량부이다. 만일 시멘트가 40중량부 미만으로 사용되면 조기강도 확보가 곤란하고, 95중량부를 초과하면 수축이 증대하고 경제성이 저하된다. 이러한 시멘트로는 보통포틀랜드시멘트, 조강시멘트, 초조강시멘트 등이 별도의 제한없이 사용가능하다.

또한 혼화재는 결합재 100중량부에 대하여 5~60중량부이고, 바람직하게는 15~45중량부이다. 만일 혼화재가 5중량부 미만으로 사용되면 대체에 따른 효과가 미미하고, 반면에 60중량부를 초과하면 초기강도 확보가 곤란하다. 이러한 혼화재로는 플라이애시, 실리카흄, 고로슬래그미분말, 메타카올린, 석회석미분말로 이루어진 군으로부터 단독 또는 2종 이상이 혼합되어 사용된다.

한편, 입상충전재는 내화·내진 모르타르의 충전재로서 매트릭스의 수축을 억제하고 경제성을 향상시키는 재료이다. 이러한 입상충전재의 구성비율은 30~60중량%이고 바람직하게는 35~50중량%이다. 만일 입상충전재의 구성비율이 30중량% 미만이면 매트릭스의 수축이 증대되고 경제성이 저하되며, 60중량%를 초과하면 비빔시 섬유의 분산성 저하로 비빔성능이 저하될 뿐만 아니라, 내화성능도 저하된다.

상기 입상충전재는 규사만 단독으로 사용되거나 규사와 규사분말이 혼합되어 사용될 수 있다.

보다 상세히 설명하면, 규사(Silica sand)는 입상충전재 100중량부에 대하여 70~100중량부이고 바람직하게는 80~90중량부이다. 만일 규사가 70중량부 미만으로 사용되면 비빔시 유동성 확보를 위한 단위수량이 증대하고 이에 따른 강도저하가 발생한다. 이러한 규사는 6호사, 7호사 및 8호사가 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.

규사분말(Silica powder)은 입상충전재 100중량부에 대하여 0~30중량부이고 바람직하게는 10~25중량부이다. 만일 규사분말이 30중량부를 초과하여 사용되면 비빔시 유동성 확보를 위한 단위수량이 증대하고 이에 따른 강도저하가 발생한다.

다음으로, 내화충전재는 내화·내진 모르타르의 단열성능(차열성능) 및 흡열성능을 향상시켜 화재시 내부로의 열전달을 억제하는 역할을 한다. 이러한 내화충전재의 구성비율은 5~35중량%이고 바람직하게는 15~25중량%이다. 만일 내화충전재의 구성비율이 5중량% 미만이면 소정의 내화성능(차열성능)을 만족시키지 못하고, 반면에 35중량%를 초과하면 소정의 역학성능(압축강도, 휨강도 등)을 만족시키지 못한다.

상기 내화충전재는 중공재와 흡열재를 혼합하여 구성된다.

먼저 중공재는 구상형이면서 속이 비어 있는 구조(중공형)로 되어 있어 내화·내진 모르타르의 단열성능을 향상시키고 열전도율을 저하시켜 고온하에서 차열성능을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 중공재에는 고강도 중공 세라믹체나 글래스버블 등이 있다.

또한 중공재는 내화충전재 100중량부에 대하여 10~90중량부로 사용된다. 만일 중공재가 10중량부 미만으로 사용되면 첨가에 따른 효과가 미미하고, 90중량부를 초과하면 내화·내진 모르타르의 압축강도가 다소 저하된다.

한편, 흡열재는 고온환경 하에서 상변화가 발생되어 불연성 가스나 수분을 방출하는 재료로서, 이러한 상변화에 의해 열을 흡수함으로서 화재시 수열온도의 상승구배를 완화시켜 화재시 최대 수열온도를 저감시킨다. 상기 흡열재로는 반수석고, 탄산칼슘, 중조, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 벤토나이트로 이루어진 군으로부터 단독 또는 2종 이상이 사용된다.

이러한 흡열재는 내화충전재 100중량부에 대하여 10~90중량부로 사용된다. 만일 흡열재가 10중량부 미만으로 사용되면 첨가에 따른 효과가 미미하고, 반면에 90중량부를 초과하면 내화·내진 모르타르의 단열성능이 다소 저하될 우려가 있다.

다음으로, 고장력 합성섬유는 휨하중이나 직접 인장하중 작용하에서 내화·내진 모르타르가 변형경화거동 및 멀티플크랙 특성을 발현하게 하기 위한 재료로서, 매트릭스 내부에 균질하게 분산되어 매트릭스의 균열을 가교하는 역할을 담당한다.

여기서 변형경화거동(Strain-hardening behavior)이란, 휨이나 인장하중 하에서 초기균열이 발생된 후에도 응력의 저하없이 변형의 증대와 함께 응력이 다시 중대되는 현상을 의미한다. 그리고 멀티플크랙(Multiple crack)이란, 상기의 변형경화거동 과정에서 발생되는 복수의 미세균열(일반적으로 평균 균열폭이 100㎛ 이하)을 의미한다.

또한 고장력 합성섬유는, 화재시에는 고온에 의해 용융되어 폭렬을 유발시키는 수증기압을 완화시키는 통로로 작용하며, 내화·내진 모르타르를 다공질화시켜 열전도율을 저하시키는 역할을 담당한다.

이러한 고장력 합성섬유의 구성비율은 1.5~3.0중량%이고 바람직하게는 1.8~2.5중량%이다. 만일 고장력 합성섬유의 구성비율이 1.5중량% 미만이면 휨이나 인장하중 하에서 변형경화거동이나 멀티플크랙 특성을 발현하지 못하고, 반면에 3.0중량%를 초과하면 비빔시 섬유분산성을 확보하기 곤란하며 유동성이 급격히 저하된다.

고장력 합성섬유는 고장력 폴리비닐알콜 섬유와 고장력 폴리에틸렌 섬유를 혼합하여 사용된다.

먼저 고장력 폴리비닐알콜(PVA; Polyvinyle alcohol) 섬유는, 일반 PVA 섬유와는 달리 인장강도가 1600~1800㎫인 PVA 섬유이며, 길이 8~12㎜이고 직경 20~50㎛의 것이 사용된다.

이러한 고장력 PVA 섬유는 고장력 합성섬유 100중량부에 대하여 70~95중량부로 사용된다. 만일 고장력 PVA 섬유가 70중량부 미만으로 사용되면 상대적으로 고장력 PE 섬유의 사용량이 증대되어 경제성이 저하되고, 95중량부를 초과하면 고장력 PE 섬유의 사용량이 적어 변형경화거동 및 멀티플크랙 특성을 발현하기 위한 섬유의 총 사용량이 증대된다.

한편, 고장력 폴리에틸렌(PE; Polyethylene) 섬유는, 일반 PE 섬유와는 달리 인장강도가 2600~2800㎫인 PVA 섬유이며, 길이 6~12㎜이고 직경 10~30㎛의 것이 사용된다.

이러한 고장력 PE 섬유는 고장력 합성섬유 100중량부에 대하여 5~30중량부로 사용된다. 만일 고장력 PE 섬유가 5중량부 미만으로 사용되면 변형경화거동 및 멀티플크랙 특성을 발현하기 위한 섬유의 총 사용량이 증대되고, 반면에 30중량부를 초과하면 비경제적이며 유동성 및 섬유분산성이 저하된다.

배합수는 내화·내진 모르타르에 있어서 시멘트의 반응을 조장하고, 유동성을 부여하는 역할을 담당한다.

이러한 배합수는 내화·내진 모르타르(결합재, 입상충전재, 내화충전재 및 고장력 합성섬유의 혼합물) 100중량부에 대하여 10~30중량부이고 바람직하게는 15~25중량부이다. 만일 배합수가 10중량부 미만으로 사용되면 비빔시 유동성의 급격한 저하를 초래하고, 30중량부를 초과하면 내화·내진 모르타르의 역학성능을 저하시킨다.

또한 첨가제는 비빔시 또는 경화후에 있어서 내화·내진 모르타르의 시공성이나 경화체의 안정성을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, 시멘트와 혼화재가 혼합되는 결합재에 첨가된다. 이러한 첨가제에는 유동화제, 팽창제, 증점제가 사용된다.

유동화제는 낮은 물/결합재비 하에서 내화·내진 모르타르의 유동성을 부여하기 위한 것으로, 폴리카르본산계, 나프탈렌계, 리그닌계, 멜라민계로 이루어진 군으로부터 단독 또는 2종 이상이 사용된다.

이러한 유동화제는 결합재 100중량부에 대하여 0.1~2.0중량부로 첨가된다. 만일 유동화제가 0.1중량부 미만으로 첨가되면 첨가에 따른 효과가 미미하고, 2.0중량부를 초과하면 경제성이 저하되며 재료분리나 응결지연을 초래한다.

팽창재는 경화과정에서 내화·내진 모르타르의 수축을 억제하기 위해 첨가되는 재료로서, 칼슘설퍼알루미네이트(CSA)계가 주로 사용된다.

이러한 팽창재는 결합재 100중량부에 대하여 1~10중량부로 첨가된다. 만일 팽창재가 1중량부 미만으로 사용되면 첨가에 따른 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하면 과대 팽창으로 팽창균열이 발생될 우려가 있다.

증점제는 비빔시 내화·내진 모르타르의 점성을 증대시켜 섬유의 분산성을 향상시키는 재료로서, 메틸셀룰로스계나 폴리비닐아세테이트계가 주로 사용된다.

이러한 증점제는 결합재 100중량부에 대하여 0.01~0.05중량부로 첨가된다. 만일 증점제가 0.01중량부 미만으로 첨가되면 첨가에 따른 효과가 미미하고, 반면에 0.05중량부를 초과하면 점성이 과대하게 되어 작업성이 곤란해진다.

다음으로 이상과 같은 내화·내진 모르타르의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.

<조성비율>

[표 2]에서는 본 발명에 따른 내화·내진 모르타르의 실시예1 내지 실시예4와 비교예의 조성비율을 나타낸 것이다.

사 용 재 료			비교예	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비 교
내 화 내 진 모 르 타 르 의 조 성 비 율 (중 량 %)	결합재	시멘트	30	33	33	33	33	보통포틀랜드시멘트
		플라이애시	9	5	5	3	5	1종 플라이애시
		실리카흄	3	3.2	3.2	3.2	3.4	분말도 200,000㎠/g급
		석회석미분말	-	-	-	-	-
	입상 충전재	규사	55	43	43	40	43	7호 및 8호의 혼합사
	입상 충전재	규사분말	-	-	-	5	-	200Mesh급 규사분말
	내화 충전재	중공세라믹체	-	2	-	2	2	평균입경 100㎛ 정도
		글래스버블	-	-	2	-	-	평균입경 30㎛ 정도
		반수석고	-	5	5	5	5	α형 반수석고
		수산화알루미늄	-	3	3	3	3	평균입경 25㎛ 정도
		수산화마그네슘	-	-	-	-	-	평균입경 40㎛ 정도
	고장력 합성섬유	고장력PVA섬유	-	1.8	1.8	1.8	1.8	길이 13㎜, 직경 39㎛
	고장력 합성섬유	고장력PE섬유	-	0.3	0.3	0.3	0.4	길이 9㎜, 직경 12㎛
	첨가제	유동화제	0.199	0.299	0.299	0.299	0.298	멜라민계(Melment F)
		팽창재	2.8	3.4	3.4	3.4	3.4	CSA계 팽창재
		증점제	0.001	0.001	0.001	0.001	0.002	메틸셀룰로스계(HPMC)
	내화·내진모르타르합계		100	100	100	100	100
배 합 수			17	17	17	17	17	수도수

상기에서 비교예는, 결합재로서는 시멘트, 플라이애시, 실리카흄을 사용하고, 입상충전재로는 5호와 6호의 혼합사를 사용하였으며, 첨가제로는 유동화제, 팽창재 및 증점제를 사용하였다. 그리고 모르타르에 대해 물은 17중량%로 설정하였다.

한편, 실시예1은, 결합재로는 시멘트, 플라이애시, 실리카흄을 사용하고, 입상충전재로는 7호와 8호사의 혼합사를 사용하였으며, 내화충전재로서 중공재는 고강도 중공세라믹체, 흡열재로는 반수석고와 수산화알루미늄을 혼합하여 사용하였고, 고장력 합성섬유로는 고장력 PVA 섬유와 고장력 PE 섬유를 사용하고, 첨가제로는 유동화제, 팽창제, 증점제를 각각 사용하였다.

그리고 실시예2는, 내화충전재 중 중공재로서 중공 세라믹체 대신에 글래스버블을 사용하였고, 나머지는 실시예1과 동일하다.

또한 실시예3은, 입상충전재로서 규사와 규사분말을 혼합하여 사용하였고, 나머지는 실시예1과 동일하다.

아울러, 실시예4는, 고장력 합성섬유로서 고장력 PE 섬유의 혼입량을 증가시키고, 고장력 PVA 섬유의 혼입량을 저하시켰으며, 나머지는 실시예1과 동일하다.

<시험방법>

이와 같이 구성되는 비교예와 실시예1 내지 실시예4에 대한 시험항목 및 시험방법은 [표 3]과 같다.

시험항목	시 험 방 법
길이변화율(%)	KS F 2424(모르타르 및 콘크리트의 길이변화 시험방법)에 준하여 재령 28일까지 측정하였음.
압축강도(㎫)	KS L 5105(수경성 시멘트모르타르의 압축강도 시험방법)에 준하여 재령 28일에 측정하였음(시험체 크기 5×5×5㎝).
휨강도(㎫)	KS F 2408(콘크리트의 휨강도 시험방법)에 준하여 재령 28일에 측정하였음(시험체 크기 4×4×16㎝)
직접인장강도(㎫)	JSCE-HPFRCC(일본토목학회 HPFRCC연구위원회 보고서)에 규정되어 있는 직접인장시험방법에 준하여 재령 28일에 측정하였음.
변형경화거동 (직접인장시험시)	상기의 직접인장시험시 인장응력과 변형량을 데이터로거에 의해 실시간으로 측정하였으며, 그 결과를 그래프화하여 변형경화거동의 유무를 평가하였음.
멀티플크랙 (직접인장시험시)	상기의 직접인장시험을 종료한 후, 측정구간(8㎝)에서의 균열수를 측정하였으며, 10개 이상의 미세균열(100㎛ 이하)이 발생한 경우에는 멀티플크랙이 발생한 것으로 간주하였음.
내화시험 (가열시험)	ISO 834 가열곡선을 활용하여 3시간 가열시험에 의해 내화성능을 평가하였으며, 주근의 최대수열온도와 가열종료 후 시험체의 폭렬, 균열, 박리 등 외관상태를 평가하여 내화성능을 검증하였음(시험체 크기 40×40×80㎝, 피복두께 40㎜, 주근 D16, 띠근 D13, 내화·내진모르타르의 두께 30㎜)

<비빔방법>

한편, 비교예 및 실시예1 내지 실시예4에 대한 비빔은 다음과 같은 순서로 시행하였다.

즉, [표 2]와 같이 내화·내진 모르타르 조성물을 계량한 후, 옴니믹서에 의해 건믹싱하여 프리믹스 제품을 먼저 제조하였다(단, 고장력 합성섬유와 배합수는 제외). 그리고 상기 프리믹스 제품과 배합수를 강제식 콘크리트믹서(0~100rpm 범위에서 속도조절 가능)에 투입한 후 30rpm의 속도로 30초간 비빔한 다음, 고장력 합성섬유를 투입하고 80~100rmp의 속도로 2분 30초간 비빔하여 혼합물을 제조하였다.

<시험체 제작방법>

상기와 같이 비빔이 완료된 혼합물로 다음과 같은 순서로 시험체를 제작하였다.

즉, 비빔이 완료된 혼합물을 각 시험체의 몰드에 타설한 후, 소정의 재령까지 표준양생(온도 20±3℃의 수중양생)을 실시하여 압축강도와 휨강도 등의 시험을 위한 시험체를 제작하였다.

그리고 내화시험용 시험체는 40×40×80㎝ 크기의 각형으로 제작하였다.

보다 상세히 설명하면, 내화·내진 모르타르 혼합물을 원심성형방법에 의해 고강도 내화·내진 패널(중공형, 외곽부 단면 40×40㎝, 내각부 단면 37×37㎝, 두께는 30㎜, 길이 80㎝)을 제작한 후, 증기양생(온도 80±10℃)을 12시간 실시하여 제작하였다.

다음으로는, 주근(8본-D16)과 띠근(8본-D13)을 조립하여 상기의 고강도 내화·내진 패널의 내부에 삽입한 후, 고강도 콘크리트(설계강도 80㎫)를 타설하여 내화시험용 시험체의 제작을 완료하였다. 더욱이 주근의 중앙부에 K형 열전대를 매입하여 내화시험시 수열온도를 실시간으로 측정하였다.

<시험결과>

시험결과는 이하의 [표 4]와 같다.

시험결과		비교예	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
길이변화율(%)		-0.146	-0.047	-0.051	-0.055	-0.049
압축강도(㎫)		64.9	81.2	80.1	84.3	83.9
휨강도(㎫)		4.7	18.9	18.2	18.6	19.5
직접인장강도(㎫)		3.1	4.9	4.8	5.0	5.7
변형경화거동의 유무		무	유	유	유	유
멀티플크랙의 유무		무	유	유	유	유
내화 성능	최대수열온도(℃)	893	439	394	423	451
	폭렬발생여부	발생	무	무	무	무
	균열발생여부	발생	무	무	무	무
	박락발생여부	발생	무	무	무	무
종 합 고 찰		불량	우수	우수	우수	우수

[표 4]의 시험결과를 보면, 비교예의 경우, 압축강도 및 휨강도와 같은 역학성능 및 길이변화율이 실시예1 내지 실시예4에 비해 열악하게 나타났다. 그리고 직접인장하중 작용하에서 변형경화거동 및 멀티플크랙 특성이 전혀 발생하지 않았다. 또한 내화시험결과, 피복부에서 심각한 폭렬현상 및 균열/박락이 발생하였으며, 주근의 최대수열온도가 893℃로 기준치(538℃ 이하)를 만족시키지 못하였다.

한편, 실시예1 내지 실시예4의 경우는, 길이변화율은 ±0.15%의 범위를 모두 안정적으로 만족시켰으며, 압축강도 및 휨강도와 같은 각종 역학성능도 비교예에 비해 매우 우수하게 나타났다. 특히 휨강도가 18㎫ 이상으로 비교예에 비해 매우 높게 발현되었다. 또한 직접인장하중 작용하에서 안정적인 변형경화거동 및 멀티플크랙 특성을 발현하였다. 한편, 내화시험결과, 주근의 수열온도를 기준치 이하로 크게 만족시켰으며, 폭렬이나 균열/박락 등이 전혀 발생하지 않아 내화성능이 매우 우수함을 확인하였다.

다음으로 본 발명에 따른 고강도 내화·내진패널의 제조방법에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 고강도 내화·내진패널은 상기에서 설명한 내화·내진 모르타르를 사용하여 진공압출성형방법, 원심성형방법 및 타설성형방법 중 어느 하나의 방법으로 제조한다.

특히 고강도 내화·내진패널을 판재로 제조할 경우에는 진공압출성형법 및 타설성형방법 중 하나의 방법을 사용하여 제작한다. 또한 고강도 내화·내진패널을 중공형(각형 또는 원형)으로 제조할 경우에는 원심성형방법 및 타설성형방법 중 하나의 방법을 사용하여 제작한다.

이때 진공압출성형방법, 원심성형방법 및 타설성형방법은 본 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 잘 알려진 방법들이므로 각 방법에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 내화 시험용 시험체의 구성을 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 고강도 내화·내진 패널 20 : 주근

30 : 띠근 40 : 내화 시험용 시험체

Claims

콘크리트 구조물의 내화성능 및 내진성능을 동시에 향상시키기 위해 피복콘크리트 일부를 대체하여 시공하는 고강도 내화·내진패널에서, 상기 고강도 내화·내진패널을 구성하는 내화·내진 모르타르의 경화체가 15㎫ 이상의 휨강도를 갖도록 상기 내화·내진 모르타르는, 결합재 30~50중량%, 입상충전재 30~60중량%, 내화충전재 5~35중량%, 및 인장강도가 1600㎫ 이상인 고장력 합성섬유 1.5~3.0중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내화·내진 모르타르 조성물.
제1항에 있어서,

상기 결합재는, 결합재 100중량부에 대하여 플라이애시, 실리카흄, 고로슬래그미분말, 메타카올린, 석회석미분말로 이루어진 군으로부터 단독 또는 2종 이상 선택된 혼화재 5~60중량부와 시멘트 40~95중량부를 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 내화·내진 모르타르 조성물.
제1항에 있어서,

상기 입상충전재는, 6호사, 7호사, 8호사 및 규사분말로 이루어진 군으로부터 단독 또는 2종 이상을 선택하여 사용되는 것을 특징으로 하는 내화·내진 모르타르 조성물.
제1항에 있어서,

상기 내화충전재는, 고강도 중공세라믹체과 글래스버블 중 하나 이상과, 반수석고, 탄산칼슘, 중조, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 벤토나이트로 이루어진 군으로부터 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 내화·내진 모르타르 조성물.
제1항에 있어서,

상기 고장력 합성섬유는, 인장강도가 1600~1800㎫이고 길이가 8~12㎜이며 직경이 20~50㎛인 고장력 폴리비닐알콜 섬유와, 인장강도가 2600~2800㎫이고 길이가 6~12㎜이며 직경이 10~30㎛인 고장력 폴리에틸렌 섬유가 혼합 사용되는 것을 특징으로 하는 내화·내진 모르타르 조성물.
제1항에 있어서,

결합재 100중량부에 대하여 유동화제 0.1~2.0중량부, 팽창재 1~10중량부 및 증점제 0.01~0.05중량부가 더 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 내화·내진 모르타르 조성물.
제1항 내지 제6항 어느 한 항에 기재된 내화·내진 모르타르를 이용하여 진공압출성형법, 원심성형법, 타설성형법 중 하나의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 고강도 내화·내진패널의 제조방법.