기포제 종류에 따른 경량기포콘크리트의 기포구조 및 열적특성에 관한 실험적 연구

김진만,박선규,최훈국 한국건축시공학회 2009 한국건축시공학회지 Vol.9 No.4

Recently, the use of lightweight panels in building structures has been increasing. Of the various lightweight panel types, styrofoam sandwich panels are inexpensive and are excellent in terms of their insulation capacity and their constructability. However, sandwich panels that include organic material are quite vulnerable to fire, and thus can numerous casualties in the event of a fire due to the lack of time to vacate and their emission of poisonous gas. On the other hand, lightweight foamed concrete is excellent, both in terms of its insulation ability and its fire resistance, due to its inner pores. The properties of lightweight concrete is influenced by foaming agent type. Accordingly, this study investigates the insulation properties by foaming agent type, to evaluate the possibility of using light-weight foamed concrete instead of styrene foam. Our research found thatnon-heating zone temperature of lightweight foamed concrete using AP (Aluminum Powder) and FP (animal protein foaming agent) are lower than that of light-weight foamed concrete using AES (alkyl ether lactic acid ester). Lightweight foamed concrete using AES and FP satisfied fire performance requirements of two hours at a foam ratio 50, 100. Lightweight foamed concrete using AP satisfied fire performance requirements of two hours at AP ratio 0.1, 0.15. The insulation properties were better in closed pore foamed concrete by made AP, FP than with open pore foamed concrete made using AES. 최근 건설생산현장에서는 경제가 성장함과 동시에 사회적으로 급격하게 증가하는 건축물의 수요를 충족시키기 위해서 표준화, 대량 생산화가 가능한 건식 공법이 각광을 받고 있다. 이러한 현실에 부응하여 에너지 절감효과 및 공사기간 단축, 다양한 형태로 적용이 가능하고 경제성을 가지는 샌드위치 패널이 많이 사용되고 있다. 샌드위치 패널의 형태는 양면 도장 강판 사이에 유기계 및 무기계 단열재를 합성한 복합 자재이다. 유기계 단열재는 PUR(Poly-uretane foam) 및 EPS(Expanded poly-stylene foam) 등이 사용되며, 무기계 단열재는 Glass wool 및 Mineral wool 등이 사용된다. 유기계 단열재는 화재 시 불이 잘 붙어 대피할 수 있는 시간 부족과 유독가스의 발생으로 인명피해가 크게 발생할 수 있지만, 무기계보다 가격이 싸서 유기계 재료를 사용한 샌드위치 패널이 많이 사용되고 있다. 반면, 무기계 단열재 중 경량기포콘크리트는 단열성과 내화성, 경량성 등이 뛰어나기 때문에 샌드위치 패널에 적용하여 유기계의 단점을 해결하기 위한 많은 연구가 수행되어져 왔다. 단열성 및 내화성, 경량성이 뛰어난 경량기포콘크리트는 기포제를 활용하여 시멘트 경화체 내에 다량의 공극을 발생시켜 제조한 것으로서 역학적 특성은 사용되는 기포제와 발포제의 종류에 따라 많은 영향을 받게 된다. 기포제는 계면활성작용에 의해 물리적으로 기포를 도입하는 것으로써 공기량은 최고 85%까지 생성될 수 있으며, 크게 계면활성제계, 가수분해 단백질계로 구분될 수 있다. 계면활성제계 기포제는 수용액 상에서 기포시키면 안정되고, 점성이 높은 기포가 생기지만 시멘트 슬러리와 혼합 시 안정성이 저하되어 서로 연속된 형태의 기포를 형성한다. 가수분해 단백질계 기포제는 계면활성제계 기포제와는 달리 시멘트 슬러리와 혼합 시 안정되고 서로 독립적인 형태의 기포를 형성하게 된다. 발포제는 금속분말이 알칼리 용액과 접촉하여 수소가스를 발생시키는 원리를 이용하는 것으로써 현재 Autoclaved Light-Weight Concrete(ALC)의 제조에 사용되고 있다. 이와 같이 경량기포콘크리트 제조에 사용되는 기포제 및 발포제는 특성이 각기 다르기 때문에 내부 공극이 변화되고 이에 따라 경량기포콘크리트의 물리적, 단열특성이 변화될 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 기포제와 발포제를 사용한 경량기포콘크리트를 샌드위치 패널의 내부 단열재로 활용하는 기초적자료를 제공하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 즉, 경량기포콘크리트를 제조하는데 가장 일반적으로 사용하고 있는 기포제 및 발포제를 대상으로 하여 각각의 첨가량에 따른 경량기포콘크리트의 기포구조 및 열적특성을 검토함으로써 경량기포콘크리트의 높은 단열성능을 확보하기 위한 최적조건을 제시하기 위한 실험·실증적 연구를 수행하였다.

배합비에 따른 경량기포콘크리트의 물리적 특성에 관한 실험적 연구

이창현,어석홍 청운대학교 건설환경연구소 2014 청운대학교 건설환경연구소 논문집 Vol.9 No.2

Lightweight foamed concrete is widely used as a filler in fire door, interior materials in shipbuilding and lightweight panels. The purpose of this study is to investigate the physical properties oflight-weight foamed concrete according to the mix proportions so as to draw optimum mix designand to improve the performances of the nonstructural members. For this purpose, cement content(300, 400, 500 kg/㎥), water-cement ratio (45, 50, 55 %) and types foaming agents (VA=vegetableagent, PA=protein agent) and its dilution concentrations (5, 10, 20 %) were considered as the mainvariables of the experiments. The apparent densitiy, the flexural strength, the thermal conductivitiyand the pore shapes were obtained for each specimens according to the mix proportions. Test resultsshowed that perlite and expanded polystyrene beads can be effectively used as a filler so as toimprove the performances for the density, strength and the thermal conductivity. 본 연구는 방화문, 선박내장재 및 경량패널 등의 각종 비구조 부재의 충진재로써의 활용방안을 강구하기 위한 경량기포콘크리트의 최적배합비 도출과 성능개선을 위하여 수행된 것으로 각종 배합비에 따른 물성특성을 연구하였다. 경량기포콘크리트의 단위시멘트량은 300, 400, 500 으로 설정하였으며,물시멘트비는 45, 50, 55 %로 변화시켰다. 기포제는 식물성 기포제와 동물성 기포제를 각각 사용하였고,기포제 희석농도는 5, 10, 20 %로 설정하여 제조된 기포를 단위용적에 대하여 시멘트 슬러리와 보강재용적을 제외한 용적만큼 조정하여 혼합하였다. 한편, 보강재로 스티로폼 20, 40 % 퍼라이트 20, 40 %를사용하였으며, 선기포 방식으로 제조하였다. 상기 배합조건 별로 제작된 경량기포콘크리트 시험체의 밀도, 휨강도 및 열전도율을 각각 측정하여 분석하였다. 실험결과, 스티로폼을 배합할 경우의 밀도가 순수기포콘크리트에 비해 8 %~32 %, 열전도율이 14 %~18 % 작은 것으로 나타나 밀도나 단열성 측면에서 우수한 것으로 나타났으며, 퍼라이트를 배합할 경우에는 휨강도가 6 %~33 % 높은 것으로 나타났고, 열전도율은 12 %~21 % 낮게 나타나 강도와 단열성 측면에서 우수한 것으로 나타났다.

반응표면설계법(反應表面設計法)을 이용한 고로(高爐)슬래그 경량기포(輕量氣泡)콘크리트 제조(製造)의 최적화(最適化)

김상우,오수현,정문영,Kim, Sang-Woo,Oh, Su-Hyun,Jung, Moon-Young 한국자원리싸이클링학회 2012 資源 리싸이클링 Vol.21 No.3

고로슬래그(BFS) 경량기포콘크리트 제조의 최적 배합비를 도출하기 위해 반응표면분석법 중 하나인 Box-Behnken법을 이용하여 연구를 수행하였다. 경량기포콘크리트는 상압증기양생법으로 제조하였으며 주요 실험변수로는 물/분체($W/P_d$)비, BFS 치환률 그리고 분체량($P_d$) 기준 Al분말 첨가량을 설정하였다. 반응표면분석에 의해 경량기포콘크리트의 절건비중 및 압축강도에 대한 회귀 모델식이 유도되었다. 경량기포콘크리트의 절건비중과 압축강도에 대한 목표값을 각각 0.72와 4.42 MPa로 설정하고 회귀 모델식에 의해 도출된 경량기포콘크리트의 최적 배합비는 $W/P_d$비 0.62, BFS 치환률 35.5% 그리고 분체대비 Al분말 첨가량 0.05%이었다. 이처럼 도출된 배합비로 제조한 경량기포콘크리트 시험체에 대한 절건비중과 압축강도의 측정값을 통해 회귀 모델식의 신뢰성이 확인되었다. This study was conducted to optimize a mixing design of lightweight aerated concrete with the blast furnace slag(BFS) using Box-Behnken method, one of response surface designs. The lightweight aerated concrete with the BFS was made on the conditions of steam curing method at atmospheric pressure. The experimental factors were unit Water(W)/total powder($P_d$) ratio, BFS replacement percentage and Al powder addition based on the total powder (${P_d}^*$%). From the results of the response surface analysis, regression models for dried specific gravity and compressive strength of the lightweight aerated concrete were derived. When the target values for dried specific gravity and compressive strength of the lightweight aerated concrete were set at 0.72 and 4.42 MPa respectively, its optimized mixing conditions driven from the regression models were 0.62 of $W/P_d$ ratio, 35.5% of BFS replacement and 0.05% of Al powder addition. This experimental design model was found to be credible by measuring the dried specific gravity and compressive strength of the sample made from the above mixing conditions.

실리카흄을 이용한 경량기포콘크리트의 역학적 특성과 성토재로서의 적용성에 관한 연구

우현준,염태중,조국환 한국방재학회 2011 한국방재학회논문집 Vol.11 No.4

경량기포콘크리트는 경제성 및 시공의 용이성으로 인해 건축물과 성토체로 널리 사용되고 있는 재료이다. 그러나 토목분야에서는 널리 사용되지 않고 있다. 경량기포콘크리트의 재료적인 특성을 파악하기 위한 수많은 연구가 실행되었음에도 불구하고 여전히 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 성토재로 사용하기 위한 경량기포콘크리트의 재료적 특성을 파악하고자 실험을 하였다. 물, 모래, 실리카흄의 혼합비를 달리하여 압축강도를 측정하여 서로 비교해보았다. 또한 연구결과를 통해 성토재의 최적배합비 산정과 연구결과를 이용하여 압축강도를 정의하였으며, 설계 시방을 통해 성토재로서의 경량기포콘크리트 적용성을 검증하였다. Lightweight Foamed Concrete is one of the most-used materials for insulation of building and embankment. Since it is economic and workability of construction. However, it is not widely used in civil engineering area. Although several researches were performed to investigate material properties of light weight foamed concrete, it is still remained in unexplored field. In this research, laboratory tests were performed to figure out the material properties of light weight foamed concrete to use embankment. The compressive strengths varying with mixing ratio with water and sand as well as silica fume were compared each other. According to research results, the optimum mixing ratio to use embankment material is suggested and the compressive strength using the results is also defined. The adaptability of light weight foamed concrete as an embankment material is checked with design spec and verified.

기포제의 안정성 및 염소집진장치 부산물을 활용한 고로슬래그 기반 경량 기포콘크리트의 특성

김종권,한준희,오양기,한민철 대한건축학회 2023 대한건축학회논문집 Vol.39 No.3

The objective of this study is to investigate the effect of foaming agents and the incorporation of CBS-dust as a binder of light-weight foamconcrete with 0.5 t/m3 of density on the performances of light-weight foam concrete using image analysis by the foam analyzer. Fourdifferent types of foaming agent are adpoted including Cationic foaming agent(CF), Anionic foaming agent(AF), Fe-protein foaming agent(FF)and Synthetic foaming agent(SF). To invesitgate the foaming capability and stability, foam analyzer is used. For binder compositions of lightweightfoam concrete, Chlorine bypass system-dust(CBS–dust), which is collected at the cement production process, and granulated blastfurnace slag(GBFS) are incorporated with Ordinary Portland cement ranged from 15% to 65%, respectively to facilitate settlement oflight-weight foamed concrete. Test results indicated that the combinations of the AF with 0.2% and 5% of CBS-dust as blast furnaceslag-based binders contribute to improve the resistance to settlement, strength enhancement of light-weight foamed concrete. 본 연구는 기포 분석기를 이용하여 기포제 종류에 따른 발포성능 및 기포 유지 성능을 평가하고 이를 토대로 시멘트 제조공정에서 발생하는 부산물인 CBS-dust와 GBFS를 조합한 경량 기포콘크리트의 성능을 평가하고자 한다. 분석결과로 경량 기포콘크리트 결합재는 GBFS 45% 이하, CBS-dust를 5%로 조성하고 기포제는 AF 0.2%를 조합한 경우 경량 기포콘크리트의 내침하성 및 강도 향상에 기여하는 것으로 나타났다.

내화충전물용 경량기포콘크리트의 특성에 관한 실험적 연구

김대회,최동호,Kim. Dae Hoi,Choi. Dong Ho 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.6

경량기포콘크리트는 일반적으로 아파트의 바닥 단열층 형성에 사용되며, 내화재료로는 경량패널의 내화단열심재, 내화금고의 충전내화물로 사용되는 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 그러나, 기존 연구에서는 건축용 단열부분에 초점을 맞추어 연구가 진행되어 내화금고에 충전되는 내화물로 사용되는 부분에 대해서는 체계적인 연구가 이루어지지 못하고 있다. 내화금고는 화재로부터 유가증권 및 각종 서류와 같은 귀중품을 보호하기 위해 사용되며, 한국금고는 세계시장점유율이 높은 상품이다. 따라서, 본 연구에서는 기포제를 이용한 선기포방식의 경량기포콘크리트를 기본으로 하고, 골재로써 발포폴리스틸렌비드와 퍼라이트를 사용하여 경량기포콘크리트 제조하여 실험하였다. 제작된 실험체에 대한 밀도, 압축강도, 열전도율 및 내화성능 실험을 실시하여 결과를 제시함으로써 경량기포콘크리트의 활용범위를 넓히고자 하였다. Lightweight foamed concrete is typically used in the insulation layer of the apartment floor. And Lightweight foamed concrete used as a refractory of lightweight panels, fireproof safe and has been used for a variety of purposes. The existing research focused on the part of the building insulation research primarily. But, for a systematic study has not been made on a portion of which is used as a refractory of fireproof safe. Fireproof safes is used to protect the securities and various documents and valuables from fire. And korea safe is high market share in the world. Therefore, this study basically using a foaming agent lightweight foamed concrete. And perlite and expanded polystyrene beads were used as the aggregate. Density, compressive strength, thermal conductivity, and fire performance tests conducted by the results presented here. And, I hope Lightweight foamed concrete has been widely used.

배합요인에 따른 바텀애시 미분말을 사용한 흡음형 기포콘크리트의 공학적 특성

김진만,강철,Kim, Jin-Man,Kang, Cheol 한국건축시공학회 2009 한국건축시공학회지 Vol.9 No.5

본 연구는 실리카와 칼슘의 수열합성 반응에 의해 제조하는 흡음형 경량기포콘크리트의 개발에 관한 일련의 연구이다. 원료는 석탄화력발전소의 부산물로 발생되는 바텀애시를 미분화한 것을 실리카원으로 사용하였고, 1종보통포틀랜드시멘트, 알루미나 시멘트, 소석회를 칼슘원으로 사용하였다. 경화체 내에서 연속기포를 형성하기 위하여 기포제를 이용하여 발포한 기포를 슬러리와 혼합한 후 몰드에 타설하는 선발포 방식으로 시험체를 제조하였다. 실험인자는 물분체비, 기포제 희석비, 기포 혼입비로 설정하였고 이들 요인이 흡음형 기포콘크리트의 압축강도, 절건밀도, 전공극률, 연속공극률, 흡음성능에 미치는 영향을 검토하였다. 실험결과 기포콘크리트의 흡음성능은 거의 모든 실험 수준에서 흡음재료를 위한 NRC의 요구성능을 만족하는 것으로 나타났다. 기포비는 가장 지배적인 인자이고 이 연구에서 기포콘크리트의 모든 특성에 현저하게 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 물분체비는 압축강도와 절건밀도 뿐만 아니라 전공극률과 연속공극률에 거의 영향을 끼치지 않았고 기포제 희석비는 거의 모든 특성에 영향을 주지 않았다. 흡음성능과 흡수시간 및 연속공극률의 상관관계 분석결과 흡수시간은 연속공극률과의 상관성이 높은 것으로 나타났다. This study is part of an ongoing research project on the development of a sound-absorbing lightweight foamed concrete manufactured by a hydro-thermal reaction between silica and calcium. As the silica source, pulverized bottom ash was used, and as several cementitious powders of ordinary portland cement, alumina cement and calcium hydroxide were used. Manufacture of foamed concrete was accomplished using the pre-foaming method to make a continuous pore system, which is the method of making the foam by using a foaming agent, then making the slurry by mixing the foam, water, and powders. The experiment factors are W/B, foam agent dilution ratio, and foam ratio, and test items are compressive strength, dry density, void ratio, and absorption rate, as evaluated by NRC. The experiment results showed that the sound absorption of lightweight foamed concrete satisfied NRC requirements for the absorbing materials in most of the experiments. It is thus concluded that foam ratio was the most dominant factor, and significantly affected all properties of lightweight foamed concrete in this study. W/B rarely affected total void ratio and continuous void ratio as well as compressive strength, and dry density and foam agent dilution ratio also had little effect onalmost all properties. The analysis of the correlation between NRC, absorption time, continuous void ratio, and absorption time showed that the interrelationship of the continuous void ratio was high.

경량기포콘크리트를 이용한 piled-raft 공법의 철도노반 적용성에 관한 연구

김유형(Yu-Hyeong Kim),박양후(Yang-Hoo Park),백창진(Chang-Jin Baek),조국환(Kook-Hwan Cho) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.10

최근 저탄소 녹색성장이 대두되면서 정시적이고 안정적인 수송체제로서 철도의 관심이 고조되고 고속철도 등 철도의 건설이 지속적으로 진행되고 있으며 이에 따라 연약지반 위에 철도노반을 건설하는 사례가 증가하고 있다. 본 연구에서는 부전-마산 복선전철사업 중 연약지반 상에 경량기포콘크리트를 이용한 piled-raft 공법의 철도노반 적용성에 관하여 실내실험 및 수치해석을 통하여 검증하였다. 수치해석 결과 경량기포콘크리트에 작용하는 응력은 압축강도의 6%인 0.02MPa로 나타났으며, 말뚝간격 2.5D, 3.5D에 따라서 1.1배 차이가 나타났다. 경량기포콘크리트를 이용한 piled-raft 공법을 철도노반에 적용할 경우 충분한 안정성을 확보할 수 있었고, 말뚝간격은 3.5D로 시공할 경우 충분한 안정성 및 경제성을 확보할 수 있었다. As low-carbon green growth is recently issued, the railway transportation system is receving an attention since it is clean, safe, and on time. The new construction of railway such as high-speed rail is also increased. As increase of railway construction, the construction case on the soft ground is getting increased. The possibility of pile-raft method is investigated for the project of Bujeon-Masan railway construction based on laboratory test and numerical analysis. The compression stress applied on light weight concrete from numerical analysis is only 6% of its compression strength measured from laboratory test. The difference of the magnitude of applied stress on pile head by varying pile spacing from 2.5D to 3.5D is 1.1 only this research results show that the piled-raft method with light weight concrete can be used for railway construction, and the spacing 3.5D of pile is adaptable with safety and economy.

경량기포콘크리트의 단열방법에 따른 열부하 특성에 관한 연구

박진우,안병욱,손장열 한국건축설비학회 1998 건축 설비 Vol.1 No.2

건축물의 대형화·고층화의 추세에 따라 건축물에서 소비되는 에너지의 양도 상당히 증가하고 있으며, 세계적으로 에너지 이용의 합리화를 위한 각종 노력이 다각적으로 추진되고 있다. 특히, 건설부분의 소비에너지는 국가전체 에너지 사용량 중 상당량을 차지하기 때문에 국내에서도 이를 위한 연구가 활발히 진행되고 있고, 각종 에너지절약지침이 제정되어 시행되고 있다. 국내 건축물은 1980년대 이후 경량외피의 적용이 증가하여 경량화의 경향을 보이 고있다. (한국건설기술연구원, 1990) 경량외피는 중량외피에 비해 상대적으로 적은 열용량을 가지므로 열전달 특성과 에너지 소비형태에 있어서 반드시 유리하다고 할 수는 없지만, 건축물의 대형화, 고층화에 효과적으로 대응하기 위해서는 경량외피의 적용이 불가피한 실정이다. 본 연구에서는 경량외피를 이용한 효율적인 에너지 절약방안을 검토하고자 외피의 유효열용량 증가에 따른 실온과 부하량의 변화를 분석평가하였다. 먼저 모델실험을 통하여 경량기포콘크리트의 적용성을 평가하고 이틀 토대로 경량기포콘크리트 내부의 단열재 위치를 변화시켜 열관류율은 동일하지만, 유효열용량이 다른 4종류의 부재를 검토대상으로 설정하고, 모델실에 설정 부재와 일반적으로 적용되는 부재를 적용하였을 때의 실온 및 부하량의 변화를 시뮬레이션을 통하여 비교분석하였다. 본 연구에서 도출된 결론을 요약하면 다음과 같다. (1) 모델실험을 통한 자연 실온 평가 결과, 유효열용량이 가장 큰 조적조에서 외기온 변화에 대한 실온변화가 가장 작게 나타났다. (2) 시뮬레이션을 통한 실온 평가 결과, 냉·난방시의 실온은 거의 일정한 것으로 나타났다. (3) 시뮬레이션을 통한 부하 산정 결과, 유효열용량의 증가는 최대난방부하와 기간난방부하를 증가시키지만, 최대냉방부하와 기간냉방부하를 감소시키는 것으로 나타났다. The thermal capacity of conventional building envelope affects the indoor air temperature and air conditioning loads by means of the time-lag effect and its thermal resisitance. Most modern buildings are built of light-weight materials which have much less time-lag effect. Autoclaved Lightweight Concrete(ALC) is one of the light-weight envelopes which is being applied to a wide variety of building types. This study is conducted to evaluate the energy saving effect of ALC envelope system through physical scale model measurements and numerical analysis.

바텀애시 골재와 기포를 이용한 경량 콘크리트의 역학적 특성 평가

지구배,문주현,양근혁 한국콘크리트학회 2019 콘크리트학회논문집 Vol.31 No.4

이 연구의 목적은 바텀애시 골재와 기포를 이용한 프리캐스트 경량 콘크리트의 역학적 특성 평가이다. 단위결합재량은 450~550 kg/m3, 기포 혼입률은 0~25 %로 변하는 조건에서 9 배합을 준비하였으며, 양생온도는 20~60 °C로 변화하였다. 배합에서 사용된 결합재는 보통포틀랜드 시멘트 30 %, 플라이애시 20 %, 고로슬래그 50 %로 구성되었다. 바텀애시 골재와 기포를 이용한 경량 콘크리트(bottom ash aggregates and foam-based lightweight concrete, BF-LWC)의 압축강도 발현 모델은 성숙도 함수 및 실험결과들의 비선형 회귀분석을 이용하여 제시하였다. BF-LWC의 쪼갬 인장강도 및 파괴계수는 압축강도와 기포 혼입률의 함수로 모델링하였다. 압축성형 경량 콘크리트 패널(KS F 4736)에서 요구하는 압축강도 및 휨강도의 최소 조건과 단열성을 고려하면, BS-LWC의 배합 시 550 kg/m3의 단위결합재량과 10~25 % 수준의 기포 혼입률이 요구되었다.