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고압 가압 멸균 경량 콘크리트

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목차

1. 개요

고압 가압 멸균 경량 콘크리트(ALC)는 고압 가압 셀룰러 콘크리트, 셀룰러 콘크리트 등으로 불리는 건축 자재로, 석영 모래, 소성 석고, 생석회, 시멘트, 물, 알루미늄 분말을 혼합하여 고온 고압에서 증기 양생 과정을 거쳐 생산된다. 1920년대 스웨덴에서 처음 개발되었으며, 가볍고 단열성이 뛰어나며 내화성이 우수하여 외부 및 내부 건설에 널리 사용된다. 강화 ALC(RAAC)는 철근으로 보강된 ALC로 지붕 및 벽 구조에 사용되었으나, 1990년대부터 구조적 철근 부식 문제로 인해 안전 우려가 제기되기도 했다. ALC는 친환경적인 건축 자재로 평가받지만, 시공의 복잡성, 취성, 고정의 어려움 등의 단점도 존재한다.

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고압 가압 멸균 경량 콘크리트

2. 명칭

'''고압 증기 양생 경량 기포 콘크리트'''(ALC)는 '''고압 가압 셀룰러 콘크리트'''(ACC), '''고압 가압 콘크리트''', '''셀룰러 콘크리트''', '''다공성 콘크리트''', '''에어콘크리트''', '''서멀라이트''', '''헤벨''', '''에어콘''',[9] '''슈타르켄''', '''가스베톤''', '''에어베톤''', '''듀록스''', '''시포렉스'''(실리콘 기공 팽창), '''수포렉스''', '''H+H''', '''이통'''으로도 불린다.[10][11]

3. 역사

ALC(Autoclaved Lightweight Aerated Concrete, 고압 가압 멸균 경량 콘크리트)는 1920년대 중반 스웨덴의 건축가이자 발명가인 요한 악셀 에릭슨 박사와 왕립 기술 연구소의 헨릭 크로이거 교수에 의해 처음 개발되었다.[12][13] 1924년에 특허를 받았으며, 1929년 스웨덴 익스훌트에서 생산이 시작되었다. "익스훌트 옹하르다 가스베통"(Yxhults Ånghärdade Gasbetong)은 세계 최초의 등록된 건축 자재 브랜드가 되었다. 1939년 스웨덴에서 "Siporex" 브랜드가 설립되었으며, 현재 전 세계 35개 지역에 공장을 운영하고 있다. 1943년 독일 멤밍겐의 요제프 헤벨은 Hebel이라는 또 다른 기포 콘크리트 브랜드를 설립하고 첫 번째 공장을 열었다.

초기 ALC는 명반 셰일을 사용하여 생산되었으나, 라돈 발생 문제를 일으켜 1975년부터 석영 모래, 소성 석고, 석회, 시멘트, 물, 알루미늄 분말을 사용한 배합으로 변경되었다.

1978년, Siporex 스웨덴은 사우디 아라비아에 Siporex 공장을 설립하여 중동, 아프리카 및 일본 시장을 공략했다. 현재 ALC 생산은 유럽과 아시아에 집중되어 있으며, 특히 중국은 수백 개의 제조 공장을 보유한 세계 최대의 에어크리트 시장이다.

1960년대 초 일본에 도입되었다.[54] 아사히카세이 건축 재료 주식회사는 1960년 구소비에트 연방에서, 1962년 구서독에서 기술을 도입했다.[55] 스미토모 금속 광산 시포렉스(1962년 스웨덴에서 기술 도입) [56]

4. 제조

열과 압력 하에서 완제품으로 빠르게 경화하기 위해 오토클레이브에 투입될 준비가 된 미경화 AAC 블록(오른쪽); 중국 AAC 생산 현장.


다른 대부분의 콘크리트 응용 분야와 달리 AAC는 모래보다 큰 골재를 사용하지 않고 생산된다.[18] 석영 모래(SiO2), 소성 석고, 생석회 및/또는 시멘트와 물이 결합제로 사용된다. 알루미늄 분말은 부피의 0.05%~0.08%의 비율로 사용된다(사전 지정된 밀도에 따라 다름). 인도와 중국과 같은 일부 국가에서는 화력 발전소에서 생성된 플라이애시가 골재로 사용되며, 50~65%의 실리카를 함유하고 있다.

AAC를 혼합하여 성형하면 알루미늄 분말이 수산화 칼슘과 물과 반응하여 수소를 형성한다. 수소 가스가 거품을 내고 원료 혼합물의 부피를 두 배로 늘려 직경 까지의 기포를 생성한다. 이는 "에어로 초콜릿 바"와 같은 내부 기포를 갖는 것으로 묘사되었다.[19] 발포 과정이 끝나면 수소가 대기 중으로 빠져나가고 공기로 대체되어 기존 콘크리트 무게의 20%에 불과한 가벼운 제품이 남는다.

성형물을 재료에서 제거하면 굳지만 아직 부드럽다. 그런 다음 블록 또는 패널로 절단하여 12시간 동안 오토클레이브 챔버에 넣는다. 이 증기 압력 경화 과정에서 온도가 에 도달하고 압력이 에 도달하면 석영 모래가 수산화 칼슘과 반응하여 칼슘 실리케이트 수화물을 형성하여 AAC에 높은 강도와 기타 고유한 특성을 부여한다. 비교적 낮은 온도를 사용하기 때문에 AAC 블록은 소성된 벽돌이 아닌 경량 콘크리트 조적 단위로 간주된다. 오토클레이빙 공정 후 재료는 보관되어 건설 현장으로 운송되어 사용된다. 밀도에 따라 AAC 블록 부피의 최대 80%가 공기이다. AAC의 낮은 밀도는 또한 낮은 구조적 압축 강도를 차지한다. 최대 까지 하중을 견딜 수 있으며, 이는 일반 콘크리트의 압축 강도의 약 50%이다.

5. 강화 ALC (RAAC)

'''강화 오토클레이브 통기 콘크리트'''(RAAC)는 철근으로 보강된 오토클레이브 통기 콘크리트 (ALC)로, 주로 지붕 및 벽 구조에 사용된다. 1929년 스웨덴에서 최초의 구조용 강화 지붕 및 바닥 패널이 제조되었지만, 제2차 세계 대전 이후 벨기에 및 독일 기술이 RAAC 시장을 선도했다.[22][23] 1950년대 중반부터 유럽에서 기존 철근 콘크리트보다 저렴하고 가벼운 대안으로 인기를 얻었으며, 여러 유럽 국가뿐만 아니라 일본 및 대영 제국의 이전 영토에서도 널리 사용되었다.[22][23]

RAAC는 기존 콘크리트에 비해 무게가 가볍고 비용이 저렴하며,[24] 우수한 내화성을 가지고 있어 석고가 필요 없고 화재로 인한 박리 현상이 발생하지 않는다.[25] 1950년대 중반 이후 건설된 유럽 건물에서 사용되었으며,[26][27] 내진 성능이 우수하여 일본에서도 벽재로 사용되었다.

1990년대부터 40~50년 된 RAAC 지붕 패널에서 구조용 철근의 온전성이 제한적임이 관찰되기 시작했다.[27][28][29][30][31] 이 재료는 눈에 띄는 열화나 경고 없이 파손될 수 있는데,[27][31] 이는 다공성으로 인해 RAAC가 물 침투에 매우 취약하여 내부 철근 부식을 일으키고, 이를 감지하기 어렵기 때문이다. 철근과 콘크리트 사이의 결합에 인장 응력이 증가하여 재료의 수명을 단축시키며, 구조물별로 자세한 위험 분석이 필요하다.[32]

RAAC의 구조적 성능에 대한 우려는 1995년 영국 학교 지붕의 균열된 부품 검사 이후 처음으로 제기되었으며,[33] 2022년 정부 자산 관리청이 이 재료를 수명이 다한 것으로 선언했다.[34] 2023년에는 지붕 붕괴 위험이 있는 174개 학교의 부분적 또는 전체 폐쇄 이후[35][36] 다른 건물에서도 RAAC 구조와 관련된 문제가 발견되었다.[37][38][39] 2023년 위기 동안, 다른 국가의 RAAC도 영국에서 발견된 문제와 유사한 문제를 나타낼 가능성이 있는 것으로 관찰되었다.[23]

2024년 6월 21일, 캐나다 토론토의 온타리오 과학 센터는 심하게 손상된 RAAC 지붕 패널로 인해 영구 폐쇄 명령을 받았다. 온타리오 주 정부는 센터를 이전할 계획이었으므로 수리 비용을 지불하는 대신 시설을 즉시 폐쇄했다. 온타리오 주에는 약 400개의 다른 공공 건물에 이 재료가 포함되어 있는 것으로 알려져 검토 중이다.[43]

6. 용도

ALC는 외부 및 내부 건설에 모두 사용되는 콘크리트 기반 재료이다.[16] 라우터질, 샌딩 또는 톱과 탄소강 커터가 있는 표준 전동 공구를 사용하여 현장에서 크기에 맞게 자를 수 있으므로 빠르고 쉽게 설치할 수 있다는 장점이 있다.[2]

ALC는 고층 건물 및 온도 변화가 큰 건물에 적합하다.[17] 밀도가 낮기 때문에 구조 부재에 더 적은 강철과 콘크리트가 필요하다. ALC 블록을 쌓는 데 필요한 모르타르의 양은 조인트 수가 적어 줄어든다. 마찬가지로, ALC는 설치 전에 정확하게 성형할 수 있으므로 미장 작업에 필요한 재료가 줄어든다. 일반 시멘트 모르타르를 사용할 수도 있지만, ALC 재료를 사용하는 대부분의 건물은 국가 건축법에 따라 25mm 정도 두께의 얇은 층 모르타르를 사용한다.

주택이나 소규모 빌딩에서는 주요 구조로 철골 구조를 사용하고 외벽에 ALC를 조합하는 경우가 많으며, 외벽, 지붕, 바닥판으로 사용된다. 또한, 최근에는 수도권 등에 많이 건설되는 콘크리트 구조 초고층 집합 주택에서도 발코니나 공용 복도와 거실 사이를 구분하는 외벽으로 사용된다.

7. 종류 (일본 기준)

다양한 용도와 부위에 따라 여러 두께의 제품이 존재하며, 목조용으로는 불에 타지 않는 목재로서 35mm, 37mm 및 50mm 제품이 있으며, 전용 톱으로 절단 가공이 가능하다. 중고층 건축물의 지붕, 외벽, 바닥판, 칸막이벽, 내화 피복 등에 사용되는 80mm(75mm), 100mm, 120mm(125mm), 150mm 제품군이 있다. 외벽용 패널의 경우 장식성을 중시하여 요철을 이용한 디자인 패널이나 타일을 붙인 제품이 있다.

8. 시공 (일본 기준)

지정된 치수로 절단되어 현장에 납품되는 경우가 많으며, 폭은 600mm가 표준 치수이다. 두께 100mm의 경우 길이는 3.0 - 3.5m 정도로 전용 금물을 사용하는 경우가 많으며, 두께 50mm의 경우 길이는 1.8m - 2.0m가 많아 나사로 고정하며, 모따기가 되어 있다. 시공 후 코킹을 실시하여, 손실부와 고정을 위해 사용한 구멍을 메워 마무리한다.

9. 표준 및 규격 (일본 기준)

JIS JIS A 5416 "경량 기포 콘크리트 패널"이 있다.

인접한 건물 상호 간의 연소나 건물 내부의 인접 실 간의 유사 연소를 방지하기 위해 건물의 내화 성능은 건축 기준법 시행령 제107조 및 국토 건설성 고시(헤이세이 12년 건설성 고시 1399호)에 의해 규정되어 있으며, 지붕, 바닥, 외벽, 칸막이 벽 등의 각 부위별로 비손상성, 차열성, 차염성의 관점에서 내화 성능이 정해져 있다.

부위별 내화 성능은 다음과 같다.

부위패널 두께내화 시간관련 고시 또는 개별 인정 번호
외벽100mm 이상1시간헤이세이 12년 건설성 고시 1399호
칸막이75mm 이상1시간헤이세이 12년 건설성 고시 1399호
지붕75mm 이상30분헤이세이 12년 건설성 고시 1399호
바닥100mm 이상1시간FP060FL-9119
바닥120mm 이상2시간FP120RF-9120


10. 물성 (일본 기준)

패널 내부에 무수한 기포를 가지고 있어 단열성이 뛰어나며, 열전도율은 콘크리트의 약 1/10이다.

명칭열전도율(W/m·K)
ALC0.17
콘크리트1.6


11. 장점


  • 열효율 향상: 건물의 난방 및 냉방 부하를 줄여준다.
  • 내화성: 다공성 구조로 뛰어난 내화성을 제공한다.
  • 가공성: 정확한 절단이 가능하여 사용 중 고형 폐기물의 발생을 최소화한다.
  • 친환경성: 환경 오염을 줄이고 LEED 등급 친환경 건축 자재에 기여한다.[1]
  • 자원 효율성: 원자재 가공부터 폐기물 최종 처리에 이르기까지 모든 단계에서 기존 콘크리트에 비해 환경 영향을 줄여준다.[1]
  • 경량성: 콘크리트 벽돌을 더 쉽게 취급할 수 있다. 가벼운 무게는 운송 비용과 에너지를 절약하고, 인건비를 절감하며, 지진 활동 시 생존 가능성을 높여준다.[48]
  • 빠른 조적 작업: 더 큰 크기의 블록은 더 빠른 조적 작업을 가능하게 한다.
  • 비용 절감: 대규모 건설 프로젝트의 비용을 절감한다.
  • 취급 용이성: AAC 블록은 가볍기 때문에 들어 올리고, 운반하고, 설치하기가 더 쉬워 시공을 원활하게 하고, 기존 재료에 비해 효율성을 더욱 향상시킨다.
  • 우수한 통풍: 이 재료는 매우 통기성이 뛰어나 물의 확산을 허용하여 건물 내부의 습도를 줄인다. AAC는 습기를 흡수하고 습기를 방출하여 결로 현상 및 곰팡이와 관련된 기타 문제를 예방하는 데 도움이 된다.
  • 무독성: 고압 가압 멸균 경량 콘크리트에는 유독 가스나 기타 유독 물질이 없다. 설치류나 기타 해충을 유인하지 않으며 해충에 의해 손상될 수 없다.
  • 정확성: 고압 가압 멸균 경량 콘크리트로 만들어진 패널과 블록은 공장에서 출고되기 전에 필요한 정확한 크기로 생산된다. 현장 트리밍의 필요성이 줄어든다. 블록과 패널이 서로 잘 맞기 때문에 모르타르와 같은 마감재 사용이 줄어든다.
  • 내구성: 이 재료는 혹독한 기후나 극한의 기상 변화의 영향을 받지 않으며, 일반적인 기후 변화에 따라 저하되지 않으므로 수명이 더 길다.

12. 단점


  • 고압 가압 멸균 경량 콘크리트(AAC) 사용 과정은 다소 복잡하여 시공자는 특별 교육을 받아야 한다.[49]
  • 비가 오거나 습한 환경에서 AAC 블록 설치 후 비구조적 수축 균열이 나타날 수 있다. 이는 제대로 증기 양생되지 않은 저품질 블록에서 더 가능성이 높지만, 대부분의 AAC 블록 제조업체는 인증을 받았으며 해당 블록은 인증된 실험실에서 테스트를 거치므로 저품질 블록은 드물다.[50]
  • 약간의 취성을 가지고 있어, 취급 및 운송 중에 파손을 방지하기 위해 점토 벽돌보다 더 주의가 필요하다.
  • 고정: 블록의 취성으로 인해 캐비닛과 벽걸이를 설치할 때 더 길고 얇은 나사가 필요하다. 석고보드 및 석고 타일을 포함한 고압 가압 경량 콘크리트용 특수 벽 고정구(나사 벽 플러그 앵커)는 일반 확장 벽 플러그보다 더 높은 비용으로 제공되며, 높은 하중을 견디는 특수 안전 관련 앵커도 포함된다.[51][52][53] 고정 구멍은 HSS 드릴 비트를 사용하여 해머 드릴 없이 일정한 속도로 드릴링하는 것이 권장된다.[51][52] 벽돌 드릴 비트 및 표준 확장 벽 플러그는 AAC 블록과 함께 사용하기에 적합하지 않다.[52]
  • 유럽 표준 밀도(400 kg/m3, B2.5)를 사용하는 경우, AAC 블록만으로는 북유럽의 최신 건축 법규에서 요구하는 단열 수준을 달성하기 위해 매우 두꺼운 — 500mm 이상 — 벽이 필요하다.[49]

13. 친환경성

높은 자원 효율성 덕분에 고압 가압 멸균 경량 콘크리트(AAC)는 원자재 가공부터 폐기물 처리까지 기존 콘크리트보다 환경에 미치는 영향이 적다. AAC 블록 생산에는 제품 1m3당 비교적 적은 원자재가 필요하며, 이는 다른 건축 자재 생산에 필요한 양의 5분의 1 수준이다.[44] 생산 과정에서 원자재 손실은 전혀 없으며, 모든 생산 폐기물은 다시 생산 과정으로 투입된다. AAC 생산에는 다른 조적 제품보다 적은 에너지가 소요되므로, 화석 연료 사용과 관련된 이산화 탄소(CO2) 배출량을 줄일 수 있다.[45] 증기 양생은 비교적 낮은 온도에서 진행되며, 오토클레이브에서 발생한 뜨거운 증기는 재사용되어 양생 과정에서 에너지를 절약한다.[46][47]

참조

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