공동주택 바닥충격음 저감을 위한 3D Textile 충격소음 저감재 개발에 관한 실험적 연구 Experimental Study on the Development of 3D Textile Impact Noise Reduction Material for Reducing Floor Impact Sound in Apartment Houses
한국의 도시화가 20세기 후반부터 급속히 진행되면서 주거 환경도 크게 변화하였다. 이러한 도시화의 가장 큰 특징 중 하나는 공동 주택의 급격한 증가이다. 2023년 7월 통계청에서 보도한 ‘2022년 인구주택총조사 결과’를 통해 알 수 있듯이, 공동 주택의 비율은 지난 수년간 지속적으로 상승하였다. 공동 주택이 주요 주거 형태로 자리 잡으면서, 다층 건물에서의 층간소음 문제는 점점 중요한 사회 문제로 부상되고 있다. 위와 같은 문제로 바닥충격음 저감 성능 개선이 요구되고 있고, 바닥충격음 저감을 위해 다양한 연구 및 기술개발을 하고 있다. 본 연구에서는 표준 바닥구조의 마감모르타르층에 함침한 ...
한국의 도시화가 20세기 후반부터 급속히 진행되면서 주거 환경도 크게 변화하였다. 이러한 도시화의 가장 큰 특징 중 하나는 공동 주택의 급격한 증가이다. 2023년 7월 통계청에서 보도한 ‘2022년 인구주택총조사 결과’를 통해 알 수 있듯이, 공동 주택의 비율은 지난 수년간 지속적으로 상승하였다. 공동 주택이 주요 주거 형태로 자리 잡으면서, 다층 건물에서의 층간소음 문제는 점점 중요한 사회 문제로 부상되고 있다. 위와 같은 문제로 바닥충격음 저감 성능 개선이 요구되고 있고, 바닥충격음 저감을 위해 다양한 연구 및 기술개발을 하고 있다. 본 연구에서는 표준 바닥구조의 마감모르타르층에 함침한 3D Textile을 활용해 실험을 통해 바닥충격음 저감 효과를 확인하고, 마감모르타르층 안의 3D Textile의 배열 방식에 따른 소음 저감 성능을 분석하여, 층간소음 저감재료로서의 3D Textile의 성능을 알아보고, 효과적인 활용이 이루어지도록 자료를 제공하고자 한다. 3D Textile 모르타르의 소음저감성능을 알아보고 적용하기 위해서 다음과 같은 방법으로 진행하였다. 3D Textile 모르타르의 슬럼프 플로, 압축·휨강도,동탄성계수, 모르타르와 3D Textile 계면 관찰의 물리적 특성을 알아보는 실험을 진행하였다. 이 실험을 통해 3D Textile 모르타르의 물리적 특성과 그에 따른 소음 저감 특성을 확인해 보았다. 또한 실제 구조에서의 바닥충격음 저감성능 평가를 위해 3D Textile 모르타르의 바닥충격음에 관한 구조실험을 진행하였다. 이에 따른 실험결과는 다음과 같다.
1. 본 연구에서 사용된 수준의 섬유간격을 가진 3D Textile의 경우 슬럼프 플로 600mm 이상의 고유동 모르타르를 적용하여 3D Textile 내부로의 이동이 용이하여야 한다. 슬럼프 플로 실험 결과, 직경 600mm 이상을 만족하여 고유동 모르타르 품질을 만족하였다. 이를 통해 모르타르가 충분히 유동적이고 3D Textile 내부로 균질하게 모르타르가 채워지는 시험체의 다짐성을 확보 할 수 있을 것으로 판단된다.
2. 3D Textile을 모르타르에 적용 개수가 늘어날수록 강도 저하를 나타냈으며 변위 또한 커지는 경향을 나타냈다. 이와 같은 결과는 시멘트 경화체보다 낮은 강도인 섬유가 포함된 부분에 응력집중으로 편심이 발생하여 강도 저하가 발생된 것으로 판단된다.
3. 휨강도의 경우 3D Textile 적용이 강도를 향상시키는 것으로 나타났다. 이는 콘크리트의 비해 높은 연성과 인장강도를 가지는 3D Textile의 영향인 것으로 판단되며 압축강도와 마찬가지로 3D Textile이 적용되는 면의 개수가 증가할수록 더 큰 변위에서 최대강도를 나타내는 것으로 나타났다.
4.. 동탄성계수 측정결과 3D Textile을 적용한 면의 개수가 늘어날수록 낮아지는 경향을 나타냈다. 본 연구에서는 SSRM이 NRM 보다 9.61%, DSRM이 NRM보다 37.03% 감소하는 것으로 나타났으며 이러한 경향은 경량충격음 실험결과와 유사한 결과가 나타냈다.
5. 경량충격음 실험 결과, 63Hz이상 영역대에서 DSRM이 NRM, SSRM에 비하여 바닥충격음 저감성능을 보였다. DSRM의 동탄성계수가 가장 낮게 나타났기 때문이라고 판단된다. 동탄성계수와 경량충격음에 관계에서 동탄성계수가 낮은 값을 나타낼수록 경량충격음을 감소시키는 것에 효과적이라고 알려져 있다. 이러한 경향은 경량충격음 실험결과와 유사한 결과가 나타났다.
6. 중량충격음(뱅 머신, 임팩트 볼) 실험 결과, NRM, SSRM, DSRM은 큰 차이없이 비슷한 바닥충격음 레벨임을 확인하였다. 31.5Hz영역에서 가장 큰 바닥충격음이 측정되었다. 이는 31.5∼63Hz 사이의 공동주택 구조의 고유진동수와 겹치면서 공진현상이 발생하기 때문인 것으로 판단된다. 또한 사람들 발걸음 주파수인 63∼250Hz에서 NRM이 가장 낮은 바닥충격음 레벨이 측정됐다. 이는 NRM의 고유진동수가 SSRM, DSRM보다 높기 때문으로 판단된다.
7. 재료의 물리적실험 및 바닥충격음실험에 따른 결과를 종합적으로 분석해보면, 3D Textile 충격소음 저감재는 작은 공극을 통해 소리 에너지를 흡수하고 열로 전환시켜 소음을 저감하여 경량충격음 저감에는 효과가 있으나, 중량충격음과 같은 저주파 소음은 고체 구조를 통해 전파되므로 중량충격음 저감효과는 미미하였다. 하지만 3D Textile의 구조적 특성을 활용하여 다양한 주파수 대역의 소음을 대상으로 하고 특정 주파수에서 공진 효과를 일으킬 수 있는 가능성을 가지고 있기 때문에 저주파수 대역의 중량충격음을 효과적으로 줄이기 위해서는 더 두꺼운 흡음 재료나 개선된 3D Textile 구조가 필요하다고 판단된다. 따라서 3D Textile의 재질이 두꺼워지면 흡음율과 흡음주파수 범위가 증가하여 소음저감에 효과적일수 있기 때문에 3D Textile의 재질과 구조를 조절함으로써 효과적인 경량 및 중량충격음 저감을 위한 추후 연구가 필요하다.
한국의 도시화가 20세기 후반부터 급속히 진행되면서 주거 환경도 크게 변화하였다. 이러한 도시화의 가장 큰 특징 중 하나는 공동 주택의 급격한 증가이다. 2023년 7월 통계청에서 보도한 ‘2022년 인구주택총조사 결과’를 통해 알 수 있듯이, 공동 주택의 비율은 지난 수년간 지속적으로 상승하였다. 공동 주택이 주요 주거 형태로 자리 잡으면서, 다층 건물에서의 층간소음 문제는 점점 중요한 사회 문제로 부상되고 있다. 위와 같은 문제로 바닥충격음 저감 성능 개선이 요구되고 있고, 바닥충격음 저감을 위해 다양한 연구 및 기술개발을 하고 있다. 본 연구에서는 표준 바닥구조의 마감모르타르층에 함침한 3D Textile을 활용해 실험을 통해 바닥충격음 저감 효과를 확인하고, 마감모르타르층 안의 3D Textile의 배열 방식에 따른 소음 저감 성능을 분석하여, 층간소음 저감재료로서의 3D Textile의 성능을 알아보고, 효과적인 활용이 이루어지도록 자료를 제공하고자 한다. 3D Textile 모르타르의 소음저감성능을 알아보고 적용하기 위해서 다음과 같은 방법으로 진행하였다. 3D Textile 모르타르의 슬럼프 플로, 압축·휨강도,동탄성계수, 모르타르와 3D Textile 계면 관찰의 물리적 특성을 알아보는 실험을 진행하였다. 이 실험을 통해 3D Textile 모르타르의 물리적 특성과 그에 따른 소음 저감 특성을 확인해 보았다. 또한 실제 구조에서의 바닥충격음 저감성능 평가를 위해 3D Textile 모르타르의 바닥충격음에 관한 구조실험을 진행하였다. 이에 따른 실험결과는 다음과 같다.
1. 본 연구에서 사용된 수준의 섬유간격을 가진 3D Textile의 경우 슬럼프 플로 600mm 이상의 고유동 모르타르를 적용하여 3D Textile 내부로의 이동이 용이하여야 한다. 슬럼프 플로 실험 결과, 직경 600mm 이상을 만족하여 고유동 모르타르 품질을 만족하였다. 이를 통해 모르타르가 충분히 유동적이고 3D Textile 내부로 균질하게 모르타르가 채워지는 시험체의 다짐성을 확보 할 수 있을 것으로 판단된다.
2. 3D Textile을 모르타르에 적용 개수가 늘어날수록 강도 저하를 나타냈으며 변위 또한 커지는 경향을 나타냈다. 이와 같은 결과는 시멘트 경화체보다 낮은 강도인 섬유가 포함된 부분에 응력집중으로 편심이 발생하여 강도 저하가 발생된 것으로 판단된다.
3. 휨강도의 경우 3D Textile 적용이 강도를 향상시키는 것으로 나타났다. 이는 콘크리트의 비해 높은 연성과 인장강도를 가지는 3D Textile의 영향인 것으로 판단되며 압축강도와 마찬가지로 3D Textile이 적용되는 면의 개수가 증가할수록 더 큰 변위에서 최대강도를 나타내는 것으로 나타났다.
4.. 동탄성계수 측정결과 3D Textile을 적용한 면의 개수가 늘어날수록 낮아지는 경향을 나타냈다. 본 연구에서는 SSRM이 NRM 보다 9.61%, DSRM이 NRM보다 37.03% 감소하는 것으로 나타났으며 이러한 경향은 경량충격음 실험결과와 유사한 결과가 나타냈다.
5. 경량충격음 실험 결과, 63Hz이상 영역대에서 DSRM이 NRM, SSRM에 비하여 바닥충격음 저감성능을 보였다. DSRM의 동탄성계수가 가장 낮게 나타났기 때문이라고 판단된다. 동탄성계수와 경량충격음에 관계에서 동탄성계수가 낮은 값을 나타낼수록 경량충격음을 감소시키는 것에 효과적이라고 알려져 있다. 이러한 경향은 경량충격음 실험결과와 유사한 결과가 나타났다.
6. 중량충격음(뱅 머신, 임팩트 볼) 실험 결과, NRM, SSRM, DSRM은 큰 차이없이 비슷한 바닥충격음 레벨임을 확인하였다. 31.5Hz영역에서 가장 큰 바닥충격음이 측정되었다. 이는 31.5∼63Hz 사이의 공동주택 구조의 고유진동수와 겹치면서 공진현상이 발생하기 때문인 것으로 판단된다. 또한 사람들 발걸음 주파수인 63∼250Hz에서 NRM이 가장 낮은 바닥충격음 레벨이 측정됐다. 이는 NRM의 고유진동수가 SSRM, DSRM보다 높기 때문으로 판단된다.
7. 재료의 물리적실험 및 바닥충격음실험에 따른 결과를 종합적으로 분석해보면, 3D Textile 충격소음 저감재는 작은 공극을 통해 소리 에너지를 흡수하고 열로 전환시켜 소음을 저감하여 경량충격음 저감에는 효과가 있으나, 중량충격음과 같은 저주파 소음은 고체 구조를 통해 전파되므로 중량충격음 저감효과는 미미하였다. 하지만 3D Textile의 구조적 특성을 활용하여 다양한 주파수 대역의 소음을 대상으로 하고 특정 주파수에서 공진 효과를 일으킬 수 있는 가능성을 가지고 있기 때문에 저주파수 대역의 중량충격음을 효과적으로 줄이기 위해서는 더 두꺼운 흡음 재료나 개선된 3D Textile 구조가 필요하다고 판단된다. 따라서 3D Textile의 재질이 두꺼워지면 흡음율과 흡음주파수 범위가 증가하여 소음저감에 효과적일수 있기 때문에 3D Textile의 재질과 구조를 조절함으로써 효과적인 경량 및 중량충격음 저감을 위한 추후 연구가 필요하다.
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