공동주택 바닥 공사 공정별 바닥충격음 특성 분석

2.1 측정대상 공간 구성 및 조건

이번 연구에서는 공동주택 바닥공사 공정별 바닥충격음 특성을 확인하기 위해「공동주택 바닥충격음 차단구조 인정 및 관리기준」에 따라 실험대상세대는 Fig. 1과 같이 공동주택 전용면적 59 m², 84 m²로 한정하여 진행하였다. 또한 슬래브 두께는 210 mm 조건에 수음실 천장은 우물형으로 한정하였다. 수음실은 천장 및 발코니 창 시공, 세대 현관문 시공, 방문 설치를 하였으며, 특히 천장은 두께 9.5 mm 석고보드 1장으로 공기층의 두께는 150 mm ~ 200 mm로 하였다. 시공은 경량 철골틀로 고정되었으며, 거실 천장의 타입은 가운데가 들어가 있는 우물형 천장 타입으로 시공하였다.

Fig. 1

Plans of the apartment

2.2 바닥구조 구성 개요

일반적으로 바닥구조 공정은 구조체인 슬래브, 완충재 시공, 기포콘크리트 시공, 마감 모르타르 시공, 바닥표면 마감재 시공 순서로 진행되고 있다. 따라서 이 연구에서는 바닥구조 공정을 (1) 구조 슬래브, (2) 완충재, 기포콘크리트, 마감모르타르 시공, (3) 바닥표면 마감재 시공으로 크게 3단계로 구분하여 진행하였다.

이 연구를 위한 바닥구조 단면도는 Fig. 2와 같다. 바닥구조 두께는 슬래브 210 mm, 완충재 30 mm, 기포콘트리트 40 mm, 마감모르타르 40 mm로 결정하였다. 마감재의 종류는 2019년 분양된 공동주택 200 세대를 표본 조사하여 기본 사양인 두께 7.5 mm 강마루로 시공되고 있어 이 연구에서도 바닥표면마감재 강마루 7.5 mm를 사용하였다. 사전에 측정한 콘크리트 슬래브 강도는 A현장은 28.35 N/mm², B현장은 28.9 N/mm²로 측정되었다.

Fig. 2

Section of the floor construction

2.3 완충재 선정 개요

완충재 재료를 선정하기 위해 공동주택 바닥충격음 차단구조 인정기관인 한국건설기술연구원과 LH공사에서 공시된 인정구조 180건(2018년 12월 기준)을 조사하였다. 조사결과 expanded polystyrene(이하 EPS) 재질이 44 %, 2형 재질 복합형이 30 %, ethylene vinyl acetate(이하 EVA) 재질이 16 %, 기타 10 %로 조사되었다. 따라서 완충재는 EPS 완충재로 선정하였고 EPS 완충재를 사용한 인정구조에서 완충재의 두께는 90 %이상 30 mm를 사용하고 있어 이 연구에서도 완충재의 두께는 30 mm로 정하였다.

완충재 물성을 결정하기 위해 2014년 완충재 물성관련 고시 기준 이후 인정구조에 사용된 EPS 완충재 물성 중 동탄성 계수만 조사하였다. 10 MN/m³ 단위로 구분하였을 때, 동탄성 계수 11 MN/m³ ~ 20 MN/m³이 23 %, 21 MN/m³ ~ 30 MN/m³이 13 %로 가장 많은 범위로 조사되었고 이번 연구를 위한 바닥구조에서 사용된 EPS 완충재의 동탄성 계수 조건도 11 MN/m³ ~ 20 MN/m³ 범위의 1개와 21 MN/m³ ~ 30 MN/m³ 범위의 1개, 총 2개 완충재를 사용하여 시공하였다. 이 연구를 위해 사용된 EPS 완충재의 동탄성 계수 및 밀도는 (1) 21.9 MN/m³, 13.4 kg/m³, (2) 17.6 MN/m³, 22.3 kg/m³로 측정되었다. 측면완충재는 사전인정제도에서 가장 많이 사용되고 있는 두께 10 mm PE 재질로 시공하였다.

3.1 바닥충격음 측정 개요

앞서 이 연구를 위해 진행된 바닥구성 개요를 정리하면 Table 1과 같다.

Table 1

Overview of the floor construction

바닥공사 공정별 바닥충격음 특성 분석을 위해 바닥충격음 측정은 KS F 2810으로 진행하였고, 평가는 KS F 2863에 준하여 진행하였다. 주요 측정장비 사양으로는 표준경량충격원은 211A(Norsonic), 표준중량충격원은 SNVT(S&V Korea), 주파수 분석기는 SA-02M(Rion)을 사용하였다.

측정 대상공간은 공동주택 바닥충격음 차단구조 인정 및 관리기준 제29조에 따라 거실로 한정하였고 제30조에 따라 Fig. 1과 같이 측정위치는 중앙점 포함 5개소로 하였다. Table 2와 같이, 측정대상 거실 면적이 모두 14 m² 이상이므로 수음실의 마이크로폰은 벽면으로부터 0.75 m 떨어진 지점으로 하였다. 중량충격원은 동 기준 제26조 측정방법에 따라 특성 1번(뱅머신)으로 한정하였다.

Table 2

Area and volume of receiving room for measuring

측정 순서는 Table 1에서 정리하였듯이, 바닥구조 공정별로 (1) 맨바닥 슬래브 시공 후 조건, (2) 완충재 +기포콘크리트 + 마감모르타르 시공 후 조건, (3) 마감재 시공 후 조건 순서대로 측정을 실시하였다. 측정을 위한 주요 공정의 양생 조건은 맨바닥 슬래브타설 후 28일 이후, 기포콘크리트 타설 후 7일 이후, 마감 모르타르 타설 후 14일 이후, 마감재 설치 후 7일 이후에 측정을 실시하였다. 기포 콘크리트는 0.5품으로 시공하였고 마감모르타르의 물결합재비 60 %로 시공하였다.

바닥충격음 차단성능은 1/3 옥타브밴드로 분석하였으며, 경량충격음의 단일 수치평가량은 L^'_n,AW 으로 중량충격음의 단일 수치평가량은 L^'_i,Fmax,AW로 산출하였다.

3.2 맨바닥 슬래브 바닥충격음 차단성능

먼저 Table 3과 같이 맨바닥 슬래브의 바닥충격음 차단성능을 단일 수치평가량으로 보면 A 현장의 경량충격음은 60 dB ~ 61 dB로 평가되었고 B 현장의 경량충격음 63 dB로 평가되었다. 경량충격음은 구조체 전달음이 전 주파수 대역으로 고르게 전달되는 것을 확인 할 수 있다. 중량충격음은 A 현장 전용면적 59 m²의 중량충격음은 50 dB, 51 dB, 전용면적 84 m²의 중량충격음은 49 dB, 53 dB로 평가되었고 B 현장 전용면적 59 m²의 중량충격음은 50 dB, 전용면적 84 m²의 중량충격음은 각각 46 dB, 47 dB로 평가되었다.

Table 3

Single-number quantities (SNQ) of floor impact sound by floor construction process

Fig. 3과 같이, 중량충격음을 1/3 옥타브밴드로 분석하였다. A현장 59 m²과 같이, 중량충격음 단일 수치평가량 50 dB, 51 dB인 슬래브의 63 Hz 대역에서는 78 dB ~ 81 dB로 나타났고 단일 수치평가량 46 dB, 47 dB인 슬래브의 63 Hz 대역에서는 73 dB로 낮게 나타났다. 하지만 125 Hz 대역은 62 dB ~ 64 dB로, 250 Hz 대역은 51 dB ~ 53 dB로 4개 슬래브 모두 유사하게 나타났다. 따라서 중량충격음 차단성능을 결정하는 주요 주파수는 63 Hz임을 알 수 있다.

Fig. 3

Sound pressure level of floor impact sound by construction site

3.3 완충재 시공 후 바닥충격음 차단성능

완충재와 기포콘크리트, 마감모르타르 시공 후 조건에서의 바닥충격음 차단성능을 측정하였다. Fig. 3과 같이, 바닥충격음 차단성능을 1/3 옥타브밴드로 분석한 결과이다. Table 3에서 보는 바와 같이, 뜬 바닥구조 시공 이후 경량충격음에서 단일 수치평가량을 기준으로 최소 11 dB, 최대 23 dB가 저감되는 것으로 확인하였다. 하지만 중량충격음에서는 1 dB ~ 3 dB 높게 평가되는 것으로 나타났다.

Fig. 3에서 보는 바와 같이, 경량충격음의 변화는 250 Hz ~ 2000 Hz까지 약 12 dB이상 저감됨에 따라 단일 수치평가량에서도 낮게 평가되었다. 다만, 125 Hz 대역은 맨바닥 슬래브 대비 2 dB ~ 7 dB저감되는 것을 확인되어 125 Hz 대역은 다른 주파수 대역에 비해 적게 저감되었다. 반면 Fig. 3을 보면, 중량충격음의 변화는 맨바닥 슬래브에 비해서 중량충격음의 주요 주파수 대역인 63 Hz 대역에서 1 dB ~ 4 dB 증폭되는 것을 확인 할 수 있다. 이는 완충재의 물성에 관계없이 동일하게 모두 증폭되었다. 중량충격음의 결정주파수인 63 Hz 대역에서 높아짐에 따라 단일 수치평가량에서도 B현장 전용면적 59 m²는 1 dB 낮게 평가되었고 A현장 전용면적 59 m²의 2번 완충재와 전용면적 84 m²의 1번 완충재가 시공된 곳은 맨바닥 슬래브 평가값과 동일하게 나타났다. 이외 다른 구조에서는 1 dB ~ 3 dB 높아진 것으로 평가되었다.

바닥충격음의 변화가 완충재, 기포콘크리트, 마감모르타르 등 복합구조로 형성되어 기본 바닥구성 중에 어떤 것이 63 Hz 대역을 증폭시키는 것을 명확히 밝히긴 어렵다. 하지만 이 연구에 한하여 사용되는 뜬 바닥구조가 63 Hz 대역을 증폭시켜 바닥충격음 차단성능 단일 수치평가량을 증가시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.

3.4 마감재 시공 후 바닥충격음 차단성능

뜬바닥 바닥구조 중 바닥표면 마감재는 현 분양시 가장 많이 사용되는 두께 7.5 mm 강마루를 시공한 후 바닥충격음 차단성능을 측정하였다. 사용한 마감재는 접착제 시공이 있는 강마루를 사용하였다. Fig. 3은 마감재 시공 후 측정한 결과를 1/3 옥타브밴드로 분석하였다. 단일 수치평가량으로 경량충격음을 비교해보면, B현장 중 전용면적 59 m², 2번 시료가 있는 바닥은 4 dB 증가하였고 B현장의 전용면적 84 m²는 완충재 시공 후와 동일한 평가값이 나타났다. 이외 다른 바닥구조에서는 1 dB ~ 3 dB 저감되었다.

Fig. 3에서 보는 바와 같이, 250 Hz ~ 2000 Hz 대역에서 마감재가 1 dB ~ 6 dB 저감됨에 따라 단일 수치평가량에서도 저감된 것으로 판단된다. 마감재 시공 후 중량충격음의 단일 수치평가량은 완충재 시공 구조 대비 전체 구조에서 2 dB ~ 5 dB 저감되는 것으로 평가되었다. 특히 63 Hz 대역에서 약 3 dB 저감되었고 125 Hz 대역에서 약 4 dB 저감되었다. 바닥충격음이 저감된 것은 마감모르타르 타설 후 21일 이상 충분한 양생이 진행되었고 그로 인해 경량기포콘크리트와 마감모르타르의 강도 변화, 뜬 바닥구조의 안정화가 진행되어 저감량이 증가될 수도 있기 때문에 꼭 마감재만이 바닥충격음 저감한다는 것을 명확하게 판단할 수는 없다. 이를 명확히 확인하기 위해서는 양생 기간 별 데이터 변화에 대해서 분석이 필요하다.

3.5 현장별 바닥충격음 차단성능

Fig. 3에서 바닥공정별 바닥충격음 차단성능을 1/3 옥타브밴드로 분석한 결과를 Fig. 4와 같이 현장별로 분석하여 보았다. 이때 완충재의 물성조건은 무시하고 반복에 의한 시험으로 가정하고 주파수별 산술평균으로 분석하였다.

Fig. 4

Sound pressure level of floor impact sound by construction site

Fig. 4와 같이 현장에 따른 바닥충격음 특성은 맨바닥 슬래브의 영향이 가장 큰 것으로 분석되었다. 경량충격음의 경우에는 완충재가 바닥충격음 저감역할에 가장 큰 역할을 해주고 보완적으로 마감재가 저감해주는 것으로 나타났으며, 완충재가 경량충격음을 충분히 저감해주었을 때에는 마감재의 영향이 크지 않는 것으로 나타났다. 반면 중량충격음의 경우에는 맨바닥 슬래브의 경향을 쫓아가는 것으로 나타났는데, 이번 연구를 위한 측정에 한하여 맨바닥 슬래브가 바닥충격음 차단구조 성능이 좋은 것은 완충재로 인해 63 Hz 대역이 증폭되었다 하더라고 최종적으로 중량충격음 차단성능이 좋게 평가되었다.