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문제 정의
- 본 연구에서는 보령사암과 여산대리암을 대상으로 예열에 따른 암석의 물리적특성 변화를 조사하였으며, 반사현미경을 이용한 열균열 발생 정도도 관찰하였다. 시험편에 가해진 예열온도는 200, 300, 400, 500, 로 하였으며, 현미경관찰을 위한 에열연마편은 600℃시험편만 제작하였다.
- 본 연구에서는 보령사암과 여산대리암을 대상으로 예열에 의해 발생한 열균열을 관찰하고, 온도에 따른 열균열의 발생 정도가 암석의 물리적특성에 미치는 영향을 조사하였다. 시험편에 가해지는 예열온도는 200, 300, 400, 500, 600(℃)로 하였으며, 발생된 열균열을 관찰하기 위하여 반사현미경관찰을 수행하였다.
- 본 연구에서는 시험편에 예열을 하여 열균열을 발생시킨 다음 시험편을 상온으로 냉각시킨 후 예열온도에 따른 암석의 물성 변화를 조사하고자 하였다. 예열시 가열 속도가 일정 수준 이상으로 빠르게 되면 온도구배가 급격하게 증가하여 열충격이 발생할 수가 있다.
제안 방법
- 열충격을 회피하기 위하여 시험편 에 가하는 가열속도를 2℃/min로 하였으며, 최고 예열온도가 시험편 내에 균일하게 분포되도록 하기 위하여 최고온도 유지시간을 180분으로 하였다.2, 3)예열이 끝난 시험편을 전기로의 전원을 끈 후 전기로에 그대로 방치하여 자연적으로 냉각이 되도록 하였다. 가열반복회수(heating cycle)는 암석의 열역학적 특성에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 알려져 있기 때문에 1회로 하였다.
- 600℃ 예열시험편에 발생한 열균열을 조사하기 위하여 반사현미경 관찰을 실시하였으며, 비교를 위하여 무결암 시험편에 대한 관찰도 수행하였다. Fig.
- 2, 3)예열이 끝난 시험편을 전기로의 전원을 끈 후 전기로에 그대로 방치하여 자연적으로 냉각이 되도록 하였다. 가열반복회수(heating cycle)는 암석의 열역학적 특성에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 알려져 있기 때문에 1회로 하였다.
- 각 암종에 따라 2개씩을 제작하여 1개는 상온 상태에서 암석 내에 존재하는 균열의 발생 양태를 관찰하기 위해 사용하였으며, 나머지 1개는 600℃까지 예열처리하여 열균열의 발생 정도를 관찰하였다. 열균열의 발생 정도를 넓은 범위에 걸쳐 파악하기 위해서는 고배율의 전자현미경보다는 저배율의 반사현미경 관찰이 효과적이라는 판단 하에 반사현미경 관찰을 수행하였다.
- 균열의 발생 정도를 현미경을 통해 관찰하기 위하여 직경 25mm, 두께 6mm의 연마편을 제작하였으며, 표면의 성형도를 높이기 위하여 Diamond paste를 사용하였다. 연마편의 개수는 암종당 2개로 하였다.
- 시험편에 가해지는 예열온도는 200, 300, 400, 500, 600(℃)로 하였으며, 발생된 열균열을 관찰하기 위하여 반사현미경관찰을 수행하였다. 또한, 열균열이 암석의 물리적 특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 비중, 유효 공극률, 탄성파속도 등을 측정하였다.
- 승온속도 및 최고온도 유지시간을 자동적으로 조절할 수 있는 프로그램입력식 자동조절 전기로를 사용하여 예열시험편을 제작하였다. 시험편에 대한 최고예열온도는 200, 300, 400, 500, 600(℃)로 하였으며, 각 최고예열온도에 따라 3개씩의 예열시험편을 제작하였다.
- 본 연구에서는 보령사암과 여산대리암을 대상으로 예열에 의해 발생한 열균열을 관찰하고, 온도에 따른 열균열의 발생 정도가 암석의 물리적특성에 미치는 영향을 조사하였다. 시험편에 가해지는 예열온도는 200, 300, 400, 500, 600(℃)로 하였으며, 발생된 열균열을 관찰하기 위하여 반사현미경관찰을 수행하였다. 또한, 열균열이 암석의 물리적 특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 비중, 유효 공극률, 탄성파속도 등을 측정하였다.
- 본 연구에서는 보령사암과 여산대리암을 대상으로 예열에 따른 암석의 물리적특성 변화를 조사하였으며, 반사현미경을 이용한 열균열 발생 정도도 관찰하였다. 시험편에 가해진 예열온도는 200, 300, 400, 500, 로 하였으며, 현미경관찰을 위한 에열연마편은 600℃시험편만 제작하였다.
- 승온속도 및 최고온도 유지시간을 자동적으로 조절할 수 있는 프로그램입력식 자동조절 전기로를 사용하여 예열시험편을 제작하였다. 시험편에 대한 최고예열온도는 200, 300, 400, 500, 600(℃)로 하였으며, 각 최고예열온도에 따라 3개씩의 예열시험편을 제작하였다. 열충격을 회피하기 위하여 시험편 에 가하는 가열속도를 2℃/min로 하였으며, 최고 예열온도가 시험편 내에 균일하게 분포되도록 하기 위하여 최고온도 유지시간을 180분으로 하였다.
- 각 암종에 따라 2개씩을 제작하여 1개는 상온 상태에서 암석 내에 존재하는 균열의 발생 양태를 관찰하기 위해 사용하였으며, 나머지 1개는 600℃까지 예열처리하여 열균열의 발생 정도를 관찰하였다. 열균열의 발생 정도를 넓은 범위에 걸쳐 파악하기 위해서는 고배율의 전자현미경보다는 저배율의 반사현미경 관찰이 효과적이라는 판단 하에 반사현미경 관찰을 수행하였다. 조사배율은 100배로 하였다.
- 시험편에 대한 최고예열온도는 200, 300, 400, 500, 600(℃)로 하였으며, 각 최고예열온도에 따라 3개씩의 예열시험편을 제작하였다. 열충격을 회피하기 위하여 시험편 에 가하는 가열속도를 2℃/min로 하였으며, 최고 예열온도가 시험편 내에 균일하게 분포되도록 하기 위하여 최고온도 유지시간을 180분으로 하였다.2, 3)예열이 끝난 시험편을 전기로의 전원을 끈 후 전기로에 그대로 방치하여 자연적으로 냉각이 되도록 하였다.
- 예열시험편에 대한 비중, 유효공극률, 탄성파속도를 측정하였다. 유효공극률과 탄성파속도는 예열 온도에 따른 열균열의 발생 정도를 파악하는데 아주 효과적인 지표로 사용될 수 있다.
- 유효공극률과 탄성파속도는 예열 온도에 따른 열균열의 발생 정도를 파악하는데 아주 효과적인 지표로 사용될 수 있다. 예열시험편의 포화중량을 측정하기 위하여 진공상태에서 3일간 시험편을 침수시켜 완전 포화시킨 후 측정을 수행하였다. 탄성파속도 측정에는 초음파펄스법 (ultrasonic pulse method)을 사용하였으며, 종파(longitudinal wave) 와 횡파(shear wave) 속도를 측정하였다.
대상 데이터
- 보령사암과 여산대 리 암 암석블럭으로부터 이 방성의 영향을 제거하기 위하여 동일한 방향으로 코아를 채취하였다. 채취된 코아의 직경은 53~54(mm)가 되었다.
- 채취된 코아의 직경은 53~54(mm)가 되었다. 시험편의 길이는 직경의 2배가 되도록 하였으며, 암종 당 18개를 제작하였다. Table 2에는 보령사암과 여산대리암의 무결암 시험편에 대한 물성이 표시되어 있다.
이론/모형
- 예열시험편의 포화중량을 측정하기 위하여 진공상태에서 3일간 시험편을 침수시켜 완전 포화시킨 후 측정을 수행하였다. 탄성파속도 측정에는 초음파펄스법 (ultrasonic pulse method)을 사용하였으며, 종파(longitudinal wave) 와 횡파(shear wave) 속도를 측정하였다.
성능/효과
- 광물들 간의 열팽창 정도는 광물의 종류에 따라 모두 다르고, 동일 광물일지라도 방향에 따른 이방적인 열팽창 특성이 존재하기 때문에 암석에 열이 가해지는 경우 열팽창에 따른 열파괴가 발생하게 된다."3)암석에 가해지는 온도가 크지 않은 경우에는 일반적으로 입자 경계에서 열파괴에 의한 열균열이 먼저 발생하지만, 온도가 증가함에 따라 입자 내에서도 열균열이 발생하게 된다. 열균열은 암석의 물리적 및 역학적특성에 많은 영향을 미치는 것으로 알려져 있기 때문에 암종에 따라 열균열이 미치는 영향 정도를 파악하는 것이 필요하다.
- 보령사암의 경우에는 모든 결정 경계에 열균열이 발생되지 않았으며, 발생된 경계균열도 연속적인 발달 상태를 보여주지는 않았다. 또한, 결정 내부에 발생한 열균열도 일부에 한정되었으며, 열균열의 연결성도 미약한 것으로 나타났다.
- 예열시험편의 경우에는 모든 결정 경계에 열균열이 발생한 것을 알 수 있으며, 균열의 폭도 상당히 커서 입자 간의 결합이 매우 느슨해진 것으로 나타났다. 또한, 입자 내 균열도 상당히 많이 발생한 것으로 관찰되었으며, 입자 내 균열이 상호 연결되어 또 다른 입자를 형성하는 것처럼 보인다. 따라서, 여산대리암의 경우에는 온도에 따른 열균열 발생에 의해 물리적특성이 상당히 변할 것으로 예측된다.
- 암종에 관계없이 종파속도와 횡파속도의 예열온도에 따른 감소비율은 일정한 패턴을 보이는 것으로 나타난다. 보령사암의 경우 여산대리암에 비해 예열온도에 따른 감소율이 낮은 것으로 나타났으며, 이로부터 변성작용을 받은 보령사암의 열에 대한 저항력이 여산대리암보다 크다는 것을 알 수 있다.
- 탄성파속도는 암석 내부에 존재하는 균열의 발달 정도에 따라 변하기 때문에 탄성 파속도를 측정 함으로서예 열온도에 따른 열균열의 발생 정도를 주정할 수가 있다. 보령사암의 경우 종파의 속도는 예열온도에 따라 완만하게 감소하는 것으로 나타났으며, 감소 정도도 여산대리암에 비해 작은 것으로 조사되었다. 보령사암 200℃ 예열시험편의 종파속도가 상온시험편에 비해 증가한 것은 유효곡극률이 200℃에서 감소한 현상과 일치되는 결과를 보여준다.
- 보령사암 200℃ 예열시험편의 종파속도가 상온시험편에 비해 증가한 것은 유효곡극률이 200℃에서 감소한 현상과 일치되는 결과를 보여준다. 보령사암의 횡파속도는 종파속도와는 다르게 200℃부터 감소하는 것으로 나타났으며, 감소율도 종파보다는 큰 것으로 조사되었다. 이러한 결과로부터 횡파속도가 종파속도 보다 암석 내부의 균열 발생 정도를 좀 더 민감하게 반영함을 알 수 있다.
- 이러한 결과로부터 횡파속도가 종파속도 보다 암석 내부의 균열 발생 정도를 좀 더 민감하게 반영함을 알 수 있다. 여산대리암의 종파속도와 횡파속도는 200℃의 예열온도에서부터 지속적으로 감소되는 것을 알 수 있으며, 감소율도 보령사 암에 비해 큰 것으로 나타났다. 유효공극률과 탄성 파속도 측정 결과로부터 여산대리암의 경우에는 200℃부터 열균열의 발생이 활발하였음을 알 수가 있다.
- 여산대리암의 상온시험편에 대한 관찰 결과 거의 모든 결정 입자는 서로 맞물려 있는 것으로 조사되어 생래적인 균열이 거의 없는 것으로 나타났다. 예열시험편의 경우에는 모든 결정 경계에 열균열이 발생한 것을 알 수 있으며, 균열의 폭도 상당히 커서 입자 간의 결합이 매우 느슨해진 것으로 나타났다. 또한, 입자 내 균열도 상당히 많이 발생한 것으로 관찰되었으며, 입자 내 균열이 상호 연결되어 또 다른 입자를 형성하는 것처럼 보인다.
- 예열온도에 따른 유효공극률의 변화를 보면 여산대림암의 경우에는 202부터 현격하게 유효공극률이 증가하는 것으로 나타났으나, 보령사암의 경우에는 증가율이 완만하였으며 200℃에서는 오히려 상온시험편보다 유효공극률이 감소하는 것으로 나타났다. 탄성파속도 측정결과도 유효공극률의 변화 양상과 유사한 결과를 보여주었다.
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