역학적 특성을 파악하기 위하여 각 시료의 직경과 길이, 건조무게, 포화무게를 측정하여 비중 흡수율을 구하였으며, 공극률은 유효공극률(effective porosity)로서 공극과 시료의 부피비를 나타낸다. Model 5217A Sonic Viewer# 사용하여 P, S파의 전파속도를 측정하였으며 , 일축압축강도, 압열인장강도, 탄성계수, 포아송비 등을 MTS 815 시험기를 이용하여 산정하였다(표 2).

나타났다. 그러나 시험의 용이성과 최대 광물 입자 크기를 고려할 때 코어형식의 시료와 10 mm 이상의 게이지를 사용하는 것을 제안한다.

, 1992). 그러나 이들 방법은 결정질인 암석의 특성상 입자의 크기에 비하여 시료의 크기가 너무 작아 결정질 암석의 팽창계수를 측정하는데 다소 부적합한 것으로 판단되어 본 연구에서는 스트레인 게이지(strain gage)를 이용한 상대적 측정 방법을 사용하여 20℃의 상온에서부터 -90℃까지 온도를 하강시키면서 측정된 열변형률로부터 열팽창계수를 산정하였다.

연결시키고, 밸브를 연다. 그리고 Watlow 965 컨트롤러를 통해 ramp mode로 설정하고, 설정 온도를 설정한다 설정온도에 도달하면 표준시료의 내부온도가 설정 온도에 도달할 때까지 온도를 유지하다가 다음 설정온도로 Watlow 965 컨트롤러를 조정한다. 설정온도에 도달하면 시험조는 계속 설정온도를 유지하기 위하여 자동 동조(auto-tuning)하는 냉각과 가열을 반복하여 설정 온도를 유지한다.

또한 본 연구에서는 스트레인 게이지와 리드선의 온도로 인한 시험의 오차를 확인하고 시험결과를 보정하기 위하여 표준물질(reference material)을 사용하였다. 시험에 사용된 표준물질은 미국 NIST (National Institute of Standards and Technology)의 SRM 736L1 으로 직경 6.

5℃/min의 속도로 설정하여 온도를 조절하였다. 또한, 시료 내부의 온도 분포를 확인하기 위하여, 시험시료 이외에 여분의 시료에 대해 온도측정 장치(thermometer)를 이용하여 표준시료 내부의 온도를 측정하였다(그림 5). 여분의 시료를 통하여 내부온도를 측정한 결과 시험조 내부의 온도가 설정 온도에 도달한 후 약 1시간 정도 경과 후 시료 내부까지 설정 온도에 도달하였다.

먼저 시료를 시험조 내부의 중앙에 설치하고 시험조 측벽에 있는 센서 설치용 출입구로 스트레인 게이지와 표준시료를 설치한 후 온도를 설정하였다. 시험 동안 시료에 과도한 온도전달을 방지하기 위하여 시료 받침대를 목재로 사용하였다.

본 시험에서는 20℃를 기준으로 하여 0℃, -30℃, -60℃, -90℃에서 각각 수행하였다. 냉각속도는 열충격효과를 최소화하기 위해 0.

본 실험결과해석에서는 KFG 게이지의 이론적 특성곡선을 적용할 경우 측정장치 및 적용온도범위 등의 실제 실험조건으로 인하여 발생하는 오차를 배제하기 위하여 표준물질을 이용한 보정 방법을 적용하였다. 표준물질을 이용한 열보정치를 적용하여 화강암의 순수 열변형률을 계산한 결과는 그림 12와 같다.

비교를 위하여, 이 표준물질을 이용한 열시험을 통하여 측정된 열변형률을 함께 수록하였다. 그림 9에서 각 온도에 따른 표준치와 실제 측정치의 차이가 곧 보정치가 된다.

시료에 부착된 스트레인 게이지에서 측정된 변형률은 일본 KYOWA사의 DPM-711B dynamic strain amplifier 와 미국 Data translation사의 DT-2831 A/D board를 이용하여 컴퓨터에 저장하였다.

대상 시료의 물리.역학적 특성을 파악하기 위하여 각 시료의 직경과 길이, 건조무게, 포화무게를 측정하여 비중 흡수율을 구하였으며, 공극률은 유효공극률(effective porosity)로서 공극과 시료의 부피비를 나타낸다. Model 5217A Sonic Viewer# 사용하여 P, S파의 전파속도를 측정하였으며 , 일축압축강도, 압열인장강도, 탄성계수, 포아송비 등을 MTS 815 시험기를 이용하여 산정하였다(표 2).

열팽창계수의 측정은 Interlaken 시험장비에 포함된 고온 저온용 시험조(environmental chamber)를 사용하였다. 그림 2에서 시험 프레임의 오른쪽에 부착되어 있는 것이 온도제어장치의 모습이다.

이러한 열물성 중 암석의 냉열 거동에 중요한 역할을 하는 열팽창계수의 경우 국내에서는 아직까지 연구가 이루어지지 않았으며, 다만 상온에서 100℃까지 측정한 연구가 수행되고 있어 본 연구에서는 한국지질자원연구원 내에 위치한 LNG Pilot Plant의 기반암인 화강암에 대하여 저온 하에서 선열팽창계수를 스트레인 게이지를 이용하여 측정하였다. 기존의 열팽창계수 측정은 직경 7 mm 코어의 수직방향의 팽창 변위를 팽창계(dilatometer)를 사용하여 표준물질과 비교 측정하는 상대적인 측정방법과 레이저 간섭식 열팽창계(Laser interferometric dilatometer)# 이용한 절대적 측정방법을 이용한다(Maglic et al.

저온상태에서의 암석의 열역학적 특성 및 열물성을 알아보기 위해 -90℃에서 20℃사이의 온도범위에서 화강암에 대하여 스트레인 게이지를 이용하여 열팽창계수측정시험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

본 시험에서 사용된 표준물질은 미국 NIST(National Institute of Standards and Technology)-^) SRM 736L1 과 731L1 이다 그림 9와 표 3은 이 표준물질의 온도에 따른 열팽창계수 변화곡선와 열팽창계수를 나타낸다.

따리 서 순수한 시료의 열변형률을 구하기 위해서는 이들 게이지 및 리드선의 열변형률을 보정해 주어야 한다. 본 실험에 사용한 게이지는 일본 Kyowa사의 KFG 스트레인 게이지로서, -196~ 150℃의 범위에 대해 측정이 가능하며, 게이지 자체의 온도(T)에 따른 표준 열 출력량은 다음 식으로 제시되어 있다.

그림 9에서 각 온도에 따른 표준치와 실제 측정치의 차이가 곧 보정치가 된다. 본 실험의 온도범위(-90~+20℃)에 대해 자세히 나타낸 것이 그림 11 이며, 사용된 두 종류의 표준물질 중에서 화강암의 열변형률과 유사한 변형률 분포를 갖는 SM731LI을 보정에 사용하였다.

mm의 4종을 선택하여 시험하였다. 본 연구에 사용된 시료의 최대 입자크기는 3.5 mm이었다.

본 연구에서는 한국지질자원연구원 내에 위치한 LNG Pilot Plant의 기반암인 화강암을 시험 대상 시료로 사용하였다.

먼저 시료를 시험조 내부의 중앙에 설치하고 시험조 측벽에 있는 센서 설치용 출입구로 스트레인 게이지와 표준시료를 설치한 후 온도를 설정하였다. 시험 동안 시료에 과도한 온도전달을 방지하기 위하여 시료 받침대를 목재로 사용하였다.

시험시료는 시추공에서 채취한 NX 코어를 이용하였으며, 열팽창계수 측정에서 암석 입자의 크기에 따른 스트레인 게이지의 길이에 대한 영향을 파악하기 위하여 시료에 부착하는 게이지는 5 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm의 4종을 선택하여 시험하였다. 본 연구에 사용된 시료의 최대 입자크기는 3.

또한 본 연구에서는 스트레인 게이지와 리드선의 온도로 인한 시험의 오차를 확인하고 시험결과를 보정하기 위하여 표준물질(reference material)을 사용하였다. 시험에 사용된 표준물질은 미국 NIST (National Institute of Standards and Technology)의 SRM 736L1 으로 직경 6.4 mm의 구리 봉과 SRM 731L1 로 사각봉 형태의 Borosilicate Glass 두 종류이다.

기존의 열팽창계수 측정은 직경 7 mm 코어의 수직 방향의 팽창 변위를 push-rod dilatometer를 사용하여 표준물질과 비교 측정하는 방법이 주로 이용되나(그림 3), 이는 결정질인 암석의 특성상 입자의 크기에 비하여 시료의 크기가 너무 작기 때문에, 결정질 암석의 열팽창계수의 측정에 부적합한 것으로 판단되어 본 연구에서는 스트레인 게이지(strain gage)를 이용한 방법을 사용하였다. 또한 본 연구에서는 스트레인 게이지와 리드선의 온도로 인한 시험의 오차를 확인하고 시험결과를 보정하기 위하여 표준물질(reference material)을 사용하였다.

1) 열팽창계수는 온도가 내려감에 따라 감소하였으며, 게이지의 길이에 대한 영향은 거의 없는 것으로 나타났다. 그러나 시험의 용이성과 최대 광물 입자 크기를 고려할 때 코어형식의 시료와 10 mm 이상의 게이지를 사용하는 것을 제안한다.

2) 본 연구에서 -90℃ ~20℃의 온도범위에서 스트레인 게이지를 이용하여 관찰되었던 온도의 하강에 따른 열팽창계수의 감소하는 경향과 20℃~ 100℃ 사이에서 측정한 한국표준과학 연구원의 시험 결과의 경향이 서로 잘 부합되는 것을 알 수 있었다. 3) 상온에서 열팽창계수의 결과가 다소 상이한데, 이는 시험에 사용된 시료크기에 따라 시료에 포함된 결정 입자의 개수가 다르기 때문인 것으로 판단되며, 향후 스트레인 게이지를 이용하여 고온 상태의 열팽창계수도 측정하여 추가적인 비교.

4) 스트레인 게이지를 이용한 열팽창계수측정시험을 통해 저온상태의 암석에 대한 열팽창계수측정에 대한 적용성을 확인하고, 이로부터 국내의 대표적인 암종인 화강암에 대해 온도에 따른 선열 팽창계수 관계식을 제안할 수 있었다.

측정한 값이다. 본 연구에서 -90℃~20℃의 온도 범위에서 스트레인 게이지를 이용하여 관찰되었던 온도의 하강에 따른 열팽창계수의 감소하는 경향과 20℃~100℃ 사이에서 측정한 한국표준과학연구원의 시험 결과의 경향이 서로 잘 부합되는 것을 알 수 있었다.

또한, 시료 내부의 온도 분포를 확인하기 위하여, 시험시료 이외에 여분의 시료에 대해 온도측정 장치(thermometer)를 이용하여 표준시료 내부의 온도를 측정하였다(그림 5). 여분의 시료를 통하여 내부온도를 측정한 결과 시험조 내부의 온도가 설정 온도에 도달한 후 약 1시간 정도 경과 후 시료 내부까지 설정 온도에 도달하였다. 온도시험을 위한 온도조절은 다음 순서에 의하여 수행되었다.

있었다. 3) 상온에서 열팽창계수의 결과가 다소 상이한데, 이는 시험에 사용된 시료크기에 따라 시료에 포함된 결정 입자의 개수가 다르기 때문인 것으로 판단되며, 향후 스트레인 게이지를 이용하여 고온 상태의 열팽창계수도 측정하여 추가적인 비교.검증 연구가 필요할 것으로 판단된다.

측정하여 추가적인 비교.검증 연구가 필요할 것으로 판단된다.

그러나 상온에서 열팽창계수의 절대값은 다소 상이한데, 이는 시험에 사용된 시료크기에 따라 시료에 포함된 결정입자의 개수가 다르기 때문인 것으로 판단되며, 향후 스트레인 게이지를 이용하여 고온상태의 열팽창계수도 측정하여 추가적인 비교.검증 연구가 필요할 것으로 판단된다.