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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 ALC에 친환경적인 천연광물과 혼화재을 혼입하여 혼입율에 따른 물성변화를 관찰하고 물리적 성능 개선을 위한 혼화재의 고찰을 하고자 한다.
- 현재 국내의 건축 산업에 적극 활용되고 있는 ALC 건축자재에 천연광물을 적용하여 친환경적인 건축자재의 성능을 시험, 조사 및 평가하여 친환경자재의 활용증대를 제시하고자 한다. ALC는 미세한 기포와 모세관 구조에 의해 실내의 습기를 흡수, 방출하여 흙벽과 같이 실내습도를 균형하게 조절하여 주는 기능성 자재로 유럽에서는 에너지 절약과 환경보호재로 한국과 일본은 분쇄된 ALC의 잔재를 토양의 비료로 사용할 만큼 식물과 인체에 독성이 없는 자연친화적인 건축 자재이다.
제안 방법
- ALC의 친환경적인 기능성을 알아보기 위하여 원적외선 방사율, 흡탈취성능, 음이온발생량 측정을 시험하였다.
- 경량기포콘크리트(Autoclaved Lightweight Concrete)에 친환경적인 천연광물과 혼화재을 혼입하여 혼입율에 따른 물성변화를 관찰하고, 물리적 향상을 위한 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
- 물성변화를 측정하기 위해 압축강도, 비중을 측정하였으며 시험방법은 다음과 같다. 강도특성을 파악하기 위한 시험체는 50×50×50mm의 크기로 제작하였고 압축강도는 KS F 2701에 준하여 각 배합비별 공시체 3개의 평균값으로 측정하였다.
- 5)을 고려하여 수량을 증가하였다. 시험체는 60～80℃의 온도에서 5시간동안 경화시키며, 몰드에서 탈형 후 Autoclave에서 180℃, 10kg/㎠에서 12～14시간동안 고온고압 증기양생을 실시하였다. ALC의 생산공정사진을 그림 2에 나타내었다.
- ALC는 미세한 기포와 모세관 구조에 의해 실내의 습기를 흡수, 방출하여 흙벽과 같이 실내습도를 균형하게 조절하여 주는 기능성 자재로 유럽에서는 에너지 절약과 환경보호재로 한국과 일본은 분쇄된 ALC의 잔재를 토양의 비료로 사용할 만큼 식물과 인체에 독성이 없는 자연친화적인 건축 자재이다. 이에 천연광물 고유의 기능성을 접목하여 기능성 경량기포콘크리트(ALC)의 특성을 살피며, 실내주거환경 개선성능을 관찰하였다.7)
- 천연황토와 황토의 첨가량에 따른 색도변화를 좀 더 객관적이고 데이터화하기 위하여 Gretag Macbeth Color-Eye 3100 spectro photometer를 이용하여 경화체에 대하여 색도를 측정하였으며, 표준광 D65으로 측정결과를 그림 10에 나타내었으며 L, a, b 각각 수치에 대한 그래프를 도시하였다.
- 천연광물의 재료에 따른 물성변화를 검토하기 위해 배합 순서는 그림 1과 같으며, 시험체 제작을 위한 배합표는 표 3과 같다. 첨가재는 ALC슬러리의 최대10%미만으로하여 강도개선 기능성, 색상을 개선하기 위하여 배합비를 작성하였다.
- 강도특성을 파악하기 위한 시험체는 50×50×50mm의 크기로 제작하였고 압축강도는 KS F 2701에 준하여 각 배합비별 공시체 3개의 평균값으로 측정하였다. 혼화재에 따른 기능성을 평가하기 위하여 음이온측정, 원적외선 방사율, 흡탈취 성능평가 및 색도를 측정하였다.
대상 데이터
- ALC의 물리적 성능 및 기능성을 도모하기 위한 주요 원료는 1종 보통 포틀랜드시멘트, 생석회, 규석(결정성이 양호한 석영), 알루미늄 분말(발포제)을 사용하였고, 혼화재는 천연광물을 사용하였으며, 물리적 성질은 다음 표 2과 같다.
- ALC의 슬러리는 보통포틀랜드시멘트, 생석회, 알루미늄 분말을 사용하였고, 시험체의 몰드는 30×30×30㎤의 크기의 스티로폼몰드를 사용하였으며, 전제배합은 7Kg이며, 모르타르 믹서를 이용하였으며, 천연광물질, 생석회, 시멘트를 1분간 건식혼합을 실시한 후 혼합재와 혼합수를 투입하여 3분간 습식혼합을 실시하고, 그 후 알루미늄 분말을 투입한 후 30초간 혼합을 실시하였다.
- 원적외선시험, 탈취시험은 기존 ALC (NO.1), 황토 ALC (NO.5), 맥반석 ALC (No.13) 시편으로 선정하였으며, 측정결과는 표 4과 그림 5에 나타내었으며, 이는 기능성재료가 ALC의 미치는 영향을 관찰하고자 한다. 원적외선의 경우는 모든 시편이 90%이상의 원적외선 방출량을 나타내고 있지만, 시편에 따른 변화는 찾을 수 없다.
이론/모형
- 물성변화를 측정하기 위해 압축강도, 비중을 측정하였으며 시험방법은 다음과 같다. 강도특성을 파악하기 위한 시험체는 50×50×50mm의 크기로 제작하였고 압축강도는 KS F 2701에 준하여 각 배합비별 공시체 3개의 평균값으로 측정하였다. 혼화재에 따른 기능성을 평가하기 위하여 음이온측정, 원적외선 방사율, 흡탈취 성능평가 및 색도를 측정하였다.
- 179×10-3 cm3/g)의 크기에 의하여 ALC에 대한 탈취 향상기능을 가지고 있다고 판단된다. 음이온측정은 EB-13(Japan)모델명 장비를 사용하여 측정하였으며, 그 결과는 그림 6에 나타내었다. 음이온석의 첨가량이 증가할수록 방출량도 증가되는 추이를 보이고 있으며, 1.
성능/효과
- (1) 천연광물의 혼입에 따라 압축강도는 황토의 경우 약 8～30%가 감소되었으며 이는 황토의 수분흡수력과 분산성이 저하로 사료된다. 황토의 기능성과 강도의 특성을 고려한 최적함량은 5%이고, 맥반석의 경우 3%첨가시 10%의 강도향상을 보였지만, 음이온석 첨가로 방사량 변화는 관측되었으나, 압축강도변화에는 영향이 없는 것으로 확인되었다.
- (2) 기능성재료의 혼입에 의한 기능성 평가 결과 원적외선은 90%이상의 방출량을 관측되었다. 탈취시험은 황토, 맥반석혼입 시험편 측정에서 90～96%의 흡탈취율 결과를 나타내었다.
- (3) 기능성 재료가 ALC에 미치는 영향은 SEM, XRD, XRF의 측정을 토대로 분석하여, 황토의 경우 첨가량이 증가함에 따라 Al2O3함량이 증가되었다. 본 연구에서 Al2O3함량 증가는 황토에 함유된 미반응 성분으로 압축강도 향상에 CSH tobermorite,의 결정화가 직접적인 영향을 미치지 못하는 것으로 사료된다.
- (4) 맥반석첨가 시험에서 SEM 사진 분석으로 CSH결정상들과 결합상을 이루고 있고, 주요 화학성분 구성은 SiO2, CaO의 함량이 90%이상 차지하고 있으며, 수화결정상들이 잘 발달되어 강도증진에 기대하는 것으로 판단된다.
- (5) 각 시험체의 색도측정결과 혼화재료의 첨가량에 따라 L값은 감소, a값과 b값은 증가하는 경향을 보이며, No.5과 No.6의 기울기가 증가된 것으로 보아 황토보조재로서의 역할을 보여주고 있다.
- SiO2, CaO는 감소되며, Al2O3함량이 증가변화는 주결정상 생성, 성장을 저해하는 요인으로 볼 수 있다. 또한 No.6, No.7, No.8, No.9의 화학성분에서도 Al2O3함량이 7～9%증가되며, SEM에서도 tobermorite 상 발달이 미비하였으며, 압축강도는 plain 대비 10%감소됨을 확인할 수 있다. 반면에 No.
- Autoclave반응을 마치고 24시간 지난 후 절건비중을 측정한 결과는 그림4과 같다. 모든 시험체는 KS F 2701에 의한 비중측정 결과인 0.48～0.52범위이며, 기존 ALC에 비해 상대적으로 증가된 것으로 관측된다.
- 함량이 증가되었다. 본 연구에서 Al2O3함량 증가는 황토에 함유된 미반응 성분으로 압축강도 향상에 CSH tobermorite,의 결정화가 직접적인 영향을 미치지 못하는 것으로 사료된다.
- 색도측정 결과로부터 황토 및 혼화재를 첨가함에 따라서 L값(dark↔lightness)이 감소하여 darkness가 증가하였고 천연황토값에 근접하고 있으며, a값(Green↔red)과 b값(blue↔yellow)이 증가하여 경화체의 색상이 red과 yellow화됨을 알 수 있었다. 황토 및 혼화재료가 첨가된 시험체 중에서 No.
- 천연광물의 혼입율에 따른 ALC의 압축강도와 밀도측정결과를 그림 3과 그림 4에 나타내었다. 시험체 모두 첨가재의 증가에 따라 비중는 증가했으며, 황토를 혼입한 경우 압축강도는 Plain 대비 약 10%정도가 감소하였으며, No. 4과 No. 5의 경우는 40Kgf/㎠이하의 미흡한 압축강도를 보이고 있다. 이는 천연황토의 낮은 결정화도와 포졸란 반응성에 의한 강도저하로 사료된다.
- 탈취시험은 황토, 맥반석혼입 시험편 측정에서 90～96%의 흡탈취율 결과를 나타내었다. 음이온 방출량 측정 시험은 1.5%의 함량에서도 1,000개이상의 음이온 방출하여 친환경적인 기능성을 보유하고 있음을 확인하였다.
- 원적외선의 경우는 모든 시편이 90%이상의 원적외선 방출량을 나타내고 있지만, 시편에 따른 변화는 찾을 수 없다. 탈취시험1)은 No.1, No.5, No.13 순서에 따라 측정시간이 증가될 때마다 탈취율이 향상됨을 확인할 수 있으며, No.13의 경우는 최대96%의 탈취율을 보이고 있다. 이는 맥반석이 비표면적(3.
- (2) 기능성재료의 혼입에 의한 기능성 평가 결과 원적외선은 90%이상의 방출량을 관측되었다. 탈취시험은 황토, 맥반석혼입 시험편 측정에서 90～96%의 흡탈취율 결과를 나타내었다. 음이온 방출량 측정 시험은 1.
- (1) 천연광물의 혼입에 따라 압축강도는 황토의 경우 약 8～30%가 감소되었으며 이는 황토의 수분흡수력과 분산성이 저하로 사료된다. 황토의 기능성과 강도의 특성을 고려한 최적함량은 5%이고, 맥반석의 경우 3%첨가시 10%의 강도향상을 보였지만, 음이온석 첨가로 방사량 변화는 관측되었으나, 압축강도변화에는 영향이 없는 것으로 확인되었다.
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