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문제 정의
- 본 연구실에서 수행된 연구1°)에서는 무수규산소다를 이용하여 열수반응으로 수화규산소다를 제조하고, 팽창 열처리 온도에 따른 수화규산소다의 팽창 특성에 대하여 고찰하였으며, 본 연구에서는 팽창 열처리 온도에 따른 팽창체의 구조적 특성이 압축강도 및 단열효과에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
- 2차 팽창 열처리 온도에 따른 팽창체 단면의 미세구조는 주사전자현미경 (SEM, S2350, HITACHI)으로 관찰하였으며, 팽창체의 기공 크기 및 기공과 기공 사이의 골격두께는 전자현미경 사진을 이용하여 1개 시편에 대하여 50개체를 선정하여 측정한 후 평균값을 구하였다. 팽창체의 압축강도 시험은 만능재료 시험기(UTM, MTS 810, 10 ton)를 이용하였으며, 변형속도는 0.
- 2차 팽창 열처리는 기공의 형상, 크기 및 분포가 팽창체의 특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 550°C, 600°C, 650°C, 700°C에서 30분 동안 수행하였다.
- 본 연구실에서 수행한 연구 방법”)에 의하여 25 wt % 의 수분함량을 갖는 수화규산소다를 열수반응으로 합성 하고, 이를 1차 팽창 열처리 및 2차 팽창 열처리하여 시편을 제조하였다. 2차 팽창 열처리는 기공의 형상, 크기 및 분포가 팽창체의 특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 550°C, 600°C, 650°C, 700°C에서 30분 동안 수행하였다.
- 수화규산소다를 원료로 사용하여 팽창 열처리 온도에 따른 팽창체의 미세구조 및 구조적 특성을 관찰하고, 이러한 특성이 압축강도 및 단열효과에 미치는 영향을 고찰하여 검토한 결론은 다음과 같다.
- 05mm/sec로 하였다. 팽창체의 단열효과는 높이 10 mm의 원통형 시편 하부 면을 실험온도로 가열하고 상부면의 온도가 평형을 이룰 때의 온도를 측정하여 온도 구배(Temperature Gradient;AT) 로 구하였다. 실험온도가 2차 팽창 열처리 온도보다 높을 경우에는 팽창체의 미세구조가 변화되므로 실험온도 범위는 100°C에서부터 2차 팽창 열처리 온도까지 수행하였다.
성능/효과
- 이러한 원인은 550°C 열처리 시편에 존재하는 불규칙한 형상의 기공은개기공이므로 개기공을 갖는 시편의 열전달기구와 600°C 이상에서 열처리된 시편에 형성된 폐기공을 갖는 시편의 열전달 기구가 상이함으로써 나타나는 현상으로 생각된다. 02)550°C에서 열처리된 시편과 같이 개기공을 갖는 다공체의 열전달은 瓦+虬+七+4에 의하여 지배되나 기공 크기가 작을 경우에는 虬 및 Kg에 의한 영향이 적으며, 일반적으로 대류에 의한 열전도도 电는 1기압하에서 개기 공의 크기가 1mm 이하일 경우에는 다공체의 전체 열전도도에 큰 영향을 미치지 않는다고 알려져 있다. 따라서 550°C에서 열처리된 시편이 100〜300°C의 온도 구간에서 양호한 단열효과를 나타내는 이유는 Table 1에 보이는 바와 같이 입자 사이에 존재하는 불규칙 형상의 개기공(23.
- 1. 550°C에서 2차 팽창 열처리된 시편에서 입자 사이의 불규칙한 형상의 기공은 압축 성형시 형성되었던 개기 공이 열처리 후에도 잔존한 것이며, 입자 내부의 기공은 Si- OH계 수화물의 분해에 의하여 생성된 폐기공으로 판단된다. 600°C 이상에서 열처리된 시편은 열처리 온도가 높아질수록 규산소다가 연화되어 표면장력에 의한 구형 화와 기공 성장에 의해 폐기공을 형성한 것으로 생각되며, 기공 사이에 존재하는 골격 두께는 열처리 온도가 증가할수록 감소하는 것을 관찰할 수 있었다.
- 2. 2차 팽창 열처리 온도가 상승할수록 최대 압축강도는 낮아져 0.717 KN/cn? (550°C)에서 0.166 KN/cn? (700°C)로감소하였다.
- 또한 기공율이 클수록 열전도도는 저하되고 같은 기공율에서는 다량의 작은 기공으로 구성되어 있을 때가 소량의 큰 기공으로 분포되어 있을 때보다 단열효과가 좋아진다고 보고되고 있다.22)600°C에서 열처리된 시편은 기공의 크기가 작음에도 불구하고 전 실험온도 범위에서 가장 낮은 단열효과를 나타내었다. 이는 Fig.
- 3. 2차 팽창 열처리 온도에 관계없이 실험온도가 높아질수록 단열효과는 높아지며, 300°C의 실험온도까지는 실험온도에 비례하여 직선적으로 변화하였으나, 300°C 이상에서는 단열효과가 완만히 감소하였다. 650°C에서 열처리된 팽창체의 단열효과가 가장 우수하여 실험온도 650°C 에서 300°C의 단열효과를 나타내었다.
- 4. 열처리 온도에 따라 비중, 기공율, 기공 크기, 기공 특성 및 골격 두께가 변하였고, 이들의 복합적인 영향에 의하여 압축강도 및 단열효과가 지배되는 것으로 판단되었다.
- 550°C에서 열처리된 시편은 100°C〜300°C의 온도 범위에서는 600°C 및 650°C에서 열처리된 시편에 비하여 큰 단열효과를 나타내었으나, 300°C 이상의 온도 범위에서는 600°C 열처리 시편보다는 단열효과가 크고, 650°C 열처리 시편보다는 단열효과가 작게 나타났다. 이러한 원인은 550°C 열처리 시편에 존재하는 불규칙한 형상의 기공은개기공이므로 개기공을 갖는 시편의 열전달기구와 600°C 이상에서 열처리된 시편에 형성된 폐기공을 갖는 시편의 열전달 기구가 상이함으로써 나타나는 현상으로 생각된다.
- 166 KN/cn? (700°C)로감소하였다. 550°C에서 열처리된 시편은 부피비중 0.59, 기공율 75%를 가지며, 입자끼리 강하게 결합되고 기공 크기가 작아서 큰 강도 값을 나타냈으며, 600°C 이상의 열처리 온도에서는 열처리 온도가 높아질수록 기공의 성장과 분해가스에 의한 팽창이 일어나 부피비중은 낮아지고기공율은 증가하여 강도값이 감소한 것으로 나타났다.
- 550°C에서 2차 팽창 열처리된 시편에서 입자 사이의 불규칙한 형상의 기공은 압축 성형시 형성되었던 개기 공이 열처리 후에도 잔존한 것이며, 입자 내부의 기공은 Si- OH계 수화물의 분해에 의하여 생성된 폐기공으로 판단된다. 600°C 이상에서 열처리된 시편은 열처리 온도가 높아질수록 규산소다가 연화되어 표면장력에 의한 구형 화와 기공 성장에 의해 폐기공을 형성한 것으로 생각되며, 기공 사이에 존재하는 골격 두께는 열처리 온도가 증가할수록 감소하는 것을 관찰할 수 있었다.
- 600°C, 650°C, 700°C에서 열처리된 시편에 존재하는 기공은 모두 구형의 형상을 갖는 폐기공으로서 열처리 온도가 상승할수록 평균 기공크기와 골격내부에 존재하는 기공 크기가 증가하였으며, 골격 두께는 얇아졌다. 폐기 공을 갖는 다공체의 Kt。面=瓦+虬에 의하여 지배되고 Kg 및 4는 무시된다.
- 2차 팽창 열처리 온도에 관계없이 실험온도가 높아질수록 단열효과는 높아지며, 300°C의 실험온도까지는 실험온도에 비례하여 직선적으로 변화하였으나, 300°C 이상에서는 단열효과가 완만히 감소하였다. 650°C에서 열처리된 팽창체의 단열효과가 가장 우수하여 실험온도 650°C 에서 300°C의 단열효과를 나타내었다.
- Fig. 3은 단열효과(Temperature Gradient; AT)를 측정한 결과로서 2차 팽창 열처리 온도에 관계없이 실험온도가 높아질수록 단열효과는 높아지며, 300°C의 실험온도까지는 단열효과가 실험온도에 비례하여 직선적으로 변화하였으나, 300°C 이상에서는 단열효과가 완만히 감소하였다. 개기공을 갖는 다공체의 열전도도는 다음과 같은 식으루 얻어진다.
- 전체적인 하중-변형 곡선의 형태는 다공질체의 특성을 잘 나타내고 있으며, 2차 열처리 온도가 상승할수록 최대 압축강도는 낮아져 0.717 KN/cm2 (550°C)에서 0.166 KN/cm2 (700°C)로 감소하였다.
후속연구
- 상기 식에 의하면 기공율이 증가할수록 강도는 지수 함수적으로 감소함을 알 수 있다. 그러나 상기 식으로는 본 연구의 시편과 같이 기공 크기, 기공의 구조(개기공, 폐기공), 골격 두께가 강도에 미치는 영향을 알 수 없으므로 이에 대한 체계적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
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