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문제 정의
- 예상된다. 따라서 본 연구에서는 기포제와 발포제를 사용한 경량기포콘크리트를 샌드위치 패널의 내부 단열재로 활용하기 위한 일련의 연구로서, 경량기포콘크리트의 단열성능을 확보하기 위한 실험적연구를 수행하였다. 즉, 경랑기포콘크리트를 제조하는데 가장 일반적으로 사용하고 있는 기포제 및 발포제를 대상으로 하여 각각의 첨가량에 따른 경량기포콘크리트의 기포구조 및 열적특성을 검토함으로써 경량기포콘크리트의 높은 단열성능을 확보하기 위한 최적조건을 제시하기 위한 실험 .
- 따라서 본 연구에서는 기포제와 발포제를 사용한 경량기포콘크리트를 샌드위치 패널의 내부 단열재로 활용하기 위한 일련의 연구로서, 경량기포콘크리트의 단열성능을 확보하기 위한 실험적연구를 수행하였다. 즉, 경랑기포콘크리트를 제조하는데 가장 일반적으로 사용하고 있는 기포제 및 발포제를 대상으로 하여 각각의 첨가량에 따른 경량기포콘크리트의 기포구조 및 열적특성을 검토함으로써 경량기포콘크리트의 높은 단열성능을 확보하기 위한 최적조건을 제시하기 위한 실험 . 실증적 연구를 수행하였다.
제안 방법
- 기포를 발생시키기 위한 기포제의 종류는 계면활성제(AES)와 동물성 기포제 (FP), 알루미늄 파우더(AP)를 사용하였다. AES와 FF의 기포 수의 농도는 각각 0.6, 5.0物를 사용하였으며, 기포수를 사용하여 제조한 기포는 분체에 대하여 용적비로 50%씩 증가시켜 0~ 300%를 혼입하였다. AP의 첨가량은 일반적인 ALQ의 제조에 사용되는 양과 동일하게 분체에 대하여 중량비로 0.
- 0物를 사용하였으며, 기포수를 사용하여 제조한 기포는 분체에 대하여 용적비로 50%씩 증가시켜 0~ 300%를 혼입하였다. AP의 첨가량은 일반적인 ALQ의 제조에 사용되는 양과 동일하게 분체에 대하여 중량비로 0.10, 0.15% 2수준으로 실험을 하였다 또한 본 연구에서 제조한 시험체의 성능은 S사에서 생산되는 AIT 제품과 표 1에 나타낸 실험을 동일하게 실시함으로써 검토하였다.
- 기포의 분포와 크기가 경량기포콘크리트의 물성 및 역학적 특성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 시편의 단면형상을 촬영하였으며, 그림 6~8은 기포제 종류에 따른 공극의 형상을 10배율의 현미경으로 촬영한 것이다. 일반적으로 안정성이 낮은 기포는 소포 현상으로 인하여 독립기포간의 합쳐짐을 발생시킨다.
- 시멘트와 물은 먼저 아스팔트 믹서에서 2분 동안 혼합하여 슬러리 상태로 만든 후 AP를 첨가하고 균일하게 분포되도록 1분간 믹싱을 하였다. 또한 Am fw 사용한 경량 기포콘크리트의 제조는 슬러리 상태로 만든 후 기포발생기와 일체형인 리본 믹서에 투입하여 각각의 기포를 첨가하고 균일하게 분포되도록 1 분간 믹싱을 실시하였다. 시험체는 밀도, 압축강도 측정을 위하여 <p 100X200邮 단열특성을 측정하기 위하여 300 X 300 x 50mm의 크기로 제작하였다.
- 본 실험의 배합은 기존 연구의 결과를 바탕으로 W/B 75%, C/S mole ratio 0.85를 기준으로 실험을 실시하였다.”
- 즉, 경랑기포콘크리트를 제조하는데 가장 일반적으로 사용하고 있는 기포제 및 발포제를 대상으로 하여 각각의 첨가량에 따른 경량기포콘크리트의 기포구조 및 열적특성을 검토함으로써 경량기포콘크리트의 높은 단열성능을 확보하기 위한 최적조건을 제시하기 위한 실험 . 실증적 연구를 수행하였다.
- 절건밀도와 압축강도는 KS F 4914「경량기 포콘크리트 패널 (AI£ 패널)」에 준하여 측정하였으며, 시험체 표면에 paraffin을 주입시켜 표면을 평활하게 연마한 후 현미경 및 이미지 분석 프로그램(Tomoro Scope Eye)을 이용하여 공극면적, 둘레, 지름과 동등한 원 정도에 대한 분석을 실시하였다. 열전도율은 KS 우선 타설 후, 페이스트에 첨가된 기포의 손실을 최소화하기 위해서 기건양생을 20±2℃에서 4시간 동안 실시를 하였다. 증기양생은 몰드 탈형 후 Autoclaving 양생을 위한 작업에서 요구되는 시험체의 강도를 발현시키기 위해 승온 시간 4시간(20℃/hour)후 80℃로 5시간 동안 실시하였다. Autoclaving 양생은 최종 강도발현과 수열 반응을 시키기 위해 승온 시간 6시간(27℃/hour)후 180℃로 6시간 동안 실시하였다.
대상 데이터
- 65g/crf, 분말도 3, 600(戒@의 금평산을 사용하였으며, 소석회, 무수석고, 알루미나 시멘트를 사용하였다. AES는 국내 A사의 계면활성제, FP는 H사의 동물성 기포제, 알루미늄 파우더는 일본에서 수입한 Y제품을 사용하였으며, 기포제 및 발포제의 물리적 특성은 표 2와같다.
- 경량기포콘크리트를 제조하기 위하여 시멘트는 KS L 5201에 규정된 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 규사 미분은 밀도 2.
- 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 규사 미분은 밀도 2.65g/crf, 분말도 3, 600(戒@의 금평산을 사용하였으며, 소석회, 무수석고, 알루미나 시멘트를 사용하였다. AES는 국내 A사의 계면활성제, FP는 H사의 동물성 기포제, 알루미늄 파우더는 일본에서 수입한 Y제품을 사용하였으며, 기포제 및 발포제의 물리적 특성은 표 2와같다.
- 본 연구의 실험계획은 표 1에 나타낸 바와 같다. 기포를 발생시키기 위한 기포제의 종류는 계면활성제(AES)와 동물성 기포제 (FP), 알루미늄 파우더(AP)를 사용하였다. AES와 FF의 기포 수의 농도는 각각 0.
- 또한 Am fw 사용한 경량 기포콘크리트의 제조는 슬러리 상태로 만든 후 기포발생기와 일체형인 리본 믹서에 투입하여 각각의 기포를 첨가하고 균일하게 분포되도록 1 분간 믹싱을 실시하였다. 시험체는 밀도, 압축강도 측정을 위하여 <p 100X200邮 단열특성을 측정하기 위하여 300 X 300 x 50mm의 크기로 제작하였다.
- 9016「보온재의 열전도율 측정방법」에 준하여 측정하였다 내화실험은 KS F 2257-8 「건축부재의 내화 시험 방법-수직 비내력 구획부재의 성능조건」에 준하여 실시하였다. 열전대는 그림 3에 나타난 바와 같이 내화시험장치 내부에 1개소, 비가열면의 온도를 측정하기 위해 시험체 중앙 1개소에 설치하였다. 열전대로부터 온도데이터를 수집하기 위하여 데이터 로거(TDS-601) 를 이용하였다.
- 열전대는 그림 3에 나타난 바와 같이 내화시험장치 내부에 1개소, 비가열면의 온도를 측정하기 위해 시험체 중앙 1개소에 설치하였다. 열전대로부터 온도데이터를 수집하기 위하여 데이터 로거(TDS-601) 를 이용하였다.
이론/모형
- 원 정도에 대한 분석을 실시하였다. 열전도율은 KS 1.9016「보온재의 열전도율 측정방법」에 준하여 측정하였다 내화실험은 KS F 2257-8 「건축부재의 내화 시험 방법-수직 비내력 구획부재의 성능조건」에 준하여 실시하였다. 열전대는 그림 3에 나타난 바와 같이 내화시험장치 내부에 1개소, 비가열면의 온도를 측정하기 위해 시험체 중앙 1개소에 설치하였다.
성능/효과
- 1) AES와 FP의 공극형상은 기포혼입율 50, 100%에서 1顾 이하의 공극이 조밀하게 분포되어 있었으며, 150% 이상에서는 이상의 공극과 함께 연속된 공극이 형성되었다. AP는 공극의 형상과 크기가 불규칙한 독립공극이 존재하였으며, ALC는 !■ 내외의 원형에 가까운 독립공극이 분포되어 았는 것으로 나타났다.
- 2) 평균공극지름과 둘레 및 공극면적은 AES와 FP의 경우 기포혼입율에 따라 크기가 유사한 것으로 나타났으며, 250% 를 기점으로 크게 증가하였다. AP는 첨가량5] 증가함에 따라 증가하였으나 ALC보다는 모두 낮은 것으로 나타났다.
- 3) 열전도율은 AES와 FP의 경우 FP가 더 낮게 나타났으며, 기포혼입율이 증가할수록 감소하였다’ 기포제의 종류와 상관없이 밀도가 감소할수록 열전도율도 감소하는 것으로 나타났으나, 감소폭은 적어지는 것으로 나타나 공극의 형상이 단열성에 영향을 주는 것을 알 수 있었다
- 4) 비가열면의 온도는 AP와 FP가 AES보다 낮게 나타났으며, KS 2257-8®]] 따른 2시간 내화성능은 AES와 FP 50, 100%에서 각각 93.0, 92.5 85.0, 87.8K, AP 0.1, 0.15% 에서 82.7, 120.4K로 2시간 내화성능의 기준인 140K를 만족하는 것으로 나타났다.
- 锵4)5)6)단열성 및 내화성, 경량성이 뛰어난 경량기포콘크리트는 기포제를 활용하여 시멘트 경화체 내에 다량의 공극을 발생시켜 제조한 것으로서 역학적 특성은 사용되는 기포제와 발포제의 종류에 따라 많은 영향을 받게 된다. 7)기포제는 계면활성작용에 의해 물리적으로 기포를 도입하는 것으로써 공기량은 최고 85%까지 생성될 수 있으며, 크게 계면활성제계, 가수분해 단백질계로 구분될 수 있다.8)계면활성제계 기포제는 수용액 상에서 기포시키면 안정되고.
- 7)기포제는 계면활성작용에 의해 물리적으로 기포를 도입하는 것으로써 공기량은 최고 85%까지 생성될 수 있으며, 크게 계면활성제계, 가수분해 단백질계로 구분될 수 있다.8)계면활성제계 기포제는 수용액 상에서 기포시키면 안정되고. 점성이 높은 기포가 생기지만 시멘트 슬러리와 혼합 시 안정성이 저하되어 서로 연속된 형태의 기포를 형성한다.
- 60g/c建로 측정되었다. AES와 FP 를 시용한 시험체의 밀도차이는 기포혼입율 150%에서 최대인 O.O7g/ctf, 300%에서 최소인 O.Olg/citf로 거의 유시한 것으로 나타났다. ALC2} AP를 사용한 시험체의 밀도차이는 0.
- 2岫로 측정되었다. AES와 FP를 사용한 시험체의 압축강도의 차이는 기포혼입율 150%에서 1.4mr로 가장 큰차이를 보였지만 대체적으로 유사하게 나타났다. AIC와 AP를 사용한 시험체의 압축강도 차이는 최대 0.
- AP를 사용한 시험체의 경우 공극의 형상과 크기가 불규칙적인 것으로 관찰되며, 공극이 서로 독립되어 있는 것으로 관찰되었다. AIQ는 원형에 가까운 1™ 내외의 공극이 서로 독립적으로 분포되어 있는 것으로 나타났으며, 일부 연속된 공극이 생성되어 있는 것으로 관찰되었다.
- Olg/citf로 거의 유시한 것으로 나타났다. ALC2} AP를 사용한 시험체의 밀도차이는 0.46~0.56g/ cnf로 AP를 사용한 시험체의 밀도가 더 높은 것으로 나타났다.
- 91mm로 나타났다. AP 의 경우 첨가량이 증가함에 따라 둘레가 증가하는 것으로 나타났다 AP도 AES, FP와 마찬가지로 첨가량이 증가함에 따라 AP의 반응성이 활발하게 이루어져 공극의 크기가 커져 둘레도 증가하는 것으로 판단된다.
- 이는 공극의 지름과 둘레와 동일한 이유 때문인 것으로 사료된다. AP는 0.48~0.54rf, ALC는 1.68岫로 나타났으며, AP의 경우 첨가량이 증가함에 따라 면적이 증가하는 것으로 나타났다. AP도 AES, FP와 마찬가지로 첨가량이 증가함에 따라 AP의 반응성이 활발하게 이루어져 공극의 크기가 커져 면적도 증가하는 것으로 사료된다.
- 4P 로 측정되었다. AP로 제조한 시험체와 ALC의 경우 가열 시작 후약 10분을 기준으로 온도가 상승하였으며, AP 0.1%는 약 2S분, 0.15%와 ALC는 22분을 기준으로 온도가 일정하게 유지되었으며, 0.1%는 약 HO분, 0.15%는 약 100분, ALC는 약 90분을 기준으로 온도가 다시 상승하였다.
- 8。。로 만족하는 것으로 나타났다. AP를 사용한 시험체는 AP 첨가량 0.1, 0.15% 모두 82.7, 120.4-C로 만족하는 것으로 나타났다
- 측정한 결과이다. AW FP를 사용한 시험체의 열전도율은 각각 0.078~0.412W/mK, 0.068~0.412W/mK로 나타났으며, 기포혼입율이 증가할수록 열전도율은 감소하는 것으로 나타났다. 기포혼입율 150%를 제외하고 모두 AES보다 FP의 열전도율이 더 낮은 것으로 나타났다.
- AP도 AES, FP와 마찬가지로 첨가량이 증가함에 따라 AP의 반응성이 활발하게 이루어져 공극의 크기가 커져 면적도 증가하는 것으로 사료된다. 공극률의 경우 A战는 36.72~83.08%, FP는 31.09 -83.81%, AP는 22.72~29.07眦 ALC는 62.52%로 나타났으며, 기포혼입율이 증가할수록 모두 증가하는 것으로 나타났다.
- 412W/mK로 나타났으며, 기포혼입율이 증가할수록 열전도율은 감소하는 것으로 나타났다. 기포혼입율 150%를 제외하고 모두 AES보다 FP의 열전도율이 더 낮은 것으로 나타났다. 이는 경량기포콘크리트 내부의 공극이 열전도율이 낮으므로 공극이 증가할수록 열전도율이 낮아지는 것으로 판단되며, FP를 사용한 시험체가 AES로 제조한 시험체 보다 독립된 공극이 많이 분포하여 대류 및 복사에 의한 열 이동이 적어열전도율이 낮은 것으로 판단된다.
- Olmn로 기포혼입율이 증가함에 따라 둘레는 증가하였으나, 기포제 종류에 따른 둘레는 유사한 것으로 나타났다. 기포혼입율 250%를 기점으로 AES 는 14.90mm, 叩는 13.3&皿로 크게 증가하였으며, 공극량이 증가함에 따라 공극들이 서로 연속되어 공극둘레가 증가하는 것으로 판단된다. AP는 2.
- 8緬启 나타났으며, 기포혼입율이 증가하면서 공극의 지름이 증가하였으나 기포제 종류에 따른 지름의 크기는 유사한 것으로 나타났다. 기포혼입율 250%를 기점으로 AES는 1.78mm, FF는 1.79mm로 크게 증가하였으며, 이는 공극량이 증가함에 따라 공극들이 서로 연속되어 공극 지름이 증가하는 것으로 판단된다. AP의 경우 0.
- 7℃로 측정되었다. 기포혼입율 50, 100, 200%의 경우 가열 시작 후 약 1堡, 150, 250, 300%는 약 8분을 기준으로 온도가 상승하였고, 기포혼입율 50, 100, 200%는 약 22분 그 외 시험체는 약 14분을 기준으로 온도가 일정하게 유지되었으며, 기포혼입율 50, 100%는 약 110분, 그 외는 약 90분을 기준으로 온도가 상승하였다.
- 기포혼입율이 0~300%로 증가함에 따라 120분 가열 후에 시험체의 비가열면 온도는 각각 125.7, 85.0, 87.8, 171.2, 188.1, 192.0, 199.7℃로 측정되었다. 기포혼입율 50, 100, 200%의 경우 가열 시작 후 약 1堡, 150, 250, 300%는 약 8분을 기준으로 온도가 상승하였고, 기포혼입율 50, 100, 200%는 약 22분 그 외 시험체는 약 14분을 기준으로 온도가 일정하게 유지되었으며, 기포혼입율 50, 100%는 약 110분, 그 외는 약 90분을 기준으로 온도가 상승하였다.
- 2。。로 측정되었다. 모든 시험체에서 가열 시작 후 약 8분을 기준으로 비가열면 온도가 상승하였으며, 기포혼입율 50, 100%는 약 22분 그 이외의 시험체에서는 약 18분을 기준으로 온도가 일정하게 유지되었고, 기포혼입율 50, 100%는 약 110분, 150, 200, 250%는 약 80분, 300%는 약 60분을 기준으로 다시 온도가 상승되었다. 가열 중 온도가 일정하게 유지되는 현상을 보이는 이유는 시험체 내부의 공극을 경유하여 수분이 증발함으로써 열에너지가 소모되어 일어나는 것으로 판단된다.
- 5) 열전도율 및 내화시험을 통흐?여 연속공극을 형성하는 AES 보다 독립공극을 형성하는 AP, FP의 단열성능이 더 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 기포혼입율 150%를 제외하고 모두 AES보다 FP의 열전도율이 더 낮은 것으로 나타났다. 이는 경량기포콘크리트 내부의 공극이 열전도율이 낮으므로 공극이 증가할수록 열전도율이 낮아지는 것으로 판단되며, FP를 사용한 시험체가 AES로 제조한 시험체 보다 독립된 공극이 많이 분포하여 대류 및 복사에 의한 열 이동이 적어열전도율이 낮은 것으로 판단된다.
- 이로 인하여 독립된 기포군을 형성하지 못하면 합쳐진 기포군 단면에 집중되는 응력으로 인하여 경량기포콘크리트의 강도특성이 현저히 저하되며, 경량기포콘크리트의 제반 성능이 저하된다. 촬영 결과 AES와 FP는 기포혼입율 50, 100%에서 1倾이하의 공극이 대체로 조밀하게 분포되어 있는 것으로 나타났으며, 150% 이상에서는 1聃 이상의 공극이 증가하였으며, 공극들의 계면이 서로 파괴되어 연속된 공극이 형성된 것으로 나타났다. 따라서 150% 이상의 시험체에서는 독립된 공극이 아닌 연속된 공극을 형성함으로서 경량기포콘크리트의 강도가 많이 저하된 것을 알 수 있다.
- 평균공극 면적의 경우 AES는 0.23~5.96i眦 FP는 0.15~6.00眦 AES와 FP의 경우 기포혼입율 250%에서 증가가 크게 나타났다. 이는 공극의 지름과 둘레와 동일한 이유 때문인 것으로 사료된다.
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