본 연구는 산업폐기물로 발생되는 굴 패각과 건식공정 바텀애시를 골재로 활용하여 제작된 내화보드의 가열실험을 통한 성능에 관한 연구이며 다음과 같은 결론을 도출하였다. 전기로 가열실험을 통해 나타난 시험편의 이면온도는 $300^{\circ}C$ 가열상황에서 $103.1{\sim}125.1^{\circ}C$로, $600^{\circ}C$의 가열상황에서 $201.1{\sim}210.1^{\circ}C$로, $900^{\circ}C$의 가열상황에서 $249.2{\sim}276.9^{\circ}C$의 범위로 나타났다. 내화보드 시험편의 경우 일정온도상승 이후 유지되는 것으로 나타나 사용재료들의 경우 내화성능이 발휘되는 것으로 판단된다. 실험의 결과로 유추할 때, 입자의 크기가 작을 경우 $600^{\circ}C$까지는 내화성능이 상대적으로 우수하지만, 그 이상의 온도에서는 입자의 크기가 큰 경우 많은 공극을 포함하여 열전달이 지연되는 것으로 판단된다.
본 연구는 산업폐기물로 발생되는 굴 패각과 건식공정 바텀애시를 골재로 활용하여 제작된 내화보드의 가열실험을 통한 성능에 관한 연구이며 다음과 같은 결론을 도출하였다. 전기로 가열실험을 통해 나타난 시험편의 이면온도는 $300^{\circ}C$ 가열상황에서 $103.1{\sim}125.1^{\circ}C$로, $600^{\circ}C$의 가열상황에서 $201.1{\sim}210.1^{\circ}C$로, $900^{\circ}C$의 가열상황에서 $249.2{\sim}276.9^{\circ}C$의 범위로 나타났다. 내화보드 시험편의 경우 일정온도상승 이후 유지되는 것으로 나타나 사용재료들의 경우 내화성능이 발휘되는 것으로 판단된다. 실험의 결과로 유추할 때, 입자의 크기가 작을 경우 $600^{\circ}C$까지는 내화성능이 상대적으로 우수하지만, 그 이상의 온도에서는 입자의 크기가 큰 경우 많은 공극을 포함하여 열전달이 지연되는 것으로 판단된다.
This study is a research about performance of fireproof board using industrial waste such as oyster shell and dry process bottom ash through the heating test and conclusions were obtained as follows. Test samples show back side temperatures as follows : in $300^{\circ}C$, $103.1{\sim...
This study is a research about performance of fireproof board using industrial waste such as oyster shell and dry process bottom ash through the heating test and conclusions were obtained as follows. Test samples show back side temperatures as follows : in $300^{\circ}C$, $103.1{\sim}125.1^{\circ}C$, in $600^{\circ}C$, $201.1{\sim}210.1^{\circ}C$, in $900^{\circ}C$, $249.2{\sim}276.9^{\circ}C$. In the test, temperature increases of specimens of fireproof board are kept at certain temperatures hence it could be concluded that the specimens withstand high temperatures. According to the test, it could be concluded that fireproof board made by smaller particles shows better performance up to $600^{\circ}C$ while at higher temperatures, fireproof board made by bigger particles shows better performance. It is estimated that fireproof board made by particles of bigger size has more pore structure and it delays heat conduction.
This study is a research about performance of fireproof board using industrial waste such as oyster shell and dry process bottom ash through the heating test and conclusions were obtained as follows. Test samples show back side temperatures as follows : in $300^{\circ}C$, $103.1{\sim}125.1^{\circ}C$, in $600^{\circ}C$, $201.1{\sim}210.1^{\circ}C$, in $900^{\circ}C$, $249.2{\sim}276.9^{\circ}C$. In the test, temperature increases of specimens of fireproof board are kept at certain temperatures hence it could be concluded that the specimens withstand high temperatures. According to the test, it could be concluded that fireproof board made by smaller particles shows better performance up to $600^{\circ}C$ while at higher temperatures, fireproof board made by bigger particles shows better performance. It is estimated that fireproof board made by particles of bigger size has more pore structure and it delays heat conduction.
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문제 정의
이는 전처리 과정만을 거쳐 경제적인 효과를 높이고 골재로써 칼슘성분을 활용하기 위함이다. 또한 내화보드 생산과정에서 오토클레이브(Autoclave) 양생과정의 생략을 통해 생산비용을 절감하기 위해 순수양생의 적용가능성을 검토하고자 하였다.
굴 패각에 관한 기존 연구의 경우 굴 패각의 소성을 통해 CaO 상태로 분말화시켜 활용하는 경우가 대부분이었으며 일부의 경우 잔골재를 낮은 비율로 치환하여 사용하였다. 본 연구에서는 앞에서 언급된 대부분의 연구에서와 같이 소성을 통해 바인더(Binder)형태로 활용하는 것이 아닌, 굴 패각의 발생상태 그대로를 골재(aggregate)로 활용하고자 하였다. 이는 전처리 과정만을 거쳐 경제적인 효과를 높이고 골재로써 칼슘성분을 활용하기 위함이다.
따라서 본 연구에서는 고온단열(내화) 특성이 우수할 것으로 예상되는 굴 패각의 칼슘성분과 고온 환경에서 배출되는 건식공정 바텀애시를 골재로 활용하여 내화보드 시험편을 제작하였다. 이처럼 실험을 통하여 제작된 내화보드 시험편의 가열실험을 통해 이면상승온도를 측정하여 사용재료의 골재화 및 순수양생의 적용가능성을 검토하여 관련 연구의 기초자료를 제공하고자하였다.
제안 방법
굴 패각과 건식공정 바텀애시를 활용한 내화보드의 가열 실험을 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
따라서 본 연구에서는 고온단열(내화) 특성이 우수할 것으로 예상되는 굴 패각의 칼슘성분과 고온 환경에서 배출되는 건식공정 바텀애시를 골재로 활용하여 내화보드 시험편을 제작하였다. 이처럼 실험을 통하여 제작된 내화보드 시험편의 가열실험을 통해 이면상승온도를 측정하여 사용재료의 골재화 및 순수양생의 적용가능성을 검토하여 관련 연구의 기초자료를 제공하고자하였다.
실험을 위해 사용재료를 대상으로 물리적 특성으로 밀도, 흡수율 및 조립률을 측정하였다. 분석결과를 바탕으로 KS L ISO 679에 준하여 배합설계를 통한 보드형태의 시험편을 제작하고 실험조건에 의한 가열실험을 통해 이면상승온도를 측정하였다[6]. 실험은 다음과 같이 인자와 수준을 결정하였다.
실험을 위해 사용재료를 대상으로 물리적 특성으로 밀도, 흡수율 및 조립률을 측정하였다. 분석결과를 바탕으로 KS L ISO 679에 준하여 배합설계를 통한 보드형태의 시험편을 제작하고 실험조건에 의한 가열실험을 통해 이면상승온도를 측정하였다[6].
전기로 가열실험은 앞에서 제시한 조건에 따라 전기로의 온도를 300℃, 600℃, 900℃로 설정한 후 각 온도에서 일정시간을 유지하여 그에 따른 시험편의 이면온도를 측정하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
본 실험에 사용된 바텀애시는 화력발전소의 건식공정을 통해 발생된 것을 입형 가공한 후에 분급하여 사용하였다. 사용 입도의 범위는 모르타르 골재범위에 적용될 수 있는 크기인 2.
본 실험에서 결합재로 사용한 시멘트는 국내 H사의 보통 포틀랜드 시멘트로 물리적·화학적 특성은 다음과 같다.
실험에 사용된 재료는 건축 및 토목분야에서 일반적으로 사용되고 있는 포틀랜드 시멘트(1종)를 결합재(Binder)로 사용하였고, 통영지역 굴 양식장에서 발생되는 굴 패각과 보령 화력발전소에서 발생되는 건식공정 바텀애시를 골재로 사용하였다.
이론/모형
7과 같이 배합설계 하였다. 공시체의 제작은 KS L ISO 679 에 준하였다.
성능/효과
1) 전기로 가열실험에 의한 내화보드시험편의 온도분포는 300℃ 가열상황에서 103.1℃∼125.1℃로, 600℃의 가열상황에서 201.1℃∼210.1℃로, 900℃의 가열상황에서 249.2℃∼276.9℃의 범위로 나타났다.
2) Group A의 경우 300℃와 600℃에서 105.0℃와 201.9℃로 가장 낮은 이면온도를 나타냈으나, 900℃ 의 가열상황에서 Group B가 250.6℃로 가장 낮은 이면온도를 나타냈다.
3) 내화보드시험편의 이면온도곡선의 구배에 나타난 것과 같이 가열 후 지속적인 온도상승이 아닌 일정온도상승 이후 유지되는 것으로 나타나 내화성능이 발휘되는 것으로 판단된다.
4) 실험의 결과로 유추할 때, 입자의 크기가 작을 경우 600℃까지는 내화성능이 상대적으로 우수하지만, 그 이상의 온도에서는 입자의 크기가 큰 경우, 많은 공극을 포함하여 열전달이 지연되는 것으로 판단된다.
건식공정 바텀애시의 물리적 특성은 밀도 1.35g/㎤, 흡수율은 20.90%로 나타났다. 흡수율이 이처럼 큰 이유는 바텀애시가 공기 중에서 서서히 냉각하며 발생된 공극에 의해 많은 양의 수분을 흡수할 수 있기 때문인 것으로 판단된다.
0℃의 온도변화로 가장 낮은 온도변화를 나타냈다. 결과적으로 실험조건 내에서 입도가 큰 굴 패각의 경우가 내화성능이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 다른 그룹에서도 온도변화의 범위가 지속적으로 줄어 드는 것으로 볼 때, 실험에 사용한 재료의 경우 모두 내화성능을 발휘하는 것으로 판단된다.
그룹별로 가열온도조건에 의한 평균이면온도 값의 비교결과 가열온도 300℃의 경우 Group A에서 가장 낮은 이면온도 값을 나타냈으며, 실험조건 상의 최고온도인 900℃의 경우 Group B에서 가장 낮은 이면온도로 나타났다. 비교적 사용재료의 입도차이가 크지 않음에도 가열조건에 따른 열전달 지연효과가 다르게 나타나는 것을 알 수 있으며, 가열온도조건에 의한 이면온도가 재료에 따른 차이를 감안하고 비례적으로 상승하며, 일정온도 범위에서 형성되고 있는 것으로 볼 때 내화성능이 발휘되는 것으로 판단된다.
그룹별로 가열온도조건에 의한 평균이면온도 값의 비교결과 가열온도 300℃의 경우 Group A에서 가장 낮은 이면온도 값을 나타냈으며, 실험조건 상의 최고온도인 900℃의 경우 Group B에서 가장 낮은 이면온도로 나타났다. 비교적 사용재료의 입도차이가 크지 않음에도 가열조건에 따른 열전달 지연효과가 다르게 나타나는 것을 알 수 있으며, 가열온도조건에 의한 이면온도가 재료에 따른 차이를 감안하고 비례적으로 상승하며, 일정온도 범위에서 형성되고 있는 것으로 볼 때 내화성능이 발휘되는 것으로 판단된다.
실험결과 300℃의 가열조건에 의한 이면온도상승이 완료된 이후, 600, 900℃의 가열조건에 의한 그룹별 온도변화를 살펴보면, Group B가 132.0℃의 온도변화로 가장 낮은 온도변화를 나타냈다. 결과적으로 실험조건 내에서 입도가 큰 굴 패각의 경우가 내화성능이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 다른 그룹에서도 온도변화의 범위가 지속적으로 줄어 드는 것으로 볼 때, 실험에 사용한 재료의 경우 모두 내화성능을 발휘하는 것으로 판단된다.
2℃로 나타났다. 실험결과 비교적 입도가 작은 굴 패각을 사용한 Group A에서 가장 낮은 이면온도 분포를 나타냈으며, 바텀애시의 경우 2G2.5+1d5.0와 3d5.0의 이면온도로 볼 때, 바텀애시의 사용을 기준으로 입도가 큰 것을 사용하는 것이 온도상승이 낮은 것으로 나타났다.
전기로에 의한 가열실험 결과 일부에서 표면에 육안으로 구분이 가능한 균열은 발생되었으나, 파괴되거나 폭렬 등의 발생은 없는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
터널과 지하구조물, 공동구, 기계실 등에서 발생하는 화재에서 폭발이 발생할경우 어떤문제가 발생하는가?
이처럼 대형화 및 고층화 되어있는 건축물에서 화재가 발생되는 경우 단순히 건물의 피해에서 그치는 것이 아닌, 재실자의 안전에 대한 위협과 생명으로 직결되어, 그 심각성이 더욱 높다고 할 수 있다. 또한 터널과 지하구조물, 공동구, 기계실 등에서 발생하는 화재는 유류화재(1,000℃ 이상)에 해당하여 초고온의 상황이 발생되고, 폭발 등이 발생할 경우 내구성이 취약한 기존 내화마감의 탈락 등으로 구조손상에 대한 문제가 발생할 수 있다[2]. 선진국에서는 이러한 문제예방을 위해 우수한 성능을 가진 내화보드를 마감에 사용하고 있다.
터널과 지하구조물, 공동구, 기계실 등에서 발생하는 화재에서 초고온의 상황이 발생되는 이유는?
이처럼 대형화 및 고층화 되어있는 건축물에서 화재가 발생되는 경우 단순히 건물의 피해에서 그치는 것이 아닌, 재실자의 안전에 대한 위협과 생명으로 직결되어, 그 심각성이 더욱 높다고 할 수 있다. 또한 터널과 지하구조물, 공동구, 기계실 등에서 발생하는 화재는 유류화재(1,000℃ 이상)에 해당하여 초고온의 상황이 발생되고, 폭발 등이 발생할 경우 내구성이 취약한 기존 내화마감의 탈락 등으로 구조손상에 대한 문제가 발생할 수 있다[2]. 선진국에서는 이러한 문제예방을 위해 우수한 성능을 가진 내화보드를 마감에 사용하고 있다.
대형화, 고층화 되어있는 건축물에서 화재가 발생하는 경우 그 심각성이 더욱 높은 이유는?
경제의 발전과 함께 건축은 비약적 발전을 이루며 대형화, 고층화와 복합적 용도의 건축물들이 증가하게 되었고, 이와 함께 재해에 대한 위험성도 높아지고 있다[1]. 이처럼 대형화 및 고층화 되어있는 건축물에서 화재가 발생되는 경우 단순히 건물의 피해에서 그치는 것이 아닌, 재실자의 안전에 대한 위협과 생명으로 직결되어, 그 심각성이 더욱 높다고 할 수 있다. 또한 터널과 지하구조물, 공동구, 기계실 등에서 발생하는 화재는 유류화재(1,000℃ 이상)에 해당하여 초고온의 상황이 발생되고, 폭발 등이 발생할 경우 내구성이 취약한 기존 내화마감의 탈락 등으로 구조손상에 대한 문제가 발생할 수 있다[2].
참고문헌 (6)
Seo CH. Fire material. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2003 Jun;3(2):56-62.
Jung UI. (A) Study on Performance of Fire-Proof Board Using Oyster Shell and dry Bottom Ash [Master's thesis]. [Cheonan]: Kongju National University; 2014. 1p.
Jung UI, Kim BJ. Heating Experiment of fireproof Board using Bottom ash and Oyster shell. Proceeding of Korean Recycled Construction Resource Institute; 2014 Nov 7; Seoul, Korea. Seoul (Korea): Korean Recycled Construction Resource Institute; 2014. p. 60-3.
Fire resistive construction [Internet]. Korea: Ministry of Government Administration and Home Affairs - Policy Research Information Services. 2014. -[cited 2015 January 23]. Available from: http://www.prism.go.kr/
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs. Certificate of Accreditation of Fire Resistant Construction and management standard. Seoul:Ministry of Land, Infrastructure and Transport; 2012. 1-4p.
Korean Industrial Standards. Methods of testing cements-Determination of strength [KS L ISO 679]. Seoul: Korean Agency for Technology and Standards. 2006. 3-13 p.
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