실내실험을 통한 Carbon Nanotube의 콘크리트슬래브 열전달 효과 An Experimental Approach to Investigate the Heat Transferring Effect of Carbon Nanotube on the Concrete Slab원문보기
국내 한랭지역(강원권)의 경우 낮은 연평균 기온으로 인해 도로표면이 자주 결빙된다. 특히 터널의 입출구의 도로면은 지형적 영향으로 그늘이 생기기 때문에 타 도로면에 비해 결빙이 많이 발생하게 된다. 이러한 결빙을 방지하기 위해 염수분사장치, 전열선 설치, 지열이용 등이 주로 사용되고 있다. 하지만 이런 방법들은 환경오염, 많은 공사비, 유지보수비 및 정기적인 점검 등의 문제점들이 있다. 본 연구에서는 기존도로의 결빙을 방지하기 위해 발열체인 CNT를 이용하여 콘크리트 슬래브의 발열효과를 살펴보고 최적의 CNT설치 간격을 결정하였다.
국내 한랭지역(강원권)의 경우 낮은 연평균 기온으로 인해 도로표면이 자주 결빙된다. 특히 터널의 입출구의 도로면은 지형적 영향으로 그늘이 생기기 때문에 타 도로면에 비해 결빙이 많이 발생하게 된다. 이러한 결빙을 방지하기 위해 염수분사장치, 전열선 설치, 지열이용 등이 주로 사용되고 있다. 하지만 이런 방법들은 환경오염, 많은 공사비, 유지보수비 및 정기적인 점검 등의 문제점들이 있다. 본 연구에서는 기존도로의 결빙을 방지하기 위해 발열체인 CNT를 이용하여 콘크리트 슬래브의 발열효과를 살펴보고 최적의 CNT설치 간격을 결정하였다.
In the cold region, road surface is frequently frozen, resulting in property/facility damage as well as people's death. In order to prevent the road surface from being frozen, conventional deicing methods such as salt, geothermal, and electric wires have been widely used. However, theses methods hav...
In the cold region, road surface is frequently frozen, resulting in property/facility damage as well as people's death. In order to prevent the road surface from being frozen, conventional deicing methods such as salt, geothermal, and electric wires have been widely used. However, theses methods have some problems such as anti-environment, high-construction and -maintenance cost and so on. To improve the drawbacks of aforementioned methods, carbon nanotube (CNT) was used as an heating material in the laboratory test. Through the test, heat transferring effect of CNT on the concrete slab was investigated and maximum interval of CNT installation was determined.
In the cold region, road surface is frequently frozen, resulting in property/facility damage as well as people's death. In order to prevent the road surface from being frozen, conventional deicing methods such as salt, geothermal, and electric wires have been widely used. However, theses methods have some problems such as anti-environment, high-construction and -maintenance cost and so on. To improve the drawbacks of aforementioned methods, carbon nanotube (CNT) was used as an heating material in the laboratory test. Through the test, heat transferring effect of CNT on the concrete slab was investigated and maximum interval of CNT installation was determined.
본 연구는 기존 도로면에 적용할 수 있는 결빙방지 기술을 개발하기 위해 발열 소재인 Carbon nanotube(CNT) 를 콘크리트 슬래브에 매입하는 방식의 효용성을 실내실험을 통해 살펴보았다. 발열체인 CNT 설치의 최적의 유효발열거리(콘크리트 표면의 온도가 발열체로부터 0°C 이상으로 나타나기까지의 거리)를 찾기 위해 4가지의 발열체 매입거리에 대하여 실내실험을 수행하였다.
제안 방법
발열체 1개를 매입한 경우의 결과를 바탕으로 발열체 두 개 매입의 경우는 그 충첩 효과를 기대할 수 있기 때문에 유효발열거리를 150, 200, 300mm에 대하여 실험을 수행하였다. 먼저 Fig.
모든 실험은 외기온도를 -10°C로 유지할 수 있는 냉동챔버에서 수행되었으며 실험체 중앙에 Thermocouple을 매입 설치하여 실험체의 내부온도 또한 -10°C까지 떨어진 후 발열체에 온도 60°C까지 올려 유지하였다. 발열체의 온도는 총 2시간 동안 가해졌으며 이때 콘크리트 표면의 온도변화를 측정하였다.
본 연구는 기존 도로면에 적용할 수 있는 결빙방지 기술을 개발하기 위해 발열 소재인 Carbon nanotube(CNT) 를 콘크리트 슬래브에 매입하는 방식의 효용성을 실내실험을 통해 살펴보았다. 발열체인 CNT 설치의 최적의 유효발열거리(콘크리트 표면의 온도가 발열체로부터 0°C 이상으로 나타나기까지의 거리)를 찾기 위해 4가지의 발열체 매입거리에 대하여 실내실험을 수행하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 발열체인 Carbon natotube(CNT)는 Vanadium에 20% 혼합한 제품으로써 기본물성은 다음 Table 1에 나타내었다. 실험에 사용된 CNT plate는 Fig.
7%로 나타났다. 콘크리트 실험체는 500*150*150mm로 제작을 하였으며, 발열체 매입을 위해 Fig. 2(d) 와 같이 실험체 제작 시 미리 합판을 이용하여 홈을 제작하였다. 7일간의 슬래브 양생 후 발열체를 삽입하고 모르타로 표면을 정리한 후 다시 7일간 양생을 진행하였다.
성능/효과
(1) 발열체인 CNT를 1개 설치한 경우 평균 유효발열거리가 72mm로 나타났다. 또한 발열체로부터 150mm 떨어진 지점에서의 콘크리트 표면온도가 -7.
(2) CNT를 150, 200mm로 했을 경우 열의 중첩효과로 인해 발열체 사이의 콘크리트 표면 온도가 상온을 나타냄을 알 수 있었다.
(3) 이에 반해 300mm 간격으로 CNT를 설치했을 경우는 발열체 사이의 콘크리트 표면온도가 상온가 영하의 온도가 공존함을 보였다. 이는 설치간격이 넓어 중첩효과에 의한 유효발열거리를 보기 힘듦을 알 수 있다.
(4) 따라서 본 실험 결과를 바탕으로 최적의 발열체 설치간격은 200mm임을 알 수 있었다.
후속연구
향후 수치해석을 통해 실험에 대한 검증과 현장실험을 통해 그 실용성을 살펴볼 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
겨울철 도로의 결빙으로 인한 교통사고의 특징은 무엇인가?
겨울철 도로의 결빙으로 인한 교통사고는 물질적인 피해 뿐 아니라 인명피해를 동반하는 경우가 많다. Kim et al.
염화칼슘 분사기술의 장단점은 무엇인가?
결빙방지기술로는 대표적으로 염화칼슘 분사기술, 지열의 이용, 그리고 도로표면에 전열선 설치하는 등의 방법이 주로 이용되고 있다. 먼저 염화칼슘과 염화나트륨을 이용한 결빙방지기술은 물의 어는점을 낮춰 결빙에 탁월한 효과가 있지만 도로와 도로주변의 콘크리트 구조물에 피해를 입힌다는 문제점이 있다. Chung et al.
도로면이 결빙상태일 때 치사율이 높은 이유는 무엇인가?
Kim et al.(2014)와 Hong(2014)은 도로면이 결빙상태일 때 치사율이 높은 이유가 타이어와 도로면 사이의 마찰력이 결빙으로 인해 현저히 낮아지면서 제동걸이가 길어져 대형 교통사고로 이어진다고 보고하고 있다. 특히 교통사고분석시스템(TAAS)을 통하여 2015년 도로 노면상태별로 교통사고 건수를 비교한 결과 도로면이 건조 상태일 때 교통사고가 203,782건이며, 결빙으로 인한 교통사고가 859건으로 결빙으로 인한 사고건수가 낮은 반면에 치사율은 도로면이 건조인 상태에 1.
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