[논문]고로슬래그 혼입 콘크리트의 고온 조건에서의 열역학 성능

양인환; 박지훈

doi:10.14190/jrcr.2017.5.4.414

고로슬래그 혼입 콘크리트의 고온 조건에서의 열역학 성능
Thermal Characteristics of Concrete Fabricated with Blast Furnace Slag Subjected to Thermal Cycling Condition 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.5 no.4, 2017년, pp.414 - 420

초록
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이 연구에서는 고온의 태양열 에너지를 저장하기 위한 고로슬래그 콘크리트의 열역학적 특성을 파악하였다. 고로슬래그 콘크리트의 열역학적 특성에 미치는 영향을 파악하기 위한 실험연구를 수행하였다. 실험변수로써 고로슬래그 함유량과 물-바인더 비를 고려하였다. 고로슬래그 콘크리트의 역학적 특성으로써 열사이클 전과 후의 압축강도 및 인장강도를 측정하고, 열적 특성으로써 열전도율과 비열을 측정하였다. 고로슬래그를 포함한 콘크리트의 열싸이클 적용 후의 잔류압축강도가 고로슬래그를 포함하지 않은 콘크리트의 잔류압축강도보다 크다. 또한, 고로슬래그를 혼입한 콘크리트의 열전도율이 고로슬래그를 포함하지 않은 콘크리트의 열전도율보다 더욱 크다. 이는 고로슬래그 콘크리트가 열에너지의 축열과 방열에 효과적인 것을 나타낸다. 실험연구 결과는 콘크리트 열저장 축열 모듈 설계에 효율적으로 활용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The thermal characteristics of concrete fabricated with blast furnace slag were investigated in this paper. Test parameters included water-binder ratio and the content of furnace slag. Experimental program were performed to measure mechanical properties including compressive strength and split tensile strength under high-temperature thermal cycling, and to measure thermal properties including thermal conductivity and specific heat. Test results showed that the residual compressive strength of mixtures with blast furnace slag was greater than that of mixture without blast furnace slag. In addition, thermal conductivity of mixtures with blast furnace slag was greater than that of mixtures without blast furnace slag. It indicates that blast furnace slag was favorable for charging and discharging in thermal energy storage system. Test results of this study would be used to design concrete module system of thermal energy storage.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

태양열저장 시스템은 주간에 고온의 열에너지를 흡열하고 야간에는 주간에 흡열한 고온의 열에너지를 방열하는 과정을 거치게 된다. 고온의 열싸이클 반복 조건에서의 고로슬래그 콘크리트 압축강도 성능을 평가하고자 하였다. 따라서, 고온 열싸이클에 노출된 후의 콘크리트 잔류압축강도를 측정하였다.
따라서, 이 연구에서는 400°C 이상 고온의 열을 콘크리트 매체에 저장하기 위해 고로슬래그를 바인더로 활용한 콘크리트의 열적 특성과 역학적 특성을 연구하였다.
이 연구에서는 고로슬래그 시멘트를 적용한 콘크리트의 열역학 특성에 대한 실험연구를 수행하였으며 주요 연구결론은 다음과 같다.

가설 설정

1. 고로슬래그 혼입 콘크리트를 고온 열싸이클에 노출 시킨 후의 잔류압축강도 비는 50%이하이다. 또한, 고로슬래그를 40 및 60% 혼입한 배합의 잔류압축강도가 다른 배합의 잔류압축강도보다 크게 나타난다.

제안 방법

또한 그 이후 열싸이클 조건에서의 압축강도 감소는 작은 것으로 나타난다. 8회의 열사이클 수행 후에 콘크리트의 잔류압축강도를 측정하였다. 열사이클 적용 전의 압축강도에 대해 열싸이클 적용 후의 압축강도 비를 잔류강도비로 나타내었다.
각 배합별 원주형 시편을 전기로 안에서 상온에서부터 3.75°C/min의 가열속도로 최대온도 450°C까지 가열하였다.
각 배합별로 콘크리트 제조는 바인더, 잔골재 및 PP섬유를 섞는 건비빔 단계, 배합수와 액상 혼화제 투입 후의 1차 믹싱단계, 유동성 확인 후의 2차 믹싱 단계로 순차적으로 진행하였다. 먼저 시멘트와 잔골재 투입하고 PP섬유는 분산성을 확보할 수 있도록 소량씩 나누어 투입하여 건비빔을 실시하였다.
고온의 열싸이클 반복 조건에서의 고로슬래그 콘크리트 압축강도 성능을 평가하고자 하였다. 따라서, 고온 열싸이클에 노출된 후의 콘크리트 잔류압축강도를 측정하였다.
33인 배합에서 보통포틀랜드시멘트만을 사용한 경우를 기본 배합으로 하고,보통포틀랜드 시멘트 중량의 20, 40 및 60%를 고로슬래그시멘트로 치환한 경우를 고려하였다. 또한 물-바인더 비(w/b)가 0.31인 배합에서 보통포틀랜드 시멘트 중량의 20, 40 및 60%를 고로슬래그시멘트로 치환한 경우를 고려하였다.
각 배합별로 콘크리트 제조는 바인더, 잔골재 및 PP섬유를 섞는 건비빔 단계, 배합수와 액상 혼화제 투입 후의 1차 믹싱단계, 유동성 확인 후의 2차 믹싱 단계로 순차적으로 진행하였다. 먼저 시멘트와 잔골재 투입하고 PP섬유는 분산성을 확보할 수 있도록 소량씩 나누어 투입하여 건비빔을 실시하였다. 이 후 배합수와 고성능감수 제등의 액상 재료를 투입하여 1차 믹싱을 완료하고 믹서 내부의 재료들이 배합수와 충분히 혼합되어 콘크리트 유동성능의 확보여부를 파악하였다.
31의 두 개의배합 시리즈로 구분하였다. 물-바인더 비(w/b)가 0.33인 배합에서 보통포틀랜드시멘트만을 사용한 경우를 기본 배합으로 하고,보통포틀랜드 시멘트 중량의 20, 40 및 60%를 고로슬래그시멘트로 치환한 경우를 고려하였다. 또한 물-바인더 비(w/b)가 0.
고로슬래그는 경제적인 콘크리트 축열 모듈를 생산하기 위한 대안으로써 보통포틀랜드시멘트를 대체할 수 있는 혼화재료이다. 보통포틀랜드시멘트(OPC)를 기본바인더로 사용하고 고로슬래그의 혼입률에 따른 콘크리트의 열역학적 특성실험을 수행하고 실험결과를 분석하였다. 역학적 특성으로써 고온의 열싸이클 적용 전후의 압축강도 및 인장강도 특성을 분석하고, 열적 특성으로써 고온의 열싸이클 적용 전후비열과 열전도율 특성을 평가하였다.
비정상면가열법의 이론에 기초하여 이중나선형(double spiral)의 센서를 이용한 열물성 측정장비인 TPS-1500을 이용하여 원주형 콘크리트 시편의 비열을 측정하였다.
보통포틀랜드시멘트(OPC)를 기본바인더로 사용하고 고로슬래그의 혼입률에 따른 콘크리트의 열역학적 특성실험을 수행하고 실험결과를 분석하였다. 역학적 특성으로써 고온의 열싸이클 적용 전후의 압축강도 및 인장강도 특성을 분석하고, 열적 특성으로써 고온의 열싸이클 적용 전후비열과 열전도율 특성을 평가하였다.
이 연구에서는 보통포틀랜드시멘트와 고로슬래그 바인더로 사용하여 콘크리트 배합설계를 수행하였다. 7개의 배합을 대상으로 실험을 수행하였다.
먼저 시멘트와 잔골재 투입하고 PP섬유는 분산성을 확보할 수 있도록 소량씩 나누어 투입하여 건비빔을 실시하였다. 이 후 배합수와 고성능감수 제등의 액상 재료를 투입하여 1차 믹싱을 완료하고 믹서 내부의 재료들이 배합수와 충분히 혼합되어 콘크리트 유동성능의 확보여부를 파악하였다. 이 후 2차 믹싱을 실시하여 믹싱을 완료하였다.
3에 나타내었다. 이러한 열 사이클 절차를 8회 수행하였다. 기존연구결과(John et al.
먼저 크기가 직경100mm×높이 200mm인 원주형 시편을 상온과 동일한 온도가 되도록 24시간 방치한다. 이후 온도평형이 이루어진 시편을 서로 맞닿게 배치하고 시편과 시편사이에 측정센서가 맞물리도록 고정하여 열전도율을 측정하였다.
직경이 100mm이고 높이가 200mm인 원주형 공시체를 이용하여 열싸이클 전과 후의 고로슬래그 혼입 콘크리트의 압축강도를 측정하였다. Table 2에 실험결과를 나타내었고 Fig.
2012; Strasser and Selvam 2014)는 콘크리트를 이용한 두 가지 태양열에너지 저장 기법을 구분한다. 첫 번째 방법은 열저장 탱크에 열저장 매체 물질로써 암석과 콘크리트 등의 고체 재질의조합을 통한 열저장 기법이다. 태양열 집열장치에서 가열된 용융염은 저장탱크의 상부로 들어가므로, 열저장 매체의 온도는 올라가고 냉각된 염은 탱크의 바닥으로 이동하여 탱크 내부에 온도구배를 형성하는 변온층 열저장 기법(thermocline system)이다(Fass1983; Pacheco et al.

대상 데이터

이 연구에서는 보통포틀랜드시멘트와 고로슬래그 바인더로 사용하여 콘크리트 배합설계를 수행하였다. 7개의 배합을 대상으로 실험을 수행하였다. 배합별 단위체적당 배합표를 Table 1에 나타내었다.
2008). 고온에서 콘크리트의의 폭렬을 방지하기 위한 보강 섬유로써 폴리프로필렌(PP)섬유를 혼입하였다(Fig. 1). PP섬유의 배합별 단위중량은 2.
보통포틀랜드시멘트(OPC)만을 바인더로 사용한 배합(M1)의 열싸이클 적용 전의 압축강도는 56.8MPa이다. 물-바인더 비를 0.
보통포틀랜드시멘트만을 바인더로 사용한 배합(M1)의 열싸이클 적용 전과 후의 쪼갬인장강도는 각각 4.42 및 2.12MPa이다. 물-바인더 비를 0.
지름이 100mm이고 높이가 200mm인 원주형 공시체를 이용하여 쪼갬인장강도 실험을 수행하였다. Fig.

성능/효과

2. 고로슬래그를 혼입한 콘크리트와 혼입하지 않은 콘크리트의 쪼갬인장강도는 뚜렷한 차이를 나타내지 않는다.
3. 물-바인더 비가 0.33인 고로슬래그 혼입 콘크리트의 열싸이클적용 이후의 열전도율은 0.717∼1.024W/m·K이고, 고로슬래그 혼입에 따라 열전도율은 증가한다.
4. 물-바인더 비가 0.31인 고로슬래그 혼입 콘크리트의 열싸이클적용 이전과 이후의 열전도율 감소율은 43∼49%를 나타낸다. 따라서 콘크리트 열저장 시스템 설계 시에 열싸이클 적용에 따른 콘크리트의 열전도율 감소효과를 고려하여야 한다.
5. 열싸이클 적용 이후의 비열은 열싸이클 적용 전의 비열에 비해 29% 이상의 감소율을 나타낸다. 고온 조건에서 콘크리트 내부의 자유수는 증발하므로 콘크리트의 단위 비열은 감소하는 것으로 판단된다.
456W/m·K이다. M3와 M4 배합의 열전도율이 다른 배합의 열전도율보다 크게 나타나므로,물-바인더 비가 0.33이고 고로슬래그 치환률이 40 및 60%일 때 콘크리트의 열전도율이 우수하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태양열은 열에너지 저장시스템 또는 백업시스템이 필수적인데 그 이유는 무엇입니까?	태양열은 주간과 야간 시간 및 날씨 조건에 따라 지속적으로열에너지를 획득할 수 없으므로 열에너지 저장 시스템(storage system) 또는 백업 시스템(back-up system)이 필수적이다. 태양열을 직접 활용하기 어려운 야간시간이나 날씨가 좋지 않은 시간대에 태양열 에너지를 활용하기 위해 주간 시간대에 태양열을 저장하고 야간 시간에 열을 방출하여야 한다.
	고온의 태양열을 저장하는 대표적인 기법은 어떻게 구분됩니까?	고온의 태양열을 저장하는 대표적인 기법으로 현열저장기법과 잠열저장기법으로 구분된다. 현열저장은 열전달 유체를 통하여 열저장 매체에 열을 전달하거나 열을 빼앗아 열저장 매체에 열을 저장하거나 추출하는 기법이다.
	비압축성 물을 축열 매체로 이용하는 방법의 한계점은 무엇입니까?	기존의 현열을 저장하는 대표적인 방법은 비압축성 물을 축열 매체로 이용하는 방법이다. 저온의 열에너지를 저장할 때 비압축성의 물을 이용하는 현열저장은 가능하나, 100°C를 초과하는 고온의 열을 저장할 때 비압축성 물을 열저장 매체로서 적용할 수 없다(Laing et al. 2010). 따라서, Lainget al.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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