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문제 정의
- 또한 라돈을 흡착할 수 있는 흡착재로 다공질의 특성을 가지고 있는 제올라이트 및 규조토와 양이온 교환성과 흡착성이 뛰어난 벤토나이트 및 일라이트을 활용하여 실내⋅외로 유입되는 라돈가스를 흡착하고 저감하는 라돈가스 저감형 스마트제어 건축용 내화보드에 관한 기초자료로 제시하고자 한다.
- 본 연구는 실·내외로 유입되는 라돈가스의 흡착저감을 위하여 다공질과 양이온 교환성 및 흡착성이 뛰어난 제올라이트, 규조토, 벤토나이트와 일라이트의 첨가량에 따른 역학적 특성 및 라돈 흡착성능을 확인하고 이에 대한 가능성을 검토하고자 실시하였다.
제안 방법
- 규조토의 밀도는 2.0g/cm3이며, Si 43.1%, Fe 55.3%, Al 0.92%, P 0.31%로 구성되어 있으며 첨가율은 5, 15%로 고정하였다.
- 라돈가스 농도 측정은 국내·외 표준시험방법이 아직 정립되어 있지 않기 때문에 자체 시험을 실시하였다.
- 라돈가스의 대류를 막기 위해 습도 40±2%, 온도 20±2℃로 균일하게 설정하였으며, 라돈측정기는 미국 환경보호청(EPA)의 특허기술을 채용한 연속 측정 방식으로 미국 S사의 능동형 라돈 측정 장치를 사용하였다.
- 라돈가스의 측정 신뢰도를 높이기 위해 방출원를 밀폐된 아크릴 챔버 (500×500×500mm)에 넣은 후 3일 동안 안정화한 후 라돈가스 방출량(Plain)을 측정 하였다.
- Bq/m3은 국제적인 표준단위로, 1m3안에 라돈의 붕괴율을 의미하는데, 이는 공기 중에 존재하는 라돈 수에 비례한다. 라돈측정의 경우 단기 측정과 장기측정으로 나뉘게 되는데 본 실험에서는 단기 측정을 실시하였으며, 연속 모니터 측정기를 활용하여, 3일 측정을 기준으로 하였다. 라돈가스의 측정 신뢰도를 높이기 위해 방출원를 밀폐된 아크릴 챔버 (500×500×500mm)에 넣은 후 3일 동안 안정화한 후 라돈가스 방출량(Plain)을 측정 하였다.
- 3%로 구성되어있다. 선행연구를 통해 제올라이트를 20, 40, 60% 로 첨가하여 실험을 진행하였다.
- Plain 측정 후 라돈흡착 경화체를 챔버 내에 방출원과 고정한 뒤 재측정 하였다. 측정시간은 72시간 동안 1시간 간격으로 연속모니터링방법으로 시험을 실시하였으며, 라돈 측정 시 외부 환경에 대한 영향을 줄이기 위해 개구부에서 3m 이상 떨어진 곳에 챔버를 설치하였고 진동 및 미동이 없는 곳에 설치하였다. 라돈가스의 대류를 막기 위해 습도 40±2%, 온도 20±2℃로 균일하게 설정하였으며, 라돈측정기는 미국 환경보호청(EPA)의 특허기술을 채용한 연속 측정 방식으로 미국 S사의 능동형 라돈 측정 장치를 사용하였다.
대상 데이터
- 라돈가스의 대류를 막기 위해 습도 40±2%, 온도 20±2℃로 균일하게 설정하였으며, 라돈측정기는 미국 환경보호청(EPA)의 특허기술을 채용한 연속 측정 방식으로 미국 S사의 능동형 라돈 측정 장치를 사용하였다. 라돈 방출원의 경우 동일 크기의 석고보드를 사용하였다.
- 벤토나이트의 경우 국내 D사의 200Mesh 이하 밀도 1.70g/cm3 제품을 사용하였으며, SiO2 44.5%, Al2O3 19.8%로 구성되어있다. 일라이트는 Y사의 밀도 2.
- 본 실험에 사용된 흡착재는 천연 제올라이트, 4A 제올라이트, 13X 제올라이트, 벤토나이트, 일라이트를 사용하였으며 주 결합재로 산화마그네슘을 사용하였고 염화마그네슘 첨가율은 25%로 고정하였다. 천연 제올라이트의 밀도는 2.
- 본 연구는 흡착재를 활용한 라돈가스 저감형 스마트제어 건축용 내화보드를 제조하기 위한 기초 연구로 산화마그네슘과 염화마그네슘을 사용한 마그네시아 시멘트를 사용하였다. 또한 라돈을 흡착할 수 있는 흡착재로 다공질의 특성을 가지고 있는 제올라이트 및 규조토와 양이온 교환성과 흡착성이 뛰어난 벤토나이트 및 일라이트을 활용하여 실내⋅외로 유입되는 라돈가스를 흡착하고 저감하는 라돈가스 저감형 스마트제어 건축용 내화보드에 관한 기초자료로 제시하고자 한다.
- 본 연구에서 사용된 산화마그네슘은 밀도 3.42g/cm3,분말도 3,539cm2/g로 화학성분은 MgO 95.68%, CaO 2.52%로 가장 많은 구성 비율을 나타내며 화학성분은 Table 3과 같다. 경화체를 제조하기 위해 염화마그네슘을 사용하였으며 그 반응식은 식.
- 합성제올라이트(13X, 4A)는 알칼리, 물, 유기질의 혼합물로 구성된 실리카와 알루미나를 느리게 결정화시켜 만든 것으로 결정구조 내에 있는 양이온의 작용에 의해 강하게 흡착하는 성질을 갖고 있다. 본 연구에서 사용된 제올라이트는 천연제올라이트, 합성제올라이트(13X, 4A)를 사용하였으며, 화학성분은 Table 4와 같고, Figure 1은 천연제올라이트 SEM 사진이다[3,4].
- 8%로 구성되어있다. 일라이트는 Y사의 밀도 2.30g/cm3, 입도 200Mesh 이하 제품을 사용하였다. 벤토나이트 및 일라이트의 첨가율은 0, 5, 10, 15, 20%로 고정하였으며 실험 요인 및 수준은 Table 1과 같으며, 각 재료에 따른 실험체의 분류는 다음 Table 2와 같다.
이론/모형
- 시험 항목으로 유동성은 KS L 5111로 실시하였고 밀도 및 흡수율은 KS F 2459, 휨강도 및 압축강도는 시멘트의 강도 시험 방법(KS L ISO 679)에 의거하여 실시하였다.
성능/효과
- 1) 유동성 시험결과 흡착재의 첨가율에 따라 유동성이 저하되었으며, 천연제올라이트 60%, 규조토의 경우 유동성 측정을 할 수 없었다.
- 2) 밀도, 흡수율 측정결과, 규조토를 15% 첨가할 경우 가장 높은 흡수율과 가장 낮은 밀도로 흡착재 첨가 시 Plain 보다 낮은 밀도와 높은 흡수율이 측정되었다.
- 3) 휨강도 압축강도의 측정결과, 흡착재 첨가율이 증가할수록 다공성과 팽창성으로 인한 강도저하가 나타났다. 몬모릴로나이트 계열의 경우 수분 흡착 시 팽창에 의한 갈라짐과 휨에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 4) 라돈가스 농도 측정결과, 모든 흡착재에서 첨가량이 증가할수록 라돈가스가 저감되는 것을 확인할 수 있었으며, 13X제올라이트가 가장 높은 라돈 저감량을 보였다. 따라서 라돈가스 흡착형 마감재에 활용 시 13X제올라이트 가장 적합할 것으로 판단된다.
- 4) 라돈가스 농도 측정결과, 모든 흡착재에서 첨가량이 증가할수록 라돈가스가 저감되는 것을 확인할 수 있었으며, 13X제올라이트가 가장 높은 라돈 저감량을 보였다. 따라서 라돈가스 흡착형 마감재에 활용 시 13X제올라이트 가장 적합할 것으로 판단된다.
- 또한, 벤토나이트를 첨가한 경화체의 경우 재령 10일 이후부터 경화체의 팽창 및 휨 현상이 현저히 발생하였으며, 재령 28일에는 경화체의 갈라짐 현상 까지 발생하였다. 이에 따른 강도저하가 심각하게 일어났으며, 벤토나이트 및 몬모릴로나이트 계열의 흡착재 사용 시 팽창에 대한 개선이 필요할 것으로 판단된다.
- 12g/cm3으로 가장 높았으며, 일라이트＞벤토나이트＞4A 제올라이트＞13X제올라이트＞천연 제올라이트＞규조토 순으로 나타났다. 이는 흡수율과 비교 했을 때 상반되는 결과 값으로 이는 흡착재료가 다공질로서 내부에 무수히 많은 기공들로 인해 첨가량이 증가할수록 밀도가 감소할 뿐만 아니라 미세기공에 의한 수분 흡수로 인해 첨가량이 증가할수록 흡수율 또한 증가하는 경향을 보인다고 판단된다.
- Figure 5는 흡착재를 이용한 라돈가스 흡착형 경화체의 휨강도 결과를 나타낸 그래프이며, 재령일인 3일, 7일, 28일의 휨강도를 측정한 값이다. 흡착재의 첨가량이 증가함에 따라 모두 휨강도가 감소하는 경향을 보였으며, 천연 제올라이트 첨가율 60%의 경우 4.04MPa로 Plain의 50% 이상 강도가 저하되었다. 이는 흡착재 자체가 다공질로 이로 인한 강도저하와 산화마그네슘과 염화마그네슘의 결합력이 떨어진 것으로 판단되며, 몬모릴로나이트 계열의 경우 수분을 흡착하여 팽창한 뒤 다시 수분이 증발한 후 원 형태로 돌아가는 팽윤성을 가지고 있어 이에 따른 강도 저하가 나타났다고 판단된다.
후속연구
- 3) 휨강도 압축강도의 측정결과, 흡착재 첨가율이 증가할수록 다공성과 팽창성으로 인한 강도저하가 나타났다. 몬모릴로나이트 계열의 경우 수분 흡착 시 팽창에 의한 갈라짐과 휨에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 또한, 벤토나이트를 첨가한 경화체의 경우 재령 10일 이후부터 경화체의 팽창 및 휨 현상이 현저히 발생하였으며, 재령 28일에는 경화체의 갈라짐 현상 까지 발생하였다. 이에 따른 강도저하가 심각하게 일어났으며, 벤토나이트 및 몬모릴로나이트 계열의 흡착재 사용 시 팽창에 대한 개선이 필요할 것으로 판단된다.
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