[논문]경량기포콘크리트의 밀도변화에 따른 열전도 특성에 관한 기초적 연구

최훈국; 정은혜; 강철; 이은영; 김대연; 김진만

경량기포콘크리트의 밀도변화에 따른 열전도 특성에 관한 기초적 연구
The Fundamental Study on Thermal Conductivity with Variation Density of Light Weight Foam Concrete and Iron plate structure 원문보기

최훈국 (공주대학교 건축공학과 대학원) , 정은혜 (공주대학교 건축공학과 대학원) , 강철 (공주대학교 건축공학과 대학원) , 이은영 (선일금고제작 제조담당) , 김대연 (선일금고제작 생산관리팀) , 김진만 (공주대학교 건축공학과)

The lightweight foamed concrete is superior to properties of insulation and light-weight because it is included in many inner pore. So, lightweight foamed concrete used to construction field that need to property of insulation. The property of insulation of lightweight foamed concrete is varied with density. Also, Density is varied with hardening matrix and pore rate. The purpose of the experiment is to know thermal properties of specimen according to the change of density when heating the specimen. As a result of this experiment, the higher density, the lower temperature of mold. this tendency isn't same as ordinary lightweight foamed concrete, and then density 0.9 is expressed most low temperature result also the discontinuity of shape of mold was efficient for the prevention of the temperature rise.

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문제 정의

본 연구의 실험계획은 밀도변화에 따른 경량기포콘크리트와 외부를 구성하고 있는 몰드에 열을 가했을 때의 몰드의 상대적인 열전도 특성을 알아보기 위한 것이다. 실험배합은 W/'C 48%, 분체와 배합 수가 혼합된 슬러리 용적비에 대하여 0~ 250%의 기포를 혼입한 예비실험결과를 바탕으로 실험 수준에 적합한 배합비율을 선정하여 시험체를 제작하였으며, 밀도 2.
이에 본 연구는 특수목적용 충전재로 사용하기 위한 경량기포콘크리트의 개발에 관한 일런의 연구로서, 먼저 밀도변화에 따른 경량기포콘크리트를 일정한 형태의 구조와 결합시켜 열을 가했을 때의 열적 특성을 검토하여 목표로 하는 경량기포콘크리트 개발의 기초적 자료로 활용하고자 한다.

제안 방법

경량기포콘크리트의 타설을 위한 몰드는 사진과 같이 상부 전체단면적의 1/3 부위까지는 65mm 간격으로 지름 1mm의 홀을 뚫고, 몰드 하부에서 열을 가했을 경우 홀이 없는 부위와의 온도차를 측정하였으며, 측면부에도 철판을 일정 간격으로 불연속 시켜 연속시킨 부위와의 온도 차이를 병행하여 측정하여 경량 기포콘크리트의 밀도변화 및 철판의 단속 여부에 따른 열적특성을 검토하였다.
2는 몰드에 열을 가했을 때 각 부위의 온도변화를 측정하기 위해 열전대를 설치한 모습니다. 본 실험에서 적용한 가열방법은 몰드 중앙 하부에 열원을 설치하여 몰드에 열을 가했을 경우 경량 기포콘크리트의 밀도별 변화에 따른 온도변화 및 몰드의 구조에 따른 온도를 측정하기 위한 것으로 실험실 내에서 자체적으로 구상하여 실험을 실시하였다. 온도측정을 위한 열전대는 상부 16개소와 측면 3개소에 설치한 두], 가열판 위에 몰드를 올려놓고 일정시간 동안 가열을 하여 몰드 위치에 따른 온도변화를 측정하였다.
때의 몰드의 상대적인 열전도 특성을 알아보기 위한 것이다. 실험배합은 W/'C 48%, 분체와 배합 수가 혼합된 슬러리 용적비에 대하여 0~ 250%의 기포를 혼입한 예비실험결과를 바탕으로 실험 수준에 적합한 배합비율을 선정하여 시험체를 제작하였으며, 밀도 2.4g/cm³의 일반콘크리트를 제조하여 경량 기포 콘크리트와 열전도특성을 비교하였다.
본 실험에서 적용한 가열방법은 몰드 중앙 하부에 열원을 설치하여 몰드에 열을 가했을 경우 경량 기포콘크리트의 밀도별 변화에 따른 온도변화 및 몰드의 구조에 따른 온도를 측정하기 위한 것으로 실험실 내에서 자체적으로 구상하여 실험을 실시하였다. 온도측정을 위한 열전대는 상부 16개소와 측면 3개소에 설치한 두], 가열판 위에 몰드를 올려놓고 일정시간 동안 가열을 하여 몰드 위치에 따른 온도변화를 측정하였다. 열전대로부터의 데이터를 수집하기 위해 데이터 로거(TDS-601, Switching Box) 를 사용하여 동시에 각 부분의 온도 데이터를 수집하였다.
재료의 혼합은 시멘트와 물을 먼저 아스팔트 믹서에서 1분간 혼합하여 슬러리 상태로 만든 후 기포 발생기와 일체형인 리본믹서에 투입하여 기포를 첨가하고 균일하게 분포되도록 30초간 믹싱을 실시한 사전에 제작된 몰드에 슬러리를 타설했다. 양생은 실험실 조건 20±2℃에서 기건양생을 실시하였다.

대상 데이터

경량기포콘크리트를 제조하기 위하여 시멘트는 밀도 3.15g/cm³, 분말도 3, 300cm²/'g의 국내 S사의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 기포발생을 위해 동물성 기포제를 물과 혼합하여 기포 발생기를 통해 기포를 제조하였다.
온도측정을 위한 열전대는 상부 16개소와 측면 3개소에 설치한 두], 가열판 위에 몰드를 올려놓고 일정시간 동안 가열을 하여 몰드 위치에 따른 온도변화를 측정하였다. 열전대로부터의 데이터를 수집하기 위해 데이터 로거(TDS-601, Switching Box) 를 사용하여 동시에 각 부분의 온도 데이터를 수집하였다.

성능/효과

1) 밀도변화에 따른 경량기포콘크리트의 온도측정 결과, 기포콘크리트의 밀도가 증가하면서 상부 몰드의 표면온도는 감소하는 것으로 나타나 일반적인 경량기포콘크리트의 열전도 특성과는 다른 경향을 보였으며, 몰드 구조의 변화에 따른 온도변화는 몰드에 불연속 부분이 있는 측면 부위의 온도가 낮게 나타남에 따라 온도상승을 위해서는 단면적을 결손 시키는 것이 효과적인 것을 알 수 있었다.
몰드 형태의 변화에 따른 열전도 특성을 검토한 결과, 상부의 홀이 있는 부분과 없는 부분의 온도변화는 크게 차이가 나지 않는 것으로 나타났다. 몰드의 상부에 홀을 뚫은 것은 몰드에 열을 가했을 경우, 내부에 충전되어 있는 경량기포콘크리트의 수분이 온도 상승에 의해 증발하면서 주변의 열을 빼앗아 가면서 온도를 낮출 것으로 예상했으나, 실험 결과 별다른 온도 차이가 없었다.
1~5는 밀도변화에 따른 온도변화를 나타낸 것으로 몰드 상부의 온도는 모든 시험체에서 대부분 100℃를 넘지 않는 것으로 나타났다. 시간에 따른 온도상승의 경향을 살펴보면, 일반 콘크리트가 경량 기포콘크리트에 비해 온도가 빨리 상승하는 것으로 나타났으며, 기포콘크리트는 상대적으로 온도 상승이 늦게 나타닜.다.

후속연구

몰드의 상부에 홀을 뚫은 것은 몰드에 열을 가했을 경우, 내부에 충전되어 있는 경량기포콘크리트의 수분이 온도 상승에 의해 증발하면서 주변의 열을 빼앗아 가면서 온도를 낮출 것으로 예상했으나, 실험 결과 별다른 온도 차이가 없었다. 따라서 기화열에 의한 온도 방지는 없는 것으로 판단되며, 추후 세부적인 실험이 필요할 것으로 판단되었다.

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