초록 ▼

V. 연구개발 결과
본 연구의 1차년도 연구는 준불연 복합 단열판의 구조안정성 및 화재안전성에 대한 성능 검증을 진행하였다. 성능 검증 결과, 재료성능, 부착성능, 전단성능, 내구성능 등 구조적 안전성에 대한 공학적 검증 데이터 확보하였고, 복합자재의 심재 준불연 성능 확보 및 복합단열판의 실대형 화재성능시험을 통해 화재안전성을 검증하였다. 아울러, 부착상세 및 외단열 시스템 풍설계 가이드라인을 정립하였다.

WBS 1, 6: (개선)준불연 복합단열판 기본물성 시험 및 검증
본 연구의 준불연 복합단열판과 같은

V. 연구개발 결과
본 연구의 1차년도 연구는 준불연 복합 단열판의 구조안정성 및 화재안전성에 대한 성능 검증을 진행하였다. 성능 검증 결과, 재료성능, 부착성능, 전단성능, 내구성능 등 구조적 안전성에 대한 공학적 검증 데이터 확보하였고, 복합자재의 심재 준불연 성능 확보 및 복합단열판의 실대형 화재성능시험을 통해 화재안전성을 검증하였다. 아울러, 부착상세 및 외단열 시스템 풍설계 가이드라인을 정립하였다.

WBS 1, 6: (개선)준불연 복합단열판 기본물성 시험 및 검증
본 연구의 준불연 복합단열판과 같은 단열재는 한국산업표준의 규정에 적합한 기본물성을 확보하여야 하는데, 이에 따라 본 연구에서는 준불연 복합단열판과 복합단열판의 구성재료인 록셀보드 및 심재(준불연 EPS)에 대하여 밀도, 휨(굴곡)강도, 압축강도, 인장강도, 인장전단강도의 기본물성 시험을 실시하였다. 연구내용은 본 보고서의 제3장에 작성하였다.
1) 밀도 시험결과
록셀보드 및 심재를 대상으로 밀도 시험을 실시한 결과, 록셀보드는 62 kg/m3, 심재(EPS)는 23 kg/m3 로 나타났으며, 이는 각각 KS M 3808 발포 폴리스티렌 기준의 단열판 1호, 3호에 해당하는 값으로 확인되었다.
2) 휨(굴곡)성능 시험결과
록셀보드, 심재 및 복합단열판의 휨(굴곡)성능시험을 실시한 결과, 록셀보드는 0.250MPa, 심재는 0.173MPa, 복합단열판은 0.144MPa으로 평균 굴곡강도를 갖는 것으로 나타났다. KS M ISO 4898의 EPS 요구 성능에 따르면 따라서 본 연구의 록셀보드는 압축크리프를 받는 범주 Ⅱ 수준 이상을 확보하고 있으며, 심재(준불연 EPS) 및 복합단열판은 범주 Ⅰ의 요구강도 이상을 확보하고 있는 것으로 나타났다. 또한, 본 연구에서는 복합단열판의 경우, 원 제품의 두께를 고려하여 시편 길이를 조정하고 지지간격을 400mm로 하였으나, 중심 하단부 파괴와 더불어 양단 지지점 및 재하점에서 압괴가 발생하였으므로 추후 복합단열판 원 제품을 활용한 정확한 굴곡성능 확인을 위한 추가연구가 필요할 것으로 판단된다.
3) 압축성능 시험결과
록셀보드와 심재 및 준불연 복합단열판을 대상으로 압축성능 시험을 실시한 결과, 록셀보드는 0.069MPa, 심재는 0.056MPa, 복합단열판은 0.055MPa으로 평균 압축강도를 갖는 것으로 나타났으며, 이는 KS M ISO 4898의 건축물 단열재용 EPS의 요구물성에서 범주 Ⅰ의 벽체 단열 등 하중을 받지 않는 용도에 적합한 수준(0.05MPa 이상)이며, 지붕, 바닥 등 제한된 하중을 받는 범주 Ⅱ의 수준(0.1MPa이상)에는 부적합한 것으로 나타났다.
4) 인장성능 시험결과
준불연 복합단열판을 대상으로 인장성능 시험을 실시한 결과, 록셀보드와 심재 사이의 접착면에서 조기 부착파괴가 발생한 시험체 ETT1을 제외한 모든 시험체가 ETAG004 에서 제시하는 외단열시스템의 부착강도 허용치(0.08MPa)를 상회하는 것으로 나타났다. 심재(밀도: 23kg/m3)보다 록셀보드(밀도: 62kg/m3)의 밀도가 약 3배 높기 때문에 충분한 접착력을 확보한 경우에는 콘크리트 모체와의 부착파괴보다 복합단열판 자체의 파괴로 인한 위험성은 작은 것으로 판단된다.
4) 전단성능 시험결과
준불연 복합단열판의 전단성능시험을 실시한 결과, 복합단열판의 평균 전단강도는 0.034MPa으로 확인되었다. 다만, BS EN 12090의 시험편 규격이 길이 200mm, 폭 100mm이지만, 복합단열판의 두께 220mm이므로 권장 시험체 치수보다 2.2배 더 크다. 이에 따라 전단응력에 따른 사인장 균열 발생이 아닌 휨응력에 의한 수직균열로서 파괴모드가 관찰되었으며, 따라서 복합단열판의 두께가 시험편 규격보다 큰 경우에는 시편 길이를 증가시켜 전단응력에 의한 전단파괴가 일어날 수 있도록 조건을 조정하여야 할 것으로 사료된다.

WBS 2: 준불연 복합단열판과 콘크리트 부착성능 실험 및 검증
1) 준불연 복합단열판의 콘크리트 직접인발접착강도 시험결과
본 연구에서 준불연 복합단열판 및 구성재와 타사의 경질우레탄폼단열재(PIR)을 대상으로 시공방법에 따라 콘크리트 모체와의 부착성능을 검증하였다. 시공방법은 콘크리트 밑판에 후시공되는 전면부착 시험체와 거푸집에 단열재를 존치한 후 콘크리트를 타설하는 현장타설 시험체를 제작하여 ETAG 004 기준에 준하여 실시하였다. 연구내용은 본 보고서의 제4장에 작성하였다.
전면부착 시공방식에 따른 단열재 종류별 직접인발접착강도는 콘크리트와의 친화력이 높은 록셀보드가 가장 높은 강도와 안정적인 파괴양상을 나타낸다.
한편, EPS 및 PIR은 ETAG004 기준에서 제시하는 외단열시스템의 부착강도 허용치(0.08MPa)를 만족하지 못하는 것으로 나타났으며, 특히 PIR의 경우 구성재가 밀실하고 표면이 매끄러워 콘크리트와의 부착력이 현저히 저하되는 것으로 나타났다.
전면부착 준불연 복합단열판의 경우 록셀보드로 마감되어 있으나, 복합판의 최종 파괴 양상이 심재의 인장파괴가 지배적으로 나타나 최대 부착강도는 록셀보드에 비하여 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 복합단열판의 접차불량 등 시공성의 영향으로 일부 시험체에서는 콘크리트 계면에서의 부분 접착파괴가 선행되어 부착강도를 저하시키는 요인으로 작용하고 있다. 이에 대하여 규사를 혼합하여 시공성을 향상시킬 경우 일부 부착강도의 증진 효과가 있으나, 시공성을 향상할 수 있는 보다 면밀한 배합관리 등이 필요하다.
현장타설 복합단열판의 경우 모든 시험체가 편차없이 고른 접착성능을 확보하고 있어 시공성이 매우 우수하며, 전면부착 방식에 비하여 높은 부착강도를 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
복합단열판의 경우 시공방식에 관계없이 모두 ETAG004 기준에서 제시하는 외단열시스템의 부착강도 허용치(0.08MPa)를 상회하는 것으로 나타나 본 연구의 준불연 복합단열판은 전면부착 공법 및 현장타설 공법 모두에 유효한 단열재인 것으로 판단된다.
2) 준불연 복합단열판의 콘크리트 전단강도 실험결과
준불연 복합단열판인 록셀보드와 콘크리트 블록 사이의 부착 형태에 따른 전단성능 실험을 수행하였으며, 본 보고서의 제5장에서 다음과 같은 결론을 도출하였다.
접착모르타르 없이 콘크리트와 준불연 복합단열판을 동시에 타설한 현장타설형 실험체와 전면부착형 실험체는 거의 동등한 성능을 나타내고 있다. 경단형 부착방식은 부착면적의 감소에 의해 전면부착형에 비하여 약 80%의 전단성능을 확보하고 있는 것으로 나타났다.
실험종료 후 시공된 부착면을 확인한 결과, 전면밀착형의 경우 약 30% 정도의 부착면적 손실이 발생되었으며, 경단형 부착의 경우 초기 시공면적을 유지하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 전면밀착형의 부착면적 손실을 방지하기 위한 접착모르타르 배합방법 및 시공법이 개선되어야 될 것으로 판단된다.

WBS 3, 7: (개선)준불연 복합단열판 내구성 실험 및 검증
1) 준불연 복합단열판 내구성 실험결과
준불연 복합단열판의 동결융해 시험 후 직접인발접착강도 시험 결과를 이용하여 접착강도를 산출한 결과, 동결융해 0사이클의 경우 평균 0.1322 MPa, 동결융해 100사이클의 경우 평균 0.0540 MPa의 직접인발접착강도로 동결융해 작용을 받지 않은 건전한 시험체 값의 약 40%에 해당되는 것으로 나타났다. 파괴양상은 동결융해 0 사이클의 5개 시편 모두 심재(준불연 EPS)에서의 파괴가 발생하였으며, 동결융해 100 사이클 3개의 시편은 콘크리트와 준불연 복합단열판 간의 접착면에서 파괴가 발생하였다. 이는 동결융해 작용으로 인한 콘크리트 표면의 결합력 저하가 콘크리트와 준불연 복합단열판 간의 접착 성능을 감소시킨 것으로 판단된다. 본 보고서의 제6장에서 준불연 복합단열판의 내구성 및 내충격성 시험결과를 정리하였다.
2) 준불연 복합단열판 내충격성 시험결과
준불연 복합단열판(ETICS)의 내충격성 시험을 실시한 결과, 균열이 관통하지 않는 것으로 나타났으나, 낙하한 구형추에 의한 표면부 변형이 발생하였으며, 변형된 오목부의 평균 지름은 43.7mm로 확인되었다. 표면부의 변형은 발생하였으나, 균열 발생 및 균열의 관통이 발생하지 않았기 때문에 본 연구의 준불연 복합단열판은 외장단열재로서 사용시 외력에 의한 손상 등에 충분히 효과적으로 작용할 수 있을 것으로 판단된다.

WBS 4: 준불연 복합단열판 구조적 성능 평가
준불연 복합단열판은 전면부착 및 현장타설 시험체 모두 ETAG004 기준에서 제시하는 외단열시스템의 부착강도 허용치(0.08MPa)를 확보하고 있는 것으로 나타났다. 중량마감 등 연직하중에 대한 한계 전단성능은 8kN/m으로 도출되었다.
본 연구에서는 외단열시스템에 공통적으로 적용할 수 있는 국내 풍설계 알고리즘 및 가이드라인을 정립하였고, 본 보고서의 제7장에서 외단열시스템 풍설계 가이드라인을 확인 할 수 있다.
또한 최근 강화된 건축법에 따라 심재 준불연 성능을 만족하도록 복합단열판 구성재를 변경(준불연 심재)하고 역학적 특성시험 추가 수행하였으며, 관련 허용기준을 모두 만족하는 것으로 확인되었다.

WBS 8: 개선 준불연 복합단열판 실대형 화재성능시험 및 검증
준불연 복합 단열판에 대하여 실대형 화재성능시험을 진행하고 그 결과를 본 보고서의 제8장에 정리하였다. 시험 중 화재 상황의 변화 또는 외부 마감 시스템의 기계적 거동의 변화와 같이 중요한 상황, 특히 외부 마감 시스템 일부분의 탈락은 없었으며 조기종료 없이 30분 동안 착화가 진행되었다. 심재의 연소가 확인되었으나, 표면 마감재에 변형 및 박리되는 등의 손상이 확인되지 않았다.

WBS 5, 9: (개선)준불연 복합단열판 부착상세 개선안 도출 및 시공성․에너지성능 평가
본 보고서의 제5장에서 수행한 준불연 복합단열판의 콘크리트 전단강도 실험결과에 따르면, 준불연 복합단열판 외단열시스템의 부착방법에 따라 시공품질이 크게 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다. 전면부착형, 경단형 부착, 현장타설형 시공방법에 대한 시공성을 검토할 결과, 경단형부착과 현장타설형은 초기 시공조건을 유지하고 있는 것으로 나타났으나, 전면밀착형의 경우 약 30% 정도의 부착면적 손실이 발생되었다. 따라서 전면밀착형의 시공성 향상 및 부착면적 손실을 방지하기 위한 접착모르타르 배합 및 시공법의 개선이 요구된다.
외단열 시스템에 대하여 에너지성능평가를 본 보고서의 제9장에 정리하였다. 부착식 외단열시스템은 기계식 접착방법에 비하여 패스너를 통한 점형열교가 발생하지 않는 것으로 나타났다. 또한 기존 외단열 공법이 적용된 파사드의 열화상 측정에서 선형 열교 현상이 발생하지 않는 것이 확인되었다.

(출처 : 요약문 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• 목차 ... 13
• 표목차 ... 17
• 그림목차 ... 20
• 제1장 서론 ... 24
• 1. 연구배경 ... 24
• 1.1 연구 개요 ... 24
• 2. 연구 필요성 ... 26
• 3. 연구목표 및 연구내용 ... 27
• 3.1 연구목표 ... 27
• 3.2 1차년 연구내용 ... 27
• 제2장 국내·외 현황 분석 ... 30
• 1. 정책과 기준 분석 ... 30
• 1.1 에너지 및 외장재 관련 정책 방향 ... 30
• 1.2 국내·외 외장재 관련 기준 ... 34
• 1.3 에너지성능 기준 ... 36
• 1.4 화재 안전 관련 규제 ... 39
• 1.5 화재 안전 규제 강화 대응 외단열 시스템의 개발방향 ... 46
• 2. 시험규격 분석 ... 50
• 2.1 구조안전 성능 관련 시험규격 ... 50
• 2.2 화재안전 성능 관련 시험규격 ... 55
• 3. 선행연구 분석 ... 56
• 3.1 준불연 외단열시스템 ... 57
• 3.2 소재적 측면의 준불열 단열재 ... 59
• 4. 특허 분석 ... 60
• 5. 연구대상 외단열 시스템 분석 ... 62
• 제3장 준불연 복합단열판 기본물성 시험 ... 66
• 1. 개요 ... 66
• 2. 밀도시험 ... 67
• 2.1 시험계획 ... 67
• 2.2 시험결과 ... 68
• 2.3 시험결과 분석 ... 69
• 3. 휨(굴곡)성능 시험 ... 70
• 3.1 시험계획 ... 70
• 3.2 시험결과 ... 72
• 3.3 시험결과 분석 ... 76
• 4. 압축성능 시험 ... 78
• 4.1 시험계획 ... 78
• 4.2 시험결과 ... 80
• 4.3 시험결과 분석 ... 84
• 5. 인장성능 시험 ... 85
• 5.1 시험계획 ... 85
• 5.2 시험결과 ... 87
• 5.3 시험결과 분석 ... 89
• 6. 전단성능 시험 ... 91
• 6.1 시험계획 ... 91
• 6.2 시험결과 ... 93
• 6.3 시험결과 분석 ... 95
• 7. 소결 ... 97
• 제4장 준불연 복합단열판 콘크리트 직접인발접착강도 시험 ... 100
• 1. 개요 ... 100
• 2. 시험계획 ... 101
• 2.1 시험규격 ... 101
• 2.2 시험체 ... 101
• 2.3 시험방법 ... 104
• 3. 시험결과 ... 105
• 3.1 하중-변위 곡선 ... 105
• 3.2 파괴모드 ... 106
• 3.3 시험결과 분석 ... 110
• 4. 소결 ... 114
• 제5장 준불연 복합단열판 콘크리트 전단강도 실험 ... 116
• 1. 개요 ... 116
• 2. 실험방법 및 내용 ... 117
• 2.1 실험체 계획 ... 117
• 2.2 재료 ... 120
• 2.3 실험체 제작 ... 121
• 2.4 실험방법 ... 124
• 3. 실험결과 ... 126
• 3.1 파괴모드 ... 126
• 3.2 하중-변위 곡선 ... 133
• 3.3 실험결과 분석 ... 138
• 4. 소결 ... 141
• 제6장 준불연 복합단열판 내구성 및 내충격성 시험 ... 142
• 1. 개요 ... 142
• 2. 내구성 실험 ... 143
• 2.1 실험계획 ... 143
• 2.2 실험결과 ... 147
• 2.3 실험결과 분석 ... 151
• 3. 내충격성 시험 ... 154
• 3.1 시험계획 ... 154
• 3.2 시험결과 ... 156
• 3.3 시험결과 분석 ... 156
• 4. 소결 ... 157
• 제7장 준불연 복합단열판 외단열시스템 풍하중설계 가이드라인 ... 160
• 1. 개요 ... 160
• 1.1 연구 필요성 ... 160
• 1.2 풍하중 설계 가이드라인 구축 방향 ... 161
• 2. 풍하중 기준 및 설계프로세스 ... 163
• 2.1 일반사항 ... 163
• 2.2 국내 외장재 풍설계 기준 ... 164
• 2.3 외장재 풍하중 설계 프로세스 ... 179
• 3. 풍하중 설계 툴 구축 ... 180
• 3.1 풍하중 산정 개요 ... 180
• 3.2 풍하중 설계 툴 마련 ... 182
• 제8장 준불연 복합단열판의 실물모형 화재성능 시험 ... 186
• 1. 시험장비 및 시험 방법 ... 187
• 2. 시험체 제작 및 설치 ... 189
• 3. 시험 결과 ... 195
• 4. 소결 ... 197
• 제9장 준불연 복합단열판의 에너지성능평가 ... 198
• 1. 준불연 복합단열판의 개선 방향 ... 198
• 1.1 「건축법」및 화재 안전성능 관련 규제 개정에 다른 심재 개선사항 ... 198
• 1.2 외단열 시스템의 품질 보장 체계 구축 ... 198
• 2. 준불연 복합단열판의 시공성·에너지 성능평가 ... 200
• 2.1 외단열 시스템의 에너지성능 평가 ... 200
• 2.2 신뢰성 확보 방안 ... 206
• 3. 소결 ... 218
• 참고문헌 ... 219
• 끝페이지 ... 222