KR101668631B1 - 건식 공정 바텀애시를 경량골재로 활용한 경량 내화 모르타르 - Google Patents

건식 공정 바텀애시를 경량골재로 활용한 경량 내화 모르타르 Download PDF

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선정수
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공주대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 건식 공정 바텀애시를 경량골재로 활용한 경량 내화 모르타르에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 파쇄 및 중력식 마쇄 가공하여 고온의 용융점을 가지고 있으면서, 많은 내부공극을 가지고 있어 열전도율이 낮은 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르에 관한 것이다.
본 발명에 따른 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르는 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 파쇄 및 중력식 마쇄 가공하여 고온의 용융점을 가지고 있으면서, 많은 내부공극을 가지고 있어 열전도율이 낮으므로 이러한 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용 할 경우 저비용으로 우수한 내화재료를 확보할 수 있고, 바텀애시의 재활용을 확대할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Description

건식 공정 바텀애시를 경량골재로 활용한 경량 내화 모르타르{Lightweight and fireproof mortar using processed dry bottom ash lightweight aggregate}
본 발명은 건식 공정 바텀애시를 경량골재로 활용한 경량 내화 모르타르에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 파쇄 및 중력식 마쇄 가공하여 고온의 용융점을 가지고 있으면서, 많은 내부공극을 가지고 있어 열전도율이 낮은 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르에 관한 것이다.
최근 경제발전과 기술이 발달함에 따라 건축물의 대형화, 고층화하는 사례가 늘어나고 있으며, 토목 구조물의 경우에도 교량, 터널 등 대형 구조물이 증가함에 따라 구조적인 필요성으로부터 고강도 콘크리트의 사용이 증가하고 있다.
그러나 고강도 콘크리트는 물-시멘트비가 낮아져 콘크리트의 내부 공극이 감소함에 따라 화재 시 콘크리트 내부 수증기압의 상승과 열 등으로 인해 폭렬의 우려가 있다. 폭렬이 발생하게 되면, 내부 철근이 노출되어 심각한 구조적 손상이 발생하고, 심지어는 구조물이 붕괴의 위험에 처하기도 하는 실정이다.
이에 국토해양부에서는 "고강도 콘크리트 기둥/보의 내화성능관리기준"을 마련하여 강도 50㎫ 이상의 고강도 콘크리트를 사용하는 구조체에서는 반드시 화제 시 규정된 시간 동안에 구조체의 주철근 온도가 평균 538℃, 최고 649℃ 이하가 되도록 고시하고 있다.
이와 같이 화재 시 고강도 콘크리트의 폭렬현상 등의 문제 방지 및 내화성능을 높이기 위해 내화 피복 공법 개발이 진행되고 있으며, 경량골재를 사용한 내화모르타르 제조 및 뿜칠에 의한 시공이 활발하게 이루어지고 있다.
경량골재는 고온의 소성에 의해 제조되어 용융점이 높고, 다량의 공극을 가지고 있어 열전도율이 낮아 내화에 주요한 재료가 되고 있다. 그러나 경량골재는 제조과정에서 900~1200℃의 열이 필요로 하여 제조비용이 고가이며, 소성 공정에서 이산화탄소가 배출되어 온실가스에 대한 문제가 제기되고 있다.
내화재료로 많이 사용되고 있는 펄라이트의 경우 약한 강도로 인해 단독으로 사용되지 못하고, 다른 골재와 혼합하여 사용하고 있다. 또한, 체적안정성이 낮아 모르타르로 제작시 균열을 유발하여 내화성능이 저하되는 사례도 보고되고 있다.
한편, 국내 전력생산량의 67%를 차지하고 있는 화력발전소는 발전량이 평균 매년 5%씩 증가하고 있으며, 이에 따라 석탄재 발생량도 꾸준한 증가추세를 보이고 있다. 석탄재 중 최근 몇몇 발전사에서 배출되고 있는 건식공정 바텀애시는 기존의 습식공정에서 제기되었던 높은 염화물, 함수량과 다량의 미연탄 함량 등의 문제점이 발생하지 않을 뿐만 아니라 다공질로 경량성이 있어 경량골재로서 활용 가능성이 있는 것이 확인되었다.
이에 산업 부산물인 바텀애시를 가공하여 경량골재로 사용할 경우 기존의 소성한 인공경량골재에 비하여 저비용으로 생산이 가능하며, 인공경량골재의 소성과정에서 발생하는 다량의 에너지 소비에 기인한 환경적인 문제가 발생하지 않는 이점을 가질 수 있다.
또한, 고온에서 용융되어 배출된 바텀애시는 고온의 용융점을 가지고 있고, 많은 내부공극을 가지고 있어 열전도율이 낮아 내화용 골재로도 적합할 것으로 판단된다.
바텀애시를 내화재료로 사용하는 종래 기술을 살펴 보면, 한국등록특허 10-1323343에 내화성 경량보드 접착 조성물에 있어서, 상기 내화성 경량보드 접착 조성물은, 시멘트 10~40 중량부, 고로슬래그 미분말 10~40 중량부, 플라이애시 10~40 중량부, 알칼리 실리케이트 용액 25~70 중량부를 포함하도록 혼합한 혼합물 100중량부에 대하여 경량미분 10~50 중량부, 증점제 0.015~5.0 중량부를 혼합하여 이루어지고, 상기 경량미분은, 폐경량기포콘크리트, 바텀애시 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 미분쇄한 미분인 것을 특징으로 하는 내화성 경량보드 접착 조성물이 개발된 바 있다.
또한, 한국등록특허 10-1558747에 석회 성분을 함유한 패각을 이용하는 제1골재; 규소 성분을 함유하고 있는 제2골재; 및 상기 제1골재 및 제2골재를 결합하는 바인더; 를 포함하고, 상기 제1골재 및 제2골재를 혼합하는 혼화제를 더 포함하며, 상기 혼화제는 감수제로써, 폴리카복실레이트를 사용하고, 상기 제1골재는 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분이며, 소량의 이산화 규소(SiO2), 알루미나(AL2O3)를 함유하고, 방해석 구조로 구성되어 있으며, 천연 석회석과 동일한 구조를 형성하고, 상기 제2골재는 건식 바텀애시이며, 상기 건식 바텀애시는 화력발전소에서 석탄을 연소하고 발생하는 산업폐기물로써, 이산화 규소(SiO2)를 다량으로 함유하고, 상기 건식 바텀애시의 형상은 매우 불규칙하고 거칠지만 연약한 표면을 가지고 있으며, 상기 건식 바텀애시의 내부는 용융상태에서 탄소가 연소되었기 때문에 연소 후 발생하는 이산화탄소가 방출된 다음 다시 공극이 닫히기 때문에 닫힌 공극형상을 보이며, 상기 건식 바텀애시의 표면은 빨리 냉각되어 이산화탄소의 배출구가 형성되었기 때문에 열린 공극형상을 보이는 것을 특징으로 하는 내화보드가 공지되어 있다.
그러나, 상기 바텀애시를 내화재료로 사용하는 종래 기술들은 다른 골재와 혼합사용하여야 하며, 여러가지 첨가 혼화제를 사용하여햐 하므로 고비용에 따른 문제점 등으로 인해 활용되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해, 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 파쇄 및 중력식 마쇄 가공하여 고온의 용융점을 가지고 있으면서, 많은 내부공극을 가지고 있어 열전도율이 낮은 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 상기 과제의 해결을 위하여, 보통 시멘트, 초속경 시멘트 및 팽창제를 포함하는 바인더와; 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 파쇄 및 중력식 마쇄 가공하여 고온의 용융점을 가지고 있으면서, 많은 내부공극을 가지고 있어 열전도율이 낮은 건식 가공 바텀애시를 포함하는 잔골재와; 폭렬 및 균열 방지를 위한 보강섬유;를 포함하여 조성되는 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르를 과제의 해결수단으로 한다.
상기 팽창제는 비중 2.8~2.9, 비표면적 2,000 cm2/g 이상인 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르를 과제의 해결수단으로 한다.
상기 팽창제의 화학적 조성은 SiO2 1~5중량%, Al2O3 8~15중량%, Fe2O3 0.3~2중량%, CaO 50~55중량%, MgO 0.5~2중량%, SO3 27~31중량%를 포함하여 조성되는 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르를 과제의 해결수단으로 한다.
상기 건식 공정 바텀애시는 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 1차 파쇄하여 입자크기 및 세장비를 낮추고 2차 마쇄하여 원료 바텀애시 표면의 강도가 약한 연소상을 제거하고 구형율을 높여 고온의 용융점을 가지고 있으면서, 많은 내부공극을 가지고 있어 열전도율이 낮은 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르를 과제의 해결수단으로 한다.
상기 보강섬유는 인장강도 300 Mpa이상인 PP섬유, PE섬유, Nylon섬유, PVA섬유로부터 선택된 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르를 과제의 해결수단으로 한다.
상기 잔골재로서 상기 건식 공정 바텀애시를 100%로 사용할 경우 단위질량은 1,800 ㎏/㎥ 이하인 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 잔골재로서 상기 건식 공정 바텀애시를 100%로 사용할 경우 1,000℃ 가열전후의 압축강도는 18% 이상의 잔존강도를 나타내는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 잔골재로서 상기 건식 공정 바텀애시를 50%로 사용할 경우 1,000℃ 가열전후의 압축강도는 15% 이상의 잔존강도를 나타내는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 잔골재로서 상기 건식 공정 바텀애시를 100%로 사용할 경우 RABT 터널 내화곡선에 의한 내화시험에서 모르타르 패널 두께 30mm의 이면 최고온도가 460℃이하인 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 잔골재로서 상기 건식 공정 바텀애시를 100%로 사용할 경우 RABT 터널 내화곡선에 의한 내화시험에서 모르타르 패널 두께 50mm의 이면 최고온도가 250℃이하인 것을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명에 따른 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르는 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 파쇄 및 중력식 마쇄 가공하여 고온의 용융점을 가지고 있으면서, 많은 내부공극을 가지고 있어 열전도율이 낮으므로 이러한 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용할 경우 저비용으로 우수한 내화재료를 확보할 수 있고, 바텀애시의 재활용을 확대할 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 폭렬에 의한 균열발생을 나타내는 도면
도 2는 팽창 공정에서의 펄라이트의 형상을 나타낸 도면
도 3은 펄라이트의 세부구조를 나타낸 도면
도 4는 본 발명에서 사용된 건식 공정바텀애시 가공 및 입형을 나타낸 도면
도 5는 본 발명에서 사용된 골재의 물리적 및 화학적 특성 및 건식 가공 바텀애시의 입도분포
도 6은 본 발명에서 사용된 보강 PP(Polypropylene)섬유의 물리적 특성
도 7은 본 발명에서의 실시계획, 측정항목 및 실시배합
도 8은 건식 공정바텀애시 잔골재의 대체율에 따른 유동성
도 9는 건식 공정바텀애시 잔골재의 대체율에 따른 단위질량
도 10은 건식 공정바텀애시 잔골재의 대체율에 따른 압축강도
도 11은 건식 공정바텀애시 잔골재의 대체율에 따른 휨강도
도 12는 건식 공정바텀애시 잔골재의 대체율에 따른 길이변화
도 13은 건식 공정바텀애시 잔골재의 대체율에 따른 강열감량
도 14는 각 골재에 따른 강열감량
도 15는 건식 공정바텀애시 잔골재의 대체율에 따른 1000℃ 가열 표면
도 16은 건식 공정바텀애시 잔골재의 대체율에 따른 잔존강도
도 17은 50mm 모르타르 판넬의 내화성능
도 18은 30mm 모르타르 판넬의 내화성능
도 19는 건식 공정바텀애시 잔골재의 대체율 "0"의 표면
도 20은 건식 공정바텀애시 잔골재의 대체율 "50%" 표면
도 21은 건식 공정바텀애시 잔골재의 대체율 "100%" 표면
본 발명은, 보통 시멘트, 초속경 시멘트 및 팽창제를 포함하는 바인더와; 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 파쇄 및 중력식 마쇄 가공하여 고온의 용융점을 가지고 있으면서, 많은 내부공극을 가지고 있어 열전도율이 낮은 건식 공정 바텀애시를 포함하는 잔골재와; 폭렬 및 균열 방지를 위한 보강 PP(Polypropylene)섬유;를 포함하여 조성되는 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르를 기술구성의 특징으로 한다.
상기 팽창제는 비중 2.8~2.9, 비표면적 2,000 cm2/g 이상인 것을 사용하는 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르를 기술구성의 특징으로 한다.
상기 팽창제의 화학적 조성은 SiO2 1~5중량%, Al2O3 8~15중량%, Fe2O3 0.3~2중량%, CaO 50~55중량%, MgO 0.5~2중량%, SO3 27~31중량%를 포함하여 조성되는 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르를 기술구성의 특징으로 한다.
상기 건식 공정 바텀애시는 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 1차 파쇄하여 입자크기 및 세장비를 낮추고 2차 마쇄하여 원료 바텀애시 표면의 강도가 약한 연소상을 제거하고 구형율을 높여 고온의 용융점을 가지고 있으면서, 많은 내부공극을 가지고 있어 열전도율이 낮은 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르를 기술구성의 특징으로 한다.
상기 보강섬유는 인장강도 300 Mpa이상인 PP섬유, PE섬유, Nylon섬유, PVA섬유로부터 선택된 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르를 기술구성의 특징으로 한다.
상기 잔골재로서 상기 건식 공정 바텀애시를 100%로 사용할 경우 단위질량은 1,800 ㎏/㎥ 이하인 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 잔골재로서 상기 건식 공정 바텀애시를 100%로 사용할 경우 1,000℃ 가열전후의 압축강도는 18% 이상의 잔존강도를 나타내는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 잔골재로서 상기 건식 공정 바텀애시를 50%로 사용할 경우 1,000℃ 가열전후의 압축강도는 15% 이상의 잔존강도를 나타내는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 잔골재로서 상기 건식 공정 바텀애시를 100%로 사용할 경우 RABT 터널 내화곡선에 의한 내화시험에서 모르타르 패널 두께 30mm의 이면 최고온도가 460℃이하인 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 잔골재로서 상기 건식 공정 바텀애시를 100%로 사용할 경우 RABT 터널 내화곡선에 의한 내화시험에서 모르타르 패널 두께 50mm의 이면 최고온도가 250℃이하인 것을 기술구성의 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예 및 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
일반적으로 콘크리트는 물과 결합재, 골재 등의 여러 가지 재료가 혼합되어 만들어진 것으로 비균질 재료이다. 콘크리트를 구성하고 있는 각 재료는 다른 화학적 특성을 가지고 있어 증발 및 융해점이 다르게 나타나 화재 조건 또는 온도 상승에 따른 영향 또한 다르게 나타나게 된다.
콘크리트 재료 중 가장 낮은 온도에서 화학적 변화를 일으키는 것은 물이다. 일반적으로 콘크리트에 존재하는 공극에는 자유수(Free water)가 존재하는데, 이와 같은 자유수 증발은 공극의 크기에 따라 다르게 나타나지만 모세관 공극 등 비교적 큰 공극은 100℃에서 증발하기 시작한다. 이 자유수의 증발은 수증기압의 상승이로 인한 공극압의 팽창을 유발시켜 폭렬을 일으키는 원인이 되기도 한다.
이후 온도가 상승에 의해 물과 시멘트에 반응에 의한 생성물의 화학적 결합수(Bound water)가 증발하기 시작한다. 그 중 C-S-H계 수화물은 100~130℃에서 범위에서 결합수가 증발하지만 수화물은 사용 결합재의 화학조성에 따라 다르게 나타나 명확히 구분하기가 어렵다.
에트린자이트(Ettringite)는 100℃이하에서도 탈수하고, 100℃ 및 160~180℃에서 많은 비율이 탈수하며 250~270℃에서도 작은 비율이 탈수되는 등 단계적으로 수분을 잃게 된다. 모노셀페이트(Monosulfate)는 각각 50~150, 200, 300℃에서 단계적으로 탈수하여 C4A3S와 CaO로 변화하게 된다.
또한 이수석고(CaSO42O)는 탈수에 의해 130℃에서 반수석고(CaSO4·½2O)가 되고, 160℃에서 무수석고(CaSO4)로 변화한다. 알루미네이트계 수화물은 270~330℃에서 탈수하기 시작하여 550℃에서 완전히 탈수하여, C12A7과 CaO로 변화한다. 수산화칼슘(Ca(OH)2)의 경우에는 450~550℃에서 수분을 잃고 CaO가 되며 알칼리 성분을 잃어 중성화의 원인이 되기도 한다.
600~700℃에서는 탄산칼슘(CaCO3)이 분해되어 CaO와 CO2로 변화하고, 시멘트 수화물의 많은 부분을 차지하는 C-S-H계 수화물이 분해된다. 콘크리트 내부의 온도가 1000℃이상으로 가열될 경우에는 콘크리트가 융해된다. 이때 경화 시멘트 페이스트의 융점은 약 1200℃이나 화학조성에 의해 다소 낮아지기도 하는 특성이 있다.
또한, 콘크리트의 약 70%를 차지하는 골재의 경우에는 화학조성에 따라 규암질의 공재에서는 570℃에서 변화가 일어나며, 연무암의 융점이 1060℃, 규암이 1700℃에서 융해되고 화강암의 경우는 이보다 다소 낮은 온도에서 융해된다.
이와 같이, 여러 재료가 혼합된 비균질 재료인 콘크리트는 각 재료가 다른 열팽창계수를 가지고 있다. 이로 인해 콘크리트 내부의 탈수로 인한 시멘트 페이스트의 수축과 골재의 팽창에 의해 생기는 내부균열이 콘크리트의 조직에 크게 영향을 준다.
콘크리트구조물의 화재로 인한 고온에서의 성상은 시멘트 종류 및 골재의 특성, 배합비 등에 따라 다르다. 일반적인 시멘트의 경우 100℃ 전후에서 팽창을 일으키고 그 이상으로 온도가 상승하게 되면 Al2O3나 Fe2O3, Tobermorite계 수화물이 탈수하여 수축을 일으키게 된다. 또한 400~600℃에서는 Ca(OH)2가 분해되고, 600~900℃에서는 CaCO3의 분해로 탈탄산 반응이 일어난다.
이에 따라 콘크리트의 취약부위인 천이대(Interfacial Transition Zone)에는 구성하는 주요 수화물의 분해 및 시멘트의 수축, 골재의 팽창작용에 의해 균열이 발생하게 된다. 이 균열은 궁극적으로는 내부에 수증기를 위부로 배출시키는 통로역할을 하게 되지만 콘크리트 자체의 강도에는 치명적인 영향을 주게 된다.
이와 같이 고강도 콘크리트에서 화재 발생에 따라 온도가 상승하게 되면 일반적인 콘크리트와 달리 수증기가 빠져나가지 못하게 되고, 수증기압 상승으로 인해 [도 1]과 같이 폭렬에 의한 균열이 발생하게 된다.
가열된 콘크리트의 강도저하는 골재와 시멘트 페이스트의 열팽창률의 현저한 차이에 의해 콘크리트 조직 이완과 온도상승에 따른 자유수와 수화물의 중수, 그 외의 물리적, 화학적 변화에 의한 것이다. 이로 인해 내부에 미세 균열이 증가하고, 콘크리트의 압축강도는 전반적으로 감소하게 된다. 또한, 압축강도는 골재의 영향도 받는데, 보통강도 콘크리트의 경우에서도 골재의 종류와 상관없이 상온에서 480℃까지 골재의 강도 저하가 나타나며, 특히 실리카 계열의 골재는 480℃ 이후 강도 저하가 다른 골재보다 크다고 보고된 바 있다.
고온 조건에서의 콘크리트의 탄성계수는 온도 증가에 따라 저하되며, 이에 영향을 미치는 인자는 골재와 시멘트 매트릭스로 알려져 있다. 콘크리트는 200℃ 부근에서 내부의 수증기가 증발하여 공극이 생기게 되고 변형회벽능력이 급격히 저감된다. 이후 600℃에서는 콘크리트의 시멘트 페이스트, 골재, 및 시멘트 페이스트와 골재 사이의 부착강도가 저하하여 탄성계수가 저하된다.
폭렬이란 화재시 갑작스런 고온에 의해 콘크리트 구조체의 부재표면이 실한 폭음과 함께 박리 탈락하는 현상을 말하며, 이런 현상은 고강도 콘크리트에서 흔히 일어난다. 이러한 폭렬현상은 피복 콘크리트의 결손으로 구조체 내부까지 고온이 전달되고, 또한 철근이 노출되어 고온을 받은 철근이 강도저하로 구조체에 치명적인 영향을 미치며 결국에는 붕괴를 일으키는 원인이 되기도 한다.
폭렬은 일반적으로 구조부재의 압축영역에서 발생하고, 콘크리트의 내화성과는 다른 특성을 나타내고 있는데, 이러한 폭렬을 세분하여 누나면 부재 표면으로부터 여러 개의 큰 파편이 비산하는 파괴폭렬과 부재 모서리 등에서 콘크리트의 작은 파편이 비산하는 국부폭렬, 폭렬에 의해 단면이 단계적으로 파괴하는 점진폭렬, 부재 표면 부분이 중력에 의해 박리하는 박리폭렬로 구분 되어 진다.
콘크리트 폭렬은 크게 두 가지 과정에 의해 발생하게 되는데, 한 가지는 열-역학적 메커니즘에 의해 발생하게 되고, 다른 한 가지는 역-수-역학적 메커니즘에 의해 발생된다.
열-역학적 메커니즘은 콘크리트 구성 성분 중 골재와 시멘트 페이스트의 열 특성으로 인한 폭렬 발생 과정이다. 열을 받은 골재는 화학적 변화 이전에는 팽창하게 되지만, 시멘트 페이스트는 180℃ 부분에서 화학적 변화 이전에 수분의 건조와 탈수현상에 의해 수축하게 된다. 이러한 차이로 인해 점짐적인 폭렬 현상이 발생된다.
열-수-역학적 메커니즘은 여러 가지 복합적인 요인에 의해 발생하게 되는데, 그 중 가장 직접적인 발생 원인은 콘크리트 내부의 급격한 수증기 압력 상승이다. 이러한 수증기압은 콘크리트 내부의 공극사이로 공기와 수분, 수증기를 이동시키게 되어 공극압력을 유발시키며, 결국 파괴폭렬현상으로 이어지게 된다.
파괴폭렬은 콘크리트가 고온을 받으면 콘크리트내의 자유수는 가열 표면에서 증발하거나 상대적으로 저온인 콘크리트 내부로 이동하기 시작한다. 가열면의 경계면으로 이동한 수증기는 표면 폭렬을 유발할 수 있으며, 내부로 이동한 수증기는 비 투과막으로서의 역할을 하는 준습윤지역에서의 수증기 정체현상의 주요 원인이 된다.
이런 현상이 가중될 경우 준습윤 지역과 습윤지역의 경계면에서의 압력차이가 발생하게 되어 최대 공극압력을 유발시킨다. 이러한 현상으로 인해 콘크리트 내의 공극압력의 크기는 표면에서부터 점차 증가하다가 준습윤지역 경계면에서 최대 공극 압력을 발생시키며, 그 이후로는 점차 감소하게 된다.
한편, 콘크리트 내화 성능을 보강하기 위한 공법은 콘크리트 내에 수증기압 저감 공법으로 유기섬유를 혼입하는 방법과 폭렬비산을 방지하는 공법, 내화피폭공법, 현재 시도되고 있는 폭렬 억제형 피복공법으로 나눌 수 있다.
이 공법 중 내부 수증기압 저감을 목적으로 하는 유기섬유를 혼합한 공법은 콘크리트의 시공성이 저하되고 구조체 전체에 적용되어 경제적 효율성이 모호하며, 화재 후 보수 및 보강에도 어려움이 있고, 폭렬 발생 메커니즘에 대한 근본적인 대책이 되지 못하고 있다.
또한, 폭렬 비산을 방지하는 공법 역시 단순히 비산을 방지하는 효과 외에 콘크리트 구조체에 요구되는 내화 성능을 만족시키기가 쉽지 않다.
표면층 온도상승을 억제시키는 내화피복 공법은 화재로 인한 열로부터 콘크리트를 직접적으로 차단시켜 줄 수 있고, 시공이 용이하여 가장 효율적이고 우수한 내화보강 성능을 확보할 수 있는 장점을 가지고 있다.
아울러, 내화피복의 종류로서, 뿜칠은 철골 구조물이나 콘크리트 구조물의 표면에 접착제를 먼저 도포한 후에 내화재를 도포하는 방법이다. 뿜칠재로 사용되는 재료는 석면, 미네랄 울, 질석 등이 있다. 구조물의 형상에 큰 영향을 받지 않고 시공할 수 있다는 정점이 있지만, 뿜칠재의 경우 분진의 발생이 있을 수 있으며, 재료 손실률이 크다. 또한 균일한 두께 및 성능을 확보하기가 어렵다.
코팅은 구조물에 직접 코팅하는 것으로 탄소, 지르코늄 등을 원재료로 사용한다. 코팅제의 경우 내화성능을 확보할 수 있으나 원자재의 가격이 매우 고가이며 충분한 내화성능을 위해 3회 이상 도포해야 한다. 하지만 3회 이상 도포 시 표면의 밀림현상이 발생하기 때문에 작업성과 경제성이 매우 낮은 단점이 있다.
미장은 구조물에 부착력을 증가시키기 위해 철망을 부착하고 내화모르타르를 미장하는 방법이다. 미장재료로는 내화모르타르가 주로 사용되며 비교적 신뢰성이 좋다. 하지만 작업시간이 길고 기계화 시공이 어려운 단점이 있으며, 이로 인해 넓은 면적의 시공이 어렵다.
조적은 철골구조물 주위에 콘크리트 블록 및 벽돌, 석재 등을 쌓는 것으로 이는 박리의 우려가 없다는 장점이 있지만, 시공기간이 길다는 단점이 있다. 또한 일반 구조물에 대한 적용이 어려우며 구조물의 형상과 치수에 제약을 받게 된다.
패널 형식은 PC판, 및, 석면 형성판 등으로 제작하여 구조물에 부착하는 방법이다. 이 방법은 재료, 품질관리 및 작업환경이 양호하나 충격에 비교적 약하며 구조부재로 사용이 어려운 단점이 있다.
한편, 크리트 재료 자체를 이용하여 내화성능을 향상시키기 위해서는 배합비에 변화를 주거나 내화용 골재 사용하거나 또는 섬유를 첨가하여 콘크리트를 제조하는 등의 재료적인 측면에서 내화성능을 향상시켜야 한다.
우선, 내화용 골재를 이용하는 방법은 골재의 다량의 공극을 포함하고 있으며, 낮은 밀도를 가지는 경량골재를 이용하는 것이다. 경량골재는 다량의 공극을 가지고 있어 열전도율이 낮으며, 많은 공극으로 인해 폭렬현상을 방지할 수 있어 내화성능이 우수한 것으로 보고되고 있다. 또한 경량골재 자체가 고온에서 소성되어 제조되기 때문에 고온에 노출시에도 비교적 안정된 성상을 보인다. 이와 같이 단열성 및 경량성을 갖춘 경량골재를 이용한 경량 모르타르의 열전도율은 배합비, 강도, 골재. 함수상태 등에 영향을 받으며, 경량 모르타르의 밀도가 작을수록, 단위시멘트량이 적을수록 작아지게 된다.
경량골재 중 펄라이트 제조과정에서 1,000℃로 급격히 가열하여 함유한 휘발성분이 가스화하여 10~20배 정도로 팽창하게 된다. 팽창 공정에서의 펄라이트의 형상은 [도 2]과 같으며, 세부구조는 [도 3]과 같이 나타난다. 제조공정에 의해 펄라이트는 90%에 가까운 공극률을 가지며, 이에 다른 경량골재에 비해 낮은 밀도를 가지며 열전도율 또한 낮다. 펄라이트의 특성은 단위용적중량이 0.05~0.30g/㎤ 이고, 열전도율은 0.03~0.05kcal/mh℃로 낮게 나타나고 있다. 또한 무기물로만 되어 있는 광물질의 불연성 재료로 열에 강해 250~1000℃의 넓은 범위에 사용할 수 있어, 이에 단열모르터, 벽체충전단열제 등의 단열용으로 사용하거나 철골내화피복재, 내화벽, 내화천정 내화용으로도 많이 사용된다.
아울러, 콘크리트의 폭렬 방지 및 내화 성능향상을 위해 보강섬유가 많이 사용되고 있다. 보강섬유는 100~300℃의 낮은 용융점을 가지기 때문에 콘크리트가 고온을 받았을 때 섬유가 녹아 내부 수증기의 이동이 빠르게 이루어져 수증기압을 효과적으로 배출하여 폭렬을 예방할 수 있다.
이때 사용되는 보강섬유는 인장강도 300 Mpa이상인 PP섬유, PE섬유, Nylon섬유, PVA섬유로부터 선택된 것을 사용할 수 있다.
[사용재료]
본 실시예에서는 건식 바텀애시 잔골재를 내화재료로서의 활용 가능성을 확인하기 위하여, 바인더는 보통 포틀랜드 시멘트와 초속경 시멘트, 팽창제를 혼합하여 사용하였고, 건식 공정 바텀애시는 [도 4]에 도시한 바와 같이, 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 1차 파쇄하여 입자크기 및 세장비를 낮추고 2차 마쇄하여 원료 바텀애시 표면의 강도가 약한 연소상을 제거하고 구형율을 높여 고온의 용융점을 가지고 있으면서, 많은 내부공극을 가지고 있어 열전도율이 낮은 건식 공정 바텀애시 잔골재를 사용하였다.
팽창제는 흡수율이 높은 골재를 사용하였기 때문에 경화 모르타르의 건조수축에 의한 균열을 방지하기 위해 D사의 팽창제를 사용하였고, 팽창제의 물리적 특성과 화학적 특성은 다음 [표 1] 및 [표 2]에 나타내었다.
<팽창제의 물리적 특성>
비중 비표면적(cm2/g)
2.8~2.9 2,000 이상
<팽창제의 화학적 특성>
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 F-CaO
1~5중량% 8~15중량% 0.3~2중량% 50~55중량% 0.5~2중량% 27~31중량% 16.0중량%
또한, 본 실시예에서 사용한 골재는 규사 5호사, 규사 6호사, 펄라이트 3호사, 건식 바텀애시이며, 그에 대한 각각의 물리적 특성과 화학적 특성 및 건식 공정 바텀애시의 입도분포를 [도 5]에 나타내었다.
보강섬유는 가열시 경화 모르타르의 폭렬 방지 및 수축 균열을 저감하기 위해 사용하였으며, 그 물리적 특성을 [도 6]에 도시하였다.
본 실시예에서는 [도 7]에 나타난 바와 같이, 굳지 않은 모르타르의 특성으로 플로우, 경화 모르타르 특성으로 단위질량, 압축강도, 휨강도, 길이변화를 측정하였다. 또한 내화 특성으로 가열에 따른 경화 모르타르의 강열감량 및 잔존강도와 간이내화시험을 진행하였다. 실시 배합은 [도 7]에 나타낸 바와 같으며, W/C를 45%로 고정하였다. 실시예에 사용된 골재가 높은 흡수율을 가지고 있어 배합수에 대한 영향을 방지하기 위해 유효흡수율 만큼의 프리웨팅을 실시하였다.
(1) 플로우
본 측정항목에서는 기존 경량골재인 펄라이트를 대체율 별로 건식 바텀애시 잔골재로 대체하였고, 내화 패널로 제작시 균일한 내화 성능을 발현을 위해 목표 플로우를 설정하여 실험을 진행하였다.
그 결과는 [도 8]에 나타낸 바와 같이 건식 공정바텀애시 잔골재의 대체율에 관계없이 목표 유동성인 215 ±15㎜를 만족하는 것으로 나타났다. 이는 예비 실험을 통해 펄라이트와 건식 공정바텀애시 잔골재에 대한 유효흡수율을 측정하였고, 배합하기 전에 각 골재의 유효흡수율 만큼을 프리웨팅하여 높은 흡수율을 가진 경량골재가 배합에 영향을 적게 미쳤기 때문으로 판단된다.
건식 공정바텀애시 대체율에 따른 배합간의 유동성의 차이는 적게 나타났지만, 건식 공정바텀애시 잔골재 대체율이 증가할수록 유동성이 다소 높아지는 것으로 나타났다. 이는 건식 공정바텀애시의 흡수율이 펄라이트에 비해 낮아 모르타르의 배합시 수분이동이 적게 나타났기 때문으로 판단된다.
(2) 단위질량
본 측정항목은 펄라이트 및 규사를 건식 바텀애시 잔골재로 대체함에 따른 경화 모르타르의 단위질량 변화를 검토한 실험으로, 이를 통해 내화 특성을 예측하고자 하였다. 일반적으로 낮은 단위질량을 가지는 모르타르 시편은 공극율이 높게 나타게 되거나, 결합재 및 골재의 화학조성에서 가벼운 성분으로 구성된다. 이때 모르타르의 각 재료의 용융점이 높으면, 대부분 내화성능 또한 우수하게 나타난다. 또한 단위질량이 낮으면 일반적으로 열전도율이 낮기 때문에 가열 이면으로 전달되는 온도가 낮아 우수한 내화 성능을 가지게 된다. 이에 본 실시예에서는 단위질량을 통해 내화 성능을 예측하고자 하였고, 그 결과를 [도 9]에 나타내었다.
[도 9]를 참조하면, 건식 공정바텀애시 잔골재의 대체율이 증가함에 따라 단위질량이 증가하는 것으로 나타났다. 28일 재령 기준에서 Control 배합인 D0 잔골재를 사용시 모르타르의 단위질량은 1330㎏/㎥로 낮게 나타났고, D50 잔골재를 사용시 모르타르의 단위질량은 D0에 비해 증가한 1460㎏/㎥으로 나타났다. 또한 건식 공정바텀애시 잔골재를 100% 대체한 D100의 모르타르 단위질량은 1780㎏/㎥으로 비교적 높게 나타났다. 이는 펄라이트가 비구조용 재료로서 0.41g/㎤의 낮은 밀도를 가지며, 또한 약 70~90%의 높은 공극율을 가지기 때문이며, 이에 비해 건식 공정바텀애시의 단위질량이 높은 것으로 판단된다. 그러나 건식 공정바텀애시 잔골재를 100% 사용한 D100의 경우에도 단위질량이 1780㎏/㎥으로 나타나 경량성이 있는 것으로 판단되고 있고, 또한 입도 조정에 따른 추가적인 단위질량의 감소가 가능할 것으로 판단된다.
재령에 따른 각 배합의 단위질량은 D0의 경우 1일과 28일 재령의 차이가 136㎏/㎥이 나타났으며, D50은 83㎏/㎥, D100은 42㎏/㎥로 건식 바텀애시 잔골재 대체율이 증가함에 따라 그 차이가 감소하였다. 이는 펄라이트가 건식 바텀애시에 비해 높은 흡수율을 가지기 때문에 기건 양생 과정에서 수분 증발에 의한 것으로 판단되어 진다. 이와 같은 수분 증발은 수축을 일으킬 수 있으며 더 나아가 균열이 발생하게 되는데, 건조수축 측면에서는 건식 바텀애시가 펄라이트에 비해 유리할 것으로 판단된다.
(3) 압축강도
본 측정항목은 건식 공정바텀애시 잔골재 대체율에 따른 압축강도를 측정한 것으로 이를 통해 제작한 경량 모르타르의 강도 특성을 분석하고자 하였다. 임의의 충격에 타설된 모르타르가 파손되게 되면, 우수한 내화 성능을 가지고 있더라도 목표 수준의 성능을 발현하지 못하게 된다. 이 때문에 경량 모르타르 또한 일정 수준의 강도를 확보가 필요하게 된다. 이에 본 측정항목에서는 건식 공정바텀애시 잔골재 대체율에 따른 모르타르의 압축강도실험을 진행하였고, 그 결과를 [도 10]에 나타내었다.
[도 10]을 참조하면, 건식 공정바텀애시 대체율이 증가함에 따라 압축강도가 증가하는 것으로 나타났다. 28일 재령을 기준으로 하였을 때, Control 배합인 D0를 사용한 경화 모르타르는 압축강도가 13.1㎫로 나타났고, 건식 공정바텀애시 잔골재를 50% 사용한 D50의 경화 모르타르 압축강도는 이보다 증가한 18.8㎫로 나타났다. 건식 공정바텀애시를 100% 사용한 D100의 경화 모르타르는 33.8㎫로 나타나 D0 배합 대비 158%의 압축강도가 증가한 것으로 나타났다. 이는 각 배합에 사용된 골재의 강도 차이가 경화 모르타르에 영향을 미친 것으로 판단된다. 이에 골재 파쇄 시험을 진행한 결과 펄라이트의 경우 골재 10%의 파쇄시 하중이 3.7kN으로 나타났고, 건식 공정바텀애시의 경우 40kN으로 나타나 두 골재의 파쇄 강도 차이가 크게 나타났다. 펄라이트의 경우 골재 강도가 약해 특수 목적의 비구조용 골재로 사용되지만, 건식 공정바텀애시는 이보다 높은 골재 강도를 가지고 있어 경화 모르타르의 압축강도가 증가에 기여하였을 것으로 판단된다.
(4) 휨강도
본 측정항목에서는 건식 공정바텀애시 잔골재 대체율에 따른 경화 모르타르의 휨강도를 측정하였고, 그 결과를 [도 11]에 나타내었다. 휨강도 측정 결과는 압축강도의 경향과 유사하게 나타났다. 28일 재령 기준, Control 배합인 D0를 사용한 경화 모르타르의 휨 강도는 3.8㎫로 측정 되었고, D50은 D0에 비해 증가한 4.6㎫로 나타났다. D100은 6.7㎫로 측정되어 D0에 비해 휨강도가 75% 증가하였다. 이는 모르타르의 골재로 사용되는 펄라이트와 건식 바텀애시의 골재 강도 차이인 것으로 판단된다.
휨강도의 경우 압축강도에서의 D0와 D100 사이의 강도 차이보다 적게 나타나고 있는데, 이는 펄라이트의 경우 입자 크기가 대부분 1.2~2.5㎜로 비교적 큰 입자가 많았고, 이런 큰 입자가 휨 응력에 저항했기 때문으로 판단된다.
(5) 길이변화
본 측정항목에서는 건식 바텀애시 잔골재 대체율에 따른 경화 모르타르의 길이변화를 측정하여 체적안정성을 평가하고자 하였다. 흡수율이 높은 골재를 사용하게 되면 이를 사용한 경화 모르타르 또한 높은 흡수율 가지게 된다. 이로 인해 경화 모르타르는 건조 수축이 일어나고 균열 발생해 목표 수준의 성능을 발현하지 못하게 된다. 이에 본 측정항목에서는 높은 흡수율을 가지는 펄라이트와 건식 공정바텀애시를 사용한 모르타르를 제작하였고, 재령에 따른 길이변화 결과를 [도 12]에 나타내었다.
[도 12]를 참조하면, 모든 배합의 3일 재령에서 팽창이 일어나고 있는데, 이는 배합 과정에서 수축보상을 위해 팽창제를 사용하였기 때문으로 판단되어 진다. 재령에 따른 수축은 D0가 28일 재령 기준 약 0.075%의 수축이 일어났고, D50에서는 이보다 감소한 0.062%의 수축이 일어났다. D100에서는 가장 적은 0.047%의 수축이 일어나 건식 공정바텀애시 잔골재 대체율이 증가함에 따라 체적 안정성이 우수한 것으로 판단되어 진다. 이는 펄라이트가 건식 공정바텀애시보다 높은 흡수율을 가지기 때문으로 판단되어지며, 또한 펄라이트가 약한 골재 강도로 인해 수분 증발에 의한 수축 저항성이 부족하기 때문으로 판단되어 진다.
(6) 강열감량
본 측정항목에서는 건식 바텀애시 잔골재 대체율에 따른 경화 모르타르의 강열감량 실험으로 가열시에 경화 모르타르의 안정성을 추측하여 내화 모르타르로서의 성능을 검토하였다.
그 결과는 [도 13] 내지 [도 15]에 나타낸 바와 같이 건식 공정바텀애시 대체율이 증가함에 따라 강열감량이 줄어드는 것으로 나타났다. 경화 모르타르의 강열감량은 구성하고 있는 결합재와 골재의 영향으로 나타게 되는데, 측정에 사용된 배합은 동일한 결합재를 사용하고 있어 그에 따른 영향을 유사한 것으로 판단된다. 결국 절건상태인 경화 모르타르의 강열감량은 골재에 의한 결과로 나타나게 되는데, [도 14]에서 볼 수 있듯이 펄라이트의 강열감량이 1.3wt%, 건식 바텀애시의 강열감량이 0.2wt%로 나타나고 있어 펄라이트의 밀도가 낮음에도 불고하고 경화 모르타르에 미치는 영향을 더 컸을 것으로 추측되어 진다. [도 15]에 나타낸 전기로에서 가열 후의 시험체의 사진에서는 육안으로 관찰되는 균열은 보이지 않고 있으며, 색상차이는 골재 색상에 의한 것으로 판단되어 진다.
(7) 잔존강도
본 측정항목에서는 건식 공정바텀애시 잔골재 대체율에 따른 경화 모르타르의 1,000℃ 가열 전후의 압축강도를 측정하고 잔존강도를 평가하였다. 가열에 따른 모르타르의 잔존강도는 화재시 경화 모르타르의 강도 저하를 측정하기 위한 것으로 지나치게 낮은 강도를 가지게 되면 충격에 의해 경화 모르타르가 파괴되어 철근에 닿는 열이 증가하여 건축물의 구조에 영향을 미칠 수도 있다. 이에 본 실험에서는 각 배합 시험체에 대한 잔존강도를 측정하였고, 그 결과를 [도 16]에 나타내었다.
[도 16]을 참조하면, 각 배합의 시험체에 대한 가열 후 잔존강도는 D0이 1.2㎫로 낮게 나타났고, D50가 D0에 비해 증가한 2.4㎫로 측정되었으며, D100이 가장 높은 5.5㎫로 나타나 건식 공정바텀애시 대체율이 증가함에 따라 잔존강도가 증가하는 경향이 나타났다. 이는 펄라이트와 건식 공정바텀애시 잔골재의 골재 강도에 의한 차이에 의한 영향을 판단되어지며, 또한 골재 강열감량에서 펄라이트가 건식 공정바텀애시에 비해 높게 나타나고 있어 고온시의 의한 펄라이트의 골재 강도 저하가 건식 공정바텀애시에 비해 더 크게 나타났을 것으로 추측되어 진다.
가열 후 시험체의 압축강도를 가열 전 시험체의 압축강도에 대하여 비율로 으로 나타내었을 때, D0는 11.1%, D50은 14.8%, D100은 18.5%로 나타나 건식 공정바텀애시 잔골재 대체율이 증가함에 따라 가열 후에도 강도 저하가 적은 것으로 나타났다. 이는 가열 후에도 건식 공정바텀애시가 펄라이트보다 물리·화학 변화에서 더 안정적으로 나타나기 때문으로 판단된다.
(8) 간이내화시험
본 측정항목에서는 건식 공정바텀애시 잔골재 대체율에 따라 제작한 모르타르 패널을 이용한 간이내화시험을 진행하였고, 패널을 가열시의 이면 온도를 측정하여 화재시 건축물을 보호하는 성능에 대해 평가하였다. 화재시의 건축물을 열로부터 보호하기 위해서는 재료가 고온의 용융점을 가져야 하지만 낮은 열전도율도 필요하게 된다. 이에 높은 공극률을 가지는 펄라이트와 건식 바텀애시 잔골재를 사용하였고, 50㎜와 30㎜ 모르타르 패널을 제작하여 실험을 진행하였으며, 터널 적용 뿜칠용 내화 모르타르를 목표로 하여 터널 내화 곡선인 RABT 곡선에 준하여 실험을 진행하였다.
50㎜ 모르타르 패널의 결과는 [도 17]에 나타낸 바와 같이 가열에 따른 이면 최고 온도의 차이는 적게 나타나고 있다. D0의 최고 온도는 233℃로 나타났으며, D50의 최고 온도는 204℃로 D0보다 낮게 나타났다. 이는 control 배합인 D0에는 골재로 펄라이트와 규사를 하였고, D50의 경우 골재로 펄라이트와 건식 공정바텀애시를 사용하여 내화에 유리하게 나타난 것으로 추측되어 진다. D100의 최고 온도는 247℃로 가장 높게 나타났다. 이는 건식 공정바텀애시 잔골재를 100% 대체하여 펄라이트를 사용시 보다 공극율이 낮아 진 것에 때문으로 판단된다.
30㎜ 모르타르 패널의 결과는 [도 18]에 나타낸 바와 같으며, 50㎜ 패널의 결과와는 다소 차이를 보였다. D0의 최고 온도는 406℃로 나타났고, D50의 최고 온도는 D0과 유사한 405℃로 나타났으며, D100℃은 최고 온도는 가장 높은 460℃로 나타났다. 이는 배합에 사용된 골재의 공극율의 차이인 것으로 판단되어 지진다. 골재의 공극율을 기준으로 하여 각 배합 골재에 의한 공극을 추정해보면 1,000ℓ배합을 기준으로 하였을 때 D0이 320ℓ, D50이 283ℓ, D100이 165ℓ의 공극을 가졌을 것으로 추정된다. 공극의 양을 기준으로 분석하면 D0의 최고 온도가 가장 낮고 그 다음으로 D50과 D100 순으로 나타날 것으로 추정되지만, 본 측정 결과에서는 D100의 최고 온도가 가장 높게 나타난 것은 맞지만, D0와 D50는 유사하거나 D50의 최고 온도가 더 낮게 나타나기도 하였다. 이는 펄라이트는 건식 공정바텀애시에 비해 용융점이 낮게 나타나고 있으며, 잔존강도에서 확인하였듯이 펄라이트가 대부분을 이루고 있는 D0의 잔존강도는 낮게 나타나고 있다. 간이내화시험의 경우 잔존강도보다 더 혹독한 조건에서 실험을 진행하였으므로 모르타르 패널에 균열 등이 발생한 결과인 것으로 추정되어 진다.
측정 결과를 분석하였을 때, 건식 공정바텀애시의 대체율이 증가함에 따라 가열시 최고 온도가 증가하는 것으로 나타났지만 국토해양부에서 정한 화재시 철근 평균 온도인 538℃이하로 나타나 활용 가능성이 있는 것으로 판단된다. 또한 건식 공정바텀애시 대체율 증가에 따른 각 배합의 가열에 따른 이면 최고 온도 차이는 크게 나타나지 않았고, 건식 공정바텀애시 대체율 증가함에 따라 [도 19] 내지 [도 21]에 나타난 것과 같이 가열에도 변형이 적게 일어나는 장점을 가지고 있다. 이에 건식 가공바텀애시을 이용한 배합조정이 진행한다면 우수한 내화 성능을 가지는 모르타르 제작이 가능할 것으로 판단된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 보통 시멘트, 초속경 시멘트 및 팽창제를 포함하는 바인더와; 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 파쇄 및 중력식 마쇄 가공한 건식 공정 바텀애시를 포함하는 잔골재와; 폭렬 및 균열 방지를 위한 보강섬유;를 포함하여 조성되되,
    상기 팽창제는 비중 2.8~2.9, 비표면적 2,000 cm2/g 이상이며, 화학적 조성은 SiO2 1~5중량%, Al2O3 8~15중량%, Fe2O3 0.3~2중량%, CaO 50~55중량%, MgO 0.5~2중량%, SO3 27~31중량%를 포함하여 조성되고,
    상기 건식 공정 바텀애시는 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 1차 파쇄하여 입자크기 및 세장비를 낮추고 2차 마쇄하여 원료 바텀애시 표면의 강도가 약한 연소상을 제거하여 구형율을 높이고 내부공극을 가지도록 한 것이며,
    상기 보강섬유는 인장강도 300 Mpa이상인 PP섬유, PE섬유, Nylon섬유, PVA섬유로부터 선택되고,
    상기 바인더는 보통 시멘트 491중량부, 초속경 시멘트 131중량부, 팽창제 44중량부 포함되고, 상기 보강섬유는 2중량부 사용되며, 상기 잔골재는 전량 건식 공정 바텀애시로서 852중량부 또는 상기 잔골재는 50중량%의 건식 공정 바텀애시 426중량부 및 펄라이트 103중량부 사용되고,
    상기 잔골재를 전량 건식 공정 바텀애시로서 852중량부 사용할 경우 1,000℃ 가열전후의 압축강도는 18% 이상의 잔존강도를 나타내며, 상기 잔골재를 50중량%의 건식 공정 바텀애시 426중량부 및 펄라이트 103중량부 사용할 경우 1,000℃ 가열전후의 압축강도는 15% 이상의 잔존강도를 나타내는 것을 특징으로 하는 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르
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  9. 제1항에 있어서,
    상기 잔골재를 전량 건식 공정 바텀애시로서 852중량부 사용할 경우 RABT 터널 내화곡선에 의한 내화시험에서 모르타르 패널 두께 30mm의 이면 최고온도가 460℃이하인 것을 특징으로 하는 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르
  10. 제1항에 있어서,
    상기 잔골재를 전량 건식 공정 바텀애시로서 852중량부 사용할 경우 RABT 터널 내화곡선에 의한 내화시험에서 모르타르 패널 두께 50mm의 이면 최고온도가 250℃이하인 것을 특징으로 하는 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르
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