산화 그래핀을 혼입한 나노 콘크리트의 열 성능에 관한 실험적 연구

초록

지구 온도가 산업화 시기 이전보다 1 °C 이상 올라갔는데 설상가상으로 여름철 도심지에서의 상승 폭은 도시열섬현상 때문에 이보다 더 크다. 이 때문에 여름철 에어컨 사용이 일상적인데 문제는 막대한 전력 사용에 따른 온실가스 배출이다. 따라서 탄소 중립 및 도시열섬현상 완화를 위해서는 되도록 에너지 사용을 줄일 수 있도록 단열 성능이 우수한 건설재료를 사용해야 한다. 본 논문은 수분을 흡수하는 나노소재의 특성을 이용해 콘크리트의 열 성능을 개선하는 방안의 타당성을 평가하기 위해 수행한 실험의 과정 및 결과를 기술한다. 평판열류계를 이용해 0.08~0.24 %의 산화 그래핀을 혼입한 나노콘크리트 시편의 열 성능을 평가했다. 관련 국제표준에 따라 데이터를 분석해 열전도율을 산정했고 열확산율 방정식을 이용해 이를 검증했다. 나노콘크리트의 열전도율은 1.5~1.9 W/m°C였고 일반콘크리트의 열전도율은 2.4~2.5 W/m°C였다. 이것은 일반콘크리트에 비해 나노콘크리트의 열전도율이 20~40 % 감소했음을 시사한다. 또한 시차주사열량계를 이용해 승온에 따른 열출입을 측정했다. 일반콘크리트는 75 °C 부근까지만 열을 흡수했지만, 나노콘크리트는 최대 약 100 °C까지 열을 흡수했다. 이것은 일반콘크리트에 비해 나노콘크리트의 흡열량이 더 컸음을 보여주는 것이다. 본 논문은 산화 그래핀 혼입량이 증가함에 따라 열전도도는 감소했고 흡열량은 증가했음을 보여준다. 본 논문은 분자동역학 시뮬레이션 등의 수치해석 및 개선된 친수성 표면 작용기를 활용한 분석실험 등 후속 연구도 제안한다.

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