Experimental Study on Thermal Conductivity of Concrete

콘크리트의 열전도율에 관한 실험적 연구

Conductivity is an important thermal property which governs heat transfer in a solid medium. Generally, the determination of conductivity in concrete is very difficult, because concrete is a heterogeneous material composed of cement, water, aggregate, et cetera and time dependent material of which properties change with curing age. In this study, influencing factors on thermal conductivity of concrete are quantitatively investigated by QTM-D3, a conductivity tester developed in Japan. Then, a prediction equation of thermal conductivity of concrete is suggested from the regression analysis of test results. To consider the factors influencing thermal conductivity of concrete, mortar, and cement paste, seven testing variables (age, amount of cement, types of admixtures, amount of coarse aggregate, fine aggregate ratio, temperature, and humidity condition) of the specimens are used. According to the experimental results, the amount of coarse aggregate and humidity condition of specimen are the main factors affecting the conductivity of concrete. Meanwhile, the conductivity of mortar and cement paste is strongly affected by the amount of cement and types of admixtures. However, the curing age has minor effect on the conductivity variation. Finally, the prediction formula of concrete conductivity as a function of aggregate amount, fine aggregate ratio, specimen temperature, and humidity condition is developed.

본 연구에서는 콘크리트 열전도율의 영향인자에 대하여 TLPP원리를 응용한 QTM-D3 장비를 이용하여 실험을 실시하였고, 이들 실험결과를 이용하여 콘크리트의 열전도율을 예측하는 모델식을 제안하였다. 본 연구를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다. 콘크리트, 모르타르 및 페이스트의 열전도율에 미치는 주요 영향인자를 구명하기 위해 본 연구에서 선택된 실험변수는 재령, 골재 함유량, 시멘트 함유량, 결합재 종류, 잔골재율, 시편의 온도 및 함수상태로 총 7가지이다. 이중에서 골재 함유량과 함수상태가 콘크리트 열전도율의 주요 영향인자임을 알 수 있었다. 그리고 시멘트 사용량이 많은 페이스트나 모르타르의 경우 시멘트 함유량이나 결합재 종류에 의해서도 열전도율이 영향을 받고 있다. 그러나 재령은 콘크리트의 열전도율에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 콘크리트 열전도율에 주요 영향인자인 골재 함유량, 잔골재율, 시편의 온도 및 함수상태를 이용하여 콘크리트의 열전도율을 계산할 수 있는 모델식을 제안하였다.