우리 나라는 계절 동토지대로서 겨울에는 기온이 영하로 떨어져 지반에 동상현상이 발생하고, 봄에는 얼었던 지반이 융해하면서 도로포장을 파손하거나 그 수명을 단축시킨다. 이러한 동상 및 융해로 인한 도로포장의 파손을 방지하기 위하여 도로포장 하부에 동상방지층을 설치하고 있다. 그런데 국내에서는 도로 동상방지층의 두께 결정시 사용되는 동결깊이 추정식으로서 미국이나 일본에서 개발된 식을 이용하고 있다. 그러나 이 식들은 자국의 기후 및 지반 조건에서 만들어진 것이므로 국내에서 그대로 적용하는 것이 합리적이라고 말하기는 어렵다. 우리 나라의 기후 및 지반조건에 맞지 않는 동결깊이 산정식을 도로 설계시 적용할 경우 전국에 새로 설치하는 도로 동상방지층의 두께가 달라질 수 있으며, 이에 따라 공사비가 잘못 산정될 수도 있다. 따라서 도로 공사비의 효율적인 집행과 도로의 내구성 향상을 위해 국내 기후 조건과 지반 여건에 맞는 동결깊이 산정식의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 전국 89개 포장국도에서 측정한 동결깊이와 기상청 측정 기온으로부터 산정한 동결지수를 함수로 하여 동결깊이 산정식(안)을 만들어 보았다. 아울러 지역별, 음/양지(陰/陽地) 조건별로 동결깊이가 어떻게 다르게 나타나는지 분석하였다. 또한 국내에서 기존에 이용하고 있던 동결깊이 산정식 및 외국의 동결깊이 산정식들과 그 결과가 어떻게 다르게 나타나는지 분석하였다.
이 연구는 겨울철 동결융해 작용으로 인한 차염성 저발열시멘트(CLC)의 내구성을 알아보고자 수행하였다. 내구성 문제는 현장여건에 따라 다소 차이는 있으나, 계절변화에 따른 반복적인 동결융해작용에 의한 콘크리트의 동해는 내구성 저하의 대표적 현상이라 할 수 있으며, 겨울철 동결융해를 받는 콘크리트는 내부에서 큰 팽창력이 발생되어 콘크리트 균열, 표면 박리, 골재 이탈 등의 파손현상을 보이게 된다. 따라서 이 연구에서는 개발된 차염성 저발열시멘트(CLC)의 동결융해 저항성에 따른 내구성 지수를 알아보기 위해 차염성 저발열시멘트(CLC)와 현재 많이 사용되고 있는 고로슬래그시멘트(BFS), 보통 포틀랜드시멘트(OPC)을 각각 물/시멘트비 35%, 40%, 45% 을 변수로 하여 배합을 실시 하여 공시체를 제작하였다. 제작된 공시체를 KS F 2456(급속동결 융해에 대한 콘크리트의 저항 시험방법)방법에 따라 동결융해 시험을 실시하여 상대 동탄성 계수를 측정하였으며, 측정된 상대동탄성 계수를 가지고 내구성지수를 도출하였다. 내구성 지수를 비교 분석한 결과 차염성 저발열시멘트(CLC), 고로슬래그 시멘트(BFS), 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 모두 우수한 내구성 지수를 나타내는 것으로 확인 되었다.
농축시킨 Aloe vera gel을 동결건조하였을 때 그 농축도 차이에 의한 최종 건조분말의 물성 변화를 비교분석하였다. 분말의 최종 수분함량은 거의 차이가 없었으며. 점성 측정에서는 높은 농축 조건의 경우 전형적인 shear thinning 현상과 non-Newtonian 유체의 속성을 나타냈다. 이에 비하여 낮은 농축 조건의 경우 Newtonian 액체의 성질과 고형분이 입자가 아닌 풀린 형태로 존재할 때 나타나는 현상을 보였다. 분말이 물에 용해되는 동안 전기전도도의 변화를 실시간으로 측정한 결과 평형상태에 도달하였을 때, 가장 높은 농축 조건에서 전기전도도가 가장 낮게 나타나, 비전해질성 물질의 용해도가 가장 큰 것으로 해석되었다. 분말의 등온흡습성에서는 농축이 증가할수록 수분 흡착과 결합수의 양이 작아지는 것으로 분석되었다. 결과적으로 Aloe vera gel을 농축하여 동결건조할 때는 그 농축도에 따라 점성, 현탁시 전기전도도에 따른 용해성, 등온흡습성이 변하는 것으로 나타나, 특정 품질의 동결건조제품을 얻기 위해서는 그에 대한 농축의 최적화가 필요한 것으로 생각된다.
제설제는 눈이나 얼음을 제거하기 위해 사용되는 것이므로, 언제나 결빙과 융해 현상이 함께 일어나는 환경에서 사용된다. 물은 온도가 저하되어 콘크리트 내부에서 얼음으로 생성되고, 이로 인한 팽창효과가 콘크리트 내부의 공극에 의해 해소되지 않는 경우 파괴를 일으킨다. 이러한 결빙 현상이 제설제 살포와 함께 일어나는 경우 콘크리트의 열화 요인에서 알 수 있듯이 순수한 물의 결빙보다 훨씬 복잡하고 심각한 피해를 일으킨다. 특히, L형측구, 다이크, 난간방호벽, 중분대, 방음벽등의 소구조물은 염화물과 동결융해 환경에 직접적으로 노출되어 있어 콘크리트 표면이 박리되는 현상(scaling)과 철근부식 등을 일으켜 손상의 가속화로 구조물의 내구성이 급격하게 저하되어 콘크리트 표면에 표면보호재를 사용하고 있다. 본 연구에서는 콘크리트 소구조물의 동해 및 염해에 의한 중성화, 스켈링, 단면손실 등 피해에 대한 적정 보수방안 수립을 위해 콘크리트 표면보호재를 염수침지에 의한 동결융해시험 후와 촉진탄산화시험을 실시하여 부착강도 및 중성화깊이를 비교분석 하였다.
마늘즙의 동결건조(凍結乾燥)에 영향(影響)을 주는 주요(主要) 인자(因子)는 건조실(乾燥室)의 압력(壓力), 선반(船盤)의 온도, 시료(試料)의 두께, 시료(試料)의 농도(濃度)에 관한 영향(影響)을 시험(試驗) 분석(分析)한 결과(結果) 다음과 같은 결론(結論)을 얻었다. 가, 건조실(乾燥室)의 압력증가(壓力增加)는 건조속도(乾燥速度)를 증가(增加)시키며, 0/6Torr 부근(附近)에서 최대건조속도(最大乾燥速度)에 이르며 이보다 큰 압력하(壓力下)에서는 건조속도(乾燥速度)가 급격(急擊)하게 감소(減少) 하였으며 1.5Torr에서는 발포현상(發泡現象)을 일으키는 동결건조(凍結乾燥)는 부적합(不適合)하였다. 나. 동결온도를 높일수록 건조속도(乾燥速度)가 커지므로 선반온도를 올리는 것이 동결건조(凍結乾燥)에 유리(有利)하나 $10^{\circ}C$이상(以上)은 적절(適切)하지 않으며 선반온도를 $20^{\circ}C$로 올리면 시료(試料)가 발포(發泡)와 비산현상(飛散現象)을 일으키므로 건조(乾燥)가 불가능(不可能)하였다. 다. 고형물(固形物)을 함량(含量)이 증가할수록 건조속도(乾燥速度)는 늦어지는 경향(傾向)을 알 수 있었으나 평형수분함량(平衡水分含量)에 도달(到達)되는 시간(時間)을 기준(基準)으로 한 경제성(經濟性)을 고려(考慮)할 때 약(約) 30%의 원래(原來) 농도(濃度)가 가장 유리(有利)하다고 판단(判斷)되어진다. 라. 시료(試料) 두께가 커질수록 건조속도(乾燥速度)가 작아지며 시료(試料) 높이가 약 3.0cm에서 발포현상(發泡現象)이 관찰(觀察)되었다. 건조(乾燥)에 소요(所要)되는 시간(時間) 등(等)으로 판단(判斷)할 때 시료(試料) 높이가 약(約) 1.0cm가 가장 적절(適切)한 것으로 판단(判斷)되었다.
일상적으로 우리가 매일 경험하는 눈, 비, 바람, 기온과 같은 현상을 날씨라고 하며, 일정한 지역에서 장기간에 걸쳐 나타나는 대기현상의 평균적인 상태를 기후라고 한다. 또한 기후가 평균적 상태에 비해 유의미하게 변동하는 것을 기후변화라고 한다. 콘크리트 구조물의 경우 외부 극한기후환경에 노출 될 경우 다양한 문제점들이 발생할 수 있다. 이러한 문제점들 중 최근 가장 문제가 되고 있는 폭우, 폭설과 같은 극한기후인자요소의 작용을 받아 발생 할 수 있는 동결융해에 대한 현상이다. 콘크리트의 경우 온도가 너무 낮거나 높다고 손상이 발생하는 것은 아니라 동결 융해를 반복적으로 받을 경우 심각한 내구성 저하를 나타나게 되며 실제 성능저하가 된 구조물의 경우 회복하기 힘들게 된다. 따라서 본 연구에서는 극심한 기후변화로 발생 되는 다양한 기후인자 요소 중 풍속-일조시간의 기후변화 양생조건에 대하여 양생 후 콘크리트 동결융해 실험을 접목시켜 상대동탄성계수를 측정하고 이를 바탕으로 성능중심평가 (Performance Based Evaluation (PBE))를 실시하고 대응책을 마련하고자 한다.
양파건조분말 제조에 있어 품질고급화를 목적으로 건조방법을 달리하여 건조과정 중 양파의 이화학적 품질특성 변화를 조사하였다. 수분함량변화는 50'E 열풍건조의 경우 건조 5일에 수분함량 10% 이하로 건조가 되었으며 건조1일에 수분함량 5.30%로 분말화상태가 가능했다. 또한, 4$0^{\circ}C$ 진공건조의 경우는 건조기간 3일째에 수분함량이 6.05%로 거의 건조가 완료된 상태였으며 건조 5일째는 수분함량 5.23%를 나타내어 분말화하였다. -7$0^{\circ}C$ 동결건조의 경우 건조 7일째에 수분함량 5.10%를 유지하여 분말화가 가능하였다. 건조과정 중 양파의 중량감소율 변화는 5$0^{\circ}C$ 열풍건조의 경우 건조 3일째 중량 감소율이 89.6%로 매우 급격한 감소현상을 보였으며, 4$0^{\circ}C$ 진공건조의 경우는 건조 2일째 중량감소율이 84.4%까지 급격한 감소현상을 나타내었고, 또한, -7$0^{\circ}C$ 동결건조의 경우는 건조 최종일인 7일째 중량감소율은 94.9%를 나타내었다. 건조과정 중 갈색도변화는 5$0^{\circ}C$ 열풍건조와 4$0^{\circ}C$ 진공건조의 경우 건조 3일째까지 각각 흡광도(420nm)값을 2.119와 1.941로 급격한 증가현상을 나타낸 후 감소하는 경향을 나타내었고, -7$0^{\circ}C$ 동결건조의 경우는 건조 최종일인 7일째 흡광도가 1.173으로 가장 낮은 갈색도변화를 보였다. 건조과정 중 색도변화에 있어‘L’값의 변화는 5$0^{\circ}C$ 열풍건조의 경우가 양파의 내부와 외부면의 초기 L값이 77.40과 74.82에서 최종 L값이 63.72와 65.07로 4$0^{\circ}C$ 진공건조와 -7$0^{\circ}C$ 동결건조의 L값 변화보다 큰 변화를 보였고, 또한‘a’값과 ‘b’값의 경우도 마찬가지로 5$0^{\circ}C$ 열풍건조의 경우가 양파의 내부와 외부면의 적색도 및 황색도 변화가 크게 일어나는 경향을 나타내었다. 건조과정 중 vitamin C의 함량변화는 건조에 의한 수분함량의 감소로 vitamin C의 함량은 상대적으로 증가하였고, -7$0^{\circ}C$ 동결건조의 경우가 가장 높은 vitamin C의 증가량을 나타내었고, 그와 반대로 5$0^{\circ}C$ 열풍건조의 경우는 열에 의한 vitamin C의 변화로 인한 상대적 증가량은 감소하는 경향을 나타내었다.
본 논문은 콘크리트 구조물 중 원전구조물에서 열화요인에 따른 미세구조적 변화에 대해서 평가하였다. 이는 원전구조물의 경우 열화현상이 발생하게 되면 일반 구조물에 비해 심각한 영향을 초래하기 때문에 기존의 열화 평가 방법에 의존하기 보다는 미세구조적 관점에서 콘크리트의 열화를 재평가해야 한다. 그에 일환으로 열화 요인 중 동결 융해와 황산염에 대한 미세구조 평가를 실시하였다. 동결융해의 경우, 미세구조적 관점에서의 미세공극의 양이 증가하는 것을 확인하였으나 그 증가 폭이 크지 않음을 알 수 있었으며, 물리적 실험에서도 그 변화가 매우 작음을 확인할 수 있다. 그리고 황산염에서는 초지 침지 구간에서는 플라이 애쉬를 사용한 원전 콘크리트 배합이 콘크리트에 더 유리하게 작용함을 알 수 있다.
동결건조법에 의한 저유전성 실리카 박막의 제조공정 개발 및 층간 절연물질로의 응용성이 연구되었다. 코팅용 폴리머 실리카 졸은 TEOS와 이소프로판올(iso-propanol:IPA)또는 터트부탄올(tert-butanol:TBA)을 용매로한 2단계 공정에 의하여 제조되었으며, 이들 졸을 p-Si(111)웨이퍼 상에 스핀코팅한 습윤겔 박막을 동결건조 하여 다공성 실리카 박막을 제조하였다. 균일한 박막 코팅층을 얻을 수 있는 실리카 졸의 최적 점도범위는 IPA와 TBA를 용매로 한 실리카 졸의 경우 각각 10~14 cP와 20~30cP 정도였으며 스핀속도는 2000 rpm 이상이었다. 결함이 없는 다공성 실리카 박막은 TBA(빙점 $25^{\circ}C$)를 동결용매로 하여-196$^{\circ}C$까지 급랭시킨 후 $0^{\circ}C$와 0.1 torr 까지 가열 감압한 상태에서 고상의 TBAFMF 모두 제거한 다음 20$0^{\circ}C$까지 열처리하여 제조되었다. 다공성 실리카 박막의 두께는 졸의 타입과 스핀코팅 속도에 의해 2500~15000$\AA$범위 내에서 제어가 가능하였으며 이들 막의 밀도와 유전상 수 값은 각각 0.9$\pm$0.3g/㎤(기공율 60$\pm$10%)과 2.4 정도였다.
본 논문은 수정 Berggren 법과 상전이 현상을 모델링할 수 있는 유한요소 수치해석법을 사용하여 단열재를 포함한 대표적인 다층 지반에 대하여 동결깊이를 산정하여 비교 분석하였다. 균일한 단층 지반에서 수정 Berggren 법은 유한요소 수치해석법과 거의 동일한 결과를 보여주고 있다. 그러나 단열재를 포함한 다층 지반에서 수정 Berggren 법은 유한요소 수치해석 결과와 비교할 때 정확하지 않은 결과를 나타내고 있다. 따라서 단열재를 포함한 다층 지반에서는 수정 Berggren 법 대신에 유한요소나 유한차분법에 기반을 둔 수치해석법을 사용하여 동결깊이를 산정하여야 할 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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