한국형 기준 처분시스템의 공학적 방벽에서의 열-수리-역학 복합 현상을 실증하기 위한 공학적 규모 실증실험 장치인 KENTEX에서 얻은 열, 수리, 역학적 실험 데이터를 이용하여 벤토나이트의 포화공정을 해석하였다. ABAQUS를 사용한 모델계산의 함수율과 실험 결과의 비교에서 불포화 영역에서는 온도상승으로 인해 초기 수분이 감소하는 수분 재분포 공정을 모델에 포함시키지 않아 함수율의 차가 컸다. 포화 영역에서는 실험에서 초기 수분보다 낮은 함수율에서부터 지하수로 포화가 진행되지만 모델과 실험에서 얻은 함수율 값의 차이가 점점 감소해 완전포화에 도달할 때에는 두 함수율 값이 거의 비슷한 결과를 보여주였다. 포화도 약 95%에 이르는 시간은 실험결과와 계산 결과가 서로 비슷한 약 500일 정도로 예측할 수 있었다. 그리고 불포화 영역의 수분 재분포가 벤토나이트의 완전포화에 도달하는 시간에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 분석되었다. 따라서 본 해석기법을 사용하면 지하처분연구시설의 완충재인 벤토나이트의 포화시간을 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 접지저감제의 성분으로 수용성 고분자의 유기물과 층상형 점토의 무기재료를 주재료하여 새롭게 개발한 새로운 형태의 접지저감제의 성능비교에 관한 것이다. 신개발의 접지저감제는 수분을 흡습하여 수분에 용해된 수용성고분자가 수분과 함께 층상형점토의 층으로 삽입되어 접지저감 성능을 발휘하게 된다. 본 연구의 유 무기 복합재료형 접지저감제는 함수율과 팽창률이 매우 우수할 뿐 아니라 300wt%의 수분을 공급 후 측정한 전기전도도도 매우 뛰어나다. 또한 환경친화적인 천연재료들이므로 인체나 환경에 매우 안전하며, 접지전극의 부식과 전식을 방지하는 기능이 매우 뛰어나 염해나 화학적으로 부식성이 높은 토양에서 큰 장점을 갖는다. 본 논문에서는 신개발의 접지저감제와 기존의 여러 접지저감의 성능을 비교 분석하였다. 이를 위해 현장의 대지저항율을 측정 분석하여 각각의 접지저감제의 접지설계에 적용하여 시뮬레이션하였으며, 시뮬레이션 결과와 현장에서 실제 시공한 측정 결과와 비교 분석하였다.
본 연구는 가축분뇨를 퇴비화 하는 과정에서 흔히 사용되는 수분조절제인 톱밥, 왕겨 등의 가격적 부담으로 인해 좀 더 가격이 저렴한 수분조절제들의 성분을 비교 분석하여 어떤 차이가 있는지 확인하기 위하여 실시되었다. 이를 위해 6가지 수분조절제를 토대로 유도결합플라즈마분광계 장비를 이용하여 화학적 분석, 인장시험기를 이용하여 물리적 분석을 하였다. 화학적 분석을 통해 수분조절제 내 함유되어 있는 성분들을 분석하였으며 물리적 분석을 통해 중량, 함수율, 흡수율, 인장강도 등을 측정하였다. 화학적으로 분석을 했을 시 K, Cd, Pb, Ni, Zn, Cu, Cr, As 등을 측정을 하였으며 앞서 분석했던 각각의 성분들은 농촌진흥청에 명시되어 있는 유해성분의 최대량보다 대부분 적게 측정이 되었다. 물리적으로 분석을 했을 시, 각 수분조절제의 함수율은 최소 10.29%에서 최대 16.07%까지 측정이 되었다. 전단강도는 기존 상태가 가장 높게 측정이 되었으며 다음으로 건조상태 흡수상태로 측정이 되었다. 일반적으로 사용하기에는 흡수율이 가장 높은 우드 브리켓-1이 가장 적합한 것으로 판단된다.
하수 및 상수 처리장에서 발생되는 탈수케이크의 감량화와 재활용 가능한 물질로 생산하기 위한 방안으로 공기건조장치를 구축하였다. 80 m/sec의 공기속도와 30 $m^3/min$의 공기유량, 그리고 공기온도 $40^{\circ}C$로 운전되는 공기건조장치에 함수율 80 wt%이상의 탈수 케이크를 공급하여 건조하였다. 공기 건조장치는 Air Ejector에 의한 고속유동장과 사이클론에 의한 선회 유동장으로 구성되어 있는데, 투입된 탈수 케이크는 선회 유동장에서 1차 파쇄되고 선회 유동장에서 입자간의 충돌효과에 의해 성형되어 최종 구형의 건조분말을 생산한다. 함수율 82.5 wt%인 하수슬러지를 1.0 kg/min의 양으로 탈수 케이크를 공급하여 평균 함수율 62.3 wt%, 평균 입경 2.4 mm인 건조분말을 회수하였다. 이때 수분제거율은 0.1 $H_2O{\Delta}kg/min{\cdot}DS$ kg, 공기소모량은 170 $m^3/DS$ kg로 분석되었다. 동일 조건에서 상수 슬러지를 공기건조하였을 때 함수율은 47.5 wt%로 감소하였으며 평균 입경은 2.1 mm 그리고 수분 제거율은 $H_2O{\Delta}kg/min{\cdot}DS$ kg으로 증가하였으며 공기소모량은 180 $m^3/DS\;kg$로 증가하였다. 즉 본 기술은 하수 슬러지에 비하여 상수 슬러지의 탈수 케이크를 건조할 때 효율적이며 열을 가하지 않고 공기만으로 건조하여 수분을 감량시키기 때문에 경제적인 슬러지 처리 방법으로 평가된다.
본 논문은 필자가 미국 미쉬간대학에 유학중 실시된 연구로서 동대학 목재가공학과에 설치된 소형 목재인공건조장치를 사용하여 일정한 건조조건(건구 온도 $150^{\circ}F{\risingdotseq}65.5^{\circ}C$, 습구온도 $1250^{\circ}F{\risingdotseq}51.7^{\circ}C$, 관계습도 48%, 평형함수율 6.9%)하에 공기 순환속도를 매분당 250ft., 400ft, 및 650ft.로 변경할 때 얻어지는 건조속도를 측정하고, 시간당 건조율을 산출하여 비교 검토한 것이다. 본 실험에 사용한 수종은 북미산소나무 Northern white pine (Pinus strobus L.)로서 시편의 크기는 길이 60cm, 넓이 12.5mm(5in.), 두께 18.7mm(3/4in.)이며 공시목의 표면은 증발조건을 균일히 하기 위하여 포삭하였으며, 마구리(end grain)에는 end coating 하였다. 또한 공기순환속도 측정은 상기대학에 비치된 velometer를 사용하였다. 1. 목재의 섬유포화점(함수율 30%) 이상에 있어서 공시목의 건조율은 건조실내 공기순환속도의 증가에 따라서 증가된다. 즉 공시목의 건조율 증감은 공기 순환속도에 대략 비례한다. 그러나 섬유포화점 이하에 있어서는 공기순환속도의 증강은 건조율 증감에 거의 영향을 이치지 아니한다(그림 1, 2 참조). 2. 실험한 건조조건하에 있어서는 공시목의 초기 함수율이 높을수록 높은 건조율을 얻을 수 있다. 즉 공시목의 초기 함수율(MC30% 이상)이 동일하지 아니한 경우에도 공기순환속도를 증가하면 건조 최종기에 있어서 비교적 빨리 대체로 같은 함수율의 공시목을 얻을 수 있다(실험한 초기 함수율, 건조조건 및 공기순환 속도등은 심한 건조 결함을 유발하지 아니하였음). 3. 본연구 결과에 의하면 공시목의 건조율은 섬유포화점(대략 MC30%)에 있어서 현저한 변화를 나타내고 있다. 즉 공시목의 함수율에 대한 건조율 곡선은 그림 3으로 표시된 바와 같이 섬유포화점 이상에 있어서는 건조율 곡선은 X축(MC)에 대하여 요(凹)형(concave)을 나타냈는데, 섬유포화점 이하의 함수율 범위 30%에서 20%에 있어서는 건조율 곡선은 X축에 대하여 철(凸)형(convex)을 나타냈으며 함수율 20% 이하에 있어서는 재차 심한 요(凹)형을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이와감은 결과를 요약표시한 원문 그림4에 있어서, 건조율 곡선의 반곡점은 대략 섬유포화점인 MC 30%와 MC 20%에 위치하고 있음을 알 수 있다. 이와같이 섬유 포화점으로 알려져 있는 MC 30%와 20%에 있어서 건조율이 급변하는 반곡점 즉 한계점을 표시하는 것은 다음과 같은 야유에 의한 것으로 고려된다. 즉 세포막에 흡수된 결합수의 증발은 세포강, 세포간격 및 기타의 미세한 공간에 존재하는 자유수의 증발보다 훨씬 곤란하므로, 함수율 30%에서 20%의 범위에 있어서는 철(凸)형을 나타낸다. 즉 함수율 30%에서 20% 의 범위에 있에서 세포막의 모세관 응축수(capillary-condensed water)의 증발은 대략 동일한 감소율을 나타내나, 공시목의 함수율이 20%에 접근됨에 따라서 한층 강한 결합상태하에 있는 수분(표면 결합수 및 그 부근에 있는 수분)이 증발하게 되나, 그와 같은 수분의 증발은 한층 곤란하므로 함수율 20% 이하에 있어서 건조율곡선은 재차 요(凹)형을 표시하는 것으로 사료된다. 이상의 관계를 요약 표시한 원문 그림 4에 있어서, 반곡점을 가지지 아니한 점선 곡선 AC 와 2개의 반곡점을 가지는 실선곡선 BD를 비교하면, BD곡선은 AC곡선보다 함수율범위 30%에서 20%에 있어서 그 건조율은 현저히 감소되고 또한 D점을 반곡점으로 해서 그 건조율은 가일층 감소되고 있음을 알 수 있다. 이상을 요약하면 생재에서 함수율 30%(섬유포화점)까지는 큰 건조율을 표시하니 함수율 범위 30%에서 20%에 있어서는 그 건조율은 점감되고 함수율 20% 이하에 있어서는 그 건조율은 현저히 감소됨을 표시한다.
공극은 열화인자의 이동경로가 되어 콘크리트의 성능을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있으며 수분은 콘크리트 내부의 공극을 충전시킬 수 있기에 수분에 의한 투기성이 시멘트경화체의 공극구조에 미치는 영향을 평가하는 것은 중요하다. 이에, 본 연구에서는 공극구조와 투기성에 대하여 0%, 40%, 60%, 80%, 90%의 습도를 유지시킨 시험체와 화학조성물인 리튬실리케이트를 도포시켰을 경우의 공극구조 변화를 평가하였다. 그 결과, 함수율이 증가할수록 투기성은 저하되고 공극구조의 밀실성이 향상되어 수분에 의한 응축현상을 확인할 수 있었다. 그리고 수용액 상태의 리튬실리케이트는 수분을 함유하고 있는 상태에서 1$\mu$m 전, 후의 공극을 충전시켜 밀실성을 향상시키나함수조건에 따라 침투성에 의한 성능향상 범위가 제한적일 것으로 판단된다.
축산분뇨와 톱밥을 혼합하여 수분조절을 한 후 발효조에 투입하는 방식이 아닌 발효상에 미리 투입된 톱밥위에 축산분뇨를 살포하면서 교반처리하여 발효증발 처리하는 시스템을 이용하여 퇴비 발효층의 온도, 수분함량, 수분수지, 퇴비의 비료성분을 연구하였다. 1. 본 처리공정은 과다한 수분을 신속하게 침출수 강제배출 방식으로 배출하여 슬러리 투입분뇨의 함수율이 높더라도 수분증발이 이루어지고 발효상 함수율은 $65{\sim}73%$ 전후로 유지되었다. 2. 연속퇴비화 과정에서 시험기간 중에 10.6% 정도의 침출수가 발생되었다. 또한 5개월 가동 기간 동안 톱밥 $1m^3$ 투입 당 $3.16m^3$의 돈분슬러리 처리가 가능하였다. 3. 침출여과액은 오염물질농도가 낮아져 투입분뇨 대비 BOD는 86.5%, SS은 96.2% 저감되었다. 4. 퇴비사의 미기상 분석결과 상대습도는 낮 시간을 제외한 야간시간에는 $80{\sim}100%$로서 높았다. 퇴비사의 습도가 높아지면 퇴비화 과정 중 수분증발 효율이 저하의 원인이 될 것으로 사료된다.
본 연구에서는 백합나무의 급속 열분해 공정에서 시료의 입자크기 및 함수율 조건이 열분해 산물(가스, 바이오오일, 바이오촤)의 수율과 물리 화학적 특성에 미치는 영향을 구명하였다. 시료의 함수율이 낮을수록 바이오오일의 수율은 증가하였으며 시료의 입자 크기는 수율 변화에 큰 영향을 미치지 않았다. 각 조건별로 생성된 바이오오일은 20~30%의 수분 함량과 pH 2.2~2.4, 발열량 16.6~18.5 MJ/kg의 수준을 나타내었으며 바이오오일 내 수분 함량은 높은 함수율 시료 조건에서 증가하는 것을 확인하였다. 바이오촤의 경우 80% 이상이 탄소로 이루어져있으며 발열량은 26.2~30.1 MJ/kg 수준으로 측정되었다.
본 고찰은 화재시 고강도 콘크리트의 주요 이슈 중의 하나인 폭열 현상에 초점을 맞추어 폭열의 정의, 분류 및 각각의 특징, 발생원인과 그 반응기구에 대하여 선행연구를 중심으로 분석하였다. 폭열은 급격한 온도 상승, 높은 수분 함유량, 낮은 물시멘트비(W/C), 콘크리트 내에 국부적인 높은 응력 발생 등과 같은 요인이 복합적으로 작용하여 발생한다. 이러한 요인을 토대로 폭열을 방지하기 위한 방법으로 크게 콘크리트의 온도 상승을 억제하는 방법, 콘크리트의 비산을 억제하는 방법, 그리고 빠르게 내부 수분을 건조시키는 방법 등을 들 수 있다. 본 고찰에서는 이러한 방법 가운데 가장 효율적인 폭열 방지 방안으로서 콘크리트 내부의 수분을 빠르게 건조시킴으로써 폭열에 이르게 하는 함수율 이하로 낮추어서 콘크리트 자체의 내폭열성을 높이는 방안을 고찰하였다. 실제 강제건조를 통해 함수율을 어떤 임계치(critical value) 이하로 낮추게 되면 폭열을 방지할 수 있으며 이를 위해서는 수동적인 자연건조 외에 강제건조 등으로 함수율을 낮출 필요가 있을 것이다. 이러한 임계치 결정을 위해 추가적인 많은 실험 및 자료가 도출되어야 할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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