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한국구조물진단유지관리공학회 논문집 KCI 등재 Journal of The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection
- 발행기관 한국구조물진단유지관리공학회
- 자료유형 학술지
- 간기 격월간
- ISSN 2234-6937 (Print)2287-6979 (Online)
- 수록기간 1997 ~ 2020
- 주제분류 공학 > 안전공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 531DDC 624
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Vol.23. No.4 (2019년 7월) 20건
1.
2019.07
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국가 주요 시설물의 안전점검 업무가 일원화됨에 따라 업무 효율성과 전문성 강화 등의 효과가 기대되고 있다. 세계적으로 시설물의 물리적⋅기능적 결함을 초기에 발견하는 외관조사의 중요성이 강조되고 있다. 이에 본 연구에서는 기존 외관조사 방법의 문제와 한계를 극복하기 위해 시설물 안전점검을 위한 E-PAD기반 상태평가 시스템을 개발하였다. 본 시스템은 시설개요, 작업목록, 외관조사, 결함표로 구성되어 있으며, 현장에서 외관조사망도를 다운받아 조사된 손상 및 정보를 입력하고, 평가 등급을 확인할 수 있다. 본 시스템의 검증을 위해 교량 10개소에 대한 외관조사 데이터를 입력하여 기존 안전등급을 비교하였다. 그 결과 시스템에서 산출된 안전등급과 기존 안전등급이 동일한 것으로 확인되었다. 또한 AHP기법을 통해 타당성 분석 결과 기존 방법 대비 기능 10%증가, 비용 36%감소, 가치 30%증가한 것으로 분석되었다. 따라서, 시설물 관리 수준 향상을 위해 체계적인 데이터 구축 및 정보 분석을 위한 시스템으로 기여할 것으로 기대된다.
2.
2019.07
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한국 전통 목조 건축물의 경우 구조적 성능은 재료 특성, 접합부의 형태, 치목의 정밀도 등에 따라 다르게 나타난다. 기존 사례 연구에서도 보와 기둥 접합부 형태는 변형 및 간격의 정도에 큰 영향을 미친다는 것을 보고하고 있다. 이는 단층 건물뿐만 아니라 대규모 다층 건물의 경우에도 마찬가지로 나타나고 있다. 따라서 본 연구에서는 접합부 형태에 대해 분석하고 모형을 제작하고 구조적 성능을 테스트하는 과정을 거쳤다. 그 결과, 주먹장맞춤의 실험체에서 최대 하중을 나타냈다. 각각의 형태의 접합부에 의한 구조적 성능을 종합하면, 도래걷이 주먹장 맞춤이 가장 높은 성능을 나타내었으며, 다음으로 도래걷이 장부맞춤의 순으로 나타났다. 건물의 구조적 성능은 관통하는 보의 치목 형태와 기둥 내부의 접합부 형테에 따라 다르게 나타남을 알 수 있었으며, 이는 다층 건물의 신축 또는 복원을 위해 고려되어야하며 이후 계속 연구되어야 할것으로 사료된다.
3.
2019.07
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국내 건축법에는 표준 내화구조인 KS F 1611-5에서 1시간 내화성능을 갖는 각형강관에 대한 사양적 기준만을 제시하고 있어 각형강관에 적용되는 모듈러 건축물을 중⋅고층에 적용하기 위해서는 한계가 있다. 따라서 내화성능 평가를 통해 2시간 인정을 받은 모듈러 구조에 한하여 중⋅고층 건축물에 적용이 가능하다. 본 연구에서는 KS F 2257-1 및 KS F 2257-4 기준에 의거하여 실대형 내화실험을 수행하였다. 평가결과 OW-01 및 OW-02 실험체의 경우 각형강관의 온도상승 및 강도 저하로 인해 면외좌굴이 발생하여 2시간 내화성능을 확보하지 못하였으나, 피복 및 각형강관 두께를 보완한 IW-01 및 OW-03 실험체의 경우 충분한 차열성능으로 인해 2시간 내화성능을 확보하여 중고층 모듈러 건축에 적용하는 것이 가능한 것으로 판단되었다.
4.
2019.07
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섬유보강 시멘트계 복합재료 (이하 FRCC)는 균열 폭의 제어 등의 역학적인 효과뿐 아니라 철근방식에도 효과가 있는 것이 기존의 문헌으로부터 확인되고 있다. 본 연구에서는 아연섬유를 포함한 각종 금속섬유를 이용하여 철근의 방식효과를 부식 촉진 실험에 의해 검토했다. 더욱이 방식효과에 큰 영향을 미치는 염분침투, 희생양극 효과, 전기회로 형성에 주목하여, 각각의 요인에 있어서 검토를 실시했다. 그 결과, 금속섬유를 혼입한 FRCC의 방식효과를 확인할 수 있었으며, 특히 희생 양극효과가 높은 아연섬유의 경우, 염분침투 억제 효과가 뛰어나 내부식 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
5.
2019.07
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콘크리트는 일반적으로 구조물에 활용되는 재료로써 다양한 환경조건에 노출된다. 특히 물과 같은 매체를 통해 콘크리트에 유해한 인자가 유입되므로 많은 피해를 야기 시킨다. 이에 콘크리트 내구성을 높이기 위해 많은 재료가 개발되고 있는 실정이다. 그중에 실란과 실록산 화합물은 흡수방지제로 활용도가 높은 재료로 알려져 있다. 그러나 노후화되거나 열화된 콘크리트에 처리할 경우 기재 자체가 약해 쉽게 박리되어 그 기능을 상실하는 문제점이 있다. 그래서 본 연구에서는 실록산 화합물로 표면 처리된 멜라민-포름알데히드 수지를 활용해 콘크리트에 흡수방지제 효과와 동시에 표면강화 성능을 부여하기 위한 실험을 진행하였고, 이를 확인하기 위해 콘크리트의 기공률 및 표면경도 특성을 연구하였다.
6.
2019.07
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이 연구에서는 교량 주요부재의 내진보강 우선순위를 합리적으로 결정하는데 그 목적이 있다. 평가대상으로 케이블 교량을 선정하였으며 정량적 지표인 주요부재의 취약도를 평가하기 위해 확률분포에 근거한 신뢰도를 활용하였다. 확률변수인 안전계수는 주하중(고정하중, 활하중)과 부하중(지진, 내풍, 온도 등)을 고려하였고 지진하중은 교량의 사용수명 동안 발생 가능한 진진을 적용하였다. 이러한 신뢰도를 근간으로 각 주요부재의 취약도 점유율을 확인한 결과 받침(23.8%)이 가장 취약하였으며 받침콘크리트(20.5%), 교각(18.9%), 기초(17.3%), 보강형(14.6%), 케이블(5.0%) 순으로 나타났다.
7.
2019.07
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본 연구에서는 벽체의 록킹 거동을 고려한 내진보강 기법을 개발하였다. 록킹 거동은 벽체 수직 축을 중심으로 좌우로 회전하는 것으로, 개발 시스템은 변위 큰 부분에 댐퍼 등을 설치하여 에너지를 소산 시키는 방법이다. 댐퍼는 강재댐퍼를 사용하였으며, 스트럿 형상 및 높이를 변수로 선정하였다. 실험결과 스트럿 높이가 짧을수록 강도 능력이, 길수록 변형능력이 우수한 것으로 평가되었다. I형과 S형 스트럿 능력을 평가한 결과, S형이 우수한 내진 성능을 보유한 것으로 평가되었다.
8.
2019.07
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이 연구에서는 정적 변위를 사용하는 유전자 알고리즘을 이용한 교량의 유한요소해석모델 개선 기법을 제안하며, PSC 거더교를 대상으로 한 실증시험 데이터를 이용하여 제안된 방법을 검증하였다. 실증 재하시험으로 정적재하시험과 의사정적재하시험을 수행하였으며, 각 재하시험의 계측 데이터를 이용하여 대상교량의 유한요소해석모델 개선을 진행하였다. 최종적으로 의사정적재하시험의 계측 데이터를 통해 개선된 모델을 이용하여 공용 내하력평가를 수행하였다. 내하력평가에는 현 도로교설계기준과 구 도로교설계기준, AASHTO LRFD의 설계 활하중을 이용하였으며, 각 설계기준 별 내하력평가 결과를 비교하였다.
9.
2019.07
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산업화, 도시화로 인해 수자원의 오염이 악화 되면서 기존에 염소를 이용한 정수처리 방법으로는 깨끗한 물을 공급하는데 어려운 실정이다. 이에 오존을 이용한 고도정수 처리 시설의 도입이 증가하고 있다. 그러나 기존의 방수⋅방식 공법으로 사용되는 에폭시계 방수⋅방식제 및 스테인리스는 오존의 강력한 산화력으로 인해 열화되어 박리 등 문제 발생하였으며, 콘크리트까지 영향을 미쳐 내구성 저하의 원인이 된다. 이에 따라 본 연구에서는 내오존성 및 내화학성이 뛰어난 금속 패널을 기존의 시공법 보다 손쉬운 방법으로 시공하기 위한 방법으로 금속용사 공법을 이용하여 수처리 시설 콘크리트 구조물의 열화를 원천적으로 방지하기 위한 마감공법 개발 연구의 일원으로 용사금속 종류 에 따른 내오존성 평가를 실시하였으며, 실제 하수처리장 환경에서의 전기화학적 안정성능 평가를 실시하였다. 실험결과 용사금속 Ti이 용사 후에도 내오존성이 뛰어난 것으로 나타났으며, 하수처리장 환경에서의 전기화학적 안정성능 평가 결과 용사금속 Ti가 403.83k∙ Ω∙cm2의 가장 높은 분극저항을 나타남으로써 높은 수준의 내구성을 확보하는 것을 확인할 수 있었다.
10.
2019.07
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본 연구에서 광촉매 종류 및 혼입율에 따른 역학적 특성 및 질소산화물 제거 특성을 평가하였고 보다 경제적이고 효율적인 광촉매 콘크리트 제조를 위해 분할 타설하는 방법에 대해 검토하였다. 그 결과 광촉매 혼입률이 5%일 때 가장 높은 압축강도와 탄성계수가 측정되었다. 광촉매 반응에 의한 질소산화물 제거 성능평가 결과 광촉매 혼입률이 증가함에 따라 질소산화물 제거율이 증가하였다. 이때 광촉매 P-25의 질소산화물 제거성능은 NP-A보다 우수하였다. 경제성을 고려하여 콘크리트 표면의 일정 두께를 광촉매 콘크리트로 타설하는 분할 타설 방안을 제안하였고, 이때의 일체화 성능을 평가하였다. 그 결과 역학적 성능 및 내구성능이 Plain에 비해 동등 이상으로 나타나 일체화 거동을 만족하는 것으로 판단된다.
11.
2019.07
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본 연구는 전단력과 휨을 받는 춤이 작은 중공 SFRC 부재를 대상으로 중공에 따른 웨브폭이 부재의 전단강도에 미치는 영향을 평가하고자 실험 및 해석을 실시하고 기존식과 비교⋅분석하였다. 전체폭에 비하여 웨브폭은 1/2배, 2/3배로 선정하였으며, 전단경간비는 1.5로 계획하였다. 전단실험 결과, 웨브폭이 33% 증가함에 따라 최대전단강도는 10.3~28.0% 증가하였다. 실험체의 전체춤이 1.5배 증가함에 웨브폭이 100mm인 실험체는 전단강도가 29.2% 증가한 반면, 150mm인 실험체는 11.3% 증가에 그쳐, 웨브폭이 적을수록 춤의 증가에 따른 전단강도 증가율이 큰 것으로 나타났다. 이를 볼 때, 웨브폭이 적을수록 강섬유의 기여도가 큰 것으로 사료된다. KCI 기준식이 중공 슬래브의 전단강도를 매우 안전측으로 평가하고 있으며, Shin et al.의 제안식이 실험강도를 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났다. 비선형 유한요소 해석으로부터 웨브폭이 2, 3, 6배 증가함에 따라 해석부재의 평균 전단강도는 각각 1.18배, 1.80배, 2.19배로 나타나, 웨브폭의 증가에 비례하여 전단강도가 증가하지 않는 것으로 나타났다.
12.
2019.07
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탄소섬유는 경량이면서 높은 기계적 특성 때문에 우주항공, 선박, 자동차, 토목 및 건축과 같은 산업분야에서 그 어느 때 보다 더 광범위하게 적용되고 있다. 본 연구는 섬유혼입률 및 섬유길이 변화에 따른 탄소섬유 보강시멘트 복합재료( CFRC)의 역학적 특성과 휨 거동을 분석하였으며, 또한 자연 낙하시험에 의한 모르타르 시편에 대한 내충격성을 비교, 검토하였다. 더불어, 탄소섬유(CF)의 혼입률은 0.5%, 1.0%, 2.0% 및 3.0%로 변화를 주었으며, 각각의 섬유길이는 6 mm와 12 mm를 사용 하였다. 실험결과, 플로우 값은 탄소섬유의 뭉침현상으로 인해 유동성 측면에서 매우 불리하였으며, 단위용적질량은 다소 감소하였다. 특히, 압축강도는 탄소섬유 혼입량이 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타내었다. 반면 휨 강도는 섬유 길이가 12 mm이고 2% 혼입한 것이 가장 높은 휨 강도를 보였다. 내충격성 시험결과, 보통 모르타르 시편은 완전파괴까지의 낙하횟수가 2∼3회 정도 걸리지만 반면 CFRC 시편은 섬유혼입량이 증가함에 따라 다소 차이가 있지만, 섬유길이가 12 mm이고 섬유혼입량 2% 인 경우 충격에 대한 저항성이 가장 높았다.
13.
2019.07
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고분말도 슬래그를 사용할 경우 초기재령에서의 강도발현은 우수하나 수화열 및 품질관리에 따른 문제가 발생하기 쉽다. 본 연구 에서는 3000급 저분말도의 고로슬래그 미분말을 혼입한 콘크리트의 강도특성 및 내구특성을 분석하였다. 작업성을 기준으로 3가지 배합을 고려하였으며, 압축강도와 내구특성시험이 수행되었다. 강도특성 결과 3000급 슬래그를 혼입한 콘크리트는 28일 재령에서 OPC(Ordinary Portland Cement) 배합 대비 강도가 떨어지지만 장기재령에서는 잠재수경성의 촉진으로 인하여 큰 차이가 나타나지 않았다. 탄산화 및 동결융해 실험에서는 4200급 슬래그 배합 대비 약간 우수한 저항성능이 나타났는데, 이는 동일 슬럼프를 목표로 배합을 진행하여 3000급 슬래그 배합에 단위수량을 적게 고려하였기 때문이다. 장기재령의 경우, 3000급 슬래그 배합의 염화물확산계수는 OPC 배합 대비20% 수준으로 감소하여 우수한 내염해특성이 평가되었다. 단위수량을 조정하고 3000급 저분말도의 고로슬래그 미분말을 혼입하여 사용할 경우, 기존 분말도의 슬래그가 사용된 콘크리트 및 OPC 콘크리트와 비교시 우수한 작업성능과 내구특성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
14.
2019.07
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본 연구는 공용 중 보강토옹벽에 발생하는 배부름현상을 보강하기 위한 방법을 제안하고 현장실험으로 보강방법의 신뢰성을 파악 하고자 하였다. 보강토옹벽의 배수시설을 미설치하여 강우에 의해 배부름현상이 유도되도록 하였으며, 시공 후 15일간 변위속도가 크게 발생한 후 점차적으로 감소하였다. 유도된 배부름현상의 변위는 미연방도로국(FHWA)의 시공 중 수평변위 기준을 적용하여 판단하였다. 배부름 현상을 보강하기 위해 보강토옹벽에 소일네일을 설치하고, 네일의 두부를 수평으로 서로 연결하여 보강토 옹벽의 블록들을 서로 지지할 수 있도록 하였다. 보강재들의 보호를 위해 숏크리트로 보강면을 마감하고 계측장치를 설치하였다. 배부름현상 보강방법의 신뢰성을 확인하기 위하여 변위의 진행을 검측한 결과 보강 후 수평변위는 거의 발생하지 않았으며, 보강방법의 신뢰성을 확인할 수 있었다.
15.
2019.07
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매립지 감소 및 천연 잔골재의 부족으로 인해 산업부산물을 콘크리트의 골재로 사용하려는 연구가 최근 들어 빠르게 진행되고 있다. 본 연구에서는 EOS 잔골재를 치환하여,OPC 콘크리트 배합과 GGBFS 배합을 대상으로 초기재령에서의 공학적 특성을 평가하였다. 실험은 EOS 잔골재를 0%, 30%, 50%로 치환, GGBFS를 0%, 40% 치환하여 물-결합재비 60% 콘크리트로 실험을 진행하였다. 굳지 않은 콘크리트에서 슬럼프, 공기량, 단위용적질량을 평가하였으며, 경화 콘크리트에서 압축강도와 NT BUILD 492 방법을 이용한 염화물 확산계수를 도출하고 EOS 골재 치환에 따른 내구성능을 평가하였다. 본 연구의 실험결과 EOS 잔골재를 치환함에 따라 재령 3일, 7일까지는 압축강도 발현이 각 기준 배합에 비해 증가함을 확인하였지만, 재령 28일에서는 일부 감소하는 것을 확인하였다. 또한 촉진 염화물 침투 실험결과, GGBFS 콘크리트 배합에서 OPC콘크리트 배합과 비교하여 약 60~67% 감소하였으며, EOS 잔골재 50% 치환 배합에서 가장 낮은 염화물 확산계수가 나타남에 따라 EOS 잔골재가 OPC 및 GGBFS 콘크리트에 사용될 수 있는 공학적 가능성을 제시하였다.
16.
2019.07
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본 연구에서는 2006년도의 교량 유지관리 빅데이터를 이용하여 선행연구에서 개발된 차종별 교통량 데이터와 연직 변위 데이터의 상관관계를 바탕으로 광안대교의 차종별 교통량 데이터를 이용한 연직 변위 추정 모델에 대하여 10여년이 경과한 현재적 적용성을 각각의 업데이트 방법으로 개발된 모델의 변위 추정 성능을 비교 분석하였다. 개발된 모델의 현재적 적용성은 추정된 변위는 실측 변위와 유사한 것으로 분석되었으며, 구조화 회귀 분석에 기반한 모델과 주성분 분석에 기반한 모델의 변위 추정 성능은 상호간에 큰 차이가 없다는 것을 알 수 있었다. 결론적으로 본 연구에서 개발한 차종별 교통량 데이터를 이용한 연직 변위 추정 모델은 광안대교의 교통하중에 따른 거동 분석 등에 유효하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
17.
2019.07
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굳지 않은 콘크리트의 적층성은 콘크리트 3D 프린팅의 핵심 요소로써 필라멘트의 변형 및 붕괴 없이 일정한 높이로 적층하는 성능이다. 적층성은 항복응력과 밀접한 관련이 있으며, 항복응력이 높을수록 우수하다. 또한, 굳지 않은 콘크리트는 압출된 후 시간경과에 따라 경화되면서 전단응력이 증가하기 때문에 적층성이 높아지게 된다. 따라서, 콘크리트 3D 프린팅 시 굳지 않은 콘크리트의 적층성 확보를 위해서는 출력되는 레이어 사이의 적절한 시간 간격(Printing Time Gap, 이하 PTG)이 필요하다. PTG가 증가함에 따라 적층성은 증가하지만, PTG가 과다하게 커지면 출력된 레이어 간의 부착성능이 감소하며, 출력시간이 길어짐에 따라서 압출성능이 저하될 수 있다. 이 연구에서는 100 MPa급 고강도 콘크리트 배합에 적합한 적층성을 확보하기 위하여 PTG를 변수로 한 3D 프린팅 실험을 수행하였으며, 이와 더불어 콘크리트 3D 프린팅 방법을 유사하게 모사할 수 있는 모의 적층실험 방법의 유효성을 검토하기 위하여 모의 적층실험을 수행하였다.
18.
2019.07
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취성재료인 탄소섬유보강폴리머(CFRP)의 시편시험에서 총변형량과 유효길이로서 유도되는 환산변형률을 도입하고, 환산변형률의 장점을 기술하였다. 일반적으로 재료의 인장물성을 결정하기 위해 스트레인 게이지 측정값을 사용하지만, 취성특성을 가지는 CFRP에서는 항상 유효한 것은 아니다. 그 이유는 취성재료에서는 응력재분배를 할 수 없으며, 스트레인 게이지의 측정값은 국부거동만을 나타기 때문이다. 따라서 환산변형률은 취성재료의 인장인장특성의 평균값을 측정하고 변형률과 측정값을 검증하는 보조지표로서 효과적으로 사용될 수 있다. 또한 환산변형률은 1) 제작 오차(편차) 와 세팅 오차(정렬 불량)에 의해 발생하는 초기 내부 변형률에 기인한 영향과 2) 불균일 변형분포로 인한 부분파단 이후 거동을 명확히 가시화하는 장점이 있다.
19.
2019.07
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급속공사 현장에 사용되는 속경성 보수모르타르의 내구성능 증진을 위해 사용재료의 물리적 성능을 평가하였다. 이를 위해 염화물 확산 억제 성능을 보유한 페로니켈 수쇄슬래그 잔골재와 급결제, EVA계 폴리머를 모르타르에 치환시켜 급결성능과 기초적 성능을 평가하였다. 그 결과 FNS잔골재 및 RS잔골재 사용에 따른 압축강도, 휨강도, 부착강도가 증가되었다. 속경성 폴리머 모르타르의 염화물 이온 촉진시험의 결과 FNS를 50%이하 사용 시 재령 7일에서 재령 28일간 염화물 억제 성능이 유지되었으며, FNS잔골재 및 RS잔골재 사용에 따른 내구성 저하는 발견되지 않았으나, 건축 및 토목용 대체골재로 사용하는데 경제성 및 장기 내구성에 대한 추가 검토가 필요할 것으로 판단된다.
20.
2019.07
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주차장 바닥재로 많이 사용되는 A사 에폭시 코팅제와 B사 바닥코팅제(A, B type)에 대하여 GC/MS(Gaschromatography /Mass spectrometer)를 이용하여 제품별로 함유하고 있는 휘발성유기화합물(VOCs)의 종류와 함량을 측정해보고, 휘발성유기화합물(VOCs)중 작업자나 입주자들에게 유해한 폼알데하이드(Formaldehyde), 톨루엔(Toluene), 크실렌(Xylene)을 외부 환경에 따른 오차를 줄이고자 가장 안 좋은 (밀폐) 환경을 가정하고 가스검지관을 이용하여 가스배출량을 측정해 보았다. 그 결과 A사 에폭시코팅제가 제품 자체에도 휘발성유기화합물(VOCs)을 가장 많은 양 함유하고 있고, A사 에폭시코팅제에 비하여 B사 바닥코팅제 A type은 약 79%, B type은 약 96% 이상의 적은 양을 나타냈다. 또한, 밀폐된 환경 조건에서 1시간과 8시간 경과 후 가스검지관을 이용하여 폼알데하이드(Formaldehyde), 톨루엔(Toluene), 크실렌(Xylene)에 대한 가스배출량을 측정하고 TWA값으로 환산한 결과에서도 A사 에폭시코팅제가 가장 높게 측정되었다. A사 에폭시코팅제보다 B사 바닥코팅제 A type은 약 42.3%이상의 적은 측정값을 나타냈으며, B type의 경우 밀폐된 환경 조건에서도 시간가중평균노출기준(TWA)을 모두 만족하였다.
