This study aims to evaluate the structural safety of a structural thermal barrier, installed inside the structure of a building and performed the role of a load-bearing element and an insulation simultaneously, contributing to the realization of net-zero buildings. To ensure the reliability of the analysis model, the analysis results derived from LS-DYNA were compared with the experimental results. Based on the results shown through the flexural experiment, the reliability of the thermal cross-section insulation structure model for slabs was validated. In addition, the effect of the UHPC block on the load support performance and its contribution to vertical deflection was verified.

핀란드 Okiluoto 섬 중앙부에 방사성폐기물 처분장으로 예정된 부지에서 블록 규모 지하수 유동 모의를 수행하였다. 현장에 설치된 심부 관측공에서 관찰된 단열대에 관한 자료를 이용하여 단열망을 구성하였다. 이 단열망을 이용하여 3차원 유한 요소 격자망의 수리전도도장를 생성하고, 이를 지하수 유동 모의에 이용하였다. 현장에서 이루어진 양수시험 전과 후에 심부 관측공에서 측정된 수위와 구간별 유입, 유출량을 이용하여 시추공과 교차하는 단열대의 투수량계수와 부지의 함양률을 조절하며 지하수 유동 모형을 보정하였다. 양수 시험 전과 후를 순차적으로 보정해가며 모의한 결과, 보정된 지하수 유동 모형으로 계산한 지하수위는 관측 자료와 비교적 일치하지만, 관측공에서의 지하수 유입, 유출량은 상당한 차이를 보이는 구간도 있는 것으로 확인되었다. 이런 불일치는 지하수 유동로가 될 수 있는 구조가 지하수 유동 모의를 위한 개념모형에 충분히 반영되지 않아 생기는 것으로 생각되며, 이에 배경단열과 같은 국지적인 유동로 구조가 개념모형에 반영되어야 할 것으로 판단되었다.

An insulating brick was developed and evaluated as a potential recycling Waste Limestone (WL) with Melting Slag (MS). We aimed at analyzing the parameters affecting the insulating brick manufacture to enhance the recyclability of WL. In this study, The thermal conductivity, compressive strength and apparent porosity of prepared brick were measured with the addition of aluminum dross and the molar ratio of the alkali activator. The thermal conductivity, compressive strength and apparent porosity were 0.28 W/mK, 2.41 MPa and 44.72% respectively at a mixing ratio of 9.5 : 0.5wt%, 1.5 M SiO2/Na2O, 3wt% aluminum dross. Thus, it met the standards of insulating fire bricks (KS L 3301).

우리나라 석회석은 CaO 기준 52% 이상 고품위 석회석이 12%에 불과하여 석회적 자원을 이용한 고부가가치화 산업이 상대적으로 떨어져 있는 상황이다. 시멘트용 석회석 품질 이하의 폐석회석 또한 많이 발생되고 있는데 석회석 광산 채굴 중 발생되는 폐석회석 발생량은 약 20~30% 정도에 이른다. 이러한 폐석회석은 주로 저부가가치 골재로서 활용되어 오거나 야적 처리되어 왔다. 폐기물 소각 시 소각부산물인 바닥재 및 비산재가 발생되며, 쓰레기 용융로에서는 용융슬래그 및 비산재가 발생되게 된다. 2011년 기준 용융슬래그는 약 23,490ton/yr 발생된 것으로 조사되었다. 발생된 용융슬래그는 일부 복토재나 벽돌의 원료로 사용되고 있으나 활용처가 뚜렷하지 못하여 대부분 방치되고 있는 실정이다. Geopolymer는 Davidovits에 의해 처음 명명되었고, Si-Al로 이루어진 재료가 알칼리용액과 반응하면 Si, Al 원소가 용출되고, 이를 반응시키면 중축합 화학반응을 일으켜 3차원 중합체 체인과 Si-O-Al-O결합의 링 구조를 형성하게 된다. 이 때, 다양한 알칼리액상 조건에 따라 지오폴리머의 물리․화학적 특성이 달라진다고 알려져 있다. 대부분 건축 자재의 경우 1,200℃ 이상의 고온에서 생성되어 고에너지를 소비하게 되는데 지오폴리머 기술을 사용하면 70℃에서 충분한 강도가 발현된다. 이에 본 연구에서는 폐석회석, 용융슬래그의 재활용률을 높이고자 지오폴리머 기술을 이용하여 단열블록을 제조하고자 하였다. 또한 제조한 단열블록의 열전도율을 낮추기 위한 방안으로 발포제 블랙 알루미늄 드로스를 첨가하여 블록을 제조하였으며, 이 때 제조 조건에 따른 블록의 물리적 특성을 평가하고자 하였다. 폐석회석, 용융슬래그 혼합비에 따른 단열블록의 열전도율, 압축강도, 재가열수축률, 부피비중, 기공율 등을 측정하였다. 그리고 도출된 최적조건을 통해 제조한 블록은 내화단열벽돌 기준 KS L 3301을 통해 활용가능성을 평가하였다. 이러한 특성으로부터 폐석회석을 사용하고 지오폴리머 기술에 의한 내화단열블록의 제조가 가능하다고 판단된다.