본 기술은 단면이 사각형인 금속관 내부에 상변화물질(PCM)을 함침한 잔골재로 만든 PCM콘크리트를 채우고, 금속관 안쪽 길이방향으로 복수의 전단판을 돌출시키며 금속관을 관통하는 철근강재를 배치한 콘크리트 충전 강관(CFT)입니다. 잔골재는 진공함침 후 졸겔 공법으로 실리카 코팅층을 입혀 PCM이 밖으로 새어 나오지 않도록 제작됩니다.
PCM을 사용한 건설자재는 축열·방열 성능이 뛰어나 냉난방 에너지를 줄일 수 있지만, PCM을 시멘트에 단순히 섞으면 상변화에 따른 부피 변화로 콘크리트가 팽창과 수축을 반복해 안정성이 떨어지는 문제가 있었습니다. 경량골재에 PCM을 채우고 이중 코팅하는 선행기술은 형상을 일정하게 만들기 어렵고 구조가 복잡했으며, 덩치가 큰 콘크리트 부재 내부까지 열이 잘 전달되지 않아 온도 변화에 즉각 대응하지 못하는 한계가 있었습니다.
본 기술은 잔골재를 105도에서 24시간 건조한 뒤 진공함침기로 4시간 PCM을 함침하고, 에틸실리케이트·에탄올·증류수·염산·암모니아수를 정해진 몰비와 온도로 혼합한 졸겔 용액으로 코팅해 PCM 유출을 막습니다. 수직부와 사선부로 이루어진 전단판이 모서리 쪽에 치우쳐 금속관 중앙을 향하도록 배치되어 전단강도를 높이고, 양단에 표면돌출부가 있는 지지부재를 단 철근강재가 콘크리트 심부와 외기 사이의 열교환을 촉진하며, 폐콘크리트 미분말을 시멘트 원료로 쓸 수 있습니다. 고층 건축물의 CFT 기둥, 에너지 절감형 공동주택 골조, 저탄소 친환경 건축 구조물에 적용될 수 있어 구조 부재 자체가 실내 온도 변동을 흡수하는 축열체 역할을 하면서도 PCM 부피 변화로 인한 균열 없이 휨강도를 확보할 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 비탄산염 원료 활용 석회석 5wt.% 이상 대체 저열시멘트 제조 및 활용기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
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