새롭게 개발된 건설재료 (내공100)빨리부탁><

I. 신소재 1

신소재란 일반적으로 등 현재까지의 재료보다 월등하게 뛰어난 기능이나 성능을 가지 새로운 재료를 말한다. 재료의 특성이 선택투과성, 형상기억성, 생체적합성 등과 같은 특수한 특성이 있거나 경량 고강도성, 고내식고강도성, 고온고강도성 등과 같이 특수한 기능으로 개발된 재료이다.

II. 신소재의 분류

1. 재질에 의한 분류

   1) 신금속재료

   2) 복합재료

   3) 신고분자재료

   4) 신세라믹재료

   5) 기타 신소재

 

2. 기능에 의한 분류

   1) 전자 전기적 기능재료

   2) 자기적, 기능 재료

   3) 열적 기능재료

   4) 기계적 기능재료

   5) 광학적 기능재료

   6) 화학적, 생체적 기능재료

   7) 기타 기능재료.

 

III. 신금속 재료

1) 고성능강 – 항복강도 80kg/mm2 의 고성능강은 기존 고장력강[SM400, SM490]의 문제점이었던 용점성에서 많

  이  개선되었다. 또한 [극저항복점강]은 조성성분이 순철에 가깝고, 항복점은 10kg/mm2정도지만 변형이 큰 강재

  이다. 이 고성능 강을 기둥이나 보에 사용하고 브레싱이나 강판 내진벽 등에 극저항복점강을 사용하면 지진 시에

  저항복점강이 먼저 항복되어 그 인성에 의한 변형에너지로 지진력이 흡수되어 강구조물의 피해가 적고 복구도

  용이하게 된다.

 

2) TMCP강(thermo mechanical control processing)

철강재료에는 합금의 원소가 첨가되면  강도 상승의 효과가 있지만 용접부의 취성이 증대된다.

TMCP강은 이러한 문제점을 해결하기 위해 압연 가공과정 중에 열처리공정을 동시에 실행하여 제조되어 탄소당

량을 낮출 수 있어 용접열의 영향을 받는 부위의 취성화가 방지된다.

 

3) 초고장력강

초고장력강은 인장가도가 130kg/mm2이상으로 고성능강보다 강도가 높고 인성, 피로강도ㅡ 취성을 대폭향상시킨 강재다.

   ① 저합금계 초고장력강

Martensite계 저합금강을 저온의 tempering을 하여 만들고 판넬등의 결합금속물로 이용

 ② 중합금계 초고장력강  

    크롬 몰리브텐 등을 첨가하여 tempering처리에 의해 만들어지며 내열성이 요구되는 부분에 적용한다.

 ③ 고합금계 초고장력강 

      니켈 코발트 등을 첨가하여 9Ni-4Co강, maraging강, 석출경화 스텐레스강, 등이 있다. 인성이 향상되어 용접

      성도 매우 좋으며, 건축분야에는 해양구조물이나 원자력 관계의 시설 등 극심한 환경시설에 적용한다.

 

4) 아몰퍼스 (Amorphous) 금속

아몰퍼스 금속은 최근에 금속액체나 금속 가스를 초급냉 가공하여 만들어진 우리와 같은 비경질의 합금으로,

보통의 금속과 같은 결정입계, 전위, 적층결함이 없다. 200~ 300℃로 가열하면 결정화가 된다. 비정질 상태에

서는 기계적 화학정성질(내식성)이 뛰어나다. 실혼에서의 전기 비저항은 50~350µΩ.cm로서 보통금속보다 10~

 100배 크다,  전기적, 자기적 성질도 뛰어나다.

 

5) 신스테인레스강

  신 스테인레스 강의 종류는 STS 316, STS 304N 2, SCS 13A 등이 있으며 고온 및 저온 특성을 가지며 내식성,

  용접성, 내열성, 가공성 등이 개선된 것이다.

  태양열 온수기, 내식배관 등에 적용가능, 내화피복 없이 사용할 수 있다.

  표면에 착색된 도장 스테인레스강, 표면에 산화피막을 현성하여 빛의 간섭작용에 의해 여러 가지 색깔을 나타

  내는 발색 스테인레스강도 금속 내외장재나 주방용에 많이 이용된다.

 

6) 표면처리강판

   표면처리강판은 유기 또는 무기재료를 강재의 표면에 코팅하거나 라이닝 처리를 하여 내식성을 크게 향상시

   킨 것이다.

   ① 무기피복- 금속도금, 다른 금속과의 합성재로 사용

   ② 유기피복- 수지계재료의 도장

   ③ 종류- 용융도금강판, 전기도금 강판, 합성판, 표면처리강판, 도장강판, 라이닝 강판, 윤활제 피복강판 등

 

IV. 복합재료

 복합재료란 몇 개의 소재를 조합하여 만든 재료로서, 각각의 소재가 가지고 있는 장점을 최대한 활용함과 동시

 에 서로의 단점을 보완함으로써 강도, 강성, 경량성, 내구성, 내열성 등의 재료 성능을 향상시켜 하나의 소재로는

 불가능한 특성을 발휘한다.  

 

1. 복합재료의 종류

   1) 분산강화형 복합재료 (DRCM dispersion strengthened composite materials)

      입자(분산재)의 존재가 열처리나 경화 시에 그 구조를 안정시켜 치수안정성이나 강성 등을 향상시킴.

      (합금, 콘크리트 등)

   2) 섬유강화형 복합재료 (FRCM fiber reinforced composite materials)

      강도나 강성이 큰 섬유를 보강재로 사용하여 강도나 인성 등을 향상시킴.

       ① 섬유강화 플라스틱 (FRP fiber reinforced plastics 물탱크, 가설 화장실 등)  

       ② 섬유강화 금속 (FRM fiber reinforced metal)

       ③ 섬유강화 세라믹 ( FRC fiber reinforced cermics)

       ④ 섬유강화 콘크리트 (FRC fiber reinforced concrete) 등

     3) 적층강화형 복합재료 (PRCM particle reinforced composite materials)

         2차원적 성분을 가진 얇은 판(또는 막)을 겹쳐서 일체화시킴으로써 강도나 인성 등을 향상시킴. (알루미늄,

         티탄 합금판 등의 교착금속, 제진 강판 등)

 

2. 섬유 강화형 복합재료의 종류

      (1) 탄소섬유 (CF)

           1) PAN계; 일반 산업용 탄소섬유

2) Pitch계; 가격이 저렴하고 건축재료용으로 사용 (콘크리트 보강재, 패킹재, 단열재)

     (2) 아라미드 섬유(ArF)

        1) 분자구조에 따라 Kevlar 섬유와 Technolar 섬유로 분류

        2) 탄성계수는 작고 인성이 크다,

3) 내충격성이 우수하다.

4) 섬유강화콘크리트(AFRC)의 재료로 사용된다.

     (3) 비닐론 섬유(VF)

           1) 폴리비닐 알코올을 원료로 만든 합성섬유

        2) 시멘트계 기재(基材 matrix)에 대하여 부착성이 우수하여 석면대체재로 사용.

        3) 내알칼리, 부착성 내충격성이 우수하고 가격이 저렴하다.

        4) 가압성형에 의해 생산된다.

   (4) 유리섬유(GF)

1) 탄소섬유와 동일한 수준의 강도를 가지며 인성도 크다.

2) 내알칼리성이 약하다.

3) 가격이 저렴하다.

4) 유리보강섬유 콘크리트(CFRC)로 사용된다.

5) 흡음재, 보온재, 단열재, 전기 절연재로 이용된다.

 

V 신 고분자 재료

      합성 고분자 재료는 일반적으로 부자재를 혼합아여 합성섬유, 플라스틱, 합성고무 또는 접착제 등으로 이용

      되고 있다.

 

   1. 폴리머 콘크리트

      폴리며 콘크리트란 시멘트 페이스트를 결합재로 하는 기존의 콘크리트와는 달리 넓은 의미로써 폴리머(고분

      자수지)를 결합재 또는 전부, 일부를 사용한 것이다.  

     (1) 용도

        ① 레진 콘크리트, 폴리머 함침 콘크리트, 폴리며 시멘트 콘크리트를 구조재로 이용

        ② 콘크리트 구조물의 보수재로 이용 

        ③ 내구성 내마모성을 이용한 코팅재 및 라이닝 재료로 이용.   

        ④ 프리캐스트 부재의 접착제로 이용 

     (2) 폴리머 시멘트 콘크리트

         1) 결합재의 종류;  ①SBR(Stylene butadiene rubber)계, ②에멀젼계, ③에폭시 수지계

         2) 포장재, 바닥재, 방수재, 화학공장 바닥재 또는 라이닝 재, 외장뿜칠 미장재, 콘크리트 용 접착제, 철근

            콘크리트 구조물 보수재.

 

   2. 엔지니어링 플라스틱

      엔프라고 말하는 신고분자재료로 고강도 내열성, 내구성이 크고, 금속을 대체할 수 있을 정도의 성능이 있다.

      (1) 폴리카보네이트

          창문, 탑라이트(채광용 천창) 등에 사용되고 있다. 내충격성, 내후성, 자기소화성도 겸비하고 있다. 고가도로

          용 투명 방음벽에도 사용된다.

      (2) 폴리부텐수지

          ① 비중 0.93의 경량이고 내열성, 내수성, 내 오염성 등이 뛰어나다.

          ②가요성(可撓性)이 있어 엘보를 사용하지 않고 자유로운 배관이 가능하다.

          ③ 급수파이프, 급탕, 냉난방용 배관으로 사용이 가능하다.

      (3) 변성폴리오레핀 나일론

          비중이 1.08이며 탄성계수, 인장강도, 휨강도가 1,150, 500, 670×10⁴kg/cm² 인 변성포리오레핀 나일론 내열

          성 방수성, 내동해성이 뛰어나다. 

          섀시공사, 콘크리트용 앵커, 중공벽 플러그 드에 이용된다.

      (4) 폴리4불화에틸렌

비중 0.11~0.16, 인장강도 2,800×10⁴kg/cm²의 초경량 수지로써 향우 방수시트로 사용될 것으로 여겨진다.

 

   3. 미장마감도료

      (1) 고내구성 도료

         1) 불소계; 내후성이 우수하다.

            ① 굽는형; 불화비닐리덴이 주성분이며 금속판을 공장라인엣 도장하여 만든다.

                지붕재 외장재, 커튼월 재 등이 있다

            ② 상온경화형; 4불화 에틸렌과 비닐 에텔결합에 의한 도료로서의 용해성, 경도, 빛의 투과성 등을 만족

시킨 것이다.

            ③ 현장도장이 가능하고 내후성은 우레탄계 도료의 2배(20년) 정도 이다.

        

       2) 아크릴 실리콘계

           아크릴 비닐계 폴리머에 실리콘 기를 도입한 것이다.

           굽는 형과 상온형이 있다.

           내구성은 우레탄과 불소계의 중간정도 15년 정도이다.

 

     (2) 고의장성 도료

         구운벽돌이나 석재와 같은 중후한 질감을 나타내는 벽체의 뿜칠재료로 개발됨

         (스톤코트, 드라이 비트. 스터코 등)

 

4. 고흡수성 폴리머

1) 고흡수성 수지는 자중의 400배에서 1000배의 흡수능력을 가지는 것으로 폴리아크릴 산소다 및 폴리

    에틸렌 옥사이드 등이 있다.

        2) 묘목이식용 보수제, 원예용 토양보수제, 수분의 고화제, 결로방지제 등의 용도로 이용될 수 있다.

 

5. 신 세라믹 재료

        - 질화규소(Si₃N₄), 탄화규소(SiC), 알루미나(Al₂O₃) 등을 주성분으로 한다.

        - 장점; 경도, 탄성율, 내열성, 내식성, 열충격성이 크고 열팽창율이 작다.

        - 단점; 취성이 높고 제조 및 가공이 복잡하며 대형 부재를 만들기 어렵다.

 

       1) 인공목재

          무기계 고분자의 함수규산칼슘(CaO-SiO₂-H₂O) 화합물인 xonotolite가 주성분으로 유리섬유로 보강하여

          수지로 결합시킨 것이다.

          인공목재는 힘강도 압축강도가 천연목재의 1/4정도이므로 구조 부재로는 사용할 수 없다

          인공목재의 특징

           ① 불에 타지 않고 균질하다.

② 경량, 보온, 단열성이 천연목재와 동일하다.

③ 못을 박을 수 있고 가공성, 치수안전성이 좋다.

④ 변질, 부식, 충해 독성이 없다.

   

     2) 유리

        ① 조광유리는 두 장의 유리판 사이에 투명한 전극과 전해질 또는 액정을 넣어 전기를 통하게 함으로써 착

           색, 소색(消色), 투명, 불투명을 전기적 방법으로 조절할 수 있어 블라인드나 커튼을 사용하지 않고 공간의

           조도를 조절할 수 있다.

        ② 전자파 차폐유리; 도청장치, 전파장해 차단.

        ③ 유리질 광섬유; 태양집광기로부터 유리질 광섬유를 통하여 일사광을 끌어들여 지하실 등의 조명에 사용

            하는 장치.

 

      3) 제올라이트

          - 화학분야에서 반응매체로 불려지는 제올라이트는 흡착성이 뛰어난 미세한 다공질 재료로 공기중에 습기

            가 많을 때에는 수증기를 흡수하고 건조시에는 방출한다.

          - 제올라이트로 제작된 판넬은 미술관이나 박물관의 전시관 또는 수납고와 같이 습도관리가 요구되는 곳에

             적합하다.

 

 

VI 기타 신소재

      1. 지능재료 (인텔리전트 재료)

        1) 지능재료란 생물체와 같이 스스로 외부의 자극을 감지하여 적절학 대응할 수도 있도록 특성을 변화하는 재료를 말한다. 즉 추위의 환경조건 변화에 대해서 그것이 가지고 있는 기능이나 구조가 변화하는 자기 제어 능력이나 부분적인 파괴가 발생되더라도 자기 수복능력을 발휘할 수 있는 재료를 말한다.

         2) 요구성능; 자기진단, 자기조절, 자기수복, 자기증폭, 자기성장기구, 조율설(외부제어성)

         3) 응용; 콘크리트 구조물의 내부변형, 균열, 온도, 강재의 부식, 콘크리트의 중성화 깊이, 염소이온의 침투 깊이 등을 체크하여 색상 등으로 나타내어 인지시킬 수 기능.

 

        2. 경사기능재료

1)초고온에 접하는 쪽은 세라믹으로 하여 초 내열성을 부여하고 반대로 극저온에 처하는 쪽은 금속을 배치하여 그사이의 조직, 조성분포나 공극율을 연속 제어함으로써 적절한 열전도 성과 기계적 강도를 부여함과 동시에 최대한 열응력 완화기능을 발현 시킬 수 있는 재료이다.

 

2) 건축분야에서도 종래와 같이 구조부재와 단열재료를 복합화하는 것이 아니라 구조재 자체에 미세구조를 연속적으로 변화시켜 열응력 완화기능을 부여할 수 있을 것으로기대된다.

 

 <참조> 건축재료, 기문당, 대한건축학회 2003년