비정상 열선법과 열선 비교법을 통한 얇은 다공질 복합재료의 열전도율 측정 방법

Thermal-Conductivity Measurement of Thin Porous Composite Materials via Combined Transient Hot Wire and Comparative Approach

본 연구에서는 얇은 다공질 콘크리트의 열전도율을 재현성 있게 산정하기 위해 비정상 열선법과 비정상 열선 비 교법을 결합한 2단계 측정 절차를 정식화하였다. 축대칭 해석해에 기초하여 반무한 근사가 성립하는 반대수 회귀구 간을 명시하였고, 비정상 열선법에 따라 표준시험체의 열전도율 2.13 ± 0.02 W/m⋅K (n = 3)를 확인하였다. 얇게 절 삭된 콘크리트 시편의 적층 실험을 통해 총 두께 약 15 mm 시편의 이탈점을 약 100 s로 규명하고, 시편의 회귀구간 을 30∼80 s로 설정하였다. 설계강도 100 MPa의 콘크리트 시편을 이용하여 열전도율을 측정하였으며, 선행연구에서 유사한 설계강도 배합을 대상으로 측정한 데이터와의 차이는 최대 0.17 W/m⋅K로서, 양생조건 및 함수율의 차이를 고려하면 합리적인 결과로 판단하였다. SF의 혼입 유무, 함수상태 및 섬유혼입량을 변수로 열전도율을 비교하였으 며, 상대습도 57%에서의 함수상태는 절건상태 대비 열전도율이 전반적으로 높았고, PP섬유 혼입율에 따른 열전도율 의 변화는 뚜렷하지 않았다. 제안 절차는 단순 장치와 짧은 시험 시간으로 적용 가능하며, 얇은 콘크리트 및 유사 다공질 재료의 실험실⋅현장 활용에 유용한 실용적 방법을 제공한다.

This study presents a concise two-step protocol that combines the transient fine-wire heating method with the fine-wire comparison method to obtain reproducible thermal-conductivity values for thin porous concrete. Using an axisymmetric analytical solution, a semi-log regression window was defined to satisfy the semi-infinite assumption; for the standard specimen, 30∼100 s of regression yielded 2.13 ± 0.02 W/m⋅K (n = 3). Layered tests on thinly sliced specimens identified a departure point of approximately 100 s for a total thickness of approximately 15 mm, thereby supporting a 30∼80 s analysis window for thin specimens. For concrete with a design strength of 100 MPa, the maximum difference from prior 30 ℃ data for similar mixes was 0.17 W/m⋅K, which is reasonable considering curing and moisture differences. Parametric comparisons showed that conditioning at 57% relative humidity increased conductivity relative to oven drying, whereas the polypropylene fiber dosage did not generate a clear room-temperature effect. This protocol uses simple equipment and short test times, improves reproducibility via an explicitly defined semi-log window and departure point, and is practical for thin concrete and similar porous materials in laboratory and field settings.