경질 우레탄폼 단열재의 평면 지붕에서 반복하중(1)

경질 우레탄폼 단열재의 평면 지붕에서 반복하중(1)​

 

경질 우레탄폼 단열재 및 타 단열재에 대한 평면 지붕에서 반복하중 시 단열층에 대한 요구 사항을 외국 자료를 번역, 정리하여 올려드립니다.

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—————————————– 목 차 —————————————–

​1. 내용 요약

2. 서론

3. 기존 시험방법은 반복적인 하중 해결에 실패

4. 평면 지붕 적용에서 경험

5. 반복 하중의 영향을 평가하기 위한 방법

6.CE 마크를 위한 반복 하중과 압축시험

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1. 내용 요약​

평면 지붕은 종종 건축과 유지보수 과정에서 보행자 또는 작은 차량의 동적 기계적 하중에 노출됩니다. 평면 지붕에 태양광 판넬의 설치 증가는 태양광 판넬을 설치하는 동안 집중적인 보행을 주도하고 설치된 후 바람은 추가적인 기계적 부하를 생성 할 수 있습니다. 그 결과, 손상된 단열재로 인해 평면 지붕에서 관찰 된 큰 변형 사례들이 나타납니다. 수리비용은 주로 손상 된 단열재와 지붕 밀폐를 하는 데 소요됩니다.  

​반복적인 하중은 단열층의 큰 변형과 압축강도의 감소로 이어질 수 있습니다. 단열재 단독으로 정적 압축의 해소는 특정 응용 프로그램을 구축하기에 충분하지 않을 수 있습니다. 건물에 적용된 단열재의 반복적인 압축

하중을 고려하기 위한 새로운 시험절차가 필요하다는 생각이 증가하고 있습니다. 

​ 이 자료는 시험 방법을 제시하고, CE 마크를 위해 반복적인 하중 시험을 간략하게 설명합니다. 지상에서 경험과 테스트 결과 나타나는 모두는 단열재의 CE 마크를 위하여 제시 된 압축 강도와 응력이 2% ​변형에서 반복 하중에 노출 된 평면 지붕의 안전설계를 허용해야합니다.

 

2. 서론​

CE 마크는 10% 변형에서 크리프 변형의 포인트 하중용량 또는 장기적인 압축 등 이러한 압축 강도 및 응력 등의 특성과 관련이 있습니다. 이러한 특성은 정적 하중 노출에 따라 결정됩니다. 그러나 일부 특정 프로그램에서 동적 하중이 단열의 완전성과 관련 될 수 있습니다.

 

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[손상된 지붕의 예]​

 

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3. 기존 시험 방법은 반복적인 하중 해결에 실패 

오늘날 정적 시험방법은 건물에 적용되는 단열재의 압축 동작을 측정하기 위하여 사용됩니다. ​압축 강도와 응력은​10% 변형에서 측정됩니다.

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[10% 변형에서 압축 강도와 압축 응력]

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그러나 특정한 적용에서 경험은 10% 변형의 한계 수준과 정적 시험방법의 사용을 제시하고, 평면 지붕 적용에서 발생할 수 있는 반복적인 하중 아래에서 단열재의 압축 동작에 대한 충분한 정보를 제공하지 않을 수 있음을 보여줍니다. 이것은 사람과 작은 차량이 반복적으로 건설 및 유지 보수를 위한 경우 또는 태양광 판넬을 평면 지붕에 설치하는 경우 특히 그러합니다. ​

 

4. 평면 지붕에서 경험 

아헨 응용 물리학 연구소는 큰 변형이 손상된 단열재에 의한 평면 지붕에서 관찰된 것으로 보고하였습니다. ​처음에 이것은 습기의 침투에 특정한 단열재의 압축 강도(변형 증가)의 손실을 연결하는 논리 같았습니다.

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[변형 측정]

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그러나 전문가들 사이에서 연구소의 조사 결과는 단열재는 습기가 없는 경우에도 반복적인 하중이 더 문제가 될 수 있다는 결과가 나왔습니다. 빈번하게 자주 걸어야 하는 지역은 압축 강도를 감소하였습니다. ​이것은 조건(습도 함량, 습기 침투 기간, 특정 무기질 단열재 제품의 구성, 부하 수준) 건조가 가능하고, 그 밑에 단열재가 손상된 조건 아래에서 단열재의 손상으로 교체해야 할 때 조사하였습니다.  

조사는 아래와 같은 결론에 도달하였습니다.​

1) 단열재의 약점은 너무 높거나 반복적인 하중에서 발생 될 수 있습니다.

2) 설치된 단열재의 허용 변형은 10% 변형 압축 표준시험으로부터 파생되어서는 안됩니다.

 

 

5. 반복 하중의 영향을 평가하기 위한 방법 

반복 하중에 의한 단열재의 잠재적인 손상을 예측하는 새로운 지붕 보행자 시뮬레이션 방법이 개발되었습니다. 25kg의 방수 롤과 75kg의 사람(구두로) 다리의 반복적인 걷기를 시험하는 컴퓨터가 내장된, 소위 마라톤 맨 시험 방법입니다. 지붕의 반복 하중 강도와 부하 사이클 수는 조정될 수 있습니다.

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[마라톤 맨 시험 장비]

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시험을 수행하기 위해서, 평면 지붕에 표준 경질 우레탄폼 단열재(보온판) 밀도 35kg/㎥와 양면에 알루미늄 호일 ​50㎛(Ins 1)를 사용하였습니다. 단열재는 일반적으로 사용하는 다른 유기 단열재(Ins 2) 및 무기 단열재(Ins 3)와 비교 시험을 하였습니다.  

그림과 같이 압축 강도(CS)에 대한 상당한 변화가 관찰되었습니다. 

[시험 후 압축 강도의 손실]

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  경질 우레탄폼 단열재의 경우 압축 강도의 감소가 20%로 한정되었으며, 유기 단열재(Ins 2)의 경우 압축 강도의 감소는 8%였습니다. 그러나 무기 단열재(Ins 3)의 경우 큰 감소를 보여줍니다. 남아있는 압축 강도는 5사이클 후 약 50%였고, 30사이클 후에는 15% 미만이었습니다. ​

이 작업은 실제 보행성에 대한 지붕 재료의 성능을 반영하는 시험을 도입함으로써 건물 규정에 적용하는 방법이 네덜란드에서 토론이 이루어졌습니다. “마라톤 맨” 방법은 선택 중 하나입니다.​

분류 체계는 네덜란드에서 BDA에 의해 제안되었습니다.

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6. CE 마크를 위한 반복 하중과 압축 시험 

​ 앞에서 설명한 바와 같이 “반복 하중을 평가하기 위한 방법” 시험기기는 평지붕 적용 단열을 위한 현실적인 시나리오를 나타내고 있지만, CE 마크 사용을 위한 단열재의 평가는 매우 복잡합니다. 그리하여 FIW(뮌헨)은 정규 압축 시험기에 대한 시험 시나리오의 개발과 다른 단열재에 대한 시험을 시행하 도록 요청하였습니다. 

하중은 5 사이클로 증가 수준을 선택하였습니다.  

1) 하중 시간: 1s

2) Free Time: 60s

3) 하중 속도: 180mm/min

4) Load at free time: 2kpa

5) 샘플 규격: 100mm × 100mm 

시험 결과는 증가되는 하중 수준과 함께 압축 하중 사이클 아래에서 증가하는 비선형 변형을 명확하게 보여 줍니다.

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[주기적인 압축 응력을 통해 경질 우레탄폼 단열재의 변형]

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선형 변형 행동은 2% 변형에서의 하중 수준까지 관찰되었습니다. FIW는 시험에서 다음과 같은 결론을 내렸습니다. “동적 하중과 평면 지붕에서 실제 노출과 10% 변형 압축 강도의 측정 값 사이에는 큰 차이가 있습니다. 설명된 도표에 따라 동적 하중 후, 시험 결과의 집합을 얻었습니다. 2% 변형에서 압축 응력 값은 ≤2% 변형의 하중 수준 및 Free time 후 얻어진 하중 수준과 아주 잘 맞습니다.”​

 

7. 다음 단계​

보행성이나 태양광 판넬이 바람 흡입에서 평면 지붕에 반복적인 압축 하중은 단열층의 완전성 및 장기적인 기계적인 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 단열재의 CE 마크에 대한 10% 변형에서 제시된 압축 강도 및 응력은 평면 지붕 구조의 안전 설계에 대한 충분한 정보를 제공하지 않을 수 있습니다. 연구 결과와 조사는 CE 마크와 ​2% 변형에 주기적인 압축 하중 성능을 제시하는 단열재에 대한 필요성을 강조합니다.