본문내용
1. 건축재료 개요
1.1. 건축재료의 분류
건축재료는 크게 재질분야별, 사용목적별, 화학조성별, 건물부위별, 공사구분별, 제조공정별로 분류할 수 있다.
재질분야별로는 천연재료인 석재, 목제, 토벽 등과 인공재료인 금속제품, 요업제품, 석유제품 등으로 나뉜다. 사용목적별로는 구조재료인 목재, 석재, 콘크리트, 철강 등과 마감재료인 타일, 유리, 도료 등, 차단재료인 아스팔트, 실링제, 단열재 등, 방화 및 내화재료인 방화문, 내화재 등으로 구분된다. 화학조성별로는 무기재료인 비금속 재료와 금속 재료, 유기재료인 천연재료와 합성수지로 나눌 수 있다. 건물부위별로는 바닥재, 벽체재, 천장재 등으로 분류할 수 있으며, 공사구분에 따라 기초, 골조, 내외장, 마감 등으로 나뉜다. 제조공정별로는 가압성형재, 소성재, 섬유재, 금속재 등으로 분류된다""
1.2. 재료의 요구 성능
재료의 요구 성능은 건축물의 사용목적과 성능을 만족시키기 위해 필요한 재료의 특성을 의미한다. 건축재료에 요구되는 성능으로는 역학적 성능, 물리적 성능, 내구성능, 화학적 성능, 방화 및 내화성능, 감각적 성능, 생산성능 등이 있다.
첫째, 역학적 성능이란 재료의 강도, 변형, 탄성계수, 크리프, 인성, 피로강도 등을 말한다. 건축물의 구조적 안전성을 확보하기 위해서는 적절한 강도와 변형 특성이 요구된다.
둘째, 물리적 성능에는 비중, 경도, 수축, 열, 음, 빛, 수분의 투과와 반사 등이 포함된다. 이는 건물의 단열성능, 음향성능, 광학성능 등을 결정하는 데 중요한 요소이다.
셋째, 내구성능은 재료의 산화, 변질, 열화, 풍화, 재해, 충해, 부후 등에 대한 내구력을 의미한다. 건축물의 수명과 직결되는 성능으로, 장기간 견딜 수 있는 재료의 선택이 필수적이다.
넷째, 화학적 성능은 산, 알칼리, 약품에 의한 재료의 변질 및 부식 정도를 나타낸다. 화학적 열화를 방지하기 위해 화학약품에 대한 저항성이 요구된다.
다섯째, 방화 및 내화성능은 연소성, 인화성, 용융성, 발연성, 유동성가스 등 재료의 화재안전성능을 나타낸다. 화재에 대한 안전성 확보가 중요한 성능이다.
여섯째, 감각적 성능은 색채, 명도, 감촉, 오염성 등 재료의 외관과 촉감에 관한 특성이다. 시각적, 촉각적 만족도를 높이기 위해 고려되어야 한다.
일곱째, 생산성능은 자원, 생산성, 공해, 가공성, 시공성, 운반, 재이용 등 재료의 제조 및 사용 과정에서의 효율성을 나타낸다. 경제성과 환경친화성을 함께 고려해야 한다.
이와 같이 건축재료는 다양한 성능 요구사항을 만족시켜야 하며, 이를 통해 건축물의 안전성, 쾌적성, 경제성 등을 확보할 수 있다."
2. 재료과학 개론
2.1. 재료의 구성
재료는 크게 용매체, 집합체, 복합체로 구분할 수 있다. 용매체는 액상의 것으로 접착제나 도장재가 이에 속하며, 유기용매나 수용액과 같이 두 종 이상의 원자 또는 분자가 용해된 상태의 물질을 말한다. 집합체는 단일 재료로서 무수의 원자나 분자가 균질하게 집합되어 있는 고체 물질을 뜻한다. 마지막으로 복합체는 서로 다른 재료가 결합되어 새로운 성질을 갖게 된 재료를 의미한다. 콘크리트나 섬유강화플라스틱과 같이 둘 이상의 재료가 복합되어 있는 경우가 이에 해당한다. 이때 단순히 섞여 있는 경우를 혼합체라고 한다. 금속, 무기광물질, 유기광물질 또한 재료의 구성 요소로 볼 수 있다. 무기광물질인 암석, 점토, 세라믹은 내화성이 강하고 소성가공이 어려운 특성이 있다. 반면 목재, 플라스틱과 같은 유기물은 가소성이 풍부하고 열에 약한 경향이 있다. 이와 같이 재료를 용매체, 집합체, 복합체로 구분하고 물질의 특성에 따라 금속, 무기광물, 유기물로 나누어 볼 수 있다.
2.2. 재료의 조직과 성질
마이크로 조직은 미세조직, 현미경조직이라 불리며, 결정구조와 비결정구조로 분류된다. 결정구조는 원자들이 규칙적으로 배열된 상태를 말하며, 비결정구조는 원자들이 불규칙적으로 배열된 상태를 의미한다.
마이크로 조직은 재료의 미세구조를 나타내며, 재료의 물리적 성질과 화학적 성질에 큰 영향을 미친다. 결정구조의 경우 원자들이 규칙적으로 배열되어 있어 강도와 경도가 높으며, 비결정구조는 원자들이 불규칙적으로 배열되어 있어 상대적으로 강도와 경도가 낮다.
한편, 매크로 조직은 조대조직, 육안으로 관찰 가능한 조직을 의미한다. 매크로 조직은 단일조직과 복합조직으로 분류된다. 단일조직은 하나의 재료로 구성된 조직이며, 복합조직은 둘 이상의 재료로 구성된 조직을 말한다.
재료의 매크로 조직은 재료의 물리적 성질과 외관 특성에 영향을 미친다. 단일조직의 경우 균일한 특성을 보이지만, 복합조직은 재료 간 상호작용에 따라 다양한 특성을 보일 수 있다. 예를 들어, 콘크리트와 같은 복합재료는 시멘트 페이스트와 골재의 상호작용에 따라 강도, 내구성 등의 특성이 달라진다.
이처럼 재료의 조직은 마이크로 조직과 매크로 조직으로 구분되며, 각각 재료의 물리적, 화학적 성질에 영향을 미친다. 따라서 건축재료를 선택할 때는 재료의 조직 특성을 고려하여 적절한 재료를 선택해야 한다.
2.3. 적층재료의 성질
적층재료는 두 종류 이상의 서로 다른 재료를 층을 이루어 결합한 재료이다. 적층재료는 개별 재료의 장점을 복합적으로 활용하여 보다 향상된 성능을 발현할 수 있도록 만들어진다.
적층재료는 재료의 배치 방식에 따라 동종재료를 적층한 조직, 이종재료를 매립적층한 조직, 샌드위치 구조 등으로 구분된다. 이러한 적층 구조 덕분에 적층재료는 단일 재료에 비해 우수한 역학적 성질, 물성, 기능성 등을 가지게 된다.
먼저 역학적 성질 면에서, 적층재료는 재축방향과 휨방향의 변형 및 응력 특성이 우수하다. 재축방향의 변형과 응력은 각 층의 성능이 복합적으로 작용하여 발현되며, 휨 시에도 상부와 하부의 응력 특성이 효과적으로 활용될 수 있다. 이를 통해 단일 재료로는 달성하기 어려운 높은 강도와 내구성을 확보할 수 있다.
물성 측면에서도 적층재료는 장점을 가진다. 내수성, 방수성, 단열성, 흡음성 등 다양한 물성을 층마다 다른 재료를 활용하여 구현할 수 있다. 예를 들어 중심부에 단열재를 배치하고 표면층에 방수, 내구성 재료를 사용하면 뛰어난 단열 성능과 내구성을 동시에 확보할 수 있다.
또한 적층재료는 불연성, 내화성 등의 기능성도 우수하다. 내화재료와 단열재를 조합하거나 표면에 내화 코팅을 하는 등의 방법으로 화재에 대한 안전성을 높일 수 있다. 이처럼 적층재료는 다양한 재료를...
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