R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201717TBIP-C110826-02 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술사업화지원 | |||||
| 연구과제명 | 콘크리트 품질관리 및 노후 건축물 안전 진단을 위한 전기량 적정 방식 휴대형 굳지 않은 콘크리트 및 경화 콘크리트 염화물 측정 시스템 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-04-27 ~ 2017-10-26 | |||||
| 연구책임자 | 서인호 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
8명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 220,000,000 원 기업 : 147,230,000 원 계 : 367,230,000 원 |
총연구비 | 정부 : 440,000,000 원 기업 : 319,758,000 원 계 : 759,758,000 원 |
|||
| 연구기관명 | 대윤계기산업(주) | |||||
| 등록 발간번호 | TBIP-C110826 | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
굳지 않은 콘크리트는 연간 7조원에 달하는 거대한 시장규모를 가지는 국가기반시설의 인프라 구축 등에 중요한 역할을 담당하는 토목·건축 재료로 콘크리트의 품질관리는 국민의 안전과 직결되어 사회적으로 중요시 되고 있다. 최근 콘크리트 구조물의 성능 저하에 대한 관심이 고조되면서 주요 원인으로 지적되고 있는 동결 용해의 반복, 중성화로 인한 콘크리트의 열화, 염소이온 (chloride, Cl-)의 침투·확산에 의한 콘크리트 내 철근 부식 등에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 염소이온에 의한 철근의 부식은 발생 빈도나 손상 면에서 심각한 요인으로 콘트리트 타설 후에는 복원이 불가능하여 콘크리트 제조 단계에서의 염소이온 함량 관리는 매우 중요한 요소로 작용하고 있다. 국가적으로 KS 규격, 콘크리트 표준시방서, 콘크리트 구조설계기준 등에서 콘크리트 내 염소이온 함량을 0.3 %(0.3 kg/m3) 이하로 규제하고 있어 콘크리트 품질관리에 있어 염소이온 함량 측정은 필 수적이다. 건축물의 고층화에 따라 용도별 다양한 종류의 기능성 시멘트 및 혼화제가 사용되고 있어 각 조성물에 대한 사전 염소이온 측정 및 바다 모래와 같이 염소이온이 다량 포함된 골재에 대한 엄격한 품질관리가 요구되고 되고 있다. 콘크리트 내 염소이온 농도를 측정하기 위한 방법으로 시료의 전처리, 현장측정이 가능한 장비 휴대성 등을 고려한 염소이온선택성 전극을 이용한 전위차법 염소이온 측정기가 가장 널리 이용되고 있었다. 그러나, 기능성 시멘트, 혼화제 및 수입 재활용 시멘트 사용 증가로 염소이온선택성 전극을 이용한 염소이온 측정 시 방해작용을 일으키는 NO3-, SCN-, SO42-, Br- 등의 다양한 음이온의 종류와 함량 증가에 따른 수치 이상이 간헐적으로 발생되어 품질관리에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 최근 이러한 특정 음이온에 의한 방해 작용을 최소화하기 위한 방법으로 일정 전압/전류 인가를 통해 생성된 양이온과 염소이온의 침전을 통해 염소이온 함량을 측정하는 전기량 적정 방식의 제품화 연구가 진행되고 있다. 아직까지 국내에서는 전기량 적정 방식의 측정 장비는 출시되지 못하고 있는 실정이나 해외의 경우 일본 Ashahi Life Science의 SALMATE-100 등이 출시되어 판매되고 있다. 국내에 수입되는 제품의 경우 장비 및 사용되는 바탕용액, 전극 등 소모품 또한 고가로 필수 장비임에도 불구하고 제한적으로 사용되고 있는 실정으로 장비 국산화를 통한 저변확대가 시급한 실정이다. 본 과제를 통해 연구 개발 여건이 취약하여 고가의 수입 제품에 의존하고 있어 저변 확대가 어려운 비첨단산업 분야인 콘크리트 품질관리 및 콘크리트 구조물의 안전진단 분야의 사후 관리를 활성화할 수 있는 전기량 적정 방식 휴대형 염소이온 측정 장치의 국산화를 통한 시장성 개선 및 기술경쟁력을 강화하고자 한다. [최종목표] 콘크리트 품질관리 및 노후 건축물 안전 진단을 위한 콘크리트 내 염소이온 함량 측정 시 기능성 시멘트, 혼화제 및 수입 재활용 시멘트 사용 증가 등으로 인해 발생되는 다양한 음이온에 의한 방해작용을 제거하기 위한 방법으로 전극에 일정 산화전류 인가를 통해 생성된 은이온(Ag+)과 시료에 포함된 염소이온(Cl-)의 침전반응에 의해 발생된 전기적 신호 변화를 통해 염소이온 함량을 측정하는 전기량 적정 방식의 휴대형 염화이온 측정 장치 - 재현성이 우수한 바탕 전해질 용액 조성 및 함량 최적화 - 전기량 전적 방식 센서 모듈 설계/구현 - 일정 전류 전기량 적정 창치 회로 설계/구현 - 제어/연산 알고리즘 설계/구현 [연구내용 및 범위] <1차년도> - 국내외 기술 동향, 시장 조사 및 관련 특허 현황 기술 비교 - 외국 제품의 성능 수준을 평가를 통한 개발 제품의 개선 방향 도출 및 개발 방향 수립 - 바탕 용액의 산성, 중성, 염기성 조건에 따른 침전 특성 연구 - 염화은 침전물의 침전 상태를 유지하기 위한 증점제 종류 및 함량에 따른 반응 특성 연구 - 산화제 첨가에 따른 침전 반응 특성 연구 - 염화은 침전물의 침전 상태를 유지하기 위한 증점제 종류 및 함량에 따른 반응 특성 연구 - 방부제 종류 및 첨가량에 따른 염화이온에 대한 침전 특성 및 측정 정확도 연구 - 센서 산화전극 형태에 따른 침전 반응 특성 연구 - 센서 산화전극 순도에 따른 침전 반응 특성 연구 - 일정 산화전류 인가 회로 설계 - 산화 시 변화되는 전기적인 신호를 검출 할 수 있는 검출회로 설계 - 기준전압 및 산화전류 전류 제어 회로 설계 - 전기량 적정 방식 회로 PCB 설계 및 제작 - 산화전류 변화에 따른 측정전압 변화를 이용한 제어 및 연산 알고리즘 설계 - 시료 내 염화이온 함량에 따른 단계별 산화전류 인가 변화 제어 알고리즘 설계 - 산화 전류 제어를 통한 측정 시간 변화 알고리즘 설계 - 산가용성 추출액의 산 종류 및 함량에 따른 추출 특성 연구 - 수용성 추출액의 Buffer 종류 및 함량에 따른 추출 특성 연구 - 전극 재질과 전극 형태를 반영한 센서 하우징 설계 - 프린터, 디스플레이, 키패드 등 사용자 편이성을 고려한 측정부 하우징 설계 - 현장 사용 및 사용자 편이성을 고려한 측정 장치 case 설계 - 내부 성능 평가용 시제품 제작에 따른 성능 평가 <2차년도> - 바탕용액의 보관 안정성 등 장기 안정성 향상 및 현장 적용 시험을 통한 조성 최적화 - 산가용성/수용성 추출액의 보관 안정성 등 장기 안정성 향상 및 현장 적용 시험을 통한 조성 최적화 - 최적화된 전극 재질과 전극 형태를 반영한 센서 하우징 제작 - 외부 noise에 의한 신호 왜곡 등 차폐 회로 설계 및 제작 - 측정기 소형화에 따른 회로의 고집적화 - 정전류 인가 회로 등 전기량 적정 방식 따른 최적 회로 설계 및 PCB 제작 - 신호 처리 알고리즘 개발 및 표준화 - 단계적 상황에 따라 측정상태 및 이상유무를 판단할 수 있는 자기 진단 기능 부여 - 용량을 고정한 일회용 바탕 전해질, 추출액 및 일정 부피 시료 채취용 피펫 제공으로 숙련도에 관계없이 측정치 신뢰성 확보 - 휴대성 및 사용자 편이성을 고려한 최적의 센서 하우징 및 측정 시스템 디자인 - 현장 적용 시험을 위한 시작품 제작 및 성능 평가 - 현장 적용 시험 데이터 분석을 통한 개선 사항 도출 - 현장 적용 시험 평가 결과에 따른 제품 개선 - 개선/보완제품의 성능 평가 - 현장 적용 시험 결과를 반영한 판매 가능 수준의 최종 시제품 제작 - 자체 최종 성능 평가 - 개발 관련 기술적 성과물을 기반으로 최종보고서 작성 |
|||||
| 색인어 | 한글 | 콘크리트 | 염화이온 | 전기량 적정 | 휴대형 | 품질 관리 |
| 영문 | Concrete | Chloride | Coulometric titration | Portable | Quality control | |
| 최종보고서 | 최종보고서_대윤계기산업(주).pdf | |||||