R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C129720-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 극한환경(-30°C)에서 발열양생 및 융설/융빙(30°C/10min)이 가능한 나노 콘크리트 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-04-01 ~ 2018-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 정원석 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
12명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 169,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 169,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 경희대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
최근 들어 주요 선진국 건설정책 패러다임이 ‘효율’에서 ‘안전’으로 전환됨에 따라 국내에서도 그 중요성이 부각되고 있다. 더욱이, 국내의 경우 지형적 특성상 상당수의 도로가 산간 혹은 천변을 경유하여 건설되어 있어 안개나 강우 등 자연재해에 매우 취약한 구조로 이루어져 있으며 이로 인한 직접적인 사고는 물론 2차 사고의 위험성도 항시 내재하고 있다. 또한 지구 온난화의 영향으로 지난 80년간 겨울철 지속기간이 점점 짧아지고 있으나 국지성 기습강설 빈발 등 이상기후 징후는 계속 늘어나는 추세이다. 최근 10년간 겨울철 자연재난 발생현황을 분석하면 대설, 풍랑으로 인한 재난이 지속적으로 발생하고 있다. 또한 영하권의 온도가 지속되면서 대도시 등 교통량이 많은 지역에서는 적은 눈에도 빙판길이 예상되어 제설 및 제빙대책이 필요하다. 기존에 도로안전을 위해 살포된 제설제가 환경문제에 의한 피해와 구조물 손상을 유발한다. 따라서 사후대응이 아닌 사전 예방적인 도로 융설 및 융빙 대책의 중요성이 대두되고 있다. 현재까지 개발된 도로의 결빙방지 기술들은 시공 또는 유지관리상에 예상치 못한 여러 문제점이 도출되고있다. 따라서 보수가 비교적 용이하고 유지관리비를 획기적으로 줄일 수 있는 융설 및 융빙공법의 개발이 매우 절실한 상황이다. 또한 건설 기술적인 측면에서 극한환경에서 콘크리트를 양생할 시, 초기 동해를 방지하고 설계압축강도를 확보할 수 있는 새로운 양생방법의 개발이 필요하다. 지금까지 극한환경에서 콘크리트를 양생 시 열선을 매립하여 열을 전달하거나 발열거푸집 또는 골재나 물을 가열하여 시공성을 향상시키고자 시도하였으나 이러한 방법은 극한 동절기 환경에서 콘크리트 내부온도를 일정하게 유지하기 어려운 한계점이 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 최근 건설 선진국에서는 나노기술의 적용으로 건설산업의 패러다임이 전환되고 있으며 관련 산업화가 급진전 되고 있다. 그러나 나노재료의 활용이 다양한 분야에서 주목받고 있음에도 불구하고 국내에서는 아직 나노기술을 이용한 건설재료가 시작단계로 해외의 기술수준에 비해 뒤쳐져 있는 실정이다. 또한 탄소계열 나노소재는 현재 세계적으로 관련 연구가 초기단계이고 체계적으로 정립된 분야가 아니므로, 국내의 활발한 나노 기초연구와 융합하여 건설 나노 콘크리트 분야의 선도적 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 최근 우수한 물성으로 각광받고 있는 탄소계열 나노소재(Carbon Nanotube, graphene 등)와 콘크리트를 융합하여 극한환경에 대응가능한 다기능 자기발열 콘크리트를 개발하고자 한다. [최종목표] 최근 기후변화로 발생하는 대설, 한파 등의 극한환경에 대응하기 위해 탄소계열 나노소재를 혼입한 발열 콘크리트를 개발하여 초기 콘크리트의 발열 양생기술로 극한환경에서의 상시 시공기술을 확보하고, 굳은 콘크리트의 융설 및 융빙 기술을 확보함. - 탄소계열 나노소재 활용 발열 콘크리트 배합 기술연구 - 콘크리트 초기발열양생 및 강도향상 기술 - 융설 및 융빙을 위한 자기발열 콘크리트 기술 - 자기발열 콘크리트 내구성 확보 기술 [연구내용 및 범위] 1. 탄소계열 나노소재 활용 발열 콘크리트 배합 기술연구 1) 강도 및 발열기능 향상을 위한 최적 탄소계열 나노소재 및 함량 선정 - 최적 발열효율과 압축강도를 발현하는 탄소계열 나노소재(탄소나노튜브, 그래핀, GO, rGO 등) 선정, 그 외 최신 연구결과를 반영하여 추가 나노재료를 고려 - 탄소 나노 튜브와 그래핀의 다양한 함량이 분산 효율, 재료성능에 미치는 영향 분석, 발열효율과 강도를 확보하는 나노소재의 최적 혼입율(시멘트 대비 무게비율) 대역 도출. 최적 혼입율을 고려한 경제성 분석 2) 나노 콘크리트 제작을 위한 배합기술 개발 - 나노소재를 시멘트에 분산하여 콘크리트를 배합하는 Dry mix 방법과 나노소재를 물에 분산하여 콘크리트를 배합하는 Wet mix 방법의 비교분석 후 최적 배합법 도출 - 효율적인 분산을 위해 나노재료 분산관련 연구실과 융합적 연구협력 구축 및 해외 전문가 활용 2. 발열 콘크리트 초기발열양생 및 강도향상 기술 1) 극한환경 모사 기후환경 실험실을 활용한 초기 발열양생 실증시험 및 성능분석 - 기후환경실험에서 발열 양생되는 나노 콘크리트의 온도변화 및 조절방법 분석 - 기후환경실험에서 발열 양생된 콘크리트의 시공성 분석 - 기후환경실험에서 발열 양생된 콘크리트 품질 검증 2) 압축 강도 및 휨강도 시험 분석 - 기후환경실험에서 초기 자기발열 양생을 실시한 공시체의 압축강도 시험 및 분석 - 기후환경실험에서 자기발열 양생을 실시한 공시체의 휨강도 시험 및 분석 - 기후환경실험에서 양생된 일반 콘크리트 공시체와의 강도 비교분석 3. 융설 및 융빙을 위한 자기발열 콘크리트 기술 1) 극한환경 모사 기후환경 실험실을 활용한 융설 및 융빙 실증시험 및 성능분석 - 굳은 나노 콘크리트의 발열에 따른 기후환경실험실에서의 융설 및 융빙 성능 분석 - 발열 효율 최적화를 위한 전극의 재료 및 위치 선정 2) 다양한 실험체 크기에 따른 자기발열 성능의 크기효과 분석 - 다양한 실험체 크기를 반영한 공급전압과 발열온도의 상관관계 분석 - 크기효과를 고려한 융설 및 융빙 효율성 분석 4. 유사환경 기초 실험기술 1) 유사환경 모사 발열 성능 시편 실험 - 항온항습챔버를 활용한 발열콘크리트 온도실험 실시 - 최적 발열효율과 압축강도를 발현하는 탄소계열 나노소재와 혼입율 결정을 위한 시편단위 실험 실시 2) 발열 온도 구배 조절기술 - 최적 나노소재와 혼입율 상태에서의 공급전압과 온도상승 관계 정립 - 온도 상승 조절 기능으로 급격한 온도변화에 의한 균열 방지기술 도출 5. 극한 환경 실험기술 1)초기 콘크리트 발열양생 실험 - 기후환경 실험실에서 극한환경모사 발열양생을 위한 실험 방법 도출 - 대형 기후환경 실험실을 활용하여 콘크리트의 자기발열 초기양생 실증시험을 실시 2)굳은 콘크리트 융설 및 융빙 실험 - 기후환경 실험실에서 극한환경모사 융설 및 융빙을 위한 실험 방법 도출 - 대형 기후환경 실험실을 활용하여 굳은 콘크리트의 융설 및 융빙 실증시험을 실시 6. 발열 콘크리트 내구성 분석 - 국내외 자기발열 콘크리트 내구성 분석 사례의 조사, 분석, 및 평가 - 나노 발열 콘크리트의 내구성 분석을 위해 공인인증 시험을 실시 |
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| 색인어 | 한글 | 탄소계열나노소재 | 발열 콘크리트 | 발열양생 | 융설/융빙 | 극한환경 |
| 영문 | Carbon based nano-material | Heating concrete | Heat curing | Snow/Ice melting | Extreme environment | |
| 최종보고서 | [붙임1] 최종보고서(보완).pdf | |||||