R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C132963-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 강섬유 보강 콘크리트의 섬유 방향성 제어를 위한 마그네틱 노즐 원천기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-06-30 ~ 2018-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 이종한 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
10명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 201,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 201,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 대구대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
섬유 보강 콘크리트의 타설방향에 따른 유동흐름의 차이로 섬유의 방향성과 분포도에 큰 차이가 발생하며, 휨인장 강도 실험결과 약 50% 가량의 차이가 발생한 것으로 보고됨에 따라 보강섬유의 배치 또는 배열 방향과 분포성을 섬유 보강 콘크리트의 타설 단계에서부터 조절할 수 있는 기술 또는 방법에 대한 요구가 늘어나고 있는 실정이다. 따라서, 본 연구에서 제안하는 대상 기술은 마그네틱을 이용하여 콘크리트에 혼입된 보강용 강섬유의 방향성을 효율적으로 제어하고 향상시킬 수 있는 강섬유 보강 콘크리트의 타설 제어 노즐을 개발하는 것이다. [최종목표] 가. 강섬유 방향성 제어 성능의 최적화를 위하여 마그네틱-유동-구조계의 상호 작용을 고려한 Multi-physics 해석 기법을 개발함 나. 최적화된 설계 변수에 기반한 시작품을 제작하고 실내 모형실험과의 상호 비교 검증을 통해 최종 타설 제어 노즐을 설계, 제안함 다. 최종 제안된 강섬유 보강 콘크리트 타설 제어 노즐은 명지대학교 분산공유실험센터에 설치된 콘크리트 실대형 이송실험 장비를 이용하여 강섬유의 방향성 제어 성능과 강섬유의 분포 성능을 검증함 [연구내용 및 범위] 1. 연구내용 가. 강섬유 보강 콘크리트의 Multi-physics 전산해석기술 개발 - 노즐형상 설계에 앞서 노즐안에서의 콘크리트 유동특성과 섬유의 방향성 관계 분석 - Multi-physics 전산해석을 통해서 방향성 제어가 없을 경우, 노즐내의 매트릭스 유동특성과 섬유의 방향성 분석 나. Multi-physics 전산해석을 통해 강섬유 보강 콘크리트의 섬유 방향성과 노즐 형상 관계 분석 - 노즐 형상에 따른 강섬유의 방향성과 분산성 분석 - Multi-physics 전산해석을 통해 노즐 형상에 따른 강섬유의 방향성 분석 다. 마그네틱 및 노즐 형상의 다양한 조합에 따른 강섬유의 방향성과 분포도 분석 - 강섬유 보강 콘크리트 노즐 출구 형상 각각에서의 마그네틱 위치, 밀도에 따라 섬유 제어에 미치는 영향 분석 라. 최적 설계 변수를 바탕으로 3D 프린터를 활용한 노즐 시작품 제작 - Multi Physics 해석을 통해 얻어진 최적화 설계에 따라 최적의 노즐 출구 형상 설계 - 최적 노즐의 정밀 제작을 위해 3D 프린터를 활용하여 노즐 출구형상을 제작 마. 제작된 시작품을 이용한 실대형 실내 성능검증 실험 - 대형 실험동에 위치한 유동 콘크리트 실대형 실내 실험 셋업을 활용한 성능 검증 실험 바. Image processimg 기법 기반의 강섬유 방향성 제어 성능 검증 및 시스템 개선 - 설계 제작된 노즐로부터 타설된 강섬유 보강 콘크리트의 강섬유 방향성과 분포도 제어 성능 분석 - 형광 이미지를 촬영 후 Gray scale과 이진 이미지로 변환하는 Image processing 기법 적용 - 예측된 섬유 방향성 성능 대비 실험 검증된 시스템 효율성을 상호 비교 분석하여 지속적인 개발 시스템의 개선 2. 연구범위 가. 본 연구개발 과제의 기술개발 성숙도는 연구 착수 전에는 핵심 특허가 출원 및 등록되는 기술적 개념정립 단계(TRL-2)이며 1차년도 종료 시점에는 실험실 환경에서의 실험을 통해 기본 성능을 검증하고 기술개념을 정립하는 실험적 증명단계(TRL-3), 연구 최종 종료 시에는 실험체 제작과 유동 콘크리트 실대형 실내 실험 셋업을 활용한 성능의 우수성이 입증되는 실험실 성능평가 단계(TRL-4)로 마무리 될 것으로 판단됨 나. 본 연구에서는 Multi-physics 기반의 해석을 통해 최적의 제어 마그네틱 노즐을 설계하고 노즐제작 및 실대형 검증 실험을 통해 성능을 평가하는 기초·원천 기술단계(TRL 2-4)에서의 연구를 수행함 다. 본 연구에서 제안하는 강섬유 방향성 제어 마그네틱 노즐은 연구개발 종료 후에 후속사업과 연계된다면 기업에 기술협약 및 이전을 통하여 기술 상용화 및 사업가 예상됨 라. 최적의 강섬유 방향성 제어 노즐 개발은 강섬유 혼입량의 최적화에 따른 경제성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 콘크리트 타설 노즐에 활용 가능하므로 호환성 및 경제성을 확보할 수 있을 것이며 세계최초의 원천기술 확보로 국내 기술력의 해외 시장 선점을 위한 발판을 마련할 것으로 기대됨 |
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| 색인어 | 한글 | 강섬유 보강 콘크리트 | 마그네틱 노즐 | 섬유 방향성 | 섬유 분포도 | 방향성 및 분포도 평가 |
| 영문 | Steel Fiber reinforced concrete | Magnetic nozzle | Fiber orientation | Fiber distribution | Orientation & distribution assesment | |
| 최종보고서 | 1 최종보고서_강섬유 보강 콘크리트형상 및 마그네틱 노즐 개발(인하대 이종한).pdf | |||||