R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201919CTAP-C143291-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 비접촉식 절대응력 측정이 가능한 스마트 콘크리트 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2018-04-17 ~ 2019-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 이종재 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
7명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 220,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 220,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 세종대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
無센서(Sensorless) 非접촉(non-contact)식 절대응력 측정이 가능한 스마트 콘크리트 개발 ○ 본 연구에서 제안하는 無센서 非접촉식 절대응력 측정이 가능한 스마트 콘크리트는, 콘크리트 표면의 모든 부분에 대해 분광효과를 이용한 비접촉, 비파괴 응력 측정 기법을 이용하여 콘크리트의 절대응력이 계측 가능한 콘크리트 재료임. ○ 無센서 : 콘크리트 표면에 존재하는 고분광물질을 이용한 응력 측정기술로써, 응력측정을 위한 추가적인 센서 설치 없음. ○ 非접촉 : 레이저를 이용한 비접촉, 비파괴 응력 측정기술로서, 센서에 전원을 공급하거나 배선을 필요로 하지 않고, 응력 측정을 위하여 평균 1분 미만의 짧은 계측시간만을 요구함. ○ 절대응력 측정 : 조사된 레이저에 대한 라만 스펙트럼은 분자구조 레벨에서 대상물질의 화학적 성분, 응력 상태에 따라 반응하므로 stress-free 상태의 물질에 대한 값을 기준으로 절대응력 측정 가능 [최종목표] 본 연구의 최종목표는 광물의 산란특성을 활용하여 비접촉식 절응력 측정이 가능한 고분광 물질이 포함된 스마트 콘크리트 및 그 측정기술 개발임. ○ CTE 1 : 비접촉식 절대응력 측정에 적합한 최적 시멘트 개발 비접촉 절대응력 측정에 적합한 시멘트 및 결합재의 광물조성 분석을 위하여, 포틀랜드 시멘트와 대표적으로 사용되는 특수 시멘트 시편을 만들고, 수화반응 이후에 생성된 물질의 화학적 성분을 재료 분석시험을 통하여 규명함. 또한, 응력 측정용 분광 효과를 갖는 센싱 물질로 사용가능한 미분말 결합재에 대한 문헌연구 수행 및 해당 미분말이 포함된 시편 제작 후 동일한 시험을 수행함 ○ CTE 2 : 시멘트 및 결합재의 압분광 효과 규명 응력측정용 미분말이 함유된 시멘트 시편에 대한 응력측정시험(압축 또는 인장)을 수행하고, 이를 변형률계의 결과와 비교함. 또한, 응력과 분광기를 통하여 계측된 결과의 관계를 규명하여, 이를 응력측정 결과 분석에 활용함. 즉, 압분광 효과를 규명함 ○ CTE 3 : 비접촉식 절대응력 측정이 가능한 스마트 콘크리트 개발 CTE 1, CTE 2를 통하여 검증된 응력 측정용 분광 효과를 갖는 미분말이 함유된 시멘트 및 결합재를 이용하여, 대표적인 배합비를 가지는 콘크리트 시편을 제작하고, 화학적 분석을 수행함. 또한, 응력 측정 시험을 통하여, 스마트 콘크리트에 대한 압분광 효과를 규명함 [연구내용 및 범위] ① CTE 1 : 비접촉식 절대응력 측정에 적합한 스마트 콘크리트용 최적 시멘트 선정 ①-1 고분광 물질관련 문헌연구 ○ 분광학적으로 다른 물질과 구별되는 고분광 물질에 대한 기술 조사를 수행 ○ 시멘트의 화학적 조성에 대한 기술 조사 ①-2 스마트 시멘트용 최적 시멘트 선정 ○ 일반 시멘트 및 특수 시멘트의 수화반응 전/후의 화학적 조성을 규명하기 위한 모르터 시험 시편 제작 ○ 시멘트 조성비를 수정하여 (고분광 물질을 첨가하거나, 기존 시멘트 비율을 수정하여) 재료 시험용 모르터 시편 제작 ○ 재료시험 (SEM, XRD, 라만 분광법)을 수행하여, 시험 시편의 화학적 조성 규명 ①-3 스마트 시멘트 검증 ○ 최적화된 화학 조성비로 만들어진 스마트 시멘트의 모르터 시편을 제작하고, 분광검출율을 측정함 ② CTE 2 : 시멘트 및 결합재의 압분광 효과 규명 ②-1 압분광 물질 관련 문헌연구 ○ 시멘트 첨가제로 사용가능한 압분광 효과를 갖는 물질에 대한 기술 조사 및 문헌연구 ②-2 시멘트 압분광 효과 규명 ○ 고분광 물질이 포함된 시멘트 모르터 시편 제작 ○ 제작된 시편에 대하여, 항복강도 이하의 압축하중 시험 수행 ○ 응력과 파수와의 관계를 규명 ②-3 시멘트 압분광 계수 도출 ○ 압분광계수를 도출할 수 있는 분석 신호처리 알고리즘 개발 ○ 미분발의 비율에 따른 계측 민감도 시험 수행 ○ 선형 혹은 비선형을 갖는 응력과 파수의 관계로부터, 압분광계수를 도출 ③ CTE 3 : 비접촉식 절대응력 측정이 가능한 스마트 콘크리트 개발 ③-1 스마트 콘크리트의 재료 물성 시험 ○ 고분광 물질이 포함된 시멘트 및 결합재와 일반 골재 등을 이용하여, 대표적으로 사용되는 배합비가 적용된 콘크리트 시편을 제작 ○ 수화반응 이후 생성된 물질을 규명하기 위한 재료 시험 수행 ③-2 스마트 콘크리트의 압분광 효과 규명 ○ 상기에서 제작된 콘크리트 시편에 대하여, 항복강도 이하의 압축강도시험 수행 ○ 응력과 파수와의 관계를 규명 ③-3 스마트 콘크리트의 압분광 계수 도출 ○ 콘크리트 배합 비율에 따른 계측 민감도 시험 수행 ○ 선형 혹은 비선형을 갖는 응력과 파수의 관계로부터, 압분광계수를 도출 ③-4 향후 적용방안 연구 ○ 개발된 스마트 콘크리트의 실제 적용방안 설계 본 연구의 최종 성과물은 절대응력 측정이 가능한 스마트 콘크리트임. 즉, 일반 콘크리트에 첨가되어야할 (또는 기존 재료 중 첨가 비율을 높여야 할) 고분광 물질의 종류 및 그 비율을 최종적으로 제시할 예정이며, 대표적인 콘크리트 배합비에서의 콘크리트 압분광 효과를 규명하고, 스펙트럼의 첨두치 이동량과 응력사이의 관계를 환산하기 위한 압분광 상수 (Piezospectroscopic coefficient)를 최종적으로 제시할 예정임. |
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| 색인어 | 한글 | 스마트 콘크리트 | 절대응력측정 | 압분광법 | 라만분광법 | 비접촉센싱 |
| 영문 | Smart concrete | Absolute stress measurement | Piezospectroscopy | Raman spectroscopy | Non-contact sensing | |
| 최종보고서 | 최종보고서(세종대학교 산학협력단).pdf | |||||