R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201919TBIP-C144132-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술사업화지원 | |||||
| 연구과제명 | 잔골재(모래) 고갈 문제 해결을 위한 산업부산물(고로슬래그 및 바텀애시) 활용 20MPa급 잔골재 및 제조 공정 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2018-04-01 ~ 2019-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 장인배 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
10명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 607,000,000 원 기업 : 405,000,000 원 계 : 1,012,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 900,000,000 원 기업 : 605,000,000 원 계 : 1,505,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 주식회사 하우이씨엠 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
가. 기술의 필요성 ○ 국토교통부 제5차 골재수급기본계획 (2014~2018)에 따르면, 천연자원인 골재는 보존량이 지속적으로 감소하고, 더불어 환경규제 및 주민들의 반대로 인해서 골재 채취에 어려움이 있는 상황이다. 골재 [잔골재(모래) 및 조골재(자갈)]는 건설산업의 기초재료로서 안정적인 공급이 꼭 필요하지만, 수급에 어려움이 있어 이를 해결하기 위한 방안이 시급함. ○ 정부는 연간 모래 부족량을 사용량의 8%인 800만㎥로 분석했지만, 업계는 최소 1,000만㎥ 이상 모자랄 것으로 보고 있는 상황임. 뿐만 아니라, 산림·파쇄모래 등 대안마저 부실한 점을 감안하다면 모래 수급은 점진적으로 어려워지고 이에 따른 자재단가 급등이 불가피할 전망임. ○ 최근까지 부족한 모래 자원 해소를 위해 바닷모래를 채취하여, 염분을 제거하여 사용하였지만, 최근 수산업계의 반발로 인해 “남해 EEZ 골재 채취”에 큰 차질이 발생하였음. ○ 따라서 정부는 2022년까지 천연골재 채취량을 크게 줄이고, 골재원의 다변화를 통해서 부족한 골재 공급량을 충족시키고자 함. ○ 특히 중·장기적으로는 골재자원의 감소에 대비해서 암석이나 폐건축자재 등을 재활용하는 순환골재를 활성화하고, 천연골재를 대체하는 자재개발 연구 등을 통해 천연골재 사용량을 줄여나가기로 함. ○ 한편 국내뿐만 아니라, 미국을 포함한 세계 곳곳에서 골재 부족이 심각한 문제로 대두되고 있음. 나. 기술의 우수성 ○ 현재 국내에서 판매되고 있는 잔골재의 가격은 1m3당 40,000원 수준이며, 천연 골재 채취량을 줄이기 위한 정부의 방침 및 천연 자원 고갈로 인해서 2020년까지 약 45,000원/m3 수준까지 가격이 상승될 것으로 예상된다. ○ 기존 건설 현장에 사용된 천연모래는 자원 고갈 및 심각한 환경 훼손을 야기하는 반면, 본 사업화 대상기술은 화력발전소 및 철강제철소에서 발생되는 산업부산물(바텀애시 및 고로슬래그)을 주원료로 하는 자원 순환형 친환경 기술이다. ○ 천연 모래는 공급량 부족으로 인해서 가격이 점차 증가하고 있는 반면, 본 사업화 대상 기술은 산업부산물을 이용하기 때문에 저렴한 가격으로 잔골재 생산이 가능하다. ○ 특히, 바텀애시 원재료는 자원순환기본법 (법률 제14532호, 공포일 2017.01.17., 시행일 2018.01.18.)에 의해 산업부산물 처리비용을 보전 받고 수급할 수 있다. ○ 또한, 일반적으로 인공 골재 (잔골재 및 굵은 골재)를 제조 시, Kiln과 같은 대형 설비에서 약 1200℃의 온도에서 소성을 하기 때문에 막대한 제조 설비 및 에너지 비용이 요구되는데, 본 연구 기술은 상온 양생만으로 고강도가 발현된다는 장점이 있음. ○ 게다가, 자체적으로 대량 생산화 시스템을 개발 할 예정이여서 최종 잔골재 가격을 1m3당 4만원대로 맞출 예정임. ？. 기존 인공 골재의 한계 ○ 부족해진 천연 모래 자원 문제를 해결하기 위한 일환으로, 순환골재, 제강 슬래그 및 바텀 애시를 천연 잔골재 대체로 사용하기 위한 연구가 최근 수행되었음. ○ 제22회 국정현안점검조정회의에 따르면, 정부는 산림모래 및 부순모래의 공급을 확대하고, 해외모래수입 등으로 골재원을 다변화한다는 골재수급 안정 대책을 확정하였고, 중장기적으로는 폐콘크리트로부터 생산된 순환골재 (재생골재) 사용을 활성화하는 계획을 수립하였음. ○ 하지만 순환골재는 흡수율이나 비중 등의 측면에서 KS 기준에 적합하지 않은 사례가 많이 보고되고 있으며, 이는 구조물의 품질 저하와 내구성 하락 등의 문제를 유발할 수 있음. ○ 또한, 기 연구된 대체 잔골재들은 ① 입도(size)가 불규칙하고, ② 입자 형상(shape)이 불규칙하며, ③ 자체 골재 강도를 판단하기 어려울 뿐만 아니라 품질(형상 및 입도) 관리가 어려운 단점이 있음. ○ 반면, 본 사업화 대상기술은 ① 고로슬래그 결합재 경화 기술 및 ② 입자 성형 펠렛타이징(pelletizing) 기술을 이용하여, 천연 모래와 비슷한 입도(size) 및 형상을 구현할 수 있으며, 자체 경화 기술을 통해 결합재 자체의 강도를 파악 가능하여, 대체 잔골재 생산이 가능함. [최종목표] 1. 산업부산물 기반 20MPa급 친환경 잔골재 개발 - 고로슬래그 미분말 및 바텀애시를 원재료 전체 중량 85% 이상 사용한 결합재 개발 - 고로슬래그 미분말 및 바텀애시를 이용한 압축강도 20MPa급 결합재 개발 - Micro-CT 비파괴 분석을 통한 개발 잔골재의 미세구조 분석 - 특허 출원 3건 - 특허 등록 1건 - 시제품 4건 - 논문 게재 6건 2. 잔골재 성형 공정 및 크기별 분급 시스템 개발 - 잔골재 성형 장비 검토 - 성형 공정 개발 - 크기별 분급 시스템 개발 - 개발 결합재를 이용한 잔골재 생산 100톤 - 신규인력 5명 고용 - 잔골재 판매 연간 매출액 8억원 달성(과제 2년차) - 비즈니스 모델 수립 1건 - 특허 출원 1건 - 시제품 3건 3. 개발된 결합재를 이용한 모르타르 및 콘크리트 물리적 성능 검증 -모르타르 휨강도 및 압축강도 측정 및 성능개선 -콘크리트 탄성계수, 압축강도, 할렬인장강도 측정 및 성능개선 [연구내용 및 범위] . 시장진입 ○ 50kg/h 규모의 파이롯트 설비 제작으로 지름 1m/m ~ 5m/m까지 다양한 규격의 인공 골재 시제품 생산. ○ 생산된 시제품의 친환경 품질인증 등 공인 품질인증 확보와 KS규격 통과로 초기 시장 진입에 필요한 공인 품질 성능의 기준 확보. ○ 2019년 상반기내 레미콘사와 PC업체를 통한 필드 테스트를 통해 품질 성능 개선과 더불어 판매 예상업체에 대한 최소 적용사례 확보. 2. 양산 ○ 2018년 12월까지 5톤/hr 규모의 양산화 설비 설계 완료. ○ 2019년 LH 5톤/hr 규모의 양산화 설비 구축을 통해 본격적 사업화 실시. ○ 2020년 내 5톤/hr 규모의 생산설비 최소 2대 이상 추가 설치를 통해 인공골재 생산량을 확대하고 제 2공장 건설준비. 3. 판로개척 ○ 국내에서는 고로슬래그와 바톰애시의 공급이 원활한 동해안(경북), 남해(하동), 서해(당진) 인근에 인공골재 양산화를 위한 공장 건설하고 해외에는 현지 파트너와 협력하여 인공골재 생산설비(결합재)의 핵심원재료 판매로 이원화 할 계획임. ○ 제품의 철저한 품질관리를 통해 세계 최고 수준의 고강도 인공골재를 공급하고 양산화 설비를 최적화, 자동화 하여 투자대비 생산성능을 극대화. ○ 원재료 발생처와 원료수급 및 부산물 처리를 위한 안정적이고 경제적인 공급조건을 마련하고 자원재활용 제품 인증(녹색 기술 및 NEP인증)을 통해 공공기관 및 대형건설사 판매시 공인 인증에 따른 구매, 홍보, 인센티브 확보. ○ 천연골재 공급 가격 이하 공급으로 실질적인 소비자에게 초기 사용경험을 확대하고 안정적인 품질확보로 재구매를 유도. 나. 사업화 관련 인증(신기술 등)확보 방안 1. 친환경 마크, 녹색기술 인증 ○ 전문 컨설팅 업체를 통해 원재료 사용량의 80% 이상이 고로슬래그와 바텀애시를 사용하는 원재료 사용내역 공개를 통해 친환경 마크 또는 녹색기술 인증을 2019년 상반기내 확보할 계획. 2. 신제품기술(NEP) 인증 ○ 해당기술에 대한 2018년 상반기내 특허출원과 우선심사 청구를 통해 2018년 말까지 특허 등록을 진행하고 2019년 하반기 내에 이미 확보된 친환경 마크와 녹색기술 인증을 활용하여 신제품 기술인증 획득. 3. KS 품질 확보 ○ 천연골재의 KS품질 기준에 준하는 양산화 인공골재 품질을 확보하여 2019년 상반기내 5톤/hr 규모 양산화 설비구축과 동시에 KS품질 이상의 제품의 생산할 게획임. ○ 본 제안기술을 통해 현재 심각한 천연골재 부족 문제를 해결하고, 환경 파괴 문제를 최소화할 수 있다. ○ 또한, 개발 잔골재 대량 제조 시설 구축을 통해 지역 내 새로운 일자리 창출과 더불어 건설재료 시장의 경쟁력을 제고 할 수 있다. |
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| 색인어 | 한글 | 잔골재 | 고로슬래그 | 바텀애시 | 상온경화 | 펠렛타이징 |
| 영문 | Fine aggregate | GGBFS | Bottom ash | Room temperature | Pelletizing | |
| 최종보고서 | 20200323_연구개발최종보고서보완수정본_국토부과제.pdf | |||||