R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C157478-02 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2020-04-13 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 이주하 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
9명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 210,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 210,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 수원대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
◎ 도로의 결빙/블랙아이스 대책기술은 적용의 한계가 있거나, 2차피해를 야기하는 등의 한계점이 있으므로, 동절기에 적용 가능한 기술의 개발이 필요한 실정임 ◎ 또한, 전도성 콘크리트를 적용한 도로 융설/융빙 기술이 과거 개발된 사례가 있으나, 고가의 재료단가의 원인으로 실용화에 한계를 겪고 있으므로, 전도성 콘크리트의 실용화를 위해서는 전도성을 부여함과 동시에 경제적인ㅇ 재료개발이 수행되어야 함 ◎ 따라서, 본 연구에서는 동절기 저온에서 도로의 결빙을 방지할 수 있는 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체가 적용된 도로 포장 기술을 개발하고자 함 [최종목표] ◎ 동절기 저온에서 도로의 결빙을 방지할 수 있는 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체가 적용된 도로 포장 기술 개발 - 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체 (WCG-CC) 개발 ┖ 폐 커피분말(WCG) 바이오매스 기반 탄소 나노 소재 개발 ┖ 폐 커피분말 기반 전도성 나노소재의 시멘트 복합체 적용 기법 개발 ┖ 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체의 기본 배합비및 기본 성능 확보 - 도로 결빙 방지용 WCG-CC 적용 도로 포장 기술 개발 ┖ 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체의 설계 최적화 ┖ WCG-CC 적용 도로 포장의 동절기 유사 환경 하 성능 검증 ┖ WCG-CC 적용 도로 포장의 경제성 분석 [연구내용 및 범위] ◎ 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체 (WCG-CC) 적용 도로 포장체 개념 설계 - 국내외 도로 포장 및 융빙 관련 기준/지침 분석 ┖ 포장 관련 국내 건설 기준 및 지침의 수집 및 분석 ┖ 동절기 기후환경 분석 및 도로 결빙 위험구간 분석 - 융설/융빙용 전도성 콘크리트 기술 현황 파악 - WCG-CC 적용 도로 포장체 개념 설계안 수립 ┖ WCG-CC 배합재료 검토 및 선정 ┖ 발열 포장체 요구성능 검토 및 개념 설계안 도출 ◎ 폐 커피분말 기반 탄소 나노 소재 개발 - 폐 커피분말의 바이오매스 활용 및 전도성 탄소 변환 사례 및 관련 기술 분석 - 폐 커피분말의 밀도 및 형상차를 이용한 정제/분리 기술 개발 - 폐 커피분말의 온도별 열분해 공정에 따른 탄화 공정 및 흑연화 기술 개발 - 탄화 폐 커피분말의 표면 활성화(Activation) 및 형상제어 기술 개발 ◎ WCG 기반 전도성 나노소재의 시멘트 복합체 적용 기법 수립 - 폐 커피분말 기반 전도성 재료의 전처리 기법 수립 ┖ 공유 및 비공유 기능기화 등 대량 표면개질방법과 이에 따른 극성용매 분산성 검토 ┖ Ball milling을 통한 시멘트 입자와의 균질 복합화 특성 분석 - 열환원 통한 탄화 입자간 계면결합 및 접촉저항 향상 - 전도성 네트워크 향상에 따른 전기전도 특성 검토 ◎ WCG-CC의 기본 배합비 도출 - WCG-CC의 변수별 배합실험을 통한 기본 배합비 도출 ┖ Percolation threshold를 고려한 WCG 전도성 재료의 혼입량 및 물결합재비(W/B) 적정범위 도출 ┖ 시멘트 복합체 미세구조 및 결정구조 분석(SEM,XRD등) ◎ WCG-CC의 기본 성능 평가 - WCG-CC의 전기전도성 및 열 전달특성 평가 ┖ WCG-CC의 표면저항 및 체적저항 측정 ┖ Laser Flash Apparatus을 이용한 열확산율, 비열 및 밀도 측정을 이용한 열전도 특성 평가 - WCG-CC의 기본 물성 평가 ┖ 슬럼프, 공기량, 압축강도 등 경화 전후 특성 평가 ◎ WCG-CC의 융설/융빙 성능 평가 - 매개변수별 WCG-CC의 발열 성능 평가 ┖ WCG의 나노소재 혼입율, 배합, 강도 변수 ？ Laser Flash Apparatus을 이용한 열확산율, 비열 및 밀도 측정을 이용한 열전도 및 발열 특성 평가 - 열전도 특성을 활용한 공급 전력량에 따른 WCG-CC의 발열 성능 수치 분석 ◎ WCG-CC의 도로 포장체 기능 확보 - WCG-CC의 도로 포장체 역학적 성능 평가 - WCG-CC의 도로 포장체 내구 성능 평가 ◎ WCG-CC의 설계 최적화 - WCG-CC의 융설/융빙 성능 및 역학적 특성, 내구성 결과 분석을 통한 성능 향상 방안 도출 - WCG-CC 의 전도성 네트워크 및 터널링 모델링 검증 - WCG-CC의 최적 설계안 도출 ◎ WCG-CC 적용 도로 포장의 동절기 유사 환경하 성능 검증 - 동절기 유사환경 하 WCG-CC 도로 포장 Mock-up Test ┖ 국내 동절기 최저 평균기온 고려 유사환경 모사 ？ 융설/융빙 성능 및 역학적 성능 검증 ┖ Mock-up Test의 장기 모니터링을 통한 안정성 평가 - 다양한 환경조건에서의 WCG-CC 성능평가 ┖ 포장두께와 소비전력량에 의한 발열성능 복합영향평가 ┖ 적설/결빙두께 및 대기온도 등 동절기 환경영향에 따른 성능평가 ◎ WCG-CC 적용 도로 포장의 경제성 분석 - 개발된 WCG-CC 적용 도로의 경제성 분석 - 경제성 및 기능성 고려한 WCG-CC의 효율적 적용 방안 도출 |
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| 색인어 | 한글 | 도로 융빙 | 콘크리트 포장 | 폐 커피분말 | 전도성 콘크리트 | 탄소 나노소재 |
| 영문 | Deicing | Concrete pavement | Waste coffee grounds | Conductive concrete | Carbon nanomaterials | |
| 최종보고서 | [서식1] 최종보고서 보완본(수원대).pdf | |||||