R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C157548-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 블랙 아이스 발생을 영하 5도 지연시키기 위한 환경감응 상변화 아스팔트 포장 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2020-04-13 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 박대욱 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
9명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 210,000,000 원 기업 : 70,000,000 원 계 : 280,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 124,000,000 원 계 : 494,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 군산대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-B552989-000584-01 | |||||
| ISBN | 979-11-90542-21-0 | |||||
| 주요 내용 |
○ 최근 고속도로에서 운전자가 인식하지 못하는 살얼음(블랙 아이스)이 발생하여 미끄럼 저항성 감소 문제로 운전자의 운전 안정성을 크게 떨어트려 많은 인명사고가 발생하고 있음 ○ 도로 노면의 습기가 기온이 0℃이하로 급격히 떨어질 때 발생하는 노면의 결빙을 블랙 아이스라고 하며 본 연구에서는 블랙 아이스의 발생을 0℃에서 영하 5℃까지 지연시키기 위해 도로 환경에 반응하는 상변화물질(PCM : Phase Change Material)을 사용한 아스팔트 포장의 개발을 목표로 함 ○ 상변화물질(PCM)은 주변의 온도가 상승하면 열을 흡수하고, 낮아지면 열을 방출하는 축열, 발열의 특성을 나타내는 물질로, 열을 흡수하고, 방출하며 주변 온도에 영향을 주는 물질임 ○ 상변화물질을 사용한 아스팔트 포장을 개발하기 위해, 관련 문헌 및 연구 조사, 상변화물질 종류 및 최적 함량 결정, 상변화물질 캡슐화 및 성능평가를 실시하며, 개발된 상변화물질과 아스팔트와의 혼합성능평가를 실시할 것임 ○ 또한, 개발된 재료의 균열성능, 동탄성계수, 수분민감성 등 개발 재료의 성능을 평가하고, 실내 모사 및 Pilot 시험을 통한 데이터 모니터링 및 현장 성능 평가를 실시할 것임 [최종목표] 최종 목표 ■ 환경에 반응하는 상변화물질을 아스팔트 혼합물에 적용 가능하도록 개발 ■ 상변화물질을 이용한 온도균열 저항성이 우수하고 살얼음 생성을 지연하는 아스팔트 포장 개발 (온도균열 저항성 20% 향상, 블랙 아이스 생성 온도 ？5도 저하) 세부 목표 ■ FEM분석을 통한 최적의 상변화물질 및 최적함량 결정 ■ 상변화물질 제조 및 캡슐개발 ■ 실험실규모에서의 블랙아이스 생성지연 평가 ■ Pilot 연구를 통한 개발 검증 [연구내용 및 범위] ○대상지역 기후자료 분석을 통한 최적의 상변화물질 양 및 종류 결정 ○아스팔트 포장용 환경감응 상변화물질 개발 및 캡슐화 ○상변화 아스팔트 포장 성능평가 및 블랙 아이스 생성 지연효과 검증 ■ 상변화물질 블랙 아이스 지연에 대한 문헌조사 및 메커니즘 조사 - 국내외 문헌 조사 : 선행 연구 분석 : 블랙 아이스 지연 및 제거 기술 - 상변화물질 메커니즘 조사 : 상변화물질 메커니즘 분석조사 : 아스팔트 포장 적용 메커니즘 조사 : 국내외 적용사례조사 ■ FEM 분석을 통한 상변화물질 종류 및 최적 함량 결정 - 블랙 아이스 생성지역 기상관측소 분석 : 블랙 아이스 생성지역 10년간 데이터 분석 : 최저온도를 보이는 1년간 데이터 정리 : 아스팔트 혼합물과 상변화물질 열 특성 계수도출 : FEM 및 열 흐름 방정식을 이용한 모사 : 모사결과로부터 블랙 아이스 생성지연시간 산정 및 최적의 상변화물질 함량 결정 ■ 상변화물질 캡슐화 및 상변화 성능평가 - 상변화물질 조합 및 캡슐제작 : 두 종류 파라핀(영하반응 및 영상반응)을 녹이고 서로 혼합 : 캡슐화 및 건조 - 상변화 성능시험 : 블랙 아이스 지연성능과 융설 성능에 중요한 상변화 온도(Phase change temperature)를 시차주사열량측정법(DSC)이용하여 측정 : TPS(Transient Plane Source)를 이용한 상변화물질의 전도율 측정 : SEM을 이용한 크기 및 shell/core 비율, 표면적 측정 ■ 아스팔트와의 혼합 성능평가 - 아스팔트 성능평가 : 혼합성을 평가하기 위하여 점성측정 : DSR를 이용한 complex modulus 평가 : 저온균열평가를 위하여 Bending Beam Rheometer 시험 : 유도가열 장치를 활용한 자가치유 성능평가 ■ 아스팔트 혼합물 성능시험 - 아스팔트 혼합물 다짐성능 평가 - IDEAL 균열 시험을 이용한 균열성능 평가 - 동탄성계수 시험을 이용한 물성 정량화 및 향후 포장설계에 활용 - 수분민감성 시험을 수행하여 융설에 따른 성능 저하여부 판단 ■ 실내 실험실 모사 - 상변화물질 최적함량을 이용하여 공시체 및 Control 공시체 제작 : 정사각형의 공시체 제작(30cmx30cm) : Thermocouple 매설 - 영하의 온도 챔버설치 : 영하온도조건에서 온도변화 모니터링 : 인공 얼음 및 융설 능력 평가 - 블랙 아이스 생성지연 및 융설 능력 평가 ■ Pilot 시험시공 - 블랙 아이스 지역에 대한 대상지역 선정 - 대기온도, 풍속 등 기후관측 데이터 측정 시험시공 및 포장온도 모니터링 - 블랙 아이스 생성지연 및 강설시 융설 능력평가 |
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| 색인어 | 한글 | 블랙 아이스 | 환경감응 | 상변화물질 | 아스팔트포장 | 온도균열 |
| 영문 | Black Ice | Environmental Response | Phase Change Material | Asphalt Pavement | Thermal Cracking | |
| 최종보고서 | 최종보고서_블랙 아이스 발생을 영하 5도 지연시키기 위한 환경감응 상변화 아스팔트 포장 개발.pdf | |||||