R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C157556-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 철근콘크리트 구조물 진단 및 내구수명 평가를 위한 콘크리트 응력 거동/열화인자 동시 감지용 이중 센서 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2020-04-13 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | KIM JI WON | |||||
| 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 | 연세대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
국내 30년 이상 노후 시설물 증가와 함께 안전사고가 증가하고 있을 뿐만 아니라 유지관리 및 보수·보강에 대한 사회적 비용 부담이 급증하고 있음. 상기와 같은 사회적 문제를 해결하기 위해 철근콘크리트 신축 및 기존 구조물을 대상으로 ICT기반의 비파괴적 진단과 열화인자 감지 기술 개발을 통한 내구수명 평가의 필요성이 대두되고 있으나 관련 기술수준은 미흡한 실정임. 본 연구는 철근콘크리트 구조물의 응력 변화에 따라 빛에 반응하고 외부 열화인자 침투로 인한 실시간 내부 환경변화 확인이 가능한 미세전자기계시스템(Microelectromechanical systems; MEMS) 기반 정전식 이중 감응 센서 어레이 개발을 통하여 철근콘크리트 구조물의 응력 거동 및 열화인자를 동시에 측정함으로써 철근콘크리트 구조물의 비파괴 진단 및 내구수명 평가를 동시에 하는 것을 최종 목표로 함. ○ 1차년도 세부 목표는 “철근콘크리트 하중 변화에 따른 광반응성 MEMS 정전식 감응 센서 개발”로 핵심 성과물은 1. 광반응성 복합 소재 기반 MEMS 정전식 감응 센서 설계, 2. AzoPDMS/금속 박막 이중층 기반 MEMS 정전식 감응 센서 구현, 그리고 3. 실제 콘크리트 환경에서 광섬유 기반 센서 성능 평가임. ○ 2차년도 세부 목표는“철근콘크리트 구조물의 내구성 진단을 위한 실시간 모니터링용 매립형 가스 센서 어레이 개발”로 핵심 성과물은 1. 다양한 열화인자를 감지할 수 있는 소재 설계 및 개별 센서 제작, 2. 개발된 개별 센서의 집적화 기술이 적용된 이중 센서 어레이 개발을 통한 특징 추출 및 패턴 인식 기술, 3. 이중 센서 어레이 매립을 통한 철근콘크리트 열화 과정에서의 내부환경 변화 분석 통한 내구수명 평가임. [최종목표] 본 연구 개발은 철근콘크리트 구조물의 응력 변화에 따라 빛에 반응하고 외부 열화인자 침투로 인한 실시간 내부 환경변화 확인이 가능한 미세전자기계시스템(Microelectromechanical systems; MEMS) 기반 정전식 이중 감응 센서 어레이 개발을 통하여 철근콘크리트 구조물의 응력 거동 및 열화인자를 동시에 측정함으로써 철근콘크리트 구조물의 비파괴 진단 및 내구수명 평가를 동시에 하는 것을 최종 목표로 함. ○ 광감응성 고분자(azobenzene incorporated poly(dimethylsiloxane); AzoPDMS)/금속 박막 이중층 복합소재의 합성 및 광반응성 거동 분석 ○ 철근콘크리트(reinforced concrete; RC) 구조물의 하중 변화 감지를 위한 MEMS 정전식 감응 센서 개발 ○ RC 구조물의 콘크리트 열화인자 감지용 반도체식 가스 센서 개발 ○ RC 구조물의 내구성 진단을 위한 내장형 실시간 모니터링용 가스 센서 어레이 개발 ○ 콘크리트 내 센서 적용 가능성 평가 및 모르타르 레벨 간이 성능평가 ○ 광반응성 가스 복합 이중 센서를 활용한 콘크리트 진단 및 내구수명 평가 [연구내용 및 범위] 1차년도 - 미세전자기계시스템 기반 광·화학 감응성 이중 센서 개발 및 콘크리트 매립 적용성 평가 - 주관연구기관(연세대학교): AzoPDMS/금속 박막 이중층 복합소재의 합성 및 광반응성 거동 분석 ■ AzoPDMS/금속 박막 이중층 복합소재의 합성 및 구조·구성 분석 ■ AzoPDMS/금속 박막 이중층 복합소재의 광반응성 거동의 이론적 이해 및 검증 ■ AzoPDMS/금속 박막 이중층 복합소재의 실험실 환경에서 성능 평가 - 공동연구기관(신라대학교): 열화인자 및 부식발생가스 감지용 고성능 반도체식 가스 센서 개발 ■ 열화인자 및 부식발생가스 종류 및 농도평가 ■ 열화인자 및 부식발생가스 감지물질 선별 및 성능 조사 ■ 감지성능 향상을 위한 나노구조체 제작 및 대면적 제작기술 개발 ■ 선택적 감지와 정확도 향상을 위한 표면개질 기술 개발 및 최적화 ■ 단일 센서 제작 및 실험실 환경에서의 성능 평가 - 공동연구기관(한국세라믹기술원): 콘크리트 내 센서 적용 가능성 평가 및 모르타르 레벨 간이 성능평가 ■ 콘크리트 환경 하 센서의 내화학성 및 센서 소재 구조 분석 ■ 모르타르 레벨 가스 센서 감지성능 평가 ■ 모르타르 레벨 가스 센서를 통한 모르타르 내구수명 평가 2차년도 - 미세전자기계시스템 기반 광·화학 감응성 이중 센서 제작을 통한 콘크리트 진단 및 센서 내구수명 평가 - 주관연구기관(연세대학교): AzoPDMS/금속 박막 이중층 복합 소재 캔틸레버를 이용한 광반응성 MEMS 정전식 감응 센서 구축 및 성능 평가 ■ 광반응성 MEMS 정전식 센서 제작 ■ AzoPDMS/금속 박막 이중층 복합 소재 캔틸레버를 이용한 MEMS 구축 및 정전 용량 변화 최적화 ■ 실제 콘크리트 환경에서 광섬유 기반 하중 센서 성능 평가 - 공동연구기관(신라대학교): 열화인자 및 부식발생가스 감지용 반도체식 가스 센서 어레이 개발 ■ 다종 단일 센서의 집적화 기술개발을 통한 반도체식 가스 센서 어레이 개발 ■ 열화인자 및 부식발생가스에 대한 감지특성의 최적화 ■ 가스 센서 어레이의 내장형 동작을 위한 패키징기술 개발 ■ 실험적 RC 구조물 내장환경에서 반도체식 가스 센서 어레이의 감지 성능평가 - 공동연구기관(한국세라믹기술원): 광반응성 가스 복합 이중 센서를 활용한 콘크리트 진단 및 내구수명 평가 ■ 콘크리트 내 복합 이중 센서 감지성능 평가 ■ 광반응성 센서를 활용한 응력 거동 기반 콘크리트 진단 평가 ■ 가스 센서를 활용한 열화 인자 기반 콘크리트 내구수명 평가 |
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| 색인어 | 한글 | 이중 센서 | 광반응성 | 가스 센서 어레이 | 콘크리트 진단 | 내구수명 평가 |
| 영문 | Dual Sensor | Photo-responsive | Gas Sensor Array | Concrete Inspection | Service Life Evaluation | |
| 최종보고서 | 2 최종보고서(기반연구)_연세대학교 김지원.pdf | |||||