R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C157602-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 블랙아이스 방지(표면온도 5℃ 유지)를 위한 나노 발열모듈 임베디드 콘크리트 패널 급속 포장기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2020-04-13 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 정원석 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
9명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 210,000,000 원 기업 : 77,000,000 원 계 : 287,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 132,000,000 원 계 : 502,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 경희대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-B552989-000575-01 | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
최근 겨울철 대형 교통사고의 주요요인으로 대두되고 있는 블랙아이스는 아스팔트나 콘크리트 표면의 작은 틈새로 물이나 눈이 스며들어 얼어붙는 현상으로 잘 보이지 않아 교통사고를 유발할 가능성이 높음. 도로교통공단의 교통사고 분석시스템에 따르면 2014년~2018년 블랙 아이스와 유사한 서리 및 결빙 도로에서 발생한 사고는 6,578건으로, 눈이 많이 쌓여 발생한 사고보다 약 1.8배 많았고, 부상자 수는 2배, 사망자 수는 3배, 치사율은 1.9배 이상 많음. 2019년 12월 14일 군위군 소보면 달산리 상주~영천고속도로 영천방향 상·하행선에서 화물트럭과 승용차 등 차량 30여대가 연쇄추돌하면서 7명이 숨지고 32명이 부상 당하는 사고가 발생함. 기상청에 따르면 이날 군위 지역에는 0.1mm 정도 소량의 비가 내렸지만, 블랙아이스가 발생하여 도로를 달리던 차들이 미끄러지면서 사고가 발생함. 제설을 위해 제설재를 살포하여도 이미 영하권의 날씨에 의한 도로 결빙으로 교통체증과 크고 작은 사고들을 유발함. 따라서 사후 대응이 아닌 사전 예방적인 도로 융설 및 융빙 대책의 중요성이 대두되고 있음. 현재까지 개발된 발열관련 도로의 결빙방지 기술로는 전열선법과 열 배관법 등이 적용되고 있으나 시공 또는 유지관리 측면에 예상치 못한 여러 문제점이 도출되고 있음. 기존의 결빙방지 기술인 전열선과 열 배관 방식은 전기나 기타 에너지원을 이용하여 발열하는 방식으로 시스템의 장애발생 시 보수가 효과적으로 이루어지기 어렵고 재시공을 필요로 하는 등 기술적, 경제적으로 문제점이 발생함. 열선은 차량 통행량이 많은 구간에 대하여 연성포장인 아스팔트에 홈을 커팅하고 설치함으로 대형차량 차륜에 의하여 가해지는 압력에 의해 열선이 끊어지는 경우가 많기 때문에, 실제 수명은 2~3년에 불과하여 반복적인 설치가 필요한 실정이며, 설치하는 동안 장시간 교통통제로 사회적 간접비용이 증가하고 있음. 실제로 울산 남구에서 지난 2012년 결빙에 의한 교통사고를 예방하기 위해 길이 580m, 폭 6.5~8.5m 규모의 도로 열선을 설치시 사용한 예산은 5억 원임. 제설법은 이미 눈이 적재된 후에 시작되므로 터널 입,출입부나 교량, 대형 교차로 등 블랙아이스에 의한 대규모 피해를 유발할 수 있는 지역이나 유동인구가 많거나 하향 경사구간 도로지역은 강설의 시점에서 융설로 인한 차량 통행성 확보가 어려움. 낮은 소모전력으로 높은 융설 및 융빙이 가능하여 경제성이 있으며, 공장제작을 통한 모듈화로 중차량에 대한 내구성 및 안전성이 확보되고, 시스템 장애율이 최소화 되어 유지관리 비용을 획기적으로 줄일 수 있으며, 교통 통제시간을 최소화 하여 급속 설치가 가능 한 융설 및 융빙시스템의 개발이 매우 절실한 실정임. [최종목표] 블랙 아이스 예방이 가능한 나노 발열모듈 임베디드 콘크리트 패널 급속포장 기술 사업화 -반복적으로 발생되는 겨울철 블랙아이스로 인한 대형교통사고에 대하여 블랙아이스 발생도 예방하며, 포장체의 내구성 확보가 가능한 시스템을 개발을 목적으로 ①낮은 소모전력(00KW)으로 높은(표면온도 5°C 유지) 융설 및 융빙이 가능하고, ②공장제작을 통한 모듈화로 급속설치로 교통 통제시간(야간 6시간)을 최소화 하며, ③콘크리트 패널로 내구성이 확보된, 다기능 나노 모듈 콘크리트 최적 배합기술 개발과 발열모듈 임베디드 콘크리트 패널 제작 및 급속 설치기술 실용화를 최종 목표로 함 [연구내용 및 범위] 연구의 범위는 다음과 같다. - 나노 모듈 콘크리트의 최적 배합기술 개발 - 나노 모듈 발열 콘크리트 개념 설계 및 내부구조 분석 - 나노 모듈 콘크리트의 제작기술 개발 - 나노 모듈 콘크리트의 현장적용 시험 발열 성능 분석 - 발열모듈 임베디드 콘크리트 패널의 최적화 연구 - 발열모듈 임베디드 콘크리트의 패널 설치 및 유지관리 가이드라인 개발 연구의 내용은 다음과 같다. 탄소나노튜브(CNT), 그래핀옥사이드(GO), 카본섬유(CF) 등의 탄소 나노재료 특성을 반영한 시멘트 복합재료의 발열 성능 및 적합성 검토 나노소재(CNT, 그래핀 등)의 모듈을 이용한 발열 콘크리트 배합기술 연구 강도 및 발열 기능 향상을 위한 최적 나노 재료 및 함량 선정 나노소재 콘크리트 혼입을 위한 wet mix 및 dry mix 혼합기술연구 항온항습챔버를 활용한 발열모듈의 온도성능시험 콘크리트 균열 방지를 위한 발열모듈의 온도 구배 제어 연구 미세구조 조직/공극구조 분석(SEM, XRD, TG/DTA) 제안기술의 시공단계별 개념 설계 및 시공단계별 디지털 Mock-up 콘크리트 패널 형태에 따른 임베디드 발열모듈 적용방안 검토 콘크리트 패널 모듈화에 따른 요소별 형상설계 시험체 제작 및 설치단계 검증을 위한 BIM기반 3D객체 모델링 발열모듈 임베디드 콘크리트 패널 급속포장 경제성 분석 제안기술 적용가능 구간 분석(하향 경사구간, 터널 및 교량 적용) 제안기술의 실용화 타당성 조사 및 현장시공을 위한 대상선정 제안기술의 콘크리트 패널 급속포장 설치방안 상세도출 발열 콘크리트 포장의 나노 모듈 시제품 제작 나노 모듈 콘크리트 포장의 현장 계측 및 분석 현장적용 발열모듈 임베디드 콘크리트 포장의 발열성능 분석 발열모듈 임베디드 프리캐스트 콘크리트 포장의 발열온도 제어 최적 발열 효율을 위한 전극 재료 및 모듈 위치 연구 기후조건을 반영한 최적 나노 모듈 방안(재료, 농도, 공급전압) 제시 발열모듈 임베디드 콘크리트 패널 제작 및 설치 구조 안전성 검토 발열모듈 임베디드 콘크리트 패널 제작 및 설치 표준도 작성 발열모듈 임베디드 콘크리트 패널 형태별 2-TYPE 제작(차륜형태에 따른 전단면과 반단면) 제안기술의 설계/ 제작 유지관리 가이드라인 연구 제안기술의 발열 성능 검증을 위한 시험체 형태별 2-TYPE 제작(차륜형태에 따른 전단면과 반단면) 현장설치 현장조건별 급속교체 설치에 따른 시공기술 및 시공지침서 개발 제안 기술의 실용화 및 사업화 추진 활성화를 위한 참여기업과의 실시계약 체결 |
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| 색인어 | 한글 | 블랙아이스 | 탄소 나노소재 | 발열모듈 | 콘크리트 포장 | 융설/융빙 |
| 영문 | Black ice | Carbon nano-material | Heating module | Concrete pavement | Snow/Ice melting | |
| 최종보고서 | 증빙 자료 별첨_경희대학교 산학협력단_정원석.pdf 최종보고서 (일반과제)_경희대학교 산학협력단_정원석.pdf | |||||