R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201212CCTI-C063748-01 | |||||
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| 연구사업명 | 건설기술연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 자기감지 기능을 갖는 보수보강용 섬유보강 시멘트 복합재료 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2012-11-19 ~ 2014-11-18 | |||||
| 연구책임자 | 김동주 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
1명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
7명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 50,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 50,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 50,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 50,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 세종대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-000897-01 | |||||
| ISBN | 979-11-951950-1-5 | |||||
| 주요 내용 |
국내의 경우, 1970년대 중반 이후부터 1990년대까지 교통시설을 중심으로 한 SOC시설을 지속적으로 확충하여 도로, 도시철도, 항만시설 등 SOC시설이 증가 하였다. 1970년대 중반부터 도로, 교량을 비롯한 교통시설이 집중적으로 건설되었기 때문에 20년 이상 된 노후교량을 비롯해 안전 및 유지 관리의 대상이 되는 시설이 점점 증가할 것으로 예상되며, 건축물의 경우도 현재 전체 주택의 50% 내외를 차지하고 있는 아파트가 대부분이 90년대 이후 공급되었고, 상업용 빌딩 및 오피스텔 역시 90년대 이후 주로 이어졌기 때문에 2020년대 이후부터는 90년대 지은 아파트들의 리모델링 및 재건축 수요가 더욱 급증할 뿐 아니라 상업용 건축물의 안전 및 유지관리 수요도 급증할 것으로 전망된다. 미국의 경우, 1980년대 후반 교량유지관리점검에서 나타난 미국 50개주 고속도로상의 교량은 576,000여개에 이른다. 1950년대 후반부터 70년대에 걸쳐 많은 수의 교량들을 건설했고 현재 이들 교량들이 설계 수명에 다다르고 있으며, 시설물의 노화가 심각하고 교량의 27.1%가 매우 심각한 구조적 결함을 가지고 있거나 즉시 교체되어야 하며, 연간 94억 달러의 예산이 필요하다고 한다. (ASCE 2005) 일본의 경우 많은 콘크리트 구조물이 1950년대 이후 건설 되었고, 특히, 도쿄올림픽이 개최된 1964년 바로 이전에 올림픽을 위한 시설물뿐만 아니라 고속철도, 고속도로 등의 교통시설물이 함께 건설되었고, 1965년부터 1974년까지 고도경제성장으로 인해 막대한 규모의 시설물들이 건설되어졌으며 현재 이들 시설물이 35년 이상 사용되었으며 설계 수명에 다다르고 있어 유지관리에 막대한 자금이 들어가고 있는 현실이다. 이러한 사회기반 시설물의 조기 노화의 주요 원인으로는 대부분의 시설물에 콘크리트가 사용되는데 매우 취성적인 재료의 특성에 의해 발생한 균열은 철근의 부식을 가속화하여 구조물의 수명을 단축시킨다. 또한, 최근 기후 변화로 인한 여러 자연재해 그리고 테러에 의한 충격 및 폭발 등의 극한하중으로 인해 시설물의 노화가 촉진되고 있다. 사회기반 시설물의 붕괴는 인명피해 뿐만 아니라 시설물의 교체와 보수 및 그로 인해 발생하는 경제적 손실 등 장기간에 걸쳐 사회와 경제에 막대한 손실을 일으킨다. 사회기반 시설물의 유지관리를 위해 정기적인 점검과 안전진단을 수행중이나, 점검자의 주관적인 경험에 근거한 판단으로 점검자에 따라 다른 진단결과 도출의 문제점이 있다. 건축 구조물의 성능 상태점검 및 보수-보강에 대한 방법으로는 육안으로 검사하는 방법과 초음파 탐지법, 슈미트 해머에 의한 강도 추정, 중성화 감지법, 복합법 등이 대부분이다. 그러나 이러한 방법은 신뢰성을 가지기 어려운 방법이며, 손상부위의 예측 및 검지방법이 국한되어 있는 결점이 있다. 매립식 또는 접촉식 센서들을 이용한 모니터링의 경우, 구조물의 거동을 센서가 부착된 위치에서만 파악가능하고, 센서의 수명이 구조물과 비교하여 매우 짧아서 영속적인 모니터링이 불가능 하다. 따라서 교체가 필요 없으며, 시설물의 구조적 성능에 영향을 미치지 않고 영속적으로 구조물 전체의 상태를 파악할 수 있는 효과적인 진단능력을 가지는 유지보수 재료의 개발이 필요하다. [최종목표] 본 연구의 최종목표는 『자기감지 기능을 가진 섬유보강 보수보강 재료의 개발』이다. 세부적으로는 자기감지 기능을 가지는 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료(HPFRCC)를 개발하고, 이를 기반으로 구조물 및 보수보강 재료 자체가 자기감지 기능을 가질 수 있도록 하고자 한다. 최종목표 달성을 위한 주요 요소 기술은 아래와 같다. ● 섬유의 종류와 보강량에 따른 자기감지 섬유보강 시멘트 복합재료의 전기저항 변화 조사 ● 자기감지 능력의 극대화를 위한 복합재료의 배합 최적화 ● 온도, 습도 및 재령 일수가 자기감지 섬유보강 시멘트 복합재료의 전기저항의 변화에 미치는 영향을 평가 [연구내용 및 범위] 자기감지 기능을 가지는 섬유보강 보수보강 재료의 개발을 위하여 총 2년 동안 섬유의 종류 및 외부환경이 미치는 영향과 자기감지 능력의 극대화 시키는 과정이 진행될 예정이다. 각 주요연구 목표별 세부사항은 다음과 같다. ● 섬유의 종류 및 보강량이 미치는 영향 [섬유의 종류와 보강량에 따른 초기 전기 저항과 그 전기저항의 변화량 조사] - 섬유의 종류 : 고강도 강섬유 (Smooth, Hooked and Twisted)의 형상에 따른 영향을 평가 - 섬유의 보강량 : 0%에서 2% 사이로 변화하며 그 영향을 평가 [HPFRCC의 인장거동시 전기저항의 변화 평가] - 변형경화 또는 변형연화 거동에 따른 전기저항의 상관관계 도출 [균열 또는 손상 발생시 전기저항 변화 메커니즘의 규명 및 안정화] - 균열 및 손상의 발생시 전기저항의 변화 메커니즘의 규명 및 자기감지를 위한 저항의 안정화 방안도출 ● 자기감지 능력 극대화 [자기감지 극대화 방안의 도출] - 전기저항을 줄일 수 있는 혼합재료의 개발 - 자기감지 능력을 극대화를 위한 단위 변형률의 변화당 전기저항 변화량의 극대화 방안 도출 - 전기저항 측정시 신호의 노이즈 저감방안 도출 [자기감지 능력과 함께 변형경화 거동을 유지하기 위한 배합의 최적화] - 섬유와 매트릭스 사이의 부착특성의 저하 없이 자기감지능력의 확보필요 - 변형경화 거동 확보를 위한 배합조정 및 최적화 [자기감지 섬유보강 시멘트 복합재료의 감지성능 및 역학적 성능평가] - 직접인장시험 또는 휨인장 시험 등을 통하여 역학적 거동의 조사와 함께 시험체의 전기저항 변화를 측정 ● 외부환경과 재령이 미치는 영향 [온도, 습도, 그리고 재령의 변화와 자기감지 능력의 관계] - 전기저항은 외부 환경의 변화에 민감하여 이에 대한 영향을 평가하는 것이 반드시 필요 - 재령의 변화에 따라 역학적 성능이 달라지는 시멘트 계열의 복합재료 특성으로 인해 재령의 변화에 따른 자기감지 능력의 평가가 필요 |
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| 색인어 | 한글 | 자기감지 | 섬유보강 | 변형경화 | 보수보강재료 | |
| 영문 | Self sensing | HPFRCC | Strain hardening | Maintenance | ||
| 최종보고서 | 세종대)자기감지_최종보고서.pdf | |||||