R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515SCIP-B067542-03 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 건설기술연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 방호·방폭용 고성능 섬유보강시멘트 복합재료 및 성능평가 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2013-11-01 ~ 2017-02-28 | |||||
| 연구책임자 | 김성욱 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
9명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
20명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 3,572,000,000 원 기업 : 1,197,800,000 원 계 : 4,769,800,000 원 |
총연구비 | 정부 : 6,837,000,000 원 기업 : 2,553,000,000 원 계 : 9,390,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 한국건설기술연구원 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001969-01 | |||||
| ISBN | 979-11-87770-16-9 | |||||
| 주요 내용 |
○ 연평도 포격과 여수·안산 화학단지의 폭발사고 등으로 인해 국방시설물 이외 일반 국가중요시설의 사고 및 테러에 대한 안전성 확보에 대한 사회적인 요구가 급증 ○ 또한 산업시설의 확충과 플랜트 생산 용량의 고도화로 인해 폭발 사고 시 피해 예상액은 기하급수적으로 증가함. 국내 석유화학 관련 산업은 생산량 및 수출시장의 증가가 대폭 이루어지고 있으나 2012년 구미국가산업단지 화학공장 폭발 사고로 인명피해 23명, 불산유출로 인해 막대한 2차 피해가 발생하는 등 보안대책이 필요 ○ 이러한 국가중요시설의 효율적인 방호·방폭 시스템을 구성하는 재료 및 자재에 대한 연구개발이 미흡하고, 또한 이들 재료 및 자재로 제작된 방호·방폭 구조부재 및 구조물에 대한 실증 성능평가 기술개발은 전무함 ○ 국내에서는 국방부 훈령 제1057호(2009.5.25)에 국가중요시설을 지정하고 있음. 여기에는 공공기관시설, 산업시설, 전력시설, 정보통신시설, 교통시설, 공항, 항만, 수원시설, 과학연구시설 및 지하공동구 등을 국가중요시설 대상으로 설정하고 있음 ○ 국가중요시설에 대한 방호·방폭 체계를 구축하기 위해서는 시설물의 규모, 시설물의 활용도 및 시설물에 작용하는 충격·폭발 하중의 크기와 시설물에 가해질 수 있는 외 부 작용하중 등에 따라 등급체계를 분류할 필요가 있음 ○ 2010년 [건축법시행령] 제2조 제15호에 따르면 50층 이상 또는 200m 이상의 높이를 갖는 초고층 건축물은 테러 대책을 세워야 하며 이를 위해서 보안시스템을 설계상에 반영하도록 명기하고 있음. 이와 같이 최근 국토교통부를 중심으로 테러에 대하여 피난을 중심으로 대응책을 제시하고 있으나 기술적 측면에 대한 규정은 매우 취약함 ○ 기존구조물의 방호 개념은 콘크리트 두께를 늘리는 방식으로 구성되어 있으나 이 경우 구조물의 두께가 두꺼워져 구조물 고유의 기능성이 약화됨. 효과적인 방호·방폭 기술을 확보하기 위해서는 고성능 복합재료의 개발이 필수적이며 특히, 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료의 경우 국내 기술 기반이 비교적 우수하여 개발 가능성과 적용 성이 높음 ○ 방호·방폭용 재료 및 자재의 정적 기본 물성을 시험·평가할 수 있는 시험장비 및 해석프로그램 등은 기존 재료역학 시험 및 분석 인프라를 활용할 수 있으나 동적 물성 에 대한 인프라와 실제 실험자료 등은 매우 부족함 ○ 각종 재료 및 자재의 내충격 성능과 관련된 충격매체의 충격속도 및 충격하중에 대한 기준은 명확하지 않으며, 특히 국내의 경우 내충격 및 방폭 성능에 대한 정량적 평가 관련 연구개발 투자 및 기술 수준은 매우 낮음 ○ 이 연구과제에서는 전혀 체계화되어 있지 않은 민간시설물의 방호·방폭 등급 체계를 구축하고, 충격과 폭발하중의 기준을 마련하는 원천기술을 개발함 ○ 또한 시설물 등급별로 방호 요구성능을 도출하여 다양한 성능범위에 대응할 수 있는 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료와 자재 원천기술을 개발함 ○ 개발된 재료와 자재의 성능을 평가할 수 있는 동적충격시험법과 평가시스템을 구축하고 이 재료로 설계, 제작되는 구조부재 및 구조시스템에 대한 내충격 및 방폭 성능을 평가 할 수 있는 실험프로세스 및 해석프로그램을 개발하고 Mock-Up 구조물을 건조 방폭실증실험을 수행하여 개발된 재료/자재의 유효성을 검증함 ○ 최종으로는 재료/자재, 시험 및 성능평가, 해석 및 설계 기법 등 일련의 방호·방폭 구조물을 건설할 수 있는 기반 핵심기술을 마련 [최종목표] □ 총괄목표 ○ 동적 충격인장강도 최대 40 MPa 수준의 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료(High Performance Fiber Reinforced cementitious composite 이하 HPFRCC), HPFRCC 개발 (변형률속도 조건 200 s-1) ○ 기존구조물 방호·방폭 성능 100% 이상 향상을 위한 보강용 고성능 섬유보강 복합자재 개발 ○ 방호·방폭 재료 및 자재의 동적 물성 시험법과 구조부재 및 구조시스템의 내충격·방폭 성능 정량적 평가 기법 구축 □ 세부과제 목표 ○ 1세부과제 : 내충격？방폭 강화 섬유보강 시멘트 복합재료 및 자재 개발 - 100~200MPa급 내충격·방폭 성능 강화 강섬유보강 HPFRCC 재료 및 자재 개발 - 40~120MPa급 내충격·방폭 성능 강화용 유기계 섬유보강 HPFRCC 재료 및 자재 개발 - HPFRCC용 펌핑성능, 거푸집 등 시공성 향상 기술 개발 - 충격·폭발로 인한 HPFRCC 구조체 손상 모델 및 손상 평가기준(안) 개발 - HPFRCC 구조부재 충격 및 붕괴 해석프로그램 및 기법 개발 - HPFRCC 적용 방호·방폭 구조부재 설계지침 개발 - HPFRCC 적용 Mokc-Up 구조물의 방폭성능 실증 ○ 2세부과제 : 기존 구조물 방호？방폭 보강용 고성능 복합재료 및 자재 개발 - FRP 외피형 HPFRCC 재료 및 자재 개발 - 조립식 패널형 방호·방폭 보강용 복합 자재 개발 - 시멘트계 뿜칠용 HPFRCC 복합재료 개발 - 고로슬래그를 활용한 슬러리 충전 복합재료 개발 - 기존구조물 보강용 HPFRCC 시공장비 개발 ○ 3세부과제 : 방호？방폭 등급 기준 및 성능평가 기법 개발 - 방호·방폭 대상 시설물 범위 설정 및 등급 체계 개발 - 충격·폭발 하중 결정 체계 개발 - 동적충격하의 HPFRCC 압축 및 인장물성 시험법 및 시험장비 개발 - 동적충격하의 HPFRCC 압축 및 인장물성 시험 및 평가 시스템 개발 - 동적충격하의 HPFRCC 압축 및 인장물성 예측모델 개발 - HPFRCC 구조부재 및 구조시스템 방호·방폭 성능평가 시험·해석 기법 개발 - HPFRCC 구조부재 및 구조시스템 방호·방폭 성능 정량화 지표 및 성능 등급화 기술 개발 - 구조부재 접합부의 방호·방폭 성능평가 및 향상 기법 개발 [연구내용 및 범위] ○ 1세부과제 : 내충격？방폭 강화 섬유보강 시멘트 복합재료 및 자재 개발 - 내충격·방폭 성능 강화 강섬유보강 HPFRCC 제조기술 및 자재 개발 - 내충격·방폭 성능 강화용 단일 유기섬유 및 Hybrid-Mesh 직조섬유 개발 - 내충격·방폭 성능 강화 유기계 섬유보강 HPFRCC 제조기술 및 자재 개발 - 압축강도 60 MPa급 강스크랩(steel scrap)보강 HPFRCC 재료 및 자재 개발 - 다량 섬유혼입 HPFRCC 시공성 향상 기술 개발 - HPFRCC용 시공성 향상 다목적 거푸집 개발 - HPFRCC 배면파괴특성 및 급속재하특성 평가 기술 개발 - 충격·폭발로 인한 HPFRCC 구조체 손상 모델 및 손상 평가기준(안) 개발 - HPFRCC 구조부재 붕괴 해석 전용 프로그램 개발 - HPFRCC 프레임 구조물의 연쇄붕괴 해석기법 개발 - HPFRCC 적용 방호·방폭 구조부재 설계지침용 해석기법 개발 - HPFRCC 적용 Mokc-Up 구조물의 방폭성능 실증 ○ 2세부과제 : 기존 구조물 방호？방폭 보강용 고성능 복합재료 및 자재 개발 - FRP 외피형 HPFRCC 재료 및 자재 개발 - FRP 외피 및 장섬유 HPFRCC 재료의 기존구조물 적용 설계 및 시공 기술 개발 - FRP 외피형 복합재료의 동적 충격 해석 기술 개발 - FRP 외피형 복합재료의 방호·방폭 보강 설계기술 개발 - 조립식 패널형 방호·방폭 보강용 복합 자재 개발 - 구조부재 표면 부착형 방호·방폭 보강용 패널 시공기술 개발 - 시멘트계 뿜칠용 HPFRCC 복합재료 개발 - 고효율 뿜칠 장비 개발 및 시공 시스템 개발 - 고로슬래그를 활용한 슬러리 충전 복합재료 개발 - 고로슬래그 슬러리 현장타설 기술 및 시공기술 개발 ○ 3세부과제 : 방호？방폭 등급 기준 및 성능평가 기법 개발 - 방호·방폭 대상 시설물 범위 설정 및 등급 체계 개발 - 충격·폭발 하중 결정 체계 개발 - 방호·방폭 등급체계 및 하중 결정 체계 통합 시스템 구축 - 동적충격하의 HPFRCC 압축물성 시험법 및 시험장비 개발 - 동적충격하의 HPFRCC 압축물성 시험 및 평가 매뉴얼 개발 - 동적충격하의 HPFRCC 압축물성 예측모델 개발 - 동적충격하의 HPFRCC 인장물성 시험법 및 시험장비 개발 - 동적충격하의 HPFRCC 인장물성 시험 및 평가 매뉴얼 개발 - 동적충격하의 HPFRCC 인장물성 예측모델 개발 - 동적충격하의 HPFRCC 충격파괴모드 평가기술 개발 - HPFRCC 구조부재의 방호·방폭 성능평가시험·해석 기법 개발 - HPFRCC 구조시스템 모듈의 방호·방폭 성능평가 시험·해석 기법 개발 - HPFRCC 구조부재의 방호·방폭 성능 정량화 지표 및 등급화 기술 개발 - HPFRCC 구조시스템 모듈의 방호·방폭 성능 정량화 지표 및 등급화 기술 개발 - 구조부재 접합부의 방호·방폭 성능평가 기법 개발 - 구조부재 접합부의 방호·방폭 성능향상 기술 개발 |
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| 색인어 | 한글 | 방호 | 방폭 | 안전성 | 섬유보강 | 복합재료 |
| 영문 | Protection | Blast resistance | Safety | Fiber reinforcement | Composites | |
| 최종보고서 | 최종보고서_방호·방폭용 고성능 섬유보강시멘트 복합재료 및 성능평가 기술 개발.pdf | |||||