R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515CTAP-C078770-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 고전도성(10 mS/m 이상) 탄소나노튜브/시멘트 복합재료을 활용한 콘크리트 구조물의 균열 및 염소침투 센서의 원천기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-08-14 ~ 2016-08-26 | |||||
| 연구책임자 | 김형기 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
3명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
6명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 50,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 50,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 100,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 100,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 조선대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001557-01 | |||||
| ISBN | 978-89-8439-503-9-93500 | |||||
| 주요 내용 |
본 연구는 지금까지 시도되지 않았던 새로운 형태의 모니터링 기술을 개발하기 위한 것으로써, 건설분야에서는 사용이 전무한 첨단소재인 탄소나노튜브 (Carbon nanotube, CNT)를 혼입한 고전도성 (10 mS/m 이상) 시멘트 복합재료를 사용해, 콘크리트의 균열과 내부 염소침투 여부를 동시에 모니터링하는 방법을 개발 하는 것을 최종 목표로 한다. 특히 본 연구자가 기존에 연구해 온 CNT-나노입자 강제식 분산법(Intermixing method)을 사용할 경우 저가의 단순한 공법으로 매우 높은 전기전도도를 갖는 시멘트 복합재료를 제조할 수 있으며, 본 연구에서는 제조된 고전도성 시멘트 복합재료를 콘크리트 구조의 균열 및 염소침투 모니터링을 위한 센서로서 활용한다. - 균열 모니터링 개념: 콘크리트 구조에 균열이 발생할 때 CNT/시멘트 복합재료에도 균열이 발생 (같은 재료이므로 동일거동함), 따라서 CNT/시멘트 복합재료를 통해 전기가 통하지 못하게 되므로 전기전도도가 급격하게 낮아지게 되며 이를 모니터링 하여 균열발생여부를 검증 - 염소침투 모니터링 개념: 염분이 녹아있는 물은 전기전도도가 매우 높음, 따라서 콘크리트 구조에 염소가 침투할 경우 CNT/시멘트 복합재료의 전기전도도가 높아지며 이를 모니터링 하여 염소의 침투여부를 검증 [최종목표] - 최종목표: 본 연구는 기술의 실현가능성을 확인하는 ‘이론적 아이디어 개발’을 목표로 함, 즉 CNT/시멘트 복합재료를 활용한 균열/염소침투 모니터링 기술의 아이디어를 실제로 검증하고, 이를 활용할 수 있는 원천기술을 개발할 계획임 - 현 기술 수준의 한계: CNT를 혼입한 시멘트 기반 재료 (몰탈, 콘크리트) 등에 대한 개발은 부분적으로 진행되었으나, 대부분 물리적 특성의 확인 혹은 전기전도도의 확인 수준임, 일부 소니케이션을 활용한 경우에는 고전도도 확보도 가능, 하지만 센서로서의 ‘활용’에 대한 연구는 전무함 [연구내용 및 범위] 1차년도: 고전도성(10 mS/m 이상) CNT/시멘트 복합재료 개발 ？ 선행연구 사례조사 및 목표성능 설정: 관련 자료조사 - 관련 문헌조사 및 DB 확보 ？ 배합비 설정 - 전도도의 Percolation threshold를 고려한 CNT혼입량 및 W/B 결정 (배합에 따른 전도성 측정) - 배합시간 및 목표 유동성을 고려한 CNT 분산성 및 전기전도도 확인 (배합방법에 따른 전도성 측정) - 최적 배합비 도출 ？ 콘크리트 구조에 대한 설치방법 결정 - 콘크리트 내 설치를 위한 Bar 형상 결정 - 콘크리트 외부 설치를 위한 무수축형 시멘트 복합재료 개발 (후설치식 복합재료의 수축/팽창 및 균열 발생가능성 확인) - 최적 설치방법 결정 - Electode 재료 선정 2차년도: 고전도성 CNT/시멘트 복합재료의 균열/염소침투 모니터링 적용가능성 확인 <본 연구는 아이디어 검증에 관한 것이므로, CNT/시멘트 복합재료를 설치한 RC 및 PSC에 대해 실험을 수행할 예정이다. 타기관 연구(Saafi, 2009)의 경우 RC 내부에 복합재료를 설치하여 하중과 전도도 변화곡선을 확인하였으나 (좌), 본 연구에서는 복합재료를 RC 구조의 내/외부에 설치할 경우에 따라 균열 모니터링 특성이 어떻게 변화되는지 확인할 계획이다.> <제안실험내용-PSC구조의 균열회복 모니터링 개념: PSC (Prestress concrete) 구조에서 Tendon loss에 의해 균열이 발생 할 경우 일반적으로 재긴장에 의한 Tendon 회복을 통해 구조를 보수한다. 만약 PSC 구조에 CNT/시멘트 복합재료를 설치해 둘 경우, 균열 발생시 전기전도도가 떨어지지만, Tendon 회복시에는 복합재료의 균열도 회복되기 때문에 전기전도도가 다시 회복될 가능성이 있다. 본 연구에서는 이와 같은 아이디어가 실제로 가능한지에 대해 연구할 예정이다.> ？ RC(Reinforced concrete)의 균열 모니터링 가능성 확인 - 콘크리트 내/외부에 설치한 복합재료와 RC의 물리적 거동관계 확인 - 내부수분량에 따른 전기전도성 변화 확인 - 반복하중에 따른 RC-전도성 복합재료간 변형률-전도성 변화 거동 확인 ？ PSC (Prestressed concrete)에서의 적용성 확인 - 긴장력 회복에 의한 PSC 균열닫힘 후 전도성 복합재료의 전기전도도 측정 확인 ？ 일반 Chopped carbon fiber(탄소단섬유)와 CNT간의 균열모니터링 적용가능성 비교 - 반복하중에 따른 RC-전도성 복합재료간 변형률-전도성 변화 거동 확인 ？ 외부염소 침투에 따른 전기전도도 변화 확인 - CNT/시멘트 복합재료의 초기 전기전도도에 따른 염소침투후의 전기전도도 변화 특성 확인 - 염소 침투 깊이에 따른 전기전도도 변화량 차이 확인 - 염소 환경에서의 장기노출에 따른 복합재료 센서 사용가능성 확인 (내부Electrode의 부식위험성 확인) ？ 수분흡수량에 따른 염소 모니터링 특성변화 확인 - 건조 및 포화된 염소침투 복합재료에서의 전기전도도 특성 변화 확인 - 콘크리트와 복합재료 내 염소 침투량 차이를 고려한 염소모니터링 기법 일반화 |
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| 색인어 | 한글 | 탄소나노튜브 | 고전도성 | 균열 | 염소침투 | 모니터링 |
| 영문 | Carbon nanotube | High-conductivity | Crack | Chloride penetriation | monitering | |
| 최종보고서 | 최종보고서 결합본- 표지포함.pdf | |||||