| 연구개발개요 |
■국가기반시설물의 유지관리 비용은 우리나라의 사회구조가 본격적으로 선진국형으로 전환될 것으로 예상되는 2025년경부터 급증할 것으로 예상 ■ 하지만 세계적 경기침체 및 사회다변화에 다른 국가기반시설물 유지관리에 필요한 국가예산 확보는 점점 어려운 실정. 기존의 개별인자 기반, 프로젝트 기반의 유지관리 패러다임으로 국가기반시설물 노후화에 따른 유지관리 비용의 근본적인 해결 불가능■ 미국 유럽 일본 등 기존의 산업화 선진국들과 달리, 우리나라는 1970년대에서 1980년대 정부 주도의 급속한 경제성장을 달성. 이 시기에 건설된 우리나라의 국가 기반시설은 설계기준 미흡, 품질관리 소홀, 자재수급 불안정 등으로 같은 현재의 성능기준과 비교하여 현저히 낮은 내구성능 보유.■ 특히 우리나라 국가기반시설물의 80% 이상을 차지하는 철근 콘크리트 구조물은 염해 및 중성화에 취약하며, 철근 부식에 따른 피해로 연간 수조원의 복구비용 소요 (연간 GDP의 약 3% 추산). 이는 우리나라의 지속적인 발전을 저해하는 요인으로 작용. ■ 따라서 염해 및 중성화에 취약한 철근 콘크리트 구조물의 최적 유지관리 관리 기법의 개발은 국민들에게 안전하고 편리한 국가기반시설 건설 및 유지관리, 더 나아가 지속가능한 국가 발전을 위하여 반드시 필요함.
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| 최종목표 |
이 연구에서는 Multi-physics 복합작용에 영향을 받는 철근 부식에 따른 콘크리트 열화 상태의 종합적인 모니터링 및 이에 따른 철근 콘크리트 재료의 회복기술(예방, 복원, 보수)을 융합하여, 철근 콘크리트 구조물의 상태평가 및 유지관리를 동시에 수행할 수 있는 Multi-physics IoT 센서 및 Multi-stage 전착법을 활용한 철근 콘크리트 구조물 스마트 모니터링 시스템 개발을 목표로 함.이 연구에서 최종목표를 달성하기 위하여 다음과 같은 3개의 핵심요소기술를 개발하고 함.● [제1개발 핵심요소기술] 전기화학·열·진동센서로 구성된 Multi-physics IoT 센서를 활용한 철근 콘크리트 구조물 열화상태 모니터링 기술 개발● [제2개발 핵심요소기술] Multi-stage 전착을 활용한 철근부식에 따른 콘크리트 열화 자동 회복기술 개발● [제3개발 핵심요소기술] Multi-physics IoT 센서 모니터링 및 Multi-stage 전착 회복기술을 융합한 철근 콘크리트 구조물 진단·유지 스마트 모니터링 시스템 개발
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| 연구내용 및 범위 |
● 1차연도 연구(2021년 4월 1일에서 2021년 12월 31일, 9개월)에서는 Multi-physics 센서를 활용한 모니터링 기술(제 1 핵심요소기술)과 Multi-stage 전착 회복기술(제 2 핵심요소기술) 개발을 목표로 하고 있으며, 개발된 요소기술은 철근 콘크리트 실험체에 적용을 통한 검증으로 TCL 5~6단계 수준의 기술을 확보하고자 함. ■ 주관연구개발기관(동아대학교 산학협력단): 핵심기술 개발 및 실험실 수준의 검증① 전기화학？ 열？ 초음파 복합 센서 개발 및 이를 활용한 철근콘크리트 열화 모니터링 기술 개발② 철근 부식 방지 및 콘크리트 열화 자동 보수를 위한 전착 공법 최적화③ Multi-physics 센서 기반 모니터링 및 전착 보수 통합 모듈 설계 ④ 재료수준 실험을 통한 Multi-physics 센서 및 전착 보수 공법 검증 ■ 공동연구개발기관(ING&ENG): 실험을 통한 검증 지원 및 실용화 기술 개발① Multi-physics 센서 기반 모니터링 및 전착 보수 공법 실용화를 위한 실무기술동향 분석 ② 스마트 모니터링 시스템 실용화를 위한 매뉴얼 및 기술 지침서 작성(안)③ 재료수준 검증(1차연도 연구) 및 부재수준 검증(2차연도 연구)을 위한 실험체 제작■ 연구개발기관 외 기관(대림건설): 스마트 모니터링 시스템의 현장 적용을 타당성 검토① 현장 시공성 및 시스템 유지관리 비용 분석을 통한 현장 적용성 검토 ● 2차연도 연구(2022년 1월 1일에서 2022년 12월 31일, 12개월)에서는 ICT 융복합 기술(IoT 센싱, 무선통신, 네트워크 레벨 DB 구성, 기계학습을 통한 분석 알고리즘, 자동제어)을 활용하여, 1차연도에 개발된 두 개의 핵심요소기술(Multi-physics 센서 모니터링과 Multi-stage 전착 보수기술)을 하나의 시스템으로 통합한 스마트 모니터링 시스템 개발을 목표로 하고 있으며, 개발된 융복합 기술은 실험실에서 제작된 철근 콘크리트 보 실험체에 적용을 통한 검증을 거쳐, 현장에 제작된 실물 크기의 mock-up 실험체에 적용을 통하여 현장 적용성 검증하고, 실용화를 위한 사용매뉴얼 및 기술지침서를 제안하여, TCL 7단계 수준의 기술을 개발하고자 함. ■ 주관연구개발기관(동아대학교 산학협력단): IoT 기반 스마트 모니터링 시스템 개발 및 부재 수준의 검증① Multi-physics 모니터링 모듈 prototype 제작② 전착보수 모듈 prototype 제작 ③ Multi-physics 센서 기반 모니터링 및 전착 보수 통합 모듈 prototype 제작 ④ 부재수준의 실험을 통한 스마트 모니터링 시스템 검증■ 공동연구개발기관(ING&ENG): 부재 수준 실험을 통한 검증 지원 및 실용화 기술 완성① IoT 기반 스마트 모니터링 시스템 현장 적용 및 시공 최적화 방법 연구② 전착을 활용한 철근 부식에 따른 콘크리트 열화 최적 보수 방법 연구③ 부재수준 검증을 위한 급속부식시험 장치 구축 및 검증 시험 지원■ 연구개발기관 외 기관(대림건설): 현장 Mock-up 시험체 적용을 통한 현장 적용성 검토① IoT 기반 스마트 모니터링 시스템의 현장 Mock-up 시험체에 적용을 통한 현장 시공성 및 현장 조건에 따른 생애주기 비용 분석을 통한 실용성 분석
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