| 연구개발개요 |
○ 반도체 등 첨단 고부가가치 제품 생산 시설의 진동저감 인프라 개발 필요 - 고부가가치 제품 생산시설의 진동저감을 위해 고가의 인프라 구조 활용 중 - 진동저감형 콘크리트 개발을 통해 저비용 진동저감 인프라 개발 가능○ 급속시공 모듈러 주택의 단열 성능 향상 필요 - 모듈러 주택의 단열 성능 향상을 위한 근본적 구조재료적 해결책 도출 필요 - 저비용 단열 시멘트 기반 건설재료 개발 및 적용 필요○ 철도 고가 구조물 등의 구조기인 소음(structure-borne noise) 문제 해결 필요 - 구조기인 소음은 진동이 구조물을 따라 전파되면서 소음이 발생 - 전통적인 철근콘크리트 구조 및 철골 구조 등 감쇠(damping) 성능이 제한적인 구조재료로는 소음 문제 해결 어려움 - 미세 공극구조체 활용을 통한 재료단위의 감쇠(damping) 성능을 키워 구조기인 소음 문제 해결 가능○ 기존 경량 콘크리트 제조 방식의 혁신적인 변화 요구 - 기존 경량 콘크리트의 핵심 재료로는 자연적으로 존재하는 경량골재를 사용하는 것으로 우리나라에는 적당한 경량골재 수급이 매우 어려움 - 아래 그림과 같이 경량 골재의 특성에 따라 경량 콘크리트를 제조할 수 있다는 연구결과들이 발표되고 있지만, 경량 골재의 비중이 시멘트 매트릭스의 비중과 차이가 커 재료분리 현상이 필수적으로 해결되어야함 - 본 연구에서는 마이크로 중공 파티클을 인공적으로 제조하여 사용함과 동시에, 시멘트 매트릭스의 점성을 조절하여 재료분리를 해결하고, 고강도 및 경량을 동시에 만족시켜 데이터 기반 인프라구조물에 특화된 저진동 경량 고강도 복합체를 제조하는 것이 목표임
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| 최종목표 |
○ 공극기반 배합설계 및 파장흡수 구조재료의 성능 검증 절차 구축- 진동 감쇠율 9.0% 이상의 중공 파트클 적용 시멘트 복합체 개발- 흡음률 0.30 이상의 중공 파트클 적용 시멘트 복합체 개발○ 구조재료용 마이크로 사이즈의 중공 파티클 개발 및 분산성 확보 기술 개발- 분산도 60% 이상의 중공입자 합성 및 중공입자가 포함된 고성능 시멘트 복합체 개발(압축강도 50 MPa 이상)○ 공극설계 기반 콘크리트 배합 확정 및 진동성능 평가- 진동 감쇠율 10.0% 이상의 중공 파트클 적용 시멘트 복합체 개발(압축강도 20 MPa 이상)- 흡음률 0.35 이상의 중공 파트클 적용 시멘트 복합체 개발(압축강도 30 MPa 이상)○ 마이크로 중공 파티클을 포함한 구조재료의 단열 성능 평가- 분산도 80% 이상의 중공입자 합성 및 중공입자가 포함된 고성능 시멘트 복합체 개발(압축강도 60 MPa 이상, 열 전도율 1 W/mK 이하)○ 정량적 성과목표: SCI급 논문 4편, 특허출원 1건
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| 연구내용 및 범위 |
○ 공극기반 배합설계 및 성능 검증 절차 구축- 구조용 파장흡수 건설재료의 요구조건 분석을 위한 문헌조사 및 예비실험 수행 : 일반 콘크리트의 파장 흡수 실험을 통한 실험 조건을 정립하고 성능 목표 수준 확정- 역학적 강도 확보 및 목표 공극 구조 설계를 위한 공극 기반 배합 설계 도출 : particle packing 이론 기반 배합 설계 및 실험을 통한 검증- 파장 흡수 구조재료의 성능 검증 절차 구축 및 특성 분석 : 콘크리트 감쇠율 및 흡음률 측정 설비 구축 및 개발된 배합의 성능 실험 분석- 구조재료의 진동저감을 위한 마이크로 중공 파티클 형상 최적화 : 중공소재의 형상 및 크기에 따른 시멘트 복합체의 진동 및 흡음 특성 실험 및 분석○ 마이크로 중공 파티클 합성 및 공극 구조 최적화- 마이크로 중공 파티클 합성을 위한 문헌조사 및 예비실험 수행 : 구조용 재료에 적합한 중공 파티클 합성에 관한 조건을 정립하여 문헌조사와 예비 실험 수행- 마이크로 중공 파티클 합성 기술 도출 및 3차원 형상 분석 : 마이크로 토모그래피와 전자주사현미경을 이용하여 합성된 중공 파티클의 표면 및 3차원 형상 분석- 시멘트 복합체 내부에서 마이크로 중공 파티클의 분산성 및 재료분리 현상 분석 : 시멘트 복합체의 점성에 따른 중공 파티클의 분산도 조절 가능성 평가- 콘크리트 단열 시험 절차 구축 : 차년도 수행하게될 단열 시험 예비 실험 수행○ 공극설계 기반 콘크리트 배합 확정 및 진동성능 평가- 중공 파티클을 포함한 저진동 시멘트 복합체 개발 : 1차년도에 수행된 결과를 바탕으로 진동저감에 최적화된 구조용 시멘트 복합체 배합 개발- 형상 최적화 및 중공 파티클과 시멘트 페이시트의 계면 특성 분석 : 파괴에너지 비교/분석을 통한 계면 특성 분석 및 역학성능을 평가하여 다기능성 구조재료로 활용가능하도록 배합비를 조정- 다기능 시멘트 복합체의 흡음 성능 평가 : 공극기반 배합설계기법 적용을 통한 목표 흡음률 달성 가능한 구조용 시멘트 복합체 배합 도출○ 마이크로 중공 파티클 제조 및 단열 성능 평가- 마이크로 중공 입자 제조 공정 도출 : 1차년도에 수행된 결과를 바탕으로 최적화된 제조 공정 도출- 마이크로 중공 파티클을 포함한 복합체의 단열 및 역학 성능 평가 : 역학성능을 평가하여 다기능성 구조재료로 활용가능하도록 배합비를 조정- CT 활용 다양한 스케일 공극 구조 최적화 : 설계된 기능 (고강도 및 단열)을 만족하도록 공극 구조를 능동적으로 조절하고, 이를 CT로 확인하여 다양한 공학적 성능 (강도, 단열, 비중)을 조절할 수 있도록 설계
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