| 2차년도 |
<2년도 최종목표> 유도가열 기반 시멘트풀 급속 양생 현장적용 핵심 기술 개발 및 성능평가 <세부연구목표> <Activity 1> 시멘트풀 급속 양생용 고효율 유도가열 시스템 개발 <Activity 2> 매입말뚝용 시멘트풀 급속 양생 현장적용 핵심 장치 기술 개발 <Actvity 3> 매입말뚝 지지력 확보용 시멘트 풀 강도 및 지지력 분석
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<2차년도 주요 연구 내용 및 범위> <Activity 1> 시멘트풀 급속 양생용 고효율 유도가열 시스템 개발 ■ 유도가열 시스템의 목표성능 설정■ 적용대상인 매입말뚝 구조(크기, 길이) 고려한 전력변환 시스템 사양 도출■ 현장 시멘트풀 급속 양생장치용 고출력, 고효율 유도가열시스템 개발■ 고출력, 고효율 컨버터 및 인버터 모듈 설계 및 제작 ■ 실시간 온도제어 가능한 고출력, 고효율 전력변환 시스템 개발 ■ 현장 적용을 통한 대상 유도가열 시스템의 전력 소모량 검증■ 적용대상(시멘트 풀 양생, 콘크리트 양생)별 전력변환 시스템 운용 변환 모드 개발■ 적용대상(시멘트 풀 양생, 콘크리트 양생)별 전력변환 시스템 운용 가이드라인 개발<Activity 2> 매입말뚝용 시멘트풀 급속 양생 현장적용 핵심 장치 기술 개발 ■ 현장 매입말뚝 지지력 조기 확보를 위한 시멘트풀 양생용 유도가열 코일 조건 도출 ■ 현장 매입말뚝 구조(길이 및 크기), 재질에 따른 주파수, 말뚝과 코일간 간격, 코일턴 간격, 코일 턴수 등에 대한 시뮬레이션 해석 및 실험 수행 ■ 시멘트풀 양생용 현장 코일 배치 및 체결장치(안) 도출 ■ 현장 매입말뚝 길이 및 크기에 따른 코일 배치(안) 도출 및 코일 체결장치(안) 도출 ■ 시멘트풀 양생용 현장 적용 가이드라인 개발 ■ 현장 적용 코일 매입말뚝용 체결장치 시공 가이드라인 도출 <Activity 3> 매입말뚝 지지력 확보용 시멘트 풀 강도 및 지지력 분석■ 매입말뚝 주면 마찰력 확보를 위한 시멘트풀 양생 기술, 배합 및 양생온도-시멘트풀 강도 발현 상관관계 조사■ 실내 및 현장 시험을 통한 시멘트풀 급속 강도 확보를 위한 최적의 가열곡선 도출■ 매입말뚝 크기 및 두께를 고려한 급속양생 시멘트풀 강도 특성 및 내구성능 평가■ 현장시험시공을 통한 매입말뚝의 지지력(주면 마찰력) 평가 ■ 매입말뚝 지지력 확보를 위한 시멘트 풀 급속양생 공법 현장적용 가이드라인 개발
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
(성과물1) 시멘트기반 재료 급속 양생을 위한 실시간 제어기반 고효율？ 고출력 유도가열 시스템(시스템, 장비？장치) ■ 실시간 온도 제어 모듈을 이용한 현장 콘크리트 및 시멘트풀 양생용 온도 자동관리 시스템 개발에 활용■ 유도가열 시스템을 동절기 도로파손 복구 및 구조물 급속 보수·보강시 콘크리트 급속경화 기술에 활용(성과물2) 시멘트기반 재료(시멘트풀, 콘크리트) 급속 양생 현장적용 핵심 장치 기술 (장비？장치)■ 유도가열 시스템의 최적화 기술을 일반 철강·반도체 산업 및 주방용 유도가열 시스템의 고효율 기능에 활용■ 유도가열 코일의 체결장치 및 설치 기술을 공사장 가설 전력장치 고정에 활용 및 거푸집 고정 장치에 활용(성과물3) 급속 양생용 시멘트기반 재료(시멘트풀, 콘크리트) 물성평가 및 현장적용 기술 개발(공법？기법)■ 발열양생에 의한 장기강도 및 내구성 향상 핵심기술 확보를 통한 기존 촉진양생 기법(증기양생 등)에서 발생 가능한 콘크리트 물성 저하 문제 해결에 활용 ■ 외부 조건을 고려한 콘크리트 강도별 최적 발열이력 곡선을 동절기 현장타설 콘크리트 온도관리에 활용 ■ 매입말뚝(강관말뚝 포함) 등의 조기 지지력 확인 및 이를통한 설계 효율성 향상에 활용■ 강지보, 락볼트 등의 지반 보강재의 급속 시공에 활용<기술적 기대효과>■ 본 연구는 유도가열 기법을 건설분야(특히 콘크리트 양생)에 최초로 적용하여 건설현장에서 실제 활용하고자 하는 기술로 친환경·고효율 발열양생 원천기술 확보 및 실용화 기술 확보 기대■ 동절기 콘크리트 구조물 양생 시 발생할 수 있는 초기 경화불량 및 표면건조수축 균열 등을 방지하며, 조기에 콘크리트 강도 발현 가능한 고품질 콘크리트 생산 가능 ■ 매입말뚝 시공 시, 지지력 확인에 필요한 시간 소모로 주면마찰력을 최소로 고려한 보수적인 설계가 이루어지고 있는 문제를 획기적으로 개선함으로써 설계기술의 발전을 도모 할 수 있음
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| 사회 경제적 파급효과 |
<경제적ㆍ산업적 파급효과>■ 발열양생 기술 통한 기존 보온양생 비용을 획기적으로 저감함으로써 저비용 고효율 시공기술 구축에 기여■ 동절기, 현장타설 콘크리트 구조물 양생조건에 따른 공사기간의 장기화 및 한중콘크리트 사용에 따른 공사비 증가를 억제하기 위하 촉진양생 기술을 개발함으로써 공기단축(현장타설 및 프리캐스트 콘크리트 공기 50% 단축) 및 시공비 절감■ 북한과의 교류 확대 시, 북한 도로 및 철도 등 인프라 시공에 있어서 국내 기업의 선진적인 진출이 가능하며, 공기 단축으로 인한 부가수업 확보 가능■ 향후 러시아, 중앙아시아, 북미 등 혹한지 건설공사 입찰시 기술적 우위 확보로 인한 시장 진출 가능.■ 매입말뚝 지지력 확인을 위한 시간을 획기적으로 단축(7일？1일)함으로써 전체적인 건설공사의 공기 단축 및 비용 절감■ 매입말뚝 조기 지지력 확보 기술의 해외 기술이전 및 해외 건설 현장 적용을 통한 외화 획득 가능하며, 해외 시장 선점 가능<사회적 파급효과>■ 건설 작업자의 안전성 확보 (1): 유도가열 기반 촉진양생 기술을 통해, 기존의 보온양생을 위한 갈탄 등을 대체함으로 인해 겨울철 작업자 질식사고로부터 안전성 확보■ 건설 작업자의 안전성 확보 (2): 매입말뚝 지지력 조기 확보기술을 통해, 지지력 미확보에 따른 시공중 구조물의 붕괴 등을 원천적으로 방지가 가능하며, 산업재해로부터 작업자의 안전 확보 ■ 건설 현장 미세먼지 및 대기오염 저감: 유도가열 기반 촉진양생 기술은 콘크리트 양생을 위한 에너지원으로 화석연료를 사용하지 않으므로, 최근 문제가 되고 있는 건설현장의 미세먼지 및 대기오염 저감이 가능■ 민원발생 최소화 및 대기오염 저감: 매입말뚝 지지력 조기 확보기술은 항타 기간을 단축을 통해 소음 및 진동 저감이 가능하며, 민원 발생을 최소화할 수 있음. 또한, 공사기간 단축에 따른 건설기계의 사시 배출되는 매연, 미세먼지 저감 가능■ 국가 정책 부합 및 국가 위상 제고: 화석연료 저감 및 에너지 효율성 향상을 추구하는 국가 정책에 부응하며, 친환경 기술로서 국제적 위상 제고 가능■ 국민의 인식 전환: 타 산업과의 융합기술 개발을 통해 건설산업 이미지에 제고를 기대할 수 있으며, 미세먼지 및 대기오염 저감 효과 홍보를 통해 국민의 불안요소 감소 및 건설 이미지 향상 가능
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| 활용방안 |
<최종성과물의 건설현장 활용방안>■ 극한지 건설공사 활용 (공기단축 및 비용절감, 품질 향상)■ 교량, 교각 및 빌딩 기둥 등 현장타설 콘크리트 활용 (급속시공, 품질향상, 작업자 안전성 향상, 탄소배출량 감소) ■ 프리캐스트 콘크리트 공장 활용→기존 증기양생 대체 (양생시간 및 설비비용 저감, 레이턴스 저감)■ 강합성 보 및 강합성 기둥 생산 활용 (콘크리트 내외부 강제 유도가열에 의한 별도의 거푸집 미적용, 비용절감 및 급속시공)■ 도로포장 긴급복구 활용 (동절기 도로파손 복구 및 구조물 급속 보수·보강시 콘크리트 급속경화 기술에 활용, 비용절감 및 급속시공)■ 매입말뚝의 지지력 설계 및 말뚝 적정심도 결정에 활용 (비용절감 및 시공속도 향상)■ 기초공사 등 다양한 지반보강 공법에 활용 (시공속도 향상, 지지력 조기 확보)<후속연구 및 현장적용 활용방안>■ 본 연구를 통해 개발된 유도가열기반 콘크리트 급속 양생기법 및 매입말뚝용 시멘트풀 급속 양생기법에 대한 현장적용성 기술을 기반으로 수요기업 중심의 기술이전을 통한 국내외 건설현장 적용을 추진하고자 함■ 본 과제에서는 다양한 현장에 적용 가능한 가상환경 시뮬레이션 모델 구축, 시뮬레이션 및 현장 데이터 기반의 구체적인 현장 프로토타입 개발, 실제 건설현장에 적용 가능한 시스템 시작품 개발 및 성능 검증을 통하여, 향후 매입말뚝용 시멘트풀 급속 양생 기법 신기술(인증)화와 콘크리트 급속 양생 기법 신기술(인증)화를 추진 예정■ 또한, 실제 공사 현장에 공법을 적용하여 경제적인 매출 발생을 추진예정이며, 개발 기술을 적용하여 다양한 공사 현장에 적용을 추진 예정
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