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과제기본정보

순환자원을 90%이상 활용하는 원가절감형 노후 저수지 보강용 지반고화재 상용화 및 제조시스템 개발2년차

사업개요
사업개요
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 19TBIP-C144472-02
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 친환경 재생건설재료 적용분야 제조업(비금속광물 및 금속제품)
2순위 환경 | 청정생산 설비 | 환경친화제품 제조기술 실용화대상여부 실용화
3순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 구조물 보수 보강기술 과제유형 개발
과제명 순환자원을 90%이상 활용하는 원가절감형 노후 저수지 보강용 지반고화재 상용화 및 제조시스템 개발
주관연구기관 (주)대웅
총괄연구 책임자 성명 임양현
소속 (주)대웅 직위 소장
전화번호 061-692-4777 FAX 061-692-4779
총 연구기간 2018-04-01 ~ 2020-12-31
당해연도 연구기간 2019-01-01 ~ 2019-12-31

(단위:원)

년도별 비용
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 315,000,000 24,000,000 201,000,000 225,000,000 540,000,000
과제기본정보
연구개발개요 우리나라 저수지는 약 17,000여개소가 전국에 산재하여 있으며, 이중 70%가량인 12,000여개소가 건설된 지 50년 이상 된 노후 저수지이다. 이중 354개소가 안전도 D·E등급을 받아 “저수지·댐 안전관리 및 재해예방에 관한 법률” 제 9조에 따라 재해위험 저수지로 지정되어 있으나, 재정 자립도가 낮은 남부권에 82%이상 집중적으로 분포하고 있어, 노후 재해위험 저수지들의 보수·보강이 지지부진한 상태이다.
저수지 보강의 주재료는 시멘트가 일반적으로 사용되며, 시멘트는 고온소성(1400℃)이 반드시 필요하여, 다량의 이산화탄소가 발생(1톤생산시 약 0.83톤의 CO2발생)한다. 또한 친수환경에서 6가크롬등의 중금속이 용출될 유려 및 대체연료 사용으로 인한 환경안정성에 대한 염려가 커지고 있는 상황으로 저수지보강에 사용되는 시멘트를 대체하는 재료의 개발이 필요하다.
따라서 본 연구에서는 재활용율이 저조한 비철금속 슬래그 및 순환자원을 90%이상 활용하는 원가절감형 노후 저수지 보강용 지반고화재 상용화 및 제조시스템 개발하여 개발제품의 상용화를 이룩하고자 한다.
최종목표 신청기관이 확보하고 있는 “순환자원을 이용한 저시멘트계 결합재 조성물(10-1790542)” 특허는 기존 시멘트계 결합재에서의 클링커 사용량을 최소화하기 위한 에너지 절감형 결합재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산업부산물인 고로슬래그 미분말과 스테인레스 정련슬래그 미분말, 이들을 활성화하기 위한 강알칼리 황산염 자극제로 산업부산물인 유동층 보일러 고칼슘 연소재를 활용하여 1종 보통 포틀랜트 시멘트 사용을 최소화하는 결합재 조성물에 관한 것으로, 순환자원을 이용한 저시멘트계 결합재 조성물로써 강알칼리 자극제로 1종 보통 포틀랜트 시멘트 100중량부에 대하여, 고로슬래그 50~1,000중량부와, 스테인레스 정련슬래그 20~1,000중량부와, 순환 유동층 보일러에서 배출되는 고칼슘 연소재 10~500중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 기술을 기반으로 재활용률이 저조한 비철 정련슬래그 및 순환자원을 90%이상 활용하고, 친수환경에 유해한 중금속 물질을 용출시킬 수 있는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)의 사용을 배제하는 환경 친화적이고 원가경쟁력을 확보한 지반고화재를 개발하고, 노후 저수지 보강공법에 적용하여 개발제품의 사업화를 성공적으로 이루고자 한다.
연구내용 및 범위 본 사업화 기술은 고온의 소성공정이 필요하지 않은 지반보강용 지반고화재를 제조하는 기술로 슬래그의 알칼리 활성화 반응의 자극제로 순환자원을 대량활용하는 기술이다. 기존의 고가의 알칼리 활성화 자극제(규산소다, 소듐 실리케이트, 규산 칼륨 등)을 사용하지 않고, 저가의 순환자원인 Free CaO가 다량 함유된 발열성 연소재를 슬래그의 알칼리 및 황산염 복합 자극제로 활용하는 기술이다. 확보기술을 기반으로 하여, 본 연구에서는 재활용률이 저조한 비철금속 슬래그를 적극적으로 활용하여, 기존의 고로슬래그를 일부 대체하고, Free CaO가 다량 함유된 발열성 순환자원을 자극제로 사용하여, 노후 저수지 보강공법에 사용되는 시멘트를 대체할 수 있는 지반고화재를 개발하고자 하며, 본 연구에서 진행할 연구내용 및 범위는 다음과 같다.

1. 순환자원을 90%이상 활용하는 원가절감형 지반고화재 개발
- 기존의 고로슬래그를 대체하여, 비철금속 슬래그를 10%이상 적극 활용하는 원가절감형 지반고화재개발.
- 지반고화재 제조시 총 순환자원률 90%이상 사용확보.
- 기존 시멘트계 제품대비 동등 이상의 품질성능 확보(고화토 및 호모겔강도, 침투성, 유동성능 등 확인).
- 시멘트계 제품 대비 80%이하 원가 경쟁력(2018.02월 자료기준 시멘트 75,000원/톤, 개발 지반고화재 60,000원/톤 이하) 확보.
- 개발 지반고화재의 환경 기준 성능(폐기물공정시험, 어독성시험, 토양오염공정시험 등).

2. 개발 지반고화재 제조시스템 개발
- 개발 지반고화재의 품질확보를 위한 비철금속 슬래그 및 순환자원의 발생처별 발생원별 DB구축.
- 개발 지반고화재의 품질 및 성능개선을 위한 비철금속 슬래그 및 순환자원 원재료의 전처리 시설 확보.
- 개발 지반고화재 PILOT PLANT 설치 및 시제품 생산(10ton/hr).
- 생산 시제품의 품질안정화 방안 확립.

3. 개발 지반고화재의 저수지 보강공법의 실내 및 현장 적용성 검증
- 다양한 저수지 보강공법별 적용방안 및 적용성능 검증(연구기간내 총 4곳이상 시험시공 실시).
- 원심모형시험 및 진동대 모형시험을 통한 다양한 지반조건에 대한 적용성능 검증.
- 노후 저수지 현장 적용성 검증 및 장기(1년 이상) 모니터링 실시.

4 개발 지반고화재의 공인성능인증 획득
- 실내시험 및 현장적용을 통한 결과를 토대로 녹색인증 및 환경표지 등의 객관적인 공인성능인증 획득.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 순환자원을 90%이상 활용하는 원가절감형 노후저수지 보강용 지반고화재 제조기술개발 및 성능 및 환경안정성 검증 1.비철금속 슬래그 및 순환자원의 발생처, 발생기간 별 DB구축
2.사용 원재료의 최적 전처리 조건 확립
3.비철금속 슬래그 및 순환자원을 90%이상 활용하는 지반고화재 제조기술 개발
4.개발 순환자원을 90%이상 활용하는 지반고화재의 경제성 평가 및 비즈니스모델 구축
5.순환자원을 90%이상 활용하는 원가절감형 지반고화재의 토질별 성능 검증
6.다양한 저수지 보강공법별 적용성 검토
7.개발고화재의 배압요인별 강도발현 특성 검토
8.순환자원을 90%이상 활용하는 원가절감형 지반고화재의 환경안정성 검증
연구성과 기술적 기대성과 순환자원을 이용하여 기존 시멘트 대신에 노후저수지 보수보강을 할 수 있는 기술은 선진국에서도 개발된 적이 없는 국내 고유기술로서 향후 더욱 더 지반에 대한 환경 안정성이 부각되는 시점에 반드시 필요한 소재가 될 것으로 예상되어 향후 해외로 기술 이전이 가능할 것으로 판단된다.
사회 경제적 파급효과 본 순환자원 활용 지반고화재는 순환재료의 배합-계량-혼합-제품화[完]로 제조 공정이 이루어 지기 때문에, 시멘트의 제조 시 필요한 소성과정이 생략되어, 에너지 소비 감소와 CO2발생량이 작다.
또한, 순환자원을 주재료로 활용하기 때문에 시멘트계 고화재 대비 20~30% 정도의 낮은 가격에 공급이 가능하여 건설공사시 원재료비를 크게 절감할 수 있으며, 이를 비용으로 환산한다면, 연간사용량을 10만톤으로 가정시 약 15~20억원 정도의 원가 절감효과를 기대할 수 있다.
간접적으로 년간 10만톤의 원료 및 10만톤의 제품을 운송할 차량운행회수가 7,200회에 달하며 일 24회의 운행이 필요해 약 24명의 운전자가 신규고용 될 수 있다.
활용방안 본 기술개발로 저활용 순환자원이 새로운 부가가치를 창출할 수 있으며, 기존 노후 저수지 사용 보강재료에 비하여 가격경쟁력과 친수환경에 환경부하가 적은 재료개발이 가능하다. 또한 본 개발제품은 말뚝 관입용, 연약한 지반 보강용, 공동을 충전하거나 뒷채움을 위한 저강도 기포혼합 고화재로도 널리 활용이 기대되며, 또한 향후 개발한 기술의 활용분야로는 하천, 농로, 해안 간척지 등의 연약지반의 고화 및 터널 그라우팅, 하수관, 전기배선관 등 다양한 구조물의 뒷채움재 등으로의 용도확대가 기대됨.
핵심어
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핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 순환자원 노후 저수지 무시멘트 지반고화재 그라우팅
영문 Circulation Resources Aged Reservoir Non-cement Soil Stabilizer Grouting
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