| 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.
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| 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.
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| 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.
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