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과제기본정보

무기계 상변환 콘크리트 수화열 저감재의 장기저장성 및 생산성 향상 기술 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 20CTAP-C157880-01
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 건설업
2순위 원자력 | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 무기계 상변환 콘크리트 수화열 저감재의 장기저장성 및 생산성 향상 기술 개발
주관연구기관 충남대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 김규용
소속 충남대학교 직위 교수
전화번호 042-821-5600 FAX 042-825-0318
총 연구기간 2020-04-13 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2020-04-13 ~ 2020-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 160,000,000 5,340,000 48,030,000 53,370,000 213,370,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 최근 대단위 규모의 초고층 건축물 시공 등이 아시아 지역 국가에서 시행되고 있으며, 고성능 및 고강도 콘크리트 성능이 요구됨에 따라 콘크리트 단위시멘트량이 증가
하고 있다. 단위시멘트량이 증가하면서 콘크리트 구조체에서 초기 균열이 발생하고 있으며 이는 수화열에 의한 온도균열로 콘크리트 성능 저하의 주요 원인이다. 수화열
에 의해 발생하는 콘크리트 온도균열을 제어하기 위한 기술이 다수 개발되었지만 아시아 극서지방 등의 건설현장에 적합한 시공기술 적용이 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내 유일의 상변환형 수화열 저감재의 조해성으로 인한 품질 관리 문제점을 개선하여 제품 안정성능을 확보하고, 매스콘크리트의 수화열 제어성능 평가 및 검증을 통해 해외 건설현장적용을 위한 기반을 구축하고자 한다.
최종목표 본 연구개발에서는 소재의 조해성으로 인해 유발되는 무기계 상변환 수화열저감재의 저장기간 제약과 품질저하 개선 및 동남아시아 매스콘크리트 적용을 위한 수출기반 연구로써 무기계 상변환 콘크리트 수화열 저감재의 장기저장성 및 생산성 향상 기술을 개발하는 것을 최종목표로 하고 있음.
본 연구는 세계 최고수준의 기술 경쟁력을 갖는 무기계 상변환 수화열 저감재의 장기저장성 및 생산성 향상기술을 개발을 최종목표로 하고, 나아가 세계시장을 대상으로 하는 사업화를 실현하는 것을 기대하고 있으며, 본 연구가 성공적으로 개발될 경우, 가능성이 충분한 것으로 판단하고 잇음.
연구내용 및 범위 ○ 건설시장의 대형화 및 고층화에 의한 매스콘크리트의 수요 증가 및 수화열 저감재의 필요성 증가
최근 콘크리트구조물의 대형ㆍ장대ㆍ고층화에 따라 대단면의 매스콘크리트의 적용이 증가함. 매스콘크리트는 수화열에 의해 발생하는 균열 등의 결함을 제어할 필요성이
있음.
- 세계적으로 초고층, 대형 건축물의 건설이 증가하고 있음.
- 아시아 지역은 대형 건설사업의 투자가 집중되고 있음.
- 매스콘크리트의 적용이 증가하여 수화열 제어기술의 중요성이 높아짐.

○ 국내ㆍ외 수화열 저감 기술 한계점
- 플라이애시, 고로슬래그 등과 같은 혼화재를 활용하고 있지만, 다량 사용의 경우 콘크리트 중성화 등의 구조적 문제점이 발생하여 사용 수준에 한계가 있음
- 파이프쿨링 기술의 경우 수화열 저감성능은 우수하나 별도의 냉각설비가 필요하고 초기 시공비가 상승되는 문제점이 발생
- 건설산업의 대단위화에 따른 매스콘크리트의 활용도 증가로 인해 다양한 수화열 저감 기술들이 개발되고 있으나, 기존 공법들은 성능 저하 또는 단가 및 공기 증가의
문제점이 있어 최근 상전이물질을 활용한 수화열 저감 기술에 주목하고 있음
- 최근, 상전이물질에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있으나, 매스콘크리트의 수화열을 효과적으로 감소시키는 목적으로 진행되는 연구는 소수임
- 국외의 경우, 새로운 수화열 저감 기술을 개발하는 경우가 극히 소수이며, 주로 기존 수화열 저감 기술의 효율성을 향상시키는 연구개발이 이루어지고 있는 것으로 확

- Ice flake 사용 등과 같은 새로운 수화열 저감 기술 또는 상전이물질 활용을 통한 수화열 저감에 대한 연구 및 논문들이 일부 발표되고 있으나, 상전이물질 PCM 기반
수화열 저감재를 활용한 매스콘크리트 수화열 저감 기술에 대한 연구 개발 및 사업화 수행 실적은 전무한 실정임

○ 무기계 상변환소재의 내조해성 및 상변이 안정성 향상 기술 개발
무기계 상변환소재는 조해성에 의해 응고(뭉침)현상이 발생하며, 이는 장기저장성에 문제를 야기함. 조해성을 개선 및 상전이 안정성 개선을 통해 장기저장성을 해결하면
국내ㆍ외 시장으로의 진출 가능성을 높일 수 있음.
- 표면처리 및 다공성 재료 함침기술을 적용한 내조해성 향상 기술 개발.
- 고흡습성 소재 합성을 통한 분말형 수화열 저감재의 상전이 안정성 기술 개발.
- 장기저장성 문제를 해결하여 수화열 저감재의 국내ㆍ외 시장으로의 적용성 확보.

○ 상변환소재를 활용한 장기보관형 콘크리트 수화열 저감재 생산 기술 개발
수화열 저감재의 내조해성 및 상변이 안정성을 개선한 무기계 상변환소재 기반 수화열 저감재의 장기저장성과 생산성을 향상시키고, 콘크리트용 수화열 저감재의 성능검
토 및 품질 안정성 확보가 필요함.
- 수화열 저감재의 콘크리트의 역학적 성능 안정성 확보 기술.
- 장기저장형 수화열 저감재의 생산품질 확보 및 매스콘크리트 수화열 제어 기술
- 국내ㆍ외 시멘트 특성을 반영한 수화열 저감재의 성능검증 및 품질 안정성 확보.

○ 무기계 상변환소재 기반 수화열 저감재의 개발 필요성 및 활용방안
- 국내·외 현황을 분석한 결과, 본 사업을 제안하는 연구기관에서 수행한 적용 사례들을 제외하고, 상변환소재 기반 수화열 저감재를 활용하는 기술을 바탕으로 연구
개발 및 사업화를 진행하는 사례는 소수인 것으로 확인
- 아시아 국가들의 경우, 경제적·기술적 제약으로 인해 기존 수화열 저감 기술을 적용하는데 문제점이 있기 때문에, 상변환소재 기반 수화열 저감재의 적용 기술은
시장 개척 가능성이 충분할 것으로 생각됨
- 이에 본 사업을 통하여 무기계 상변환소재 기반 수화열 저감재의 장기저장성 및 생산성 향상 기술 개발을 통해, 수화열 저감 관련 건설기술의 수준 향상을 촉진시
키고, 기술 개발 선도국으로 발전할 수 있을 것으로 판단

따라서 본 연구개발에서는 소재의 조해성으로 인해 유발되는 무기계 상변환 수화열저감재의 저장기간 제약과 품질저하 개선 및 동남아시아 매스콘크리트 적용을 위한
수출기반 연구로써 무기계 상변환 콘크리트 수화열 저감재의 장기저장성 및 생산성 향상 기술을 개발하는 것을 최종목표로 하고 있음.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 무기계 상변환소재의 내조해성 및 상변이 안정성 향상 기술 개발 - 표면처리를 통한 무기계 상변환소재 고정화 기술 검토
- 다공성 재료 함침기술을 적용한 무기계 상변화소재의 고형제제화 기술 개발
- 환경조건에 따른 무기계 상변환소재의 화학적 안정성 검토
- 고흡습성 소재 합성을 통한 분말형 무기계 상변환소재의 형태 안정성 향상 기술 개발
연구성과 기술적 기대성과 1. 매스콘크리트 성능 개선에 기여
- 고로슬래그, 플라이애시 등은 다량 혼입에 따른 내구성 저하, 파이프 쿨링 공법 등은 별도의 시설과 공정이 필요하기 때문에 공사비가 증대되는 문제점이 있음
- 내조해성 및 장기저장형 무기계 상변환 수화열 저감재 개발을 통해 별도의 시설 및 공정 없이 소량으로 기존 대비 경제적이고 우수한 매스콘크리트의 품질 확보 가능

2. 무기계 상변환 수화열 저감재 품질 안정화 기술 선도
- 조해성 개선을 통해 환경적 품질저하 요인을 최소화시키는 기술을 확보함으로써 국내·외 관련분야 기술의 선도적인 역할이 가능
사회 경제적 파급효과 1. 기술개발을 통한 고용찰출 및 우수인재 발굴효과
- 기술개발 활동으로 인한 연구개발인력의 직접적인 고용창출효과
- 기술개발에 따른 매출증대 및 기업성장에 따른 추가 우수인재 채용 가능성 확대
- 연계산업이 필요함에 따라 신규 일자리 창출에 대한 파급효과 발생 기대

2. 해외 건설시장 개척활동 활성화
- 무기계 상변환 수화열 저감재 개발에 따른 매스콘크리트의 시공성 및 경제성 등과 같은 품질 개선이 가능하며, 이를 바탕으로 경쟁력을 강화하여 해외 수화열 저감재 시장에서 주도적인 시장 점유율 확대가 기대됨
- 특히, 급격한 경제성장과 함께 건설시장이 활발한 신남방국가의 건설현장에 무기계 상변환 수화열 저감재를 선제적으로 도입하여 경제 및 산업적 측면에서 신남방정책에 기여할 수 있음

3. 수화열 저감재 산업 활성화 촉진
- 핵심기술의 국산화를 통해 산업 경쟁력을 향상시킴으로써 수화열 저감재 관련 산업의 선진화를 기대할 수 있음
- 개발 기술과 관련된 중소·중견기업을 육성하고 관련 산업에 있어서 기업 비즈니스 모델 창출지원이 가능할 것으로 예상됨
활용방안 1. 매스콘크리트용 무기계 상변환 수화열 저감재 상용화 기반 구축
- 매스콘크리트 활용 증대로 인해 경제성이 높은 고성능의 수화열 저감재에 대한 수요 증가
- 기존 수화열 저감재 대비 소량 첨가로 유사 수준의 수화열 저감 성능 확보가 가능하여 대단위 건설공사에 있어서 합리적인 재료로써 적용할 수 있음

2. 장기저장 품질안정성 확보를 통한 국내·외 시장경쟁력 강화
- 기존 무기계 상변환 수화열 저감재의 경우 조해성으로 인해 장기저장 시 응고에 의한 품질저하 발생
- 내조해성을 향상시킴으로서 해외수출 시 발생할 수 있는 운송 및 현지 환경조건에 따른 품질의 불확실성을 해소하여 무기계 상변환 수화열 저감재의 인식제고 및 고품질의 제품 수출 가능
- 선도적인 기술을 확보함으로써 관련 해외시장 점유 및 이에 따른 이윤창출이 가능함

3. 무기계 상변환 수화열 저감재 상용화 기술개발에 따른 관련분야 활성화
- 기존 수화열 저감 기술의 경우, 대부분 플라이 애쉬, 고로슬래그 등과 같은 혼화재 사용 또는 시멘트 조성물 조정, 타설 공법 및 파이프 쿨링 활용 등과 같은 분야에만 집중되어 있음
- 장기저장성 및 생상성이 향상된 무기계 상변환 수화열 저감재를 개발함으로써 고착화 되어 있는 수화열 저감재 기술 개발 분야의 활성화를 촉진할 수 있음
- 시멘트 종류에 따른 수화열 저감 메카니즘 개선 및 시멘트콘크리트와의 반응상관성을 분석하여 보다 업그레이드된 신조성물 특허 도출 및 이를 활용한 추가 기능성 부가 신제품 출시 도모

4. 기타 활용방안
- 무기계 상변환 수화열 저감재 활용 촉진을 위한 기술(제품) 표준화 및 규격화 자료로 활용
- 적극적인 해외 판로 확보를 위해 국제 특허 출원 시 기반자료로 활용
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 상변환소재 수화열저감재 내조해성 장기저장성 매스콘크리트
영문 PCM material Hydration heat reducing material Deliquescence resistance Long-term storage Mass concrete
최종보고서
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