연구개발개요 |
○ [정의] 커피찌꺼기 애쉬 혼화재를 개발하고 이를 적용한 콘크리트 제품화 기술임(기존의 커피찌꺼기 기능성 제품과 달리 커피 찌꺼기를 탄화시킨 애쉬 혼화재를 적용한 프리캐스트 콘크리트 개발 기술). ○ [핵심기술] 반탄화방식이 아닌 약 800~850℃에서 완전 탄화시켜 애쉬화하는 방식으로 유기물인 커피찌꺼기를 무기물로 안정화시키고, pH 3.5~5인 약산성의 커피찌꺼기를 pH 12 수준의 강알칼리로 특성화한 혼화재 개발 기술과 이를 적용한 PC 제품 제조 기술임.○ [활용방안] 연구결과인 커피찌꺼기 애쉬 및 커피찌꺼기 애쉬 혼합 콘크리트에 대한 성능 결과를 바탕으로 다양한 프리캐스트 콘크리트 제품을 개발하고 사업화가 즉각적으로 가능한 수준의 시제품을 제작하여 현장적용을 추진하고자 함.○ [기대효과] 매년 대량으로 발생하는 생활폐기물인 커피찌꺼기의 바이오에너지(연료자원화)에 따라 2차적으로 발생하는 유기성 커피찌꺼기 애쉬의 콘크리트 재상산 기술을 정립하고 실용화함으로써 ‘그린 뉴딜 정책’에 부합할 수 있음.
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최종목표 |
○ 최종 목표 - 대량으로 발생하는 생활폐기물인 커피찌꺼기를 대상으로 고온탄화공정(바이오재생에너지화)을 통해 커피애쉬 혼화재로써의 적용성을 검증하고 콘크리트와의 혼합 비율을 최적화하여 다양한 커피찌꺼기 애쉬 콘크리트 제품을 개발하는 것을 최종목표로 함. ○ 목표치- 분말도 2600cm2/g 이상, pH 10 확보, 치환율 10% 이상 - 압축강도 24MPa 이상, 인장강도 3MPa 이상, 휨강도 2MPa 이상- 탄산화 20mm 이하, 염해내구성 3000C 이하, 건조수축 800 με이하- 시작품 개발 3종 이상, 제품 제작 오차 ±5 이내 ○ 양적목표- 반응성 커피 애쉬 혼화재(제조공정법, 시작품 포함) - 커피애쉬 혼화재 프리캐스트 콘크리트 시작품(3종 이상) - 특허 출원 2건, 등록 1건- SCI 논문 1건, 비SCI 논문 2건, 학술발표 4건- 시작품 3종, 현장적용 2건, MOU 2건- 일자리 창출 1명
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연구내용 및 범위 |
○ 매년 대량 발생하는 커피찌꺼기를 폐기물을 대상으로 고온탄화공정(바이오재생에너지화)을 통해 커피애쉬 혼화재로써의 적용성을 검증하고 콘크리트와의 혼합 비율을 최적화하여 다양한 커피찌꺼기 애쉬 콘크리트 제품을 개발하고자 함. 최종적으로 개발하는 다양한 콘크리트 제품은 일반 콘크리트 수준 이상의 역학성능과 내구성능을 확보하고, 제품화를 위한 특허, 성적서, 인증 등을 확보하여 사업화를 추진함.○ 본 연구개발의 목표 수치는 다음과 같음.- 치환율 10% 이상 : 커피찌꺼기 애쉬 혼화재의 시멘트 치환율 10% 이상으로 재활용율 향상- 분말도 2600cm2/g 이상, pH 10 확보 : 커피찌꺼기의 고온탄화 공정을 통한 분말도 2600cm2/g 이상의 애쉬 혼화재 개발 - 압축강도 24MPa/인장강도 3MPa/휨강도 2MPa 이상 : 커피애쉬 혼화재를 혼합한 프리캐스트 PC 제품의 성능 강화- 탄산화 20mm 이하, 염해내구성 3000C 이하, 건조수축 800 με이하 : 커피애쉬 혼화재를 적용한 콘크리트제품의 내구성 검증- 시작품 개발 3종 이상(제작오차: ±5 이내) : 개발 혼화재를 적용한 PC 제품 개발 (카스토퍼, PC 패널, 흡음판, 경계석 등)○ 커피 애쉬 혼화재의 반응 메카니즘 규명 및 기본 배합설계- 커피애쉬의 성분분석 및 메커니즘 규명- 커피애쉬 모르타르의 수화 반응성 및 미세구조 분석(SEM, XRD, TG 등)- 커피애쉬 모르타르의 기본 배합설계- 초기반응성 및 경화특성 분석(응결 및 경화속도 검토)- 커피애쉬 대체에 따른 기초물성 평가(압축강도, 인장강도 등)○ 커피 애쉬 제조방법 및 혼화재 개발- 커피찌꺼기 확보 및 회수 방안 수립(MOU협약 등)- 커피찌꺼기 애쉬화 전처리방법 정립(건조방식 등 정립)- 고온 탄화 공정에 의한 커피애쉬 제조방법 개발- 커피찌꺼기 분말도를 고려한 최적 혼화재 제조- 고온 탄화 온도에 따른 애쉬의 물질안정화 (pH변화,식생영향성)○ 커피애쉬 콘크리트의 최적설계 및 성능 검증- 커피애쉬가 혼합된 3성분계 콘크리트 최적배합 도출- 커피애쉬 콘크리트의 물리적 성능 검증 및 평가- 커피애쉬 콘크리트의 장기내구성 평가(염해, 탄산화 등)- 커피애쉬 콘크리트의 건조수축 특성 평가- 커피애쉬 콘크리트의 환경영향성 평가(중금속 용출 등)○ 커피애쉬 혼화재를 적용한 PC 제품화 및 현장 적용성 검증- 커피찌꺼기 애쉬 혼입 콘크리트의 성능 개선을 위한 혼화제 최적화- 최적배합에 대한 작업성 및 품질 변동성 검토- 커피애쉬 PC 제품 다양화 및 시작품 제작- 현장 적용(Test-bed)을 통한 사용성 검증
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