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SMK 기본정보

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기술명 구조물 내부 진단을 위한 전기 임피던스 토모그래피
개발 배경 및 필요성 ？ 구조물의 붕괴사고는 많은 인명피해 및 사회적 피해를 일으켜 국가적 재해·재난으로 분류될 수 있음.
？ 2018년 KBS 기사 「이낙연 총리 ‘상도동 옹벽붕괴, 묵과할 수 없는 일…내일 현장방문’」에서는 대형 구조물의 내부구조 판단을 위한 현장실험용 매크로-CT (Macro-CT)의 중요성을 언급한 바 있음.
？ 세계적으로 Tay Bridge 붕괴사고 (1879)를 포함하여 Tacoma Narrows Bridge 붕괴사고 (1940), Italy Vajont Dam 붕괴사고 (1963), Bangladesh Savar building 붕괴사고 (2013), Italy Morandi Bridge 붕괴사고 (2018), Laos Dam 붕괴사고 (2018) 등 매우 많은 콘크리트 구조물의 붕괴사고가 발생하고 있음.

？ 현재의 구조물 진단 방법은 외부 균열의 폭이나 형상 등을 관찰하여 구조물의 건전도를 평가하는 방법이 가장 많이 쓰이고 있고, 비파괴 평가 기법으로 초음파 탐사법 혹은 임팩트 에코법이 사용되고 있음.
？ 하지만, 외부 균열 관찰만으로는 내부의 구조물 열화를 평가할 수 없고, 초음파 탐사나 임팩트 에코와 같은 기존 비파괴 평가 기법은 탐지할 수 있는 두께가 제한되어 있음. 따라서, 국부적인 위치에 국한되어 있는 변형 또는 균열 탐지 뿐만 아니라 일반 콘크리트 구조물 및 대형 구조물의 균열 및 열화를 탐지할 수 있는 기술 개발이 필요함.

？ 본 연구에서는 전기 임피던스 토모그래피를 이용 콘크리트 부재용 매크로-CT 개발을 하고자 함.
？ 제안된 기술은 콘크리트 재료와 내부 철근이 전기전도율에서 차이가 나는 전기적 특성을 이용함. 부착된 전극으로 전류를 인가하고, 표면 전극에서 전압을 측정한 후, 내부 전기전도율 분포를 시각화시키는 역해석 알고리즘을 개발함.
？ 기존 비파괴평가 기술의 측정 범위의 한계점을 극복하고, 콘크리트 부재 내부 열화 모니터링 가능한 매크로-CT를 개발함으로써 노후 구조물의 효율적인 구조물 진단 관리가 가능하게 함.
기술 개요 콘크리트 표면에 부착된 전극을 통해 전류를 인가하고, 최소한의 노이즈로 안정적인 전위값을 측정할 수 있는 측정 시스템 및 콘크리트 내부의 전기전도율 분포를 시각화하여, 콘크리트 구조물의 철근 위치, 균열 정보 등을 파악할 수 있는 주파수 차이 기반 전기 임피던스 토모그래피 기술

기술의 특장점

기술의 특장점
기존 기술 대비 차별성 신경망 학습을 적용한 주파수 차이 기반 전기 임피던스 토모그래피 기술은 전자기장의 높은 투과율로 탐지 범위에 제한이 없으며, 레퍼런스 샘플 없이도 현장 콘크리트 구조물 내부를 고정확도로 탐지할 수 있음.
기술 경쟁력 주파수 차이 기반의 전기 임피던스 토모그래피는 고정확도로 철근의 위치를 탐지할 수 있음.

- 철근 콘크리트 구조물의 내부 철근 열화, 균열 정보들을 실시간으로 모니터링 할 수 있음.
- 제강 슬래그 잔골재 사용 스마트 콘크리트는 우수한 전기적 성능을 바탕으로 내부의 전기전도율을 시각화시키는데 도움을 줄 수 있음.
- 실제 철근 매립한 콘크리트 시편을 측정한 결과, 철근 위치 및 형상 정보에 대하여 우수한 탐지 능력을 갖는 것으로 확인됨
경제적 효과 부착식 전극 설치로 반영구적 모니터링 센서로 사용가능 하여, 별도의 유지관리 비용이 불필요

- 철강 산업의 부산물인 제강 슬래그 잔골재를 활용하여, 낮은 제작 비용이 소요됨
- 철근 탐지를 위한 기존 탐지 인력 및 고가의 장비 설치비용을 절감하여, 별도의 유지관리 비용없이 사용 가능함
- 측정과 설치가 간편한 부착식 전극을 사용함으로써, 전문적인 지식 없는 실무자도 사용 가능함

시장성

시장성
시장규모 및 성장성 ○ 경제적？산업적 측면
- 2016년 정부에서 확정한 19대 『미래성장동력 종합실천계획전략』산업 중 재난안전관리 스마트 시스템“의 핵심요소 기술로 활용가능
- 비파괴검사 국내·외 시장이 2014년 48.1억 달러에서 2019년 63.1억 달러로 성장 (연평균 8.96%)할 것으로 전망됨 (한국과학기술정보연구원 [2015])에 따라 전기 임피던스 토모그래피 기술 개발은 세계적 건설시장에 새로운 패러다임을 가져올 것으로 예상
- 전기 임피던스 토모그래피를 구조물 진단에 활용 시, 기존 외부 균열 관찰 및 비파괴검사 기반의 유지관리 측면에서 유지 관리 인력을 자동화 가능하다는 점에서 경제성을 향상시킬 것으로 예상
- 첨단 스마트 건설재료 및 진단 시스템 기술의 확보를 통하여 우리나라의 세계적인 구조물 진단 기술 수출에 기여할 것으로 예상
응용분야(수요처) ○ 센서제작 및 구조물 진단 업체에 기술 이전을 통한 노후인프라 안전진단에 활용
？ 현장적용이 가능한 구조용 부재 Macro-CT 탐지기술의 도입을 통한 노후인프라 구조물의 노후도 측정을 통한 안전진단에 활용
？ 산업체와의 협의를 통해 콘크리트 부재에 적합한 센싱 기술을 실용화하여 전기 임피던스 측정 센서와 장비를 제작
？ 안전진단 업체와 기술 협약으로 실제 20~30년 이상 노후화된 교량 중 크기가 1m 이하이고 원형 또는 사각형 단면 콘크리트 부재의 전기 임피던스 변화를 감지하여 데이터를 취득하고 부재 내부를 이미지화하여 고해상도의 이미지를 산출
？ 또한, 전기 임피던스 측정 센서 기술의 고도화를 통해 관련 임피던스 발생장치 및 센서의 상용화가 가능하고, 이를 통해 광범위한 공학분야에 적용성을 확보

○ 전기 임피던스 측정을 통한 콘크리트 결함탐지용 Macro-CT 통합시스템
？ 임피던스 측정에 기반한 Macro-CT 기술의 도입은 공장에서 생산되는 PC 및 PSC 부재의 결함을 제작시 탐지하여 구조용 부재의 품질관리에 활용될 수 있음.
？ 프리캐스트 제작 산업체와 협력하여 제작 과정에서 발생할 수 있는 결함을 측정된 전기 임피던스 데이터를 통해 이미지로 대조 확인하고 완성품의 품질을 향상

연구성과 정보

* 지재권현황
순번 발명의 명칭 출원번호 관리현황
1 주파수 차 전기 임피던스 단층 촬영 시스템을 이용한 시멘트 모르타르 내 철근 검출 방법 10-2021-0103269 경기대학교 산학협력단

시공실적 및 시제품 현황
시공실적 및 시제품 현황 .
기술준비도(TRL) 기술개념확립  연구실환경검증  시제품제작  실제환경검증  신뢰성평가  상용품제작
R&D 수행이력 사업명 국토교통기술촉진연구사업
과제명 콘크리트 부재에 적용 가능한 전기 임피던스 토모그래피 (EIT) 모델 및 역해석 알고리즘 개발
총연구기간 2021-01-01 ~ 2021-12-31
총연구비 260,000,000원

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