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과제기본정보

MgO를 혼입한 장기팽창성 콘크리트의 현장 실용화2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 건설기술연구사업 과제번호 10CCTI-C053486-02
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 달리 분류되지 않는 건설시공 재료 적용분야 기타 공공목적
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 MgO를 혼입한 장기팽창성 콘크리트의 현장 실용화
주관연구기관 한국수자원공사
총괄연구 책임자 성명 장봉석
소속 한국수자원공사 직위 물인프라안전연구소장
기관 대표번호 042-870-7505 FAX 042-870-7499
총 연구기간 2009-10-26 ~ 2013-10-25
당해연도 연구기간 2010-06-26 ~ 2011-06-25

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 187,000,000 100,000,000 160,000,000 260,000,000 447,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 최근 콘크리트 구조물이 대형화, 특수화되고 이로 인한 시공법의 발전에 따라 대량급속 시공이 증가되고 있으며 상대적으로 고강도 콘크리트의 시공이 빈번해 지고 있다. 더욱이 콘크리트의 경화과정에서 발생하는 수화열과 수축의 경우 구조물에 균열을 발생시키며 이러한 균열이 사용성, 방수성, 내구성에 지대한 영향을 미치는 경우도 자주 일어나고 있다. 1970년까지만 해도 이러한 현상은 주로 콘크리트 댐 또는 부재치수가 수 미터 이상이 되는 콘크리트 구조물에서만 나타나는 것으로 인식되었다. 그러나 최근에는 사용재료, 콘크리트의 설계강도 및 시공조건 등에 따라서는 부재의 최소치수가 비교적 작은 50 cm 이상의 벽체구조물의 경우에도 매스콘크리트 범주에서 설계 시공하도록 규정하고 있다.
매스콘크리트의 경우 외부로 방출되는 열량에 비해 시멘트의 수화반응에 따른 발열량이 더 크기 때문에, 콘크리트의 내부온도가 상당히 높아지게 된다. 이때 부재치수에 따라 중심부와 표면부의 온도차가 커지게 되며, 상승한 온도가 하강시에 표면부 혹은 타설이음부에 발생하는 수축변형이 기존 구조물 등에 의해 구속되거나 내부구속에 의해 경우 균열이 발생하게 된다. 매스콘크리트에 발생하는 균열은 일반적으로 폭이 크고 부재의 관통하는 경우가 많아 구조물의 내력, 내구성, 수밀성 및 미관 등의 소요품질을 손상시킨다. 이에 매스콘크리트 대한 새로운 연구는 유지관리 및 비용절감 면에서 큰 효과가 있을 것으로 판단된다.
최근 중국에서는 콘크리트의 수축이 저감되는 XMR(Magnesia) 콘크리트를 댐 구조물에 적용할 경우 수축균열을 최소화시킬 수 있는 것으로 보고된 바 있다. XMR(magnesia) 콘크리트는 수축보상(shrinkage - compensating) 콘크리트로써 저온에서 소성된 산화마그네슘(MgO) 분말을 시멘트 대체재로 사용한 콘크리트이다. MgO가 수화반응을 하면 최종생성물은 수산화마그네슘(Magnesium hydroxide, Mg(OH)2 이 되며 수산화마그네슘은 그 조성물들보다 더 큰 부피를 갖기 때문에, MgO 콘크리트는 팽창성을 가진다. ASTM C845의 M, K 그리고 S type의 대표적인 팽창성 시멘트를 이용한 콘크리트는 초기재령에서 팽창하지만 저온 소성한 MgO 콘크리트는 7일 이후의 늦은 재령에서 팽창한다. 따라서 저온소성한 MgO 콘크리트의 팽창성은 매스콘크리트의 온도가 하강할 때 발생하는 수축을 거의 상쇄하게 된다. 따라서 저온 소성한 MgO 콘크리트는 댐 건설에서 균열 진전의 최소화, 온도제어 기준의 단순화 그리고 시공속도의 향상을 위하여 특별한 관심의 대상이 되고 있다. 이에 따라, 댐과 같은 매스콘크리트구조물의 시공성능 향상을 위하여 저온소성 MgO를 사용한 장기팽창성 콘크리트의 실용화 연구가 필요하다.
최종목표 본 연구의 최종목표는 장기팽창성 무균열 콘크리트의 국내 실용화를 위하여, 장기팽창성 콘크리트의 메커니즘 정립, MgO 혼입량에 따른 장기팽창특성 자료 획득, 내구성 검증 및 실구조물 시범 적용 계측 등을 통하여 실용화 가능성을 검증하고, 최적팽창량 예측을 위한 프로그램을 개발함으로써 장기팽창성 무균열 콘크리트의 국내 실용화가 최종목표이다.
연구내용 및 범위 장기팽창 메커니즘 규명 및 내구성 검증
- 장기팽창제 성분분석(성분분석,활성도 시험)및 품질기준 확립
- 내구성 검증시험 (동해, 탄산화, 염해, 황산염)
- 팽창반응 메커니즘 규명 (2년간 재령별 XRD, SEM, DSC)
장기팽창성 콘크리트의 팽창특성 규명
- 장기팽창성 콘크리트 재령에 따른 강도/팽창특성 규명(강도 3변수, 양생온도 2변수)
- 장기팽창성 콘크리트 재령에 따른 강도/팽창특성 재현성 시험(강도 3변수, 양생온도 2변수)
- 장기팽창성 콘크리트의 강도 및 팽창 모델 정립
장기팽창성 콘크리트의 현장 실용화
- 실구조물 시범적용 및 계측
- 장기팽창성 콘크리트 시공지침서 작성
- 장기팽창재 적용 및 활용분야 발굴
장기팽창성 콘크리트의 해석 프로그램 개발
- 팽창성 해석 프로그램 보완 및 해석(팽창해석모델 개발)
- 실구조물 시범적용 계측결과 해석 및 분석
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 장기팽창성 콘크리트의 팽창특성 규명(II)
장기팽창 메커니즘 규명 및 내구성 검증(II)
장기팽창성 콘크리트의 현장 적용(I) 		장기팽창성 콘크리트 재령에 따른 강도/팽창특성 규명(강도: 배합 3변수×양생 1변수, 팽창: 배합 3변수, 양생 2변수)
장기팽창성 콘크리트 재령에 따른 강도/팽창특성 재현성 시험(강도: 배합 3변수×양생 1변수, 팽창: 배합 3변수, 양생 2변수)
내구성 검증시험(II)(동해, 탄산화, 염해, 황산염)
팽창반응 메커니즘 규명(II)(XRD, SEM, DSC)
실구조물 시범적용 및 계측(I)
연구성과 기술적 기대성과 - MgO를 적용한 매스콘크리트의 수화 매카니즘 정립 및 균열 진전의 최소화를 위한 배합비 및 설계 데이터 확보를 통해 새로운 신재료 시장의 창출
- 매스콘크리트의 온도제어 기준의 단순화를 위한 기초데이터 확보를 통해 기술적 선진화 와 시공기술력의 확보를 위한 발판 마련
- 외국 선진 사례 도입의 국내 적용성 검토를 통해 중국으로부터의 시공기술의 직수입이 아닌 자체 기술의 개발을 도모함.
- 장기팽창성 콘크리트의 특성규명 시험 등을 통하여 관련 전문인력의 배출을 기대
사회 경제적 파급효과 - 시공속도의 향상 및 균열제어 능력향상에 따른 공사비 절감을 이루어 경제성에 향상을 가져올 수 있음.
- 시공 후 관리비 절감에 따른 경제성 확보를 할 수 있음.
- 새로운 재료의 사용으로 인한 신재료 관련 산업의 발전에 기반이 될 수 있음.
활용방안 (1) 참여기업의 현황분석
- 본 공모과제의 참여하고 있는 기업으로는, 주관기관인 한국수자원공사는 국내 다목적댐의 건설 및 유지관리 전담기관으로, 향후 본 연구의 성과를 가장 활발하게 사용할 수 있는 기업이며
- 공동연구기관으로 참여하는 (주)대림산업은 국내 주요 시공사로서, 매스콘크리트 구조물에 대한 많은 시공경험과 시공계획을 보유하고 있어, 본 연구단계에서 실구조물 현장 시범적용 등이 용이할 뿐만 아니라, 다양한 건설시공분야에 기술 활용을 위한 검토 및 분석이 가능하다.
- 그 외 참여기업인 (주)케이엠티엘은 국내 계측전문회사로 다양한 계측경험을 보유하고 있어, 본 연구의 추진에 그 역할이 크며, 추후 본 연구 성과를 다양한 계측 업무에 활용이 가능할 것으로 판단되며, (주)실크로드이앤시는 국내 최대규모의 혼화재 전문회사로 본 연구의 기술 개발 결과를 활용하는 데에 관심이 있고, (주)삼우공간건축사사무소와 (주)계림건축사사무소는 설계 및 감리회사로 건축물의 대형 기초 등의 시공 감리분야에 본 연구 성과를 활용하여 감리 기술을 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다.
(2) 참여기업별 연계방안 및 추진전략
- 본 공모과제의 참여 기업들은 설계사 및 계측전문회사로, 진보된 콘크리트 재료가 개발되어 실구조물에 적용되기까지의 프로세스에 관련된 설계와 시공 및 유지관리 계측에 관련되어 있음. 본 참여 기업들은 기존의 많은 연구과제들에서와 같이 단순히 현금 및 현물을 제공하는 수준에서 벗어나, 각 참여 기업들의 장점을 살려 협동?공동?위탁연구 주체와 유기적으로 연결되어 시너지 효과를 발휘하도록 연구를 추진할 계획임
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 장기팽창성 무균열 팽창율 혼화재 매스콘크리트
영문 Long term Expansibility Crack-free Expansion rate Admixture Mass concrete
최종보고서
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