주메뉴 바로가기 본문바로가기
전체메뉴닫기
과제현황 목록

과제기본정보

블랙 아이스 발생을 영하 5도 지연시키기 위한 환경감응 상변화 아스팔트 포장 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 20CTAP-C157548-01
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 원자력 | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 원자력 | None | None 과제유형 개발
과제명 블랙 아이스 발생을 영하 5도 지연시키기 위한 환경감응 상변화 아스팔트 포장 개발
주관연구기관 군산대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 박대욱
소속 군산대학교산학협력단 직위 교수
기관 대표번호 063-469-1761 FAX 063-469-1760
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 계
현금 현물 소계
1차년도 160,000,000 5,500,000 48,500,000 54,000,000 214,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 최근 고속도로에서 운전자가 인식하지 못하는 살얼음(블랙 아이스)이 발생하여 미끄럼 저항성 감소 문제로 운전자의 운전 안정성을 크게 떨어트려 많은 인명사고가 발생하고 있음
○ 도로 노면의 습기가 기온이 0℃이하로 급격히 떨어질 때 발생하는 노면의 결빙을 블랙 아이스라고 하며 본 연구에서는 블랙 아이스의 발생을 0℃에서 영하 5℃까지 지연시키기 위해 도로 환경에 반응하는 상변화물질(PCM : Phase Change Material)을 사용한 아스팔트 포장의 개발을 목표로 함
○ 상변화물질(PCM)은 주변의 온도가 상승하면 열을 흡수하고, 낮아지면 열을 방출하는 축열, 발열의 특성을 나타내는 물질로, 열을 흡수하고, 방출하며 주변 온도에 영향을 주는 물질임
○ 상변화물질을 사용한 아스팔트 포장을 개발하기 위해, 관련 문헌 및 연구 조사, 상변화물질 종류 및 최적 함량 결정, 상변화물질 캡슐화 및 성능평가를 실시하며, 개발된 상변화물질과 아스팔트와의 혼합성능평가를 실시할 것임
○ 또한, 개발된 재료의 균열성능, 동탄성계수, 수분민감성 등 개발 재료의 성능을 평가하고, 실내 모사 및 Pilot 시험을 통한 데이터 모니터링 및 현장 성능 평가를 실시할 것임
최종목표 최종 목표
■ 환경에 반응하는 상변화물질을 아스팔트 혼합물에 적용 가능하도록 개발
■ 상변화물질을 이용한 온도균열 저항성이 우수하고 살얼음 생성을 지연하는 아스팔트 포장 개발
(온도균열 저항성 20% 향상, 블랙 아이스 생성 온도 ？5도 저하)

세부 목표
■ FEM분석을 통한 최적의 상변화물질 및 최적함량 결정
■ 상변화물질 제조 및 캡슐개발
■ 실험실규모에서의 블랙아이스 생성지연 평가
■ Pilot 연구를 통한 개발 검증
연구내용 및 범위 ○대상지역 기후자료 분석을 통한 최적의 상변화물질 양 및 종류 결정
○아스팔트 포장용 환경감응 상변화물질 개발 및 캡슐화
○상변화 아스팔트 포장 성능평가 및 블랙 아이스 생성 지연효과 검증

■ 상변화물질 블랙 아이스 지연에 대한 문헌조사 및 메커니즘 조사
- 국내외 문헌 조사
: 선행 연구 분석
: 블랙 아이스 지연 및 제거 기술
- 상변화물질 메커니즘 조사
: 상변화물질 메커니즘 분석조사
: 아스팔트 포장 적용 메커니즘 조사
: 국내외 적용사례조사

■ FEM 분석을 통한 상변화물질 종류 및 최적 함량 결정
- 블랙 아이스 생성지역 기상관측소 분석
: 블랙 아이스 생성지역 10년간 데이터 분석
: 최저온도를 보이는 1년간 데이터 정리
: 아스팔트 혼합물과 상변화물질 열 특성 계수도출
: FEM 및 열 흐름 방정식을 이용한 모사
: 모사결과로부터 블랙 아이스 생성지연시간 산정 및 최적의 상변화물질 함량 결정

■ 상변화물질 캡슐화 및 상변화 성능평가
- 상변화물질 조합 및 캡슐제작
: 두 종류 파라핀(영하반응 및 영상반응)을 녹이고 서로 혼합
: 캡슐화 및 건조
- 상변화 성능시험
: 블랙 아이스 지연성능과 융설 성능에 중요한 상변화 온도(Phase change temperature)를 시차주사열량측정법(DSC)이용하여 측정
: TPS(Transient Plane Source)를 이용한 상변화물질의 전도율 측정
: SEM을 이용한 크기 및 shell/core 비율, 표면적 측정

■ 아스팔트와의 혼합 성능평가
- 아스팔트 성능평가
: 혼합성을 평가하기 위하여 점성측정
: DSR를 이용한 complex modulus 평가
: 저온균열평가를 위하여 Bending Beam Rheometer 시험
: 유도가열 장치를 활용한 자가치유 성능평가

■ 아스팔트 혼합물 성능시험
- 아스팔트 혼합물 다짐성능 평가
- IDEAL 균열 시험을 이용한 균열성능 평가
- 동탄성계수 시험을 이용한 물성 정량화 및 향후 포장설계에 활용
- 수분민감성 시험을 수행하여 융설에 따른 성능 저하여부 판단

■ 실내 실험실 모사
- 상변화물질 최적함량을 이용하여 공시체 및 Control 공시체 제작
: 정사각형의 공시체 제작(30cmx30cm)
: Thermocouple 매설
- 영하의 온도 챔버설치
: 영하온도조건에서 온도변화 모니터링
: 인공 얼음 및 융설 능력 평가
- 블랙 아이스 생성지연 및 융설 능력 평가

■ Pilot 시험시공
- 블랙 아이스 지역에 대한 대상지역 선정
- 대기온도, 풍속 등 기후관측 데이터 측정 시험시공 및 포장온도 모니터링
- 블랙 아이스 생성지연 및 강설시 융설 능력평가
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 개발 목표
- 주관연구기관(군산대학교 산학협력단):
- FEM 및 열흐름 방정식을 통한 모사를 수행하여 상변화물질의 종류와 최적함량 결정
- 아스팔트와 혼합하여 유동학적 특성과 열역학적 특성 평가
- 유도가열 장치를 활용한 아스팔트 자가치유 성능평가

- 공동연구기관((주)가우):
- 블랙아이스 지연을 위한 환경감응 상변화물질 개발
- 상변화물질의 미세구조 분석 및 상변화 온도 평가 		■ 상변화물질 블랙 아이스 지연에 대한 문헌조사 및 메커니즘 조사
- 국내외 문헌 조사
: 선행 연구 분석
: 블랙 아이스 지연 및 제거 기술
- 상변화물질 메커니즘 조사
: 상변화물질 메커니즘 분석조사
: 아스팔트 포장 적용 메커니즘 조사
: 국내외 적용사례조사

■ FEM 분석을 통한 상변화물질 종류 및 최적 함량 결정
- 블랙 아이스 생성지역 기상관측소 분석
: 블랙 아이스 생성지역 10년간 데이터 분석
: 최저온도를 보이는 1년간 데이터 정리
: 아스팔트 혼합물과 상변화물질 열 특성 계수도출
: FEM 및 열 흐름 방정식을 이용한 모사
: 모사결과로부터 블랙 아이스 생성지연시간 산정 및 최적의 상변화물질 함량 결정

■ 상변화물질 캡슐화 및 상변화 성능평가
- 상변화물질 조합 및 캡슐제작
: 두 종류 파라핀(영하반응 및 영상반응)을 녹이고 서로 혼합
: 캡슐화 및 건조
- 상변화 성능시험
: 블랙 아이스 지연성능과 융설 성능에 중요한 상변화 온도(Phase change temperature)를 시차주사열량측정법(DSC)이용하여 측정
: TPS(Transient Plane Source)를 이용한 상변화물질의 전도율 측정
: SEM을 이용한 크기 및 shell/core 비율, 표면적 측정

■ 아스팔트와의 혼합 성능평가
- 아스팔트 성능평가
: 혼합성을 평가하기 위하여 점성측정
: DSR를 이용한 complex modulus 평가
: 저온균열평가를 위하여 Bending Beam Rheometer 시험
: 유도가열 장치를 활용한 자가치유 성능평가
연구성과 기술적 기대성과 ○ 환경반응 상변화 재료 원천기술 확보를 통해 해외기술 의존도 해소 및 세계 최고수준의 기술 경쟁력 확보로 블랙 아이스 저감 아스팔트 포장 분야 자기치유 기술 선도를 위한 발판 마련
- 기술 성숙도 및 수준 : 추격 위치 → 선도적 위치
사회 경제적 파급효과 ○ 블랙 아이스 생성 포장온도를 0도에서 ？5도로 낮춰 블랙 아이스에 의한 교통사고를 현격히 저감
- 겨울철 블랙아이스로 인한 사고 예방을 통한 운전자 주행 안전성 제고
- 차량 재해사고 예방 측면에서 효과가 매우 클 것으로 기대됨
○ 아스팔트 포장의 융설 효과가 증대되어 미끄럼 저항성으로 인한 교통사고 예방
○ 온도균열 저항성 20% 향상으로 인한 겨울철 균열저감
- 전체 유지관리 비용 감소를 통한 국가 예산 절감효과
○ 소수성 첨가제(Super Hydrophobic additives) 포장에 비교하여 영구적이며 화학적 반응이 없어 친환경적으로 사용할 수 있음
○ 화학적인 제설제인 염화칼슘에 비교하여 친환경적이고 효율적임
○ 전기 및 온수에 의한 가열 도로포장에 비교하여 경제적이고 아스팔트 포장에 대한 영향이 적음
활용방안 ○ 본 연구에서 개발되는 블랙 아이스 저감 및 온도균열 저항성 향상 아스팔트 포장은 향후 겨울철 빈번하게 발생하는 미끄럼 사고를 예방할 수 있는 기술로 미래 원천기술의 확보를 통해 아스팔트 콘크리트 산업뿐만 아니라 자동차 사고 방재 분야의 활용성이 매우 클 것으로 기대됨
- 환경에 반응하는 상변화물질을 활용한 아스팔트 포장 적용에 대한 원천기술로 활용
- 상변화물질 산업을 발전시키고 소재산업 다변화 기술로 활용
- 블랙 아이스 저감 포장 성능평가 방법 및 기준 설정의 기초자료로 활용
- 사고 위험이 있는 지역의 기존 포장체 덧씌우기 및 신규 포장체에 활용
○ 본 원천기술의 확보를 토대로 블랙 아이스 저감 아스팔트 포장이 실용화 기술이 체계적으로 이루어진다면 아래와 같은 분야로의 활용이 기대됨
- 한국도로공사, 국토교통부, 지방자치단체 등 도로시설물 관리기관의 기술전파를 통해 블랙 아이스에 의한 방재기술로 활용
○ 환경반응 상변화 재료 기술을 활용하여 용도확대 방안 창출 및 이를 통한 사업 활성화
- 상변화물질 포장재료 적용 활성화를 통한 사업화
- 상변화물질 등 포장재료 관련 소재산업 활성화
○ 환경반응 상변화 재료 다변화 적용
- 여름철 열을 방출하는 재료를 활용한 열섬효과 완화에 활용
- 여름철 고온에 의한 소성변형 저감 기술로 활용
○ 실내 모사 시험 및 Pilot 시험을 통한 상변화물질의 아스팔트에 대한 적용성 및 실용성 검증
○ 본 연구 과제 종료 후 상습결빙지역 및 도심지역에 대규모 시험 적용을 통한 기술 검증을 실시함. 기술 검증 시험 데이터를 바탕으로 경제성 분석 및 데이터를 확보하여 적극적인 언론 홍보 및 관련 기관에 대한 영업 활동을 실시할 예정
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 블랙 아이스 환경감응 상변화물질 아스팔트포장 온도균열
영문 Black Ice Environmental Response Phase Change Material Asphalt Pavement Thermal Cracking
최종보고서
최종보고서 파일 다운로드 제공
최종보고서 최종보고서_블랙 아이스 발생을 영하 5도 지연시키기 위한 환경감응 상변화 아스팔트 포장 개발.pdf   다운로드

목록

  • 담당부서해당 사업실
  • 담당자과제 담당자
  • 연락처 사업별 담당부서 보기