주메뉴 바로가기 본문바로가기
전제메뉴닫기
과제현황 목록

과제기본정보

철근콘크리트 슬래브 휨 보강을 위한 기능성직물과 콘크리트로 구성된 하이브리드 보강재의 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C163626-01
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 건설업
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 기초
과제명 철근콘크리트 슬래브 휨 보강을 위한 기능성직물과 콘크리트로 구성된 하이브리드 보강재의 개발
주관연구기관 (학교)경남대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 김정중
소속 (학교)경남대학교산학협력단 직위 교수
전화번호 055-245-5000 FAX 055-246-6184
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2021-04-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 160,000,000 3,300,000 29,700,000 33,000,000 193,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 슬라브의 정(+)의 모멘트 구간의 휨 보강을 위해서는 슬라브의 하부에 인장재를 부착해야 하는데, 일반적으로 건물 내 슬라브의 하부에는 소방파이프, 전기배선 등의 설비가 설치되어 있으며, 이러한 슬라브 하부의 설비들은 인장재 시공에 방해 요소가 될 뿐만 아니라 설비들을 철거 후 재설치 해야 하는 추가비용을 발생 시킴
○ 또한, 접착제를 이용하여 슬라브의 하부에 인장재를 시공 시 균일한 상향의 초기 부착압을 주기가 매우 어려우며, 이러한 시공의 어려움은 인장재의 구조물에 대한 부착력의 품질을 저하시키는 원인이 될 수 있음
○ 이러한 단점을 보완하기 위하여 정(+)의 모멘트 구간과 부(-)의 모멘트 구간 모두 RC 슬라브의 상부 면에 시공할 수 있는 FRP-UHPC 보강기법이 사전 연구에 의해 개발되었으며, 보강 효과가 실험을 통해 입증되었음
○ 개발된 FRP-UHPC 보강 기법을 노후 시설물 유지관리와 관련된 문제 해결에 적용하고 실용화를 위하여 본 연구에서는 기능성 직물과 콘크리트로 구성된 하이브리드 보강재를 개발 예정임
○ 철근콘크리트 슬래브의 상면에 하이브리드 보강재를 펼쳐서 부착한 후 수분을 공급하여 직물 내부의 시멘트를 팽창 경화시킴으로써 급속 휨 보강재로 작용할 수 있도록 하는 제품임
최종목표 ○ 본 연구의 최종목표는 철근콘크리트 슬래브의 휨 보강을 위한 하이브리드 보강재를 개발하는 것임
○ 개발 예정인 하이브리드 보강재는 기능성 직물 층 사이에 골재, 시멘트 등이 채워진 형태로 철근콘크리트 슬래브의 상면에 하이브리드 보강재를 펼쳐서 부착한 후 수분을 공급하여 직물 내부의 시멘트를 경화시킴으로써 휨 보강재로 작용할 수 있도록 하는 제품임
○1차년도: 하이브리드 보강재의 구조 및 재료 결정
○2차년도: 하이브리드 보강재로 보강된 RC 슬래브의 휨강도 산정 및 검증
○연구 종료 후 하이브리드 보강재 시제품 제작 및 설계서 개발로 실용화 계획
연구내용 및 범위 ●1차년도: 기능성직물과 콘크리트로 구성된 하이브리드 보강재의 구조 및 재료 결정

○ 하이브리드 보강재의 구조 결정
- 시공성, 운반성을 고려한 직물의 배치 및 적층수 결정
시공성, 운반성, 충진층의 수분공급 방법, 충진층의 팽창량 등을 고려하여 다양한 형태의 하이브리드 보강재 내부 구조 (직물의 적층수, 수분전달 층 유무 등) 검토 후 하이브리드 보강재 내부 구조 결정
상부층 섬유는 수분공급이 용이하고, 수분이 공급되어 팽창된 시멘트를 제어하여 일정한 높이를 가질 수 있도록 할 수 있는 기능을 가진 직물을 사용함
중간층 섬유는 수분의 확산이 빨리 고르게 될 수 있는 기능을 가진 직물을 사용함
하부층 섬유는 RC슬래브와 접촉하여 인장재로서 구조적 기능을 하여야 하므로 고강도의 기능성 섬유를 사용해야 함
- 골재 분리 방지를 위한 직물의 구조 결정: 골재 분리 방지를 위한 격막 구조 결정 및 최대굵은골재 크기 결정
- 충진 팽창재 형식 및 골재, 시멘트, 팽창제 배합량 결정, 경량골재 종류 결정

○ 직물 및 콘크리트의 성능실험 및 재료 결정
- 상부, 하부, 중간층 직물의 성능실험 및 재료 결정
직물과 콘크리트에 대한 역학적 성능실험 (인장강도, 압축강도, 팽창률)

- 골재, 시멘트, 팽창제 배합량 결정

●2차년도: 하이브리드 보강재로 보강된 RC슬래브의 휨강도 산정 및 검증

○ 하이브리드 보강재로 보강된 RC슬래브 단면력의 이론적 유도
- 설계조건 유도
하이브리드 보강재로 보강된 RC 슬래브의 휨/전단 강도의 이론적 유도
보강 기법이 정(+)모멘트 구간에서 휨 강도를 발휘할 수 있도록, 파괴시 중립축의 위치를 충진콘크리트 층 내에 위치하도록 설계조건식을 유도하는 것임
RC슬래브 상부면에 부착된 FRP가 인장을 받기 위해서는 중립축의 깊이가 보강재의 두께보다 작아야 할 것이며, 이로부터 보강재 내의 콘크리트 강도, 보강재 두께와 기능성 섬유 두께 간의 관계식이 유도 될 수 있음

- 휨/전단 강도식 제안: 개발 예정인 하이브리드 보강재의 규격에 대한 휨강도 산정식 개발 및 제안

○ 유한요소해석과 실험으로 유도된 이론식 검증
- 하이브리드 보강재로 보강된 RC슬래브의 휨강도 실험
하이브리드 보강재로 보강된 휨 부재의 실험결과을 수행하고 결과를 활용하여 유도된 설계조건 및 휨 강도식 검증
- 유한요소 모델 개발 및 이론식 검증
유한요소해석을 활용하여 유도된 설계조건 및 휨 강도식 검증
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 ●1차년도: 기능성직물과 콘크리트로 구성된 하이브리드 보강재의 구조 및 재료 결정 ○ 하이브리드 보강재의 구조 결정
- 시공성, 운반성을 고려한 직물의 배치 및 적층수 결정
시공성, 운반성, 충진층의 수분공급 방법, 충진층의 팽창량 등을 고려하여 다양한 형태의 하이브리드 보강재 내부 구조 (직물의 적층수, 수분전달 층 유무 등) 검토 후 하이브리드 보강재 내부 구조 결정
상부층 섬유는 수분공급이 용이하고, 수분이 공급되어 팽창된 시멘트를 제어하여 일정한 높이를 가질 수 있도록 할 수 있는 기능을 가진 직물을 사용함
중간층 섬유는 수분의 확산이 빨리 고르게 될 수 있는 기능을 가진 직물을 사용함
하부층 섬유는 RC슬래브와 접촉하여 인장재로서 구조적 기능을 하여야 하므로 고강도의 기능성 섬유를 사용해야 함
- 골재 분리 방지를 위한 직물의 구조 결정: 골재 분리 방지를 위한 격막 구조 결정 및 최대굵은골재 크기 결정
- 충진 팽창재 형식 및 골재, 시멘트, 팽창제 배합량 결정, 경량골재 종류 결정

○ 직물 및 콘크리트의 성능실험 및 재료 결정
- 상부, 하부, 중간층 직물의 성능실험 및 재료 결정
직물과 콘크리트에 대한 역학적 성능실험 (인장강도, 압축강도, 팽창률)

- 골재, 시멘트, 팽창제 배합량 결정
연구성과 기술적 기대성과 ○ 기존의 연구결과를 활용하고 종합하여 새로운 형태의 고부가가치 기능성 건설재료 개발
○ 노후시설물의 유지관리 기법에 활용
○ 2014년 400만호로 예상되는 노후 공동주택 리모델링의 핵심요소인 구조안전성 확보를통하여 리모델링 시장 활성화에 기여하고, 고성능·고효율·저비용 리모델링 핵심기술 개발로 수직 증축형 리모델링과 같이 높은 수준의 구조안전성이 필요한 건축물도 효과적으로 보강이 가능해질 전망임
○ 대부분 해외 기술에 의존하고 있는 환경 산업 원천 기술에 대한 우위를 확보하여 해외에서 수입되는 재료의 수입대체 효과를 기대할 수 있으며, 나아가 개발된 기술 및 재료의 해외 수출 전망도 높음
사회 경제적 파급효과 ○ 국내 도시재생 관련사업 시장은 최소 200조원 이상을 훨씬 상회할 것으로 전문가들은 추정하고 있음
○ 서울, 부산 등 대도시의 12개 정비예정 구역 도시재생 관련사업 시장규모는 약 175조원으로 추정됨
○ 건설소재에 대한 기술표준화를 통하여 양질의 제품을 시장에 공급함으로써 시장의 품질과 가격 경쟁을 활성화 시키며, 전체적인 유지관리, 보수보강 시장을 성장시킬 수 있음
○ 휨부재의 성능 향상 및 보강을 위한 기술 개발을 통하여 기존 건축물의 철거와 재건축에 따른 막대한 건설폐기물 발생 및 환경개선 비용을 절감하고 공용수명을 연장함으로써 국가적 차원에서 자원관리의 효율성이 크게 증대될 것으로 판단됨
○ 건물 수명연장을 통해 부동산 가치를 확보할 수 있을 것임
○ 국민 삶의 질 향상으로 심리적 안정감
○ 현 정부 중점 추진 정책인 “중소기업 육성 및 자립 정책”에 적합한 사업임
○ FRP로 기존 휨부재를 보강하는 경우, 그림과 같이 경량 및 중량 충격음 모두 감소함
활용방안 ○ 구조물 보수보강 기술은 재생기술인 성능복원 기술 과제와 연계를 가지고 있으며, 중점적으로 연구가 진행 되어야 할 부분임
○ 휨 부재는 기둥요소와 더불어 구조물을 구성하고 있는 주요 부재이며, 본 연구에서 제안하고 있는 기능성직물과 콘크리트 충진재로 구성된 복합 보강 휨 부재의 경우 기타 다른 휨 부재 보강 방법보다 휨 부재 상부에 직접 시공함으로 경제적이고 시공성이 우수하여 그 활용성이 크다고 판단됨
○ 건설 자동화, 조립식, 이동식 구조물의 원천 기술로 활용이 기대됨
○ 운반이 간편하고 시공성이 우수하여 활용성이 큼
○ 노후 시설물의 유지관리를 위한 보수보강 방안으로 활용이 가능함
○ 내폭 설계에 적합한 수준으로 구조물을 보강하는데 활용 가능함
○ 추가적인 연구를 통하여 콘크리트 포장에 활용이 기대됨
○ 층간소음의 저감 효과가 기대됨
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 기능성섬유 콘크리트 하이브리드 보강재 보강기법 RC슬래브
영문 Functional textile Concrete Hybrid product Retrofit methodology RC slab
최종보고서
최종보고서 파일 다운로드 제공
최종보고서
* 파일을 선택하였을때 다운로드가 불가한 경우, 인터넷 익스플로러(IE)에서 다운로드 가능합니다.
  • 담당부서해당 사업실
  • 담당자과제 담당자
  • 연락처 -