| 연구개발개요 |
○ 동절기(혹한기) 콘크리트 구조물 시공시 공기지연 및 부실공사 문제혹한기 콘크리트 양생 문제로 인해 통상적으로 기온이 영하 4°C 이하로 떨어질 경우, 콘크리트 타설을 하지 않음으로 인해 공기지연 문제가 발생함. 최근에는 토목·건축 구조물의 대형화 및 고층화에 따른 물량증가와 건설인력 부족으로 인해 한중콘크리트 타설이 불가피한 실정임. 한중콘크리트 시공시 가장 중요한 사항은 초기동해를 방지하는 것이며, 초기강도가 5MPa 이상 될 때까지 온도 0°C 이하가 되지 않도록 보온 또는 가열양생이 필요하지만 실제 현장에서 온도관리의 어려움으로 인해 부실공사의 문제가 발생하는 실정임.○ 건설작업자 안전성 확보 문제 및 환경오염 문제 혹한기 공기 확보를 위해 가열양생을 통한 콘크리트 타설을 하는 경우, 일반적으로 갈탄을 사용함(일부 열풍기 사용). 그러나 이러한 방법은 유해가스(일산화탄소)발생[콘크리트 보온양생 작업장 일산화탄소 농도 10000ppm 이상-안전보건공단(2018)]및 화재 위험으로 인해 작업자의 안전을 심각히 위협하며 화석연료의 사용으로 대기오염 및 미세먼지 발생을 증가시키는 문제가 있음.○ 북한 및 러시아, 중앙아시아 등 혹한지 건설시장 개척 가능성 대두지난 4/24일 남북정상회담 및 판문점 선언을 통해 동해선 및 경의선 철도·도로 연결이 진행되고 있으며, 남북경제 협력에 따른 북한 건설시장 진출이 기대되고 있음. 이는 향후 러시아 및 중앙아시아 등으로의 국내 건설업체 진출 또한 가속화 시키는 교두보가 될 것으로 전망됨. 이러한 혹한지 건설시 한중콘크리트 및 콘크리트 급속양생 기술의 필요성이 더욱 증가하며, 향후 시장 선점을 위한 선제적인 기술 확보가 필요함. ○ 융합기술을 활용한 창의적 해법 필요: 유도가열 기반 급속 양생기법상기의 문제를 해결하기 위한 해법으로, 증기 및 오토클레이브 양생, 열풍기 양생, 열선 가열 양생, 마이크로 웨이브 발열 거푸집 양생 기법 등 다양한 연구가 진행되었지만, 효율성, 현장 적용성 및 비용 등의 문제로 한계에 직면하였음. 본 연구에서는 타 산업과의 융합기술을 활용한 패러다임의 전환을 통해 문제 해결을 위한 기술을 개발하고자 함.고주파를 활용한 유도가열은 코일내에 전류를 흘려주면 금속도체의 표면 가까이에 와전류가 생겨 이 손실의 열로 금속을 가열하는 기법으로, 철강·금속 분야(금속합금의 용융 ·담금질 ·풀림 ·용접 ·경납땜 ·단조 등) 및 반도체 업계(게르마늄이나 실리콘의 용융정제 ·단결정 제조)에서 주로 활용이 되고 있으며, 최근에는 일반 가정에서 조리용 가열기구로도 많이 활용이 되고 있는 기법임. 유도가열 기법은 가열속도가 매우 빠르고 온도 조절이 간편하며, 열을 직접 공급하지 않고 자기 유도를 통해 전도체 자체를 가열하는 기법으로 직접적인 화재의 위험이 없는 장점으로 인해 앞서 언급된 타 산업에서는 광범위하게 적용이 되고 있음.
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| 연구내용 및 범위 |
○ Activity 1: - 콘크리트 양생 온도 모니터링을 위한 온도 센싱 시나리오 도출 및 온도 제어 모듈 설계 - 유도가열 전력변환 장치 기본 시스템 설계 및 온도 제어 가능한 전력변환 시스템 개발 - 다양한 양생 환경에 적용 가능한 전력변환 시스템 능동 제어 시나리오 및 모듈 설계 - 고효율 능동제어 시스템 개발 및 다양한 양생 실험을 통한 능동제어 시스○ Activity 2: - 탈형강도 확보 및 온도균열 제어가 가능한 최적의 양생온도 이력곡선 및 가열곡선 개발 - 콘크리트 양생실험을 통한 시간별 거푸집 발열 온도 특성 분석 - 거푸집 종류 및 시험체 크기효과에 따른 열전도율을 고려한 거푸집 가열온도-콘크리트 발열온도 관계식 도출 - 유도가열 주파수 및 코일 구조에 대한 기초 시뮬레이션 분석 - 유도가열 시스템 위치에 따른 전자파 세기 데이터 수집 및 전자파 차폐 기술 설계 - 유도가열 주파수, 코일 턴수, 코일간 간격, 거푸집 재질 및 거푸집과 코일 간격 등에 대한 시뮬레이션 해석 및 실험 수행 - 온도유지 및 유도가열 성능 최적화를 위한 거푸집 재료 및 형상 최적화 - 거푸집-인덕션 코일 상호관계를 고려한 코일형상 및 배치 최적화 기술 개발 - 전자파 차폐 규격에 만족하는 코일 일체형 차폐시스템 개발 ○ Activity 3: - 급속 양생 효율 최적화 가능한 콘크리트 혼합용 전도체 선정(전기로 슬래그, 강섬유, 탄소나노 재료 등) - 전도체 재료 및 혼입률에 따른 유도가열 특성 평가 - 역학적 특성 및 유도가열 성능 최대화를 위한 콘크리트 혼입용 전도체 및 혼입률 가이드라인 개발 - 보강용 철근 배치 형상에 따른 유도 특성 및 내부 온도 변화 특성 평가 - 구조물 종류별 철근 배근 특성을 고려한 유도가열 효율성 평가 - 구조물 크기효과를 고려한 유도가열 성능 향상을 위한 구조용 철근 배치 최적화 기술 개발 - 콘크리트 혼합물 및 구조 보강용 철근 하이브리드 효과에 의한 유도가열 특성 및 급속양생 효율 평가○ Activity 4: - 발열양생 조건에 따른 콘크리트의 역학적 특성 평가 - 발열양생 기반 콘크리트의 미세구조 분석을 통한 강도 저하요인 분석 - 양생온도 및 배합 최적화를 통한 발열양생 콘크리트의 역학적 특성 향상기술 개발 - 발열양생 콘크리트의 장기 강도 특성 평가 및 발열양생 조건별 강도발현 곡선 개발 - 발열양생 콘크리트의 내구성 평가(염소이온 침투, 동결융해, 탄산화 등) - 발열양생 기반 콘크리트의 장기강도 및 내구성능 향상 기술 개발
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