| 연구개발개요 |
● 콘크리트 구조물 시공 시 일반적으로 레미콘과 펌프카를 사용한 타설 방법을 이용하고 있으나, 레미콘의 진입과 펌프카의 사용이 어려운 초대형 구조물의 경우 금속 배관을 연결하여 콘크리트를 이송하는 펌핑 기술을 적용하고 있음.● 그러나 현재 콘크리트 펌핑 기술은 수평 1 km, 수직 600 m라는 최대 펌핑 거리의 한계를 가지고 있으며, 지속적으로 증가하는 초대형 콘크리트 구조물 시장에서 제약으로 작용하고 있음.● 이 뿐만 아니라 장거리 펌핑 시 목표 토출량의 확보가 어려우며, 윤활층이 소실되어 펌핑이 불가능하거나 콘크리트가 폐색되는 등 시공상의 어려움이 있음.● 최근 개발되고 있는 고성능(고유동, 고강도, 고내구성) 콘크리트의 경우 점도가 매우 높아 요구되는 펌프 압력이 증가되어 장거리 이송에 어려움을 겪고 있으며, 특히 강섬유가 사용되는 UHPC(Ultra high performance concrete)의 경우 윤활층이 형성되지 않아 콘크리트 펌핑이 거의 불가능한 실정임.● 유동성이 낮은 슬럼프 배합 콘크리트의 경우 점도가 상대적으로 낮음에도 불구하고 윤활층이 제대로 생성되지 않아 장거리 펌핑에 어려움이 있음.● 콘크리트 펌핑 시 일반적인 유체와는 다르게 배관 벽면과 콘크리트 사이에 1~5 mm 두께의 윤활층이 형성되며, 윤활층에서 콘크리트 펌핑 속도의 90% 이상이 발현되는 것으로 평가되고 있음[1].● 이러한 메커니즘을 이용하여 최근까지 콘크리트의 펌핑 성능을 예측(평가)하는 방법에 대한 연구가 이루어져왔으나, 이 연구들은 콘크리트의 펌핑 성능을 향상시키는 방법과는 거리가 있음[1,2].● 기존 콘크리트 펌핑의 한계점을 극복하기 위해서는 콘크리트의 장거리 펌핑 시 윤활층을 확보하고, 점도를 낮춤으로써 펌핑 효율을 증가시키는 새로운 기술이 필요함.
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| 최종목표 |
1.1.1. 최종목표● 이 사업화과제의 최종 목표는 윤활층 활성화 시스템의 현장적용 및 신기술 획득임.● 윤활층 활성화 시스템은 윤활층 활성화제 주입장치(이하 주입장치), 윤활층 활성화제(이하 활성화제), 콘크리트 펌핑 효율 예측(평가) 기법(이하 예측 모델)으로 이루어져 있음.1.1.1.1. 윤활층 활성화제 주입장치● 주입펌프의 가압부는 피스톤 펌프를 이용해 주배관의 압력보다 높은 압력(250 bar 이상)을 형성해야 하며, 정량 펌핑 및 유량 제어가 가능하도록 제작됨.● 장치 운용은 통상의 기술자들이 일반적으로 실시할 수 있는 구성으로 조작에 용이하도록 제작함.● 주입펌프의 제어부는 GUI 기반의 모니터링 시스템 및 입력시스템으로 구성되며 운전자가 관내 유동상태 및 콘크리트의 유동특성(콘크리트의 점도와 항복응력, 윤활층의 점도와 항복응력)에 대한 정보를 입력하여 콘크리트 펌핑 효율 예측 기법을 탑재한 알고리즘 모듈을 통해 목표 토출량에 대한 소요 압력을 산출함.● 산출된 소요 압력을 컨트롤러에 입력하면 주입 조건식의 알고리즘 모듈을 통해 주입량 및 주입압력을 제어함.● 분사장치(주입부)는 배관 내부에 윤활층 활성화제가 고르게 분사될 수 있도록 제작함. 또한 기존의 배관과 손쉽게 연결하여 장치의 설치를 용이하도록 구성하였으며 재료 주입 노즐을 모듈형태로 제작함.● 또한 주배관 내부에 고르게 주입하기 위하여 윤활층 활성화제 메인 주입관에서 4개의 Sub-배관으로 분기함.1.1.1.1. 윤활층 활성화제● 윤활층 활성화제는 본 기업이 보유한 기술인 “콘크리트 펌프 유도제”를 기반으로 주입성능과 압력 감소 효과를 최대화 할 수 있도록 최적화가 이루어질 계획임.● 윤활층 활성화제의 성분비를 최적화하여 주입 후 콘크리트의 재료특성 변화를 5% 미만으로 최소화하고 동시에 윤활층의 점도 감소 효과는 30~50% 수준으로 최대화 하고자 함.● 추가적으로 주입량에 따른 펌핑 효율을 검토하여 동일 토출량 대비 압력이 20~50% 수준으로 감소하고 동일 압력 대비 토출량이 25% 이상 증가시키는 것이 최종 목표임.1.1.1.1. 콘크리트 펌핑 효율 예측(평가) 기법● 콘크리트 펌핑 효율 예측(평가) 기법은 배관 내부의 압력, 배관의 길이, 콘크리트의 점도 및 항복응력, 윤활층의 점도 및 항복응력, 배관의 직경, 윤활층 활성화제의 주입량이 변수로 구성되며, 최종적으로 주입펌프의 제어부에 탑재할 계획임.● 콘크리트 펌핑 효율 예측(평가) 기법은 시공 조건에 따라 최대 펌핑 이송 거리, 목표 토출량을 얻기 위한 펌프 사양(필요 압력), 펌프 사양과 이송 거리에 따른 토출량을 정량적으로 예측할 수 있음.
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| 연구내용 및 범위 |
이 연구에서는 윤활층 활성화 시스템의 개발, Mock-up 실험 및 현장 실험을 통한 개발 시스템의 검증, 신기술인증 획득이 이루어질 계획임.● 첫 번째 단계로 기존 연구를 바탕으로 윤활층 활성화 시스템의 개발이 이루어질 계획임.● 윤활층 활성화 시스템은 주입장치, 윤활층 활성화제, 펌핑 효율 예측(평가) 기법으로 구성됨.● 두 번째 단계로 Mock-up 실험과 현장 실험을 순차적으로 진행하여 개발된 윤활층 활성화 시스템의 검증이 이루어질 계획임.● 세 번째 단계로 검증이 이루어진 윤활층 활성화 시스템에 대한 신기술을 획득하고 현장에 적용하도록 함.1. 1차년도-시작품 개발 및 Mock-up 실험- 시작품 제작- 콘크리트 펌핑 예측 기법 제안- Mock-up 실험을 통한 시스템 검증- 윤활층 활성화제 최적화- 윤활층 활성화제 주입장치 개발- 소규모 실험 및 수치해석을 통한 콘크리트 펌핑 효율 예측(평가) 기법 제안- 콘크리트 배합 별 실규모 Mock-up 실험을 통한 펌핑 효율 증대 검증2. 2차년도- 현장 실험 및 신기술 인증 신청- 시작품 검토 및 보완- 콘크리트 펌핑 예측(평가) 기법 보완- 현장 실험을 통한 시스템 검증- 신기술 인증 신청- 윤활층 활성화제 보완 및 시제품 제작- 윤활층 활성화제 주입장치 보완 및 시제품 제작- 소규모 실험과 실규모 실험 사이의 상관관계 분석- 현장 콘크리트 배합 대상 현장 실험을 통한 윤활층 활성화 시스템 검증3. 3차년도- 콘크리트 펌핑 예측(평가) 기법 제시 및 획득- 신기술 획득- 콘크리트 펌핑 예측(평가) 기법 제시- 신기술 심사 대응 및 획득- 소규모 실험을 통한 실규모 펌핑 예측 방안 제안- 윤활층 활성화제 주입량에 따른 콘크리트 펌핑 효율 예측(평가) 기법 제시1단계 세부내용？ 윤활층 활성화제 주입장치 시작품 제작- 주입장치 구성(가압,제어,주입부) 설계 및 제작- 성능 검증 및 일체화？ 윤활층 활성화제 시작품 제작- 구성 배합 변경을 통한 최적화- 재료실험을 통한 검토？ 콘크리트 펌핑 효율(평가) 기법 제안- 재료 조건에 따른 50m 소규모 펌핑 실험 수행- 윤활층 활성화제 주입량에 따른 콘크리트 펌핑 효율 예측 기법 제안？ Mock-up 실험을 통한 윤활층 활성화 시스템 검증- 6개 콘크리트 배합에 대한 100m 이상 Mock-up 실험 수행2단계 세부내용- 윤활층 활성화제 주입장치 보완 및 시작품 제작- Mock-up 실험 결과를 통한 문제점 보완 및 시작품 제작- 윤활층 활성화제 보완 및 시제품 제작- Mock-up 실험 결과를 통한 문제점 보완 및 시작품 제작- 소규모 실험과 실규모 실험 사지의 상관관계 분석- Mock-up 실험 결과와 소규모 실험 결과 사이의 펌핑 성능 상관관계 분석- 현장실험을 통한 윤활층 활성화 시스템 검증- 현장 배합 콘크리트 대상 현장 실험 수행- 신기술 신청- Mock-up 실험, 현장실험 결과를 배경으로 신기술 신청3단계 세부내용- 신기술 심사 및 획득- 신기술 심사 대응 및 획득- 소규모 실험을 통한 실규모 펌핑 예측 방안 제안- 소규모 실험과 현장 실험 결과를 활용한 펌핑 성능 상관관계 분석 및 예측 방안 제안- 윤활층 활성화제 주입량에 따른 콘크리트 펌핑 효율 예측(평가) 기법 제시- 현장실험을 통한 콘크리트 펌핑 효율 예측(평가) 기법 검증 및 최종 기법 제시
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