| 연구개발개요 |
○ 최근 인구가 증가하고 사회가 급속히 발달하여 도시의 거대화가 진행됨에 따라 상하수도와 같은 도시형성에 필수적인 사회기반시설의 증대와 유지관리가 요구되고 있는 실정이다. 일반적으로 콘크리트 구조물은 40년의 수명을 산정하고 있지만, 이는 일반적인 건축구조물에서의 열화현상을 기반으로 산정된 결과이며, 하수도와 같은 밀폐되고 유해가스의 농도가 높은 환경은 기존 열화 요인들에 더해 황산염 침식의 영향으로 인해 하수암거의 열화현상이 극심한 것으로 확인되고 있다. 그러나 하수암거의 교체는 하수시설의 특성상 대규모의 토공사가 따르며, 교체에 따른 시설 사용 중지에 따라 경제적 손실이 발생하게 됨으로, 교체공사가 아닌 콘크리트 하수암거의 유지 보수에 대한 관심이 높아지고 있으며, 구조물에 대한 적절한 유지관리를 실시하지 않을 경우 장기적으로 누적된 손상에 의해 하수 누수에 따른 환경오염, 누수로 야기된 지반불안정으로 인한 지반침하 등의 안전성에 심각한 문제를 야기할 수 있다.○ 본 연구개발의 최종목표는 하수환경에서 발생하는 콘크리트 구조물(암거, 처리시설)의 유해요인(SO42-, Cl-, CO32- 등)을 능동적으로 제어(고정, 반응)하는 메커니즘을 통한 하수처리 구조물의 보수용 원천소재를 개발하고, 이를 활용한 보수/보강공법을 개발한다. 이를 통해 유해이온에 노출된 사회기반시설의 철근콘크리트 구조물의 내구성 확보와 불필요한 경제손실을 방지하고, 더 나아가 안전한 사회환경을 위한 기반시설 확보 및 유지관리를 목표로 한다.○ 황산염으로 인해 하수처리용 콘크리트 구조물에서 발생하는 열화 방지를 해결하기 위하여, 모르타르 혼합물로서 열화반응을 억제하는 마이크로 분자 기술을 적용하고, 아울러 구조물 내의 철근을 부식인자로부터 보호할 수 있는 방청기술을 보수재에 접목하는 융합기술을 확보 한다. 이러한 기술은 하수처리용 콘크리트 구조물뿐만 아니라, 열화환경에 노출된 신축 구조물, 열화 된 콘크리트 구조물의 구조재료 및 마감재료 등에서 적용할 수 있다.○ 연구는 총 30개월로 진행하며, 1차년도는 황산염 열화 메커니즘 및 열화인자 제어 메커니즘을 정립하고, 2차년도는 열화인자 제어 원천소재를 선정, 이를 시멘트계 재료에 적용하여 보수모르타르를 개발하며, 3차년도에는 원천소재를 적용한 시멘트계 보수재와 방청재 및 공법을 개발한다.
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| 최종목표 |
본 연구개발의 최종목표는 하수 시설 콘크리트 구조물에서 콘크리트 내부로 침투하는 유해이온(SO42-, Cl-, CO32-)을 시멘트 매트릭스와 반응하기 전에 선 반응하여 능동적으로 차단하는 내황산 보수 모르타르 및 방청소재를 개발하고, 이를 이용한 하수 시설 콘크리트 구조물의 보수/보강 공법을 개발하는 것이다. 이를 통해 철근콘크리트 사회기반시설의 내구성 확보와 사회 안전성을 도모하고, 더 나아가 건설구조물의 장수명화를 목표로 한다.
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| 연구내용 및 범위 |
(1) 하수시설 콘크리트 열화/열화억제 메커니즘 규명 및 열화이온 반응 소재 설정 ○ 하수시설 콘크리트 구조물에서의 황산염 침식, 염해, 탄산화, 철근부식 등의 열화 메커니즘을 분석하고, 이를 억제하기 위한 융복합 소재를 발굴하고, 이를 활용한 시멘트계 열화 인자 억제 메커니즘을 정립, 검증함. ○ 시멘트계 재료의 내황산염, 내염해, 탄산화 억제를 기술융합의 관점에서 건설 이외의 분야에서 연구되는 소재를 도입, 열화인자와 이온 반응을 선 유도하여 콘크리트 내부로의 침투를 제어하는 소재를 설정(2) 하수시설 열화이온 반응 소재를 활용한 보수 모르타르 및 방청제 개발 ○ 하수시설 콘크리트 구조물 보수를 위한 신개념의 열화이온 반응 소재를 활용한 보수 모르타르 및 아민 유도체를 활용한 방청제를 개발하고, 하수시설의 특성을 고려한 수중경화형 내황산 보수 모르타르를 개발함. ○ 본 연구개발의 열화이온 반응 소재를 활용한 내황산 보수 모르타르는 차단막 형성 이외에 황산염 생성 억제 기술 및 황산, 염화물, 이산화탄소 이온과의 반응 기술을 접목하여 열화인자 침투 억제 기구를 구성함. 또한 본 연구개발의 방청제는 아민 유도체를 도입하여 피막형성 및 열화인자 흡착 기능을 부여하여 2단계의 방청 성능을 확보하고, 하수시설의 특성이 고려된 수중경화가 가능한 보수 모르타르를 개발.(3) 하수시설 보수 모르타르 및 방청제를 활용한 보수/보강 공법 개발 ○ 하수시설 콘크리트 구조물 보수를 위한 신개념의 열화이온 반응 소재를 활용한 내황산 보수 모르타르 및 아민 유도체를 활용한 방청제를 이용한 보수/보강 공법을 개발함. ○ 본 연구개발의 열화이온 반응 소재를 활용한 내황산 보수 모르타르 및 아민 유도체 활용 방청제는 신개념의 열화인자 억제 기술이 도입된 제품으로 이 기술과 더불어 수중경화 성능을 확보하여 하수시설 콘크리트 구조물의 고효율 보수/보강 공법을 개발함.(4) 열화이온 반응 소재를 활용한 보수재의 성능평가 및 검증 ○ 본 연구개발에서 개발되는 열화이온 반응 소재 혼입 내황산 보수 모르타르와 아민 유도체를 이용한 방청제, 이를 활용한 보수/보강 공법에 관한 시험분석, 성능검증, 시뮬레이션 및 현장적용으로 연구개발 내용의 실용성 증명. ○ 본 연구개발의 내황산 보수 모르타르, 방청제 및 보수/보강 공법은 KS F 4042, ASTM C 267, KS M 5000, KS D 9502, KS M 6070의 기본물성 및 FEM해석, 미세성분분석, 전기화학분석 등을 실시하여 다각도의 성능 검증을 실시할 예정이며, 보수/보강 공법의 현장적용 평가를 통하여 실용성을 증명할 예정임.
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