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과제기본정보

초속경 스프레이드 고점도-고인성 시멘트계 복합체를 활용한 조적조 건축물의 내진보강기술 개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C152069-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 구조물 보수 보강기술 적용분야 건설업
2순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 건설구조재료 실용화대상여부 비실용화
3순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 건축시공기술 과제유형 개발
과제명 초속경 스프레이드 고점도-고인성 시멘트계 복합체를 활용한 조적조 건축물의 내진보강기술 개발
주관연구기관 한양대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 류두열
소속 한양대학교산학협력단 직위 조교수
기관 대표번호 02-2220-0870 FAX 02-2220-0407
총 연구기간 2019-04-19 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2021-01-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
3차년도 331,000,000 11,100,000 99,300,000 110,400,000 441,400,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 우리나라도 더 이상 지진 안전지대가 아님에도 불구하고 건축물 내진율은 20.4%에 불과하며, 그 중에서도 조적조 건축물은 2.0%로 내진보강이 시급한 상황임
○ 서울시에 규모 7.0 대형지진 발생시 건축물 피해 추정액 427조로 국내 건설업계의 4년간 수주액에 육박, 규모 6.5의 지진발생시에도 272조원의 피해발생 예측
○ 대규모 지진 발생시 건설업체의 모든 역량을 국가재건사업에 투입해도 재난복구까지 수년에서 수십년 소요됨. 재난피해 최소화를 위한 선제적 지진방재대책 요구됨
○ 다양한 내진보강관련 기술들이 있지만, 강진에 대한 내진성능 확보뿐만 아니라 공사기간, 시공비 등의 많은 문제로 수요자의 요구를 충족시키지 못함
○ 국내 대부분 1~2층 건물은 횡력에 약한 조적조 건물이며 구조상 전 세계적으로도 독특한 구조 지님. 하지만 이러한 국내 실정을 반영한 조적조의 내진성능평가 기술은 아직 정립되지 않음
○ 선진국 대비 국내업계의 기술수준은 열위한 상태이나 지진발생 위험에 대한 경각심 증대로 내진기술에 대한 건설업계의 관심이 점차 증가하고 있음
○ 전 세계 인구증가와 도시화로 지진발생 피해 대규모화. 내진기술은 고부가가치 창출 미래기술로 부각
○ 국내 건설업체들이 글로벌 건설시장에서 기술경쟁력을 확보하고 시장을 선점하기 위해서는 내진기술개발에 대한 투자를 확대하고 첨단 내진기술 역량을 강화해야 함
○ 본 연구에서는 분사형 고점도-고인성 시멘트 복합체 개발을 통해 시공이 용이하며 경제적인 조적조 건축물 내진보강기술 개발을 목표로 함
○ 본 연구개발 기술은 현(現) 최고 수준으로 인식되고 있는 UHPC 및 ECC 대비 에너지 흡수능력을 2배로 향상시킨 세계 최고의 고인성 수준을 가지며, 세계 최초 리바운드율 10% 이하인 분사방식의 고점도-고인성 섬유보강 시멘트 복합체임
○ 내진성능 확보를 위해 섬유 혼입 시멘트 복합체의 적용이 고려될 수 있으나 기존 섬유보강 콘크리트는 분사형으로 사용되지 않기 때문에 섬유혼입율, 유동성, 점성, 인성 등 다양한 재료성능 향상 필요
○ 구조적인 측면에서 내진, 전단, 부착 등 다양한 성능 확보를 통해 조적조의 내진성능을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 콘크리트 구조 등 타 구조형식에도 적용 가능할 것으로 판단
○ 시공적인 측면에서 타 보강기술에 비해 시공 공간이 크게 요구되지 않으며, 공사기간, 시공비 등에서 우수한 경쟁력을 지닌 기술의 개발
최종목표 ○ 최종목표: 초속경 스프레이드 고점도-고인성 시멘트계 복합체를 활용한 조적조 건축물의 내진보강기술 개발

○ 세부 목표
● Task 1: 내진 보강용 초속경 분사형 고점도-고인성 섬유보강 시멘트 복합체 개발
● Task 2: 고점도-고인성 섬유보강 시멘트 복합체용 고성능 화학 혼화제 개발
● Task 3: 국내 실정을 고려한 조적조의 전단성능 및 내진성능평가 기술 개발
● Task 4: 변형률(10-6-10-1/s) 속도효과를 고려한 재료 모델 개발
● Task 5: 고점도-고인성 시멘트 복합체의 뿜칠형 보강을 위한 분사장비 구축
● Task 6: 분사형 고점도-고인성 시멘트 복합체 적용 조적조의 내진성능 기준 및 보강공법 제안
연구내용 및 범위 ○ Task 1:
● 인장강도 8 ㎫, 변형성능 4% 이상 초속경 고성능 시멘트 복합체 최적 배합 개발
● 시멘트 40%이상 산업부산물 대체 및 타설 후 4시간 내 인장성능 70% 발현(초속경)
● 지진하중에 대한 효과적인 조적조 외부 보강 기법 개발
○ Task 2:
● 고점도 no-slump, 섬유 분산성, 부착강도 향상을 위한 고성능 화학혼화제 개발
○ Task 3:
● 조적조의 전단 및 내진성능을 분석하기 위한 평가기술
● 고점도-고인성 시멘트 복합체가 적용된 조적조의 전단 및 내진성능 실험 분석
○ Task 4:
● Static-Seismic(10-6-10-1/s)속도 범위 하 역학적(압축, 인장, 전단) 성능 정량화
● 고점도-고인성 섬유보강 시멘트 복합체의 정·동적 재료 모델 개발
○ Task 5:
● 개발된 고점도-고인성 시멘트 복합체를 조적조에 뿜칠 시공하기 위한 장비 개발
● 리바운드율 10% 이하, 부착강도 2 ㎫ 이상, 막힘현상 방지 기능
○ Task 6:
● 지진규모 9.1 이상의 내진성능 확보
● 내진 보강 조적조의 성능평가 및 최적 보강 두께 제시
● 조적조의 내진보강 공법 가이드라인 제시

* 1차년도
● 이론적 배경 및 선행 연구 조사
● 초속경 스프레이드 고점도-고인성 섬유보강 시멘트 복합체(US-HVDCC) 개발
● 이론적 배경 및 선행 연구 조사
● 조적조의 전단/내진성능평가 기술 개발
● 이론적 배경 및 선행 연구 조사
● US-HVDCC용 혼화제 개발

* 2차년도
● US-HVDCC의 뿜칠 후 성능 향상
● 10-6~10-1/s 속도 하 동적증가계수-변형률 속도 모델 개발
● 변형률 속도에 따른 응력-변형률 모델 개발
● US-HVDCC용 분사장비 개발
● US-HVDCC 보강 조적조의 구조성능 기준 수립 및 보강공법 개발
● US-HVDCC 보강 조적조의 수치해석 모델 수립
● 개발된 고성능 화학 혼화제 성능검토및보완
● US-HVDCC와 조적조의 부착성능 향상을 위한 특수 첨가제 개발

* 3차년도
● US-HVDCC의 보강재료 내구성능 검토
● 조적조의 US-HVDCC 내진보강공법 가이드라인 수립
● US-HVDCC 보강 조적조 성능예측 수치해석
● US-HVDCC 보강 조적조의 내진성능평가
● US-HVDCC 보강 조적조 실증용 TEST-BED
● US-HVDCC와 조적조의 부착성능 확보 방안 도출
* 각각의 연구내용 및 연구성과는 기관간 상호 유기적으로 연결되어 연구 효율 및 성과를 극대화 함
* Ultra-rapid-hardening Sprayed High Viscosity-High Ductility Cementitious Composites = US-HVDCC
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 ● 주관연구기관(한양대학교)
- 내진 보강용 초속경 스프레이드 고점도-고인성 시멘트계 복합체(US-HVDCC) 개발
● 공동연구기관(수원대학교)
- 조적조의 전단성능 및 내진성능평가 기술 개발
● 공동연구기관(동남기업)
- US-HVDCC용 고성능 화학 혼화제 개발 		● 주관연구기관(한양대학교)
- 고성능 시멘트 복합체(EDCC) 개발 관련 자료 수집(UBC)
- 고점도 및 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 관련 문헌수집 및 분석
- 섬유 혼입률 2% 범위 내에서 인장강도 8 ㎫ 이상, 변형성능 4% 이상의 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 배합 개발
- 리바운드율 10% 이내의 고점도 시멘트 매트릭스 배합비 개발
- 시멘트의 40% 이상을 SCM으로 대체하는 친환경 배합 기술
- 타설 후 4시간 이내 인장성능 70%이상 발현이 가능한 초속경 보강재료 개발
● 공동연구기관(수원대학교)
- 국내외 조적조 내진설계기준 및 성능평가기법 조사·분석
- 국내 조적조 건축물의 재료 및 구조적 특성 조사
- 조적조 구조물의 형상별 설계 관련 문헌수집 및 분석
- 매개변수별 조적조의 성능평가 요소도출
- 고점도-고인성 시멘트 복합체 적용 조적조의 전단 성능 평가
- 조적조의 전단성능 및 내진성능평가 기술 개발
● 공동연구기관(동남기업)
- 기존 (초)고성능 콘크리트용 혼화제 특성 조사 및 원료 분석
- 부착성능 향상을 위한 첨가제 측면 선행 연구 조사
- 혼화제 원료 배합변수별 감수력, 점도, 섬유분산성 등 시멘트 복합체 물성 간 상호 관계 평가
- 슬럼프 zero (0 mm) 및 소성점도 7 Pa·s 이상 확보 가능 특수 혼화제 개발
연구성과 기술적 기대성과 ● 원천기술개발로 국가 기술력 제고
조적조의 내진설계 핵심 원천기술 확보로 국내 기술자립도 향상 및 국가 기술경쟁력의 선진국 수준 제고
● 세계 최고 수준의 섬유보강 시멘트 복합재료 개발 기술 확보
현재 최고 수준으로 인식되고 있는 UHPC 및 ECC 대비 에너지 흡수능력 2배 향상시킨 고성능 복합체 개발 및 세계 최초 리바운드율 10% 이하인 분사형 고점도-고인성 섬유보강 시멘트 복합체 개발
● 조적구조물의 내진성능 확보
조적조 건축물 내진성능 부여 가능 및 시공 시 기존 구조 부재의 해체 불필요, 시공성 우수
● 신축구조물의 내진성능 확보를 위한 건설재료 개발기술 확보
개발되는 섬유보강 시멘트 복합체는 재료적인 측면에서 내진성능이 확보되어 기존 구조물의 보강뿐만 아니라 신축되는 구조물의 건설재료로 활용 가능하여 다방면의 사용성을 기대할 수 있음
● 구조물의 동적 저항성능 확보 가능
개발되는 건설재료가 보강되는 조적구조는 내진성능 보강뿐만 아니라 동적 저항성능을 확보할 수 있어 풍하중 등의 동하중에 대한 저항성능이 향상되어 구조물의 내구성 향상에 기여
사회 경제적 파급효과 ○ 경제적ㆍ산업적 측면
● 저렴한 시멘트 복합체를 활용한 보강법 제안으로 인한 경제성 향상
강재 및 RC 등의 내진 보강법 대비 저렴한 시멘트 복합체를 활용하여 보강비용 절감. 또한 리바운드율 최소화하여 재료의 낭비를 방지하고, 현장 작업인력 및 공사소요기간 최소화로 경제성 확보
● 구조물의 신축, 재건축 등에 필요한 비용 절감
기존 건축물 내진성능 부여를 위한 구조물 해체 또는 신축에 따른 비용 절감 가능할 뿐만 아니라 시공기간 중 시설물 계속 사용가능하여 사회적 비용 절감
● 내진 구조물 유효 사용공간 확보
기존의 많은 내진보강법은 부재의 단면증가로 사용공간이 협소해지는 단점이 있지만, 본 기술은 상대적으로 적은 보강두께만으로도 내진성능확보가 가능하여 유효 사용공간 소실 최소화함
● 효율적이고 경제적인 내진 설계 가능
연구수행으로 조적조 벽체의 내진성능을 평가할 수 있는 기술을 확보하여 내진성능 확보를 위한 과다설계를 방지할 수 있어 불필요한 건설비용의 감소를 기대할 수 있음
● 해외 건설시장의 경쟁력 강화 및 수익창출 도모
첨단 내진기술 개발을 통해 내진성능 요구 높은 국가 대상 전략적 기술 수출 및 수주 경쟁력 강화
● 신산업 창출 및 관련 산업 활성화 가능
해당 분야의 독보적인 기술확보로 신산업 창출이 가능하며 해당 기술을 응용한 소재, 장비 등 다양한 관련 산업의 활성화 기대

○ 사회적 측면
● 국가 안보향상 및 국민 불안요소 해결
최근 국내에서 증가하고 있는 지진 재난에 대비하기 위한 기술개발을 통한 시설물 및 구조물의 내진설계가 요구되며 이를 통하여 국민의 불안요소 해소 가능
● 사회 기반시설의 보호 대책 마련
건축물 외에도 교량, 도로 등 사회기반시설의 지진 피해 방지를 위해 본 기술의 활용 가능
● 지진 등의 재난 이후 구조물 복구를 위한 사회적 비용 감소
예기치 못한 지진 재난 등에 대비할 수 있으며 재난 이후에도 구조적 성능이 확보되어 보수, 보강과 관련한 직, 간접적인 비용을 감소시킬 수 있음
● 국가 주요 문화재산 보전
국가 주요시설, 문화시설 및 역사적으로 중요한 시설에 지진 재난에 대비하기 위해 본 기술을 적용하여 국가 주요 문화재산 보전 가능
활용방안 ○ 현(現) 최고수준의 기술인 UHPC 및 ECC 대비 에너지 흡수능력이 2배 이상 크고, 리바운드율 10% 이하인 초속경 스프레이드 고점도-고인성 섬유보강 시멘트 복합체를 세계 최초로 개발함으로써 내진성능이 취약한 조적조 건축물을 효과적으로 보강할 수 있음
○ 기존 건축물 내진성능 부여를 위한 구조물 해체 또는 신축이 필요하지 않고 시공기간 중 시설물 계속 사용가능하기 때문에 사회적 비용 절감이 가능함
○ 강재를 활용한 내진 보강법 대비 저렴한 시멘트 복합체를 활용하여 보강비용의 절감이 가능하며 내진성능 요구가 높은 국가를 대상으로 하여 전략적 기술 수출 및 수주 경쟁력 강화가 가능함
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 초속경 내진보강 신재료 스프레이드 고점도-고인성 시멘트 복합체 신 내진보강 기술 조적조 건축물 -
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최종보고서 최종보고서 - 초속경 스프레이드 고점도-고인성 시멘트계 복합체를 활용한 조적조 건축물의 내진보강기술 개발 (한양대학교 류두열).pdf   다운로드

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