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과제현황 목록

과제기본정보

터널 지보재 일체화를 위한 숏크리트용 Hyper 섬유 그물망 지보재 기술 개발4년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 건설기술연구사업 과제번호 19SCIP-C120795-04
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 건설구조재료 적용분야 건설업
2순위 화공 | 섬유제품 | 달리 분류되지 않는 섬유제품 실용화대상여부 실용화
3순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 토목시공기술 과제유형 개발
과제명 터널 지보재 일체화를 위한 숏크리트용 Hyper 섬유 그물망 지보재 기술 개발
주관연구기관 중앙대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 최성철
소속 중앙대학교산학협력단 직위 교수
전화번호 02-820-5685 FAX 02-816-6760
총 연구기간 2016-09-29 ~ 2019-12-31
당해연도 연구기간 2019-01-31 ~ 2019-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
4차년도 355,000,000 13,000,000 113,000,000 126,000,000 481,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 “Hyper 섬유 그물망 제조 기술을 활용한 숏크리트용 섬유 그물망 일체형 터널 지보재 기술 개발 및 실용화”
본 과제는 터널 보강을 위한 기존의 와이어메쉬/숏크리트, 강섬유 숏크리트 시스템의 단점을 극복하고, 시공성과 성능을 향상시켜 최종적으로 터널의 안전성을 확보하기 위한 “일체형 숏크리트용 섬유 그물망 지보재 개발”을 목표로 하고 있음.

[Key Element Technologies]
● 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 개발
※ 강섬유 보강 숏크리트 대비 인장강도 30% 향상, 휨인성계수 75% 이상
※ 부착력 향상을 위한 표면처리 기술
● 섬유 그물망 지보재용 고부착 숏크리트 제조 기술
※ 숏크리트 부착강도 1.3MPa 이상 제조 기술 확보
※ 섬유 그물망 활용 숏크리트 부착력 및 인성(toughness) 평가법 확립
● 시공성 향상을 위한 일체형 지보시스템 및 시공기술
※ 강지보재, 락볼트, 섬유 그물망 연결 시스템 기술, 정착기구 포함

본 연구과제인 “터널 지보재 일체화를 위한 숏크리트용 Hyper 섬유 그물망을 활용한 지보재 기술 개발”에서는 재료·자재 및 공법·기법 유형의 기술 개발을 목표로 하고 있음.
- 목표 TRL은 연차별(1차년도-4, 2차년도-5, 3차년도-6)로 다르며 본 연구의 최종 성과물은 최종 환경과 유사 상태에서 개발 재료 및 자재에 대한 성능시험을 포함함.
최종목표 ● 최목목표: Hyper 섬유 그물망 제조 기술을 활용한 숏크리트용 섬유 그물망 일체형 터널 지보재 기술 개발 및 실용화
※ 유지관리비 30% 절감 / 시공성 10% 향상 / 재료비 10% 절감

● 세부목표
1) 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 개발
- 인장강도 30% 향상 / 부착효율 20% 향상
2) 섬유 그물망 지보재용 숏크리트 개발
- 부착강도 1.3MPa / 휨인성계수 75% 이상
3) 일체형 지보시스템 및 시공기술 개발
- 시공성 10% 향상, 품질·시공 기준(안)
연구내용 및 범위 [1차년도 연구내용 및 범위]
◆ 주관연구기관(중앙대학교)
● Hyper 섬유 그물망 요구성능 도출 및 요소기술 개발
- 터널 지보용 섬유 그물망(Fiber-net) 요구성능 도출
※ 역학적 특성 : 인장강도, 탄성계수, 취급 강성 등
※ 기학학적 특성 : 그리드 형상 및 크기, 표면 거칠기(roughness), 연결방식 등
- 숏크리트 적용을 위한 섬유 그물망 요소기술 개발

◆ 공동연구기관((재)한국건설생활환경시험연구원)
● 섬유 그물망 지보재용 숏크리트 요구성능 도출 및 기초 성능평가
- 숏크리트 구성요소 및 요구특성
※ 기본 특성 : 리바운드, 응결, 압축강도, 휨인성, 부착강도, 압송성, 분진 등
※ 섬유 계면 특성 : 점착 및 부착강도 등
- 섬유 그물망-숏크리트 부착특성

◆ 공동연구기관(㈜에스엠테크텍스)
● 섬유 그물망 직조 기초기술 개발
- 기존 섬유 그물망 제품 현황 및 제조 기술 분석

◆ 참여기업(㈜보강테크, 지앤티건설㈜)
● 섬유 그물망 터널 지보재 현장 시공성 검토
- 기존 그물망(Fiber-net, Wire-net) 시공현황 및 시공기술 분석

[2차년도 연구내용 및 범위]
◆ 주관연구기관(중앙대학교)
● Hyper 섬유 그물망 제조 기술 개발
- 부착성능 향상을 위한 텍스쳐 디자인 및 표면처리 기술
- 섬유 종류, 형상 및 직조방식에 따른 성능평가

◆ 공동연구기관((재)한국건설생활환경시험연구원)
● 섬유 그물망 지보재용 숏크리트 최적배합 도출
- 최적 점성 및 분체량 도출
- 부착력 향상 숏크리트 개발

◆ 공동연구기관(㈜에스엠테크텍스)
● 섬유 그물망 생산기술 개발
- 섬유 종류, 형상 및 직조방식에 따른 제조 기술 개발

◆ 참여기업(㈜보강테크)
● 터널 지보재 일체화 성능향상을 위한 요소기술
- 강지보재-섬유 그물망 일체화 요소기술 개발
- 락볼트-섬유 그물망 일체화 요소기술 개발


[3차년도 연구내용 및 범위]
◆ 주관연구기관(중앙대학교)
● 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트 최적 성능 및 설계 기술 도출
- 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트의 최적 성능 도출
- 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트의 설계 기술 도출

◆ 공동연구기관((재)한국건설생활환경시험연구원)
● 섬유 그물망 지보재용 숏크리트 적용기술 개발
- 숏크리트 리바운드율 평가
- 숏크리트 장기 내구성능 평가 (건조수축, 탄산화)

◆ 공동연구기관(㈜에스엠테크텍스)
● 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 제조 기술 개발
- 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트의 최적 성능 도출을 위한 섬유 그물망 제조 기술 개발

◆ 참여기업(㈜보강테크)
● Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트의 현장 적용 기술
- Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트 터널 현장 설치 효율화 기술 도출
- Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트의 현장 적용 기술 도출

[4차년도 연구내용 및 범위]
◆ 주관연구기관(중앙대학교)
● 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트 경제성 분석 및 품질기준(안) 도출
- 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트 품질기준(안) 작성
- 경제성 분석 보고서 작성

◆ 공동연구기관((재)한국건설생활환경시험연구원)
● 섬유 그물망 지보재용 숏크리트 성능 향상 기술 도출
- 섬유 그물망 지보재용 숏크리트 시공법 도출
- 균열저항 성능 향상 기술 개발 (친수성 fiber, self-healing)
● 숏크리트 품질기준(안) 개발

◆ 공동연구기관(㈜에스엠테크텍스)
● Hyper 섬유 그물망 생산 공정 개선 및 품질 고도화
- 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망의 생산 단가 절감을 위한 공정 개선
- 요구 성능별 섬유 그물망 품질 고도화

◆ 참여기업(㈜보강테크)
● 시공절차 확립 및 현장 적용성 평가
- 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트의 시공성 향상을 위한 시공절차 확립
- 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트의 터널 현장 적용성 평가
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
4차년도 ◆ 주관연구기관(중앙대학교)
※ 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트 경제성 분석 및 품질기준(안) 도출

◆ 공동연구기관((재)한국건설생활환경시험연구원)
※ 섬유 그물망 지보재용 숏크리트 성능 향상 기술 도출
※ 숏크리트 품질기준(안) 도출

◆ 공동연구기관(㈜에스엠테크텍스)
※ Hyper 섬유 그물망 생산 공정 개선 및 품질 고도화

◆ 참여기업((주)보강테크)
※ 시공절차 확립 및 현장 적용성 평가 		◆ 주관연구기관(중앙대학교)
● 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트 품질기준(안) 작성
- 정책적 활용 방안 확대를 위한 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트 품질기준(안) 및 가이드라인 도출
※ 섬유 그물망 및 숏크리트의 규격, 품질기준, 품질관리에 관한 항목 및 유지관리 방안 등
● 경제성 분석 보고서 작성
- Hyper 섬유 그물망 적용 터널 지보시스템의 경제성 분석
※ 기존 공법(와이어메쉬, 강섬유 보강 숏크리트 등)과의 경제성 비교분석(고성능화에 따른 숏크리트 두께 감소, Hyper 섬유 그물망 및 숏크리트 재료비
절감 효과) → 경제성 분석 보고서 작성

◆ 공동연구기관((재)한국건설생활환경시험연구원)
● 섬유 그물망 지보재용 숏크리트 및 시공법 도출
- 고성능 숏크리트 적용을 위한 타설 환경 검토
※ 점성 및 압송성에 따른 노즐부 시스템 제어 방법 분석 → 숏크리트 압출방식 효율 향상
※ 기존 타설 장비의 개선 방안 도출 → 시공성 향상
- 숏크리트 품질기준(안) 도출
● 균열저항 성능 향상 기술 개발
- 신소재 적용을 통한 성능향상 기법 도출
※ 친수성 섬유 적용을 통한 수축저감 기술 개발 → 숏크리트의 내구 성능 향상
※ 자기치유 무기질 혼화재료 배합개발 → 숏크리트의 내구 성능 향상 및 터널 수밀성 개선

◆ 공동연구기관(㈜에스엠테크텍스)
● 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망의 생산 단가 절감을 위한 공정 개선 및 품질 고도화
- 현장 적용성을 고려한 Hyper 섬유 그물망 제작 기법 도출
※ 강성 섬유 그물망 개발
- 경제성 확보를 위한 Hyper 섬유 그물망 생산 기법 도출 → Hyper 섬유 그물망 생산 기법 확립
※ 하이브리드 섬유, 최적 격자구조(격자 크기, 두께 등)
※ 재활용 플라스틱 활용 코팅기법 개발
※ 인장강도 및 부착성능 고도화

◆ 참여기업((주)보강테크)
● 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트의 시공성 향상을 위한 시공절차 확립
- 시공성 향상을 위한 시공절차 확립 → 시공지침(안) 확립
● 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트의 터널 현장 적용성 평가
- 현장 적용성 부재 실험 수행을 통한 터널 지보용 Hyper 섬유 그물망 보강 숏크리트의 현장 적용성 평가
※ 참여기업((주)보강테크)의 도움을 받아 현장 적용성 부재실험 수행
※ 현장 적용성 부재 실험 수행을 위한 개발 재료 및 시공법의 현장 적용성 평가
※ 현장 적용성 부재 실험 수행 후 지속적 모니터링 수행 → 문제점 해결 방안 도출 및 보완
※ 현장 시료 채취를 통한 Hyper 섬유 그물망 숏크리트의 강도 및 내구성능 평가
→ 현장 적용성 부재 실험 결과를 바탕으로 실험보고서 작성
연구성과 기술적 기대성과 ◆ Hyper 섬유 그물망 지보재 개발을 통한 국제 경쟁력 강화 및 터널 지보재 세계 시장 선도
※ 현재 섬유 그물망을 활용한 지보재 기술은 초기 연구단계 수준으로 이 연구개발을 통하여 터널 지보재 분야와 관련된 세계 시장 선도가 가능할 것으로 판단
※ Hyper 섬유 그물망과 숏크리트 배합 기술 연계를 통한 독자적 국내기술 확보

◆ 일체화 및 섬유 그물망을 통한 시공성 및 품질 개선
※ 일체화 연결방식 및 섬유 그물망을 활용한 시공성 향상 및 공사기간 단축
※ 일정한 그물망 간격으로 인해 강섬유 보강 숏크리트에 비해 균일한 성능 및 품질의 지보재 시공 가능

◆ 섬유 소재와 콘크리트 재료 분야 간의 기술 융합을 통한 신시장 창출
※ 기존 콘크리트 재료의 단점을 해결함과 동시에 성능 향상을 통한 신시장 창출 가능
※ 섬유 소재를 활용한 연구 분야의 다양화로 국내 관련 R&D 분야의 활성화 가능
사회 경제적 파급효과 ◆ 다양한 콘크리트 구조물의 보수·보강 공법 적용가능 및 사용처 확대
※ 사면안정 공법 등 다양한 보강 공법에 적용 가능
※ 도로공사, 철도공사 등 터널 및 사면 공사를 수행하는 수요처와 협력 및 적용 확대 추진 가능
※ 숏크리트를 활용한 보수, 보강 공법의 사업 확대 추진 가능

◆ 향후 첨단소재 분야와 융합을 통한 신기술 초석 마련
※ 친수성 섬유 적용을 통한 숏크리트 내구 성능 향상
※ 자기치유 무기질 혼화재료 배합으로 터널 수밀성 개선

◆ 본 기술 개발은 시공, 재료 및 폐기물 처리비의 절감을 기대할 수 있음.
※ 강섬유 보강 콘크리트에 비해 일체화 섬유 그물망 적용시 섬유 보강재의 최적비 50% 이상 절감 가능
※ 타설 탈락되는 강섬유를 방지하여 강섬유 보강 숏크리트 대비 10% 이상 건설폐기물 처리비 절감 가능

◆ 숏크리트 타설 장비 및 시공성 개선
※ 점성 및 압송성에 따른 노즐부 시스템 제어로 압출 효율 향상
※ 강섬유 막힘 현상(Fiber-ball) 방지로 숏크리트 시공성 향상

◆ 섬유 그물망 설치로 터널 발파 후 발생할 수 있는 낙반사고 방지

◆ 국외에 일반화 되어 있는 숏크리트 장섬유 시장에 적극적인 참여를 통한 친환경 지보 기술 수출을 통해 국가 이미지 제고에 기여가 가능함.

◆ 리바운드로 배출되는 강섬유의 원천 방지, 건설 폐기물에 대한 효과적인 민원 대응이 가능함.

◆ 터널 시설물의 유지관리 비용 절감 효과 기대
※ 강섬유 보강 숏크리트 대비 인장성능 향상에 따른 유지관리비용 30% 절감 가능
활용방안 ● 향후 첨단소재 분야와 융합하여 터널 구조물 보강재 분야에 적용하며, 도로 및 사면 보강재로도 적용하여 사용처 확대 추진 가능
※ 대량생산 기술의 기술이전 등을 통해 제품의 상용화 및 사업 확대 추진
※ 유사, 관련 산업 프로젝트 활용 가능
※ 창조형 신시장 창출 기여
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 숏크리트 섬유 그물망 터널 지보재 일체화 균열제어
영문 Shotcrete Fiber-net Tunnel support Integration Crack control
최종보고서
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