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과제현황 목록

과제기본정보

폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C157478-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 전기·전자 | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 에너지·자원 | None | None 과제유형 기초
과제명 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체 개발
주관연구기관 수원대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 이주하
소속 수원대학교 직위 부교수
전화번호 031)220-2605 FAX 031)220-2604
총 연구기간 2020-04-13 ~ 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
2차년도 210,000,000 0 0 0 210,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ◎ 도로의 결빙/블랙아이스 대책기술은 적용의 한계가 있거나, 2차피해를 야기하는 등의 한계점이 있으므로, 동절기에 적용 가능한 기술의 개발이 필요한 실정임
◎ 또한, 전도성 콘크리트를 적용한 도로 융설/융빙 기술이 과거 개발된 사례가 있으나, 고가의 재료단가의 원인으로 실용화에 한계를 겪고 있으므로, 전도성 콘크리트의 실용화를 위해서는 전도성을 부여함과 동시에 경제적인ㅇ 재료개발이 수행되어야 함
◎ 따라서, 본 연구에서는 동절기 저온에서 도로의 결빙을 방지할 수 있는 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체가 적용된 도로 포장 기술을 개발하고자 함
최종목표 ◎ 동절기 저온에서 도로의 결빙을 방지할 수 있는 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체가 적용된 도로 포장 기술 개발
- 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체 (WCG-CC) 개발
┖ 폐 커피분말(WCG) 바이오매스 기반 탄소 나노 소재 개발
┖ 폐 커피분말 기반 전도성 나노소재의 시멘트 복합체 적용 기법 개발
┖ 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체의 기본 배합비및 기본 성능 확보
- 도로 결빙 방지용 WCG-CC 적용 도로 포장 기술 개발
┖ 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체의 설계 최적화
┖ WCG-CC 적용 도로 포장의 동절기 유사 환경 하 성능 검증
┖ WCG-CC 적용 도로 포장의 경제성 분석
연구내용 및 범위 ◎ 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체 (WCG-CC) 적용 도로 포장체 개념 설계
- 국내외 도로 포장 및 융빙 관련 기준/지침 분석
┖ 포장 관련 국내 건설 기준 및 지침의 수집 및 분석
┖ 동절기 기후환경 분석 및 도로 결빙 위험구간 분석
- 융설/융빙용 전도성 콘크리트 기술 현황 파악
- WCG-CC 적용 도로 포장체 개념 설계안 수립
┖ WCG-CC 배합재료 검토 및 선정
┖ 발열 포장체 요구성능 검토 및 개념 설계안 도출

◎ 폐 커피분말 기반 탄소 나노 소재 개발
- 폐 커피분말의 바이오매스 활용 및 전도성 탄소 변환 사례 및 관련 기술 분석
- 폐 커피분말의 밀도 및 형상차를 이용한 정제/분리 기술 개발
- 폐 커피분말의 온도별 열분해 공정에 따른 탄화 공정 및 흑연화 기술 개발
- 탄화 폐 커피분말의 표면 활성화(Activation) 및 형상제어 기술 개발

◎ WCG 기반 전도성 나노소재의 시멘트 복합체 적용 기법 수립
- 폐 커피분말 기반 전도성 재료의 전처리 기법 수립
┖ 공유 및 비공유 기능기화 등 대량 표면개질방법과 이에 따른 극성용매 분산성 검토
┖ Ball milling을 통한 시멘트 입자와의 균질 복합화 특성 분석
- 열환원 통한 탄화 입자간 계면결합 및 접촉저항 향상
- 전도성 네트워크 향상에 따른 전기전도 특성 검토

◎ WCG-CC의 기본 배합비 도출
- WCG-CC의 변수별 배합실험을 통한 기본 배합비 도출
┖ Percolation threshold를 고려한 WCG 전도성 재료의 혼입량 및 물결합재비(W/B) 적정범위 도출
┖ 시멘트 복합체 미세구조 및 결정구조 분석(SEM,XRD등)

◎ WCG-CC의 기본 성능 평가
- WCG-CC의 전기전도성 및 열 전달특성 평가
┖ WCG-CC의 표면저항 및 체적저항 측정
┖ Laser Flash Apparatus을 이용한 열확산율, 비열 및 밀도 측정을 이용한 열전도 특성 평가
- WCG-CC의 기본 물성 평가
┖ 슬럼프, 공기량, 압축강도 등 경화 전후 특성 평가

◎ WCG-CC의 융설/융빙 성능 평가
- 매개변수별 WCG-CC의 발열 성능 평가
┖ WCG의 나노소재 혼입율, 배합, 강도 변수 ？ Laser Flash Apparatus을 이용한 열확산율, 비열 및 밀도 측정을 이용한 열전도 및 발열 특성 평가
- 열전도 특성을 활용한 공급 전력량에 따른 WCG-CC의 발열 성능 수치 분석

◎ WCG-CC의 도로 포장체 기능 확보
- WCG-CC의 도로 포장체 역학적 성능 평가
- WCG-CC의 도로 포장체 내구 성능 평가

◎ WCG-CC의 설계 최적화
- WCG-CC의 융설/융빙 성능 및 역학적 특성, 내구성 결과 분석을 통한 성능 향상 방안 도출
- WCG-CC 의 전도성 네트워크 및 터널링 모델링 검증
- WCG-CC의 최적 설계안 도출

◎ WCG-CC 적용 도로 포장의 동절기 유사 환경하 성능 검증
- 동절기 유사환경 하 WCG-CC 도로 포장 Mock-up Test
┖ 국내 동절기 최저 평균기온 고려 유사환경 모사 ？ 융설/융빙 성능 및 역학적 성능 검증
┖ Mock-up Test의 장기 모니터링을 통한 안정성 평가
- 다양한 환경조건에서의 WCG-CC 성능평가
┖ 포장두께와 소비전력량에 의한 발열성능 복합영향평가
┖ 적설/결빙두께 및 대기온도 등 동절기 환경영향에 따른 성능평가

◎ WCG-CC 적용 도로 포장의 경제성 분석
- 개발된 WCG-CC 적용 도로의 경제성 분석
- 경제성 및 기능성 고려한 WCG-CC의 효율적 적용 방안 도출
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 ◎ 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체 (WCG-CC) 개발
- 폐 커피분말 바이오매스 기반 전도성 탄소 나노 소재 개발
- 폐 커피분말 기반 전도성 나노소재의 시멘트 복합체 적용 기법 수립
- WCG-CC의 기본 배합비 도출 및 전기/열 전도성, 기본 물성 평가 		◎ 폐 커피분말 추출 탄소 나노 소재 보강 전도성 시멘트 복합체 (WCG-CC) 적용 도로 포장체 개념 설계
- 국내외 도로 포장 및 융빙 관련 기준/지침 분석
- 융설/융빙용 전도성 콘크리트 기술 현황 파악
- WCG-CC 적용 도로 포장체 개념 설계안 수립

◎ 폐 커피분말 기반 탄소 나노 소재 개발
- 폐 커피분말의 바이오매스 활용 및 전도성 탄소 변환 사례 및 관련 기술 분석
- 폐 커피분말의 밀도 및 형상차를 이용한 정제/분리 기술 개발
- 폐 커피분말의 온도별 열분해 공정에 따른 탄화 공정 및 흑연화 기술 개발
- 탄화 폐 커피분말의 표면 활성화(Activation) 및 형상제어 기술 개발

◎ WCG 기반 전도성 나노소재의 시멘트 복합체 적용 기법 수립
- 폐 커피분말 기반 전도성 재료의 전처리 기법 수립
- 열환원 통한 탄화 입자간 계면결합 및 접촉저항 향상
- 전도성 네트워크 향상에 따른 전기전도 특성 검토

◎ WCG-CC의 기본 배합비 도출
- WCG-CC의 변수별 배합실험을 통한 기본 배합비 도출

◎ WCG-CC의 기본 성능 평가
- WCG-CC의 전기전도성 및 열 전달특성 평가
- WCG-CC의 기본 물성 평가
연구성과 기술적 기대성과 ◎ 시멘트 복합체의 전도성 부여를 위한 폐 커피분말 나노소재의 개발
- 기존의 탄소계열 나노소재를 대체할 수 있는 소재의 개발로 전도성 시멘트 관련 기술 발전

◎ 전도성 시멘트 복합체를 적용한 도로의 유지관리 기술 발전 도모 및 데이터 축적
- 전도성 시멘트 복합체를 적용한 도로 융빙용 포장기술 개발로 해당 분야의 기술 발전 및 관련 연구분야의 활성화 도모로 산학연 관심 고취

◎ 선진국 수준의 기술력 확보
- 국내 동절기 도로 환경을 고려한 기술 개발로 국내 기술자립도 향상 및 국가 기술경쟁력의 선진국 수준 제고
사회 경제적 파급효과 ◎ 기존의 도로 융설/융빙 기술과 비교하여 비용절감 가능
- 현행 인력/장비를 통한 기술보다 융설/융빙을 간편하고 경제적으로 수행 가능

◎ 교량 및 도로 등의 콘크리트 포장 유지관리비용 절감
- 본 기술 적용으로 염화칼슘 제설제로 인한 구조물 열화, 주변 식생에 미치는 악영향 감소로 유지관리비용의 절감

◎ 동절기 사고발생률 감소로 차량 파손 등 재산 피해 예방
- 도로의 결빙/블랙아이스에 의한 차량 파손 등 국민의 직접적인 재산 피해 예방 가능

◎ 교통 장애, 개인별 경제활동 손실 등의 사회적 비용 절감
- 제설작업으로 인한 교통체증 등 경제활동에 장애를 초래하는 요소의 발생을 미연에 방지

◎ 국민의 생명 안전 보호
- 동절기 도로의 결빙/블랙아이스로 인해 발생하는 대형사고 발생률이 증가하고 있으나, 기술의 적용으로 사고를 사전에 예방하며 국민의 생명 안전 보호 및 교통안전 확보

◎ 도로 주행성 향상으로 교통안전에 대한 불안감 해소
- 동절기 고속도로 주행 시 미끄러짐 사고에 대한 불안감 해소

◎ 도로 주변 식생의 보호에 의한 환경보호
- 염화칼슘계열 제설제가 주변 식생에 미치는 악영향을 사전에 방지하며 환경보호 가능

◎ 도로 포장의 사용수명 향상
- 염화칼슘계 제설제의 사용량 감소로 콘크리트의 내구성을 확보하여 도로의 사용수명 향상

◎ 도로 포장 보수보강 시장 확대 및 관련 산업 활성화
- 개발 기술을 활용한 도로 포장 관련 보수보강 시장 확대 및 관련 산업 활성화

◎ 해외 도로 건설시장의 전략적 기술수출 및 수주경쟁력 강화
- 높은 적설량의 영향을 받는 해외 도로 건설시장에 전략적 기술수출 및 수주경쟁력 강화
활용방안 ◎ 콘크리트 포장 결빙/블랙아이스 예방 대책 기술의 현장 적용
- 한국도로공사 등 관계 부처 협조를 통한 현장 적용
┖ 도로처: 콘크리트 포장도로의 결빙/블랙아이스 대책 수립 시 개발 기술 적용
┖ 건설처: 콘크리트 포장 시공 시 본 과제 성과물 전도성 시멘트 복합체 적용
┖ 도로교통연구원: 도로 결빙/블랙아이스 예방 자체연구 시 본 과제 성과 활용
- 국가 도로 및 교량의 유지관리 담당부서 협조를 통한 현장 적용
┖ 도로 빙결/블랙아이스 집중발생구역에 적용하기 위한 방안 마련
┖ 동절기 사고다발지역에서의 사고예방 대책기술 적용

◎ 탄소 나노 신소재 및 전도성 건설 재료 관련 분야 산업에 적용
- 폐 커피분말 산업폐기물의 재활용 산업에 활용 - 폐 커피분말 기반 탄소 나노소재를 활용한 연료전지 산업 분야
- 자가 센싱, 철근방식 등 다양한 전도성 콘크리트 활용 분야에 적용
- 전도성 시멘트 복합체를 활용한 ESS(Energy Storage System)분야에 적용 가능
- 새로운 탄소나노소재 개발로 관련 연구분야 활성화 및 실용화 기술개발에 기여
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 도로 융빙 콘크리트 포장 폐 커피분말 전도성 콘크리트 탄소 나노소재
영문 Deicing Concrete pavement Waste coffee grounds Conductive concrete Carbon nanomaterials
최종보고서
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