| 2차년도 |
나노 발열모듈 콘크리트 포장 재료의 최적 배합기술 개발, 임베디드 발열모듈의 개념 설계 및 내부구조 분석, 발열모듈 임베디드 콘크리트 패널 급속포장 설계 및 제작기술 개발 , 콘크리트 패널 급속포장 설치조건 및 설치방안 검토
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탄소나노튜브(CNT), 그래핀옥사이드(GO), 카본섬유(CF) 등의 탄소 나노재료 특성을 반영한 시멘트 복합재료의 발열 성능 및 적합성 검토 나노소재(CNT, 그래핀 등)의 모듈을 이용한 발열 콘크리트 배합기술 연구 강도 및 발열 기능 향상을 위한 최적 나노 재료 및 함량 선정 나노소재 콘크리트 혼입을 위한 wet mix 및 dry mix 혼합기술연구 항온항습챔버를 활용한 발열모듈의 온도성능시험 콘크리트 균열 방지를 위한 발열모듈의 온도 구배 제어 연구 미세구조 조직/공극구조 분석(SEM, XRD, TG/DTA) 제안기술의 시공단계별 개념 설계 및 시공단계별 디지털 Mock-up 콘크리트 패널 형태에 따른 임베디드 발열모듈 적용방안 검토 콘크리트 패널 모듈화에 따른 요소별 형상설계 시험체 제작 및 설치단계 검증을 위한 BIM기반 3D객체 모델링 발열모듈 임베디드 콘크리트 패널 급속포장 경제성 분석 제안기술 적용가능 구간 분석(하향 경사구간, 터널 및 교량 적용) 제안기술의 실용화 타당성 조사 및 현장시공을 위한 대상선정 제안기술의 콘크리트 패널 급속포장 설치방안 상세도출
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
본 연구는 블랙아이스 방지를 위한 프리캐스트 형식으로 제작가능하며 나노 발열모듈이 삽입된 콘크리트 포장체를 개발하는 연구로서, 전 세계적으로 유사연구가 수행된 바 없음. 본 기술을 활용할 시, 겨울철 교통사고의 주요원인으로 떠오르고 있는 블랙아이스에 대한 예방이 가능하고, 이로 인한 악천후 교통사고 감소 효과도 뛰어날 것으로 예상됨. 공장 제작 현장설치로 교통(운항) 통행량이 많은 고속도로 및 공항, 종단경사 하향 도심지 도로에 긴급포장으로 시공이 간편하고, 교통 개방 가능 시간을 줄여 새로운 도로의 포장뿐만 아니라 기존 도로의 포장 보수 공사등에 적용하여 교통통제에 따르는 민원을 최소화 할 수 있음. 또한 전문연구인력 양성, 탄소나노튜브 기술 이외의 전도성 폴리머·나노금속과 같은 특수 첨단 신소재의 토목분야 적용 등이 가능하므로 이에 따른 학문의 발전이 가능함. 이후 다학제간 연계를 통한 창의적인 연구 아이디어의 창출로 전반적 융복합 연구 발전에 기여할 것으로 기대됨.
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| 사회 경제적 파급효과 |
본 기술 활용 시, 콘크리트 구조물의 효과적인 유지관리가 가능해 질 것이며, 이는 콘크리트 구조물의 장수명화(Service life extension)으로 이어지게 될 것임. 전체 산업중 이산화탄소 배출량 순위 중, 2위가 시멘트, 4위가 철강산업이며, 전 세계 이산화탄소 발생량중 약 6~8%가 철근콘크리트 구조물 건설에 관련된 점을 감안할 때, 콘크리트 구조물의 장수명화는 이산화탄소 배출량 감소에 효과가 있을 것으로 판단됨. 건설 신소재와 나노기술의 융합연구를 통하여 건설 분야의 새로운 성장엔진을 발굴하고 산업구조를 재편할 수 있을 것임. 나노기술 기반 다기능 콘크리트 핵심기술 확보를 통해 건설 분야의 글로벌 리더에 진입하며, 건설신소재 분야 연구의 패러다임을 선진국 추종형에서 창의적이고 도전적인 융합형 선도연구로 전환하여 건설분야의 새로운 미래 성장동력으로 기대됨. 탄소나노튜브 콘크리트의 다양한 기능화 연구를 통해 미래 건설 신소재로 세계시장 선점이 가능한 고부가가치의 기능화된 나노 콘크리트 활용 원천기술을 확보할 수 있음. 관련 핵심기술의 논문발표 및 국제특허 출원을 통해 지적재산권을 확보하고, 관련 차세대 콘크리트 구조물의 유지보수 건설 분야의 해외 의존도를 최소화하며, 국내 창조형 체제 전환에 기여할 것으로 예상됨
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| 활용방안 |
본 연구 과제의 결과물을 활용하면 터널 입출입부나 교량, 대형 교차로 등 블랙아이스 등에 의한 대규모 피해를 유발할 수 있는 심각한 지역에 나노 발열모듈 콘크리트 포장체 기술을 시공하여 기존 융설 및 융빙 시스템의 단점인 환경오염을 유발하지 않고 보다 체계적인 유지관리로 추가적인 비용을 줄일 수 있음. 활용 가능한 분야는 콘크리트 도로포장, 철도, 발전시설, 빌딩, 발열 의자 등 콘크리트를 사용하는 건설분야로 다양하게 확장이 가능함. 또한, 프리캐스트 형식으로 제작이 가능하여 현장 타설이 아닌 사전 공장제작을 통해 현장에서의 공사기간을 줄임으로써 신속한 교통 개방이 가능하고, 기존 유지보수공법에 비해 시공성이 우수하며 외부환경 조건에 따른 영향을 크게 줄여 일률적인 포장품질 관리가 쉽고 전단면 보수가 가능해 포장수명을 늘릴 수 있음. 최종적으로 나노 콘크리트 기술을 개발하여 타 분야와의 융합연구로 지속적인 성장을 주도할 수 있을 뿐만 아니라 블랙아이스 예방에 대한 국가적 차원의 관심을 가져올 것으로 예상됨.
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