| 연구내용 및 범위 |
○ 잠열 성능 기반 시멘트 경화체 내 장기안정성이 확보된 PCM 개발● 온도 환경에 따른 피해 유형별 특성 분석 : 국내·외 국가 기관에서 제공하는 데이터베이스를 활용하여 관련 피해 사례 수집, 분석하여 발생 가능한 (1) 피해 유형 및 (2) 피해 환경 조건이 정립되어야 함.● 피해 유형별 메커니즘 규명 : 유관 기관(한국시설안전공단, 한국도로공사, 한국토지주택공사 등) 및 KSCE(Korea Society of Civil Engineers), KCI(Korea Concrete Institute) 등의 관련 협회 내 전문가의 자문을 적극 활용하여 국내 실정에 맞춰 진행될 예정임. 뿐만 아니라 기술 수출 가능성 제고를 위해 국외 저명 학술지 내 발표된 자료 역시 반영하여 적용 대상 범위의 확장성을 고려함.● PCM 최적 상변화 온도 설정 : 상기 과정을 통해 결정된 피해 유형 및 환경에 따라 최적의 온도(또는 온도 범위)를 설정하고 이를 통해 적용 가능한 PCM 후보군을 도출함.● 가공 방식별 물리적 성질 평가 : PCM 캡슐 분말의 입경이 크거나 형상이 고르지 못할 경우 강성 저하 현상이 발생할 수 있으므로 캡슐화 종류에 따라 입도분포, 형상 특성 등 물리적 성질에 대한 평가를 실시함.● 가공 방식별 화학적 성질 평가 : 캡슐화 종류에 따른 PCM 소재 비율은 산정하고, 더 나아가 캡슐화 과정에서 시멘트 경화체에 악영향을 끼칠 수 있는 물질의 생성(또는 존재) 여부를 확인함.● 열효율을 고려한 경제성 평가 :쉘 두께, 형상 및 PCM 소재 비율을 아우르는 열효율과 단가를 모두 고려하여 최의 캡슐화 방식을 선정함.● 상변화 온도 및 잠열 성능 검증 : 앞서 제시된 피해 환경을 충분히 반영할 수 있는 온도 범위 및 변화 속도 내에서 피해 저감에 필요한 요구 성능을 만족하는지에 대한 분석을 실시함.● 피해 환경에서의 열전달 거동 분석 : 열전달 거동 특성은 PCM 소재와는 별개로 캡슐화 과정에서 각 공정별 조건에 따라 상이할 수 있으므로 캡슐형 PCM의 열전도도 측정과 함께 열전도율 산정을 실시함. 이 때 열전도도 실험 종류에 따라 시료의 형태가 다르므로 캡슐형 PCM의 특성을 고려하여 적절한 시험법을 선택해야함.● 캡슐형 PCM 블록 성능 검증 : 실제 혹서·혹한 환경을 모사한 챔버 내에서 캡슐화된 PCM을 벌크(Bulk)단위로 포장(Packaging)하여 온도 변화를 장기간 모니터링을 실시함.○ 열 특성 유한요소 해석기반 PCM 최적 혼입률에 따른 콘크리트 배합설계 매뉴얼 개발● 콘크리트 내 PCM의 열에너지 교환 성능 분석 :FEM 기반 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 피해 환경에서의 요구 성능을 만족시킬 수 있는 PCM 최적 혼입량을 산정함. 해석 결과의 신뢰도 제고를 위해 모의실험이 필수적으로 선행되어야하므로 임의의 혼입량으로 PCM 콘크리트를 제작한 후 해석에서 요구되는 재료 물성 값 및 열적 특성 값을 도출함● 최적화 기법을 이용한 ABAQUS FEM 모델 해석 : 앞서 수행된 결과를 바탕으로 모의실험과 동일한 환경 및 재료 조건에 대해 ABAQUS 내 열전달 모델에 기초하여 해석을 실시함.● 굳지 않은 콘크리트 물성 분석 : PCM의 열에너지 저장 능력의 영향성을 고려하여 혼입량에 따른 응결시간 변화 및 이에 대한 원인 분석을 실시함.● 굳은 콘크리트 물성 분석 : 모의 환경에 노출된 PCM 콘크리트를 대상으로 혼입량 및 상변화로 인한 공극 구조 및 공극 분포 변화를 분석하고 강도 발현에 미치는 영향성을 평가함.● 철근 부식 환경에서의 저항성 평가 : 혹서·혹한 모의 환경에서 PCM 혼입 콘크리트의 탄산화 저항성 및 염소이온 침투 저항성 평가를 위해 촉진 시험 분석을 실시함.● 동결융해 환경에서의 저항성 평가 : 혹한 환경을 모사한 챔버 내에서 다양한 모의 조건으로 PCM 혼입 콘크리트의 동결융해 저항성 및 표면 박리(Scaling) 저항성 평가를 실시함. 특히 표면 박리 시험의 경우 겨울철 제설제 살포를 고려해 제설 용액에 노출된 환경에서의 저항성 평가를 추가적으로 실시함.● 보수 시점을 고려한 전 생애주기 비용 분석 : PCM 콘크리트의 내구성을 고려한 보수시기를 산정하고 이를 일반 콘크리트 보수시기와 비교하여 구조물의 설계 공용 기간 즉, 전 생애주기 관점에서의 총 비용을 산정하여 경제성 분석을 실시함.● PCM 함량을 고려한 최적 배합설계 매뉴얼(안) 작성 :본 연구 수행 결과를 바탕으로 PCM 특성을 활용할 수 있는 최적 배합설계 매뉴얼(안)을 작성함. 우선적으로 PCM 혼입 콘크리트의 적용범위를 규정하고, 용어 정의, 예외 사항 등을 명시함. 또한 콘크리트에 적용 가능한 PCM 소재 및 캡슐화 가공 방식과 함께 물성 및 내구성이 확보된 최적의 PCM 혼입량을 제시함.
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