보고서 정보
주관연구기관 |
(유)콘원 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2013-06 |
과제시작연도 |
2012 |
주관부처 |
중소기업청 Small and Medium Business Administration |
등록번호 |
TRKO201400026758 |
과제고유번호 |
1425077178 |
사업명 |
산학연협력기술개발 |
DB 구축일자 |
2014-11-17
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초록
▼
1. 최종목표
탄소섬유 적용 고강도 콘크리트의 평가항목 중 기건비중, 압축강도, 인장강도, 휨강도를 각각의 개발 목표치인 1.1-1.4, 120MPa, 16MPa, 32MPa 이상의 값을 만족하는 탄소섬유 적용 고강도 콘크리트의 개발을 본 과제의 최종 목표로 한다.
2. 개발내용
- 건재로서의 역학적 성능이 우수한 기간비중(p)=1.1-1.4의 경량 CFRC의 경량외장판넬 및 커테월 제조
- 변형, 비틀림 및 만곡 등 구조적, 미관사의 문제를 최소화할 수 있게 되어 CFRC의 역학적 성능의 확보와 함께 안정성
1. 최종목표
탄소섬유 적용 고강도 콘크리트의 평가항목 중 기건비중, 압축강도, 인장강도, 휨강도를 각각의 개발 목표치인 1.1-1.4, 120MPa, 16MPa, 32MPa 이상의 값을 만족하는 탄소섬유 적용 고강도 콘크리트의 개발을 본 과제의 최종 목표로 한다.
2. 개발내용
- 건재로서의 역학적 성능이 우수한 기간비중(p)=1.1-1.4의 경량 CFRC의 경량외장판넬 및 커테월 제조
- 변형, 비틀림 및 만곡 등 구조적, 미관사의 문제를 최소화할 수 있게 되어 CFRC의 역학적 성능의 확보와 함께 안정성 확보
- 내구성 및 수밀성 그리고 역학적 성능 극대화를 위한 CFRC 폴리머함침 및 중합방법을 개발
3. 사업성과
- 기술개발목표 및 개발 성과에 대한 결과 기건비중의 경우 개발목표치인 1.1-1.4 사이의 값인 1.2로 개발목표치에 만족한 값을 나타내었다. 압축강도와 인장강도, 휨강도 역시 각각의 개발목표치 이상의 값인 140.8, 36, 65MPa의 값으로 나타났다. 네 개의 평가 항목 모두 개발 목표치를 만족하는 것을 확인 하였다.
◦ 기술적 성과
- 콘크리트는 건설산업에서 널리 사용되고 있으며, 건물이나 교량 등을 건설함에 있어서 꼭 필요로 하는 재료이다. 하지만 보통 콘크리트의 경우 건축물의 노화나 외부의 충격 등에 의하여 파손될 수 있고, 이는 건물의 붕괴로도 이어질 수 있다.
- 탄소섬유는 일반 재료보다 높은 물리적 기계적 특성을 가지고 있다.
1) 탄소섬유가 적용된 고강도 콘크리트
- AL SHAHEED Monument 건설
- 초고층빌딩용 CFRC 커텐월
- 비구조재에서의 응용
- 목재대체의 내•외장재, 면상발열판넬 및 마무리재 등에 사용
2) 기계적 물성
- CFRC의 압축특성
▶ 섬유혼입량 증가에 따라 CFRC의 최대압축응력시의 변형률의 변화량은 인장변형률 변화에 비해 매우 작고, 매트릭스의 변형율에 비하여 약 20~25% 정도 증가하는 경향을 보임
- CFRC의 인장특성 및 시멘트계면의 미세구조
▶ 섬유홉입량 증가에 따라 크게 증가하여, 기건양생시 Plain 콘크리트에 비하여 PAN계 CF의 경우 약 1.7~2.4배, Pitch계 CF도 1.5~1.9배 정도 증가하며, 오토클래브 양생시 더욱 현저하게 증가한다. 최대인장응력시의 변형률은 급격히 증대하여 Vf=3% 이상에서 5,000~10,000×10-6정도로 시멘트 매트릭스의 약 30~40배 연성적 성질을 나타냄.
- CFRC의 휨특성
▶ 섬유혼입률이 증가함에 따라 Plain 콘크리트에 비해 현저히 증대하여 기건양생시 PAN계 CF의 경우 2.6~3.5배, Pitch CF의 경우 2.2~3.0배의 휨강도 증가경향을 나타내고, 오토클래브 양생 후 수지함침·중합을 실시하면 5배 이상의 휨강도증진이 가능함.
- CFRC의 내충격성
▶ 섬유혼입률 증가에 수반하여 초기균열이 일어날 때까지의 충격저항성은 현저히 증대하고, 균열폭은 0.1mm 이하의 미세한 균열양상을 나타냄. 또한, 공시체가 완전파괴에 이를 때까지의 충격저항성도 CF 혼입률증가와 함께 현저히 증가하고 균열의 진전양상도 충격에너지가 확산되어 초기균열 정도로 균열폭의 확대는 미소함.
- CFRC의 동결융해 저항성
▶ 섬유혼입에 의해 Plain콘크리트보다 동결융해저항성은 현저히 개선되며, Silica Powder를 사용한 경우 질량감소는 5% 이내로 작고, 상대동탄성계수도 95% 이상이며, Scaling현상도 거의 없는 양호한 결과는 나타내는데, 오토클래브양생시 기건양생보다 이런 현상은 더욱 현저하며, 일반적으로 내구성지수는 80이상을 나타냄.
- CFRC의 장기변형특성
▶ Plain콘크리트에 비하여 현저한 수축저감효과를 나타내고, 오토클래브양생시 재령 6개월에서의 길이변화가 ±3~4 × 10-4 정도로써, 기건양생의 약 1/5 정도로 대단히 안정되어 건조수축특성 개선에 대단히 유효함.
◦ 경제적 성과
- 탄소섬유 보강콘크리트는 내동해성에 대한 저항성이 개선되어 내구성을 높일 수 있다. 건물, 구조물의 경량화를 가져올 수 있으며 에너지절약과 더불어 자원의 절약을 도모할 수 있다.
- 건축, 토목분야 및 기계, 설계, 재료 등의 다양한 학문의 융합기술로 여러 가지 시너지 효과를 가져올 수 있다.
- 탄소복합재료를 이용한 고강도 경량화 콘크리트 제조생산 기술개발로서 전북의 탄소벨리 구축사업의 핵심 분야인 탄소섬유에 직결된 분야이며 지역산업발전에 기여할 것으로 기대된다.
- 해외수입에 의존다던 경량 고강도 관련 건재용 2차제품의 수입대체화가 탄소섬유보강콘크리트 제조기술 확보로 물리적, 역학적 품질의 안정화와 신뢰성 향상은 물론 막대한 외화절약의 효과가 기대된다.
◦ 기타 성과
- 본 연구를 통해 총 두 건(10-2012-0077761 탄소섬유 고강도 콘크리트, 10-2013-004891 탄소섬유 고내구성 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 탄소섬유 고내구성 피에이치씨 파일의 제조방법)의 특허 출원을 완료 하였다.
- 탄소복합재료를 이용한 고강도 경량화 콘크리트 제조생산 기술개발로서 전북의 탄소벨리 구축사업의 핵심 분야인 탄소섬유에 직결된 분야이며 지역산업발전에 기여할 것으로 기대된다.
- 탄소섬유보강콘크리트의 배합 및 믹싱방법의 연구개발에 의하여 다양한 건재용 2차제품의 제조 활용이 가능할 것으로 기대되며 중소기업에서는 탄소섬유보강콘크리트의 제조 성형기술의 개발이 곤란한 것을 산학협동을 통해 기술축적이 가능할 것으로 기대된다.
4. 기술개발결과 활용계획
- 강도 경량화 탄소복합소재 콘크리트제조생산기술을 부설연구소 사업을 통해 성공하였을 경우 국내의 건축/토목분야 건물/구조물의 탄소소재 활용에 지대한 영향을 미칠 것으로 사료되며, 공법의 변화 및 다양한 연구과제가 도출될 것으로 기대됨.
- 차열 및 내화성능 그리고 방음 및 전파흡수 성능이 우수한 경량 고강도 탄소섬유보강콘크리트의 제조기술확보는 건재용 2차 제품인 내장 판넬, 보 및 기둥과 같은 구조 및 비구조 부재로 활용이 가능하게 되어 고층빌딩 구조물에의 적용은 물론 시급한 밸랜스 성능을 갖는 인공건재로서의 활용이 크게 기대됨.
- PAN계 PITCH계 탄소섬유를 활용한 탄소섬유보강콘크리트 제조성형기술의 개발은 박판 프리케스트제품, 크린룸 및 OA룸, 영구형틀 및 상판시스템, 사이로 및 탱크의 벽체, 고강도 흄관, PC제품, 면상 명산발열판넬, 건축용 쉘 및 돔구조, 브이 및 후로팅뮤트 등의 해양 구조물, 내식성, 내마모성 부재, 포장 및 바닥판, 외벽보수용 모르터 활용이 가능하게 됨.
5. 기술개발자료의 보안관리
◦ 보안등급 분류기준에 따른 등급부여 및 관련 의견 기술
◦ 연구개발의 기술임치 및 특허 출원ㆍ등록 실적
- 연구개발의 기술임치는 신청을 완료 한 상태이고, 탄소섬유 고강도 콘크리트와 탄소섬유 고내구성 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 탄소섬유 고내구성 피에이치씨 파일의 제조방법에 대한 총 두건의 특허를 출원 함.
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