초록 ▼

□ 연구개요
지오폴리머 콘크리트(GPC)는 산업부산물 플라이애쉬(FA)를 기반의 친환경 건설소재이다. GPC는 24시간 고온의 정온양생 과정을 거쳐 기존 포틀랜드 시멘트 기반의 콘크리트(PPC)와 유사한 강도를 발현하며 건조수축 및 크리이프 양은 상대적으로 덜 발생한다. 따라서 GPC는 프리캐스트 프리스트레스트 (PCPS) 부재의 적용에 적합하다. 그러나 GPC는 취성적인 압축파괴 경향을 나타내며 상대적으로 낮은 탄성계수 및 쪼갬인장강도를 나타낸다. 이 연구에서는 (1) PCPS 부재 적용에 적합한 GPC를 개발하고, (2)

□ 연구개요
지오폴리머 콘크리트(GPC)는 산업부산물 플라이애쉬(FA)를 기반의 친환경 건설소재이다. GPC는 24시간 고온의 정온양생 과정을 거쳐 기존 포틀랜드 시멘트 기반의 콘크리트(PPC)와 유사한 강도를 발현하며 건조수축 및 크리이프 양은 상대적으로 덜 발생한다. 따라서 GPC는 프리캐스트 프리스트레스트 (PCPS) 부재의 적용에 적합하다. 그러나 GPC는 취성적인 압축파괴 경향을 나타내며 상대적으로 낮은 탄성계수 및 쪼갬인장강도를 나타낸다. 이 연구에서는 (1) PCPS 부재 적용에 적합한 GPC를 개발하고, (2) 이를 타설한 PCPS 보 부재의 단기 및 장기 휨 거동을 실험과 이론 연구를 통하여 규명하고 설계식을 제안하고자 하였다. 1차적으로, FA에 산화칼슘(CaO) 성분이 포함된 고로슬래그를 혼입함으로써 GPC의 지오폴리머 복합반응과 수화반응이 함께 활성화되어 고강도, 장단기 물성이 향상 될 수 있는 복합재 (Geopolymer Composite Concrete: GPCC)를 개발하였다. Taguchi 이론에 따라 PCPS 부재 타설에 적합한 슬럼프와 강도를 확보하는 GPCC의 최적 배합비 및 초기온도 및 양생시간의 상호영향을 고려한 효율적인 변온양생 기법을 개발하였다. 2차적으로, GPCC PCPS보 부재에 대하여 (1) 단기거동으로서 전달길이, 휨 내력 및 거동, (2) 장기거동으로서 솟음 등에 대한 실험 및 이론연구를 수행하였다. 실험 결과, 상대적으로 낮은 탄성계수로 인하여 전달길이는 길어지나 휨 응력에서 변형률 경사도(strain-gradient) 영향으로 인하여 GPCC PCPS는 연성거동 및 휨내력을 확보하였다. 특히 장기적인 솟음은 현저히 감소하였다. 3년간의 실험 및 이론연구 결과, 개발한 GPCC PCPS 휨부재는 연구에서 목표로 한 성능을 확보한 것으로 판단되었다.

□ 연구 목표대비 연구결과
아래와 같이 3년간의 연구를 진행함으로써 당초 연구목표 100% 달성하였다.
1. 1차년도: 프리스트레스트용 GPCC 및 최적 배합 및 양생 기법 개발
1) GPC 최적배합비
(1) Taguchi 방법론에 의한 실험수행 및 강도발현 영향인자 추출
(2) PCPS 보 부재용으로 적합한 슬럼프와 강도발현 GPCC 배합비 결정
2) 변온 최적양생기법 개발
3) 영향인자와 변온양생 효과를 고려한 압축강도와 쪼갬인장강도 예측모델 개발

2. 2차년도: GPCC 및 프리텐션 프리스트레스트 보 단기거동 규명
1) 고강도 강연선을 사용한 GPCC PSPC보 전달길이 측정 실험
2) GPCC PCPS 보의 휨 거동 측정을 위한 휨 실험
3) 전달길이, 휨내력에 대한 이론예측모델 개발

3. 3차년도: GPCC 프리텐션 프리스트레스트 보 장기거동 규명
1) GPCC 장기물성 : GPCC의 크리이프 및 건조수축에 대한 실험
2) 고강도 강연선을 사용한 GPCC PCPS 보의 장기거동 실험
(1) PCC PCPS 보와의 상대적 장기 솟음 관찰 (단부 구속정도 고려)
(2) 장기거동 솟음에 대한 이론 예측식 개발

□ 연구개발결과의 중요성
1. 학문적 기여
1) 재료적 측면
(1) PCPS 타설 용으로서 유동성과 압축강도가 확보된 GPCC 제조기술 확보
(2) 국내외 최초 실험 및 이론에 기반한 에너지 효율적인 변온양생기법 확보
2) 구조적 측면
(1) 국·내외 최초로 GPCC 적용 PCPS 부재의 단, 장기 거동 실험
(2) 실험결과, 이론해석 및 설계 식 제시에 따른 GPCC PCPS의 구조적 실현

2. 사회적 기여
1) 무시멘트 GPCC PCPS 부재 생산 및 적용에 따른 온실효과 감축 (CO₂ 감축)
2) 산업부산물(FA, 고로슬래그)의 생산적 재활용

3. 경제적 기여
1) 기존의 정온/고온양생보다 독창적인 변온양생기법에 따른 에너지 효율 증진
2) 산업부산물(FA 및 고로슬래그)의 생산적인 재활용 및 부산물 처리비 경감

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발 과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구 목적 ... 4
• 1.2 연구 배경 ... 5
• 1.3 기존 GPC의 연구의 문제점 및 개선되어야 할 점 ... 5
• 2. 연구수행 내용 및 연구결과 ... 6
• 2.1 1차년도: 프리스트레스트용 GPCC 최적 배합비 및 양생기법 개발 ... 6
• 2.2 2차년도: GPCC 및 프리텐션 프리스트레스트 보 단기거동 규명 ... 11
• 2.3 3차년도: GPCC 프리텐션 프리스트레스트 보 장기거동 규명 ... 16
• 3. 연구개발 결과의 중요성 ... 18
• 3.1 학문적 기여 ... 18
• 3.2 사회적 기여 ... 18
• 3.3 경제적 기여 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 22
• 끝페이지 ... 32