초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 3D 프린터를 사용한 나노코팅기술로 표면처리 된 콘크리트 보강용 합성섬유를 개발하고 이를 적용한 콘크리트의 성능평가를 실시하고자한다. 특히 3D 프린팅기술을 콘크리트 보강재에 적용함으로써 기존 재료에서는 발현할 수 없는 성능을 가지게 함으로써 한 단계 업그레이드 된 고기능성 섬유보강재 제조기술에 대한 원천기술을 확보하고자 하는 것이 본 연구의 목표이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구에서는 3D 프린터를 사용한 나노코팅기술로 표면처리된 콘크리트 보강용 합성섬유를 개발하고자한다. 개발

□ 연구개요
본 연구에서는 3D 프린터를 사용한 나노코팅기술로 표면처리 된 콘크리트 보강용 합성섬유를 개발하고 이를 적용한 콘크리트의 성능평가를 실시하고자한다. 특히 3D 프린팅기술을 콘크리트 보강재에 적용함으로써 기존 재료에서는 발현할 수 없는 성능을 가지게 함으로써 한 단계 업그레이드 된 고기능성 섬유보강재 제조기술에 대한 원천기술을 확보하고자 하는 것이 본 연구의 목표이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구에서는 3D 프린터를 사용한 나노코팅기술로 표면처리된 콘크리트 보강용 합성섬유를 개발하고자한다. 개발될 3D 프린팅 기술 적용 나노코팅 콘크리트 보강용 합성섬유는 보강재로서 콘크리트의 역학적 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 섬유자체에 반응성 나노재료를 적용함으로써 균열제어 목적 이외에 균열부위에서 직접적으로 2차반응하여 섬유주변의 계면을 개선하는 새로운 기능을 가지게 될 것이다. 연구내용을 요약하면 다음과 같다.
-3D 프린터를 사용한 나노코팅 표면처리기술
-반응성 나노재료의 2차반응을 통한 콘크리트의 균열제어
3D 프린터의 표면처리를 위해 선행연구를 통하여 3가지 반응성 코어물질로 Calcium Nitrate, Sodium Silicate, Epoxy resin을 선정하여 압축강도, 휨강도, 휨강도 회복 시험을 실시하였다. 실험결과 sodium silicate 5wt.% 적용한 경우가 Plain과 비슷한 수준의 강도를 나타내며 강도 회복성능은 Plain 대비 26% 향상되어 이를 core 물질로 선정하였다. 섬유와 시멘트 매트릭스 간 부착성능 개선을 위해 polyurethane resin(PU)과 urea-formaldehyde resin(UF)을 선정하여 shell이라고 지정한 후 합성섬유 표면에 적용하였다. Shell 물질이 적용된 섬유와 적용되지 않은 섬유로 부착성능 평가를 한 결과 UF을 적용하였을 때 Plain 대비 부착강도는 34%, 계면인성은 47% 향상되었다. 3D 프린터를 사용해 표면처리를 진행하기 위해 기존에 사용되고 있는 3D 프린터를 개조하여 구조용 합성섬유 표면처리용 3D 프린터를 제작하였으며 섬유의 가공 형태에 관계없이 합성섬유 표면처리가 가능하도록 섬유 거치대의 형태를 달리하여 적용성을 확장시켰다.
제작한 3D 프린터는 구조용 합성섬유에 자기치유 성능을 부여하고 부착성능을 개선하기 위한 구조용 합성섬유 표면처리용 3D 프린터이다. 따라서 이를 통해 표면처리 된 합성섬유를 콘크리트에 적용하여 섬유가 혼입되지 않은 경우(Plain), 코팅하지 않은 섬유를 혼입한 경우(Uncoated), 코팅된 섬유를 혼입한 경우(Coated)를 평가하였다. 압축 강도와 휨성능을 측정하였으며 압축강도는 큰 차이를 보이지 않았다. 휨강도와 휨인성의 경우 Coated가 우수한 성능을 보였다. 균열제어특성을 확인하기 위해 투수실험과 휨강도 회복성능을 평가하였다. 강도 회복성능에서 Coated는 Plain 대비 49.5% 향상된 성능을 보였다.

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구를 통해 3D 프린터를 사용한 나노코팅기술로 표면처리된 콘크리트 보강용 합성섬유는 학술적인 성과뿐 아니라 해당 분야의 전반적인 기술의 기초가 되는 기술이 될 것으로 기대된다. 특히 ‘제4차 산업혁명’시대의 도래로 인해 요구되어지는 ‘지속가능한 스마트 인프라 건설’을 위한 신소재 개발에 핵심으로 부각될 것이다. 이를 통해 콘크리트를 구성하는 시멘트 재료의 불가피한 특성인 균열을 재료 스스로가 지능적으로 개선하고 콘크리트 구조물의 내구연한을 향상시켜 궁극적으로는 maintenance-free를 실현하는 지속가능한 스마트 인프라건설의 기초가 될 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2-1. 1차년도 ... 5
• 2-2. 2차년도 ... 6
• 2-3. 3차년도 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 13
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 24