초록 ▼

□ 연구개요
전세계적으로 차세대 건설물의 실현 방안으로서, 나노 및 바이오 기술융합을 통해 고성능·기능성을 부여한 신소재 연구개발이 활발히 이뤄지고 있으나, 국내 건설재료분야는 대체적으로 재료의 혼입 및 배합비 조절을 통한 콘크리트의 내구성 및 강도 등의 향상에 중점을 둔 연구개발이 주로 이루어져 최첨단 기술융합 건설재료 분야에 대한 지원 및 투자가 시급하다. 본 연구진이 제안하는 기술은 나노 및 바이오 기술을 이용하여 스마트·기능성 시멘트계 및 폴리머계 발열체, 흡착제, 센서 등 다용도 적용이 가능한 최첨단 건설재료를 개발하

□ 연구개요
전세계적으로 차세대 건설물의 실현 방안으로서, 나노 및 바이오 기술융합을 통해 고성능·기능성을 부여한 신소재 연구개발이 활발히 이뤄지고 있으나, 국내 건설재료분야는 대체적으로 재료의 혼입 및 배합비 조절을 통한 콘크리트의 내구성 및 강도 등의 향상에 중점을 둔 연구개발이 주로 이루어져 최첨단 기술융합 건설재료 분야에 대한 지원 및 투자가 시급하다. 본 연구진이 제안하는 기술은 나노 및 바이오 기술을 이용하여 스마트·기능성 시멘트계 및 폴리머계 발열체, 흡착제, 센서 등 다용도 적용이 가능한 최첨단 건설재료를 개발하는 것으로, 연구개발 목표는 나노소재 혼입 시멘트/폴리머계 자기발열 복합체 개발, 나노소재 혼입 스마트 센싱 복합재료 개발, 고성능·친환경성 건설재료/소재기술 개발, 미생물 기반 그라우팅 보수재 및 흡착재료 개발, 차세대 건설재료 특화 해석기술 개발 등이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 1차년도(‘18.09.01~’19.02.28)에 나노소재 혼입 자기발열 복합체 및 스마트 센싱 복합재료를 개발하고, 고성능·친환경성 첨가제의 제조기술 개발, 그라우팅 보수 및 유해물질 흡착을 위한 최적 미생물 동정 등의 기초 연구를 수행하였다. 2차년도(‘19.03.01~’20.02.28)에는 기초연구를 기반으로 각각의 발열성능, 스마트 센싱 성능, 첨가제 활용도, 유해물질 흡착능 등의 시험을 수행하여 성능 향상 및 최적화 등을 위한 응용연구를 수행하였다. 3차년도(‘20.03.01~’21.08.31)에는 각 기술을 건설 분야에 적용하기 위한 유사환경 모사 테스트와 기술보완 등을 통해 개발된 기술의 활용 가능성 향상 등을 위한 연구를 수행하였으며, 더불어 첨단 건설재료에 특화된 다중스케일 모델링, 자기치유 콘크리트 해석, 자기발열체 전도성·저항 해석 연구가 수행되었다. 각 세부기술의 연구목표 대비 연구 결과는 다음과 같다.
- CNT 및 탄소섬유 혼입하여 폴리머계 복합체의 비저항(500Ω·cm), 발열성능 (30℃), 발열 온도 저감율(20%) 목표치 대비, 364.3Ω·cm 이하의 비저항 및 140℃ 이상의 발열성능, 초기 최대열온도 기준 1.0% 이내의 발열온도 저감율 확보
- 나노소재 혼입 폴리머 압저항 와이어 센서의 공간해상도 500μm 및 500% 이상의 저항 변화율 확보
- 나노소재 혼입 시멘트 복합체의 0.95 반복성 및 85% 저항변화율, 10,000회 반복 하중시의 장기 센싱 안정성 확보
- 무기계 소재 기반 건설재료 첨가제의 합성 및 특성 분석을 통해 무기계 첨가제의 결함빈도(0.8), 압축강도 증가율(20%) 목표치 대비, 무기계 소재 혼입 시멘트 복합체의 결함빈도 0.96 및 압축강도 증진률 100% 이상 확보
- 산업부산물 기반 apatite/zeolite의 비표면적 (90m²/g), 흡착성능 (35mg/g) 목표치 대비, 비표면적 최대 143.32m²/g 및 흡착성능 78.8mg/g 확보
- 무기계 소재 기반 첨가제 혼입 콘크리트의 압축강도 증가율 20%이상 확보 및 산업부산물 기반 apatite/zeolite의 유해물질 제거능 3mg/g이상 확보
- 미생물 공배양 기술을 활용하여 유해물질 흡착제거능(95%) 및 물 투수율(<30%) 목표치 대비, 수중 유해이온 (Sr²⁺)의 99.93% 제거능 및 기존 미생물 혼입 모르타르 대비 30% 감소된 물 투수율 확보
- 나노소재 혼입 차세대 건설재료의 특성을 고려한 분자동역학-미세역학 다중스케일 모델링 기술 제안하여, 탄성 기계적 특성 예측 오차범위 10% 이내 달성
- 자기발열체의 저항·전도성 예측을 위한 주요 파라미터 도출 및 오차범위 (<5%) 목표치 대비, 미개변수 조절을 통한 자기발열체 전기전도도 예측 오차 5% 이내 확보

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구에서 개발된 나노 및 바이오 소재 기반 스마트·기능성 첨단 건설재료 개발기술을 통해 기존 기술의 한계를 극복하여 첨단 다기능 건설재료의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 전망된다. 또한, 본 연구진이 보유한 세계적 수준의 첨단 기능성 재료 원천기술의 고도화 및 응용기술개발·확장으로 고부가가치 미래 첨단 건설 재료시장 선점에 기여하여 국가 경쟁력 향상에 크게 이바지할 것이라 예상된다. 나아가 첨단 융합기술기반 건설재료 분야의 인재양성과 관련 산업 일자리 창출기여 뿐만 아니라 기술이전을 통한 관련산업을 활성화시킬 수 있을 것이라 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 참고문헌 ... 19
• 붙임1 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 32
• 끝페이지 ... 45