초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
○ 구조재료용 마이크로 사이즈의 중공 파티클 개발 및 분산성 확보 기술 개발(크기 1mm 이하 중공입자 합성 및 분산도 80% 이상)
○ 중공입자가 포함된 고성능 시멘트 복합체 개발(압축강도 60 MPa 이상, 열 전도율 1 W/mK 이하)
○ 중공입자가 포함된 다기능 시멘트 복합체 개발(진동 감쇠율 10% 이상, 흡음률 0.35 이상)
○ 정량적 성과목표: SCI급 논문 4편, 특허출원 1건

◼ 전체 내용
○ 구조재료용 중공파티클 합성 및 분산성

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
○ 구조재료용 마이크로 사이즈의 중공 파티클 개발 및 분산성 확보 기술 개발(크기 1mm 이하 중공입자 합성 및 분산도 80% 이상)
○ 중공입자가 포함된 고성능 시멘트 복합체 개발(압축강도 60 MPa 이상, 열 전도율 1 W/mK 이하)
○ 중공입자가 포함된 다기능 시멘트 복합체 개발(진동 감쇠율 10% 이상, 흡음률 0.35 이상)
○ 정량적 성과목표: SCI급 논문 4편, 특허출원 1건

◼ 전체 내용
○ 구조재료용 중공파티클 합성 및 분산성 확보 기술 개발
- 마이크로 사이즈의 중공 파티클 합성 및 제조
- 중공 파티클을 포함한 시멘트 복합체 개발 및 성능 검증(압축강도 60 MPa 이상, 3차원 분산성 80% 이상)
○ 공극 기반 배합 설계 기법 개발
- 공극 기반 배합 설계 기법 도출 및 중공 파티클 포함한 시멘트 복합체 개발
: particle packing 이론 기반 배합 설계 및 실험을 통한 검증
○ 중공 파티클을 포함한 다기능 시멘트 복합체 성능 검증
- 구조용 저진동 시멘트 복합체 개발(진동 감쇠율 10% 이상)
- 구조용 소음저감 시멘트 복합체 개발(흡음률 0.35 이상)
- 다기능성을 위한 단열 성능 확보(열 전도율 1 W/mK 이하)

◼ 1년차
❏ 목표
○ 공극기반 배합설계 및 파장흡수 구조재료의 성능 검증 절차 구축
- 진동 감쇠율 9.0% 이상의 중공 파트클 적용 시멘트 복합체 개발
- 흡음률 0.30 이상의 중공 파트클 적용 시멘트 복합체 개발
○ 구조재료용 마이크로 사이즈의 중공 파티클 개발 및 분산성 확보 기술 개발
- 분산도 60% 이상의 중공입자 합성 및 중공입자가 포함된 고성능 시멘트 복합체 개발(압축강도 50 MPa 이상)
❏ 내용
○ 공극기반 배합설계 및 성능 검증 절차 구축
- 구조용 파장흡수 건설재료의 요구조건 분석을 위한 문헌조사 및 예비실험 수행
: 일반 콘크리트의 파장 흡수 실험을 통한 실험 조건을 정립하고 성능 목표 수준 확정
- 역학적 강도 확보 및 목표 공극 구조 설계를 위한 공극 기반 배합 설계 도출
: particle packing 이론 기반 배합 설계 및 실험을 통한 검증
- 파장 흡수 구조재료의 성능 검증 절차 구축 및 특성 분석
: 콘크리트 감쇠율 및 흡음률 측정 설비 구축 및 개발된 배합의 성능 실험 분석
- 구조재료의 진동저감을 위한 마이크로 중공 파티클 형상 최적화
: 중공소재의 형상 및 크기에 따른 시멘트 복합체의 진동 및 흡음 특성 실험 및 분석
○ 마이크로 중공 파티클 합성 및 공극 구조 최적화
- 마이크로 중공 파티클 합성을 위한 문헌조사 및 예비실험 수행
: 구조용 재료에 적합한 중공 파티클 합성에 관한 조건을 정립하여 문헌조사와 예비 실험 수행
- 마이크로 중공 파티클 합성 기술 도출 및 3차원 형상 분석
: 마이크로 토모그래피와 전자주사현미경을 이용하여 합성된 중공 파티클의 표면 및 3차원 형상 분석
- 시멘트 복합체 내부에서 마이크로 중공 파티클의 분산성 및 재료분리 현상 분석
: 시멘트 복합체의 점성에 따른 중공 파티클의 분산도 조절 가능성 평가
- 콘크리트 단열 시험 절차 구축
: 차년도 수행하게될 단열 시험 예비 실험 수행

◼ 2년차
❏ 목표
○ 공극설계 기반 콘크리트 배합 확정 및 진동성능 평가
- 진동 감쇠율 10.0% 이상의 중공 파트클 적용 시멘트 복합체 개발(압축강도 20 MPa 이상)
- 흡음률 0.35 이상의 중공 파트클 적용 시멘트 복합체 개발(압축강도 30 MPa 이상)
○ 마이크로 중공 파티클을 포함한 구조재료의 단열 성능 평가
- 분산도 80% 이상의 중공입자 합성 및 중공입자가 포함된 고성능 시멘트 복합체 개발(압축강도 60 MPa 이상, 열전도율 1 W/mK 이하)
❏ 내용
○ 공극설계 기반 콘크리트 배합 확정 및 진동성능 평가
- 중공 파티클을 포함한 저진동 시멘트 복합체 개발
: 1차년도에 수행된 결과를 바탕으로 진동저감에 최적화된 구조용 시멘트 복합체 배합 개발
- 형상 최적화 및 중공 파티클과 시멘트 페이시트의 계면 특성 분석
: 파괴에너지 비교/분석을 통한 계면 특성 분석 및 역학성능을 평가하여 다기능성 구조재료로 활용가능하도록 배합비를 조정
- 다기능 시멘트 복합체의 흡음 성능 평가
: 공극기반 배합설계기법 적용을 통한 목표 흡음률 달성 가능한 구조용 시멘트 복합체 배합 도출
○ 마이크로 중공 파티클 제조 및 단열 성능 평가
- 마이크로 중공 입자 제조 공정 도출
: 1차년도에 수행된 결과를 바탕으로 최적화된 제조 공정 도출
- 마이크로 중공 파티클을 포함한 복합체의 단열 및 역학 성능 평가
: 역학성능을 평가하여 다기능성 구조재료로 활용가능하도록 배합비를 조정
- CT 활용 다양한 스케일 공극 구조 최적화
: 설계된 기능 (고강도 및 단열)을 만족하도록 공극 구조를 능동적으로 조절하고, 이를 CT로 확인하여 다양한 공학적 성능 (강도, 단열, 비중)을 조절할 수 있도록 설계

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
연구개발성과 활용방안
○ 차세대 고부가가치 건자재 개발의 가속화
- 능동형 파장흡수 구조재료는 구조물 뿐만 아니라 콘크리트 2차제품 성형제품을 개발 적용시에 보다 더 폭넓은 콘크리트 시장 확대 가능
- 중공 파티클의 경우 재료공학 분야에서 합성되어 사용되고 있지만, 건설 구조용 물리적 충진재로서 설계된 제품이 아니며, 본 연구에서 제안한 마이크로 중공형 파티클은 비단 건설용 뿐 아니라 다양한 제품에 활용될 수 있는 파급력이 있음
- 특히 최근 화두가 되고 있는 데이터 기반 인프라구조물 (클라우드 저장시설, 대규모 반도체 공장 등)에 적용되어 4차산업을 이끌어 갈수 있는 인프라시설물을 구축하고 확보하는데 기여할 수 있음
- 더 나아가 강도발현이라는 일차원적인 역할로 구조재료가 사용되는 것이 아니라 다기능성, 즉 단열, 경량, 저진동 등을 공학적으로 만족시킬 수 있는 기술적인 기반을 마련하여, 향후 차세대 인프라구조물 또는 기능성 건축물등에 활용될 수 있음
○ 미래원천 기술 확보
- 능동형 파장흡수 구조재료 핵심원천기술을 선점하고 이를 통해 관련 미래선도 창의형 연구개발 가능
- 본 연구를 통해 기초기술뿐만 아니라 선진기술에 개발과 적용을 통해 국내시장에서의 자생력 확보와 더 나아가 해외 시장분야 확대적용에 대한 발판 마련 가능
- 단열성능향상 콘크리트는 향후 건축물의 구조용 단열벽체 뿐만 아니라 플랜트, 토목구조물의 단열이 요구되는 부분 등에도 작용 가능한 원천기술을 확보하여 적극적인 활용 가능
- 철도 시설물 등 교통 하중으로 인한 지반진동전파 차단을 위한 방진매트를 대체할 수 있는 원천기술 확보

기대효과
○ 기술적 측면
- 건설재료의 단열성능 향상을 통한 건축물 에너지저감으로 정부의 그린뉴딜 정책에 기여
- 데이터 인프라 구조물의 저비용 진동저감 방법 제시로 정부의 디지털뉴딜 정책에 기여
- 진동저감형 콘크리트 적용 가능 중공형 마이크로 필러의 원천기술의 확보
- 특허권 확보 등을 통한 세계 최고수준의 건설재료 기술력을 확보하여 건설공학기술 선도
- 진동저감형 건설재료 개발로 다양한 신규시장의 창출 가능
- 국내·외 유사기술이 없는 원천기술로서 건설 신재료·신기술 등 국가 건설기술 브랜드 창출에 기여
- 단열 성능이 높은 구조용 재료를 직접 개발하여 적용함으로서 열섬현상이 완화될 수 있고, 실내 환경 유지에 필요한 전기에너지의 수요를 감소시키는 긍정적인 순환고리를 유발할 것으로 기대
- 마이크로 단위에서의 중공 입자의 생성과정을 융합적인 연구 측면에서 규명이 가능할 것으로 기대
○ 경제적ㆍ산업적 측면
- 국내 건설분야의 투자 및 시장 활성화를 기대할 수 있으며, 국가 건설분야의 거점으로 해외 건설시장 진출 교두보가 가능
- 마이크로 기반 중공 파티클 합성 핵심기술 확보를 통해 데이터 기반 인프라구조물 건설 분야에서 세계 선도적 역할을 국내 연구진이 수행하여, 국가 경쟁력 확보 가능
- 침체한 건설산업에서 새로운 성장동력이 될 수 있으며, 나아가 국내 경제를 활성화시키고, 건설분야 연계 신규 산업 창출 및 국제시장 개척 가능
- 개발 요소기술의 산업체 연계 연구 및 기술이전 가능
- 지속적으로 성장이 전망되는 친환경 건설재료 시장 선점 가능
○ 사회적 측면
- 진동저감 및 흡음성능 향상된 건설재료 개발을 통해 향후 다세대 주택의 층간소음 문제 해결에 기여
- 개발된 복합체를 데이터 기반 인프라 구조물에 적용함으로서 4차산업의 주도권을 빠르게 확보
- 데이터 기반 인프라 구조물의 사용성능 향상을 통한 유지관리 비용 절감 및 국가적 차원의 친환경에너지 기술 선도국으로 도약 가능
- 진동저감 구조 시스템 보급을 통한 신개념 친환경 건축 및 철도 인프라 시장의 확대
- 온실가스 배출기여도가 28%인 건물 분야의 에너지 저감을 통해 온실가스 배출저감에 기여

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 8
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 9
• 1) 연구개발의 개요 ... 9
• 2) 연구개발 추진 필요성 ... 10
• 3) 연구개발과제의 최종 목표 ... 12
• 4) 연구개발과제의 연차별 목표 ... 13
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 14
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 50
• 1) 연구수행 결과 ... 50
• 2) 목표 달성 수준 ... 61
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 63
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 64
• 6. 연구개발성과 관리 및 활용 계획 ... 65
• 1) 연구성과 총괄 ... 66
• 2) 연구개발성과의 향후 5년간(활용보고서 제출기간) 성과활용 목표·계획 ... 69
• 별첨 참고문헌 ... 74
• 끝페이지 ... 75