초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
○ 본 연구는 현장타설말뚝에 있어 선단확장부에 보강재를 삽입하는 기술에 관한 연구로서 기존 선단확장 기술에 자동철근배근을 통한 문제해결를 통해 지지력을 증가시키고, 기능화된 산화그래핀 등을 배합하여 기존의 현장타설말뚝에 비하여 소요되는 시멘트의 함량을 감소시킴으로써 온실가스 배출 저감, 건전성 평가의 용이성 및 현실적인(선단확장부 지지력 반영) 말뚝설계 및 시공방법의 개발을 목적으로 함

◼ 전체 내용
○ 확장부 전단저항이 가능한 선단확장형 현장타설말뚝 개발

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
○ 본 연구는 현장타설말뚝에 있어 선단확장부에 보강재를 삽입하는 기술에 관한 연구로서 기존 선단확장 기술에 자동철근배근을 통한 문제해결를 통해 지지력을 증가시키고, 기능화된 산화그래핀 등을 배합하여 기존의 현장타설말뚝에 비하여 소요되는 시멘트의 함량을 감소시킴으로써 온실가스 배출 저감, 건전성 평가의 용이성 및 현실적인(선단확장부 지지력 반영) 말뚝설계 및 시공방법의 개발을 목적으로 함

◼ 전체 내용
○ 확장부 전단저항이 가능한 선단확장형 현장타설말뚝 개발
○ 기능화된 산화그래핀을 함유한 시멘트 복합체 개발
○ 기능화된 산화그래핀을 이용한 말뚝의 건전성 평가기법 개발

◼ 1년차
❏ 목표
연구개발 요소기술별 국내외 기존기술 조사 및 연구개발기술 기초연구
❏ 내용
○ 기능화된 산화 그래핀의 제작 및 품질특성 평가
○ 기능화된 산화 그래핀을 함유한 시멘트 복합체의 품질특성(압축강도, 전기전도도) 평가
○ 현장타설말뚝 설계법 분석을 통한 설계인자 제안
○ 선단확장부 지지력수준 결정을 위한 수치해석
○ 선단확장부 보강재 배근 및 결속 시스템 개발
○ 건전도 분석기법 개발을 위한 공시체 건전도 분석

◼ 2년차
❏ 목표
요소기술별 연구개발기술 개발
❏ 내용
○ 기능화된 산화그래핀의 기능화 평가(FT-IR, AFM 등)
○ 시멘트 복합체의 환경안전성 평가 및 장기수명 예측
○ 실내 모형실험과 수치해석을 통한 지지력 및 보강효과 평가
○ 주변환경인자를 고려한 설계인자 평가 및 도출
○ 설계패턴 및 시공방법 적정성 평가
○ 건전도 분석기법 개발 및 적정성 평가

□ 연구개발성과
(1) 기능화된 산화 그래핀
흑연을 이용하여 산화 그래핀 제작
산화 그래핀에 구리이온 등 금속이온 적용하여 기능화
기능화된 산화그래핀 성공여부 평가 및 자체 특성 평가
기능화된 산화그래핀을 배합한 시멘트 복합체의 압축강도 측정
기능화된 산화그래핀을 배합한 시멘트 복합체의 전기저항값 측정
기능화된 산화그래핀을 배합한 시멘트 복합체의 환경안정성 및 내구성 평가
(2) 선단부 확장이 가능한 선단확장형 현장타설말뚝
소형화 모델 제작 후 선단확장부의 확장 매커니즘 파악
선단확장부의 회전 가능한 결속 시스템 시작품 제작
선단확장형 현장타설말뚝의 설계인자 제안 및 평가
모형실험을 통한 지반거동 파악
수치해석을 통한 보강효과 평가
CO₂ 감축효과 40% 예측
(3) 건전도 평가 기초기술 개발
정상 및 균열상태에서의 전기저항값 측정
균열상태에서 전기저항값이 증가하는 원리 이용하여 건전도 평가기법 개발
건전도 평가기법을 이용하여 결함 평가(균열)

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
(1) 사회적 이슈해결 기술로서의 활용방안
○ 말뚝의 물량을 감소로 인한 공기단축
- 기존의 말뚝공사에서 공기단축은 콘크리트 양생시간 단축, 굴착방법의 차별화 등 시공속도를 개선시켜 시공시간은 단축시킴
- 본 연구의 최종성과물은 말뚝 본체의 직경을 기존 말뚝보다 축소시키고 선단부를 확대시켜 선단지지력을 증가하는 기술로서 말뚝의 직경을 기존말뚝대비 약 20~30% 감소가 예상됨
- 즉, 말뚝의 직경을 축소시키고 기존 말뚝과 동일한 지지력을 유지함에 따라 말뚝의 물량을 감소시킬 수 있어 시공속도 개선에 의한 공기단축이 아닌 물량 감소로 인한 자연적인 공사기간 단축을 유도
○ 공사비 절감
- 기존말뚝 대비 선단확장형 말뚝의 물량이 약 20~30% 감소됨으로서 말뚝공사에 필요한 직접공사비 및 간접관리비 절감
○ 소음감소
- 말뚝 시공수량 감소로 인한 물량 축소로 공사 시 발생하는 소음으로 인한 분쟁의 여지가 대폭 감소
○ 건설공사 온실가스 감축
- 현재 사회적 이슈가 되고 있는 미세먼지 및 온실가스의 주범으로 지목되고 있는 건설공사장비의 사용량 및 시공자재 물량 감소로 인해 각종 유해가스 및 미세 먼지 발생량을 감소시킴으로서 사회적 문제해결에 기여

(2) 연구개발성과의 기대효과
○ 기술적 측면
- 구조물 기초의 설계·시공능력이 선진국 기술수준과 유사한 상황에서 동일성능 대비 경제성 및 시공성이 우수한 기술의 개발로 국가경쟁력 재고
- 다양한 구조체에 적용이 가능한 기술의 개발로 말뚝기초 최적설계·시공기술을 확보해 관련기술의 선진화에 기여
○ 경제·사회적 측면
- 건설공사 예산절감 효과 -> 말뚝 소요물량 감소로 인한 기초구조물 건설비용 절감
- 공기단축 효과 -> 기초구조물 소요물량 감소로 인해 공기감축
- 건설재료 감소 및 환경적 효과 -> 기초공사에 필요한 콘크리트, 철근 등 재료 수급에 요구되는 중장비 활용을 축소시켜 최근 이슈화 되로 있는 미세먼지 발생량 감소 및 이산화탄소(CO₂) 발생량 감소에 기여
○ 시장성 및 경제적 효과
- 상용화 전단계에서 면밀한 사업성 및 구조적 안정성을 검증한 후 각종 건설구조물 설계에 적용
- 선단확대말뚝의 구조체 개발, 통합매뉴얼(안) 개발을 연구개발 전 단계에서 모두 수행됨에 따라 상업화에 대한 시간적 우위 선점

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 1) 연구개발의 개요 ... 8
• (1) 확장부 전단저항이 가능한 선단확장형 현장타설말뚝 ... 8
• (2) 산화그래핀을 함유한 시멘트 복합체 ... 9
• (3) 기능화된 산화그래핀을 이용한 말뚝의 건전성 평가 ... 9
• 2) 연구 개발 대상의 국내·외 현황 ... 11
• (1) 현장타설말뚝 국내·외 현황 ... 11
• (2) 기능성 시멘트 복합체 관련 현황 ... 13
• (3) 건전도 평가기법 관련 현황 ... 14
• (4) 자가조립 단층막(Self-Assembled Momolayers, 이하 SAMs) 관련 현황 ... 15
• (5) 지식재산권, 표준화 및 인증기준 현황 ... 16
• 3) 연구개발과제의 필요성 ... 17
• (1) 선단확대부 보강형 현장타설말뚝의 필요성 ... 17
• (2) 기능화된 산화그래핀 시멘트 복합체의 필요성 ... 19
• (3) 영구적인 사용이 가능한 건전성 평가시스템의 필요성 ... 20
• 4) 연구개발과제의 최종 목표 ... 22
• 5) 연구개발과제의 연차별 목표 ... 24
• (1) 1차 년도 ... 24
• (2) 2차 년도 ... 25
• 6) 연구개발 추진전략 ... 27
• (1) 연구개발과제의 추진전략·방법 ... 27
• (2) 연구개발과제의 추진체계 ... 27
• 2. 연구개발과제 수행 과정 및 수행 내용 ... 29
• 1) 기능화된 산화그래핀을 함유한 시멘트 복합체 개발 ... 29
• (1) 기능화된 산화그래핀 제작 및 선정 ... 29
• (2) 기능화된 산화그래핀 품질특성 평가 ... 31
• (3) 기능화된 산화그래핀을 함유한 시멘트 복합체 품질특성 평가 ... 32
• (4) 기능화된 산화그래핀을 함유한 시멘트 복합체 안정성 평가 ... 34
• 2) 기능화된 산화 그래핀을 함유한 시멘트 복합체를 이용한 선단확장형 현장타설 말뚝의 설계(안) ... 36
• (1) 선단확장형 현장타설말뚝의 설계인자 도출 및 평가 ... 36
• (2) 선단확장형 현장타설말뚝의 배근시스템 개발 및 성능평가 ... 36
• (3) 선단확장형 현장타설말뚝의 지지력 평가 ... 36
• (4) 선단확장형 현장타설말뚝의 설계기법 및 시공방법 제시 ... 37
• (5) 선단확장형 현장타설말뚝의 CO2 저감효과 검증 ... 37
• 3) 선단확장형 현장타설말뚝 시공 리스크 최소화를 위한 계측관리 기술개발 ... 38
• (1) 기능화된 산화그래핀이 함유된 시멘트 복합체의 건전도 분석기법 개발 ... 38
• (2) 계측관리 기술을 이용한 실내모형실험 ... 38
• (3) 계측관리기술 제시 ... 39
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 40
• 1) 기능화된 산화그래핀을 함유한 시멘트 복합체 개발 ... 40
• (1) 기능화된 산화그래핀 제작 및 선정 ... 40
• (2)　기능화된 산화그래핀 품질특성 평가 ... 41
• (3) 기능화된 산화그래핀을 함유한 시멘트 복합체 품질특성 평가 ... 45
• (4) 기능화된 산화그래핀을 함유한 시멘트 복합체 안정성 평가 ... 51
• 2) 기능화된 산화 그래핀을 함유한 시멘트 복합체를 이용한 선단확장형 현장타설 말뚝의 설계(안) ... 55
• (1) 선단확장형 현장타설말뚝의 설계인자 도출 및 평가 ... 55
• (2) 선단확장형 현장타설말뚝의 배근시스템 개발 및 성능평가 ... 56
• (3) 선단확장형 현장타설말뚝의 지지력 평가 ... 59
• (4) 선단확장형 현장타설말뚝의 설계기법 및 시공방법 제시 ... 61
• (5) 선단확장형 현장타설말뚝의 CO2 저감효과 검증 ... 64
• 3) 선단확장형 현장타설말뚝 시공 리스크 최소화를 위한 계측관리 기술개발 ... 65
• (1) 기능화된 산화그래핀이 함유된 시멘트 복합체의 건전도 분석기법 개발 ... 65
• (2) 계측관리 기술을 이용한 실내모형실험 ... 66
• (3) 계측관리기술 제시 ... 72
• 4) 세부 정량적 연구개발성과 ... 73
• 5) 목표 달성 수준 ... 79
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 81
• 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 81
• 2) 자체 보완활동 ... 81
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 81
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 82
• 6. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 83
• 1) 연구성과 총괄 ... 83
• 2) 연구개발성과의 향후 5년간(활용보고서 제출기간) 성과활용 목표·계획 ... 85
• 3) 연구개발성과의 활용 계획 ... 87
• (1) 사회적 이슈해결 기술로서의 활용 ... 89
• (2) 개발시스템의 신뢰성 인증 및 실용화 가능성 ... 90
• 4) 연구개발성과의 기대효과 ... 92
• 5) 사업화 계획 ... 92
• (1) 사업화 전략 ... 92
• (2) 투자 계획 ... 93
• (3) 생산 계획 ... 94
• (4) 해외시장 진출 계획 ... 94
• (5) 사업화에 따른 기대효과 ... 94
• 7. 참고 문헌 ... 95
• 끝페이지 ... 100