초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
본 연구개발과제의 최종 목표는 바텀애시, 페로니켈슬래그 등 화력발전소와 제철소에서 발생하는 산업부산물을 재활용하여 4시간 이내 개방강도 확보가 가능한 지반복구용 고유동성 채움재를 개발하고, 이에 대한 현장 적용 시스템을 개발하는 것임.

◼ 전체 내용
화력발전소와 제철소에서 발생하는 산업부산물을 재활용하기 위하여 입도조정과 전처리 과정을 통해 바텀애시, 플라이애시, 화학첨가제를 배합하여 고유동성 결합재의 물리적·화학적 시험 및 성능 평가를 통해 개발하고, 개발된 고

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
본 연구개발과제의 최종 목표는 바텀애시, 페로니켈슬래그 등 화력발전소와 제철소에서 발생하는 산업부산물을 재활용하여 4시간 이내 개방강도 확보가 가능한 지반복구용 고유동성 채움재를 개발하고, 이에 대한 현장 적용 시스템을 개발하는 것임.

◼ 전체 내용
화력발전소와 제철소에서 발생하는 산업부산물을 재활용하기 위하여 입도조정과 전처리 과정을 통해 바텀애시, 플라이애시, 화학첨가제를 배합하여 고유동성 결합재의 물리적·화학적 시험 및 성능 평가를 통해 개발하고, 개발된 고유동성 결합재와 페로니켈슬래그 혼입하여 친환경적인 고유동성 채움재 기술을 개발하고자 함.
이에 따라 KS 기준 및 토양 환경보전법 환경 기준치를 만족하는 개발 고유동성 채움재를 시험 시공하여 현장 적용성 평가를 진행하며, 현장 추적조사와 장기 모니터링을 통해 기술력을 검증받고자 함. 또한, 개발 제품 및 공법의 사업화를 위해 생산 설비 도출하고 배합설계 프로그램(CLSM-Mixer)을 개발하며, 개발 제품 및 공법의 품질 평가와 공정 과정의 개선점을 도출하여 지속적인 기술력 보완 및 발전을 하고자 함.

◼ 1년차
❏ 목표
• 고유동성 채움재 적용을 위한 산업부산물의 입도 조정 및 전처리 기술 개발
• 고유동성결합재 적용을 위한 산업부산물의 특성 평가 및 재료 선정
• 고유동성 결합재의 요구 성능 기준 정립
❏ 내용
• 국내외 화력발전소 및 제철소 산업부산물 처리 현황 및 기술동향 조사
• 산업부산물 활용 무시멘트 결합재 관련 문헌 조사
• 국내외 고유동성 채움재 관련 문헌 조사
• 결합재 적용을 위한 바텀애시, 페로니켈슬래그 등 물리·화학적 특성 분석
• 페로니켈슬래그 골재화를 위한 입도 조정 및 전처리 기술 개발
• 고유동성 결합재용 화학첨가제 개발

◼ 2년차
❏ 목표
• 고유동성 결합재 성능 평가 및 최적 배합설계 도출
• 산업부산물 100% 재활용 고유동성 채움재 최적 배합설계 도출 및 배합기술 개발
• 적용 토사별 고유동성 채움재 성능 검증
❏ 내용
• 산업부산물 활용 고유동성 채움재 적용성 평가
• 고유동성 결합재 및 채움재의 최적 배합설계 도출
• 고유동성 채움재의 배합 프로세스 정립
• 고유동성 채움재의 물리·화학적 특성 분석
• 기존 고유동성 채움재와의 성능 비교검증
• 기존 토사 종류별 고유동성 채움재 내 적용 가능성 평가

◼ 3년차
❏ 목표
• 고유동성 결합재 생산 설비 프로세스 및 현장 적용 시공성/경제성 분석
• 고유동성 채움재 생산 설비 프로세스 및 현장 적용 시공성/경제성 분석
• 기존 공법(다짐)과의 시공성/경제성 비교검증
❏ 내용
• 고유동성 채움재 배합설계 프로그램 개발
• 고유동성 채움재 현장별 적용 공법 및 시스템 개발
• 개발 기술과 기존 공법의 경제성 분석
• 현장 시험시공을 통한 고유동성 채움재 성능 및 현장 적용성 평가
• 고유동성 채움재의 환경영향성 평가
• 현장 적용을 시방서(안) 작성

□ 연구개발성과
(1단계)
• 제철소 부산물 중 하나인 탈황분진의 수화 반응을 이용하여 별도의 시멘트 혼입이 필요 없는 무시멘트 고유동성 결합재를 개발하였으며, 이는 바텀애시의 재활용율 향상에 기여할 수 있음.
• 또한 페로니켈슬래그를 포함한 고유동성 채움재를 개발하였으며, 이는 4시간 이내 개발강도 발현이 가능하고 재령 28일 강도는 1.4 MPa 이하로, 기계 및 인력 굴착이 가능하므로 재시공이 용이함.
• 관로 공사, 싱크홀 복구공사 등 기존 되메우기 공법의 단점을 개선하고, 이을 대체할 수 있는 무시멘트 및 초속경 고유동성 채움재 활용 시공 프로세스를 정립함.
• 이는 공사 현장에서 배합, 타설, 양생을 실시할 수 있도록 공정을 구성하였으며, 관로 공사의 경우 레미콘 및 드럼믹서를, 도심지에서 주로 발생하는 싱크홀 복구 공사는 경우 별도의 요구 생산 물량에 적합한 배치플랜트를 활용함.
• 또한 관로 공사에 적용할 경우 고유동성 채움재 특성 상 부력에 의한 관 부상을 방지할 수 있는 대책을 마련함.
(2단계)
• 알루미나 시멘트 및 포틀랜드 시멘트 혼입에 따른 급결반응을 유도하여 기존의 활용빈도가 낮은 저반응성 산업부산물, 즉 바텀애시를 포함한 고유동성 결합재를 개발하였으며, 이를 통해 화력발전소 부산물의 재활용율을 제고함.
• 또한 해당 결합재에 제철소 부산물 중 하나인 페로니켈슬래그를 활용하여 고유동성 채움재를 개발하였으며, 이는 기존 되메우기 공법의 다짐불량, 공사기간 지연 등의 단점을 해결함.
• 뿐만 아니라 고유동성 채움재의 배합설계를 조정함으로써 최종강도를 제어할 수 있어 다양한 공사 환경에 적용이 가능함.
• 고유동성 채움재의 적용 환경별 상이한 요구 성능을 고려하여 적정 배합설계 범위를 산정한 후 실내실험을 통해 슬럼프 플로우 및 압축강도에 대한 데이터베이스(DB)를 구축함.
• 해당 DB 및 딥러닝 기법을 활용하여 성능 지표에 대한 인공신경망 얘측 모델을 구축하였으며, 모델의 하이퍼파라미터 최적화는 반복측정 분산분석 및 베이지안 최적화 기법을 적용함.
• 최종적으로 유전알고리즘을 활용하여 슬럼프 플로우 및 재령별 압축강도의 사용자 입력에 따른 최적의 배합설계를 도출하는 알고리즘 및 프로그램을 개발함.
• 고유동성 채움재의 재료 및 관로 공사 시공에 대한 일반적이고 기본적인 사항을 규정하는 시방서(안)를 작성함.
• 여기서, 되메우기는 기존 포장과 관련 시설을 공사 이전의 상태로 복구하는 것을 포함해야하는 것으로 정의하였으며, 고유동성 채움재 관련 내용 외 기타 사항은 기존의 설계기준을 벗어나지 않는 범위로 작성함.

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
본 연구 통해 기존의 매립하던 바텀애시 및 페로니켈슬래그의 실용적인 재활용 기술 발굴과 안정적인 사용 기반 마련으로 환경적, 경제적 가치를 창출함과 동시에 산업부산물에 대한 사회적 인식을 전환시킬 수 있으며, 건설·토목 산업의 천연골재로 대체 가능함.
또한 입도조정 및 전처리 공정을 거친 산업부산물을 활용하여 2차 제품 개발함으로서 신규 시장 및 일자리 창출이 기대되며, 자원선순환에 따른 저탄소 친환경 건설 시장 구축과 함께 쾌적한 환경과 녹색 성장에 이바지할 수 있음.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 1) 연구개발과제의 최종 목표 ... 7
• 2) 연구개발과제의 단계별 목표 ... 8
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 64
• 1) 연구수행 결과 ... 64
• 2) 목표 달성 수준 ... 128
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 129
• 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 129
• 2) 자체 보완활동 ... 131
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 133
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 134
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용계획 ... 136
• 1) 연구성과 총괄 ... 136
• 2) 연구개발성과의 향후 5년간(활용보고서 제출기간) 성과활용 목표·계획 ... 140
• 끝페이지 ... 145