초록 ▼

□ 연구 목표 및 내용
◼ 최종 목표
이 프로젝트의 목적은 친환경 부산물을 혼입하여 단열성능을 향상시킨 콘크리트 재료의 최적배합을 도출하고 이를 활용한 신속조형 구조 시스템을 개발 및 검증하는 것이다.
- 제안 된 구조 시스템은 빠른 시공을 위해 프리캐스트 콘크리트 (PC) 공법을 채택하고, 콘크리트 재료는 친환경 농업 부산물 중 하나인 갈대 섬유를 사용하여 기존 콘크리트 재료에 비해 향상된 열적 특성을 확보하고자 한다. 다양한 에너지 시스템 외에도 높은 단열 성능으로 인해 친환경 건축 자재로 구조물이 패시브 하우스

□ 연구 목표 및 내용
◼ 최종 목표
이 프로젝트의 목적은 친환경 부산물을 혼입하여 단열성능을 향상시킨 콘크리트 재료의 최적배합을 도출하고 이를 활용한 신속조형 구조 시스템을 개발 및 검증하는 것이다.
- 제안 된 구조 시스템은 빠른 시공을 위해 프리캐스트 콘크리트 (PC) 공법을 채택하고, 콘크리트 재료는 친환경 농업 부산물 중 하나인 갈대 섬유를 사용하여 기존 콘크리트 재료에 비해 향상된 열적 특성을 확보하고자 한다. 다양한 에너지 시스템 외에도 높은 단열 성능으로 인해 친환경 건축 자재로 구조물이 패시브 하우스의 일부가 될 수 있다.
- 한편, 신속조형 시스템은 PC 부재를 이용한 조립식 모듈러 구조로 부재가 조립되는 조인트 연결에서 성능이 저하되는 단점이 있다. 일체식 구조에 상응하는 접합부 성능을 확보하기 위해 친환경 섬유 보강 및 기계식 접합을 도입하고 이의 구조 성능을 평가하고자 한다.
- 궁극적으로 기존의 일체식 철근콘크리트 구조에 상응하는 접합부 성능 확보 및 우수한 단열 성능 재료를 활용한 친환경 신속조형 구조시스템을 개발하고자 함이다.

◼ 전체 내용
이 연구과제의 최종목적을 달성하기 위해서는 각 요소 기술을 규명하고 검증하는 것이 중요하다. 재료 측면의 경우 역학적 특성과 열적 특성을 고려한 최적 배합 설계가 적절히 이루어져야 한다. 또한, 구조적 성능측면에서 충분한 신뢰성을 확보하기 실험연구를 통한 성능 평가가 이루어진다. 적절한 설계 기술의 확보를 위해서 해석모델이 개발될 것이며, 이는 실험연구 결과를 활용하여 검증된다. 따라서 이 프로젝트는 주로 재료 및 구조 측면에서 재료의 배합설계, 구조성능 평가, 그리고 이의 해석 및 설계모델 개발을 중점적으로 수행될 예정이다. 이 연구는 충분한 단열 성능과 안정적인 구조 성능을 동시에 갖춘 친환경 패시브 하우스를 위한 신속조형 구조 시스템을 구축하는 것을 목표로 한다. 최종 목표를 달성하기 위해서는 실험 및 분석 연구가 긴밀히 수행되어야 하며, 필요한 경우 올바른 연구 방향을 설정하고 수정할 수 있어야 한다. 먼저 기존 연구를 철저히 검토하여 이 연구과제가 다루고 있는 연구의 현 위치를 정확히 파악한 이후, 연구의 방향을 적절히 설정할 필요가 있다.

◼ 1단계
❏ 연구 목표
재료 개발 및 이를 활용한 기본적은 부재 단위의 구조성능 검증 단계로서, 친환경 섬유와 결합된 고단열 콘크리트 재료의 최적화 배합설계 도출이 1,2년차의 주된 목표이며, 3차년도에는 개발 재료로 구성된 부재의 구조성능 실험을 수행할 계획이다.
- 최적화 배합설계 도출 개발
- 역학적, 열적 특성 재료성능시험 및 해석연구를 위한 재료모델 개발
- 재료의 단열 특성에 기반한 열해석 (열전달 분석)
- 해당 재료로 구성된 콘크리트 부재의 휨 및 전단 성능 평가 및 설계방안 도출
❏ 연구 내용
이 프로젝트를 통해 단열, 기밀성 및 건물 내부 에너지 절약을 위한 열교현상 완화를 달성 하고자한다. 먼저, 친환경 섬유로서 다공성 농업 부산물이 혼합된 콘크리트 재료를 활용하여 구조 부재 자체에서 높은 단열성을 제공할 수 있다. 그러나 이러한 다공성 재료를 사용하면 구조 부재의 기계적 특성과 사용 가능한 강도가 낮아질 수 있기 때문에 이러한 단점을 극복하기 위해 고성능 콘크리트에 적용하여 우수한 기계적 물성과 내구성을 동시에 확보하고자 한다. 1단계 연구에서는 역학 및 단열 측면에서의 재료 특성을 규명하고 이러한 재료로 만들어진 부재의 구조적 성능을 확인하는 순서로 진행된다.

◼ 2단계
❏ 연구 목표
기계적 이음을 사용한 친환경 섬유보강 접합부의 상세 개발 및 구조성능 규명을 주목적으로 하는 단계로서 다각도의 해석모델을 고찰하고 적합한 해석 기법을 개발하는 한편, 구조성능 실험을 수행하여 그 성능을 검증한다. 이는 추후 조립식 모듈 시스템의 구조성능 향상에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.
- 기계적 접합 및 친환경 섬유 보강을 활용 한 접합부 성능 향상
- 해당 시스템의 접합부 해석모델 개발 및 실험연구를 통한 성능 검증
- 개발된 접합부 시스템에 적합한 설계모델 제시
❏ 연구 내용
구조용 건축 자재의 열적 특성을 개선하는 것 외에도 프리캐스트 부재간의 일체성이 보장되어야만 접합부에서의 기밀성을 확보하고 열교 효과를 억제하여 보다 효과적인 패시브 하우스를 구현할 수 있을 것이다. 일반적으로 철근의 이음은 다발철근으로 계획될 수 있지만 이는 접합부에서 매우 복잡한 배근상세를 초래할 수 있기 때문에 섬유보강 콘크리트의 적용은 이러한 복잡성을 완화하는 좋은 대안이 될 수 있다. 이 연구과제에서는 프리캐스트 접합부에 친환경 섬유를 도입하고자 한다. 재활용 PET 섬유 등의 친환경 섬유의 활용은 환경 폐기물을 줄이고 천연 자원 보존에 기여할 수 있는 방안이 될 수 있다. 섬유 보강만으로는 인장재로서 요구되는 구조적 성능을 충분히 제공하지 못하므로 최소한의 철근 보강재를 배치해야한다. 접합부는 내진성능 측면에서 응력 방향이 자주 변경 될 수 있는 응력 교란 영역이기 때문에 프리캐스트 콘크리트 부재 사이의 연결성을 확보하기 위해서 기계적 이음접합 장치가 적용된 철근상세를 도입하고자 한다. 기계적 이음은 접합부의 구조거동을 고려하여 PC 부재간에 압축력과 인장력을 동시에 효과적으로 전달할 수 있어야 한다. 이 연구의 2단계에서는 철근의 기계적 이음장치를 사용하고 친환경 섬유로 보강된 접합부의 성능을 심층적으로 검증하는 것으로 구성된다. 각 선행 단계는 다음 단계로 진행하는 데 중요하므로 각 연구단계는 긴밀히 연결되도록 계획하였으며, 연구 결과를 확인하기 위해 실험 연구와 병행하여 해석적 접근을 수행하고 해석모델을 검증하기 위한 기존 실험연구들의 데이터베이스도 구축하고자 한다.

□ 연구성과
- 정성적 평가: AE제가 첨가되지 않은 기준실험체들은 높은 압축강도와 절건밀도를 나타내었으며, HPMC 포함 여부 및 AE제 함량에 따라 압축강도 26.5 MPa, 절건밀도 1850 kg/m³ 의 경량콘크리트로서 우수한 결과를 확보하였다. 따라서, AE제의 적절한 활용을 통해 구조재료로서의 경량콘크리트를 구현할 수 있을 것으로 기대되며, 시편의 밀도에 따라서 압축강도가 증가하는 경향을 실험적으로 규명하였다. 또한 도출한 재료를 활용하여 시멘트 가압 기와에 활용하는 성과를 달성하였다.
- 정량적 성과: 총 2년 6개월의 연구기간 동안 4편의 SCI 논문을 포함하여 6편의 국제논문, 3편의 국내 논문을 게재하였다. 이 밖에 12편의 학술발표논문 실적을 기록하였다. 또한, 해당 과제를 통해 1명의 석사학위 인력을 배출하였으며, 2명의 석사과정 배출을 앞두고 있다. 추가로 공동활용할 수 있는 3000만원 이상의 연구기자재를 확보하여 연구성과를 도출하고 있다.

□ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과
제안된 신속조형 구조 시스템은 에너지 효율을 위한 차세대 구조 시스템의 적용확대에 일조할 수 있을 것이며 건축물의 지속 가능성을 위한 해결책이 될 것으로 기대됨.
(1) 프리캐스트 콘크리트 기술의 적용을 확대하고 보다 효과적인 패시브 하우스 시스템을 제공, (2) 접합부 일체성에 초점을 맞춘 PC 시스템의 구조거동에 대한 해석기술 확보, (3) 건설 산업에서 고단열 구조재료의 사용을 촉진, (4) 프리캐스트 시스템의 기계화되고 자동화 된 프로세스에 의한 혁신적인 생산 시스템의 실현; (5) 프리캐스트 시스템에 대한 다양한 적절한 접합부 상세 개발을 촉진시켜 일체식 철근콘크리트 구조시스템에 상응하는 내진성능 확보.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 6
• 2. 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 1차년도 ... 6
• 2) 2차년도 ... 7
• 3) 3차년도 ... 9
• 3. 연구과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 10
• 1) 연구수행 결과 ... 10
• 2) 목표 달성 수준 ... 11
• 3) 중요 연구변경 사항 ... 12
• 4. 연구성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 12
• 5. 연구성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 다음 단계 연구계획 ... 12
• 1) 연구 목표 및 내용 ... 12
• 2) 연구 추진전략 ... 13
• 3) 연구 추진일정 및 기대성과 ... 13
• 4) 다음 단계 연구비 사용계획 ... 13
• 5) 연구 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 14
• 끝페이지 ... 32