Transcript 함체적용을 위한 지오폴리머 콘크리트 개발

플로팅 건축 연구단 제2차년도 연구계획안 발표
1-5-a
함체적용을 위한 친환경 경량 콘크리트 개발
2011. 07.12
전남대학교 송 진 규
FAR FloatingArchitecture Research
CONTENTS
연구 배경
연구 목표
성과 목표
연구내용
추진일정
연구 배경
연구배경
Floating Island
배 경
활용방안
해양 및 연안개발 필요성
하천공간의 적극적 활용
온난화, 해수면 상승 등의 재
난
플로팅 건축 설계 기술
육상공간 이용의 한계
플로팅 건축구조 설계 기술
수공간 활용 요구의 증가
연안 지역 개발 방법의 한계극복
매립 중심의 연안개발
플로팅 건축공간 설계 기술
4대강 사업, 새만금 개발,
연안 개발, 해양 엑스포
플로팅 건축 확률론적 안전성
평가 기술 및 방재모니터링 기
술
지국 온난화 및 해수면 상승과
같은 재난에 대한 대응
연구 배경
연구 개요
지오폴리머 콘크리트의 친환경성
• 콘크리트는 pH13 이상에서 강도발현이
유도 → 수중에 사용될 경우 생태계 교란
콘크리트의 장점 유지
• 안정성 : 온도변화 및 피로 저항력 우
가능성
• 유엔 IPCC 보고성에 의하면 조만간 시멘
트 산업을 지오폴리머가 대체할 것으로 전
망
수
구조적 안정성 우수
• 경제성/사용성 : 건설비용 및 재료비
• 지오폴리머 콘크리트 적용 시, 산업폐기물
재활용 및 CO2 절감효과 기대
저렴
우수한 부식저항성
• 시공성 : 운반, 설치, 구조물의 검사 용
이
경량특
성
• 콘크리트는 자중이 커서 얕은 수심에 부적
합
• 경량골재를 사용하여 플로팅 구조물에 유용
하게 적용가능
연구목표
연구 로드맵
함체 적용을 위한
지오폴리머 결합재 개발
함체 적용을 위한
지오폴리머 콘크리트 개발
함체용 지오폴리머
콘크리트 구조성능평가
함체용 지오폴리머 적용
시스템 개발 및 설계기술 개
발
함체용 지오폴리머
콘크리트 지침안 제시
“지오폴리머 결합재 개발”
“지오폴리머 콘크리트 개발”
“함체용 구조부재에 적용”
“함체용 적용시스템 개발”
“함체용 지오폴리머 재료시방”
▪ 함체 적용을 위한 지오폴리머
결합재 원천기술 구축
▪ 함체 적용을 위한 지오폴리머
콘크리트 배합기술 구축
“역학적 특성 평가”
“역학적 특성 평가”
▪ 변수조건에 따른 실내실험
▪ 변수에 따른 실내실험 및
DB 구축
▪ 실내실험에 따른 DB 구축
“내구적 특성 평가”
▪ 결합재 중성화 특성 파악
▪ 염화물 침투성능 분석
2011
“내구적 특성 평가”
▪ 알칼리 골재 반응 특성 파악
▪ 콘크리트 동결융해 특성 분석
▪ 타세부에서 연구된 구조부재에 ▪ 조건에 따라 구조부재 적용이
적용하여 성능평가
가능한 시스템의 개발
▪ 1~4년차 실험 및 분석을 바탕으
로
재료 시방 제시
“함체 부재의 역학적 특성”
▪ 압축강도와 다른 역학적 특성
사이의 상관관계 제시
“함체부재의 비탄성 변형”
“함체용 지오폴리머 설계기술”
“함체용 설계 지침안 제시”
▪ 다양한 변수에 대한 지오폴리머 ▪ 시멘트 콘크리트 설계기준과
콘크리트 설계기술 개발
비교하여 안전성 평가
▪ 실험결과를 기반으로 건조수축
및 크리프 수정모델제시
▪ 함체적용을 위한 지침안 제시
▪ 중성화 저항성 분석
2012
2013
2014
2015
기초연구
함체용 지오폴리머 설계기술
함체용 설계 지침
안
연구목표
2차년도 연구목표
함체적용을 위한 지오폴리머 콘크리트 개발
40MPa 이상 고강도 콘크리트 개발
유용미생물 첨가 콘크리트 성능 개선
함체용 지오폴리머
콘크리트의 역학적
특성 평가
·활성화제 첨가량, W/B 등의 변수에 따른
역학적 특성 평가
·적정 슬럼프 및 공기량 확보를 위한
혼화제 선정
·고강도 콘크리트 개발을 위한 바인더 확보
염화물 침투성능 평가
·EM 종류 및 첨가량에 따른 pH 변화
경향 분석
·EM 첨가에 따른 유동특성 및 강도
특성 분석
·pH 및 강도특성에 기반하여 EM의 적절한
종류 및 첨가량 파악
중성화 저항성 평가
동결융해 저항성 평가
함체용 지오폴리머
콘크리트의 내구적
특성 평가
·W/B 및 S/A 등의 변수에 따른
·W/B, AE제 첨가량에 따른 공극량, 공극
·W/B, AE제 첨가량에 따른 동결융해
중성화 저항성 평가
분포 분석
저항성 평가
·촉진 중성화 방법을 적용하여 중성화 깊이
·공극에 따른 염화물 침투성능 분석
·30cycle 마다 동탄성 계수 측정
및 외관 변화
·OPC와 비교하여 해양 구조물 적용성 평가
·동결융해 시험에 따른 시험체 결함 분석
·OPC와 비교하여 중성화 속도 비교
성과지표
질적성과
성과목표
함체적용을 위한
친환경 경량
콘크리트 개발
성과지표
함체용 콘크리트
배합설계 모델 개발
성과지표의
달성목표치
목표수준
배합설계 모델
정확도 90% 이상
확보
성과지표
측정방법
최종 달성치
30%
함체용 콘크리트
배합설계 모델의
실내실험
데이터 분석
목표치 달성여부검증
방법
연차실적보고서
함체용 콘크리트
배합설계 모델의
현장적용성 검토
양적성과
성과지표
목표치
증빙 방법
달성율(%)
2
개재논문
0
2. 학술회의 발표 논문건수
2
학술대회 발표논문
0
3. 분야별 전문인력 양성
2
해당사업을 통해 양성된 인력의 전공
0
1.
학술지게재논문건수
분야별 배출실적
연구 내용
1차년도 연구
2차년도 연구
함체용 모르타르 강도모델
함체용 지오폴리머 콘크리트 개발
모르타르 강도 특성
콘크리트 목표 성능
배합강도
40MPa 이상
W/B
50 이하
슬럼프
180mm 이상
350 kg/m3 이상
공기량
4.5 %
단위결합재
량
pH
역학적 특성 평가
변수 : 활성화제 첨가량
변수 : 잔골재율
모르타르 28일 강도 예측 모델
(Q A  (SA/SA0  k1 ))0.35
f'28  41
W/B 0.9
k1  (S/B) 0.2
for
k1  (S/B) 0.5
for
S/B  2.5
S/B  2.5
변수 : 물바인더비
고
려
사
항
고강도 확보 (40MPa)
10 ~ 12
내구적 특성 평가
동결융해 저항성
중성화 저항성
시공성 확보 (180mm)
염화물 침투 성능
Ex) 고강도 콘크리트 배합
활성화제 첨가량
W/B
수산화나트륨 4% + 탄산나트륨
6%
26%
슬럼프
210mm
재령 7일 압축강도
40.6MPa
연구 내용
2차년도 연구내용 – 역학적 특성 평가
배합
원재료 : 고로슬래그
고
강
도
콘
크
리
트
유
용
미
생
물
활성화제 : 수산화나트륨, 탄산나트륨
변수 : W/B (25 ~ 50%)
단위수량 (150 ~ 200kg/m3)
활성화제 첨가량 (수산화나트륨 2~4%)
탄산나트륨 3~6%)
활성화제 분말도 (4000 ~6000cm2/g)
측정항목
슬럼프
특이사항
분말도 조정 시,
바인더와 활성화제 분류 조정
공기량
압축강도
활성화제 첨가량에 따른
SEM 및 XRD 분석
미시구조
높은 pH를 갖는 활성화제를 콘크리트에 적용할 경우, 유용미생물을 첨가함에 따라
콘크리트의 pH를 다소 낮추는 효과가 있어 해양 콘크리트에 적합한 조건을 만들 수 있음
원재료 : 고로슬래그
pH
활성화제 : 수산화나트륨 3%, 탄산나트륨 4%
유용미생물 액상상태 고려
: W/B를 변수로 설정
슬럼프 및 슬럼프 손실
적
용
변수 : 유용미생물 10종
유용미생물 첨가량 (3% ~ 20%)
W/B (40~60)
압축강도
성분비에 따라 배양수를
Water로 보정
연구 내용
2차년도 연구내용 – 내구적 특성 평가
염
화
물
침
투
성
능
중
성
화
저
항
성
동
결
융
해
저
항
성
배합
측정항목
원재료 : 고로슬래그
시험체의 공극량 및 공극분포
활성화제 : 수산화나트륨 3%, 탄산나트륨 4%
염화물 침투 깊이
변수 : W/B (45 ~ 60%)
AE제 (0.02 ~ 0.06)
원재료 : 고로슬래그
활성화제 : 수산화나트륨 3%, 탄산나트륨 4%
변수 : W/B (45 ~ 60%)
AE제 ( 0.02 ~ 0.06)
양생조건
원재료 : 고로슬래그
수은압입법
화상분석법 동시 적용
염화물 침투 속도
중성화 깊이 및 시간
볼밀을 사용하여 바인더를
연삭한 시험체를
추가적으로 시험
중성화 이후의 강도 변화
중성화 이후의 외관변화
30 cycle 단위 : 중량변화율
동탄성 계수
활성화제 : 수산화나트륨 3%, 탄산나트륨 4%
변수 : W/B (45 ~ 60%)
AE제 ( 0.02 ~ 0.06)
특이사항
최종 : 시험체 결함
역학적 특성
인공건조, 랩핑 등 양생조건을
달리하여 실험
연구 추진일정/진척도
연구내용
함체용 지오폴리머
콘크리트의 역학적
특성 평가
세부연구내용
7월
8월
9월
10월
11월
12월
1월
2월
3월
4월
5월
6월
고강도
콘크리트 개발
EM 적용
콘크리트 개발
동결융해
저항성 평가
함체용 지오폴리머
콘크리트의 내구성
평가
중성화
저항성 평가
염화물
침투성능 평가
계획
실행
진척도
THANK YOU