본 연구에서는 콘크리트 구조물의 내구성 고도화를 위하여 고속도로용 교각 기둥부에 대하여 내부 식성이 우수한 GFRP 보강근 적용하였으며, 설계적 분석, 축소모형 시험체 제작 및 성능 시험을 통하 여 실용화의 타당성를 검증하였다. 설계적으로 교각의 기둥부는 축방향 주철근을 GFRP 보강근으로 대체하였다. 일반적으로 GFRP는 압축부에 취약한 것으로 알려져 있으며, 국외 기준의 경우는 압축부 에 대하여 GFRP 보강근은 저항력이 없는 것으로 가정하고 있다. 본 연구에서는 탄성 교각에 대하여 기존 철근을 대체할 수 있는 GFRP 보강근의 설계적 방안 제시 및 실물 시험을 통한 성능 검증을 수 행하여 결과를 제시하였다. 본 연구 결과는 고속도로용 탄성 교각 기둥의 내구성 증진을 위한 설계 및 실용화에 있어 가능한 가이드라인을 제시할 것으로 기대된다. 다만, 본 연구에서 다룬 기둥부는 주철 근만을 GFRP 보강근으로 대체한 것으로, 향후 GFRP 나선형 보강근 등의 적용, GFRP의 축하중 분담 률 및 건조수축 크리프 특성, 기둥부의 최소 보강근비 산정 그리고 GFRP 보강근의 압축강도 측정법 등 상세 사항에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이다.

탄소보강근(Carbon Fiber Reinforced Polymer)은 탄소섬유를 에폭시로 결합한 것으로 높은 인장강 도와 강한 내부식성으로 철근대체재로 각광받고 있다. 하지만 결합재인 에폭시의 특성상 고온에 취약 하다. 따라서 고온에 노출된 탄소보강근의 인장 시험을 통해 인장강도 및 탄성계수의 변화를 관찰하고 온도별 거동특성을 파악하고자 한다. 사용된 탄소보강근의 직경은 10mm이며 나선모양의 GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer) 리브로 구성되어있다. 인장 시험체는 ASTM D 7205에 따라 강관으로 구 성된 그립부 700mm, 자유단 500mm 총길이 1,900mm로 제작하였다. 시험체 중앙부를 고온에 노출시 키기 위해 가열부 200mm의 퍼니스를 배치하였으며, 온도범위는 50~550℃이다. 시험결과 유리전이온 도인 150℃까지는 고온에 노출된 시험체가 상온 시험체에 비해 인장강도가 2.7~3.1% 감소하였으며, 탄성계수는 15.7~18.7% 감소하였다. 이후 250~550℃에서는 인장강도가 8.9~54.3% 감소하였고, 탄성 계수는 17.2~20.1% 감소하였다. 따라서 인장강도의 경우 550℃에서 최대 인장강도의 절반 이상으로 감소하는 것을 확인 하였고, 탄성계수는 인장강도에 비해 크게 감소하지 않는 것을 확인하였다.

셀프-프리스트레싱을 적용할 수 있는 철계-형상기억합금을 콘크리트 기둥에 적용하기 위한 연구가 일부 연구자들에 의해 수행되었으며, 이러한 철계-형상기억합금의 사용으로 셀프-프리스트레싱을 통 한 구속 효과가 입증되었다. 그러나 셀프-프리스트레싱을 통한 구속 효과를 정량적으로 규명하기 위 한 연구는 비교적 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 철계-형상기억합금으로 프리스트레싱된 콘 크리트의 일축압축 거동을 규명하기 위한 해석적 연구를 수행하였다. 철계-형상기억합금 나선철근으로 구속된 콘크리트의 일축압축 거동을 예측하기 위해 파괴에너지에 기반한 응력-변형률 모델이 제안되 었다. 파괴에너지는 콘크리트 내부 변형률 게이지가 부착된 아크릴 바를 통해 측정되었다. 실험 변수 로 철계-형상기억합금 나선철근의 간격, 활성화 온도, 콘크리트 압축강도가 고려되었다. 파괴에너지는 나선철근의 간격이 감소됨에 따라 증가하였으며, 활성화 온도가 증가됨에 따라 감소되는 것으로 확이 되었다. 또한, 파괴에너지에 기반한 응력-변형률 모델은 철계-형상기억합금 나선철근으로 구속된 콘크 리트의 일축압축 거동을 비교적 유사하게 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

계명대학교 인텔리전트건설시스템핵심지원센터(이하 INTEL센터)는 2020년 교육부 주관 핵심연구지 원센터 조성지원과제로 선정되어 현재 2단계 2차년도(5년차)를 진행하고 있습니다. INTEL센터는 사용 률이 낮고 노후화된 기존의 유휴 연구장비를 집적하여 성능을 보완하고, 다양한 분야 및 연구에 장비 및 전담인력을 지원하는 역할을 하고 있습니다. 또한 계명대학교 성서캠퍼스 내 첨단건설실험센터 및 사용성평가연구센터의 건설 및 IoT 분야의 첨단장비를 접목하여 대내외 연구원 및 산업계에 공동연구 및 장비활용을 할 수 있도록 서비스를 지원하고 있습니다. INTEL센터는 4차 산업혁명의 핵심기술인 IoT 분야를 구축 시스템에 융합하여 지능형 평가 시스템 구축을 목표로 하고 있습니다. 원격실험제어시스템 도입 및 인프라 구축을 통하여 실험의 실시간 협업 이 가능한 서비스를 제공하며, 디지털트윈 기반 3D 공간건설시스템을 구축하여 웹을 통한 시험시설환 경과 보유 장비들의 탐색이 가능한 서비스를 제공하고 있어 사용자 요구에 맞는 장비를 선택, 예약까 지 진행할 수 있는 One-Stop 서비스 제공이 가능합니다. INTEL센터가 갖춘 첨단화된 인프라와 IoT, 건설, 기계, 의용공학 등의 다양한 분야의 전문가들을 바탕으로 차세대 융복합 연구 및 연구지원을 이어가고 있으며, 혁신적인 연구 및 전문인력 양성을 통 해 연구장비 공동활용 및 산학연 공동연구에 기여하도록 노력하고 있습니다.

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)는 강재 대비 약 4배의 강도와 25% 수준의 경량성을 보 유한 신소재 복합재료이며, 부식과 같은 화학적 반응에 대한 저항성이 우수하다. 이러한 특징으로 인 해 전 세계적으로 부식에 취약한 철근의 대체재로써 연구가 활발하게 진행 중이다. 국내에서 적용되고 있는 CFPR 보강재에 대한 성능 평가의 경우, 재료의 단편적인 물성치 조사를 통한 단기 성능 평가(인 장 등)에 초점을 두고 수행되고 있어, 보강된 RC(Reinforced Concrete) 구조물 내 장기 거동 특성(피 로 등)이 반영된 CFRP 보강재 자체의 성능 검증이나 품질 기준이 전무한 실정이다. 이에 따라 본 연 구에서는 기존의 단기 성능 평가 방법의 한계를 극복하고자 선행 연구를 바탕으로 건설 산업 분야에 서 상용화된 건설용 CFRP의 장기 거동 특성을 규명하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 RC 구조물 내 ‧ 외부에 보강된 CFRP 보강재의 실제 하중 환경을 모사하기 위해 ASTM D7772 및 D6272를 바 탕으로 4점 휨 시험 기반 휨-인장 피로 시험 장비를 개발하였으며, 섬유 함침율이 50%인 CFRP 시편 을 대상으로 3, 5, 7, 9mm의 변위 하중을 고려하여 보강재의 장기 거동 분석 및 피로 성능 한계 곡 선(r-N curve)을 구성하였다. FRP의 피로 거동은 유효 응력이 감소하다 일정 수준에서 일정하게 유지 된다는 특징을 보인다. 따라서 선행 연구를 참고하여 CFRP 시편의 피로 파괴를 초기 응력이 80% 감 소된 시점으로 정의하여 피로 시험을 시행하였다. 시험 결과, CFRP 보강재의 피로 거동은 하중이 급 격하게 감소하는 영역(영역 I), 변곡점 이후 감소가 미미한 영역(영역 II), 변곡점 이후 감소가 미미한 영역(영역 III)으로 구분되었다. 평균적으로 약 105 사이클까지 영역 I를 보였으며, 이후 영역 II와 영역 III가 순차적으로 나타남을 확인하였다. 이러한 시험 결과를 바탕으로 r-N curve를 구성하였으며, 이 를 기준으로 상용 CFRP 보강재의 피로 성능 합불 여부를 평가할 수 있다.

고성능섬유복합시멘트 복합체 및 FRP 외피보강 실험체의 방폭성능을 평가하기 위해 1900×1900× 105mm 크기의 이방향 슬래브를 대상으로 옥외 폭발실험을 수행하였다. 설계압축강도, 섬유혼입률, 섬 유종류를 변수로 고려하여 이방향 슬래브 실험체를 제작하였다. 폭발의 종류는 폭압측정과, 구조부재 의 구조적 방폭성능의 평가를 위해 원거리 폭발(Far Field Blast)로 선정되었다. 이에 TNT 장약량 100kg, 이격거리 5m의 폭발 실험 조건이 고려되었다. 또한 구조부재의 방폭성능 평가를 위해 가속도 계, 스트레인게이지, 동적변위계, 압력계가 실험체에 부착되었으며 초고속카메라를 활용해 폭발로 인한 실험체의 거동을 촬영하였다. 실험의 결과로 보통콘크리트 변수의 경우 가해진 폭압에 의해 실험체 중 앙부의 천공과 같은 극심한 손상이 발생하였다. 강섬유 보강 HPFRCC 실험체의 경우 실험체 하단부 의 국부적인 손상이 발생하였다. 강섬유의 가교효과로 인해 배면 박리는 발생하지 않았으며 약 80mm 의 영구 변형이 발생하였다. 또한 폭발하중으로 인해 높은 가속도가 측정되었으며 이러한 측정결과는 해당 실험체가 재료파괴로 인한 에너지 소산이 아닌 폭발하중에 직접적으로 저항한 것으로 판단된다. 유기섬유(Aramid) 보강 HPFRCC의 경우 폭발하중으로 인해 심각한 파괴양상이 나타났다. 이러한 파 괴양상은 취성적 특성을 가진 유기섬유가 폭발하중에 의해 파괴되어 충분한 인성을 나타내지 못한 것 으로 판단된다. 마지막으로 FRP 외피 보강 HPFRCC의 실험 결과로 중간 정도의 파괴가 발생하였으 나 배면 박리는 나타나지 않았다. 폭발 하중으로 인한 영구변형은 약 40mm 발생하였다. 강섬유 보강 HPFRCC의 결과와 달리 더 낮은 수준의 가속도가 측정되어 FRP 외피 보강 HPFRCC 실험체는 폭발 에너지를 소산시킨 것으로 판단된다. 결론적으로 인명피해와 직접적인 연관이 있는 배면 박리의 발생 유무와 에너지 소산 및 저항, 잔류처짐의 측면에서 HPFRCC가 우수한 방폭 성능을 나타냈음을 실험 적으로 확인하였다.

본 연구에서는 폐타이어를 파쇄한 재생 SBR(Styrene-Butadience Rubber)을 사용하여 탄성 고무 층 의 파단 시의 인장 강도 및 연신도와 같은 인장특성 및 충격 흡수 및 수직 변형과 같은 동적특성을 평가하였고, 섬유 보강재를 혼입하여 탄성 고무 층의 취약점을 개선시키고자 하였다. 주요변수로 다짐 횟수, 바인더-고무분말 비율, 양생기간, 양생온도, 양생습도, 섬유 보강재의 종류를 고려하였다. 실험 결과, 재생 SBR을 사용한 탄성 고무 층의 인장 강도는 다짐 횟수, 바인더-고무분말 비율, 양생기간 및 온도가 증가함에 따라 증가하였으며, 파단 시 연신도는 양생온도와 기간에 영향을 받는 것으로 나 타났다. 충격 흡수와 수직 변형은 다짐횟수 및 바인더-고무분말 비율이 증가함에 따라 경도가 증가하 여 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 양생온도가 탄성 고무 층의 인장 특성에 뚜렷한 영향을 미치며, 적절한 양생온도를 유지할 경우(약 50℃) 상대적으로 낮은 탄성 고무 층의 인장 특성을 개선할 수 있는 가능성을 제시하였다. 보강재로 폴리머 합성 섬유인 Polypropylene(PP), Polyester(PET), Nylon(NY)을 1%까지 혼입하는 경우 재생 SBR이 가진 충격 흡수 능력은 그대로 유지하면서, 인장강도를 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

본 연구는 외부환경조건이 콘크리트 보도블록의 백화특성에 미치는 영향을 검토하였다. 콘크리트 보 도블록의 외부환경조건으로 양지 및 음지에서의 옥외폭로, 온도 20℃, 습도 55%의 항온항습 및 -5℃ ∼5℃의 저온환경 조건에서 시간경과에 따른 콘크리트 보도블록의 백화특성을 검토하여 외기환경조건 이 백화발생에 미치는 영향을 분석하였다.

최근, 큰 처짐과 다수의 균열을 동반하는 유사연성 거동과 부식에 대한 높은 내구성의 특징을 가진 FRCM(Fabric-Reinforced Cemenetitious Matrix) 복합체에 대한 관심이 증가하고 있다. 철근콘크리트 부재에 대해 다양한 장점을 지닌 FRMC 복합체를 적용할 경우 전단내력의 증대를 예상할 수 있으며, 이를 통해 내진성능이 요 구되는 철근콘크리트 구조물에 효과를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 FRCM 복합체가 보강된 철근콘크리트 기둥에 대해 정적 반복가력 실험을 수행하고, 그 거동을 평가 하였다. 철근콘크리트 기둥은 직사각형 형상으로 단면의 크기가 300 × 300 mm이고, 순 높이는 800 mm로 제작되었다. 정적 반복가력 실험은 설정한 가력패턴에 따라 변위제어를 통해 횡 하중을 가력하 였고, 초기 축력은 기둥 용량의 10 %로 적용하였다. 정적 반복가력 실험 결과, 무보강 실험체 대비 약 27.33 %의 증진된 강도를 나타내었으며, 최대 강도 발현 시 층간변위비가 무보강 실험체 대비 약 187.6% 높게 나타냄에 따라 FRCM 복합체가 적용된 철근콘크리트 기둥의 높은 연성 거동을 확인 할 수 있다. 다만, FRCM 복합체를 실제 구조물에 적용하기 위해서는 추가적인 설계인자 개발을 통해 안 정성 및 신뢰성을 확보하는 것이 필수적이라고 판단된다.

Fiber reinforced polymer (FRP)는 섬유와 폴리머가 결합된 복합재료로써 중량 대비 강도가 높아 취급 및 운반이 용이할 뿐 아니라 인장강도 등의 역학 성능이 우수한 재료이다. 더욱이, FRP는 뛰어 난 내부식성에 의해 기존 철근과 달리 부식이 발생하지 않는 장점이 있다. 이 장점에 의해 FRP를 기 존 철근대체재로 활용하기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 그러나 FRP는 탄소성 거동을 하는 철 근과 달리 완전탄성거동을 하는 취성적 재료로써 안전성 문제에 의해 철근대체재로의 사용은 한계가 명확한 실정이다. 최근 FRP의 취성파괴 문제를 해결하기 위해 연속섬유가 사용된 FRP가 아닌 단섬유 를 사용후 Stitched를 이용하여 파괴시 응력을 재분배하여 FRP의 단계적 파괴를 유도하기 위한 연구 가 국방, 항공 분야를 중심으로 연구되고 있으나, 이를 건설분야에 적용하기 위한 연구는 극히 제한적 으로 수행되고 있다. 이에 본 연구에서는 의사소성이 확보된 FRP를 철근대체재로 사용하기 위한 기초 연구로써 Stitched된 단섬유 FRP 보강재의 단계적 파괴여부를 실험적으로 확인하였다. 실험변수로써 Stitched 여부가 고려되었으며, 직접인장시험을 통해 FRP 보강재의 인장거동이 확인되었다. 실험결과 Stitched되지 않은 FRP 시편은 최대응력 도달 후 취성적으로 파괴되었다. 반면 Stitched된 FRP 시편은 최대 강도 도달 후 최대 강도 대비 66%~75%의 응력이 약 0.0071ε 구간동안 유지되는 것으로 나타 났다.

PSC(Prestressed Concrete)거더 교량은 긴장재(강선)를 통하여 교량 양쪽에서 압축력을 추가하는 방 식으로 외부에 대한 저항력을 확보한다. PSC 거더 교량의 긴장 방식에 따라 콘크리트 타설 전(프리텐 션)과 타설 후(포스트텐션)로 구분할 수 있다. 반면에 프리텐션 긴장의 경우 강선이 구조물과 직접 결 합하는 방식이기 때문에 전용관 삽입 및 그라우트 채움 공정이 생략되어 하중이 비교적 가벼울 뿐만 아니라, 긴장재 부식 방지를 위한 유지관리에 매우 효율적이다. 그러나 프리텐션 긴장 방식은 별도의 긴장 시설이 필요하므로 주로 공장에서 제작되고, 건설 현장까지 이동이 필요하기 때문에 길이 (L=18m) 및 무게(W=30tonf)의 제한이 있다. 프리텐션 긴장 공법의 경우 별도의 반력대 및 긴장 시설 이 필요하여 주로 공장에서 제작하고 현장으로 이동 및 설치되고 있다. 도로를 이용한 이동이 필요하 기 때문에 거더의 경간 및 중량의 제한이 발생하게 된다. 따라서, 경간장 25 m 이상의 거더의 경우 포스트텐션을 통한 현장 제작이 주로 이루어 지고 있다. 본 연구에서는 별도의 시설없이 현장에서 프 리텐션 긴장이 가능한 PSC 거더 시공 공법을 제안하였다. 또한, 장경간 PSC 거더 제작을 위한 포스트 텐션 기반의 세그먼트 제작 공법을 제안하고, 그 성능을 검증하였다.

해상특수교량은 특수한 환경적 조건뿐 아니라 고주탑의 구조형식, 보호재로 쌓여있는 케이블 등 특 수한 형식을 가지고 있어 일반적인 육안전검으로 안전점검을 할 수 없는 사각지대가 존재한다. 주탑의 외부 손상상태 및 케이블의 손상에 대해서는 정밀안전점검에서도 점검이 되지 않는 경우가 대부분이 므로 이에 대한 대책 마련이 시급하다. 또한 해상특수교량에 대한 전문적인 경험과 기술이 부족한 관 리자도 대상교량의 손상과 이상거동을 직관적으로 확인하고 판단할 수 있는 지원체계가 필요하다. 이 에 본 연구에서는 해상특수교량 고주탑에 대한 손상정보를 파악하기 위하여 드론의 자동비행 기술을 개발하고 이를 이용하여 주탑 외부 균열 손상에 대한 안전점검을 실시하고 이를 분석하였다.

급속한 도시화, 마이카 시대의 도래 등으로 증가하는 주차 수요에 대응하기 위하여 공동주택에서도 지하주차장이 도입되었으며, 초고층 공동주택의 보급 확대, 보행자 안전 확보 및 쾌적한 단지 환경 조 성을 위하여 단지내 차량 동선이 지하화 되는 등 지하주차장의 규모가 점차 증가하고 있다. 현재 공동 주택의 지하주차장은 지하 2층 이상으로 심도가 점차 깊어지고 있으며 이에 따라 일상적으로 지하 수 위 이하에 위치하게 되어 상시 수압에 노출될 수 있으므로 누수 방지를 위한 방수공법은 중요한 설계 요소가 되었다. 지하주차장에 적용되고 있는 방수 공법을 살펴보면 초기 지하 1층 정도의 저심도의 지 하주차장에서는 액체방수와 유도배수 등이 적용되어 왔고 이러한 내방수 공법들은 지하주차장 골조 내부에 시공하여 시공이 쉽고 보수 등의 유지관리가 쉬운 장점이 있지만 유입되는 물을 내부에서 배 수처리시킴으로 구조체 내부로 물의 유입을 허용한다는 측면에서 지하수위가 높아 수압이 많이 작용 하는 지반에 적합하지 않다. 반면 외방수 공법은 지하구조물 외부에 연속적인 막을 형성하는 공법으로 골조 외부에 시공하기 때문에 물의 침투를 원천적으로 방지할 수 있어 방수성능이나 내구성 등의 측 면에서 유리하지만 시공을 위한 작업공간의 확보가 필요해 도심지와 같이 협소한 현장에서는 적용이 어렵고 또한 되메우기 이후에 방수재가 파손되는 등 문제가 발견된 경우 보수가 불가능하다는 단점이 있다. 현재 외방수 공법은 주로 시트형태의 방수재료를 구체면에 부착하고 후속 공정에서 발생할 수 있는 시트의 파손을 방지하기 위한 보호층을 설치하는 방법으로 시공되는 것이 일반적인 형태이다. 외 방수 공법과 관련된 표준시방서(KCS) 및 한국산업규격(KS) 등을 보면, 각종 방수재의 시험항목은 유 사하나 제시하고 있는 품질기준 값이 서로 큰 차이를 보이고 있다는 점에서 지하주차장에서 요구되는 방수성능이 명확하게 제시되었다고는 보기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 지하주차장의 방수 성능을 확보하기 위하여 누수 원인이 될 수 있는 시공적 요인, 환경적 요인 및 지하주차장의 구조적 거동 등을 종합적으로 분석하여 지하주차장에서 요구되는 방수재료의 성능기준 및 시공측면에서의 개 선 사항 등을 도출하고자 한다.

다양한 원인으로 콘크리트 구조물에 하중이 작용되며, 이에 대한 적절한 대응이 이루어지지 않으면 구조물에 열화가 발생하고, 붕괴와 같은 대규모 재난을 초래할 수 있다. 구조물에 발생하는 하중을 감 지하는 연구는 지속적으로 이루어지고 있지만, 안전성 모니터링을 위한 혁신적인 시스템에는 여전히 부족함이 존재한다. 탄소나노튜브/폴리우레탄 복합체는 다양한 공학 분야에서 구조물 건전성 모니터링 을 위한 센서로 활용되어 센싱 효과가 뛰어난 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 공학 분야에서 구조물 건전성 모니터링 센서로 활용되고 있는 탄소나노튜브/폴리우레탄 복합체를 제작하여 모니터링 시스템을 개발하였다. 다양한 하중에 대한 센싱 성능을 파악하기 위해 인장, 압축, 충격 시험 을 진행하였고, 동시에 센서의 전기적 변화를 분석하였다. 추가적으로 본 센서가 구조물 표면에 적용 됨에 따라 온도, 습도와 같은 환경적 영향성을 분석하여 활용 가능성을 평가하였다. 또한, 최대 48행, 48열의 다중 계측이 가능한 IoT 기반 다중 모니터링 시스템을 개발하고, 이를 구조물에 적용된 센서 와 연계하여 스마트 모니터링 시스템으로서의 성능을 평가하였다. 이를 통해 탄소나노튜브/폴리우레탄 복합체 기반 센서는 구조물 하중 감지 시스템으로 활용이 가능할 것으로 판단되었다.

구조물 보수 부위의 손상, 재 박리 등의 2차 피해가 이어지며, 보수 부위의 새로운 거동 평가 기법 에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 현재 구조물 보수 부위의 거동을 알기 위해서 주로 인력 중 심의 구조물 외관 검사를 진행하고 있으나, 단편적인 검사 결과를 얻게 되어 지속적이고 세밀한 점검 이 어려운 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 탄소나노튜브 기반 폴리머 콘크리트를 활용해 압축과 같 은 외부 응력에 대한 탄소나노튜브 함량별 전기적 변화를 분석하였으며, 균열이 발생한 콘크리트 구조 물을 보수 후 응력을 가해 거동에 따른 전기적 변화를 평가하였다. 압축 시험 결과, 응력에 따른 탄소 나노튜브 기반 폴리머 콘크리트의 전기 저항이 감소하며, 탄소나노튜브 함량이 낮을수록 응력에 대한 저항 감소 폭이 넓게 나타나며 민감도가 증가하였다. 균열 보수 시험 결과, 보수 부위에 응력이 가해 졌을 때 전기 저항이 감소해 앞서 진행된 실험 결과와 동일한 경향을 보였으며, 또한 응력이 가해지지 않을 때 초기 저항으로 회복하는 경향을 보여 구조물 보수 부위 거동에 대한 평가가 가능한 것으로 검 증되었다. 이를 통해, 탄소나노튜브 기반 폴리머 콘크리트는 구조물에 적용이 가능하며, 구조물 보수 후에도 가해지는 응력에 대한 지속적인 감지가 가능해 보수 부위 거동 평가가 가능할 것으로 판단된다.

교량, 터널 등 콘크리트 구조물의 건설 또는 사용 중 사고는 심각한 재산 및 인명 피해를 야기하기 때문에, 콘크리트 구조물의 증가와 동시에 Structural health monitoring(SHM)의 중요성 또한 높아졌 다. 하지만 현재까지 콘크리트 구조물의 안전 관리 및 유지관리는 주로 인력에 의한 육안 점검이 주를 이루고 있으며, 이는 주관적이고 정성적인 관리 수준에 머무르고 있어 안전성 평가 결과에 대한 신뢰 성 및 실시간 상태 파악과 대응 측면에 한계가 존재한다. 이에 본 연구에서는 현재 활발하게 연구되고 있는 탄소나노튜브를 활용하여 기다란 바 형태의 Carbon nanotube reinforced polymer(CNRP) Bar를 개발하였으며, 이를 콘크리트 구조물에 적용하였다. 구조물 변형에 따른 CNRP Bar의 센싱 성능을 파 악하기 위해 3점 굽힘 시험을 진행하였고, 동시에 콘크리트 구조물 내 CNRP Bar의 전기적 변화를 분석하였다. 실험 결과 콘크리트 구조물에 균열 발생 전 굽힘 응력에 의해 CNRP Bar의 저항이 감소 하였고, 균열 발생 후 균열이 커짐에 따라 저항이 증가하는 거동을 보였다. 이를 통해 CNRP Bar는 콘크리트 구조물에 용이하게 적용할 수 있는 매립형 센서로써 사용 가능하고, 이는 콘크리트 구조물의 안전성을 효율적으로 모니터링하는 시스템으로 발전 가능할 것으로 판단된다.

본 연구는 탄소 기반 필러인 탄소나노튜브 (Carbon nanotube, CNT), 탄소 섬유 (Carbon fiber, CF) 와 중공유리구체 (Hollow glass microsphere, HGM)를 혼입한 전도성 복합재료가 다양한 열화 상황 에 노출된 이후의 발열성능을 조사하고 분석하였다. 대부분 상황에서 시멘트 기반의 재료들은 질산 및 황산의 침투 또는 동결융해와 같은 다양한 자연적 열화상황에 노출되게 된다. 본 연구는 기존의 이러 한 한계를 극복하고자 HGM, 전도성 필러를 혼입한 전도성 복합재료를 제조하였고, 물리적·전기적 및 열적 특성을 조사하였다. 모든 시편에서 HGM의 혼입은 시편의 밀도와 열 전도도를 감소시켰으며, 다 량의 혼입은 강도와 전기 전도도를 감소시키는 결과를 관찰할 수 있었다. 그러나 적정량의 혼입은 오 히려 전기 전도도를 향상시키는 결과를 확인할 수 있었으며, 반복적인 발열 실험에서의 성능 유지 또 한 미혼입 시편에 비하여 상대적으로 뛰어난 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 HGM의 혼입에 대한 영 향을 더욱 자세하게 분석하기 위하여 수은압입법, 주사전자현미경, 제타전위 및 라만분광법 등의 분석 이 수행되었다.

탄소섬유 강화 플라스틱 (Carbon fiber reinforced plastics, CFRP)은 고함량의 탄소섬유 (Carbon fiber, CF)와 고분자로 이루어진 복합재료로서, 뛰어난 기계적 성능으로 항공우주, 자동차, 토목 등 다 양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 하지만 사용량 증가에 따른 폐기물의 환경문제와 추출한 재활용 탄소섬유 (Recycled carbon fiber, rCF)의 적용 가능 분야의 한계로 인해 재활용이 제한적인 실정이 다. 본 연구에서는 rCF와 CF 혼입 시멘트계 전자파 복합재를 제작하여 그 성능을 비교 분석하기 위 한 실험을 수행하였다. 구성재료는 시멘트, 잔골재, 고성능 감수제를 사용하였으며, 비교 분석을 위해 CF와 rCF를 각각 6 mm, 12 mm 길이를 0.1, 0.3, 0.5, 1.0 wt.% 함량으로 사용하였다. 전자파 복합 재의 흡수 성능 향상을 위해 각각 다른 함량의 다층 구조를 형성하였으며, 전자파 투과를 낮은 함량에 서 높은 함량 방향이 되도록 측정을 진행하였다. 전자파 차폐성능은 재령 28일 이후 네트워크 분석기 를 사용하여 자유 공간에서 측정하였으며, C-band (4~8 GHz)와 X-band (8~12 GHz) 주파수 영역 에서의 반사율과 투과율을 각각 측정하였다.

본 연구에서는 탄소나노튜브(CNT) 패치 센서를 기반으로 하여 구조물의 이상 거동을 감지하고 대 응할 수 있도록 하는 첨단 스마트 모니터링 시스템을 제안한다. 복합소재로 제작되는 CNT 센서는 유 연한 특성을 갖게 되어 다양한 형태의 구조물 표면에 적용할 수 있으며, 이를 통해 충격이나 피로 등 에 의해 발생되는 균열과 같은 비정상적인 거동을 감지할 수 있다. CNT 센서를 통해 수집한 데이터 는 IoT 시스템을 통해 실시간으로 분석되어 구조물의 거동 상태를 확인하고 건전성을 모니터링 할 수 있게 한다. 이 시스템의 성능 검증 및 사용성 검토를 위해 미국 소재 교량에서 실증 테스트를 하였으 며, 테스트 결과 CNT 센서를 이용한 구조물 거동 감지 시스템을 통해 구조물의 이상 거동을 효과적 으로 감지하고 모니터링하여 구조물에서 발생 될 수 있는 잠재적 문제를 사전에 예방할 수 있음을 확 인하였다. 이와 같은 기술은 추후 다양한 분야에서 적극적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 도로터널, 철도터널, 지하철, 전력구 등 각종 터널 시공을 위한 TBM(Tunnel Boring Machine) 기술의 시공성 향상을 위한 연속굴착형 TBM 장비와 나선형 세그먼트 통합 시공기술 개발 및 실증과 관련된 것으로 핵심모듈인 추진잭, 세그먼트 이렉터의 선제적인 유지관리를 통해 다운타임 을 최소화하고 굴진율을 안정적으로 확보하기 위한 연속굴착형 TBM 핵심모듈의 유지관리 및 장애대 응 기술에 대한 연구를 수행하였으며, 굴착환경과 연속굴착 운영특성을 고려한 시공 및 장비 운용 절 차를 정의하였다.