최근 나노 버블 수의 건설 산업에 적용한 효과에 대하여 검증하고자 나노 버블 수를 혼입한 모르타르의 물리적 특성에 관한 연구를 진행하였으며 산소 및 이산화탄소 기체를 이용하여 나노 버블 수를 사용하였다. 모르타르의 물리적 성능을 비교하기 위하여 응결 시험과 압축강도 시험을 진행하였으며 응결 시간 내 열중량 분석을 통하여 응결 시험의 원인을 분석하고자 하였다. 본 연구 결과로써 산소 나노 버블 수를 사용하였을 경우 모르타르의 미세 응결촉진을 가져왔으며 이산화탄소 나노 버블 수를 사용한 경우 응결시간의 지연이 유의미하게 나타났다. 또한 실험한 기체의 종류에 관계 없이 강도가 증가 하였으며 응결 지연 여부와 관계없이 조기강도가 증가함을 확인하였다. 추가적인 공극구조 및 수화물 구조 분석에 관한 연구가 필요하지만 나노 버블 수가 건설 산업에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단된다.

콘크리트 포장의 조기 파손을 초래하는 콘크리트 혼합물의 품질 저하는 최근 종종 발생되고 있다. 이로 인한 유지보수 비용 또한 증 가하는 추세이다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하고자 콘크리트 배합 시 효과적으로 유변학적 특성을 측정하여 콘크리트 품질을 예 측할 수 있는 시제품 개발을 연구 중이다. 현재 상용화되어 사용되고 있는 ICAR Plus Rheometer 장비의 이론을 변경 적용하여, 본 시제품 Twin Shaft Rheometer mixer를 개발하였다. 동시에 레오미터 장비를 활용해 유변학적 특성을 확인하고 측정하였다. 콘크리트 의 변형과 움직임을 분석하기 위해 수직, 수평 거동의 비교분석을 진행하였고, 흐름 저항성과 토크 점성을 이용하여 유변학적 특성을 기존 장비와 비교 분석하였다. 그 결과 절댓값의 차이는 존재하나 선형적 유사성을 가지는 것을 알 수 있었다. 높은 정확성을 위해 추 가연구는 진행하고 있다. 추가로 슬럼프 측정 센서 또한 개발 진행 중이며, 이 장비는 마이크로파를 통해 매질의 변화를 측정하여 슬 럼프를 유추하는 센서로 더욱 정밀한 결과값을 위해 추가연구 진행하고 있다.

국토교통부 보고서 “2022 도로교 현황보고”에 따르면, 국내 교량의 수는 연간 2.9%씩 증가하고 있으며 그에 따라 보수 가 필요한 교량의 수도 늘어나는 추세이다. 교량 하부를 보수할 때 보통은 몰탈을 사용하여 보수해 왔고, 직접 보수하기 에는 작업자의 안전성 및 작업의 효율성이 떨어져 숏크리트를 사용하여 보수해 왔다. 숏크리트는 건식 숏크리트와 습식 숏크리트가 있다. 습식 숏크리트는 시멘트와 골재, 그리고 미리 혼합된 물이 호스를 통하여 이송되고 호스 끝에서 압축 공기가 이를 고속으로 분사하는 공법이다. 다만 재료를 미리 계량하고 배합한다는 한계가 재료 공급의 제약을 가져온다. 건식 숏크리트란 시멘트, 골재, 섬유 등 건조된 재료들이 호스로 빠르게 압송되어 노즐부에서 물과 만나 빠르게 분사되 는 공법이다. 이러한 공법은 장거리 압송 가능, 습식 숏크리트에 비해 상대적으로 적은 장비, 청소와 보수의 용이성, 쉬 운 적용성이 장점이다. 따라서 본 연구에서는 건식 숏크리트 공법을 채택하여 교량 슬래브 하부인 천정부에 대한 단면보 수를 진행하고자 한다. 배합설계는 혼합골재 입도곡선을 고려하고 실리카퓸은 중량의 3%를 차지한다. 연구결과 고압 살 수 및 건식 숏크리트의 현장 적용성은 우수하며, 작업의 용이성 등 교량 하부 구조물 보수에 대한 다양한 장점을 가질 수 있다고 사료된다.

PURPOSES : This study aimed to develop high-performance concrete repair materials for the cross-sectional repair of deteriorated bridge concrete. METHODS : To derive the optimal mix using the dry shotcrete method, experiments were conducted to develop an appropriate performance in terms of durability and watertightness based on basic experiments on materials. By mixing silica fume, GGBFS, and natural fibers, this study compared the differences in each variable. Each variable was compared using compressive strength, flexural strength, plastic shrinkage, chlorine ion penetration resistance, and freeze-thaw tests. RESULTS : By mixing silica fume and natural fibers, watertightness and durability were secured, and by adding an expansion material and polymer powder, a material that exhibited suitable performance as a repair material was developed. The material demonstrated suitable performance in terms of compressive strength, freeze–thaw resistance, plastic shrinkage crack resistance, and chlorine ion penetration resistance. CONCLUSIONS : The repair material developed in this study has a higher performance than repair mortar, and because it uses a dry shotcrete method, the process and post-processing are simpler than the wet shotcrete method; therefore, it is believed to be more efficient for repair work.

PURPOSES : The purpose of this study is to conduct basic research on the development of repair materials for cross-sectional repair of the concrete of the lower slab ceiling of an old bridge. METHODS : To estimate the performance as restoration materials, cross section rebound test, compressive strength test, flexural strength test, and firing shrinkage test was done. Rebound test was done by weight of amount of rebound and weight of concrete accumulated in frame. Cross section rebound test was done by put ruler in the deepest part of concrete stick on frame. Compressive and flexural strength test was done based on KS F 2405 and KS F 2408. Firing shrinkage test was done based on ASTM C 1579-16. RESULTS : As a result of the experiment, an appropriate bonding thickness was secured by mixing natural fibers, polymers, early steel cement, and expansion materials, and the dust reducing agent was excluded due to the problem of lowering compressive strength. In addition, the amount of rebound was reduced by using a hydro mix nozzle, and plastic shrinkage cracks were also reduced due to the internal curing effect of natural fibers. CONCLUSIONS : This study was a basic study in the development of repair materials for cross-sectional repair of the lower ceiling of an aged bridge slab, and developed a material with appropriate performance. However, there is a problem that the amount of rebound and dust increases depending on the type of cement, so experiments will be conducted by changing the type of cement in future research.

본 연구는 LNG를 연료로 사용하는 화력발전소 보일러에서 배출되는 1,000 Nm3/day의 연소 배가스에 포함된 8 ∼10%의 CO2를 대상으로 순도 99%, 회수율 90%로 회수할 수 있는 실증규모의 다단계 막분리 공정에 관한 운전 결과이다. 이를 위해 본 연구팀에서는 가소화 안정성이 우수한 폴리이서설폰 중공사막을 개발하고 CO2/N2의 분리특성을 연구한바 있 으며[1], 소형 모듈을 이용하여 압력 및 CO2의 조성 변화에 따른 투과 특성을 실험과 향류 방식의 전산 모사를 통하여 확인 하여 막분리에 의한 CO2의 회수 가능성을 확인한 바 있다[2-4]. 이러한 선행 연구결과를 바탕으로 pilot 규모의 다단계 막분 리 plant를 설계하여 제작, 설치, 운전하였으며 그 운전 결과를 다단계 공정의 수치 모사 결과와 비교하였다. 전체 공정은 크게 배출되는 배가스 내의 수분을 전단에서 제거하기 위한 제습 공정과 후단에 재순환이 가능한 4단계 막분리 공정으로 구성되어 있다. 4단 분리막 공정에서 배출되는 최종 CO2의 농도는 운전 조건에 따라 95∼99%의 CO2가 0.15∼0.2 ton/day 의 회수율 70∼95% 회수규모로 얻어졌다. 얻어진 실험 결과는 수치 모사 결과와 비교하였을 때 매우 잘 일치 하는 것을 알 수 있었으며 운전 중 전체 공정은 안정적으로 작동하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 다단계 막분리 공정을 통한 배가스에서 CO2를 성공적으로 분리할 수 있었다.

본 연구에서는 불과 함께 에스테르화 반응물 및 생성물 일부가 친수성 막을 투과하는 비완전 분리를 고려한 투과증발-촉진 에스테르화 반응모델을 확립하였으며, 이 모사모델에 막 분리 효율 및 물 제거능력을 설명하는 항들을 포함시킴으로써 막 투과분리가 에스테르화 반응에 어떻게 영향을 끼치는가를 공정모사를 통해서 체계적으로 살펴보았다. 모사결과 막을 통한 비완전 분리 즉, 분리막을 통한 반응물의 투과는 역반응을 유발시켜 전체 반응을 지연시키며 그 결과 반응 전 환율은 투과증발 공정을 사용하지 않은 반응보다는 높으나 물에 대한 완전한 투과선택도를 갖는 투과증발 공정을 사용하는 반응시스템보다는 낮음을 알 수가 있었다. 반응 시스템 내에서 장착된 막을 통한 투과로 인한 반응부피의 변화가 반응 속도에 끼치는 영향을 살펴보았는데 반응 초기에는 반응물 농축효과가 지배적이어서 반응을 촉진시키며, 반응이 진행되어 생성물이 형성됨에 따라 생성물 농축효과가 점점 중요해지고 이 효과가 반응의 속도를 감소시킴을 알 수가 있었다. 에스테르화 반응공정 중에 투과증발공정을 적용하는 시점에 따라 반응속도, 반응 전화율이 달라짐을 공정모사를 통해 관찰하였다. 반응 모델 식으로부터 분리막의 성능과 반응 인자들 간의 상관관계는 확립하고 이 상관관계를 주어진 막 분리능력 하에서 반응 인자 조건 설정, 혹은 주어진 반응조건 하에서 막 분리능력을 설계하는 도구로 사용할 수 있다.

본 연구는 LNG를 연료로 하는 화력발전소의 보일러를 대상으로 여기에서 배출되는 8~15% 내외의 이산화탄소 배가스 1,000 Nm3/일로부터 이산화탄소를 회수율 90%, 농도 99%로 회수하기 위한 다단 막분리 공정을 설계 및 제작하기 위한 선행연구결과이다. 본 연구실에서 이산화탄소에 대한 가소화안정성 및 이산화탄소/질소의 분리특성이 탁월한 폴리이서술폰(PES)소재를 대상으로 비대칭구조의 중공사형 분리막 및 모듈이 개발되었다[1].. 개발된 중공사막을 대상으로 모듈의 투과현상을 전산모사 하였으며 이를 이용하여 막분리 공정의 최종 회수조건에 적합하게 하기 위해 재순환공정이 가능한 4단 막분리 공정을 전산모사 하였다. 설계된 다단계 막분리 공정의 타당성을 입증하기 위해 개발된 중공사막모듈을 대상으로 설계된 운전 압력(공급측의 압력 및 투과측의 압력)과 공급 농도의 변화에 따른 막분리 공정의 투과량 및 농도를 조사하였다. 얻어진 결과를 공정모사를 통하여 계산된 결과를 비교한 결과 운전조건에 따른 유량, 순도, 막 면적 등에서 이론치와 실험치가 매우 잘 일치함을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 폴리올레핀산업에서 배출되는 배가스 내에 존재하는 미반응 올레핀 단량체를 분리·회수를 위한 막분리 공정 개발에 관한 연구로 중공사형 복합막의 개발에 관한 연구 결과이다. 중공사형 복합막의 제조를 위해 먼저 고분자 용액의 조성과 내부응고제의 조성을 변화시켜 다양한 구조와 투과도를 갖는 중공사 지지체를 제조하였으며, 그 위에 올레핀 단량체를 선택적으로 투과·분리시킬 수 있는 고무상 고분자(폴리디메틸실록산) 선택층을 코팅 용액의 농도를 조절하여 두께를 조절해 가며 중공사형 복합막을 제조하였다. 제조되어진 중공사 지지체와 복합막의 구조 및 코팅 두께는 전자주사현미경(SEM)을 통하여 확인하였으며, 올레핀(에틸렌, 프로필렌, 부텐) 및 질소 등의 기체에 대한 단일가스 투과도를 측정하여 그 분리성능을 평가하였다. 최적화된 중공사 복합막의 코팅 두께는 약 10;μm이였으며, 올레핀의 투과도는 에틸렌의 경우 75 GPU, 프로필렌과 부텐의 경우 각각 200과 1,120 GPU로 조사되었다. 그리고 질소대비 올레핀의 이상 선택도는 에틸렌/질소가 6.4, 프로필렌/질소, 부텐/질소가 각각 17과 97로 선택층으로 사용한 폴리디메틸실록산의 고유한 선택도와 유사한 값을 보였다. 이러한 결과로 보아 올레핀 배가스의 분리회수를 위한 새로운 중공사형 복합막이 성공적으로 제작되었음을 알 수 있었다.

폴리이서설폰은 상용화된 엔지니어링 고분자 소재 중에서 이산화탄소/질소 및 이산화탄소/메탄의 분리 능력이 아주 우수하면서 이산화탄소에 대한 가소화에 대한 저항력이 아주 뛰어난 것으로 알려져 있다[1-4]. 본 연구에서는 연소 배가스내 이산화탄소의 분리/회수를 위하여 건-습식 상전이법에 의해 비대칭구조의 폴리이서설폰 중공사막을 제조하였다. 제막용액은 고비점이면서 폴리이서설폰의 용매인 NMP와 저 비점의 폴리이서설폰의 팽윤제인 acetone를 일정한 조성으로 함께 녹여서 제조하였다. 방사용액의 농도, NMP와 acetone의 비, 방사높이, 증발조건, 실리콘 코팅조건을 변화시키면서 중공사를 제조하였으며, 얻어진 중공사막의 이산화탄소와 질소에 대한 기체투과도와 선택도는 순수기체를 통하여 측정하였다. 최적의 PES 중공사막은 PES/Acetone/NMP = 30/35/35 wt% 방사용액과 실리콘의 코팅조건하에 제조된 것으로 폴리이서설폰 소재 자체의 고유선택도인 30~40의 CO2/N2 선택도를 보였으며 25~50 GPU의 이산화탄소 투과플럭스를 보였다. 이러한 선택도와 투과도로부터 계산된 중공사 외표면의 선택층의 두께는 0.1;μm였다. 제조된 폴리이서설폰중공사막이 향후 연소 배가스내 이산화탄소 분리/회수용 막분리 공정에 적용될 경우 우수한 결과를 보일 것으로 예측된다.

Trifluoroethyl methacrylate (TFEMA)는 발수발유용 특수도료나 광섬유의 외관에 중요하게 쓰여지는 코팅제에 쓰여지는 산업적으로 중요한 단량체로, 주로 산촉매 하에 trifluoro ethanol (TFEA)와 methacrylic acid (MA)의 에스테르화 반응에 의해 제조된다. 이러한 TFEMA의 제조에 투과증발막의 적용가능성을 알아보기 위한 선행연구로서, 상용화된 폴리비닐알콜계 투과증발막(GFT Membrane Pervap^circledR1005)을 대상으로 반응물의 하나인 trifluoroethanol (TFEA)을 대상으로 온도와 농도의 변화에 따른 투과증발실험을 실시하였다. 투과증발실험 결과 TFEA 농도가 90에서 99 wt%로 높아질수록 투과용액 내의 물의 감소에 기인한 전체투과량은 감소하였다. TFEA/물 선택도는 95 wt% TFEA 농도까지는 높아지는 경향을 보였지만 97 wt%부터 감소하여 99 wt%에서는 급격히 감소하였다. 운전온도가 상승함에 따라 투과도의 증가와 더불어, 선택도도 증가하는 경향을 보였다. 적용된 TFEA 농도와 운전온도의 범위에서 GFT막은 물에 대한 우수한 투과도와 선택성을 보였다. 이러한 TFEA/물 혼합용액에 대한 높은 탈수성능은 GFT 투과증발막이 TFEMA의 에스테르화 막반응기에 적용될 수 있음을 확인시켜 주었다.

PDMS (polydimethylsiloxane) 복합막을 통한 기체분리 공정에서 다공성 지지체의 투과저항과 PDMS 코팅두께가 에틸렌/질소의 분리성능(투과도, 선택도)에 미치는 영향에 관하여 조사하였다. 이를 위해 Pinnau 등이 제시한 복합막 투과저항 모델이론식〔1〕이 사용되었다. 지지체의 투과도 또는 투과저항은 PES (polyethersulfone)/NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 고분자 용액의 농도를 변화시키면서 조절하였다. 복합막은 PES 지지체 위에 n-hexane에 녹인 2액형 PDMS 용액을 spin coater를 사용해 코팅하여 제조하였다. 선택층의 코팅 두께는 spin coater의 회전속도를 통해 조절하였다. 투과기체 분리특성은 단일기체 투과도 측정 장치를 통해 조사하였으며, 지지체 및 복합막의 단면구조 및 코팅두께는 SEM (scanning electron microscope)을 통하여 확인하였다 얻어진 실험결과는 복합막의 투과저항모델의 이론식과 매우 잘 일치함을 확인 할 수 있었다. 에틸렌/질소의 분리에 있어 PDMS 막 고유의 선택도를 얻기 위해서는 지지체의 투과저항과 코팅층의 최적화가 중요함을 확인하였다.

폴리올레핀 산업에서 발생되는 올레핀 함유 배 가스(off-gas)에서 올레핀만을 선택적으로 분리하기 위해, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane)계열의 막 소재들에 대한 올레핀과 질소의 투과특성을 연구하였다. 막 소재로는 가교 형태의 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, 이하 PDMS라 칭함)막, 폴리실록산이미드(Polysiloxaneimide, 이하 PSI라 칭함)막, 아크릴변성 Oligo-PDMS가 부가된 Oligo-PDMS막들을 대상으로 공급기체의 온도(-20~50℃)와 압력(1∼25 atm)을 변화시키면서 에틸렌(C2H4), 프로필렌(C3H6), 부틸렌(C4H8), 질소(N2) 기체의 단일투과특성을 조사하였다. 실험결과, 사용되는 막소재의 특징에 따라 다양한 투과특성을 보였다. 세 가지 막소재중에서 PDMS막이 가장 넓은 사용압력범위에서 높은 에틸렌투과도 및 에틸렌/질소의 분리특성을 보였으며 이 막을 대상으로 여러 투과조건에서 투과특성을 연구하였다. 선택된 가교 PDMS막을 통한 올레핀, 질소 기체들의 투과도는 투과기체의 분자크기(확산도 선택성)보다, 투과기체의 응축온도(용해도 선택성)에 좌우되는 경향을 보였다. 공급기체의 온도가 감소하거나 압력이 증가할 때, 응축성 기체인 올레핀 기체의 투과도는 증가하고, 비응축성 기체인 질소는 감소하는 특징을 보였으며 이에 따라 올레핀/질소의 선택도가 크게 증가하는 특징을 보였다. 이러한 결과들은 고무상 고분자막에서 보여지는 응축성, 비응축성 기체들의 전형적인 투과특성을 보여준다.

상용 고분자막으로 많이 사용되는 Polysulfone(PSF)을 오존으로 처리하여 기체의 투과 및 분리특성을 조사하였다. 고분자막의 오존처리는 chamber 내부에 막을 설치하고 약 5vol.%의 오존을 포함한 산소를 chamber에 연속적으로 공급하면서 일정시간 동안 오전처리를 수행하였다. PSF막의 선택도는 오존처리시간에 따라 증가하였으며 적정 오존처리 시간은 1.5시간이면 충분한 것으로 조사되었다. 그리고, 오존처리에 의한 He/N2, H2/N2, O2/N2, CO2/CH4등의 선택도의 증가는 분자크기가 큰 N2나 CH4의 투과도의 감소에 기인하며 분자크기가 작은 기체의 투과도의 감소는 매우 작은 것으로 나타났다. 오존처리에 의한 선택도의 증가는 오존이 PSF 고분자를 부분적으로 산화시키고 이때 생성된 산소복합체들이 PSF의 자유부피를 감소시키기 때문으로 생각된다.