수소는 연소 과정에서 산소와 반응하여 물과 열만을 생성하며 공해 물질이 배출하지 않아 깨끗한 에너지원으로 간주된다. 이러한 특징으로 산업 활동으로 비롯된 대기 오염, 이상 기후 문제 등을 해결 하기 위한 대책안으로써 수소를 활용한 신재생에너지가 세계적으로 주목받고 있다. 이에 따라 선행 연 구에서는 수직형 탱크 구조의 취약부로 평가되는 지지부 단면 변화에 따른 영향성을 평가하기 위해 수소 생산 인프라 현장 조사를 수행한 바 있으며, 현장 조사 중에 현장 설치된 수소 탱크 강재 지지부 의 부식 문제를 확인하였다. 지지부의 부식은 구조물의 전체 강성을 감소시키며, 재난(지진)에 취약해 져 수소 저장 용기가 손상으로 인한 2차 피해로 이어질 수 있다. 이에 따라 본 연구는 선행 연구의 후속 연구로써 강재 지지부의 부식 문제를 개선하고자 고강도-저중량 재료인 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)를 사용한 지지부를 개발하여 수치해석을 통해 CFRP 지지부의 내진 성능평가를 목적으로 한다. 해석에 사용된 수소 탱크는 크게 몸체, 지지부, 기초부, 앵커 볼트로 구성되어 있으며, 지지부는 높이 965mm, 75×75×9.5mm의 L형강 4개로 확인되었다. 지진 하중에 대한 동적 성능을 평가하기 위해 시간이력해석법이 사용되었으며, 적용 동적하중의 경우, ASCE의 ICC-ES에서 제시한 평가 기준에 따라 AC 156 Amplitude 100%의 인공 지진을 적용하였다. 해석 결과, CFRP 지지부와 강재 지지부 상단의 최대 변위가 각각 35.48, 32.54mm로 매우 유사한 것으로 나타났으며, Hashin Damage Criteria를 사용하여 CFRP 지지부의 최대 손상 지수를 측정한 결과 수지의 인장측에서 0.065로 확인되었다. 이는 기준 손상 지수 1 대비 매우 낮은 수준이며, 해석 결과를 종합했을 때 CFRP 지지부는 충분한 안전성을 보이는 것으로 판단된다.

3D 콘크리트 프린팅 기술은 거푸집 없이 콘크리트를 출력하고 제작하여 콘크리트 표면의 대부분이 외기에 노출되고, 이로 인해 콘크리트 내부 수분이 빠르게 증발하고 수축이 크게 발생한다. 또한, 결합 재 대비 낮은 골재 함량과 낮은 물/결합재 비(W/B)를 가지는 사용 배합의 특성상 수축으로 인한 균 열이 발생하기 쉽다. 이러한 3D 콘크리트 프린팅의 수축에 대한 문제는 섬유 혼입을 통해 해결할 수 있고, 부가적으로 적층성 향상의 이점을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 이러한 섬유 보강 3D 프린팅 모르타르의 역학적 특성을 살펴보고자 섬유 혼입률을 변수로 실험하였다. 보강 섬유로는 PP섬유를 사 용하였고, 섬유 혼입률 0, 0.2, 0.5, 0.8%를 변수로 실험하였다. 갠트리 방식의 3D 프린터에 30 × 30 mm 사각형 개구부를 가진 노즐을 설치해 1300× 800mm 크기의 직사각형 형태로 모르타르를 출력 하였다. 호퍼 회전속도 6 rpm, 노즐 이동 속도 1500 mm/min을 적용하여 출력하였고, 1층 높이를 30mm로 출력하여 5층 적층하였다. 적층 완료 후 압축강도, 휨인장강도, 층간 부착강도를 측정하기 위 한 시험체를 각각 추출하였고, 28일 수중 양생 후 각 강도실험을 통해 역학적특성을 평가하였다.

현재 철근콘크리트 분야에서 부재의 철근을 FRP 보강재로 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)는 특히 내화학성이 우수하여 보수 및 보강재로 큰 장점을 가지 며, RC 구조물의 보강재로 주로 사용되고 있다. CFRP 그리드의 경우 수지를 이용하여 섬유를 결합한 형 태를 가진다. 이러한 형태는 외부의 영향에 의해 수지 혹은 섬유의 손상으로 강도 저하가 발생할 수 있다. CFRP 그리드의 산성에 대한 저항성을 침지기간에 따른 인장강도 변화량 및 SEM과 무게 변화를 통해 확인하고자 한다. 따라서 Ph 농도 1~3의 강산성에 CFRP 그리드를 침지시키는 방식을 통해 내 화학 실험을 진행한다. 황산()을 이용하여 산성 용액을 제작한 후 실험을 진행하였다. 실험은 항온장치에서 60℃의 온도로 침지기간은 30, 60, 90, 180일로 한다. 그리드의 인장강도 변화를 확인하기 위하여 기간 별 시편의 수는 5개로 하며 침지시키지 않은 그리 드를 포함하여 총 25개의 시편을 실험한다. 인장실험을 통해 변형률 및 인장강도 변화를 확인한다. 그 리드의 섬유 및 수지의 변화 확인을 위해 실험진행 전 그리드의 무게를 측정 및 SEM(전자주사현미 경) 데이터 확보 후 실험을 진행한다. 기간별 침지된 그리드와 비교를 통해 기간별 섬유 및 수지의 영 향 정도를 확인한다. 본 연구에서는 산성이 CFRP 그리드에 미치는 영향을 조사하기 위해 인장강도, SEM, 무게 변화를 통해 연구하였으며, 이를 통해 산성의 영향을 받는 CFRP 그리드 부재의 안정성을 평가하고자 한다.

PSC 공법으로 시공된 구조물에서 긴장력을 도입시키는 주요 재료인 PS 강연선은 뛰어난 성능을 보 유하고 있으나, 강재로 제작되어 부식에 취약한 단점 또한 가지고 있다. 이에 한국건설기술연구원에서 는 PS 강연선을 대체할 목적으로 비부식 탄소섬유 케이블을 개발하고 있다. 비부식 탄소섬유 케이블은 PSC 구조물에 사용될 목적으로 개발하고 있기 때문에 인장강도 등 단기 성능 외에도 크리프 및 릴랙 세이션 등 장기 성능 또한 보유하고 있어야 한다. 따라서 본 연구에서는 하중을 일정하게 유지시킨 상 태로 시편의 변형을 살펴보는 크리프 시험과 변위를 일정하게 고정시킨 후에 도입된 하중의 변화를 살펴보는 릴랙세이션 시험을 수행하여 탄소 섬유 케이블의 장기 성능을 검증해 보았다. 각 시험을 수 행하고 데이터를 분석한 결과, 본 연구에서 개발한 탄소섬유 케이블은 크리프와 릴랙세이션에 대해서 일반적으로 PSC 구조물에 사용되는 PS 강연선에 비해 동등 이상의 성능을 보유하고 있는 것으로 판 단된다.

초고성능 콘크리트의 시멘트량 저감을 위해 시멘트와 치환하여 사용가능한 시멘트계 재료를 사용한 연구를 사전 조사하여 플라이애시와 고로슬래그를 선정하였다. 시멘트와 실리카흄 조합으로 120 MPa 이상의 압축강도를 보인 배합을 사용해 바인더조합의 변화에 따른 압축강도, 휨강도를 평가하였다. 플 라이애시와 고로슬래그를 사용한 배합은 유동성이 향상되었으며, 플라이애시는 압축강도가 실리카흄만 사용한 경우보다 다소 감소하였으나, 고로슬래그를 사용한 실험체는 실리카흄만 사용한 실험체와 유사 한 결과를 나타내었다.

초고성능 콘크리트의 충전밀도 향상을 위해 잔골재보다 미세한 실리카플라워를 사용하여 물리적 특 성변화를 분석하였다. 평균입경 300㎛의 규사를 100㎛인 실리카플라워로 일부 치환하여 압축강도, 휨 강도 변화와 유동성 변화를 측정하였다. 실리카플라워 사용으로 인해 압축강도와 휨강도가 향상되었으 나 유동성 저하로 인해 동일한 유동성을 확보하기 위해 추가적인 고성능감수제의 투입이 필요하였다. 유동성 저하는 바인더 차이에는 큰 영향을 받지 않았으며, 추가적인 고성능감수제 투입은 유사하게 나 타났다.

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.

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.

강섬유 보강 콘크리트(Steel Fiber Reinforced Concrete, SFRC)는 콘크리트의 취성적인 거동을 연성 거동으로 보완해주는 재료로서 사용되고 있다. SFRC는 과거 비 구조체에서 섬유 보강 콘크리트는 균 열을 제어하기 위한 목적으로만 사용되었지만 현재 구조적인 재료로서의 연구가 진행되고 있다. 콘크 리트의 압축강도는 강도계산에 사용되지만 재료의 인성(Toughness)을 평가하기 위해서는 응력-변형률 곡선이 필요하다. 본 연구에서는 섬유의 혼입량을 체적비 0.5%로 두어 나선철근의 유무 및 철근의 피 치를 변수로 두어 압축실험을 통해 인성비(Toughness Ratio)를 측정하였으며, 선행연구에 제안된 예측 식을 통해 실험 값과 해석 값을 비교하였다. 사용한 강섬유는 직경 0.75mm, 길이 60mm 및 인장강도 1,100MPa인 후크형 모양의 섬유를 사용하였으며, SFRC의 압축 실험은 200tonf 용량의 UTM을 사용 하여 응력-변형률 곡선을 확인하기 위해 0.5mm/min의 속도로 변위제어 하였다. Plain 시편의 압축강 도는 19.6MPa로 나타났으며, 52mm간격의 나선철근을 넣은 경우 33.3MPa, 섬유 0.5% 혼입한 경우 29MPa로 각각 70.1% 및 48.0% 높은 압축강도가 나타났다. 52mm 간격의 나선철근을 넣은 시편의 인성비는 0.34로 측정되었으며, 0.5%의 섬유가 혼입된 52mm 및 36mm간격으로 보강된 시편의 경우 각 0.32 및 0.49로 -6.5% 및 44.3%의 증감이 나타났다. 따라서 섬유의 보강으로 인한 SFRC의 인성 거동을 확인하였다. 예측식의 경우 52mm 나선철근으로 보강한 시편의 경우 압축강도 -0.06 및 변형 률 -7.37%의 오차율이 나타났으며, 36mm의 경우 각 11.51% 및 -36.5%의 오차율이 나타났다. 따라 서 예측식을 통해 나선철근으로 보강된 SFRC 강도예측을 확인하였다.

Geopolymer, also known as alkali aluminum silicate, is used as a substitute for Portland cement, and it is also used as a binder because of its good adhesive properties and heat resistance. Since Davidovits developed Geopolymer matrix composites (GMCs) based on the binder properties of geopolymer, they have been utilized as flame exhaust ducts and aircraft fire protection materials. Geopolymer structures are formed through hydrolysis and dehydration reactions, and their physical properties can be influenced by reaction conditions such as concentration, reaction time, and temperature. The aim of this study is to examine the effects of silica size and aging time on the mechanical properties of composites. Commercial water glass and kaolin were used to synthesize geopolymers, and two types of silica powder were added to increase the silicon content. Using carbon fiber mats, a fiber-reinforced composite material was fabricated using the hand lay-up method. Spectroscopy was used to confirm polymerization, aging effects, and heat treatment, and composite materials were used to measure flexural strength. As a result, it was confirmed that the longer time aging and use of nano-sized silica particles were helpful in improving the mechanical properties of the geopolymer matrix composite.

In this study, we proposed a novel concept of liquid level indicator that can stably measure the liquid level even with changes in liquid density by enormous temperature changes. This uses a distributed optical fiber sensor based on Rayleigh scattering with high spatial resolution. Additionally, taking advantage of the flexibility of an optical fiber sensor, we introduced a bendable supporting structure and made it possible to freely adjust the angle for ease of installation of the liquid level indicator. In the proof-of-concept experiment using a prototype incorporating the proposed concept, we confirmed that the interface location can be effectively detected by utilizing the difference in heat transfer characteristics between liquid and gas phases, demonstrating the feasibility of liquid level measurement. Such a liquid level indicator is expected to enable more accurate level measurements in environments with huge temperature changes and to be conveniently used even in situations where installation and maintenance of the level meter are challenging due to complex internal structures.

본 연구에서는 수소 자원의 활용도가 높아짐에 따라 수소 저장 용기의 내진 성능을 평가하기 위해 수소 저장 시설을 방문하여 현장 조사를 수행하였다. 외관 조사 중, 수조 저장 용기의 지지부에서 부식이 진행됨을 확인하였고, 이에 대한 대책안 으로 내부식성 재료인 CFRP로 대체하여 성능을 평가, 검증하였다. 이를 위해 현장 조사 결과를 바탕으로 상용 유한요소해석 프 로그램인 ABAQUS를 사용하였으며, 해석 결과 CFRP로 제작된 수소 저장 용기의 지지부는 강재 대비 약 12배 이상 뛰어난 성 능을 보였다. Hashin Damage Criteria를 기반으로 CFRP 지지부의 안전성 검토를 수행한 결과 최대 손상 지수가 0.065로 확인되 었다. 기초부 콘크리트의 경우, 쪼갬 및 휨 인장 응력에 대한 안전성을 검토하였으며, 허용 강도 대비 7~36%의 안전도를 보였 다. 이를 근거로 CFRP를 수소 저장 용기의 지지부에 적용하는 것은 합리적이며, 뛰어난 경제성을 보인다. 다만, 이러한 결과는 수치 해석에 의하므로 실규모 지진동 모사 시험을 통해 해석 모델의 신뢰성을 보충할 필요가 있다.

청정 연료인 수소를 생산하기 위해 현재 가장 널리 사용되는 기술인 증기 개질이다. 이 방법으로 생산된 수소는 일산화탄소와 같은 불순물을 함유하고 있어, 이를 연료전지와 같은 응용분야에 사용하기 위해서는 적절한 정제 과정을 반드 시 거쳐야 한다. 최근 효과적인 정제 방법으로 분리막 기술이 각광받고 있다. 본 연구에서는 수소와 일산화탄소 혼합가스에서 수소 분리 및 회수를 위해 바이오가스 고질화용(biogas upgrading) 상용 폴리설폰(polysulfone) 고분자막의 활용 가능성에 대 해서 평가하였다. 먼저, 사용한 상용막의 물리화학적 특성에 대해서 평가하였고, H2/CO를 이용하여 stage-cut, 운전압력과 같 은 다양한 조건에서의 상용막 모듈의 성능 평가를 진행하였다. 마지막으로, 평가 결과를 바탕으로 공정설계를 위한 시뮬레이 션을 진행하였다. 본 연구에서의 상용 분리막 공정의 최대 H2 투과도와 H2/CO 분리계수는 각각 361 GPU와 20.6을 기록하였 다. 또한, CO 제거 효율은 최대 94%를 나타내었으며, 생산 수소 농도는 최대 99.1%를 달성하였다.