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연구과제명 극한기후에 대한 Multi-climate 콘크리트 기술 개발 
성명 김장호  소속 연세대학교 
E-mail jjhkim@yonsei.ac.kr 
연구실명 콘크리트구조공학연구실  연구실홈페이지 http://www.contopia.net/ 
구분 제 2 총괄  4 세부 

연구의 당위성 및 필요성

  • 최근, 미국 로스앤젤레스(LA)의 우기가 1∼2월에서 5∼6월(원래 건기)로 변화되면서, 5∼6월 건기동안 콘크리트를 타설 하던 기간이 현재 실제 건기인 7∼8월로 변경되었으나, 극심하게 더워지는 LA의 여름 기후조건으로 인해 콘크리트 타설에 문제가 발생하였음. 이와 같은 기후변화의 심각성을 파악하여, LA시에서 UCLA의 Woody Ju 교수에게 기후변화에 따른 콘크리트의 강도변화에 대한 연구를 의뢰한 바 있음.

  • 국내의 경우에도, 폭염, 폭우, 한파, 폭설과 같은 기후변화가 심각하게 발생하고 있으며, 기후변화에 따른 콘크리트 구조물의 공사 진행기간이 연장되어 그로 인한 경제적 손실이 증가하거나, 기후변화를 고려하지 못한 채, 무리한 시공을 하여 콘크리트의 품질저하로 인해 부실시공의 원인이 되고 있는 실정임.

  • 특히, 국내 건설업체의 해외 건설공사의 증가하면서 극한 또는 극서 지역, 또는 해안 또는 사막 지역 등 다양한 환경조건에 놓여 있는 곳에서의 콘크리트 공사에 대한 문제점이 발생하면서 이에 대한 해결방안이 필요하나, 부족한 연구실정으로 인해 필요한 시점에 적용되지 못하고 있는 실정임.

  • 콘크리트는 온도조건, 습도조건, 강우조건, 풍향조건, 일조량 등 다양한 환경조건에 따라 콘크리트 품질의 영향을 많이 받으므로, 기후 및 지역, 환경적 영향 등을 사용자의 선택에 따라 고려하여 콘크리트 구조물에 영향을 주는 환경영향인자를 도출하고, 재료, 구조 및 유지관리를 통합적으로 고려한 콘크리트 구조물의 성능중심설계 시스템의 개발 필요성이 요구되고 있음.

  • 기후변화 적응형 콘크리트 기술은 콘크리트 공학의 재료, 구조 및 유지관리 등의 전반적인 재료 및 구조공학 분야에 적용 가능할 것으로 예상되며, 관련 산업으로의 파급효과 측면에서 매우 중요함.

국내외 연구현황 및 한계점

  • 국내의 경우, LNG 가스탱크와 같이 극한기온을 지속적으로 받는 콘크리트 구조물에 대한 연구가 초기단계로 진행되고 있음. 

     
  • 러시아, 스웨덴, 알래스카와 싱가포르, 호주, 미국 등을 중심으로 한중 및 서중지역을 중심으로 1980년대부터 극한기후에 대한 콘크리트 저항성능에 대한 활발한 연구가 수행되고 있음.

  • 일본 Kagawa Univ.의 Koji Sakai교수는 FIB(Federation Internationale du Beton, 국제콘크리트연합)에 ‘친환경 콘크리트 설계시스템'을 제시하여 친환경 성능중심설계를 제시하고 있으나, 국내의 경우 배합설계 성능중심 연구만이 수행되고 있음.

  • 국내 현장에서는 콘크리트표준시방서에서 제시되고 있는 한중 및 서중 콘크리트에 대한 단순한 규정을 유지하고 있으나, 최근 극심한 기후변화로 인한 콘크리트 품질의 저하가 발생하고 있음.

  • 국외의 연구에서도 극한기후 및 극서기후의 일정 기후 관련 연구만 이뤄지고 있으나, 기후변화에 대한 연구는 이뤄지고 있지 않은 실정임.

  • 건설재료 재활용 방법과 매연(CO2, SOx, NOx), 폐기물 발생량 절감과 같은 기후변화 대응기법과 관련된 성능중심설계기법을 제시하고 있으나, 콘크리트의 기후변화 적응기법에 대한 연구는 수행되고 있지 않음.

차별성

  • 기후변화(온도, 강수, 습도, 일조시간 등)와 기후인자 변동폭을 고려한 콘크리트 구조물의 주요 설계 요소 도출

  • 콘크리트 구조물에 대한 재료, 구조 및 유지관리 설계의 환경영향인자 및 중요도를 설정하여 기후환경에 대한 영향 평가방법을 정립하고, 복합 및 통합적 성능중심설계방법 개발

  • 콘크리트 구조물에서 발생하는 있는 CO2 절감 및 폐기물 생산의 감소 등의 단순히 환경변화에 대하여 대응하는 기술이 아닌, 기후변화의 재료, 구조, 유지관리 분야에서 적극적으로 적응해 나갈 수 있는 시스템 제시

연구과제 추진방법 및 추진체계

  • 본 연구과제는 기후변화 및 지역, 환경조건에 따라 민감하게 반응하는 콘크리트 구조물에 대하여 다양한 기후환경상황에 따른 최적설계를 위하여 기후환경영향을 고려한 콘크리트 구조물의 재료․구조 ․유지관리의 통합적 성능중심설계 시스템을 개발하고자 하며 종합적인 연구추진 방법과 체계는 다음과 같음.

    • 콘크리트 구조물의 기후환경 설계시스템 정립 
      • 국내 기후변화(온도, 습도, 강수, 일조)에 따른 콘크리트 구조물의 거동과 관련된 연구가 매우 미흡함. 
      • 본 연구에서는 다양한 기후환경에 대해 요구되는 콘크리트 구조물의 목표성능을 선정하고, 기후환경에 대한 콘크리트 구조물의 주요 인자를 도출하여, 기후환경에 따른 콘크리트 구조물의 설계시스템을 정립하고자 함.

    • 콘크리트 구조물의 기후환경 영향평가 정립 
      • 기후변화는 지역적, 환경적 조건에 따라 상이하게 되며, 여러 기후환경조건에 따라 사용자가 요구하는 콘크리트 구조물의 성능이 상이하게 됨. 그러나, 국내외적으로 사용자가 요구하는 콘크리트 구조물의 기후환경 영향평가 방법이 정립되어있지 않은 실정임. 
      • 따라서, 콘크리트의 재료설계, 구조설계, 유지관리 설계에서의 영향인자와 중요도를 확률론적 방법에 따라 각 설계의 영향인자를 조합하여 설계 시스템에 따른 기후환경 영향 평가방법을 정립하고자 함.

    • 기후환경영향을 고려한 Multi-climate 콘크리트의 성능중심설계의 최적화 
      • 개발된 기후영향평가와 현재 Code와의 비교분석을 통하여 제안된 재료, 구조, 유지관리를 통합한 Multi-climate 콘크리트의 성능중심설계 최적화된 방법의 타당성을 검토하여 기술의 실용화를 목표로 하고자 함. 
      • 본 연구 성과를 바탕으로 기후변화에 따른 콘크리트 구조물의 설계기준 및 시공을 통해 국내 기후변화에 대한 콘크리트 구조물의 대응기술 중심에서 적응기술로의 전환이 가능할 것으로 사료 됨.


<연구추진체계 (제 2 총괄 3 세부)>


기대효과

  • 본 연구과제의 성과는 기후환경영향을 받는 콘크리트 구조물에 대하여, 목표성능에 따른 성능중심설계 시스템을 개발하여 추후, 국내 뿐 아니라, 국제 기준에 부합하는 대표적인 설계기법을 제시
  • 기후변화에 따른 콘크리트 구조물의 시공사례를 확보하여 대표적인 설계제시 및 현장 시공법 체계화 및 설계자가 원하는 수준의 설계 시스템 구축 하여, 국내외 기술자들의 활발한 연구교량의 장 마련 가능
  • 온도 적응형 시멘트의 개발, 혼화재, 특수 Admixture의 개발 및 검토를 통한 콘크리트 재료기술 및 기후조건을 반영한 구조성능 및 유지관리를 통한 관련 기술력 향상
  • 중요도 및 환경영향인자에 따른 기후환경평가 및 설계시스템 정립을 통해 세계 최초로 기후변화를 고려한 콘크리트 구조물의 성능중심설계의 정립 및 규정화 가능
  • 기후변화에 따른 콘크리트 구조물의 파괴 방지를 통한 인명피해 및 재산피해를 미연에 방지 
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