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[표지] 1

제출문 3

보고서 요약서 4

요약문 5

목차 9

제1장 연구개발과제의 개요 20

제1절 연구개발 배경 및 필요성 20

1. 연구개발 배경 20

2. 연구개발 필요성 21

3. 정부정책 연구원 미션과의 연계성 24

제2절 연구개발 목표 및 내용 24

1. 연구개발의 최종목표 24

2. 당해연도(2019년) 연구목표 및 내용 25

제2장 국내외 기술개발 현황 28

제1절 단면복구용 난연 복합소재 패널 28

1. 기술개발 배경 28

2. 기술동향 및 전략 28

3. 난연패널용 복합소재 35

4. 열경화성 수지 37

제2절 단면복구용 기능성 보수보강 모르타르 38

1. 기술개발 배경 38

2. 이론적배경 39

제3절 철도소음 저감용 구조용 흡음 콘크리트 기술 현황 51

1. 철도소음대책 현황 51

2. 고강도 흡음콘크리트 소재개발 56

제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 64

제1절 노후 콘크리트 보수보강 난연패널용 복합소재 64

1. 난연패널 복합소재 및 열경화성 수지 선정 64

2. 시편제작 및 난연성능 평가 66

3. 시제품 제작 및 성능평가 70

제2절 노후 콘크리트 단면복구용 기능성 모르타르 72

1. 폴리머 및 실리카퓸을 첨가한 모르타르의 성능평가 72

2. 유리골재의 함유량에 따른 모르타르의 성능평가 76

3. 기능성소재 함유에 따른 모르타르의 성능평가 80

제3절 폐터널을 활용한 현장적용성 평가 87

1. 폐터널 선정 87

2. 폐터널 사전상태평가 87

3. 폐터널 현장시공 98

4. 폐터널 사후 안전점검 103

5. 보수모르타르 현장 부착강도 시험 105

6. 난연 복합소재 패널 현장 부착강도 시험 107

7. 난연 복합소재 패널 구조 성능평가 109

제4절 구조용 흡음 콘크리트 배합기술의 성능 검증 113

1. 철도 소음에 최적화된 흡음 콘크리트 배합설계 도출 113

2. 구조용 흡음 콘크리트의 흡음 특성 분석 143

3. 개발된 흡음 콘크리트의 내구성 평가 150

제5절 콘크리트 표면결함 복구를 위한 액상형 보강재 배합 Upgrade 및 성능평가 155

1. 액상형 보강재 1차년도 배합 요약 155

2. 콘크리트 표면결함 복구를 위한 액상형 보강재 배합 업그레이드 156

3. Upgrade 된 액상형 보강재 적용 PSC 침목 성능평가 169

4. 액상형 보강재 주입 전용 몰드 및 소형 장비 개념 설계 189

제4장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 196

제1절 목표 달성도 196

제2절 관련분야에의 기여도 226

제5장 연구개발 결과의 활용 계획 230

제1절 연구성과의 활용 계획 230

제2절 연구성과의 확산 및 기대효과 230

1. 성과확산 계획 230

2. 연구개발의 기대효과 230

참고문헌 232

판권기 234

표목차 10

표 1-1-1. 연도별 철도소음 민원 발생 현황 22

표 2-1-1. 건축법에 따른 불연, 준불연 및 난연재료의 요건 30

표 2-1-2. 철도차량 기술기준 상 내장패널 화재안전 기준 36

표 2-1-3. EN 45545-2의 내장패널 기준 (R1 등급) 36

표 2-1-4. 수지별 인장강도 비교 37

표 2-2-1. 황산염에 노출된 콘크리트에 대한 규정 (ACI Building Code 318-95) 47

표 2-2-2. 시멘트 모르타르의 내염성(150일 침지후 강도) 49

표 2-3-1. Measures, effects and costs 52

표 2-3-2. 국제적인 소음저감을 위한 주요연구과제의 요약-1 53

표 2-3-3. 국제적인 소음저감을 위한 주요연구과제의 요약-2 54

표 3-1-1. 수지별 기계적 강도 비교 64

표 3-1-2. 섬유 함량별 강도변화 66

표 3-1-3. 배합설계(안)에 따른 총방출열량 평가 결과 67

표 3-1-4. 사출성형시편 평가결과 (KCL, CT18-091141) 69

표 3-1-5. 인발성형시편 평가결과(시험성적서;FITI, M213-19-12242(K)) 71

표 3-1-6. 인발성형시편 물리적 특성결과(시험성적서;TAK - 2019-183220) 71

표 3-2-1. 실리카퓸 및 폴리머의 함유량 배합표 72

표 3-2-2. 유리경량골재의 함유량에 따른 배합표 77

표 3-3-1. 재래식(무근콘크리트 라이닝) 결함지수 산정기준 87

표 3-3-2. NATM(철근콘크리트 라이닝) 결함지수 산정기준 88

표 3-3-3. 개착식터널(BOX 철근콘크리트 구조물) 결함지수 산정기준 88

표 3-3-4. 균열의 상태평가 세부기준 89

표 3-3-5. 누수 상태평가 기준 90

표 3-3-6. 파손 및 손상 상태평가 기준 91

표 3-3-7. 재질열화의 상태평가 세부기준 92

표 3-3-8. 배수상태의 상태평가 세부기준 93

표 3-3-9. 지반상태의 상태평가 세부기준 93

표 3-3-10. 갱문의 상태평가 세부기준 94

표 3-3-11. 공동구의 상태평가 세부기준 94

표 3-3-12. 특수조건의 상태평가 세부기준 94

표 3-3-13. 상태평가 등급범위 95

표 3-3-14. 결함 및 손상내용 96

표 3-3-15. 라이닝 상태평가 97

표 3-3-16. 라이닝 결함지수 97

표 3-3-17. 터널의 상태평가 결과 97

표 3-3-18. 보수·보강 방안 103

표 3-3-19. 라이닝 상태평가 104

표 3-3-20. 라이닝 결함지수 104

표 3-3-21. 터널의 상태평가 결과 104

표 3-3-22. 모르타르 부착강도 시험결과 106

표 3-3-23. 패널의 부착강도 시험결과 108

표 3-3-24. 휨 실험결과 110

표 3-4-1. 사용된 시멘트와 실리카흄의 화학조성 113

표 3-4-2. 굵은 골재 일반물성 114

표 3-4-3. 사용된 결합재 배합 117

표 3-4-4. 다공성 콘크리트 배합설계 방법 118

표 3-4-5. 다공성 콘크리트 배합 설계 결과 119

표 3-4-6. 다공성 콘크리트 배합의 공극률 128

표 3-4-7. 다공성 콘크리트 배합의 압축강도 129

표 3-4-8. 광학 현미경 촬영 기반 공극 정보 136

표 3-4-9. X-ray CT기반 시편의 공극 정보 141

표 3-4-10. 콘크리트 패널과 골재더미의 흡음 특성 비교 145

표 3-4-11. 다공성 결합재 배합의 흡음 특성 실험 결과 147

표 3-4-12. 다공성 결합재 배합과 일반 콘크리트의 흡음 특성 실험 결과 148

표 3-4-13. 다공성 콘크리트, 일반 콘크리트, 다공성 결합재 배합의 흡음 특성 실험 결과 149

표 3-4-14. 다공성 콘크리트 두께에 따른 흡음 특성 실험 결과 150

표 3-4-15. 동결융해 저항시험 적용 다공성 콘크리트의 배합 151

표 3-4-16. 다공성 콘크리트의 페인트 함침 전후 공극률 152

표 3-4-17. 다공성 콘크리트의 동결융해 전후 상대동탄성계수 154

표 3-5-1. 1차년도 콘크리트 균열 보수용 유·무기 혼합형 주입재 배합(안) 155

표 3-5-2. 일반적인 균열 보수용 주입 재료와 업그레이드 예정 액상형 보강재 특성 비교 156

표 3-5-3. 액상형 보강재 업그레이드 1차 배합설계(안) 157

표 3-5-4. 액상형 보강재 업그레이드를 위한 1차 실험 결과 162

표 3-5-5. 액상형 보강재 업그레이드 2차 배합설계(안) 162

표 3-5-6. 액상형 보강재 적용 절차 169

표 4-1-1. 성과목표 대비 추진실적 196

그림목차 12

그림 1-1-1. 첨단 철도신소재 융합 기술의 중요성 20

그림 1-1-2. 국내 철도터널공사에 사용된 부적격 난연패널 사례 21

그림 1-1-3. 연도별 공동주택 철도소음 민원발생 현황 23

그림 2-1-1. 불연성 시험기 31

그림 2-1-2. 불연성 시험편 시료 31

그림 2-1-3. 콘칼로리미터 시험기 32

그림 2-1-4. 열방출률 시험시료 33

그림 2-1-5. 가스유해성 시험기 34

그림 2-1-6. 가스유해성 시료 34

그림 2-1-7. Unsaturated polyester resin 35

그림 2-1-8. 하니컴 패널 35

그림 2-2-1. 콘크리트 성능저하 메커니즘 40

그림 2-2-2. 콘크리트구조물의 화학적 침식 41

그림 2-2-3. 황산염 침해에 의한 팽창 및 균열 44

그림 2-2-4. 황산염 침해에 의한 콘크리트의 손상 45

그림 2-3-1. Sources of railway noise according to train speed 52

그림 2-3-2. 시·도시별 방음벽 설치계획 (2015년) 55

그림 2-3-3. 노선 1km당 소음저감시설 설치계획 55

그림 2-3-4. 연도별 저소음차량 도입, 장대레일 설치 현황 및 계획 56

그림 2-3-5. 저감대책 별 소요예산 56

그림 2-3-6. 다공성 콘크리트의 흡음성능 모델링 : 실험결과와의 비교 및 변수분석 57

그림 2-3-7. 철도 소음저감을 위한 흡음블록 적용 국외사례 58

그림 2-3-8. 국내개발 흡음블럭 59

그림 2-3-9. 흡음재 설치전경 59

그림 2-3-10. 흡음블럭 품질기준(한국철도표준규격 KRS TR 0015-15) 59

그림 2-3-11. 건설 환경 품질평가원 품질기준(Product performance standards of KQI)(2010) 60

그림 2-3-12. 도상흡음블록 구성 60

그림 2-3-13. 국내 흡음블록 시공사례 61

그림 3-1-1. 복합소재 도출 및 특성 65

그림 3-1-2. 난연 복합소재 패널 배합설계 66

그림 3-1-3. 사출성형시편의 열방출률 67

그림 3-1-4. 2차 사출성형시편 및 열방출율 평가사진 67

그림 3-1-5. 사출성형시편 및 평가 후 사진 68

그림 3-1-6. 복합소재 패널(인발성형)의 제조공정 68

그림 3-1-7. 복합소재 패널의 제조공정 69

그림 3-1-8. 복합소재 패널의 제조공정 70

그림 3-2-1. 압축강도용 시편사진 73

그림 3-2-2. 공시체제작 사진 73

그림 3-2-3. 압축강도시험 사진 73

그림 3-2-4. 실리카퓸 및 폴리머 함량에 따른 기간별 압축강도 결과 74

그림 3-2-5. 실리카퓸 및 폴리머 함유량에 따른 휨강도 결과 75

그림 3-2-6. 실리카퓸 및 폴리머 함유량에 따른 부착강도 시험 결과 76

그림 3-2-7. 경량골재 함유량에 따른 압축강도 시험 결과 77

그림 3-2-8. 경량골재 함유량에 따른 휨강도 시험 결과 78

그림 3-2-9. 플로우 실험 사진 78

그림 3-2-10. 경량골재 함유량에 따른 플로우 시험 결과 79

그림 3-2-11. 비중 시험 사진 79

그림 3-2-12. 경량골재 함유량에 따른 비중 시험 결과 80

그림 3-2-13. 기능성소재 함유에 따른 플로우 시험 결과 80

그림 3-2-14. 기능성소재 함유에 따른 압축강도 시험 결과 81

그림 3-2-15. 기능성소재 함유에 따른 휨강도 시험 결과 82

그림 3-2-16. 기능성소재 함유에 따른 부착강도 시험 결과 82

그림 3-2-17. 기능성소재 함유에 따른 비중 시험 결과 83

그림 3-2-18. 경량보수재 MIP 시험 결과 84

그림 3-2-19. 경량보수재+기능성소재 MIP 시험 결과 84

그림 3-2-20. 경량비드보수재 MIP 시험 결과 85

그림 3-2-21. 경량비드보수재+기능성소재 MIP 시험 결과 85

그림 3-2-22. 기존보수모르타르 MIP 시험 결과 86

그림 3-3-1. 폐터널(매월터널) 외부전경 87

그림 3-3-2. 폐터널(매월터널) 내부전경 87

그림 3-3-3. 상태평가 결과 산정절차 95

그림 3-3-4. 손상사진 96

그림 3-3-5. 경량보수재 시공순서 99

그림 3-3-6. 주입식 공법 시공 순서도 100

그림 3-3-7. 주입식 시공상세도 100

그림 3-3-8. 주압착식 공법 시공 순서도 100

그림 3-3-9. 압착식 시공상세도 100

그림 3-3-10. 주입식 패널 시공순서 101

그림 3-3-11. 주입식 패널 시공사진 102

그림 3-3-12. 보수완료 현황 103

그림 3-3-13. 모르타르 시공위치 106

그림 3-3-14. 현장 부착강도 시험사진 106

그림 3-3-15. 패널시공위치 109

그림 3-3-16. 패널 현장부착강도 시험 109

그림 3-3-17. 파괴모드 110

그림 3-3-18. 하중-처짐 곡선 111

그림 3-3-19. 하중-변형률(철근) 곡선 111

그림 3-3-20. 하중-변형률(패널) 곡선 112

그림 3-4-1. 사용된 재료 113

그림 3-4-2. 사용된 골재 형상 115

그림 3-4-3. 사용된 PVA 섬유 116

그림 3-4-4. 결합재 배합의 미니슬럼프 플로 120

그림 3-4-5. 결합재 배합의 물흡수도(左)와 밀도(右) 121

그림 3-4-6. 결합재 배합의 재령 7일(좌), 28일(우) 압축강도 122

그림 3-4-7. 결합재 배합의 (a) 압축강도-흡수율, (b) 압축강도-밀도 관계 122

그림 3-4-8. 시멘트 페이스트의 흐름량 : 타격 전(좌), 후(우) 123

그림 3-4-9. 선배합된 시멘트 페이스트(상좌) 및 골재에 도포 전 강재식 믹서(상우), 골재 도포 123

그림 3-4-10. 진동다짐에 의한 다공성 콘크리트 제작 및 상부 캐핑(capping), 양생 124

그림 3-4-11. 진동다짐에 의해 제작된 흡음용 다공성 콘크리트 측면 표면 125

그림 3-4-12. 실린더 시편의 압축강도 측정 125

그림 3-4-13. 다공성 콘크리트 내 공극측정 순서 126

그림 3-4-14. 다공성 콘크리트 배합의 실제 총 공극률 vs. 압축강도 130

그림 3-4-15. 다공성 콘크리트 배합의 닫힌 공극률 vs. 열린 공극률 130

그림 3-4-16. 다공성 콘크리트 배합의 목표공극률 vs. 실제 총 공극률 131

그림 3-4-17. 광학 현미경 촬영 시편 단면 134

그림 3-4-18. 현미경 이미지에서 공극과 매트릭스의 회색도 분석 135

그림 3-4-19. 이미지 이원화를 위한 임계값 결정 136

그림 3-4-20. (a) 현미경 이미지에서 얻은 공극 평균 크기와 2차원 공극비율의 관계, (b) 2차원 공극비율과 시편의 물 흡수도 관계 138

그림 3-4-21. X-ray CT를 이용한 다공성 결합재 배합 공극 특성 분석 140

그림 3-4-22. X-ray CT를 이용한 다공성 결합재 공극 분석 결과 141

그림 3-4-23. 이미지 기반 공극 특성과 물 흡수도 관계 142

그림 3-4-24. 흡음시험용 PU Probe 장비 143

그림 3-4-25. 콘크리트 패널과 골재더미의 주파수 대역별 흡음 특성 비교 145

그림 3-4-26. PU probe를 이용한 흡음 특성 시험 과정 146

그림 3-4-27. 다공성 결합재 배합의 주파수 대역별 흡음 특성 실험 결과 147

그림 3-4-28. 다공성 결합재 배합과 일반 콘크리트의 주파수 대역별 흡음 특성 실험 결과 148

그림 3-4-29. 다공성 콘크리트 배합과 다공성 결합재 배합, 일반 콘크리트의 주파수 대역별 흡음 특성 실험 결과 149

그림 3-4-30. 두께가 다른 다공성 콘크리트 배합의 주파수 대역별 흡음 특성 실험 결과 150

그림 3-4-31. 다공성 콘크리트의 페인트 함침 152

그림 3-4-32. 다공성 콘크리트의 페인트 함침 후 건조 시편 153

그림 3-4-33. 페인트 함침 콘크리트 시편 및 단면 153

그림 3-4-34. 동결융해 100 cycle 후 다공성 콘크리트 시편(페인트 함침 유무)의 형상 154

그림 3-5-1. 액상형 보강재 업그레이드에 적용된 재료 158

그림 3-5-2. 배합(안)별 점도 상태-1 158

그림 3-5-3. 배합(안)별 점도 상태-2 159

그림 3-5-4. 배합(안)별 기건 상태-1 159

그림 3-5-5. 배합(안)별 기건 상태-2 160

그림 3-5-6. 배합(안)별 접착 성능 시험 전경 160

그림 3-5-7. 배합(안)별 접착 성능 결과 비교 161

그림 3-5-8. 배합(안)별 경화 시간 결과 비교 161

그림 3-5-9. 액상형 보강재 업그레이드 2차에 적용되는 재료 163

그림 3-5-10. 액상형 보강재 점도 시험 전경 163

그림 3-5-11. 액상형 보강재 건조 시험 전경 164

그림 3-5-12. 액상형 보강재 접착 강도 시험 전경 165

그림 3-5-13. 액상형 보강재 2차 배합(안)별 점도 시험 결과 166

그림 3-5-14. 액상형 보강재 2차 배합(안)별 건조 시험 결과 166

그림 3-5-15. 액상형 보강재 2차 배합(안)별 접착 강도 시험 결과 167

그림 3-5-16. 경부고속선에서 회수된 망상균열+종균열 발생 PSC 침목 170

그림 3-5-17. 망상균열+종균열 발생 PSC 침목(식별코드 : #49) 액상형 보강재 적용 절차 170

그림 3-5-18. 경부고속선에서 회수된 종균열 발생 PSC 침목-1&2 액상형 보강재 적용 171

그림 3-5-19. 종균열만 존재하는 PSC 침목-1(식별코드 : #39) 마감재 적용 171

그림 3-5-20. 종균열만 존재하는 PSC 침목-2(식별코드 : #47) 마감재 적용 172

그림 3-5-21. 종균열만 존재하는 PSC 침목-3(식별코드 : #46) 마감재 적용 173

그림 3-5-22. PSC 침목 레일 좌면부 휨 강도 시험체 설치 (KRS TR 0008) 173

그림 3-5-23. 액상형 보강재가 적용된 PSC 침목의 레일 좌면부 정적 휨 강도 시험체 설치 현황 174

그림 3-5-24. 액상형 보강재가 미적용된 PSC 침목의 레일 좌면부 정적 휨 강도 시험체 설치 현황 174

그림 3-5-25. 레일 좌면부 정적 휨 강도 시험 시 적용된 절차 175

그림 3-5-26. 망상균열+종균열이 존재하는 PSC 침목(액상형 보강재 적용)의 파괴 시 상태 175

그림 3-5-27. 망상균열+종균열이 존재하는 PSC 침목(액상형 보강재 적용)의 하중-처짐 관계 176

그림 3-5-28. 망상균열+종균열이 존재하는 PSC 침목의 파괴 시 상태 (선행 연구) 176

그림 3-5-29. 망상균열+종균열이 존재하는 PSC 침목의 하중-처짐 관계 (선행 연구) 177

그림 3-5-30. 종균열이 존재하는 PSC 침목(액상형 보강재 적용)의 파괴 시 상태 178

그림 3-5-31. PSC 침목-2에서 하중 증가 시 균열 전파 양상 178

그림 3-5-32. 종균열이 존재하는 PSC 침목(액상형 보강재 적용)의 하중-처짐 관계 178

그림 3-5-33. 종균열이 존재하는 PSC 침목(액상형 보강재 미적용)의 파괴 시 상태 179

그림 3-5-34. 종균열이 존재하는 PSC 침목(액상형 보강재 미적용)의 하중-처짐 관계 179

그림 3-5-35. PSC 침목 중앙부 휨 강도 시험체 설치 (KRS TR 0008) 180

그림 3-5-36. 액상형 보강재가 적용된 PSC 침목의 중앙부 정적 휨 강도 시험체 설치 현황 180

그림 3-5-37. 종균열이 존재하는 PSC 침목(액상형 보강재 적용) 중앙부의 파괴 시 상태 181

그림 3-5-38. 종균열이 존재하는 PSC 침목(액상형 보강재 적용) 중앙부의 하중-처짐 관계 182

그림 3-5-39. 종균열이 존재하는 PSC 침목(액상형 보강재 미적용) 중앙부의 파괴 시 상태 182

그림 3-5-40. 종균열이 존재하는 PSC 침목(액상형 보강재 미적용) 중앙부의 하중-처짐 관계 183

그림 3-5-41. Upgrade 된 액상형 보강재가 적용된 PSC 침목의 피로 시험 : 시험체 설치 184

그림 3-5-42. 피로 시험 종료 시점에서 침목에 작용되는 반복 하중 185

그림 3-5-43. 피로 시험 과정에서 발생된 최초 균열 185

그림 3-5-44. 고속선에서 샘플링된 피로 시험용 PSC 침목 (선행 연구) 185

그림 3-5-45. 피로 시험 단계별 침목 상태 (선행 연구) 186

그림 3-5-46. 피로 하중 재하 및 제거 시 침목 균열폭 186

그림 3-5-47. 피로 시험 후 정하중 재하 시 침목 파괴 형상 187

그림 3-5-48. 피로 시험 후 파괴 시험 시 하중-처짐 관계 187

그림 3-5-49. 피로 시험 후 정하중 재하 시 침목 파괴 형상 (선행 연구) 188

그림 3-5-50. 피로 시험 후 파괴 시험 시 하중-처짐 관계 (선행 연구) 188

그림 3-5-51. 액상형 보강재 주입 전용 몰드 개념 189

그림 3-5-52. 액상형 보강재 주입 전용 몰드 상세 190

그림 3-5-53. 액상형 보강재 주입 및 이동을 위한 소형 장비 개념도 191

그림 3-5-54. 소형 장비 상에 위치한 발전기 및 콤프레셔 191

그림 3-5-55. A제 및 B제 보관 용기 및 연결관-밸브 상세 192

그림 3-5-56. 혼합탱크 192

그림 3-5-57. 혼합탱크 압력 분사장치 및 주입 호스 설치 상세 193