1조
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 재활용 소재, 폐기물을 사용한 경제적, 친환경 콘크리트 연구
영문 : Recycled and Eco-friendly Concrete Research
과제 팀명
1조
지도교수
김지수 교수님
개발기간
2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 20XXXXX0** 김**(팀장)
서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 20XXXXX0** 정**
서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 20XXXXX0** 조**
서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 20XXXXX0** 이**
서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 20XXXXX0** 남**
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
본 과제에서는 꾸준히 증가하는 폐기물 처리를 위해 플라스틱 필렛, 물티슈를 대체제로 적용하여 제작 단가를 낮추고 탄소 배출을 줄이면서도 우수한 강도와 내구성을 확보하는 공법을 연구한다. 이를 통해 건설 산업의 자원 순환과 탄소중립 실현에 기여할 수 있는 지속 가능한 건설재료 기술을 제시하고자 한다.
◇ 목표 - 폐기물과 재활용 소재를 활용해 경제성 및 친환경성을 갖춘 콘크리트 개발
◇ 방법 - 플라스틱 필렛, 물티슈를 골재 대채제 및 첨가제로 활용
◇ 핵심성과 - 제작 단가 절감 - 탄소 배출 감소 - 강도 및 내구성 확보
개발 과제의 배경
◇ 폐기물 처리 문제 - 2026년부터 수도권 3개 시도 생활폐기물 직매립 전면금지 - 새로운 폐기물 자원화 기술 개발 필요성 증가
◇ 원자재 가격 상승 - 건설 자재 대부분을 수입에 의존하여 가격 불안정성 증가 - 최근 고환율이 지속되어 건설자재 비용 부담
◇ 탄소 중립 트렌드 - 글로벌 탄소 배출 감축 요구 강화와 ESG 경영의 확산 - 탄소 저감 기술 개발 필요성 및 친환경 건설 자재 개발 중요성 증가
개발 과제의 목표 및 내용
◇ 성능 목표 - 기존 콘크리트 대비 70% 이상 강도 확보
◇ 경제 목표 - 제작 원가 20% 절감 - 경제성 분석을 통해 사회적 비용 절감
◇ 환경목표 - 탄소 배출량 감소 - 폐기물 처리 및 재활용률 향상
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
전 세계적으로 탄소 중립 및 지속 가능한 건설기술 관련 연구 및 개발이 활발하다. 그중 본 과제와 관련 있는 폐기물·재활용 골재 활용 콘크리트 기술의 최신 동향과 연구 성과는 다음과 같다
Foti, D. (2012)
- PET 병을 절단하여 제작한 섬유로 보강한 콘크리트 공시체에 대해 연구를 진행. 콘크리트의 연성이 향상. 콘크리트와 PET 사이의 부착 성능이 우수하다는 결과
Kim, Byung-Chul et al. (2015)
- LCD 폐유리 미분말을 사용하여 고강도 콘크리트에 대한 연구를 진행. 대부분의 경우 강도가 저하되었으나 미분말의 입도 및 입경을 균질하게 한다면 강도가 향상될 것으로 평가
Toghroli, A. et al. (2018)
- 재활용 분쇄 유리, 강섬유, 폐타이어, 플라스틱 등의 폐기물을 이용한 포장용 포러스 콘크리트에 대해 연구시멘트 사용을 줄이고 폐기물 문제를 완화하는 효과 확인
Babafemi, A. et al. (2018)
- 폐플라스틱을 혼입하여 제작한 콘크리트의 기계적 특성과 내구성에 대해 연구. 압축강도, 휨강도 등의 특성들은 전반적으로 감소하였으나 공학적 요구를 충족, 폐플라스틱의 전처리 방법에 대해 추가 연구의 필요성을 제시
Yang, I.-H. (2021)
- 플라스틱 재활용 섬유를 콘크리트 제작에 사용하여 균열저항성 및 인장강도의 개선확인
Deng, J.-X. et al. (2023)
- 재활용 골재, 볏짚, 유약 처리한 구슬 등을 이용하여 재활용 단열 콘크리트를 개발. 기계적 성능 기준을 충족하면서 우수한 단열 성능을 제공하는 최적 배합비를 도출
Woo, G.-S., Kim, J.-H. (2024)
- 30~40MPa 이상의 순환골재 콘크리트 제조를 위한 실험적 연구를 진행. 해당 연구에서는 순환골재의 품질 개선 및 강도 증진을 위한 기초자료를 제공하여 순환골재 콘크리트의 폭넓은 활용을 도모
- 특허조사 및 특허 전략 분석
폐도자기와 폐애자를 경량 골재 대체재와 포장용 골재로 사용하는 재활용법
- 폐애자를 가능한 구에 가깝도록 파쇄, 연마하여 정형한 것을 천연 자갈을 대체할 수 있는 골재(상품명: 리포세라)로 사용. 아스팔트 포장의 노반 하층부의 쇄석의 일부로 사용. 골재에 열경화성 합성수지를 바인더로 사용하여 아스팔트 포장의 표층용 골재로 사용한다.
유리병컬럿을 경량 골재 대체재와 포장용 골재로 사용하는 재활용법
- 빈 병의 컬럿을 천연 모래의 경량골재 대체재나 컬러 투수 포장용 골재 등으로 사용하는 재활용법. 컬릿은 파쇄된 입체형의 입자로서 모서리각이 예리하여 위험성이 많으므로 새로 발명한 시스템을 적용
재활용 경량 복합 단열골재
- 스치로폴 발포체가 갖는 물성 중 단열성을 유지하면서 여러 강도를 증진시킬 수 있는 방법 관한 것. 강도, 색상, 모양, 크기 등도 다양하며 방습, 투습, 내부식성 또한 우수. 재활용 원료를 사용하므로 원료비 및 작업비용도 크게 절감
Recycled Plastic Aggregate for use in Concrete (US10294155B2)
- 폐플라스틱을 입자화해 콘크리트용 골재로 사용. 입자 크기 및 형상을 제어하여 시멘트와의 부착력을 개선
Method for producing concrete using recycled plastic (WO2020000106A1)
- 폐플라스틱을 골재로 활용한 단열 콘크리트 제조 공정. 플라스틱 골재에 시멘트 및 모래를 코팅하여 콘크리트 혼합물과의 부착력을 높이고 균일하게 혼합
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
부산항만공사(BPA)
- 케이슨 속채움재로 순환골재를 사용해 약 25억 원의 예산 절감 효과, 이산화탄소 배출 저감을 통한 약 121억 원 규모의 경제적, 환경적 편익을 창출
롯데건설
- 시멘트를 5%만 사용하고도 기존 대비 동등 이상의 강도를 발현하는 '저탄소 수화열 저감 콘크리트'개발, '고로 슬래그’가 80% 이상 포함, 첨가제가 일부 사용,고로 슬래그는 시멘트에 비해 탄소 배출량은 10분의 1, 가격은 시멘트의 70% 수준.
대우건설
- 자체 개발 저탄소 콘크리트를 아파트 전체 공사로 확대한다는 계획, 기존 대비 시멘트 사용량과 이산화탄소 배출량을 절반 넘게 줄이면서 강도 지연과 품질 하자 문제를 해소
포스코 이앤씨
- 저탄소 초고강도 콘크리트 파일 개발, 시멘트 대신 무수석고와 제철슬래그를 배합해 이산화탄소 발생량을 4% 수준으로 절감, 강도가 기존 파일보다 높아 시공 수량을 줄일 수 있어 공사 기간 단축과 원가 절감 가능
삼성물산 건설부문
- 콘크리트 생산 과정에 이산화탄소를 주입해 화학적 반응을 일으켜 콘크리트 강도를 높이는 기술을 확보, 시멘트 사용량과 비용 절감 가능, 이산화탄소가 콘크리트 내부에 저장되기 때문에 탄소 배출량이 70% 가까이 줄어드는 효과
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
- 재활용으로 건설 자재의 원료 다양성 확대 - 재료에 따른 콘크리트의 강도, 내구성 등 특성 변화 파악 가능 - 폐기물 전처리 방식에 따라 접착력, 공극률 등이 달라지므로 최적 조건 도출 가능 - 경량화, 단열성 등 특정 성능을 개선 가능 - 요구 특성에 따른 맞춤형 콘크리트 제작 가능
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
- 건설 재료의 가격이 상승하는 상황에서 원가 절감 가능 - 시공 수량을 줄여 공사 기간 단축 가능 - 산업 및 생활폐기물의 처리 비용 절감, 지자체 및 기업의 부담 완화 - 폐기물 처리 문제를 일부 해결, 생산 과정의 탄소 배출량 감소 가능 - 환경 보호 및 친환경 건설 기술 실현에 기여
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
구성원 및 추진체계
건설순환 재료학회, 콘크리트 학회지 자료를 참조한 다양한 배합의 공시체를 시험하여 최적의 배합을 찾는 과정을 반복합니다.
설계
설계사양
제품의 요구사항
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
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특허 출원 내용
내용
