콘크리트 색 변화로 건물 내구성 평가
콘크리트 색 변화로 건물 내구성 평가
  • 함예솔
  • 승인 2019.05.14 20:25
  • 조회수 862
  • 댓글 0
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콘크리트 색 변화로 건축물 내구성을 평가한다고? 출처: fotolia
콘크리트 색 변화로 건축물 내구성을 평가한다고? 출처: fotolia

연구배경

  • 콘크리트는 강알칼리 환경이며 조성될 때 내부에서 인장력을 포함한 물리적 스트레스를 겪습니다. 
  • 이런 환경에서 정확한 측정값을 보이는 안정적 센서 시스템을 구현하는 것은 매우 어려운 일입니다. 
  • 부식은 여러 열화인자를 만들어내는 복합적인 열화 현상이기 때문에 하나의 열화인자 모니터링으로는 내구성 평가지표로 이용되기에 부적합했습니다. 
전체 시스템 구조도.
전체 시스템 구조도.

뭘 개발했나?

  • 성균관대학교 신소재공학부 김선국 교수 연구팀이 한양대학교 건축학부 건축공학전공 이한승 교수 연구팀과 협력해 콘크리트 내부에서 작동하는 색변화 광학 기반의 건축물 내구성 평가 시스템을 구축했습니다. 
  • 이번 연구는 <Advanced Materials>에 게재됐습니다. 
전체 시스템 실제 이미지 (inset: 405 nm 파장 광 입사 시 이미지). 출처:성균관대학교
전체 시스템 실제 이미지(inset: 405nm 파장광 입사 시 이미지). 출처: 성균관대학교

어떻게 조사했나?

  • 연구팀은 콘크리트 부식을 유발하는 대표적인 열화인자인 염화이온과 pH를 감지하는 다기능 모니터링 기술을 구현했습니다. 
  • 연구팀은 Side-emitting Optical Fiber(SOF), 외부 인자에 특이적으로 반응해 색변화를 보이는 막, PI 유연기판 위에 구성된 IGZO 포토트랜지스터 어레이를 겹겹이 쌓아서 만드는 특이 구조를 이용했습니다.   
(c)pH 변화에 따른 막 색상변화와 투과 특성. (d) pH 변화에 따른 포토트랜지스터 I-V 특성 변화. (e) 염화이온 농도에 따른 막 색상변화와 투과 특성. (f) 염화이온 농도에 따른 포토 트랜지스터 I-V 특성 변화. 출처: 성균관대학교
(c)pH 변화에 따른 막 색상변화와 투과 특성. (d) pH 변화에 따른 포토트랜지스터 I-V 특성 변화. (e) 염화이온 농도에 따른 막 색상변화와 투과 특성. (f) 염화이온 농도에 따른 포토 트랜지스터 I-V 특성 변화. 출처: 성균관대학교

특이한 점은?

  • SOF의 측면으로부터 조사된 빛의 강도를 최외각에 위치한 IGZO 포토트랜지스터 어레이에서 얻어냅니다.
  • 이때 조사광은 SOF와 유연포토트랜지스터 어레이 사이에 위치하는 색 변화막에 의해 흡수되거나 반사되고 최종적으로 포토트랜지스터는 막을 투과한 투과광량을 감지합니다. 
  • 따라서 외부 환경이 변화해 염화이온 농도가 증감되거나 pH변화가 유발되는 지시막의 색 변화가 포토트랜지스터가 감지하는 투과광량을 변화시켜 해당 인자에 대한 정보를 전기 신호로 얻어내게 됩니다. 
내구성 평가시스템의 부식 모니터링 결과. 출처: 성균관대학교
내구성 평가시스템의 부식 모니터링 결과. 출처: 성균관대학교

이 연구가 왜 중요할까?

  • 이번 연구는 건축 구조물 주조 시 콘크리트 내부에 매립해 고안정, 고정밀, 다기능을 모두 만족하는 차세대 내구성 평가시스템으로 구현될 수 있습니다. 
김선국 교수. 출처: 성균관대학교
김선국 교수. 출처: 성균관대학교

 

 

 

"본 연구가 기존 내구성 평가 시스템의 한계점을 타파하고 고안정, 고감도, 다기능의 차세대 스마트 건축물 내구성 평가 시스템으로 도약할 수 있을거라 기대합니다" 

-김선국 교수- 

 

 

 

 

 

 


##참고자료##

 



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