Construction Materials and Concrete Structural Lab.
토목공학과 김윤용
충남대학교 토목공학과 건설재료 및 콘크리트 구조 연구실은 고성능 복합재료와 콘크리트 구조물의 내구성, 친환경 건설재료 개발 등 다양한 분야에서 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 ECC(Engineered Cementitious Composites), SHCC(Strain-Hardening Cementitious Composites) 등 고연성 섬유보강 시멘트 복합재료의 개발과 구조적 적용에 중점을 두고 있습니다. 이를 통해 기존 콘크리트의 한계를 극복하고, 구조물의 내진성능 및 연성, 내구성 향상에 기여하고 있습니다.
연구실은 산업부산물, 바이오 폴리머, 폐자원 등 친환경 소재를 활용한 저탄소·저에너지 건설재료 개발에도 앞장서고 있습니다. 슬래그, 플라이애시, 시멘트 바이패스 분진 등 다양한 부산물을 활용하여 자원순환형 건설재료를 개발하고, 이산화탄소 배출 저감과 환경부하 저감에 기여하고 있습니다. 이러한 친환경 재료는 3D 프린팅 기술과 결합되어 비정형 구조물, 인공어초, 적층형 슬래브 등 다양한 구조적 응용 분야로 확장되고 있습니다.
콘크리트 구조물의 내구성 및 유지관리 기술 개발도 연구실의 핵심 연구 분야입니다. 크리프, 피로, 건조수축, 균열, 염해, 동결융해 등 구조물의 열화 메커니즘을 정밀하게 분석하고, 이를 제어할 수 있는 재료 및 구조적 대책을 개발합니다. 이미지 프로세싱 기반의 균열 탐지, 센서 융합 모니터링, 인공지능 기반 품질평가 등 첨단 진단 및 유지관리 기술을 접목하여 구조물의 장기 안전성과 효율적 유지관리에 기여하고 있습니다.
또한, 보수·보강용 신소재 및 시공기술 개발, 3D 프린팅 기반 보수·보강 기술, 스마트 센서 융합 모니터링 시스템 등 미래형 유지관리 솔루션 개발에도 앞장서고 있습니다. 이러한 연구는 국가 주요 인프라의 안전성 확보와 효율적 유지관리에 필수적이며, 정부, 공공기관, 산업체와의 협력 프로젝트를 통해 실용적이고 현장 적용 가능한 기술을 지속적으로 개발하고 있습니다.
연구실은 국내외 학술지 및 학회에서 활발히 연구성과를 발표하고 있으며, 다양한 특허와 기술이전, 산업체 협력 연구를 통해 개발된 기술이 실제 현장에 적용되고 있습니다. 앞으로도 건설재료 및 콘크리트 구조 분야에서 혁신적인 연구와 기술개발을 통해 미래 건설산업의 발전에 기여할 것입니다.
Mechanical Behavior of Concrete Structures
Concrete Bridge Engineering
High Performance Fiber-Reinforced Concrete
고성능 복합재료 개발 및 적용
본 연구실은 고성능 복합재료, 특히 섬유보강 시멘트 복합체(ECC, SHCC 등)의 개발과 구조적 적용에 중점을 두고 있습니다. ECC(Engineered Cementitious Composites)는 기존 콘크리트의 한계를 극복하기 위해 개발된 고연성 시멘트 복합재료로, 미세균열 제어와 높은 인장변형 성능을 특징으로 합니다. 연구실에서는 다양한 종류의 합성섬유(PVA, PE, PP 등)와 산업부산물(플라이애시, 슬래그 등)을 활용하여 친환경적이면서도 우수한 역학적 특성을 갖는 복합재료를 개발하고 있습니다.
이러한 복합재료의 개발 과정에서는 마이크로역학적 분석, 섬유 분포 특성 평가, 배합 최적화, 레올로지 제어 등 다양한 첨단 실험 및 해석 기법이 활용됩니다. 또한, 3D 프린팅 기술과 결합하여 비정형 구조물 제작, 인공어초, 적층형 슬래브 등 다양한 구조적 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 최근에는 바이오 폴리머, 산업 부산물, 폐자원 재활용 등 지속가능성을 고려한 신소재 개발에도 적극적으로 참여하고 있습니다.
이러한 연구는 구조물의 내구성, 연성, 내진성능 향상뿐만 아니라, 환경부하 저감과 자원순환형 건설재료의 실용화에 기여하고 있습니다. 실제로 다양한 특허와 기술이전, 산업체 협력 연구를 통해 개발된 복합재료가 교량, 터널, 하수관거, 도로포장 등 실구조물에 적용되고 있으며, 국내외 학술지 및 학회에서 활발히 연구성과를 발표하고 있습니다.
콘크리트 구조물의 내구성 및 유지관리 기술
연구실은 콘크리트 구조물의 내구성 향상과 장기 성능 확보를 위한 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 크리프, 피로, 건조수축, 균열, 염해, 동결융해 등 구조물의 열화 메커니즘을 정밀하게 분석하고, 이를 제어할 수 있는 재료 및 구조적 대책을 개발합니다. 이를 위해 이미지 프로세싱 기반의 균열 탐지, 센서 융합 모니터링, 인공지능 기반 품질평가 등 첨단 진단 및 유지관리 기술을 접목하고 있습니다.
또한, 콘크리트 구조물의 보수·보강을 위한 신소재(고인성 복합재, 폴리머, 바이오폴리머 등) 및 시공기술 개발에도 주력하고 있습니다. 예를 들어, 습식 스프레이 공법, 표면 코팅재, 자기치유 콘크리트, 초속경 모르타르 등 다양한 보수재와 적용기술을 현장에 도입하여 구조물의 수명 연장과 유지관리 비용 절감에 기여하고 있습니다. 최근에는 3D 프린팅 기반 보수·보강 기술, 스마트 센서 융합 모니터링 시스템 등 미래형 유지관리 솔루션 개발에도 앞장서고 있습니다.
이러한 연구는 국가 주요 인프라(교량, 터널, 하수관거, 원전 등)의 안전성 확보와 효율적 유지관리에 필수적입니다. 연구실은 정부, 공공기관, 산업체와의 협력 프로젝트를 통해 실용적이고 현장 적용 가능한 기술을 지속적으로 개발하고 있으며, 관련 특허와 기술이전, 표준화 활동 등으로 학문적·산업적 파급효과를 창출하고 있습니다.
친환경·지속가능 건설재료 및 3D 프린팅 기술
본 연구실은 친환경적이고 지속가능한 건설재료 개발에 선도적인 역할을 하고 있습니다. 산업부산물(슬래그, 플라이애시, 시멘트 바이패스 분진 등)과 바이오 폴리머, 폐자원 등을 활용한 저탄소·저에너지 건설재료의 개발을 통해 환경부하를 저감하고, 자원순환형 사회 실현에 기여하고 있습니다. 이러한 재료는 기존 콘크리트의 성능을 유지하거나 오히려 향상시키면서도, 이산화탄소 배출량 감소와 폐기물 재활용이라는 사회적 요구를 충족합니다.
특히, 3D 프린팅 기술을 활용한 건설재료 및 구조물 제작 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 3D 프린팅용 SHCC, 고연성 시멘트 복합체, 적층형 RC 슬래브 등 다양한 신개념 구조체 개발과 함께, 딥러닝 기반 품질 모니터링 시스템, 출력 품질 평가, 적층성 및 내구성 향상 기술 등이 연구되고 있습니다. 이를 통해 복잡한 형상, 맞춤형 구조물, 인공어초, 해양 및 환경 인프라 등 다양한 분야에 혁신적인 건설 솔루션을 제공하고 있습니다.
이러한 친환경·지속가능 건설재료 및 3D 프린팅 기술 연구는 미래 건설산업의 패러다임 전환을 이끌고 있습니다. 연구실은 국내외 학술대회, 특허, 산학협력 프로젝트 등을 통해 연구성과를 확산시키고 있으며, 실제 현장 적용 및 상용화에도 적극적으로 참여하고 있습니다.
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Length effects of PE-based selvage fibers on fresh, fiber dispersion, and tensile properties of engineered cementitious composites
Park, S., Nguyen, H.H., Kim, Y.Y., Kim, Y., Lee, B.Y.
Journal of Sustainable Cement-Based Materials, 2025.02
2
Flexural behavior of composite beams of Kagome truss and fiber-reinforced cementitious composites
Choi, J., Park, S., Kim, Y.Y., Lee, B.Y.
Construction and Building Materials, 2022.12
3
Comparison of mechanical and crack-healing properties of PE-PVA hybrid fiber-reinforced SHCCs in natural and under-water conditions
Park, S., Nguyen, H.H., Choi, J., Lee, B.Y., Kim, Y.Y.
Materials 2022, 15, 6339, 2022.09
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생체모방 비정형 구조를 위한 3D 프린팅용 SHCC 개발 및 딥러닝 기반 품질 모니터링 시스템 구축
2
확산시험을 이용한 자기치유 콘크리트의 성능 평가 기술 개발
3
생체계 모방 고에너지 흡수 콘크리트 복합재료 및 구조물 적용기술 개발
