3D 프린팅 콘크리트 배합설계 프로세스에 관한 연구

Abstract

최근 3D 프린터를 통해 거푸집 없이 노즐로 시멘트계열의 재료를 압출하여 구조물을 형성하는 3D 콘크리트 프린팅 기술이 국내외 건설시장의 업계 및 학계에서 이슈가 되고 있는 상황이다. 3D 콘크리트 프린팅 기술은 복잡한 시공 프로세스를 간소화 할 수 있고, 비용절감, 설계 유동성 증가 등 다양한 장점을 가지고 있다. 특히 전통적인 시공방법으로 시공하기 어려운 비정형 건물을 제작하기에 용이하다. 하지만 3D 콘크리트 프린팅 기술에 적합한 시공기술 및 콘크리트 재료 자체의 물성이 상업적인 기준에 미치지 못한 상황이고, 압출 시 노즐이 막히거나 초기 강도 발현이 어려워 현장에 적용하기 힘든 실정이다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 건설 분야에서는 3D 프린팅에 적합한 콘크리트 개발 연구와 더불어 일반 콘크리트 배합설계 프로세스와 차별화된 3D 프린팅 콘크리트를 위한 배합 설계 프로세스가 요구된다. 본 연구는 기존 3D 프린팅 콘크리트 개발 사례, 특허, 연구문헌에서 도출된 각각의 3D 프린팅 콘크리트의 배합 재료와 성능 정보를 기반으로 배합설계 프로세스를 구축하고자 한다. 이를 통해 각 배합재료의 사용량 변동 범위, 상호 영향 관계, 중요도 우선순위를 도출하였다. 이에 본 연구는 3D 프린팅 콘크리트 배합설계 프로세스 개발의 기초 연구로서, 3D 프린팅 콘크리트의 성능에 영향을 미치는 요인을 도출하였고, 이를 기반으로 계획 설계단계, 기본 설계단계, 실험 검증 및 개선 단계로 구성한 배합비의 기본 설계프로세스를 제시하였다. 향후 3D 프린팅 콘크리트 배합비에 관한 연구에서는 본 연구에서 제안한 배합비 설계프로세스를 참고하여 실제 3D 프린팅 콘크리트 제작하여 제안된 프로세스의 효용성을 검증하고 또한 결과를 바탕으로 개선된 최적 설계 프로세스를 도출할 것으로 기대된다.