시공비 45% 절감 ‘불연소재’ 개발…하중2배·수명3배 향상

▲ 김형열 한국건설기술연구원 선임연구위원  © 매일건설신문

불연소재인 탄소섬유 보강재와 시멘트 혼합물을 활용해 노후시설물의 하중저항능력 2배 증가시키고, 내구수명을 3배 향상시킬 수 있는 보강공법이 개발됐다.

한국건설기술연구원 인프라안전연구본부 선임연구위원 김형열 박사팀은 3년만에 기존 탄소섬유 접착공법의 문제점을 개선해 유기계 접착제 대신 시멘트 혼합물을 활용하는 공법을 개발해 특허출원을 받았다.

주택, 아파트 등 주거시설 및 사회기반시설의 대부분은 콘크리트로 시공돼 있다. 노후 콘크리트 시설물 보수를 위해 다양한 보강공법이 적용 중에 있다. 교량, 터널, 지하철에 많이 쓰는 것이 고강도 탄소섬유를 시트나 판넬 형태로 붙이는 방식이었다. 하지만 접착제는 물에 약해서 떨어지고, 또한 화재가 발생할 경우 탄소섬유는 500도까지 견디지만 접착제는 쉽게 불에 붙는 성질이 있다.

김 연구위원은 이러한 단점을 보완하기 위해 노후 시설물 표면에 격자 형상으로 제작한 탄소섬유 보강재와 고성능 시멘트 혼합물을 일체화 시공해 보강하는 공법을 개발했는데 시멘트 혼합물이 접착제 역할을 대신하는 것이다. 또한 용광로에서 제련할 때 나오는 재인 ‘고로 슬래그’ 미분말이 50% 배합돼 시멘트 혼합물에 비해 재료비는 50% 낮췄다.

그는 “탄소섬유와 시멘트 혼합물 모두 불연소재이기 때문에 내화성능이 우수해 화재위험에 노출된 시설물 보강에 효과적으로 활용할 수 있다”면서 “젖은 구조물이나 동절기에도 시공이 가능하며, 누수가 발생해도 떨어지지 않는다”고 설명했다.

특히 탄소섬유는 철근처럼 부식하지 않기 때문에 제설제를 사용하는 도로시설물이나 염분에 노출되는 방파제와 같은 해양항만시설물 보강에도 효과적이다.

김형열 박사는 “성능 검증 결과, 구조물의 하중저항능력이 2배 향상되었고, 내구수명은 3배이상 좋아졌다”며 “무엇보다 경제적인측면에서 기존 탄소섬유 접착공법에 비해 약 45%시공비가 절감된다”고 덧붙였다.

이번에 개발된 공법은 얇은 판넬 형태로 건축용 외장재, 시설물 보강용 자재 등 다양하게 활용될 수 있다. 판넬에 불연 단열재를 추가하면 화염에 취약한 자재들을 대체할 수 있을 것으로도 기대된다.

김 박사는 “실험실에서는 장·단기성능을 실험 마쳤고, 올 하반기에 공용중인 시설물 현장에서 실제 보강효과를 검증할 것”이라고 했다.

이어 “이번 공법은 세계최초는 아니지만 콘크리트 포장도로를 10cm절삭해서 재료를 넣으면 강도효과가 탁월하고 내구성이 우수하다는 실험을 마쳤다. 이는 세계최초의 기술이다”고 덧붙였다.

이 기술은 올해 5월과 7월에 국제학술지인 Materials와 Composite Structures에 각각 게재됐으며, 과학기술정보통신부 주요사업의 예산을 지원을 받아 수행 중에 있다.

한편 국토교통부 자료에 따르면 노후시설물을 준공 후 30년을 기준으로 했을 때 매일 이용하는 교량, 터널, 지하철 등 사회기반시설의 37%는 노후시설물이다. 20년 후에는 80%로 증가될 예상된다. 

노후시설물은 예산부족 등의 이유로 일시에 교체할 수 없다. 따라서 수시로 유지보수를 실시해 성능을 유지해야 하고, 성능이 부족한 시설물은 성능개선공사를 실시함으로써 시설물의 사용수명을 늘리는 것이 필요하다.

▲ 보강공사 순서도  © 매일건설신문

/변완영 기자