[첨단 건설기술 특집] 구조 분야 기술개발에 구슬땀…첨단기술 선도

[토목신문 김재원 기자] 기술은 끊임없이 발전한다. 건설 기술 역시 마찬가지다. 인류의 문화와 함께 발전해 온 건설이 첨단 기술력을 바탕으로 발전을 거듭하고 있다. 그리고 한국건설기술연구원이 그 기술의 발전을 이끌어 가고 있다. 이에 본지는 분야별 첨단 기술들을 소개하고 놀랄 정도로 발전하고 있는 기술의 현재를 짚어보는 ‘첨단 건설기술 특집’을 마련했다.
건설연의 분야별 연구소와 함께 기술 개발에 박차를 가하고 있는 주요 기술들을 집중 취재 해 시리즈로 보도할 예정이다. <편집자 주>

         인터뷰- 한국건설기술연구원 구조융합연구소 김형열 소장

구조융합연구소

설립 이후, 구조분야 기초 원천기술과 실용화 기술개발에 최선을 다하고 있는 구조융합연구소는 그간 △인프라구조물 관련 원천기술 및 기반기술 개발연구 △신재료 활용, 신형식 인프라구조물 개발 및 적용 연구 △기존 구조물 재해예방, 보수·보강, 유지관리에 관한 연구 △인프라구조물 건전도, 성능 평가, LCC분석 연구 △민간 애로기술 지원, 외부 의뢰 시험 및 실험 등 다양하면서 핵심적인 부분에서 다양한 실적을 쌓아왔다.

그리고 2016년에는 신종바이러스 감염 대응 융합 솔루션과 IoT 기반 건설인프라 연구개발, 국토부 신규 R&D사업 기획 등 대형 융복합 및 기획사업을 중점적으로 진행했으며 특히 국제공동 연구과제를 진행하며 국내 건설기술의 세계화와 해외진출을 위해 구슬땀을 흘리기도 했다.

이러한 구조융합연구소에서도 활발하게 첨단 기술이 개발되고 있다. 슈퍼 콘크리트, 무시멘트 콘크리트 기술과 함께, 사회기반시설의 성능중심 관리를 위한 한국형 성능등급 산정기술 개발, 내충격‧방폭 강화 섬유보강 시멘트 복합재료 및 동적압축 평가기법 개발 등 끊임없는 도전을 바탕으로 건설산업의 발전을 위해 최선을 다 하고 있는 것이다.

시멘트를 대체하라! 무시멘트 콘크리트 기술

시멘트는 건설 분야에서 가장 많이 사용되는 재료로써 산업의 근대화 과정뿐만 아니라 SOC 건설에 매우 중요한 역할을 해왔다. 하지만 주원료인 석회석을 캐는 과정에서 자연을 훼손할 뿐만 아니라, 시멘트 1톤을 생산하는데 약 0.7톤에서 1톤에 달하는 이산화탄소를 배출해 지구온난화를 부추기는 등 자연환경에 대한 부정적인 영향을 끼치는 재료로 인식되기도 한다. 따라서 건설 산업뿐만 아니라 사회적으로도 시멘트를 대체할 다양한 재료의 개발이 필요한 실정이었다.

구조융합연구소 김형열 소장은 “‘시멘트를 대체할 수 있는 다른 방법은 없는 것인가’라는 질문에서 ‘무시멘트 콘크리트’ 기술의 개발이 시작됐다”며 “‘화력발전소나 제철소에서 나오는 산업 부산물인 플라이애쉬, 바텀애쉬, 고로슬래그 등을 시멘트 대신 이용해보면 어떨까’라는 발상의 전환에서 기술 개발이 본격적으로 진행됐다”고 말했다.

물론 그간 국내에서 플라이애쉬, 바텀애쉬, 고로슬래그를 콘크리트에 활용하려는 다양한 노력과 연구도 있었지만 시멘트 일부에 혼합해 사용한다거나 콘크리트 골재로 사용하는 기술 정도였다. 하지만 구조융합연구소에서 개발한 무시멘트 콘크리트 기술은 기존의 시멘트를 산업부산물로 100% 교체하는 기술로 선진국 기술 수준에 접근할 뿐만 아니라 전 세계적으로도 거의 사례가 없는 앞선 기술로 인정받고 있다.

또한 대부분 매립 처분돼 막대한 처리비용과 같은 경제적 손실과 매립시설의 한계 등으로 문제를 겪고 있었던 산업부산물을 콘크리트에 들어가는 시멘트를 5%만 대체해도 매년 200만여 톤의 이산화탄소배출량을 줄일 수 있고, 소나무 약 9억여 그루를 심는 것과 같은 큰 효과를 볼 수 있다. 환경보호와 산업부산물 처리를 한꺼번에 잡을 수 있는 매우 효율적인 기술인 것이다.

연구개발 실무담당자인 류금성 박사는 “특히 자갈, 모래, 물 등 기존 콘크리트 제조에 필요한 재료들을 동일하게 사용하기에 무시멘트 콘크리트는 외형적으로 일반 시멘트 콘크리트와 매우 유사하다. 외형적으로 유사하기에 이질감 없이 사용할 수 있다는 것이 장점”이라며 “내화학성 및 내화성면에서는 더 우수하다. 하수처리시설과 같은 화학성분에 의해 내구수명이 단축되는 콘크리트 2차 제품이나 축사 바닥재 등 내화학성 및 내화성 이 필요한 곳에서 큰 이점이 있다”고 설명했다.

기존 시멘트 콘크리트는 매우 높은 알칼리성으로 하천에 설치될 경우 일명 ‘시멘트 독’으로 인해 물고기들이 죽는 경우가 발생하기도 한다. 물론 중성화시킨 콘크리트를 사용하여 이러한 문제를 해결하지만, 무시멘트 콘크리트의 경우 매우 낮은 알칼리성을 가지고 있어 그러한 문제에서 벗어날 수 있다. 이러한 장점은 이 기술이 콘크리트 2차 제품(생태호안블럭, 집수정 등)이나 콘크리트 보수재로써 매우 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

저비용‧장수명‧고품질 ‘슈퍼 콘크리트’

압축강도 80~180MPa급에 현장타설 및 공장제작이 가능한 맞춤형 콘크리트인 ‘SUPER Concrete’는 저비용‧장수명‧고품질이라는 세 마리의 토끼를 잡은 최고의 재료로 손꼽히고 있다. 특히나 건설‧유지관리 비용을 10~20%가량 절감하는 반면 내구수명은 50~100% 증진 돼, 국가예산 절감과 해외 건설수주 견인에 효자역할을 할 것으로 기대되고 있는 기술이다. 압축강도는 일반대비 무려 5배다.

이러한 슈퍼 콘크리트는 국내외 교량에 현장 적용이 활발하게 이뤄지고 있는 상태다. 특히 △춘천 레고랜드 진입교량 사장교 (2015.07 착공, 2017.08 완공) △미국 아이오와 교량 교체: Hawkeye UHPC Bridge (2015.10 완공) △미얀마 양곤-만달레이 고속도로 상 교량 (2015.10 완공)등 굵직한 실적을 일궈냈다.

연구개발 책임자 김병석 박사는 “주요 선진국들은 초고성능 콘크리트와 이를 이용한 구조물 활용 기술을 미래 신성장동력으로 인식하고 있다”며 “이미 구조융합연구소에서는 슈퍼콘크리트를 이용해 세계 최저 중량 사장교용 바닥판 개발을 마친 상태다. 평균수명 15~20년 수준의 기존 콘크리트 바닥판에 비해 중량은 40~50% 감소했고, 200년 이상의 수명을 가지고 있다”고 설명했다.

이미 구조부재실험 400여회, 재료시험 5000여회, Test Bed 4개소 등 실증적 연구를 통해 실무적용을 위한 설계지침과 제작 시방까지 완비해 놓은 상태다.

IT와의 접목을 통해 새로운 시장이 열리고 있는 가운데에서도, 새로운 재료의 개발을 통해 국내 건설기술이 새롭게 날개를 펴고 있다. 융합과 함께 전통 기술의 발전도 이뤄지며 건설 분야의 기술들이 발전을 거듭하고 있는 것이다.