복합신소재, 미래 SOC 이끈다

[토목신문 김재원 기자] 복합신소재가 건설분야에서 거센 바람을 일으키고 있다. 복합신소재의 활용도가 높아지면서 부식저항성, 유지관리의 용이성, 성능의 우수성 등을 주무기로 새로운 날개를 펴고 있는 것이다. 특히나 기존 건설재료로는 시공할 수 없는 특수한 상황에 사용이 가능하다는 점이 큰 이점으로 작용하고 있다.
이에 본지는 한국복합신소재구조학회 회장을 역임하고 국내 복합신소재 분야의 연구를 이끌고 있는 홍익대 윤순종 교수(사진)와, 국내 복합신소재 분야의 대표적인 두 기업을 만나봤다.
<편집자 주>

복합신소재는 어떠한 분야며, 토목에서 어떠한 중요성을 갖고 있는지.

현재 국제적으로 부식과 관련한 유지관리 비용에 대한 부담이 나날이 커져가고 있는 실정 입니다. 실제로 2016년 미국부식엔지니어협회(NACE)가 조사한 바에 의하면, 유지관리 비용으로 소모되는 비용이 연간 2.5조 달러(미국 GDP의 3~4%)에 달하고 있습니다.

이러한 상황에서 복합신소재와 같은 기존 건설재료의 문제점을 보완하기 위한 대체 신소재의 개발 및 연구는 필연적이라고 할 수 있습니다. 부식저항성과 같은 내구성뿐만 아니라, 복합신소재는 다양한 구성 재료에 따라서 목적에 맞는 부재를 생산하기 용이하고, 기존에 널리 개발된 방법인 펄트루젼공정 등을 통해 대량생산을 하기에도 용이하다는 장점을 갖고 있습니다.

특히, 현재에는 시공의 편의성과 구조적 성능의 우수함으로 인해 기 시공된 구조물의 보수보강재료로써 각광받고 있으며, 일부에서는 이러한 복합신소재만으로 구성된 구조물도 시공되고 있습니다.

현재 어느 정도 연구가 된 상태고, 상용화가 가능한 부분은 어떠한 부분인지.

복합신소재 중 가장 활발하게 연구되고 있는 재료로 섬유보강복합재(Fiber reinforced polymeric plastics; FRP)가 있습니다. FRP는 다년간의 연구를 통해 현재에는 건설분야 다방면에서 실용단계에 있습니다. 앞서 말씀드린 바와 같이, 기 시공된 구조물의 유지관리 및 보수보강재료로써는 많은 부분 실용화가 되었습니다.

다만, 기존 건설재료에 비해 사용경험 및 경제성이 부족하다는 이유 등으로 온전히 FRP만을 이용한 토목구조물이 시공되기는 아직 시기상조인 것이 사실입니다.

그러나, FRP는 기존 건설재료로는 시공할 수 없는 특수한 상황에 사용이 가능합니다. 예컨대, 다년간 홍익대학교에서 연구를 진행했던 수상 태양광발전 구조물은 수상에 부유시켜야 하는 특수한 환경에 시공되는 구조물이므로, 기존 건설재료를 사용할 경우 재료의 과대한 자중이나 부식에 대한 취약성 때문에 시공성과 경제성을 확보하기 어렵습니다.

이처럼, FRP의 장점을 극대화 시킬 수 있는 환경을 찾아 접목시킨다면, 건설분야에 FRP를 좀 더 효율적으로 이용 가능할 것으로 예상됩니다.

복합신소재 시장의 발전을 위해 사회적으로, 그리고 정책적으로 필요한 점은.

현재 국내 구조용 FRP에 대한 연구의 대부분은 국가연구기관에 의해 수행되고 있습니다. 그러나, 신소재와 같이 새로운 기술이 현업에 활발하게 상용화되기 위해서는, 이러한 신기술을 직접적으로 사용하는 민간기업의 투자 및 연구가 필수적입니다.

물론, 굴지의 많은 민간기업들이 건설분야에 신소재를 접목시키기 위해 힘을 쓰고 있으나, 대부분의 민간기업들이 중소규모의 작은 회사이기 때문에, 기존 건설재료를 대체하기 위한 연구에 투자를 하기에는 어려움이 많은 것이 현실입니다.

이러한 사회적 여건상의 문제를 해결하기 위해, 정부지원 하에 국가연구기관과 FRP생산이 가능한 민간기업간의 연계된 연구가 수행되어야 한다고 생각합니다. 즉, 새롭게 접목시킬 아이디어를 실제 생산업체에 의해 실용단계까지 빠르게 발전시키는 것을 목표로, 정부차원의 연구개발 지원이 필요하며, 이러한 과정을 통해 산업과 연구가 별개가 아닌 조화를 이룰 때, 복합소재에 대한 큰 도약이 이루어질 것으로 기대됩니다.

아울러, 구조용 FRP의 해석과 설계 관련기술기준이 조속히 마련되어야 실무 설계자들이 보다 적극적으로 구조용 FRP를 활용할 수 있을 것으로 생각됩니다.