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탄소섬유를 활용한 첨단건설기술 개발

2008년 09월 26일 (금) 00:20:08

오인식.

첨단소재인 탄소섬유를 콘크리트 구조물 및 연약지반의 보강에 활용하는 기술이 개발돼 실용화가 가능할 것으로 보인다.

이를 통해, 콘크리트 구조물을 보다 고품질화, 장수명화하면서 동시에 공사기간 및 공사비도 크게 줄일 수 있다.

이 기술은 국토해양부(한국건설교통기술평가원 위탁수행)가 연구개발사업을 통해 2005년부터 지원해온 자유공모과제의 연구성과 중의 일부다.

자유공모란 민간 연구자의 다양한 아이디어를 최대한 활용하기 위해 연구내용을 지정하지 않고 자유롭게 제안을 받아 우수한 과제를 선정, 지원하는 방식으로 국토해양부에서는 금년까지 총 72개 과제를 지원했다.

탄소섬유(Carbon Fiber)란 콘크리트 구조물에 일반적으로 사용하는 철근에 비해 무게는 1/5에 불과하지만 강도가 6배 이상인 첨단재료로 내부식성, 내구성 등도 매우 우수하다.

철근과 달리 부식이 원천적으로 발생되지 않기 때문에, 해양, 지하, 하수처리 등 부식되기 쉬운 환경에 다양하게 활용할 수 있으며, 이 경우 구조물의 수명을 30% 이상 연장할 수 있다.

탄소섬유는 현재 항공기 등 첨단분야에서 주로 사용되며, 건설공사에서는 구조물의 보수?보강에 극히 일부 사용되고 있으나, 향후 주요 구조재료 등으로 확대 적용될 것으로 보인다.

이번에 개발된 기술에 따르면 현재 일본 등 선진국에서는 생산, 활용하고 있으나 국내에서는 아직 적용사례가 없는 'CFRP 긴장재와 전용 정착장치'를 국내기술로 개발했다. 제작공정 단순화 등을 통해 기존제품 대비 경제성도 확보했다.

노후된 콘크리트 구조물의 보강에 CFRP 긴장재를 표면매립 긴장공법을 적용할 경우, 탄소섬유시트를 외부에 부착하는 기존 방법에 비해 보강효율 30% 향상, 공사기간 20% 단축이 가능하며 처짐 및 균열 등에 대한 성능도 크게 개선된다.

또한, 매립지 등의 연약지반을 보강하는 데에도 가벼운 탄소섬유를 이용해 시공하는 공법 및 장비를 개발했다.

연약지반을 보강하기 위해 쇄석말뚝(Stone Column)을 설치하는 기존 공법의 경우, 상부의 하중에 의해 쇄석말뚝이 팽창하면서 파괴(Bulging Failure)되는 현상이 발생한다.

이번에 개발한 기술은 탄소섬유로 고강도 지오그리드망을 만들어 쇄석말뚝의 외부를 감싸서 팽창을 억제하는 '고강도 지오그리드 보강 쇄석말뚝(Stone Column) 공법'으로, 시공 자동화 장비도 함께 개발했다.

기존 기술에 비해 자동화 시공을 통한 인건비 20% 절감, 공사기간 15% 단축 및 쇄석말뚝물량 감소를 통한 시공비 20% 감소 등의 효과가 기대되며, 콘크리트 대신 폐콘크리트, 쇄석, 재생골재 등의 건설폐기물 활용을 촉진함으로써 친환경성 제고에도 기여할 전망이다.