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나노실리카와 슈퍼콘크리트

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댓글 0 조회 618 작성일 19-12-06 13:33

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슈퍼콘크리트(SUPER Concrete)에 대한 이목이 집중되고 있다.

슈퍼콘크리트는 일반콘크리트 대비 압축강도와 인장강도가 4~5배 이상 높은 콘크리트다.

교량이나 아파트 공사에 사용되는 일반적인 콘크리트의 압축강도는 20~40 MPa인데 반해, 슈퍼콘크리트의 압축강도는 최대 200 MPa에 이른다.

현장타설과 공장제작이 가능한 맞춤형 콘크리트인 슈퍼콘크리트는 저비용‧장수명‧고품질이라는 세 마리의 토끼를 잡은 최고의 재료로 손꼽히고 있다. 특히나 건설‧유지관리 비용을 10~20%가량 절감하는 반면 내구수명은 50~100% 증진돼, 국가예산 절감과 해외 건설수주 견인에 효자역할을 할 것으로 기대되고 있는 기술이다.

슈퍼콘크리트가 우수한 강도를 보이는 이유는 간단하다. 나노 수준의 미세한 재료를 다량으로 사용해 치밀한 조직을 갖는 콘크리트를 제조하기 때문이다. 외부로부터 물, 염소이온, 이산화탄소 등이 침투하기 어렵기 때문에, 일반 콘크리트에 비해 내구성이 뛰어나고, 염분 피해를 입기 쉬운 해안가에 구조물을 만들어도 수명이 200년 이상 유지될 수 있는 것으로 분석되었다.

이러한 슈퍼콘크리트의 중요한 재료 중 하나는 나노실리카다. 나노실리카는 치과, 정형외과 등에서 결합 바인더, 타일, 반도체 소재 등 세라믹 제품을 만드는 데에 사용되는데, 슈퍼콘크리트의 강도를 향상키기 위해서도 사용된다. 강도가 향상되는 이유는 500~1000 nm 크기의 나노실리카 입자를 통해 반응성이 크게 증진되기 때문이다.

이러한 슈퍼콘크리트는 다양한 특장점을 가진다. 재료를 국산화하면서 성능까지 향상시켜 비싼 재료의 사용량을 줄이는 방법으로 제조비용을 크게 줄였다는 점이 주목할 만하다. 일반 콘크리트에 비해 저가형 슈퍼콘크리트는 1.5배 수준, 최고급 슈퍼콘크리트는 10배가량 가격이 높지만, 유사한 성능을 가진 외국의 콘크리트에 비해 슈퍼콘크리트의 제조비용은 1/3에 불과하다.

슈퍼콘크리트의 연구개발 책임자인 한국건설기술연구원 김병석 박사(남북한 인프라 특별위원회 위원장·사진)는 “슈퍼콘크리트의 장점을 살리면서 경제성을 확보할 수 있는 대표 선수로 사장교를 선정하고 경제성을 확보하기 위한 연구를 수행했다. 그 결과 일반 콘크리트를 사용한 것에 비해 10% 이상의 공사비 절감이 가능하다는 것을 확인했다. 슈퍼콘크리트를 적용하면 일반 콘크리트에 비해 무게를 30% 이상 줄일 수 있고, 사장교의 공사비에서 큰 비중을 차지하는 케이블의 물량을 그만큼 줄일 수 있게 되기 때문이다. 또한 기초 구조물의 물량까지 줄어들면서 경제적인 효과를 볼 수 있는 것”이라고 설명했다.

이러한 구조물뿐만 아니라 건축물의 경우에도 뛰어난 미관과 경제성을 자랑한다. 건축물 외장재나 비정형 구조에 사용하면 아름답고 독특한 건물을 구현할 수 있고 층수가 높은 건물의 기둥·대들보·슬래브 등에 적용하면 내부 공간 확보와 함께 경제성을 향상시킬 수 있다.

또한 해양환경이나 고내구성을 요구하는 구조물의 경우에는 유지보수나 수명을 고려할 때, 슈퍼콘크리트가 확실한 대안이 될 수 있다.

특히 슈퍼콘크리트는 물처럼 흐르기 때문에 다짐 작업이 없더라도 타설을 할 수 있어, 복잡한 형상을 가진 구조물도 제작이 가능하다.

이러한 슈퍼콘크리트는 다양한 시공실적을 보유하고 있다.

우리 기술로 미국에 처음으로 시공한 교량인 △‘Hawkeye Bridge’ △춘천 레고랜드 진입교량 사장교 △미얀마 양곤-만달레이 고속도로 상 교량 △‘울릉도 힐링 스테이 코스모스’(뷰티크 호텔) 등 굵직한 실적을 일궈냈다. 이 외에도 10곳 이상의 트랙 레코드를 보유하고 있으며, 특히 미국의 3대 설계회사 중 하나인 ‘HDR’ 사의 경우에도 프로젝트 수주를 추진하기로 합의하고 미국 내 추진 가능한 공사를 검토하고 있다.

특히 국내 과학기술계 33개 출연기관의 ‘TOP3’기술에도 선정됐으며, 우수도전과제, 국가연구개발사업 우수성과 100선, 산업기술연구회 세계 1등 과제 TOP3, 과학기술 창의상, 국토부 우수성과 20선 등의 다양한 수상실적도 보유하고 있다.

또한 지난해에는 국토부 해외건설 우수사례 경진대회 우수상, 스타연구자 금상 등도 수상했다.

한편, 현재 슈퍼콘크리트는 전 세계적으로 초기단계라고 볼 수 있다. 미국, 유럽, 일본 등 선진국에서도 미래의 기술로 인식해 연구가 활발히 진행되고 있으며, 최근에는 중국, 인도 등에서도 슈퍼 콘크리트 관련 연구가 착수됐다. 이에 따라 슈퍼콘크리트 기술은 향후에 건설시장에서 중요한 기술로 자리매김할 것으로 전망되고 있다.

김병석 박사는 “슈퍼콘크리트 기술로 세계에서 가장 긴 콘크리트 교량 건설에 도전하고 싶다”며 “슈퍼콘크리트를 적용할 수 있는 해외 시장 규모는 매우 크다. 사장교 시장만으로도 향후 100년 간 200조원 규모다. 건축물과 기타 시설물을 고려하면 어마어마한 규모라고 볼 수 있다. 이러한 시장에서 우리 기술로 계속 수주해나가려면 경제적이면서 우수한 성능을 가진 기술 개발이 꾸준히 이뤄져야 한다”고 말했다.

그는 이어 “후속 연구 사업을 발굴하고 있는 중이다. 후속 과제에서는 연구 성과가 국제 표준이 될 수 있도록, 보다 체계적으로 슈퍼콘크리트 기술을 개발할 생각이다. 전 세계적으로 시장 확대 가능성이 높은 급속시공을 위한 모듈러 제품 분야와 보수·보강·교체 분야 등 슈퍼콘크리트의 적용 분야를 더욱 넓혀갈 예정”이라며 “우리나라는 새로운 테마를 요구하는 경향이 있는데, 시장성이 확실히 있는 기술이면 선두에 서기 시작했을 때 오히려 더 연구투자를 해야만 한다. 정부 관계자들의 끊임없는 관심과 지원이 필요하다. 앞으로도 콘크리트 기술 분야를 계속 선도해 나가가기 위해 최선을 다 하겠다”고 포부를 밝혔다.

출처 : 공학저널(http://www.engjournal.co.kr)
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