건설연, 유기계 접착제 문제 개선
하중 2배 버티고, 수명 3배 향상
국토교통부 자료에 따르면 노후시설물 기준을 준공 후 30년으로 했을 때 우리가 매일 이용하는 교량, 터널, 지하철 등 사회기반시설의 37%가 노후시설물에 해당한다. 20년 후에는 80%로 증가될 예정이다. 하지만 노후시설물은 예산부족 등 이유로 일시 교체가 어렵다. 수시로 유지보수해 성능유지를 하거나 성능개선공사를 통해 사용수명을 늘려야한다.
다양한 보강공법 중 일반적인 것이 고강도 탄소섬유를 시트나 판넬형태로 접착 시공하는 방법이다. 이때 건물에 에폭시 수지 등 유기계 접착제를 활용하지만, 화재에 취약하고 지하구조물 등 표면이 젖은 구조물에 시공할 수 없으며, 시공 후 접착된 부위가 수분에 노출되는 경우 탄소섬유가 탈락하는 문제점이 있다.
김형열 박사팀은 유기계 접착제 문제 개선을 위해 시멘트 혼합물을 활용하는 공법을 개발했다. 개발된 공법은 노후 시설물 표면에 격자 형상으로 제작한 탄소섬유 보강재와 고성능 시멘트 혼합물을 일체화 시공해 보강하는 공법으로, 시멘트 혼합물이 접착제 역할을 대신한다.
박사팀에 따르면 탄소섬유와 시멘트 혼합물 모두 불연소재이기 때문에 내화성능이 우수해 화재위험에 노출된 시설물 보강에 효과적으로 활용할 수 있다. 젖은 구조물이나 동절기에도 시공이 가능하며, 누수가 발생해도 떨어지지 않는 등 기존 접착공법의 단점을 크게 보완했다. 또 탄소섬유는 철근처럼 부식하지 않기 때문에 제설제를 사용하는 도로시설물이나 염분에 노출되는 방파제와 같은 해양항만시설물 보강에도 효과적이다.
연구 관계자는 "개발공법 성능 검증결과 구조물 하중저항능력이 2배 향상되는 것을 확인했다"며 "특히 우리가 개발한 시멘트 혼합물에는 제철소에서 발생하는 산업부산물이 50%배합돼있어 일반적으로 사용되는 시멘트 혼합물에 비해 재료비를 절반으로 줄이면서 내구수명은 3배 이상 향상시키는 효과가 있다"고 말했다.
이 외에도 건설연은 경제성 측면에서는 기존 탄소섬유 접착공법에 비해 약 45%의 시공비 절감이 가능할 것으로 보고있다. 2020년 하반기에 공용중인 시설물을 대상으로 테스트베드를 구축할 예정이다.
연구내용은 국제학술지인 Materials와 Composite Structures에 각각 지난 5월과 7월에 각각 게재됐다.
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