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창간 12주년 특별기획/ 떠오르는 건설교통 신기술①
철근콘크리트·프리캐스트의 단점 빼고 장점만 살린 ‘압착구조 시스템’ 2020-05-22 13:52:47
제철소·발전소 부산물로 천연골재 대체… 비용 저렴·환경 친화 ‘1석 2조’

경쟁이 극심한 산업계에서 살아남기 위해 기업들은 자신만의 무기를 가져야 한다. 건설교통 분야 업계도 예외가 아니다. 특히 4차 산업 사대를 맞아 건설교통 분야의 새로운 혁신 기술은 갈수록 몸값이 오르고 있다. 이에 따라 건설교통 분야 기업들은 새로운 아이디어 개발에 열을 올리고 있다. 공사 기간을 줄이면서도 비용은 적게 들고, 더 효율적이면서도 보다 안전한 기술을 속속 선보이고 있다. 포스트텐션·프리캐스트 골조의 장점을 살린 압착구조 시스템과 철강제철소·화력발전소 부산물로 만든 인공골재, 도시철도 시설물 자율점검 분석시스템, 식생패널을 활용한 비철거식 노후 옹벽 보수·보강 기술을 소개한다. <편집자> 
 

 

▣ 포스트텐션·프리캐스트 골조 장점 살린 ‘압착구조 시스템’

 

[국토경제신문 최지희 기자] 포스트텐션(PT)과 프리캐스트(PC) 시스템의 장점을 갖춘 골조 시스템인 ‘프리캐스트 압착구조 시스템’이 개발돼 업계의 관심이 모아지고 있다. 


현재 국내 보·기둥 골조 시스템은 철근콘크리트 시스템과 프리캐스트 시스템이 양분하고 있다. 
가장 일반적인 철근콘크리트 시스템은 현장에서 거푸집을 제작하고 철근과 콘크리트를 이용해 제작하는 방식이다. 
공사비가 낮고 유지관리비가 양호하기 때문에 많이 활용되고 있다. 
그러나 철근콘크리트 시스템은 현장에서 타설하기 때문에 콘크리트의 품질이 고르지 못하고 공사기간도 오래 걸린다는 단점이 있다. 
또 재료 특성상 건조 수축 등에 의해 초기 균열이 발생한다. 


프리캐스트 시스템은 공장에서 각각의 부재를 제작해 현장에서 조립하는 방식으로 시공한다. 
공사비는 높으나 부재를 공장에서 제작하기 때문에 품질이 균일해 철근콘크리트 시스템의 품질이 고르지 못하다는 단점을 보완할 수 있고 공사기간도 짧다.  
그러나 조립식 구조의 특성상 많은 접합부위를 가지는데 작은 진동에도 해당 부위에서 결함이 쉽게 발생해 누수 및 철근 부식 등과 같은 문제가 자주 발생한다. 


동양구조안전기술이 개발한 프리캐스트 압착구조 시스템은 포스트텐션(PT) 시스템과 프리캐스트 시스템의 장점을 합친 것이 특징이다. 
프리캐스트 시스템의 우수한 품질 성능과 포스트텐션 시스템의 우수한 사용 성능 및 내진성능을 결합해 기존 철근콘크리트 시스템과 프리캐스트 시스템의 단점을 보완한 효율적인 시스템이라는 평가를 받고 있다. 


프리캐스트 압착구조 시스템은 프리캐스트 공장에서 부재를 생산하기 때문에 품질이 우수하고 균일하다.  
또 프리캐스트 보의 경량화를 위해서 해당 부재를 중공 부분이 있는 분절형으로 제작, 시공성을 향상시켰다.  
프리캐스트의 약한 구조성능을 보완하기 위해 포스트텐션 시스템 방식을 적용했다. 


포스트텐션 시스템은 현장에서 부재에 압축력을 도입함으로써 구조성능을 증진시킨 것이다.  
접합부를 긴장력으로 압착해 콘크리트 구조물의 인장에 대한 취약점을 보완할 수 있고 기존 현장 타설 철근콘크리트 시스템과 비슷하거나 보다 우수한 내진성능과 사용성능을 확보할 수 있다. 


실제 시행된 개별 부재, 접합부, 골조에 대한 구조성능검증실험에서도 강도 및 강성이 설계기준 이상을 기록했다.  
기존 철근콘크리트 골조 실험체와 비교했을 때 압축구조 골조 실험체는 잔류 변형 제어능력을 갖고 접합부의 손상을 최소화하는 것으로 나타났다.


프리캐스트 압착구조 시스템은 기존 프리캐스트 건설시장에서 큰 부담 없이 사용할 수 있다. 
기본적으로 프리캐스트 시스템이기 때문에 공기 단축을 통해 공사 금융비를 절감할 수 있다.
유지관리비 저감을 통해 건축물의 생애주기비용(Life Cycle Cost)도 줄일 수 있을 것으로 보인다. 
또 부재 중량의 경량화로 인해 양중이 용이해 대형 물류창고, 지하주차장 등 대형 부재가 필요한 건축구조물에 광범위하게 적용될 것으로 기대된다.


업계 관계자는 “국내에서는 지난 수년간 다양한 구조시스템이 개발됐으나 많은 건설현장에서 여전히 전통적인 철근콘크리트 시스템과 프리캐스트 시스템을 사용하고 있다”고 말했다. 

이어 “그러나 이번에 개발된 프리캐스트 압착구조 시스템은 기존 프리캐스트 건설시장에서 사용하기에 큰 부담이 없고 경제성과 구조성능이 뛰어나므로 즉시 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 강조했다. 

 

 

▣ 철강제철소·화력발전소 부산물로 만든 인공골재

 

건설산업에 필요한 골재를 철강제철소와 화력발전소의 부산물로 만드는 기술이 개발됐다. 
하우이씨엠의 ‘고로슬래그 및 바텀애시를 이용한 상온 경화형 인공 잔골재 기술’이다.


잔골재(모래), 조골재(자갈) 등 골재는 건설산업에 있어 빠질 수 없는 핵심 요소다.
콘크리트 등을 만드는 원재료로, 공급이 중단될 경우 공사가 중단될 수 있기 때문에 건설산업에서 안정적인 골재의 확보는 무엇보다 중요하다.


그러나 바닷모래 등 천연골재 채취가 중단되면서 골재 공급량 부족 현상이 장기화되고 있다. 
이에 따라 천연골재를 대체할 순환골재의 수요가 크게 증가하고 있다. 
정부는 천연자원인 골재의 보존량이 지속적으로 감소하고 있는 상황에서 건설산업의 기초재료인 골재가 안정적으로 공급될 수 있도록 골재원의 다변화를 꾀하고 있다. 
천연골재 채취량을 크게 줄이고 부족한 골재 공급량을 충족시키려는 방안을 추진하고 있는 것이다. 


현재 천연 잔골재의 대체재로 폐콘크리트에서 발생하는 순환골재가 주로 사용되고 있다. 
순환골재는 흡수율이나 비중 등의 측면에서 KS 기준에 적합하지 않은 경우가 많고 이는 구조물의 품질 저하와 내구성 하락으로 이어질 수 있다. 
이를 막기 위해 업계에서는 순환골재의 품질을 향상시키려는 움직임을 강화하고 있다.   


이번에 개발된 기술은 화력발전소의 부산물인 바텀애시와 철강제철소의 부산물인 고로슬래그 미분말을 이용해 잔골재를 제조한다. 
고로슬래그 결합재 경화 기술과 입자 성형 펠렛타이징 기술을 이용해 천연 모래와 비슷한 크기와 형상을 구현할 수 있다. 


또 자체 경화 기술을 통해 결합재 자체의 강도를 파악, 대체 잔골재 생산이 가능하다. 
이렇게 개발된 잔골재는 천연 잔골재를 대체할 수 있는 강도와 성능을 보유하면서도 기존 방식과 달리 상온에서 경화해 제조비용이 적게 든다는 장점이 있다.  
원재료의 85% 이상을 바텀애시, 고로슬래그 등 화력발전소 및 철강제철소에서 발생되는 산업 부산물로 이용하기 때문에 원재료 비용이 저렴하면서 환경 친화적이다. 


기존 인공골재 제조에는 1200도에서 소성하는 공정이 필수적인데 반해 이번에 개발된 기술은 20~30도 정도의 상온에서 양생되므로 건조과정에서의 에너지소모량이 1/10 이하로 줄어든다. 
압축강도는 20MPa(메가파스칼) 이상으로 기존 인공골재의 5MPa보다 높다. 


국내 골재산업은 연간 약 6조 원, 약 2억4000만㎥ 규모다.
이 중 조골재(자갈)가 1억4000만㎥, 잔골재(모래)가 1억㎥ 수준이다.  
천연자원인 골재는 보존량이 지속적으로 감소하고 있고 심각한 환경 훼손을 야기해 환경 규제, 주민 반대로 인해 채취가 어려워지고 있다.


최근까지 부족한 모래 공급량을 충당하기 위해 바닷모래를 채취해 염분을 제거한 후 사용해왔으나 수산업계의 반발로 남해 EEZ 골재 채취에 큰 차질이 발생했다. 
산림·파쇄모래 등 대안마저 부실한 점을 감안하면 모래 수급은 점진적으로 어려워지고 이에 따른 단가 급등이 불가피할 것으로 보인다.  


순환골재를 통해 생산 가능한 모래도 200만㎥ 규모에 불과해 이번에 개발한 기술을 활용한 인공 잔골재는 정부의 골재원 다변화에 맞춰 빠르게 천연골재를 대체할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.  
화력발전소와 제철소 인근에 제조시설을 구축해 대량생산이 가능해지면 지속적으로 부족 현상이 심화되고 있는 천연 잔골재를 대체할 수 있는 현실적 대안이라는 것이다. 


잔골재는 올해 약 1㎥당 4만5000원 수준까지 가격이 상승될 것으로 예상되고 있는데 이번에 개발된 잔골재는 대량 생산화 시스템을 구축함으로써 1㎥당 4만 원 수준으로 판매가 가능, 경제성 면에서도 우위를 보일 수 있다는 설명이다. 

원료로 사용될 바텀애시 발생량은 연간 200만t 이상이며 대부분 폐기 매립되고 있고 고로슬래그 역시 연간 1000만t 이상 발생하고 있어 원료 수급이 원활할 전망이다. 

 

업계 관계자는 “제조시설 구축으로 현지 생산과 판매가 이뤄지면 지역 내 새로운 일자리 창출은 물론 생산된 인공 골재 사용에 따른 물류비 절감을 통해 건설재료시장의 경쟁력을 제고할 수 있을 것”이라고 말했다. 



최지희 기자jhchoi@lenews.co.kr
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