[공학저널 전찬민 기자] 우리는 사회가 발전하면서 방대한 규모의 사회간접자본(SOC) 건설인프라를 구축해서 그 편의를 누리며 살고 있다. 이제는 그 모든 시설물들의 안전과 수명에 각별한 관심을 기울이지 않을 수 없는 현실적 상황에 직면해있다.
유럽 선진국들의 경우 국가적 시설물유지관리 비용이 새로운 인프라 건설에 투입되는 예산을 추월하는 규모까지 불어나고 있다고 한다. 이미 커다란 과제로 우리 앞에 놓인 건축물의 안전과 유지관리 문제에 충분한 예산 편성은 물론 끊임없는 자재와 공법 기술의 연구개발이 필요한 시점이다.
기존의 소재와 공법은 철강재를 기반으로 하고 있지만 중량감과 크기의 부담, 재단의 어려움 등으로 건축물 내부의 제한적 공간에서 이뤄지는 보수보강 공법으로는 적지 않은 부담감을 가지고 있다.
또한 탄소섬유를 비롯한 기존의 복합섬유 소재는 전기절연성이 확보되지 않고 무엇보다도 불연성능이 고려되지 않은 제품들이 많아 화재 발생 시 확산방지, 유독가스 배출 억제 등 방재 기능을 기대할 수 없었다는 것이 단점이다.
이러한 기존 소재에 나타나는 문제들을 해결하고자 다양한 복합신소재 개발이 이뤄지고 있어 관심을 모으고 있다. 최근에는 유리섬유와 바잘트섬유를 바탕으로 한 복합섬유패널이 시설물 보수보강 현장에 최적의 소재로 인정받고 있다.
청원화학㈜이 개발한 이 복합섬유패널은 철강재를 대체할 만큼 강력한 기계적 강도를 가지고 있으며 경량이라는 복합섬유소재 특유의 장점 위에 화재에 강한 준불연 특성까지 부여됐다는 것이 가장 큰 특징이다. 무엇보다 시공과정에서 중장비 소요를 줄이는 만큼 위험한 시공여건을 회피할 수 있어서 작업안전성이 대폭 제고되었고, 화재방지가 요구되는 시설물에 적합하며, 공기단축 등 전반적 시공편의성과 보강효율을 동시에 크게 개선하게 됐다.
특히 청원화학이 개발한 ‘초고강도복합섬유패널’과 ‘준불연복합섬유패널’은 현재 특허와 방재신기술 인증을 취득했다.
먼저 초고강도복합섬유패널을 살펴보면, 기존의 토목건축용 에폭시수지와는 구성이 매우 다른 130℃ 이상 고온에서 경화 가능한 가열경화형 변성에폭시수지를 기반으로 한 바인더를 채용하고 있다. 이와 더불어 이에 맞는 생산시스템이 요구되기 때문에 고온조건하의 인발성형(pultrusion) 생산방식을 채택했다.
또한 가열경화형 에폭시수지의 장점을 극대화하기 위해 여러 가지 2차 가공 공정을 거치고 섬유와 수지의 커플링성 높이는 등 최선의 배합을 도모했으며 인발성형의 특장점을 살려 섬유의 고집적화해 기대수준 이상의 고기능성 초고강도패널 개발에 성공하게 된 것이다.
준불연복합섬유패널은 폴리머로서는 드물게 매우 안정된 화학구조를 가지고 있는 페놀수지를 바인더로 적용함으로써 준불연성을 충족시키는 패널 개발에 성공한 케이스이다.
청원화학은 페놀수지의 상대적 강도 취약성을 개선, 보완하기 위해 여러 가지 기술적 탐구와 응용시험을 끊임없이 거듭 반복하는 과정을 거쳤다.
그 결과 준불연성이 요구되는 공공건축물, 터널, 지하공간 등의 보강공사에 폭넓게 적용할 수 있는 매우 적합한 자재로 인정받게 됐으며 한국철도공사의 기차터널 내진보강에 적용돼 훌륭한 평가를 받은 바 있다.
청원화학은 1986년 설립된 이래 오로지 에폭시수지의 고기능화를 추구하는 2차 가공 기술연구에 전념해 온 기업이다. 여러 가지 폭넓은 에폭시수지 기술부문 중에서 청원화학은 ‘토목건축용 에폭시수지’라는 한 가지 분야에 매진해 온 결과 해당 분야에서 남다르게 깊이 있는 기술수준을 확보하게 됐다.
복합섬유소재의 성능을 극대화하기 위해서는 바인더 수지의 역할이 무엇보다 중요하다. 이에 청원화학의 연구진은 ‘이 과제는 우리가 해야 한다, 우리가 제일 잘 할 수 있다’는 사명감과 의무감 자신감을 가지고 의욕적으로 연구개발에 착수하게 됐다.
토목건축용 에폭시수지 기술개발을 선도해온 업력과 연구실적을 기반으로 해 섬유 라미네이팅 기술과 시설물 유지보수공사 시공현장에 대한 깊은 이해는 이러한 요소들을 융합하는 노력으로 모아졌다. 그 결과 복합섬유소재 고기능화 연구에 최적의 시너지를 낼 수 있었으며, 유지보수뿐만 아니라 시설물의 품질과 안전까지도 강화할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
청원화학 조용상 회장(사진)은 “불행하게도 각종 시설물의 화재 붕괴 등 안전사고는 끊임없이 발생하고 있다”며 “신축 과정에서 품질관리와 시공관리 미흡으로 발생하는 경우와 함께 기존시설물의 하자, 노후화, 화재, 지진 등 사후적, 경시적으로 발생하는 사례가 급증하고 있다”고 말했다.
그는 이어 “이 경우는 신축 당시와는 아주 다르게 적용할 수 있는 자재와 공법이 제한될 수밖에 없다”며 “청원화학의 고기능성 복합섬유패널은 보강설계에 있어서 고강도, 기대수명, 화재안전성, 시공성 등 다양하고 필수적으로 요구되는 특성을 두루 만족시키는 최적의 자재로 자리 잡게 될 것으로 예상된다”고 덧붙였다.
이렇듯 자재에 대한 신뢰성 강화에 대한 노력은 매우 중요하다. 건축물 구조재로써 철강재나 콘크리트에 견줄만한 신뢰성을 확보하게 된다면 복합섬유신소재는 매우 다양하고 폭넓게 활용될 수 있기 때문이다.
청원화학은 이를 위해 현장 적용실적을 충분히 쌓아 실증적 신뢰성을 높이고 한국복합신소재구조학회 등 연구자 그룹과의 긴밀한 협력관계를 통해 이론적 기반을 탄탄히 하고 부단한 시험연구를 통해 성과를 쌓아가는 노력을 기울일 계획이다.
