유·무기계 활용 자기치유 기술, 구조물의 ZERO 유지관리 실현
유·무기계 활용 자기치유 기술, 구조물의 ZERO 유지관리 실현
  • 전찬민 기자
  • 승인 2022.07.14 09:58
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[공학저널 전찬민 기자] 시멘트 콘크리트 구조물은 재료 자체의 수축, 팽창 특성, 환경조건 등 외부 요인으로 인한 균열이 발생하게 된다. 이러한 균열의 발생은 외부에서 유입되는 유해 인자로 인해 콘크리트 구조물 내 철근 부식과 열화현상이 발생해 심각한 구조물 손상의 원인이 되고 있다.

이러한 열화현상과 철근 부식은 콘크리트 구조물의 내구성을 감소시키고, 장기간 지속되는 경우 구조물을 붕괴시키는 최악의 상황에 이르게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 콘크리트 구조물의 지속적인 유지보수를 통한 안정성을 확보하고 있지만 근본적인 해결방안은 되지 않고 있다.

또한 현재 우리나라는 30년 이상 경과 된 노후 시설물이 급증하고 있으며, 2019년 대비 오는 2029년에는 약 2.5배 증가할 것으로 예상되고 있다. 이에 따라 콘크리트 구조물에 발생한 균열을 효과적으로 보수할 수 있는 새로운 유지보수 기술이 필요한 시점으로, 그 대안으로 자기치유 콘크리트가 주목을 받고 있다.

자기치유 콘크리트는 구조물의 초기 균열 발생을 억제함과 동시에 발생 균열을 스스로 치유할 수 있는 성능을 기반으로 유해 인자의 유입을 차단해 콘크리트의 내구성을 증진시킬 수 있다는 것이 장점이다. 또한 균열의 진단 및 유지보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 기술로 주목받고 있으며, 미국, 유럽, 일본 등 선진국의 선도로 활발히 연구가 진행되고 있다.

국내의 경우, 지난 2015년부터 국토교통부가 지원하는 자기치유 친환경 콘크리트 연구센터(SHGC)를 중심으로 유·무기 혼합재, 박테리아, 마이크로캡슐 등을 활용한 자기치유 콘크리트의 소재와 가공 기술을 개발했으며, 최근에는 실용화 연구가 수행되고 있다.

유·무기계 소재를 활용한 자기치유 콘크리트기술의 경우, 무기계 소재 활용 자기치유 콘크리트기술, SAPs 활용 자기치유 콘크리트기술 등으로 구분된다. 무기계 혼합재료 활용기술은 자기치유 소재가 수화과정에서 대부분 소진되기 때문에 장기적인 성능 확보가 어려우며, 균열 폭이 증가하는 경우 균열을 치유할 수 있는 침전물이 생성되기 어려워 치유 균열 폭의 한계가 있다는 단점이 있다.

현재 SAPs와 시멘트계 재료로의 응용·개발 단계 기초 기술을 확보한 상황이지만 국내외적으로 SAPs의 콘크리트 배합 적용을 통한 실제 현장 사용 가능성 증명을 위한 연구는 현재 거의 진행되지 않은 상황이며, 실용화를 위한 연구 개발은 시작 단계 수준에 그치고 있다.

이에 ㈜위드엠텍은 유·무기계 소재를 활용한 자기치유형 구체방수제와 단면복구 보수재의 실용화 기술개발을 수행하고 있다. 유·무기계자기치유 혼화재의 제조기술은 일반적으로 핵심소재의 팽창성, 촉진성, 방수성, 결정 성장성 등의 특성을 고려해 선정하게 되며, 치유 소재의 혼입량, 배합설계, 전처리 등 다양한 변수도 중요 고려 항목이다.

지속적인 연구결과로 도출된 유·무기계 자기치유 핵심소재의 혼합기술과 해당 소재의 성능 극대화를 위한 기술로써 접목되는 메카노케미칼(MC) 공정기술을 자기치유 제조에 도입했다. MC 공정기술은 유·무기계 자기치유 혼화재의 치유성능 극대화 및 실용화를 위한 대량 제조가 가능한 기술이다. 치유 소재에 작용하는 외력에 의한 분쇄, 입자 미세화의 기계적 에너지와 계면에너지, 개질화를 유도하는 화학적 에너지의 동시 반응기술로 에너지 상호 작용에 의한 신규반응생성물이 형성되고 그 결과 자기치유 혼화재의 치유성능 극대화 효과가 나타나게 되는 것이다.

특히 자기치유 소재의 실용화에 가장 큰 걸림돌이 되는 대량 생산과 산업적용 범용성을 연속식 대량 생산 기술을 통해 극복했다. 연속식 제조설비를 통해 실용화에 필요한 자기치유 소재의 생산이 가능한 것이 장점으로 손꼽힌다.

위드엠텍은 소재 기술을 기반으로 건설/환경 분야와 연계한 신기술의 개발과 사업화를 하는 연구 전문기업으로서, 인적·시설 등의 연구 인프라를 꾸준히 확보해 특허를 확보하고, 국책 주관연구를 수행하는 등 점진적 성과를 내고 있다. 또한 지난해부터 개발기술의 사업화를 적극 추진하기 위해 자체 사업화뿐만 아니라 공동사업화, 공동창업, 기술 이전 등도 추진하고 있으며, 현재 2단계로 진행되고 있는 ‘자기치유형 친환경 콘크리트 기술 개발’ 연구에 참여해 유·무기계 소재를 활용한 자기치유 기술을 실용화하기 위한 기반을 마련했다.

위드엠텍 권혁 팀장(사진)은 “자기치유 콘크리트 개발을 통한 콘크리트 구조물의 혁신적 내구성능 향상 기술 확보로 유지보수가 어려운 사회기반 시설물의 ZERO 유지관리가 가능할 것으로 기대된다”며 “이에 자기치유 콘크리트와 관련한 응용 기술, 생산 기술 개발과 국산화로 해외기술 의존도 해소는 물론 국내 기업의 해외 시장 진출을 위한 경쟁력 확보가 가능할 것으로 판단된다”고 말했다.

그는 이어 “이와 더불어 인프라 시설물에 자기치유 기술을 적용함으로써 비용 절감과 구조물의 장기 안전성을 확보해 사고 발생을 사전에 방지하는 회복 성능 부여할 수 있다”며 “이를 통해 건설 신소재 개발기술 확보로 전문성이 필요한 자기치유 관련 전문인력 양성과 취업 증대 효과도 기대된다”고 덧붙였다.

위드엠텍은 유·무기계 혼합재료 활용 자기치유 기술은 상대적으로 낮은 단가와 콘크리트의 물성에 미치는 영향이 적다는 장점을 토대로 레미콘과 프리캐스트 콘크리트 제조 시 사용할 수 있는 Pre-mix 결합재를 개발할 계획이다. Pre-mix 결합재는 현장과 프리캐스트 콘크리트 제조 공정에서 쉽게 적용이 가능하며, 높은 내구성이 요구되는 하수관, 하수암거, 해양 콘크리트 구조물 등에도 적용될 예정이다.

이를 위해 1차적으로 자기치유 소재/콘크리트 배합(안)을 도출하고 작업성 확보를 통해 최종적으로 레미콘에 적용하는 것을 목적으로 실용화를 추진할 계획이다. 유·무기계 소재 또한 높은 비용으로 자기치유 성능을 확보한 구체방수제를 대량 제조할 계획을 가지고 있으며, 해외 자기치유형 구체방수제를 대체할 수 있는 제품을 제조하는 것을 목표로 하고 있다.

한편, 위드엠텍은 자기치유 소재 기술 개발과 더불어 자가복원 세라믹코팅제, 지반보강 그라우팅, 부식방지 코팅제, 유황 복합 소재 등 개발 기술을 건설, 토목 산업 전반에 활발히 적용하고 있다. 이러한 기술을 기반으로 노후화되고 유지보수가 필요한 구조물의 안정성과 내구연한을 향상시키고자 지속적인 노력을 기울일 예정이다.


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