[공학저널 김하늬 기자] 소재는 산업을 이루는 기본 요소라고 할 수 있다. 신소재의 개발은 다양한 산업 분야의 과제로 떠오르고 있다. 건설 분야도 마찬가지다.

최근 건설 산업에서는 복합신소재(ACM; Advanced Composite Materials) 개발에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 기존 건설 재료인 콘크리트, 강재보다 우수한 강도와 기능적 특성을 갖춘 새로운 소재를 찾기 위해서다.

또한 전 세계적으로 복합신소재의 생산‧수요가 계속 증가하고 있음을 감안할 때 건설 분야에서 복합신소재 구조물 적용 기술이 지속적으로 발전할 것으로 전망되고 있다. 특히 21C 미래기술의 핵심가치로 ‘Smart, Green, Safety’를 기반으로 하는 건설 기술향상에 복합신소재는 매우 중요한 위치를 점유할 것으로 보인다.

이에 <공학저널>은 복합신소재의 건설 분야 적용을 위해 설립된 한국복합신소재구조학회 지효선 회장(사진)을 만나 복합신소재의 현황과 발전 가능성에 대해 알아봤다.

최근 기존 건설재료가 아닌 복합신소재를 활용한 보강기술이 시설물의 구조적 안전도를 더욱 향상시킨다는 의견이 제시되고 있다.

복합신소재는 강도와 강성이 충분하면서도 재료의 자중을 획기적으로 줄일 수 있어 외부환경에 저항성이 크고 환경오염의 영향이 적다는 장점이 있다. 때문에 친환경적이고 매력적인 건설재료로서 각광받고 있는 것이다.

더불어 보강되는 섬유의 방향성을 이용해 우수한 역학적 성질을 얻을 수 있으며, 다양한 형태로 만들 수 있는 뛰어난 성형성도 갖고 있다.

이렇듯 복합신소재는 우수한 역학적 성질과 내구성의 장점을 가지고 있어 기존의 건설재료인 콘크리트, 강재를 이을 새로운 건설재료로 수용되고 있다. 이에 현재 몇몇 보강기술 기업들은 실험결과를 토대로 검증된 관련 기술을 현장에 적용하고 있다.

한국복합신소재구조학회 지효선 회장(사진)은 “4차 산업혁명의 흐름은 건설에도 적용된다. 복합신소재와 같은 첨단 스마트 건설재료와 융복합 기술 개발이 필요한 실정”이라며 “복합신소재의 경량화, 기능화, 친환경화, 지능화 및 내구성은 건설 분야에서 혁신으로 자리 잡을 것”이라고 말했다.

하지만 복합신소재는 많은 장점에도 불구하고 일반 건설재료로서의 활용은 ‘아직’이라는 평가를 받고 있다. 이에 대해 지회장은 복합신소재 시공의 높은 초기 비용을 문제점으로 꼽았다.

현재 복합신소재 시공의 초기비용은 일반 건설 시공비용의 약 두 배 이상으로 책정되고 있다. 비용 면에서 경쟁력이 떨어진다고 볼 수 있지만 지 회장은 유지관리까지의 관점에서 이를 바라봐야한다고 주장했다.

한국복합신소재구조학회가 분석한 결과에 따르면 복합신소재는 초기 건설비용이 다른 건설재료에 비해 비교적 높으나 건설 후 유지관리 비용 측면에서 충분한 경쟁력을 갖고 있는 것으로 나타났다.

복합신소재의 높은 강도와 강성으로, 일반 건설 재료에 비해 사용연한이 훨씬 길다는 것. 일반 재료가 5-10년마다 유지 보수가 필요하다면 복합신소재는 20-30년가량 사용할 수 있다.

지 회장은 “복합신소재의 특성을 충분히 고려한 구조형식의 개발과 대량 생산을 위한 제조공법의 개발로 초기 건설비용이 다른 건설재료보다 높은 가격 문제를 해소해야 한다”며 “생애 주기비용을 고려하고, Smart 구조물의 개념을 도입한 복합신소재 구조의 기술개발이 필요하다”고 말했다.

지 회장은 복합신소재 사용 저조의 또 다른 원인으로 복합신소재의 이론이 일반 설계기술자에게 난해할 수 있다는 점을 꼽았다.

건설 분야 관련한 일반 학과의 교과과목은 주로 콘크리트, 강재로 만들어진 구조물과 관련된 기본이론으로 개설돼 있다. 복합신소재 관련 강좌와 교육이 매우 부족하다는 것. 때문에 복합신소재 설계지침서, 설계기준과 건설기술자들이 쉽게 활용할 수 있는 복합신소재 구조 설계 자료도 구하기 어려운 것이 현실이다.

이러한 문제를 해소하기 위해 한국복합신소재구조학회는 학회부설 기구로 <복합신소재구조 기술아카데미>를 설치해 올 해 하반기부터 운영할 계획이다.

복합신소재구조 기술아카데미에서는 복합신소재구조물의 설계, 시공 및 유지관리에 대한 강좌를 통해 건설관련 대학원생, 복합신소재 제조업체, 응용하는 건설시공업체, 설계용역회사, 건설관련 공무원들의 이해를 넓힐 예정이다.

지 회장은 “우리학회는 산·학·연·관의 네트워킹을 통해 기술정책을 제시하고, 복합신소재가 건설업계의 새로운 비즈니스모델로 창출되도록 관련 전문 연구를 계속해서 진행할 계획”이라며 “복합신소재에 대한 정부차원의 지원을 통해 각종 설계기준과 시방서의 제정, 연구개발이 활성화되길 바라며, 세계적인 복합신소재 건설시장에서 경쟁력을 갖췄으면 한다”고 말했다.

한편, 지 회장은 시설물 노후화에 따른 국민의 안전 불안감 해소와 기술 환경 변화에 체계적으로 대응하기 위해 시설물 관리의 패러다임 전환이 필요한 시점이라고 역설하기도 했다.

지 회장은 “미래 건설시장은 유지관리 시장으로 점차 전환될 것으로 전망되고 있고, 선진국은 이미 사회기반시설물에 대한 투자를 확대하고 있다”며 “우리나라도 신규건설보다는 유지관리‧보수보강 분야로 패러다임이 전환되고 있어 이에 따른 노후 인프라에 대한 유지관리를 위한 시설물 보수보강 기술개발이 끊임없이 이뤄져야 한다”고 전했다.