[전문가 視覺] 재활용된 탄소섬유, 콘크리트 보강재로 쓰자
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[전문가 視覺] 재활용된 탄소섬유, 콘크리트 보강재로 쓰자
  • 김형열 선임연구위원
  • 승인 2021.09.13 07:00
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2016년 2월 서울시가 실시한 해빙기 안전점검 중 내부순환로 정릉천고가 교량의 상부 구조물을 지지하는 대형 긴장재 20개 중 1개가 부식으로 끊긴 것이 발견돼 차량 통행이 1개월간 전면 통제된 적이 있다. 이는 건설재료로 가장 흔하게 사용되고 있는 콘크리트의 단점을 보완하기 위해 철근, 긴장재 등으로 보강하고 있는데 긴장재의 부식이 문제를 일으킨 것이다. 

이후 유사한 공법으로 시공된 교량 구조물에 대한 긴급점검을 한 결과 다른 구조물에서도 비슷한 문제점이 발견됐다고 하니 큰 사고로 이어지지 않은 것은 천만다행이었다.

그동안 제설제를 사용하는 도로시설물이나 해수에 노출된 항만구조물에서 철근 부식으로 인해 잦은 유지보수가 실시되고 있었고 철근 부식이 구조물의 수명을 단축하는 주요한 원인으로 지적돼 왔었다. 따라서 고내구성이 요구되는 구조물은 철근을 보호하기 위해 콘크리트 피복 두께를 일반구조물보다 최대 3배까지 증가시켜 부식을 억제하는 방법을 적용하고 있다. 

그러나 최근 온실가스로 인한 지구온난화 문제가 글로벌 이슈가 되고, 콘크리트의 주원료인 시멘트 제조 시 많은 양의 이산화탄소가 배출되는 것으로 알려지면서 콘크리트 두께를 증가시키는 방법 이외에 친환경적인 대안이 필요하게 됐다.

건설 분야에서는 산업고도화에 따른 철의 대체재로서 가볍고, 강하면서 녹슬지 않는 고성능 신소재를 도입하고자 노력하고 있다. 그것이 바로 머리카락 굵기의 10분의 1 정도인 탄소섬유이다. 탄소섬유는 철보다 4배 가벼우면서 강도는 10배 이상 강한 소재로서 1950년대에 개발됐다. 현재 항공, 자동차산업 등 제조업에서는 탄소섬유를 탄소섬유강화플라스틱 형태로 가공해 다양한 목적으로 활용하고 있다. 

다만 탄소섬유는 철보다 가격이 비싸서 건설 분야에서는 매우 제한적으로 사용될 수밖에 없어 최근 내진보강 등 구조물 보강 분야에 부분적으로만 활용된다. 녹이 슬지 않는 재료인 탄소섬유를 구조물 축조에 보강재로 적용할 경우 콘크리트 덮개를 최소화해 콘크리트 사용량을 크게 줄일 수 있고 고내구성으로 인해 유지보수비가 절감되고 구조물의 수명을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 

정부는 탄소 산업과 관련해 지난해 일본 수출규제에 대응하기 위해 탄소섬유 산업 지원을 늘리겠다고 밝힌 바 있다. 탄소섬유를 미래 신산업의 뿌리라고 판단해 100대 핵심 전략 품목으로 선정했고 국가 전략산업으로 육성하기 위해 7년간 8조원 규모의 예산을 투자하기로 한 것이다. 

이러한 추세를 고려할 때 제조업 분야에서 탄소섬유 사용량이 증가하게 되면 장래 사용 후 폐기돼야 할 탄소섬유로 제작된 폐부품, 폐자재 또한 막대한 양으로 증가할 수밖에 없다. 고강도, 비부식성 등 강점을 가진 탄소섬유는 건설산업에서 철근이나 강철선을 대체할 수 있는 건설재료로 성장 가능성이 매우 높다. 

따라서, 폐부품 등에서 회수된 탄소섬유를 콘크리트 보강재로 재활용한다면 경제적이고 친환경적인 건설 소재로 재탄생될 수 있을 것이다. /한국건설기술연구원 선임연구위원

[김형열 선임연구위원] koscaj@kosca.or.kr

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