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[중소기업지원 우수사례] BH거더의 철도교 적용성 검토 BH거더, 미래선도 기술로의 도약을 꿈꾸다 - BH거더의 철도교 적용성 검토 구조융합연구소 윤혜진 전임연구원 저탄소 녹색성장이 중요한 이슈로 부각되면서 철도산업이 새롭게 주목받고 있다. 탄소 배출량, 에너지 소모량, 원가 등이 항공, 도로교통 수단과 비교했을 때 모두 현저하게 낮기 때문이다. 따라서 미래의 교통수단은 철도를 이용한 전철, 경전철, 모노레일 등으로 대체될 것이라는 전망이다. 우리나라 역시 이와 관련된 정책을 수립하여 철도 중심의 교통체계 시스템을 구축하고자 하고 있다. ▲ 카지노 게임 사이트 구조융합연구소 윤혜진 전임연구원(우)과 토웅이앤씨(주) 윤좌중 대표(좌) 떠오르는 블루오션, 철도교 산업 국내 교통투자 정책 방향이 도로에서 철도 중심으로 전환됨에 따라 광역경제권간 직결 고속철도 네트워크 구축, 일반철도 고속화 등의 많은 철도 프로젝트가 계획 또는 추진되고 있다. 국내뿐 아니라 해외에서도 철도교 시장이 확대됨에 따라 철도교의 미래 수요가 급증할 것으로 내다보고 있다. 토웅이앤씨㈜는 25년 건설 노하우를 지닌 전문건설업체로, 국내 인프라 건설 분야에서 사업을 진행해왔다. 하지만 급변하는 건설업계의 상황에 대응하고 새로운 비즈니스 모델을 발굴해 한 단계 도약하기 위해 2010년부터 교량분야에 특화된 연구개발을 시작했다. 토웅이앤씨㈜가 개발 및 보유하고 있는 PSC(Prestressed Concrete)거더 기술인 BH(Bulb-T&Half Slab)거더는 도로교 설계기준에 적합한 기술로, 설계지침과 자동화 프로그램도 도로교에 맞게끔 개발되어 있다. 그러나 도로교와 철도교는 하중조건과 설계방법이 다르기 때문에 현재 개발된 기술로는 철도교에 적용할 수 없다. 이 때문에 늘어나는 철도 수요에 맞추어 철도차량에 대한 하중과 설계조건을 만족할 수 있는 철도교용 BH거더를 개발하는 것이 토웅이앤씨㈜와 윤좌중 대표의 당면 과제였다. “토웅이앤씨㈜는 도로교에 대한 검토와 실적만을 보유하고 있을 뿐, 인프라의 부족으로 철도교에 대한 적용성 검토를 진행하지 못하고 있었습니다. 이러한 상황에서 우연한 기회에 카지노 게임 사이트에서 중소기업 지원사업을 진행한다는 소식을 듣게 되었고, 과제에 대한 평가를 거친 뒤 지원 중소기업으로 선정되어 그동안 지연되어왔던 BH거더의 철도교 적용성 검토를 수행할 수 있었습니다.” 카지노 게임 사이트 윤혜진 박사는 토웅이앤씨㈜의 BH거더가 잠재성 높은 기술임에도 불구하고 철도교 적용에 어려움을 겪고 있음을 알게 되어 중소기업 지원사업을 제안하게 되었다. 세부적으로는 BH거더의 성공적인 기술사업화를 위하여 2단계에 걸친 추진 전략을 제안하였으며, 2016년 7월 시작된 1단계 목표는 BH거더의 철도교 적용 가능성을 타진하는 데 초점이 맞춰져 있다. ▲ 토웅이앤씨㈜가 개발 및 보유한 BH거더가 시공된 세종시 정부청사 연결브릿지 BH거더, 더 높이 날다 토웅이앤씨㈜가 자체 보유한 기술인 BH거더는 국내 최초, 최장 길이인 60m 경간 고강도 PSC거더라는 데 의의가 있다. 또한 PSC 벌브-T 형상으로 저형고(2.2m), 저중량(205톤)이며 슬래브를 일부 포함하고 있는 하프 슬래브(Half Slab) 공법으로 추락방지 시설과 슬래브 거푸집 설치가 필요 없다는 장점을 지닌다. 이 같은 공정 배제를 통해 공사 기간 단축과 시공비 절감이라는 효과를 톡톡히 보고 있다. 윤혜진 박사 연구팀은 도로교용으로 개발된 BH거더가 철도교 적용에 필요한 동적 안정성을 확보할 수 있도록 단면 설계에 역점을 두고 과제를 진행하였다. 철도교량은 열차의 고속주행과 일정한 간격의 연속적인 차륜하중의 반복 가력으로 동적 거동이 매우 중요하며, 이는 열차의 주행 안전성에 큰 영향을 미친다. 철도교의 동적 안정성을 확보하기 위해서는 열차의 교량상 운행에 따른 수직가속도, 수직처짐, 면틀림 값이 제한기준을 만족시켜야 한다. 연구팀은 카지노 게임 사이트에서 개발한 철도교량 전용 해석 프로그램을 활용하여 면밀히 검토했다. BH거더의 철도교 적용 가능성 타진을 위하여 우선적으로 35m 경간장을 지닌 복선 BH거더교를 대상으로 삼았다. 동적해석에 필요한 교량 모델링은 거더 교량의 특성을 반영하여 3차원 전체 모델을 적용하였으며, 정밀도를 확보할 수 있도록 궤도 구조까지 모델링에 반영하였다. 열차하중은 이동집중하중으로 모델링하고, 주행 속도별 동적해석을 수행하여 제한기준을 만족시키는 BH거더 단면을 도출하였다. 토웅이앤씨㈜는 이번 지원으로 KTX, HEMU, EMU, 화물열차, 새마을열차 등의 5종 열차의 운행 속도 대역에 대해 동적 안정성을 만족하는 BH거더 단면을 확보할 수 있었다. “사실 이번 과제를 진행하며 느낀 바가 많아요. 건설 분야의 기업들이 어려움을 겪고 있다는 것은 알고 있었지만, 이렇게 현장에서 실제로 체감하는 것은 처음이었거든요. 과업 기간은 매우 짧았지만 중소기업이 겪고 있는 애로사항에 공감하고, 가치 있는 성과를 내기 위해 노력했습니다. 그리고 이러한 지원으로 토웅이앤씨㈜의 BH거더가 미래선도 기술로 도약하는 데 중요한 밑바탕이 될 수 있다는 점에서 굉장한 보람을 느낍니다.” ▲ 토웅이앤씨㈜가 개발 및 보유한 BH거더가 시공된 농촌진흥청 청운교 해외 시장 개척을 위한 부단한 노력 최근 동남아시아 건설시장에서는 고속철도, 철도 및 MRT(Mass Rapid Transit) 등 철도건설과 관련된 프로젝트가 많이 계획되고 있으며, 철도의 특성에 따라 도로에 비해 대규모 물량이 발주될 것으로 전망된다. 이 같은 시장 확대에 힘입어 토웅이앤씨㈜ 역시 해외시장 공략에 박차를 가하고 있다. 사실, 토웅이앤씨㈜는 이미 2010년에 개발 완료한 도로교용 BH거더를 통해 국내는 물론 동남아시아 권역을 대상으로 수주교섭 및 영업활동을 추진해왔다. 이러한 노력을 통해 국토교통부로부터 우수해외건설업체로 선정되는 등 국내 기업의 기술력 향상은 물론 해외시장 확대에도 기여해 왔다. 토웅이앤씨㈜의 기술사업화 전략은 단순히 신기술, 신공법을 연구 개발해 기존에 있던 시장을 잠식해나가는 것이 아니다. ‘토웅’만의 브랜드를 구축해 새로운 시장을 개척하는 것이다. 윤혜진 박사팀은 기술적 지원뿐만 그 이외의 세심한 지원도 아끼지 않았다. 가령 BH거더의 해외 시장 진출을 염두에 두고 ‘BH거더의 철도교 적용성 검토’ 기술보고서를 국·영문 혼용으로 제작한 것이다. 윤좌중 대표는 중소기업 지원사업을 통해 느낀 점을 말했다. “더 나은 기술에 대한 끝없는 고민들이 모여 좋은 결과로 이어졌다고 생각합니다. 앞으로는 핵심기술을 통해 국내는 물론 해외에서도 적극적으로 사업을 추진하여 건설 분야에서 새로운 형태의 성공사례를 만들고 싶습니다.” 사실, 이들의 동행은 아직 진행형이다. BH거더의 기술적 가치를 인정받아 2단계 중소기업 지원사업에 선정된 것이다. 기술을 보다 고도화한 뒤에는 3단계로 해외진출 사업을 염두에 두고 있다. “우리의 선진 기술을 세계무대에 알릴 수 있어 가장 큰 자부심을 느낀다”는 이들. 우리의 기술로 세계 곳곳을 잇는 그날까지, 함께 더욱 많은 가치를 나눌 수 있기를 기대한다. └ 인프라안전연구본부 게시일2017-08-22 조회수 2939
[2017 사업화유망기술] 준불연성능 유기단열재 제조 기술 국내 화재 안전을 견인할 새로운 기술 - 준불연성능 유기단열재 제조 기술 화재안전연구소 조남욱 수석연구원 2015년 1월, 의정부 소재 대봉그린아파트에서 화재가 발생했다. 사륜 오토바이의 배선 합선이 원인으로 지목되었는데, 무엇보다 가연성 재질로 건축한 건물 외벽이 참사를 확대한 주범으로 꼽혔다. 1층 주차장에서 시작된 화재는 저렴하고 연소하기 쉬운 소재의 외벽을 타고 옥상까지 빠르게 번졌다. 이 과정에서 미처 피난하지 못한 사람들 5명이 사망하고, 125명이 부상을 입었다. ▲ 카지노 게임 사이트 화재안전연구소 조남욱 수석연구원 화재에 뛰어난 신소재의 필요성 국내 단열재 시장 규모는 1조 2천억 원으로 추정된다. 이 가운데 화재에 강한 준불연성능 이상의 단열재가 차지하는 비중은 20%다. 이어지는 사고에도 불구하 고 국내 단열재 시장 유통의 80%는 여전히 저렴한 가격을 앞세운 스티로폼과 우레탄 소재가 차지하고 있다. 의정부 사고역시 외벽 마감재를 콘크리트 벽에 스티로폼 단열재를 붙여 시공했던 것으로 알려져 있다. 정부는 이 같은 문제점을 개선하고자 팔을 걷어붙였다. 2016년 4월 화재 안전기준 강화법을 시행, 외벽에 불연·준불연 마감재를 의무 사용해야 하는 건축물을 30층 이상에서 6층 이상으로 대상을 확대했다. 공동주택 단열 성능 기준도 강화했다. 비슷한 시기인 2015년 12월 유엔 당사자 총회에서 범세계적인 기후변화 협약으로 각국이 탄소 배출 저감을 위한 합의에 이른 것 역시 이에 한몫하여, 현재 불연 및 준 불연 소재 수요가 급증하는 추세다. 이런 바람을 타고, 오는 2018년에는 준불연성능 이상의 단열재 비중이 시장의 40%를 넘어설 것으로 예상된다. 이처럼 고성능 단열재 수요가 늘어나는 상황에서 카지노 게임 사이트 화재안전연구소의 성과가 주목받고 있다. 화재안전연구소의 조남욱 박사는 준불연성능 유기단열재 제조 기술을 고안하여, 기술·경제적 가치 창출의 새로운 장을 열었다. ▲실험을 검토중인 화재안전연구소 조남욱 수석연구원 단열성능과 난연성능, 두 마리 토끼를 잡다 구체적으로 어떤 기술인지 알아보자. 먼저 건축 재료는 탄화수소류로 구성된 유기재료와 세라믹이나 암석 등의 무기재료로 나뉘며, 이 중에서 유기단열재는 단열성능이 좋은 반면 불에 쉽게 타는 성질이 있어 주로 단열재 형태로 사용해 왔다. 발포 스티로폼·우레탄 등이 이에 속하며, 가볍고 경제적이며 시공성이 좋은 것이 특징이다. 유기재료와 무기재료의 단열성을 비교하면 단연 유기단열재가 월등하다. 이는 다시 성능에 따라 불연재료·준불연재료·난연재료·가연성 재료로 분류한다. 예를 들면 스티로폼·우레탄·나일론 등의 마감재는 불에 타는 성질을 갖고있어 화재에 매우 취약하다. 반면 석고보드·글라스울(glass-wool) 등 준불연 이상 등급의 자재들은 화재에 강하다. 그런데 여기에 난점이 있었다. 단열성능기준과 단열재의 난연 성능을 강화하는 것 자체는 바람직하지만, 단열성능과 난연성능이라는 두 가지 물리적 특성을 한소재가 동시에 확보하기가 어렵다는 점이다. 게다가 시공하기에 어렵지 않아야 하며 비용 역시 지나치게 높지 않아야 현장에서 외면받지 않으니 어떤 재료를 어떻게 가공해야 할지 고민되는 부분이다. 조남욱 박사와 연구팀은 먼저 무겁고 시공이 어려운 무기단열재가 아닌 유기단열재를 개선하여 난연화하기로 연구의 가닥을 잡았다. 유기 단열재 중에서도 가장 우수한 난연 성능을 보이는 페놀폼을 선택했다. 페놀폼의 난연 성능은 난연 또는 준불연 성능을 확보할 정도는 아니다. 연구팀은 그간 습득한 노하우를 발판으로, 페놀폼에 인계 난연제(Phosphorus Containing Flame Retardants), 금속수산화물(Metal hydroxide) 등을 첨가해 수백회의 화재실험을 거듭한 끝에 준불연성능의 유기단열재를 제조하는 데 성공했다. ▲ 조남욱 박사는 페놀폼에 인계 난연제, 금속수산화물 등을 첨가해 유기단열재의 가연성을 극복하였으며 안정적 준불연 성능을 구현하는 데 성공했다. 끈질긴 시도와 끊임없는 노력이 이룬 성과 실험 중 가장 어려웠던 점은 초기 디자인한 예측값과 실제 화재실험 값이 차이가 나는 점이었다. 시험을 수없이 반복하는 것밖에는 대응 방법이 없었다. 끈질긴 노력 끝에, 건축법에 규정된 기준값에 근접한 제품을 개발할 수 있었다. 또 하나의 난관은 시제품 제작이었다. 기존에 없는 제품을 만들기 위해서는 공정이 가능한 수십억대의 기존 설비를 갖춘곳에서 제작하는 과정이 필요하다. 그러 나 효율성과 생산성을 중시하는 일반 공장에서 이를 쉽게 허락해 줄 리가 만무했다. 몇 번의 줄다리기 끝에 간신히 협조를 받을 수 있었다. 현재는 시제품을 근거로 양산시스템 및 공정을 2016년에 완성했고, 시장에 출시할 준비까지 진행한 상태다. 방화문 심재부터 모듈러 주택까지 학부에서 화학을, 대학원에서 환경공학과 안전공학을 전공하고 연소 독성 분야 및 화재 안전 소재개발분야에서 투신하고 있는 조남욱 박사. 그는 준불연성능 유기단열재 제조 기술이 다양한 분야에 활용될 수 있다고 짚었다. 건축물 에너지성능은 물론 화재안전기준도 만족하기 때문에 방화문 심재로 사용할 수 있고, 최근 새로운 주거형태로 각광받는 모듈러나 이동식 주택에의 단열재로 사용할 수 있으며, 선박에도 적용할 수 있다. 선박에서 사용되는 무기단열재에 비해 유기단열재가 2배 이상 가벼우므로 연비절감에도 기여하는 효과가 있다. 물론 기존 시장의 진입장벽이 높은 것은 해결해야 할 과제지만, 기후협약 및 정부시책의 변화, 이에 따른 시장 규모의 급속한 성장은 소재사용의 일대 변혁을 예고하고 있다. 무엇보다 신소재의 개발로 국내 화재 안전에 기여하여 인명 피해를 줄일 수 있다는 점이 가장 뿌듯할 터다. 안전한 사회를 위해 만들어진 준불연성능 유기단열재가 향후 우리나라 사회 곳곳에서 발휘할 성과가 기대된다. └ 화재안전연구소 게시일2017-04-28 조회수 4165
[2017 중소기업지원 우수사례] 디스포저 사용에 따른 새로운 단면형상을 갖는 배관기술 개발 일상에 편리함을 더한 착한 기술 - 음식물 쓰레기 처리 대안으로 디스포저 사용에 따른 새로운 단면형상을 갖는 배관기술 개발 환경·플랜트연구소 장춘만 연구위원 ‘하수도법 개정안’ 입법예고에 따라 디스포저(가정용 음식물 쓰레기 분쇄기) 시장의 급격한 성장이 기대되고 있다. 2020년까지 약 5만여 대 정도의 디스포저가 각 가정에 보급될 것으로 추정되며, 그 규모는 수백억 원에 이를 것으로 전망하고 있다. 현재까지 디스포저 설치·운용을 통한 다양한 시범 사업과 단위 연구과제가 진행되었으나, 분쇄 처리된 음식물쓰레기로 인한 배관의 폐색 현상 발생이 빈번해지면서 디스포저를 활용한 음식물 처리 관련 시장이 제약을 받고 있는 실정이다. ▲ 카지노 게임 사이트 장춘만 박사(좌)와 PPT평화 이종호 대표(우) 디스포저의 미래 가치와 활용성 디스포저는 음식물 쓰레기 처리가 편리하고 악취를 방지할 수 있다는 등의 긍정적인 이유로 국민 선호도가 높다. 그러나 1995년 하수로 하수관 퇴적문제, 하수처리장 용량 초과와 같은 하수도 시설에 미치는 부정적인 영향을 우려한 정부는 디스포저의 판매와 사용을 금지했다. 이후 2012년, 하수관 고형물 배출이 20% 미만인 제품에 한해 부분적으로 판매·사용할 수 있도록 허용했지만 별도의 수거망을 설치해 한 번 거른 고형물을 음식물 쓰레기 봉투에 담아 처리해야 하는 불편은 여전했다. 그리고 지난 2014년 4월 3일, 환경부는 하수도법 개정을 추진하면서 분류식 하수관로가 설치된 지역 등 일정 요건을 갖춘 경우에 한해 음식 쓰레기를 100% 분쇄·고형물로 배출할 수 있는 디스포저를 허용하는 ‘하수도법 개정안’을 입법예고했다. 물론, 해결해야 할 과제는 무수하게 남아 있다. 하수도법 개정안에서는 분류식 하수관로 지역, 배수설비 경사, 하수관로 유속, 하수처리시설 여유 용량 등의 기준을 만족하는 지역에 한해 디스포저 사용을 허용하고 있기 때문이다. 하지만 층간 간격이 좁고 복잡한 구조를 갖는 공동 주택의 경우 고형물을 포함하는 음·폐수의 원활한 배수가 어려운 것이 현실. 카지노 게임 사이트 장춘만 박사는 ‘유속을 확보하는 것은 물론, 관 단면 형상을 최적화하여 공급 유량을 줄이면서도 동일한 효과를 가질 수 있는 배관 단면형상 기술’의 필요성을 절감하고 관련 연구를 진행하고 있었다. 그때 즈음, PPI평화 이종호 대표 역시 장춘만 박사와 같은 고민을 안고 있었다. 배관 막힘을 해결할 근본적인 기술 “음식물 쓰레기 처리 대안으로 디스포저는 전 세계에서 오랜 기간 검토되어 왔습니다. 그러나 대부분 음식물 분쇄기와 원형배관의 하수방식에 따른 관 막힘에만 초점이 맞추어져 있을 뿐, 근본적인 관 형상의 개발과 물 부족 현상을 동시에 해결할 시스템은 미비한 실정입니다. 더군다나 음식물 쓰레기에 최적화된 관 형상 에 관한 국내 연구는 전무한 수준이었고요.” 이종호 대표는 향후 디스포저의 사용이 외국처럼 활성화될 경우 관 막힘으로 인한 사회적 문제가 대두될 것이라 예측했다. 게다가 보편적으로 사용되고 있는 원형관은 이미 다수의 관 막힘 현상 사례로 인해 골칫거리 취급을 받고 있었다. 그렇게 장춘만 박사와 PPI평화, 두 사람이 같은 지향점에 대한 공감대를 형성했고 배관 막힘을 해결할 근본적인 기술, 그중에서도 새로운 단면형상을 갖는 배관을 개발하기 위해 관련 연구에 관한 기술 협력을 진행했다. 사실 장춘만 박사와 PPI평화의 인연은 4년 전으로 거슬러 올라간다. 당시 장춘만 박사 팀이 수행하던 국가연구과제인 ‘음식물 쓰레기 분쇄장치(디스포저) 및 배관 개발’ 연구 결과를 활용할 기업을 물색하던 중, 국내 배관기술 분야에서 도전적인 시도를 이어가고 있던 PPI평화를 알게 된 것. “PPI평화는 이미 ‘V형관’이란 신 형상 배관 기술을 보유하고 있었고, 우리 연구원은 적은 양의 물로도 원활한 배수가 가능한 V형관에 꾸준히 관심을 갖고 있었어요. 그러다 서로의 기술력을 바탕으로 세상에 없는 형상을 만들면 어떨까 하는 생각을 했고, 이를 목표로 중소기업 지원 사업 제안을 하게 되었습니다.” ▲ 애플(apple)관 단면 형상 세계 최초·유일의 애플(apple)관 음식물 쓰레기의 효과적인 배출을 위한 가장 중요한 변수는 배관내 유속으로 배관의 구배를 조절하여 유속을 만족시켜 주어야 한다는 점이다. 장춘만 박사는 디스포저를 사용하는 관망 내 폐색(관막힘) 방지를 위한 ‘새로운 단면형상을 갖는 배관의 체계적인 설계기술’을 확보하기 위하여 가장 먼저 ‘관 막힘 특성분석 실험용 시뮬레이터’를 제작하였다. 관망성능평가 장치를 활용해 관망 내부 분쇄 쓰레기의 거동에 대한 특성실험을 수행하기 위함이다. 관망성능평가 장치의 주요 구성품은 물 공급 장치, 디스포저 유량 제어장치 및 횡지관 시험부로 이뤄져 있으며 각 배관의 기울기와공급 유량 등을 조절할 수 있도록 구축하였다. 장치를 통해 유량에 따른 배관의 유동특성을 분석하였고, 실험은 총 5회 반복하여 평균치로 도출하였다. 또한 관망 수치해석 타당성을 확보하기 위한 수치 모델 신뢰도 평가를 수행하였고, 관 막힘 방지를 위한 최적관 단면 설계를 위하여 수치 최적설계 기법을 활용하였다. 마지막으로 4종의 관 단면형상에 대한 예비 수치평가를 수행하여 내부유동특성을 분석하였다. 배관 단면의 최적 설계를 위해 4종의 단면형상은 원형관, 타원(egg)관, 애플(apple)관 및 브이(V)형관을 기반으로 하였다. 결과는 흥미로웠다. 타원관과 애플관이 관 단면 아래쪽 유속이 원형관에 비해 상대적으로 큼을 알 수 있었다. 이는 곧 배관 내에서 분쇄된 음식물 쓰레기의 입자가 원형관이나 V형관에 비하여 상대적으로 정체되기 어려운 조건임을 의미한다. “사실, 처음에는 하트 모양으로 생겼다고 하여 하트(heart)관이라는 이름으로 불렀어요. 그러다 PPI평화 측에서 ‘애플(apple)’이라는 별칭을 지어주었는데 마음에 쏙 들더군요. 그렇게 세계 최초의 애플관이 탄생하게 되었습니다.” “PPI평화는 단순히 PVC 파이프를 만드는 회사가 아닙니다. 저희의 사명은 국민이 안심하고 건강한 물을 마실 수 있는 100년 수명의 배관을 만드는 것입니다. 앞으로 애플형 관에 최적화된 생산 공정을 개발하여 국민 생활을 풍요롭게 할 고품질의 제품을 만들고 싶습니다.” 장춘만 박사와 이종호 대표, 두 사람은 지난 6개월여의 여정을 반추하며 가장 중요한 것은 ‘진심’이라고 말한다. 서로의 의견을 존중하고, 좋은 결과물을 만들어내려는 진심 어린 마음가짐 말이다. 여기에 더해 각자가 수년간 응축해온 기술력과 독창적인 노하우는 튼튼한 토대가 되어주었다. 물론 제품 보완과 안정화라는 몇몇 과제가 남아 있지만 디스포저 보급은 시간문제일 뿐이다. 국민의 일상이 편리하고 쾌적해질, 그날이 자못 기대된다. 수자원하천연구본부 게시일2017-04-26 조회수 2635
[2017 사업화유망기술] 화재손상 콘크리트 구조물의 화재피해 온도 예측 및 잔존수명평가 기술 콘크리트 화재피해를 세계 최초로 진단하다 - 화재손상 콘크리트 구조물의화재피해 온도 예측 및 잔존수명평가 기술 복합재난대응연구단 허영선 수석연구원 한 해 동안 우리나라에서 일어나는 화재사고는 4만 건 이상이다. 최근 국민안전처는 2021년까지 국가 화재 정책을 담은 ‘제1차 화재 안전정책 기본계획(2017~2021)’을 발표했다. 최근 10년간 화재로 인한 재산피해가 12.4%이었고, 인명피해는 연평균 2,223명, 화재 발생 건수는 5년간 연평균 4만 2,925건에 달했기 때문에 이를 개선하기 위해 내놓은 것. 화재 발생 건수도 심각한 수준이지만, 그 이후의 피해를 수습하는 보수·보강 역시 보완해야 한다. 화재 피해를 입은 건물의 내구성이 줄어들어 심한 균열이 생기거나, 내부에 설치된 H빔이 엿가락처럼 휘어버린 경우가 많아 이를 어떻게 보강할지 결정해야 하는데 이에 대한 적합한 해결책이 이제까지 없었다. ▲ 복합재난대응연구단 허영선 수석연구원 기존 기술의 한계에 봉착하다 최근 대규모 화재가 빈발했다. 작년 11월 대구 서문시장과 올해 1월 여수 수산시장, 그리고 3월 18일 인천 소래포구 어시장 화재로 수많은 점포가 잿더미로 변했다. 현재 서문시장은 화재의 잔해를 치운 뒤 재개장한 상태지만, 여수 수산시장과 소래포구 어시장은 불에 타 검게 그을린 외벽과 가건물을 지탱하던 각종 철골 구조물이 드러나 있어 보기만 해도 섬뜩하다. 이처럼 화재로 인해 손상된 건물의 경우, 어느 정도의 화재 피해를 입었는지 정확히 인식해야 보수·보강 등 다음 단계로 나아갈 수 있다. 기존 기술에는 인식 단계에 이미 한계가 있었다. 콘크리트는 강하고 오래가는 건축재라는 고정관념 때문에 한국은 물론 세계에서도 화재 피해 분야 연구가 이제까지 제대로 이루어지지 않아, 화재 발생 콘크리트 구조물의 피해 정도를 논리적으로 설명할 수 있는 기술은 물론 전문가도 없는 상태였다. 내부에 어느 정도의 손상을 입었는지 파악할 수 없고, 500℃ 범위에 해당하는 화재피해만 조사할 수 있었던 상황이었다. 즉 피해건물을 재사용할 수 있는지, 재사용할 경우 보수나 보강은 어떻게 해야 하는지 정확한 검토를 하지 못하니 이를 적절하게 복원하는 것은 애초부터 불가능한 얘기였다. 결국 기둥이나 슬래브를 보강하고 균열을 보수하는 선에서 멈춘 뒤 재사용하는 경우가 대다수였는데, 이는 건설물의 수명을 급격히 저하시키는 결과를 초래할 수 있다. 콘크리트 화재 위험을 원천 차단할 ‘열쇠’ 카지노 게임 사이트 복합재난대응연구단에서 내놓은 ‘화재손상 콘크리트 구조물의 화재피해 온도 예측 및 잔존수명 평가기술’은 이 같은 위험을 원천 차단할 수 있는 마중물이 된 획기적인 기술이다. 이는 화재현장에서 미량의 샘플을 채취하여 분석, 이를 기존에 구축한 표준화 디렉터리의 데이터와 비교하여 구조물의 손상 깊이별 화재피해 온도를 100℃ 단위로 정확하게, 그리고 빠르게 예측함과 동시에 잔존수명을 평가하는 솔루션이다. 이로 인해 기존과 달리 100℃ 단위로 정확하게 화재피해 온도를 알아내는 것이 가능해졌다. 콘크리트는 화재로 인한 고온에 장시간 노출될 경우, 팽창 및 수축하면서 균열이 발생하거나 조직이 약화되어 내부 성능이 크게 저하된다. 100℃ 이상 노출될 때는 잉여수(Free water)가 증발하면서 1,300배 이상 부피팽창이 일어나 균열이 발생하고, 180℃가 되면 콘크리트 내부에 화학적으로 결합한 결합수의 일부가 증발한다. 약 250~350℃에서는 콘크리트 강도에 결정적인 역할을 하는 칼슘실리케이트(Calcium Silicate) 수화생성물(水和生成物)의 함유 수분을 잃기 시작해, 400~700℃가 되면 그 대부분을 잃는다. 특히 노출 온도가 500℃를 초과하면 콘크리트 강도는 무려 50%까지 떨어진다. 이를 바꿔 말하면, 피해 당시의 온도를 정확하게 알아낼 수 있으면 현재의 콘크리트 내부가 칼슘실리케이트 수화 생성물 함유수분을 잃은 상태인지 아니면 결합수의 일부가 증발한 상태인지 정확하게 알 수 있다는 뜻이다. 초석부터 단단히 다져 온 기본기 복합재난대응연구단의 허영선 박사는 호주 유학 중 동료가 화학적 분석을 연구하는 모습에서 연구 방향의 힌트를 얻고, 정밀한 화학 분석으로 콘크리트의 상태를 분석하기로 방향을 잡았다. 가장 큰 숙제는 표준화 디렉터리 DB 구축이었다. 이는 화재 피해 샘플을 평가하기 위해 필요한 자료인데, 관련 자료는 국내에 없었고, 외국 자료는 사계절이 뚜렷한 한국에 적용할 수 없었다. 결국 기본 전제에 해당하는 DB부터 만들어야 하는 상황이었다. 허영선 박사는 인접 학문 분야에서 사용되고 있는 다수의 화학 장비를 총동원하여 화재피해를 입은 시멘트 샘플을 분석하여 가닥을 잡았다. 또한 잔존수명을 평 가하기 위해 촉진 중성화(Carbonation) 분석 시험으로 데이터를 얻었다. 이를 위해 콘크리트 구조물 실험체의 가열온도가 50℃ 상승할 때마다 1회씩 총 20회를 측정한 후, 각각의 데이터를 저장했다. 이렇게 만들어진 DB를 바탕으로 한 화재피해 구조물 분석방법은 다음과 같다. 먼저 화재피해를 입은 콘크리트 구조물에서 이동용 코어 드릴로 미량을 채취한다. 이를 레이저 절삭기를 이용해 정밀 절단한 뒤, 분석용 시료로 해당 샘플을 화학적으로 분석한다. 분석한 데이터를 표준화 DB에 저장한 데이터와 비교하여, 화재피해 온도와 공극 구조 및 중성화 깊이를 예측하여 피해 온도를 진단하고 잔존수명을 평가한다. 이는 화재피해를 입은 콘크리트 구조물의 잔존수명을 평가할 수 있는 세계 최초의 기술로, 정확한 상태 평가를 통한 보수 보강으로 건물의 구조 붕괴를 막고 건물 수명을 보존하고 재건축 비용을 합리적으로 산정할 수 있는 근거가 됐다. 작년 말에는 이를 바탕으로 덴마크화재보안기술연구소(DBI)와 화재 분야 연구·기술·인력 등 교류협력을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다. 세계 최초의 기술인만큼 특허등록에 따른 향후 무한한 경제적·과학적 가치 창출이 예상된다. 2011년 세계무역센터가 붕괴할 때 철근이 노출된 것을 보고 깊은 인상을 받아 폭렬(暴熱) 분야를 심도 있게 연구해 온 허영선 박사. 그는 향후 화재손상 콘크리트 구조물의 화재피해 온도 예측 및 잔존수명평가 기술을 바탕으로 화재조사용 소프트웨어를 개발해, 현장에서 표준화 DB에 바로 접속, 채취 샘플의 정보를 적용하여 화재 피해 당시의 온도를 알아낼 수 있도록 할 계획이다. 이는 구조물의 화재조사라는 신규 시장을 창출한 원동력이 될 수 있으리라 기대되며, 이를 바탕으로 화재진단 전문가라는 새로운 직업이 출현할 가능성도 엿보인다. ▲ 화재손상 콘크리트 구조물의 화재피해 온도 예측 및 잔존수명평가 기술은 단시간 내 구조물의 손상 깊이별 화재피해 온도를 100℃ 단위의 정확성으로 예측하고, 잔존 수명을 평가할 수 있는 세계 최고 수준의 기술이다. 화재안전연구소 게시일2017-04-26 조회수 2350
[2017 중소기업지원 우수사례] 저비용 고강토 콘크리트 옹벽 패널 안전하고 친환경적인 기술로 미래를 보장하다 - 저비용 고강도 콘크리트 옹벽 패널 구조융합연구소 고경택 연구위원 우리나라는 국토의 대부분이 산지인 데다, 각종 규제 등으로 활용할 수 있는 부지가 턱없이 적다. 결국 부지를 확보하기 위해서는 산지를 깎아내어 이용하는 수밖에 없는 셈. 이때 약해진 산지의 지반을 안정시켜 침식, 토사유출, 낙석까지 방지하는 것이 바로 옹벽 구조물의 역할이다. 구조융합연구소 고경택 박사와 ㈜제이에이치는 안전하고 안정적인 저비용 고강도 콘트리트 옹벽 패널 개발에 힘써왔다. 그들을 만나 지난 1년간의 개발 과정에 대한 이야기를 들어보았다. ▲ 정덕진 대표(좌)와 고경택 박사(우)가 강원도 홍천군에 위치한 ㈜제이에이치 공장에서 저비용 고강도 콘크리트 옹벽 패널 시제품에 대해 이야기를 나누고 있다. 안정성, 두 마리 토끼를 잡아라 국토의 70% 이상이 산지와 구릉지인 우리나라에서 도로를 신설하고, 단지를 조성하기 위해서는 가파른 산비탈을 깎아내어 신국토를 만들어 내야만 한다. 문제는 산을 깎아 옹벽을 세워 보강하는 방식으로 공사하다 보니 자칫 집중호우 때 토사가 무너지거나 산사태가 발생할 가능성이 있다는 점이다. 이때 옹벽 구조물은 비탈면이 흙의 압력으로 붕괴되는 것을 방지하는 역할을 한다. 그러나 시간이 지날수록 자연스레 콘크리트의 강도는 떨어지게 되고, 이는 자칫하면 대형 사고로 이어질 위험이 있다. 실제로 해빙기인 2월에서 3월은 큰 일교차 때문에 땅속에 스며든 물이 녹고 얼기를 반복하면서 사고 발생 위험을 높이는데, 2007년부터 2016년까지 해빙기 낙석·붕괴 등의 안전사고 중 축대·옹벽 사고는 21%로 나타난다. 우리 모두의 안전을 위한 신기술 개발이 절실하게 필요한 상황이었다. ㈜제이에이치는 토낭(모래 부대) 옹벽, 보강토 옹벽, 패널식 옹벽 외에도 토목자재의 생산부터 시공까지 아우르는 전문 회사이다. 이 중 주요 생산품의 하나인 콘크리트 패널식 옹벽은 일반 옹벽보다 산을 깎는 단면을 절반으로 줄일 수 있는 친환경 제품으로, 자연경관 훼손을 최소화하고 사용 부지를 최대한 활용할 수 있는 장점을 갖고 있어 그 수요가 점차 증가하고 있다. “최근 들어 자갈, 모래와 같은 원자재의 값이 올라가고, 물류비용이 지속적으로 증가하면서 제품 경쟁력이 저하되는 실정에 처해 있었습니다. 결국 시장에서 경쟁력을 확보하기 위해서는 저비용의 고강도 콘크리트가 필요하다는 결론에 도달했죠.” 그러나 독자적인 고강도 콘크리트 배합과 검증에 대한 기술력의 한계에 부딪혔고, 이러한 문제점을 해결하기 위해 카지노 게임 사이트과 중소기업 기술사업화 지원 과제를 함께하게 된 것이다. ㈜제이에이치와 고경택 박사의 인연이 시작된 것도 이때 즈음이었다. ▲ 장성산림교육센터에 설치된 ㈜제이에이치의 옹벽식 패널 사례 발상의 전환이 독자적 기술의 키 포인트 과제에 앞서 가장 중요한 것은 원자재 비용을 절감할 방안을 모색하는 것이었다. 수많은 논의 끝에 정덕진 대표와 고경택 박사는 공장 부근에서 찾을 수 있는 흔한 재료를 최대한 사용하기로 잠정 합의하였다. 고경택 박사의 고민은 더욱더 깊어질 수밖에 없었다. ‘좋은 재료로 좋은 결과를 내는 일은 쉽지만, 보다 값싼 재료로 더 나은 성능을 내는 일은 어렵게 느껴졌기 때문’이다. 그는 이를 ‘연구자라면 할 수 없을 발상의 전환’이라고 강조했다. “중소기업 지원 과제는 무엇보다 비용과 성능을 적절하게 조율하는 일이 중요합니다. 적정한 가격을 유지하면서도, 더 좋은 기술을 만들어야 하는 거죠. 기업 입장에서는 경제적인 면을 무시할 수 없기 때문입니다. 아마 저 혼자였다면 그런 점을 절대 생각해 내지 못했을 겁니다(웃음).” 고경택 박사는 가장 먼저 ㈜제이에이치의 옹벽 패널 공장이 위치한 강원도 춘천, 홍천지역 주변에서 많이 생산되는 순환 잔골재와 굵은 골재에 대한 재료 분석을 실시하였다. 제조공장 부근에서 발생되는 재료를 최대한 사용함으로써 재료비와 물류비용을 절감하려는 계획이었다. 한편으로 산사태 방지는 물론, 벌초와 같은 자연 훼손을 최소화하면서도 부지 확보는 최대화할 방안에 대한 고민이 뒤따랐다. 가장 중요한 구조적인 안정성을 확보하는 일도 시급했다. 수많은 실험과 검증을 거친 끝에 단면 두께를 기존 25㎝에서 15㎝로 줄이고, 압축강도를 기존 30MPa에서 50% 수준까지 높인 45MPa 이상의 고강도 콘크리트 배합설계에 성공할 수 있었다. 정덕진 대표와 고경택 박사는 시제품을 본 날의 보람을 잊을 수 없다며 기억을 되짚었다. “짧은 기간 내에 성과를 내야 하다 보니 개인적인 고뇌가 많았어요. 시제품이 나오는 날까지도 미안함과 걱정스러운 마음에 잠을 못 이뤘죠. 그런데 웬걸, 단번에 시연이 성공하는 모습을 보고 정 대표님과 굉장히 뿌듯해했던 기억이 나요. 고민의 시간이 길었던 만큼 좋은 결과가 나올 수 있었던 게 아닐까요.” ▲ 고경택 박사와 ㈜제이에이치의 협업으로 완성된 콘크리트 옹벽식 패널은 단면 두께를 기존 25cm에서 15cm로 줄여 경제성이 탁월하다. 우리 모두의 미래를 위한 기술 저비용 고강도 콘크리트 옹벽 패널 기술이 가져오는 효과는 놀랍다. 우선 기업 입장에서는 부재 두께 감소로 인한 콘크리트 물량 감소, 물류비용 및 시공비 저감으로 인한 경제성이 우수하다는 장점이 있다. 이로써 제품 1개당 최대 33,398원(19.7%)의 비용을 절감할 수 있으며, 1년에 25,000개를 시공할 경우 약 8억3 천만 원이라는 경제적 효과를 볼 수 있는 셈이다. 국가적으로는 기존 패널보다 1.5배 오래가는 고강도 콘크리트를 사용함으로써 교체 주기를 낮출 수 있다는 효과가 있다. 이는 환경적인 측면으로도 연결되는데, 시멘트 부재 두께를 줄여 탄소 저감, 자원 절감, 환경 보호 효과까지 볼 수 있다는 것이다. 물론 가장 중요한 점은 고강도 콘크리트를 사용함으로써 발생 가능한 안전사고를 최소화 할 수 있다는 점이다. 처음에는 중소기업 지원 과제로 시작했지만, 결국 우리 모두의 미래를 지키는 안전한 기술이 탄생한 셈. 정덕진 대표는 품질은 높이고, 가격은 낮춰 시장 경쟁력을 확보할 수 있게 되었다며 기쁨을 감추지 못했다. “최근 4차 산업혁명이 주목받으면서 건설업 같은 2차 산업 지원이 줄어든 것은 사실입니다. 그런 부분을 극복하고 부족한 부분을 메우려 하니 중소기업에서는 독자적인 기술인 지적재산권이 더욱 절실하고 중요해질 수밖에 없지요. 헌데 기업 입장에서는 기술력의 한계 등을 안고 있기 때문에 상당히 제한적입니다. 이번 과제를 통해 카지노 게임 사이트만의 기반과 지원으로 생각이상의 결과를 낼 수 있었어요. 한층 성장하는 좋은 계기가 되었다고 생각합니다.” 과제를 진행하며 성장한 것은 비단 ㈜제이에이치만은 아니었다. 고경택 박사 역시 지난 1년여간의 시간을 통해 깨달은 협업의 가치에 대해 역설했다. “연구자에게는 늘 연구실과 현장 사이의 괴리가 존재해요. 저 역시 연구에 몸담은 지 20여 년이 되었지만, 이번 기회를 통해 현장의 목소리가 반영된 기술이야말로 진정 필요한 기술이 될 수 있으리라는 생각을 하게 됐어요. 이전보다 성숙한 시야를 얻은 것 같아요. 과제는 끝났지만, 한 번 맺은 인연을 소중히 하며 앞으로도 좋은 관계를 유지하고 싶습니다.” 이들은 이번 과제의 성공은 전적으로 서로를 향한 신뢰가 만들어낸 결과물이라며 입을 모았다. 정덕진 대표와 고경택 박사, 이 두 사람이 그려나갈 대한민국의 미래가 자못 궁금하다. ▲ 압축강도 45MPa 이상의 고강도 콘크리트 배합 설계는 독자적인 기술력과 노력의 결실이다. └ 인프라안전연구본부 게시일2017-02-22 조회수 3675
[2016 국토교통R&D우수성과] 초고강도, 고기능, 고품질의 슈퍼 콘크리트 [세계일류기술] 첨단재료와 핵심설계기술의 융·복합으로 탄생한 슈퍼 콘크리트 - 초고강도, 고기능, 고품질의 슈퍼 콘크리트로 전세계 건설시장 선도 “슈퍼 콘크리트의 고내구성ㆍ고강도를 통해 구조물 주요부재의 수명은 100% 증가, 구조물 중량은 30% 이상 줄어드는 것은 물론 공사비 10%, 탄소배출량 30% 이상을 절감할 수 있다.” SOC(사회간접자본) 시설물이 주로 콘크리트로 건설되는 이유는 경제성 때문이다. 국내 콘크리트 교량의 평균수명은 선진국에 비해 상대적으로 짧다. 해외 건설시장에서 가격경쟁력을 갖추고 국가 예산을 절감하는 콘크리트 시설물 건설을 위해서는 혁신적인 콘크리트 재료개발과 구조 활용기술이 필요하다. 본 연구를 통해 개발된 슈퍼 콘크리트는 내구수명이 길고 압축강도가 매우 크며 비용도 상대적으로 저렴해 국내는 물론 미국과 미얀마에도 기술이 적용되는 등 그 우수성을 인정받고 있다. 연구책임자 소 속 기 관 연 구 기 간 전 화 번 호 김 병 석 카지노 게임 사이트 2013.12 ~ 2018.12 031-910-0124 신성장 동력으로 부각되고 있는 초고성능 콘크리트 국내의 SOC 관련 국가예산은 점점 감소하는 반면, 동남아시아를 비롯한 개발도상국과 중동지역의 건설시장은 확대되는 추세다. 국내 건설업 침체를 타계하고 해외 수주를 늘리기 위해서는 세계시장을 선도할 경쟁력 있는 기술력을 갖추는 게 중요하다. 우리나라의 해외 건설수주는 2011년 591억 달러, 2012년 649억 달러, 2013년 652억 달러, 2014년 660억 달러, 2015년 461억 달러, 2016년 6월기준 152억달러로 전체적으로 성장하고 있지만, 그 내용을 보면 플랜트 분야에 80%가 편중되어 있고 순이익률도 저조한 실정이다. 국내 SOC 기술력은 선진국 대비 80% 수준1)으로, 고부가가치 시장인 엔지니어링 분야에서의 세계시장 점유율은 2011년 기준 1.9%에 그친다. 초고성능 콘크리트(UHPC)2)는 이러한 건설업의 위기를 돌파할 ‘황금열쇠’로 불리는 기술이다. SOC 시설물의 품질과 기능, 수명에 대한 기대가 점점 커가는 지금, 프랑스·독일·일본·미국 등 선진국들은 UHPC 재료 및 구조물의 활용기술을 미래 성장동력으로 인식하고 국가 지원을 아끼지 않고 있다. 우리나라는 이미 UHPC 분야의 최고 수준 기술을 확보하고 있고 세계적으로도 유관기술들이 많이 활용되고 있지만 국제기준 정비는 미흡한 상태다. 첨단재료와 핵심 설계·제작·시공기술을 개발하고 글로벌 기준에 부합하는 국제 기준 작성을 주도한다면 UHPC 기술은 해외 건설 수주를 견인하는 신성장동력이 될 것이다. 1) 제1차 건설기술진흥기본계획 수정계획(국토교통부, 2009. 7) 2) UHPC (Ultra-High Performance Concrete) 초고강도(기존 콘크리트압축강도의 4배), 고내구성(200년 수명), 고유동성(물처럼 흘러내림)의 특성을 지닌 초고강도콘크리트. 흔히 “슈퍼콘크리트”라 불림 ▲ 춘천 레고랜드 진입교량 UHPC 도로사장교 조감도 슈퍼 콘크리트 제조기술 및 구조설계지침 개발, 국내 교량 현장 적용 본 연구단은 세계 최고의 콘크리트 구조물 건설기술 개발을 위해 먼저 UHPC를 포함하는 (초)고성능 콘크리트 제조기술과 재료모델 및 지침을 개발했다. 그 결과 제조비용의 20~50%를 절감하고 내구수명을 100% 증진시킨 압축강도 80~180MPa급의 성능맞춤형 슈퍼 콘크리트를 개발했다. 현재 슈퍼 콘크리트의 프로토타입 배합(SC80, SC100, SC120, SC120f, SC150f, SC180f)은 모두 완성되어 부재 제작에 활용되고 있으며, SC180f 등은 이미 현장에 적용되고 있다. 2015년 7월 강원도 춘천 레고랜드 진입교량에 본 기술을 적용하여 2017년에 완공 예정이며, 이는 세계 최초의 초고성능 콘크리트 도로 사장교로 기록될 것이다. 2015년 10월에는 미국 아이오와주 노후교량 교체사업 수주에 성공해 미국 최초로 한국기술을 적용한 교량 ‘Hawkeye UHPC Bridge’를 건설했다. 또한 같은 시기에 미얀마에서도 양곤~만달레이 구간의 고속도로 확장공사 구간에 슈퍼 콘크리트 기술을 적용한 교량을 건설했다. ▲ 미국 아이오와주 뷰캐넌 카운터의 Hawkeye UHPC Bridge ▲ 미얀마 고속도로 상 교량 현재 개발된 SC120f, SC150f, SC180f 구조설계지침은 일반 설계사와 시공사에서도 활용가능하다. 특히 SC180f 구조설계 지침은 영문판으로 작성되어 미국 아이오와주 ‘Hawkeye UHPC Bridge’와 미얀마 고속도로 교량 건설에 적용되었다. 슈퍼 콘크리트 프로토타입 배합은 국·내외 제조비용의 50~80% 이하로 매우 경제적인 것이 특징이다. 일반 콘크리트를 사용한 경우에 비해 200∼800m급 사장교에 SC80∼SC100을 적용하면 상부구조 공사비의 최대 16%, 전체 공사비의 10% 내외를 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 150m급 프리캐스트 풍력타워의 경우 SC80 적용 시 강재타워 대비 제작비의 최대 77%를, 부잔교는 SC100 적용 시 일반 콘크리트 대비 최대 18%, 건축 구조요소는 기존 대비 건설비용 약 10%를 절감할 수 있다. 현재 연구단은 1000m급 사장교 구조시스템의 개발과 경제성 향상, 현장적용 기술개발 등 슈퍼콘크리트 기술의 실용화 연구에 초점을 맞추어 연구를 수행중이다. ▲ DMZ 횡단 교량 (평화의 다리) 미국과 미얀마 수주 성공, 기술력 인정받아 본 연구를 통해 세계 최고 수준의 80∼180 MPa급 콘크리트 재료 및 구조기술을 개발했으며, 이를 토대로 설계·시공·유지관리ㆍ사업관리 기술을 패키지로 해외 진출하는 모범사례를 만들고자 한다. 또한 춘천 레고랜드 진입교량 실적을 바탕으로 국내 건설사가 해외 장대교량 사업을 수주할 수 있도록 하고, 국제적인 가이드라인 작성을 통해 글로벌 리더의 지위를 확보하고자 한다. 슈퍼 콘크리트의 고내구성을 통해 구조물 주요부재의 수명은 100% 증가, 구조물 중량을 30% 이상 줄이는 것은 물론 공사비의 10%, 탄소배출량의 30% 이상을 절감할 수 있다. 본 연구성과는 2015년 한국콘크리트학회에서 기술상을 수상했으며, “국제 교량 및 구조공학회(International Association for Bridge and Structural Engineering) ”국제학술대회와 “제1회 아시아콘크리트연합(ACF, Asian Concrete Federation)” 국제회의, "제1회 UHPC 재료 및 구조" 국제학술회의에 주요연사로 초청되는 등 국내외에서 기술력을 인정받고 있고, 한강 교량(제2경부고속도로), DMZ 횡단 교량(평화의 다리) 등에 적용할 수 있는 기술이 개발되는 등 실용화가 확산되고 있다. 연구진 Inside 기존 콘크리트보다 내구성과 작업성이 뛰어난 슈퍼 콘크리트 재료를 만드는 연구는 구조물에 대한 해석과 설계, 이것을 실현하는 제작·시공기술 개발도 포함해야만 한다. 늘 해오던 대로 재료개발, 구조·설계기술개발, 시공기술개발 순으로 연구를 진행하면 편할 수 있었지만, 이번에는 이 모두를 융·복합형으로 동시에 개발하는 전략을 택했다. 치열한 해외건설시장에서 기술경쟁력을 갖추기 위해서는 하루라도 빨리 기술개발을 해야 했고, 인력과 기간이 늘어나는 순차연구로는 해결할 수 없다고 판단했다. 그리고 기본적인 타당성 검토를 통해 가장 경쟁력 있는 시설물을 선정하고 시설물 맞춤형의 재료와 기술을 개발하는 “목적지향형연구(Object Oriented Research)”로 방향을 잡았다. 기본적으로 불확실성이 어느 정도 내재되어 있으므로 이를 보완하기 위해 연구기간 중에 필요시 계획을 수정해 나가는 “롤링 플랜”으로 진행했다. 이러한 전략 덕분(?)에 원래 계획대로 비교적 빠른 시간 안에 필요한 기술개발에 성공할 수 있었지만 연구자들은 정말 고생이 많았다. 그래서 2015년 미국 아이오아주 뷰캐넌카운티의 노후교량 교체작업에 국내 슈퍼 콘크리트 기술을 적용하고, "Hawkeye UHPC Bridge" 준공소식이 NBC방송과 16개 신문사를 통해 미국 전역으로 널리 알려졌을 때 “한국기술로 미국에 건설한 최초의 교량” 이라는 타이틀이 주는 감동이 매우 컸고 더 기억에 남는 것 같다. 주요 연구 개발 성과 논문 ·SCI 논문 게재 7건, SCI(E) 논문 게재 6건, 일반학술지 논문 73건 지식재산권 ·특허출원 23건, 특허등록 16건, 소프트웨어등록 10건, 디자인등록 1건 시설·장비 구축 · 대형부재 또는 실제 구조물을 건설하기 위해 국·내외 현장 어디에서나 대량의 슈퍼 콘크리트를 효율적으로 제조하기 위한 이동식 제조 시스템 구축(90백만원) · 대형부재 또는 실제 구조물을 건설하기 위해 국·내외 현장 어디에서나 대량의 슈퍼 콘크리트를 효율적으로 제조하는 데 필요한 재료를 저장·공급하는 이동식 사일로 시스템 구축(60백만원) * 본 연구성과는 국토교통부가 선정한 '2016 국토교통 R&D 우수성과 20선' 으로 선정되었습니다. * 본 연구는 국토교통부/국토교통과학기술진흥원의 지원으로 수행되었습니다. └ 인프라안전연구본부 게시일2017-02-03 조회수 4986
[2016 국토교통R&D우수성과] 주거시설의 트렌드 변화 주도하는 모듈러 공공임대주택 [공공복지기술] 주거시설의 트렌드 변화를 주도하는 모듈러 공공임대주택 - 저출산·고령화 시대에 따른 모듈러 공공임대주택 기술개발 연구책임자 소 속 기 관 연 구 기 간 전 화 번 호 임 석 호 카지노 게임 사이트 2013.12 ~ 2017.12 031-910-0349 “모듈러 건축 공법이 활성화될 경우 고용창출은 물론 해외시장의 수익성을 높이는 전기가 될 수 있을 것으로 기대된다.” 저출산·고령화로 인해 1~2인 가구가 늘면서 차세대 주거모델의 필요성이 대두되고 있다. 모듈러 공법은 좁은 부지에 레고블럭처럼 주택을 지을 수 있고, 신속한 공급 및 해체가 가능해 매우 경제적이다. 본 연구는 모듈러 주택의 기술적 난제였던 ‘구조안전성, 층간소음, 내화성능’을 해결하고 인구구조 및 사회 환경변화에 유연하게 대응할 수 있는 새로운 공공주택 모델을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다. 나아가 건설 노동시장의 구조개선을 통한 고용창출 효과는 물론 모듈러 주택에 대한 국민인식을 긍정적으로 전환시키는 계기가 될 것이다. 건축시장의 새로운 패러다임을 제시하는 모듈러 공법 대한민국의 가구 구조가 변하고 있다. 최근 몇 년간 사회 초년생, 대학생, 신혼부부, 고령자 등으로 구성된 1~2인 가구의 비중이 빠르게 늘어나면서 중소형 임대주택의 수요도 증가하고 있다. 그러나 높은 전세가와 임대료 등 주거환경은 갈수록 열악해지고 있다. 이에 대한 대안으로 소형 주택을 짓는데 유용한 ‘모듈러 공법’이 주목받고 있다. 모듈러 공법은 집의 골조와 현관문, 욕실, 전기배선 등 부재의 70% 이상을 레고블록 형태로 모듈화해 공장에서 미리 만드는 건축 공법이다. 공장에서 옮겨와 부지에서 조립만 하면 되기 때문에 공사비를 절감할 수 있고, 건설 현장의 소음을 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 도시 곳곳의 작은 자투리땅을 활용하여 지을 수 있기 때문에 대규모 택지가 부족한 대도시에서 더욱 활용도가 높다. 현재 국내 주택시장은 저가수주 과열로 사업성이 악화되고 있으며, 이로 인해 해외시장에 진출해도 고용창출 효과를 기대하기 어려운 상황이다. 주택건설시장의 새로운 패러다임을 제시하는 모듈러 건축 공법이 활성화 될 경우 고용창출은 물론 해외시장의 수익성을 높이는 전기가 될 수 있을 것으로 기대된다. 경제성·사업성·기술성 실증 통해 새로운 공공임대 주택모델 제시 모듈러 주택은 가로 3m, 세로 6m 내외의 원룸(One Room) 형태의 모듈로 생산되기 때문에 기숙사, 원룸, 호텔 등 동일한 공간이 반복되는 건물에 효과적이며, 1~2인 가구를 위한 공동주택으로 적합하다. 건물을 해체할 때에도 건설폐기물이 아닌 새로운 주택의 구조체로 재사용(Reuse)할 수 있어 지속가능하고 친환경적인 공법으로 각광받고 있다. 주관연구기관인 카지노 게임 사이트은 모듈러 건축시스템의 특징을 활용하여 저출산·고령화에 대응할 새로운 주거모델을 개발하기 위해 산·학·연이 모두 참여하는 연구컨소시엄을 구성했다. 연구진들은 경제성, 사업성, 기술성 등 3대 실증기반을 토대로 모듈러 주택 기술을 개발하고 공공임대 주택 대상 실증단지 구축을 통해 새로운 공공임대 주택모델을 제시하는 것을 목표로 삼았다. 이를 위해 먼저 수요자 맞춤형 모듈러 주택건설을 위한 설계기술, 환경성능, 구조 및 시공기술, 공장생산성 향상 및 품질관리기술을 개발·실증했으며, 두 번째로 공급 및 사업화추진을 위해 경제성을 확보한 사업화모델을 개발했다. 이어 국내 최초로 모듈러 주택 실증단지를 구축했으며, 신혼부부 및 대학생 등 무주택 서민의 주거안정과 삶의 질 향상을 위한 모듈러 주택 주민설명회를 개최하는 등 입주자 모집 및 선정방안 마련, 모듈러 주택 맞춤형 관리 및 운영방안 개발 등 ‘운영 시스템’을 구축했다. 이러한 절차에 따라 국내 최초로 모듈러 건축시스템 개념을 적용한 공동주택 및 공공임대주택 71세대(수서단지 41세대, 가양단지 30세대)를 공급할 예정이다. 2016년 서울시로부터 사용승인을 받고 먼저 착공에 들어간 가양단지는 2017년 초 완공을 앞두고 있다. 공공임대주택 수요자는 도시근로자, 신혼부부, 사회초년생 및 대학생을 포함한 3대 주거취약계층을 대상으로 공급된다, 본 연구는 ‘수요자 맞춤형 주택공급 시스템’을 구축한 사례라는 점에서도 의미가 있다. 안전성·내화성↑ 소음·시공비↓, 기술성과 경제성 모두 갖춘 차세대 주거모델 과학기술적 측면에서 핵심성과는 모듈러 시공의 3대 난제인 ‘구조안전성, 차음성, 내화성’을 주택건설기준에 부합하도록 기술적으로 해결한 것이다. 표준화를 통한 원가절감을 위해 ‘MC설계 및 BIM 통합설계시스템’을 구축했고, MC설계를 적용하여 주택의 표준화 방안을 도출한 것은 물론 단위부재·접합부·유닛별 라이브러리 구축 및 정보화를 구현했으며, 4D시뮬레이션으로 시공성을 검토하여 설계·공사기간을 10% 가까이 단축했다. 국내 최초로 5층 이상 모듈러주택의 구조안전성을 확보한 것도 큰 성과 중 하나다. 3층 높이까지만 안전성을 확보할 수 있었던 기존 기술의 한계를 뛰어넘기 위해 운송 및 양중 효율을 증가시킨 경량합성 바닥판을 개발했으며, 접합부 최적 구조성능 기술 등을 확보했다. 또 심각한 사회문제로 대두되었던 ‘층간 소음’ 등의 문제를 해결하기 위해 소음차단 바닥구조 및 벽체기술개발을 통해 중량충격음 3등급, 경량충격음 1등급을 확보했으며, 건식벽체구성으로 외부 및 세대 간 전달소음을 차단하여 세대 간 차음 1등급을 획득했다. 에너지 절약을 위해 단차형태의 형상접합을 통해 열교 및 기밀현상을 차단하고, 일체형 외단열 코너벽을 설치해 단열성능과 기밀성능을 끌어올렸다. 이를 통해 국내 최초로 모듈러 주택의 에너지성능 2등급을 달성하는 쾌거를 이뤘다. 경제적 측면에서 가장 큰 성과는 신속공급 및 해체가 용이한 모듈러공법을 활용해 새로운 공공임대주택의 모델을 제시했다는 점이다. 모듈러 주택의 아킬레스건이었던 철근콘크리트(RC) 대비 130%에 이르는 공사비를 110%까지 낮추고 90%까지 원가절감 가능성을 제시한 것도 큰 성과로 볼 수 있다. 연구진들은 작업내역체계를 3단계(모듈러 공정제작, 일반 현장시공, 모듈러 현장시공)로 분리하고 표준화된 코드를 적용한 ‘모듈러 공법 표준내역체계’를 구축해 원가관리의 효율성 및 입찰업무의 정확도를 끌어올렸다. 아울러 국내 대표 모듈러 제조회사의 참여를 기반으로 원가절감을 위한 다각적 교차검토를 통해 가격경쟁력을 갖추고, RC공법에 비해 공사기간을 50% 단축하여 경제성을 확보했다. ▲ 모듈러 공동주택 Mock-up 구축 및 12대 실증기술(충북 K사 진천공장, 2014.08) 연구진 Inside 모듈화된 자재의 공장 대량생산을 통해 신속하게 집을 지어 저렴하게 공급할 수는 없을까 오랫동안 고민했지만, 조립식 주택에 대한 우리 사회의 부정적 인식과 편견은 넘을 수 없는 벽처럼 견고하고 단단했다. 그런데 2013년 모듈러주택 기술개발과 실증사업을 할 수 있는 국토교통R&D과제를 시작하게 되었다. 주관연구기관인 카지노 게임 사이트부터 SH공사, 국내 3대 모듈러 주택업체까지 이 분야 전문기관과 기업들이 의기투합해 컨소시엄을 구성했고, 연구 첫 해부터 MBI 등 국제 모듈러 컨퍼런스에 적극적으로 참여해, 모듈러주택의 3대 난제를 해결할 수 있는 연구성과들을 소개하자, 국제 모듈러 산업업체와 국가기관 등이 큰 관심을 보이기 시작했다. 심지어 싱가폴 등 공공주택 확대공급에 관심을 갖고 있는 국가 공무원들이 실증단지 현장방문을 다급하게 요청하기도 했다. 국외에서의 뜨거운 반응과는 달리 우리 지역사회에서는 공공임대주택과 행복주택의 형태로 공급되는 모듈러 주택의 신축에 결코 우호적이지 않아 실증단지의 승인부터 착공까지 많은 난관을 겪어야 했다. 실증단지 완공까지 아직도 넘어야 할 산이 많지만, 1/2 공기단축과 기존공법 대비 10% 공사비 절감이라는 연구목표 달성을 위해 ‘지성이면 감천’이라는 말을 마음에 새기고, 오늘도 꿋꿋이 연구성과 도출에 매진할 것이다. 주요 연구 개발 성과 논문 SCI 논문 게재 4건, 국내 논문 게재 11건 지식재산권 특허출원 6건, 특허등록 3건 실증단지 구축 수서단지 41세대, 가양단지 30세대 예정(‘16. 10∼’17. 08 구축예정) * 본 연구성과는 국토교통부가 선정한 '2016 국토교통 R&D 우수성과 20선' 으로 선정되었습니다. * 본 연구는 국토교통부/국토교통과학기술진흥원의 지원으로 수행되었습니다. 수자원하천연구본부 게시일2017-02-03 조회수 6772
[2016 국토교통 R&D 우수성과]도로표지를 자동분석하는 첨단플랫폼 RRAP 개발 [서비스 R&D] 도로표지를 자동분석하는 첨단플랫폼 RRAP 개발 - 도로표지 영상정보 자동감지 및 분석 장비 개발로 국민안전강화 및 국가예산 절감 “도로표지를 자동으로 감지·분석하는 첨단장비 ‘RRAP’ 개발을 통해 안내체계의 정확성을 높이고 유지관리 비용을 획기적으로 절감할 수 있게 되었다.” 도로표지는 사람들이 원하는 곳을 정확하게 찾아갈 수 있도록 길잡이 역할을 한다. 따라서 오류가 없도록 정기적으로 점검하고 개선해야 한다. 본 연구를 통해 개발된 RRAP(도로표지 자동분석장비)를 탑재한 차량은 도로주행만으로 영상을 수집하고 도로표지에 표기된 지명·방향 등의 정보를 자동인식해 잘못 표기된 정보를 찾아내는 것은 물론 도로표지 DB에 반영하여 현장의 도로표지를 정비할 수 있도록 한다. RRAP의 도입으로 국민안전 강화는 물론 국가예산을 획기적으로 절감할 수 있을 것이라 기대된다. 연구책임자 소 속 기 관 연 구 기 간 전 화 번 호 정 규 수 카지노 게임 사이트 2012.9 ~ 2015.9 031-910-0652 전국 16만개 도로표지 관리를 더욱 신속하고 정확하게! 현재 전국의 고속국도·일반국도·지방도 등에 약 16만개의 도로표지가 설치되어 있으며, 300여개의 도로관리청에서 이를 관리하고 있다. 정부는 도로표지의 효율적인 관리·개선을 위해 2001년부터 ‘도로표지시스템’을 운영하고 있지만 신설·변경되는 도로표지 정보의 실시간 갱신이 어려운 실정이고 도로관리를 위한 현장사진 및 위치정보 취득, 속성정보 입력 등이 수동으로 처리됨에 따라 정보의 현시성 유지도 어렵다. 신규도로 개설 등으로 매년 도로표지는 지속 변경되고 있으며, 정부는 국민생활 편의도모 및 안전제고를 위해 실시간 갱신을 위해 노력하고 있다. 그러나 전국 16만개 표지를 대상으로 재조사할 경우 현지 조사비용 100억원, 입력·분석 비용 연간 52억원의 경비가 소요될 뿐만 아니라 취득데이터의 신뢰성도 100% 만족시킬 수 없는 상황이다. 이를 위해서는 자동으로 도로표지를 감지하고 보다 정확하고 신속하게 분석할 수 있는 첨단장비의 현장 도입이 시급하다. RRAP의 개발 과정 본 연구는 전국 16만개의 도로표지를 신속하고 정확하게 관리·조사할 수 있도록 관련 첨단장비 개발을 목표로 진행됐다. 연구는 크게 도로영상정보 수집 및 분류 모듈, 도로표지 속성정보 추출 모듈, 도로표지 속성정보 분석모듈, RRAP(도로표지 자동감지·분석 장비: Road Sign Recognition and Analysis Vehicle Platform)와 도로표지시스템 간 연동모듈 개발로 나눠 진행됐다. 첫 번째 연구에서는 차량에 탑재해 주행하면서 주변의 지형·지물을 측정하는 MMS(Mobile Mapping System)를 활용하여 도로의 영상공간정보를 수집·처리하고, 도로표지 검출과관련된 속성정보를 추출하는 기술을 개발했다. 본 연구를 통해 멀티센서 캘리브레이션1) SW는 물론, 도로표지 조사데이터 수집 SW와 도로표지 검출 SW 등이 개발됐다. 두 번째 연구에서는 도로표지 영상정보에서 문자·기호영역만 따로 추출하여 속성을 인식하고 DB를 구축하는 통합프로그램을 개발했다. 아울러 화살표와 안내지명의 방향별 속성정보와 방향별 안내지명, 노선번호 등에 대한 DB도 함께 구축했다. 세 번째 연구에서는 도로표지시스템 DB의 내용 및 위치정보와 RRAP의 조사결과를 비교·분석하여 일치성·적합성·연계성을 확인하는 기술을 개발했다. 마지막으로 RRAP와 도로표지시스템을 연계하는 연동모듈을 개발했으며, 2015년 5월부터 9월까지 서울시 강남구와 인천시 청라지구 일원의 테스트베드에서 시제품을 운영·검증했다. 연구성과의 활용도 제고를 위해 국토교통부 주관의 ‘제1회 도로안전, 관리기술 교류회’와 ‘필리핀 ADB포럼’, ‘2015 세계도로대회’ 등 국내·외 행사에서 본 연구성과를 발표·전시하고 우리나라를 방문한 중국 측해지리신식국 대표단, 몽골 국장급 및 실무원에게 개발기술을 설명하는 자리를 마련했다. ▲ RRAP 개념도 ▲ RRAP 조사장비 ▲ RRAP 차량 탑재 국내·외 패턴인식 및 영상정보수집 산업 활성화 유도 본 연구의 가장 큰 성과는 도로표지를 자동으로 감지·분석하는 첨단장비 ‘RRAP’를 개발한 것이다. 특히 자연 노출영상에서 한글정보를 자동 인식하는 기술은 자율주행과 융합하여 도로 정보취득 기술의 토대를 마련할 것으로 기대된다. 또한 멀티센서 기반의 도로표지 조사차량 및 관련 SW 개발로 고정밀 위치기반 도로표지 정보를 수집·추출할 수 있게 되었으며 이를 통해 도로표지 DB를 신속하고 효율적으로 구축·갱신하는 기술적 토대를 마련하게 됐다. 실제로 본 연구를 통해 도로표지 조사차량 시제품을 제작하여 일반국도 7개노선의 도로표지 전수조사를 실시했고 사진·위치·속성정보 등 수집된 자료를 토대로 도로표지 시스템 DB를 갱신했다. 공공적 성과로는 도로표지 정보갱신을 위한 DB 비교분석 작업자동화로 DB 구축업무의 효율을 극대화했다는 점이다. 도로표지 DB의 신속하고 효율적인 구축체계를 수립했으며, 이를 통해 도로표지 시스템의 활용성 및 신뢰도를 향상시켜 양질의 공공서비스를 제공할 수 있게 됐다. 이번 연구는 도로표지 속성정보 추출을 위한 최초의 실용화 연구개발로서, 향후 각종 도로시설물의 DB를 구축하는 연구방법으로 확장·응용할 수 있을 것으로 보인다. 경제적 성과로는 도로표지시스템 DB구축 및 갱신업무의 효율성 극대화로 데이터구축 비용 100억원, 분석 비용 50억원 절감효과를 들 수 있다. 이 외에도 조사인력 및 기간 단축을 통해 작업환경의 안전성을 확보했으며 추출정보의 정확성을 높여 전체 사업비용을 획기적으로 절감할 수 있게 됐다. 본 연구성과는 민간 및 공공분야에서도 광범위하게 활용될 것으로 기대된다. 현재 국토교통부에서 정부3.0에 따라 추진하고 있는 일반국도에 대한 ‘좌표기반의 도로표지 데이터베이스 갱신 사업’에 지속 활용하는 것은 물론, 도로관리청에서 유지보수가 가능토록 RRAP의 도입이 추진될 것이라 예상된다. 아울러 국토부에서 제작중인 한국형 3D 공간정보 오픈플랫폼(Vworld)의 교통시설물 DB구축과 각종 도로시설물의 영상정보를 수집하는 공간데이터 분야, 옥외시설물과 입간판 등의 난립문제를 해결하는 데에도 폭넓게 활용될 것으로 보인다. 뿐만 아니라 도로·교통분야의 IT관련 기술개발을 통해 국내·외 패턴인식 및 영상정보수집 관련 산업에 활기를 불어넣을 것으로 기대된다. 연구진 Inside 연구 초기에 장비의 제작과 속성추출 테스트를 동시에 진행하고, 현장조사도 별도로 수행하면서 위험한 경우가 많았다. 또한 장비 운용을 위한 차량 마련이 어려워 공동기관에서 보유하고 있는 구형 경차를 활용하다보니 현장조사가 쉽지 않았다. 다행히 공동기관의 배려로 신형 경차를 활용하게 됐고, 컴팩트한 플랫폼 장비를 만들어 훨씬 수월하게 현장테스트를 할 수 있었다. 속성정보 추출 테스트를 위해 1000여개의 영상을 수십 번 반복하여 실험하고, 프로그램을 수정해 나갔다. 주변에서 인식율 90%만 넘으면 충분하지 않겠냐는 말을 했지만, 초기 연구개발계획서에 작성했던 것처럼 100%의 인식율을 달성하기 위해 보완 방안을 개발하여 적용했다. 과제종료 시까지 현실에 타협하지 않고 밤샘작업을 해가며 열심히 연구에 몰입했고, 그 결과 중국, 몽골 등과의 기술교류 및 사업화가 가능한 연구성과를 낼 수 있어서 연구진 모두 이 과제를 함께 한 것에 자긍심을 느끼고 있다. 주요 연구 개발 성과 지식재산권 특허등록 3건, 소프트웨어등록 16건 기술적용 2015년 상품화를 통해 매출액 157 백만원 발생 * 본 연구성과는 국토교통부가 선정한 '2016 국토교통 R&D 우수성과 20선' 으로 선정되었습니다. * 본 연구는 국토교통부/국토교통과학기술진흥원의 지원으로 수행되었습니다. 미래스마트건설연구본부 게시일2017-02-03 조회수 4254
[2017 사업화유망기술] FRP Hybrid Bar 제조 기술 철근의 진화를 이루다 - FRP Hybrid Bar 제조 기술 구조융합연구소 박기태 연구위원 사전은 철근을 다음과 같이 정의한다. 콘크리트 속의 적당한 위치에 넣어 보강하여 철근 콘크리트를 형성하는 강철봉. 그 의미대로 강하고 단단한 덕분에 구조물을 짓는 데 없어서는 안되는 구성물로 자리해온 ‘철근’은, 그러나 분명한 한계점도 지니고 있다. 철근 자체의 재료 특성상 공기와 물에 노출되면 쉽게 부식돼 구조물의 균열과 파손을 유발한다는 점이다. 균열과 파손이 일어나면 막대한 유지보수비가 들어갈 수밖에 없으며, 이는 특히 염해에 취약한 항만·해양시설물에서 그 약점이 두드러진다. 카지노 게임 사이트이 오랜 연구와 개발 끝에 제조하게 된 ‘FRP Hybrid Bar’는 이러한 단점을 극복한 철근의 진화라고 불릴 만하다. ▲ 카지노 게임 사이트 구조융합연구소 박기태 연구위원 기존의 단점을 모두 보완한 보강근 ‘부식의 염려가 없는 철근을 어떻게 개발할 것인가’는 여러 나라 연구자와 개발자들에게 중요한 과제가 되어왔다. 당연히 대체할 만한 재료를 찾는 것은 우선적인 과정이었고, 철보다 강하지만 녹슬지 않으며 가공하기 쉽다는 GFRP(유리섬유복합재료)가 여러 대안 중 최적의 답안으로 떠올랐다. GFRP를 이용한 보강근의 연구가 미국과 캐나다에서 활발히 진행됐던 이유도 이 연장선에 있었다. 여러 나라들 중 제일 앞서 GFRP 보강근 개발에 성공해낸 캐나다는 현재 GFRP 보강근을 다른 나라보다 상대적으로 많이 사용하는 추세다. 하지만 GFRP 보강근이 철근을 완전히 대체했다고 얘기할 수는 없는 이유는, 보강근의 ‘탄성계수’가 기존 철근보다 상대적으로 낮다는 약점을 가지기 때문이다. 하중(외력)을 가했을 때, 그 크기에 대응하여 재료 내에 생기는 저항력을 응력이라고 하고, 이 응력을 받았을 때 일어나는 물질의 변형률의 정도를 바로 탄성계수라고 한다. 그런데 GFRP 보강근은 이 탄성계수가 낮아 팽창과 수축에 따른 변형을 극복하는 힘이 기존 철근에 비해 떨어진다. 더욱이 우리나라에서는 GFRP 보강근에 대한 시방기준이 없는실정이다. 기존설계에 적용되는 시방기준을 적용할 수도 없으므로 GFRP 보강근을 실제 건축에 적용하기 힘든 것 또한 현실이다. ‘FRP Hybrid Bar’는 카지노 게임 사이트이 GFRP 보강근의 단점을 해결하는 것을 목표로 하여 개발된 보강근이다. 일반 철근의 겉면에 유리섬유를 부착하는 합성화 과정을 통하여 기존 철근의 탄성계수는 그대로 유지하면서, GFRP가 지닌 녹슬지 않는 특징도 모두 잡아냈다. 심재인 철근은 구조용 보강근의 역할을 수행하며, 표면의 유리강화섬유는 인장성능 향상 및 부식 방지의 역할을 수행하게 한 것이다.여기에서 그치지 않고, 콘크리트 구조물에서 잘 떨어지지 않도록 표면에 모래를 입히는 규사코팅도 적용하여 부착 성능까지 높였다. 현재로써는 딱히 치명적인 단점을 찾아보기 힘든 완성형의 보강근인 셈이다. ▲ FRP Hybrid Bar는 일반 철근의 겉면에 유리섬유를 부착하는 합성화 과정을 통하여 철근 부식문제를 근본적으로 해결했다. 더불어 콘크리트 구조물에서 잘 떨어지지 않도록 표면에 모래를 입히는 규사코팅도 적용하여 부착 성능까지 높였다. 대중화를 위한 끝없는 노력 오늘날 결과를 이루기까지 과정은 당연히 수월하지만은 않았다. FRP Hybrid Bar가 개발될 수 있었던 것은, 기존의 단점을 극복하는 기술적 차원의 노력뿐만 아니라 경제성과 실용화 등 모든 사안을 염두에 두었던 박기태 박사와 연구원 및 개발자들의 노력이 뒷받침되었기 때문이다. 박기태 박사는 무엇보다 기술을 적용하는 데 있어 경제성을 높이는 부분에 많은 노력을 기울였다고 강조했다. 사실 탄성계수를 높이기 위해서는 탄소섬유라는 복합재료를 적용하는 것이 가장 손쉬운 길이었지만, 가격이 워낙 높은 탓에 실제로 적용하는 것은 어려웠다고 한다. 결국 일반 철근과 GFRP를 합성화하는 쪽으로 가닥을 잡은 후 관련 제작업체와의 꾸준한 아이디어 회의를 통해 철근과 GFRP를 합성시키는 장치를 고안해냈다. 또한, 최종적으로 기존 철근의 부착성능에 근접하기 위하여 다양한 대안들을 연구하고 실험하는 과정을 거쳤다. 피치의 간격을 좁혀보기도 했지만 부착성능이 크게 높아지지 않자 모래를 직접 수공업으로 입히는 규사코팅을 적용했고, 이때 비로소 부착성능을 높일 수 있었다. 물론 FRP Hybrid Bar도 마지막 과제는 남아 있다. 제작 공정은 일부 자동화가 되어 있기는 하지만 일정 부분에서 가내 수공업으로 처리해야 하는 부분이 있는 상황이다. 앞으로 기술 이전을 희망하는 업체가 나오게 되면 본격적으로 공장 설립에 착수하여 품질의 완성도를 높이는 데 더욱 힘을 쏟을 계획이다. ▲ FRP Hybrid Bar 표면의 유리강화섬유는 인장성능 향상 및 부식 방지 역할을 수행한다. 내일의 구조물, 그 수명을 늘리다 FRP Hybrid Bar는 그 쓰임새가 앞으로 상당한 경제적 이익을 가져다줄 것으로 전망되고 있다. 기존의 철근이 보유하고 있는 탄성계수와 부착성능이 유사해 콘크리트 구조물 시공 현장에 즉시 적용도 가능하므로, 대중적으로 사업화를 이루는 데 큰 문제가 없기 때문이다. 특히 해양·항만 구조물에 적용하면 수명이 100년 이상으로 늘어날 것으로 기대되고 있다. 이는 장기적인 관점에서 보자면 유지관리 비용을 20%까지 절감할 수 있는 수준이다. 실제로 전 세계적으로 구조물 노후화로 인한 유지관리 보수비용이 증가하는 등 피해 이슈 사례는 계속해서 나타나는 추세이다. 이는 결국 철근 부식 문제와 밀접한 관련이 있는 부분인데, 앞으로 이와 같은 노후화 이슈가 계속해서 줄어들지 않고 확산될 수밖에 없는 이유가 여기에 있다. 철근의 부식이라는 문제를 해결한다면, 장기적인 측면에서 국가 유지관리 예산이 매우 절감될 것임은 자명한 일이다. 현재 우리나라는 이러한 해양·항만구조물의 노후화나 철근 부식의 문제점은 인식하면서도 실제 재료에 대한 개선과 개발 결과에 대한 적용 노력이 매우 취약한 것이 현실이다. FRP Hybrid Bar는 카지노 게임 사이트이 실제 현장에서의 니즈를 파악하고, 오랜 연구 수행의 과정을 거쳐 현실적으로 개발한 노력의 산물이다. 또한 현재의 기술에 대한 보완에 보완을 거듭하여 내놓은 진화의 결과물이다. FRP Hybrid Bar가 그 개발 목적대로 쓰임새가 필요한 곳에 적절히 사용되어 구조물의 수명을 늘리고, 그에 따른 무한한 경제적 가치를 제공할 수 있기를 기대해본다. └ 인프라안전연구본부 게시일2017-01-26 조회수 2992
[2017 사업화유망기술] 사장교용 CFRP 케이블 정착 기술 케이블의 미래를 정착시키다 - 사장교용 CFRP 케이블 정착 기술 구조융합연구소 정우태 수석연구원 강재는 건설 공사의 재료로 쓰기 위해 철근, 강연선, 케이블 등으로 만들어진다. 현재 다양한 분야에서 사용되는 강재는, 그러나 구성되는 물질의 특성상 부식에 취약하다는 단점이 있다. 기술은 어제의 불편함을 인지할 때 개발에 착수할 수 있는 법이다. 그 결과 국내외 많은 연구자와 개발자들이 강재의 대안을 연구했고, 대안으로 첨단 복합재료인 탄소섬유 보강 중합체(CFRP)를 개발했다. 해외에서는 이미 CFRP를 다양한 분야에 적용하고 있으며 특히, CFRP 케이블은 사장교에도 적용되어 활용 분야를 확대하는 추세다. 국내에서는 카지노 게임 사이트이 CFRP 케이블을 산업에 최초로 적용할 수 있도록 해당 기술의 기초연구를 완료했다. ▲ 카지노 게임 사이트 구조융합연구소 정우태 수석연구원 케이블 개발보다 어려운 정착 기술 CFRP는 탄소섬유를 강화재로 하는 첨단 복합 재료다. 콘크리트 구조물에 일반적으로 사용되는 철근에 비해 무게는 5분의 1에 불과하지만 강도는 6배에 이른다. 무엇보다 부식이 발생하지 않기 때문에 철근이나 강연선의 대체 재료로 주목받고 있다. 문제는 ‘이 CFRP를 구조물에 어떻게 정착시킬 수 있느냐’하는 과제이다. CFRP가 인장, 즉 길이 방향으로 당겨지는 힘은 강한 반면 횡단면에서의 힘은 약한 탓에 구조물에 정착시키는 기술을 구현하기는 생각만큼 쉽지 않다. 카지노 게임 사이트은 오랜 연구 끝에 CFRP 긴장재와 더불어 전용 정착 기술을 성공적으로 개발했다. 무엇보다 도로교용 사장교 케이블과 같이 높은 하중이 필요한 경우 여러 개의 CFRP 끝을 펼쳐서 정착하는 기술을, 보도용 사장교 케이블에는 하나의 CFRP 끝에 압력을 가함으로써 정착하는 기술을 개발한 것이 괄목할 만한 성과다. 이 중 하나의 CFRP를 정착하는 기술은 교량의 수명을 연장하는 보강공법으로도 활용하고 있다. CFRP가 구조물 바깥으로 드러나지 않도록 철저한 매립 공법을 통해 화재 위험과 자동차 충돌 가능성마저 최소화한 것이 특징이다. 기술을 완성하는 데 선봉장 역할을 했던 정우태 박사는 동료들과 수많은 아이디어 회의를 거치며 해석 및 실험 과정을 반복적으로 진행했고, 결과적으로 CFRP의 정착 기술을 세계적인 수준으로 끌어올리는 데 성공했다. 현재 CFRP 정착 기술이 활용될 수 있는 분야로 크게 대두되는 것은 사장교이다. 대교 위를 주행하는 사람들이라면 주탑 위에서부터 도로까지 거미줄처럼 길게 이어진 줄을 발견할 수 있는데, 그 케이블의 힘을 받으며 지지되는 다리가 바로 사장교이다. 문제는 이러한 사장교가 주로 바닷가에 세워진다는 점이다. 사장교에 적용되는 케이블이 부식의 가능성에서 자유로울 수 없으므로 부식의 위험이 없는 CFRP 케이블을 사장교에 활용하는 방식이 중요한 화두로 떠오르는 것이다. 미래의 사고와 피해를 예방하다 CFRP를 활용함으로써 얻을 수 있는 효과는 무궁무진하다. CFRP는 앞에서 살펴본 바와 같이 장점이 다양하지만 재료의 가격이 비싸다는 단점이 있다. 하지만 CFRP를 구조물에 활용할 경우, 재료비를 충분히 상쇄하고도 남을 만큼 시공비와 사후 관리비를 절약할 수가 있다는 것이 정우태 박사의 설명이다. CFRP의 시공성이 우수하여 인건비 및 시공 비용 등을 절감하며, 무게가 가벼워 경비 차원에서도 비용을 절약하는 덕분이다. 다양한 위험과 사고로 발생하는 막대한 피해도 예방할 수 있다. 2015년 12월에 발생한 서해대교 낙뢰 화재 사건은 낙뢰 화재로 케이블이 끊어지는 바람에 소방관 1명이 순직하는 등 인명피해가 발생했고 복구비용으로 23억 원이 투입됐다. CFRP 역시 화재를 완벽하게 차단할 수는 없지만 일반적인 강재보다 열에 견디는 특성이 높기 때문에 피해의 확산을 막을 수 있을 전망이다. 또한 사고가 발생하면 초반에 인명 피해를 막을 수 있는 시간인 ‘골든 타임’을 확보하는 데에도 크게 도움을 줄 것으로 기대된다. 기존 재료의 부식으로 문제가 된 사례는 이미 나타났다. 지난 2016년 2월 발견된 서울 정릉천 고가도로의 텐던(강연선 다발 묶음) 결함 문제이다. 교량의 내부에 사용된 일부 텐던이 손상된 것이다. 당시 최종 조사결과에 의하면 손상의 원인은 수분에 의한 강연선 부식이었다. 이와 같은 문제를 방지하여 유지관리 비용을 크게 줄일 방법은, 앞으로 녹슬어 약해질 수 있는 케이블을 CFRP로 대체하는 일이라고 할 수 있다. 장기적인 관점에서 CFRP의 활용은 더 큰 경제적 이익을 창출할 것이다. 지금부터라도 CFRP 도입은 물론, CFRP의 올바른 활용을 위해 정착 기술을 활용하는 일이 중요하고 시급한 과제인 이유다. ▲ 보도용 사장교 케이블 정착 기술은 CFRP 끝에 압력을 가하는 방식을 적용했다. 교량의 수명을 연장하는 보강 공법으로도 활용되는 이 정착 기술은 매립 공법을 통해 외부로부터의 화재 및 충돌을 최소화한다. 수많은 땀이 모인 결과물 정우태 박사의 비전은 비단 여기서 그치지 않는다. 사장교는 물론이고 도로와 지반, 수자원 분야에 쓰이는 앵커와 같이 강연선이 쓰이고 있는 거의 모든 분야에 CFRP를 적용할 수 있도록 목표를 잡았다. 또한, 구조물 안에 적용된 CFRP가 추후에 어느 정도의 힘을 견디고 있는지 혹은 그 힘이 느슨해지지 않는지 IOT(사물인터넷)의 개념을 적극적으로 도입, 데이터베이스를 구축하고 분석하여 구조물 바깥에서도 CFRP 상태를 쉽게 측정할 수 있도록 할 계획이다. 물론 사장교용 CFRP 정착 기술은 현재 특허 기술만 보유한 상태로서 아직은 현장에 적용하기엔 몇 가지 과제가 남아 있다. 지금도 연구에 매진하고 하는 정우태 박사는 앞으로 이 기술을 완성 단계까지 구축하여 이른 시일 내에 현장에서 적용할 예정이다. 이미 가시적으로 진척되는 성과들은 충분히 나타나고 있다. 지난해에는 케이블을 제작하는 업체에서 카지노 게임 사이트이 개발한 사장교용 CFRP 정착 기술에 큰 관심을 보이며 기술이전의 가능성을 높였다. 중소기업과 끊임없이 협업하는 과정을 거치고, 추가 연구에 더욱 매진한다면 기술을 실용화하는 단계는 더욱 앞당겨질 것이다. CFRP 정착 기술은 지난 10년 동안 고된 과정이 있었다. 당장의 사업화가 불가능하다는 이유로 과제가 조기 종료되었던 시점도 맞았으며, 정착 기술을 확보하는 실험 과정에는 시행착오와 실패도 많았다. 많은 난관에도 오늘날의 성과를 이뤄낸 것은, 개발을 중단해야 했던 그 순간조차 CFRP 정착 기술을 밤낮없이 고민했던 정우태 박사와 동료들의 절실한 노력이 뒷받침되었기 때문이다. CFRP 정착 기술이 많은 사람들의 땀에서 비롯된 결과물인 만큼 앞으로 탄생할 구조물 안에서 제 기능을 마음껏 발휘하길 바라본다. └ 인프라안전연구본부 게시일2017-01-26 조회수 2532

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