낡은 터널과 교량의 성능을 2배 향상시킬 수 있는 보강 공법이 국내에서 개발됐다.
한국건설기술연구원(건설연)은 “불연소재인 탄소섬유 보강재와 시멘트 혼합물을 활용해 노후시설물의 하중저항능력을 2배, 내구수명을 3배 향상시킬 수 있는 보강공법을 개발했다”고 24일 밝혔다. 새로운 공법을 통해 하중을 2배로 버티고 수명은 3배로 향상시킨다는 것이다. 연구 성과는 지난 5월과 7월에 국제학술지인 ‘Materials’와 ‘Composite Structures’에 각각 게재됐으며, 개발 공법은 국내외 특허로 등록됐다.
◇시멘트 접착제 역할 대신해
노후시설물을 준공 후 30년을 기준으로 했을 때 우리가 매일 이용하는 교량, 터널, 지하철 등 사회기반시설의 37%는 노후시설물이고 20년 후에는 80%로 증가할 예정이다. 노후시설물은 한 번에 교체할 수 없기 때문에 수시로 유지보수를 실시해 성능을 유지한다.
노후 콘크리트 시설물 보수를 위해 고강도 탄소섬유를 시트나 판넬형태로 접착 시공하는 방법이 일반적이다. 이 보강 공법은 구조물에 에폭시 수지 등 유기계 접착제를 활용해 탄소섬유시트나 판넬을 부착하는 방식이다. 그러나 유기계 접착제가 화재에 취약하고 표면이 젖은 구조물에 시공할 수 없으며, 시공 후 접착된 부위가 수분에 노출되는 경우 탄소섬유가 떨어지는 문제점이 있다.
건설연 김형열 박사팀은 기존 탄소섬유 접착공법의 문제점을 개선하기 위하여 유기계 접착제 대신 시멘트 혼합물을 활용하는 공법을 개발했다. 개발된 공법은 시멘트 혼합물이 접착제 역할을 대신한다.
◇하중 2배 버티고 수명은 3배로
탄소섬유와 시멘트 혼합물 모두 불연소재이기 때문에 화재위험에 노출된 시설물 보강에 효과적으로 활용할 수 있다. 젖은 구조물이나 동절기에도 시공이 가능하며, 누수가 발생해도 떨어지지 않는 등 기존 접착공법의 단점을 보완했다. 또 탄소섬유는 철근처럼 부식하지 않기 때문에 제설제를 사용하는 도로시설물이나 염분에 노출되는 방파제와 같은 해양항만시설물 보강에도 효과적이다.
개발 공법의 성능 검증 결과, 구조물의 하중저항능력이 2배 향상되는 것을 확인했다. 특히 건설연에서 개발한 시멘트 혼합물은 일반적으로 사용되는 시멘트 혼합물보다 재료비는 50% 절감되고 내구수명은 3배 이상 향상시키는 효과가 있다고 연구진은 설명했다.