대우건설은 2005년부터 건설기술혁신사업의 하나인 ‘고성능・다기능 콘크리트 개발 및 활용기술’ 연구과제를 콘크리트코리아 연구단(단장 김성운 연구위원)에서 수행하고 있다. 연구단은 건설구조물의 초고층화, 특수화, 대형화 경향에 대응할 수 있는 차세대 콘크리트 개발을 목표로 대우건설 주도 하에 6개 연구소, 10개 대학, 62개 기업이 컨소시엄을 구성해 5년(2005년 12월~2010년 12월)간 정부출연금 129억원을 바탕으로 연구를 수행 중이다..

　 △연구목.

　연구단은 콘크리트 관련 핵심기술인 고내구성, 초유동성, 다기능성 및 초고강도 콘크리트를 개발하고, 이를 실용화해 구조물 성능을 향상시키고, 건설・유지관리비용을 절감하는 데 목표를 두고 있다..

　 첫 번째 연구분야는 콘크리트 관련 핵심기술 개발이다.

　고성능 콘크리트의 배합설계 및 구조설계에 관한 기준을 제시하고 △콘크리트 구조물의 내구연한을 높이기 위해 내구성을 평가하는 방법 △철근의 부식을 제어할 수 있는 시스템 개발 △염해에 대해 높은 저항성을 갖는 고내구성 콘크리트 개발과 초유동성 자기충전 콘크리트의 범용화를 위해 최적배합 설계기법을 개발하는 것 등이다. 또 콘크리트의 고정관념을 뒤엎는 다기능성의 콘크리트 개발도 포함한다. 햇빛이 은은히 비치는 반투명 콘크리트, 화재발생 시 인명보호를 위해 목표시간 동안 붕괴되지 않고 화재에 견디는 비폭렬 콘크리트, 식물이 자랄 수 있는 에코콘크리트, 빗물고임 현상을 해결해 저지대의 홍수피해를 줄일 수 있는 투수콘크리트, 세균감염을 차단하는 항균콘크리트, 물에 뜨는 경량콘크리트 등이 그것이다. .

　두 번째 연구분야로는 초고성능 콘크리트를 이용한 구조용 부재개발 및 실용화이다.

　설계기준 강도 150~200MPa급의 초고강도 섬유보강 콘크리트를 개발하고, 이를 이용해 교량거더, 복공판, 박판 구조패널 등 구조부재의 단면을 30% 이상 절감하고, 내구수명을 2배 이상 향상시킨 경제적이며 효율적인 구조부재를 개발하는 것이다. 또 하이브리드 보강기법을 활용한 실용적 고강도 구조용 부재개발과 고성능 콘크리트 시공계측센서 및 모니터링 시스템을 개발해 실용화하는 것을 주요목표로 하고 있다..

　세 번째 연구분야로는 고성능 콘크리트의 현장 적용을 통한 실용화 기술을 개발하는데 초점을 두고 있다. 앞서 언급한 콘크리트의 핵심기술과 유기적인 협조체제를 구축해 모든 연구가 종료되는 2010년에는 적용 기술을 실용화할 것이다. 주요 내용으로는 고성능 콘크리트를 이용한 교량구조물의 현장적용 및 현장타설 프로세스 개선방안 수립, 고강도 콘크리트를 이용한 초고층 공동주택 적용방안, 고성능 콘크리트의 현장타설 프로세스 개선을 위한 통합정보시스템 구축 등이다.

　△연구성과.

　슬럼프 플로 850㎜ 이상의 초유동성 콘크리트(Flow Crete) 개.

　주관 연구기관인 대우건설은 세계 최초로 슬럼프 플로 850㎜ 이상의 높은 유동성을 발휘하는 초유동성 콘크리트를 한일시멘트와 공동 개발했다..

　기존 고유동 콘크리트(슬럼프 플로 650±50㎜)에서 콘크리트의 재료분리 등에 기인해 불가능했던 슬럼프 플로 850㎜ 이상의 높은 유동성을 발휘하는 초유동성의 콘크리트(Flow Crete, 플로 크리트)를 개발해 지난 4월 17일 현장시험시공을 완료했다.

　플로 크리트는 시멘트의 입자배열을 최적화함으로서 최대치수가 20㎜인 굵은 골재를 사용하고도 콘크리트의 유동성을 극대화함과 동시에 재료분리 없이 슬럼프 플로 850㎜ 이상을 발휘할 수 있도록 개발한 신개념의 초유동성 콘크리트이다. 이는 굵은 골재 최대치수 20㎜에서는 슬럼프 플로 850㎜ 이상의 초유동 콘크리트 실현이 불가능한 영역이라고 여겼던 기존 개념을 뛰어넘은 세계적인 기술이다..

　또한 다량의 시멘트를 사용함으로써 주로 고강도 범위에만 국한됐던 기존 고유동 콘크리트와는 달리 플로 크리트는 일반강도(30MPa 이상) 범위에서부터 고강도 (80MPa) 범위까지 선택 적용이 가능하다는 장점도 가지고 있다.

　이에 따라 대우건설 연구진은 높은 유동성에 따른 충전성 향상으로 철근이 과밀 배근된 부재이거나 형상이 복잡해 다짐하기 어려운 부재, 그리고 톱 다운 공법 등으로 시공되는 콘크리트 구조물에 있어 다짐불량에 따른 구조물의 결함을 최소화함으로써 궁극적으로 장수명의 콘크리트 구조물을 실현할 수 있을 것으로 기대하고 있다..

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　고강도 콘크리트의 폭렬현상 해.

　청주대 한천구 교수 연구진은 고강도 콘크리트의 치명적인 약점인 화재 시 폭렬현상을 예방할 수 있는 공법을 개발했다. .

　초고층 건축물이 세계 건축계 화두로 급격히 부각된 요즘, 그에 걸맞은 콘크리트를 개발하기 위해 세계는 소리 없는 전쟁을 벌이고 있다. 초고층 건축물을 짓기 위해서는 과거에 비해 최대 5배 정도의 강도를 지닌 고강도 콘크리트가 필수적이다. 그러나 콘크리트의 강도를 높이면 내부 조직이 치밀해져 화재 시 내부의 수증기를 외부로 원활히 방출하기가 힘들다. 이 때문에 수증기의 팽창압에 의해 필연적으로 폭발현상이 나타나게 된다. 이런 현상을 해결하기 위해 콘크리트에 폴리프로필렌섬유와 나일론섬유를 일정하게 조합해 사용하면 강도를 높이면서도 폭렬현상을 방지할 수 있다는 사실을 최종적으로 증명했다. 이는 국토부에서 제시한 기준을 만족시켰으며, 국내 최초 내화인증으로 참여기업인 두산건설 현장에 적용하고 있다. 이 기술은 올해 교육과학기술부에서 주관한 국가연구개발 우수성과 100선에 선정됐으며, 한국과학기술단체 총연합회로부터 우수논문상을 수상해 성과의 우수성을 입증했다. 국내 특허등록 완료 후 국제특허 출원을 준비 중이며, 세계적 콘크리트 보강재 기업인 후크화이버와 기술실시계약을 체결했다. .

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　초고강도 섬유보강 콘크리트를 이용한 구조부재 개발.

　한국건설기술연구원 김성욱 박사 연구진은 콘크리트의 압축강도가 일반 콘크리트의 7배가량 높은 200MPa(2000kgf/㎠) 초고강도 콘크리트의 원천 기술을 개발했다. 콘크리트는 압축강도가 높아지면 급격히 파괴되는 취성적 성질을 많이 지니게 되어 비록 압축강도가 높지만 그 강도를 구조물 설계에 충분히 반영하지 못하게 된다. 그러나 연구팀이 개발한 초고강도 섬유보강 콘크리트(Ultra-High Strength Fiber Reinforced Concrete, 이하 UHSFRC)는 인장강도가 높은 세립의 섬유를 이 콘크리트에 같이 혼입해 콘크리트의 취성파괴를 방지하고, 서서히 파괴되는 성질인 연성 능력이 높은 콘크리트이다. 초고강도 섬유보강 콘크리트의 이런 특성은 그동안 콘크리트가 도전할 수 없는 응용 영역의 구조물 또는 콘크리트 2차 제품의 영역을 새롭게 개척할 수 있는 원천기술이 됐다. 현재 한국건설기술연구원 내 별도의 파이롯트 플랜트를 건립하고, 이 시설에서 UHSFRC를 이용해 프리캐스트 PSC 바닥판을 개발했다. 이를 임시 구조물의 복공판 및 가설 바닥판으로 활용하기 위한 시제품을 출시했으며, 초고강도 프리캐스트 바닥판은 콘크리트 2차 제품인 복공판으로의 상용화를 진행 중에 있다. 지금까지 복공판은 강재로 제작했으나 UHSFRC를 사용할 경우 콘크리트로 복공판을 제작할 수 있으며, 이 복공판은 세계 최초의 콘크리트 복공판이 된다..

　또한 교량의 바닥판 콘크리트를 타설할 때 일일이 바닥판 거푸집을 받침목 및 합판 등으로 거푸집을 형성하는 습식 공법을 이 UHSFRC의 초고강도 및 고인성 성질을 이용해 프리캐스트화한 건식 공법을 개발해 대체했다. 이 공법은 UHSFRC로 얇고 가벼운 거푸집 바닥판을 공장 제작해 교량의 거더를 가설 후 거더와 거더 사이에 간단히 거치하고, 이 바닥판에서 철근공사 및 콘크리트를 타설할 수 있는 공정으로 매우 단순화한 공법이다. 이 공법을 이용할 경우 교량의 바닥판 공정의 공사기간은 50% 정도 단축되며, UHSFRC 바닥판의 높은 인장강도 특성을 이용해 교량 바닥판 철근량을 10% 정도 절감할 수 있는 효과도 있다..

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　고내구성 바닥판 콘크리트의 실용화 및 고속도로 전문시방서 반.

　한국도로공사 안태송 박사 연구진은 고속도로 전문시방서(2009년 7월 개정)에 ‘현장타설 고성능 콘크리트를 사용하는 일체형(노출) 바닥판 콘크리트’(시방서 6-4-11절 고성능 콘크리트 편)의 내용을 추가함으로써 고성능 콘크리트 교량구조물의 현장적용 및 실용화 성과를 도출했다..

　일반적으로 교량바닥판은 공용기간 동안 차량하중 및 다양한 환경조건, 즉 동결융해, 우수 및 융빙제 등에 직접적으로 노출돼 있는 부재로, 교량의 다른 주요부재에 비해 다양한 결함 및 손상이 자주 발생하고 있어, 교량 바닥판의 내구성 증진은 교량의 수명연장으로 이어지는 가장 직접적인 대책이다.

　우리나라의 고속도로 교량에 대한 현장조사 결과 덧씌우기 포장이 없는 포장 일체식(노출) 콘크리트 바닥판의 경우 염화물의 침투에 의한 상부철근의 부식과 동결융해 등에 의한 손상이 지배적인 열화요인으로 분석돼 바닥판의 수명연장을 위해 시급히 해결해야 할 부분이 고내구성을 가진 콘크리트의 적용이 필요하게 됐다. 본 연구과제에서는 고강도 콘크리트의 적용이 아닌 일반 바닥판 콘크리트 강도 수준인 30MPa급에서 일반콘크리트 바닥판의 내구수명을 2배 이상 증진시킨 고내구성 바닥판 콘크리트의 배합을 도출하고 3회에 걸친 현장 적용과 2〜3년의 추적조사 결과를 종합해 한국도로공사의 설계심의를 거쳐 ‘고성능 콘크리트 바닥판의 적용방안과 지침’을 시행함으로써 확대적용의 발판을 마련했으며, 관련 내용을 고속도로전문 시방서(2009년 개정)에 반영시킴으로써 진정한 의미에서의 실용화를 달성했다.

　△기대효과 및 향후 추진방.

　연구단은 그동안 수행한 연구성과를 바탕으로 최종 목표인 실용화를 위한 막바지 연구활동에 박차를 가하고 있다. 또 기존기술보다 진일보된 다양한 특화기술을 개발하고, 관련 기술분야의 핵심 노하우를 확보해 나가고 있다. 이번 연구사업의 성과는 해양 및 지하공간 등 다양한 환경에 적합한 구조물 건설에서도 나타날 것이다. 또한 경제 산업적 측면에서 공사비와 유지관리비가 대폭 절감되고, 구조물의 내구성이 높아져 인명 및 재산상의 손실도 감소할 것이며, 고부가가치의 시장창출 효과를 기대하고 있다..

　콘크리트 관련 분야는 유럽, 북미 및 일본 등 건설 선진국에서도 활발히 연구가 진행되고 있으며, 국가경쟁력 확보를 위한 건설기술의 선진화는 필수적인 요소이다. 건설산업은 국가 기간산업으로서 모든 산업의 기초가 된다. 이러한 건설기술의 선진화는 타 산업의 경쟁력을 강화하는 것임을 직시하고, 국가의 정책적인 기술개발 지원노력이 강화돼야 할 것이다. 또한 연구자들은 이런 국가적 노력에 적극 부응, 최고의 연구성과를 도출하는데 모든 노력을 쏟아야 할 것이다.

김성운 대우건설 기술연구원 콘크리트코리아 연구단 단.

<공동 기획: 한국건설교통기술평가원, 건설경제>.