윤태양(차세대시설물용신재료활용기술개발연구단 단장/(재)포항산업과학연구원 토목연구본부장)

교량용 고성능 강재(HSB) 상용화 성공

 건설 신재료, 설계 및 엔지니어링기술, 그리고 시공기술 등은 첨단 건설기술을 구성하는 핵심요소이다. 그 중 ‘건설 신재료 개발’은 건설수요의 고도화ㆍ다양화 추세에 발 맞추고 국가적 경쟁력을 갖추기 위해 정부 차원의 지원과 육성책이 반드시 필요한 부분이다.

 국토해양부 건설기술혁신사업 과제로 2005년에 착수한 ‘차세대 시설물용 신재료 활용기술 연구단’(단장 윤태양 박사ㆍ포항산업과학연구원)은 고성능 건설 신재료를 개발하고, 이를 활용해 건설비용을 절감시켜 사회기반시설의 상용화를 앞당기는 것을 목표로, 총 5년 2개월의 기간(2005.6.30~2010.9.7, 총연구비 약 189억원)에 걸쳐 연구를 수행하고 있다.

 연구단의 결과물은 건설산업에 고성능화된 건설재료를 도입해 사회기반 시설물의 초기 건설비용 절감뿐만 아니라 환경영향 최소화 및 민원 감소 등을 통한 사회적 비용 절감, 공사기간 단축  등을 통한 시간적 비용절감, 유지비용 최소화 및 장수명화 등을 통한 LCC 절감 등 총비용을 절감할 수 있는 기술을 개발해 양질의 사회기반시설을 저렴한 비용으로 건설, 정비, 유지하는데 활용될 것이다.

 올 9월 연구 종료를 앞둔 본 연구단은 참여기업 연계를 통한 개발 기술의 시험시공 및 현장적용 실적 확보로 연구성과의 상용화 성공률을 제고하고, 연구성과의 제도적 기반구축을 통한 활용 일반화를 추진 중이다.

 연구단의 연구목표는 고성능 건설 신재료를 개발하고, 이를 활용해 건설비용을 절감시켜 사회기반시설의 상용화를 앞당기는 것이다.

 이를 위해 3개의 세부 연구분야를 설정하고 전력을 기울이고 있다. 고성능강재(HSB)는 물론 고분자 복합재료(층상복합재료:FRP, 섬유강화복합재료:FRC), 신공간 창출을 위한 지반신재료 개발이 그것이다. 각각의 연구과제는 포항산업과학연구원(고성능 강재)과 한국건설기술연구원(FRPㆍFRC), 한국철도기술연구원(지반 신재료)이 주관해 수행하고 미국의 NaBRO와의 국제공동연구를 통해 최신 기술동향 및 기술개발 현황 등을 반영할 수 있도록 구성됐다.

 또한 연구성과의 참여기업 기술이전을 통한 선진수준의 건설재료 생산업체를 육성하고 연구성과 표준화와 제품화로 건설 관련업체의 생산성 제고 및 품질관리를 도모하며 건설산업의 부품ㆍ소재 산업의 연결고리 역할을 수행해 전문인력 양성 및 중소ㆍ벤처기업을 활성화시키고자 한다.

　이를 위해 소재업체, 건설ㆍ설계사 등 총 26개의 참여업체가 사업화를 담당하고 6개 대학에서는 연구성과물의 공신력 확보를 위해 KS규격, 설계기준/시방서 제ㆍ개정을 담당하고 있다.

 포항산업과학연구원이 맡은 ‘고성능 강재 개발’은 연간 약 700억원에 달하는 사회기반시설 관련 예산 절감효과와 연간 약 1273억원의 시장창출효과가 기대되는 중점 사업으로 기대를 모으고 있다.

　현재 이 부분에서는 HSB500/600/800㎫급 맞춤형 교량용 고성능강, 고성능강 적용 최적 교량 시스템, 신형식 강합성 교량 및 조립식 교량시스템 등의 개발이 진행되고 있다.

 이외에도 각 세부과제에서 △콘크리트 거더용FCCD 시제품 개발 △콘크리트 충전 FRP 합성교각(CFFT)시제품 개발 △All-in-one trucking system 시제품 제작 및 현장 시험적용 △인장강도 8㎫급 고인성 섬유보강 시멘트 복합체(DFRCC)의 시험생산 △복합오염물질 정화용 다단계 처리기술의 개발 및 현장적용 등의 성과를 보이고 있다.

 고성능 강재 개발 경제성 제고 기여

 고성능 강재개발을 담당하고 있는 포항산업과학연구원에서는 인장강도 600/500㎫급의 교량용 고성능강 HSB600 및 HSB500을 세계에서 두 번째로 상용화에 성공하여 2007년 말 인천대교에 초도공급을 시작으로 2008년에 본격적인 상업생산에 돌입해 약 4만6800t(2010년 1월)을 공급함으로써 실용화에 성공하였고, 5만여t을 설계에 반영하였다.

　또한 HSB600강 교량용 기술 등 총 5건을 기술이전하여 4억9950만원의 기술료를 확보하였고, HSB500강 및 복합박스거더에 대해 약 6억원의 기술이전이 예정돼 있다. HSB의 교량적용을 위한 제도적 기반구축을 위해서는 HSB500/600에 대해 국내 최초의 고유 규격인 KS D 3868(교량 구조용 압연강재)을 신규 제정하였고(2007.8), HSB800을 추가해 개정했다.(2009.2)

 현재 국토해양부 ‘도로교 설계기준’에 HSB500/HSB600을 반영해 부분개정(2008.9)한 것에 이어 HSB800 및 Hybrid 설계법을 적용한 도로교 설계기준의 개정안이 국토해양부 중앙건설심의위원회를 통과하여 고시 예정(2010.8)이다.

 앞으로 HSB500/600/800을 활용, 강교량 구조시스템을 최적화하고 제작 생산성을 향상시킬 경우 기존 강교량 대비 최대 21% 정도의 건설비용 절감이 가능할 것으로 예상된다.

<인터뷰> - 윤태양 단장

 이 연구개발의 핵심은.

 -HSB가 개발되기 이전의 국내 교량용 강재는 조선용 강재인 SS, SM, SM-TMCP 등 29종의 복잡한 규격이 사용돼 왔으나 이를 단순화(19종) 하고 규격을 HSB로 단일화해 사용자가 편리하게 사용할 수 있게 하였다. 또한, 강재의 성능 중 강도 향상은 물론 용접성을 크게 향상시킴으로써 용접 시 예열이 필요 없도록 하여 경제성을 향상시킴과 동시에 기존 강재의 인성보증 시험온도 규정이 -℃ 또는 -5℃로 국내 한강 이북 등 저온지역에서 사용되는 경우 안전성에 대한 의구심이 많았던 것이 사실이다. 이를 개선하는 동시에 고속철도 등 충격력이 큰 교량에 필요한 고인성의 강재를 위하여 -20℃ 인성 보증 강재를 개발함으로써 안전성 및 내구성도 높였다.

 세계의 수준은 어디까지 와 있는지.

 -미국은 1992년부터 연방도로국, 철강협회, 해군을 중심으로 교량의 요구 성능에 복합적으로 대응할 수 있는 고성능강재인 HPS(High Performance Steel) 개발에 착수해 1997년 상용화에 성공하였고, 2006년 현재 연간 2만5000t 규모의 HPS가 사용되고 있다. 일본은 2002년부터 신일본제철 등 철강사와 교량 제작업체를 중심으로 미국의 HPS와 유사한 BHS(Bridge High performance Steel)개발에 착수해 2007년 부분적 상용화에 성공하였다.

 이 기술의 파급효과는.

 - 최신 철강 제조기술은 물론 신형식 강교량 기술개발을 통하여 20% 이상의 가격경쟁력을 확보했다. 최대 20% 건설비용 절감으로 국내시장의 약 10%(약 4만t/년)를 HSB적용 강교량으로 대체한다면 연간 260억원 규모의 건설비용 절감효과가 기대된다. 이러한 파급효과를 더욱 촉진하기 위하여 지난 2009년에는 참여 연구원들이 받은 기술료 중 일부(3000만원)를 대한토목학회에 출연하여 HSB Award를 신설하고 관련기술 분야의 발전에 기여한 연구 또는 기술자 5명에게 상을 수여하였으며 금년에도 계속하여 시행할 계획이다.

 이 기술이 가져올 앞으로의 변화는.

 -국제 경쟁력이 높아 해외수출을 통한 외화획득뿐만 아니라 철강강국의 위상을 세계에 알리고, HSB와 콘크리트를 합성하는 효율적인 구조형식을 활용하면 경제성은 물론 주변 경관과 조화를 이루는 쾌적한 도시환경을 조성할 수 있다.

서태원기자 taeji@

〈앞선생각 앞선신문 건설경제-무단전재 및 배포금지〉