200년 수명 초고강도·고내구성 슈퍼콘크리트 개발

세계 최고수준 슈퍼콘크리트 재료·기준·구조시스템 기술

동향 | 윤성준 기자 | 입력 : 2020.09.04

국내 연구진이 마이크로·나노 재료를 융·복합해 압축강도 80~180MPa(일반 콘크리트 대비 5배 이상), 인장강도인 19MPa(미국 대비 1.3배, 프랑스 대비 1.6배), 내구수명 200년 이상(일반 콘크리트 대비 4배 이상) 확보하면서 기존 동급의 콘크리트 대비 제조비용을 50% 이상 절감시킨 세계 최고 수준의 초고성능콘크리트인 슈퍼콘크리트의 원천기술을 확보했다.

5천 개 이상의 다양한 시편과 구조 부재의 시험과 신뢰성 해석을 통해 국내는 물론 해외에서도 적용이 가능한 슈퍼콘크리트 설계기준 개발과, 콘크리트와 철근 물량을 30% 이상 저감시키고 공사비용을 기존 경쟁기술 대비 10% 이상 절감시킨 최적의 슈퍼 콘크리트 구조시스템을 개발했다.

세계 최초 건설, 대형 구조물 적용 등 세계 기록 보유
세계 최초 압축강도 180MPa 초고성능콘크리트 도로 사장교인 춘천대교(2017년)와 120MPa급 쉘 구조물인 울릉도 힐링스테이 코스모스 리조트(2017년)를 슈퍼콘크리트 기술로 건설했다. 슈퍼콘크리트 원천기술은 교량의 교각과 교각 사이 길이인 지간장이 540m로 세계에서 가장 긴 사장교인 고덕대교(2022년 완공 예정), 한국기술로 미국에 건설한 최초의 교량인 Hawkeye UHPC Bridge(2015년) 등에도 적용했다. 이 같은 슈퍼콘크리트의 축적된 노하우 및 트랙 레코드는 향후 10년간 200조원 규모가 예상되는 장대교량 시장을 비롯해 연간 수백조원 규모의 콘크리트 구조물 등 해외시장에서 국내 기업들의 수주를 견인할 것으로 기대한다.

과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 9월수상자로 한국건설기술연구원 김병석 박사를 선정했다고 밝혔다.

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구자를 매월 1명씩 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1천만원을 수여한다. 건축의 미래비전을 모색하기 위해 제정한 25일 건축의 날을 앞두고 세계 최초·최고의 건설 특화기술 개발에 헌신해 온 김병석 박사의 수상 소식이 더욱 뜻깊다.

과기정통부와 연구재단은 김병석 박사가 200년 수명의 초고강도·고내구성 슈퍼콘크리트를 개발하고, 이를 이용한 세계 최초의 교량과 빌딩을 건설해 실용화를 촉진해 한국 건설기술의 위상을 강화한 공로를 높이 샀다고 밝혔다.

미래의 건설·구조물은 빅데이터와 인공지능 같은 스마트 환경을 지원하는 동시에 곡선 등 다양한 디자인 구현, 높은 내구성, 편리한 시공기술이 요구된다.

콘크리트는 값싸고 제작이 용이해 현대 건설의 80%를 차지하는 대중적인 재료이지만, 수명이 50년 안팎으로 짧고 다양한 형태의 구현이 어렵다. 반면 다양한 구조 표현이 가능한 고강도 강철 소재는 가격이 비싸고, 부식에 취약해 이 둘의 장점을 합한 초고성능콘크리트(UHPC: Ultra High Performance Concrete)를 중심으로 세계 각국이 치열한 신수종·신재료 연구경쟁을 벌여왔다.

김 박사는 자갈 대신 마이크로·나노 물질과 강섬유를 사용해 조직이 치밀한 초고성능콘크리트를 개발하고 ‘슈퍼콘크리트’라 명명했다. 슈퍼콘크리트는 압축강도 80~180메가파스칼(MPa), 수명은 200년이 넘어 일반 콘크리트 대비 강도는 5배, 수명은 4배 향상됐으며, 제조원가는 반으로 줄여 경제성을 높였다.

연구팀은 레미콘 트럭 믹싱 등 일반적인 시공 건설기술을 확보하고, 다양한 재료실험을 통해 구조설계 지침을 마련했다. 나아가 세계 최초 초고성능콘크리트 사장교 춘천대교(2017) 및 코스모스 리조트(2017)와 미국교량 호크아이 브릿지(2015) 등의 건설에 성공하며 노하우를 축적했다.

또한 제1회 국제 초고성능콘크리트 혁신상(UHPC Innovation Awards)에서 빌딩과 인프라 부문 모두 단독 수상하는 쾌거를 이뤘으며, 김 박사는 국제학술대회 기조연설자, 미국 100분 토론 패널, 아시아 콘크리트 연합 슈퍼콘크리트 기준 제정위원으로 활동하며 한국 건설의 위상을 높였다.

김병석 박사는 “세계 최고 기술 개발과 세계 최초 현장 적용을 위해 연구진이 도전정신으로 무장한 결과 국내외에서 인정받는 성과를 낼 수 있었다”라며 “세계 최고가 되기도 어렵지만 이를 지켜나가기는 더 어렵기 때문에 연구진과 함께 끊임없이 노력할 것이다”라고 수상소감을 밝혔다.

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