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첨단소재인 탄소섬유를 콘크리트 구조물 및 연약지반의 보강에 활용하는 기술이 개발되어, 실용화가 가능할 것으로 보인다. 이를 통해, 콘크리트 구조물을 보다 고품질화·장수명화하면서 동시에 공사기간 및 공사비도 크게 줄일 수 있다.
이 기술은 국토해양부(한국건설교통기술평가원 위탁수행)가 연구개발사업을 통해 '05년부터 지원해온 자유공모과제의 연구성과 중의 일부이다. 자유공모란 민간 연구자의 다양한 아이디어를 최대한 활용하기 위해 연구내용을 지정하지 않고 자유롭게 제안을 받아 우수한 과제를 선정·지원하는 방식으로, 국토해양부에서는 금년까지 총 72개 과제를 지원하였다.
탄소섬유(Carbon Fiber)란 콘크리트 구조물에 일반적으로 사용하는 철근에 비해 무게는 1/5에 불과하지만 강도가 6배 이상인 첨단재료로써, 내부식성·내구성 등도 매우 우수하다. 철근과 달리 부식이 원천적으로 발생되지 않기 때문에, 해양, 지하, 하수처리 등 부식되기 쉬운 환경에 다양하게 활용할 수 있으며, 이 경우 구조물의 수명을 30% 이상 연장할 수 있다. 탄소섬유는 현재 항공기 등 첨단분야에서 주로 사용되며, 건설공사에서는 구조물의 보수·보강에 극히 일부 사용되고 있으나, 향후 주요 구조재료 등으로 확대 적용될 것으로 보인다.
금번에 개발된 기술의 주요내용은 다음과 같다.
① 현재 일본 등 선진국에서는 생산·활용하고 있으나 국내에서는 아직 적용사례가 없는 “CFRP 긴장재와 전용 정착장치”를 국내기술로 개발하였으며, 제작공정 단순화 등을 통해 기존제품 대비 경제성도 확보하였다. 노후된 콘크리트 구조물의 보강에 CFRP 긴장재를 표면매립 긴장공법을 적용할 경우, 탄소섬유시트를 외부에 부착하는 기존 방법에 비해 보강효율 30% 향상, 공사기간 20% 단축이 가능하며 처짐 및 균열 등에 대한 성능도 크게 개선된다.
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※ CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer, 탄소섬유 복합재료)는 기존재료인 PS강선(Steel wire)에 비해 강도가 1.5배 이상이며 내구성도 매우 우수한 재료이며, 긴장재와 정착장치란 미리 힘을 가하여 제작하여 향후 구조물에가해지는 하중과 상쇄시킴으로써 구조적 성능을 향상시키는 Pre-Stressed 구조물에서, 미리 힘을 받는 부재와 이 부재를 고정·정착시키는데 사용되는 장치를 말한다. |
< CFRP 긴장재를 활용한 표면매립 긴장공법 >
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※ 연구과제명 : FRP긴장재 및 정착장치의 개발과 활용을 위한 연구
('05.7~'08.8, 연구책임자 : 한국건설기술연구원 박영환) |
② 매립지 등의 연약지반을 보강하는 데에도 가벼운 탄소섬유를 이용하여 시공하는 공법 및 장비를 개발하였다. 연약지반을 보강하기 위해 쇄석말뚝(Stone Column)을 설치하는 기존 공법의 경우, 상부의 하중에 의해 쇄석말뚝이 팽창하면서 파괴(Bulging Failure)되는 현상이 발생한다. 이번에 개발한 기술은 탄소섬유로 고강도 지오그리드망을 만들어 쇄석말뚝의 외부를 감싸서 팽창을 억제하는 “고강도 지오그리드 보강 쇄석말뚝(Stone Column) 공법”으로, 시공 자동화 장비도 함께 개발하였다. 기존 기술에 비해 자동화 시공을 통한 인건비 20% 절감, 공사기간 15% 단축 및 쇄석말뚝물량 감소를 통한 시공비 20% 감소 등의 효과가 기대되며, 콘크리트 대신 폐콘크리트, 쇄석, 재생골재 등의 건설폐기물 활용을 촉진함으로써 친환경성 제고에도 기여할 것이다.
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<일반 Stone Column 공법> |
<고강도 지오그리드 보강
Stone Column 공법> |
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※ 연구과제명 : 고강도 지오그리드 보강 Stone Column 공법의 실용화 연구
('05.7~'08.8, 연구책임자 : GS건설(주) 박시삼) |
국토해양부는 앞으로도 업계·전문가 등의 다양한 아이디어를 수렴하여 공사비절감·공기단축이 가능한 첨단기술개발을 적극 지원하기 위해, 금년부터 연구자가 아이디어를 자유롭게 제안할 수 있도록 상시제안제도를 실시하고 있으며, 2009년도에도 자유공모과제를 신규 선정하여 약 30억원을 지원할 계획이다.
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