[사이언스] '불량 콘크리트' 막을 고성능 혼화제 주목

◆잇단 건설현장 붕괴 해법은
콘크리트 제작때 감수율 높이면
재료분리현상 생겨 균열 가능성↑
실크로드시앤티 고성능 UHP 개발
혼화제 화학구조 바꿔 응집력 높여
기존 단점 보완···탄소 감축 효과도

[서울경제]

콘크리트는 시멘트·물·골재(모래·자갈) 등으로 구성된다. 일반적으로 저급 골재를 사용하고 유동성 확보를 위해 물을 많이 써 콘크리트 강도가 약해진다. 이때 혼화제를 써서 감수율(혼화제로 줄일 수 있는 물의 비율)을 높이면 강도를 높일 수 있다. 하지만 현재 일반적인 혼화제의 감수율은 18%에 머물러 현장에서의 물 타기를 감당하기 힘들다. 즉 골재와 모르타르 등 재료가 분리되거나 점성이 너무 높아져 콘크리트 강도가 떨어지는 현상이 나타난다.

최근 건설 현장에서 잇따라 붕괴 사고가 나는 이유도 여기에 있다. 지난해 1월 노동자 6명이 숨지고 1명이 다치는 대형 참사가 난 광주광역시 화정아파트 공사 현장과 올 4월 주차장 붕괴 사고가 난 인천 서구 검단신도시 아파트 공사 현장 모두 콘크리트 강도가 크게 미흡했다. 국토교통부 조사 결과 무너진 검단아파트 주차장의 콘크리트 강도는 설계 기준(24㎫)의 70.4%(16.9㎫)에 불과했다. 화정아파트의 콘크리트 강도도 설계 기준의 60% 안팎이었다. 잇단 사고를 겪고도 아직 건설 현장의 안전 불감증이 지속되고 있는 것이다.

콘크리트를 만들 때 물은 시멘트와 반응해 화학반응을 일으키는데 이는 압축 강도를 높이면서도 작업하기 편한 상태를 만들어준다. 문제는 기준치 이상으로 물을 쓰면 재료 분리 현상이 발생할 수 있고 압축 강도가 떨어진다는 점이다. 특히 강과 바다에서 나오는 천연 골재를 쓸 수 없는 상황에서 부순 골재 등 대체 골재를 사용할 때 물을 많이 흡수한다는 점에서 딜레마가 발생한다. 물을 기준치 이상 붓지 않으면 콘크리트 타설에 필요한 유동성을 확보하기 힘든 것이다.

지난해 1월 광주광역시 화정에서 발생한 아파트 붕괴 사고 현장.

4월 인천 서구 검단에서 발생한 아파트 주차장 붕괴 사고 현장.

국토부는 지난해 9월 콘크리트 품질의 신뢰성을 높이기 위한 ‘단위 수량 품질 검사 기준’을 마련했다. 시험·검사 방법, 검사 시기와 횟수, 판정 기준을 담았다. 겨울철 콘크리트 적용을 위한 일평균 기온의 정의와 초기 양생 종료 기준도 명확하게 하고 임시 지지대(동바리)의 재설치 시기와 방법까지 규정했다. 하지만 그 뒤에도 주차장 붕괴 사고에서 보듯이 콘크리트 부실 타설 문제는 여전히 해결되지 않고 있다. 국토부가 아예 콘크리트 타설 시점에 단위 수량을 측정하도록 법제화를 추진하고 있는 것도 이 때문이다.

업계는 콘크리트 성능 향상을 위해 현재 시멘트 총량의 1% 안팎에 달하는 혼화제를 사용한다. 물 사용량을 일정 부분 줄여도 콘크리트의 유동성을 높일 수 있고 강도와 내구성을 개선할 수 있어서다. 이때 감수율을 높일수록 콘크리트 강도는 증가하지만 일반 혼화제로는 감수율을 20% 이상으로 높일 경우 재료가 분리되거나 점성이 너무 높아져 작업성이 떨어진다.

콘크리트 제작 시 물을 많이 써 재료 분리가 일어난 모습.

감수율 30% 기준으로 일반 혼화제와 UHP를 쓴 콘크리트 비교. /자료제공=실크로드시앤티

따라서 일반 혼화제와 달리 감수율을 높여도 콘크리트 품질에 문제가 생기지 않도록 만드는 게 필수적이다. 즉 혼화제의 화학구조를 바꿔 고분자가 시멘트에 잘 붙는 동시에 유동성이 생기도록 시멘트끼리 반발할 수 있게 해야 한다. 실크로드시앤티가 개발한 초고성능혼화제(UHP)가 관심을 끄는 이유다.

주영길 실크로드시앤티 기술연구소 연구위원은 “UHP는 혼화제 고분자의 화학구조에 변화를 줘 감수율이 25~30%가 돼도 재료 분리 없이 콘크리트를 생산할 수 있다”며 “UHP는 탄소 배출이 많은 시멘트의 사용을 줄여줘 탄소 배출 감축 효과도 거둘 수 있다”고 설명했다.

이와 관련해 유럽연합(EU)은 10월부터 시멘트를 비롯해 철강·알루미늄·비료·전기·수소까지 6개 품목을 EU로 수출하는 해외 기업에 대해 탄소 배출량을 보고하도록 한 뒤 2026년부터 탄소국경세를 전면 부과하기로 했다. 기업들에 새로운 관세 장벽이 생기는 것이다. 한천구 청주대 건축공학과 석좌교수는 “콘크리트 강도를 높이고 시멘트 업계의 탄소 배출을 줄이기 위해서라도 감수율이 높은 UHP 사용을 늘릴 필요가 있다”고 말했다.

고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com