[기고] 콘크리트 구조물 수명 연장 ‘철계 형상기억합금’ 기술 활성화 필요하다 ③

 
콘크리트 프리스트레싱을 위한 상업용 제품인 ‘memoryⓇ-steel’은 최초로 2017년 5월 스위스에서 2층 철근 콘크리트 건물의 개조에 적용되었다.

1층 공간을 넓게 사용하기 위해 벽을 제거하고, 공간을 재배치하기 위해 24㎝ 두께의 철근 콘크리트 슬래브(바닥)의 구조적 보강을 위한 작업이었다.

◆세계 최초의 현장 적용

최초의 적용은 공간 확장을 위한 건축 구조물의 개조였으며, 벽을 제거하고 그로 인해 슬래브에 가해지는 추가 정 모멘트를 평판(re-plate)의 프리스트레싱에 의한 부 모멘트로 상쇄시키고 처짐을 감소시키는 보강 설계였다.

더불어 암거(지하에 매설 혹은 복개를 해서 수면이 보이지 않도록 한 통수로)에서의 통수 단면 확보를 위한 개조, 건물 등의 내진 및 철근 콘크리트 교량에서 힌지(경첩)부, 원형 사일로 구조물, 강재 구조물 등의 보강, 건물 슬래브 균열 및 변형 회복, 건물 리모델링 등에 적용된 바 있다.

다양한 구조물에 대한 휨 및 펀칭(구멍 뚫기) 등에 의한 전단(물체 내부 양쪽에 크기가 같고 방향이 반대인 두 힘이 가해져 어긋남이 생기는 일)에 대한 보강 사례가 많이 있다.

이제까지 강판이나 섬유강화플라스틱(FRP) 보강 방법은 수동적이었다. 즉 현재의 상태에서 더 이상의 변형이 발생하지 않도록 보강재를 사용하여 내하력을 증진시키는 방법이었다.

이와 달리 memoryⓇ- steel에 의한 프리스트레싱 시스템은 능동적으로 보강하는 공법이다. 즉 구조물의 변형에 적극 대처하여 복원시킬 수 있으며, 정역학적 구조계를 변형할 수도 있고 동역학적 보강에도 쓰일 수 있다.

또한 직선 부재는 물론 곡선 부재(部材)의 보강에도 적용할 수 있으며, 부분적인 보강에도 쉽고 빠르게 프리스트레싱 힘을 발휘시켜 효과를 빠르게 도입할 수 있다.

기존의 프리스트레싱 힘을 도입하는 보강 공법들 구조물 모체에 고정하기 위한 무거운 정착 장치와 프리스트레싱 힘을 얻을 수 있도록 하는 유압 장치가 필요하다.

이와 달리 이 새로운 프리스트레싱 시스템은 비교적 간단한 정착 장치와 단순히 가열하는 것만으로도 프리스트레싱 힘을 얻을 수 있는 큰 이점이 있다.

또한 콘크리트뿐만 아니라 강재 구조물에도 적용할 수 있는데, 기존 공법에 비해 간결한 고정 장치와 유압잭(유압을 이용하여 들어올리는 힘을 얻는 기구)이 필요 없는 가열에 의한 프리스트레싱 활성화, 필요에 따라 용접에 의한 고정은 경제성과 안전성에서 큰 장점이 있다.

빠르게 변해가고 복잡해져 가는 현대사회 시스템은 이런 보강 분야에서도 근로자들이 안전하게 설치하고 신속하게 시공할 수 있어야 한다. 사용자 역시 빠르게 이용할 수 있는 보강 공법이 필요하다. memoryⓇ- steel은 이러한 필요에 대처할 수 있는 새로운 프리스트레싱 구조물 보강 공법이다.

◆지속적인 향후 적용 연구

 
스위스 연방 재료과학기술연구소(Swiss Fedral Laboratories for materials science and technology·EMPA)에서는 기둥의 내진 보강을 위한 memoryⓇ- steel 적용 효과를 검증하기 위해 실험을 진행 중이며, 현재까지 매우 우수한 성능을 발휘하는 것으로 나타났다.

구조물 보강 외 프리케스트 부재의 결합에 적용될 수 있어 앞으로 모듈라 구조에 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 향후 이러한 적용 연구가 여러 분야에서 진행될 것이다.

한상훈 충북대 토목공학부 명예교수 hsh120@gmail.com