신소재 구조물의 활용 현황 - 섬유강화 복합소재 (FRP) 재료 특징, 제조방법, 건설 적용 예 (해상 파일, sheet 파일, 교량, 트러스, 건축 구조물, 피복판, 지반 분야 등)

본문내용

피복판의 설치 후 단면도를 보여주고 있으며, 사진 4.25에서는 복합소재 피복판이 설치된 케이슨의 모습을 보여주고 있다. 사진 4.26에서는 복합소재 피복판을 설치한 후 1년 2개월이 경과된 케이슨 안벽의 모습을 보여주고 있다.
4.7 복합소재 스페이스 패널 (Composite Space Panel)
복합소재 스페이스 패널은 콘크리트 슬래브 또는 라이닝 시공시 기존의 비계공법이나 강재 데크플레이트 공법의 문제점을 개선하기 위하여 (주)국민씨아이와 국민대학교 구조안전연구소에서 공동개발한 것으로서 슬래브 콘크리트 타설시 작업하중을 지지하는 거푸집 대체용의 유리섬유강화 복합소재판과 처짐제어를 위해 복합소재판의 배면에 설치된 보강보로 구성된 스페이스 패널을 사용하여 슬래브 또는 터널 라이닝 가설시 적용하게 된다. 복합소재 스페이스 패널을 이용한 무비계 스페이스 공법은 비계 또는 동바리가 불필요하므로 공기단축, 공사비 절감 및 비계붕괴 등으로 인한 공사중 안전사고를 방지할 수 있으며, 경량이므로 설치 및 해체가 용이한 장점을 가진다. 사진 4.27에서는 복합소재 스페이스 패널을 이용한 시험시공시 패널이 설치된 모습을 보여주고 있다. 그림 4.8에서 그림 4.11까지는 복합소재 스페이스 패널을 이용한 무비계 가설공법의 예를 보여주고 있는데, 그림 4.8에서는 철골 구조물 슬래브의 시공예를 보여주고 있으며, 그림 4.9에서는 강재교량 슬래브의 시공예를 보여주고 있다. 그림 4.10에서는 잔교식 안벽 바닥판의 시공예를 보여주고 있으며, 그림 4.11에서는 터널 라이닝의 시공예를 보여주고 있다.
4.8 지반분야 복합소재 적용 사례
복합소재는 지반공학 분야에서도 기존의 강재를 대체할 수 있는 대안으로 떠 오르고 있다. 일본에서는 사면 보강용 그라우팅용 앵커 및 보강토 옹벽의 보강재료로서 복합소재 그라운드 앵커 및 지오그리드가 개발되어 시공되고 있으며, 유럽 및 북미를 중심으로 기초보강분야, 대규모 굴착 및 토공분야, 댐 및 터널보강분야, 암반의 앵커 등에 적용되고 있다(권오엽 2000). 특히, 이탈리아의 경우 일반 플라스틱관 주변에 FRP 보강재를 부착하여 터널 막장보강 공법에 적용, 보강효과를 극대화하는 공법 및 장치를 개발하였다. 이와 같이 섬유강화 복합소재는 기존의 강재의 부식문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 경량성을 가지면서, 훌륭한 인장강도 특성을 보유하고 있어 각종 지반 구조물에 널리 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
한편, 터널분야에서 FRP 복합소재의 적용은 유럽을 중심으로 활발히 이루어지고 있는데, 주로 터널굴착공법과 병행하여 적용되는 터널보조공법의 주지보재인 강재를 대용하기 위한 목적으로 사용되고 있다. 이러한 터널분야 적용예로는 부식에 취약하여 영구 지보재로의 활용이 곤란한 기존 강재록볼트를 대체하여 시공성 및 내구성을 증대시킬 수 있는 ‘FRP 록볼트 공법’, 굴착대상 막장면을 일정한 강성을 보유한 FRP관을 이용하여 막장을 선행 보강하는 막장 안정공법인 ‘FRP 막장 수평보강 공법(사진 4.28, 그림 4.12)’, 지반조건이 취약한 지역에서 터널굴착이 진행될 경우 터널 안정성 확보를 위해 적용하는 보조공법인 강관다단 그라우팅 공법의 강관부식문제와 시공성 문제를 해결하기 위한 ‘FRP보강 그라우팅 공법’을 들 수 있다.
6. 결 론
본고에서는 복합소재의 건설분야 분야적용을 위한 이해를 돕기 위하여 복합소재의 특성을 기술하였으며, 건설분야에 적용할 수 있는 복합소재 구조물의 제조방법과 해외 및 국내의 건설분야 적용사례를 소개하였다. 복합소재는 경량, 고강도, 내부식, 고내구성 등 콘크리트와 강재를 대체할 수 있는 훌륭한 특성을 보유하고 있고, 섬유, 수지 등 복합소재 제작에 필요한 모든 원자재가 국내에서 생산되고 있으며, 항공. 방위산업분야의 기술이 이미 상당 수준 축적되어 있어 국내에서도 멀지 않은 장래에 새로운 건설재료로 이용될 수 있을 것으로 보인다.
참고문헌
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5. Gillio, E. F. (1997) Co-injection resin transfer molding of hybrid composites. CCM 97-23, Center for Composite Material, Delaware.
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7. Chajes, M. (1998) Advanced composite bridges in delaware, Proceeding of the 2nd International Conference on Composites in Infrastructure, Vol. 1, pp. 645-650.2.
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9. 이성우 (2000b) 고내구성 신소재 해상파일 개발연구(Ⅱ), 연구보고서, KMU/SSRC-00/03, 국민대학교 구조안전연구소
10. 권오엽(2000) FRP 보강 그라우팅 공법의 개발, 연구보고서, 한국지반공학회

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복합,   소재,   FRP,   교량,   건축,   구조,   지반,   파일