Transcript 제26호
선일기술정보지 - 제 26 호 - 선일기술정보지 - 제 26 호 - Industrial Trend ● 탄소저감형 건설재료 및 시공기술 개발 방향 (Strategy for Building Material and Construction Technology with CO2 Reduction) 2007년 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change : 기후변동에 관한 정부간 패널)의 제 4차 보고서에서는, 금후 100년간 지구 년평균기온이 1∼-6.3℃, 해수면은 19∼58cm 상승할 것이라고 예측 하고 있다. 과거 100년간의 상승폭이 1℃ 미만인 점을 감안하며 CO2 발생에 의한 지구온난화가 가속되 고 있다는 것을 충분히 알 수 있다. 평균기온이 3℃ 상승하면 아시아에서 년간 700만 이상이 홍수위기에 처해지며, 세계에서 1억인 이상이 새롭게 식량난에 처해진다고 한다. 4℃ 상승하면 세계인구의 5인 중 1 인이 홍수의 영향을 받고 30억인의 인류가 물 부족에 직면한다는 예측이 있다. 이와 같이 전 세계는 지금 지구온난화를 방지하기 위하여 이산화탄소를 저감하려는 노력을 경주함과 동시에 이러한 노력을 성장산 업으로 연계시키기 위하여 저탄소 기술에 관한 연구를 집중하고 있다. 이에 따라 우리나라는 저탄소 녹색성장을 국정기조로 하여『저탄소 녹색성장기본법』을 제정하고 모 든 산업에서의 탄소저감 노력을 기울이고 있으며, 국토해양부에서도 저탄소 건설산업 활성화를 위한 정 책수립 및 연구개발 투자를 확대하고 있다. 특히 2008년부터 2012년 사이에 실시하고 있는『제4차 건설 기술진흥기본계획』에서는 녹색강국을 실현하는 선진 건설기술 확보를 건설산업 비전으로 설정하고 있 으며, 녹색성장 기반구축을 주요 목표로 정해놓고 이를 위한 핵심전략으로 탄소저감형 건설산업을 위한 기반구축과 R&D에 역점을 두고 있다. 그림 1. 탄소저감형 건설재료 및 시공기술 개발 필요성 선일기술정보지 - 제 26 호 - Industrial Trend 한양대학교 친환경건축연구센터(ERC)연구에 의하면, 건설산업은 우리나라 전체산업의 탄소배출량 중 에서 약 42.4%를 차지하고 있으며 이중에서 이산화탄소 발생량은 건축공사시에 9.5%, 건축물 운영시에 23.2%, 토목산업에서 약 9.7%를 차지하고 있다고 한다. 또한, 건설자재는 우리나라 건설산업규모의 약 38% 수준인 47조원의 시장을 형성하고 있으며, 일본과학기술청 자원조사소에 의하면 건축구조물별 탄 소발생량을 개략적으로 산출한 결과 대부분의 건축자재에서 CO2가 대량 발생되고 있는 것으로 조사되 어 건설재료 부문에서 탄소저감을 위한 노력을 강조하고 있다. 따라서, 건설산업에서 탄소저감을 위한 노 력은 건설자재를 중심으로 이루어지는 것이 근본적인 건설산업 탄소저감에 도움이 될 것이며, 저탄소 건 설자재를 통한 건설시공시의 탄소저감뿐 아니라, 건설구조물 사용시의 탄소저감을 위한 고단열 및 에너 지저감형 건설자재 개발, 폐기물을 최소화하고 재활용할 수 있는 건설재료 개발을 통한 저탄소형 건설산 업 정착 및 녹색 건설산업 창출이 요구되고 있다. 탄소저감형 건설재료를 개발하기 위한 방향으로는 현장의 요구를 반영하고, 기존의 연구개발과 차별화 되는 혁신적인 방안과 함께 반드시 현장에서 실용화하는 전략이 뒷받침 되어야 하며 이를 위해서 다음과 같은 기술개발 및 제도개발이 필요하다고 판단된다. 첫째, 탄소저감형 건설재료 기술 개발을 위한 명확한 전략수립이다. 건설재료의 탄소저감을 위한 방법 은 제조시뿐만 아니라 사용, 해체, 폐기를 포함하는 전생애주기(Life Cycle CO2) 개념으로 접근되어야 한다. 또한, 단순한 탄소저감기술 개발뿐만이 아니라, 건설자재에서 발생되는 CO2를 근본적으로 줄이는 전략으로서 CO2 중립기술, CO2 제로기술, CO2 옵셑기술등을 활용한 창조적인 연구개발과 함께 실용화 연구가 중요하다. 둘째, 탄소저감형 건설재료의 원천기술개발이 중요하다. 건설재료를 연구하는 연구자로서 볼 때 탄소 저감형 건설재료는 시멘트·콘크리트분야에서 상당한 연구가 진행되어 오고 있으나 아직 경제성 확보 미 비로 실용화되고 있지는 않은 것 같다. 이러한 이유 중에 가장 큰 것은 탄소저감을 위한 원천기술개발이 매우 적기 때문에 문제가 된다고 판단된다. 기존의 폐기물 사용 확대와 단순한 저탄소재료의 혼입기술이 아니라 탄소저감을 위한 원천기술 개발과 함께 이의 실용화를 위한 연구가 진행되어야 한다. 셋째, 학문간 융합을 통한 탄소저감형 건설재료개발이 필요하다. 구조물에서 CO2를 주로 발생하는 건 설자재를 분석해 보면, 철강, 레미콘, 합판, 콘크리트 제품, 플라스틱, 도료 등에서 약 80% 이상이 발생 되고 있다. 최근의 탄소저감형 건설재료 개발을 보면 주로 시멘트·콘크리트에 치우쳐 있는 현상이나 이 러한 연구는 각 부처별로 진행되고 있는 실정이며, 따라서, 탄소저감형 건설재료 개발은 유·무기계 재료 연구자 및 건축·토목 응용연구자와의 학문간 융합을 통해서만이 창조적이고 혁신적인 건설재료가 개발 된다고 판단된다. 넷째, 탄소저감형 건설재료의 탄소라벨링제도 도입이 조속히 추진되어야 한다.『탄소라벨링』이란, 건 설재료의 전 생애주기(생산, 수송 및 유통, 사용, 폐기)에서 발생한 이산화탄소발생량을 건설재료에 부착 하여 소비자에게 공개함으로서 시장주도로 저탄소제품의 구매 및 현장 활용을 촉진하고자 하는 제도로서 이미 환경부에서는 탄소라벨링표지제도를 공산품을 중심으로 진행하고 있다. 정부는 저탄소 녹색성장 기 본법 제 58조(녹색성장을 위한 생산․소비 문화의 확산) 4항에서『녹색제품의 사용·소비의 촉진 및 확산 을 위하여 재화의 생산자와 판매자 등으로 하여금 그 재화의 생산 등의 과정에서 발생되는 온실가스와 오 염물질의 양에 대한 정보 또는 등급을 소비자가 쉽게 인식할 수 있도록 표시ㆍ공개하도록 하는 등의 시책 을 수립·시행할 수 있다.』라고 하여 건설자재 부문에서도 건설재료 탄소라벨링 제도 도입에 관한 법률 적 근거를 제시하고 있다. 선일기술정보지 - 제 26 호 - Industrial Trend 따라서, 건설재료 부문에서도 건설재료마다의 CO2 원단위 산정을 위한 범 국가적인 연구개발과 함께 이를 건설현장에 활용하기 위한 건설재료의 탄소라벨링제도 관리 기술 개발이 중요하다고 판단된다.최근 에 국토해양부 건설기술혁신사업으로『탄소저감형 건설재료 기술 기획』연구가 추진되고 있으며, 이것 은 위와 같은 맥락에서 보면 시기 적절한 연구개발 주제이며, 국가주도의 창조적이고 혁신연구로서 진행 되어 건설산업의 제2 부흥을 위한 신성장분야로서 성장해야 한다고 판단된다. 이러한 측면에서 건설산업 에서『탄소저감형 건설재료』의 국가적 연구개발 성과에 기대하는 바가 크다. 그림 2. 창조적인 탄소저감형 건설재료 및 시공기술 개발 방법 < 이한승/한양대 ERICA 건축학부 교수, 백정훈/한양대 친환경건축연구센터 연구교수 > 선일기술정보지 - 제 26 호 - New Research Paper ● 소성온도별 바텀애시 치환율에 따른 경량골재의 기공특성 (Pore properties of lightweight aggregate on replacement ratio of bottom ash in different sintering temperature) 1. 연구배경 경량골재는 천연골재를 파쇄하여 제조하는 방법, 천연재료나 산업부산물 등을 소성하여 제조하는 방법 등 다양한 원료 및 가공기술에 따라 경량골재의 특성도 매우 다양해진다. 특히 인공적인 방법을 통해 제 조된 경량골재는 발현되는 기능성에 따라 단열용, 흡음용 및 경량소재용 등 광범위하게 이용되고 있으며 이는 제조방법에 따라 제어되는 기공크기, 기공형태 및 기공율 등의 내부기공특성에 좌우된다고 할 수 있 다. 따라서 본 연구에서는 산업부산물인 폐유리분말과 바텀애시의 혼합비율과 소성온도별로 제조한 경량 골재의 기공율과 내부기공구조를 분석하여 경량골재 제조시 기초자료로 제시하고자 한다. 2. 사용재료 경량골재 제조를 위한 주원료로써 폐유리분말과 바텀애시를 사용하였으며, 발포제로는 Graphite 시약급 을 사용하였다. 본 연구에 사용된 폐유리분말과 바텀애시의 화학분석결과는 표 1과 같다. Table 1. Chemical analysis 성분 SiO2 Al2O3 SO3 Cl Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O L.O.I 폐유리분말 71.90 1.14 0.30 2.05 0.16 9.38 3.82 9.42 0.28 0.66 바텀애시 45.50 23.40 0.24 0.01 5.15 0.99 0.42 0.43 0.62 22.3 구분 3. 실험방법 폐유리분말, 바텀애시 및 발포제를 분체혼합용 Ball mill을 사용하여 균질하게 혼합하고 점결제인 물유리 와 함께 모르타르 믹서에 투입하여 혼합하였다. 이후 pelletizer를 이용하여 구형의 성형체를 제조하고 건 조과정을 거쳐 Lab. scale용 Rotary kiln에서 소성·제조하였다. 제조된 경량골재의 기공율은 식 1을 이용 하여 계산하였으며, 내부기공구조는 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 촬영하였다. P(%) = tV-(W/rD) tV × 100 W : 건조시료의 무게 tV : 경량골재의 부피 rD : 경량골재를 분쇄한 후 측정한 진비중 4. 실험결과 소성온도별 바텀애시 치환율을 변화시키면서 제조한 경량골재의 기공율 값을 Fig 1에 나타내었다. 소성 온도가 증가할수록 기공율이 증가하는 경향을 보였다. 또한 바텀애시 치환율이 증가할수록 기공율은 감 소하는 경향을 보였는데 이것은 폐유리의 융점 보다 상대적으로 바텀애시의 융점이 높아 바텀애시 치환 율이 증가함에 따라 성형체의 융점이 증가되기 때문이다. 따라서 그에 적합한 소성분위기가 조성되어야 하나 그러지 못할 경우 오히려 기공생성의 저해요인으로 작용하는 것으로 판단된다. Fig 2는 경량골재의 내부기공구조를 SEM으로 촬영한 것으로, 바텀애시 치환율이 증가함에 따라 기공은 작아지고 불규칙한 기공 분포를 나타내었다. 특히, 바텀애시를 30% 치환하여 제조한 경량골재는 대부분의 기공이 개기공의 형태를 하고 있었으며 이는 700℃, 800℃에서 제조한 경량골재의 경우 보다 더욱 두드러지게 나타났다. 선일기술정보지 - 제 26 호 - New Research Paper 80 75 Porosity(%) 70 65 60 55 700 800 900 50 45 40 0 10 20 30 Replacement ratio of bottom ash(%) Fig 1. Porosity B/A 0% B/A 10% B/A 20% B/A 30% 700℃ 800℃ 900℃ Fig 2. SEM (Inner pore structure) 5. 결론 1) 소성온도가 증가할수록 기공율이 증가하는 경향을 보였으며, 특히 소성온도가 700℃에서 800℃로 증가시 기공율의 상승폭이 컸다. 2) 바텀애시 치환율이 증가할수록 기공율은 감소하는 경향을 보였는데, 이는 바텀애시의 높은 융점으로 인해 적절한 소성분위기가 조성되지 못했기 때문으로 판단된다. 3) 바텀애시 치환율이 증가함에 따라 기공은 작아지고 불규칙한 기공 분포를 나타내었다. < 공태웅(책임연구원), 이수형(선임연구원), 권춘우(주임연구원), 이한백(연구소장) / 선일공업㈜ 기술연구소 > 선일기술정보지 - 제 26 호 - Technical Tips ● 시멘트 모르타르의 균열- 어떻게 방지하는가? 시멘트 모르타르면으로 마감된 건축물의 표면이 마치 그물망이나 거북등처럼 균열된 사례를 왕왕 보게 될 것이다. 특히 오래된 아파트를 개보수하기 위하여 균열부분에 땜질을 한 후의 모습을 보면 균열이 얼 마나 광범위하게 일어나는지 알 수 있을 것이다. 특히 외부의 균열은 미관상 불량할 뿐더러 그 틈으로 스 며든 빗물들로 하여금 가속화되고 심하면 모르타르면이 탈락되며, 장기간 이를 방치하면 구조체에 까지 영향을 미치게 되어 철근을 녹슬게 하며 내구성을 떨어트린다. ▶ 균열의 원인과 대책 왜 균열이 일어나는가? 어떻게 하면 이를 막을 수 있을까? 이를 알아보기로 하자. 공사의 준비과정에 서 바탕면의 조건이 불비할 때 하자가 많이 생긴다. 바탕이 청결하지 않다던가 충분히 건조되지 않았다면 모르타르가 완전 밀착하지 못한다. 흙이나 먼지 등 불순물은 바탕과 모르타르면 사이에서 밀착을 방해한 다. 미리 청소를 하여 이를 제거하고 필요할 경우에는 물로 깨끗이 씻어둘 필요도 있다. 백화(白花)현상 이나 레이턴스(콘크리트 표면에 묻어있는 얇은 층의 시멘트 가루)도 깨끗이 닦아내야 한다. 이들이 콘크 리트와 시멘트 모르타르 사이에서 접착력을 떨어지게 하기 때문이다. 바름 바탕에 흠이 있거나 강도가 약한 부분은 정으로 쪼아내고 다시 모르타르로 보강 조치를 한 후 바 탕과 같은 강도를 유지하도록 해주어야 한다. 이 때 바탕면은 너무 매끄럽지 않도록 한다. 필요하면 바탕 면이 거칠게 하여 접촉면이 넓어져 부착력을 증대시켜야 한다. 바탕면에 곰보나 가는 구멍이 많을 경우도 미리 시멘트 풀칠을 골고루 하여 그 위를 와이어 브러시로 문질러 조금 거칠게 해두는 것도 좋은 방법이 다. 모르타르를 바르기 전에 바탕면을 미리 물로 축여 모르타르의 수분을 바탕면에 빼앗기지 않도록 한다. 시멘트 모르타르가 굳기 위해서는 적당한 수분이 필요한데 건조한 콘크리트 바탕면이 앗아가 버리면 모 르타르의 강도가 떨어지기 때문이다. 이를 감안하여 아예 모르타르에 보수제(保水劑) 등을 섞는 경우도 있다. 그렇다고 필요 이상의 물을 사용하는 것도 좋지 않다. 모르타르를 바른 후 쳐져 내릴 우려가 있기 때문이다. 모르타르 자신의 건조 수축량을 줄이는 것도 균 열 예방의 한 몫을 차지한다. 잔 모래 보다는 굵은 모래가 좋지만 적당히 잔 모래가 섞여야 부착력을 높일 수 있다. 보통 모르타르의 배합정도를 보면 초벌바름엔 시멘트와 모래를 각각 1: 2정도, 재벌바름(두번째 바름)의 경우는 1:3정도이며, 마지막 정벌바름에는 바닥일 때는 1:2, 외벽에는 1:3정도로 섞는다. 소석회 를 추가할 경우는 1:3:0.3의 비례로 혼합한다. 아니면 감수제 등 별도의 재료를 혼합하여 성능을 높이는 방법도 있다. 선일기술정보지 - 제 26 호 - Technical Tips ▶ 시공과정에서의 주의사항 시공 과정에서 주의해야 할 일을 살펴보면 다음과 같다. 접착력을 높이기 위해서는 한번에 두껍게 바르 는 것 보다 얇게 자주 바르는 게 좋다. 보통 초벌 재벌 정벌바름의 3단계 절차를 거치는데 필요에 따라서 는 몇 차례 더 나누어 바를 수도 있다. 한번 바를 때의 모르타르의 두께는 바닥을 제외하고는 6mm를 넘 지 않도록 해야 한다. 보통 바름두께는 바닥의 경우는 15mm이상, 내벽은 15mm이상, 외벽은 18mm이상 이 되어야 한다. 바닥은 한번에 15mm를 바르지만 벽체나 기타의 경우는 6mm,6mm,3mm또는 6mm의 초벌 재벌 정벌의 두께로 시공하여야 한다. 모르타르를 바를 때 흙손 누름을 크게 하며, 작은 흙손으로 충분히 눌러주어야 한다. 특히 졸대나 라스 등에는 틈새가 생기지 않게 충분히 끼어들게 발라야 한다. 재벌(두 번째 바르는 모르타르)의 경우 처음 바른 면을 충분히 건조시켜 균열이 가도록 하고 그 위에 다시 모르타르를 바르면 균열을 감소시킬 수 있 다. 급하게 시공하면 균열이 갈 확률이 많다. 일부 몰지각한 시공자들은 나누어서 바르기보다는 한번에 바르는 경우가 많으니 감독을 철저히 해야 할 것이다. 그렇다고 모르타르면이 전혀 균열이 가지 않는 것은 아니다. 온도의 변화에 따른 신축(伸縮)현상으로 금이 갈 수밖에 없다. 그러므로 미리 적당한 위치에 금이 갈 수 있도록 줄눈을 만드는 것이 좋다. 모르타 르와 다른 재료가 직각으로 만나는 부분이나 넓은 면적은 미리 적당한 간격으로 줄눈을 만드는 것이다. 선일기술정보지 - 제 26 호 - Cement & Concrete Terms ■ 가응결(false set) 포틀랜드 시멘트가 수화초기에 마치 응결된 것과 같은 상태를 나타내는 것이며, 이것은 겉보기 응결 의 의미로 위응결이라 불린다, 위응결의 원인으로서는 여러 가지가 있지만 그 가운데 영향이 큰 요인 으로는 시멘트 제조시 마무리 분쇄 밀 중에서 석고의 탈수, 저장 중 시멘트의 풍화 등이 있다. ■ 강열감량(ignition loss, loss on ignition) 시료 1g을 부티 20~35㎖를 백금 도가니에 넣어 뚜껑을 덮고 900~1,000℃로 항량(恒量)이 될 때까 지 가열하였을 때의 감량을 시료에 대한 백분율로 나타낸 양이며, 시멘트가 공기 중의 수분과 이산화 탄소와 결합된 양을 표시하는 것으로 장기 보존된 것일수록 강열감량은 커지게 된다. ■ 갇힌 공기(entrapped air) 인위적으로 콘크리트 속에 연행시킨 것이 아니고 본래 콘크리트 속에 함유된 기포. ■ 건조수축(drying shirnkage) 시멘트 경화체를 건조시키면 주로 모세관수의 증발과 함께 수축한다. 따라서 물시멘트비가 큰 만큼 큰 수축을 보인다. 시멘트 페이스트보다는 모르타르가, 모르타르 보다는 콘크리트가 건조수축이 적 다. 왜냐하면 시멘트와 혼합된 골재가 건조수축의 완화 역할을 하기 때문이다. ■ 경화(hardening) 시멘트가 응결한 다음, 시간의 경과에 따라서 경도와 강도가 증진하는 현상. ■ 공기량(air content) 콘크리트 속의 시멘트 페이스트 또는 모르타르 부분에 함유된 기포용적의 콘크리트 전 용적에 대한 백분율. ■ 내구성(durability) 기상작용, 화학약품에 의한 침식, 기계적 손상 등 에 견디는 콘크리트의 성질. ■ 단위량(quantity of material per unit volume of concrete) 콘크리트 1㎥를 만들 때 쓰이는 각 재료의 양으로 단위시멘트량(C), 단위수량(W), 단위골재량, 단위 잔골재량(S), 단위굵은골재량(G), 단위AE제량 등과 같이 사용된다. 선일기술정보지 - 제 26 호 - Change & Innovation ● 변화혁신 리더십의 의의 변화혁신 리더십이란 무엇인가? 변화를 생성하고 현성을 창조적으로 파괴하여 지속적인 성장과 번영을 선도하는 사회적 과정이 변화혁신 리 더십(ILC, Innovative Change Leadership)이다. 변화혁신 리더십에 있어서 변화(change)란 현상을 변경하 는 것이고 혁신(innovation)이란 현상을 창조적으로 파괴하여 변화를 선도하는 것이다. 변화에 있어서 현상을 변경한다는 것은 변화를 창조하여 바람직한 방향으로 현상을 변화시킨다는 것이다. 그 리고 혁신에 있어서 현상을 창조적으로 파괴한다는 것은 기존의 잘못된 현상을 파괴하고 더 높은 차원의 도 덕성, 가치, 신념으로 이동하게 하는 새로운 창조적 변혁이 일어나게 한다는 것이다. 혁신이라고 해서 모두 같은 성질의 것이 아니다. 혁신에도 수준이 있다. 점증적, 생성적, 변혁적 혁신이 그것이다. 먼저 점증적 혁신(incremental innovation)은 현상유지적인 혁신이며 점진주의적인 혁신이다. 이는 기존의 틀, 규칙, 가치 등을 깨뜨리지 않는 범위 내에서만 혁신이 일어난다. 이러한 혁신수준에서는 전략이나 목표의 수정 수준에서만 혁신이 일어나며 조직의 지배적 가치나 준거 틀 등에 대한 도전은 허용되지 않는다. 다음, 생성적 혁신(generative innovation)은 기존의 재배적 가치, 목표, 규칙, 준거 틀, 문화 등에 대한 의문 을 품고 이에 도전하는 혁신이다. 이러한 의문과 도전은 조직학습을 일어나게 하며, 새로운 패러다임과 가치 를 생성하게 하는 생성적 혁신의 원동력이 된다. 끝으로, 변혁적 혁신(transformational innovation)은 이전과는 근본적으로 다른 파괴적인 총체적 혁신이다. 새 패러다임이나 가치 자체에 대한 성찰과 혁신을 통해서 형질변화, 체질 전환이 발생하는 혁신이다. 이를 위해 ‘원인의 원인’을 밝히며 ‘혁신에 관한 혁신’이 일어나서 기존에 해왔던 것과는 전적으로 다른, 근본 적으로 다른 총체적 변화와 이동이 발생한다. ‘총체적이란 말은 조직의 구조, 커뮤니케이션, 문화, 일하는 방 식, 리더십 등 조직의 모든 구성요소들을 포함하는 전 조직적인 것을 의미한다. 따라서 변혁적 혁신은 조직 전체 차원에서 이전에 해 왔던 것과는 전혀 다른 상태로 이동이며 근본적인 창조적 파괴가 일어나게 되는 혁 신이다. 한편, 변화혁신 리더십에 있어서 리더십(leadership)이란 지도력과 영향력과 조화력을 발휘하여 목표를 성취 하며 지속적인 성장과 번영을 도모하는 사회적 과정이다. 여기서 지도력이란 선도(leading)하는 능력이고, 영향력이란 영향을 미치는 능력이며, 조화력이란 이해관계와 갈등을 조화롭게 조정하고 통합하는 능력이다. 목표를 성취한다는 것은 설정한 목표를 달성한다는 것이고, 지속적인 성장과 번영을 도모한다는 것은 단순한 생존차원에서만 머물지 않고 성장하고 발전하며 끊임없이 누린다는 것을 의미한다. 그리고 사회적 과정이란 리더십의 발휘는 리더와 추종자와 환경의 요소들이 서로 상호작용하여 만들어가는 동적인 현상이라는 것을 의미한다. 따라서 변화혁신 리더십(ICL)이란 변화를 생성하고 현상을 창조적으로 파 괴하여 지속적인 성장과 번영을 선도하는 사회적 과정이다. <천대음 / 현장중심 액션러닝 변화혁신 리더십, 북코리아, 2008>