[이달의 과학기술자상] 원종필 건국대 사회환경시스템공학과 교수

1월의 과학기술자상을 수상한 원종필(뒷줄 왼쪽 두번째) 건국대 사회환경시스템공학과 교수와 연구원들.

원종필 건국대 사회환경시스템공학과 교수는 콘크리트 구조물의 성능을 향상시키는 고성능 복합재료 개발ㆍ적용 부문에서 뛰어난 성과를 내왔다. 연성(延性ㆍ탄성한계 이상의 힘을 받아도 부서지지 않고 가늘고 길게 늘어나는 성질)을 강화한 '하이브리드 FRP 보강재료', 교량 상판의 부식을 최소화하는 고성능 콘크리트 등이 그의 손을 거쳐 상용화됐다. ◇콘크리트 구조물 안전성 강화기술 개발=콘크리트는 '탄성(일정 정도 늘어나는 성질)한계' 이상의 힘을 가했을 때 파괴되는 취성(脆性)의 성질을 갖고 있다. 이런 성향이 강할수록 구조물은 쉽게 붕괴ㆍ파괴된다. 콘크리트의 취성한계를 극복하기 위해 보강재로 널리 쓰이는 게 철근인데 쉽게 부식되는 단점이 있다. 이 같은 단점을 극복하기 위해 개발된 소재가 '섬유보강 복합재료(FRP 보강재료)'지만 기본적으로 취성을 갖고 있다. 원 교수는 지난 2003년부터 FRP 보강재료의 취성적 특성을 개선, 연성이 우수하고 부식되지 않으며 가볍고 강도가 높은 '하이브리드 FRP 보강재료'를 개발, 이듬해 특허를 획득했다. ◇교량용 콘크리트 안정성 강화기술 개발=원 교수는 교통하중ㆍ기상변화ㆍ빗물이나 제설용 염화칼슘에 의한 교량 상판의 부식을 최소화하고 차량의 주행성을 높여주는 포장재료로 콘크리트 교량 상판 위를 덧씌우는 교면(橋面) 포장용 고성능 콘크리트도 개발했다. 현재 콘크리트 교량에 적용되고 있는 교면 포장은 라텍스 개질 콘크리트(LMC). 하지만 LMC 교면 포장은 공사비가 비싸고 품질관리도 어려운 단점이 있다. 원 교수는 LMC를 대체할 '한국형 고성능 콘크리트'를 개발하고 콘크리트 재료 특성을 감안해 최적의 조건을 찾는 통계학적 최적화 기법도 도입했다. ◇터널ㆍ지하 공사용 숏크리트 기술 개발=최근 지하철ㆍ도로ㆍ국철ㆍ고속철도 공사에서 터널ㆍ지하공간을 대상으로 한 건설공사가 증가하고 있다. 이런 공사에 주로 사용되는 NATM(New Australian Tunneling Method) 공법은 지반 상황에 따라 암반을 굴착한 뒤 원래 지반의 지지능력과 터널의 안정성을 유지해야 한다. 원 교수는 국내 숏크리트(shotcrete) 기술개발 분야에서 선도적인 연구성과를 내온 전문가다. 숏크리트는 별도의 거푸집 없이 건조시킨 모래ㆍ시멘트와 물을 압축공기로 함께 분사해 만든 모르타르. 물이 잘 침투하지 못하고 강도가 우수하며 구조물의 표면 마무리ㆍ보수용, 강재(鋼材) 녹 방지용 등에 쓰인다. 암반 굴착 후 바로 숏크리트로 마무리하면 지반의 안정성이 높아지고 공사에서 발생하는 분진도 최소화할 수 있다. ◇친환경 섬유보강 콘크리트 개발=음료수ㆍ식품 용기로 널리 쓰이는 페트(PET)병은 사용 후 일부만이 재활용된다. 이에 따라 대규모로 버려지는 PET를 토목ㆍ건축용 콘크리트 구조물의 균열 제어형 보강섬유로 재활용하는 방법이 제기됐다. 폐 페트병을 녹여 만든 PET섬유를 콘크리트에 적용할 때 가장 큰 약점은 알칼리 저항성에 약하다는 것이다. PET를 녹인 폴리머를 활용한 '폴리머 콘크리트'나 가벼운 페트병의 특성을 이용한 '경량 콘크리트'가 그 예다. 원 교수는 재생 PET섬유의 알칼리 저항성, 콘크리트와의 부착성능을 향상시키기 위해 표면을 알칼리 저항성이 우수한 친수성(親水性ㆍ물 분자와 쉽게 결합되는 성질) 재료로 처리하는 방법을 개발했다. 우선 친수성 '셀룰로오스(포도당으로 된 단순 다당류의 하나로 고등식물ㆍ조류 세포막 섬유의 주성분) 섬유'를 국내 최초로 개발해 건설ㆍ건축산업에 적용했다. 최근에는 셀룰로오스 섬유를 보강한 폴리비닐알코올 섬유를 건설ㆍ건축산업에 적용하기 위한 이론적 토대를 마련했다. 원 교수는 "앞으로도 건설 신소재 분야의 발전을 위해 끊임없이 노력하겠다"고 말했다.