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• [사업화유망기술] 저점도 중온 개질 아스팔트 포장 기술 환경까지 생각한 세계 최초의 하이브리드 기술 - 저점도 중온 개질 아스팔트 포장 기술 도로연구소 김용주 수석연구원 한국건설기술연구원 도로연구소 김용주 박사가 세계 최초로 연구 개발 및 시공에 성공한 ‘저점도 중온 개질 아스팔트 포장 기술’에 대한 세계 시장의 관심이 뜨겁다. 기존 아스팔트 포장보다 에너지와 유해가스를 약 30% 내외로 줄이면서 도로의 수명은 늘리고, 각 지역의 기후와 도로 환경에 맞게 배합비를 조절해 최상의 성능을 발휘할 수 있게 했기 때문이다. 세계 최초로 성공한 이 하이브리드 기술 덕분에 지구촌의 도로 환경이 장차 큰 변화를 맞이할 것으로 보인다. ▲ 한국건설기술연구원 도로연구소 김용주 수석연구원 친환경과 효율성 모두 잡으며 도로 수명을 늘리다 친환경에 대한 관심과 요구는 비단 우리가 먹고 사용하는 것에 국한되는 게 아니다. 미처 깨닫지 못하고 있을 뿐 살아가면서 매일 이용하게 되는, 예를 들면 가로등이나 도로 등 보다 큰 범주의 공공시설에 있어서도 친환경성과 효율성을 동시에 잡기 위한 노력은 계속되고 있는 것이다. 김용주 박사의 저점도 중온 개질 아스팔트포장 기술이 눈부신 건 바로 그런 이유에서다. 환경뿐만 아니라 효율성까지 동시에 잡는 토대를 마련했기 때문이다. “한국건설기술연구원의 친환경 아스팔트 포장 기술에 대한 관심과 개발 의지는 꽤 오래전인 2009년부터 이어져 왔어요. 지금의 기술을 완성시키는 데 그만큼 공을 오래 들였다는 이야기죠.” 처음의 목표는 ‘친환경 저탄소 중온 아스팔트 기술’이었다. 160℃에서 혼합물을 제조·시공하는 일반 아스팔트 포장은 생산·시공 과정에서 다량의 석유에너지와 이산화탄소 등의 유해가스를 발생하므로 30℃ 낮은 상태에서 시공 가능한 기술을 개발하면 환경 부담을 덜 수 있으리라는 생각에서였다. 연구는 2010년 1월, 미국에서 유학한 후 교통국 공무원과 아이오와대학교 공공정책연구센터 책임연구원으로 활동한 김용주 박사가 합류하면서 더욱 탄력을 받기 시작했고 결과는 성공적이었다. ‘친환경 저탄소 중온 아스팔트 기술’을 통해 약 30%의 에너지를 절감하게 된 데다, 약 25~30%의 유해가스를 감소시키며 국내 친환경 아스팔트 포장 기술로 자리매김하게 된 것이다. 하지만 시장의 요구와 환경은 수시로 달라지기 마련이어서 2000년대가 무르익을수록 전 세계적으로 고온, 집중 호우, 잦은 태풍 등 이상기후가 발생, 아스팔트에도 변형과 파손 등의 영향을 미치는 경우가 많아졌다. 김용주 박사는 다시 기술 개발에 돌입했다. 이번에는 고분자 폴리머 등 다양한 첨가제를 사용해 아스팔트 포장의 고온 및 저온 저항성을 높이는 ‘개질 아스팔트 포장 기술’이 목표. 결과는 성공적이었지만, 이면에는 아스팔트 생산 및 혼합 온도가 높은 고점도 개질 아스팔트의 사용으로 유해가스 배출량과 에너지 사용량이 증가하며 시공 시 온도 관리가 어렵다는 문제점이 있었다. “그걸 해결하려고 시작한 게 바로 ‘저점도 중온 개질 아스팔트’ 개발 연구예요. 온도 조절이 가능한 중온 아스팔트 기술과 개질 아스팔트 기술을 각각 사용하는 경우는 많지만, 그걸 융합해 하나의 기술로 만드는 건 성공한 사례가 없는 상황이었죠. 사실 이 기술은 우리 연구원이 협력하고 있는 몽골과 인도네시아의 요청으로 시작하게 됐어요. 개발도상국은 성능이 좋으면서도 수명이 길고 친환경적인 도로 인프라에 많은 관심과 예산을 투자하고 있지만 독자적으로 녹색기술을 개발하기는 어려워 저희에게 도움을 청하게 된 거죠. 2012년과 2014년 현지에 시험 포장한 결과는 성공. 소성변형과 균열, 포트홀 등과 파손에 대한 저항성이 눈에 띄게 향상되었고, 에너지 사용과 유해가스를 줄이면서 시공 관리가 용이하다는 것도 확인할 수 있었거든요.” 성공을 확인하고 인정받는 순간의 기쁨과 쾌감을 어떤 말로 표현할 수 있을까. 더욱이 전 세계 최초로 성공한 하이브리드 기술이라니! 한국건설기술연구원과 김용주 박사 덕분에 우리 국가 기술의 격이 한 단계 높아진 것이다. ▲ 한국건설기술연구원 도로연구소 김용주 수석연구원 지역 특성에 따른 맞춤형 튜닝으로 해외 시장 문 활짝 저점도 중온 개질 아스팔트 포장 기술이 더욱 소중한 이유는 사용하는 지역의 기후와 교통하중 조건을 고려해 튜닝이 가능한 맞춤형 기술이라는 점이다. 아주 춥거나 더운 지역 모두에서 더 높은 성능을 발휘할 수 있도록 배합비를 조정할 수 있는 덕분에 해외 시장 진출의 길도 활짝 열렸다. “극한지용 중온 개질 아스팔트 포장 기술을 2015년 몽골 연구기관인 도로감리연구센터와 공동 개발해 현지 건설회사로 기술이전을 완료한 상태고, 인도네시아 도로연구소와도 같은 기술을 현지 상황에 맞게 적용·개발해 기술 이전을 추진 중이에요. 베트남과 캄보디아, 파키스탄, 이란, 러시아 등 그 밖의 국가에서도 큰 관심을 가지고 있어 최대한 많은 기술을 전파·홍보함으로써 시장을 확대할 수 있도록 집중하고 있답니다.” 이렇듯 세계적으로 이목을 집중시키고 있는 데다 2014년에는 몽골 도로교통부 장관상을 수상하기도 했지만, 그는 여전히 해결해야 할 과제가 남아 있다고 말한다. 우선 비용을 더 절감하는 것이다. 기존보다 비용이 높은 대신 적은 손상으로 훨씬 오래 사용할 수 있어 국민과 국가 모두 세금을 더 효율적으로 사용할 수 있다는 장점을 지니고 있지만, 최소한의 비용으로 고품질의 기술을 사용하고자 하는 고객 입장을 고려한다면 경제성과 제품력의 균형을 맞추는 게 필수다. 또, 친환경성과 성능을 보다 높이기 위해 제조·시공 온도를 더 낮추는 연구를 진행 중이며, 우리나라보다 건설 기술 수준이 낮은 개발도상국에게 새로운 기술을 소개하고 이해시키는 것도 과제 중의 하나다. 실제 몽골과 인도네시아의 경우 그런 면에 있어 난관에 부딪혔었는데, 현지 공무원, 엔지니어, 기술자 등에게 1:1 현장 교육 및 기술 교육을 지속적이고 반복적으로 수행한 것이 기억에 남는다고 한다. 그 결과 자연스럽게 기술 수준을 향상시킨 것은 물론, 신기술 개발 단계부터 실무 적용 단계까지 원스톱으로 진행 가능한 시스템 구축을 유도할 수 있었다고. ▲ 한국-인도네시아 도로협력회의 “현지 공무원, 기술자, 연구자들과 문제점을 함께 고민하고 아이디어를 공유하는 기회를 가졌던 것, 그들의 상황을 이해하고 어떻게 협력해야 하는지 배워나갔던 시간은 제게 무엇보다 소중한 기억이에요. 그래서 지금도 그들과 의견을 공유하며 문제점을 해결해나가고 있고요. 아, 한 가지 더 얻은 게 있다면 몬순기후 지역에서 지내는 내내 우리나라의 기후가 얼마나 쾌적한지 절실히 깨닫게 되었다는 것? 갑자기 내리는 강우라든지 폭염은 정말… 제 애국심이 더욱 커져서 그곳에서 살지는 못할 것 같네요(웃음).” 그는 저점도 중온 개질 아스팔트 포장 기술을 통해 이루고 싶은 목표가 몇 가지 있다고 한다. 단기적으로는 국내 아스팔트 포장 적용 확대를 통해 파손 발생률을 낮추고 도로 이용자들에게 우수한 서비스를 제공하는 것, 장기적으로는 동남아시아 개발도상국에 더 활발히 기술을 전파·이전함으로써 그들을 위한 맞춤형 기술을 개발하는 게 그것이다. 다행히 무상원조사업(ODA)으로 2018년부터 3년간 베트남용 저점도 중온 개질 아스팔트 포장 기술 개발 연구를 하게 돼 또 한 번 기술을 발전시킬 기회를 갖게 되었다며 환히 웃는 김용주 박사. 그는 한국건설기술연구원 보유 기술들은 세계적인 기술과 어깨를 나란히 할 만큼 높은 수준이며, 그 발전에 보탬이 되기 위해 앞으로 국내뿐만 아니라 해외시장 수출까지 가능한 맞춤형 기술 개발에 역점을 둘 계획이라고 포부를 밝힌다. 물론 어느 분야나 그렇듯 해외 시장 진출이란 늘 실패라는 부담을 지니고 있기 마련이지만, 그럼에도 불구하고 그는 도전하고 정복하길 꿈꾼다. 위험한 만큼 성공했을 때의 카타르시스와 보람이 클 것이며, 도전은 우리가 존재하는 이유니까. 분명한 건 그의 도전이 성공한다면 훗날 이 세계는 지금보다 훨씬 편리하고 멋진 모습을 지녔으리라는 사실이다. └ 건설산업진흥본부 게시일2017-11-07 조회수 2140
• [사업화유망기술] 유리섬유 복합 보강재료와 이를 이용한 가열 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법 더 견고하고 보다 안전한 도로 환경을 만들다 - 유리섬유 복합 보강재료와 이를 이용한 가열 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법 도로연구소 유평준 연구위원(글로벌협력본부장) ‘도로 위의 지뢰’라고 불리며 운전자들을 위협하는 포트홀 사고가 매년 증가하고 있다. 포트홀은 도로 표면에 난 틈 사이로 수분이 스며들면서 골재들을 잡아주는 힘이 약해지며 도로 표면 일부가 내려앉거나 파손돼 구멍이 파이는 현상을 말하는데, 자칫 주행 중인 차의 바퀴가 구멍에 빠져 큰 사고로도 이어질 수 있어 심각한 사회 문제로 지적되어 왔다. ▲ 한국건설기술연구원 도로연구소 유평준 연구위원(글로벌협력본부장) 포트홀 잡는 유리섬유 보강재 아스팔트 최근 전 세계적으로 합성 또는 비합성 섬유를 활용해 아스팔트 혼합물의 소성변형, 균열 저항성능을 향상시키기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그러나 골재들을 잡아주는 힘을 강화하기 위해 보강재를 섞게 되면 아스팔트 가격이 천정부지로 뛰는 데다, 섬유끼리 뭉치는 단점이 있다. 유평준 박사 연구팀이 개발한 ‘유리섬유 복합 보강재료와 이를 이용한 가열 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법’ 기술은 이 같은 단점을 극복하면서도 아스팔트 파손을 획기적으로 억제할 수 있어 그간 난제로 남아있던 포트홀 문제를 해결할 열쇠로 주목받고 있다. 유평준 박사팀이 개발한 새 기술의 핵심은 포트홀 방지 또는 억제를 위한 재료로, 인체에 무해하다고 판명된 유리섬유를 도로포장용 재료로 가공하여 일반 도로포장용 재료에 혼합하는 것이다. 경제적이면서 우수한 물리적인 특성을 가지는 미세 유리섬유 파분을 폴리프로필렌과 같은 수지재로 코팅하여 다발형으로 만든 섬유 보강재를 혼합하면 비중이 일반 골재와 유사하게 되어 현장에 간편하게 적용할 수 있다. 이렇게 혼합된 유리섬유 보강재는 아스팔트 혼합물의 간접인장강도를 1.5MPa 이상 높이는 효과를 지닌다. 소성변형과 균열 저항성도 높아 일반 아스팔트 도로포장보다 내구성이 2배 이상 뛰어나다. 또한 유리섬유를 생산할 때 발생하는 산업부산물인 유리섬유가루를 알맹이 모양의 골재로 만들어 아스팔트에 섞기만 하면 되므로, 시공이 간편하며 재생 아스콘 사용 비율을 60%까지 높일 수 있어 경제성도 뛰어나다. ▲ 유리섬유 복합 보강재료와 이를 이용한 가열 아스팔트 혼합물 폐자원 재활용을 통한 경제성 확보 “10여 년 동안 도로포장 관리 시스템 구축 일을 수행해오다가, ‘처음부터 도로포장 재료를 강하게 만들어서 포트홀 등과 같은 심각한 파손이 발생하지 않도록 할 필요가 있지 않을까?’라는 근본적인 의문이 들었습니다. 이후, 말 그대로 포트홀이 발생하지 않는 재료를 만들자는 취지로 연구를 기획하고, 연구 과제가 선정되어 2014년부터 재료 개발을 시작하게 되었습니다.” ‘공부도 많이 한 사람이 포트홀 문제를 해결할 재료 하나 못 만드느냐’는 친구의 핀잔도 한몫했다. 이후 대체재에 대한 고민을 거듭했다. 그러나 그 해답은 우연한 곳에서 찾아왔다. ‘유리섬유를 만드는 과정에서 발생하는 산업 부산물(유리섬유가루) 재활용률이 10%밖에 안 되니 도로재료로 재활용할 수 있는 방법을 고민해 달라’는 한 기업의 요청을 받은 것이다. 그러나 재료를 섞는 과정에서 유리섬유가루끼리 뭉치는 등 제대로 섞이지 않는 문제가 발생했다. 이에 섬유를 효과적으로 분산시키는 방안에 대해 고심했고, 폐플라스틱으로 유리섬유가루를 코팅해 플랜트에서 적절하게 혼합할 수 있는 고유의 기술을 만드는 데 성공했다. 유평준 박사는 이번 기술이 무엇보다 고가의 재료가 아닌 산업 부산물을 활용했다는데 무게를 실었다. 우리나라의 폐 아스팔트 콘크리트의 신재 대비 치환율은 약 20%, 그는 보강재를 통해 약 60% 늘려나갈 계획이다. 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물은 2014년부터 국내외 10여 곳에 시험시공을 마쳤으며 그 효과를 검증하고 있다. 호남고속도로, 서해안고속도로 및 인천지역과 김포 등지에서, 2년 동안 아무런 문제 없이 잘 공용되고 있다. 2015년에는 관련 기업에 기술을 이전해 저변을 조금씩 넓혀가는 중이다. 최근에는 차량에 장착된 블랙박스를 활용해 포트홀의 위치를 신고하는 기술인 ‘영상기반 포트홀 탐지 시스템’을 꾸준하게 개발 중이다. 운전자가 차량을 운행하면 블랙박스가 포트홀을 자동으로 찾는데, 전자지도에 도로포장이 파손된 위치, 파손 심각성까지 정확히 표시되는 기술이다. 이 기술이 실용화되면 관리자가 신속하게 출동해 포트홀 보수 공사를 할 수 있어 포트홀 사고 발생을 크게 낮출 수 있을 것으로 전망된다. 해당 시스템을 바탕으로 한 ‘스마트폰 기반 포트홀 측정 및 신고 시스템’까지 구축해나갈 계획이다. ▲ 유평준 박사팀은 폐플라스틱 수지와 값이 싼 유리섬유 및 산업폐기물을 활용하여 도로의 포트홀 파손을 획기적으로 억제한 아스팔트 포장 재료를 개발했다. 세계 시장으로 뻗어 나가는 우리 기술 최근 유평준 박사는 해당 기술을 세계 도로건설에 활용하기 위해 바쁜 나날을 보내고 있다. 2016년에는 몽골의 수도인 울란바토르에 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물을 시험 적용해 몽골 정부와 산하 도로연구센터로부터 높은 평가를 받기도 했다. 포장 공용성 등을 조사한 결과 영하 40도까지 내려가는 혹한 속에서도 저온균열 저항성이 뛰어난 데다 시공절차도 간편해 크게 활용될 전망이다. 유평준 박사는 “도로연구센터와 현지 건설사가 더 적극적으로 기술제휴를 요청하고 있어 기술 이전을 본격화하기로 합의한 상태”라며 신기술에 대한 기대감을 드러냈다. 이르면 내년부터 몽골의 실크로드를 포함한 도로의 건설 및 정비에 신기술이 본격적으로 적용될 것으로 내다보고 있다. 동남아 수출도 가시화 단계다. 캄보디아의 경우 급격한 기후 변화로 인한 집중 호우로 아스팔트 포장에 포트홀이 많이 발생하고 있는 실정이다. 유평준 박사팀은 캄보디아 도로연구소를 찾아가 새롭게 개발된 유리섬유 보강 아스팔트 기술을 설명하였으며, 현지 적용 내용을 협의하였다. 이후 2016년에는 캄보디아의 수도 프놈펜의 도로에 신기술을 시험 적용해 아열대 기후 특성상 잦은 강수로 인한 포트홀과 고온에 의한 소성변형을 저감하는 성능을 입증했다. “앞으로는 베트남, 인도네시아, 중국, 스리랑카 등의 아세안 국가와 사막기후인 쿠웨이트 등 중동지역을 중심으로 시험적용 및 사업화 대상을 확대해 나갈 계획입니다. 국내 기술의 수출 확대는 물론, 한국 기술의 우수성까지 알리는 계기가 될 것으로 기대하고 있어요.” 해당 기술이 하루빨리 실용화되어 포트홀 사고를 막고, 도로보수공사 주기를 줄여 국민의 불편이 해소되길 바란다는 유평준 박사. 그의 바람처럼 더욱 편리하고 안전한 도로 환경이 만들어지기를 기대해본다. └ 건설산업진흥본부 게시일2017-08-25 조회수 3547
• [2015 글로벌선도기술] 세계 최초 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물 개발 연구책임자 유평준 도로연구소 연구위원 pjyoo@kict.re.kr ‘유리섬유 보강 아스팔트 혼합물’은 기존 아스팔트 도로포장 혼합물의 내구성능을 획기적으로 개선한 아스팔트 도로포장 재료로서 한국건설기술연구원이 세계 최초로 개발한 기술이다. 현재 아스팔트 혼합물의 내구성능은 설계수명의 약 60% 수준이다. 때문에 도로포장이 조기 파손되어 도로 유지보수에 막대한 예산이 투입되고 있다. 따라서 별도의 비싼 고분자 개질 아스팔트를 사용하지 않고, 기존 아스팔트 도로포장의 공용수명을 획기적으로 개선할 수 있는 유리섬유 보강재를 개발하였다. 본 기술을 통해 기존 아스팔트 도로포장의 공용수명을 최소 1.5배 이상 증대시킬 수 있다. 연구배경 및 필요성 국내 신설도로 건설은 줄어든 반면, 기존 도로의 유지보수 필요구간이 지속적으로 증가함에 따라 장수명 도로의 필요성이 대두되고 있다. 특히, 포트홀로 인한 차량 안전운행 저해 및 막대한 도로 유지보수 비용 문제 등을 해결하기 위해서는 경제성 있고 내구성이 강한 새로운 아스팔트 혼합물 도입이 필요하다. 이에 대한 대응방안으로 기존 아스팔트 혼합물에 단순 첨가만으로 혼합물의 물리적 성능을 개선할 수 있는 섬유보강 아스팔트 혼합물 개발이 필요하다. 연구내용 본 연구에서는 유리섬유와 유리섬유 생산 시 발생하는 폐기물인 유리섬유 가루를 활용해 내구성을 획기적으로 높인 새로운 유리섬유 보강도로(아스팔트) 포장 재료를 개발하고자 한다. 먼저 유리섬유 가루가 아스팔트와 잘 섞일 수 있도록 알갱이 모양의 골재 형태로 제공할 필요가 있다. 본 연구에서는 아스팔트 혼합물의 보강 성능 및 생산 시 혼합효율을 극대화하기 위해 플라스틱 수지로 코팅된 유리섬유 및 골재형태로 제조된 유리섬유 가루 알갱이 등 2종의 보강재료를 개발하였다. 또한, 최적 길이의 플라스틱 코팅 유리섬유 및 유리섬유 보강 골재, 그리고 아스팔트와 골재의 최적 혼합 비율에 대한 연구를 통해 인장강성 및 보강재와 골재가 맞물리는 효과증진이 가능한 도로(아스팔트)포장재의 내구성 증대에 따른 장수명 아스팔트 혼합물 개발을 목표로 한다. 플라스틱 코팅 유리섬유 보강재 플라스틱 코팅 골재형 유리섬유 보강재 실내 가속시험 결과(60도수침, 20,000회 재하) : 변형량 4mm 이하 매우 양호 연구성과 인체에 무해한 유리섬유 보강 아스팔트 도로 포장은 일반 아스팔트 도로 포장에 비해 내구성이 1.5배 이상 높다. 따라서 현재 아스팔트 포장 도로의 고질적 문제인 포트홀 방지에 크게 기여할 수 있다. 이를 위해 개발 기술의 기술이전을 수행하였으며, 산업재산권 및 기술이전으로 인한 기술료 수입 등의 성과를 다음과 같이 도출하였다. •유리섬유 보강 혼합물 기술이전 완료 (정액기술료 0.5억 원, 경상기술료 1%, KCC㈜) •국외(중국연변국도) 시험포장 1건/국내 도로 시험시공 5건 •SBS 뉴스 등 언론 홍보 2건 •국내특허 등록 2건 •국제 논문 2편, 국내 등재지 논문 3편 유리섬유 혼합물 시험시공 현황(’15) 일반국도 38호선 시험시공 (1.4년 공용 후 상태양호) 경부고속도로 시험시공 (0.4년 공용 후 상태양호) 기대효과 본 연구는 일반 아스팔트 도로포장의 내구성을 향상시켜 도로포장 단면두께를 줄일 수 있다. 또한, 도로포장의 유지보수 빈도를 줄여 비용이 절감될 뿐만 아니라, 천연골재 석분 채움재를 대체하여 골재 형태로 제작한 플라스틱 수지 함침 유리섬유 가루 파분을 활용함으로써 자원 재활용 효과를 기대할 수 있다. 본 기술은 기존 고비용의 고분자 개질 아스팔트에 상응하는 우수한 성능증대 검증효과 및 국외에서도 유리섬유를 활용한 보강 아스팔트 혼합물 관련 시도가 없는 신기술이기 때문에 우리나라가 국제적인 고성능 아스팔트 혼합물 시장에서의 경쟁력에서 비교우위를 선점하여 관련기술을 선도할 수 있을 것으로 예상된다. └ 건설산업진흥본부 게시일2016-05-03 조회수 2330

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