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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 그러나 이러한 초고층 건물의 증가는 인구 밀집으로 인하여 도시부근의 물가상승과 함께 주택난, 교통난, 대기오염, 환경오염 등 여러 도시문제를 야기 시켰으며 이러한 문제점들을 고려하여 21세기는 단순히 높은 빌딩을 만드는 것이 아니라 주거, 업무, 상권, 레크리에이션, 교육 등을 모두 통합한 고밀도화 대규모화를 특성을 가지는 초고층 도시가 세워질 가능성이 높을 것으로 보여진다. 다음의 2가지 초고층 도시는 이미 선진국에서 계획되어진 초고층 도시의 사례를 나타낸 것으로 향후 가까운 미래에 나타날 가능성이 높은 초고층 도시들에 대하여 간략하게 논하고자 한다.^1),2),3)
• 특히 최첨단 기술과 함께 건설되는 이러한 구조물들은 그 구조물 자체가 대단히 지능화 되어 있는 구조물로서 CIM(Computer Integrated Manufacturing) 방식이 도입될 가능성이 높다. 따라서 본 장에서는 이러한 구조물들의 시공하기 위해 요구되는 콘크리트 재료들과 미래의 콘크리트 기술에 있어서 요구되는 특성에 대하여 알아보도록 한다.
• 최근에는 우주기지에 건설되어질 콘크리트 구조물의 재료를 달 표면에서 직접 구하여 제조하는 방법으로 현재 달에서의 자원 활용방안이 활발히 연구되어 지고 있다. 따라서 본 장에서는 이러한 미래의 달기지 건설에 대하여 알아보도록 한다.^1),5),6),7)
• 이미 예전에는 상상할 수 없었던 대륙간을 연결하는 대규모 다리 및 해양터널 등이 선진국에서는 등장하고 있는 추세이며, 또한 그들이 생각하는 미래도시에 대하여 간략하게 소개하고자 한다.
• 지금까지 21세기에 세워질 가능성이 높은 건축물들에 관하여 이야기하였다. 그러나 이러한 초고층 건물, 해양 구조물, 우주 구조물 등은 공통적으로 콘크리트 재료의 개발 없이는 모두 불가능한 이야기로서 기존의 콘크리트 지식으로서는 접근하기 어려움점이 많다.

가설 설정

• 변화 3) 여가의 증대 4) 국제화 5) 기술혁신의 진전 6) 고도 정보화 등이 있으며, 따라서 21세기에 시공되어지는 건축물들은 이러한 시대적 욕구에 충족되어지는 형태의 다기능성을 가지는 건축구조물로 변화되어질 것이다.

제안 방법

• 공장군을 함께 건설하는 계획이다. 각 층의 평면 규모는 약 5km×15km로 하여 구형의 중심적인 지하 공간을 설계하며, 공장용 터널을 3층으로 구성, 수직 통로를 사용 이동을 하도록 한다. 이러한 지저 해양 도시는 각 층별로 에너지 비축창고, 식량 저장 창고 등이 있으며, 다른 층에서는 자동차, 기계, 금속 공업을 중심으로 하는 공업 시설영역을 만든다.
• 건물에는 인공적인 기술을 통하여 해양과도 흡사한 부분을 만들어 유효하게 이용할 수 있도록 설계하였으며, 오피스, 상업, 문화의 도시 및 관청, 국제 관련 공공 시설, 개인기업 등을 유치하여 이용할 수 있도록 하였다. <그림 2(b)>는 이러한 건축구조물의 구상도를 간략하게 나타낸 도면으로 기본적인 건축구조물의 형태는 1변 100 m(폭 20 m)의 정삼각형 평면이 연결되어 평면적으로 삼각형을 늘려나가는 구조의 형태를 하고 있다.

성능/효과

• 결론적으로 달 기지의 설계에 있어서 온도 변화 및 일교차, 저중력 및 진공 그리고 방사선이나 태양풍 등의 달 환경을 고려한 설계가 준비되어져야 하며 이러한 조건들을 만족시켜 주는 재료는 시멘트 콘크리트 재료가 가장 근접할 수 있음을 보여주고 있으며, 따라서 이러한 조건에 만족하는 새로운 콘크리트를 개발하는 것이 21세기 콘크리트 기술자들이 나아가야 할 새로운 방향으로 보여진다.
• 실제 달 표면에 기지를 건설하여 사람이 살기 위해서는 많은 양의 태양 자외선을 차단하고 외부 환경으로부터 내부를 보호해야 하기 때문에 이에 적합한 재료를 선택하는 것이 초기에 어려움으로 많이 작용하였다. 그러나 달 기지 건설은 달의 암석을 지구로 가지고 돌아오면서부터 본격적인 연구가 진행되어졌으며 달기지 건설 시 발생되는 문제들을 콘크리트 재료 사용시 거의 해결 할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 최근에는 우주기지에 건설되어질 콘크리트 구조물의 재료를 달 표면에서 직접 구하여 제조하는 방법으로 현재 달에서의 자원 활용방안이 활발히 연구되어 지고 있다.
• 달의 암석을 분석한 결과, 성분은 대부분이 산화물이며 시멘트의 주성분인 규소, 알루미늄, 칼슘, 철분을 함유하고 있는 것을 연구 결과 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 달의 암석을 응용하여 시멘트 및 콘크리트를 제조할 수 있는 가능성을 보여주고 있는데 실제로 이러한 달의 암석을 2,000 K(l,727 ℃) 이상으로 가열하면 알루미나 시멘트와 비슷한 시멘트가 얻어질 수 있다고 보고되고 있다.

후속연구

• 그러나 이것은 steel 재료의 가격이 $5,500/m³ 인것을 고려해 볼때 상당한 경제성이 있는 것으로 보여진다. 결론적으로 이러한 RPC 콘크리트는 일반적인 고강도 콘크리트를 제조하는 여러 방법들을 복합적으로 응용하여 steel과 유사한, 강도 및 특성을 가지는 콘크리트로서 향후 많은 분야에서 활발히 사용되어질 것으로 보여진다.
• 특히 21세기 우리가 추구하는 장미빛 문화는 이러한 시멘트, 콘크리트 재료의 개발이 없이는 불가능하며 오히려 더욱 윤택한 인류생활과 문화를 영위케 하는 재료로서 발전되어질 가능성이 높다. 따라서 이러한 21세기를 이끌어 가는 콘크리트 기술자로서 더욱 더 넓은 활동 영역을 개척하여 시멘트 콘크리트의 참모습을 보여주어야 할 당사자가 바로 우리들 시멘트·콘크리트인 이라는 사명감을 가지고, 21세기를 향한 새로운 시멘트, 콘크리트 재료 개발, 새로운 기술 개발 그리고 완벽한 시공에 박차를 가해야 할 것으로 보인다.
• 따라서 향후 개발되어질 이러한 해양건축물의 종류에는 해변에 위치한 고급호텔 및 식당 등이 있으며, 또한 부유식 인공조, 수중 주택, 해상 원자력 발전소 등이 다양하게 고려되어지고 있다. 따라서 이러한 해양 구조물 등을 건설하기 위해서는 콘크리트를 경량성과 내구성이 크게 중요시되어질 것을 보여지는데 종래의 연구되어진 이론들과는 다른 관점에서 더욱더 심도 있게 연구되어져야 할 것으로 보여진다. 특히 수심에 따른 수압의 변화 등 여러 수중 환경에서의 콘크리트 구조물의 설계 등이 고려되어져야 하며, 이러한 해양 분위기에서 잘 유지되어질 수 있는 고성능 콘크리트의 개발 또한 시급한 것으로 보여진다.
• 특히 고강도, 경량재료에 있어서 요구되어지는 압축강도가 1,000 ~ 1,500 kgf/cm² 이상인 것을 보아 현재 연구개발중인 Reactive Powder Concrete (RPC)들을 응용할 수 있는 여지가 있으며, 내부의 인공 대지들은 시멘트 재료가 사용되어질 가능성이 높다. 또한 부가가치가 높은 고기능성 재료들은 시멘트 기술을 기초로 한 무기염료, 전자파 차폐 재료 등 여러 분야에서 응용 개발하여 사용되어 질 수도 있다.
• 물과 반응하면 굳어지는 수경성을 가지고 있다. 특히 구성 성분인 calcium silicate와 calcium aluminate의 양이 달라지면, 수화반응속도나 수화발열량이 달라지면서 강도 발현성도 변화되게 되는데 향후 발전되어질 cement based materiale 구성 광물들의 비를 서로 다르게 하여 시멘트의 반응속도나, 화학적 수축을 제어하고, 고도의 내구성과 고강도를 갖게 하는 등 각각의 기능에 적합한 여러 종류의 시멘트가 개발되어질 것이다.
• 특히 대륙을 잇는 긴 교량, 해저 터널, 초고층 건물들은 요구되어지는 콘크리트의 압축강도가 2,000 kgf/cm² 이상인 것을 알 수 있는데 향후에는 일반적으로 이러한 강도를 가지는 콘크리트가 주로 사용되어질 것으로 보여진다. 현재 선진국의 경우에는 Reactive Powder Concrete(이하 RPC)라 하여 슬럼프 플로우 200 mm 이상에서 일반양생의 경우 28일 압축강도가 약 2,000 kgf/cm²를 발현하며, 90 ℃에서 2일간 양생한 경우 3일 강도가 무려 2,400 kgf/cm²까지 발현하는 Rpc를 제조하는데 성공하여 이미 실용화하여 토목 및 건축 구조물에 적용을 시도하여 성공적으로 결과를 얻은 것이 보고되고 있다.
• 그 중 대표적인 예로서 <그림 5(a)>의 캐나다 Sherbrooke 인도교 및 Monaco의 기차역 등이 있으며, <그림 5(b)>의 선유 인도교는 국내에서도 시공되었다. 향후 이러한 RPC 구조물들은 계속적으로 증가되어지리라 보여지며, 차세대 콘크리트로서의 가능성이 상당히 높은 것을 알 수 있다.^8)9)10)

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이 논문을 인용한 문헌

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