2021년 09월 26일, 일요일


국토와교통

2021년 9월호
(통권 446호)


피마자유와 골재를 활용한 호안사면 조성 및 하상 보호기술


  김정현 기자     입력 2021/07/09 (금)



하천분야 최초 바이오폴리머 활용
 
하천분야에서 최초로 바이오폴리머를 활용한 기술이 나왔다. 생태계에 무해한 자연친화적 소재를 활용한 기술이다.

이 기술은 피마자유에서 채취한 바이오폴리머 접착 소재와 건조된 골재를 믹서기로 혼합하고, 홍수로부터 하천을 보호하기 위해 혼합된 골재를 하천호안에 설치하는 호안사면 조성기술이다. 또한 하천의 보 및 낙차공 구조물 하단에 설치하여 다층다공성 형태로 하상을 보호할 수 있다.

이 기술을 활용하면 간편한 시공과 공사기간 단축이 가능하다. 피마자유에서 채취한 바이오폴리머 소재의 물을 배제하는 특성 때문이다. 기존기술의 경우 대부분 양생과정에서 물과의 직접적인 접촉을 피하기 위해 물막이 공사를 필요로 한다. 이는 상당한 시간과 비용이 소요되며 가물막이 공사 등 준비과정을 필요로 한다. 그러나 신기술은 이러한 가물막이 공사 없이도 수중시공이 가능하다. 또한 하상의 형상이나 호안의 형태에 따라 원하는 형상으로 목적물의 모양을 구현할 수 있다.

바이오폴리머(피마자유)와 골재를 활용한 호안사면 조성기술 및 하상 보호기술은 이러한 기술력을 바탕으로 건설신기술 제907호로 지정됐다.
 
■ 기술개발자
 · 한국건설기술연구원 (원장 김병석)
   경기도 고양시 일산서구 고양대로 283
   www.kict.re.kr
 · 에스비비㈜ (대표 이태형)
   경남 김해시 계동로 241, 803호
   www.sinwoobio.co.kr
 · ㈜이산 (회장 이원찬)
   경기도 안양시 동안구 부림로 121
   www.isaneng.co.kr
■ 건설신기술 제907호
   보호기간 : 2020. 11. 05 ~ 2028. 11. 04 (8년)
 

 
바이오폴리머를 활용한 하천분야 최초 기술

신기술의 핵심은 피마자유 추출 소수성 폴리올(Hydrophobic Polyol)이다. 이 소재는 중합과정에서 물의 배제를 가능하게 한다. 호안 및 하천표면에서는 다양한 방법으로 물에 노출될 수 있는데 이를 배제하고 골재와 함께 하상보호공 및 호안사면에 적용할 수 있는 것이다.

또한 기존기술에서 활용되는 저비용 고강도 재료인 콘크리트는 물속에 장기간 노출되면 강염기가 하천으로 용출되어 수생태계 환경에 악영향을 발생시킨다. 시멘트는 물과 접촉을 할 때 양서류 배아 및 어류에 높은 독성을 나타낼 수 있다.

반면, 신기술은 식물성 피마자유를 바탕으로 조성된 무독성 친환경 소재인 바이오폴리머 접착소재를 활용하여 생태학적 안전성을 확보했다. 최근 인체 유해성 논란이 일고 있는 대표적인 가소제인 프탈레이트 계열의 가소제를 배제하여 환경 유해물질 및 인체 유해물질이 용출되지 않는 것이다.
 
친환경 소재, 생태학적 안전성 확보

이러한 바이오폴리머는 가수분해 및 자외선에 강하여 내구성 수명이 80~100년 수준이다. 또한 돌망태 및 사석공에 비하여 홍수에 대해 높은 강도를 지니고 있으며, 다공성으로 구성되어 물에 대한 투수성이 높아 유수에 의한 에너지를 저감할 수 있다. 아울러 다공성 소재 안에 토양이 퇴적되면 초본류와 같은 식물의 성장이 가능하다. 이러한 무독성 소재를 활용한 하천복원 기술은 창원시 광려천, 김해시 대청천 등에서 현장 적용되어 장기 모니터링을 통해 환경성과 유지보수성을 인정받았다.

신기술은 크게 바이오폴리머를 이용한 ▲일체형 호안조성기술과 ▲다층다공성 하상보호기술로 구분할 수 있다. 일체형 호안조성기술은 홍수 시 구조물에서 발생되는 침식을 막기 위한 호안보호기술이며, 다층다공성 하상보호기술은 보체 및 물받이공 등 구조물 하부에서 발생되는 하상침식을 막기 위한 바닥보호공이다.
 
 
                             일체형 호안조성 기술 평면도
 
 
                          다층다공성 하상보호공 기술 평면도
 
일체형 호안사면 보호기술

기존기술의 콘크리트 블록은 홍수와 같이 큰 유수 에너지가 작용할 경우 콘크리트 블록이 파괴되어 이탈되는 현상이 나타나기도 한다. 또한 식물이나 수생 생물이 홍수에 의해 떠내려가게 되면 제방 및 하류에 악영향을 미치게 된다.

이에 개발된 신기술은 호안 침식을 억제하고 토사의 자연스러운 퇴적을 유도할 수 있다. 또한 하천으로의 독성 유출을 방지하고 하천 생물의 서식공간을 제공할 수 있다.

주요 기능으로는 ▲수중시공이 가능한 일체형 구조물로 치수적 안전성 확보, ▲어소 및 식생대 조성을 통하여 하천 생물의 서식공간 확보, ▲별도의 비탈멈춤공 설치 불필요 등 이다.
 
다층다공성 하상보호기술

다층다공성 하상보호기술의 특징은 블록이나 사석, 돌망태와 같이 개별구조가 아니라 일체형 구조로 구성되어 있어 분리·이탈이 일어나지 않는다는 것이다.

또한 웅덩이에 의해 유수 에너지를 일차적으로 감소시켜 하상침식을 억제할 수 있으며, 이러한 웅덩이는 생물이 서식할 수 있는 서식처를 제공하기도 한다. 아울러 골재 사이의 공극에 의해 유수의 흐름을 감소시키고 하상 및 호안이 일체화되도록 하여 하천 구조물을 보호할 수 있다.

이와 함께 보에 적용된 다공성 구조체는 경사진 형태의 하상 보호공이다. 다공성 구조체는 보에서 떨어지는 물의 위치에너지를 흡수하여 세굴 발생을 방지하고 보의 앞쪽에서 이동하는 물의 충격을 흡수·분산하여 세굴을 방지할 수 있다.

주요 기능으로는 ▲보 물받이 하부 보강을 통한 보 하류부 하상침식 방지, ▲어류의 이동이 가능한 어도의 개선으로 생물 이동통로 확보, ▲웅덩이 조성을 통하여 어류 등 생물 서식공간 확보 등이 있다.
 
현장 타설 골재층…시공성 확보, 공사기간 단축

이처럼 신기술은 다공성 일체형 골재층을 하상에 포설하여 유수에 의한 사면 및 하상 침식을 효과적으로 막을 수 있다. 특히, 다공성 골재층은 현장 타설이 가능하여 시공이 간편하고 공사기간을 단축시킬 수 있다.

일정 이하의 유속과 수심에서는 가물막이 공사 필요없이 수중 시공이 가능하다. 피마자유에서 추출한 바이오폴리머 소재 덕분이다. 이 소재는 중합과정에서 물의 배제를 가능하게 한다.

시공절차를 살펴보면, 골재 및 바인더 교반 후 포설하는 단순 공종으로 간단하게 설치할 수 있다. 별도의 기초를 필요로 하지 않아 공사기간을 단축할 수 있으며 높은 시공성을 바탕으로 경제성을 확보할 수 있다. 또한 보수·보강이 필요한 곳은 두께를 가변하여 쉽게 보강이 가능하다.
 
 
자연스러운 식생환경, 치수안전성 높아

아울러 골재들이 서로 견고하게 일체화되어 홍수 발생시에도 이탈 및 변형을 최소화하고 치수 안전성을 확보할 수 있다.

뿐만 아니라 표면에서 초본이 자생하기 때문에 양서파충류 및 어류가 천적으로부터 피난처 및 서식처로 생활이 가능하다. 표면에 식생을 인공식재하지 않아도 다공성 표면에 토사 및 초본류 씨앗이 유입되면서 자연적인 모습을 연출할 수 있는 것이다.

아울러 녹색하천으로 생태하천의 환경을 제공하여 ▲홍수에 안전한 호안, ▲건전한 하천생태계 제공, ▲식생이 자연스럽게 도입된 하천경관의 제공, ▲자연친화적인 친수 공간의 제공 등 하천을 둘러싼 다양한 문화 창출이 가능하다.
 
친환경 하천복원기술, 국내외 시장 선도 기대

신기술은 생태계에 무해한 자연친화적 소재를 활용한 하천 호안 및 하상보호를 위한 하천복원 기술이다. 이에 따라 도로, 자전거도로, 보도블록, 주차장, 건설자재 등 친환경 기술을 필요로 하는 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

아울러 바이오폴리머를 활용한 하천분야 최초의 기술개발로 해외시장에서도 활발히 적용될 것으로 기대된다. 신기술은 중국, 태국 등과 기술협력을 체결하여 동남아시아를 비롯한 해외시장에서 친환경 하천복원 기술을 선보이고 있다.

이처럼 신기술은 식물성 피마자유를 통해 바이오폴리머를 제작하고 천연 골재들과 교반하여 접착·경화되는 신개념의 하천복원 기술이다. 친환경적인 특성을 통하여 환경유해물질을 저감하고 생태환경을 보호하며 생태복원하는 이 기술은 기존의 시멘트나 콘크리트의 사용영역 중 많은 부분을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

아울러 기존기술에 비해 빠른 경화시간과 수중시공이 가능한 현장 적용성을 바탕으로 시공성과 경제성을 확보하였으며 이러한 기술력을 인정받아 2017년 국토교통부에서 선정하는 ‘국토교통 R&D 우수성과 25선’에 선정되기도 했다.

한국건설기술연구원과 에스비비㈜, ㈜이산이 개발한 바이오폴리머(피마자유)와 골재를 활용한 호안사면 조성기술 및 하상 보호기술은 이러한 기술력을 바탕으로 앞으로 국내외 하천공사 현장에서 활발히 적용될 것으로 기대된다.
 
김정현 기자
 
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