[제조업을 살리자] 광물건설분야

[투데이에너지 이주영 기자] 강원도 광물자원 중 현무암과 고령토는 여러 이점으로 인해 건설소재로서의 가능성이 높음에도 불구하고 고성능 건설소재 수요 부족, 개발제품 성능입증 어려움, 외국산 제품 의존 풍토 등을 이유로 아직 산업 인프라가 거의 없는 실정이다. 그러나 건강과 환경, 비용 측면을 우선으로 고려해야 하는 건설구조물에 있어 현무암과 고령토의 활용은 광물자원의 또 다른 변신으로 이어질 것으로 관심을 모으고 있다.   / 편집자 주

건설현장의 콘크리트 구조물은 진동, 압력, 강우, 습도, 강한 일조에 의해 콘크리트의 탈락, 박피, 탈시멘트화 현상으로 부식·노후화되면서 구조물의 형태변위 및 안정성에 문제를 일으키고 있다.

이같은 이유로 정교한 콘크리트 구조물인 교량, 빌딩 등에서는 중요 부위 구조재에 대해 보강, 보수 등 방법으로 구조물의 안정성을 확보하고 있다.

그러나 기존의 유리섬유 기반 보수, 보강 시 시멘트 콘크리트의 강알칼리성(pH13) 때문에 유리섬유의 강도저하가 문제로 지적되고 있다.

또한 강원도 같은 잦은 폭설로 다량의 염화칼슘 융설제를 살포하는 도로, 교량 구조물의 경우에도 철의 부식으로 인해 구조물의 노후화가 빨라지고 있다.

이에 대해 강원발전연구원은 지난해 흥미로운 발표를 내놨다. 강원도 대표 광물자원인 현무암과 고령토를 건설소재로 활용하는 방안이 그것이다.

최근 친환경적이면서도 비용을 고려한 실용적인 건설소재가 각광받는 가운데 국내에서 저렴하게 생산되는 광물을 활용하는 방안은 여러 가지 장점이 있다.

이에 따라 단가가 저렴하고 소요 사업비가 크게 증가하지 않아 또 하나의 건설사업 성공 요인으로 작용할 것으로 기대를 모으고 있다.

강원도 철원군에 부존하는 현무암은 48~50%의 규산염을 포함해 약 1,500°C에서 용융방사 시 직경 9~20㎛의 무기섬유로 만들어진다. 현무암섬유는 유리섬유가 지닌 물리적 특성보다 우수하고 가격측면에는 탄소섬유에 근접하는 소재로 건설분야에서 보강재, 구조재, 보수재로 사용될 수 있다.

또한 콘크리트 혼합 시공 시 종회의 압력에 보다 강한 교량을 제작할 수 있는 등 건설 전 분야에서 활용될 수 있다.

강원도내 11개소에 부존하는 고령토는 시멘트 첨가제, 시멘트 대체제로 사용해 콘크리트 구조물의 강도 향상, 콘크리트의 조기 양생, 무시멘트에 의한 내구성 향상이 기대된다.

뿐만 아니라 정제 후 도료 및 벽지 혼합재로 사용할 경우 새집증후군의 주요 원인이 되는 총유기화합물(TVOC), 포름알데히드(HCHO) 계열의 건물내장재가 발산하는 유기성 가스, 콘크리트가 발산하는 라돈, 크롬 등 독성가스를 저감 및 방지할 수 있을 것으로 보인다.

동계올림픽을 계기로 작업성과 마감성, 내구성을 겸비한 고기능성 콘크리트 구조물이 요구되고 있으며 특히 봅슬레이 트랙의 경우 더욱 그렇다.

정선군의 고령토를 대표로 도내 11개 가행광산에서 생산되는 고령토가 봅슬레이 트랙 시공소재로 활용될 경우 대외적 브랜드를 확립하고 지역 내 시멘트산업과 함께 국내외 건설소재 시장에서 소재경쟁력, 지역연고 건설기업의 사업참여 경쟁력 확보에 일조할 것으로 내다보고 있다.

▲ 현무암

강원발전연구원의 김경남 연구원은 “현무암섬유는 유리섬유와 비교해 가격경쟁력은 떨어지지만 물리적 특성은 비교우위를 지녔다”라며 “실제 토목분야의 현장적용에 있어서 유리섬유가 적용된 제품과 현장에는 현무암섬유가 그대로 대체가능하다”고 설명했다.

현무암섬유가 우수한 내열, 내화학적 특성을 지녔기 때문인데 선진국의 경우 1960년대 초 하천제방, 사면보호를 위해 필터용 지오 텍스타일을 최초로 토목섬유가 사용된 이래 현재 각종 토목구조물에 연간 약 10억m² 이상의 물량이 다양한 용도로 사용되고 있다.

이에 따라 현무암섬유는 △수토보전, 환경보호용 토양필터, 고속도로 터널 등 △노후 콘크리트 구조물의 보강재 △ 철근대체, 단섬유 혼합 콘크리트, FRP, 교량 바닥판 등 구조재 △ 건축용 단열재 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

또한 현무암섬유는 강한 내알칼리성을 지녀 pH가 13에 달할 정도로 강한 알칼리성 재료인 콘크리트에 사용되기에 최적의 조건을 지닌 것으로 나타났다.

유리섬유의 경우 내알칼리성이 부족한 것으로 지적되면서 콘크리트 내부에 사용되거나 콘크리트와 부착돼 사용되는 섬유복합체의 경우 유리보다는 현무암섬유가 보다 우선적으로 고려될 것으로 보인다.

유리섬유와 현무암섬유 등 절연특성에서도 또 하나의 시장가능성을 찾을 수 있다. 유리섬유와 현무암섬유 등은 절연체로 전기가 통하지 않는데 전기적 절연특성이 필요한 경우 우선적으로 사용될 수 있다.

법정광물로 정의된 고령토 생산 광산 수는 연간 약 160개소 정도지만 이중 연간 70개 정도의 광산이 광물학적인 고령토를 생산하고 있다.

그러나 10만톤 이상 규모는 없고 5만톤 이상이 3개소, 1만톤 이상이 21개소인 반면 생산 광산의 60% 이상은 1만톤 미만의 규모를 지녀 안정적인 조업을 하는 광산은 드문 실정이다.

2014년 기준 강원도 내에서 가행되는 광산은 총 11개소로 정선, 영월, 태백, 삼척, 강릉, 동해 및 양구에 소재하는 것으로 파악됐다.

주성분이 규산염과 알루미늄의 합성광물인 강원도 내 고령토는 건축자재 개발에 있어 특히 새집증후군, 인체유해 물질의 저감, 습윤 등에 있어 효과가 있는 것으로 나타났다.

친환경성의 대표적 이슈인 항곰팡이 기능도 탁월한 것으로 나타났다. 곰팡이는 최근 에너지효율 증대를 위해 다양한 단열시스템이 주거환경에 적용되면서 일부 부실시공에 따른 결로현상으로 인해 발생하고 있다.

이에 따라 곰팡이는 인체 건강뿐만 아니라 시각적·후각적 문제를 야기시키고 있다. 고령토로 대표되는 Alumino-Silicate를 활용한 나노기능성 건축용 벽마름재는 주택내 곰팡이 발생을 사전에 억제하고 주거환경을 개선할 것으로 연구되고 있다.

천연 Alumino-Silicate 광물은 우리나라 전 국토에서 산출되는 재료로 한옥의 온돌 바닥재와 벽체에 사용돼 온 것으로 밝혀졌다.

높은 점성과 경화 이후 발현되는 우수한 강도뿐만 아니라 최근 알려진 통기성, 원적외선 방사, 계절변화에 따른 흡습 및 수축성 등 특성은 이 광물이 건축소재로 활용될 수 있도록 기여했다.

고령토를 이용해 건설소재를 생산할 경우 지역연고 건설사의 경쟁력 증대의 기회가 될 것으로 예상되고 있다. 강원도 내 존재하는 600여개 일반건설사와 1,900여개 전문건설사는 대체로 영세하고 기술과 가격경쟁력이 낮은 실정이기 때문이다. 상대적으로 긴 겨울철, 염화칼슘 제설제의 높은 활용율, 난이도 높은 구조물 설치 환경 등 강원도 내 시공환경을 고려했을 때 고령토를 활용한 구조물 축조는 장기적으로 유리할 것으로 기대되고 있다.

특히 지역의 열악한 환경조건과 우수한 건설소재를 이용하는 첨단 시공기술은 지역연고 기업의 기술경쟁력뿐만 아니라 저렴한 지역생산 소재를 이용하는 가격경쟁력까지 확보할 것으로 기대를 모으고 있다.

▲ 강원도 광물, 산업화 방안은?

현무암의 경우 현재 주로 사용되는 분야는 자동차 브레이크 패드, 선박용 불연재, 방화복 제작 등에 그쳐 고기능화 기술, 생산기술, 응용기술 활용은 선진국의 50%에 머무는 등 산업경쟁력이 낮아 활용범위 확대가 시급한 것으로 나타났다.

이에 따라 독성이나 발암작용이 없는 범용섬유가 요구되는 실정이다. 현무암섬유는 보다 강화된 조건에 부합하고 지구의 3분의1에서 발견될 만큼 범용적이어서 미래 전 산업문야에서 제1의 범용소재로 위상을 확보할 것으로 전망된다.

고기능성 현무암섬유는 유럽의 환경규제, 완제품의 단가경쟁력을 극복하는 핵심소재가 될 것으로 보여 건설산업 경쟁력 확보 차원에서 현무암섬유의 활용환경 구축이 요구된다. 생산단가, 제도개선 및 소비활성화 유도를 위한 대책도 필요해 보인다.

특히 현무암섬유 생산 관련 유망기업의 유치를 위해 군 자체의 기업지원을 위한 행·재정적 제도에 대한 검토가 필요해 지자체 조례 제정과 소재 활용을 위한 설계 및 기준 개발이 병행돼야 할 것으로 보인다.

고령토의 경우 강원도 내 고령토는 철 및 알칼리염 계열의 물질 비중이 높아 도자기산업에서의 소재 활용에 제약이 있는 만큼 소성가공을 위한 환경 조성과 활용 가능성 검토가 필요하다.
강원남부 일원에 위치한 고령토 중 가공을 통해 부가가치 증대가 가능한 고령토는 시멘트공장과의 킬른 공동활용 가능성을 검토할 수 있다.