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Nikkei X-TECH_2023.1.6

탈탄소 사회는 콘크리트 중성화를 '환영'해야 하나
새로운 구조법의 등장에 기대

콘크리트에 이산화탄소(CO2)를 고정하는 새로운 기술 개발이 활발해지고 있다. 개발에서 과제가 되는 것이 콘크리트의 중성화이다. 철근콘크리트(RC) 구조 건물에서 중성화는 내구성을 위협하는 현상으로 오랫동안 문제가 되어 왔다. 그러나 탈탄소 사회에서는 콘크리트의 중성화를 ‘CO2 저장 기술’로 이해하려는 가치관의 전환이 일어나고 있다.

왜 콘크리트의 중성화가 건물의 내구성에 악영향을 미치는가? 건축 분야에 대해 잘 모르는 독자를 위해서 간단히 설명해 보겠다.

철근콘크리트 구조는 철근과 콘크리트의 각각의 약점을 서로 보완함으로써 이점을 이끌어낸 획기적인 구조 형식이다. 압축에는 강하지만 당김에는 약한 콘크리트와 당김에 강한 철근을 조합해 콘크리트의 약점을 보완하고 있다.

반면 철근이 산소에 의해 녹슬어가는 약점을 알칼리성 콘크리트로 감싸는 방법으로 방지한다. 이 알칼리성을 잃어가는 현상이 중성화다.

콘크리트는 시멘트 성분이 물과 반응해 알칼리성이 된다. 실제 현상은 더 복잡하지만 이해하기 쉬운 예로는 산화칼슘(CaO)이 물(H2O)과 반응해 수산화칼슘(Ca(OH)2가 되는 것을 들 수 있다. 수산화칼슘 수용액은 알칼리성을 나타내는 물질로 중학교 교과서에도 나오는 친숙한 물질이다.

이 알칼리성이 CO2와 반응함으로써 변화한 결과가 중성화이다. 수산화칼슘(Ca(OH)2)으로 말하면 CO2와 반응해 탄산칼슘(CaCO3)이 되면서 알칼리성이 약해진다. 즉, 콘크리트와 CO2의 화학반응을 촉진하는 것은 중성화를 의미한다. 알칼리성이 상실되면 산소에 의한 녹으로부터 철근을 보호할 수 없게 되는 것이다.

-- 일본건축학회 JASS5가 콘크리트의 중성화 허용 --
철근콘크리트 구조에서는 ‘중성화 허용은 어렵다’는 것이 일반적인 생각이었다. 하지만 이 생각을 재검토하려는 움직임이 등장했다. 22년 11월에, 13년만에 크게 개정을 감행한 일본건축학회의 ‘건축공사표준사양서/건축공사표준해설 JASS5(철근콘크리트 공사)’이다.

이번 개정에서 콘크리트가 열화하는 환경에 '비부식 환경'이 추가되었다. '철근의 부식 인자가 존재하지 않는다고 볼 수 있는 부위'로 정의한다. 예를 들면, 바깥 공기를 접할 수 없는 실내 환경에 있는 부위로, 직접적으로 물에 젖거나 결로 등에 의한 수분 공급 가능성이 없는 부위를 가리킨다.

일반적인 부식 환경에서는 건물의 사용 연수에 따른 내구 설계 기준 강도를 요구하고 있다. 하지만 비부식 환경에서는 ‘설정하지 않는다’고 했다. 콘크리트가 중성화되더라도 철근에 녹을 발생시키는 수분이 없으면 내구성에는 문제가 없다고 보는 것이다. 즉, 철근이 녹슬지 않는다면 중성화를 허용한다는 것이다.

“해외에서는 콘크리트를 중성화시켜 CO2를 고정하는 대응에서 앞서고 있다. 일본도 뒤처지지 않도록 CO2의 고정화를 추진할 필요가 있다”. JASS5 개정 소위원회에서 주사를 맡은 도쿄대학 대학원의 노구치(野口) 교수는 개정의 목적을 이렇게 설명한다.

탈탄소 사회가 요구하는 건축의 역할 중 하나가 CO2의 고정이라면 철근콘크리트 구조라는 건축 형식은 변경될 수밖에 없을 것이다. 철근을 피복해 녹을 막으면 기존의 철근콘크리트에서도 중성화를 허용할 수 있지만 중성화를 전제로 하는 탈탄소 사회에 걸맞은 또 다른 구조 형식이 분명 있을 것이다.

콘크리트와 CO2의 반응을 의도적으로 진행하기 위해 표면적을 늘릴 필요가 있을지도 모른다. 그때 철근의 당기는 힘은 기대할 수 없게 될 것이다. 어떤 조합이나 구조법이 될지는 전혀 알 수 없는 미지의 세계다. 탈탄소 사회를 상징하는 새로운 콘크리트 형식의 출현을 기대한다.

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