건축/환경에너지

Nikkei Architecture_2024.4.11 (p66~69)

‘CO₂ 흡수 콘크리트’의 새로운 경지
가시마의 SUICOM돔, 시험 시공 실시

이산화탄소(CO₂) 배출량을 제로 미만으로 하는 탈탄소형 콘크리트를 현장에서 분사해 건물의 몸체부에 사용한다. 가시마가 ’CUCO-SUICOM 돔’의 시험 시공 방법을 3월 13일, 언론에 공개했다.

2025년 국제 박람회(오사카∙간사이 엑스포)를 목표로 가시마가 새로운 탈탄소 기술을 발표했다. 이 기술로 구현하는 것은 CO₂를 흡수해 경화하는 돔형 건축물, ‘CUCO-SUICOM 돔’이다.

오사카∙간사이 엑스포에서는 서쪽 게이트 광장 부근에 세워져 환경 교육의 장으로 사용될 예정이다. 건물 높이는 약 5m. 평면은 타원 형상을 하고 있으며, 연면적은 약 260m²이다.

구조는 철근 콘크리트(RC) 구조로, 2종류의 콘크리트가 사용된다. 가시마가 2014년에 다케나카공무점(竹中工務店) 등과 개발한 저탄소형 ‘ECM(에너지 CO₂ 미니멈) 콘크리트’와 새롭게 개발한 탈탄소형의 ‘CUCO-SUICOM Shot’이다.

이 2종류의 콘크리트는 일반적인 콘크리트를 사용하는 경우와 같은 수준의 강도를 확보하면서, CO₂ 배출량은 약 70% 저감된다. JIS(일본산업규격)의 범위에 없는 재료를 구조 내력상 주요한 부분에 이용하는 공법으로 일본건축종합시험소의 건설 재료 기술 성능 증명을 취득했다.

-- 비닐 막을 형틀로 삼아 타설 --
신기술의 핵심은 재료와 양생 방법이다. 탈탄소형 콘크리트를 현장에서 분사해 탄산화 양생을 하는 공법이 채택되었다. 가시마가 미국 돔테크놀로지와의 기술 제휴로 2021년에 개발한 KT 돔 공법을 응용한 것이다. 부풀린 돔형의 폴리염화비닐(PVC) 막을 버리는 형틀로 사용해 분사 콘크리트로 몸체부를 구축한다.

KT 돔 공법은 구조 방법이나 구조 계산 방법이 정해져 있지 않기 때문에 본래 건축기준법 20조(구조 내력)에 관한 국토교통대신의 인정 취득이 필요하다. 하지만, 오사카·간사이 엑스포에서는 가설 건축물로 짓기 때문에 국토교통대신 인정 대신에 지정 성능 평가 기관으로부터 재료 및 구조 방법의 기술적인 평정 등을 취득하면 충분하다. CUCO-SUICOM 돔에서는 일본건축종합시험소의 건축 기술 안전 심사를 받았다.

시공은 다음의 순서로 진행된다. 우선, 돔형 PVC막을 송풍기로 부풀린다. 작업자가 막 안쪽에 단열재를 부착해 철근을 짠다. 다음으로 ECM 콘크리트, CUCO-SUICOM Shot의 순서로 콘크리트를 분사해 몸체부를 시공한다. 콘크리트의 두께는 각각 167mm와 33mm로 했다.

그 후, 몸체부 내부에 덕트를 설치. 몸체부 내부에서 새롭게 소형 돔을 부풀려 내막을 만들고, 몸체부와 내막 사이에 두께 300mm의 틈을 마련한다. 그리고 덕트를 통해 틈새에 CO₂를 충진. 고농도 CO₂ 환경에서 CUCO-SUICOM Shot을 약 1주일간 양생하여 CO₂를 흡수시킨다. 가시마기술연구소의 간다(閑田) 부소장은 “내막을 설치해 CO₂를 충진하는 부피를 줄임으로써 효율적으로 고농도 환경을 만들었다”라고 말한다.

각각의 콘크리트 조합도 재검토했다. “단단한 반죽으로 하지 않으면 분사한 콘크리트가 움직여 버린다. 한편, 분사 시 재료를 펌프로 보낼 때 막히지 않게 할 필요도 있다”(간다 부소장). 언뜻 보면 상반되는 요구 성능이지만, 과거에 개발한 저탄소형·탈탄소형 콘크리트를 바탕으로 모래와 자갈의 배합을 재검토해 대응했다.

-- 과제는 비용 절감 --
이 신기술을 탈탄소형 콘크리트의 철근 콘크리트 구조에 적용하는 것은 가시마에 있어서 큰 개발 테마였다. 일반적으로 저탄소형이나 탈탄소형 콘크리트는 중성화가 빨라 내부 철근이 쉽게 부식된다는 과제가 있다.

CUCO-SUICOM Shot의 기초인 탈탄소화형 ‘CO₂-SUICOM’을 가시마가 개발한 것은 2008년. CO₂와 반응해 경화하는 특수 혼화재 ‘γ-C2S’를 배합함으로써 콘크리트에 CO₂를 흡수시키는 획기적인 기술이었지만, 콘크리트의 알칼리성이 상실되기 때문에 무근의 프리캐스트 부재나 포장 블록 등으로의 적용에 한정되어 있었다.

“이번 공법은 막이 있기 때문에 콘크리트가 외부 공기에 닿지 않고, 빗물도 닿지 않는다. 이렇게 하면 몸체부에 적용할 수 있다는 것을 실험과 해석으로 밝혀냈다”.(간다 부소장)

향후 과제는 코스트 저감이다. 현재는 일반적인 콘크리트의 코스트에 비해 ECM 콘크리트는 1.1배, CUCO-SUICOM Shot은 3배 높다. 재료와 양생에 비용이 들기 때문이다.

“해결책은 2가지 있다”라고 간다 부소장은 말한다. 하나는 양생 기간을 짧게 하는 것. CO₂의 고정량을 바꾸지 않고 양생 기간을 약 1주일에서 3일간 정도로 단축할 수 있게 된다면 코스트를 극적으로 낮출 수 있다.

이 방법에 대해서는 연구개발을 추진하고 있는 중이라고 한다. 다른 하나는 탄산화 양생을 위한 CO₂에 공장 등에서 나오는 부산물을 사용하는 것이다. 이번 시험 시공에서는 CO₂를 제품으로서 구입했기 때문에 코스트가 증가했다고 한다.

이번 개발은 가시마와 다케나카공무점, 덴카가 간사로 있는 55자 컨소시엄 'CUCO'가 실시하는 기술개발 프로젝트의 일환이다. 신에너지·산업기술 종합개발기구(NEDO)의 ‘그린 이노베이션 기금 사업’에 채택되었다. CUCO는 탈탄소형 콘크리트의 개발·구현을 추진하고 있다.

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