현무암 강화가 인프라 건설에서 강철을 대체할 수 있을까요?

철강은 오랫동안 건설의 중추였지만 가격이 상승하고 탄소 목표가 구체화되면서 현무암 철근이 대안이 될 수 있습니다.

강철이나 유리섬유를 대체하는 콘크리트 보강재인 현무암 보강은 새로운 기술이 아닙니다. 전 세계 일부 국가, 특히 미국에서는 수십 년 동안 이를 사용해 왔습니다. 영국에서는 여전히 새로운 옵션이지만 탈탄소화 노력이 강화되면서 그 중요성이 커지고 있습니다.

HS2(High Speed ​​2)의 적용과 M42의 주요 프로젝트는 현무암 철근의 위상을 높이고 그 잠재력을 강조하는 데 도움이 됩니다.

보강재는 현무암 섬유 강화 폴리머(BFRP)로 만들어집니다. 섬유를 만들기 위해 화산 현무암을 수집하고 작은 조각으로 부수고 1,400°C에서 녹입니다. 형성되는 규산염은 녹은 현무암을 특수 판을 통해 중력으로 늘려 긴 필라멘트 가닥을 형성할 수 있는 액체로 만들 수 있습니다. 이 필라멘트는 길이가 수천 미터에 달할 수 있으며 보강재로 형성될 준비가 될 때까지 감길 수 있습니다.

철근 변환은 인발 성형을 통해 이루어지며, 인장력을 받아 섬유를 잡아당긴 다음 액체 에폭시 수지에 담급니다. 수지는 액체 형태로 가열되어 실이 담기는 폴리머 결합입니다. 그런 다음 몇 분 안에 경화되어 완성된 바가 됩니다.

HS2의 다이어프램 벽 시공을 위한 가이드월에 현무암 철근을 사용했습니다.

현무암 철근 제조업체인 Bastech의 이사인 Malcolm Newton에 따르면 강철에 비해 BFRP의 이점은 많습니다. 철에 비해 무게는 4.5배, 인장강도는 2.5배 이상 높아 시공 시 작업이 용이합니다.

불활성 물질인 현무암은 알칼리와 산에 대한 저항력이 있어 부식되지 않으므로 습한 환경에 노출된 구조물에 이상적입니다.

내식성은 철근 콘크리트의 탄소 배출량 감소에 기여합니다. Newton에 따르면 물 유입은 문제가 되지 않으므로 현무암 철근은 철근에 비해 슬래브의 콘크리트 피복이 20% 더 적게 필요합니다.

현무암 철근의 탄소 배출량도 강철보다 훨씬 낮습니다. 암석이 미국에서 수입되어야 하고 고온으로 가열되어야 한다는 점을 고려하면 이는 직관에 반하는 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 Newton은 Kingston University의 수명주기 분석에 따르면 생산 과정에서 철근 강화보다 최소 70%, 재활용 강철보다 22% 적은 탄소를 사용하는 것으로 나타났습니다.

현무암이 강철과 일치하지 않는 지역이 있습니다. 강철처럼 구부릴 수 없으며 인장 강도는 높지만 탄성은 낮습니다. 이는 계약자가 높은 수직 구조물에 이를 사용하지 않을 것임을 의미하는 요소입니다.

Newton은 영국에서 BFRP 채택이 느린 주요 원인이 가격이라고 생각하지만, 더 많이 생산되면 가격이 하락할 것으로 예상합니다. 철강 가격이 오르는 가운데 현무암 가격은 철강 가격과 거의 맞먹을 정도로 안정적으로 유지됐다.

Newton은 "그래서 오랫동안 아무도 강철 대체재를 사용하는 것에 대해 생각하지 않았습니다. 왜냐하면 강철은 저렴하고 사용하기 쉬우며 전문적인 면책 승인도 쉽기 때문입니다."라고 Newton은 말합니다.

Newton에 따르면, 테스트 지식이 제한적이고 업계가 "정의상 보수적"이기 때문에 현무암 보강근을 포함한 모든 종류의 섬유 강화 폴리머에 대한 유로코드도 없습니다. 결과적으로 엔지니어들은 이를 지정하기를 꺼립니다.

“그러나 Bastech의 구조 엔지니어들은 테스트를 통해 설계 지원을 제공할 수 있습니다.”라고 Newton은 말합니다. "저희 실험실에서 수행되는 테스트와 계산을 결합하여 엔지니어는 유로코드에 적합한 설계를 제공할 수 있으며 더 중요하게는 설계자에게 전문적인 면책을 제공할 수 있습니다."

영국의 한 프로젝트에서는 장기 분석을 통해 뒷받침되는 현무암 사용의 이점을 보여주었습니다. 2011년 개통된 북아일랜드 도로교인 톰슨 브리지(Thompson's Bridge)의 데크는 철근 대신 BFRP를 사용해 시공됐다. Queen's University Belfast의 기획, 건축 및 토목공학부 팀이 주도한 이 프로젝트는 교통부에서 자금을 지원받았습니다.