콘크리트(concrete)는 전 세계 가장 일반적으로 사용되는 건축 재료(construction materials)라고 이탈리아 살레르노 대학(University of Salerno) 소속의 도시 공학자인 Enzo Martinelli는 밝혔다. 유럽에서만 매년 주민당 1입방미터(cubic meter)에 상응하는 콘크리트가 제조되고 있다고 Martinelli는 밝혔다.

이탈리아 남부에 위치한 살레르노 대학에서, 유럽 연구 프로젝트인 EnCoRe(Environmentally-friendly solutions for Concrete with Recycled and natural components)를 연구하는 과학자들은 일반적인 콘크리트와 유사해 보이는 물질을 혼합하여 녹색 콘크리트를 구축하는 연구를 수행 중이다.

 

그러나 여기에는 한 가지 첨가물이 추가된다. 물, 시멘트 및 건설 자재인 골재(aggregate) 등을 포함하는 표준 레시피가 보다 더 환경 친화적이며, 지속 가능한 콘크리트를 제조하기 위하여 재생 산업용 섬유(recycled industrial fibers)를 추가함으로써 기존 콘크리트를 개선했다.

연구진이 평가를 위하여 시도했던 것은 콘크리트에 추가할 수 있는 산업용 섬유의 양을 어떻게 줄일 수 있는가와 산업용 섬유를 재생 산업용 섬유로 어떻게 대체할 수 있는가라는 문제였다고 Martinelli는 밝혔다. 연구진은 얼마나 많은 재생 섬유가 콘크리트에 추가될 수 있는지, 동시에 질과 복원력을 보존할 수 있는지에 대하여 규명하기를 바라고 있다고 Martinelli는 덧붙였다.

재생 재료로 강화된 이러한 실험적인 콘크리트는 이후 일련의 엄격한 테스트를 거친다. 극한의 조건에서 어떻게 반응하는지를 확인하기 위하여 재생 재료로 강화된 콘크리트를 구부리고, 압축하고, 펼치고 또 찢었다.

연구진은 재생 산업용 섬유의 주요 문제가 기하학(geometry)에 있다는 것을 확인했다. 재생 산업용 섬유가 이미 다른 응용을 위하여 이미 사용됐기 때문에, 재생 산업용 섬유의 기하학은 규칙적이거나 부드럽지 않다. 따라서 재생 산업용 섬유는 시멘트와 함께 잘 혼합되지 않는다고 아르헨티나 부에노스아이레스 대학교(Buenos Aires University) 소속의 도시 공학자인 Antonio Caggiano는 밝혔다.

그러나 연구진이 제안한 새로운 산업용 섬유는 보다 더 잘 섞인다. 새로운 산업용 섬유는 보다 더 균일한 기계적 특성을 가지는 콘크리트를 생성할 수 있다는 것을 의미하고 따라서 더 신뢰할 수 있다고 Caggiano는 밝혔다.

기계적 테스트에 더불어, 연구진은 극도의 조건에서 굴복할 때 콘크리트 내부에서 어떤 일이 일어나는지를 확인하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했다.

콘크리트 내부에 각 원소의 단단함, 콘크리트의 내부 형태, 콘크리트의 화학, 내부 온도, 수화 수준(hydration level) 등을 포함한 몇 가지 변수가 있다. 얼마나 많은 섬유를 포함하고 있는지, 어떠한 종류의 섬유가 있는지 등이다. 이러한 모든 조건이 변수로 전환되어 콘크리트의 행동 양식을 이해하는데 도움을 주었다고 아르헨티나 투쿠만 대학(University of Tucuman) 소속의 도시 공학자인 Jose Guillermo Etse는 밝혔다.

연구진은 이 연구를 통하여 녹색 콘크리트(green concrete)가 산업적 규모로 생성될 수 있다는 것이 입증되기를 바라고 있다. 매년 녹색 콘크리트 60,000입방미터를 생산하는 Calcestruzzi Irpini S.p.A 소속의 책임자는 한 가지 조건 하에서 보다 더 지속 가능한 대체 방안에 대한 준비가 이루어졌다고 밝혔다.

연구진은 이미 콘크리트에서 100% 재활용수를 사용하고 있다. 그리고 국가 및 국제 질 표준에 이르는 최종 제품의 생산을 확보할 수 있을 뿐 아니라 재생 골재를 사용할 수 있다는 점이 기쁘다고 제품 질 담당자인 Mauro Mele는 밝혔다.

Enzo Martinelli는 녹색 콘크리트가 다음과 같은 다양한 분야에서 사용될 수 있다고 밝혔다. 식물 섬유가 풍부한 녹색 콘크리트는 역사적 기념비와 같은 기존 건물을 강화시키는데 사용될 수 있다. 또 녹색 콘크리트는 낮은 환경 영향을 가지는 재료를 생성할 수 있기 때문에, 우수하고, 지속 가능한 대체 방안이 될 수 있으며 가역적인 재료로 사용될 수 있다.

 

한편, 구조적인 목적에 사용될 수 없기 때문에, 녹색 콘크리트의 사용이 적절하지 않다면 다른 종류의 콘크리트로 대체할 수 있다. 재생 산업용 섬유 및 천연 섬유와는 별개로 연구진은 녹색 콘크리트에 타이어 또는 재활용 플라스틱을 사용함으로써 우수한 질의 녹색 콘크리트를 조만간 곧 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

(Nanowerk News) It is all around us. But most of the time, you can’t see it. And there is a good reason why scientists are currently focusing their research efforts on it.

 

“Concrete is one of the most commonly used construction materials in the world,” says Enzo Martinelli, a civil engineer at the University of Salerno. “In Europe alone, we produce the equivalent of one cubic meter of concrete per inhabitant each year.”

 

At the University of Salerno in southern Italy, scientists working on the European research project EnCoRe (Environmentally-friendly solutions for Concrete with Recycled and natural components) are mixing what looks like ordinary concrete.

 

But there is one added ingredient: the standard recipe including water, cement and aggregates has been improved by adding recycled industrial fibers to produce a greener, more sustainable concrete.

 

“What we are trying to assess is how we can reduce the quantity of industrial fibers added to the concrete and replace them with recycled industrial fibers. We’re trying to understand how much recycled fiber we can add to the concrete while preserving its quality and resilience,” says Enzo Martinelli. This experimental concrete, enriched with recycled materials, then undergoes a tough series of tests. It is bended, compressed, stretched and split to see how it reacts to extreme conditions.

 

“We’ve realised that the main problem with industrial recycled fibers is their geometry. As they have already been used for other applications, their geometry isn’t regular or smooth. So they don’t mix in so well with cement,” says civil engineer Antonio Caggiano from Buenos Aires University.

 

“But new industrial fibers mix in better. Which means we could produce a concrete that has more homogenous mechanical properties, and which is therefore more reliable,” he adds. In addition to the mechanical tests, researchers carry out computer simulations in order to “see” what happens inside the concrete when it’s submitted to extreme conditions.

 

“There are several parameters, including the rigidity of each component inside the concrete, its internal shape, its chemistry, its inner temperature, its hydration level… how much fiber it contains, and what kind of fibers.

 

All of this is translated into parameters that help us understand the behavior of the concrete,” says Jose Guillermo Etse, a civil engineer at the University of Tucuman in Argentina. Scientists hope their research will soon prove that green concrete can be produced on an industrial scale. Managers at Calcestruzzi Irpini S.p.A, which produces 60.000 cubic metres of green concrete each year, say they are ready for a more sustainable alternative under one condition: “We already use 100 percent recycled water in our concrete.

 

And we would be delighted to use recycled aggregates as well if we can ensure that the final product lives up to national and international quality standards,” says Quality Manager Mauro Mele. According to Enzo Martinelli, there are various areas where green concrete could be used: “Green concrete enriched with vegetable fiber can be used to reinforce existing buildings, like historical monuments.

 

It would be a good, sustainable alternative, because it would be produced from materials with a low environmental impact, and could be reversible: since it’s not being used for structural purposes, it could be replaced with another kind of concrete if its use is not appropriate.”

 

Apart from using recycled industrial and natural fibers, researchers hope they will soon develop high quality green concrete by using tyres and even recycled plastic.