[공학저널 전찬민 기자] 현재 터널시공 기술은 고강도콘크리트를 많이 사용하는 추세이며, 40MPa 이상의 고강도 콘크리트는 일반 콘크리트에 비해 터널 내에서 화재 발생 시 콘크리트 내에 존재하는 수분의 팽창으로 인해 콘크리트가 탈락하는 폭열현상이 발생하게 된다. 이에 대한 해결방안으로 터널 구조체 외부에 내화재를 시공해 터널 구조체를 1,350℃ 고온의 화염으로부터 보호해야 것이 필수적인 과제가 되고 있다.
하저터널이나 해저터널의 경우에는 시공한 침매 함체구조물이나 TBM segment 구조체를 교환하거나 교체할 수가 없기 때문에 설령 터널 내에서 심각한 화재가 발생하더라도 구조체가 열화를 입지 않게 관리해야 한다고 볼 수 있다. 즉, RWS 기준인 터널의 콘크리트 구조체 외부온도가 380℃를 넘기지 말아야 하고 터널 구조체내에 시공돼 있는 철근의 온도가 250℃를 넘지 않게 관리해야 한다는 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조체가 보호재 없이 380℃를 넘는 고열에 노출되면 콘크리트의 강도가 상당 부분 소실됐다고 판단될 수 있어 그 부분의 콘크리트를 제거하고 다시 시공해야 하는 경우가 발생하게 된다. 또한, 유지보수 공사 시 시공한 콘크리트와 이전의 콘크리트와의 일체화가 되지 않아 제대로 된 강도가 나오지 않게 된다.
이러한 문제를 해결하고자 터널이나 지하공간에 적용되고 있는 내화대책으로는 내화재를 구조체 외벽에 시공하는 경우와 폴리프로필렌(PP)등을 터널 segment 제작 시 첨가하는 공법이 있다.
PP fiber가 일부 저온영역에서 용융돼 공극을 만들 줌으로써 수분의 배출에 도움이 돼 일부 폭열 완화 효과는 있다. 하지만, 이미 1,200~1,350℃의 화염에 1~2시간 노출된 PP섬유가 첨가된 콘크리트 구조체는 내응력을 대부분 상실한 상태이어서 구조체의 역할을 수행하기가 어려우며, 특히 보수 시 어느 부분까지 내응력을 상실한 상태인지 확인을 위해 깊이별 장소별 시편을 모두 채취해 강도시험을 해야만 하는 단점을 가지고 있다. 이러한 과정과 카본공법 등의 보수공사 시행은 비용도 많이 들고 보수기간도 많이 소요되지만 동시에 보수한 부분의 콘크리트 강도가 문제가 될 수 있다.
또한, PP섬유를 첨가한 공법으로 내화시험을 한 결과에서는 콘크리트 내 6~8cm 깊이에서의 온도가 기준온도를 넘지 않아 내화에 견디는 공법이라는 일부 자료들이 있다. 하지만, 침매함체나 TBMsegment 구조체는 교환 교체가 불가능하고 수명이 50년이상 100년을 지속해야 하는 손상받으면 안되는 기반시설 구조물이라는 점에서 보다 효과적인 내화대책이 필요한 상황이다.
이에 따라 지하구조물이나 터널의 천정, 벽면에 시공이 가능하며 고속도로의 내화부분에서 문제 발행 시 해당 보드만 교체하면 돼 도로보수를 위해 도로를 차단하는 시간을 단축시킬 수 있는 경제적인 기술로 ‘내화보드’가 주목을 받고 있다. 이 내화보드 공법을 개발한 주인공이 바로 재암산업㈜이다.
현재 국내에서 개발되고 생산되는 자재로는 질석계, 펄라이트계나 진주암 소재인 보드와 뿜칠형식의 자재로 대부분 내화온도인 1,350 ℃에 견디지 못하는 자재들이다. 또한, 페인트 형식의 내화 페인트 자재들은 철골이나 목재용으로 주로 선박용으로 많이 사용돼 왔으며 콘크리트에는 부착력 문제로 적용하기가 어려움이 있다.
반면, 재암산업이 공법개발 및 적용한 내화보드는 특히 터널 내 화재 시 전기 통신이 두절되는 black-out 상황 하에서도 전기통신을 활성화시켜 줄 케이블 트레이와 air duct 등의 설치뿐만 아니라 비상대피로 시설의 칸막이 시설에도 활용될 수 있다는 것이 장점이다.
재암산업㈜ 조형래 부사장(사진)은 “콘크리트 제품에 특화용으로 제조돼 상당한 경쟁력을 갖췄다고 자부할 수 있으며, 한국건설기술연구원과 유럽 Efectis 등에서 1,350℃ RWS 2시간 내화 인증을 받은 국내의 유일한 자재”라며 “아울러 침매터널의 GINA가스켓과 OMEGA씰의 joint 내화 그리고 TBM의 내진 joint 등에서도 차별화된 joint 내화기술도 보유하고 있다”고 말했다.
그는 이어 “내화보드 공법은 터널 내 내화 작업 시 타 공법에 비해 빠른 작업성으로 공기단축이 가능하고, 분진 소음 진동 등의 최소화로 작업자의 보건환경에 도움을 주는 친환경 시공”이라며 “유지보수 공사 시에도 해당 보드만 교체하면 되기 때문에 차선차단 시간의 최소화로 통행불편을 해소할 수 있고, 접시형 웨지타입의 앵커볼트를 활용해 시공표면을 매끄럽게 할 수 있어 터널 내 정교한 경관조명도 가능하다”고 덧붙였다.
한편, 경부동탄터널(경부선직선화공사) 현장은 한국도로공사와 한국토지주택공사(LH)에서도 보드식 내화시공이 처음 적용되는 공법이기 때문에 뜨거운 관심을 받은 프로젝트였다. 이 프로젝트에서는 최초 재암산업을 포함해 총 7개사가 경합했으며, 국토교통부의 도로터널 내화지침 내화성능기준을 만족하는 공법제시 기업 중 최종적으로 3개사를 대상으로 모든 시험과 실험을 공개적으로 진행했으며, 동탄 현장 지하차도 벽에 보드 4장을 각자 시공하면서 테스트가 시작됐다.
테스트 과정에서 재암산업을 제외한 기업들은 탈락하게 되면서 사실상 재암산업 단독으로 최종적인 내화시험이 진행됐다. 이미 재암산업㈜은 국내 건설기술연구원으로부터 RWS 2시간 내화 인증서를 받은 상태이었으며 유럽의 Efectis와 WarringtonFire에서도 두께와 내화시간을 달리하는 인증까지 마친 상태였지만 국내 내화시험 장비의 문제로 인해 내화시험을 벨기에에서 발주처 입회하에 다시 시험을 진행했고 성공적으로 마칠 수 있었다.
이로써 국내외의 1,350℃ RWS 2시간 내화인증 보드와 뿜칠 테스트를 모두 통과한 국내의 유일한 기업이 재암산업이라는 것을 검증받게 된 것이다.
이처럼 재암산업이 동부간선도로 확장 2공구 기 시공을 시작으로 현재 경부고속국도 경부동탄터널을 단독으로 준공해 그 우수한 기술력을 인정받고 있을 수 있었던 이유는 지난 1984년에 설립 이래 대형터널의 내화 시공, 대형개발사업의 내화와 단열시공 및 대형정유·화학공장의 내화시공실적을 보유하고 있는 토목/플랜트/건축 전분야의 내화컨설팅 및 내화시공이 가능한 내화전문 기업이기 때문이다.
40년의 시공실적과 기술력을 바탕으로 재암산업은 이제 본격적으로 시장이 열릴 것으로 보여지는 지하공간개발 특히 그중에서 지하고속도로나 대형 지하공간개발 사업에서도 적극적으로 참여할 계획이다. 또한, 재암산업이 보유하고 있는 보드는 passive 내화보드 자재이지만 active한 자세로 특히, 소방과 방재분야에서 독특한 아이디어 제시 등으로 안전하고 풍요로운 지하공간 개발에 일조할 예정이다.
