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제목 [기사] [스마트 방수안전] 구조물 누수 예방 '고성능 융·복합 방수기술' 주목
작성자 사무국 등록일 2021-07-29
이메일 kicw@kicw.or.kr
[스마트 방수안전] 구조물 누수 예방 '고성능 융·복합 방수기술' 주목
 

오상근 교수 등 시설물 누수안전과 예방대책 제시
‘초고성능 콘크리트 기술’, 기존 콘크리트 한계 극복 ‘눈길
국내 방수기술 선진화 위해 ‘균열 거동 폭 기준 향상’해야
높은 기밀성능 확보한 ‘알루미늄 필름 재료’로 라돈침입 예방
 

[국토일보 김준현 기자] 누수는 구조물의 이상 조짐을 가장 먼저 알려주는 신호이다. 이는 우리 인체에서 피를 흘리는 현상과 유사하다. 누수는 건축물, 공동주택, 지하철, 터널, 공동구, 지하차도 및 관로 등 모든 철 구조물이나 콘크리트 시설물 등을 침식시켜 안전성능을 떨어뜨리고 주거 환경을 해치며, 유지관리에 막대한 사회비용을 떠안게 하는 만큼 중요성이 크게 부각되고 있다.

오상근 교수(서울과기대, 한국건설방수학회 공동회장)에 따르면, 누수 문제는 몇 개의 건축물이나 시설물에서 어쩌다 발생하는 현상이 아닌, 일상에서 주로 일어나는 현실이다.

누수의 가장 큰 원인은 즉 ‘방수의 실패’로 본다. 모든 시설물은 장기적 내구 수명과 안전성 확보를 위해 물로부터 보호를 받아야 한다는 것이다.

오상근 교수는 “지금은 스마트건설기술, 친환경 기술, 지속가능한 안전과 삶 질 향상 기술을 추구하는 4차 산업혁명 혁신 시대로 접어들었다”며 “건설기술자로서 공공시설물의 안전과 국가자산 가치 보전을 위한 방수(누수예방) 기술 및 누수예방 대책 수립을 고려해야 할 때”라고 말했다.

지하시설물의 계획단계부터 구조물이 처한 환경과 사용조건에 대응이 가능한 심화된 기술 개발과 응용 연구기반 조성이 시급한 실정인 가운데, 오상근·김수연·김병일 교수(서울과기대), 송제영 (주)BK방수기술연구소 소장, 박진상 (주)신소재융합연구소 소장이 발표한 ‘고성능 방수기술의 개발과 응용’ 방안에 대해 알아봤다.

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UHPC콘크리트 기술 및 콘크리 기술 발전 과정(자료제공=대한시설물안전진단협회).
UHPC콘크리트 기술 및 콘크리 기술 발전 과정(자료제공=한국시설물안전진단협회).

■ UHPC 콘크리트 제조기술 응용
먼저 ‘초고성능 콘크리트(UHPC) 콘크리트 제조기술 응용을 통한 고성능 방수콘크리트 기술’을 알아보고자 한다.

콘크리트 제조 기술은 콘크리트 성능 향상을 위해 구성 재료 종류나 입자의 크기가 작아지면서 보다 수밀하고 내구성능이 우수한 초고성능의 콘크리트 현실화로 인해 건축·토목분야에서 점차 적용부위가 확대되고 있다.

또 시멘트 경화체 조직 밀실화로 인한 균열 및 외부 유해물질의 흡수, 침투 및 확산에 대한 저항능력은 현존하는 콘크리트 중에서 가장 높은 성능을 발휘하기도 한다.

특히 염해에 대한 200년 내구연한 피복두께가 26mm, 탄산화 깊이가 2mm로, 장기적 측면에서 지하구체에 응용할 경우 기존 콘크리트의 한계를 극복할 수 있는 중요한 재료다.

복합열화분석용 시험방법 순서(자료제공=대한시설물안전진단협회).
복합열화분석용 시험방법 순서(자료제공=대한시설물안전진단협회).

■ 복합열화 대응 분석용 평가기술
‘복합열화(수압, 온도, 거동) 대응 분석용 평가기술’도 있다. 방수재가 갖춰야 할 성능은 구조물의 요구조건에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 해안가에 건설되는 구조물은 염해 환경조건을, 지하구조물은 지하수에 의한 수압을 고려해야 한다. 또 초대형 구조물은 콘크리트 수축팽창에 따른 익스펜션 조인트부나 균열부 등의 거동으로 인해 발생되는 반복피로를 고려해야 한다.

이같이 콘크리트 구조물이 처한 환경조건에 따라 적용되는 방수재료 및 공법은 구조물 전체의 안전성과 사용성에 큰 영향을 미치므로 설계 및 시공단계에서 완벽한 방수 품질을 확보할 수 있는 방법이 강구돼야 한다.

지하공간 환경에서의 열화요인으로는 온도, 지하수의 각종 화학물질(산성비, 공업지대 등), 수압환경, 지하수 유속, 구조물 거동(진동), 토압 등이 대표적이다.

이러한 열화요인들을 복합 적용해 평가할 수 있는 시험방법이 ‘복합열화분석용 거동대응시험방법’이다. 서울과학기술대학교 방수기술연구센터에서 개발했으며, 현재 인천국제공항 지하구조물 방수재 선정평가, 한국토지주택공사 지하방수재 품질 검증, 대기업 건설사에서의 방수재 산정평가 도구로 활용되고 있다.

극한환경 대응 방수기술의 개발 필요성.
극한환경 대응 방수기술의 개발 필요성(자료제공=한국시설물안전진단협회).

■ 영하 30℃ 극한 환경 대응 고성능 방수 기술
‘영하 30℃ 극한 환경 대응 고성능 방수 기술’도 눈길을 끈다. 국내 방수기술은 1990년 건설신기술 제도가 활성화되면서 기술 수준이 크게 향상됐다. 이때 안전과 환경 대응형 신소재를 개발하기 시작해 전 세계적으로 유례없는 새로운 방수기술들이 적용됐다.

최근에는 국제적 환경 기후 변화로 극저온 환경에서 적용 가능한 방수기술(소재, 공법)이 요구되고 있다. 환경 대응성 확보가 필요하나 요구 품질을 만족할 소재 개발에 관심이 커지고 있다. 그러나 국내 방수기술은 우리나라의 한정적 기후 환경에서 개발돼 국제적 극한 환경에서의 기술 적용을 위해서는 특단의 기술개선이 요구된다.

그중 ‘비경화형 씰재’는 소재 자체의 점착 유연함과 감온성이 낮은 특성을 가지고 있어 저온 환경에서의 대응성이 우수하다. 비경화형 씰재의 경우 제조 원천기술을 우리나라가 보유하고 있으며, 세계적으로 많은 관심을 불러일으키고 있다.

이에 저온환경에 위치한 국가들의 방수 문제를 해결할 수 있는 가장 기능성 있는 방수 소재는 비경화형 씰재가 될 수 있다.

중국 북방지역은 최저 ?30℃ 내외로 저온환경이 조성되며 러시아나 카자흐스탄 등의 국가는 이보다 더한 극저온이 형성됨에 따라 방수기술 적용이 매우 힘든 상황이다.

이런 가운데 현재 국내 방수시장은 경쟁이 극에 달하고 있으며, 시장은 이미 포화상태에 이르렀다. 이를 합리적으로 극복하기 위해서는 국외 시장에서의 특수한 니즈를 파악해 이를 해결할 수 있는 독자적 기술을 개발해야 한다.

또한 소재가 적용되는 기후적 특성과 현장 조건의 명확한 분석이 선행된 후 개발 또는 개선 연구가 진행돼야 하는 만큼 국가간 공동연구를 진행하는 것도 합리적이라는 주장이다.

같은 맥락에서 ?30℃ 극한 환경 대응 스마트 방수기술의 개발은 전 세계적으로 해결 불가능한 난제이나 한국의 독자적인 기술인 비경화 씰재를 활용한 방수기술을 좀 더 발전시킨다면, 세계 방수시장에 전례없는 파급효과가 일어날 것으로 전문가들은 예상하고 있다.

콘크리트 구조체에 부착된 비경화 고점착 15mm 거동 대응  스마트 방수 소재 기술(자료제공=한국시설물안전진단협회).
콘크리트 구조체에 부착된 비경화 고점착 15mm 거동 대응 스마트 방수 소재 기술(자료제공=한국시설물안전진단협회).

■ 내진성 고성능 자가 치유 방수 기술
‘내진성을 갖는 15mm 거동대응형 고성능 자가 치유 방수 기술’도 주목된다. 포항 지진은 우리나라 지진 피해의 경향을 보여주는 대표적 사례로, 구조물 자체 붕괴로 인한 문제보다 건축물에 부착 시공된 내·외장마감재와 다가구 주택의 조적 벽체 등이 낙하하거나 무너져 부상을 당하거나 차량이 파손되는 문제가 발생했다.

지진, 진동, 수축 및 팽창 등에 의한 구조체 및 균열의 반복적인 움직임은 구조물 표면에 설치된 방수층 등 내외장 마감재에 큰 응력을 작용하게 해 파손, 파단으로 이어지게 되며, 이를 방지하기 위해서는 거동에 유연하게 대응할 수 있는 마감 시스템이 필요했다.

이렇듯 구조물에서 발생하는 균열과, 균열의 반복적 거동에 의한 마감재 및 방수재 파단 문제는 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 해결해야 할 문제다.

국내의 경우 이러한 문제와 해결방안을 빠르게 이해하고 독자적 기술로 개발된 비경화 씰재와 이를 활용한 방수공법(비경화 씰재를 시트화) 개발로 구조물 거동에 따른 누수 하자를 어느 정도 해소하고 있다.

우리나라가 보유한 비경화 씰재의 성능은 KS F 4935 기준으로 내한상 ?20±1℃가 최저온도 기준이며, 구조물 거동은 국토교통부 공동구표준시방서 상 온도조건 ?10℃에서 거동 폭 최대 10mm로 규정돼 있다.

거동 폭 10mm의 대응 성능은 구조물의 장대화, 저심도, 초고층화에 따라 그 이상을 요구하고 있고 지진 등의 삼함 요동에도 견뎌야 하는 성능을 요구받고 있다.

특히 지하구조물에서의 누수발생은 안전확보를 위한 보수에 많은 비용과 시간을 요구하므로 15mm 거동까지의 성능이 요구되고 있다.

따라서 국내 방수기술이 세계적인 기술로 인정받기 위해서는 극한 환경에서의 적용이 가능해야 하며, 이를 위해서는 균열 고동 폭의 범위를 현재의 국내 기준보다 향상시켜야 한다.

무엇보다 계절에 따른 기온 차가 크기에 콘크리트의 수축 및 팽창이 큰 폭으로 발생하는 지역, 장대 교량, 철도 시설 등에서의 적용과 시장 개척이 기대된다.

대규모 지하 공간(지하철 역사)에서의 라돈농도 측정 결과(자료제공=한국시설물안전진단협회).
대규모 지하 공간(지하철 역사)에서의 라돈농도 측정 결과(자료제공=한국시설물안전진단협회).

■ 라돈침입 해결 환경안전 방수기술
끝으로 ‘지하공간 라돈침입 사회이슈 해결을 위한 환경안전 방수 기술’이 있다. 지하공간에서 실내로 유입되는 라돈가스의 경우 1급 발암물질로서 인체에 매우 심각한 위협을 초래하는 물질이다.

라돈가스는 지하공간의 외방수공법을 적용하면, 일부 저감효과는 가져올 수 있으나 완전한 차폐효과는 어려웠다. 이에 많은 사람들이 이용하고 있는 지하구조물인 지하철역사의 경우 기준치 대비 높은 라돈환경이 조성되고 있으며, 균열부 즉, 누수가 발생되는 구간의 경우 심각할 정도로 높은 농도의 라돈가스가 유입된다.

라돈가스는 기체 상태로의 투과성능을 차단하는 방법과 투과되는 가스를 흡착해 실내유입을 저감할 수 있다. 알루미늄 필름의 경우, 높은 기밀성능을 확보하고 있어 합성 고분자계 필름 등 타 재료보다 월등한 라돈가스 차폐성능을 확보하고 있다.

또 재료의 연성이 좋아 필름 타입으로의 생산성이 좋고, 공기 중에 산화될 경우 산화알루미늄(AI203) 피막을 형성함에 따라 높은 내구성능까지 확보할 수 있다.

이렇게 높은 기밀성 특성을 갖는 알루미늄 필름 및 유해가스 흡착효과를 갖는 흡착물질 적용 방수재료를 활용한 지하구조물 외방수공법이 개발·적용된다면, 지하공간의 방수성능은 물론 지하공간에서 문제되고 있는 라돈가스의 유입까지도 차단할 수 있는 융복합 기술로 발전하게 되는 것이다.

 

 

출처 : 국토일보 

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