[충청뉴스 최형순 기자] 국가철도공단이 정부의 2050 탄소중립 달성 및 ESG 경영 실천에 부응하는 친환경 철도건설에 앞장서고 있다.

자연소재의 규소 산화물인 친환경 재료이면서 콘크리트 도상의 구조적 성능 및 안전성을 동시에 만족할 수 있는 GFRP 보강근을 도담~영천 복선전철 철도건설사업에 반영하여 첫 실용화에 성공했다.

GFRP 보강근(Glass Fiber Reinforced Plastics Rebar)은 유리섬유로 강화된 봉강 형태의 폴리머계 복합재료로, 미국, 독일 등 국외에서는 철근 대체재로 약 30년 전부터 연구되어 토목, 항공, 건축 등 다양한 분야에서 활용 중이며, 국내의 경우 최근에서야 철근 가격 상승 및 친환경 건설 등 필요성이 대두됨에 따라 성능 및 적용성에 대한 검토가 이루어지고 있다.

또한 기존 철근과 대비하여 인장강도는 2배 수준임에 반해 무게는 가벼워 내구성과 시공성이 우수하다는 평가를 받고 있다.

한편, 최근 열차 고속화에 따라 철도건설 시 궤도구조 안정화를 위해 콘크리트 궤도의 적용이 증가하는 추세이다. 도상 형식에 따라 현장타설식 공법과 사전제작식(PST, Precast Slab Track) 공법으로 분류할 수 있으며, 두 공법 모두 철근콘크리트 형식으로 온도변화 및 건조수축 등으로 인한 도상 균열이 발생할 수 있는 구조이다.

균열이 발생하게 되면 구조물 내로 수분 또는 염분이 침투하여 철근과 접촉할 수 있으며, 그 결과 철근의 부식 및 팽창이 가속화되어 철근의 분리 및 콘크리트 파손 등을 유발, 궁극적으로는 구조물의 내구성 저하를 초래할 수 있다.

또한 기존 도상 철근은 도체이기 때문에 콘크리트 궤도에 적용 중인 AF(Audio Frequency) 궤도회로에서 레일에 흐르는 신호 전류에 영향을 미칠 수 있으며, 이로 인해 철근과 신호와의 간섭 우려가 있어 현재는 종·횡 방향 철근에 절연 간격재를 설치하여 이를 방지하고 있다.

공단은 콘크리트 궤도구조 개선을 위한 철근 대체재가 필요함에 따라 2021년 ’GFRP 보강근 적용 콘크리트 도상 슬래브‘에 대한 연구용역을 통해 구조해석, 성능시험, 현장 시험부설 등을 시행하여 신호 성능 및 구조적 안전성을 검증하였으며,

2022년 2월 진행 중인 ‘도담~영천 복선전철 안동~영천 복선화 궤도실시설계’에 반영하여 시공성, 안전성, 경제성, 환경성 등 실용화를 위한 검토를 진행하였다. 또한 2022년 8월 공단 표준규격을 제정하여 GFRP 보강근에 대한 품질기준을 마련하였다.

■ 자재 경량화 및 부도체로 시공성 및 내구성 향상 가능

GFRP 보강근은 단위중량이 철근의 약 1/4 수준으로 가벼워 운반, 하화, 조립 등 공사 현장에서의 시공성이 우수하며, 자체 전기절연이 가능한 부도체로서 기존에 시행하던 철근 절연이 불필요하여 신호와의 간섭이 발생 되지 않는다.

또한 부식이 없으므로 콘크리트에 균열이 발생하더라도 부식 및 팽창에 의한 추가적인 피해를 줄일 수 있어 균열관리에 효과적이므로 내구성 및 유지관리성 역시 향상되는 것으로 검토되었다.

■ 철근 생산 대비 CO2 배출량 40% 수준으로 연간 승용차 10,000여대 운행 감소 효과 기대

GFRP 보강근은 철근을 생산할 때보다 이산화탄소(CO2) 배출량이 약 40% 수준으로 적어 친환경 건설자재로 평가되고 있다.

공단의 연평균 콘크리트 궤도부설 연장은 약 100km로, 기존 철근을 GFRP 보강근으로 대체함에 따라 약 13,500ton의 CO2 감축 효과가 기대되며, 이는 연간 승용차 10,000여 대 운행 시에 CO2 배출량과 동등한 수준이다.

■ 안정적 실용화 정착으로 경제성 확보 가능

GFRP 보강근은 현재 국내 제조 및 공급원이 제한적이어서 재료비 측면에서는 철근 대비 고가이나 최근 철근 가격 상승 등으로 과거와 비교하여 그 간격은 좁혀진 것으로 확인되었다.

반면 가공·조립·운반·하화비 등은 오히려 철근 대비 저렴한 것으로 조사 되어 배근과 관련한 전체 공사비를 비교했을 때는 철근과 유사한 수준으로 경제성이 있을 것으로 예측된다.

또한 아직은 실용화 초기 단계로, 향후 안정적 실용화 정착 및 다양한 분야로 확대 적용 시에는 충분한 공급원 확대로 GFRP 보강근의 가격경쟁력을 더욱 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

공단은 신규 자재인 GFRP 보강근의 안정적인 실용화 정착을 위해 노력하고 있다. 설계, 제조·구매, 시공, 유지보수 생애주기별 중점 관리체계를 구축·시행하여 생산 자재 및 시공 현장의 품질을 높이고 안정적 공급시장을 구성하는 등 성공적인 실용화를 위한 기반을 마련하여 신뢰성을 확보하였다.

앞으로도 지속적인 성능개선과 연구를 통해 다양한 궤도구조에 GFRP 보강근 적용을 목표로 하고 있다.

김한영 국가철도공단 이사장은 “친환경 자재인 GFRP 보강근’을 철도건설 사업에 적극 활용함으로써 정부 정책인 2050 탄소중립 달성 및 ESG 경영 실천에 부응하는 등 지속적인 철도산업발전을 위한 노력을 아끼지 않겠다”고 말했다.