내구성 : 제빙화학제에 직접 노출되는 범위

차도에 근접한 콘크리트에 대한 제빙화학제(de-icing agents) 영향범위 및 건축구조물의 내구성 평가시 그 대상 고찰

KDS 14 20 40 「콘크리트 내구성 설계기준」 표 4.1-1 노출범주 및 등급 주 4) 차도로부터 수평방향 10m, 수직방향 5m 이내에 있는 모든 콘크리트 노출면은 제빙화학제에 직접 노출되는 것으로 간주해야 한다. 또한 도로로부터 배출되는 물에 노출되기 쉬운 신축이음(expansion joint) 아래에 있는 교각 상부도 제빙화학제에 직접 노출되는 것으로 간주해야 한다.

상기 내용은 표 4.1-1 노출범주 ES(해양환경, 제빙화학제 등 염화물)의 노출등급 ES4, '건습이 반복되면서 해수 또는 염화물에 노출되는 콘크리트' 조건에 해당하는 사례로서 '염화물을 함유한 물보라에 직접 노출되는 교량 부위'에 대하여 보다 상세한 적용거리 및 적용높이의 한계기준을 명시하고 있다.

 

Q 1. 교량에만 적용하면 되는지?
A 1. 사례에서 '염화물을 함유한 물보라에 직접 노출되는 교량 부위' 즉 교량 부위로 한정하고 있다. 교량의 경우 해상에 있든 내륙에 있든 내구성 열화에 가장 심각한 영향을 끼치는 요인들 중에서 제빙화학제에 의한 우려가 큰데, 특히 동절기에 교량은 지열에 영향을 받지 못하고 공중에 설치되므로 노면 결빙에 의한 사고를 방지하기 위하여 제빙화학제에 의존할 수밖에 없고, 그 사용량도 일반 도로에서보다 더 많으며, 내구성 열화로 인해 내력이 저하되어 붕괴되면 큰 인명사고가 뒤따를 수 밖에 없다. 그러나 건축구조물로서 차도와 근접한 경우에 단지 '교량'이 아니라는 이유로 제빙화학제를 고려한 내구성 평가는 생략해도 될 것인가? 내구성 평가자의 기술적 견해와 경험적 판단에 따라 자율적으로 결정할 사안이다. 그러나 문구에 종속되어 행정적인 관점에서만 판단할 것이 아니라, 실체적 우려의 가능성을 감안하여 내구성 평가에 포함하는 것이 합리적일 것이다. 즉 건축구조물이라도 차도에 근접한 경우에는 제빙화학제의 영향을 고려하여 내구성 평가를 진행하는 것이 합리적이다.

Q 2. '차도로부터 수평방향 10m, 수직방향 5m 이내'라는 조건은 무엇에 근거한 내용인가?
A 2. 수평방향 10m, 수직방향 5m이라는 범위가 어디에서 근거한 내용인지 살펴본다. 해설서 등에서 이 내용에 대한 상세한 근거를 제시하지 않고 있으나, 여러 논문·학술지 중에서 가장 확실하게 그 이유를 알 수 있는 것으로 Canadian Journal of Civil Engineering(Volume 36)에 David Conciatori, Eugen Bru¨ hwiler et Andre´-Gilles Dumont이 2009년 11월 4일자에 발표한 「Actions microclimatique et environnementale des ouvrages d’art routiers」(도로구조물에 대한 미세기후 및 환경 영향)를 꼽을 수 있다. 스위스 고속도로에서 기상청과 고속도로관리국 등의 협조로 이루어진 현장실험 측정 및 문헌조사를 바탕으로 한 것이다. 현장실험에서는 시속 110 km/h로 달리는 차량의 바퀴에 의해 비산되는 물보라의 궤적을 조사하고 이를 바탕으로 포물선운동방정식에 대입하였을 때, 제한속도 110 km/h인 고속도로에서 어느정도 과속 가능성을 고려하여 시속 120 km/h로 설정하여 계산하면, 제빙화학제가 포함된 물보라는 수평방향으로 10m, 수직방향으로 5m까지 비산된다는 학술지의 내용을 내구성 기준에서 받아들여 포함시킨 것으로 보여진다.

「 출처 : Actions microclimatique et environnementale des ouvrages d'art routiers 」

Q 3. '차도로부터 수평방향 10m, 수직방향 5m 이내에 있는 모든' 건축구조물에 제빙화학제를 고려하는 내구성 평가를 실시하여야 하는가?
A 3. 도시를 하나의 생명체로 가정하면 건축물은 단위 세포이고, 도로는 이 세포에 영양분을 제공하는 혈관과 같은 존재이다. 모든 건축물은 도로에 접한다. 물론 차도가 아닌 좁은 인도로만 접근 가능한, 일명 맹지에 건설되는 소규모 주택도 있지만, 현대사회에서 대부분 정상적인 건축물이라면 주차장 포함여부를 떠나서 차도에 접하고 있고, 영원히 눈이 내리지 않는 열대지역이 아니라면 그 차도는 수시로 또는 언젠가는 제빙화학제가 뿌려지게 된다. 따라서 건축구조물에서도 제빙화학제에 의한 염해를 내구성 평가시 고려하는 것이 합리적일 것이다. 다만 앞의 'A 2'에서 언급한 바와 같이 '차도로부터 수평방향 10m, 수직방향 5m 이내'라는 범위는 그 차도에 주행하는 차량의 속도가 시속 120 km/h인 경우이므로, 건물 주변의 차도에서의 주행속도를 반영하면 차도 경계로부터, 차량의 바퀴로 인하여 튕겨 나가는 제빙화학제가 섞인 슬러시 또는 물보라의 실제 수평거리와 실제 수직거리를 계산할 수 있고, 이 실제 거리에 건축구조물이 위치하는지를 판단하여 내구성 평가에 반영여부를 결정하면 될 것이다. 참고로 도로특성마다 도로교통법에서 정하는 제한속도가 있고, 이 제한속도는 통상 설계도로속도보다 10 km/h 정도 저감된 속도이므로, 법적제한속도보다 여유있게 높은 설계도로속도로 설정하는 것을 권장한다.

Q 4. 제한속도 30 km/h인 아파트 단지 내 도로에서 일부 아파트의 모서리나 측벽이 차도에서 1.5m, 어떤 곳은 0.6m 이격되어 있는데, 이 경우에 염해에 대한 열화를 내구성 평가에서 고려해야 하는가?
A 4. 제한속도 30 km/h에서 약간의 과속을 감안하여 아파트 단지 내 도로에서 차량이 40 km/h로 달릴 수 있다고 가정하면, 차량 바퀴로 인해 튕겨나가는 제빙화학제 섞인 슬러시 또는 물보라의 수평이동거리는 약 1.11m까지이다. 고전역학인 포물선운동방정식을 활용하면 간단하게 계산할 수 있다. 차도 경계에서 1.5m 이격된 곳은 제빙화학제의 영향을 받지 않고, 0.6m 이격된 곳은 제빙화학제의 영향을 받는다. 다만 0.6m 이격된 구조물의 콘크리트가 페인트, 석재뿜칠, 석재마감 등으로 마감되는 경우에는 이 피복마감재로 인한 염소이온 확산계수의 저감효과를 반영하면 보다 실제적인 내구성 평가의 결과를 얻을 것이다.

. 끝.