터널에 마그네슘 산화물 보드(MgO 보드)가 적합하지 않은 이유

마그네슘 산화물 보드(일반적으로 MgO 보드라고 함)는 내화성, 경량 설계 및 설치 용이성으로 건설 업계에서 인기를 얻었습니다. 유리 섬유 메쉬로 보강된 이 공장 제작 외장재는 일반적으로 산화 마그네슘(MgO)과 염화 마그네슘(MgCl₂)로 구성되어, 산화염화 마그네슘 시멘트 또는 소렐 시멘트라고 알려진 결합제를 형성합니다. 실내 벽이나 외벽과 같은 일반 건축 용도로 사용되어 왔지만, 최근 연구 및 지침에서 제시된 증거는 터널 환경에 부적합하게 만드는 중대한 단점을 강조합니다. 건물의 습기 관련 손상에 대한 연구와 도로 터널 화재 방지를 위한 구체적 권고사항을 바탕으로, 본 글은 터널에서 MgO 보드 사용을 피해야 하는 이유를 탐구합니다.

본 글은 구조물에 이 유형의 제품 사용을 고려하는 터널 엔지니어 및 운영자를 위한 주의 사항으로 작성되었습니다. 여기에 포함된 정보는 전문 커뮤니티의 의견과 아래 인용된 문서를 기반으로 합니다.

터널에 MgO 방화판을 사용하려는 경우 간단한 테스트를 수행해 보십시오. 코팅/처리되지 않은 제품 샘플을 물통에 넣어 두세요. 얼마나 오래 버티는지 직접 확인하십시오.

MgO 보드 – 습윤 환경에서의 수분 흡수 및 부식 위험

산화마그네슘 보드의 주요 문제점 중 하나는 특히 고습도 조건에서 공기 중 수분을 흡수하는 성향입니다. 덴마크 공과대학 연구진이 수행한 연구(2016년 국제 RILEM 토목공학 재료·시스템·구조 컨퍼런스 논문집 게재)에 따르면, 통풍형 외벽 마감재로 MgO 보드가 사용된 덴마크의 신축 및 리모델링 건물에서 광범위한 수분 손상이 확인되었습니다. 2014/15년 겨울, 이 보드들은 표면에 물방울(흔히 “눈물”로 묘사됨)이 형성되는 등 손상 징후를 보이기 시작했으며, 이 물방울에는 고농도의 용해성 염화물 이온이 포함되어 있었습니다.

이 문제의 원인은 보드의 구성 성분에서 비롯됩니다. 상대습도(RH)가 90~100%에 도달하면 MgO 보드가 주변 수분을 흡수하여 옥시클로라이드 마그네슘 바인더로부터 염화 이온이 용출됩니다. 이러한 염분 물방울은 보드 표면을 따라 흘러내릴 뿐만 아니라 인접 구조물로 떨어지며 금속 부속품, 앵커 및 기타 구성 요소의 부식을 유발합니다. 덴마크 사례에서는 금속 부착물이 불과 몇 년 만에 심하게 부식되었으며, 단열재 및 목재 구조물과 같은 인근 요소에서 곰팡이 발생이 관찰되었습니다. 연구에는 보드의 수분 흡수 및 탈착 특성 조사도 포함되었으며, 이는 보드가 상당량의 염화물이 함유된 물을 방출하여 밀폐되거나 반밀폐된 공간에서 손상을 악화시킨다는 점을 확인했습니다.

터널은 본질적으로 환기 제한, 지하수 침투, 결로 현상으로 인해 높은 습도에 취약합니다. 홍콩 도로국에서 2023년 3월 발간한 ‘도로 터널 구조물 및 터널 건물 설계 지침서’는 이러한 환경에서 내구성 있는 재료의 필요성을 강조하며, 터널 설계 시 장기간 습기 노출을 고려해야 한다고 명시했습니다. 터널 환경에서는 건물 외벽에서 발생하는 수분 흡수 문제가 더욱 심화됩니다. 마그네슘 산화물 보드에서 용출된 염화물이 핵심 철근 보강재, 제트 팬, 케이블 트레이, 앵커를 부식시켜 조기 구조적 결함과 유지보수 비용 증가를 초래할 수 있습니다. 개방된 외벽과 달리 터널은 밀폐된 공간으로 수분 축적을 완화하기 어려워 사소한 누수가 광범위한 열화로 이어질 수 있습니다.

화재 안전 문제 및 유독 가스 방출

습기 문제 외에도 MgO 보드는 화재 시 심각한 위험을 초래하며, 이는 터널 설계에서 핵심 고려 사항이다. 국제 터널 및 지하 공간 협회(ITA) 유지보수 및 수리 작업 그룹 6은 2017년 도로 터널 구조물 화재 방지에 관한 보고서에서 마그네슘 옥시클로라이드 기반 재료를 터널 화재 방지에 부적합한 재료로 명시적으로 분류했다. 이 보드는 흔히 “섬유 강화 마그네슘” 또는 “규산염 및 첨가제가 포함된 산화 마그네슘”으로 판매되며, 기술적 및 생명 안전 위험을 초래하는 염화물을 함유하고 있습니다.

화재 발생 시 MgO 보드는 고독성·부식성 물질인 염화수소(HCl) 가스를 방출할 수 있습니다. 이 가스는 터널 내 체류 환경을 악화시켜 대피자와 구조대원에게 위험을 초래할 뿐만 아니라 주변 금속 부품의 부식을 가속화합니다. ITA 보고서는 고온 노출 시 보드가 분해되어 HCl을 방출함으로써 시야를 저해하고 호흡기를 자극하며 긴급 작전을 방해할 수 있음을 강조합니다. 보고서에 인용된 호주 연구를 포함한 독립 연구들은 특히 염화물 용출이 이미 문제인 고습도 조건에서 이러한 재료가 터널 내구성과 안전성을 저해한다고 결론지었습니다.

터널은 차량 통행, 연료 적재량, 제한된 탈출로로 인해 화재 발생 위험이 높은 환경입니다. 홍콩 지침서는 극한 상황에서도 구조적 무결성을 유지할 수 있는 내화 시간(FRP)과 열 차단 장치의 중요성을 강조합니다. 산화 마그네슘 보드는 통제된 건축 환경에서는 내화성을 보이지만, 터널에서는 이러한 엄격한 요건을 충족하지 못합니다. 고열 하에서 분해될 경우 화재 확산을 가속화하고, 짙은 연기를 방출하며, 유독 가스를 생성하여 PIARC(세계도로협회) 및 ITA와 같은 기관이 제시한 생명 안전 기준을 위반할 수 있습니다.

터널 적용 시 유지보수 및 내구성 문제

터널 구조물은 탁월한 수명을 요구하며, 홍콩 가이드라인에 따르면 설계 수명은 종종 100년을 초과합니다. 점검 접근성 확보, 방수 처리, 환경 스트레스 요인에 대한 저항성 등 유지보수 고려사항이 최우선입니다. 덴마크 연구에 따르면 MgO 보드는 습기로 인한 직접적 손상뿐만 아니라 곰팡이 증식 같은 간접적 문제도 유발하며, 터널의 습하고 어두운 내부 환경에서 이러한 문제가 확산될 수 있습니다.

정기 점검이 어렵고 비용이 많이 드는 터널에서 마그네슘 산화물 보드 사용은 부식이나 수분 손상을 해결하기 위한 빈번한 개입을 필요로 합니다. ITA 보고서는 염화물 용출이 장기 내구성에 부정적 영향을 미쳐 고비용 수리나 심지어 터널 폐쇄로 이어질 수 있다고 경고합니다. 이 보드에 때때로 포함된 유기물은 생물학적 성장을 촉진하여 위생 및 구조적 문제를 악화시킬 수 있습니다.

터널의 밀폐된 특성은 건물에 비해 이러한 문제를 증폭시킵니다. 예를 들어, 환기되는 외벽에서는 과도한 수분이 증발하거나 배수될 수 있지만, 터널에서는 수분이 고여 지속적인 습기와 가속화된 열화를 초래할 수 있습니다. ITA와 홍콩 고속도로국의 지침 모두 염화물 관련 단점 없이 습기와 화재에 대한 저항성이 우수한 칼슘 실리케이트 보드나 버미큘라이트/시멘트 스프레이와 같은 재료를 권장합니다.

결론

일반 건설에서 MgO 보드가 비용 효율성과 화재 등급으로 매력적으로 보일 수 있지만, 실제 적용 사례와 전문가 지침은 이들이 터널에 부적합함을 분명히 보여줍니다. 수분 흡수로 인한 염화물 용출, 부식, 곰팡이 발생; 화재 시 유독성 염산(HCl) 방출; 장기적인 유지보수 부담은 이러한 핵심 인프라 프로젝트에서 위험한 선택이 됩니다. 터널 설계자와 엔지니어는 ITA 및 지방 당국과 같은 기관의 권고를 따르고, 안전성, 내구성 및 운영 신뢰성을 보장하는 검증된 염화물 무함유 재료를 선택해야 합니다. 마그네슘 산화물 보드를 피함으로써 지하 교통망에 대한 생명과 투자를 더 잘 보호할 수 있습니다.

출처:

Carsten Rodea*, Tommy Bunch-Nielsenb, Kurt Kielsgaard Hansena, Bent Grelk – 마그네슘 산화물 보드가 덴마크 신축 건물 외벽 내부에서 습기 손상을 유발함

ITA – 터널 구조물 화재 방지 – 작업 그룹 6 – 유지보수 및 수리

HyD가 유지 관리할 도로 터널 구조물 및 터널 건물 설계 지침서

Stefanie Wøhler Nielsen, Carsten Rode,*, Tommy Bunch-Nielsen, Kurt Kielsgaard Hansen, Wolfgang Kunther, and Bent Grelk – 외벽 외장재로 사용되는 산화마그네슘 보드의 특성