사진. 한국철도기술연구원

한국철도기술연구원(이하 KRRI)이 폐플라스틱을 재활용한 자원순환형 복합재 침목(Circular Composite Sleeper, 이하 CCS)을 상용화하고 부산도시철도 현장에 적용했다.

KRRI는 지난 6월 부산도시철도 2호선 양산회차선 노후 분기기 개량 구간에 CCS 부설을 완료했다고 밝혔다. 이번 현장 적용은 연구개발을 넘어 실제 도시철도 운영 환경에서 성능을 검증하는 사례로, 친환경 철도 구조재의 상용화를 본격화했다는 의미를 갖는다.

CCS는 폐플라스틱을 철도용 구조재로 재활용해 제작한 친환경 침목이다. 사용 이후에도 분쇄와 재가공을 거쳐 다시 활용할 수 있어 철도 인프라 분야의 자원순환성을 높일 수 있는 것이 특징이다.

또한 유리섬유 보강 복합재 기술을 적용해 기존 목침목 수준의 절단과 천공 등 현장 가공성과 시공성을 유지하면서도 휨강도와 휨강성, 연성, 치수 안정성을 확보했다. 수분과 부패, 충해 등 목침목의 대표적인 열화 요인에도 높은 저항성을 보여 장기 내구성과 유지관리 효율 향상도 기대된다.

KRRI는 CCS가 200만 회 이상의 반복하중 시험에서도 구조적 손상이나 파단 없이 주요 기계적 성능을 안정적으로 유지하는 것을 확인했으며, 목침목 생산 감소와 친환경 대체재 수요 증가에 대응할 수 있는 지속가능한 철도 인프라 기술로 개발했다고 설명했다.

이번 CCS는 부산도시철도 2호선 양산회차선 노후 분기기 개량 구간 가운데 기존 목침목이 설치돼 있던 구간에 적용됐다. 현장에는 CCS 분기침목 1틀이 설치됐다.

적용 구간은 교량 상부 콘크리트 도상에 설치된 시사스분기기(Scissors Turnout) 구간으로, 4개의 분기기와 중앙 다이아몬드 크로싱이 결합된 복잡한 구조를 갖고 있다. 레일과 크로싱, 가드레일, 체결장치 등이 조밀하게 배치돼 침목 길이와 체결 위치가 구간마다 달라지는 특성이 있어 분절형 CCS 분기침목이 적용됐다.

해당 구간은 공사기간 단축과 장비 투입 최소화, 교량 구조물의 중량 제약 대응, 정밀한 현장 시공성이 중요한 조건이었다. CCS는 기존 목침목 수준의 현장 가공성을 유지하면서도 구조성능과 내구성, 유지관리성을 개선할 수 있어 대안 기술로 채택됐다.

특히 목재처럼 절단과 천공이 가능해 체결장치 위치 조정이 필요한 분기기와 레일 이음매 등 특수 구간에도 유연하게 적용할 수 있으며, 콘크리트 침목보다 가벼워 교량부나 노후 구조물, 장비 진입이 어려운 구간에서도 추가 보강 부담을 줄이고 시공성을 높일 수 있다.

또한 도시철도 콘크리트 도상에서는 기존 목침목이 수분을 흡수하면서 방진패드와 탄성받침패드의 열화를 촉진하는 문제가 있었지만, CCS 적용으로 이러한 유지관리 부담도 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

KRRI는 CCS를 2024년부터 2025년까지 기본사업인 ‘철도 신산업 창출을 위한 핵심기술 개발’ 과제를 통해 민간기업 아이더블유엠티와 공동 개발했으며, 기술이전도 완료했다.

연구 과정에서 제품 설계와 재료 성능 분석, 구조 성능 평가, 반복하중 시험, 현장 적용성 검토 등을 수행해 기존 목침목의 시공 장점과 복합소재의 장기 내구성, 자원순환성을 결합한 철도 현장 적용형 침목 기술을 확보했다.

KRRI 향후 노후 목침목 교체뿐 아니라 교량부와 분기기, 레일 이음매, 산업철도, 도시철도 특수 구간 등 다양한 철도 시설로 적용 범위를 확대하고 장기 모니터링을 통해 기술을 지속 고도화할 계획이다.

KRRI 김지환 책임연구원은 “이번 성과는 공공 연구기관과 민간기업이 공동 개발한 복합소재 기반 철도용품 기술이 실제 도시철도 현장에 적용된 사례”라며 “장기 모니터링과 현장 피드백을 바탕으로 CCS의 성능을 지속적으로 검증하고 적용 구간 확대를 위한 기술 고도화를 추진하겠다”라고 말했다.

KRRI 사공명 원장은 “자원순환형 복합재 침목은 철도 시설물의 안전성과 지속가능성을 동시에 확보할 수 있는 핵심 기술”이라며 “앞으로도 탄소중립 철도기술의 실용화와 산업계 확산을 위한 연구를 지속 확대해 나가겠다”라고 밝혔다.