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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 터널 내로 침출수가 발생한 터널 중 황산염 이온 농도가 가장 높게 조사된 Tumel C 의 콘크리트 라이닝에서 성능 저하 현상이 명백하게 진행된 부분의 샘플을 채취하여 XRD, SEM 및 EDS 등 기기분석을 실시하였다.
- 본 연구에서는 7개의 터널 구조물을 대상으로 현장 조사 시 누수가 발생한 5개의 터널에서 지하수의 유해 이온 유무를 확인하기 위하여 무균채수병으로 침출수를 채취하여 수질검사를 실시하였다. Tunnel D와 F의 경우는 현장 조사 당시 터널 주변에 존재하는 지하수의 수질분석을 위해 필요한 최소량을 채취할 수 없을 만큼 침술 수가 발생하지 않아서 수질분석을 수행하지 않았다.
- 지난 7개의 터널을 선 정히.여 외관조사를 비롯한 코어 채취에 의한 역학적인 특성을 조사하였다. 조사대상 터널 구조물은 여러 가지 이유로 인하여 사용이 중지된 지 10〜40여 년이 경과하였으며 모두 마제형식의 콘크리트 라이닝 구조물이다.
제안 방법
- 따라서 본 연구에서는 준공년도가 다양한 7개의 철도 폐터널 구조물을 선정하여 콘크리트 라이닝의 성능 저하 원인을 재료적인 측면에서 검토 분석하였다 여러 가지 이유로 공용중단된 폐터널을 대상으로 외관조사를 비롯하여 비파괴시험 및 코어를 채취하였으며 채취한 코어 시편을 이용하여 압축강도 탄산화 및 기기분석 등 실내실험을 실시하여 지하수 및 토양횐경에 노출된 콘크리트라 이닝의 성능저하 원인을 물라 화학적으로 검토하였다.
- 반발 경도법에 의한 비파괴 압축강도 측정은 슈미트 해머를 이용하여 각 측정 개소마다 측정한 20개의 반발경도 값을 평균하여 결정하였다.
- 본 연구에서는 터널 구조물에서 채취한 콘크리트 라이닝의 코어 공시 체를 대상으로 1% 페놀프탈레인 법으로 탄산화 깊이를 측정하였다. 그림 8은 측정된 탄산화 깊이 결과를 보여주고 있으며, 각 터널에서 측정된 최대, 최소 및 평균 탄산화 깊이를 나타내고 있다.
- 이에 유해 이온의 유무를 확인하기 위하여 터널주변에 흐르는 지하수와 라이닝 표면에서 누수되는 침출수를 무균채수병으로 채수하여 국내 공인기관에 수질검사를 의뢰하여 유해물질의 함유량을 분석하였다 또한 콘크리트 라이닝의 압축강도를 측정하기 위하여 비파괴 검사법과 코어를 이용한 실내파괴시험을 통하여 측정하였다. 비파괴 검사는 슈미트 해머를 이용하여 터널 전반부에 걸쳐각 측정 개소마다 타격점 상호 간 30 mm 간격으로 종횡으로 4x5열의 직선을 그어 직교하는 20점을 타격하여 그 평균값을 반발 경도로 결정한 후 일본 재료학회식 (Fc=1.3R-18.3 MPa)( 日木建築學會, 1983)을 이용하여 추정하였다. 슈미트 해머를 타격한 지점에서 코어를 채취하여 KS F 2405에 근거하여 실내 일축압축강도 시험을 실시하여 비교하였다.
- 3 MPa)( 日木建築學會, 1983)을 이용하여 추정하였다. 슈미트 해머를 타격한 지점에서 코어를 채취하여 KS F 2405에 근거하여 실내 일축압축강도 시험을 실시하여 비교하였다.
- 아울러 콘크리트 라이닝 구조물의 성능 저하 원인 및 정도를 분석하기 위하여 코어 시편을 채취하여 화학적 침식에 대한 원인분석을 수행하여 후자에 서술하였다.
- 또한 Romer(2002), 및 Feryburg and Berninger(2003) 등은 콘크리트 라이닝의 침식원인 중 노출 환경에 따라 황산염 이온에 의한 것도 있다는 현장 조사 결과를 발표한 바 있다. 이에 유해 이온의 유무를 확인하기 위하여 터널주변에 흐르는 지하수와 라이닝 표면에서 누수되는 침출수를 무균채수병으로 채수하여 국내 공인기관에 수질검사를 의뢰하여 유해물질의 함유량을 분석하였다 또한 콘크리트 라이닝의 압축강도를 측정하기 위하여 비파괴 검사법과 코어를 이용한 실내파괴시험을 통하여 측정하였다. 비파괴 검사는 슈미트 해머를 이용하여 터널 전반부에 걸쳐각 측정 개소마다 타격점 상호 간 30 mm 간격으로 종횡으로 4x5열의 직선을 그어 직교하는 20점을 타격하여 그 평균값을 반발 경도로 결정한 후 일본 재료학회식 (Fc=1.
- 조사 대상구조물의 외관 조사는 주로 터널 내부의 누수, 균열, 백화 박리 및 박락 등 성능저하 현상에 대하여 육안관찰을 실시하였다. 또한 Romer(2002), 및 Feryburg and Berninger(2003) 등은 콘크리트 라이닝의 침식원인 중 노출 환경에 따라 황산염 이온에 의한 것도 있다는 현장 조사 결과를 발표한 바 있다.
- 철도 폐터널을 이용하여 터널 콘크리트 라이닝의 성능 저하 원인을 현장 조사와 실내시험을 통하여 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 콘크리트 라이닝의 열화 원인을 분석하기 위하여 현장에서 채취한 코어 시편을 건전부위와 표면 열화 부위의 시료를 대상으로 하여 XRD, SEM 및 EDS 분석 등을 수행하였다.
- 터널 콘크리트 라이닝의 압축강도 특성을 알아보기 위하여 슈미트 해머를 사용한 반발 경도법에 의한 결과와 현장에서 채취한 코어 시편을 대상으로 측정한 일축 압축강도 결과를 측정하여 비교 분석하였다 터널의 연장에 따라 각각의 터널 콘크리트 라이닝에서 약 30 m 간격으로 반발경도를 측정한 후 동일지점에서 코어 드릴을 이용하여 압축강도 측정용 시편을 채취하였다. 반발 경도법에 의한 비파괴 압축강도 측정은 슈미트 해머를 이용하여 각 측정 개소마다 측정한 20개의 반발경도 값을 평균하여 결정하였다.
대상 데이터
- 여 외관조사를 비롯한 코어 채취에 의한 역학적인 특성을 조사하였다. 조사대상 터널 구조물은 여러 가지 이유로 인하여 사용이 중지된 지 10〜40여 년이 경과하였으며 모두 마제형식의 콘크리트 라이닝 구조물이다. 본 연구에서 폐터널을 사용한 것은 폐터널이 사용 중지된 후 전혀 유지관리가 되지 않으므로 콘크리트 라이닝의 열화정도 및 진행을 분명하게 보여줄 수 있다는 판딘에서다.
- 터널의 노후화에 따른 콘크리트 라이닝의 성능 저하 원인을 규명하기 위하여 그림 1에서와같이 준공된 지 40~70년이 지난 7개의 터널을 선 정히.여 외관조사를 비롯한 코어 채취에 의한 역학적인 특성을 조사하였다.
이론/모형
- 탄산화 깊이는 콘크리트 라이닝에서 채취한 코어 공시 체에 대하여 KS M 0015에 준하여 1% 페놀프탈레인 용액을 코어 시편에 분무하여 표면에서부터 변색 부위까지의 깊이를 탄산화 깊이로 하는 페놀프탈레인 법으로 측정하였다.
성능/효과
- 1. 7개의 철도 폐터널을 대상으로 외관 현장 조사를 실시한 결과, 준공년도에 관계없이 모든 터널에서 크고 작은 다양한 형태의 균열이 조사되었으며, 누수 빅리 /박락 콘크리트 탈락 등 열화 현상이 심각하게 진행된 것으로 조사되었다.
- 2. 콘크리트 라이닝의 탄산화 깊이 측정결과 전반적으로 경과 시간에 비하여 탄산화 진행이 느리게 나타났다. 그 이유는 터널의 연장이 비교적 짧아서 외기와의 통풍이 자유로울 뿐만 아니라 운행 중 발생하는 분진 등의 미세고형분이 표면에 부착되어 미세공극을 채워줌으로서 탄산가스가 콘크리트 내부로 침투되는 것을 막아주었기 때문으로 판단되었다.
- 3. 콘크리트 라이닝의 표면 열화 원인을 분석하기 위하여 대상 터널 구조물의 콘크리트 라이닝 주변 지하 공간으로부터 유입되는 침출수의 수질 및 기기 분석 결과침출수의 유해이온은 콘크리트 열화에 직접적인 영향을 미치는 농도는 아니었지만 일정한 농도의 유해 이온이 장기간 지속적으로 작용하여 침식을 받은 것으로 판단되었다.
- 4.터널 구조물의 콘크리트 라이닝에서 측정한 비파괴 압축강도와 동일한 위치에서 채취한 코어 시편을 대상으로 측정한 일축압축 강도는 콘크리트 라이닝의 표면의 건전 여부에 따라 상이한 결과를 나타내었다. 코어 시편의 압축 강도는 콘크리트 라이닝의 성능 저하 정도와 밀접한 관련이 있고 비파괴 압축 강도는 콘크리트 라이닝의 표면 열화 정도와 관련이 있는 것으로 판단되었다.
- 또한 portlandite 피크가 검출됨에 따라 향후 화학적 침식이 더욱더 진행될 수가 있다는 것을 보여주고 있다. 그리고 분석에 사용된 분말이 콘크리트 라이닝으로부터 채취하여 골재 성분으로 추정되는 quartz 피크가 높은 강도로 검출되었다.
- 또한 그림 6과 7에서 나타낸 바와 같이 콘크리트 라이닝의 표면 및 코어 시편을 통하여 관찰한 결과 시공 당시 콘크리트 라이닝의 골재 크기는 5 mm에서 150 mm 정도로 추정되어 품질이 일정하지 못한 것으로 판단되었다. 이러한 불균질한 골재 크기는 콘크리트 라이닝의 파괴압축강도 및 비파괴 압축강도 측정에 큰 영향을 준 것으로 판단되면 두 압축강도에 큰 차이를 보이는 중요한 원인으로 판단된다.
- 조사대상 터널 구조물은 여러 가지 이유로 인하여 사용이 중지된 지 10〜40여 년이 경과하였으며 모두 마제형식의 콘크리트 라이닝 구조물이다. 본 연구에서 폐터널을 사용한 것은 폐터널이 사용 중지된 후 전혀 유지관리가 되지 않으므로 콘크리트 라이닝의 열화정도 및 진행을 분명하게 보여줄 수 있다는 판딘에서다. 그림 1 에서 막대그래프는 페터널이 건설되어 사용 중지되기까지의 공용기간을 보여주고 있다.
- 많다. 본 연구의 조사 대상구조물 중 토피고가 1 m 내외인 Tunnel D의 경우를 제외한 모든 터널에서 누수 흔적이 다수 조사되었다 그림 2에서 보여주듯이 균열 및 누수로 인한 백색 및 붉은색 침전물이 용출되어 콘크리트 라이닝 표면을 덮고 있는 것을 확인할 수 있었다 특히 동절기에 조사된 Tunnel B의 경우 누수에 의한측빙도 조사되었다. 외관 조사 결과 터널의 준공 년 도와 공용기간에 관계없이 구조물이 위치한 노출환경에 따라 열화 정도가 다르게 나타났다.
- 본 연구의 조사 대상구조물 중 토피고가 1 m 내외인 Tunnel D의 경우를 제외한 모든 터널에서 누수 흔적이 다수 조사되었다 그림 2에서 보여주듯이 균열 및 누수로 인한 백색 및 붉은색 침전물이 용출되어 콘크리트 라이닝 표면을 덮고 있는 것을 확인할 수 있었다 특히 동절기에 조사된 Tunnel B의 경우 누수에 의한측빙도 조사되었다. 외관 조사 결과 터널의 준공 년 도와 공용기간에 관계없이 구조물이 위치한 노출환경에 따라 열화 정도가 다르게 나타났다.
- 전반적으로 경과 시간에 비하여 탄산화 진행이 느리게 나타났으며 또한 준공년도와 관계없이 또한 터널 연장이 400 이인 Tunnel F의 경우 준공년도가 빠른 Tunnel A, C, D 및 E의 경우보다 더 큰 결과 값을 나타내었다. 이와 같은 이유는 본 연구에서 대상으로 한 터널 구조물은 철도터널로서 터널 연장이 비교적 짧아서 지하철 터널의 경우보다 외기의 출입이 용이할 뿐만 아니라 열차 운행 중 발생하는 분진(0.
- 준공된 지 약 70년이 경과한 Tunnel C 구조물에 대한 기기분석 결과를 종합적으로 고찰해 볼 때, 터널 구조물 주변의 지반으로부터 유입된 지하수에 포함된 유해 이온, 특히 황산염 이온의 영향으로 인하여 반응생성물인 thaumasite와 ettringite가 생성될 가능성이 높다. 따라서 외부로부터 유입된 황산염 이온이 지배적으로 반응하였다고 추정할 수 있으며 수질 조사에서와 같이 황산염에 대한 농도는 콘크리트 라이닝을 열화시킬 정도는 아니지만 일정한 농도의 유해 이온이 장기적으로 침식한 결과로 판단된다.
- 터널 구조물의 콘크리트 라이닝에서 측정한 비파괴 압축강도와 동일한 위치에서 채취한 코어 시편을 대상으로 측정한 일축압축 강도는 콘크리트 라이닝의 표면의 건전 여부에 따라 상이한 결과를 나타내었다. 코어 시편의 압축 강도는 콘크리트 라이닝의 성능 저하 정도와 밀접한 관련이 있고 비파괴 압축 강도는 콘크리트 라이닝의 표면 열화 정도와 관련이 있는 것으로 판단되었다.
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