[논문]화학침식에 의해 열화된 하수관로 갱생 공법에 관한 연구

이희원

문제 정의

본 기술은 프로파일을 지상으로부터 관내에 설치한 제관기로 보내고, 제관기가 이 공급된 프로파일을 연속 적으로 감합하여 기설관내에 갱생관을 형성하고 이 기설관과 갱생관 사이의 간극에 이입재를 제관후에 충전함으로써 기존관거와 갱생관이 일체화된 복합관을 형상하는 것이다. 따라서 본 공법의 주요재료는 < 그림7 >에 나타낸바와 같이 프로파일 및 이입재이다.
본고는 하수시설을 중심으로 원형관거시설과 박스형의 열화실태 및 메커니즘과 열화특성을 고려한 재료 및 방법의 개발과 요구 성능에 따른 물성을 고찰하고자 한다.
프로파일의 리브사이에 장착시키는 소재로서 그 목적은 ①제관한 관의 강성을 향상시키고 ②비원형관거 갱생 시 스틸보강재의 소성변형을 이용함으로써 그 단면성상을 유지시키고 ③모르타르와 일체화됨에 따라 기존관의 내하력을 향상시키는 보강철근으로서 활용하는 것 등을 목적으로 사용되는 보강재이다. 스틸보강재의 형상치수 및 특성은 < 그림 10 >과 [ 표 10 ]에 나타낸다.

가설 설정

① 비빔직후 및 비빔 30분 후 플로우치가 300 mm 이상일 것

제안 방법

비확산성시험은 다음과 같이 2가지 방법으로 실시하였다. ① 팻트에 적당량의 물을 넣고 110 mℓ의 본 모르타르를 중앙부에 조용히 투입하여 10분 후까지 비확산성을 검토하였다. ② 빈 팻트의 중앙부에 110 mℓ의 본 모르타르를 투입한 후 팻트를 경사지게 하면서 상부로부터 물을 흘리면서 비확산성을 검토한 결과 <그림 19∼22>에 나타낸 바와 같이 비확산성은 매우 우수한 것으로 나타났다.
시험방법으로는 에 나타낸 바와 같이 주입 플랜트차 및 압송용 배관을 지상에 설치하여 약 200 m를 연속하여 본 모르타르의 압송시험을 행하였다.
콘크리트의 부착력시험은 ｢JIS A6203 시멘트혼화용 폴리머디스퍼젼｣에 준하여 <그림 17>과 같이 행하였다. 시험체 치수는 콘크리트 기판 위에 40 mm × 40 mm ×10 mm의 형상으로 본 모르타르를 피복하여 측정재령은 4주에 행하였다. 시험결과의 평균치는 1.
시험방법으로는 <그림 25>에 나타낸 바와 같이 주입 플랜트차 및 압송용 배관을 지상에 설치하여 약 200 m를 연속하여 본 모르타르의 압송시험을 행하였다. 압송저항은 약 20 m 간격으로 설치한 압력게이지에 따라 그 상승압력을 계측하여 확인하였고 또한 재기동 저항에 관해서는 10분간 운전 정지 시간을 설정하여 재기동을 행하였다. 측정결과 연속운전 시 200 m의 모르타르의 압송은 가능하였다.
일본 하수도협회구격 ｢하수도용경질염화비닐관(JSWAS K-1)｣에 준하여 에 나타낸바와 같이 보강재가 삽입된 프로파일을 장방형제관 후의 편평 시의 하중과 처짐량을 연속적으로 측정하였다.
제관기와 부대설비의 성능평가 및 제관후 치수와 안전성평가를 수행하기 위하여 자주식제관기에 의하여에 나타낸바와 같이 스틸보강형 프로파일의제관을 행하였다.
프로파일 및 보강재를 사용하여 구형관거를 제관한 경우에 감합부가 소정의 수밀성능을 유지하고 있는지를 파악하기 위하여 및 에 나타낸 바와 같이 JSWAS K-2에 근거하여 시험체의 평판감합부에 내수압 또는 외수압을 가한 경우의 누수 및 압력 변화의 유무를 평가하였다.

대상 데이터

따라서 본 공법의 주요재료는 에 나타낸바와 같이 프로파일 및 이입재이다.

이론/모형

앞에서 기술한 바와 같이 하수시설의 열화원인이 주로 화학적침식에 의한 것임을 감안할 때 내약품성 등의 성능이 매우 중요한 것으로 판단됨으로서 JSWAS K-1의 ｢하수도용경질염화비닐관｣의 침적시험에 준하였다. 온도 60 ℃ ± 2 ℃로 공시체를 5시간 침적한후 유수 중에서 5초간 세정한 후 표면수분제거 후 중량을 측정하였다.
콘크리트의 부착력시험은 ｢JIS A6203 시멘트혼화용 폴리머디스퍼젼｣에 준하여 과 같이 행하였다.

성능/효과

(4) 황산에 의한 콘크리트의 화학적 침식의 순으로 진행되어 생물반응, 화학반응, 물리반응이 복합된 현상이다.
1) 황산이온 농도가 높다
2) 하수상부에 산소공급이 적어 혐기성조건이 되기 쉽고 하수의 정체시간이 길다.
2. 경질염화비닐(이하 프로파일)은 변위량의 최소화 하기 위한 평편성 시험에서 보강재가 삽입된 경우 5%이하의 변위 량을 나타내었다. 내외수압 저항성에서는 3분간 1 kgf/cm² 의 압력에도 누수 및 압력의 이동이 없었으며 약품침지에 따른 중량변화량이 0.
3) 수온이 황산염환원세균의 증식이 적합하다.
3. 주입재인 모르타르는 콘크리트와 부착력은 1.7로 보수재료를 기준으로 하는 1.0을 상회하는 값을 얻었다. 밀실한 채움을 위하여 무수축 특성을 지녀야 하며 이 재료의 팽차율은 0.
① 팻트에 적당량의 물을 넣고 110 mℓ의 본 모르타르를 중앙부에 조용히 투입하여 10분 후까지 비확산성을 검토하였다. ② 빈 팻트의 중앙부에 110 mℓ의 본 모르타르를 투입한 후 팻트를 경사지게 하면서 상부로부터 물을 흘리면서 비확산성을 검토한 결과 <그림 19∼22>에 나타낸 바와 같이 비확산성은 매우 우수한 것으로 나타났다.
온도 60 ℃ ± 2 ℃로 공시체를 5시간 침적한후 유수 중에서 5초간 세정한 후 표면수분제거 후 중량을 측정하였다. 그 결과 본 프로파일은 [ 표 11 ]에 나타낸바와 같이 각 시험액에 대하여 내약품성이 매우 우수한 것으로 평가되었다.
그 후 부식된 콘크리트로부터 ‘Thiobacillus neapolitanus’, ‘Thiobacillus intermedius’, ‘Thiobacillus novellus’ 등 다종의 Thiobacillus류 황산화세균이 발견되었으며 이러한 세균들이 콘크리트의 부식에 관여하는 것으로 알려지게 되었다.
0을 상회하는 값을 얻었다. 밀실한 채움을 위하여 무수축 특성을 지녀야 하며 이 재료의 팽차율은 0.8%을 나타내었으며 산성에 대한 저항성은 일반 콘크리트에 비해 우수하였다. 유수 중 사용을 위해 물속에서의 비산여부를 판단한 결과 기존 모르타르에 비해 비확선성이 우수하였다.
상세한 조사결과로부터 얻어진 수치를 기본으로 현장의 상황을 시뮬레이션한 부식시험을 콘크리트 보호층과 콘크리트의 각각에 관하여 실시하여 얻어진 데이터를 기초로 하여 현재의 열화진행사항을 파악하여 향후의 진전을 예측하는 방법이 가장 바람직하다. 표면으로부터 침식이 서서히 진행하고 있는 화학적 부식의 경우에는 기본적으로는 콘크리트의 보호층과 콘크리트의 각각에 대하여 t 측을 적용하여 침식깊이를 예측할수 있다.
그림 15. 프로파일 편평시험

시험결과 재하에 의하여 변위를 5 % 부가하여도 스틸 보강재의 탈락 및 변형은 발생하지 않고 하중 제거 후는 본래의 형태대로 회복되는 것을 확인하였다.
시험체 치수는 콘크리트 기판 위에 40 mm × 40 mm ×10 mm의 형상으로 본 모르타르를 피복하여 측정재령은 4주에 행하였다. 시험결과의 평균치는 1.74 MPa로 기준치에 비하여 높게 나타나고 있음을 알 수 있었다.
8%을 나타내었으며 산성에 대한 저항성은 일반 콘크리트에 비해 우수하였다. 유수 중 사용을 위해 물속에서의 비산여부를 판단한 결과 기존 모르타르에 비해 비확선성이 우수하였다. 장거리압송시험결과 200m까지 40분 경과에서도 재료 분리 및 경화 없이 안정적인 압송이 가능하였다.
이러한 산성액에 대한 주입재료의 저항성 검토를 위해 원형공시체를 제작 후 28일간 기중양생한 것을 2%의 염산수용액에 침적시킨 결과 및 에 나타낸 바와 같이 보통 콘크리트 대비 매우 우수한 내산성을 보유한 것으로 평가되었다.
59 ppm 정도로 검출되었다. 이상의 특정결과를 종합하면 철근 콘크리트 복개구조물 내부의 환경은 하수박스 구조물과 크게 상이하지 않음을 알 수 있으며 콘크리트 하수암거와 유사한 화학적 침식을 받을 것으로 평가된다.
유수 중 사용을 위해 물속에서의 비산여부를 판단한 결과 기존 모르타르에 비해 비확선성이 우수하였다. 장거리압송시험결과 200m까지 40분 경과에서도 재료 분리 및 경화 없이 안정적인 압송이 가능하였다.
판정기준은 [표 13]에 나타낸 바와 같이 소정의 기준치에 있어서 누수 및 압력변화가 없는 것을 확인하는 것으로 측정결과는 누수 및 압력변화가 없는 것으로 평가되었다.
그때의 압송저항계측결과를 [표 15]에 나타내었다. 펌프의 최대압력은 20분 경과 시에 0.75 MPa였으나 운전정지 후의 재기동 시에 있어서는 최대압력은 2.2 MPa까지 상승하고 배관의 약 150 m 부위에서는 약간 막히는 현상이 발생하였으나 시간경과와 더불어 펌프압력은 1.7 MPa까지 하강하고 일정한 상태로 되었다. 따라서 압송배관의 사이즈와 골재입도 등에 대한 검토를 실시한 후 다시 동일시험을 실시할 예정으로 있다.
제관기와 부대설비의 성능평가 및 제관후 치수와 안전성평가를 수행하기 위하여 자주식제관기에 의하여<그림 16>에 나타낸바와 같이 스틸보강형 프로파일의제관을 행하였다. 평가항목으로는 제관기 및 부대설비의 모의관로 내에서 제관동작 확인과 연속운전 확인을 실시한 결과 모의관로 길이인 10 m의 거리를 문제없이 연속적으로 제관이 가능하였으며 제관기 및 부대설비의 특이할만한 마모 등 고장은 없었다.

후속연구

4. 이 기술에서 개발된 재료 및 공법으로 현재 하수 시설 및 농촌수리시설을 중심으로 약 300여건 이상의 시공실적을 확보 하고 있으며 앞으로도 꾸준한 연구와 기술개발을 통해 한층 더 효율적인 기술로 연구 개발 예정이다.
7 MPa까지 하강하고 일정한 상태로 되었다. 따라서 압송배관의 사이즈와 골재입도 등에 대한 검토를 실시한 후 다시 동일시험을 실시할 예정으로 있다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	각종 열화 인자에 의해 구조물의 사용수명은 어떤 변화가 있나?	콘크리트 구조물은 반영구적인 것으로 인식하고 있다. 그러나 각종 열화 인자에 의해 구조물의 사용수명은 급속히 단축된다. 하수시설 내에서는 황산이외에도 다양한 염류에 의하여 콘크리트구조물이 부식될 가능성이 있지만 황산에 의한 부식이 가장 대상범위가 넓고 부식속도가 빠르기 때문에 부식현상이 발견되면 급속하고 적절한 대응조치가 필요하다.
	콘크리트의 부식은 황산화세균이 번식하고 있는 하수도관 하수도처리장의 콘크리트조에서 수면 또는 수면 상부에 비교적 산소의 공급량이 많은 부분에 현저하게 발생되는 것이 일반적인 이유는?	콘크리트의 부식은 황산화세균이 번식하고 있는 하수도관 하수도처리장의 콘크리트조에서 수면 또는 수면 상부에 비교적 산소의 공급량이 많은 부분에 현저하게 발생되는 것이 일반적이다. 그 이유는 하수로부터 발생 되는 황화수소를 황산으로 산화시키는 원인미생물인 황산화세균이 증식하여 산소를 필요로 하는 절대호기성세균(絶對好氣性細菌)이 이곳에 존재하기 때문이다.
	콘크리트의 부식은 주로 발생되는 곳은?	콘크리트의 부식은 황산화세균이 번식하고 있는 하수도관 하수도처리장의 콘크리트조에서 수면 또는 수면 상부에 비교적 산소의 공급량이 많은 부분에 현저하게 발생되는 것이 일반적이다. 그 이유는 하수로부터 발생 되는 황화수소를 황산으로 산화시키는 원인미생물인 황산화세균이 증식하여 산소를 필요로 하는 절대호기성세균(絶對好氣性細菌)이 이곳에 존재하기 때문이다.

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