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무소음화학팽창제를 이용한 구조물 해체시 균열진전 촉진을 위한 천공홀의 배치

Arrangement of Agent Holes for Enhancing Crack Propagation in Structure Demolition Process using Soundless Chemical Demolition Agents

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.28 no.6, 2015년, pp.683 - 690  

남윤민 (한국해양대학교 기계공학과) ,  김경진 (한국해양대학교 토목환경공학과) ,  박상현 (한국해양대학교 기계공학과) ,  손동우 (한국해양대학교 기계공학부) ,  이재하 (한국해양대학교 건설공학과)

초록

해양암반이나 구조물 해체를 위한 전통적인 방법은 다이나마이트를 이용한 발파공법, 잭해머(Jackhammer)를 이용한 공법이다. 이러한 방법은 소음이나 폭발의 위험등으로 인해 사용에 많은 제약이 따른다. 이런 제한된 상황에서 사용할 수 있는 무소음화학팽창제(SCDA)의 사용이 증가하고 있는 추세이다. 그러나 무소음화학팽창제의 사용에 관한 규격이나 설계 및 시공에 대한 제안서는 현재 전무한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 다양한 조건(구조물의 구속, 천공홀의 크기, 천공홀의 수 등)에서 콘크리트 구조물에 균열이 생성, 진전될 수 있는 최소요구팽창압을 예측하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

For demolition of offshore facilities, traditional methods such as jackhammer and explosive methods have been often used in construction industry. However, prohibitions for use of those methods are becoming more rigorous especially in environmentally and historically sensitive areas. It was also rep...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 대부분 콘크리트의 수축균열 방지를 위한 팽창제 사용에 관한 연구가 대부분이고, 해양암반 및 구조물의 무소음, 무진동 공법에 관한 연구, 특히 구조물의 크기에 따른 요구팽창압에 대한 연구는 미미하다. 따라서 본 연구에서는 해양암반에서 균열진전 확인을 위한 경계조건을 구성하고, 다양한 경계조건에서 해양암반 및 구조물 해체에 필요한 최소요구팽창압 예측을 위한 유한요소해석을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 무소음화학팽창제를 이용한 해양암반에서의 균열의 생성 및 진전을 위한 해석조건을 구성하여 구조물 해체에서의 최소요구팽창압을 알아보는 해석을 수행하였다. 이를 통해 다음과 같은 결과를 얻어낼 수 있었다.
  • 천공홀의 개수에 따른 최소요구팽창압을 확인하기 위한 연구를 수행하였다. 구조물의 크기는 10000mm, 천공홀의 크기는 38mm로 설정하고 천공홀간의 간격을 등간격으로 구조물의 중앙에서부터 일직선으로 배치하여 해석을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무소음화학팽창제이 수화반응하면 어떻게 되는가? 1은 무소음화학팽창제를 이용한 콘크리트 균열시험 결과를 나타낸다. 무소음화학팽창제란 포틀랜드 시멘트와 비슷한 형태의 분말가루로서, 수화반응 시 150℃ 이상의 열과 함께 Ettiringite 결정체를 생산하여 구속되어 있는 조건에서 서서히 팽창압을 발현한다. SCDA를 활용하기 위한 개념은 1970년대 초반부터 제안되어 왔으나 40여년이 지난 현재까지도 SCDA에 대한 표준이 정립되지 못하고 있으며 아직까지도 발파해체공법에 비하여 단가가 높아 그 필요성에 비하여 활용빈도가 극히 낮은 수준이다(Huynh and Laefer, 2009).
잭해머(Jackhammer)를 이용한 공법의 한계점은? 구조물이나 암반 해체를 위해 가장 많이 사용하는 공법은 다이나마이트를 이용한 발파공법과 잭해머를 이용한 공법이다. 하지만 이러한 기존의 공법들은 주거 밀집지역이나 문화재가 가까운 지역에서는 발파에 의한 소음과 진동으로 인해 사용에 많은 제약이 따른다. 특히 해양환경에서의 발파작업은 그 위험도가 더욱 높을 뿐만 아니라 생태계교란 등에 의해 지역주민·단체들로부터 많은 반발에 부딪히고 있다. 이러한 발파공법이 제한된 공사현장에서 사용가능한 무소음화학팽창제(Soundless Chemical Demolition Agent, SCDA)의 필요성이 커지고 있다.
SCDA을 활용하지 못했던 이유는? 무소음화학팽창제란 포틀랜드 시멘트와 비슷한 형태의 분말가루로서, 수화반응 시 150℃ 이상의 열과 함께 Ettiringite 결정체를 생산하여 구속되어 있는 조건에서 서서히 팽창압을 발현한다. SCDA를 활용하기 위한 개념은 1970년대 초반부터 제안되어 왔으나 40여년이 지난 현재까지도 SCDA에 대한 표준이 정립되지 못하고 있으며 아직까지도 발파해체공법에 비하여 단가가 높아 그 필요성에 비하여 활용빈도가 극히 낮은 수준이다(Huynh and Laefer, 2009). Laefer 등(2010)의 연구에 따르면 SCDA의 사용단가는 다이너마이트 사용에 비하여 20배 이상인 것으로 확인된다.
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참고문헌 (9)

  1. ABAQUS (2014) ABAQUS Documentation, Dassault Systemes, Providence, RI, U.S.A. 

  2. CEB-FIP 2010 (2010) Final Draft CEB-FIP Model Code 1010, Bulletin Information Committee Euro-International, Beton, p.203. 

  3. Gambatese, J.A. (2003) Controlled Concrete Demolition using Expansive Cracking Agents, J. Constr. Eng. Manag., 129(1), pp.98-104. 

  4. Hinze, J., Brown, J. (1994) Properties of Soundless Chemical Demolition Agents, ASCE, J. Constr. Eng. & Manag., 120(4), pp.816-827. 

  5. Huynh, M.P., Laefer, D.F. (2009) Expansive Cements and Soundless Chemical Demolition Agents : State of Technology Review, 11th Conference on Science and Technology, Ho Chi Minh City, Bietnam. 

  6. Kim, G.W. (1998) Characteristics of Acoustic Emission by Expansive Cement Induced Rock Fractures, The J. Eng. Geol., 8(3), pp.207-213. 

  7. Laefer, D.F., Ambrozevitch-Cooper, N., Huynh, M.P., Midgette, J., Ceribasi, S., Wortman, J. (2010) Expansive Fracture Agent behaviour for Concrete Cracking, Mag. Conc. Res., 62(6), pp.443-452. 

  8. Lee, J., Fenves, F.L. (1998) Plastic-Damage Model for Cyclic Loading of Concrete Structures, J. Eng. Mech., 124(8), pp.892-900. 

  9. Lubliner, J., Oliver, J., Oller, S., Onate, E. (1989) A Plastic-Damaged Model for Concrete, Int. J. Solids & Struct., 25(3), pp.299-326. 

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