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문제 정의
- 본 연구에서는 기존의 FPR 공법의 장점인 통수성, 시공성 및 경제성을 유지하며, 환경 유해 물질 미 발생 및 구조적 특성에 장점을 지닐 수 있는 하수관로 부분 보수 공법을 연구하였다. 특히 뒤틀림 방지 대책을 하수관로 부분 보수 공법에 적용시켜 기존 하수관로 보수에서 문제가 되는 뒤틀림 방지 방안에 초점을 맞추어 연구를 수행하였다.
제안 방법
- Fig. 4에서는 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 활용한 공법을 실시한 하수관거의 (a) 인장강도와 (b) 굽힘강도의 개선 정도 파악하기 위해 기존에 연구된 하수관거 부분 보수 공법의 인장강도와 굽힘강도를 비교하였다. Fig.
- 05 mm를 초과하는 균열이 발생하였을 때, 최대 하중을 구하고 유효길이로 나누어 산출하였다. 그 외 시험은 자체시험을 실시하여 검증하였다.
- 기존의 하수관거 부분 보수 공법의 문제점 개선을 위해 본 연구에서 제안한 방법은 하수관 유지보수를 위한 공법으로 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 활용한 방법이다. 먼저, 유리섬유는 하수관거 보호 보수재로 활용하며, 단부형태를 U형으로 하여 단부 보호에 유리하다.
- 두 항목의 시험 방법을 요약하면, 압축강도의 경우 시험편의 길이, 너비, 두께 및 높이를 정확하게 측정한 후 평형을 확인한 후 압축 시험 장치에 올려놓고 시험편과 시험 장치 중심선과 평형을 조절한다. 재료 시험기로 압축 시험 장치의 시험편에 하중을 가하고 시험편이 파괴되었을 때의 하중을 측정하였다. 인장강도는 시험편의 평행 부분의 나비 및 두께를 정확히 측정한 후 고정 장치에 시험편을 붙여서 힘의 작용점이 시험편의 중심 축선과 일치하도록 한다.
- 본 연구에서는 기존의 FPR 공법의 장점인 통수성, 시공성 및 경제성을 유지하며, 환경 유해 물질 미 발생 및 구조적 특성에 장점을 지닐 수 있는 하수관로 부분 보수 공법을 연구하였다. 특히 뒤틀림 방지 대책을 하수관로 부분 보수 공법에 적용시켜 기존 하수관로 보수에서 문제가 되는 뒤틀림 방지 방안에 초점을 맞추어 연구를 수행하였다.
- 파괴하중은 원심력 철근 콘크리트관 (KS F 4403)에 의거하여 실시하였다. 파괴 하중은 시험관체에 하중을 가하여 시험관체에 0.05 mm를 초과하는 균열이 발생하였을 때, 최대 하중을 구하고 유효길이로 나누어 산출하였다. 그 외 시험은 자체시험을 실시하여 검증하였다.
대상 데이터
- 7은 하수관거 직경 별 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 활용한 공법 적용 유무에 따른 확경 시 뒤틀림에 대한 변형을 보여주고 있다. 실험 조건 하수관거 직경은 소규경 하수관거 (300 mm), 중구경 하수관거 (600 mm) 그리고 대구경 하수관거 (900 mm)로 선정하였다. 실험 결과 모든 하수관거 직경 조건에서 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 활용한 공법을 적용한 경우 뒤틀림 변형이 감소한 것으로 나타났다.
이론/모형
- 본 연구에서 인장강도, 압축강도 및 파괴하중은 공인인증시험 기관을 통하여 실시하였다. 인장강도와 압축강도의 경우 열경화성 플라스틱 일반 시험 방법 (KS M 3015)에 의거하여 실시하였다. 두 항목의 시험 방법을 요약하면, 압축강도의 경우 시험편의 길이, 너비, 두께 및 높이를 정확하게 측정한 후 평형을 확인한 후 압축 시험 장치에 올려놓고 시험편과 시험 장치 중심선과 평형을 조절한다.
- 그 시험편에 하중을 가하여 시험편의 거의 중앙 부분에서 부러졌을 때의 하중을 측정하였다. 파괴하중은 원심력 철근 콘크리트관 (KS F 4403)에 의거하여 실시하였다. 파괴 하중은 시험관체에 하중을 가하여 시험관체에 0.
성능/효과
- 산정 시공 단가는 본 연구에서 연구한 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 활용한 공법의 단가를 100%로 기준하여 하수관거 관경 별 단가 비를 나타내었다. 300mm인 소규경 하수관로 단가의 경우 A 공법보다 12% 그리고 B 공법보다 16% 높은 것으로 조사되었다. 하수관거의 직경이 증가할수록 점차 단가비가 증가하는 경향을 보였다.
- 6은 선행 연구 결과와 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 활용한 공법의 파괴하중 개선 효율을 비교하였다. Advanced research A 연구에서의 파괴하중 개선 효과가 가장 뛰어난것으로 조사되었으나, 본 연구에서의 파괴하중 개선 효과 차이는 약 20% ~ 30% 정도로 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 하지만 Advanced research B 연구 결과와는 약 2배 정도의 큰 개선 효과 차이를 보이는 것으로 나타났다.
- 본 연구 결과 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 이용한 보수 공법 실시를 통해 인장강도, 압축강도 파괴하중 및 뒤틀림 변형이 개선됨을 확인하였다. 기존의 하수관거 부분 보수 공법과 비교하여 인장강도 22 ~ 48%, 굽힘강도 28 ~ 54% 및 파괴하중의 경우 약 230%의 높은 개선 효과를 보이는 것으로 나타났다. 또한 뒤틀림 변형의 경우 본 공법의 뒤틀림 방지 밴드를 적용함에 따라 약 53% 정도의 개선 효과가 있음을 확인하였다.
- 기존의 하수관거 부분 보수 공법과 비교하여 인장강도 22 ~ 48%, 굽힘강도 28 ~ 54% 및 파괴하중의 경우 약 230%의 높은 개선 효과를 보이는 것으로 나타났다. 또한 뒤틀림 변형의 경우 본 공법의 뒤틀림 방지 밴드를 적용함에 따라 약 53% 정도의 개선 효과가 있음을 확인하였다. 이는 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 이용한 보수 공법을 통해 하수관거 수명 및 보수 주기를 증가시켜 보수 품질을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
- 이는 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 이용한 보수 공법을 통해 하수관거 수명 및 보수 주기를 증가시켜 보수 품질을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. 마지막으로 기존 하수관거 보수 공법과의 시공 단가를 비교한 결과 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 이용한 보수 공법이 타 공법에 비해 경제성이 우수한 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 효율을 검증한 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드는 향 후 효과적인 하수관거 부분 보수 공법으로 활용 가능할 것으로 판단된다.
- 실험 결과 모든 하수관거 직경 조건에서 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 활용한 공법을 적용한 경우 뒤틀림 변형이 감소한 것으로 나타났다. 모든 하수관거 조건에서 뒤틀림 변형 감소율은 평균 53%를 보였으며, 특히 중구경 하수관로에서 뒤틀림 변형 감소율이 최대값인 59%를 보였다. Fig.
- 본 연구 결과 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 이용한 보수 공법 실시를 통해 인장강도, 압축강도 파괴하중 및 뒤틀림 변형이 개선됨을 확인하였다. 기존의 하수관거 부분 보수 공법과 비교하여 인장강도 22 ~ 48%, 굽힘강도 28 ~ 54% 및 파괴하중의 경우 약 230%의 높은 개선 효과를 보이는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 연구한 공법의 주요 특징 중 하나는 뒤틀림 방지 밴드를 적용함에 따라 뒤틀림에 대한 강한 저항을 들 수 있다. Fig.
- 실험 조건 하수관거 직경은 소규경 하수관거 (300 mm), 중구경 하수관거 (600 mm) 그리고 대구경 하수관거 (900 mm)로 선정하였다. 실험 결과 모든 하수관거 직경 조건에서 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 활용한 공법을 적용한 경우 뒤틀림 변형이 감소한 것으로 나타났다. 모든 하수관거 조건에서 뒤틀림 변형 감소율은 평균 53%를 보였으며, 특히 중구경 하수관로에서 뒤틀림 변형 감소율이 최대값인 59%를 보였다.
- 5 MPa의 값을 보였다. 실험 결과 본 연구 개발 단계에서 하수관거의 안정적인 유지를 위해 목표로한 인장강도 150 MPa과 압축강도 120 MPa를 상회하는 값을 보이는 것으로 나타났다.
- 4 (b)에서는 기존의 연구 결과와 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 활용한 공법의 굽힘강도 비교 결과를 보여주고 있다. 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 활용한 공법으로 보강한 하수관거의 굽힘강도가 기존에 연구된 하수관거의 굽힘강도와 비교하여 높은 것으로 나타났다. Advanced research A 연구 결과와는 28%(119 N/mm2), Advanced research B 연구 결과와 비교하여 굽힘강도는 54% (230 N/mm2) 정도의 차이를 보였다.
- 3에서는 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 활용한 공법으로 보수한 하수관거의 인장강도 (KS M 3015)와 압축강도 (KS M 3015) 실험을 결과를 정리하여 보여주고 있다. 인장강도와 압축강도의 경우 각 각 최대 247 MPa과 219 MPa 값을 보였으며, median 값 193.5 MPa, 156.5 MPa의 값을 보였다. 실험 결과 본 연구 개발 단계에서 하수관거의 안정적인 유지를 위해 목표로한 인장강도 150 MPa과 압축강도 120 MPa를 상회하는 값을 보이는 것으로 나타났다.
후속연구
- 하지만 Advanced research B 연구 결과와는 약 2배 정도의 큰 개선 효과 차이를 보이는 것으로 나타났다. 기존에 연구된 결과와 파괴 하중 개선 효과 분석 결과 본 연구에서 연구한 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 활용한 공법을 활용하여 하수관거를 보수 할 경우 상당한 파괴하중 개선 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다. 지하 매설물인 하수관거의 경우 항시 누수 및 하수관거 파괴와 같은 보수 사항의 가시적인 확인이 불가능하다.
- 지하 매설물인 하수관거의 경우 항시 누수 및 하수관거 파괴와 같은 보수 사항의 가시적인 확인이 불가능하다. 따라서 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 활용한 공법을 통한 파괴하중 개선은 하수관거 수명 및 보수 주기를 증가시킬 수 있을 것으로 판단된다.
- 따라서 강도 보강 및 유지 관리를 위한 고압세정 또는 홍수시 손상될 위험성이 기존 기술에 비해 낮아 유지관리비용이 절감될 수 있는 기술이다. 또한 뒤틀림방지밴드를 적용하여, 보호 보수재의 양쪽 단부의 뒤틀림방지 및 외면밀폐재의 찢어짐 등의 변형을 방지함으로써 기존 하수관로의 예상 수명인 30년 이상 반 영구적으로 보수 품질을 유지할 수 있을 것으로 기대한다.
- 마지막으로 기존 하수관거 보수 공법과의 시공 단가를 비교한 결과 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 이용한 보수 공법이 타 공법에 비해 경제성이 우수한 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 효율을 검증한 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드는 향 후 효과적인 하수관거 부분 보수 공법으로 활용 가능할 것으로 판단된다.
- 또한 뒤틀림 변형의 경우 본 공법의 뒤틀림 방지 밴드를 적용함에 따라 약 53% 정도의 개선 효과가 있음을 확인하였다. 이는 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 이용한 보수 공법을 통해 하수관거 수명 및 보수 주기를 증가시켜 보수 품질을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. 마지막으로 기존 하수관거 보수 공법과의 시공 단가를 비교한 결과 유리섬유와 뒤틀림 방지 밴드를 이용한 보수 공법이 타 공법에 비해 경제성이 우수한 것으로 나타났다.
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