세계 최초 친환경 수중불분리성 그라우트 기술 개발
그라우팅 공법은 연약한 지반을 보강하거나 연약한 지반의 구조물 침하를 예방하기 위해 지반의 지지력을 보강하는 공법이다. 하지만 시공과 주입재의 환경적 측면에서 여러 가지 단점을 가지고 있어 이를 해결하기 위한 그라우트 기술이 요구되고 있다.
기존 그라우팅 공법의 시공적 측면에서 볼 때 자갈, 전석층과 같이 공극률이 매우 높은 지반에서는 지하수 흐름이 빠르고 시멘트 그라우트가 양생이 되기도 전에 소실돼 설계대로 시공이 어렵다는 점은 많은 지반공학 엔지니어들의 고민 중 하나다.
최근 이슈화 되고 있는 사면 앵커에서 인장력 부족현상은 지하수 흐름이 있거나 지하수가 존재하는 조건에서 작업 시 그라우트가 물에 희석돼 배합비(물/시멘트비) 변화가 유발되고 그에 따른 그라우트의 강도저하와 양생시간의 지연 등의 원인에 기인하고 있다.
또한 그라우팅 공법 주입재의 주요 구성 재료인 시멘트에는 일본과 한국의 경우 생산원가를 낮추기 위해 소각재와 같은 폐기물이 함유돼 있어 6가크롬, 비소, 카드늄 등과 같은 중금속이 다량 검출돼 환경단체들로부터 많은 비판을 받고 있는 실정이다.
이러한 문제 해결을 위해 전 세계적으로 수중불분리성 레미콘이 사용되고 있고 대부분이 고분자계 계열의 수중불분리제다. 하지만 고분자계 수중불분리제(Methyl Cellulose 계)는 화학적 특성상 용해성이 떨어져 그라우트 재료에는 적용이 불가능했다.
이에 따라 국내에서 세계 최초로 친환경 수중불분리성 그라우트라는 기술이 개발돼 주목을 받고 있다. 그 기술이 바로 ‘Hi-FA(High performance & Multi Functional Agent)’다.
기존에 시판되고 있는 고분자계 수중불분리제는 점성이 매우 높아 작업성이 떨어져 별도로 작업성 증대를 위한 유동화제를 첨가해 현장 배합시험을 통해 사용량을 결정한다. 즉 수중불분리성을 높이면 작업성이 감소하고, 작업성을 높이면 수중불분리성이 감소하는 상반된 개념이 나타난다.
하지만 ㈜백경지앤씨가 개발한 계면활성제계 수중불분리제인 Hi-FA는 별도의 현장 배합시험 필요없이 물의 양 기준으로 소량을 첨가하면 수중불분리성이 발현돼 설계상의 배합비의 변화없이 설계에 준하는 최적화 시공이 가능하다.
이에 따라 시멘트에 함유된 중금속이 유출되는 것을 방지할 수 있어 친환경적이라는 점이 가장 큰 특징이다. ‘마이셀’이라는 나노(Nano) 특성에 의해 점성과 유동성의 상반된 개념을 동시에 발현시키는 것이 이 기술의 핵심기술이다.
또한 Hi-FA 그라우트재는 점성과 유동성을 동시에 발현시키는 Multi Performance가 가능하기 때문에 수중불분리 특성, 침투특성, 공벽유지 특성, 점성의 특성 등을 가지고 있지만 유동성이 뛰어나 별도의 leveling 작업없이 self-leveling이 가능한 자기평탄성의 특징을 가지고 있다.
다양한 토목, 건축공사 경험과 화학적 지식을 융합한 Hi-FA 첨가제를 개발한 백경지앤씨는 국내·외 친환경 그라우트 시장을 주도하고 있다. 이는 백경지앤씨 박봉근 대표이사(사진)의 계면활성제에 대한 연구경험과 토목 분야에서 15년간의 경험이 바탕이 됐다.
이를 토대로 토목분야 적용을 위한 국산 제품 개발을 위해 연구한 결과 일본 업체에서만 생산하고 있는 원료의 수입이 어려운 상황에서 국내 생산 원료를 바탕으로 2010년 국산화에 성공했고 지식경제부에서 NEP 인증을 받았다. 뿐만 아니라 지난 2015년 16회 중소기업 기술혁신대전 대통령상과 백만불 수출의 탑을 수상하며 엔지니어링 기술력을 인정받았다.
박 대표는 “Hi-FA 그라우트재를 활용한 친환경 수중불분리성 그라우트 공법(H.G.G 공법)은 시공 측면에서 지하수 흐름 또는 수중에서도 설계대로 시공이 가능한 공법”이라며 “시멘트 그라우트 중의 중금속 용출을 획기적으로 줄여 친환경 공법으로 개발했으며, 그라우트 공법의 양생시간에 따른 경제적 절감과 보강 효과를 최적화하기 위해 Gel-time 조절이 가능한 수중불분리 그라우트재료를 개발하게 됐다”고 말했다.
이를 기반으로 현재 케이블교량 글로벌 연구단 4세부 공동연구기관으로 참여하면서 수중, 해상 공사에 장점을 보일 수 있는 수중불분리 그라우트 재료와 시간의 함수를 조절이 가능한 Gel time 첨가제를 융합해 수상, 해상 공사에 최적화된 그라우트 재료를 개발했다. 이와 더불어 긴급상황에 투입이 가능하도록 주입장비와 배합장비를 별도 개발했다.
대부분의 수상, 해상 작업이 긴급을 요하고 리스크 관리가 매우 중요하기 때문에 쉽게 배합해도 소요 성능을 유지할 수 있는 재료와 자체기동성, 자동배합 시스템과 접근이 위험한 구간에의 접근성 확보가 중요하다. 이를 위해 무선 조종 시스템을 장착한 주입 시공장비를 제작해 하나의 시스템으로 작업이 가능한 기술이 타 기술과 차별화 되는 부분이다.
백경지앤씨는 4세부 과제의 대형원형강관 가설공법 운영 중 나정성 모니터링 기술 연구에도 참여하고 있으며, 이 기술은 무선 모니터일 시스템의 단순화가 목표다.
박 대표는 “기존의 모니터링 기술은 획기적인 기술의 발전이 이뤄지고 있지만 센서와 무선 시스템의 연결 방식 그리고 사용자에게 자료 전송에 복잡한 구성이 필요하다”며 “이에 데이터 저장소를 LoRa 방식의 무선 시스템을 사용해 기존의 cloud 등의 상용망에 둬 단말기를 단순화했다”고 말했다.
그는 이어 “또한 센서와 무선시스템의 연결 구간을 최소화해 일체형 무선 통신 센서를 구축할 수 있었다”며, “다양한 센서를 하나의 양방향 무선 단말기에 연결해 자료를 사용자에게 직접 전송할 수 있어 개인 통신기를 사용해 실시간으로 확인, 대처가 가능한 리스크 관리를 할 수 있게 된다”고 덧붙였다.
[공학저널 전찬민 기자]
출처 : 공학저널(http://www.engjournal.co.kr)
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