현대건설, 철강 부산물로 만든 `친환경 건설재료` 녹색기술 인증 획득


환경 보호·부가가치 창출·비용 절감 `일석삼조` 효과


    현대건설이 생활용수 절감, 최적 환기 제어 등에 이어 지난 7월 `철강 부산물을 이용한 연약지반 처리용 지반 고화재 제조 기술`로 일곱번째 녹색기술 인증을 받았다.


녹색기술 인증은 에너지와 자원을 절약하고 효율적으로 사용해 온실가스와 오염 물질의 배출을 최소화하는 기술을 정부가 인증하는 제도다.


현장에서 연약지반 개량을 위해 고화재를 주입 중인 모습 [사진= 현대건설]


관련기사

포스코건설 `TH-Beam공법`, 건설신기술 제 893호 지정

https://conpaper.tistory.com/88600

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6일 현대건설에 따르면, 이번에 인증 받은 연약지반 처리 기술은 ▲환경 보호 ▲산업 부산물 재활용을 통한 부가가치 창출 ▲비용 절감을 통한 기술경쟁력 확보의 일석삼조의 효과가 호평을 받았다.




구조물을 세우기 전 연약한 지반을 단단하게 만들기 위해 고화재가 투입돼야 하는 경우가 많다. 일반적으로 사용되는 시멘트와 같은 고화재는 바닷물과 접촉하면 주변 환경에 악영향을 줄 수 있어 친환경 고화재 개발에 대한 요구가 꾸준했다.


현대건설은 현대제철과 철강 제조시에 발생되는 부산물인 중조탈황분진 중조탈황분진(중조를 이용해 재료의 황 성분을 제거하는 과정에서 발생하는 분진)을 원료로 선정, 건설재료 제조업체인 CMD기술단, 대웅과 협력해 친환경 건설재료 공동개발 및 실용화에 성공했다.


현대건설 관계자는 "연약지반 처리 기술을 인천신항 배후단지 현장에 시험 적용한 결과 해당 건설재료의 우수성을 검증했으며, 향후 여러 현장에 적용할 계획"이라며 "앞으로도 지속적인 연구를 통해 차세대 친환경 건설재료 개발 및 기술역량 강화에 앞장서겠다"고 말했다.

[조성신 기자 robgud@mkinternet.com] 매일경제

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포스코건설, `TH-Beam공법` 건설신기술 지정…국내 건설사 최다 22건 보유


건설신기술 제 893호, 콘크리트튜브로 구조안정성↑, 공사기간·비용↓


   포스코건설이 개발한 콘크리트 충전튜브를 결합한 `H-Beam 공법`이 건설신기술로 지정됐다.


포스코건설은 최근 국토교통부 산하 한국건설교통신기술협회로부터 한국 대형구조물에 최적화된 자사의 `콘크리트 충전튜브형 상부플랜지를 갖는 H-Beam(TH-Beam) 공법`이 건설신기술 제893호로 지정됐다고 5일 밝혔다.


 

대전 중이온가속기현장 천장 크레인 주행보에 첫 적용된 고성능 TH-Beam 모습 [사진 = 포스코건설]


한국건설교통신기술협회는 매년 건축, 토목, 기계설비 분야의 기술을 대상으로 신규성·진보성·현장적용성 등을 심사해 건설신기술을 선정한다. 국토교통부는 건설신기술을 취득한 기업에게 발주청 시행공사 우선 적용, 공공공사 입찰 시 PQ점수 부여 등 다양한 혜택을 주고 있다.




TH-Beam은 포스코의 강건재로 만든 H-Beam 한쪽 면을 강재튜브로 만들어 여기에 콘크리트를 충전한 것으로 기존 H-Beam보다 1.3배에서 1.5배의 하중을 견딜 수 있어 구조안정성이 요구되는 대형지붕이나 고하중 바닥, 천장크레인에 사용된다. 보가 쳐지는 것을 방지, 보강용 경사재와 작은보 설치를 최소화 할 수 있어 공사기간과 공사비도 줄일 수 있다.


포스코건설은 이번 지정을 포함해 국내 대형건설사 중 가장 많은 총 22건의 신기술을 보유하게 됐다. 특히 이번 신기술개발은 동부건설, 대우조선해양건설, 쓰리디엔지니어링, 무영씨엠건축사사무소과 협업을 통해 이룬 성과로 대기업과 중견·중소기업간 상생사례로도 주목을 받고 있다.


포스코건설 관계자는 "우수한 기술을 가진 협력사와 함께 건설신기술 개발에 더욱 노력을 기울여 협력사와 상생하는 기업시민 경영이념을 실천해 나가겠다"고 말했다.

[조성신 기자 robgud@mkinternet.com]매일경제

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바이오폴리머 활용 ‘지반보강’ ··· 무처리 토양 비 ‘강도’ 2배 ‘식생 피복도’ 50% 이상 증가


   최근 친환경적이고 지속가능한 신소재로 떠오르고 바이오폴리머를 지반공학 분야에 실제적으로 적용할 수 있는 실용적 기술이 개발되고 있어 관심을 증폭시키고 있다.


서해안 고속도 서산IC 인근 비탈면에 바이오쏘일 시험 시공 적용성 확인

흙과 혼합 시 기존공법 비 토양 안정화 등 효과 시공방법 장비개발 박차


바이오폴리머를 흙과 혼합할 경우 기존 공법 대비 토양 개선과 강화, 안정화 등의 효과를 보다 효율적으로 확보할 수 있어 슬러리 월과 침투 방지, 그라우팅 등 부문에서 활발히 적용될 것으로 전망된다



전 세계적으로 온실가스 감축을 위해 전 산업분야에서 다양한 노력들이 전개되고 있는 가운데 건설 분야에서도 시멘트를 대체할 수 있는 친환경 지반건설 신재료와 이를 활용한 현장 활용 기술의 필요성이 높아지고 있다.


이를 위해 최근 토양의 강도와 수리전도도, 내구성 등 공학적 특성을 향상을 위해 전통적으로 활용되고 있는 기계적 개선과 화학적 처리기술을 대체할 수 있는 미생물 유도 중합체를 이용한 생물학적 접근법이 활발히 연구되고 있다.




이 같은 접근 중 가장 주목받고 있는 소재는 바이오폴리머다.


현재 토양 보강을 위해 시멘트 또는 강재 등으로 구성된 옹벽과 네일, 앵커 등을 활용한 공법 등이 적용되고 있다. 이 공법들은 콘크리트 벽체 구조물을 설치하거나 지반에 보강재를 삽입, 비탈면이나 제방의 안정성을 확보할 수 있다.


하지만, 이 보강 공법들은 인공재료 이용으로 인한 환경오염은 물론 고가의 재료비, 복잡한 시공 등 여러 단점이 있는 것으로 알려지고 있다.


반면, 바이오폴리머는 미생물 또는 박테리아가 만들어내는 생체 부산물로 인해 인장 강도가 뛰어나고, 생산과정에서 대량의 이산화탄소를 소비하는 친환경 재료로, 적은 양으로도 흙의 강도를 획기적으로 증진시킬 수 있다.


이에 이 연구에서는 이 같은 바이오폴리머의 특장점이 실제 현장에서 구현될 수 있는 시공방법과 장비를 개발하고 있다.


바이오폴리머 특성

바이오폴리머는 미생물의 대사활동을 통해 생산되는 고분자 유기물로, 기존에는 식품, 의약품, 화장품 등의 첨가제로 주로 사용되고 있는 친환경 소재다.




바이오폴리머는 생산 과정에서 이산화탄소가 거의 발생하지 않고, 오히려 탄소 고정효과가 있는 것으로 알려져 있다.


특히, 토양과 혼합할 경우 흙 입자 간 결합제로 작용, 토양의 응집력은 물론 강도, 침식 저항성, 투과성 감소 등 토양 강화를 촉진시킬 수 있는 소재로 평가받고 있다.


Review on biopolymer-based soil treatment (BPST) technology/ScienceDirect.com

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실제로 토양의 중량 대비 바이오폴리머를 0.5~1%만 투입해도 상당한 강도 증진 효과가 나타난다.


한편, 바이오폴리머와 흙을 혼합한 바이오쏘일(Biopolymer treated Soil)은 적절한 양의 바이오폴리머와 토양의 비율을 결정, 지반보강에 활용할 수 있다.


바이오폴리머는 토양의 강도 증진과 표면의 침식 억제는 물론 식생 성장을 촉진시킬 수 있는 잠재력을 갖고 있고, 추가적인 점토 또는 이온 화학물질을 토양에 이용할 경우 바이오폴리머의 강화 효율을 향상시킬 수 있다.




특히, 바이오쏘일 내 바이오폴리머는 물과 만나 하이드로 겔을 형성해 흙 입자 사이의 공극을 채움으로써 토양의 수리전도도를 3~4배 이상 감소시킨다.


이로 인해 바이오폴리머는 슬러리 월을 비롯해 침투 방지, 그라우팅 등 지반공학 분야에 다양하게 적용할 수 있다.


또한, 혼합, 주입, 분사, 그라우팅을 포함한 다양한 실제 적용 방식으로 바이오쏘일을 비탈면과 농지 침식 방지, 건축 자재, 도로 포장 등에도 사용 가능하다.


연구내용

토양 개선과 강화, 안정화를 위해 친환경적인 신소재로 각광받고 있는 바이오폴리머를 실제 현장에 적용하기 위해 현재 신소재 제방 연구단에서는 ‘친환경 신소재를 활용한 고강도 제방기술’을 개발하고 있다.


이 과제는 고강도 바이오 제방 신소재 개발과 대량생산 체계 구축, 제방 침식, 월류와 파이핑에 대응할 수 있는 고강도 제방 기술을 개발하고 있다.


그 중 이 연구에서는 ‘바이오폴리머를 활용한 시공 기술 개발’을 목표로 현재 분사 공법을 이용한 현장 시공 기술을 개발하고 있다.


연구에서는 바이오폴리머를 흙과 혼합할 경우 나타나는 현상론적 특성들을 현장에 그대로 발현시키는 한편, 현장 스케일 실험을 통한 검증을 수행한 바 있다.


그동안 서해안 고속도로 서산IC 인근 비탈면에 바이오쏘일을 시험 시공하고, 적용성을 확인한 바 있다.


또한, 바이오쏘일에 특화된 장비 개발과 시공조건 수립을 위해 안동에 위치한 건설기술연구원 하천연구센터에서 약 50m 길이의 제방 사면에서 시험시공을 실시했다.


시험 결과, 강도 증진에 유리한 바이오폴리머는 무처리 토양 대비 1.5~2배 가량의 강도 증가 효과가 나타났으며, 식생에 유리한 바이오폴리머를 사용한 구간은 무처리 구간 대비 식생 피복도가 50% 이상 증가하는 것으로 나타났다.


현재 이 연구에서는 바이오 신소재의 화학적, 유동학적 특성을 고려한 최적의 시공조건을 도출, 시공 기술의 완성도를 높여 나가고 있다.


향후 그라우팅 방법을 통한 지반보강 기술 부문에서도 예비 실험과 실대형 실험을 통해 바이오쏘일 추가 시공 기술 검증에 나설 계획이다.


인 / 터 / 뷰

현장 배합설계 분사 시공방법 개발 주력


 

서승환 전임연구원


한국건설기술연구원 서승환 전임연구원은 “토목 공학 분야에서의 토양 처리와 사용은 인류 문명을 통틀어 아주 오래된 기술”이라며, “산업혁명 이후 일반 시멘트가 토양 강화와 안정화를 목적으로 널리 사용되고 있지만, 지구 온난화로 인해 온실가스 의무감축이 대대적으로 이뤄지면서 시멘트를 대체할 수 있는 친환경 지반건설 재료로 바이오폴리머가 각광받고 있다”고 밝혔다.


이어 “바이오폴리머는 미생물 유도 중합체로 흙과 혼합할 경우 흙의 강도를 획기적으로 증가시키고 토양의 특성을 강화시키는 장점이 있다”며, “하지만, 이 같은 장점에도 불구하고 바이오폴리머를 현장에 구현할 수 있는 시공방법과 장비는 아직 부족한 상황”이라고 말했다.




따라서 이 연구는 바이오폴리머를 실제 현장에 적용하기 위한 시공법 개발을 중심으로 진행되고 있다.

현재 이 연구에서는 바이오폴리머와 흙을 혼합한 재료를 지반보강에 활용할 수 있는 시공 기술을 중점적으로 개발하고 있다.


서 박사는 “이 연구에서는 비탈면과 하천 제방 표면 보강 기술 개발을 목표로 분사 시공법을 개발하고 있다”며, “협동연구기관인 KAIST에서는 실내 실험을 통해 바이오폴리머 레시피를, 건설연에서는 바이오폴리머의 최적 시공법 개발을 위해 KAIST에서 개발한 레시피를 현장에 적용할 수 있도록 배합과 시공 조건을 수립하는 연구를 진행하고 있다”고 설명했다.


이어 “또한, 실내 실험을 통해 개발된 바이오 신소재의 효과를 현장에서 100% 발휘하기 위해 현장 배합설계와 재료의 유동특성을 고려한 분사 시공 방법을 개발하고 있다”며, “내년에 테스트베드를 시공하고, 개발된 시공 기술의 성능을 입증할 계획”이라고 밝혔다.


이 같은 연구를 통해 선보일 바이오폴리머를 활용한 지반보강기술은 탄소 저감이라는 국가적 차원의 현안 해소에 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.




“내년 테스트베드 ‘시공’ 개발기술 성능 입증할 터”

서 박사는 “지금까지는 실험실 규모에서 바이오폴리머와 흙을 혼합한 재료의 효과가 입증됐지만, 실제 현장에 적용할 수 있는 기술로 발전시킨 사례는 없다”며, “기술 개발이 성공적으로 완료될 경우 보다 저렴하고 친환경적인 시공 기술로 토목 건설 다양한 분야에 확장 적용이 가능할 것”이라고 전망했다.


한편, 서 박사는 기술 수준을 현업에 즉시 활용 가능한 수준으로 끌어올리고 있다.


그는 “이론적인 계산을 통해 얻어진 결과가 실제 기술로 개발돼 현장에서 성능이 잘 발현됐을 때 가장 보람을 느꼈다”며, “아무리 정교하고 정밀한 시공 기술이 있어도 현장에서 실제 사용하는 사람들이 불편을 느끼거나 조작이 복잡하면 우수한 기술이라고 보기는 어려울 것 같다”고 말했다.


이어 “남은 연구기간 동안 현장의 목소리에 귀 기울여 보다 실용적인 시공 기술이 개발될 수 있도록 노력할 것”이라고 밝혔다.


끝으로 서 박사는 “재료 본연의 생물학적 작용으로 인한 지반 강화와 함께 기계적 또는 재료의 흐름 조건을 변화시키는 방법을 통해 다양한 환경에 활용할 수 있도록 침투 방지와 그라우팅 시공 기술 개발에 나설 계획”이라고 덧붙였다.

오성덕 기자 건설기술


http://www.ctman.kr/news/2018

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전국 단위 하천 인근 ‘지하수 영향구역도’ 제작


하천 인근 ‘지하수관리’ 개선 방안 연구


   최근 하천 인근지역에서 지하수를 난방용으로 활용하는 4계절 수막재배시설들로 인해 농업용 지하수 이용이 급증하고 있다.


이 같은 지하수 이용은 주변의 지하수위 저하는 물론 하천으로 배출되는 지하수 유출량 감소로 이어져 심할 경우 하천이 말라버리는 건천화 현상이 발생할 수 있다고 전문가들은 입을 모으고 있다.


이에 지하수 활용을 위해 이뤄지고 있는 양수가 하천수량에 미치는 영향을 정량적으로 평가해 이 같은 문제들을 사전에 예방할 수 있는 기술이 개발돼 이목을 집중시키고 있다.


제주의 소리

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경기도 위치 한강수계 내 시험유역 대상

지하수 양수 전후 ‘하천 유출량’ 모의

‘감소량’ 산정공식 개발 검증까지 마쳐


하천수와 지하수는 수리적으로 하나의 수자원으로 연결돼 있지만, 현재 법적으로는 하천법과 지하수법으로 분리, 관리되면서 여러 부작용이 현실적으로 나타나고 있다.




또한, 별도의 허가절차가 필요없는 지하수개발·이용신고시설이 많아짐에 따라 누적 신고량이 크게 늘어 현행 하천 인근 지하수 허가관정에 대한 관계 기관과의 협의만으로는 하천 건천화 예방효과가 미미한 것으로 알려지고 있다.


특히, 4대강 보에 대한 관리수위 조절과 하굿둑 개방 등 하천수위 급변에 따른 지하수위 변동과 지하수 장해 영향 예측·분석 등의 연계관리가 미흡하고, 하천수 사용자와 지하수개발·이용자 간 잠재적 수리권 분쟁이 상존하고 있는 현실이다.


현재 법상에는 하천 인근에서 지하수 개발·이용을 허가할 경우 지하수 양수로 인해 하천수량 변동을 사전에 검토하도록 명시화돼 있다.


관련 지하수법에 따르면, 하천구역 경계로부터 300m 이내 지역에서 지하수를 개발·이용할 경우 지하수 영향조사서를 첨부, 환경부 장관과 사전 협의절차를 거쳐야 하며, 지하수 개발·이용이 하천 수량에 영향을 미친다고 인정되는 경우에는 취수량 또는 취수기간의 제한, 취수금지 등의 조치를 취해야 한다.




또한, 관련 하천법에서도 지하수 영향조사 결과 하천의 수량에 영향을 미치는 것으로 인정될 경우 하천수 사용료를 징수할 수 있다고 명시돼 있다.


하지만, 이 같은 법적 조치에도 불구하고, 아직 지하수 양수가 하천에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있는 기술적 방법이 마련되지 못해 지금까지 법조항의 실효성이 매우 낮은 것으로 알려지고 있다.


이에 환경부 한강홍수통제소는 한국건설기술연구원과 공동으로 지하수 양수가 하천수량에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다. 현재 이를 활용한 지하수 관리 개선방안연구를 진행하고 있다.



연구내용

이 연구에서는 경기도에 위치한 안성천, 황구지천, 진위천, 죽산천, 신둔천 등 한강수계 내 시험유역을 대상으로 각각의 관정에 대해 통합수문해석인 ‘SWAT-K 모형’을 기반으로 지하수 양수 전후에 따른 하천유출량을 모의해 지하수 양수에 따른 하천수 감소량 산정공식을 개발하고, 해당 유역에 대한 검증까지 마쳤다.


개발 과정에서 각 관정의 수평적 위치와 양수심도를 천부대수층(충적층)와 심부대수층(암반층)으로 두 가지 종류로 구분, 모의를 진행했다.


또한, 지하수 관정 위치에 따른 하천수 감소율과 영향 인자들 간 다중회귀분석을 수행하고, 양수에 따른 하천수 감소량 예측용 상관관계식을 도출했다.


특히, 이 연구에서는 실무 활용도를 높이기 위해 개발된 경험식을 프로그래밍화시켜 하천수 관리시스템에 탑재하는 한편, 하천변 지하수 허가 업무 매뉴얼을 통해 평가기술의 사용방법을 제시했다.


또한, 시스템의 효율성을 업데이트하는 동시에 4대강 홍수통제소 담당자들에게 주기적인 교육을 수행하고 있다.


한편, 업무의 편의성 향상을 위해 지하수 이용에 따른 하천 영향 정도를 지도상에 공간적으로 표출한 ‘지하수 양수 영향 구역도’를 시범적으로 제작했다.


‘지하수 양수 영향 구역도’는 지하수 양수량 대비 하천수 감소율을 공간 분포화하고 지도상에 도시화한 것으로 하천변 지하수 이용으로 인한 하천수 영향 검토 업무의 편의성 향상은 물론 하천변 수량관리의 기초자료로도 활용될 전망이다.


이와 함께 이 연구에서는 전국 단위의 하천 인근 지하수 영향구역도를 사업화하기 위한 연구도 병행하고 있다. 


국내 하천의 경우 하천별 다양한 하천구역과 하천시설 등이 존재하지만, 지하수 개발·이용 시 현행 지하수법 기준에 따라 일괄적으로 300미터를 적용하고 있어 효율적 관리가 어려운 상황이다.


따라서 하천별 목적에 부합하는 하천수 관리를 위해 지하수관리 기본계획 수립 시 지하수 영향 구역도를 작성할 경우 하천별 적정 지하수 영향 범위 제시할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.


한국건설기술연구원 이정우 연구위원은 “안정적인 하천수 취수를 비롯해 하천 유지를 위한 유량 공급, 환경개선용수 확보, 생태유량 확보 등 건강한 하천 환경을 유지하기 위해서는 하천구역 내 유수 관리는 물론 하천 인근 지역의 지하수 관리 또한 매우 중요하다”고 밝혔다.


이어 “특히, 하천변에서의 과도한 지하수 이용은 하천 건천화 문제를 유발할 수 있어 하천의 정상적인 기능 유지를 위해서는 하천수와 지하수를 통합적인 관점에서 합리적으로 이용하고 관리해야 한다”고 강조했다.


이를 위해 현재 수행하고 있는 전국 시범유역별 경험식 개발과 지하수 영향구역도와 관련해 이 박사는 “이 연구의 성과물들은 향후 하천수와 지하수의 효율적 이용은 물론 공정한 수리권 정립, 하천과 지하수 관리체계의 개선 등 최적의 수자원 관리에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.


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지하수 ‘양수’ 영향 평가 기법

국내 최초 개발 ‘실용화’ 박차


 

정일문 선임연구위원


한국건설기술연구원 정일문 선임연구위원은 “최근 사계절 수막재배 시설이 증가하면서 겨울철 지하수를 이용한 난방 등 하천 인근에서 지하수 이용량이 크게 증가하고 있다”며, “하지만, 지금까지 하천주변에서 지하수 양수에 따른 하천수 감소량의 정량적 평가가 이뤄지지 않고 있다”고 밝혔다.


이로 인해 그동안 하천 인근의 지하수 이용 허가가 사실상 모두 승인돼 오고 있다.


정 박사는 “이 같은 문제점들을 보완하기 위해 건설연에서는 환경부 한강홍수통제소와 함께 지하수 양수가 하천수량에 미치는 영향을 정량적으로 평가하는 기법을 국내 최초로 개발하고, 현재 실용화를 위한 연구에 박차를 가하고 있다”고 소개했다.




현재 이 기법은 국내 하천수 관리시스템에 일부 탑재돼 시험 운영되고 있다.


이어 “특히, 이번에 선보인 평가기법은 건설연의 월드 베스트 테크놀로지로 선정된 지표수-지하수 통합해석 모형인 ‘SWAT-K’를 이용해 만들어진 경험식에 기반하고 있으며, 이 같은 경험식 개발은 세계에서 첫 번째 성과로 의미가 남다르다”고 강조했다.


실제로 이번 연구를 통해 선보인 하천인근 지하수 이용에 따른 하천수 감소량 산정식은 해당 지점의 하천수 감소량 변동은 물론 유역 내에서 일어나는 지하수 양수량에 따라 전체적인 유역물수지의 변동도 예측할 수 있어 이목을 집중시키고 있다.


정 박사는 “특히, 실무에서도 쉽게 활용할 수 있도록 프로그래밍화시켜 하천수 관리시스템에 탑재했고, 하천변 지하수 허가 업무 매뉴얼을 통해 사용방법까지 제시했다”며, “최종 성과물은 지하수 이용에 따른 하천 영향정도를 지도상에 공간적으로 표출하는 지하수 양수 영향 구역도”라고 소개했다.


이어 “이번 연구성과를 기반으로 향후 지하수와 하천수의 상호관계 분석을 통해 지하수 양수 시 포함되는 일정 부분의 하천수에 대한 관리가 본격적으로 진행돼야 한다”고 강조했다.


즉, 하천수와 지하수가 하나로 연결된 수자원이라는 인식에서 출발해야 한다는 그의 말은 현재 하천법과 지하수법으로 나눠 관리되면서 발생하는 문제를 해결할 수 있는 제도적 마련이 필요하다는 설명이다.


한편, 현재 이번 연구사업의 총괄을 맡고 있는 건설연에서는 경험식의 4대강 시범유역 적용을 진행하고 있다.




하천수 관리시스템에 ‘프로그래밍화’ 탑재

이와 함께 ㈜지오그린21에서는 현장 데이터 취득을 위한 조사 연구를, ㈜이산에서는 지하수 양수 영향도의 전국단위 제작을 위한 마스터 플랜과 하천수 자료 분석 연구를 수행하고 있다. ㈜동부엔지니어링에서는 지하수 영향 구역도 제작과 하천수 관리시스템 탑재 부문을 맡아 연구를 진행하고 있다.


끝으로 정 박사는 “이번 연구성과는 지금까지 지하수와 하천수를 별도의 수자원으로 관리함에 따른 물리적 한계를 극복한 성과로 향후 하천수 보전과 관리를 위한 정책적 도구로 활용될 수 있을 것”으로 전망했다.

오성덕 기자 건설기술


http://www.ctman.kr/news/20183

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교각충격흡수 기술로 사망사고 막는다


   지주, 교각을 보호하기 위한 충격흡수시설은 충돌사고로부터 운전자의 안전은 물론 구조물의 손상을 방지하고 있다. 최근 기존 시설보다 효율적인 충격흡수 기술이 개발돼 더욱 안전성을 확보할 수 있게 됐다.


교통사고 발생 시 평균 치사율은 2% 정도지만 도로변 수직구조물 충돌 시 치사율은 10% 가량으로 높은 편에 속한다. 현재 도로관리청에서는 도로 운영에 필요한 수직구조물을 사고로부터 보호하기 위해 가드레일, 충격흡수시설 등과 같은 안전시설로 보호하고 있다.


레미콘 차량이 교각을 들이받은 모습/노컷뉴스

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그러나 교각의 경우 교각 폭이 넓은데 비해 대부분 충격흡수시설 폭이 좁아 교각 전체를 방호하지 못 할뿐만 아니라 모든 방향에서 차량이 접근할 수 있기 때문에 전 방향으로 방호할 수 있는 시설이 필수적이다.


무엇보다 충격흡수시설은 차량 충돌 시 적절히 변형, 굴절, 분리돼 충격량을 최대한 흡수해야 한다. 하지만 충격을 제대로 흡수하지 못하거나 불량인 경우 대형사고로 이어질 수 있어 고안전·고성능 기술에 대한 목소리가 높아지고 있다.


이에 최근 이러한 문제를 해결한 교각충격 흡수시설이 개발돼 눈길을 끌고 있다.


이 교각충격흡수시설은 교각을 전방향으로 둘러쌀 수 있도록 고안됐다. 전방향 360°로 방호할 수 있어 어떤 방향에서 차량이 충돌하더라도 충격량을 최대한 줄일 수 있다.




현재 직경 5m까지 줄일 수 있는 형태로, 상대적으로 도로 여유부지가 좁은 도심지에도 설치할 수 있도록 직경을 4m까지 줄이는 연구가 추가적으로 진행 중이다. 또한 차량 충돌 시 안전시설 기준인 탑승자 안전지수를 만족해 공인인증서를 받았으며, 사고 발생량이 많은 입체교차로 진출부에도 설치 됐다.


이 기술을 개발한 한국건설기술연구원 인프라안전연구본부는 사회간접자본 중 도로관련 도로, 구조, 지반, 도로포장 등 인프라 관련 연구를 수행하고 있다.


인프라안전연구본부는 기존 인프라 성능을 향상시키기 위한 연구 뿐 아니라 기존 노후화된 인프라가 현재 성능을 유지할 수 있는 유지관리 기술을 개발하고, 재난·재해 대응하기 위한 연구도 진행 중이다.


특히 본부는 도로 안전 분야에서도 도로 기상, 도로안전시설 개발·연구에 매진하고 있다. 도로 기상연구 분야는 도로 노면 온도를 관측, 예측하는 분야로 최근 도로의 노면온도 모형을 개발했으며, 앞으로 블랙아이스 관련 연구도 수행할 예정이다.


또한 도로안전시설을 위한 차량 충돌 시 분리, 충격에너지를 흡수할 수 있는 지주 개발과 충격흡수시설 개발을 수행하고 있다.


한편, 도로에 설치되는 시설은 안전이 우선적으로 고려되기 때문에 새로운 기술이 개발 됐을 때 현장 적용에 어려움이 존재한다. 전문가들은 일부 신기술의 경우 성능은 만족하지만 정확한 규정이 없어 현장 도로관리자가 책임 문제로 인해 현장에 설치 여부를 판단하기 어려운 경우가 있다고 지적하고 있다.


 

충격흡수시설 연구 개발을 직접 수행해온 인프라안전연구본부 윤덕근 연구위원(사진)은 “중소기업들이 개발한 제품이 현장에 적용될 수 있도록 제도개선이 필요한 시점”이라며, “전문가들이 모여 새로 개발한 도로안전시설에 대해 기술적 판단과 목적, 기능에 부합한지를 판단할 수 있는 위원회 등의 운영이 필요하다”고 말했다.




그는 이어 “우리나라 중소기업이 개발한 도로안전시설, 기술의 완성도와 안정성은 해외와 견주어도 매우 뛰어난 편”이라며 “기회가 된다면 국내 훌륭한 안전시설이 해외에 진출할 수 있도록 중소기업을 도와주는 역할도 함께 하고 싶다”고 덧붙였다.


이렇듯 도로 안전을 위한 다양한 기술들이 개발되고 있으며 특히 4차 산업혁명 첨단기술을 활용한 도로 교통 기술도 안전이 강조되고 있다. 하지만 이러한 상황 속에서 연구 개발에 힘을 실어줄 수 있는 지원과 제도 개선이 필요한 시점이라는 것이 윤 위원의 의견이다.


그는 “도로 교통은 크게 안전과 소통이고, 이 두 가지는 서로 밀접한 관계를 가지고 있다”며 “안전한 도로교통 환경은 소통을 증대시킨다고 생각한다. 앞으로도 어떤 분야이든지 도로안전과 관련한 부분이 있으면 계속해서 연구를 진행할 것”이라고 포부를 내비쳤다.

[공학저널 박인교 기자] 


다방향 차량 충격흡수시설 등 ‘도로작업자 경고시스템’ 조만간 상용화


2019.07.30

    도로에서 다양하게 발생하는 교통사고 중 도로 변 구조물 충돌사고로부터 탑승자의 피해를 최소화하는 한편, 고위험군으로 분류되고 있는 도로작업자들을 안전하게 보호하기 위한 기술들이 선보여 눈길을 끌고 있다.




차량 공작물 충돌 시 레일 따라 이동 전도로 인한 2차 사고 예방 가능

전방 차량 검지영역 300m 후방 150m ··· 시각 청각 촉각 등 3중 경고


국내에서 발생하는 연간 교통사고는 지속적으로 감소하고 있는 추세지만, 단독사고나 도로작업구간 사고 등은 감소하지 않거나 오히려 증가하고 있는 것으로 알려지고 있다.


단독사고의 경우 약 50%는 도로 변 공작물 충돌사고로 이로 인한 치사율은 전체 교통사고 치사율 대비 약 5배 정도로 높게 나타나고 있다. 도로작업자의 경우도 소방공무원 직종의 사상자 비율보다 매우 높은 수준으로 이에 대한 대비책 마련이 매우 시급한 실정이다.



이러한 사고는 교육이나 단속보다 인프라 측면에서의 기술 개발을 통해 안전성을 향상시킬 필요가 있다고 전문가들은 입을 모은다.


이에 국토교통부와 국토교통과학기술진흥원의 지원 아래 지주와 교각의 충격흡수 성능 향상 기술을 비롯해 도로작업자 보호용 이동식 방호울타리와 도로 작업자 회피 시스템, 도로 작업자 안전 확보를 위한 자동화 기술 등이 개발, 조만간 선보일 예정이다.


이를 위해 탑승자 피해 최소화를 위한 지주와 교각 안전시설 개발 연구와 함께 도로변 안전 매뉴얼 개발, 도로작업자 보호용 이동식 방호울타리 개발, 도로작업자 회피시스템 개발, 교통콘 설치·수거 자동화 장비설계, 이동식 교대통행 운영시스템 개발 등의 연구가 이뤄지고 있다.




도로 수직구조물(교각, 지주 등) 충돌 시 탑승자 보호 기술

‘탑승자 보호를 위한 감충 성능을 지닌 지주 기술’은 차량이 공작물 충돌 시 레일을 따라 이동, 전도로 인한 2차 사고 예방이 가능하고, 차량 충돌에너지를 감소시켜 탑승자 안전을 확보할 수 있는 기술이다.


도로 상에 위치하고 있는 공작물 충돌에 의한 치사율은 평균 치사율의 약 5배 이상으로, 차량이 별도의 조치 없이 노출된 지주에 부딪치는 경우 심각한 탑승자 피해와 차량 파손이 발생할 수 있다.


따라서 단독사고 중 노변 수직구조물 등 공작물 충돌에 대한 대책 마련이 필요한 실정이지만, 아직 노출 지주에 대한 대책이 전무한 상황으로 이 같은 대책 마련을 위해 도로변 공작물 충돌 시 사고로 인한 피해를 최소화시킬 수 있는 지주가 개발됐다.


이 기술은 편지식 표지판을 비롯한 신호등주, 가로등주 등 중대형 노출 지주에 사용 가능하다.


‘탑승자 보호를 위한 교각용 다방향 충격흡수시설’은 도로 변이나 교차로에서 도로 중앙에 위치한 교각에 주행차량의 직접적인 충돌을 방지하기 위해 교각을 둘러싸는 형태로 설치하는 다방향 충격흡수시설이다.


최근 서울 당산역 인근에서 시내버스가 교각을 들이 받아 운전기사 1명이 사망하고 승객 7명이 부상당하는 사고가 발생했다.




이처럼 현재 비좁은 도심도로에 설치돼 있는 교각은 충돌사고 위험이 매우 높지만, 전용 도로안전시설이 없어 교각 충돌 시 사고의 심각도가 높은 실정이다. 즉, 교각 전용 도로안전시설 부재로 폭이 좁은 충격흡수시설 설치 시 전체면을 보호하지 못해 위험하다


이 같은 문제점을 보완하기 위해 개발된 이 기술은 충돌 가능한 모든 방향에 대응할 수 있도록 설치가 가능하고, 충돌차량의 충돌에너지를 흡수, 탑승자 보호는 물론 교각 자체 파손을 최소화할 수 있다.



도로작업자 안전 확보 기술

‘도로작업자 안전 확보를 위한 도로작업자 경고시스템’은 운전자의 졸음운전이나 전방 주시 태만 등 부주의로 인해 도로작업장을 침범하는 차량을 사전에 감지하고, 도로작업자에게 이를 경고, 대피 시간을 마련해주는 시스템이다.


이 기술은 영상처리 기반의 차량 감응과 속도, 영역침범 검출알고리즘을 기반으로 차량 추적기능을 통한 침범 예측과 후방역역 침범 검출이 가능하다. 전방 차량 검지영역은 300m, 후방 검지영역은 150m에 달한다.


특히, 차량 침범 시 작업자에게 전광판을 통한 시각적인 경고와 함께 스피커를 통한 청각, 웨어러블기기를 통한 촉각 등 3중의 작업자 경고가 가능해 도로작업장 교통사고 감소와 함께 사망자 최소화를 실현할 수 있는 기술로 기대를 모으고 있다.


즉, 매년 꾸준히 발생하고 있는 도로작업장 교통사고로부터 도로작업들에게 안전한 작업 환경을 제공, 업무 효율 증진과 안전을 확보할 수 있는 기술로 평가받고 있다.


‘도로작업자 안전 확보를 위한 대·소형 이동식 방호울타리’ 기술은 도로 작업구간 등 고위험상황에 노출된 작업자를 보호하는 이동식 방호울타리 시설로, 공사장 내 차량 충돌 사고로부터 도로 작업자 부상 심각도를 최소화하는 한편, 도로 작업자 작업 편의성과 안전성 확보가 가능하다.


이 기술은 블록 링크형 충돌 흡수벽 형태로 구성돼 있어 이동식 방호울타리 폭과 길이를 가변적으로 조절할 수 있어 현장 상황에 맞춰 설치할 수 있다.


‘도로작업자 안전 확보를 위한 이동식 교대통행 시스템’은 왕복 2차로 도로점용 공사 시 교통신호수 대신 자동으로 교통을 제어하는 시스템이다.


이 기술은 무선로프와 레이더, 영상 등 융·복합센서와 2차로 도로 교대통행 신호운영 로직 기반의 교통운영 기술로 LED신호등과 전광판, 차단기를 이용해 교통운영을 제어한다.


특히, 소형화 설계로 편리한 운영과 이동이 자유롭고, 왕복 2차로 도로공사 구간에서 차량을 안전하고 신속하게 통과시킴으로써 교통지체 완화와 안전 증대에 기여할 수 있다.




왕복 2차로 도로공사 구간은 물론 교차로 공사 시 교통신호기 이설과 운영이 필요할 경우 임시 교통신호기로도 운영 가능하다.


‘도로 낙하물 수거장비’(ROBOS) 기술은 도로 위 낙하물의 처리 효율성과 작업자의 안전성을 향상시킬 수 있는 기술이다.

 

이 기술은 차량 하부를 통해 낙하물을 수거할 수 있는 설계를 적용, 각종 도로 낙하물 수거와 정리 시 주행 중 별도의 인력 투입 없이 손쉽게 수거가 가능하다. 낙하물 2차 처리 시 작업자 편리성 향상 효과를 거둘 수 있으며, 상용 도로관리용 차량 개조를 통해서도 낙하물 수거 장비로도 활용할 수 있는 장점도 갖고 있다.


이 같은 장점들로 인해 낙하물 수거 작업의 효율성 증진은 물론 2차 사고를 예방을 통한 작업자의 안전 향상, 인건비 절감효과 등을 거둘 것으로 전망된다.


얼마 전 수원국토관리사무소 관할 국도 시범운영을 통해 성능 검증을 완료한 상태로 고속국도는 물론 일반국도, 특별 광역시도, 지방도 등 국내 모든 도로에 적용 가능하다.


인 / 터 / 뷰

교각용 안전시설 감충형 지주로

탑승자 안전도 크게 높아질 듯


 

성정곤 선임연구위원


한국건설기술연구원 성정곤 선임연구위원은 “교통사고를 발생시키는 다양한 요인 중 직접적인 영향을 미치는 도로환경은 자동차와 도로이용자 모두에게 영향을 줄 수 있는 요소로 교통안전 향상을 위해 안전한 도로환경 구축은 필수적”이라며, “도로환경을 효과적으로 관리하기 위해서는 차량 탑승자와 도로 작업자, 보행자 등 도로 상에 노출된 도로 이용자의 위험도와 사고 발생 시 부상 심각도를 저감할 수 있는 기술 개발이 선결돼야 한다”고 밝혔다.




이어 “따라서 이 과제에서는 도로 작업구간이나 도로 노변 공작물 등 고위험 상황에 노출된 도로 이용자는 물론 도로 작업자의 교통사고 위험도와 사고 발생 시 부상을 최소화시키기 위한 도로 인프라 기반 기술을 개발하고 있다”고 소개했다.


현재 이 과제에서는 지주·교각의 충격흡수 성능향상기술과 이동식 교통제어기술, 도로 낙하물 수거장비 등 혁신적인 기술들이 중점적으로 개발되고 있다.


성 박사는 “지주와 교각의 충격흡수 성능 향상 기술은 도로 변의 공작물과 충돌 시 차량 탑승자의 부상 정도를 현저히 저감시킬 수 있는 기술”이라며, “중대형의 노출된 지주에 대해서는 차량 충돌 시 충격량을 최대한 흡수하는 감충형 지주기술이며, 교각용 충격흡수시설은 교각 주위를 둘러싸는 형태의 방호시설을 설치해 차량의 다방향 충돌에 대비할 수 있는 시설”이라고 설명했다.


이어 “도로 작업자의 안전성과 작업 효율성을 향상시키기 위한 이동식 방호울타리 기술과 도로 작업장으로 진입하는 차량에 대해 작업자가 경보를 받고 회피할 수 있는 기술, 왕복 2차로 도로 공사 시 한 차로 교행을 위한 이동식 교통제어기술도 개발하고 있다”고 말했다.




‘한 차로 교행’ 이동식 교통제어기술도 개발

현재 연구 초기 설정한 개별 기술 개발을 거의 마무리하고, 현장 설치와 관계자들의 의견을 반영한 보완 연구를 수행하고 있다. 이를 기반으로 조만간 상용화 제품도 선보일 예정이다.


성 박사는 기대효과에 대해 “향후 국내에서 발생하는 교통사고와 관련한 도로 인프라와 관련 시스템의 개선을 통해 교통사고 감소와 사망자 최소화에 기여할 것으로 기대된다”며, “또한, 둘러싸는 형태의 교각용 안전시설과 감충형 지주를 통해 선진국 대비 상대적으로 낙후된 탑승자 안전도를 고려한 도로시설 안전성 향상도 예상된다”고 밝혔다.


이어 “특히, 공작물과의 충돌사고 시 2차 피해 최소화를 통한 인명피해 최소화와 해외기술의 국산화, 차량으로부터 위험에 노출된 도로 작업자에게 안전한 도로 공사장 환경 제공이 가능할 것”이라고 전망했다.

오성덕 기자 건설기술


http://www.ctman.kr/news/17482

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LH, 민간과 공동연구로 창사이래 최초 건설신기술 지정


건축‧토목 기초공사 시 매입말뚝 지지력 확인기간 7일→1일로 획기적 단축

공기업과 대‧중소기업의 공동연구 및 현장적용으로 신기술 지정 성과


    LH(사장 변창흠)는 비티이엔씨(주), 현대엔지니어링(주), 삼표피엔씨(주)와 공동으로 개발한 ‘매입말뚝 지지력 조기 확인을 위해 말뚝 중공부에 용수가열 히터를 이용한 시멘트풀 고온양생방법’이 국토교통부 지정 건설신기술(제891호)로 지정됐다고 3일 밝혔다.


매입말뚝은 국내 대부분의 건축‧토목공사 현장에서 사용되고 있는 공공주택‧교량 등의 기초 구조물로, 지반에 구멍을 뚫어 말뚝을 삽입한 뒤 말뚝과 구멍 사이를 시멘트풀로 메꾸는 방식으로 설치한다.


신기술 개요

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매입말뚝이 안전하게 구조물을 지지하기 위해서는 충전재인 시멘트풀의 적절한 양생(굳히기)과 지지력을 확인하는 품질관리가 중요한데, 기존에는 시멘트풀 양생에만 7일이 걸려 말뚝의 지지력을 확인하는 데 많은 시간이 소요됐다.




이번에 LH가 공동개발한 신기술은 시멘트풀이 온도가 높을수록 빨리 굳는 원리를 이용한 것으로, 말뚝 중앙 빈 공간에 물을 채운 뒤 전기히터로 가열해 말뚝 주변의 시멘트풀을 고온으로 굳히는 기술이다.


이 기술을 활용하면 시멘트풀을 조기에 양생시켜 말뚝 지지력을 기존 7일에서 1일 만에 신속히 확인할 수 있게 돼 공사기간을 크게 줄이고, 과다시공 또한 방지하게 된다.


LH는 기술개발을 위해 지난 2015년부터 비티이엔씨(주) 등 민간건설사와 함께 신기술을 현장에 적용하며 최적의 양생온도와 가열방법, 스마트 온도제어 측정방안 등을 시험해 왔으며,


지난해 7월 신기술 지정신청 이후 국토부의 엄격한 심사를 거쳐  2010년 LH 창사 이래 첫 건설신기술 지정이라는 성과를 거두게 됐다.


LH 관계자는 “공기업과 대‧중소기업이 협력해 개발한 이번 신기술이 동반성장의 모범사례가 될 것으로 기대한다. 앞으로 공동지정기관과 함께 신기술 활용촉진을 위한 상생협약을 체결하고, 신기술의 해외 보급 확산에도 노력하겠다”라고 말했다. 

LH

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철도연, 도시·광역철도 급행화를 위한 건설 기술개발


열차 운영 중 대피선 공사 가능·실용화를 위한 현장 적용성 검증 


   한국철도기술연구원(이하 철도연, 원장 나희승)은 도시·광역철도 급행화를 위한 비개착 터널 확폭 공법의 현장 적용성을 검증했다.


비개착 터널 확폭 공법은 급행열차 운영에 필요한 대피선 건설을 위해 터널의 폭을 넓히는 공법이다. 기존 열차를 계속 운영하면서 진행하는 공법으로 이번 현장 적용성 검증을 통해 실용화를 위한 기술적 기반을 마련했다.


수도권 광역급행철도 - 나무위키

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기술의 적용성 검증은 경기도 포천시 소재 삼양리소스(주) 소유의 관인마그네타이트 광산의 유사 현장에서 진행됐다.


철도연이 2018년부터 수행해 온 ‘기존 인프라를 활용한 도시·광역철도 급행화 기술개발’ 과제의 일환으로 진행됐다.




※ 관련 연구과제

과제명: 기존 인프라를 활용한 도시·광역철도 급행화 기술개발

연구기간: 2018. 1. 1 ~ 2020. 12. 31 (3년)

연구기관: 철도연(주관기관), 삼양리소소(주) 등 총 19개 기관

(연구책임자: 오석문 철도연 책임연구원)


기술 검증을 위한 터널 현장은 철도 터널과 유사하게 확폭을 위한 작업공간(길이 20m, 폭 9.4m, 높이 6m 규모)을 구축하고, 작업공간으로부터 단선 터널(길이 5.2m, 바닥면 폭 3.26m, 최대 폭 4.0m, 높이 4.0m)을 말굽 형태로 추가 설치했다.


새롭게 개발한 무진동 암파쇄 공법, 전차선 이설 기능을 부가한 열차 방호 프로텍터, 드론 및 비파괴 탄성파를 활용한 지반 안정성 분석 기술 등의 현장 적용성 검증을 완료했다.


‘무진동 암파쇄 공법’은 고압 펌프와 응력 집중이 가능한 쐐기형 피스톤으로 암반을 파쇄하며, 별도의 자유면을 확보할 필요가 없는 공법이다. 철광석 광산에서 폭약을 사용하는 경암까지 파쇄가 가능하다.


사공명 철도연 궤도노반연구팀장은 “무진동 암파쇄 공법이 기존 공법에 비해 암파쇄 속도 30% 단축, 공사비 16% 절감할 수 있고, 향후 GTX 및 신설 도로 터널 건설에도 활용할 수 있다”고 전했다.










 <무진동 암파쇄 공법 개념>


<무진동 암파쇄 공법 (CRC) 적용 예시>


‘전차선 이설 기능을 부가한 열차 방호 프로텍터’는 열차 운행 중 터널 확폭 공사를 수행하는 도중에 예상하지 못한 낙석으로부터 열차를 보호하기 위한 장치이다. 건축한계의 제한된 터널 공간구조와 신속한 설치·제거를 고려하여 설계됐다.


또한, 전차선 이설 장치를 보유한 것이 특징이다. 윤희택 철도연 책임연구원은 “19톤 이상의 낙반 하중을 견딜 수 있는 안전성을 검증했다”고 밝혔다.


  <확폭 공사 진행 전>                   <확폭 공사 진행 중>



 <라이닝 낙반 하중 내력 검증 (측면)>     <라이닝 낙반 하중 내력 검증 (상면)>    




드론 및 비파괴 탄성파를 활용한 터널 지반 안정성 분석 기술은 터널 확폭에 필요한 지반의 지질 특성과 안정성을 검증하는 기술이다.


이나현 철도연 선임연구원은 “드론을 활용한 터널 내부 분석과 비파괴 탄성파 시험 결과를 교차 분석하여, 터널 확폭의 안정성을 검증했다”고 말했다.


<드론 활용 터널 입체 공간 분석 (Facemapping)>


<입체 공간 절리면 분석>


<측면 비파괴 탄성파 시험 (Side TSP)>





오석문 철도연 책임연구원은 “개발된 기술은 유사 현장에서 검증된 것으로 실제 철도 현장 적용성 검증 연구를 기획·진행하여 기술의 완성도를 높일 계획”이라고 전했다.


나희승 철도연 원장은 “열차를 운영하면서 철도 터널을 넓히는 공법이기 때문에 안전성과 신속성, 경제성을 최우선으로 개발된 기술이다”라며,


“정부철도연와 지자체에서 진행하는 도시·광역철도 급행화 사업은 물론이고, 다양한 현장에 활용될 수 있도록 노력하겠다”고 전했다.

철도연

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콘크리트 품질을 ‘미역’으로 향상시킨다고?


    도로 포장의 원가 절감을 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 특히 최근 해조류를 이용해 원가 절감은 물론 친환경적인 콘크리트 포장공법이 화제가 되고 있다.


기존 라텍스 개질 콘크리트 공법은 콘크리트 재료와 라텍스를 첨가해 5cm 내외의 방수겸용 콘크리트 포장 시공공법으로 고가의 라텍스 비율이 매우 높아 경제성이 낮은 단점이 있다. 또한 초기 급격한 수화 반응으로 초기 균열도 발생할 수 있다.


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이를 극복하기 위해 시중에 판매하는 해조류를 활용해 라텍스 비율을 120kg에서 30kg으로 대폭 감소시켜 자재원가를 절감할 수 있는 공법이 개발 됐다. 그 기술이 바로 APC 공법이다.


APC 공법 알긴산 라텍스 개질 콘크리트 포장공법(Alginate Latex Modified Concrete Pavement)으로 해조류를 시멘트와 라텍스에 첨가한 콘크리트 포장 시공 공법이다.




콘크리트 포장은 골재 사이에 공극이 발생하게 되는데 미역과 같은 해조류에 함유돼 있는 알긴산나트륨은 이러한 콘크리트 조성물 내부에 발생하는 공극을 메워 콘크리트의 균일성과 품질을 향상시킨다. 해조류의 생고분자(gel)가 부착성을 높여 초기균열 발생이 적고 우수한 부착강도로 방수기능과 염해방지, 동결융해 마모저항성도 우수해 저탄소 녹색성장에 기여하는 환경친화적인 공법이다.


또한 일반 콘크리트와 양생 기간이 동일하고 조강과 초속경 시공이 가능해 조기개방용 도로와 교면포장 보수 시 12시간 후 교통개방 가능, 긴급개방용 도로와 교면포장 보수 시 4시간 양생 후 교통개방이 가능하다.


이와 같은 포장공법을 개발한 다길이엔씨(주)는 2011년 설립돼 지속적인 신기술과 건설재료 개발을 통해 포장 방수분야의 특화기술을 보유하고 있으며 국가기간산업의 발전에 기여하고 있는 포장·방수전문 건설기업이다.


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설립 이후 방수와 단면보수에 적용하는 아크릴 수지와 교면포장, 콘크리트 단면보수에 적용하는 조강, 초속경 콘크리트(APC, SPC)를 개발해 일반국도와 고속도로 현장에 다수 적용했다. 또한 기존 토공부 콘크리트포장에 적용돼 온 JCP(무근 콘크리트 포장)와 CRCP(연속철근콘크리트 포장) 공법을 개선해 초기시공비와 유지관리비용을 최소화한 ARCP 공법을 개발해 기대를 모으고 있다.




다길이엔씨 이준호 대표이사(사진)는 “ARCP 공법은 고성능 저비용 콘크리트 포장공법으로 기존 JCP공법의 횡방향 균열과 줄눈부 파손으로 인한 높은 유지보수 비용과 CRCP 공법의 철근비용에 따른 초기시공비 과다의 문제점을 개선할 수 있다”며 “균일하지 못한 CRCP의 초기균열을 균열유도장치를 통해 유도균열로 발생시키고 유도균열 제외 부분에서 최소한의 필요 철근량을 사용해 공용성과 경제성을 만족시키는 새로운 개념의 철근콘크리트 포장공법”이라고 말했다.


그 외에도 아크릴 방수재는 극성과 산가가 높은 아크릴 수지 등을 최적비율로 제조한 반응형수지와 복합골재를 혼합해 소량의 경화제로 경화한 방수재로 일축압축강도와 휨강도가 우수해 반영구적인 방수와 단면유지보수재로 적용 시공되고 있다.


또한 예방적 유지보수 측면에서 콘크리트 포장줄눈에 시공되는 성형줄눈재 개발을 통해 온도에 따른 도로포장의 수축팽창으로 인한 크기변화를 최소화해 수분침투를 막을 수 있고 내구성과 시공성이 우수해 고속도로현장에 널리 적용되고 있다.



이 대표는 “콘크리트 포장 관련 사업 중 초속경 콘크리트 제품과 고성능 저비용 콘크리트 포장공법인 ARCP공법을 중점적으로 연구개발 하고 있고 교량 교면방수관련 사업도 지속적으로 하고 있다”며 “단기적으로는 콘크리트 포장을 더욱더 발전시키는 노력을 경주하며 장기적으로는 도로표면에서 발생되는 미세먼지를 저감 할 수 있는 환경친화적인 신기술을 중점적으로 연구·개발할 계획이다”고 밝혔다.




그는 이어 “도로 유지보수공사를 하다보면 소수의 시민들이 각종민원을 제기해 공사가 중단되는 등 여러 문제들이 발생하고 있지만 불편을 감수하고 양보해 주시는 사회적 공감이 필요하다”며 “그동안 축적된 기술과 경험 그리고 꾸준한 신기술 개발을 통해 건설기술력을 증진하고 기업 가치를 높여 최상의 품질로 사회에 기여하는 기업이 되도록 최선을 다하겠다”고 덧붙였다.

[공학저널 전찬민 기자] 


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물 침투 차단하는 GMA 방수포장, 포장자체로 방수한다


    아스팔트 포장이 소성변형과 균열 등 파손의 문제가 지속적으로 발생되고 있는 가운데 파손을 획기적으로 줄이는 포장기술이 개발돼 기대를 모으고 있다.


이제는 도로 이용자가 쾌적하고 안전한 주행 요구수준을 충족시킬 만큼 아스팔트 혼합물 생산과 포장기술이 발전됐다. 기존 아스팔트 포장의 소성변형, 균열 등 파손되는 단점을 해결하기 위해 아스팔트 바인더의 품질성능이 향상됐기 때문이다.


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아스팔트 포장은 약 3~6%의 공극이 있어 포장표면에 눈, 비 등이 오면 대부분 흘러 내려가지만 소량의 수분이 포장층 아래로 침투하게 된다. 포장층에 침투한 물은 포장층 아래로 빠져나가게 되지만 교량과 콘크리트 포장의 절삭한 구간에서는 침투한 물이 빠져나가지 못하고 체류하게 돼 포트홀과 백태 등의 포장파손, 슬라브 열화 등이 발생해 구조물과 포장수명을 저하시키게 된다.




도로 신설 시에는 시방규정에 따라 교량 슬라브 등 방수층을 적정하게 설치해 설계수명을 확보할 수 있다. 하지만 유지보수공사에서는 각 공법에 맞는 완벽한 시방규정 준수가 현실적으로 어려워 교면포장 파손이 발생하게 되는 것이다.



최근 이러한 포장 파손을 방지하는 방수아스팔트 포장 공법이 개발돼 주목을 받고 있다. 그 기술은 바로 GMA 방수아스팔트 공법이다.


GMA 방수아스팔트 공법은 별도로 방수층을 설치하지 않고 부착성능과 탄성회복력이 월등한 고성능폴리머(SIS)와 석유수지 등을 첨가해 아스팔트 혼합물간 강력한 부착과 결합력을 형성시킨다. 이 공법은 방수재 품질성능을 확보해 포장체 내부로 물 침투를 차단함으로써 포장파손을 억제하고 내구성을 높였다.


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별도 방수층을 설치하지 않고 포장자체로 방수가 돼 방수층 시공과 양생으로 인한 문제점이 발생하지 않는다. 이를 통해 포장파손이 최소화되고 작업시간이 단축돼 유지보수공사의 교통차단시간을 20%정도 줄이고 공사비 절감이 가능한 것이 특징이다.




또한, 재포장 시에도 GMA 방수아스콘이 파손되지 않아 표층만 보수하면 일반 방수공법 대비 10~20%의 비용을 절감할 수 있고, 방수층 시공과 하자 원인을 최소화해 내구성도 높일 수 있다.


이러한 GMA 방수아스팔트 공법을 개발한 ㈜지케이기술연구소는 설립 이후 한국교통대학교와 강원대학교의 산학협력단, 창업교육센터에 기반을 두고 꾸준히 아스팔트 바인더의 성능개선을 위해 연구 개발을 진행했다. 특히 2012년 국내외 최초로 아스팔트에 SIS와 석유수지를 첨가해 공용성 등급 PG82-34의 바인더를 적용한 ‘GMA 방수아스팔트’를 개발했다.


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고기능성 SIS 바인더는 저온(-10℃)에서 일반 아스팔트에 비해 SIS 바인더가 부착성능시험 시 최대 하중값은 4배, 변형 성능값은 3배 높다. 상온(25℃)에서 일반 아스팔트 바인더는 급격한 부착파괴가 발생하나 SIS 개질재가 첨가된 GMA바인더는 10배 이상 변형 성능값 발휘한다. 부착 강도와 변형성능은 혼합물의 파괴인성을 증가시키고 교량거동에 따른 외력을 흡수하게 된다.




또한 GMA 방수아스팔트 혼합물은 골재입도 개선과 AP 바인더 함량을 대폭 증진시켜 치밀한 구조를 만든다. 이를 통해 물 침투를 불가능하게 하고 바인더의 강력한 부착력으로 방수성능을 확보한다. 일반적으로 골재 세립분 함량 증가 시 아스팔트 바인더 함량이 증가하게 돼 아스팔트가 혼합물로부터 분리되거나 플러싱(flushing) 현상과 소성변형이 발생하는데 GMA 방수아스팔트는 이러한 현상이 발생하지 않는다.


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지케이기술연구소는 방수아스팔트 포장 외에 아스팔트 바인더의 공용성 등급을 높이고 품질성능을 향상시켜 개질아스팔트 및 중온아스팔트를 생산·시공하고 있다. 또한 추가적으로 다른 포장공법을 상용화하기 위해 배합설계와 시험시공 중에 있다.


지케이기술연구소 김영강 자문(한국도로포장 대표, 사진)은 “도로포장은 생명체와 마찬가지로 생로병사의 순환과정과 수명을 가지게 되는데 포장상태와 손상정도에 따라 일상적 보수, 리모델링, 재포장을 하게 된다”며 “기존 아스팔트 포장의 표층을 절삭 후 덧씌우기를 하다보면 절삭면 하부의 포장층이 약화돼 포장수명이 단축되는 현상이 발생한다. 그래서 포장수명이 단축되는 현상을 개선하는데 중점적으로 모든 역량을 집중하고 있다”고 말했다.





그는 이어 “도로포장에 적용하는 거의 모든 방수와 포장공법은 시방규정을 준수해 시공하게 되면 최상의 품질성능을 발휘할 수 있다. 그러나 현실적으로 유지보수공사에서는 완벽한 시방규정 준수가 쉽지만은 않은 것이 사실이다”며 “포장파손이 최소화되고 포장수명을 늘리는 경제적인 공법개발이 필요하고 포장설계 시에 예상되는 문제점을 찾아 최적의 대안공법을 적용하는 합리적인 사고와 접근이 필요하다”고 덧붙였다.


한편, 지케이기술연구소는 안전하고 쾌적한 도로주행을 위해 도로이용자 관점에서 노력해 왔으며, 앞으로도 도로포장의 파손을 줄이고 도로 수명을 늘리는 경제적인 포장공법 개발에 정진할 계획이다.

[공학저널 전찬민 기자]


 

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현대엔지니어링, 국내 최초 AI 기반 플랜트 자동 설계시스템 개발


    현대엔지니어링이 국내 최초로 AI(인공지능)를 적용한 설계 자동화 시스템을 개발하는 데 성공했다.

현대엔지니어링은 15일 AI 머신러닝을 활용한 플랜트 철골구조물 자동 설계 시스템 개발을 완료해 관련 특허를 출원했다고 밝혔다.


이번에 개발한 철골구조물 자동 설계시스템은 엔지니어가 직접 입력하는 수작업 방식보다 설계에 필요한 시간을 줄여 업무 효율을 높일 수 있다. 또 AI 머신러닝 알고리즘을 활용해 구조물의 최적 형태를 제안할 수도 있다. 현대엔지니어링은 이를 기반으로 설계단계에서 시공성 검토가 이뤄져 시공물량 절감이 가능할 것으로 기대했다.



철골구조물은 플랜트 사업에서 대형 컴프레서, 펌프 등 외부환경에 민감한 기계를 실내에서 운영하기 위한 시설물로써, 일반적으로 철제 기둥과 철제 빔을 이용해 시공되는 실내 체육관이나 대형 창고와 유사한 형태다.


그동안의 구조설계 과정은 구조해석 프로그램을 이용해 설계자가 부재(部材)를 직접 선택하고 수치를 입력하는 방식이었다. 따라서 설계자의 주관적인 판단이 개입되고 표준화에 어려움이 있었다. 구조설계 변경이 필요한 경우에는 비용과 시간이 증가해 효율성이 저하되기도 했다.




그러나 이번에 현대엔지니어링이 개발한 철골구조물 자동 설계 프로그램을 통해 설계자가 건물의 크기, 하중, 형태 등 기본적인 설계 조건만 입력하면 10분 이내로 구조설계가 가능해졌다. AI 분석 시스템은 최적의 구조물 형태를 예측해 시공 물량을 최적화시킬 수 있으며, 설계·시공간 오차가 거의 없어 공기 단축은 물론 설계 비용도 약 20% 이상 절감되는 것으로 예상됐다. 현대엔지니어링은 AI 자동 설계시스템을 입찰사업과 수행 프로젝트에 도입해 수주 경쟁력 확보와 원가절감이라는 두마리 토끼를 노리고 있다.


현대엔지니어링은 이번 철골구조물 자동 설계 시스템 개발을 시작으로 ‘2D도면 3D 모델링 자동 변환’, ‘배관/케이블 루트 자동 설계 (Auto Routing)’, ‘전 공종 도면 자동화 설계 및 물량 산출’ 등 10여 개의 설계 자동화 기술을 개발할 예정이다.


현대엔지니어링 관계자는 "업계 최초로 AI 기반 플랜트 자동 설계 시스템을 개발했다는데 의미가 크다"며 "더욱 치열한 경쟁이 예상되는 플랜트 시장에서 IT기술을 활용한 융합기술 시너지를 통해 기술경쟁력과 원가경쟁력을 지속적으로 확보하겠다"고 밝혔다.

유병훈 기자 조선비즈 




용접철근 자동화로 시공 품질 ‘획기적 향상’


    철근 시공 자동화를 통해 생산성은 물론 시공 품질까지 향상될 전망이다.


현재 국내 건설 산업은 다른 산업에 비해 생산성 저하의 문제에 직면하고 있다. 특히 인건비 상승뿐만 아니라 기술 숙련자의 노령화, 기피현상 등으로 건설 산업 경쟁력에 영향을 주고 있다. 철근 시공의 경우 대부분 인력으로 시공되고 있으며, 4차산업혁명 기술의 도입이 미비해져 경쟁력을 혁신적으로 높일 수 있는 기술 개발이 필요한 상황이다.


 

다스코의 WBM(용접철근매트)이 적용된 기둥틀의 예시./사진=퍼듀대학교(Purdue University) 홈페이지


4차 산업혁명 기술의 핵심은 데이터의 디지털화다. 이에 따라 철근 공정을 디지털화해 경쟁력을 확보할 수 있는 기술이 개발돼 주목을 받고 있다.


또한 생산의 자동화를 위해 콘크리트 프리팹 기술 개발에 용접철근 기술이 중요한 역할을 하고 있다. 그 기술이 바로 WBM(Welded wire/Bar Mat)이다.


WBM은 기존의 낱개 철근 작업 시 현장에서 손으로 연결하는 인력 시공을 생략하고, 공장에서 고강도의 냉간 신선 또는 열간 압연 철근을 일정 크기의 격자 형태로 연속 자동용접을 통해 제작한 후 이를 현장에 운반해 설치하는 기술이다.




특히 철근 자체의 이형과 용접점으로 부착력과 정착력을 높일 수 있으며, 연속 자동용접 설비 활용으로 철근단면적과 간격이 정확하다.


이를 위해서는 소재의 생산에서 가공을 거쳐 용접설비 등의 주요 설비가 필요하며, 이러한 설비간의 정보는 BIM 데이터 활용으로 철근 공정을 디지털화한다.


이러한 기술이 완성되면, 현장설치 콘크리트는 물론 특히 PC 공장에 직접운반 제공함으로써, 복잡한 철근의 가공조립 부분을 획기적으로 해결할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.


 

다스코 WBM 시험시공 현장 /철강금속신문

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이러한 철근 공정 기술을 개발한 다스코(주)는 1996년 동아에스텍이라는 상호로 설립돼 철강재 도로 안전시설물 제작을 시작으로 철강재 교량난간의 제작과 시공 등을 포함해 현재는 방음 터널 등 국내 최대의 도로안전시설물 제작시공 전문기업이다. 이후 건축용데크플레이트와 단열데크로 분야를 확대했고 지난 2018년 중견기업 지정을 받으면서 상호를 다스코로 변경했다.


최근에는 태양광 하지재 제작시공 분야와 신사업으로 구조용 선조립 용접철근사업을 추진 중에 있다. 또한 국내 건설업의 과제인 건설 생산성 향상을 목표로 이번 연구사업에 참여했다. 특히 건설업에서 인력시공 비중이 가장 큰 철근의 공장제작을 통해 생산성을 획기적으로 높이는 동시에 품질까지 향상시키기 위해 2019년 신사업으로 용접철근사업을 착수했다.




이를 발전·확대하기 위해 스마트 건설사업의 디지털 기반 도로구조물 설계-제작-시공 지원기술 개발 연구를 수행하고 있다.


용접철근 기술은 철근의 현장설치와 공기를 철근 직경에 따라 60%~80%까지 줄일 수 있다는 분석결과가 미국과 유럽에서 제시됐고, 1997년 한국토지주택공사(LH)에서도 검증된 바 있다.


특히 품질 면에서도 설계에서 의도한 정확한 철근 간격을 확보할 수 있기 때문에, 균열의 방지와 예측이 가능한 것은 물론 인건비 절감도 특징이다.



다스코 윤태양 부회장(사진)은 “철근분야에 한 가지 사회적 걸림돌은 대형 건설사의 경우 소재와 절단가공 부분은 소재사에 사급으로, 설치 부분을 철근콘크리트 업체에 하도급형태로 운영되고 있다”며 “이를 철근소재에서 시공까지의 전체 생산성을 고려한 발주제도의 개선이 필요하다”고 말했다.


한편 다스코는 현재 참여사(PC사)와 연계해 진행 중에 있는 도로 구조물에 용접철근 기술을 적용할 예정이다. 향후 연구단 테스트베드 사업에 적극 협력해 용접철근 분야의 생태계를 구축함으로써 국내 건설산업의 생산성을 높이는 데 기여하고자 한다.


윤 부회장은 “국내 건설산업이 처한 상황을 고려할 때, 현재의 생산성 수준을 선진국 수준으로 끌어 올려야 하는 한국건설산업의 미래가 걸려있는 사안임을 모두가 인지하고, 이 분야에서의 국내 생태계 구축에 모두가 노력할 것을 부탁드린다”고 전했다.

[공학저널 전찬민 기자] 




 

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