본 연구에서는 콘크리트 하수관로의 결함부를 보수하기 위한 자주차의 개발 및 성능평가에 관한 연구를 수행하였다. 비굴착 방식인 자주차를 활용한 하수관로 보수를 위하여 구동 시스템, 보수 유닛 설계 및 보수재료 압송에 관한 성능을 고려하여 자주차를 개발하였다. 개발된 자주차의 성능평가를 하기 위하여 직경 500mm 콘크리트 하수관로에 결함부를 모사하여 보수실험을 수행하였다. 이후, 보수가 완료된 하수관로를 양쪽 끝단과 결함부에 플러그를 삽입하여 고정하고, 물을 주입하여 보수부위에서 누수 여부를 통한 수밀성능을 평가하였다. 누수량은 0.07L/㎡으로 허용 누수량 0.2L/㎡ 이하의 값을 나타내며 우수한 수밀성능을 나타내었다. 따라서 본 연구에서 개발한 자주차는 우수한 보수성능을 나타내는 것으로 판단된다.
우리 주변의 구조물들은 시간이 지남에 따라 환경적, 화학적 요인에 의해 열화 현상이 발생하며 구조물의 성능저하 현상이 나타난다. 콘크리트 구조물의 가장 큰 열화 현상 원인으로 탄산화, 염해, 동결융해 현상이 있다. 이러한 열화현상에 대하여 다양한 보수공법이 있다. 그러나 기존의 보수 공법에 대한 연구 및 기술개발은 꾸준히 진행되어 왔으나 보수재료와 기술의 정확성 및 실효성 검증은 크게 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 다양한 제조사의 보수재료에 관하여 재료 성능 평가를 수행하였고, 이를 바탕으로 균열과 가장 밀접한 공법에 사용되는 함침제와 에폭시를 적용 하여 탄산화, 염해, 동결융해에 대하여 내구성능 평가를 수행한다. 이 결과 탄산화와 염해는 대략 2배의 성능 개선과 동결융해의 경우 5 %의 보수 성능 향상을 나타낸다. 이처럼 추구 구조물 보수 시 환경적, 화학적 요인에 따라 적절한 보수를 실시한다면 철근 부식을 방지하는데 효과적일 것으로 판단된다.
콘크리트 구조물은 시공 후 다양한 원인에 의해 물리적, 화학적 변형을 통해 물리적인 성능이 저하된다. 이러한 콘크리트 구조물의 성능저하는 사용수명을 감소하기 때문에 합리적인 보수보강이 필요하다. 최근 콘크리트 구조물의 효율적인 보수을 위해, 부착성능을 향상시킨 하이브리드 보수재료에 대한 연구가 활발히 수행되어오고 있다. 본 연구에서는 기존콘크리트와의 부착성능 및 수밀성을 향상시키기 위해 초속경 시멘트에 PVA 분말수지, 나일론 섬유, 라텍스를 혼입 한 하이브리드 보수재를 개발하였다. 보수재료의 성능평가를 위해 압축강도, 건조수축, 부착강도 실험을 수행하였다. 또한 미리 손상이 발생한 시험체를 제작한 후 보수 전후의 휨부착 성능평가를 수행하였다. 휨강도 평가결과, 기존의 초속경시멘트만 혼입한 시험체를 제외한 모든 실험체에서 110%~150%정도 휨강도가 크게 나타났고, 휨강도에 의해 발생된 균열패턴은 모든 실험체가 기존 콘크리트와 일체 거동하는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 높은 역학적, 내구적 성능이 확보된 UHPC(Ultra High Performance Concrete) 배합을 기반으로 보수재료를 개발하기 위해 일반 콘크리트 보수면을 대상으로 부착성능을 평가하였다. 보수 대상 모체의 표면의 거칠기와 습윤 상태 그리고 보수재료 배합에 폴리머 혼입 및 PP, PVA 섬유 사용을 고려하여 총 10가지 시험 변수를 적용하였다. 폴리머를 혼입함에 따라 큰 폭의 강도 저하가 발생하였으며 이는 워커빌리티 조정을 위해 추가로 사용한 감수제의 영향으로 사료된다. 또한 플라스틱 계열 섬유를 혼입함에 따라 플로우가 최대 13.8 % 감소하였다. 부착면의 상태를 고려한 보수재료의 부착 강도 평가 결과 UHPC 기반 보수재료를 사용하는 경우 보수 대상 모체의 표면이 건전하다면 별도의 면 처리 작업 없이 높은 부착성능을 확보할 수 있는 것으로 판단된다. 또한 UHPC 기반 보수재료는 부착면의 습윤하더라도 높은 부착성능을 나타내었다. 추후 UHPC 기반 보수재료의 개발을 위해 숏크리트 적용과 구배 타설에 대한 연구가 진행될 예정이며 콘크리트 구조 보수재료로써의 경제성과 성능 확보를 위해 지속적인 보수재료 배합 개선이 수행될 계획이다.
본 논문에서는 보수를 위해 생성된 혼합물을 손상부위에 자동으로 분사하여 보수하는 탄소섬유 분사형 복합재 유지보수 로봇을 개발하였다. 로봇 개발을 위해 불연속 탄소섬유와 에폭시 수지(Epoxy resin) 및 경화제가 혼합된 보수용 혼합물을 손상부위에 분사한 뒤 경화시키는 보수공정을 개발하였다. 이후, 개발된 보수공정의 자동화를 위해 협동로봇(Collaborative robot)을 기반으로 보수용 혼합물을 손상부위에 자동으로 흡입 및 분사하는 말단장치(End of arm tool, EOAT)를 개발하였다. 개발된 로봇의 보수성능평가를 위해 복합재 인장시험 규정 ASTM D3039에 의거하여 0° 및 90°일방향 시편 제작 및 시험을 수행하였다. 시험은 손상되지 않은 시편, 손상된 시편, 그리고 손상 후 로봇에 의해 자동으로 보수된 시편에 대해 수행되었다. 시험 결과, 0와 90° 시편에 대해 각각 보수 후 약 10%와 90%의 인장강도 회복율이 확인되어 개발된 탄소섬유 분사형 복합재 보수 로봇의 보수성능을 검증하였다.
교량의 내진성능확보를 위한 유지보수계획을 수립하는데 있어서, 전체 생애주기비용의 최소화를 통하여 최적의 검사 및 수리회수의 결정방법을 제시한다. 생애주기 비용에는 초기비용, 파괴비용 뿐만 아니라, 검사 및 보수비용이 포함된다. 시간에 따른 내진성능저하모델을 손상함수를 이용하여 표현하였으며, 손상감지정도에 따른 Event Tree Analysis를 통하여 유지보수에 따른 파괴확률을 랜덤진동이론을 이용하여 산출한다. 예제로서 10경간 연속교의 최적유지보수방법을 살펴본 결과, 가속도계수가 증가하고, 연약지반일수록 최적유지보수회수는 증가하는 것으로 나타났다.
본 연구는 균열이 발생된 콘크리트 구조물의 성능 회복 및 성능 향상을 위하여 첨단 기술을 접목한 경제적이고 친환경적인 나노 합성 무기계 균열보수재를 균열이 발생된 콘크리트 구조물에 적용하기 위하여 나노 합성 무기계 균열보수재의 역학적 특성 및 내구 특성을 종합적으로 평가하였다. 균열 보수재의 역학적 특성을 평가한 결과 모든 균열보수재가 표준 및 건습반복 상태에서 우수한 부착성능을 나타내었으며, 염분침투확산, 탄산화 및 내염수성 실험결과도 매우 양호한 결과를 나타내었다. 따라서 균열에 의한 성능저하가 발생하여 콘크리트 구조물의 보수 보강이 필요할 경우 본 연구에서 적용한 나노 합성 무기계 균열보수재를 이용하여 콘크리트 구조물의 성능 회복 및 성능 향상을 이룰 수 있을 것으로 판단된다.
소프트웨어 회사들은 새로운 개발보다는 기존 프로젝트의 유지보수와 성능향상 프로젝트를 보다 많이 수행한다. 기존의 비용 추정 모델들은 유지보수 프로젝트들에 적용할 수 있지만, 유지보수 분야에 적용시키기 위해서는 변경이 필요하다. 본 논문은 개발 프로젝트와 유지보수 프로젝트의 기능점수 계산방법을 분류하고 ISBSG의 밴치마킹 자료를 회귀 분석한 결과를 토대로 유지보수 프로젝트의 비용을 측정할 수 있는 방법을 제안하였다. 먼저, ISBSG 자료를 소프트웨어 비용에 영향을 미치는 요소인 프로그램 추가, 변경과 삭제 3가지 요소의 8가지 중에서 실제 유지보수가 나타나는 4가지 그룹으로 분류하였다. 그리고, 그룹별로 통계적 모델과 RBF 망(Radial Basis Function Network)을 이용한 모델을 개발하여 각각의 성능을 분석 평가한 결과 RBF 망이 통계적 모델보다 좋은 성능을 보였다.
본 연구에서는 최근 국내에서 신기술 등으로 인증되어 활용되고 있는 보수재료 공법을 적용한 폭로시험체를 제작한 후, 해양환경 및 일반대기환경 하에서 장기폭로실험에 의한 정량적 폭로실험데이터를 확보함으로서 향후 성능 저하된 철근콘크리트 구조물의 보수재료 공법 성능평가 방법 및 품질관리기준 확립을 위한 기초자료를 제시하고자 하였다. 해양 및 일반대기환경 하에서 폭로재령 18개월까지 폭로실험을 실시한 결과 일부 보수공법에 있어서 표면피복재 및 단면복구재의 미세균열 부풀음, 박리현상과 보수경계부위의 균열 및 보수부위와 비보수부위의 전위차가 다소 발생하고 있는 것으로 나타났으며 향후 폭로시험체의 지속적인 평가 및 파괴에 의한 상세평가를 통하여 정량적인 폭로실험 데이터를 확보함으로서 보수재료 공법의 성능평가방법 및 품질관리기준 확립을 위한 기초 자료를 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
철근콘크리트 구조물의 수명 연장 및 기능 보완을 위하여 콘크리트 면의 보수를 실시할 경우 일반적으로 구조적 내력을 고려하지 않는다. 특히, 표면박락 등의 보수에는 단순하게 모르타르 도포만을 이용하여 보수가 완료되므로 별도의 구조적인 보강 성능을 발휘하지 않는다. 그러나 시공성의 향상 및 균열의 억제를 위하여 철망 등의 재료를 사용할 경우 일정부분 보강의 효과를 얻을 수 있을 것으로 예상되며, 특히, 수로 구조물과 같이 교각 간에 놓여지는 구조요소의 경우 하부면의 보수를 실시할 경우 휨 저항성의 증가를 기대할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 크리프 철망에 의한 보수를 실시하고 보수 부위 및 보수 두께에 따른 보강 성능을 확인하고자 하였다. 이를 위하여 두께 150mm, 길이 3,000mm, 너비 600mm 슬래브를 제작하고, 상부 부분 보수, 상부 전면 보수, 하부 부분 보수, 하부 전면 보수, 크림프 철망 보강 유무 등 총 8개 실험 유형을 선택하고 이에 대한 휨 보강 성능 실험을 실시하였다. 분석 결과, 크림프 철망을 보강한 실험체에서 보수 재료의 두께가 증가할수록 항복하중 및 파괴하중은 높아지는 것으로 나타났으며, 동일 조건일 경우 하부면의 보수가 휨 하중에 대한 내력을 증가시킬 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 휨 하중을 받는 구조물 중 부분 보수만을 실시할 경우 휨 보강 성능은 기대하기 어려운 것으로 나타났다. 결론적으로 크림프 철망에 의한 보수공법 적용 시 휨 저항성의 증가가 있는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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