[기획-재난 없는 국가] 34. 초고성능 콘크리트 기반 보수재료의 뿜칠 성능 확보를 위한 노즐 시스템 개선
고내구성을 갖춘 재료기반 보수재료 적용 수요 증가... 고성능 보수공법의 실용화 및 대중화에 기여할 것으로 기대
2026-02-25 오후 5:52:08
요즘 우리나라에 겨울눈이 많이 오지 않는다고 한탄하는 사람도 있다. 겨울은 춥고 눈이 와서 제격이라고 말하기도 한다. 전혀 틀린 말은 아니지만 모든 사람이 동의하는 것도 아니다.
겨울에 눈이 적게 오는 것은 지구 온난화의 영향으로 춥지 않아서다. 실제 과거에 비해 눈이 적게 오는 현상은 부인하기 어렵지만 눈이 많이 온다고 반드시 좋지는 않다.
겨울철에 눈을 치워야 하는 사람에게 눈은 골칫거리다. 제설작업은 시간도 많이 소요되고 영화칼슘이라는 환경을 파괴하는 제설제를 무차별적으로 살포해야 한다.
이번에 소개할 논문은 '초고성능 콘크리트 기반 보수재료의 뿜칠 성능 확보를 위한 노즐 시스템 개선(Enhancement of Nozzle System to Secure the Spraying Performance of Repair Material Based on UHPC)'다.
한국건설기술연구원 건설정책연구본부 한반도인프라연구센터 수석연구원 임광모(limkm@kict.re.kr), 동 연구센터 윤용식 박사후연구원(humbleyys@kict.re.kr), 동 연구센터 김경철 수석연구원(kim6069@kict.re.kr), 동 연구센터 안기홍 수석기술원( agh0530@kict.re.kr), 동 연구센터 류금성 연구위원(ryu0505@kict.re.kr), 동 연구센터 고경택 선임연구위원(ktgo@kict.re.kr)이 공동으로 작성했다. 세부 내용을 요약하면 다음과 같다.
◇ 제설제 사용 증가 등으로 콘크리트 도로 및 교량 구조물의 열화가 가속화되며 보수기술의 중요성 부각
최근 제설제 사용 증가 등으로 콘크리트 도로 및 교량 구조물의 열화가 가속화되면서 구조물의 수명을 연장하고 기능을 회복하기 위한 보수기술의 중요성이 크게 부각되고 있다.
특히 초고성능 콘크리트(UHPC)는 높은 강도와 내구성을 바탕으로 구조물 보수에 적합한 재료로 주목받고 있으며, 이를 뿜칠 방식으로 적용하려는 시도가 증가하고 있다.
기존 UHPC 기반 보수재료는 높은 점성과 단위중량으로 인해 뭉침, 맥동, 리바운드, 노즐 막힘 등의 시공성 문제를 야기하여 현장 적용에 한계가 있다.
이에 기존 장비를 그대로 활용하면서도 우수한 시공 품질을 확보할 수 있도록 보수재료의 배합을 개선하고 다양한 형상과 조절 가능한 에어 배출구를 갖춘 전용 노즐 시스템을 개발했다.
개발된 노즐 시스템은 보수재료의 균일한 분사 및 부착성을 확보했다. 시공성능 평가 결과 리바운드율은 평균 1.44%, 최대 부착두께는 20 mm 수준으로 나타났다.
또한 압축강도는 뿜칠 후에도 100 MPa 이상을 유지하여 노즐 시스템의 적용성과 실효성을 입증했다.
◇ 고내구성을 갖춘 재료기반 보수재료 적용 수요 증가
강원도 산간지역은 겨울철 잦은 강설로 제설제 사용이 많아 콘크리트 교량 구조물에서 염해 및 동결융해에 의한 열화가 빈번하게 발생하고 있다.
이러한 환경에서는 구조물의 기능을 유지하고 수명을 연장하기 위한 효과적인 보수 기술의 적용이 필수적이다. 기존에는 폴리머 시멘트 모르타르 기반 보수재가 주로 사용됐다.
하지만 내구성 한계로 인해 성능 확보에 어려움이 따른다. 이에 따라 고내구성을 갖춘 재료기반 보수재료 적용 수요가 증가하고 있다.
열화환경에 노출된 교량의 보수를 위해서 초고성능 콘크리트(UHPC) 기반 보수재료를 적용하고 뿜칠 성능을 확보하기 위한 전용 노즐 시스템의 개선을 목표로 연구했다.
◇ UHPC 기반 보수재의 시공성과 효율성을 동시 향상 가능
기존 일반적인 노즐의 대표적인 형상은 그림 1과 같으며 이러한 기존 노즐은 구조적 한계로 UHPC 기반 보수재료의 분사가 원활하지 않았다.
각진 노즐은 내부 맥동현상, 연속형 노즐은 에어 분사 범위 부족으로 재료가 덩어리져 흘러내리는 문제가 각각 발생했다.
▲ 기존 노즐 형상 [출처=한국재난정보학회]
따라서 UHPC 보수재료의 뿜칠 시공성능 향상을 위해 에어 배출구 위치 조정 및 끝단 연장이 가능한 전용 노즐을 개발했다.
그림 2와 같이 해당 노즐은 기존 장비에 결합할 수 있도록 설계됐다. 향후 다양한 보수재료를 사용하는 경우에도 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
노즐부를 통해 배출된 에어가 전체 단면에 고르게 퍼지도록 하여 재료가 연속적이고 안정적으로 분사될 수 있도록 시도했다.
그림 3의 성능 실험 결과, 평균 리바운드율은 1.44%로 매우 낮았으며 부착된 재료의 두께는 최소 15mm에서 최대 20mm로 측정됐다.
또한 1차 시공 후 약 5분 뒤 2차 시공이 가능해 반복 시공성도 확보됐다. 이를 통해 제안된 노즐 시스템이 UHPC 기반 보수재의 시공성과 효율성을 동시에 향상시킬 수 있음을 확인했다.
▲ 개선 노즐 형상 [출처=한국재난정보학회]
▲ 개선 노즐을 사용한 성능 테스트 [출처=한국재난정보학회]
◇ 고성능 보수공법의 실용화 및 대중화에 기여할 것으로 기대
UHPC 기반 보수재료를 뿜칠 시공하기 위한 노즐을 개선했으며 성능을 검증했다. 평균 리바운드율은 1.44%로 낮은 수준을 유지했으며 최대 20mm의 부착두께를 안정적으로 확보할 수 있음을 확인했다.
이를 통해 UHPC 보수재료가 기존의 일반적인 시공 장비를 활용한 뿜칠 공법으로도 적용할 수 있음을 검증했다. 개발된 기술은 향후 고성능 보수공법의 실용화 및 대중화에 기여할 것으로 기대된다.
과학기술정보통신부 한국건설기술연구원 연구운영비지원(주요사업)사업으로 수행됐다. 연구 과제는 '20250196-001, 슈퍼콘크리트 활용 혹한기 지역 맞춤형 콘크리트 교량의 보수 재료·공법 개발 및 실증'이다.
- 계속 -
겨울에 눈이 적게 오는 것은 지구 온난화의 영향으로 춥지 않아서다. 실제 과거에 비해 눈이 적게 오는 현상은 부인하기 어렵지만 눈이 많이 온다고 반드시 좋지는 않다.
겨울철에 눈을 치워야 하는 사람에게 눈은 골칫거리다. 제설작업은 시간도 많이 소요되고 영화칼슘이라는 환경을 파괴하는 제설제를 무차별적으로 살포해야 한다.
이번에 소개할 논문은 '초고성능 콘크리트 기반 보수재료의 뿜칠 성능 확보를 위한 노즐 시스템 개선(Enhancement of Nozzle System to Secure the Spraying Performance of Repair Material Based on UHPC)'다.
한국건설기술연구원 건설정책연구본부 한반도인프라연구센터 수석연구원 임광모(limkm@kict.re.kr), 동 연구센터 윤용식 박사후연구원(humbleyys@kict.re.kr), 동 연구센터 김경철 수석연구원(kim6069@kict.re.kr), 동 연구센터 안기홍 수석기술원( agh0530@kict.re.kr), 동 연구센터 류금성 연구위원(ryu0505@kict.re.kr), 동 연구센터 고경택 선임연구위원(ktgo@kict.re.kr)이 공동으로 작성했다. 세부 내용을 요약하면 다음과 같다.
◇ 제설제 사용 증가 등으로 콘크리트 도로 및 교량 구조물의 열화가 가속화되며 보수기술의 중요성 부각
최근 제설제 사용 증가 등으로 콘크리트 도로 및 교량 구조물의 열화가 가속화되면서 구조물의 수명을 연장하고 기능을 회복하기 위한 보수기술의 중요성이 크게 부각되고 있다.
특히 초고성능 콘크리트(UHPC)는 높은 강도와 내구성을 바탕으로 구조물 보수에 적합한 재료로 주목받고 있으며, 이를 뿜칠 방식으로 적용하려는 시도가 증가하고 있다.
기존 UHPC 기반 보수재료는 높은 점성과 단위중량으로 인해 뭉침, 맥동, 리바운드, 노즐 막힘 등의 시공성 문제를 야기하여 현장 적용에 한계가 있다.
이에 기존 장비를 그대로 활용하면서도 우수한 시공 품질을 확보할 수 있도록 보수재료의 배합을 개선하고 다양한 형상과 조절 가능한 에어 배출구를 갖춘 전용 노즐 시스템을 개발했다.
개발된 노즐 시스템은 보수재료의 균일한 분사 및 부착성을 확보했다. 시공성능 평가 결과 리바운드율은 평균 1.44%, 최대 부착두께는 20 mm 수준으로 나타났다.
또한 압축강도는 뿜칠 후에도 100 MPa 이상을 유지하여 노즐 시스템의 적용성과 실효성을 입증했다.
◇ 고내구성을 갖춘 재료기반 보수재료 적용 수요 증가
강원도 산간지역은 겨울철 잦은 강설로 제설제 사용이 많아 콘크리트 교량 구조물에서 염해 및 동결융해에 의한 열화가 빈번하게 발생하고 있다.
이러한 환경에서는 구조물의 기능을 유지하고 수명을 연장하기 위한 효과적인 보수 기술의 적용이 필수적이다. 기존에는 폴리머 시멘트 모르타르 기반 보수재가 주로 사용됐다.
하지만 내구성 한계로 인해 성능 확보에 어려움이 따른다. 이에 따라 고내구성을 갖춘 재료기반 보수재료 적용 수요가 증가하고 있다.
열화환경에 노출된 교량의 보수를 위해서 초고성능 콘크리트(UHPC) 기반 보수재료를 적용하고 뿜칠 성능을 확보하기 위한 전용 노즐 시스템의 개선을 목표로 연구했다.
◇ UHPC 기반 보수재의 시공성과 효율성을 동시 향상 가능
기존 일반적인 노즐의 대표적인 형상은 그림 1과 같으며 이러한 기존 노즐은 구조적 한계로 UHPC 기반 보수재료의 분사가 원활하지 않았다.
각진 노즐은 내부 맥동현상, 연속형 노즐은 에어 분사 범위 부족으로 재료가 덩어리져 흘러내리는 문제가 각각 발생했다.
▲ 기존 노즐 형상 [출처=한국재난정보학회]
따라서 UHPC 보수재료의 뿜칠 시공성능 향상을 위해 에어 배출구 위치 조정 및 끝단 연장이 가능한 전용 노즐을 개발했다.
그림 2와 같이 해당 노즐은 기존 장비에 결합할 수 있도록 설계됐다. 향후 다양한 보수재료를 사용하는 경우에도 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
노즐부를 통해 배출된 에어가 전체 단면에 고르게 퍼지도록 하여 재료가 연속적이고 안정적으로 분사될 수 있도록 시도했다.
그림 3의 성능 실험 결과, 평균 리바운드율은 1.44%로 매우 낮았으며 부착된 재료의 두께는 최소 15mm에서 최대 20mm로 측정됐다.
또한 1차 시공 후 약 5분 뒤 2차 시공이 가능해 반복 시공성도 확보됐다. 이를 통해 제안된 노즐 시스템이 UHPC 기반 보수재의 시공성과 효율성을 동시에 향상시킬 수 있음을 확인했다.
▲ 개선 노즐 형상 [출처=한국재난정보학회]
▲ 개선 노즐을 사용한 성능 테스트 [출처=한국재난정보학회]
◇ 고성능 보수공법의 실용화 및 대중화에 기여할 것으로 기대
UHPC 기반 보수재료를 뿜칠 시공하기 위한 노즐을 개선했으며 성능을 검증했다. 평균 리바운드율은 1.44%로 낮은 수준을 유지했으며 최대 20mm의 부착두께를 안정적으로 확보할 수 있음을 확인했다.
이를 통해 UHPC 보수재료가 기존의 일반적인 시공 장비를 활용한 뿜칠 공법으로도 적용할 수 있음을 검증했다. 개발된 기술은 향후 고성능 보수공법의 실용화 및 대중화에 기여할 것으로 기대된다.
과학기술정보통신부 한국건설기술연구원 연구운영비지원(주요사업)사업으로 수행됐다. 연구 과제는 '20250196-001, 슈퍼콘크리트 활용 혹한기 지역 맞춤형 콘크리트 교량의 보수 재료·공법 개발 및 실증'이다.
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 ▲ 정상 전문위원(중앙대학교 교수) |
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