| 연구개발개요 |
○ 도로시설물(도로, 교량, 방음벽, 터널 등)은 많은 차량이동에 의한 입자성 물질(미세먼지), 유기물질(영양염류), 타이어 마모물질, 기름, 윤활유, 방향족탄화수소화합물(PAHs), 중금속, 병원성미생물 및 염화칼슘 등 다양한 오염물질이 존재하며 도로공사를 포함한 지자체는 주기적인 세척을 하고 있음.○ 이런 오염물질 세척효율에 따라 용수사용량, 작업시간, 인력 등의 유지관리비용에 영향을 미치고 또한 염분제거 수준에 따라 도로 및 교각 관련 구조물의 손상, 노후화 및 복구비용이 결정됨.○ 특히 교량 구조물에서 측정된 제설목적의 염화칼슘의 염분농도를 보면 5~25g/m2이 분포하고 교각 측면에서는 30~70mg/L의 염분농도가 측정되고 있음. 염화칼슘에 의한 심각한 피해는 도로의 스폴링/포트홀이며 도로를 복구하는 비용이 연간 사용한 제설용 염화칼슘 살포비용보다 높으며 교각/자동차 부식은 매우 심각한 안전상의 문제를 발생하고 있음.○ 최근 미국에서는 고속도로에 놓여 있는 다리의 40%가 결함이 있다는 조사결과가 발표되어 충격을 주고 있음. 아이오와 주립대학 토목공학과 교수인 둔커와 라뱃은 1988년부터 지금까지 미국 전역의 교량을 조사해 그 결과를 '사이언티픽 아메리칸' 최근호에 발표했음.○ 이들은 미국교량통계를 중심으로 분석했는데, 현재 고속도로 교량 중 20만개(총 교량수는 50만 개)가 결함을 나타내고 있고 이를 모두 보수하려면 9백억달러라는 엄청난 재원이 필요하다는 결론을 내렸음.○ 겨울철이 되면 고여 있는 물이 얼어 구조재에 금을 내기 시작함. 이를 녹이기 위해 염화칼슘 등 동결 방지제를 쓰게 되면 염분이 부식을 급속도로 진행시킴. 염분농도가 한계점에 달하면 콘크리트 부분은 심각하게 훼손됨. 이외에도 밑에서 흐르는 강물은 교각과 교각의 토대를 조금씩 갉아먹어 교각의 붕괴를 야기하기도 함.○ 이러한 상황을 그대로 방치하면 교량은 서서히 붕괴돼 결국은 대형 참사를 일으킴. 그만큼 교량의 유지보수는 절대적으로 필요하며, 설계기준만 지켜 다리를 세웠다고 안심하면 안된다는 것이 전문가들의 한결같은 지적임.○ 제설에 사용하는 염화칼슘의 pH는 약 11로 일반 염화칼슘의 pH 7~8에 비하여 상대적으로 높은 강염기성을 띄고 있어서 구조물의 부식에 지대한 영향을 끼치고 있어 눈 제거를 위하여 사용하고 잔존하는 염화칼슘을 효과적으로 제거하기 위한 방법이 절실히 필요한 실정임.○ 도로, 교각, 터널 등에 사용하는 염화칼슘을 효과적으로 제거하여 구조물의 부식 방지 및 내구성을 향상시키고 대기오염 유발물질인 미세먼지(PM10)를 효과적으로 제거하기 위해 고압 Water Jet 세척장비는 사용되고 있으나 많은 동력비, 운영비 등의 문제가 있어 세척효율이 우수한 차량 탑재형 미세기포 기반의 세척시스템을 상용화하고자 함.
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| 최종목표 |
<최종목표>도로, 교각 및 터널 구조물의 (미세)분진 및 염분제거용 4HP급 80L/min 규모의 차량 탑재 가능한 20㎛ 이내의 미세기포(Ultra Fine Bubble) 세척장비 상용화<단계별 세부목표>■ 도로시설물 오염물질 분석/평가 및 세척장비 핵심구조의 기본 설계■ 1.5HP(1.1kW) 및 4HP(3kW)급 30~80L/min 미세기포 세척장비 정밀설계/제작 및 성능평가■ 종래 고압 water jet 세척장비 대비 세척효율, 세척시간 및 용수사용량 비교 평가■ 도로시설물(방음벽, 도로 노면/가드레일, 터널벽면, 교량 노면/측면/기둥/철근 구조물)에 현장적용 평가
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| 연구내용 및 범위 |
<1차년도>■ 도로시설물 (터널 벽면, 도로노면(콘크리트) 오염물질(미세분진, 염분)의 분석 및 모니터링, 특성평가■ 1차 회전/전단(Cavitation) 믹서 교반장치, 2차 Vortex 다단충돌판 및 3차 회전충돌 붕괴노즐 하이브리드형 미세기포 세척장비 핵심구조의 설계, 세척장비 핵심구조 Part 정밀 유동해석■ 미세분진, 염분농도별 시편(콘크리트, 타일) 이용한 세척효율 실험실 성능평가■ 1.5HP급 30L/min 규모의 회전/전단(Cavitation) 믹서 교반장치 정밀설계 및 제작■ 1.5HP급 30L/min 규모의 Vortex 다단충돌판 정밀설계 및 제작■ 1.5HP급 30L/min 규모의 회전충돌 붕괴노즐 정밀설계 및 제작■ 1.5HP급 30L/min 규모의 Pilot 세척장비 통합제작 및 제어반 제작■ 소요동력, 토출유량 등 성능평가<2차년도>■ 도로시설물(방음벽), 교량(콘크리트 상부/측면, 기둥, 철근 구조물) 오염물질 분석/평가■ 1차년도 Pilot 1.5HP급 30L/min 규모의 세척장비에 대한 현장평가 및 운전조건 수립 ■ 세척 핵심장비의 문제점 도출 및 Trouble shooting 및 피드백■ 종래 Water jet 세척장비와 동일한 조건하에 용수사용량, 미세분진 제거율 등 세척효율 평가■ 80L/min 규모의 회전/전단(Cavitation) 믹서 교반장치 정밀설계 및 제작■ 80L/min 규모의 Vortex 다단충돌판 정밀설계 및 제작■ 80L/min 규모의 회전충돌 붕괴노즐 정밀설계 및 제작■ 4HP급 80L/min 규모의 Pilot 세척장비 통합제작 및 통합제어반 제작■ 소요동력, 토출유량 및 버블크기 분석 및 성능평가<3차년도>■ 차량 탑재형 Compact형 4HP급 80L/min 미세기포 세척장비 설계 및 개발■ 대표적 도로시설물(터널벽면, 도로노면, 방음벽, 교량 등) 현장적용 평가, 운영관리 지침서 개발■ 종래 Water Jet 세척장비 대비 단위 면적당 미세분진(PM2.5), 염분제거 세척효율, 세척수량, 세척시간 정량화■ 차량 탑재 동력 및 부대장치 개발■ 4HP급 80L/min 미세기포 세척장비의 설계 및 시공기술 표준화■ 4HP급 80L/min 미세기포 세척장비와 기존 water jet 세척장비의 경제성 비교<핵심성과물>1. 미세기포 세척장비 성능평가 및 현장적용- 차량탑재용 4HP(3kW) 80L/min 미세기포 세척장비를 이용하여 도로시설물(터널 벽면, 도로노면(콘크리트), 방음벽) 및 교량(콘크리트 상부/측면, 기둥, 철근구조물) 오염물질(염화칼슘, 미세분진) 제거효율 평가 및 운영관리지침서 제작2. 미세기포 세척장비 개발- 4HP(3kW) 소모전력과 80L/min 토출유량을 갖는 20㎛ 이하의 미세기포를 발생하는 세척장비를 규격화된 차량에 콤팩트하게 탑재가능한 시스템
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