건축물 해체 공법-워터제트

​​제트

- 가는 구멍에서 가스, 물 따위가 연속적으로 뿜어져 나오는 것
- 물리 높은 에너지의 소립자가 원자핵과 충돌하여 그 연장선 상에서 중간자의 다중 발생을 일으키는 현상

​​워터제트(Water-Jet)에 의한 방법

워터제트에 의한 파쇄 원리는 초고압, 초고속의 물의 분사에 의한 충격 에너지에 의해 콘크리트를 파쇄하는 것이다. 콘크리트 파쇄에 필요한 분사입력은 콘크리트 강도의 10~15배(압력 : 3,000~4,500kg/㎠ 이상)이다.

초고속 분사수가 고체에 충돌한 겨우, 수격 작용을 일으켜 충격력이 발생한다. 콘크리트는 충격력에 의해 분사점을 중심으로 박리하는 것 같이 튀겨 날리며 파쇄된다.

콘크리트의 파쇄 효과는 콘크리트의 강도, 제트압력에 큰 영향을 받지만 적정한 제트압력으로 파쇄할 때 두께 30cm의 콘크리트에서 약 8cm/min 정도의 속도로 절단 가능하다. 그러나 철근의 절단은 곤란하다.

분진과 진동은 없으나, 장치의 운전음, 물의 분사음, 파쇄음 등이 크다.

장점
- 절단기를 대상물에 접촉시키지 않고 임의의 방향으로 절단 가능하며, 수중에서도 절단할 수 있다.
- 노즐부는 경량이며, 분사류의 반력도 작기 때문에 높은 곳과 비교적 협소한 장소에서도 시공이 가능하다.
- 분진과 진동이 없다.

단점
- 물의 배수처리가 필요하다.
- 제트음은 비교적 작으나, 고압수 발생장치에서의 소음이 크다.

해체순서
1. 콘크리트를 연속적으로 절단하여, 철근을 노출시킨다.
2. 철근을 가스 절단한다.
3. 남은 콘크리트를 파쇄한다.

유의사항
- 제트압력이 크기 때문에 제트수를 사람에게 직접 부딪히지 않도록 한다.
- 상온의 물은 압력 7,000kg/㎠에서 결빙하기 때문에 그 이상으로 사용하는 경우 동결방지제 (예:글린세린 50%의 혼합수)를 이용해야 한다.
- 장치에서 발생되는 소음처리 대책을 하여야 한다.
- 배수처리가 요구된다.
- 절단 부위에 따라 해체속도가 다르므로, 효율적인 절단 부위를 규명해야 한다.
- 타 공법과의 유효한 조합에 관하여 규명해야 한다.

​​연마재 혼합 워터제트(Abrasive Water Jet)에 의한 공법
연마재 혼합 워터제트는 강력한 파워로 연마재를 분사시켜야 하기 때문에 초고압수가 사용된다. 이 초고압수는 2800kg/㎠의 압력으로 노즐선단의 오리피스(Orifice)에서 초고속 분사류로 변환한다.

변환된 초고속 분사류는 노즐 내부의 혼합실에서 연마재와 혼합되며, 이 혼합수를 노즐 선단에서 분사하여 콘크리트 부재를 절단한다.

장점
- 절단기를 대상물에 접속시키지 않고 임의의 위치(수평, 수직)에서 수중, 공기중을 불문하고 자유로운 선형으로 절단할 수 있다.
- 노즐부는 경량이며 분사류의 반력도 작기 때문에 높은 곳과 비교적 협소한 장소에서도 해체가 가능하다.
- 진동과 분진이 없다.

단점
- 타 공법에 비하여 시공비가 비싸고, 장비의 내구성이 떨어진다.
- 물과 연마재의 배수처리가 필요하다.
- 제트음은 작으나 고압수 발생장치에서의 소음이 크다.

​​화염제트(제트피아싱)에 의한 공법
로켓제트의 원리에 의한 것으로, 로케트형 버너에서 등유(켈로신)와 산소를 혼합한 고온, 고압의 화염제트를 초음속(마하 4~6의 속도)으로 분사하여 철근콘크리트를 용융하여 해체시킨다.

화염제트는 로케트형 버너에서 분사되는 고온, 고압의 화염이다. 사용연료는 등유(캘로신)와 산소이고, 이것을 고압으로 사출기(Injector)에서 연소실로 분사한다. 연소실의 선단은 노즐형태로 되어 있으며, 노즐 전면에서 폭발시켜 초음속(마하 4~6)의 화염제트가 얻어진다.

화염제트는 초음속으로 분사되기 때문에 큰 소음(제트기 소음과 유사)이 발생된다.

​​분말 테르밋 제트(Powder Thermit Jet)에 의한 공법
본 공법은 종래부터 금속재료의 고속절단에 사용된 테르밋(Thermit)을 콘크리트의 용단용으로 개량한 것이다.

원리는 가연성의 가스와 수종의 금속 분말(주로 철과 알루미늄)을 혼합가연시켜, 철과 알루미늄의 산소 환원 반응(테르밋 반응)에 의한 국부적인 고열(3000~3500℃)을 고압기류에 의해 강제적으로 비산시켜 철근콘크리트를 용융하는 것이다. 이 연소로 생성된 열은 콘크리트의 융단구를 항시 예열하여 용단이 용이하고 연속적인 상태로 진행시키는 역할을 한다.

본 공법은 강재가 용단작용의 촉진 매체 역할을 하기 때문에 철근콘크리트의 해체에 유효하며, 용단속도는 두께 100~180mm의 콘크리트를 폭 2~3cm, 속도 약 65cm/min 정도로 용단할 수 있다.

본 공법은 화염제트공법, 금속봉 테르밋 공법과 시공성, 경제성이 비슷하다. 또한 용융시 생긴 슬라그는 유동성이 나쁘고 용단구의 내면에 부착하여 용융열이 콘크리트에 전달하는 것을 막아 콘크리트 용단의 진행의 방해하기 때문에 고압 기류에 의하여 비산시킨다.

통상의 가스용접, 절단과 동일하게 소음, 진동이 작다.

장점
- 철골 철근 콘크리트에 유리하다.

단점
- 화재의 위험성이 있다.

유의사항
- 고열의 제트염을 취급하므로 작업원은 항시 조심해야 한다.
- 화재발생에 유의해야 한다.

​​금속봉 테르밋(란스바)에 의한 공법
본 공법은 철과 알루미늄의 혼합물인 금속봉 테르밋(란스바)속으로 압력 7~8kg/㎠의 산소를 보내어 연소시켜 철과 알루미늄의 테르밋 반응에 의한 고열(3000~3500℃)의 제트력을 이용하여 철근 콘크리트를 용융하는 것이다.

작업능률은 분말 테르밋 공법과 거의 비슷하며, 천공능력은 콘크리트에서 약 20cm/min, 암석에서 약 40~20cm/min, 철판에서 약 60cm/min이다.

천공 속도를 향상시키기 위해서는 용융슬래그의 배출이 좋아야 하므로 천공방향은 경사 상향이 효과적이다. 수직 하향의 천공은 용융슬래그의 배출이 곤란하기 때문에 수평방향의 천공보다 훨씬 속도가 저하된다.

작업방법
1. 산소용기에 조정기를 부착시키고 그 끝에 고압호스를 설치한다.
2. 고압호스에 금속봉 테르밋을 접속시킨다.
3. 연소봉의 선단을 화기에 접속시키고, 코크를 열어 산소를 분출하면서 금속 봉 테르밋에 불을 붙인다. 연소시의 산소압력은 약 7~8kg/㎠이다.
4. 화염을 콘크리트 부재에 대고 용해 천공한다.

장점
- 취급이 간단하다.
- 무소음, 무진동으로 천공할 수 있다.
- 밀집지, 건물속에서 작업할 수 있다.
- 철근, 철골의 유무에도 불구하고 천공할 수 있다.
- 수중에서도 연소하므로 수중작업도 가능하다.

단점
- 금속봉 테르밋의 가격이 비싸다.
- 고온의 용해물이 비산하므로 화재발생의 위험이 있다.
- 연기의 발생이 많아 지하실 등에서는 배연 설비를 필요로 한다.

유의사항
- 화재발생에 주의하고, 작업원은 방열복을 착용한다.

​​플라스마 제트
기체가 고온의 열을 받아 전자이온으로 해리한 상태를 플라스마(Plasma)라 하며, 고체, 액체, 기체에 이어 물질의 제4형태라 칭하고 있다. 플라스마 제트는 알곤(Ar:85%)과 수소( H2:15%)의 혼합가스에 아크(Arc)전압을 가해서 얻는 플라스마제트(약 8,000~11,000℃)를 사용하여 철근 콘크리트를 용융한다.

플라스마는 공업적으로 통상의 개방된 전호로는 온도가 상승하지 않기 때문에 전호의 통로를 좁게 도입하면, 유도 전호는 가스를 일으켜 단시간 후에는 전압의 부하에 의하여 노즐의 내부에 플라스마가 발생한다. 플라스마 제트의 특성은 "열 핀치(Thermal Prichtp)"에 의해서 8,000~50,000°K의 제트를 지속적으로 발생하는 것이 가능하다.

전기 아크 자체로는 약 5000℃가 한도이며, 그 이상 전류를 증가시켜도 아크가 확산할 뿐, 온도는 올라가지 않는다. 이 아크 주위의 가스체를 냉각하면, 그 부분의 전기 저항이 크게 되고 전류가 흐르는 중심에 모여서 전류, 이를테면 에너지 밀도가 크게 되고, 온도가 상승한다. (열핀치 효과)

플라스마 제트를 이용하여, 시멘트 모르터를 용단한 결과, 다음과 같은 특성이 있다. 시멘트 표면에 고온의 화염제트가 접촉하면, 시멘트 모르터의 용융은 순차적으로 일어난다. (온도:약 1,700℃)

골재는 표면이 용융온도 이상으로 되면 시멘트 페이스트(Cement Palte)에서 탈락하며, 시멘트 페이스트는 동시에 용융온도에 달하여 더욱 고온으로 된다. 탈락한 골재와 시멘트 페이스트는 제트 추력에 의하여 하향으로 이동한다. 용단깊이(h)가 제트길이보다 크게 되면, 트랙(Track)선은 급격히 방향을 바꾸어 용융 슬래그는 모르터의 용단구 아래로 미끌어지며 온도를 저하시킨다.

장점
- 플라스마 제트의 초고온에 의해 콘크리트와 철근을 구별하지 않고 용융시킬 수 있으므로 철근 콘크리트의 용단에 유리하다.
- 통상의 가스용접, 절단과 같이 소음이 작다.

단점
- 매우 큰 전력을 요하기 때문에 경제적으로 불리하다.
- 노즐의 냉각과 내열성에 대하여 많은 연구가 필요하다.