Experimental Study on Concrete Surface Chipping by High Pressure Water Jet
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(2) 82. 김정규 · 송재준 · 여창현 · 권영철. 사전 취약화(pre-weakening) 작업시 장비의 투입이 어렵 기 때문에 인력에 의존하는 방법을 사용할 수밖에 없다. 이 공법 또한 장기간의 환경위해요인이 수반될 뿐 아니 라 작업자의 안정성에도 문제가 발생한다. 한편, 고압 워터젯을 이용한 콘크리트의 천공, 파쇄, 절 단은 저소음, 무진동, 저분진, 그리고 공기단축으로 인해 공사비를 절감하는 효과가 있을 뿐만 아니라 무인 로봇 을 이용할 경우 작업자의 안전도 확보할 수 있어 선진외 국의 건설업에서의 응용분야가 점차 확대되고 있는 환경 친화적인 해체 공법이라 할 수 있다. 현재 국내에서는 워 터젯 공법을 도로개보수 작업에 적용하고 있으나 건축물 의 해체 및 부분해체에는 적용한 사례가 거의 없고 다만, 학술적인 목적으로 암석 및 콘크리트 절삭에 관한 기초 적인 연구를 수행한 사례(김형목, 1999; 김대일, 2001; 서 호영, 2002; 최병희, 2002; 곽철홍, 2003; 김정규, 2006) 와 콘크리트 절삭시 발생하는 폐수의 분석 및 처리방법 에 대한 연구 사례(여창현 등, 2007)가 있다. 이 연구에서는 워터젯을 건축물 리모델링 현장의 바 닥, 벽체 그리고 천정의 노후 콘크리트를 선택적으로 제 거할 목적으로 콘크리트를 대상으로 절삭시험을 수행하 였으며 그에 따른 부피제거율을 관찰하여 현장적용시 적 정 노즐회전속도, 노즐왕복속도, 노즐이송속도, 절삭각 도, 그리고 노즐이동패턴을 제시하고자 하였다. 현재 국 내의 미흡한 연구 실정에 비추어 볼 때, 본 연구의 결과 는 향후 건물해체용 노즐헤드 설계나 유사 장비 개발과 운용시 기초 자료로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.. Fig. 1. Various applications of water jets (After Summers, 1995).. 한국지구시스템공학회지. 이론적 고찰 워터젯 기술의 개요 워터젯은 펌프를 이용하여 높은 압력을 가한 후 미세 한 노즐(nozzle)을 통해 분사시킨 고압수류(high pressure stream)를 의미하며 별도의 첨가물 없이 물만을 이용한 워터젯을 순수 워터젯(pure water jet)이라 하며 물에 연 마재를 첨가하여 절삭력을 높인 연마재 워터젯(abrasive jet)과 구분하고 있다. 워터젯의 주요 사용목적은 대상물 을 절삭하거나 표면을 벗겨내는 것으로 이를 응용하여 여러 분야에서 다양한 목적으로 사용되고 있다. 1930년 대 러시아에서 워터젯에 의한 채탄 기술이 처음 개발된 이래 워터젯 응용기술은 급속한 발전을 거듭하여 오늘날 산업 각 부분에서 광범위하게 응용되고 있다(Summers, 1995). 워터젯 적용분야를 구분하면 암석이나 금속, 플라스틱 등 각종 재료를 절단 또는 천공, 밀링하는 절단 및 가공 분야, 선박 및 자동차의 페인트나 금속표면의 녹, 코팅 등을 제거하는 세정 분야, 그리고 채탄 및 채석, 터널 굴 착에 사용하는 광업응용 분야가 있다. 수력채광(hydraulic mining)의 경우 워터젯 개발 초기단계에서는 대표적인 응 용사례 중 하나였으나 그 이후에는 지속적인 발전이 이. Fig. 2. Fields of water jetting applications for concrete treatment (After Momber, 1994)..
(3) 고압 워터젯에 의한 콘크리트의 표면 절삭 효율에 관한 실험 연구. 루어지지 못하였다. 몇몇의 수력채광 사례가 아직까지 보고되고 있기는 하지만 광업응용 분야에서는 워터젯이 기계 굴착의 보조수단으로서 보다 그 가능성을 인정받고 있다. 한편, 워터젯을 구조물의 보강작업을 위해 손상된 콘크리트나 코팅을 제거하는 작업에 적용하는 분야가 최 근 10년간 괄목할 만한 성장을 이루었다(Fig. 2). 근래에 는 이 분야에서 수력파쇄(hydrodemolition)라는 새로운 용어가 빈번히 통용되고 있다. 수력파쇄는 노후한 재료 의 선택적인 제거와 함께 시공 후에 남게 되는 거친 면 이 보강의 목적으로 새로이 적용하는 콘크리트와의 접촉 면이 되어 접합강도를 증가시킨다는 장점이 있다(Bernard, 1995). 또한 콘크리트의 국부적/선택적 제거는 내부의 철 골에 미치는 진동을 감쇠시키기 때문에 기계적인 장비를 사용하였을 경우 철골이 주위의 콘크리트에서 이탈되는 현상을 막을 수 있을 뿐만 아니라 산화된 철근 표면의 산화물을 제거할 수 있어 새로 시공되는 콘크리트와 철 근의 부착력을 높이는 요소로 작용한다. 최근에는 안구 수술이나 동물 해부 등의 의료분야나 과일 및 곡물 수확 등의 농업분야에도 그 응용범위를 넓혀가고 있다. 특히 열에 대한 변형을 최소화해야하는 재료나 위생관리가 중 요한 식료품 가공 분야에는 워터젯 기술이 유일한 수단 으로 각광받고 있다. 워터젯 기본 절삭변수 워터젯 절삭의 성능과 효율은 Fig. 3과 같은 워터젯 장 비운용상의 변수(process parameters)와 대상 물체의 물 리적인 성질에 영향을 받는다. 장비운용변수는 크게 수리 적 변수, 절삭변수, 가속변수로 구분하고, 대상물의 물성 변수는 강도와 탄성계수 등 여러 가지로 구분할 수 있으 나 여기서는 장비운용변수에 대해서만 살펴보기로 한다.. 83. 수리적 변수에는 펌프압력(pump pressure, )과 오리 피스직경(orifice diameter, )이 해당된다. 펌프압력은 펌프에서 배출되는 고압수의 압력으로서 일반적으로 펌 프압력이 증가할수록 분사류의 분사속도가 증가하기 때 문에 절삭속도는 선형적으로 비례하는 경향을 보인다. 오 리피스 직경은 분사류의 운동량과 유량(volumetric flow rate, )에 영향을 미치는데, 오리피스직경이 증가할수 록 절삭력이 증가하기는 하나 일정 수준 이상이면 이러 한 경향이 줄어들어 절삭력 증가에 큰 영향을 미치지 못 한다(김정규, 2006). 절삭변수에는 이송속도(traverse velocity, ), 이격거 리(stand off distance, ), 절삭각도(impingement angle, ) 등이 있다. 이송속도는 분사류를 좌우로 이동시키는 속도를 말하는데, 이송속도가 빠를수록 대상물이 분사류 에 노출되는 시간이 줄어들기 때문에 절삭심도는 감소하게 된다. 그러나 임계치 이상의 속도로 절삭할 경우에는 심도 변화가 거의 없는 포물선 형태의 함수관계를 보인다. 이격 거리는 대상물과 노즐과의 거리를 말하는데, 이격거리가 커질수록 절삭폭은 증가하고 절삭심도는 감소하는 경향을 보이지만 임계거리 이상으로 멀어지면 절삭심도 변화에 큰 영향을 미치지 못한다. 절삭각도는 분사류가 대상물과 이 루는 각을 의미한다. 일반적으로 대상물과 이루는 각이 증 가할수록 절삭심도가 증가하며, 90°를 이룰 때 절삭심도 가 최대가 된다고 알려져 있다(Hashish, 1993). 가속변수에는 노즐직경(nozzle diameter)과 노즐길이 (nozzle length)가 있다. 워터젯에서는 고압수가 퍼지는 것 을 막고 직진성을 보장하기 위해서 포커싱 튜브(focusing tube)를 설치하는데 이를 오리피스와 구분하여 노즐로 부르기도 한다. 이 논문에서의 노즐직경과 노즐길이는 각각 포커싱 튜브의 직경과 길이를 의미한다. 노즐직경. Fig. 3. Process parameters for hydrodemolition.. 제47권 제1호.
(4) 84. 김정규 · 송재준 · 여창현 · 권영철. 의 증가는 물과 공기의 혼합물 밀도에 영향을 미치는데 일반적으로 노즐직경이 증가할수록 공기 혼입량이 증가 하므로 혼합물의 밀도는 떨어지게 되고 절삭심도가 줄어 드는 경향을 나타낸다. 일반적으로 노즐길이가 증가하면 워터젯이 가속되는 거리가 길어지기 때문에 절삭심도가 증가한다. 그러나 임계길이 이상으로 길어지면 더 이상 의 가속효과는 얻기가 어렵게 되고, 오히려 노즐 내부의 마찰이 증대되어 워터젯의 속도를 감소시키므로 절삭심 도가 줄어드는 경향을 보인다. 이 연구에서는 크게 수리적 변수, 절삭변수, 가속변수 로 구분되는 장비운용변수 중 수리적 변수인 펌프압력과 오리피스 직경, 절삭변수인 노즐이송속도, 노즐회전속도 (rotation per minute, RPM), 노즐왕복속도(oscillation per minute, OPM), 그리고 절삭각도의 영향을 살펴보았다. 워터젯 절삭메커니즘 초기 워터젯 절삭메카니즘에 대한 연구는 크게 두 가 지로 분류할 수 있는데 워터젯 충돌에 의한 압축 응력파 의 분포에 중점을 둔 연구와 초기 균열들의 결합과 확대 라는 관점에서 재료거동에 중점을 둔 연구가 그것이다. Singh와 Hartman(1961)은 워터젯에 의한 균열 발생을 강 성 충격체(solid impactor)에 의한 균열 성장 양상과 비 교하여 설명하였고 Farmer와 Attewell(1965)은 모멘트 전 이(momentum transfer) 개념을 이용하여 절삭심도를 예 측하였다. Crow(1973)에 의하면 입사하는 고압 수류에 의해 암 석 입자와 수류사이에는 전단력이 형성되고 입자에 작용 하는 전단력이 재료 본래의 전단강도보다 커질 때 파괴 가 일어난다고 한다. 또한 절삭은 이러한 파괴의 반복에 의해 이루어진다고 할 수 있다. Rehibinder(1976)는 워터젯에 의한 절삭메커니즘을 탄 성 취성 재료(elastic brittle material)에서의 균열 전파로 설명하던 기존 이론과 달리 재료 내 공극을 통한 유체의 흐름으로 발생되는 힘에 의해 입자들이 이탈되는 것으로 설명하였다. 즉, 모든 재료는 입자와 입자사이의 공극이 존재하고 이를 통해 유체의 흐름이 가능하기 때문에 입 자에 작용하는 전체 유체압력이 입자사이의 점착력보다 크게 되면 입자들의 분리가 발생하여 절삭이 일어난다는 것이다. 따라서 유체의 흐름을 제어하는 변수들(입자크 기, 유체투과율)이 워터젯에 의한 재료의 절삭능력을 좌 우한다고 주장하였다. Powell & Simpson(1969)에 의하면, 노즐이송속도가 변화함에 따라 시료에 미치는 워터젯 충격 압력(impact pressure)도 다른 양상을 보이게 된다는 가정 하에 대상 시료의 절삭거동을 설명하였다. 균질한 선형 탄성 반무. 한국지구시스템공학회지. 한 평면(homogeneous linear elastic half-space)에 워터 젯에 의한 압력수가 가해질 때의 압력분포를 Leach & Walker(1974)의 결과로부터 계산하였고 Griffith 균열 성 장기준을 적용하여 단계별 압력변화에 따른 균열패턴을 조사하였다. 이들의 연구에 의하면 인장강도의 20배 이 상의 압력이 가해져야 균열개시가 일어난다. Forman & Secor(1973)은 Powell과 Simpson(1969)의 이론에 워터젯의 침투에 의한 공극 수압까지 고려했다. Griffith 파괴기준을 적용한 유한요소해석을 수행한 결과 포아송비가 0.1일 경우 인장강도의 13.7배, 0.4일 경우 24.6배의 최소임계압력(minimum threshold pressure)에 서 균열개시가 일어남을 보였다. 그러나 실험결과 예측 치가 실험치의 1.25∼4배 정도 큰 양상을 보였는데 이는 공극수압에 의한 파괴기준의 변화로 인해 실제 실험에서 가정한 바와 같이 워터젯 충돌 직하부에서 인장균열이 발생하지 않기 때문이다. 이는 워터젯 중심축으로부터 직경의 1.81배 떨어진 거리에서 인장균열이 발생한다는 Rehbinder(1976)의 주장과 일치한다. 포아송비, 영률, 공 극율, 유체투과율 등의 재료 특성과 점성도 등의 유체 특 성을 고려한 유한요소해석결과 균열개시를 위한 최소임 계압력은 인장강도의 2.5배와 같다고 설명하였다.. 시험장치, 시료의 특성 및 시험방법 시험장치 일반적으로 절삭을 목적으로 하는 워터젯 시스템은 고 압펌프(Fig. 4), 이송 기구부(Fig. 5) 그리고 노즐부(Fig. 6) 로 구성된다. 이 연구에서는 기존 워터젯 시스템의 절삭 력을 높이기 위해 회전이음쇠(swivel or rotary coupling) 가 추가된다. 고압펌프는 저압의 물을 원하는 압력까지 높여주는 역할과 고압수를 내압호스로 배출시켜 노즐부 까지 운송하는 역할을 한다. 이송 기구부는 노즐부를 전 후, 좌우 그리고 상하로 이동시킬 수 있게 하며, 노즐부. Fig. 4. High pressure pump..
(5) 85. 고압 워터젯에 의한 콘크리트의 표면 절삭 효율에 관한 실험 연구. Table 1. Physical and mechanical properties of the concrete Specimen Type Properties. Concrete. Maximum aggregate diameter (mm). 25. Slump. 15. Uniaxial Compressive Strength (MPa). 27. Specific Gravity. 2.22. Porosity (%). 9.57. P-Wave Velocity (m/sec). 3300. S-Wave Velocity (m/sec). 1820. Young's Modulus (GPa). 20.09. Poisson’s ratio. 0.20. Fig. 5. Schematic diagram of a liner guider movement (unit : mm). Fig. 7. A schematic illustration of the spots movement (rotation) in the case of one nozzle situated on the tool creating multiple-motion of nozzle.. Fig. 6. Nozzle part.. 는 가압된 물이 큰 절삭효과를 가질 수 있도록 오리피스 를 이용해서 분사시키는 역할을 하게 된다. 회전이음쇠 는 고압펌프를 통해 배출되는 고압수가 유입되어 노즐 렌스(lance)로 이송될 때, 회전절삭이 가능할 수 있도록 유입부는 고정시킨 상태에서 배출부가 회전할 수 있도록 하는 장치이다. 이 연구에 사용된 펌프는 HAMMELMANN사의 플런 저 타입의 펌프이며, 최대유량 268 l/min, 최대토출압력 145 MPa으로 콘크리트 제거에 적합한 고압 대유량의 펌프이다. 시료의 특성 본 연구에서는 콘크리트를 대상으로 워터젯 절삭 실험. Fig. 8. A schematic illustration of the spots movement (oscillation) in the case of one nozzle situated on the tool creating multiple-motion of nozzle.. 을 실시하였다. 대상 시료의 역학적 특성을 파악하기 위 한 물성시험을 실시하였고, 그 결과는 Table 1에 제시하 였다. 여기에서의 탄성계수(Young’s Modulus)는 스트레 인 게이지를 이용하여 변형률을 측정하여 구한 응력-변 형율 그래프에서 단축압축강도의 50% 수준에서 구한 접선탄성계수이다. 실험방법 실험은 노즐회전속도와 노즐이송속도를 Fig. 7과 같이 변화시키면서 시행하는 노즐회전(rotation)시험과 노즐왕 복속도와 노즐이송속도를 Fig. 8과 같이 변화시키면서 수행하는 노즐왕복(oscillation)시험으로 구성된다. 이 실. 제47권 제1호.
(6) 86. 김정규 · 송재준 · 여창현 · 권영철. Table 2. The variables in slotting tests No.. SOD (stand off distance, mm). RPM (rotation per minute). OPM (oscillation per minute). (cm/min). P (MPa). 1. 60. 120. 120. 120. 125. 2. 60. 120. 120. 180. 125. 3. 60. 120. 120. 240. 125. 4. 60. 153. 153. 180. 125. 5. 60. 153. 153. 240. 125. 6. 60. 153. 153. 300. 125. 7. 60. 200. 200. 240. 125. 8. 60. 200. 200. 300. 125. 9. 60. 200. 200. 360. 125. 10. 60. 240. 240. 300. 125. 11. 60. 240. 240. 360. 125. 12. 60. 240. 240. 420. 125. 13. 60. 153. 153. 240. 70. 14. 60. 153. 153. 240. 90. 15. 60. 153. 153. 240. 145. 험에는 1,000 × 2,000 × 500 mm3 규모의 콘크리트 블록 이 사용되었다. 노즐 오리피스 직경은 3.5 mm이며, 노즐 회전시험과 노즐왕복시험에서 적용한 노즐헤드의 회전 속도, 왕복속도, 이송속도는 Table 2와 같다. 노즐헤드와 시료와의 이격거리(stand off distance, SOD)는 60 mm 로 고정하였는데, 이는 노즐이격거리가 오리피스 직경의 110배 정도까지는 절삭심도에 큰 영향을 미치지 않는다 는 연구결과(김형목, 1999)를 반영한 것이다. 노즐회전 시험은 노즐헤드의 회전속도별 적정 이송속도를 결정하 기 위한 것이며, 노즐왕복시험은 노즐헤드의 왕복속도별 적정 이송속도를 결정하기 위한 것이다. 정해진 노즐회전속도 또는 노즐왕복속도와 노즐이송 속도로 한 번의 절삭이 끝난 후에 절삭된 부피를 측정하 였다. 절삭된 부피는 생성된 슬롯에 120 mesh의 연마재 를 채운 후 그 연마재의 부피를 환산한 값으로 하였다.. Fig. 9. Top view of slotting tests by rotating nozzle.. 시험결과 슬롯의 형상 분석 Fig. 9, 10에서 육안으로 관찰할 수 있듯이 슬롯의 폭 은 노즐회전속도, 노즐왕복속도, 그리고 노즐이송속도에 상관없이 일정하지만, 심도는 노즐이송속도에 따라 변화 하는 것을 확인할 수 있다. 노즐이격거리가 슬롯의 폭의. 한국지구시스템공학회지. 변화에 영향을 미치지만 본 연구에서는 노즐이격거리를 동일하게 유지하였기 때문이다. Fig. 10은 노즐왕복속도를 고정시킨 상태에서 노즐이 송속도를 변화시켜가며 실험한 결과이다. 사진은 워터젯 을 이용한 콘크리트 절삭시 노즐왕복속도에 대한 적정 노즐이송속도의 필요성을 보여준다..
(7) 고압 워터젯에 의한 콘크리트의 표면 절삭 효율에 관한 실험 연구. 87. Fig. 11. Effects of pump pressure on volumetric removal rate.. Fig. 10. Top view of slotting tests by oscillating nozzle.. 수리적 변수( , )에 대한 영향 Fig. 11은 펌프압력에 대한 부피제거율의 변화를 나타 낸 것이다. 노즐회전속도 153 RPM, 노즐이송속도는 240 cm/min으로 고정시킨 상태에서 펌프압력을 단계별로 증 가시킴에 따라 절삭심도의 변화를 관찰할 수 있었으며, 이로 인해 부피제거율이 증가함을 알 수 있었다. 이 그림 에서 볼 수 있듯이 절삭압력이 증가함에 따른 부피제거율 은 정비례하여 증가하는 경향을 보인다. 이는 펌프압력이 증가할수록 분사류의 분사속도가 증가하기 때문이다. 부피제거율(volumetric removal rate, VRR)은 식 (1) 에 의해 구할 수 있으며, 은 절삭심도, 은 절삭폭을. Fig. 12. Effect of nozzle diameter on volumetric removal rate.. 의미한다. × × . (1). Fig. 12는 노즐직경에 따른 부피제거율의 변화를 나타 낸 것이다. 노즐직경이 증가함에 따라 부피제거율이 증가 하는 경향을 보인다. 이는 노즐직경이 증가하여 절삭에 관여하는 분사류의 운동량과 유량이 증가하기 때문이다. Fig. 13은 펌프압력과 유량을 모두 고려한 수류의 반 응력(reaction force, R)에 따른 부피제거율의 변화를 나 타낸 것이다. 수류의 반응력이 증가할수록 부피제거율 이 증가하는 경향을 보인다. 수류의 반응력은 식 (2)에 의해서 구할 수 있으며, 이는 동일한 노즐직경에서 펌프 압력의 변화에 따라 수량을 고정할 수 없는 고압펌프를. Fig. 13. Effect of reaction force on volumetric removal rate.. 사용할 때에 수류의 절삭능력을 예측하기 위해 사용될 수 있다.. 제47권 제1호.
(8) 88. 김정규 · 송재준 · 여창현 · 권영철. × × × × . (2). 절삭변수( , )에 대한 영향. Fig. 14는 펌프압력을 125 MPa로 고정시킨 상태에서 노즐회전속도, 노즐왕복속도, 노즐이송속도를 단계별로 변화시켜가며 각 변수가 부피제거율에 미치는 영향을 분 석한 것이다. 노즐회전시험의 경우, 회전속도 240 RPM, 이송속도 360 cm/min에서 가장 효과적인 부피제거율을 보였으며, 노즐왕복시험의 경우, 왕복속도 240 OPM, 이 송속도 420 cm/min에서 가장 효과적인 부피제거율을 보 였다. 또한, 노즐이송속도에 대한 부피제거율은 반비례 관계가 성립함을 알 수 있다. 이는 노즐이송속도가 느릴 수록 단위시간당 대상 시료의 특정입자에 압력이 작용하 는 시간이 길어진다는 사실로부터 설명이 가능하다. 단. Fig. 14. Effect of traverse velocity on volumetric removal rate.. Fig. 15. Effect of traverse velocity on volumetric removal rate.. 한국지구시스템공학회지. 위시료에 수류가 작용하는 시간은 수류직경을 노즐이송 속도로 나누어줌으로써 구할 수 있다. Fig. 16은 분사류의 절삭각도가 부피제거율에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 그림에서는 분사류가 노즐이송방 향으로 25° 정도로 기울어져 있을 경우에 9.7%의 부피 제거가 증가하는 것으로 나타난다. 그러나 노즐이송방향 과 반대방향으로 기울어졌을 경우에는 최대 26.4%까지 부피제거가 감소함을 알 수 있다. 노즐이송방향으로 기 울진 경우, 콘크리트의 절삭에 관여한 수류가 뒤따르는 수류에 아무런 영향을 미치지 않지만 반대의 경우에는 절삭을 방해하기 때문이다. 노즐이동패턴(nozzle movement pattern)에 대한 영향 Fig. 17은 동일한 펌프압력, 노즐직경, 노즐이송속도에 서의 노즐회전시험과 노즐왕복시험의 결과를 비교 분석 한 것이다. 분석결과 노즐을 회전시킨 경우가 노즐을 왕 복시킨 경우보다 2배정도 많은 부피제거율을 보였다. 이 로 인해 분사류가 대상시료의 특정입자에 압력으로 작용. Fig. 16. Effect of impact angle on volumetric removal rate.. Fig. 17. Effect of nozzle movement on volumetric removal rate..
(9) 89. 고압 워터젯에 의한 콘크리트의 표면 절삭 효율에 관한 실험 연구. 하는 시간보다 시료에 압력이 작용한 횟수가 부피제거율 에 더 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.. 결. 론. 본 연구에서는 워터젯을 이용한 콘크리트 표면 처리시 워터젯 장비운용변수를 효율적으로 적용할 수 있도록 적 정 노즐회전속도, 노즐왕복속도, 노즐이송속도, 절삭각 도, 노즐이동패턴을 제시하였다. 본 연구의 결과를 요약 하면 다음과 같다. 1. 노즐회전시험과 노즐왕복시험을 실시한 결과, 노즐 이격거리가 동일할 경우 슬롯의 폭은 노즐회전속도, 노 즐왕복속도, 그리고 노즐이송속도에 상관없이 일정했다. 2. 노즐회전속도 153 RPM, 노즐이송속도는 240 cm/min 으로 고정시킨 상태에서 펌프압력을 단계별로 증가시킴 에 따른 부피제거율을 분석한 결과, 절삭압력이 증가함 에 따른 부피제거율은 정비례하여 증가하는 경향을 보였 다. 이는 펌프압력이 증가할수록 분사류의 분사속도가 증가하기 때문이다. 3. 노즐직경이 부피제거율에 미치는 영향을 살펴본 결 과, 노즐직경이 증가함에 따라 부피제거율이 증가하는 경향을 보였다. 이는 노즐직경이 증가하여 절삭에 관여 하는 분사류의 운동량과 유량이 증가하기 때문이다. 4. 수류의 반응력(reaction force)이 부피제거율에 미치 는 영향을 살펴본 결과, 수류의 반응력이 증가할수록 부 피제거율이 증가하는 경향을 보인다. 5. 펌프압력을 125 MPa로 고정시킨 상태에서 노즐회 전속도, 노즐왕복속도, 노즐이송속도를 단계별로 변화시 켜가며 각 변수가 부피제거율에 미치는 영향을 분석한 결과, 노즐회전시험의 경우, 회전속도 240 RPM, 이송속 도 360 cm/min에서 가장 효과적인 부피제거율을 보였으 며, 노즐왕복시험의 경우, 왕복속도 240 OPM, 이송속도 420 cm/min에서 가장 효과적인 부피제거율을 보였다. 또 한, 노즐이송속도에 대한 부피제거율은 반비례관계를 보 였다. 이는 노즐이송속도가 느릴수록 단위시간당 대상 시료의 특정입자에 압력이 작용하는 시간이 길어지기 때 문이다. 6. 분사류의 절삭각도(impingement angle)가 부피제거 율에 미치는 영향을 분석한 결과, 분사류가 노즐이송방 향으로 25° 정도로 기울어져 있을 경우에 9.7%의 부피 제거율이 증가했고 노즐이송방향과 반대방향으로 기울어 졌을 경우에는 최대 26.4%까지 부피제거율이 감소했다. 노즐이송방향으로 기울진 경우, 콘크리트의 절삭에 관여 한 수류가 뒤따르는 수류에 아무런 영향을 미치지 않는. 반면 그 반대의 경우에는 절삭을 방해하기 때문이다. 7. 동일한 펌프압력, 노즐직경, 노즐이송속도에서의 노 즐회전시험과 노즐왕복시험의 결과를 비교 분석한 결과, 노즐을 회전시킨 경우가 노즐을 왕복시킨 경우보다 2배 정도 많은 부피제거율을 보였다. 이로 인해 분사류가 대 상시료의 특정입자에 압력으로 작용하는 시간보다 시료 에 압력이 작용한 횟수가 부피제거에 더 큰 영향을 미친 다는 것을 알 수 있다.. 사. 사. 본 연구논문은 국토해양부 첨단도시개발사업의 연구 비지원(06건설핵심B04)에 의해 수행되었고, 이에 감사 드립니다.. 참고문헌 곽철홍, 2003, 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 화강암과 콘크리트의 회전 절삭에 관한 연구, 공학석사 학위논문, 서울대학교, 서울. 김대일, 2001, 노즐 혼합형 연마재 워터젯에 의한 암석의 절삭에 관한 연구, 공학석사 학위논문, 서울대학교, 서울. 김정규, 2006, 선혼합형 연마재 워터젯 시스템을 이용한 암석 및 콘크리트의 절삭에 관한 연구, 공학석사 학위논 문, 서울대학교, 서울. 김형목, 1999, 워터젯(Water Jet)을 이용한 암석의 절삭에 관한 연구, 공학석사 학위논문, 서울대학교, 서울. 서호영, 2002, 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 암석 천공 에 관한 연구, 공학석사 학위논문, 서울대학교, 서울. 여창현, 김정규, 송재준, 2007, “워터젯을 이용한 콘크리트 절삭시 발생하는 폐수의 pH 농도 중화에 관한 연구,” 한 국지구시스템공학회지, Vol. 44(4), pp. 285-292. 최병희, 2002, 워터젯을 이용한 암석의 슬롯절삭에 관한 연구, 공학석사 학위논문, 전남대학교, 광주. Bernard, D., 1995, “Hydro-demolition; an alternative method for concrete removal,” Proceedings of the 8th American Water Jet Conference, Houston, Texas, pp. 425-429. Crow, S. C., 1973, “A theory of hydraulic rock cutting,” International Journal of Rock Mechanics and Mining Science & Geomechanics Abstracts, Vol. 10, pp. 567-584. Farmer, I. W. and Attewell, P. B., 1965, “Rock penetration by high velocity water jets,” International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, Vol. 2, No. 2, pp. 135-153. Forman, S. and Secor, G., 1973, “The mechanics of rock failure due to water-jet impingment,” AIME Society of Petroleum Engineers, Paper SPE 4247, pp. 163-174. Hashish, M., 1993, “The effect of beam angle in abrasivewaterjet machining,” Journal of Engineering for Industry,. 제47권 제1호.
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