PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 필름형 트랜스듀서 하이브리드 터널배수재에 대한 오염퇴적물 제거효율의 현장 적용성 평가

신진화(Zhen-Hua Xin),문준호(Jun-Ho Moon),김영욱(Young-Uk Kim) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.3

배수시스템에서 오염퇴적물이 장기간 발생하게되면 배수관 폐색현상을 일으켜 유지관리가 어렵고배수관의 잔류수압이 커져 파손의 위험이 있다. 이에 본 연구에서는 PVDF 필름에 의해 발생하는 진동에너지를 활용하여 물리/화학적 폐색에 의한 터널배수 시스템 폐색을 감소시키는 시스템을 구축하였다. 또한, PVDF 필름을 기존 배수재와 융합한 하이브리드 배수재와 역압전 효과를 일으킬 수 있는 구동장치로 배수재 유지관리 시스템을 개발하였다. 터널 배수관 유지관리 성능을 고찰하기 위하여 실내조건에서 오염퇴적물을 모사하고 진동조건에서 폐색저감 효율을 관찰하였다. 그 결과 개발된 PVDF 필름 구동 장비로 20분 내외의 진동에너지를 발생하여 씻겨나간 오염퇴적물의 잔류면적을 측정한 결과 74.62%의 오염퇴적물 제거효과를 볼 수 있었다. 현장 적용성 평가를 위하여 PVDF 필름을 배수관에 부착하고 장기적으로 음압측정을 하여 실내실험으로부터의 측정 음압과 비교하여 현장실험의 대응율을 제시하였다. 현장실험은 터널 배수관으로부터 내부에 폐색이 주로 발생하는 구간인 종배수관과 횡배수관에 PVDF 필름을 부착하였고 터널현장 음압측정 실험으로부터 오염물퇴적 제거효율은 실내실험대비 현장 대응율은 90% 이상으로 확인됐다. Typically, contaminated sediments cause clogging of the drain pipe, which increases the residual water pressure in the drain pipe; this study constructed a system for improving drainage efficiency of tunnels by reducing physical and chemical obstructions through ultrasonic energy generated by a PVDF film. The developed hybrid drainage system utilized a PVDF material film fused with an existing drainage tunnel and maintenance system resulting in the ability to initialize the reverse piezoelectric effect, which was evaluated through an on site application. In order to investigate the maintenance performance of the tunnel drainage system, contaminated sediments were simulated in a drainage pipe to test the effect of ultrasonic conditions on drainage efficiency in the laboratory. As a result of applying the developed portable equipment, the ultrasonic energy was generated for about 20 minutes resulting in a reduction of 74.62% of the contaminated sediments and improving drainage efficiency. From the tunnel, acoustic pressure measurements were taken to calculate the response rate while taking into account the laboratory results. In addition, PVDF film was attached to the transverse and longitudinal side of the drainage pipes where contaminated sediments occur most often in the field tunnel. these calculations show contaminant removal was 90% effective.

소석회 배합비가 고로슬래그 그라우트재 성능에 미치는 영향

신진화(Xin, Zhen-Hua),서석현(Seo, Seok-Hyun),정의엽(Jung, Eui-Youp) 한국지반신소재학회 2022 한국지반신소재학회 학술발표회 Vol.2022 No.11

모형실험을 활용한 저수심 사질토 지반에서 원형강관 설치 석션압 평가

신진화(Zhen-Hua Xin),김재현(Jae-Hyun Kim),이주형(Ju-Hyung Lee) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.2

본 연구에서는 해상(수상) 교량기초 시공 시 석션압으로 간편하게 설치될 수 있는 원형관 공법을 개발하고자, 실내 모형실험을 통하여 저수심 모래지반에 원형관 관입 시 설치 석션압을 평가하였다. 포화된 사질토의 반복실험을 위해 3개의 진동발생기를 활용한 진동다짐 토조 시스템을 구축하였고, 지반강도 확인을 위하여 소형 콘관입 장비를 활용하였다. 진동다짐 토조 시스템은 내부의 모래지반에 반복적으로 진동을 가하여 효율적으로 균질한 모래지반을 확보할 수 있었다. 다양한 지름과 두께를 가지는 원형관 모형체를 제작하고, 다양한 수심조건에 대하여 석션관입 실험을 수행하였다. 실험을 통한 석션압 분석결과 원형관의 관입깊이가 커짐에 따라 석션압은 커지고 지름이 클수록 원형관을 관입시키는데 필요한 석션압은 작아지는 것을 확인하였다. 특히, 수위가 낮을수록 석션관입을 위해 원형관 내부에서 끌어 올려야 하는 수두가 커지는 반면, 높아진 수두에 의한 물의 무게는 원형관의 전체 자중을 증가시켜 관입에 필요한 석션압은 작아짐을 알 수 있었다. 따라서, 저수심 조건에서 석션압을 이용하여 원형관을 설치할 경우 수심의 영향을 고려하여 설계 석션압을 결정해야 할 것으로 판단된다. In this study, a circular pipe can be installed by suction pressure for construction on soft ground with a low-water level. A series of laboratory-scale model tests were conducted in sandy ground to comprehend the suction pressure of the circular pipe in low-water levels. For repeated tests on saturated sandy soil, a container was mounted with three vibration generators on the floor. A repetitive vibration was applied using the vibration system for ground compaction. In the model tests, different diameters and thicknesses on saturated sandy soil with a water depth were considered. The result showed that the suction pressure increased with increasing penetration depth of the circular pipe. Moreover, the suction pressure required to penetrate the pipe decreased with increasing diameter. In the low-water level, the total suction pressure measured at the top lid increased because additional suction pressure is required to lift the water column. On the other hand, this led to a decrease in suction pressure to penetrate the circular pipe because the weight of the water column is applied as a dead load. Therefore, it is necessary to consider the water level to design the required suction pressure accurately.

압전필름의 진동을 활용한 터널배수재 유지관리 성능 개선

신진화(Xin, Zhen-Hua),문준호(Moon, Jun-Ho),송영갑(Song, Young-Karb),김영욱(Kim, Young-Uk) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.1

이 연구에서는 터널 시공 시 터널 배수관으로 유입되는 미세입자의 흐름과 이에 의한 물리/화학적 폐색현상에 따른 터널배수재의 성능저하를 PVDF film의 진동을 이용하여 성능을 향상시키는 방법의 적용 가능성에 대해 실내실험을 통하여 고찰하였다. 연구에서 터널로 유입되는 미세입자 슬러리 유입의 터널 환경을 모사하여 진행하였고 PVDF film을 이용한 기초 실험과 배수재를 모사한 모형실험으로 나누어 수행하였다. 기초 실험에서는 PVDF film에 50% 함수비(민물과 바닷물)의 점토를 흘려 주파수별 점토 슬러리의 흐름특성에 대한 효율성을 고찰하였으며 배수재 모사 실험에서는 배수관에 부직포를 부착시켜 슬러리의 흐름과 막힘 현상 해소에 대한 진동 효과를 고찰하였다. 실험결과는 진동에 의한 배수재의 배수성능, 즉 슬러리의 흐름과 막힘 해소현상이 아주 높게 나타났다. 이상의 실험결과를 종합하여 배수관을 기존 배수재와 융합, 응용, 활용할 수 있는 하이브리드 배수시스템을 개발할 수 있는 기초 자료를 확립하였다. This study investigated the possible use of vibration from polyvinylidene fluoride(PVDF) film to enhance the performance of the deteriorated tunnel drainage due to physical/chemical clogging of the fine particles through a series of laboratory experiments. The test program was consisted of two different experiments, fundamental investigation and drainage model test. In the fundamental investigation, flow of clay slurry mixed with 50% water (freshwater and brine) on PVDF film with various frequencies was examined. In the model tests, slurry clogging to the woven fiber attached to drainage pipe and its reduction by vibration was investigated. Results of the experiment show that vibration from PVDF film enhances the drain performance significantly. Based upon the investigation, it gives an essential data that are needed for a potential use of hybrid drainage system with PVDF.

헬리컬 앵커개발 및 적용을 위한 앵커의 회전 관입 토크와 인발저항력과의 상관관계 정립

김낙경,김영욱,문준호,신진화,구교영,Kim, Nak-Kyeong,Kim, Young-Uk,Moon, Jun-Ho,Xin, Zhen-Hua,Gu, Kyo-Young 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.3

연약지반에 적용 가능한 앵커의 기술로 개발계획인 헬릭스 형태의 소형 앵커는 기존 앵커보다는 시공 단계가 단순하고 그라우트가 양생될 때까지 기다릴 필요가 없으므로 공기단축 및 연장 롯드 반복사용이 가능하며 비용 절감효과가 있다. 또한 배토가 없으며, 회전식으로 헬리컬 앵커를 삽입하기 때문에 시공성이 좋으며, 앵커의 제거도 설치만큼 쉬우므로 가시설의 제거용 앵커로도 활용 가능하며, 헬리컬 앵커 날개 수에 따라 인발저항이 달라, 효율적인 헬리컬 앵커 설계가 가능할 것으로 판단된다. 연약지반에 헬릭스 앵커를 시험시공하기 위하여 헬리컬 앵커와 토크드라이버를 제작하였으며 헬리컬 앵커를 삽입/인발하여 지지력을 산정하는 연구를 진행하였고 관입토크와 앵커의 인발력의 상관관계를 도출하였다. 대형토조를 활용하여 모형시험을 수행한 결과 지반이 단단할수록 회전관입 토크가 크게 측정되었으며 이에 따른 인발저항도 크게 나왔다. 이 연구에서 수행한 실험범위 내에서는 인발저항과 관입토크는 서로 비례관계에 있음을 알 수 있었다. This study evaluated the potential of methodology development of the helical type anchor for soft ground applications. The rotational penetration of the helix structure might make construction-steps easy without the soil spitting and reusable rods could reduce the material cost. Removal of the anchors would be simple as a construction, which can be named the removal anchor. The anchoring resistance after construction is strongly related to the number of helixes resulting in a concise design process. The investigation involved a chamber test with soft soils. In the test, a specially designed and fabricated helical anchor and torque-driver were used to obtain the maximum pull-out resistance of the anchor after rotational penetration. As a result of the tests, The rotational torque and pull-out resistance have a proportional relationship with the strength of the prepared soils. Within the range of the study, the torque of the anchor penetrating increased with increasing pull-out resistance.

석션압을 이용한 원형강관 가물막이 현장설치 실험

김재현(Kim, Jae-Hyun),신진화(Xin, Zhen-Hua),이주형(Lee, Ju-Hyung) 한국지반공학회 2020 한국지반공학회논문집 Vol.36 No.10

현장 상황과 기준을 고려한 지반 보강 그라우팅 역학특성 분석

서석현(Seo, Seok-Hyun),신진화(XIN, ZHENHUA) 한국지반신소재학회 2021 한국지반신소재학회 학술발표회 Vol.2021 No.11

혼화재 종류가 지반보강 그라우트 특성에 미치는 영향

서석현(Seo, Seok-Huyn),신진화(XIN, Zhen-Hua) 한국지반신소재학회 2022 한국지반신소재학회 학술발표회 Vol.2022 No.3

인위적 입도조정에 따른 지반의 강도특성 변화

문준호(Jun-Ho Moon),신진화(Zhen-Hua Xin),김갑부(Gab-Boo Kim),문선미(Sun-Mi Moon),김영욱(Young-Uk Kim) 한국산학기술학회 2018 한국산학기술학회논문지 Vol.19 No.1

일반적으로 지반의 강도가 강한 지반은 입도분포가 양호하다고 예상할 수 있다. 그러나 Gap입도로 이루어진 지반으로 입도분포가 불량하더라도 지반의 강도가 강한 경우가 있다. 본 연구에서는 이와 같은 사실에 근거하여 인위적으로 조성한 Gap 입도시료와 입도분포가 균일한 시료, 양호한 시료를 직접전단시험을 통하여 지반의 강도정수를 구하고 이를 비교 분석하였다. 또한 13mm 골재와 19mm 골재를 이용한 평판재하시험으로 확대 적용하여 현장 적용성과 입도에 따른 강도 변화의 재현성을 확인하였다. 실험 결과 입자크기비와 내부마찰각이 상관관계가 있음을 확인 할 수 있었고, 특정한 입자 크기비의 범위에서 전단저항각이 상당히 커지는 것을 알 수 있었다. 또한 평판재하시험으로 극한지지력을 산정한 결과 입도조정법이 강도증가율에 크게 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 따라서 위의 직접전단 시험을 통한 시험적 검증과 평판재하시험을 통한 재현성 확인을 통해 입도분포가 좋지 않음에도 간단한 입도 조정만으로 지반의 강도 증진을 유도할 수 있었다. In this study, an artificially formed Gap graded soil, designed to increase its shear strength, was analyzed to determine the strength parameters through direct shear tests. Uniform and fine grain size samples were compared to the Gap graded soil to investigate the increase in the shear strength. Plate loading tests were conducted using 13mm and 19mm aggregates to confirm the reproducibility of the strength enhanced samples for site application. This test confirmed that the particle size ratio and the internal friction angle are correlated to the shear strength, and the shear resistance angle significantly increased in the specific particle size ratio range. The calculation of the ultimate bearing capacity by the plate load test demonstrated that the grain size adjustment method greatly influences the strength increase rate. Therefore, the findings were verified and it was confirmed that a high shear strength is achievable despite the existence of a poor particle size distribution.

규산소다 및 수산화칼슘을 적용한 고로슬래그 그라우트의 적용성 및 물리화학적 특성

김정석(Joung-Souk Kim),윤남식(Nam-Sik Yoon),신진화(Zhen-Hua Xin),문준호(Jun-Ho Moon),박영복(Young-Bok Park),김영욱(Young-Uk Kim) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.1

토목 및 건설업에서 시멘트는 대표적인 재료로써 가장 많이 쓰이며생산되고 있다. 시멘트의 생산에 따른 이산화탄소의 배출로 인해 지구온난화 및 환경오염 문제는 오래 전부터 해결하지 못한 문제이다. 이러한 시멘트의 대체재로써 철강사업의 산업부산물인 고로슬래그를 활용하여 건설재료 및 토목재료로써 활용하기 위해 많은 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이에 대한 일환으로 이 연구에서는 고로슬래그 분말을 활용하여 친환경 그라우트의 개발 및 활용성을 위하여 물리화학적 특성을 규명하는 것을 연구목적으로 정하였다. 고로슬래그는 분말자체가 가지고 있는 잠재수경성으로 인해 시멘트 그라우트 대체 재료로 활용되며 장기강도의 증진과 내부조직의 치밀화 등이 가능하다는 장점을 가지고 있으며, 매년 대량 생산되는 산업부산물인 고로슬래그를 그라우트재로 활용한다면 친환경성과 더불어 큰 경제성을 확보 가능하다는 장점이 있다. 그라우트재로서 고로슬래그의 물리화학적 특성을 알아보기 위해 겔화타임 측정 실험, 일축압축강도실험과 내구성 실험, 중금속 용출시험 등을 통하여 환경성 평가실험을 진행하여 고로슬래그를 활용한 무시멘트 그라우트의 최적 배합비 및 물리적 특성에 대하여 고찰하였다. Cement is one of the most commonly used materials in the construction and civil engineering industry. However, emissions of carbon dioxide generated during the production of cement have been linked to climate change and environment pollutants. In order to replace cement, many studies have been actively performed research to utilizing Blast Furnace Slag(BFS), which is a byproduct of the steel industry. This study aims to investigate the physiochemical properties of the BFS powder based grout to determine whether it can be used as an environment-friendly grout material. As a fine powder, BSF can be used instead of cement grout due to its potential hydraulic property. BSF has also been known for its ability to strengthen materials long-term and to densify the internal structure of concrete. In order to investigate the physicochemical properties of the BFS powder based grout as a grout material, in this study assessment tests were performed through a gel-time measurement, uniaxial compressive strength, and chemical resistance tests, and heavy-metal leaching test. Characteristics and advantages of the slag were studied by comparing slag and cement in various methods.