해체공법의 종류와 특성

구조물 해체시 단지 파괴만을 목적으로 한다면 파괴에너지가 큰 폭약으로 구조물을 순간적으로 폭파하는 것이 가장 효과적이다. 그러나 해체대상물이 한정된 주택가나 상가 또는 도심지 등 해체공사에 많은 제약을 받는 조건하에서 수행해야 할 경우가 많으므로 구조물의 종류, 구조물을 구성하는 재료의 종류와 파괴특성, 해체대상물의 주변환경 등을 고려하여 안전하고, 공해가 적으며 경제적인 공법의 선택이 중요하다.

기계력에 의한 공법으로 강구공법(鋼球工法:steel ball)은 1~3 t의 강구를 크레인의 선단에 매달아 강구를 수직 또는 수평방향으로 구조물에 부딪치게 하여 그 충격력으로 구조물을 파괴하고, 노출 철근은 가스 절단기로 절단하면서 구조물을 해체하는 방법이다.

핸드브레이커 및 대형 브레이커에 의한 공법(hand breaker and giant breaker)으로 해체 원리는 같으며, 컴프레서(compressor)에서 보낸 압축공기 및 유압에 의한 압축력에 의해 정(chisel)을 작동시켜 정 끝의 급속한 반복 충격력에 의해 콘크리트를 파쇄하는 공법이다.

전도에 의한 해체공법(overturnning)으로 해체하고자 하는 부재 밑부분의 일부를 파쇄 또는 절단한 후 전도 모멘트를 이용하여 부재를 전도시켜 해체하는 방법으로, 주위에 공지가 있는 경우의 외벽 ·벽체 ·보 ·기둥 ·칸막이벽, 특히 기둥 ·굴뚝 등과 같이 좁고 높은 부재의 해체에 유리하다.

유압력에 의한 공법으로 유압식 확대기(油壓式擴大機)에 의한 공법은 암석 및 콘크리트 부재의 소정의 위치에 지름 30~40 mm 정도의 구멍을 미리 뚫은 뒤 이 구멍에 가력봉(加力棒)을 삽입하고, 그 가력봉에 유압을 가하여 구멍을 확대시킬 때 생기는 팽창압에 의해서 파쇄하는 공법이다. 구멍을 확대시키는 기기로는 록잭(rock jack)을 사용하며, 1단식 록잭과 2단식 록잭이 있다.

잭(Jack) 공법은 대형의 유압잭(hydrolic jack)을 슬라브와 슬라브 사이 혹은 보와 보 사이에 설치하고 잭의 스토로크(stroke)를 유압에 의해 늘려서 상충의 보 혹은 슬라브를 국부적으로 집중하중으로 밀어 올려 파쇄하는 공법이다.

압쇄기 공법(壓碎機工法)은 압쇄기(clucher) 내에 콘크리트 부재를 넣고 유압력으로 압쇄하여 파쇄하는 공법이다. 압쇄기는 강력한 ㄷ자형 프레임(frame) 안에 한쪽 면을 반력면으로 하고 다른 면에 압쇄날을 장치한 압쇄부를 유압잭에 의해 작동시키는 방식과 강력한 두 개의 암(arm)이 유압작용에 의해 콘크리트를 압쇄하는 방식이 있다.

절삭기 공법(twin header 工法)은 절삭침(pick)이 수십 개 달려 있는 절삭 드럼(cutting drum)을 파워셔블(power shovel)에 장착하여 눌러주면서 절삭 드럼에 내장되어 있는 유압 모터로 절삭 드럼을 회전시켜 바위 ·콘크리트 등 절삭대상물을 갉아서 파쇄하는 공법이다.

절단공법(切斷工法)은 절단기(cutter)에 의한 공법으로 절단기는 그라인더(grinder)와 같은 원리이며, 그라인더의 날 대신 회전원판(blade:외주부에 공업용 다이아몬드나 텅스텐 카바이드를 함유한 칼날이 용접된 것)을 전동기, 가솔린엔진 등으로 고속회전시켜 부재를 절단하는 공법이다.

다이아몬드 와이어소 공법(diamond wire saw)은 다이아몬드를 절삭날로 하는 공법으로서, 강인한 다이아몬드 지립(砥粒)이 사용된 비드(bead)를 일정한 간격으로 장착한 다이아몬드 와이어소를 절단 대상물에 걸어 연결한 다음 구동장치(驅動裝置)에 의해 고속회전시켜 절단하는 공법으로, 최초 대리석 및 화강석을 채석하기 위해 개발된 기술을 구조물의 해체 및 개축 공사에 사용한 공법이다.

화염에 의한 공법으로 화염 제트에 의한 공법은 로켓제트의 원리에 의한 것으로 로켓형 버너에서 등유와 산소를 혼합한 고온 ·고압의 화염 제트를 초음속(마하 4~6)으로 분사하여 구조물을 용융시켜 해체하는 공법이다.

분말 제트(powder jet)에 의한 공법은 종래부터 금속재료의 고속절단에 이용한 ‘분말제트염(炎)’을 콘크리트의 용단용(溶斷用)으로 개량한 것이다. 이 용단기구는 가연성가스와 수종의 분말을 정상적으로 연소시켜 국부적으로 고온, 고열을 만들어 콘크리트를 용융시키는 공법이다.

금속봉 테르밋(lance bar thermit)에 의한 공법은 산화철과 알루미늄의 혼합물인 금속봉속으로 압력 7~8 kg/cm²의 산소를 보내어 연소시켜 철과 알루미늄의 테르밋 반응에 의한 고열(3,000~3,500 ℃)의 제트력을 이용하여 철근 콘크리트를 용융하는 방법이다. 테르밋 반응은 다음과 같은 식으로 표시한다. Fe₂O₃+ 2Al = Al₂O₃+ 2Fe+ 200 kcal

플라스마제트(plasma jet)법은 기체가 고온의 열을 받아 전자 이온으로 해리(解離)한 상태를 플라스마라 하며, 고체 ·기체 ·액체에 이어 물질의 제4형태라 칭하고 있다. 플라스마 제트법은 아르곤(85 %)과 수소(15 %)의 혼합가스에 아크(arc) 전압을 가해서 얻은 플라스마 제트(약 8,000~11,000 ℃)를 사용하여 철근 콘크리트를 용융하는 공법이다.

화약폭발력에 의한 공법으로 저폭속 파쇄약(低瀑涑破碎藥)에 의한 공법은 저폭속 파쇄약은 도심지에서 콘크리트 구조물의 해체공사용으로 개발된 것이며, 파쇄약(화약)의 폭발에 의해 발생하는 가스의 압력(1,000~2,000 kg/cm²)으로 콘크리트를 파쇄시키는 공법이다.

고폭속 파쇄약(高瀑涑破碎藥)에 의한 공법으로 고폭속 파쇄약은 저폭속 파쇄약과는 반대로 폭속을 가능한 한 빠르게(6,000~7,000 m/sec) 하여 동적인 충격파에 의해 콘크리트를 파쇄하는 것이다. 일반적인 폭약은 파쇄효과가 큰 만큼 폭속이 빠르고, 강력한 충격파를 발생하며 가스 발생량이 많아 소음 ·진동 ·비석 등의 공해가 있다. 이러한 공해의 주원인은 발생 가스의 팽창 때문이므로 발생 가스량을 가능한 적게 하려는 목적으로 개발된 것이다.

지연폭파공법(遲延爆破工法:smooth blasting method)은 장약 구멍의 직경에 비해 1/4~1/2 정도 작은 직경의 약포(藥包)를 사용하며, 장약 구멍의 내벽과 약포와의 사이에 공극을 만들어 공기 쿠션 작용을 이용 충격파를 흡수하여 가스압에 의한 정적 파쇄(靜的破碎)를 행하는 방법으로서 소음 ·진동 ·비석이 적다.

팽창압(膨脹壓)에 의한 공법으로 고압 가스에 의한 공법은 고압 가스에 의한 파쇄법은 비연성(非燃性) 가스(예:탄산가스)의 압력을 이용한 것이며, 고압가스 용기(bombe)에 충전된 액체 가스를 온수로 가열하여 기화(氣化)한 가스가 소정의 압력(약 80~120 kg/cm²)에 도달하면 밸브를 열어 콘크리트 천공 내에 설치한 스토퍼(stopper)의 선단에서 분사시켜 콘크리트 부재를 파쇄한다.

정적 파쇄제에 의한 공법:정적 파쇄제는 광물의 수화반응(水和反應)에 의한 팽창압을 이용하여 암석이나 콘크리트 등의 물체를 안전하며, 무공해로 파쇄하기 위해 사용하는 팽창성 물질이다. 파쇄는 부재를 천공하여 그 구멍 속에 물과 혼합된 정적 파쇄제를 충전하면 시간의 경과에 따라 구멍 주변에 팽창압이 작용하여 압축력과 함께 그 직각방향으로 인장력이 생긴다. 이 인장력이 부재의 허용인장 응력을 넘을 때 파쇄된다.

전기적 발열력에 의한 공법으로 직접 통전 가열법(直接通電加熱法)은 콘크리트 중의 철근을 전기 저항체로 하여 전극을 삽입시켜 전류를 직접 흐르게 하면 철근의 온도가 급상승하므로 콘크리트 내부온도와 외부온도의 차가 생겨 콘크리트에 균열이 발생하고, 이와 같은 작업을 연속하여 전체 콘크리트를 파쇄하는 공법이다.

전자유도 가열법(電磁誘導加熱法)은 철근 콘크리트 부재의 외부에 코일을 감아 400 Hz 정도 이상의 고주파 전류를 통전하면 철근을 통과하는 자력과 철근의 직각방향(횡단면의 원주방향)과의 교번에 과전류가 흐른다. 이 때 과전류 손실에 의해 철근이 발열(2~3분 후, 약 500~600 ℃)하기 때문에 콘크리트에 균열이 발생한다. 자계(磁界)를 얻는 방법에는 외부에서 코일을 감는 방법과 외부에서 전자석(電磁石)을 대는 방법이 있다.

전자파 조사법(電磁波照射法)은 마이크로 공법이라고도 하며, 전자 혼(horn)에서 강력한 전자파(마이크로파)를 콘크리트에 조사하면 유전체 손실(誘電體損失:전자파에 에너지가 콘크리트 내부에서 감쇠하여 열에너지로 변화하는 현상)에 의해 내부가열이 행해지고 콘크리트의 함유 수분 체적변화에 의해 소폭발 및 전자파에 의한 가열부분과 비가열부분과의 열팽창에 의해 콘크리트를 파쇄하는 방법이다.

제트력에 의한 공법으로 워터제트(water jet) 공법은 워터제트에 의한 파쇄원리는 초고압, 초고속 물의 분사(噴射)에 의한 충격 에너지에 의해 콘크리트를 파쇄 또는 절단하는 공법이다. 파쇄에 필요한 분사압력은 콘크리트 강도의 약 10~15배(3,000~4,500 kg/ cm²) 이상으로 한다.

(硏磨材) 혼합워터제트(abrasive water jet) 공법은 연마재 혼합 워터제트는 강력한 파워로 연마재를 분사시켜야 하기 때문에 초고압수가 사용된다. 이 초고압수는 약 2,800 kg/ cm²의 압력으로 노즐 선단의 오리피스(orifice)에서 초고속 분사류(超高速噴射流)로 변환하며, 변화한 초고속 분사류는 노즐 내부의 혼합실에서 연마재와 혼합되며, 이 혼합수를 노즐 선단에서 분사하여 콘크리트 부재를 파쇄 및 절단한다.