항공기 착륙으로 인해 발생하는 공항 활주로 고무 퇴적물을 제거를 위해 일반적으로 사용되는 고압살수의 방법은 콘크리트 포장의 그루빙 손상 및 아스팔트 포장 표면의 박리, 탈리 등의 파손을 야기하고 있다. 따라서 본 연구에서는 고무 퇴적물의 효율적 제거와 포장 표면 파손 저감을 위해 상대적 저수압의 살수로 고무 퇴적 물을 제거할 수 있도록 친환경 고무 제거제 개발을 위한 포장에 대한 영향성 평가를 진행하였다. 고무 분해 효 율의 증가, 거품 발생의 최소화, Water Jet 장비와의 조합 시 내구성 영향 최소화를 위해 기존 연구에서 표 1과 같이 배합비율을 선정하였다. 포장 영향성 평가를 위해 배합비율에 따른 콘크리트 포장의 ASR 시험 (ASTM C 1260 – Mortar-Bar Method), Scaling 시험(SIS SS 317244)과 아스팔트 포장에 대한 표면인장강 도 시험(LFV Method 2-98, Europe)을 실시하였다. 이 때 각 배합은 물과 1:50으로 희석하여 사용하였다.

항공기 착륙 시 타이어와 활주로 표면이 접촉되는 순간 발생되는 마찰열로 인해 표면에 딱딱하고 얇은 고무 퇴적층(대형항공기(B-747급) 바퀴 당 700g)을 형성하게 된다. 이러한 고무 퇴적물은 마찰력을 저하시키기 때문에 이를 제거하기 위해 세계의 주요 공항에서는 Water-Jet과 같은 물리적 방법을 사용하고 있다. 하지만 고압살수로 인해 아스팔트 포장 표면부에 많은 파손(박리 및 탈리 등)이 발생되어 내구성저하 문제로 대두되고 있다. 따라서 본 연구에서는 고무 퇴적물의 효율적 제거와 파손 저감을 위해 상대적 저수압의 water jet 사용을 유도하도록 친환경 화학 제거제로써 Eco-Cleaner의 적용성에 대한 실내 시험을 실시하였다. 사용 재료의 항공기 타이어 구성 성분인 합성고무와 천연고무의 결합력을 저하시킬 수 있는 분해능을 검토한 결과 합성고무시편의 사용 용액별 분해 효과는 그림 1.과 같으며 Type2(eco cleaner 100%)가 가장 좋은 분해능을 보였다. 합성고무 시험편 고무분자 구조의 개질화를 확인할 수 있었으나, 현장 적용을 위한 분해/세척 효율의 증가 및 시간 단축을 위한 화학적 결합제 연구가 필요할 것으로 사료된다. 천연고무 시편의 사용 용액별 분해 효과를 관찰한 결과는 그림 2.와 같이 Type5 > Type6 > Type1 > Type7 > Type2 > Type3 순으로 무게 감소 비율을 보였으며, 혼합 재료의 최적 배합으로는 Type5로써 eco cleaner(90%)와 NaOH(10%)가 적정 배합으로 도출되었다. 또한 본 재료 사용시 아스팔트 포장 재료가 직간접적으로 분해 효과를 나타내면 안 되므로 아스팔트에 개질제를 혼입할 때 쓰이는 mixer 시험기에 일정량을 사용하여 아스팔트 제거 여부를 관찰한 결과, 일부 아스팔트 성분이 묻어나오긴 하였으나 그 양이 작으며, 아스팔트 내 분자간 결합구조를 완전히 분해하는 특성이 아니므로 현장 사용성에는 문제가 되지 않는다고 판단된다.

본 논문에서는 국내 공항 활주로에 적합한 마찰계수 측정 및 고무 퇴적물 제거에 대한 합리적 기준 개발을 위해 관련 해외 기준 및 연구결과에 관한 문헌을 조사하였다. 그리고 2007년 8월부터 2009년 7월까지ASFT(Airport Surface Friction Tester)장비를 이용하여 인천국제공항 활주로의 마찰계수를 측정하고 항공기 집중 착륙 지점에 대한 분석을 실시하였다. 타이어 고무의 퇴적 및 제거에 따른 마찰계수의 변화를 분석하였고 이에 미치는 계절적 영향을 포장 형식별로 조사하였다. 고무 퇴적물 제거 작업을 주기적으로 수행해도 활주로 표면의 마찰계수는 장기적으로 시간에 따라 점차 감소되는 것으로 확인되었다. 여름철 마찰계수의 변화가 다른 계절에 비해 컸으며 아스팔트 포장이 콘크리트 포장보다 계절적 영향에 민감했다. 매크로한 표면조직을 갖는 아스팔트 포장의 마찰계수가 마이크로한 표면조직을 갖는 재령 초기 콘크리트 포장의 마찰계수보다 큰 것으로 나타났다. 타이어 고무의 퇴적 및 제거에 따른 마찰계수의 변화도 아스팔트 포장에서 더 큰 것으로 확인되었다.

보는 하천 횡단구조물로 수위를 조절하거나 관계 및 취수 등을 목적으로 설치한다. 그러나 현재 설치된 보는 대부분 콘크리트 구조물이기 때문에 경관상 좋지 않으며 상류의 수위를 조절하는데 다소 어려운 점이 있다. 따라서 이러한 단점을 보완하고 수자원의 효율적인 사용을 위해 가동보에 관한 관심이 점차 증가하고 있는 추세이다. 특히 가동보 중 고무보는 홍수시 도복이 가능하고 평상시 기립하는 원리를 이용하여 수위를 조절하는 특징을 가지고 있으며 기존 보와 같이 관계, 용수공급, 수력발전, 환경보호 등 다양한 목적으로 사용되고 있다(심명필, 2000). 그러나 기존 콘크리트 보와 같이 보 직상류 저층부의 흐름을 정체시키므로 토사의 퇴적 및 수질악화가 발생하는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 장정수(2008)는 고무보 직상류 저층부에 정체되어 있는 물을 하류 측으로 원활하게 배출시키는 저층수 배출관 및 배출관의 개폐장치에 관한 특허를 출원하였다. 그러나 저층수 배출관의 다양한 형태에 관한 검증 또는 실험적 연구가 부족하여 본 연구에서는 저층수 배출관이 설치된 실제 하천에서 발생할 수 있는 다양한 상황에 대한 수리실험을 실시하였다. 본 실험에서 사용한 수로 연장은 12 m, 폭 3 m의 소하천 원형 수로이며 유입 및 유출각이 30°, 45°, 60° 인 3가지 저층수 배출관 형상에 대해 퇴적물 배제능력을 비교하였다. 실험조건은 고무보의 상류수심이 0.47 m 및 실험 최대 유량 0.14 m3/s로 수행하였다. 첫 번째 실험은 고무보 직상류의 정체된 흐름에 의해 퇴적되는 유사에 대한 저층수 배출관의 배제능력을 검토하기 위한 실험으로 실험 전·후배제된 유사의 부피를 비교하였다. 두 번째 실험은 다양한 이유로 저층수 배출관의 내부가 자연재료에 의해 폐색되는 경우에 대해 배출관 덮개의 운영을 이용하여 내부 폐색에 대한 배제능력을 검토하였다. 실험결과 유입 및 유출각이 60인 저층수 배출관이 최대 배제율 12.1%로 가장 높게 나타났으며 유입 및 유출각이 작을수록 배제능력이 떨어지는 것으로 나타났다. 관 내부 폐색시 배제능력을 검토한 결과도 동일하게 유입 및 유출각이 60일 경우 배제시간이 가장 빠른 것으로 나타났다. 이는 유출각이 하류측으로 기울어진 정도가 큰 경우, 흐름에 의한 저항이 가장 적게 받기 때문이라 판단된다. 또한 두 실험 모두 유량 및 수심이 증가할수록 배제능력이 향상되었는데 이는 상류 수심 증가로 인한 유출관 내 유속의 증가로 유사 및 배출관 내 퇴적물을 배제시키는 운동량이 증가하기 때문이라고 판단된다. 본 연구결과를 통해 실제 하천에 저층수 배출관 설계 시 참고자료로 활용할 수 있을 것이라 판단된다.