콘크리트 펌프

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1. 개요
2. 역사
- 2.1. 초기 개발
3. 콘크리트 펌프의 종류
4. 작동 원리
- 4.1. 작동 방식
5. 제조사
- 5.1. 해외
6. 재해 지원 사례
- 6.1. 나홋카호 유조선 사고 (일본)
- 6.2. 후쿠시마 제1원자력 발전소 사고 (일본)
7. 관련 자격 (일본)
참조

1. 개요

콘크리트 펌프는 콘크리트를 믹서에서 거푸집으로 운반하는 데 사용되는 장비로, 20세기 초 수레를 사용하던 방식의 노동력과 시간을 절약하기 위해 개발되었다. 콘크리트 펌프는 붐 펌프와 라인 펌프, 스퀴즈식 펌프, 피스톤식 펌프의 종류가 있으며, 각 펌프는 압송 방식과 성능에 차이가 있다. 작동 방식은 주로 유압식 피스톤 펌프를 사용하며, 토출 압력, 기계 무게, 가격, 시스템 복잡성이 성능을 결정하는 요소이다. 재해 현장에서도 활용되며, 콘크리트 펌프차 조작을 위해서는 관련 자격이 필요하다.

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콘크리트 펌프
콘크리트 펌프차
MAN 차대에 장착된 콘크리트 펌프
개요
유형	건설 기계
용도	액체 콘크리트 펌핑
설명
콘크리트 펌프	펌핑으로 액체 콘크리트를 이송하는 데 사용되는 기계
콘크리트 펌프 트럭	콘크리트 펌프가 트럭에 장착된 것
붐	콘크리트 배치 장소로 콘크리트를 배치하는 원격 제어 조인트 암 (붐이라고 함)
펌핑 용량	시간당 10~150세제곱미터
붐 길이	10~70미터
기타 장비	혼합 트럭
작업 메커니즘	액체 콘크리트를 펌핑
붐 작동	유압 시스템
추가 정보
관련 문서	콘크리트, 건설, 기계

2. 역사

20세기 초까지 콘크리트는 외바퀴 손수레나 크레인으로 운반해야 했기 때문에 많은 시간과 노동력이 필요했다. 1927년, 독일의 엔지니어 막스 기제와 프리츠 훌이 파이프를 통해 콘크리트를 펌핑하는 혁신적인 아이디어를 고안하면서 콘크리트 펌프의 역사가 시작되었다.^[1]

2. 1. 초기 개발

20세기 초까지 콘크리트는 시멘트 믹서에서 거푸집으로 옮기기 위해 외바퀴 손수레나 크레인을 사용해야 했으며, 이는 상당한 시간과 노동이 요구되었다. 1927년, 독일 공학자 막스 기제와 프리츠 훌은 파이프를 통해 콘크리트를 펌프질하는 개념을 고안했다. 이들은 콘크리트를 38m 높이, 120m 거리까지 펌프질했다.^[1] 1932년, 네덜란드의 야코부스 코르넬리우스 코이만(Jacobus Cornelius Kooijman)이 콘크리트 펌프 특허를 획득했으며, 이 특허는 이전 독일 특허를 통합한 것이었다.^[12]

3. 콘크리트 펌프의 종류

콘크리트 펌프는 크게 붐 펌프와 라인 펌프, 작동 방식에 따라 스퀴즈식과 피스톤식으로 분류된다.^[6]

자세한 내용은 각 하위 문서를 참고.

3. 1. 붐 펌프 (Boom Pump)

붐차란, 생콘크리트를 떨어진 장소로 압송하기 위해 수송관이 달린 접이식 붐을 장착한 콘크리트 펌프차를 말한다. 붐의 최대 작업 높이는 2t 차량에서 11m, 3t 차량에서 14~17m, 4t 차량에서 16~18m, 8t 차량에서 21~26m, GVW 22t 차량에서 33m, GVW 25t 차량에서 36m 정도이다. 세계적으로는 트럭 믹서 차체에 콘크리트 펌프도 장비한 기종이나, 붐의 작업 높이가 60m를 넘는 대형 기종도 실용화되고 있다. 현재 주류는 접이식 4단 붐이다.

이 붐 덕분에 고소 등 배관을 사용한 생콘크리트 수송이 어려운 장소로의 압송이 비교적 용이하게 가능해진다. 차량의 안정을 유지하기 위해 아웃트리거라고 불리는 뻗침 다리를 사용하기 때문에, 설치에 필요한 면적이 넓다는 단점도 있다. 또한 생콘크리트의 이동, 붐이나 차체의 동요, 바람의 영향 등에 의해 부하가 항상 변동하며, 조작 시의 응답성(너무 민감하면 부드럽게 조작하기 어렵고, 너무 늦으면 작업성이 나쁘다) 및 붐 자체의 경량화(너무 가벼우면 휘어지기 쉽고, 튼튼하면 차량 중량이 증가한다)도 고려해야 하므로, 작업 시 붐 선단의 흔들림을 어떻게 억제할 것인가가 설계상의 요점이 된다.^[1]

3. 2. 라인 펌프 (Line Pump)

라인 펌프는 붐 없이 펌프에서 직접 배관을 연결하여 굳지 않은 콘크리트를 압송하는 콘크리트 펌프차이다.^[1] 자주식, 트레일러식, 정치식 등 종류가 있으며, 모두 설치 장소를 차지하지 않는다는 장점이 있다.^[1] 붐이 없어 차 높이가 낮아 높이 제한이 있는 곳으로 진입 가능하다는 장점도 있어, 붐 펌프차가 주류를 이루는 가운데서도 가동되는 곳이 남아 있다.^[1] 최근에는 도시의 초고층 빌딩, 산속의 사방댐, 철탑 기초 등의 현장에서 초고압 사양의 라인 펌프도 사용되고 있다.^[1]

3. 3. 스퀴즈식 펌프 (Squeeze Pump)

스퀴즈식 펌프는 펌핑 튜브라고 불리는 원통형 튜브를 유압 모터로 구동되는 회전식 롤러로 쥐어짜서 튜브 내의 굳지 않은 콘크리트를 밀어내는 방식의 펌프이다. 국산화 시 기술 제휴를 한 회사명(미국의 챌린지 쿡 브라더스사)에서 유래하여 "챌린지식"이라고도 불린다.^[1] 비교적 압송 능력이 낮아 건축 현장에서 사용된다.^[1] 2~8t 트럭에 탑재되는 경우가 많다.^[1]

3. 4. 피스톤식 펌프 (Piston Pump)

피스톤 펌프는 왕복식 유압 피스톤을 사용하여 굳지 않은 콘크리트를 연속적으로 흡입·토출하여 밀어내는 방식의 펌프이다. 일반적으로 압송 피스톤이 2개 병렬로 배치되어 교대로 밀고 당기면서 연속 토출을 수행한다. 압송 능력이 뛰어나 고강도(고점도) 굳지 않은 콘크리트도 수송이 가능하다. 주로 4톤 트럭~GVW25톤 이상의 차량에 탑재된다.^[2]

콘크리트 펌프 설계자들은 콘크리트가 무겁고, 점성이 높으며, 마모성이 있고, 단단한 암석 조각을 포함하며, 움직이지 않으면 굳어지는 특성 때문에 많은 어려움에 직면한다.

일반적으로 피스톤 펌프가 사용되는데, 이는 수백 기압의 압력을 생성할 수 있기 때문이다. 이러한 피스톤 방식 펌프는 이질적인 콘크리트 혼합물(골재 + 시멘트)의 실린더를 밀어낼 수 있다. 현재, 오일 펌프를 사용하여 전기 또는 디젤 엔진으로 유압 구동되는 이중 피스톤 펌프가 주로 사용된다.^[3] 압력 피스톤은 구동 실린더를 통해 서로 유압식으로 연결되어 있으며 2행정 방식으로 작동한다.

4. 작동 원리

콘크리트 펌프는 콘크리트의 무게, 점성, 마모성, 고형화되는 특성 때문에 설계에 어려움이 많다.

일반적으로 수백 기압의 압력을 생성할 수 있는 피스톤 펌프가 사용된다. 피스톤 펌프는 골재와 시멘트가 섞인 이질적인 콘크리트 혼합물을 실린더를 통해 밀어낼 수 있다.^[2] 현대의 콘크리트 펌프는 주로 전기 또는 디젤 엔진으로 구동되는 유압식 이중 피스톤 펌프를 사용한다.^[3] 압력 피스톤은 구동 실린더를 통해 유압식으로 연결되어 2행정 방식으로 작동한다. 낮은 압력에서는 연동 펌프가 사용되기도 한다.

왕복식 유압 피스톤을 사용하여 프레쉬 콘크리트를 연속적으로 흡입·토출하여 밀어내는 타입의 펌프가 주로 사용된다. 압송 피스톤이 2개 병렬로 배치되어 교대로 작동하면서 연속 토출을 하기 때문에 고강도, 고점도 프레쉬 콘크리트도 수송이 가능하다. 주로 4톤 트럭~GVW25톤 이상의 차량에 탑재된다.

4. 1. 작동 방식

한 개의 압력 실린더의 귀환 압력 피스톤은 진공을 생성하고, 공급 깔때기에서 매체가 실린더로 흡입된다. 동시에, 전진하는 토출 피스톤은 다른 토출 실린더의 내용물을 이송 튜브를 통해 토출 라인으로 밀어 넣는다. 스트로크가 끝나면 펌프가 전환된다. 즉, 이송 튜브가 다른 채워진 압력 실린더 앞에 놓이고, 압력 피스톤은 움직임 방향을 변경한다.^[4]

콘크리트 펌프 구동 방식은 현재 모두 유압식이며, 따라서 제어 옵션은 개별 제조업체마다 다르다. 각 시스템은 특정 장점과 단점을 가지고 있다.^[5]

콘크리트 펌프의 중요한 성능 요소는 다음과 같다.

성능 요소
토출 압력
기계 무게
가격
시스템 복잡성

이러한 이유로, 많은 옵션이 오랫동안 공존해 왔다. 오늘날에는 피스톤형 펌프를 사용하여 최대 400bar의 유체 압력과 최대 200m3/h의 유량을 달성할 수 있다.

5. 제조사

콘크리트 펌프 제조사는 여러 곳이 있다. 주요 제조사는 다음과 같다.

일본
이와타 상회
가토 제작소 (구 KATO HICOM)
극동개발공업
닛코 다이아크리트
신텍
독일
푸츠마이스터
슈빙
중국
ZOOMLION
싼이 중공업^[11]

5. 1. 해외

국가	제조사
일본	이와타 상회, 가토 제작소 (구 KATO HICOM), 극동개발공업, 닛코 다이아크리트, 신텍
독일	푸츠마이스터, 슈빙
중국	ZOOMLION, 싼이 중공업^[11]

6. 재해 지원 사례

콘크리트 펌프는 여러 재난 현장에서 중요한 역할을 수행했다. 나홋카호 유조선 사고에서는 스퀴즈 방식 펌프를 역회전시켜 중유를 회수했고, 후쿠시마 제1원자력 발전소 사고에서는 연료봉 냉각을 위한 방수 활동에 사용되었다.^[7]

6. 1. 나홋카호 유조선 사고 (일본)

스퀴즈 방식 펌프를 역회전시켜 나홋카호 유조선 사고에서 표착한 중유를 회수하는 데 사용되었다.^[7]

6. 2. 후쿠시마 제1원자력 발전소 사고 (일본)

후쿠시마 제1원자력 발전소 사고 당시 연료봉 냉각을 위한 방수 활동에 콘크리트 펌프가 사용되었다.^[7]

7. 관련 자격 (일본)

일본에서 콘크리트 펌프차를 조작하려면 차량계 건설 기계 (콘크리트 타설용) 작업 장치 조작 업무에 관한 특별 교육을 이수해야 한다^[8]^[9]. 이 자격은 중량 제한이 없기 때문에 어떤 콘크리트 펌프차라도 조작할 수 있다. 이와 별도로 해당 차종(8번 차량)의 운전 면허도 필요하다.

콘크리트 펌프 조작에는 위 자격(강습)이 최소한으로 필요하지만, 그 외에 콘크리트 압송 시공 기능사(1급, 2급), 등록 콘크리트 압송 기간 기능자^[10] 등의 자격이 있다.

현장에 따라서는 1급 압송 기능사가 아니면 조작할 수 없다는 등 규제하는 현장도 많아졌다.

참조

_[1] 서적 Movement and Distribution of Concrete https://www.amazon.c[...] McGraw-Hill 2012-06-18
_[2] 웹사이트 Intex Pool Pumps https://intexpoolpum[...]
_[3] 웹사이트 How a gear pump works http://web.mit.edu/2[...] 2022-07-12
_[4] 웹사이트 Piston-type pumps https://www.concrete[...] 2022-07-12
_[5] 웹사이트 Concrete pumping: advantages and disadvantages https://www.hpdconsu[...] 2022-07-12
_[6] 간행물 生コンクリートのポンプによる施工 https://doi.org/10.3[...] 日本コンクリート工学協会 1977-06
_[7] 웹사이트 原発への生コン圧送車遅れた背景に岡田幹事長の政治的駆引き https://www.news-pos[...] 小学館 2011-04-05
_[8] 웹사이트 コンクリートポンプ車特別教育 https://www.zenatsur[...] 一般社団法人全国コンクリート圧送事業団体連合会 2020-02-20
_[9] 웹사이트 コンクリートポンプ車特別教育に係る関係法令 https://www.zenatsur[...] 一般社団法人全国コンクリート圧送事業団体連合会 2020-02-20
_[10] 웹사이트 有資格者の育成 https://www.zenatsur[...] 一般社団法人全国コンクリート圧送事業団体連合会 2020-02-20
_[11] 문서
_[12] 서적 Movement and Distribution of Concrete https://www.amazon.c[...] McGraw-Hill 2012-06-18