방수시스템의 거동은 재료 인자들의 복잡한 상호작용, 설계 상세, 그리고 시공의 질에 따라 결정되고, 방수성은 교면과의 접착성과 방수재의 손상정도에 의해 결정되는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구는 현재 국내에 유통되고 있는 교면방수재의 종류별로 방수시스템의 성능을 현재 각 시공현장에서 하자의 원인으로 가장 빈번하게 발생되는 요인들을 중심으로 인장접착 특성을 비교하였다. 방수시스템에 대한 인장접착강도 시험 결과, 함수비 10% 이상에서는 무기질탄성계 도막방수재를 제외하고는 접착력이 감소하였으며, 바닥판 콘크리트 강도가 증가할수록 일반적으로 인장접착강도는 증가하였다. 또한 바닥판 콘크리트의 양생방법에 따라 내부의 공극구조 및 평탄성의 차이로 인해 수중양생한 시편이 전반적으로 접착력이 더 큰 것으로 나타났다. 아스팔트 혼합물 포설전 보다 아스팔트 혼합물 포설후 인장접착강도가 증가하는 경향을 나타냈지만 도막식의 경우, 오히려 감소하는 결과가 나타났다. 그리고 방수재 시공시 대기온도가 상승함에 따라 접착력이 저하되어 방수 시스템의 성능에 악영향을 미치는 것으로 나타났다.
방수시스템의 거동은 재료 인자들의 복잡한 상호작용, 설계 상세, 그리고 시공의 질에 따라 결정되고, 방수성은 교면과의 접착성과 방수재의 손상정도에 의해 결정되는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구는 현재 국내에 유통되고 있는 교면방수재의 종류별로 방수시스템의 성능을 현재 각 시공현장에서 하자의 원인으로 가장 빈번하게 발생되는 요인들을 중심으로 인장접착 특성을 비교하였다. 방수시스템에 대한 인장접착강도 시험 결과, 함수비 10% 이상에서는 무기질탄성계 도막방수재를 제외하고는 접착력이 감소하였으며, 바닥판 콘크리트 강도가 증가할수록 일반적으로 인장접착강도는 증가하였다. 또한 바닥판 콘크리트의 양생방법에 따라 내부의 공극구조 및 평탄성의 차이로 인해 수중양생한 시편이 전반적으로 접착력이 더 큰 것으로 나타났다. 아스팔트 혼합물 포설전 보다 아스팔트 혼합물 포설후 인장접착강도가 증가하는 경향을 나타냈지만 도막식의 경우, 오히려 감소하는 결과가 나타났다. 그리고 방수재 시공시 대기온도가 상승함에 따라 접착력이 저하되어 방수 시스템의 성능에 악영향을 미치는 것으로 나타났다.
The waterproofing system's performance is known to show a determing by complex interaction of material factors, design details, and the quality of construction, and the waterproofing integrity of waterproofing membranes is determined by the bond to the deck and the amount of damage to the waterproof...
The waterproofing system's performance is known to show a determing by complex interaction of material factors, design details, and the quality of construction, and the waterproofing integrity of waterproofing membranes is determined by the bond to the deck and the amount of damage to the waterproofing membrane. In this research, the basic properties of waterproofing membranes on market and the tensile adhesive chracteristics of waterproofing systems of concrete bridge deck have also been investigated in the view of the damages frequently reported from job site. For the tensile adhesive strength of sheet waterproofing membranes, the results after asphalt concrete paving tends to increase more than before those. The results of the liquid waterproofing membranes are upside-down, and the more concrete has strength, the more strength of tensile adhesive increase. The ambient temperature of asphalt concrete when application of the waterproofing membrane has considerable influence on the performance of waterproofing system. As described above, waterproofing system can be influenced by several factors. If they are not considered under construction, the overlooking will cause the damages of pavement and waterproofing system after traffic opening.
The waterproofing system's performance is known to show a determing by complex interaction of material factors, design details, and the quality of construction, and the waterproofing integrity of waterproofing membranes is determined by the bond to the deck and the amount of damage to the waterproofing membrane. In this research, the basic properties of waterproofing membranes on market and the tensile adhesive chracteristics of waterproofing systems of concrete bridge deck have also been investigated in the view of the damages frequently reported from job site. For the tensile adhesive strength of sheet waterproofing membranes, the results after asphalt concrete paving tends to increase more than before those. The results of the liquid waterproofing membranes are upside-down, and the more concrete has strength, the more strength of tensile adhesive increase. The ambient temperature of asphalt concrete when application of the waterproofing membrane has considerable influence on the performance of waterproofing system. As described above, waterproofing system can be influenced by several factors. If they are not considered under construction, the overlooking will cause the damages of pavement and waterproofing system after traffic opening.
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문제 정의
양생방법에 따라 콘크리트의 역학적인 강도 특 성이 크게 변화될 뿐 아니라 내부의 공극구조나 바닥판의 평탄성이 달라질 수도 있다. 그러므로 도 막식에 비해 상대적으로 표면의 형상 및 바닥판의 평탄성에 영향을 크게 받을 수 있는 시트식의 접착 특성, 도막식 방수재는 바닥판의 형상보 다는 구조체 내부의 공극구조에 영향이 클 것이라는데 착안하여 평가하고자 하였다.
각각의 방수재는 단일한 재료가 아닌 복합재료로 구성되어 있으므로 각각의 방수재는 서로 다른 특성을 갖게 된다. 따라서 각 제품에 해당하는 시방조건에 맞는 시공을 위하여 제품별 해당 업체에서 직접 시공하는 것으로 하였다. 다음은 본 실험에서 실시한 일반적인 방수층 시공 절차이다.
따라서 본 연구는 현재 국내에 유통되고 있는 교면 방수재의 종류별로 각 시공 현장에서 하자 의 원인으로 가장 빈번하게 발생되는 요인들을 중심으로 인장 접착성을 시험하여 교면 방수 시스템의 성능 향상의 방안을 제시하고자 한다.
최근 교량의 형식이 장대화되면서 바닥판 콘크 리트의 고강도화가 증가하고 있는 추세에 있고, 고강도 콘크리트와 보통 강도 콘크리트에 차이가 있을 것으로 판단되어 설계 강도별(270, 400kgf/ cm2) 인장접착강도 실험을 실시하였다. 또한 동일한 조건에서 아스팔트 혼합물을 포설한 후의 인장 접착강도 변화 경향을 분석하고자 하였다. 그림 3의 범례 “270-Con-WM” 및 바닥판 콘크리트 강도가 270, 400kgf/cm2인 바닥판 콘크리트와 방수재와의 인장 접 착강도이고, "270-Con-WM-AP" 및 "400-Con-WM-AP”는 강도가 270과 400kgf/cm2인 바닥판 콘크리트-방수재-아스팔트 포장층에서의 인장 접착강도를 나타낸 것이다.
제안 방법
수축시, 그 거동이 방수시스템의 종류에 따라 다르게 발생한다. 따라서 모든 조건은 표준상태로 하고 시공시 대 기온도 만을 20°C 및 30°C로 구분 하였다.
본 연구에서는 다양한 종류의 교면용 방수재를 계열별로 선정하여 바닥판 콘크리트 양생조건 및 강도, 함수비, 시공시 대 기온도를 통해 교면 방수 재의 가장 중요한 특성중의 하나인 인장접착 성 능시험을 실시한 결과로부터 다음과 같은 결론을 얻었다.
시트식에 있어서, 개질아스팔트고무함침시트 (용제형)-A는 폴리에스터 부직포를 중심 기재로 한 SBS개질아스팔트와 규사, 폴리에틸렌 필름증을 일체화한 제품으로 접착용제를 사용하여 시공하였다. 개질아스팔트고무함침시트(자착 식)-B는 구성 성분이 용제형과 유사하나 시공방법이 차이가 있는데, 제품 자체의 점착성을 이용하여 로울러 전압에 의해 부착, 시공하였다.
일반 밀입도(dance grade asphalt) 혼합물을 소정의 두께 5cm가 되도록 계량된 골재를 165°C 의 온도에서 4시간 동안 가열하여 아스팔트 혼합믹서로 4단계 속도로 분할 비빔을 실시하였다. 배합이 완료된 혼합물을 몰드에 넣고 롤러다짐 기 (roller compactor)에 의해 5kgf/cn?의 하중으로 다짐을 실시하였다.
시편을 코아 채취기로 코어링한 후 24시간 이상 건조시킨 후, 그 상면에 01Qcm의 인장접착 용 디스크를 에폭시 수지 등의 접착제를 사용하여 완전하게 접착한다. 접착제가 경화한 후 하중 지시계(Load indicator) 및 로드셀(Load cell)을 연결하여 유압식인장접착시험기로 약 Ikgf/cnj/sec의 재하속도로 최대 하중에 도달될 때까지로 시험을 하였다. 인장 접착강도 시험 장 치의 개요도는 그림 1과 같다.
최근 교량의 형식이 장대화되면서 바닥판 콘크 리트의 고강도화가 증가하고 있는 추세에 있고, 고강도 콘크리트와 보통 강도 콘크리트에 차이가 있을 것으로 판단되어 설계 강도별(270, 400kgf/ cm2) 인장접착강도 실험을 실시하였다. 또한 동일한 조건에서 아스팔트 혼합물을 포설한 후의 인장 접착강도 변화 경향을 분석하고자 하였다.
대상 데이터
방수시스템에 대한 인장접착강 도 시험을 위해 표3과 같은 배합비로 30X30X10cm 크기의 콘크리트 슬래브를 제작하였다.
인장 접착강도 시험 장 치의 개요도는 그림 1과 같다. 시험체한 개당 4곳에서 실험을 실시하였다.
성능/효과
(1) 바닥판 콘크리트 표면에 존재하는 수분에 의해 인장 접착강도가 감소하는 것으로 나타나 함수비는 10% 이하로 관리하는 것이 기포 발생을 최소한으로 억제하고 접착을 확보하는 방안임을 알 수 있었다.
(2) 바닥판 콘크리트의 압축 강도의 영향은 강도가 증가할수록 대부분의 방수재에서 전반적 으로 인장 접 착강도는 증가하였는데, 이는 바닥판 콘크리트 표면의 평탄성, 공극 등과 접착강도가 상호 관련이 있다는 것을 알 수 있었다.
(3) 시트식의 경우, 아스팔트 혼합물 포설 전 보다 아스팔트 혼합물 포설 후의 인장 접착 강도 값이 증가하였으나, 일부 방수재의 두께가 다소 부족하여 가열골재에 의한 관입이나 찟김현상이 발생하므로 인해 시공두께가 3.5mm 이상이 적절할 것으로 판단된다. 반면에도막식, 특히 무기질이 첨가된 방수재와 폴리우레탄계에서는 아스팔트 혼합물 포장층 시공 후 접착력이 현저하게 감소하는 것으로 나타나, 아스팔트 혼합물 포장층과의 접착력을 증진시킬 수 있는 물성 개선이 필요함을 알 수 있었다.
그림 4에서 볼 수 있듯이, 무기질이 첨가된 도막방수재(F)를 제외하고는 기중 양생한 것보다 수중 양생한 시편이 접착력이 다소 큰 것으로 나타났다. 또한 바닥판 콘크리트의 강도보다는 오히려 양 생방법에 따라 접착력의 차이가 큰 것으로 확인되었다.
도막방수재 또한 대기 온도가 높으면 접착력이 감소하는 것으로 나타났는데, 특히 클로로프렌 고 무계(D)의 경우가 온도에 민감한 것으로 나타나 내열성능 개선이 필요한 것으로 나타났다. 그러나 무기질 탄성계 (F)와 폴리우레탄계(H) 도막방수재 는 코어링시 시편이 아스팔트 혼합물과 방수층과의 계면에서 탈리가 되어 접착력이 거의 없는 것으로 나타났는데.
또한 바닥판 콘크리트의 강도보다는 오히려 양 생방법에 따라 접착력의 차이가 큰 것으로 확인되었다. 따라서 양생절차 및 관리가 바닥판 콘크리트 표면의 평탄성 및 공극구조와 직접 연관이 있으므로 방수재와의 접착력 증진에 기여하는 인자임을 알 수 있었다.
이러한 원인은 도포경 화 후도막의 두께 부족, 아스팔트 혼합물 포설시고온의 열에 의한 자체 물성 변화 및 점성의 저하, 액상인 도막재가 아스팔트 혼합물 혼합물 속으로의 유입, 아스팔트 혼합물 포설시 골재관입 에 의한 접착 면적의 감소 등에 의한 것으로 판단된다. 또한 도막방수재는 아스팔트 혼합물 포설 후의 인장 접착 최대 하중시 파괴형상 대부분이 방수재와 아스팔트 혼합물과의 계면에서 탈리됨을 알 수 있었다.
그림 4에서 볼 수 있듯이, 무기질이 첨가된 도막방수재(F)를 제외하고는 기중 양생한 것보다 수중 양생한 시편이 접착력이 다소 큰 것으로 나타났다. 또한 바닥판 콘크리트의 강도보다는 오히려 양 생방법에 따라 접착력의 차이가 큰 것으로 확인되었다. 이는 굳지 않은 콘크리트가 경화과정에서 수분 증발에 따라 바닥판 콘크리트 표면의 평탄성 및 콘크리트 공극 구조가 방수재와의 접착에 영향을 미친다는 것을 보여주는 것이다.
반면에도막식, 특히 무기질이 첨가된 방수재와 폴리우레탄계에서는 아스팔트 혼합물 포장층 시공 후 접착력이 현저하게 감소하는 것으로 나타나, 아스팔트 혼합물 포장층과의 접착력을 증진시킬 수 있는 물성 개선이 필요함을 알 수 있었다. 또한 시트식과 달리 중심 기재가 없어 열에 의한 유동성이 크고, 내열치수 안정성이 작으며 도막 두께가 얇아 아스팔트 혼합물 포장층 시공시 및 경화 후 방수재에 구멍이 뚫리기 쉬우므로 내끌충격 저 항성 시험 후 적합성을 판단한 후 제품의 표준값 두께 이상이나 1.2mm 이상이 적절할 것으로 사료된다.
또한 중심 기 재에 함침되어 있는 열가소성 합성고무가용융되 어 아스팔트 혼합물과 접착되고 양생 후 아스팔트 혼합물 내에 분산된 형태로 물리적 가교역활인 고무형상 네트워크를 형성하고 다짐 장비에 의한 방수재압밀효과로 접착력의 증가가 발생한 것으로 사료된다. 반면 도막식 방수재의 경우에는 아스팔트 혼합물과의 접착력이 현저하게 감소하는 것으로 나타났는데, 아스팔트 혼합물 포설 후의 강도발현은 아스팔트 혼합물 포설전의 접착력에 비해 약 50% 정도밖에 강도발현이 되지 않았으며, 특히 폴리우레탄계(H)는 접착력이 거의 소실되는 것으로 나타났다. 이러한 원인은 도포경 화 후도막의 두께 부족, 아스팔트 혼합물 포설시고온의 열에 의한 자체 물성 변화 및 점성의 저하, 액상인 도막재가 아스팔트 혼합물 혼합물 속으로의 유입, 아스팔트 혼합물 포설시 골재관입 에 의한 접착 면적의 감소 등에 의한 것으로 판단된다.
(5) 방수재 시공시 대기온도 도 어느 정도 중요한 변수로 나타났다. 실험실 온도 기준 으로 20°C 보다 30°C 에서 시공한 경우의 접착강도가 더 낮게 나타나고 온에서의 시공이 나쁘다는 것을 알 수 있었다. 더구나 현장에서는 대기 온도 이외에도 직사광선으로 인해 방수재(대부분 검은색) 온도가 더 올라가므로 이에 대한 주의가 절대 필요한 것으로 판단되었다.
이러한 결과는 시트식 방수재의 시공상 바닥판 콘크리트 면 의 공극이나 기포가 인장 접착강도에 많은 영향을 미친다는 것을 증명한다고 할 수 있다. 아스팔트 혼합물 포설에 따른 시트식 방수재에서의 접착성 변화는 약간 증가하는 경향으로 나타났으며, 그다지 큰 영향은 미치지 않은 것으로 나타났다.
그러나 실내 시험의 제약성으로 인해 상기 기술한 것과 같은 일관적인 경향은 미흡하지만 바닥판 콘크리트의 공극에 의해 방수재에 기포가 많이 발생하고, 이러한 기포는 발생 부위의 부분적인 접착력 저하뿐만이 아니라 점진적으로 탈리면적이 증가하게 되고 물이 침투할 경우 영구적 인 수로가 형성될 수 있다고 사료된다. 이러한 결과로부터 바닥판 콘크리트 타설 후 양생 및 표면 마무리가 방수재의 성능에 매우 큰 영향을 미친다는 것을 증명하는 결과라고 할 수 있다.
이러한 결과는 무기질 탄성계에 서는 폴리머를 첨가하여 도막을 형성하므로 폴리머와 시멘트의 배합비에 따라 크게 영향을 받은 것으로, 폴리우레탄계에서는 아스팔트 혼합물 포설시 고온의 열에 의해 점성이 크게 저하되어 아스팔트 혼합물과의 계면에서 탈리가 발생한 것으로 판단된다. 이상의 결과는 대기 온도가 높을 경우 바닥판 콘크리트의 온도가 증가함에 따라 바닥판 콘크리트와 방수재 사이에서의 압력이 증가하고. 이로 인해 바닥판 콘크리트와 방수재계면에 서의 접착 특성에 많은 영향을 미칠 수 있다는 연구결과와 일치함을 알 수 있었다 (Price, 1991).
따라서 이러한 침투원리는 고강도 콘크리트일 경우에 액상인 방수재 성분이 침투할 수 있는 미세공극의 크기가 작아지고 밀실해져 보통콘크리트 보다 어렵다는 것이다. 전반적으로 방수재의 종류에 상관없이 바닥판 콘크리트 강도가 크면 하지와의 접착이 양호하여 인장 접착강도가 증가하는 것으로 나타나 바닥판의 하지상태가 접착 성능에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.
하지만 인장 접착강도 수준은 가장 낮았다. 최대 하중값에서의 파괴 양상은 바닥판 콘크리트의 함수 비에 상관없이 콘크리트와 방수 재 계면에서의 탈리로 파괴됨을 알 수 있었다. 시공면적이 실내시편에 제한되어 객관적 신뢰성에는 한계가 있지만, 바닥판 콘크리트 표면에서 임계값이상의 수분은 방수재의 접착에 영향을 미친다는 기존 연구결과와 일치함을 알 수 있었다 (Price, 1991).
이러한 기포는 아웃가싱(outgassing)으로 알려진 현상으로 내부 수분이 기화되어 체적이 증가하여 방수재에 큰 압력이 가해져 접착력이 크게 떨어지게 된다(Manning, 1995).하지 만 실험 결과에서는 대부분의 재료에서 시공온도에 따라 인장 접착강도가 크게 변하지 않는 경향을 나타내었는데, 이는 햇볕이 없는 시험실의 실내온도에서의 결과로 실제 현장인 교량에서 태양열에 노출되었을 시의 온도차에 의한 교면의 온도 상승을 감안한다면 상기에서술한 기포발생 등으로 접착력이 더욱 크게 저하할 수 있고 상이한 결과가 도출될 것으로 판단된다.
후속연구
이로 인해 바닥판 콘크리트와 방수재계면에 서의 접착 특성에 많은 영향을 미칠 수 있다는 연구결과와 일치함을 알 수 있었다 (Price, 1991). 그리고 온도 싸이클이 여러 일 연속적으로 반복된다면 기포의 크기는 더욱 커져 방수재의 탈리는 가속화될 것이다.
⑹ 본 연구에서 사용된 인장 접착강도 실험은 일본 도로공단에서 제시한 방법으로 실시하였는데, 이는 국내에서는 아직 정확한 규정이나 기준값이 정해져 있지 않기 때문이며, 이로 인해 현장에서 작업 시 많은 시행착오로 교통개방 후 짧은 기간에 많은 하자가 발생하고 있다. 따라서 본 연구를 통해 얻어진 각 변수에 대한 인장 접 착 특성의 영향을 고려하여 시공에 반영한다면 하자 발생을 많이 줄일 수 있을 것으로 사료된다.
5mm 이상이 적절할 것으로 판단된다. 반면에도막식, 특히 무기질이 첨가된 방수재와 폴리우레탄계에서는 아스팔트 혼합물 포장층 시공 후 접착력이 현저하게 감소하는 것으로 나타나, 아스팔트 혼합물 포장층과의 접착력을 증진시킬 수 있는 물성 개선이 필요함을 알 수 있었다. 또한 시트식과 달리 중심 기재가 없어 열에 의한 유동성이 크고, 내열치수 안정성이 작으며 도막 두께가 얇아 아스팔트 혼합물 포장층 시공시 및 경화 후 방수재에 구멍이 뚫리기 쉬우므로 내끌충격 저 항성 시험 후 적합성을 판단한 후 제품의 표준값 두께 이상이나 1.
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