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문제 정의
- 이때 관거 표면은 고형 입자와의 마찰로 인해 침식된다. 따라서 본 실험은 PE 선피복 파형강관에 물과 모래를 채워 흔들어 주면서 모래에 의한 피복 PE의 마모성을 평가하는데 목적이 있다. 실험 장치는 Fig.
- 따라서 본 연구에서는 PE 선피복 파형강관의 하수관거 적용 가능성 평가를 위하여 PE 선피복 파형강관의 부식 및 마모 특성을 파악하고자 한다.
- 본 실험은 단기간에 PE 선피복 파형강관의 하수관거 적용성을 평가하기 위한 실험으로 일반 하수에 의한 부식성실험 외에 일반 하수를 산성 및 알칼리성으로 조절하여 PE 선피복 파형강관의 부식성을 평가하였다. 또한, 간척지나 해안지역에서의 하수관거 적용성을 평가하기 위하여 해수에 의한 부식성 평가 실험도 수행하였다.
제안 방법
- 그러나 R2는 R1 및 R3에 비해 하수의 침투가 진행되고 있음을 알 수 있었다. R4의 경우는 몰딩처리하지 않은 시편의 PE 대부분이 박리되었기 때문에 몰딩처리한 시편 내부를 칼로 잘라 해수의 침투 정도를 평가하였다. R4 a와 같이 몰딩처리가 양호한 시편에서는 해수의 침투가 없었으나, R4 b와 같이 몰딩처리가 불량한 부분에서는 해수가 침투하여 시편 전체로 전파된 것을 알 수 있었다.
- 파형강관의 부식성을 평가하였다. 또한, 간척지나 해안지역에서의 하수관거 적용성을 평가하기 위하여 해수에 의한 부식성 평가 실험도 수행하였다.
- 매설된 파형강관을 285일 경과 후 굴착하여 파형강관의 부식 및 PE 피복 상태를 관찰하였다. 굴착 시 토양부식 인자를 측정하기 위하여 뒤채움 모래와 풍화토를 채취하였다.
- 본 실험은 Fig. 5와 같이 길이 1m인 PE 선피복 파형강관 2개를 연결하여 양 단면을 용접한 반웅조에 하수 및 해수를 각각 140L 주입하여 밀봉한 후 180일 동안 방치하였다. 주입한 하수 및 해수는 2.
- 따라서 본 실험은 PE 선피복 파형강관에 물과 모래를 채워 흔들어 주면서 모래에 의한 피복 PE의 마모성을 평가하는데 목적이 있다. 실험 장치는 Fig. 7과 같고 J사에서 생산한 직경 30cm, 길이 50cm인 PE 선피복 파형강관에 물 I2L, 모래 3kg을 넣어 상하 45° 각도로 왕복 72,000회(1일 8시간을 운전하여 90 일간 720 시간 운전, 왕복 100회/시간)를 흔들어 준 후 피복된 PE의 마모도를 평가하였다. 실험장치는 모래입경을 달리 하여(S : 모래 입 경 0.
- 실험방법은 Fig. 1과 같은 아크릴 반응조 4조에 (W40cm X L60cm)에 PE 필름 및 PE 피복 시편(Fig. 2)을 설치(Fig. 3)하고 하수 및 해수를 100일간 순환시켰으며 필름 및 시편 표면의 상태 변화를 육안 및 주사전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM) 촬영을 통하여 PE의 부식성 및 피복관의 치명적인 약점인 피복의 박리현상 정도를 관찰하였다.
- 7과 같고 J사에서 생산한 직경 30cm, 길이 50cm인 PE 선피복 파형강관에 물 I2L, 모래 3kg을 넣어 상하 45° 각도로 왕복 72,000회(1일 8시간을 운전하여 90 일간 720 시간 운전, 왕복 100회/시간)를 흔들어 준 후 피복된 PE의 마모도를 평가하였다. 실험장치는 모래입경을 달리 하여(S : 모래 입 경 0.3 ~ 0.5mm, B : 모래입경 0.5 ~ 2mm) 2조로 운전하였다.
- 실험에 사용한 하수는 K시 하수종말처리장 유입전의 차집관거 맨흘에서 체취하였다. 일반적인 하수원수(R1)외에 좀 더 극한 수질에 의한 영향을 평가하기 위하여 하수 원수에 염산을 첨가하여 산성으로 변화시킨 하수(R2), 하수 원수에 수산화나트륨을 첨가하여 염기성으로 변화시킨 하수(R3)에대한 실험을 병행하였다.
- 파형강관의 토양에 의한 외면 부식성 평가를 하기 위하여 J사, S사, P사(나관)에서 생산된 파형강관을 각 제조사별로 3개(직경 30cm, 40cm, 50cm)씩 총 9개를 K연구원 부지 내에 매설하여 285일 동안 방치하였다(Fig. 6). 깊이 약 i.
- 하수 및 해수를 순환시키면서 시편의 표면변화를 육안으로 관찰하였고, 40일 및 100일 경과 후 각각의 시편을 반웅조에서 채취하여 표면변화를 육안으로 정밀조사 한 후, SEM으로 시편의 표면변화를 검사하였다. 40일 경과 후 시편 표면의 SEM 촬영결과는 Fig.
- 하수 및 해수를 채워 180일 경과 후 연결부를 해체하여 관 말단부의 변화를 관찰하였다. Fig.
- 5cm/sec이었다. 하수의 수질은 고형물침전, 이산화탄소 용존 및 다른 반웅에 의해 변화하기 때문에 7일마다 하수를 교체하였고, 해수의 수질은 큰 변화가 없어 주기적으로 증발로 인한 부족분을 보충해 주었다. 실험초기 하수 및 해수의 수질 특성을 Table 1에 나타내었고, 실험기간 중의 수질변화는 Fig.
대상 데이터
- 및 PE 피복 상태를 관찰하였다. 굴착 시 토양부식 인자를 측정하기 위하여 뒤채움 모래와 풍화토를 채취하였다. 토양부식 인자로는 토양의 비저항, 함수량, pH, 염소이온농황산이 온 농도 등이 있으며, 각 인자를 분석(Table 2) 하여 ANSI와 DVGW에 의한 토양부식성을 고찰한 결과, 약한 부식성을 나타내었다
- 3). 실험에 사용한 하수는 K시 하수종말처리장 유입전의 차집관거 맨흘에서 체취하였다. 일반적인 하수원수(R1)외에 좀 더 극한 수질에 의한 영향을 평가하기 위하여 하수 원수에 염산을 첨가하여 산성으로 변화시킨 하수(R2), 하수 원수에 수산화나트륨을 첨가하여 염기성으로 변화시킨 하수(R3)에대한 실험을 병행하였다.
성능/효과
- 1. PE 필름 및 아연도금 강판에 PE를 피복한 관체시편의 부식성 실험 결과, PE 필름 및 피복한 PE의 표면변화는 없는 것으로 나타났다. 절단면을 몰딩처리한 시편은 하수 및 해수에 노출되더라도 PE 피복은 강한 부착력을 유지하였으나, 시편 절단면을 몰딩처리하지 않거나 피복된 PE를 칼로 흠집을 내어 실험한 결과, 하수 및 해수에 강판이 노출되면 부식이 진행되는 것으로 나타났다.
- 2. PE 선피복 파형강관의 연결부 부식성 실험 결과, 180일경과 후 하수에서는 절단면에 약간의 녹이 발생하였으나 피복된 PE는 박리되지 않았다. 해수에 노출된 PE 선피복 파형강관은 절단부위 둘레로 PE가 박리하여 안쪽으로 전파되고 있었으며, 특히 단면이 고르지 않은 이음매 (Lockseam) 부분으로부터의 PE 박리는 더 깊숙이 전파된 것으로 나타났다.
- 그리고 최근 파형강관의 내ㆍ외면의 내구성을 증대시키기 위하여 포항산업과학연구원(RIST)에서 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 선피복 파형강관을 개발하여 J사에서 생산 중에 있다.3) PE는 내화학성이 강하기 때문에 PE 선피복 파형강관은 하수관거의 부식문제를 해결할 수 있는 기존 하수관의 대체 제품으로 수요가 확대될 것으로 전망된다. 그러나 이를 하수관에 적용하기 위해서는 기본적으로 하수관거에서 발생하는 문제점에 대한 적응성 여부, 문제가 발생할 가능성이 있는 경우, 이에 대한 대처방안 등에 관한 연구를 선행하여야 하며, 기존 하수 관종에대한 장.
- 3. PE 선피복 파형강관의 매설 실험 결과, 약한 토양부식성 조건에서 PE 피복이 손상 받지 않은 부분은 변화가 없었으나, 칼로 흠집을 낸 부분은 PE가 부분적으로 박리되었고, 관 절단부분에서도 박리되는 것으로 나타났다.
- 4. PE 선피복 파형강관의 마모성 실험 결과, 모래와 마찰이 심한 마모성 환경에서도 피복한 PE의 광택도와 두께에 큰 변화가 없어 PE 선피복 파형강관의 마모에 대한 내구성은 양호한 것으로 나타났다.
- 9) PE 필름과 PE 피복 시편의 표변은 하수와 해수(R1 ~ R4) 모두에서 변화가 관찰되지 않았다. 몰딩처리하지 않은 시편의 각 절단면과 십자모양으로 칼집을 낸 부분에서는 백색의 Zn(OH)2층의 두께가 40일 경과 후 보다 두꺼운 것으로 나타났다.
- 굴착한 파형강관 내외면의 피복 상태를 관찰한 결과(Fig. 12) 피복이 손상을 받지 않은 부분은 변화가 없었으나, J사에서 생산한 시편에 칼집을 낸 곳의 PE가 부분적으로 탈리되었고, 절단부분에서도 탈리가 시작되었다. 또한 J사와 S사의 PE 피복 시편 내 .
- 그러나 해수(R4)를 채웠던 PE 선피복 파형강관은 절단부위 둘레로 PE가 탈리되어 안쪽으로 전파되고 있었으며, 특히 이음매 무부으로부터 전파된 부분이 큰 것으로 나타났다. 또한 단면의 기저부에 붉은 녹이 발생했으며 특히 해수에서 녹 발생량이 많아 부식이 진행되고 있음을 알 수 있었다. 180일의 실험기간 중 하수에서는 피복한 PE가 탈리되지 않았으나 현장에 적용하면 수년 내에 절단부에서의 PE 탈리가 일어날 가능성을 배제할 수 없어 장기간 모니터링이 필요하며, PE 탈리로 인한 파형강관의 부식이 가속화될 잠재가능성이 높다고 할 수 있다.
- 8과 같다. 육안관찰 및 SEM 촬영 결과, PE 필름과 몰딩처리한 PE 피복 시편의 표면변화는 관찰되지 않았으나, 몰딩처리 하지 않은 시편의 각 절단면과 십자모양으로 칼집을 낸 부분에서 아연이 용해되면서 이「와 결합하여 백색의 Zn(OH)2가 생성된 것을 알 수 있었다. 육안 관찰결과 그 정도는 R4 > R3 > R2 > R1 의 순이었고, Rl, R2는 그 정도가 크지 않았다.
- 이와 같이 PE 선피복 파형강관의 부식 및 마모 특성을 평가한 결과, 선피복 파형강관은 부식 및 마모에 취약한 기존 파형강관의 대체 하수관으로서 활용도가 높을 것으로 판단된다. 그러나 PE 선피복 파형강관의 활용도를 제고하기 위해서는 엄격한 품질관리 및 시공관리로 PE 피복에 손상이 없도록 하여야 하며, 관 말단부 처리기술을 개발하여야 할 것이다.
- PE 필름 및 아연도금 강판에 PE를 피복한 관체시편의 부식성 실험 결과, PE 필름 및 피복한 PE의 표면변화는 없는 것으로 나타났다. 절단면을 몰딩처리한 시편은 하수 및 해수에 노출되더라도 PE 피복은 강한 부착력을 유지하였으나, 시편 절단면을 몰딩처리하지 않거나 피복된 PE를 칼로 흠집을 내어 실험한 결과, 하수 및 해수에 강판이 노출되면 부식이 진행되는 것으로 나타났다. 특히, 강판이 해수에 노출되면 단기간(30일)에 PE 박리가 일어나기 시작하였으며, 핀홀(Pinhole)과 같은 결함이 있더라도 해수 침투에 의해서 파형강관 전체에서 PE가 쉽게 박리되는 것으로 나타나 제품의 철저한 품질관리가 필요하다는 것을 알 수 있었다.
- 굴착 시 토양부식 인자를 측정하기 위하여 뒤채움 모래와 풍화토를 채취하였다. 토양부식 인자로는 토양의 비저항, 함수량, pH, 염소이온농황산이 온 농도 등이 있으며, 각 인자를 분석(Table 2) 하여 ANSI와 DVGW에 의한 토양부식성을 고찰한 결과, 약한 부식성을 나타내었다
- 절단면을 몰딩처리한 시편은 하수 및 해수에 노출되더라도 PE 피복은 강한 부착력을 유지하였으나, 시편 절단면을 몰딩처리하지 않거나 피복된 PE를 칼로 흠집을 내어 실험한 결과, 하수 및 해수에 강판이 노출되면 부식이 진행되는 것으로 나타났다. 특히, 강판이 해수에 노출되면 단기간(30일)에 PE 박리가 일어나기 시작하였으며, 핀홀(Pinhole)과 같은 결함이 있더라도 해수 침투에 의해서 파형강관 전체에서 PE가 쉽게 박리되는 것으로 나타나 제품의 철저한 품질관리가 필요하다는 것을 알 수 있었다. 한편, 이러한 PE 피복 박리현상은 산성조건의 하수에서 중성 및 알칼리성 조건의 하수보다 빨리 진행하는 것으로 나타났다.
- 특히, 강판이 해수에 노출되면 단기간(30일)에 PE 박리가 일어나기 시작하였으며, 핀홀(Pinhole)과 같은 결함이 있더라도 해수 침투에 의해서 파형강관 전체에서 PE가 쉽게 박리되는 것으로 나타나 제품의 철저한 품질관리가 필요하다는 것을 알 수 있었다. 한편, 이러한 PE 피복 박리현상은 산성조건의 하수에서 중성 및 알칼리성 조건의 하수보다 빨리 진행하는 것으로 나타났다.
- PE 선피복 파형강관의 연결부 부식성 실험 결과, 180일경과 후 하수에서는 절단면에 약간의 녹이 발생하였으나 피복된 PE는 박리되지 않았다. 해수에 노출된 PE 선피복 파형강관은 절단부위 둘레로 PE가 박리하여 안쪽으로 전파되고 있었으며, 특히 단면이 고르지 않은 이음매 (Lockseam) 부분으로부터의 PE 박리는 더 깊숙이 전파된 것으로 나타났다.
후속연구
- 그러나 PE 선피복 파형강관의 활용도를 제고하기 위해서는 엄격한 품질관리 및 시공관리로 PE 피복에 손상이 없도록 하여야 하며, 관 말단부 처리기술을 개발하여야 할 것이다. PE 피복 손상 시에는 적절한 기술을 활용하여 손상부위를 복구하여 사용하여야 한다.
- 장기간 실험을 하면 하수에서도 해수와 같이 피복이 손상된 부분으로 하수의 침투가 일어나 PE가 박리될 가능성을 배제할 수 없을 것으로 판단된다. 따라서 PE 선피복 파형강관의 성능을 제고하기 위해서는 철저한 품질관리가 이루어져야 할 것으로 판단되며, 특히 이음매(Lockseam) 부분의 핀흘 발생을 방지할 수 있는 품질관리가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
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