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문제 정의
- 예를 들면 시험 방법이 달라 건식 시험의 결과와 분명히 차이가 있을 것으로 예상되는 데도 불구하고 현장에서는 습식시험을 수행하도록 하고 기준은 건식방법의 것을 그대로 사용하는 경우도 있다. 본 연구에서는 국내에서 과거부터 현재까지 사용하고 있는 유효구멍크기 시험을 각각 수행하고, 각 시험방법에 의한 결과를 비교 분석하고자 한다.
가설 설정
- ① 필터효과는 항상 물의 흐름과 함께 발생하는데, 건식방법은 이 효과를 고려하지 못함.
제안 방법
- 한다. 건식 유효구멍크기 시험은 가장 작은 지름의 유리구슬부터 시험을 수행하며, 10분 동안 진동시킨 토목섬유 시험편을 통과한 유리구슬의 양(통과백분율)이 5% 이하가 될 때까지 점차적으로 입경이 큰 유리구슬을 사용하여 반복시험을 수행한다.
- 본 연구에서는 국내에서 최근까지 토목섬유 유효 구멍 크기 평가 방법의 대부분을 차지했던 건식방법(KS K 0754)과 최근에 도입된 습식방법(KS K ISO 12956)을비교 분석하고, 습식방법이 도입되기 전 최근까지 사용되어 왔던 수리동역학적(KS F 2126) 유효구멍크기 시험 결과와 기존 시험방법과의 결과 비교 분석을 통해각 시험방법들의 장단점 분석을 수행하였다.
- 그림 6은 시험에 사용한 흙의 입도분포를 나타낸 것으로 그림에서 검은 사선은 KS K ISO 12956에서 제시하고 있는 습식 시험에 사용해야 할 흙의 입도분포 범위를 나타낸 것이다. 본 연구에서는 습식법에 사용하는 흙의 입도 분포에 따른 토목섬유의 유효구멍크기 변화 정도를 분석하기 위하여 KS K ISO 12956에서 제시하고 있는 입도 분포를 만족하는 경우(흙분포1)와 제시 범위를 약간 벗어나는 입도(흙분포2)로 시험을 수행하였다.
- 0, dio 冬 Of/4 (1) 시험은 수침상자가 물 속에서 7초 물 위에서 30초 동안 머물 수 있도록 하여 24시간 동안 2,000 사이클 이상 작동되어야 하며, 실험 중 수침상자는 수면으로부터 10±lcm 정도 수침되어야 한다. 실험장치의 작동이 완료되면 수조 내의 물을 빼내고, 토목섬유 시험편을 통과한 흙 시료를 수집하여 노건조 시킨 후 입도분석을 수행한다. 입도분포곡선을 도시하여 95% 통과백분율에 해당하는 입경크기를 토목섬유의 유효구멍크기로 결정한다.
- 현재 국내에서 사용하고 있는 건식 및 습식 방법으로 연 직배 수재 필터로 사용하고 있는 열융합 부직포에 대한 유효구멍크기 시험을 수행하여 각 시험 결과 및 시험 과정을 평가하였으며 그 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
- 건식 및 습식 유효구멍크기 시험방법을 평가하기 위해 국내 사용량의 50% 이상을 차지하고 있는 플라스틱 배수재 필터로 사용하는 열융합부직포 3종을 시험에 사용하였다. 시험에 사용한 열융합부직포는 100% 폴리프로필렌(P.
- 시험에 사용한 열융합부직포는 100% 폴리프로필렌(P.P.)으로 구성되어 있으며, 평균 비중은 0.91, 녹는점은 약 165℃ 그리고 섬유의 평균 굵기는 40~50nm 정도이다. 표 3은 시험에 사용한 토목섬유 필터의 기본적인 물성을 나타낸 것이다.
- 결정하는 방법이다. 토목섬유 시험편을 설치하기 위한 체틀의 지름은 200mm이며, 시험에 사용되는 유리구슬의 양은 50g이다. 이 시험에서는 토목섬유 표면에서
이론/모형
- 이 결과에서 보면 습식방법 인 FIH와 AFNOR 방법은 전체적으로 건식방법보다 작은 유효구멍크기가 산정되었다. 건식방법인 Delft 방.법은 습식방법인 AN0R방법에 비해 33-49% 큰 것으로 나타났으며, 또 다른 건식방법인 ASTM방법은 습식방법에 비해 41-60% 더 크게 나타났다.
- 건식방법인 KS K 0754방법을 이용하여 각 시료에 대해 각각 10회씩 유효구멍크기를 측정하였다. 그림 5는 각 대상시료에 대한 건식시험 결과를 나타낸 것으로 건식방법에서는 토목섬유의 유효구멍크기를。95로 평가하고 있으나, 습식시험 결과와 비교를 위해 090도 함께 나타내었다 그림 5에서 각 해당 유리구슬 통과율에 대한 시험 결과를 직선으로 연결한 것과 가로 실선이 만나는 위치의 횡축 값이 대상 토목섬유의。95이며, 가로 점선으로 나타낸 부분과 만나는 위치의 횡축 값이 대상토목섬유의。90이다.
- 토목 섬유 A는 흙분포1에 해당흐)는 흙 시료만으로 시험흐) 는대신에 습식법인 KS K ISO 12956을 5회 그리고 수리 동역학적 방법인 KS F 2126을 2회 실시하는 등 두 가지 시험을 모두 수행하였다. 반면에 토목섬유 B와 토목 섬유 C에 대해서는 습식방법인 KS K ISO1296 방법만을 이용하여 흙분포1 시료를 No.l, No.2, No.3의 토목 섬유에 적용하고, 흙분포2 시료를 No.4, No.5, No.6 토목 섬유에 적용하여 시험을 수행하였다. 그림에 나타낸 가로 실선은 습식방법으로 나타낸 토목섬유의 09。결정선을나타낸 것이다.
- 습식시험의 경우에는 KS K ISO 12956방법으로 세종류의 토목섬유에 대해 시험을 수행하였다. 그림 6은 시험에 사용한 흙의 입도분포를 나타낸 것으로 그림에서 검은 사선은 KS K ISO 12956에서 제시하고 있는 습식 시험에 사용해야 할 흙의 입도분포 범위를 나타낸 것이다.
- 토목 섬유 A는 흙분포1에 해당흐)는 흙 시료만으로 시험흐) 는대신에 습식법인 KS K ISO 12956을 5회 그리고 수리 동역학적 방법인 KS F 2126을 2회 실시하는 등 두 가지 시험을 모두 수행하였다. 반면에 토목섬유 B와 토목 섬유 C에 대해서는 습식방법인 KS K ISO1296 방법만을 이용하여 흙분포1 시료를 No.
성능/효과
- (1) 건식방법은 시험이 간편한 반면에 시험 오차가 많이 발생할 수 있는 유효구멍크기시험 방법이며, 습식방법의 시험오차는 상대적으로 작게 발생하지만 시험 방법이 매우 까다로운 것을 알 수 있었다. 따라서 현재 한국산업규격(KS)에 제시되어 있는 건식법을 사용하는 경우에는 시험 결과의 재현성 문제로 인한 논란의 여지가 있으므로, 시험 결과의 재현성이 좋은 습식방법을 이용해 토목섬유의 유효 구멍 크기 측정방법을 하되, 습식 시험방법에 사용하는 흙의 표준화, 시험 도중 발생하는 오차한계치의 완화 및 보정 등의 시험과정에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- (2) 본 연구에서 사용한 연직배수재에 사용하는 필터용열융합부직포의 경우 건식방법(KS K 0754)으로 구한 유효구멍크기가 습식방법(KS K ISO12956, KS F 2126)으로 구한 유효구멍크기에 비해 22-45% 큰 것으로 나타났다.
- (3) 근본적으로 건식 및 습식 유효구멍크기 측정 방법은 동적인 시험상태에서 시험을 수행하기 때문에 실제 토목섬유의 구멍막힘 현상을 직접적으로 평가하기보다는 간접적으로 평가하는 방법이라고 할 수 있다. 토목섬유의 구멍막힘 현상을 직접적으로 평가하기 위해서는 ASTM D 5101 등과 같은 구멍막힘을 직접 평가할 수 있는 방법을 사용해야 할 것으로 판단되며, 현장에 적용할 수 있는 토목섬유의 유효 구멍 크기 기준은 현재 사용하고 있는 건식 및 습식 시험 결과와 직접적인 구멍막힘 현상을 평가하는 방법의 시험 결과를 비교하여 제안되어야 할 것이다.
- 또한 토목섬유 A의 경우 KS K 0754 방법으로 구한 유효구멍크기 So의 평균값은 KS K ISO 12956으로 구 한。90의 평균값보다 22%정도 큰 것으로 나타났으며, KS F 2126 방법으로 구한보다 45%정도 크게 평가 되는 것으로 나타났다.
- 표 4는 KS K 0754 건식방법과 KS K ISO 12956 습식 방법 그리고 KS F 2126 수리동역학적 방법으로 구한 토목섬유의 유효구멍크기의 평균과 표준편차를 나타낸 것이다. 표 4 결과에서도 나타난 것과 같이 건식방법으로 구한。95의 표준편차는 KS K ISO 12956으로 구한 표준편차에 비해 상대적으로 큰 것으로 나타나 시험 오 차가 상대적으로 큰 것으로 나타났다. 또한 앞서 4.
- 그림에 나타낸 가로 실선은 습식방법으로 나타낸 토목섬유의 09。결정선을나타낸 것이다. 그림 7(a)에서 나타난 것과 같이 토목 섬유 A에 대해 KS K ISO 12956과 KS F 2126 방법을 적용한 결과, 두 시험에서 모두 건식방법의 유효 구멍 크기보다 작은 유효구멍크기 값이 산정되었으며, KS F 2126 방법은 KS K ISO 12956 방법을 적용한 경우보다도 더 작은 유효구멍크기가 산정되었다. 토목섬유 B와 토목 섬유 C의 경우 두 종류의 다른 흙분포를 이용하여 시험을 수행해도 09。을 구하는데 있어서 유효구멍크기의 차이는 크지 않은 것으로 나타났다.
- 건식방법인 Delft 방.법은 습식방법인 AN0R방법에 비해 33-49% 큰 것으로 나타났으며, 또 다른 건식방법인 ASTM방법은 습식방법에 비해 41-60% 더 크게 나타났다.
- 본 연구에서 수행한 건식시험은 표 5의 결과와 앞서 Korener(2005)가 언급한 것과 마찬가지로 근본적인 시험 방법의 여러가지 단점으로 인해 습식방법에 비해 상대적으로 시험오차가 큰 것으로 나타났다. 본 연구에서는 Koerner가 언급한 오차 원인 이외에도 추가적인 오차 원인을 발견하였는데, 첫째로 건식방법에 사용하는 유리구슬 크기의 간격이 너무 크다는 것이다.
- 표 1에서 보면 시험 방법에 따라 그리고 시험 대상 시료의 종류에 따라 유효구멍크기가 모두 다르게 나타나는 것을 알 수 있다. 이 결과에서 보면 습식방법 인 FIH와 AFNOR 방법은 전체적으로 건식방법보다 작은 유효구멍크기가 산정되었다. 건식방법인 Delft 방.
- 그림 5에서 나타난 것과 같이 토목 섬유 B를 제외하고, 토목섬유 A와 토목섬유 C에 대한 건식시험 결과 유리구슬 통과율 편차가 심하게 나타나는 현상을 발견할 수 있었다. 특히, 상대적으로 입경이 큰 유리구슬보다 상대적으로 입경이 작은 유리구슬을 사용하는 경우, 동일 토목섬유에 대한 유리구슬의 통과율 편차가 심한 것으로 나타났다. 이와 같은 현상은 앞서 Koemer(2005)가 지적한 건식법의 문제점들에 의해 나타나는 현상이라고 할 수 있는데, 특히 본 연구에서와같이 두께가 거의 비슷한 토목섬유의 경우에는 유리구슬이 토목섬유의 더 큰 간극 쪽으로 더 많이 통과하는 현상이 우세했을 것으로 판단할 수 있다.
- 또한 간극의 크기와 모양도 다양한 형태로 나타나고 있으며, 위치에 따라 큰 간극이 발견되었다. 현미경으로 각 시료의 임의 위치에서 발견된 최대구멍 크기를 각각 10회씩 측정한 결과 토목섬유 A의 최대구멍 크기 평균값은 109皿, 토목섬유 B의 최대구멍 크기 평균값은 95um, 그리고 토목섬유 C의 최대 구멍 크기 평균값은 82”m로 나타났다.
후속연구
- 따라서 현재 한국산업규격(KS)에 제시되어 있는 건식법을 사용하는 경우에는 시험 결과의 재현성 문제로 인한 논란의 여지가 있으므로, 시험 결과의 재현성이 좋은 습식방법을 이용해 토목섬유의 유효 구멍 크기 측정방법을 하되, 습식 시험방법에 사용하는 흙의 표준화, 시험 도중 발생하는 오차한계치의 완화 및 보정 등의 시험과정에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 토목섬유의 구멍막힘 현상을 직접적으로 평가하기 위해서는 ASTM D 5101 등과 같은 구멍막힘을 직접 평가할 수 있는 방법을 사용해야 할 것으로 판단되며, 현장에 적용할 수 있는 토목섬유의 유효 구멍 크기 기준은 현재 사용하고 있는 건식 및 습식 시험 결과와 직접적인 구멍막힘 현상을 평가하는 방법의 시험 결과를 비교하여 제안되어야 할 것이다.
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