[논문]직포 지오텍스타일의 투수성에 미치는 기공구조의 영향 분석

안승재; 정구; 유중조; 김의화; 김홍관; 전한용

doi:10.12772/tse.2015.52.425

직포 지오텍스타일의 투수성에 미치는 기공구조의 영향 분석
Analysis of Effect of Pore Structure on Water Permeability of Woven Geotextiles

한국섬유공학회지 = Textile science and engineering, v.52 no.6, 2015년, pp.425 - 430

안승재 (인하대학교 대학원 유기응용재료공학과) , 정구 (한국섬유소재연구원) , 유중조 ((주)골든포우 연구개발실) , 김의화 (신한대학교 섬유소재학과) , 김홍관 (FITI 시험연구원) , 전한용 (인하대학교 유기응용재료공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, three-dimensional woven geotextiles with special cords were fabricated using different yarns, and then, the effect of pore structure on the water permeability of these geotextiles was evaluated and analyzed. Weft overlapping structure might have resulted in increased water permeability by creating channels for the fluid to flow. When multifilaments are used, the woven geotextiles exhibit poor air and water permeability despite the large AOS (apparent opening size). This phenomenon is attributed to the spreading of multifilaments by compression. In comparison, the split yarn showed the better air and water permeability under identical conditions. For improving the mechanical properties, it is recommended the higher denier split yarn need to be used for the better water permeable property.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 투수성능을 향상시키기 위하여 3종의 위사 종류에 의한 3차원 입체조직을 갖는 직포 지오텍스타일을 제조한 다음 투수성을 평가 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
이러한 사실을 감안하여 본 연구에서는 직포 지오텍스타일의 낮은 투수성을 향상시키기 위하여 직포의 2차원적인 기공 구조를 3차원적으로 변형, 설계하였다. 이를 위해 서로 다른 섬도와 단면을 지닌 원사 3종이 위사로 사용되었으며, 3차원 특수 조직으로 직조된 직포 지오텍스타일의 공학적 성능과 투수성을 측정하여 기공 구조에 의한 영향을 고찰하였다.

제안 방법

제직된 특수 조직을 Figure 2에 나타내었다. 10번의 위사 위입이 하나의 반복단위로 구성되며 입체 구조를 부여하기 위해 바디침 운동으로 Weft-2의 겹침을 유도하였다. Weft2에 사용된 원사는 섬도를 비슷하게 조절하기 위해 PP 멀티필라멘트의 경우 1100 데니어를 4 합사하였고 PET 멀티필라멘트는 5000 데니어를 사용하였다.
이러한 사실을 감안하여 본 연구에서는 직포 지오텍스타일의 낮은 투수성을 향상시키기 위하여 직포의 2차원적인 기공 구조를 3차원적으로 변형, 설계하였다. 이를 위해 서로 다른 섬도와 단면을 지닌 원사 3종이 위사로 사용되었으며, 3차원 특수 조직으로 직조된 직포 지오텍스타일의 공학적 성능과 투수성을 측정하여 기공 구조에 의한 영향을 고찰하였다.
직포 지오텍스타일의 투과 특성을 알아보기 위해 공기투과도 시험과 수직투수시험을 측정하였다. 공기투과도는 Frazier 법으로 DAIEI의 AP-360D를 이용하여 ASTM D737에 따라 측정하였다.

대상 데이터

10번의 위사 위입이 하나의 반복단위로 구성되며 입체 구조를 부여하기 위해 바디침 운동으로 Weft-2의 겹침을 유도하였다. Weft2에 사용된 원사는 섬도를 비슷하게 조절하기 위해 PP 멀티필라멘트의 경우 1100 데니어를 4 합사하였고 PET 멀티필라멘트는 5000 데니어를 사용하였다. 경사밀도는 35.
직포 지오텍스타일을 제조하기 위하여 슬릿, 스플릿, 모노필라멘트, 멀티필라멘트사를 각각 사용하였다. 멀티필라멘트사에는 폴리에스터(PET)와 폴리프로필렌(PP) 2종류의 원사가 각각 사용되었으며 슬릿, 스플릿, 모노필라멘트사에는 모두 PP 원사가 사용되었다. Table 1에 본 연구에 사용된 원사와 이로 부터 제조된 직포 지오텍스타일의 규격을 각각 나타내었다.
직포 지오텍스타일을 제조하기 위하여 슬릿, 스플릿, 모노필라멘트, 멀티필라멘트사를 각각 사용하였다. 멀티필라멘트사에는 폴리에스터(PET)와 폴리프로필렌(PP) 2종류의 원사가 각각 사용되었으며 슬릿, 스플릿, 모노필라멘트사에는 모두 PP 원사가 사용되었다.

이론/모형

직포 지오텍스타일의 투과 특성을 알아보기 위해 공기투과도 시험과 수직투수시험을 측정하였다. 공기투과도는 Frazier 법으로 DAIEI의 AP-360D를 이용하여 ASTM D737에 따라 측정하였다. 수직투수시험은 ASTM D4491에 따라 정수두법으로 시험하였으며 이때 손실수두는 50 mm으로 분석하였다.
공기투과도는 Frazier 법으로 DAIEI의 AP-360D를 이용하여 ASTM D737에 따라 측정하였다. 수직투수시험은 ASTM D4491에 따라 정수두법으로 시험하였으며 이때 손실수두는 50 mm으로 분석하였다. 투수성은 시험법에 따라 다음의 식을 적용하여 구하였다.
한편, 직포지오텍스타일의 AOS는건식법인 ASTM D4751에 따라 O₉₅의 값을, 인장강도 및 신도는 스트립법인 ASTM D4595에 따라 각각 측정하였다.

성능/효과

1. 위사가 겹쳐있는 부분의 너비는 타원 형태의 원사 종류에 따라 달라지며 동일한 위사 밀도일 경우 위사 겹침 부분의 너비가 클수록 AOS의 크기가 작아진다.
2. 위사 겹침 부분에서 모노필라멘트 주위로 형성되는 기공은 유체의 통로로 작용하여 투수성능이 향상됨을 알 수 있었다.
3. 멀티필라멘트사의 투수 시험 결과가 AOS와 공기투과도 시험 결과와는 다른 이유는 압력에 의한 멀티필라멘트사의 퍼짐 현상에 기인한 것으로 생각된다.
위사방향의 강도는 PET 멀티필라멘트를 사용한 WGT-3이 가장 높았으며 신도는 WGT-1과 WGT-3이 비슷한 값을 보이며 WGT-2보다 낮게 측정되었다. 3가지 시료의 모듈러스를 비교한 결과 경사방향과 위사방향에서 WGT-2의 값이 우수한 것을 확인하였다. 이와 같이 각 시료의 인장시험 결과를 통해 위사방향의 물성이 달라짐을 확인하였으며, 경사 방향의 경우 동일한 조건일 경우 마찰에 강한 슬릿사의 특성상 큰 변화가 없음을 확인할 수 있었다[10].
AOS 측정결과를 Figure 9에 나타내었다. 세가지 시료들의 AOS 시험 결과는 투수시험 결과보다 공기투과도 시험 결과와 비슷한 경향을 보이며 WGT-2가 가장 낮은 결과를 나타내었다. WGT-1과 WGT-2는 위사2의 너비차이에 기인하는 것이며, WGT-3의 AOS가 큰 것은 PET 멀티필라멘트사의 굵기가 PP 멀티필라멘트사의 굵기보다 가늘기 때문인 것으로 판단된다.
경사방향의 인장강도 및 신율은 모두 큰 차이를 보이지 않았지만 위사 방향의 값은 주목할 만한 변화가 관찰되었다. 위사방향의 강도는 PET 멀티필라멘트를 사용한 WGT-3이 가장 높았으며 신도는 WGT-1과 WGT-3이 비슷한 값을 보이며 WGT-2보다 낮게 측정되었다. 3가지 시료의 모듈러스를 비교한 결과 경사방향과 위사방향에서 WGT-2의 값이 우수한 것을 확인하였다.
3가지 시료의 모듈러스를 비교한 결과 경사방향과 위사방향에서 WGT-2의 값이 우수한 것을 확인하였다. 이와 같이 각 시료의 인장시험 결과를 통해 위사방향의 물성이 달라짐을 확인하였으며, 경사 방향의 경우 동일한 조건일 경우 마찰에 강한 슬릿사의 특성상 큰 변화가 없음을 확인할 수 있었다[10]. 위사방향의 인장강도 변화는 연신공정을 통해 상대적으로 필름사보다 분자의 배향이 잘 되어 있는 멀티필라멘트사의 인장강도가 높기 때문에 발생하는 것으로 사료된다.
투수시험 결과를 Figure 7에 나타내었으며, 투수계수는 멀티필라멘트 형태의 위사를 사용한 WGT-2, WGT-3이 공기투과도 결과와 달리 현저히 낮게 측정되었다. 특히 Weft2의 형태만 다르고 나머지 조건이 동일한 WGT-1과 WGT2의 결과를 통해 스플릿사가 멀티필라멘트사보다 투수성능이 우수한 것으로 확인되었으며 앞선 공기 투과도 결과에서도 같은 경향을 보이고 있으나 결과의 차이는 현저히 큰 것을 확인하였다.

후속연구

이상의 결과로부터 스플릿사를 적용할 경우 멀티필라멘트사에 비해 인장 특성이 낮아 높은 인장 특성을 갖는 직포 지오텍스타일을 제조하기 위해서는 멀티필라멘트사를 사용하거나 더 높은 섬도의 스플릿사를 사용해야 한다고 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지오텍스타일의 용도는?	지오텍스타일은 형태적으로 직포와 부직포로 구분되며 토목구조물에 적용 시 보강, 분리, 여과, 배수 등의 기능을 담당한다[1]. 일반적으로 구조적 형태에 기인하여 부직포 지오텍스타일은직포지오텍스타일에 비해 작은 AOS(apparent opening size)를 지님에도 불구하고 높은 투수성(permittivity)을 가지며, 이에 의한 분리, 여과, 배수 기능에 장점을 지니고 있다.
	부직포 지오텍스타일의 장점은?	지오텍스타일은 형태적으로 직포와 부직포로 구분되며 토목구조물에 적용 시 보강, 분리, 여과, 배수 등의 기능을 담당한다[1]. 일반적으로 구조적 형태에 기인하여 부직포 지오텍스타일은직포지오텍스타일에 비해 작은 AOS(apparent opening size)를 지님에도 불구하고 높은 투수성(permittivity)을 가지며, 이에 의한 분리, 여과, 배수 기능에 장점을 지니고 있다. 직포 지오텍스타일은 우수한 역학적 성능을 바탕으로 부직포 지오텍스타일로는 형태안정성이 좋지 않은 흙 구조물을 보강하기 위해 적용되며 이때 여과 및 배수 기능까지 구현할 수 있게 된다[1−3].
	포장 및 비포장도로 노반 상부 지오텍스타일에 적용할 시 주의해야 할 점은?	만일 두 층의 분리 기능이 제대로 이루어지지 않으면 하부 층의 입자가 상부로 침투하거나 상부 충의 입자가 하부층으로 침투하여 지반 안정성이 저하되므로 도로의 침하 또는 균열이 발생한다. 또한 노반이 빗물 또는 지표수나 지상수의 유입에 의해 포화되었을 때 통과 차량의 윤거하중에 의한 과잉 간극 수압(excess pore water pressure)이 발생되어 노반이 연약해져 쉽게 파괴가 발생한다. 따라서 적절한 물의 배출이 이뤄져야 하며 이때 물의 흐름과 함께 흙이 유실되는 파이핑(piping) 현상을 방지해야하기 때문에 적절한 기공크기와 우수한 투수계수가 요구된다[4,5].

참고문헌 (10)

R. M. Koerner, "Designing with Geosynthetics", 5th ed., Chapter 2, Prentice Hall Inc., NJ, 2005.
R. D. Holz, B. R. Christopher, and R. R. Berg, "Geosynthetic Design and Construction Guidelines", FHWA HI-07-092, NHI Course No. 132013, National Highway Institute, FHWA, U.S. Department of Transportation, 2008.
A. Rawal, T. Shah, and T. S. An, "Geotextiles: Production, Properties and Performance", Text. Progr., 2010, 42, 181-226.

상세보기
R. M. Koerner and G. R. Koerner, "Lessons Learned from Geotextile Filter Failures under Challenging Field Conditions", Geotext. Geomembr., 2015, 43, 272-281.

상세보기
J. P. Giroud, "Lessons Learned from Failures Associated with Geosynthetics, Keynote Lecture", Proc. of the Geosynthetic Conference 1999, Boston, MA, 1999, pp.1-37.
X. Tang, M. Abu-Farsakh, S. Hanandeh, and Q. Chen, "Use of Geosynthetics for Reinforcing/Stabilizing Unpaved Roads under Full-Scale Truck Axle Loads", SHALE ENERGY ENGINEERING 2014. pp.591-602, Pittsburgh, PA, 2014.
E. Cuelho and S. Perkins, "Field Investigation of Geosynthetics Used for Subgrade Stabilization", No. FHWA/MT-09-003/8193 FHWA, U.S. Department of Transportation, 2009.
E. Cuelho, S. Perkins, and Z. Morris, "Relative Operational Performance of Geosynthetics Used as Subgrade Stabilization", No. FHWA/MT-14-002/7712-251 FHWA, U.S. Department of Transportation, 2014.
B. Chen and T-W. Chou, "Compaction of Woven-fabric Preforms in Liquid Composite Molding Processes: Singlelayer Deformation", Compos. Sci. Technol., 1999, 59, 1519-1526.

상세보기
T. Y. Park and Y. S. Chung, "A Study on the Manufacture of Polypropylene Split Yarn and Tensile Proeprty of the Woven Fabric", J. Korean Fiber Soc., 2004, 41, 305-311.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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