선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 Han et al.(2013)이 TSL의 지보 성능을 평가하기 위해 수행하였던 EFNARC(2008)의 TSL 지지력 평가 시험방법, 직접인장시험 및 부착강도를 측정하기 위한 인발시험에 의해 TSL 특성을 평가하고자 하였다. 이와 더불어 TSL에 의한 암반의 구속효과를 모사하기 위한 TSL 코팅 시험편의 압축시험(TSL coated core compression test)을 병행하였다(Archibald, 2004; Chang et al.
- 따라서 본 연구에서는 TSL의 국산화 개발을 위한 첫 번째 단계로서 재료적으로 분말 재료만을 사용하는 분말형 TSL 시작품을 제작하였다. 또한 직접인장시험, 인발시험, TSL 코팅 시험편의 압축시험 및 EFNARC(2008)에서 제안한 TSL의 지지 성능평가 시험과 같은 다양한 실험실 시험을 수행하여 기존 외국산 TSL 재료의 특성과 비교·검토하고 향후 재료적인 개선사항을 도출하고자 하였다.
- 또한 직접인장시험, 인발시험, TSL 코팅 시험편의 압축시험 및 EFNARC(2008)에서 제안한 TSL의 지지 성능평가 시험과 같은 다양한 실험실 시험을 수행하여 기존 외국산 TSL 재료의 특성과 비교·검토하고 향후 재료적인 개선사항을 도출하고자 하였다.
- 본 연구에서는 새로운 암반 지보재로 고려되고 있는 TSL의 국산화를 위한 첫 번째 단계로서, 기존 TSL 재료들의 성분분석 결과와 예비 배합시험 결과를 바탕으로 두 가지 배합조건의 분말형 TSL 시작품들을 제작하고 각각 성능들을 실험적으로 평가하였다.
- 이상과 같은 혼합방식에 따른 TSL의 장단점을 분석하면 다음의 Table 1과 같다. 아무래도 고가의 액상 2성분 TSL을 사용하게 되면 응결이 빠르고 분진과 리바운드를 극소화할 수 있다는 장점은 있으나, 재료적인 개발이 분말과 비교할 때 상대적으로 어렵고 경제적인 측면에서 불리하기 때문에 본 연구에서는 TSL 개발의 1단계로서 분말 1성분 TSL 시작품의 제작을 목표로 설정하였다.
제안 방법
- TSL의 여러 가지 역학적 특성을 평가하기 위한 시험 방법들 가운데 가장 대표적인 직접인장시험(ASTM D638)을 Table 2의 예비 배합시험 조건들에 대해 실시하였다. 시험결과, 2개의 외국산 TSL재료(Fig.
- 무기질 결합경화제로는 일반포틀랜드시멘트(OPC)와 알루미나시멘트를 첨가하였다. Table 2에서 배합조건 H의 경우에는 알루미나시멘트 성분을 1%로 줄이는 대신에 숏크리트의 고성능화를 위해 실리카퓸(silica fume)의 대체 재료로 사용되고 있는 HPA(High-Performance Admixture)를 25%로 치환하여 시험을 실시하였다.
- 예비 배합시험에서는 폴리머의 함량을 60~65%로 변화시켰으며 조기강도 발현을 촉진하기 위해 CSA(Calcium Sulfo-Aluminate)와 무수석고(anhydrous gypsum)를 첨가하였다. 또한 TSL의 성능 발현을 위한 보조 재료로서 폴리머 유화제인 콜레마나이트(colemanite), 증점제인 웰란검(Welan gum), 강도 보정용 혼화제인 옥살산(oxalic acid) 등을 소량 첨가하였다. 무기질 결합경화제로는 일반포틀랜드시멘트(OPC)와 알루미나시멘트를 첨가하였다.
- T제품은 라텍스계(latex) 폴리머가 포함된 액상과 분말로 이루어진 2성분 제품으로서 본 연구의 시작품과 달리 물을 혼합하지 않고 액상과 분말 재료들만을 혼합하여 시험체들을 제작하였다. 또한 모든 시험방법들에 대해 EFNARC(2008)에서 제시하고 있는 바와 같이 TSL의 두께를 3 mm로 일정하게 하여 시험체들을 제작하였다. 이상과 같이 제작된 시험체들을 사용하여 각 시험방법별로 재령 7일, 14일 및 28일 조건에서 최소 3회 이상의 시험을 실시하고 그 결과들을 분석하였다(Fig.
- 본 연구에서 적용된 두 가지의 TSL 시작품 배합과 외국산 재료에 대해 재령별로 6개씩의 시험체를 제작하여, LBS시험과 GSL시험에 각각 3개씩 사용하였다. 시험 시에는 TSL이 하부에 위치하도록 하여 EFNARC에서 제시한 시험 지그(jig)에 고정시킨 후, 파괴 시까지 중간 모르타르 블록에 압축 하중을 16 mm/min의 변위속도로 재하 하였다.
- 본 연구에서는 분말형 시작품의 최적 재료배합 조건을 도출하고자, Chang et al. (2013)이 해외의 2개 TSL 재료에 수행한 성분분석 결과를 바탕으로 총 11개의 시험배합을 1차적으로 선정하였고 그 가운데 비교적 상대적으로 배합효율이 양호하였던 총 4개의 배합조건을 예비시험 조건으로 선정하였다(Table 2).
- 예비 배합시험에서는 폴리머의 함량을 60~65%로 변화시켰으며 조기강도 발현을 촉진하기 위해 CSA(Calcium Sulfo-Aluminate)와 무수석고(anhydrous gypsum)를 첨가하였다. 또한 TSL의 성능 발현을 위한 보조 재료로서 폴리머 유화제인 콜레마나이트(colemanite), 증점제인 웰란검(Welan gum), 강도 보정용 혼화제인 옥살산(oxalic acid) 등을 소량 첨가하였다.
- 따라서 본 연구에서는 이를 보완한 2가지의 시작품 배합조건을 Table 3과 같이 도출하였다. 이때 TSL의 연성 향상을 위하여 폴리머의 함량을 65%로 증가시켰으며, 재령 7일의 인장강도를 증가시키기 위하여 시멘트, CSA 및 무수석고의 배합비를 수정하였다. 특히, N2 배합조건과 비교할 때 N1 시작품 배합조건에 대해서는 시멘트 비율을 1% 증가시켰고 점도 향상을 위해 웰란검을 1%로 적용하였다.
- 또한 모든 시험방법들에 대해 EFNARC(2008)에서 제시하고 있는 바와 같이 TSL의 두께를 3 mm로 일정하게 하여 시험체들을 제작하였다. 이상과 같이 제작된 시험체들을 사용하여 각 시험방법별로 재령 7일, 14일 및 28일 조건에서 최소 3회 이상의 시험을 실시하고 그 결과들을 분석하였다(Fig. 2).
- (2013)이 TSL의 지보 성능을 평가하기 위해 수행하였던 EFNARC(2008)의 TSL 지지력 평가 시험방법, 직접인장시험 및 부착강도를 측정하기 위한 인발시험에 의해 TSL 특성을 평가하고자 하였다. 이와 더불어 TSL에 의한 암반의 구속효과를 모사하기 위한 TSL 코팅 시험편의 압축시험(TSL coated core compression test)을 병행하였다(Archibald, 2004; Chang et al., 2013; Han et al., 2013).
- 이때 TSL의 연성 향상을 위하여 폴리머의 함량을 65%로 증가시켰으며, 재령 7일의 인장강도를 증가시키기 위하여 시멘트, CSA 및 무수석고의 배합비를 수정하였다. 특히, N2 배합조건과 비교할 때 N1 시작품 배합조건에 대해서는 시멘트 비율을 1% 증가시켰고 점도 향상을 위해 웰란검을 1%로 적용하였다. N2 시작품 배합조건의 경우에는 조기 인장강도 향상을 위해 CSA의 사용비율을 상대적으로 2% 증가시키는 대신, CSA로 인해 재료의 가사시간(pot life)이 짧아지므로 증점제인 웰란검과 강도 보정용 혼화제인 옥살산을 사용하지 않았다.
대상 데이터
- TSL로 코팅이 되지 않은 비교 대상 시험체(reference)로서 설계강도가 40 MPa인 모르타르를 제작하였으며, 실제 재령 28일의 평균 압축강도는 약 50 MPa로 나타났다. 이와 같이 제작된 모르타르에 두께 3 mm로 TSL 재료를 피복한 후 재령별로 압축시험을 실시한 결과, 재령 경과에 따라 코팅을 하지 않은 모르타르 시험체들과 비교할 때 TSL의 구속력(confinement)에 의해 압축 강도의 증진 효과가 뚜렷하게 나타났다.
- 따라서 본 연구에서는 외국산 TSL재료인 T제품을 본 연구의 시작품에 대한 성능 비교 대상으로 선정하였다. T제품은 라텍스계(latex) 폴리머가 포함된 액상과 분말로 이루어진 2성분 제품으로서 본 연구의 시작품과 달리 물을 혼합하지 않고 액상과 분말 재료들만을 혼합하여 시험체들을 제작하였다. 또한 모든 시험방법들에 대해 EFNARC(2008)에서 제시하고 있는 바와 같이 TSL의 두께를 3 mm로 일정하게 하여 시험체들을 제작하였다.
- , 2013). 따라서 본 연구에서는 외국산 TSL재료인 T제품을 본 연구의 시작품에 대한 성능 비교 대상으로 선정하였다. T제품은 라텍스계(latex) 폴리머가 포함된 액상과 분말로 이루어진 2성분 제품으로서 본 연구의 시작품과 달리 물을 혼합하지 않고 액상과 분말 재료들만을 혼합하여 시험체들을 제작하였다.
- 또한 TSL의 성능 발현을 위한 보조 재료로서 폴리머 유화제인 콜레마나이트(colemanite), 증점제인 웰란검(Welan gum), 강도 보정용 혼화제인 옥살산(oxalic acid) 등을 소량 첨가하였다. 무기질 결합경화제로는 일반포틀랜드시멘트(OPC)와 알루미나시멘트를 첨가하였다. Table 2에서 배합조건 H의 경우에는 알루미나시멘트 성분을 1%로 줄이는 대신에 숏크리트의 고성능화를 위해 실리카퓸(silica fume)의 대체 재료로 사용되고 있는 HPA(High-Performance Admixture)를 25%로 치환하여 시험을 실시하였다.
- 본 연구에서 도출한 2가지의 TSL 시작품은 분말형인 관계로 분말 재료와 물을 중량비 기준으로 2:1의 비율로 혼합하여 시험체들을 제작하였다. 반면, 2.
성능/효과
- LBS시험을 실시한 결과, 재령 28일에 5 kN/m 이상으로 규정하고 있는 EFNARC(2008) 기준을 재령 7일에 모두 상회하였으며, 특히 N1 시작품 배합의 선형 내하력(linear load resistance)이 가장 우수한 것으로 나타 났다(Fig. 12). 또한 TSL과 암반 블록 사이에서 부착 파괴가 발생하지 않고 순수 전단파괴가 발생하는 조건을 모사하여 TSL의 고유 지지력을 평가하기 위한 GSL시험에서도 전반적으로 N1 시작품 배합의 지지력이 가장 크게 나타났다(Fig.
- TSL에 의한 암반의 구속효과를 간접적으로 파악하기 위한 TSL 코팅 압축시험 결과, TSL 재료들에 의한 모르타르 시험체의 압축강도 증진효과는 유사한 것으로 나타났다. 재령이 경과할수록 TSL에 의한 압축강도의 증진효과가 더욱 증가하였으며, 특히, 본 연구의 재령 28일에 측정된 TSL에 의한 압축강도 증가율은 무코팅 모르타르 시험체 대비 최소 155% 이상으로 나타났다.
- TSL의 가장 기본적인 역학적 특성인 직접인장강도와 부착강도를 측정한 결과, 모든 시작품 배합조건들이 유럽 EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 성능 기준들을 크게 상회하였다. 하지만 액상과 분말이 혼합되는 2성분 외국산 TSL과 비교할 때, 인장파괴 시의 신장률이 상대적으로 작게 발현되어 이에 대한 보완이 필요한 것으로 나타났다.
- 3). 그러나 시작품 배합 가운데 N2배합의 파괴 시 신장률(elongation at break)은 EFNARC(2008)에서 지보재 용도로 규정하고 있는 Class S TSL 기준인 10% 이상을 만족하지 못하였으며, N1배합의 경우에는 신장률이 10% 이상으로 나타나긴 하였지만 외국산 T제품과 비교할 때 상대적으로 열위에 있는 것으로 나타났다(Fig. 4).
- 12). 또한 TSL과 암반 블록 사이에서 부착 파괴가 발생하지 않고 순수 전단파괴가 발생하는 조건을 모사하여 TSL의 고유 지지력을 평가하기 위한 GSL시험에서도 전반적으로 N1 시작품 배합의 지지력이 가장 크게 나타났다(Fig. 13).
- 7). 또한 TSL의 구속력으로 인해 코팅 시료의 강성이 무코팅 시료 대비 크게 향상되었음을 응력-변형률 곡선으로부터도 확인할 수 있었다(Fig. 8).
- N2 시작품 배합조건의 경우에는 조기 인장강도 향상을 위해 CSA의 사용비율을 상대적으로 2% 증가시키는 대신, CSA로 인해 재료의 가사시간(pot life)이 짧아지므로 증점제인 웰란검과 강도 보정용 혼화제인 옥살산을 사용하지 않았다. 또한 인성 향상을 위해 폴리머 유화 및 가교 역할을 위한 콜레마나이트의 사용량을 N2 시작품 배합조건에서 1% 증가시켰다.
- 본 연구에서 얻어진 이상의 결과들을 종합적으로 판단하면, 두 가지 TSL 시작품 배합 가운데 N2 배합은 EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 파괴 시의 신장률 기준을 만족하지 못하여 비구조체인 코팅재로만 사용할 수 있는 것으로 나타났다. 반면, N1배합은 본 연구의 비교대상인 외국산 TSL재료와 비교하여 상대적으로큰 인장강도와 부착강도를 발현하는 등 모든 EFNARC 기준들을 만족하여 영구적인 지보재로 활용이 가능한 것으로 나타났다.
- 5). 본 연구에서 검토된 세 가지 재료 가운데 N1 시작품 배합의 부착력이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 특히, TSL이 부착된 부착면(모르타르)이 떨어져 나올 정도로 높은 부착강도가 발현되었음을 확인할 수 있다(Fig. 5).
- 본 연구에서 도출된 2가지 TSL 시작품 배합조건의 재령 7일 인장강도는 EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 2 MPa을 크게 상회하는 것으로 나타났다. 특히, 모든 재령에서 비교 대상으로 설정한 외국산 T제품보다도 월등한 인장강도를 발현하였다(Fig.
- 본 연구에서 얻어진 이상의 결과들을 종합적으로 판단하면, 두 가지 TSL 시작품 배합 가운데 N2 배합은 EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 파괴 시의 신장률 기준을 만족하지 못하여 비구조체인 코팅재로만 사용할 수 있는 것으로 나타났다. 반면, N1배합은 본 연구의 비교대상인 외국산 TSL재료와 비교하여 상대적으로큰 인장강도와 부착강도를 발현하는 등 모든 EFNARC 기준들을 만족하여 영구적인 지보재로 활용이 가능한 것으로 나타났다.
- 본 연구의 성능평가 결과에 따르면, 분말형 TSL인 N1 시작품 배합은 Class S의 TSL 성능기준을 모두 충족한 반면, N2 시작품 배합은 인장시험에서 파괴 시의 신장율 기준을 만족하지 못하여 Class B로 구분되었음을 알수 있다(Table 4). 이상과 같은 결과는 앞선 3.
- TSL의 여러 가지 역학적 특성을 평가하기 위한 시험 방법들 가운데 가장 대표적인 직접인장시험(ASTM D638)을 Table 2의 예비 배합시험 조건들에 대해 실시하였다. 시험결과, 2개의 외국산 TSL재료(Fig. 1의 T 및 M)와 비교할 때 7번, 9번 및 10번 배합조건에 대해서는 연성(ductility)을 보다 향상시킬 필요가 있는 것으로 나타났다. 배합조건 H의 경우에는 상대적으로 파괴 후의 연성 특성은 크게 나타났으나 인장강도가 가장 낮게 평가되었다(Fig.
- 앞선 2.2절과 같이 수행된 예비 배합시험 결과로부터, 조기재령의 TSL 인장강도와 연성 특성을 향상시킬 필요가 있음을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 이를 보완한 2가지의 시작품 배합조건을 Table 3과 같이 도출하였다.
- TSL로 코팅이 되지 않은 비교 대상 시험체(reference)로서 설계강도가 40 MPa인 모르타르를 제작하였으며, 실제 재령 28일의 평균 압축강도는 약 50 MPa로 나타났다. 이와 같이 제작된 모르타르에 두께 3 mm로 TSL 재료를 피복한 후 재령별로 압축시험을 실시한 결과, 재령 경과에 따라 코팅을 하지 않은 모르타르 시험체들과 비교할 때 TSL의 구속력(confinement)에 의해 압축 강도의 증진 효과가 뚜렷하게 나타났다. N1 시작품 배합의 구속효과가 상대적으로 다소 떨어지는 것으로 나타났으나 모든 재료에 대한 실험결과는 서로 오차범위에 해당하는 것으로 나타나 유사한 결과로 판단된다(Fig.
- TSL에 의한 암반의 구속효과를 간접적으로 파악하기 위한 TSL 코팅 압축시험 결과, TSL 재료들에 의한 모르타르 시험체의 압축강도 증진효과는 유사한 것으로 나타났다. 재령이 경과할수록 TSL에 의한 압축강도의 증진효과가 더욱 증가하였으며, 특히, 본 연구의 재령 28일에 측정된 TSL에 의한 압축강도 증가율은 무코팅 모르타르 시험체 대비 최소 155% 이상으로 나타났다.
- 특히, TSL에 의한 구속효과로 인해 재령 7일에 무코팅 모르타르 시험체의 재령 28일 평균 압축강도를 상회하였으며, 재령 28일에는 무코팅 모르타르 압축강도 대비 155% 이상의 강도 증진효과가 확인되었다(Fig. 7). 또한 TSL의 구속력으로 인해 코팅 시료의 강성이 무코팅 시료 대비 크게 향상되었음을 응력-변형률 곡선으로부터도 확인할 수 있었다(Fig.
- 본 연구에서 도출된 2가지 TSL 시작품 배합조건의 재령 7일 인장강도는 EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 2 MPa을 크게 상회하는 것으로 나타났다. 특히, 모든 재령에서 비교 대상으로 설정한 외국산 T제품보다도 월등한 인장강도를 발현하였다(Fig. 3). 그러나 시작품 배합 가운데 N2배합의 파괴 시 신장률(elongation at break)은 EFNARC(2008)에서 지보재 용도로 규정하고 있는 Class S TSL 기준인 10% 이상을 만족하지 못하였으며, N1배합의 경우에는 신장률이 10% 이상으로 나타나긴 하였지만 외국산 T제품과 비교할 때 상대적으로 열위에 있는 것으로 나타났다(Fig.
후속연구
- 3절의 인장시험 결과에서 살펴본 바와 같이, 외국산 T제품 대비 상대적으로 낮게 나타난 연성(신장율)에 의한 것으로 판단된다. 따라서 향후에는 분말형 N1 시작품 배합의 연성을 보다 향상시키기 위한 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 또한 향후에는 TSL 시작품의 실제 현장타설에 의한 최종적인 성능검증 연구와 더불어 액상 재료의 사용을 고려한 2성분 TSL의 개발 연구도 필요할 것으로 사료 된다.
- 본 연구에서 제작한 TSL은 경제적인 분말형인 관계로 상대적으로 고가인 외국산 2성분 TSL의 성능과 직접 비교하는 것이 어려울 수 있으나, 앞서 기술한 바와 같이 TSL의 성능을 보다 향상시키기 위해서는 연성에 대한 추가적인 보완이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
- TSL의 가장 기본적인 역학적 특성인 직접인장강도와 부착강도를 측정한 결과, 모든 시작품 배합조건들이 유럽 EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 성능 기준들을 크게 상회하였다. 하지만 액상과 분말이 혼합되는 2성분 외국산 TSL과 비교할 때, 인장파괴 시의 신장률이 상대적으로 작게 발현되어 이에 대한 보완이 필요한 것으로 나타났다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.