뿜칠 방수 멤브레인은 다양한 지하 굴착 현장에서 종래의 시트 방수 멤브레인을 대체할 수 있는 방수 재료로 고려되고 있다. 하지만 아직까지 뿜칠 방수 멤브레인의 특성들에 대한 기초적인 연구가 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 새롭게 제작된 액상과 분말의 2성분 뿜칠 방수 멤브레인 시작품에 대한 물리적 역학적 특성들을 측정하였다. 또한 구성재료와 시공방법인 유사한 박층 뿜칠 라이너와 뿜칠 방수 멤브레인의 특성들을 비교하였다. 분석 결과, 뿜칠 방수 멤브레인의 신장율은 약 250~300%로서 TSL과 비교할 때 상대적으로 매우 큰 연성을 나타내었다. 하지만 뿜칠 방수 멤브레인의 부착강도와 지지력은 박층 뿜칠 라이너보다 다소 낮게 측정되어 지보재로서의 적용에는 한계가 있는 것으로 나타났다. 3차원 X-ray CT 촬영에 의한 뿜칠 방수 멤브레인의 공극률은 26.13%로 분석되었으나, 대부분의 공극들은 양생 과정 중에 형성된 것으로서 서로 연결되어 있지는 않고 개별적으로 존재하는 것으로 나타났다.
뿜칠 방수 멤브레인은 다양한 지하 굴착 현장에서 종래의 시트 방수 멤브레인을 대체할 수 있는 방수 재료로 고려되고 있다. 하지만 아직까지 뿜칠 방수 멤브레인의 특성들에 대한 기초적인 연구가 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 새롭게 제작된 액상과 분말의 2성분 뿜칠 방수 멤브레인 시작품에 대한 물리적 역학적 특성들을 측정하였다. 또한 구성재료와 시공방법인 유사한 박층 뿜칠 라이너와 뿜칠 방수 멤브레인의 특성들을 비교하였다. 분석 결과, 뿜칠 방수 멤브레인의 신장율은 약 250~300%로서 TSL과 비교할 때 상대적으로 매우 큰 연성을 나타내었다. 하지만 뿜칠 방수 멤브레인의 부착강도와 지지력은 박층 뿜칠 라이너보다 다소 낮게 측정되어 지보재로서의 적용에는 한계가 있는 것으로 나타났다. 3차원 X-ray CT 촬영에 의한 뿜칠 방수 멤브레인의 공극률은 26.13%로 분석되었으나, 대부분의 공극들은 양생 과정 중에 형성된 것으로서 서로 연결되어 있지는 않고 개별적으로 존재하는 것으로 나타났다.
Sprayable waterproofing membrane has been considered as a substitute for a sheet waterproofing membrane in a variety of underground excavation works. However, fundamental properties of sprayble waterproofing membrane have not been fully given yet. In this study, a new two-component sprayable waterpr...
Sprayable waterproofing membrane has been considered as a substitute for a sheet waterproofing membrane in a variety of underground excavation works. However, fundamental properties of sprayble waterproofing membrane have not been fully given yet. In this study, a new two-component sprayable waterproofing membrane prototype was developed. In addition, its physico-mechanical properties were measured and compared with those of two kinds of thin spray-on liners where constitutive materials and construction methods are very close to each other. From direct tensile tests, the sprayable waterproofing membrane with elongations at break between 250% and 300% showed much higher ductility than TSLs. However, the sprayable waterproofing membrane had a limitation as a support member since its bond strength and loading capacity was lower than those of TSLs. From three-dimensional X-ray CT images, the porosity of the sprayable waterproofing membrane was estimated to be 26.13%. However, most of pores which might have been generated during membrane curing were not observed to be interconnected but isolated.
Sprayable waterproofing membrane has been considered as a substitute for a sheet waterproofing membrane in a variety of underground excavation works. However, fundamental properties of sprayble waterproofing membrane have not been fully given yet. In this study, a new two-component sprayable waterproofing membrane prototype was developed. In addition, its physico-mechanical properties were measured and compared with those of two kinds of thin spray-on liners where constitutive materials and construction methods are very close to each other. From direct tensile tests, the sprayable waterproofing membrane with elongations at break between 250% and 300% showed much higher ductility than TSLs. However, the sprayable waterproofing membrane had a limitation as a support member since its bond strength and loading capacity was lower than those of TSLs. From three-dimensional X-ray CT images, the porosity of the sprayable waterproofing membrane was estimated to be 26.13%. However, most of pores which might have been generated during membrane curing were not observed to be interconnected but isolated.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 뿜칠 방수 멤브레인을 개발하기 위한 기초적인 단계로서, 멤브레인 재료의 시작품을 제작하고 이에 대한 기본적인 물리적․역학적 특성들을 평가하였다. 특히, 종래의 분말 1성분 방수 멤브레인으로 인한 타설 중 분진 발생 문제를 최소화하고자, 액상과 분말의 2성분으로 구성된 멤브레인 재료의 시작품을 제작하였다.
본 연구에서는 뿜칠 방수 멤브레인의 시작품에 대한 최적 배합을 도출하고자, 다음의 Table 1과 같은 시험 배합을 1차적으로 선정하였다. Table 1의 시험배합은 분말 재료에 대한 것이며, 액상 재료로는 방수 기능 발현에 효과적이며 본 연구에서 도출한 분말 재료의 배합 조건에 적합한 액상 폴리머(VINNAPAS 547ED)를 사용하였다.
본 연구에서는 충분한 인장강도를 확보하고 파괴 시의 신장율(elongation at break)을 증가시키기 위하여, 필러로 사용되는 탄산칼슘을 첨가하였다. 탄산칼슘은 백색도도 높고 독성이 없기 때문에 도료 및 고무 등의 분야에서 널리 쓰이고 있는 재료로서, 뿜칠 방수 멤브 레인의 점도를 개선과 신장율 증가에 효과적이다.
본 연구에서는 Table 2에 제시된 수밀성, 난연성 및 내구성 특성들보다는 새로 개발한 뿜칠 방수 멤브레인 시작품의 기초적인 특성을 평가하기 위한 시험들에 중점을 두었다. 이에 뿜칠 방수 멤브레인의 경화특성을 파악할 수 있는 쇼어경도(Shore A hardness)와 함께, 앞서 2장의 예비 배합시험에서 기초적인 물성으로 활용한 인장강도, 파괴 시의 신장율 및 부착강도를 측정하였다.
본 연구에서는 뿜칠 방수 멤브레인의 내부 구조를 3차원적으로 평가하기 위하여, X-ray 단층촬영(Computed Tomography, CT)을 실시하였다. CT는 X선을 이용하여 물체의 내부 구조를 3차원적으로 검사하는 비파괴기술로서, 본 연구에서는 산업용 멀티튜브 X-ray CT장비 (Choi et al.
본 연구에서는 다양한 지하 굴착공사 현장에서 종래의 시트 방수 멤브레인을 대체할 수 있는 뿜칠 방수 멤브레인을 개발하기 위하여, 뿜칠 방수 멤브레인 재료의 시작품 배합을 도출하고 기본적인 물리적․역학적 특성을 평가하였다. 특히, 향후 지보재로서의 활용 가능성도 파악하고자 Chang et al.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 뿜칠 방수 멤브레인을 개발하기 위한 기초적인 단계로서, 멤브레인 재료의 시작품을 제작하고 이에 대한 기본적인 물리적․역학적 특성들을 평가하였다. 특히, 종래의 분말 1성분 방수 멤브레인으로 인한 타설 중 분진 발생 문제를 최소화하고자, 액상과 분말의 2성분으로 구성된 멤브레인 재료의 시작품을 제작하였다. 방수 멤브레인에는 지보 성능이 요구되지는 않지만, 구성재료와 시공방법이 매우 유사한 박층 뿜칠 라이너(Thin Spray-on Liner, 이하 TSL)와의 성능을 비교하였다.
특히, 종래의 분말 1성분 방수 멤브레인으로 인한 타설 중 분진 발생 문제를 최소화하고자, 액상과 분말의 2성분으로 구성된 멤브레인 재료의 시작품을 제작하였다. 방수 멤브레인에는 지보 성능이 요구되지는 않지만, 구성재료와 시공방법이 매우 유사한 박층 뿜칠 라이너(Thin Spray-on Liner, 이하 TSL)와의 성능을 비교하였다. 이를 위하여 분말형 TSL 시작품에 대한 Chang et al.
멤브레인이 타설면에서 흘러내리는 것을 최소화하기 위해 틱소트로피(thixotropy) 특성을 부여하고자 나노실리카(nano silica)를 첨가하였다. 여기서 틱소트로피란 유동이 있거나 압력이 작용할 때에는 액체에 가까운 졸(sol) 상태가 되고, 안정된 상태에서는 점도가 높은 겔(gel) 상태를 유지하는 성질을 의미한다.
여기서 틱소트로피란 유동이 있거나 압력이 작용할 때에는 액체에 가까운 졸(sol) 상태가 되고, 안정된 상태에서는 점도가 높은 겔(gel) 상태를 유지하는 성질을 의미한다. 추가적으로 멤브레인 내부의 공극을 줄이기 위하여 소포제(antifoaming agent)를 소량 첨가하였으며, 알루미나 시멘트 (alumina cement), CSA(Calcium Sulfo Aluminate) 및 탄산칼슘의 함량을 조절하여 충분한 신장율이 발현될 수 있도록 하였다.
이상과 같은 총 5개의 시험배합 조건에 대한 검토 결과로부터, 적정 점도를 유지하면서 인장강도와 파괴 시의 신장율이 모두 평균치 이상 발현되는 #3 배합을 뿜칠 방수 멤브레인 시작품의 최종 배합조건으로 결정하였다.
본 연구에서는 Table 2에 제시된 수밀성, 난연성 및 내구성 특성들보다는 새로 개발한 뿜칠 방수 멤브레인 시작품의 기초적인 특성을 평가하기 위한 시험들에 중점을 두었다. 이에 뿜칠 방수 멤브레인의 경화특성을 파악할 수 있는 쇼어경도(Shore A hardness)와 함께, 앞서 2장의 예비 배합시험에서 기초적인 물성으로 활용한 인장강도, 파괴 시의 신장율 및 부착강도를 측정하였다. 또한 지보 성능이 요구되지는 않지만 TSL과 유사하게 폴리머 재료를 혼합하여 사용한다는 특징을 고려하여, Chang et al.
이상과 같은 뿜칠 방수 멤브레인의 시험결과들을 외국산 TSL 재료(Han et al., 2013, 이하 Material T)와 분말형 국산 TSL 시작품(Chang et al., 2015, 이하 Mix #N1)에 대해 수행된 선행 시험결과들과 비교 검토하였다.
본 연구에서는 앞선 2장에서 기술한 바와 같이, 액상 폴리머와 최적 분말재료(Table 1의 #3 배합)를 3:1의 중량비로 혼합하여 시험체들을 제작하였다. 특히, ITAtech (2013)에서 추천하는 바와 같이 뿜칠 방수 멤브레인의 두께를 5 mm로 일정하게 하여 시험체들을 제작하였다.
본 연구에서는 앞선 2장에서 기술한 바와 같이, 액상 폴리머와 최적 분말재료(Table 1의 #3 배합)를 3:1의 중량비로 혼합하여 시험체들을 제작하였다. 특히, ITAtech (2013)에서 추천하는 바와 같이 뿜칠 방수 멤브레인의 두께를 5 mm로 일정하게 하여 시험체들을 제작하였다. 반면, Chang et al.
이상과 같이 계획한 각 시험방법별로 재령 7일, 14일 및 28일 조건에서 최소 3회 이상의 시험을 실시하고 그 결과들을 분석하였다(Fig. 4).
뿜칠 방수 멤브레인의 부착강도를 측정하고자, BS EN 1542(1999)에서 제시하고 있는 인발시험을 실시하였다. 이때 BS EN 1766(2000)에서 규정한 배합조건으로 재령별로 각 1개씩의 콘크리트 블록시험편을 제작하였다.
뿜칠 방수 멤브레인의 부착강도를 측정하고자, BS EN 1542(1999)에서 제시하고 있는 인발시험을 실시하였다. 이때 BS EN 1766(2000)에서 규정한 배합조건으로 재령별로 각 1개씩의 콘크리트 블록시험편을 제작하였다. 여기에 두께 5 mm의 멤브레인을 피복하고 직경 50 mm의 원형 돌리(dolly)들을 에폭시 접착제로 단단히 접착시킨 후, 오버코어링(overcoring)을 실시하고 인발시험기를 사용하여 시험을 실시하였다(Fig.
이때 BS EN 1766(2000)에서 규정한 배합조건으로 재령별로 각 1개씩의 콘크리트 블록시험편을 제작하였다. 여기에 두께 5 mm의 멤브레인을 피복하고 직경 50 mm의 원형 돌리(dolly)들을 에폭시 접착제로 단단히 접착시킨 후, 오버코어링(overcoring)을 실시하고 인발시험기를 사용하여 시험을 실시하였다(Fig. 4d 및 Fig. 9).
특히, 향후 지보재로서의 활용 가능성도 파악하고자 Chang et al.(2015)의 기존 연구에서 보고 된 두 종류의 TSL에 대한 성능 비교도 실시하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 뿜칠 방수 멤브레인의 시작품에 대한 최적 배합을 도출하고자, 다음의 Table 1과 같은 시험 배합을 1차적으로 선정하였다. Table 1의 시험배합은 분말 재료에 대한 것이며, 액상 재료로는 방수 기능 발현에 효과적이며 본 연구에서 도출한 분말 재료의 배합 조건에 적합한 액상 폴리머(VINNAPAS 547ED)를 사용하였다. 이상의 액상 폴리머와 분말재료의 중량비는 3:1로 설정하였다.
본 연구에서 제작된 뿜칠 방수 멤브레인 시작품 재료에 대해 재령별로 6개씩의 시험체를 제작하여, LBS시 험과 GSL시험에 각각 3개씩 사용하였다. 시험 시에는 EFNARC에서 제시한 시험 지그(jig)에 멤브레인이 하부에 위치하도록 고정시킨 후, 파괴 시까지 중간 콘크리트 블록에 압축 하중을 16 mm/min의 변위속도로 재하 하였다.
데이터처리
본 연구에서는 EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 ASTM(2010)의 시험방법에 따라 뿜칠 방수 멤브레인의 직접인장강도를 측정하였고, 이를 Chang et al.(2015) 의 연구에 제시된 2종류(Material T 및 Mix #N1)의 TSL 시험결과와 비교하였다(Fig. 6).
앞선 직접인장시험 결과의 분석 시와 마찬가지로, Chang et al.(2015)이 두 종류의 TSL 재료에 대해 보고한 LBS시험 및 GSL시험 결과들을 본 연구의 뿜칠 방수 멤브레인에 대한 시험결과들과 비교하였다. 분석 결과, LBS시험 및 GSL시험 모두에서 뿜칠 방수 멤브레인의 지지력이 두 종류의 TSL과 비교할 때 상대적으로 가장 낮게 나타났다(Fig.
이론/모형
(2015)과 Han et al.(2013)이 TSL의 지보 성능을 평가하기 위해 수행하였던 EFNARC(2008) 의 TSL 지지력 평가 시험방법을 함께 병행하였다.
본 연구에서는 ASTM(2015)에서 규정한 시험방법에 따라 뿜칠 방수 멤브레인 시작품과 Chang et al.(2015) 의 연구에서 영구적인 지보재 성능을 만족한 분말형 TSL 재료(이하 Mix #N1)에 대해 재령별 쇼어경도를 측정하였다(Fig.
본 연구에서는 EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 ASTM(2010)의 시험방법에 따라 뿜칠 방수 멤브레인의 직접인장강도를 측정하였고, 이를 Chang et al.(2015) 의 연구에 제시된 2종류(Material T 및 Mix #N1)의 TSL 시험결과와 비교하였다(Fig.
성능/효과
따라서 멤브레인의 기본적인 역학적 특성인 인장강도와 파괴 시의 신장율 이외에도 멤브레인에 적합한 점도의 확보가 필요하였다. 따라서 적절한 점도를 유지하기 위한 증점제 (Table 1의 HPMC)의 첨가 여부에 따른 시험을 실시한 결과(Table 1의 #1 및 #2 배합), 증점제에 따른 인장강도와 파괴 시의 신장율에는 차이가 없는 것으로 나타났다 (Fig. 3 참조). 따라서 증점제가 뿜칠 방수 멤브레인의 역학적 특성에 미치는 영향은 미미한 것으로 판단되었다.
5). 측정결과, 재령 7일 이후에는 두 재료의 쇼어경도가 모두 수렴되는 것으로 나타났으며, 분말형 TSL 재료의 경도가 뿜칠 방수 멤브레인의 경도보다 약 10 정도 크게 측정되었다.
3시간 후에 도달하였다. 초기재령 이후로 뿜칠 방수 멤브레인보다 TSL의 경화 속도가 빨라지는 경향이 나타났으며, 이로 인해 부착강도 측정을 위한 인발시험(pull-off test)이 가능한 수준인 쇼어경도 75는 뿜칠 방수 멤브레인과 TSL에 대해 각각 5일 및 2.6일 후에 발현되었다.
분석결과, 2종류의 TSL뿐만 아니라 본 연구에서 제작한 뿜칠 방수 멤브레인의 재령 7일 인장강도 역시 2 MPa을 초과하여, EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 영구 지보재로서 TSL의 성능 기준을 모두 만족하였다. 하지만, TSL과 비교할 때, 뿜칠 방수 멤브레인의 재령별 평균 인장강도는 상대적으로 낮게 나타났다(Fig.
분석결과, 2종류의 TSL뿐만 아니라 본 연구에서 제작한 뿜칠 방수 멤브레인의 재령 7일 인장강도 역시 2 MPa을 초과하여, EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 영구 지보재로서 TSL의 성능 기준을 모두 만족하였다. 하지만, TSL과 비교할 때, 뿜칠 방수 멤브레인의 재령별 평균 인장강도는 상대적으로 낮게 나타났다(Fig. 7).
직접인장시험에서 측정된 파괴 시의 신장율 역시, EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 파괴 시의 신장율 기준인 10%를 모두 상회하였다(Fig. 8). 그러나 높은 방수 성능을 발현하기 위해 쉽게 파단되지 않아야하는 뿜칠 방수 멤브레인의 특성상, 본 연구의 뿜칠 방수 멤브레인은 250% 이상의 높은 신장율을 발현하였다.
그러나 높은 방수 성능을 발현하기 위해 쉽게 파단되지 않아야하는 뿜칠 방수 멤브레인의 특성상, 본 연구의 뿜칠 방수 멤브레인은 250% 이상의 높은 신장율을 발현하였다.
뿜칠 방수 멤브레인의 부착강도는 ITAtec(2013)에서 멤브레인에 대해 규정하고 있는 재령 28일의 최소 부착 강도인 0.5 MPa를 재령 7일에도 충분히 상회하는 것으로 나타났다. 또한 멤브레인의 재령 28일 평균 부착강도는 1.
5 MPa를 재령 7일에도 충분히 상회하는 것으로 나타났다. 또한 멤브레인의 재령 28일 평균 부착강도는 1.07 MPa로서 TSL에 대해 EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 재령 28일 부착강도 기준인 1 MPa를 초과하였으나, 일부 시험결과가 1 MPa 미만으로 나타났다(Fig. 10). 인발시험 후에 돌리 하부면을 관찰한 결과, 멤브레인과 콘크리트 부착면의 계면에서 파괴된 것이 아니라 콘크리트 부착면이 파괴된 것을 알 수 있었다 (Fig.
10). 인발시험 후에 돌리 하부면을 관찰한 결과, 멤브레인과 콘크리트 부착면의 계면에서 파괴된 것이 아니라 콘크리트 부착면이 파괴된 것을 알 수 있었다 (Fig. 9의 우측 사진 참조). 이는 ASTM(2013)에서 분류한 인발시험의 파괴모드 가운데, 부착면의 파괴모드 (failure in substrate)에 해당한다(Fig.
이에 멤브레인을 피복하지 않은 콘크리트 블록 시험 편(BS EN 1766 배합조건)의 표면에 대해 동일한 직경 50 mm의 원형 돌리를 부착하고 인발시험을 실시한 결과, 콘크리트 표면의 평균 부착강도는 1.04 MPa로서 본 연구의 측정결과와 유사한 값을 나타내었다 (Fig. 10 참조). 특히, 인발시험 후에 분리된 돌리 하부면을 관찰한 결과, 돌리와 에폭시 접착제 사이가 분리된 것이 아니라 콘크리트 부착면이 파괴된 것을 역시 확인할 수 있었다(Fig.
10 참조). 특히, 인발시험 후에 분리된 돌리 하부면을 관찰한 결과, 돌리와 에폭시 접착제 사이가 분리된 것이 아니라 콘크리트 부착면이 파괴된 것을 역시 확인할 수 있었다(Fig. 12). 즉, 이상의 파괴모드 관찰 결과로부터, 본 연구에서 측정된 부착강도는 멤브레인 재료 자체의 부착강도라기 보다는 콘크리트의 인장강도로 보는 것 이 타당하다(ASTM, 2013).
12). 즉, 이상의 파괴모드 관찰 결과로부터, 본 연구에서 측정된 부착강도는 멤브레인 재료 자체의 부착강도라기 보다는 콘크리트의 인장강도로 보는 것 이 타당하다(ASTM, 2013). 따라서 뿜칠 방수 멤브레인과 같이 부착강도가 큰 재료에 대한 인발시험을 위해서는, 콘크리트 부착면과 멤브레인 사이에서 부착 파괴가 발생할 수 있도록 BS EN 1766(2000)에서 규정하고 있는 콘크리트보다 높은 강도의 콘크리트를 사용할 필요가 있을 것으로 판단된다.
(2015)이 두 종류의 TSL 재료에 대해 보고한 LBS시험 및 GSL시험 결과들을 본 연구의 뿜칠 방수 멤브레인에 대한 시험결과들과 비교하였다. 분석 결과, LBS시험 및 GSL시험 모두에서 뿜칠 방수 멤브레인의 지지력이 두 종류의 TSL과 비교할 때 상대적으로 가장 낮게 나타났다(Fig. 16).
그러나 재령 28일에 TSL의 선형 내하력(linear load resistance)을 5 kN/m이상으로 규정하고 있는 EFNARC (2008) 기준을 적용하여 분석한 결과, 뿜칠 방수 멤브레인의 평균 선행 내하력은 재령 28일에 5.33 kN/m으로서 EFNARC(2008) 기준을 만족하긴 하였으나 TSL 대비 매우 낮은 수준이었으며 재령 28일 이전에는 선형 내하력이 5 kN/m미만으로 나타났다(Fig. 18). 따라서 이상의 결과에 따르면 본 연구에서 제작한 뿜칠 방수 멤브레인을 지보재인 TSL로 사용하기에는 다소 한계가 있을 것으로 판단된다.
X-ray CT촬영을 통해 내부 공극들의 크기 분포를 분석한 결과(Fig. 21), 공극들의 평균 체적은 0.0038 m3 이었으며 대부분 0.0015 m3 이하의 체적을 갖는 것으로 분석되었다(Table 4). 이상의 분석으로부터 산출된 뿜칠 방수 멤브레인의 공극률(porosity)은 26.
쇼어경도 측정결과, 상대적으로 높은 강성과 지보력이 요구되는 TSL의 쇼어경도와 경화 속도가 방수 멤브레인보다 높게 측정되었다. 그러나 본 연구의 측정조건에서는 재령 7일 이후에 방수 멤브레인과 TSL의 쇼어경도 값이 수렴되는 것으로 나타났다.
쇼어경도 측정결과, 상대적으로 높은 강성과 지보력이 요구되는 TSL의 쇼어경도와 경화 속도가 방수 멤브레인보다 높게 측정되었다. 그러나 본 연구의 측정조건에서는 재령 7일 이후에 방수 멤브레인과 TSL의 쇼어경도 값이 수렴되는 것으로 나타났다.
높은 방수 성능을 발현하기 위해 쉽게 파단되지 않아야 하고 높은 연성을 가져야 하는 뿜칠 방수 멤브레인의 재료 특성상, 직접인장시험에서 측정된 멤브레인의 파괴 시 신장율은 약 250~300% 범위로서 본 연구에서 비교검토한 두 종류의 TSL보다 매우 높은 신장율을 나타내었다. 그러나 쇼어경도 측정결과와 마찬가지로, 높은 연성이 확보된 대신 멤브레인의 강성은 상대적으로 낮기 때문에 인장강도는 TSL보다 열위에 있는 것으로 확인되었다.
높은 방수 성능을 발현하기 위해 쉽게 파단되지 않아야 하고 높은 연성을 가져야 하는 뿜칠 방수 멤브레인의 재료 특성상, 직접인장시험에서 측정된 멤브레인의 파괴 시 신장율은 약 250~300% 범위로서 본 연구에서 비교검토한 두 종류의 TSL보다 매우 높은 신장율을 나타내었다. 그러나 쇼어경도 측정결과와 마찬가지로, 높은 연성이 확보된 대신 멤브레인의 강성은 상대적으로 낮기 때문에 인장강도는 TSL보다 열위에 있는 것으로 확인되었다.
본 연구에서 제작한 뿜칠 방수 멤브레인의 부착강도는 ITAtech(2013)에서 제시하고 있는 재령 28일 최소 부착강도 기준인 0.5 MPa을 충분히 상회하였다. 그러나 파괴모드를 관찰한 결과, 멤브레인과 부착면의 계면에서 파괴가 발생하지 않고 콘크리트의 부착면이 파괴 된 형태로 나타났다.
3차원 X-ray CT촬영에 의해 뿜칠 방수 멤브레인 시 작품의 내부 구조를 분석한 결과, 양생 과정에서 수분의 유출로 인해 형성된 것으로 추정되는 다수의 내부 공극들이 관찰되었다. 이상의 분석으로부터 추정된 멤브레인의 공극률은 26.
3차원 X-ray CT촬영에 의해 뿜칠 방수 멤브레인 시 작품의 내부 구조를 분석한 결과, 양생 과정에서 수분의 유출로 인해 형성된 것으로 추정되는 다수의 내부 공극들이 관찰되었다. 이상의 분석으로부터 추정된 멤브레인의 공극률은 26.13%으로 나타났으나, 내부 공극 들을 3차원 가시화해보면 대부분의 미세 공극들이 서로 연결되어 있지는 않고 개별적으로 존재하는 것으로 관찰되었다. 향후에는 이상과 같은 결과를 고려하여 뿜칠 방수 멤브레인에 요구되는 근본적인 기능인 수밀성과 그에 따른 장기 내구성에 대한 검증 실험을 실시할 필요가 있으며, 실제 타설을 통한 방수성능과 시공성에 대한 검토 연구도 필요하다.
0015 m3 이하의 체적을 갖는 것으로 분석되었다(Table 4). 이상의 분석으로부터 산출된 뿜칠 방수 멤브레인의 공극률(porosity)은 26.13%로 나타났으며(Table 4), 이는 Holter(2015)가 뿜칠 방수 멤브레인을 대기압 조건에서 완전 침수시킨 후에 측정한 멤 브레인의 함수비인 30~40%(건조중량비 %)와 다소 유사한 결과이다. 향후에는 멤브레인의 투수시험 등을 통해, 양생 과정에서 발생하는 내부 공극들이 멤브레인의 수밀성과 수분 전달(moisture transfer)에 미치는 영향을 평가할 계획이다.
후속연구
단, 이상의 측정결과는 온도 25°C 내외 및 상대습도 약 50~60%의 실험실 조건에서 얻어진 것으로서, 실제 시공 환경조건 변화에 따른 추가적인 자료 축적이 필요할 것으로 판단된다.
18). 따라서 이상의 결과에 따르면 본 연구에서 제작한 뿜칠 방수 멤브레인을 지보재인 TSL로 사용하기에는 다소 한계가 있을 것으로 판단된다.
13%로 나타났으며(Table 4), 이는 Holter(2015)가 뿜칠 방수 멤브레인을 대기압 조건에서 완전 침수시킨 후에 측정한 멤 브레인의 함수비인 30~40%(건조중량비 %)와 다소 유사한 결과이다. 향후에는 멤브레인의 투수시험 등을 통해, 양생 과정에서 발생하는 내부 공극들이 멤브레인의 수밀성과 수분 전달(moisture transfer)에 미치는 영향을 평가할 계획이다.
특히, 재령 28일 이전에는 뿜칠 방수 멤브레인의 선형 내하력이 5 kN/m 미만으로서 충분한 안정성을 가진 지보재로써 사용되기에는 한계가 있는 것으로 나타났다. 단, 초기 재령에서 뿜칠 방수 멤브레인의 선형 내하력을 다소 증가시킬 수 있다면 지보 재로서의 기능도 향후 고려할 수 있을 것으로 사료된다.
13%으로 나타났으나, 내부 공극 들을 3차원 가시화해보면 대부분의 미세 공극들이 서로 연결되어 있지는 않고 개별적으로 존재하는 것으로 관찰되었다. 향후에는 이상과 같은 결과를 고려하여 뿜칠 방수 멤브레인에 요구되는 근본적인 기능인 수밀성과 그에 따른 장기 내구성에 대한 검증 실험을 실시할 필요가 있으며, 실제 타설을 통한 방수성능과 시공성에 대한 검토 연구도 필요하다.
따라서 뿜칠 방수 멤브레인과 같이 부착강도가 큰 재료에 대한 인발시험을 위해서는, 콘크리트 부착면과 멤브레인 사이에서 부착 파괴가 발생할 수 있도록 BS EN 1766(2000)에서 규정하고 있는 콘크리트보다 높은 강도의 콘크리트를 사용할 필요가 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현재 지하 굴착구간의 차수 및 방수 대책으로 사용하고 있는 시트 방수 멤브레인의 문제점은?
지하 굴착구간의 차수 및 방수 대책으로서 PVC 등의 재질로 제작된 시트 방수 멤브레인(sheet waterproofing membrane)을 일반적으로 사용하고 있다. 그러나 일반 적으로 시트 방수 멤브레인을 설치한 후에는 콘크리트 라이닝을 시공하기 때문에, 시트 방수 멤브레인이 파손 될 경우에는 누수를 원천적으로 방지하기가 어렵다. 또한 시트 방수 멤브레인은 지보재인 숏크리트 라이닝과 구조체인 콘크리트 라이닝을 분리하는 역할을 하기 때문에, 숏크리트 라이닝과 콘크리트 라이닝을 복합체로서 활용하는 것이 불가능하다(Nakashima et al., 2015).
뿜칠 방수 멤브레인 타설 시공 시 멤브레인 재료의 점도가 중요한 이유는?
뿜칠 방수 멤브레인의 타설 시공 시에 멤브레인 재료의 점도가 너무 낮으면 멤브레인의 흘러내림이 크게 발생할 수 있으며, 이와 반대로 점도가 너무 높으면 시공성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. 따라서 멤브레인의 기본적인 역학적 특성인 인장강도와 파괴 시의 신장율 이외에도 멤브레인에 적합한 점도의 확보가 필요하였다.
뿜칠 방수 멤브레인 사용 시의 장점은?
따라서 Fig. 1과 같이 콘 크리트 또는 숏크리트 라이닝과 일체화되어 복합 구조체(composite structure)로서 기능을 발현할 수 있고 이로 인해 라이닝의 두께를 줄일 수 있는 효과도 기대할 수 있다(Holter, 2015; Makhlouf & Holter, 2008; Thomas, 2009). 특히, ITAtech(2013)에서는 두께 약 5 mm의 뿜칠 방수 멤브레인을 통해 지하수 유입이 발생하지 않도록 규정하고 있다.
참고문헌 (15)
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Nakashima, M., A.-L. Hammer, M. Thewes, M. Elshafie and K. Soga, 2015, Mechanical behaviour of a sprayed concrete lining isolated by a sprayed waterproofing membrane, Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 47, 143-152.
Stubberfield, K., 2016, Masterseal $345^{(R)}$ Application Course-Lecture Material, Tunnelling & Underground Construction Academy (TUCA), London, April 13, 2016.
Thomas, A., 2009, Sprayed Concrete Lined Tunnels, Taylor & Francis, London.
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