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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 EVA 방수시트의 접합부 시공 시 다양한 환경적 요인으로 인한 하자 발생을 방지하기 위하여 온도 및 화학적 환경과 열풍융착속도 간 상관관계를 파악하여 하자 발생에 대 한 방안 마련을 목적으로 연구를 진행하였다.
- 본 연구에서는 EVA 시트 방수재의 접합 부분을 간접가열 방식인 열풍융착을 적용하여 시공기온과 열풍융착 속도에 따른 화학처리 조건별 접합부 인장강도의 변화 추이에 대해서 분석하였다. –10℃, –5℃, 0℃, 20℃의 시공기온 조건하에 3 ~ 9m/min의 열풍융착속도의 시험체를 제작한 다음 5가지의 화학처리 과정을 거쳐 접합부 인장강도 실험을 진행하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
제안 방법
- –10℃, –5℃, 0℃, 20℃의 시공기온 조건하에 3 ~ 9m/min의 열풍융착속도의 시험체를 제작한 다음 5가지의 화학처리 과정을 거쳐 접합부 인장강도 실험을 진행하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 본 연구의 실험은 EVA 방수 시트의 접합부를 열풍융착 하는 과정에서 각 온도환경을 조성한 다음 열풍융착 속도를 변수로 하여 시험체를 제작하였다. 그 후, 전처리 과정을 거친 후 각 시료의 접합부 인장강도를 측정하는 것으로 계획하였으며 시험체의 제작과정은 Fig. 2와 같다.
- 본 연구에 적용된 시트 방수재는 합성고분자계 시트 방수재 중 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer)계 시트 방수재로 한정하였으며, 시트 간접합 방식은 간접가열 방식인 열풍융착을 적용였고, 시공 기온은 저온환경으로 –10℃, –5℃ 또한 일반적인 접합부 부착 강도와 비교하기 위해 20℃의 온도 조건에서 시험을 진행하였다.
- 본 연구의 실험은 EVA 방수 시트의 접합부를 열풍융착 하는 과정에서 각 온도환경을 조성한 다음 열풍융착 속도를 변수로 하여 시험체를 제작하였다. 그 후, 전처리 과정을 거친 후 각 시료의 접합부 인장강도를 측정하는 것으로 계획하였으며 시험체의 제작과정은 Fig.
- 접합부 인장강도 실험은 KS F 4917의 접합성능 시험방법을 준용하여 진행하였다. 실험 계획에 따라 제작되고 전처리 과정을 거친 시료를 만능인장 시험기에 물림 간격을 100mm로 하여 거치시킨 후, 인장 속도 100mm/min으로 시료가 파단 될 때까지 인장시켜 최대 하중을 측정한 후 이를 토대로 접합부 인장강도를 산출하였으며, 시험체 및 시험 현황은 위 Fig. 4와 같다.
- 연구의 방법은 연구 범위에 해당하는 기온 조건을 설정한 뒤, EVA 방수 시트의 접합부에 열풍융착기(Hot-air welder)를 사용하여 열풍융착 속도에 따른 각기 다른 시험체를 제작한 후, 화학처리 과정을 거쳐 접합 인장강도의 변화 추이에 대한 분석을 진행하는 방법으로 진행하였다.
대상 데이터
- 시험체는 KS F 4917의 접합부 인장강도 실험방법을 준용하여 크기 200×50mm, 접합길이 50mm로 계획하여, Fig. 3과 같이 4가지의 온도조건, 7가지의 열풍융착속도, 6가지의 화학처리 조건을 고려하여 총 168개의 시험체를 제작하였다.
이론/모형
- 3과 같이 4가지의 온도조건, 7가지의 열풍융착속도, 6가지의 화학처리 조건을 고려하여 총 168개의 시험체를 제작하였다. 시험에 적용된 화학처리 조건은 KS F 4935를 준용하였으며, 그 내용은 Table 2와 같다.
- 접합부 인장강도 실험은 KS F 4917의 접합성능 시험방법을 준용하여 진행하였다. 실험 계획에 따라 제작되고 전처리 과정을 거친 시료를 만능인장 시험기에 물림 간격을 100mm로 하여 거치시킨 후, 인장 속도 100mm/min으로 시료가 파단 될 때까지 인장시켜 최대 하중을 측정한 후 이를 토대로 접합부 인장강도를 산출하였으며, 시험체 및 시험 현황은 위 Fig.
성능/효과
- 1. 무처리 시험체가 다른 화학적 침식을 받은 시험체보다 가장 높은 접합부 인장강도를 나타난 것에 비해 염산 처리 후의 시험체가 가장 낮은 접합부 인장강도를 나타난 것으로 확인되었으며, 이는 화학적 침식 조건 중 염산 성분의 침식이 EVA 방수시트의 품질에 있어 가장 민감하게 작용한다는 점을 파악할 수 있었다.
- 2. 20℃를 제외한 –10℃, -5℃, 0℃의 저온 환경 조건에서는 열풍 융착 속도가 3~4m/min일 경우 접합부 인장강도가 가장 높게 나타나는 것을 확인하였다.
- 20℃에서의 접합부 인장강도 시험 결과, 저온 환경에서의 접합부 인장강도 시험결과와 달리 열풍융착 속도가 6m/min에서 가장 높은 접합부 인장강도인 12.4N/mm를 나타내는 것으로 확인되었 으며, 열풍융착 속도가 4m/min일 때 가장 낮은 접합부 인장강도인 10.1N/mm를 나타내는 것으로 확인되었다. 그래프에서 열풍융착 속도가 6m/min를 기준으로 빨라지거나 느려질 경우, 인장강도가 저하되는 현상을 확인할 수 있었는데, 이는 열풍융착속도가 빨라 질 경우 접합부 조성에 있어 충분한 열량을 확보하지 못하는 것으로, 낮아질 경우 접합부에 가해지는 열량이 과하게 작용하면서 표면 탄화로 인한 접합성능이 저하되는 것으로 판단된다.
- 3. 20℃ 기온 조건의 경우 열풍융착속도가 5~6m/min일 경우 접합부 인장강도가 가장 높게 나타나는 것을 확인한 반면에 열풍 융착 속도를 5m/min 미만의 저속도로 시공되거나 7m/min을 초과할 경우 접합부 인장강도가 감소하는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 20℃의 기온 조건에서 5m/min 미만의 저속도로 시공을 할 경우, 접합부에 가해지는 열량이 과하게 작용하면서 EVA시트 표면 탄화로 인해 접합성능이 저하되어 접합인장강도가 낮게 나타나는 것으로 판단되며, 7m/min을 초과하여 고속 시공을 할 경우 접합부 융해에 필요한 열량을 확보하지 못함에 따라 접합인장강도가 낮게 나타나는 것으로 판단된다.
- 그래프에서 열풍융착 속도가 6m/min를 기준으로 빨라지거나 느려질 경우, 인장강도가 저하되는 현상을 확인할 수 있었는데, 이는 열풍융착속도가 빨라 질 경우 접합부 조성에 있어 충분한 열량을 확보하지 못하는 것으로, 낮아질 경우 접합부에 가해지는 열량이 과하게 작용하면서 표면 탄화로 인한 접합성능이 저하되는 것으로 판단된다.
- 기온이 -10℃일 경우 평균 접합부 인장강도가 시험체의 열풍융착 속도가 가장 느린 3m/min에서 가장 높은 접합부 인장강도인 9.9N/mm를 나타내는 것으로 확인되었으며, 열풍융착 속도가 가장 빠른 9m/min에서는 접합부 인장강도가 6.4N/mm로 가장 낮은 접합 부 인장강도를 나타나는 것으로 확인되었다.
- 기온이 -5℃일 경우 평균 접합부 인장강도가 시험체의 열풍융 착속도가 4m/min에서 가장 높은 접합부 인장강도인 9.4N/mm를 나타내는 것으로 확인되었으며, 열풍융착 속도가 8m/min에서는 접합부 인장강도가 7.4N/mm로 가장 낮은 접합부 인장강도를 나타나는 것으로 확인되었다.
- 기온이 0℃일 경우 평균 접합부 인장강도가 시험체의 열풍융착 속도가 3 ~ 4m/min에서 가장 높은 접합부 인장강도인 10.4N/mm 를 나타내는 것으로 확인되었으며, 열풍융착 속도가 9m/min에서는 접합부 인장강도가 8.5N/mm로 가장 낮은 접합부 인장강도를 타나는 것으로 확인되었다.
- 따라서 -10℃의 환경에서는 열풍융착 속도가 낮을수록 접합부 인장강도가 높게 나타남에 따라 열풍융착 속도를 3m/min로 시공할 경우 가장 높은 품질의 접합부를 조성할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 따라서 0℃의 환경의 경우 일반적으로 3 ~ 4m/min의 열풍융착 속도 범위가 가장 높은 품질의 접합부를 조성할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 그래프에서 열풍융착 속도가 6m/min를 기준으로 빨라지거나 느려질 경우, 인장강도가 저하되는 현상을 확인할 수 있었는데, 이는 열풍융착속도가 빨라 질 경우 접합부 조성에 있어 충분한 열량을 확보하지 못하는 것으로, 낮아질 경우 접합부에 가해지는 열량이 과하게 작용하면서 표면 탄화로 인한 접합성능이 저하되는 것으로 판단된다. 또한 열풍 융착 속도가 8m/min과 같은 빠르게 시공된 구간에서도 10.5N/mm 로 낮은 접합부 인장강도를 확인하였는데, 기존 저온환경에서 접합부 인장강도가 열풍융착속도가 빨라질수록 접합부 인장강도가 감소하는 추세와 달리 20℃ 환경에서는 열풍융착 속도가 낮을수록 접합부 인장강도가 높게 나타나고, 열풍융착 속도가 높을수록 접합부 인장강도가 낮게 나타나는 결과를 확인할 수 없었다.
- 4N/mm로 가장 낮은 접합 부 인장강도를 나타나는 것으로 확인되었다. 또한 접합부 인장강도가 열풍융착 속도가 상승함에 따라 3m/min에서는 9.9N/mm, 4m/min에 서는 8.8N/mm, 5m/min에서는 7.0N/mm, 6m/min에서는 7.0N/mm, 7m/min에서는 6.7N/mm, 8m/min에서는 6.5N/mm, 9m/min에서는 6.4N/mm로 전체적으로 열풍융착 속도가 상승할수록 이와 반비례하여 접합부 인장강도가 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.
- 2N/mm 으로 가장 낮게 나타났다. 또한, -10℃, -5℃, 0℃와 같은 저온 환경에서 제작된 접합부 인장강도 시험체의 경우 열풍 융착 속도가 증가할수록 이와 반비례하여 인장강도가 저하하는 현상을 확인할 수 있었다.
- 알칼리 처리 시험체의 접합부 인장강도 시험 결과, 기온이 20℃일 경우 열풍융착 속도가 6m/min일 때 접합 인장강도가 12.4N/mm으로 가장 높게 나타났으며, 기온이 –10℃일 경우 열풍융착 속도가 8m/min일 때 6.6N/mm으로 가장 낮게 나타났다.
- 염산 처리 시험체의 접합부 인장강도 시험 결과, 기온이 20℃일 경우 열풍융착 속도가 6m/min일 때 접합 인장강도가 12.1N/mm으로 가장 높게 나타났으며, 기온이 –10℃일 경우 열풍융착 속도가 9m/min일 때 5.5N/mm으로 가장 낮게 나타났다.
- 염화나트륨 처리 시험체의 접합부 인장강도 시험 결과, 기온이 20℃일 경우 열풍융착 속도가 5m/min, 9m/min일 때 접합 인장강도가 12.7N/mm으로 가장 높게 나타났으며, 기온이 –10℃일 경우 열풍융착 속도가 8m/min일 때 6.7N/mm으로 가장 낮게 나타났다.
- 위 시험결과를 토대로, EVA 방수시트의 접합부 조성에 있어 적정 품질을 확보하는데 온도환경별 적정 열풍융착 속도의 범위가 다르다는 점을 확인할 수 있었다.
- 20℃ 기온 조건의 경우 열풍융착속도가 5~6m/min일 경우 접합부 인장강도가 가장 높게 나타나는 것을 확인한 반면에 열풍 융착 속도를 5m/min 미만의 저속도로 시공되거나 7m/min을 초과할 경우 접합부 인장강도가 감소하는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 20℃의 기온 조건에서 5m/min 미만의 저속도로 시공을 할 경우, 접합부에 가해지는 열량이 과하게 작용하면서 EVA시트 표면 탄화로 인해 접합성능이 저하되어 접합인장강도가 낮게 나타나는 것으로 판단되며, 7m/min을 초과하여 고속 시공을 할 경우 접합부 융해에 필요한 열량을 확보하지 못함에 따라 접합인장강도가 낮게 나타나는 것으로 판단된다.
- 일반적으로 모든 화학처리 조건의 시험체에서 시공환경이 저온환경 일수록 접합부 인장강도가 낮게 나타는 것을 확인할 수 있었으며, 무처리 시험체의 접합부 인장강도가 가장 높게, 염산 처리 후 시험체의 접합부 인장강도가 가장 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 전처리를 실시하지 않은 무처리 시험체의 접합부 인장강도험 결과, 접합부 인장강도가 기온이 20℃일 경우 열풍융착 속도가 5~6m/min일 때 13.6N/mm로 주어진 열풍 융착 속도 범위에서 가장 높게 나타났으며, 기온이 –10℃일 경우 열풍융착 속도가 9m/min일 때 7.2N/mm 으로 가장 낮게 나타났다.
- 질산 처리 시험체의 접합부 인장강도 시험 결과, 기온이 20℃일 경우 열풍융착 속도가 6m/min일 때 접합 인장강도가 11.8N/mm 으로 가장 높게 나타났으며, 기온이 –10℃일 경우 열풍융착 속도가 9m/min일 때 6.1N/mm으로 가장 낮게 나타났다.
- 황산 처리 시험체의 접합부 인장강도 시험 결과, 기온이 20℃일 경우 열풍융착 속도가 6m/min일 때 접합 인장강도가 12.1N/mm 으로 가장 높게 나타났으며, 기온이 –10℃일 경우 열풍융착 속도가 8m/min일 때 6.0N/mm으로 가장 낮게 나타났다.
후속연구
- 본 연구는 현장에서의 저온 환경에 따른 접합부에 대한 안정적인 품질성능 확보를 위한 기초적 자료로써 활용될 것으로 판단되지만 EVA 시트 방수재의 접합부 인장강도에 영향을 주는 요인으로 시공기온 조건과 열풍융착 속도을 변수로 시험체를 제작한 다음 전처리를 실시하여 분석하는 범위로 연구를 진행하였기 때문에 연구 결과에 다소 한계가 있으며, 일반적으로 시공 현장에서는 본 연구에 적용된 저온 조건 이외에 하절기 같은 고온과 각 지역별 저온에서의 시공 환경 조건을 고려해야 하므로 보다 다양한 기온 환경 조건에서의 추가 연구가 요구된다고 판단된다. 이에 현장에 서의 접합부에 대한 안정적인 품질성능을 위해서 향후 연구에서는 다양한 기온환경 조건에 따른 열풍융착 속도에 대한 실험 및 연구 를 통하여 EVA 방수시트의 접합부에 대한 다양한 연구 자료 확보 할 필요가 있다고 판단된다.
- 본 연구는 현장에서의 저온 환경에 따른 접합부에 대한 안정적인 품질성능 확보를 위한 기초적 자료로써 활용될 것으로 판단되지만 EVA 시트 방수재의 접합부 인장강도에 영향을 주는 요인으로 시공기온 조건과 열풍융착 속도을 변수로 시험체를 제작한 다음 전처리를 실시하여 분석하는 범위로 연구를 진행하였기 때문에 연구 결과에 다소 한계가 있으며, 일반적으로 시공 현장에서는 본 연구에 적용된 저온 조건 이외에 하절기 같은 고온과 각 지역별 저온에서의 시공 환경 조건을 고려해야 하므로 보다 다양한 기온 환경 조건에서의 추가 연구가 요구된다고 판단된다. 이에 현장에 서의 접합부에 대한 안정적인 품질성능을 위해서 향후 연구에서는 다양한 기온환경 조건에 따른 열풍융착 속도에 대한 실험 및 연구 를 통하여 EVA 방수시트의 접합부에 대한 다양한 연구 자료 확보 할 필요가 있다고 판단된다.
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