지하 콘크리트 구조물에 적용되는 합성고무계 및 시멘트계 주입형 보수재료의 화학 저항성능평가 Evaluation of Chemical Resistance Performance of Synthetic Rubber and Cement Based Injection Repair Materials Used in Underground Concrete Structures원문보기
본 연구에서는 지하 콘크리트 구조물의 누수 균열에 사용되는 주입형 누수보수재료의 품질관리 방안으로 규격화된 국제표준 ISO TS 16774, Part 2 Test method for chemical resistance를 이용하여 현재 우리나라 누수보수현장에서 사용하고 있는 주입형 누수보수재료 2계열(합성고무계, 시멘트계), 3종류 씩, 총 9 종류의 보수재료에 대한 지하 콘크리트 구조물이 처한 화학적 환경의 저항 안정성을 연구 검토하였다. 그 결과, 합성고무계는 RG-3를 제외하고, 산에 대한 저항력을 높일 수 있는 재료적 검토가 필요하고, 시멘트계는 수산화나트륨, 염화나트륨에 대한 저항을 높일 수 있는 재료적 검토의 필요성이 확인되었다. 이러한 결과는 콘크리트 구조물의 화학적 환경에서의 보수재료 선정 시 기본 지표로 사용가능 할 것으로 판단된다. 또한, 추후에 연구 개발 되는 보수재료의 품질 향상에 반영할 수 있는 기준 자료의 활용을 기대할 수 있다.
본 연구에서는 지하 콘크리트 구조물의 누수 균열에 사용되는 주입형 누수보수재료의 품질관리 방안으로 규격화된 국제표준 ISO TS 16774, Part 2 Test method for chemical resistance를 이용하여 현재 우리나라 누수보수현장에서 사용하고 있는 주입형 누수보수재료 2계열(합성고무계, 시멘트계), 3종류 씩, 총 9 종류의 보수재료에 대한 지하 콘크리트 구조물이 처한 화학적 환경의 저항 안정성을 연구 검토하였다. 그 결과, 합성고무계는 RG-3를 제외하고, 산에 대한 저항력을 높일 수 있는 재료적 검토가 필요하고, 시멘트계는 수산화나트륨, 염화나트륨에 대한 저항을 높일 수 있는 재료적 검토의 필요성이 확인되었다. 이러한 결과는 콘크리트 구조물의 화학적 환경에서의 보수재료 선정 시 기본 지표로 사용가능 할 것으로 판단된다. 또한, 추후에 연구 개발 되는 보수재료의 품질 향상에 반영할 수 있는 기준 자료의 활용을 기대할 수 있다.
In this study, by using the international standards ISO TS 16774, Part 2 Test method for chemical resistance as a quality control method of injection type repair material used for leakage crack of underground concrete structure, the performance requirement against of chemical environment of undergro...
In this study, by using the international standards ISO TS 16774, Part 2 Test method for chemical resistance as a quality control method of injection type repair material used for leakage crack of underground concrete structure, the performance requirement against of chemical environment of underground concrete structures for repair materials was tested. For this testing 3 types for each of the 2 classes of repair materials(synthetic rubber, cement), with a total of 9 types repair materials, were selected and examined. As a result, the test results showed that the smallest performance deterioration by the change in the mass was with the synthetic rubber(RG) type as opposed to the cement type system, showing that the synthetic rubber type had the strongest relative resistance to chemical exposure. Furthermore, it is necessary to investigate the material with high resistance to chemical substances and to examine the material which can increase resistance to sodium hydroxide and sodium chloride in cement system. These results can be used as a basic index for the selection of repair materials with the strongest resistance to chemical environment found in concrete structures. In addition, it is expected that the test results derived in this study can be used as reference data that can be reflected in the quality improvement of the maintenance material to be developed later.
In this study, by using the international standards ISO TS 16774, Part 2 Test method for chemical resistance as a quality control method of injection type repair material used for leakage crack of underground concrete structure, the performance requirement against of chemical environment of underground concrete structures for repair materials was tested. For this testing 3 types for each of the 2 classes of repair materials(synthetic rubber, cement), with a total of 9 types repair materials, were selected and examined. As a result, the test results showed that the smallest performance deterioration by the change in the mass was with the synthetic rubber(RG) type as opposed to the cement type system, showing that the synthetic rubber type had the strongest relative resistance to chemical exposure. Furthermore, it is necessary to investigate the material with high resistance to chemical substances and to examine the material which can increase resistance to sodium hydroxide and sodium chloride in cement system. These results can be used as a basic index for the selection of repair materials with the strongest resistance to chemical environment found in concrete structures. In addition, it is expected that the test results derived in this study can be used as reference data that can be reflected in the quality improvement of the maintenance material to be developed later.
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문제 정의
본 연구는 국제표준 ISO TS 16774, Part 2, Test method for chemical resistance 시험 규격을 이용하여 현재 우리나라 지하 콘크리트 구조물에 사용되는 합성고무계, 시멘트계 주입형 누수보수재료에 대한 화학 저항 성능을 평가하였다.
이는 재료 자체 물성에만 의존하여 사용하고 있는 기존 보수재료의 화학 안정화의 실태 파악과 추후 신규로 개발되는 보수재료의 화학적 안정화 향상을 위한 기초 자료로 활용하기 위함이다.
이에 본 연구에서는 반복적인 재 누수의 원인을 지하 콘크리트 구조물이 처한 화학적 누수 균열 환경을 반영하지 못한 채 사용되고 있는 보수재료의 품질로 보고, ISO TS 16774, Test methods for repair materials for water-leakage cracks in underground concrete structures, Part 2 Test method for chemical resistance의 국제표준 시험방법을 이용하여 현재 우리나라 보수공사 현장에서 사용되고 있는 합성고무계와 시멘트계 보수재료를 대상으로 성능 평가를 실시하였다.
제안 방법
보수재료의 화학저항력을 검증하기 위한 시험 수용액은 Table 2와 같이 ISO TS 16774 Part 2에서 규정하고 있는 총 5종류(염산, 질산, 황산, 수산화나트륨, 염화나트륨)의 시험 수용액을 배합하여 평가 하였다.
제작 완료된 시험편과 시험 수용액을 다음의 시험 방법에 따라 평가하고, 시험실 온도는 평균(20±3)°C, 습도(65±5)%를 유지하여 평가 한다.
대상 데이터
시험편은 Photo 1과 같이 ø65 mm×10 mm 동일 크기의 유리 샤알레에 보수재료를 완전히 채운 것으로 1 Type 당 총3개씩 각각 제작하여 시험 평가 하였다.
합성고무계, 시멘트계의 각 3종류 씩 총 6종류를 대상으로 하였으며, 각 재료의 구분은 합성고무계-RG, 시멘트계-CG로 표기하였다. 각각 사용된 3종류의 표기는 1,2,3으로 표기하였다(예 합성고무계 RG-1, RG-2, RG-3).
성능/효과
시멘트계 보수재료는 CG-1은 3개의 계열 중 가장 적은 질량 변화율이 나타났으며, 황산, 수산화나트륨, 염화나트륨에서 질량변화율이 가장 크게 나타났다. CG-2는 3개 계열 중 가장 큰 폭의 질량 변화율이 나타났고, CG-1과 동일하게 황산, 수산화나트륨, 염화나트륨에서 가장 큰 질량 변화율이 측정되었다. CG-3는 염화나트륨에서 가장 큰 질량변화율이 나타났다.
즉, RG-1 보수재료는 염산에 대한 저항을 높일 수 있는 재료적 보완이 필요 할 것으로 판단된다. RG-2 재료는 3개 계열 중 가장 큰 질량변화율이 나타났고, 그 중 염화나트륨, 수산화나트륨을 제외 한 염산, 질산, 황산 성분에 가장 큰 질량 변화율이 나타났다. 즉, RG-2 보수재료는 산(염산, 질산, 황산)에 대한 대응이 고려되어야 한다.
계열별평균 질량변화율을 보면, CG-1 계열의 질산에서 최저 질량변화율 2.49%가 나타났고, 최고 질량변화율은 CG-3의 염화나트륨에서 20.19%로 확인되었다.
계열별평균 질량변화율을 보면, RG-3 계열의 황산에서 최저 질량변화율 0.02%가 나타났고, 동일한 황산 계열의 RG-2에서 17.93%로 최고 질량변화율이 확인되었다.
시멘트계(CG) 보수재료는 5가지 시험 수용액에서 합성고무계(RG)와 동일하게 질량이 증가하였다. 다만, 증가된 질량변화율이 시멘트계가(CG)가 합성고무계(RG) 보다 큰 폭으로 증가된 것으로 나타났다. 이에 대한 시험 결과는 다음과 같다.
따라서 수산화나트륨의 질량 변화율구간은 약 0.02%∼0.60%로 확인되었다.
따라서 염산의 질량 변화율 구간은 약 0.04%∼1.55%로 확인되었다.
따라서 염화나트륨의 질량 변화율 구간은 약 0.02%∼0.36%으로 나타났다.
따라서 질산의 질량 변화율 구간은 약 0.03%∼3.91%로 확인되었다.
따라서 황산의 질량 변화율구간은 약 0.03%∼18.75%로 확인되었다.
본 시험에서 2계열, 3종류의 총 45개 시험편을 평가한 결과, RG-3-➁의 1개 시험편을 제외하고 전체 44개 시험편 모두에서 질량이 증가하였고, 1개의 시험편에서만 질량이 감소하였다. 그러나, 본 시험에서는 질량의 증감자체가 보수재료의 화학 안정성을 판별하는 기준이 아니다.
수산화나트륨(NaOH)에서 질량의 최저 변화율RG-1-➂ 시험편이 약 0.02%이며, 질량의 최고 변화율은 RG-3-➂ 시험편이 약 0.60%로 나타났다. 따라서 수산화나트륨의 질량 변화율구간은 약 0.
수산화나트륨(NaOH)은 CG-1-➁ 시험편에서 최저 약 4.50%, CG-2-➁ 시험편에서 최고 약 12.55%로 확인되었다. 수산화나트륨의 질량변화율구간은 약 4.
수산화나트륨의 질량변화율구간은 약 4.50%∼12.55%로 확인되었다.
수산화나트륨의 질량변화율구간은 약 5.93%∼30.47%로 확인되었다.
47%로 확인되었다. 시멘트계 보수재료 중 질량변화율이 가장 크게 나타났다.
시멘트계 보수재료는 CG-1은 3개의 계열 중 가장 적은 질량 변화율이 나타났으며, 황산, 수산화나트륨, 염화나트륨에서 질량변화율이 가장 크게 나타났다. CG-2는 3개 계열 중 가장 큰 폭의 질량 변화율이 나타났고, CG-1과 동일하게 황산, 수산화나트륨, 염화나트륨에서 가장 큰 질량 변화율이 측정되었다.
시험 수용액별로 보면, 지량변화율구간이 가장 작은 것은 질산(NHO3)에서 약 2.36%∼8.41%로 확인되었고, 가장 큰 것은 염화나트륨(NaCl)에서 5.93%∼30.47%로 나타났다.
시험 수용액별로 보면, 질량변화율구간이 가장 적은 것은 염화나트륨(NaCl)으로 약 0.02%∼0.36%로 확인되었고, 가장 큰 것은 황산(H2SO4)으로 약 0.03%∼18.75%로 확인되었다.
염산(HCl) 수용액은 RG-3-➂ 시험편이 최저 질량 변화율 약 0.04%로 나타났고, 최고 질량변화율은 RG-2-➂ 시험편이 약 1.55%로 나타났다. 따라서 염산의 질량 변화율 구간은 약 0.
염산(HCl)은 CG-1-➁ 시험편에서 최저 약 2.98%, CG-2-➂ 시험편에서 최고 약 10.12%로 확인되었다. 염산에 대한 질량변화율구간은 약 2.
염화나트륨(NaCl)에서 질량의 최저 변화율은 RG-2-② 시험편이 약 0.02%이며, 최고 질량변화율은 RG-3-➂ 시험편이 약 0.36%로 나타났다. 따라서 염화나트륨의 질량 변화율 구간은 약 0.
염화나트륨(NaCl)은 CG-1-➂ 시험편에서 최저 약 5.93%, CG-3-➁ 시험편에서 최고 약 30.47%로 확인되었다. 수산화나트륨의 질량변화율구간은 약 5.
이러한 측면에서 시험 결과를 종합하면, 각 계열별 재료의 시험 수용액에 대한 저항 특성 측면에서 고찰하면, 합성고무계 보수재료 RG-1은 염화나트륨에서 가장 적은 증감이 나타났고, 염산에서 가장 큰 질량변화율이 나타났다. 즉, RG-1 보수재료는 염산에 대한 저항을 높일 수 있는 재료적 보완이 필요 할 것으로 판단된다.
질산(NHO3) 수용액은 RG-1-➀ 시험편이 최저 질량변화율 약 0.03%으로 확인되었고, 최고 질량변화율은 RG-2-➀ 시험편이 약 3.91%로 나타났다. 따라서 질산의 질량 변화율 구간은 약 0.
질산(NHO3)은 CG-1-➁ 시험편에서 최저 약 2.36%가 나타났고, CG-2-➂ 시험편에서 최고 8.41%로 확인되었다. 질산의 질량변화율구간은 약 2.
질산의 질량변화율구간은 약 2.36%∼8.41%로 확인되었다.
합성고무계, 시멘트계 주입형 누수보수재료의 화학 저항 성능 시험 평가 결과, 2계열 중 RG-3-➁ 1개 시험편을 제외하고 전체 44개 시험편 모두에서 질량이 증가한 것으로 확인되었다. 각 시험 수용액별성능평가 결과는 다음과 같다.
황산(H2SO4)은 CG-1-➁ 시험편에서 최저 약 5.33%, CG-2-➂ 시험편에서 최고 약 11.84%로 확인되었다. 황산의 질량변화율구간은 약 5.
황산(H2SO4)은 RG-3-➁ 시험편이 최저 질량 변화율 약 0.03%로 나타났고, 최고 변화율은 RG-1-➂ 시험편이 약 18.75%로 확인되었다. 따라서 황산의 질량 변화율구간은 약 0.
황산의 질량변화율구간은 약 5.33%∼11.84%로 확인되었다.
후속연구
단, 이러한 결과는 화학저항성 시험방법을 이용한 건축 공학적 측면의 성능평가에 의한 것으로 좀더 명확한 연구를 위해 계열별 구성 재료의 화학 공학 연구가 추가적으로 병행되어야 할 것으로 판단된다. 또한, 각 계열별 화학적 반응 포인트가 시험 수용액에 의한 것인지, 단순수용액에 반응한 것인지에 대한 추가 검토가 필요 할 것으로 판단된다.
단, 이러한 결과는 화학저항성 시험방법을 이용한 건축 공학적 측면의 성능평가에 의한 것으로 좀더 명확한 연구를 위해 계열별 구성 재료의 화학 공학 연구가 추가적으로 병행되어야 할 것으로 판단된다. 또한, 각 계열별 화학적 반응 포인트가 시험 수용액에 의한 것인지, 단순수용액에 반응한 것인지에 대한 추가 검토가 필요 할 것으로 판단된다.
75%로 확인되었다. 본 시험 결과를 토대로 고찰하면, 합성고무계 보수재료에 있어서 황산에 대한 저항성을 높일 수 있는 검토가 필요할 것으로 판단된다.
본 시험 결과를 토대로 시멘트계 보수재료에 있어서 염화나트륨에 대한 저항성을 높일 수 있는 검토가 필요할 것으로 판단된다.
아울러 본 연구에서 검토하고 있는 합성고무계, 시멘트계 보수재료 외에 아크릴계, 에폭시계, 우레탄계 등 다양한 보수재료의 건축 공학 측면의 화학 저항 성능 평가 및 재료 공학 측면의 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
이러한 시험 결과는 동일 계열에서도 구성된 재료의 특성에 따라 최저, 최고 질량변화율이 나타날수 있음을 의미하는 것으로 좀 더 명확한 결과 도출을 위해 재료 공학 측면의 추가 연구가 필요 할 것으로 판단된다.
이러한 시험 결과는 시험 수용액과 동일한 결과로 시멘트계 보수재료에 있어서 염화나트륨에 대한 저항성을 높일 수 있는 검토가 필요할 것으로 판단된다.
이를 종합하면 합성고무계는 RG-3를 제외하고, 산에 대한 저항을 높일 수 있는 재료적 검토가 필요하고, 시멘트계는 수산화나트륨, 염화나트륨에 대한 저항을 높일 수 있는 재료적 검토를 통한 개선방안이 요구된다.
이러한 측면에서 시험 결과를 종합하면, 각 계열별 재료의 시험 수용액에 대한 저항 특성 측면에서 고찰하면, 합성고무계 보수재료 RG-1은 염화나트륨에서 가장 적은 증감이 나타났고, 염산에서 가장 큰 질량변화율이 나타났다. 즉, RG-1 보수재료는 염산에 대한 저항을 높일 수 있는 재료적 보완이 필요 할 것으로 판단된다. RG-2 재료는 3개 계열 중 가장 큰 질량변화율이 나타났고, 그 중 염화나트륨, 수산화나트륨을 제외 한 염산, 질산, 황산 성분에 가장 큰 질량 변화율이 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지하 콘크리트 구조물에 지하수와 토양은 어떠한 영향을 미치는가?
그 중 지하 콘크리트 구조물에 직접적인 영향을 주는 자연 환경 중 지하수, 토양 등이 있다. 지하수와 토양은 외부로부터 전해져 지하로 유입되는 다양한 오염수가 포함되어 있기 때문에 콘크리트 구조물의 내구성을 저하 시키는 화학적 환경의 원인으로 작용된다.
지하수와 토양이 콘크리트 구조물에 미치는 영향이 매우 큰 이유는 무엇인가?
지하수와 토양은 지하 콘크리트 구조물과 가장 근접해 있기 때문에 직접적인 열화 요인으로 작용된다. 지하수와 토양은 지표수에 비해 이동이 매우 느리기 때문에 일단 오염되면 지표수와 달리 빠른 시간 내에 희석되거나, 분해되지 않아 지하로 유입된 오염수의 경우 콘크리트 구조물에 미치는 영향이 매우 크다.
본 논문에서 합성고무계, 시멘트계 누수보수재료에 대한 화학적 환경의 저항 안정성을 검토한 결과는 무엇인가?
본 연구에서는 지하 콘크리트 구조물의 누수 균열에 사용되는 주입형 누수보수재료의 품질관리 방안으로 규격화된 국제표준 ISO TS 16774, Part 2 Test method for chemical resistance를 이용하여 현재 우리나라 누수보수현장에서 사용하고 있는 주입형 누수보수재료 2계열(합성고무계, 시멘트계), 3종류 씩, 총 9 종류의 보수재료에 대한 지하 콘크리트 구조물이 처한 화학적 환경의 저항 안정성을 연구 검토하였다. 그 결과, 합성고무계는 RG-3를 제외하고, 산에 대한 저항력을 높일 수 있는 재료적 검토가 필요하고, 시멘트계는 수산화나트륨, 염화나트륨에 대한 저항을 높일 수 있는 재료적 검토의 필요성이 확인되었다. 이러한 결과는 콘크리트 구조물의 화학적 환경에서의 보수재료 선정 시 기본 지표로 사용가능 할 것으로 판단된다.
참고문헌 (10)
Water-Leakage Maintenance Technology and Case of Architecture as Structure, Korea Infrastructure Safety & Technology Corporation, Ohsang. S-K, Lee. J-Y, Part, G-B, Ohsnag. J-S.
Underground Water Quality Management Division Trend, Department of Environment, (2012).
Improvement plan for the installation of facilities to prevent groundwater pollution, National Institute of Andong University Jeong Gyu Chul, 2012 1st Half Water Technology Conference, (2012).
ISO TR 16475 (2011), Guidelines for the repair of water-leakage cracks in concrete structures, International Organization for Standardization, 2nd Ed., Switzerland.
Kim, S. Y., Oh, S. K., and Kim, B. l. (2016). Artificial - Crack - Behavior Test Evaluation of the Water-Leakage Repair Materials Used for the Repair of Water-Leakage Cracks in Concrete Structure, MDPI AG Appl. Sci. 2016, 6, 253; doi:10.3390/app6090253,Switzerland.
KS F 4935 (2008), Sealer of injection type for water leakage maintenance of adhesive flexible rubber asphalt series, Korean agency for technology and standards [In Korea].
ISO TS 16774, Part 2, Test method for chemical resistance.
ACI Committee. Field Guide to Concrete Repair Application Procedures, Structural Crack Repair by Epoxy Injection; ACI Committee E706, ACI RAP Bulletin 1:Michigan, USA Cigy of Publication, Contry, 02.2010.
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