[논문]구조적 성능이 보강된 차수용 박층 멤브레인의 기초 물성평가

이철호; 김진태; 최명식; 장준희; 강태호; 최순욱

doi:10.12814/jkgss.2018.17.4.093

[국내논문] 구조적 성능이 보강된 차수용 박층 멤브레인의 기초 물성평가
Experimental Study on Enhanced Structural Properties of Sprayable Waterproofing Membrane 원문보기

한국지반신소재학회논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.17 no.4, 2018년, pp.93 - 102

이철호 (Department of Infrastructure Safety Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology) , 김진태 (SILKROAD T&D) , 최명식 (SILKROAD T&D) , 장준희 (SILKROAD T&D) , 강태호 (Department of Infrastructure Safety Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology) , 최순욱 (Department of Infrastructure Safety Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology)

초록
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차수용 박층 멤브레인은 폴리머로 구성된 재료로 기존 방수포(sheet membrane)를 대체할 수 있는 뿜어 붙이는 방식의 차수 재료이다. 시공에 있어서 뿜어 붙이는 방식을 사용하기 때문에 타설이 용이하고 상대적으로 높은 부착성능을 보인다. 차수용 박층 멤브레인의 배합은 영구 지보재로 쓰이는 TSL(Thin Spray-on Liner)와 매우 유사한 구성을 갖으나 적용 목적에 따라 차수와 지보재로 구분하고 있다. 본 연구에서는 차수용 박층 멤브레인의 차수 성능을 확보한 상태에서 구조적인 성능을 보강할 수 있도록 배합비를 조절하였다. 이를 검토하기 위해, 영구 지보재용 멤브레인 재료에 사용되는 성능 기준에 따라 시험을 수행하고 결과를 검토하였다. 시험결과 본 연구에서 고려한 차수용 박층 멤브레인의 구조적 성능은 영구 지보재로도 사용이 가능한 정도의 성능을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A sprayable waterproofing membrane which is composed of polymer-based material is relatively easy to install due to its construction method comparing with sheet-type membranes. And a sprayable waterproofing membrane has very similar material composition to the TSL which is for a permanent support. In this study, material composition of the sprayable waterproofing membrane was changed to enhance structural properties of membrane while maintaining waterproofing performance. In order to compare with a previous research for the TSL, series of tests were performed according to the performance criteria used for permanent support material (TSL) by EFNARC (2008). From the test result, the structural performance of the sprayable waterproofing membrane considered in this study showed a performance that could be used as a permanent support material.

Keyword

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Schematics of waterproofing composite structure with shotcrete (Holter, 2015)
표 Table 1. Essential properties of a sprayable waterproofing membrane (ITAtech, 2013)
표 Table 2. Mixing Conditions of powder components for a sprayable waterproofing membrane
그림 Fig. 2. Shore A hardness for the sprayable waterproofing membrane
그림 Fig. 3. Direct tensile strengths of the waterproofing membrane by curing time
표 Table 3. EFNARC (2008) criteria on TSL (Chang et al., 2016)
그림 Fig. 4. Elongation at break (%) of the waterproofing membrane by curing time
그림 Fig. 5. Direct tensile strengths of the waterproofing membrane and TSLs at different curing ages (Chang et al., 2016)
그림 Fig. 6. Elongation at break of the waterproofing membrane and TSLs at different curing ages (Chang et al., 2016)
그림 Fig. 7. Dollies detached after pull-off tests (Day 28)
그림 Fig. 8. Average bond strengths of the waterproofing membrane at different curing ages
그림 Fig. 9. Setup for TSL Linear Block Support Test (EFNARC, 2008)
그림 Fig. 10. TSL Gap Shear Load Test (EFNARC, 2008)
그림 Fig. 11. LBS test (left) and GSL test (right) of waterproofing membrane-coated specimens (7 days)
그림 Fig. 12. LBS test (left) and GSL test (right) results of waterproofing membrane-coated specimens
그림 Fig. 12. LBS test (left) and GSL test (right) results of waterproofing membrane-coated specimens (Continued)

AI 본문요약
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문제 정의

하지만, 차수용 박층 멤브레인은 TSL과 매우 유사한 구성 성분을 보이는 재료로 1차적으로 차수 성능을 확보한 이후 추가적인 성능으로 구조적 성능까지 확보한다면 함께 타설되는 숏크리트나 라이닝 재료에 구조적인 성능을 향상시킬 수 있는 것이 가능할 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구에서는 개발된 차수용 박층 멤브레인의 구조적인 성능을 향상시킨 재료를 토대로 EFNARC(2008)에서 제시하는 TSL의 성능 기준에 준하도록 시험을 수행하였다. 즉, 차수용 박층 멤브레인 재료가 차수 기능과 영구 지보재로써의 기능을 함께 가질 수 있는지 검토하는 시험을 수행한 것이며 시험결과 연구에서 제시하는 배합 조건에서 차수용 박층 멤브레인의 구조적인 성능은 TSL 기준을 웃도는 결과로 나타났다.
(4) 본 연구에서 고려하고 있는 구조적으로 성능이 보강된 차수용 박층 멤브레인은 차수 성능 뿐만 아니라 구조적인 특성을 보강하고 이를 실험을 통해 확인하고자 하였다. 멤브레인 재료가 차수용으로 쓰이는 재료이므로 1차적으로 차수 성능을 확보한 상태로 구조적 성능이 추가적으로 발현되어야 하기 때문에 차수용 박층 멤브레인의 장기적인 차수 성능 확보에 관한 연구도 향후에 수행할 예정이다.

제안 방법

ITAtech(2013)에서 제시하는 차수용 박층 멤브레인의 방수 성능 기준의 경우 EN-12390(8)(2009)을 기준으로 제시하고 있으며 28일간 멤브레인 방수층을 관통하는 침투가 없어야 한다. 본 연구에서는 기존에 차수 성능 기준을 만족하는 재료의 폴리머 비율을 같게 유지한 상태에서 강도 증진을 위한 구성 성분 비율만 변경한 상태이기 때문에 방수 성능은 확보한 상태로 판단하였다.
시험에 사용된 시편은 재령별로 3개씩 제작되어 LBS시험과 GSL시험을 각각 3회씩 수행하였다. 시험에서는 EFNARC에서 제시한 지그(jig) 형태에 멤브레인이 시편 하부에 위치하도록 하고 파괴 시까지 중앙 콘크리트 블록에 압축 하중을 기준 속도인 16mm/min의 변위제어 방식으로 재하 하였다.
본 연구에서는 차수용 박층 멤브레인의 차수 성능뿐만 아니라 구조적인 성능을 증대시키기 위해 기존 차수용 박층 멤브레인의 폴리머 비율을 확보한 상태에서 배합비를 조정하고 이를 영구 지보재 대상 성능시험 기준인 EFNARC(2008) 기준으로 시험하여 지보재 형태의 멤브레인과 결과를 비교하였다. 시험을 통해 얻은 결론을 정리하면 다음과 같다.

대상 데이터

본 연구에서 제시하는 차수용 박층 멤브레인은 분말형 1성분이다. EFNARC(2008)에서는 액상재료와 분말재료로 구성되는 2성분과 분말 성분을 타설기에 먼저 투입하여 노즐에서 물과 혼합되도록 하는 1성분 방식으로 제시하고 있다.

데이터처리

5MPa보다 높은 수준이 요구된다. 구조적 성능이 보강된 차수용 박층 멤브레인의 성능을 비교하기 위해 기존에 보고된 TSL의 성능(Chang et al., 2016)과 서로 비교하였다. 차수용 박층 멤브레인은 기본적으로 차수 성능을 확보하는 것이 필수적이며 이는 기존 시험 결과 보고를 통해 차수 성능을 확인한 바 있다(Choi et al.

이론/모형

분말 폴리머의 비율은 60%를 유지하도록 하여 기본적으로 차수 성능을 유지하도록 하였다. 본 연구에서 사용된 차수용 박층 멤브레인의 차수 성능은 ITAtech(2013)에서 제시하는 기준을 통과하도록 하였다. ITAtech(2013)이 제시하는 차수용 박층 멤브레인의 차수 성능 기준은 28일간 5bar(0.
본 연구에서는 차수용 박층 멤브레인의 구조적 성능을 검토하기 위해 TSL에 대한 성능기준과 그에 따른 시험 방법들을 제시하고 있는 EFNARC(2008)의 시방 기준에 따라 성능평가를 수행하였다(Table 3). EFNARC(2008)에서 제시하고 있는 기준은 지지력 평가, 직접인장시험 및 부착강도를 주요 성능 지표로 제시하고 있다.
EFNARC(2008)에서는 TSL의 인장강도를 측정하기 위해서 ASTM D638 또는 DIN 53504 Type S2에서 규정하고 있는 시험방법을 따르도록 규정하고 있다. 본 연구에서는 ASTM D638(2010)의 시험방법을 준용하였으며, 지지력 평가 시험방법과 동일하게 차수용 박층 멤브레인의 두께를 3mm로 적용하였다.
차수용 박층 멤브레인의 부착강도를 측정하기 위하여 영국의 시험 기준인 BS EN 1542(1999)에서 제시하고 있는 인발시험(pull-out test)을 수행하였다. 부착시험에 사용되는 콘크리트 블록시험편은 BS EN 1766(2000)에서 규정한 배합조건에 의해 제작되었으나 멤브레인 재료의 부착강도 범위를 고려하여 배합을 약간 조정하였다.

성능/효과

따라서, 본 연구에서는 개발된 차수용 박층 멤브레인의 구조적인 성능을 향상시킨 재료를 토대로 EFNARC(2008)에서 제시하는 TSL의 성능 기준에 준하도록 시험을 수행하였다. 즉, 차수용 박층 멤브레인 재료가 차수 기능과 영구 지보재로써의 기능을 함께 가질 수 있는지 검토하는 시험을 수행한 것이며 시험결과 연구에서 제시하는 배합 조건에서 차수용 박층 멤브레인의 구조적인 성능은 TSL 기준을 웃도는 결과로 나타났다.
(1) 본 연구에서 사용된 차수용 박층 멤브레인의 경우, 배합 후 48시간 이내에 쇼어경도 75를 넘어서는 값을 보였으며 멤브레인 표면에 숏크리트를 타설할 수 있는 기준인 쇼어경도 50은 약 8시간이면 도달하여 경도 발현이 기존 연구에서 보고된 재료에 비해 상대적으로 빠른 것으로 나타났다. 따라서 후속 공정으로 고려되는 숏크리트 또는 추가 타설을 할 수 있는 시간이 빠를 것으로 판단된다.
, 2016)에서 보고한 TSL과 차수용 박층 멤브레인의 인장강도와 파괴 시 신율을 나타낸다. 기존 연구에서 사용 된 TSL의 경우보다 본 연구에서 사용된 차수용 박층 멤브레인의 인장강도가 약간 높은 것으로 나타났으며 파괴 시 신율에서는 기존 상용 제품과 유사한 신율을 보이지만, Chang et al.(2016)이 보고한 차수용 박층 멤브레인에 비해 신율이 낮은 것을 알 수 있다. 이는 본 연구에서 사용된 차수용 박층 멤브레인의 구조적인 성능을 보강하기 위하여 배합비를 조절한 결과로 인장강도를 증가시킨 대신 파괴 시 신율이 줄어들어 보다 연성이 감소하는 경향이 나타난 것으로 판단된다.
(2016)이 보고한 차수용 박층 멤브레인에 비해 신율이 낮은 것을 알 수 있다. 이는 본 연구에서 사용된 차수용 박층 멤브레인의 구조적인 성능을 보강하기 위하여 배합비를 조절한 결과로 인장강도를 증가시킨 대신 파괴 시 신율이 줄어들어 보다 연성이 감소하는 경향이 나타난 것으로 판단된다. 하지만 파괴 시 신율이 대략 100% 정도이기 때문에 다른 지보재와 비교했을 때에도 본 연구에서 사용된 차수용 박층 멤브레인은 상대적으로 연성 재료라고 볼 수 있다.
5MPa을 상회하는 결과로 나타났다. EFNARC(2008)에서 영구 지보재인 TSL에 대해 규정하고 있는 재령 28일 부착강도 기준은 1MPa로 본 연구에서 제시한 차수용 박층 멤브레인은 지보재 기준보다도 높은 결과를 보였다. 기존 연구(Chang et al.
, 2016)과 비교했을 때도 약 2배가량 높은 수치로 판단되므로 구조적으로 보강된 차수용 박층 멤브레인의 부착력이 기존 연구에 비해 상당히 높아 졌음을 의미한다. 결과적으로 본 연구에서 사용된 차수용 박층 멤브레인의 경우 이를 웃도는 결과로 나타났다.
(2) 직접 인장강도 시험 결과, 재령 14일에서 가장 높은 값인 6.5MPa을 보였으나 재령 28일에서 6.07MPa로 나타나 시간이 지나면서 수렴하는 경향을 보여서 시공 후 6MPa 이상의 인장강도를 보일 것으로 판단된다. 기존 연구(Chang et al.
07MPa로 나타나 시간이 지나면서 수렴하는 경향을 보여서 시공 후 6MPa 이상의 인장강도를 보일 것으로 판단된다. 기존 연구(Chang et al., 2016)에서 보고한 TSL의 경우보다 본 연구에서 사용된 차수용 박층 멤브레인의 인장강도가 약간 높은 것으로 나타났으며 파괴 시 신율에서는 기존 상용 제품과 유사한 신율을 보이지만 Chang et al.(2016)이 보고한 차수용 박층 멤브레인에 비해 신율은 낮았다. 따라서,구조적 성능면에서 지보재용 재료로도 충분히 고려할 수 있을 것으로 판단된다.
(3) 차수용 박층 멤브레인의 부착강도는 ITAtech(2013)에서 멤브레인에 대해 제시하고 있는 재령 28일의 최소 부착강도인 0.5MPa을 상회하는 결과로 나타났다. 기존 연구(Chang et al.
, 2016)와 비교했을 때 약 2배가량 높은 수치로 나타나 구조적으로 보강된 차수용 박층 멤브레인의 부착력이 크게 증대된 것으로 나타났다. 멤브레인 재료는 강한 부착력으로 지지력을 발현하는 재료로써 본 연구에서 고려한 재료의 경우 상대적으로 높은 부착력을 보이기 때문에 구조적인 성능면에서도 기존 지보재용 재료와 동일수준 이상 성능을 발휘할 수 있을 것으로 판단된다.
시험결과, Fig. 3에서 나타난 바와 같이 본 연구에서 고려한 차수용 박층 멤브레인은 재령 7일 인장강도에서도 2MPa을 초과하여 EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 영구 지보재로서의 TSL 성능 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 재령 14일에서 가장 높은 값인 6.
12는 LBS시험과 GSL시험의 재령별 결과를 나타낸다. LBS시험에서는 재령별로 7일에서 평균 300N, 14일에서 372N, 28일에서 439N으로 재령이 증가할수록 최대 지지력이 증가하는 것으로 나타났다. LBS시험에서 변위에 따른 하중이 감소하다가 다시 증가하는 것은 중앙 콘크리트 블록과 가까운 면에서 하중을 받고 있던 부착면이 탈락되고 남아있는 부착면에서 다시 하중을 지지하는 결과로 판단된다.

후속연구

그런데, Table 1에서 나타나듯이 차수용 박층 멤브레인은 기본적으로 차수 목적의 재료로써 구조적 성능은 최소한으로만 요구되며 추가적인 강도 등은 고려되지 않는다. 하지만, 차수용 박층 멤브레인은 TSL과 매우 유사한 구성 성분을 보이는 재료로 1차적으로 차수 성능을 확보한 이후 추가적인 성능으로 구조적 성능까지 확보한다면 함께 타설되는 숏크리트나 라이닝 재료에 구조적인 성능을 향상시킬 수 있는 것이 가능할 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구에서는 개발된 차수용 박층 멤브레인의 구조적인 성능을 향상시킨 재료를 토대로 EFNARC(2008)에서 제시하는 TSL의 성능 기준에 준하도록 시험을 수행하였다.
(4) 본 연구에서 고려하고 있는 구조적으로 성능이 보강된 차수용 박층 멤브레인은 차수 성능 뿐만 아니라 구조적인 특성을 보강하고 이를 실험을 통해 확인하고자 하였다. 멤브레인 재료가 차수용으로 쓰이는 재료이므로 1차적으로 차수 성능을 확보한 상태로 구조적 성능이 추가적으로 발현되어야 하기 때문에 차수용 박층 멤브레인의 장기적인 차수 성능 확보에 관한 연구도 향후에 수행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	차수용 박층 멤브레인의 장점은 무엇인가?	현재 터널 굴착구간의 차수 및 방수 대책으로써, PVC 등의 재질로 제작된 방수 시트 멤브레인(sheet waterproofing membrane)을 일반적으로 사용하고 있으며, 시트형 방수재료의 시공 이후에 콘크리트 라이닝과 같은 구조체가 시트 멤브레인을 보호하게 된다. 차수용 박층 멤브레인은 숏크리트와 유사하게 뿜어 붙이는 방식을 사용하기 때문에 시공도중 발생하는 충격에 대한 손상 위험이 상대적으로 낮으며,충격에 의한 손상이 발생하더라도 보수가 쉬운 장점을 가진다. 또한, 차수용 박층 멤브레인은 타설되는 면에 강한 부착력을 발휘하기 때문에 숏크리트 등과 함께 사용될 경우, 방수 쉬트 멤브레인과는 다르게 Fig.
	차수용 박층 멤브레인 분말 1성분의 장단점은 무엇인가?	(2016)에 의해 보고된 바 있다. 분말 1성분은 상대적으로 2성분에 비해 저렴하다는 장점이 있으나 작업자의 숙련도에 따라 품질과 분진 발생이 좌우되는 반면, 2성분은 분진과 리바운드를 최소화할 수 있으며 응결시간이 상대적으로 빠르다는 특징이 있다.
	차수용 박층 멤브레인의 특징은 무엇인가?	차수용 박층 멤브레인은 폴리머로 구성된 재료로 기존 방수포(sheet membrane)를 대체할 수 있는 뿜어 붙이는 방식의 차수 재료이다. 시공에 있어서 뿜어 붙이는 방식을 사용하기 때문에 타설이 용이하고 상대적으로 높은 부착성능을 보인다. 차수용 박층 멤브레인의 배합은 영구 지보재로 쓰이는 TSL(Thin Spray-on Liner)와 매우 유사한 구성을 갖으나 적용 목적에 따라 차수와 지보재로 구분하고 있다.

참고문헌 (17)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

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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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