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문제 정의
- 이러한 상황에서 국내 시방서 및 전문시방서, 매뉴얼 등에서 누유하자 관리기준이 전무한 상황이며, 제조사의 경우에도 이를 방지할 수 있는 뚜렷한 대안을 마련하지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구는 아스팔트 매스틱 복합방수공법의 안전한 적용을 위한 기초적 연구로서 누유 원인 규명을 목적으로 하였다.
- 본 연구는 아스팔트 매스틱 복합방수공법 적용 후 발생하는 누유 하자의 원인을 근본적으로 파악하는 것에 목적을 두었으며, 또한 향후 현장에서의 누유 발생 방지를 위한 대책 마련을 위한 데이터베이스를 구축하는 것에 목적을 두었다. 연구 결과는 다음과 같다.
- 현대의 방수공사는 시트계(아스팔트계, 합성고분자계, 금속계 등) 혹은 도막계(우레탄계, 고무 아스팔트계, 아크릴계 등)의 단일 재료로 구성된 단일방수공법이 주를 이루어 왔으나, 2000년대 이후에는 이 두 가지 재료를 적층 복합한 방수공법이 개발되어 사용되고 있다[1]. 이러한 방수공법의 출현은 기술의 다양화 이외에도 그 동안 시트 혹은 도막의 단일방수공법에서 나타난 각각의 문제를 보완하여 보다 안정적 품질을 유지할 수 있는 방수층 형성이 가능하도록 하는 것이 목적이다[2]. 복합방수공법은 “시트 방수재와 도막 방수재를 서로 적층하는 형태(시트+도막)의 방수층”이다.
가설 설정
- 상기 연구 내용을 바탕으로 아스팔트 매스틱 복합방수공법의 누유 현상은 각 기준 성분 간 재료분리에 의한 원인으로 발생했을 가능성이 크다는 가정 하에 추가 검증을 진행하였다.
제안 방법
- 분석 방법은 표준상태(온도 2급 20±2℃, 습도 2급 65±2%)에서 정상시료와 누유시료를 각각 샬레에 담은 후 표면상태의 차이점을 관찰한다.
- 누유의 원인 분석을 위해 아스팔트 매스틱 복합방수공법이 적용된 실제 현장을 방문하여, 누유 현상이 나타난 공동주택의 지하주차장 상부 슬래브에서 Figure 3과 같이 누유샘플을 채취하였다. 현장에서 채취한 샘플(누유 시료)과 이와 동일한 제품(정상 시료)을 대상으로 표면 상태를 비교분석 하였다. 분석 방법은 표준상태(온도 2급 20±2℃, 습도 2급 65±2%)에서 정상시료와 누유시료를 각각 샬레에 담은 후 표면상태의 차이점을 관찰한다.
- 시험 과정은 원통형 Foil tube(D: 25.4mm, H:139.7mm)에 아스팔트 매스틱을 채운 후, Plastic cylinder 내부에 삽입하고 Cap으로 밀봉하고, 가열항온기 내부 온도 50±5℃ 조건에서 일(Day) 단위로 정치, 최대 28일 간 정치한다.
- 또한, 온도 조건의 경우, 한국의 기후 조건 중 가장 더운 시점의 방수층 표면 온도가 약 56℃로 예측한 기존 연구 결과를 인용하여 50±5℃ 환경에서 정치하는 것으로 하였다. 또한 정확한 재료분리 발생 시점을 파악하기 위하여 시료를 각 샘플별 28개씩 제작하였으며, 일(Day) 단위로 시료를 채취하였다.
- Sample A, B, C가 적용된 현장들 중에서 실제로 누유 하자가 발생한 9개 현장을 대상으로 누유 샘플을 채취하여 상기의 2.3의 분석 결과와 비교하여 동일한 재료분리 발생 여부를 확인하기 위하여 추가적으로 Filler 함량 시험을 진행하였으며, 그 결과는 다음 Table 9 및 Figure 8과 같다.
대상 데이터
- 결과적으로 반복적인 누유 하자 증가로 이에 대한 품질 개선의 필요성이 지속적으로 제기되었다. 본 연구에서는 2014년부터 2016년까지 3년간 아스팔트 매스틱 복합방수공법이 적용된 현장을 대상으로 누유 발생 현황을 파악하였다. 아스팔트 매스틱의 누유 현황은 다음 Table 1, Figure 2와 같다
- 누유의 원인 분석을 위해 아스팔트 매스틱 복합방수공법이 적용된 실제 현장을 방문하여, 누유 현상이 나타난 공동주택의 지하주차장 상부 슬래브에서 Figure 3과 같이 누유샘플을 채취하였다. 현장에서 채취한 샘플(누유 시료)과 이와 동일한 제품(정상 시료)을 대상으로 표면 상태를 비교분석 하였다.
- 아스팔트 매스틱의 재료분리 가능성을 검토하기 위하여 현재 국내에서 대표적으로 사용되고 있는 3개 제조사의 제품을 대상으로 재료분리 평가를 진행하였으며, 각 재료의 특성은 다음 Table 4와 같다.
- 7mm)에 아스팔트 매스틱을 채운 후, Plastic cylinder 내부에 삽입하고 Cap으로 밀봉하고, 가열항온기 내부 온도 50±5℃ 조건에서 일(Day) 단위로 정치, 최대 28일 간 정치한다. 시료채취는 일(Day) 단위로 정치 후 Plastic cylinder에서 Foil tube를 꺼내고, 삼등분 한 후 최상부 시료와 최하부 시료를 채취한다. 채취한 시료의 최상부 시료와 최하부 시료에서 각각 약 2g의 시료를 채취한 후 무게를 측정하고, 105±5 ℃의 건조기에서 24시간 건조시킨 후, 다시 900∼1,000℃의 전기로에서 항량이 될 때까지 연소시키고 데시케이터 속에서 상온까지 냉각시킨다.
이론/모형
- 시험방법은 다음 Table 5와 같다. 재료분리 시험을 위한 시료의 전 처리는 Table 5의 ① ASTM D 5892의 방법을 준용하고, Filler 함량 시험방법은 ② 방법으로 수행하였다.
성능/효과
- 매년 아스팔트 매스틱 복합방수공법 적용이 증가하면서 누유 하자도 증가하고 있었다. 결과적으로 반복적인 누유 하자 증가로 이에 대한 품질 개선의 필요성이 지속적으로 제기되었다. 본 연구에서는 2014년부터 2016년까지 3년간 아스팔트 매스틱 복합방수공법이 적용된 현장을 대상으로 누유 발생 현황을 파악하였다.
- 상기 통계자료에 따르면 최근 2014년부터 적용 현장이 증가(‘14년 40건, ‘15년 45건, ‘16년 42건)함과 동시에 누유현상도 증가하는 추세(‘14년 25건, ‘15년 32건, ‘16년 42건)로 확인되었다. 각 연도별 누유 비율을 보면, 통계가 시작된 2014년부터 아스팔트 매스틱 복합방수공법이 적용된 현장의 62.5% 즉, 절반이 넘는 현장에서 이미 누유현상이 발생했던 것으로 확인되어 공법 자체의 불안정을 확인할 수 있다. 또한, 적용이 점차적으로 증가함과 동시에 적용 현장 대비 누유현상 발생 건수 비율이 2016년 기준 최대 76.
- 표면상태 관찰 결과 Table 2와 같이 정상시료에서는 아스팔트 매스틱 내부에서 사용되는 Filler와 같은 고형물이 분포되어 있는 형상이 확인되었으나, 누유시료에서는 정상시료와 다르게 Filler와 같은 고형물이 없는 매끈한 상태를 확인할 수 있었다(Table 2). 즉, 정상시료와 누유시료의 표면 상태는 육안으로 관찰하여도 명확히 다르다는 것을 확인할 수 있었다.
- 표면상태 관찰 결과 Table 2와 같이 정상시료에서는 아스팔트 매스틱 내부에서 사용되는 Filler와 같은 고형물이 분포되어 있는 형상이 확인되었으나, 누유시료에서는 정상시료와 다르게 Filler와 같은 고형물이 없는 매끈한 상태를 확인할 수 있었다(Table 2). 즉, 정상시료와 누유시료의 표면 상태는 육안으로 관찰하여도 명확히 다르다는 것을 확인할 수 있었다.
- 또한, 온도 조건의 경우, 한국의 기후 조건 중 가장 더운 시점의 방수층 표면 온도가 약 56℃로 예측한 기존 연구 결과를 인용하여 50±5℃ 환경에서 정치하는 것으로 하였다.
- 이와 같은 아스팔트 매스틱의 구성 및 배합 특성을 바탕으로 상기의 누유시료와 정상시료의 표면 상태를 비교해 보면 정상시료에서는 탄산칼슘, 천연 광물질 등과 같은 무기계 첨가물(Filler)이 고르게 혼입되어, 표면의 거친 특성을 유지하고 있는 반면, 누유시료에서는 이와 반대로 Liquid type의 구성물의 액상 혼합 특성인 매끈한 형상이 확인됨에 따라, 무기계 첨가물(Filler)의 분산 특성을 확인할 수 없었다. 즉, 동일한 아스팔트 매스틱을 비교 하였음에도 불구하고 정상 시료와 누유시료 간 기준 성분에 있어 변화가 나타났음을 확인할 수 있었다(Table 2).
- 정치 일수 10일 이전까지는 Filler 함량이 약 5∼7% 내외로 유지되었으나, 10일 이후부터 상·하부 시료의 Filler 함량의 차가 크게 증가하는 양상을 확인할 수 있으며, 최대 약 22.9%까지 Filler 함량차가 발생하는 것을 확인하였다.
- 이러한 양상을 Figure 6에 표현하였다. 정치 일수 10일 이전까지는 Filler 함량이 약 5% 내외로 유지되었으나, 10일 이후부터 상・하부 시료의 Filler 함량차가 크게 증가하는 양상을 확인할 수 있으며, 최대 약 24.0%까지 Filler 함량 차가 발생하는 것을 확인하였다. 상부시료와 하부시료의 정치기간 1일부터 28일까지의 Filler 함량의 평균값은 각각 16.
- 상기 Sample A, B, C에 대한 저장안정성 시험결과를 종합해보면, 모든 제품이 정치 9∼10일까지는 상・하부 시료의 Filler 함량의 차가 5∼7% 내외로 나타났으나, 정치 10일 이후부터는 시간의 경과에 따라 10∼24% 내외로 커지는 양상을 나타나 재료분리가 급격히 진행되는 것을 확인할 수 있었다.
- 즉 Sample A와 B는 정치일수가 23일이 되는 시점에서 상・하부 시료의 Filler 함량차가 각각 약 22%와 약 23% 수준에서 유지되었고, Sample C의 경우는 정치일수 18일 이후부터 상・하부 시료의 Filler 함량차가 20∼21% 수준에서 유지되는 것으로 확인되었다.
- 최종적으로 3개의 Sample 모두에서 정치일수 28일시점에서는 하부시료 대비 상부시료의 Filler 함량 감소율이 37.3∼44.6%까지 나타나는 것을 확인하였다.
- 상부시료와 하부시료의 정치기간 1일부터 28일까지의 Filler 함량의 평균값은 각각 18.5%와 30.2%로 하부시료 대비 상부시료의 Filler함량 감소율은 평균 약 38.7%로 확인되었다.
- 0%까지 Filler 함량 차가 발생하는 것을 확인하였다. 상부시료와 하부시료의 정치기간 1일부터 28일까지의 Filler 함량의 평균값은 각각 16.5%와 29.8%로 하부시료 대비 상부 시료의 Filler 함량감소율은 평균 약 44.6%로 확인되었다.
- Table 8은 정치 후 1일부터 28일까지 함량변화를 표시한 것이다. 정치 1일부터 28일까지 상부시료의 Filler 함량은 감소하여 약 17.2%로 감소하였고, 하부시료의 Filler 힘량은 증가하여 약 38.5%로 나타났다. 28일까지 상하부 시료의 최종 Filler 함량차는 21.
- 이러한 양상을 Figure 7에 표현하였다. 정치 일수 9일 이전까지는 Filler 함량이 약 6% 내외로 유지되었으나, 10일 이후부터 상・하부 시료의 Filler 함량의 차가 증가하는 양상을 확인할 수 있으며, 최대 약 21.9%까지 Filler 함량의 차가 발생하는 것을 확인하였다. 상부시료와 하부시료의 정치기간 1일부터 28일까지의 Filler 함량의 평균값은 각각 21.
- 9%까지 Filler 함량의 차가 발생하는 것을 확인하였다. 상부시료와 하부시료의 정치기간 1일부터 28일까지의 Filler 함량의 평균값은 각각 21.15%와 34.9%로 하부시료 대비 상부시료의 Filler 함량감소율은 평균 약 37.3%로 확인되었다.
- 1) 현장에서 많이 사용되고 있는 3개의 아스팔트 매스틱을 선정하여 50±5℃의 항온챔버에서 28시간 재료분리 정도를 실험한 결과, 상층부와 하층부의 회분차이가 21.3∼23.8%로 상당히 큰 것으로 확인되었다.
- 2) 아스팔트 매스틱의 재료분리는 도포 직후부터 시작되며, 재료분리 시작 후 약 18∼23일이 경과하면 상・하부 Filler 함량이 일정하게 유지되어 더 이상의 분리가 발생하지 않는 것으로 나타났다.
- 3) 현장에서 실제 누유된 시료에 대한 Filler 함량 변화를 측정한 결과에서도 선행 실험에서 나타난 재료분리 발생이 유사한 형태로 관찰되었다.
- 4) Filler 함량 변화를 근거로 한 아스팔트 매스틱의 누유 발생의 주요 원인은 구성 소재간의 비중 차에 의한 재료분리로 판단하였다.
- Table 9 및 Figure 8의 누유 현장 시료 채취에 대한 Filler 함량을 확인해보면, 우선 정상시료의 경우 A, B, C 제품의 평균 Filler 함량이 24.7%로 확인되었으나, 9개 현장에서 채취한 누유시료의 평균 Filler 함량은 12.1%로 나타나, 12.6%의 Filler 함량차가 확인되었으며, 이는 정상시료 대비 현장 채취 시료가 51% Filler 함량 감소를 나타낸 수치로 앞서 수행한 저장 안정성 평가에서 도출한 Filler 함량의 감소 현상과 유사한 양상을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
후속연구
- 이 공법은 앞서 언급한대로 여러 장점을 갖지만, 공법을 적용한 시공 현장에서 특히, 기온이 높아지는 여름철을 중심으로 구조물 누수와 함께 아스팔트 매스틱의 흑색 성분(액)이 흘러나와(이하, “누유 현상(漏油現象)”이라고 함) 실내를 오염시키고, 방수 성분의 누출로 인한 방수층의 단면 손실로 방수층의 기능을 상실하는 문제도 동시에 나타나고 있어, 이 공법에 대한 재료적, 구조적 안정성을 검토해야 할 실정이다.
- 본 연구에서 제시한 아스팔트 매스틱의 누유 원인은 재료 자체의 안정성 측면에 문제로 확인되었으며, 이를 근거로 재료 개선을 위한 추가 연구가 진행될 예정이다. 또한 누유 원인 파악을 정량적으로 증명함에 따라 이를 활용한 누유 안정성 평가 방법을 고안 중에 있다.
- 또한 누유 원인 파악을 정량적으로 증명함에 따라 이를 활용한 누유 안정성 평가 방법을 고안 중에 있다. 본 연구는 누유 원인만을 파악한 기초적 연구로서 아스팔트 매스틱이 실제 현장에서 적용될 시 작용할 수 있는 환경인자는 고려하지 않았으며, 향후 추가적인 연구를 통해 누유 발생에 미치는 요인에 대한 구체적으로 실험할 필요가 있을 것으로 사료된다.
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