[논문]콘크리트 교면용 도막방수재로 사용되는 MMA 수지의 배합비율에 따른 경화상태 및 기본 물성에 관한 연구

안기원; 강효진; 오상근

doi:10.14190/jrcr.2019.7.3.224

콘크리트 교면용 도막방수재로 사용되는 MMA 수지의 배합비율에 따른 경화상태 및 기본 물성에 관한 연구
Hardening State and Basic Properties Changes According to the Mixture Ratio of MMA Resin Used as a Waterproofing Coating Material in Concrete Bridges 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.7 no.3, 2019년, pp.224 - 234

안기원 (서울과학기술대학교 일반대학원 의공학-바이오소재 융합협동과정 건축프로그램) , 강효진 (서울과학기술대학교 일반대학원 의공학-바이오소재 융합협동과정 건축프로그램) , 오상근 (서울과학기술대학교 공과대학 건축학부)

초록
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토목구조물의 교면은 토목구조물 상부에 방수층이 존재하고 방수층 상부에 아스콘이나 콘크리트로 포장층을 마무리하여 교면의 시공을 완성하고 있다. 그러나 아스팔트계열은 뛰어난 감온성으로 고온에서 용융되는 취약한 특성을 지녔고, 이는 아스콘 포설시 고온으로 인하여 방수재가 용융되어 두께저하로 인한 하자 발생률이 증가하게 된다. 본 연구에서는 교면에 적용되는 MMA(Methyl Methacrylate)의 경질 Type과 연질 Type에 대하여 동시 사용시 배합에 따른 경화상태를 확인하고 각각의 인장강도와 신장률이 관련 품질기준에 대한 성능 만족 여부와 적정 배합비율을 확인해 보고자 한다. 그 결과 MMA 경질 수지 또는 연질 수지를 단독으로 사용하게 될 경우 경질 수지는 인장특성을 연질 수지는 신장특성이 명확하게 나타나기 때문에 수지의 단독 사용으로는 KS F 4932의 인장성능 품질기준을 만족시키지 못하는 것으로 나타났고, 파우더 양이 총 배합량 중 56.25%를 초과하게 될 경우에는 경화 후 표면에 공극이 발생되고 셀프 레벨링이 불가능하여 불균질한 표면을 형성하는 것으로 확인되었다. 또한, 경질 수지: 연질 수지: 파우더 비율을 15g: 85g: 150g으로 설정한 시험편은 인장강도 $1.5N/mm^2$, 신장률 133%가 나타남에 따라 KS F 4932의 인장성능을 만족하는 것으로 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Waterproof layers are installed in civil engineering structures and bridge construction is commonly finished by applying a layer of regular or asphalt concrete above the waterproof layer. However, asphalt materials are susceptible to melting at high temperature due to its superior temperature sensitivity, and this causes the waterproofing material to melt due to the high temperature of the asphalt concrete, thereby increasing the defect occurrence rate due to the thickness reduction. In this study, tensile strength and elongation of hard and soft type of MMA(Methyl Methacrylate) applied to bridges were compared in accordance to standard performance criteria based on different mixture ratios. Results of comparative testing showed that hard MMA resin can display a satisfactory tensile strength, and soft MMA resin displays satisfactory elongation properties, but as the two resin types are separately used, neither types are able to satisfy the standard requirements outlined in KS F 4932. When the amount of the powder exceeds 56.25% of the total amount, voids are generated on the surface after curing and self leveling was impossible and a heterogeneous surface is formed. Furthermore, when the hard resin: soft resin: powder mixture ratio was set to 15g: 85g: 150g. the tensile strength was $1.5N/mm^2$ and the elongation percentage was 133% which satisfy the tensile performance of KS F 4932.

주제어

표/그림 (16)

표 Table 1. Used material
표 Table 2. Seeting the mixing ratio of MMA resin
표 Table 3. MMA resin tensile strength test result-1
표 Table 4. MMA resin tensile strength test result-2
표 Table 5. MMA resin tensile strength test result-3
표 Table 6. MMA resin elongation test result-1
표 Table 7. MMA resin elongation test result-2
표 Table 8. MMA resin elongation test result-3
표 Table 9. Result of MMA resin curing status check-1
표 Table 10. Result of MMA resin curing status check-2
표 Table 11. Result of MMA resin curing status check-3
표 Table 12. Result of MMA resin curing status check-4
표 Table 13. Result of MMA resin curing status check-5
표 Table 14. MMA resin tensile performance and curing state test result
그림 Fig. 1. Tensile strength testing results graph
그림 Fig. 2. Elongation testing results graph

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 경질 Type과 연 질 Type의 MMA 수지를 동시에 사용하여 배합에 따른 경화상태를 확인하고 각각의 인장강도와 신장률이 관련 품질 기준에 대한 성능 만족 여부와 적정 배합 비율을 확인해보고자 한다.
본 연구는 연질 MMA와 경질 MMA의 인장 강도와 신장률을 파악하고 이를 토대로 두 종류의 MMA를 적정히 배합하여 한국산업표준 KS F 4932- “17”『콘크리트 교면 용 도막 방수재』의 무처리인장성능(인장 강도 1.5N/商 이상, 신장률 : 100% 이상) 품질기준에 대한 만족 여부를 확인하였다. 또한 시험 편 제작 과정에서 파우더가 수지를 흡수함에 따라 발생할 수 있는 시공성이나 퍼짐성에 대하여 육안관찰을 통해 확인하였다.

제안 방법

경화상태의 확인은 아령형 시험 편 제작시 배합된 재료의 묽기, 퍼짐성(self leveling) 및 수축 정도를 확인하고, 최종적으로 시험편의 경화 후 표면에 대한 관찰로 재료 배합에 따른 시공 성능을 평가하였다.
특히 시험 진행 과정에서 눈금 사이 외에서 발생되는 파단에 의해 정확한 신장률의 측정이 이루어지지 않을 경우를 방지하기 위하여 물림간 거리를 기준으로 신장률을 측정하였다. 계산방법은 파단시 물림간 거리(3에 시험시눈금간 거리(Lo)를 백분율로 나누어 계산하였다. 신장률에 대한 계산식은 다음과 같다.
단독 수지에 대한 시험 결과와 고찰을 토대로 H와 S 수지를 동시에 배합할 경우 S 수지 중심(H수지 대비 S 수지의 비율이 큼)으로 배합된 수지를 시험하였다. 이에 따른 고찰 결과는 다음과 같다.
5N/商 이상, 신장률 : 100% 이상) 품질기준에 대한 만족 여부를 확인하였다. 또한 시험 편 제작 과정에서 파우더가 수지를 흡수함에 따라 발생할 수 있는 시공성이나 퍼짐성에 대하여 육안관찰을 통해 확인하였다. 이에 따른 시험방법은 다음과 같다.
또한 파우더의 경우 규사 등이 첨가되어 재료에 결속력과 인장력 및 재료의 중량을 보강하는 용도로 사용하였으며, MMA 수지의 경화 반응을 위하여 MMA 수지 중량 대비 2%로 고정된 경화 개 시제를 사용하여 본 연구를 진행하였다.
배합비율의 설정을 위하여 각각의 경질, 연질 MMA(Methyl Methacrylate) 수지만을 단독으로 사용하여 시험편을 제작하였고, 제작된 경질 특성의 MMA 수지와 연질 특성의 MMA 수지에 대하 여인 장강 도와 신장률을 측정하여 재료의 특성을 선확인 후 MMA 재료에 대한기준물성으로 선정하였다.
소수점 둘째 자리까지 측정할 수 있는 두께 측정기를 사용하여 각각의 시험편 두께(t)를 측정하였고, 측정된 값에 시험 편 폭(w=10 伽)을 곱하여 단면적을 산정하였다. 산정된 단면적(A)은 시험 진행 후 시험 편이 가지는 최대강도(P)어I나누어 인장 강도(T) 를 계산하였다.
시험 편의 처리는 MMA 수지를 설정된 배합비율에 따라 배합한 후 7일간 양생하고, 시험표준 상태(온도 : 20±2°C, 습도: 60±20%)에서 1시간 이상 거치한 후 진행하였다.
시험의 진행 과정에서 아령형 토의 사용에 따라 물림 간 거리는 801皿로 하여 시험편을 시험기기에 거치하고, 200伽/min의 속도로 시험이 파단될 때까지 시험을 진행하였다.
신장률은 인장 강도 시험의 진행 과정에서 사용된 각각 인장강도 시험편 결과에 따라 계산하였다. 특히 시험 진행 과정에서 눈금 사이 외에서 발생되는 파단에 의해 정확한 신장률의 측정이 이루어지지 않을 경우를 방지하기 위하여 물림간 거리를 기준으로 신장률을 측정하였다.
이후 배합 과정에서 각각의 수지량을 증가 또는 감소시켜 인장강도 및 신장률에 대한 변화량을 확인하였으며, 최종적으로 경질 MMA 수지와 연질 MMA 수지를 동시에 사용하여 배합한 시험편을 통하여 최종적인 물성 변화를 확인하였다.
인장 강도의 측정은 시료별로 총 5개로 나누어 시험을 진행하였고 그 중 최대값과 최소값을 제외한 3개의 시험 편에 대한 평균값으로 표시하였다.
결과에 따라 계산하였다. 특히 시험 진행 과정에서 눈금 사이 외에서 발생되는 파단에 의해 정확한 신장률의 측정이 이루어지지 않을 경우를 방지하기 위하여 물림간 거리를 기준으로 신장률을 측정하였다. 계산방법은 파단시 물림간 거리(3에 시험시눈금간 거리(Lo)를 백분율로 나누어 계산하였다.

대상 데이터

하지만 충격에 의한 균열 발생이 쉽다. 따라서 연질수지의 제작을 위하여 아세트산 뷰틸이나 2에틸헥실 아크릴레이트를 첨가하여 신장력이 우수한 MMA 수지를 연 질재료로 사용하였다.
시험편은 KS F 4932에 제시된 시험편을 준용하여 KS M 6518- “16”『가황 고무 물리시험 방법』의 5절에서 규정하는 아령형 시험편 1호로 제작하였다.

이론/모형

시험기기는 KS F 4932에 제시된 시험기기를 준용하여 크로스헤드의 이동 속도가 일정하고 하중 및 변위가 자동으로 기록되는 인장 시험기기를 사용하여 시험을 진행하였다.
인장 강도 시험 방법은 KS F 4932- “17”『콘크리트 교면용 도막 방수재』의 무처리 인장 성능을 응용하여 진행하였다.

성능/효과

(3) S 수지에서 파우더 양의 증가는 인장 강도를 증가시키는 요인으로 작용하지만, S 수지가 가지는 뛰어난 신장률로 인하여 충진 재 역할을 하는 파우더가 수지의 신장률 따라가지 못하고 시험의 진행 과정에서 공극으로 작용하여 파우더 양이 증가될수록 신장률은 낮아지는 것으로 사료된다.
(3)이에 총 250g의 배합량에서 파우더를 150g 이하로 낮춘 # 12, # 13, # 14 및 # 15에 대하여 시험을 진행하였으며, 적정파우더 양으로 시험 편 모두에서 공극이나 불균질한 표면이발생되지 않은 것을 확인할 수 있었다.
(4) 하지만 H 수지: S 수지: 파우더가 중량비 20: 80: 150 인 # 12 수지에서는 S 수지만을 단독으로 사용하였을 때 대비 인장강도가 약 0.3N/mf〜약 0.5N/mf까지 증가하였으나 첨가된 H 수지로 인하여 신장률은 품질기준에 약 12% 미달되는결과를 확인하였다. 이는 # 10, #11과 종합적으로 고찰해 보았을 때 수지의 혼합 사용과정에서 H 수지의 양이 S 수지의 25% 이상 될 경우 H 수지의 경질성이 신장률에 영향을 주어 품질기준에 만족하는 신장률이 발현되지 않은 것으로 사료된다.
(5) # 12, # 13, 및 # 15의 수지는 KS F 4932 인장 성능 품질기준에 만족하지 못하였으나 인장 강도가 품질 기준과 유사하게 나타남에 따라 혼합비율 개선을 통하여 한국산업표준에 준하는 품질 성능을 만족할 수 있을 것이라 판단된다.
(5) H 수지에서 155g의 파우더를 사용하였을 때 표면이 부드럽고 공극이 발생되지 않았으며, 셀프레벨링이 가능하였음을 확인하였다. 따라서 H 수지와 S 수지를 단독으로 사용하게 될 경우, 수지와 파우더의 비율은 9: 16(파우더 중량의 약 56.
(5) 따라서 H 수지의 비율은 S 수지의 25% 이하로 설정하고, 총 배합량에서 파우더의 양은 150g 이하로 설정한 # 13, # 14 및 # 15 수지를 실험한 결과 인장 강도는 품질기준 대 비약 0.1N/mi〜약 0.2N/mf 미달되거나 품질기질 기준과 동일한 결과가 나타났으며, 신장률도 품질 기준 대비 약 33%〜 111% 증가되는 결과를 확인하였다. 특히 # 14의 경우, 인장강도와 신장률에 대한 품질 기준을 모두 만족하므로 방수재로써의 기본 물성을 확보할 수 있었다.
H 수지만 적용하여 배합한 시료# 1, # 3, # 4 및 # 5의 경우, 재료의 경질성능으로 인하여 KS F 4932인장강도 품질기준 (1.5N/商 이상) 대비 약 540%〜약 693% 증가된 인장강도를 확인할 수 있었다. 하지만 뛰어난 경질성능으로 인하여 KS F 4932 신장률 품질기준(100% 이상) 대비 약 4%〜약 쯔压 나타나 경질성의 재료가 가지는 강한 탄성력이 나타나는 것이 확인되었다.
S 수지만 적용한 # 2, # 6, # 7, # 8 및 # 9의 경우, 재료의 연질성능으로 인하여 KS F 4932 신장률 품질기준 대비 약 122%〜 약 388% 증가된 신장률을 확인할 수 있었다. 이와 반대로 인장강도는 KS F 4932인장강도 품질기준 대비 약 60%〜약 73%의 인장강도가 나타나 연질성의 재료가 가지는 약한 탄성력으로 재료가 하중에 저항하지 못하기 때문에 품질 기준보다 낮은 인장 강도가 나타나는 것으로 확인되었다.
⑴ # 10과 # 11은 파우더 양을 총 250g 중 175g으로 고정하고 H: S 수지 비율을 각각 35g: 40g, 20g: 55g으로 설정하여 시험을 진행한 결고F, H: S 수지 비율을 각각 35g: 40g 인 # 10에서는 품질기준 준하여 합격하는 인장 강도가 나타났으나, 신장률이 품질기준 대비하여 현저히 떨어지는 결과가 확인되었고, H: S 비율이 20g: 55g인 # 11에서는 S의 수지 비율이 증가되었음에도 오히려 신장률이 감소되는 결과가 확인되었다. 이러한 결과는 파우더와 수지의 비율에 의해 나타난 결과로 유추되며, 특히 본 # 10, # 11에서는 파우더의 양이 175g임을 감안할 때, H 수지 대비 S 수지의 비율이 증가되어도 파우더 양이상기의 MMA 단독 수지 결과와 같이 170g을 초과하였기 때문에 MMA 수지 : 파우더의 비율이 적정하지 않아 시공성이 저하되며, 경화 후 공극과 함께 불균질하고 거친 표면이 나타난 것으로 사료된다.
⑵ 단독 수지를 시험 편에서의 시험 결과와 동일하게 파우더 양이 150g 이상으로 총배합량에서 많은 비율을 차지할 경우 나타난 시험 편의 공극과 표면 상태는 수지를 혼합한 # 10, # 11에서도 동일하게 재현되었으며, 두 결과를 종합해 보면 수지의 혼합과 상관없이 파우더 양 56.25%를 초과할 경우 경화 상태는 부적격하여도 막방수재로써 의 사용이 불가능할 것이라 사료된다.
# 14와 같이 경질수지: 연질수지: 파우더 비율을 15g: 85g: 150g으로 설정한 시험편은 인장강도 1.5N/商, 신장률 133% 가 나타남에 따라 KS F 4932의 인장 성능을 만족하는 것으로 확인되었다.
⑷ 단독 수지의 표면 관찰에서 총배합량 250g 중 파우더의 양이 160g 이상일 경우, 경화된 재료에서 공극은 발생되 지 않으나 시공성(Self leveling)이 저하되어 표면이 거칠고 불균질한 현상이 나타났다. 또한 총배합량 250g 중 파우더의 양이 170g 이상일 경우, 파우더가 모든 수지를 흡수한 것처럼 시험편에 공극이 두드러지게 나타나는 것을 확인하였다.
따라서 H 수지와 S 수지를 단독으로 사용하게 될 경우, 수지와 파우더의 비율은 9: 16(파우더 중량의 약 56.25%)을 초과하여 사용하는 것이 MMA 수지 표면에 대한 안정적인 형성이 가능할 것이며, 시공성이 향상될 것이라사료된다.
현상이 나타났다. 또한 총배합량 250g 중 파우더의 양이 170g 이상일 경우, 파우더가 모든 수지를 흡수한 것처럼 시험편에 공극이 두드러지게 나타나는 것을 확인하였다.
388% 증가된 신장률을 확인할 수 있었다. 이와 반대로 인장강도는 KS F 4932인장강도 품질기준 대비 약 60%〜약 73%의 인장강도가 나타나 연질성의 재료가 가지는 약한 탄성력으로 재료가 하중에 저항하지 못하기 때문에 품질 기준보다 낮은 인장 강도가 나타나는 것으로 확인되었다.
5N/商 이상) 대비 약 540%〜약 693% 증가된 인장강도를 확인할 수 있었다. 하지만 뛰어난 경질성능으로 인하여 KS F 4932 신장률 품질기준(100% 이상) 대비 약 4%〜약 쯔压 나타나 경질성의 재료가 가지는 강한 탄성력이 나타나는 것이 확인되었다.

후속연구

사료된다. 또한 향후 Mock-up Test 등을 통해 육안관찰의 결과가 아닌 실제 시공성을 비교해본다면 본 연구에 대한 기초적자료로써의 활용이 더 커질 것이라 판단된다.
본 연구는 경질수지와 연질수지를 혼합하여 사용한 MMA 수지에 대하여 인장 강도, 신장률 및 표면의 경화상태를 확인한 기초적 연구로써 향후 품질기준 전 항목에 대한 추가적인 실험을 진행하여 교면용 도 막방수재로써의 사용 여부를 확인할 필요가 있을 것으로 사료된다. 또한 향후 Mock-up Test 등을 통해 육안관찰의 결과가 아닌 실제 시공성을 비교해본다면 본 연구에 대한 기초적자료로써의 활용이 더 커질 것이라 판단된다.

참고문헌 (8)

An, K.W., Kim, M.J., Kim, S.Y., Oh, S.K. (2018). "Property and tensile strength change based of mixture ratio of MMA resin used for bridge waterproofing," Conference of the Korea Concrete Institute, 30(2), 573-574.
Cho, C.H. (2017). A Case Study on the Application of Waterproofing Structure Using Methyl Methacrylate(MMA) Resin, Master's Thesis, Seoul National University of Science and Technology.
Kim, M.J, An, K.W., Kim, S.Y., Oh, S.K. (2018). "A test of shear adhesion performance composite waterproof sheet applied to the waterproofing layer of bridge deck," Conference of the Korea Concrete Institute, 30(2), 581-582.
Kim, Y.K. (2006). Performance of waterproofing system of concrete bridge deck, Magazine of the Korea Concrete Institute, 18(2), 10-13.
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Park, H.M., Choi, J.Y., Kim, S.W. (2006). Characteristics of waterproofing system on concrete bridge deck, Magazine of the Korea Concrete Institute, 18(3), 20-25.
Park, S.B. (2009). The Investigation and Efficiency Evaluation of Waterproofing System for Concrete Bridge Deck, Master's Thesis, Woosong University.
Seo, J.U. (2007). A Study on MMA for Waterproof and Repair of Bridge Deck Pavements, Master's Thesis, Sejong University.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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