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문제 정의
- 본 연구에서는 국내에서 토목섬유 유효구멍크기 평가에 가장 많이 사용하고 있는 건식방법(KSK 0754)과 최근에 도입된 습식방법 (KSK ISO 12956)을 중심으로 유효구멍크기 시험을 수행하여 그 결과를 비교 분석하고, 각 시험방법들의 장단점에 대한 분석을 수행하였다.
가설 설정
- ① 필터효과는 항상 물의 흐름과 함께 발생하는데, 건식방법은 이 효과를 고려하지 못함.
제안 방법
- ④ 토목섬유 시험편 위에 남아 있는 흙시료와 함께 토목섬유 시험편을 회수하고 건조시켜 중량을 측정한 후 토목섬유 시험편의 건조중량을 감하여 잔류 흙시료의 중량을 계산한다.
- 및 토목섬유 시험편을 뒤집어 떨어진 유리구슬을 합하여 잔류중량을 측정한다. 또한, 토목 섬유 시험편을 통과한 유리구슬의 중량과 토목섬유 시험편 내에 묻혀 있는 유리구슬의 중량을 각각즉정 한다.
- 토목섬유 A는 흙분포1에 해당하는 흙 시료만을 이용하는 대신에 KSK ISO 12956과 KSF 2126 두 가지 시험을 모두 수행하였다. 반면에 토목섬유 B와 토목섬유 C의 경우 흙분포1 시료를 No.l, No.2, No.3의 토목 섬유에 적용하였으며, 흙분포2 시료를 No.4, No.5, No.6 토목섬유에 적용하여 KSK ISO 12956 시험만을 수행하였다. 그림 에 나타낸 가로 실선은 습식방법으로 나타낸 토목섬 유의。90 결 정 선을 나타낸 것이 다.
- 이 중 토목 섬유의 구멍 막힘 현상을 간접적으로 평가할 수 있는 방법으로 건식 및 습식방법을 사용하고 있다. 본 연구에서는 국내에서 사용하고 있는 유효구멍크기 평가 방법들의 특징을 분석하고 각 시험방법에 의한 결과를 비교 분석하였다.
- 그림 6은 시험에 사용한 흙의 입도분포를 나타낸 것으로 그림에서 검은 사선은 KSK ISO 12956에서 제시하고 있는 습식 시험에 사용해야 할 흙의 입도분포 범위를 나타낸 것이다. 본 연구에서는 습식법에 사용하는 흙의 입도분포에 따른 토목섬유의 유효구멍크기 변화 정도를 분석하기 위하여 KSK ISO 12956에서 제시하고 있는 입도분포를 만족하는 경우 (흙분포1)와 제시범위를 약간 벗어나는 입도 (흙분포2)로 시험을 수행하였다.
- 토목섬유 C에 대해서는 각각 6회 시험을 수행하였다. 습식시험은 우선 두 종류의 입도 분포를 갖는 흙을 이용하여 시험을 수행하였다. 그림 6은 시험에 사용한 흙의 입도분포를 나타낸 것으로 그림에서 검은 사선은 KSK ISO 12956에서 제시하고 있는 습식 시험에 사용해야 할 흙의 입도분포 범위를 나타낸 것이다.
- 습식시험의 경우에는 최근 개정된 KSK ISO 12956방법으로 토목섬유 A에 대해서는 5회, 토목섬유 B 와 토목섬유 C에 대해서는 각각 6회 시험을 수행하였다. 습식시험은 우선 두 종류의 입도 분포를 갖는 흙을 이용하여 시험을 수행하였다.
- 실험 장치의 작동이 완료되면 수조 내의 물을 빼내고, 토목섬유 시험편을 통과한 흙시료를 수집하여 노건조 시킨 후 입도분석을 수행한다. 입도분포곡선을 도시하여 95% 통과백분율에 해당하는 입경크기를 토목 섬유의 유효구멍크기로 결정한다.
- 토목섬유 시험편을 통과한 유리구슬의 통과백분율은 (통과된 유리구슬의 양XI。。)/(전체 유리구슬의 양)이다. 유효 구멍크기를 보다 효율적으로 구하기 위하여 입경크기-통과백분율 곡선을 도시하고, 5% 통과백분율에 해당하는 입경크기를 유효 구멍 크기로 결정한다.
- 토목섬유 A는 흙분포1에 해당하는 흙 시료만을 이용하는 대신에 KSK ISO 12956과 KSF 2126 두 가지 시험을 모두 수행하였다. 반면에 토목섬유 B와 토목섬유 C의 경우 흙분포1 시료를 No.
- 현재 국내에서 사용되고 있는 토목섬유의 유효구멍크기 시험방법을 평가하기 위해 국내에서 행해지고 있는 각 방법으로 토목섬유의 유효구멍크기 시험을 수행하여 시험 결과와 시험 방법을 평가하였다. 그 결과 건식방법은 시험이 간편한 반면에 시험 오차가 많이 발생할 수 있는 유효구멍크기시험 방법으로 판단되며, 습식방법은 시험오차는 상대적으로 작게 발생하지만 시험방법이 매우 까다로운 것을 알 수 있었다.
대상 데이터
- 이때 사용하는 토목섬유시료의 최소 지름은 130mm이며, 진동 장치의 진동수는 50~60Hz, 진폭은 L5mm(전체 진동폭은 3mm)의 것을 사용하였다. 물 분사장치의 노즐은 약 300kPa의 압력에서 0.5I/min 정도의 물 분사가 가능한 것을 사용했으며, 시험에 사용한 흙 시료는 3冬CuW20, d2o冬09oWd8o의 조건을 만족하도록 제조하였다. 주요 시험방법 및 시험과정은 다음과 같다.
- 시험에 사용하였다. 시험에 사용한 필터는 100% 폴리프로필렌(P.P.)으로 구성되어 있으며, 평균 비중은 0.91, 녹는점은 약 165℃ 그리고 섬유의 평균 굵기는 40~50pm 정도이다. 표 3은 시험에 사용한 토목섬유 필터의 기본적인 물성을 나타낸 것이다.
- 유효구멍크기 시험방법을 평가하기 위해 플라스틱배수재 (PDB)에서 필터로 사용하는 열융합부직포 3 종을 시험에 사용하였다. 시험에 사용한 필터는 100% 폴리프로필렌(P.
- 유효구멍크기를 결정하는 방법이다. 이때 사용하는 토목섬유시료의 최소 지름은 130mm이며, 진동 장치의 진동수는 50~60Hz, 진폭은 L5mm(전체 진동폭은 3mm)의 것을 사용하였다. 물 분사장치의 노즐은 약 300kPa의 압력에서 0.
이론/모형
-
1) 건식시험
건식방법으로는 KSK 0754방법으로 시험을 수행하였으며, 각 시료에 대해 각각 10회씩 유효 구멍 크기를 측정하였다
. 그림 5는 각 대상시료에 대한 건식시험 결과를 나타낸 것이다.
성능/효과
- 그 결과 건식방법은 시험이 간편한 반면에 시험 오차가 많이 발생할 수 있는 유효구멍크기시험 방법으로 판단되며, 습식방법은 시험오차는 상대적으로 작게 발생하지만 시험방법이 매우 까다로운 것을 알 수 있었다. 또한 본 연구에서 사용한 열융합부직포의 경우 건식방법으로 구한 유효구멍크기가 습식방법으로 구한 유효구멍크기에 비해 22-45% 큰 것으로 나타났다.
- 그림 에 나타낸 가로 실선은 습식방법으로 나타낸 토목섬 유의。90 결 정 선을 나타낸 것이 다. 그림 7(a)에서 나타난 것과 같이 토목섬유 A에 대해 KSK ISO 12956과 KSF 2126 방법을 적용한 결과, 두 시험 결과 모두 건식방법의 유효구멍크기보다 작은 값이 산정되었으며, KSF 2126 방법은 KSK ISO 12956 방법을 적용한 경우보다도 더 작은 유효구멍크기가 산정되었다. 토목섬유 B와 토목섬유 C 의 경우 두 종류의 다른 흙분포를 이용하여 시험을 수행해도 시험의 결과의 차이가 그리 크지 않은 것으로 나타났다.
- 근본적으로 세립분이 필터에 막히는 구멍막힘 현상은 시간에 따라 발생하는 현상이지만, 본 연구에서 언급한 KSK 0754 방법과 KSK ISO12956 방법은 모두 횡방향의 진동을 주어 토목섬유의 유효 구멍 크기를 평가하기 때문에 토목섬유의 필터의 메카니즘을 근본적으로 평가할 수 있는 시험방법이 아니므로 유효 구멍 크기는 토목섬유필터의 구멍막힘 현상을 간접적으로 평가하는 방법이라고 할 수 있다.
- 따라서 현재에는 매우 단단한 모래질 흙을 갈아서 시험에 사용할 세립토를 만들어 사용하고 있는데, 이 작업을 대부분 인력으로 하고있는 실정이다. 두 번째로 KSK ISO 12956방법은 시험기준이나 시험방법이 매우 까다롭게 작성되어 있다. 예를 들면 잔여물과 통과한 과립형 시험재료의 중량의 합이 초기 중량에 비해 1%이상 차이가 나면 해당 시험은 유효하지 않으며 재시험하도록 하고 있는데, 시험에 사용하는 흙 시료의 총 중량이 160g~220g으로, 물로 씻어내는 과정이 있어 시험 전과 후의 전체 흙 중량의 오차가 1.
- 그 결과 건식방법은 시험이 간편한 반면에 시험 오차가 많이 발생할 수 있는 유효구멍크기시험 방법으로 판단되며, 습식방법은 시험오차는 상대적으로 작게 발생하지만 시험방법이 매우 까다로운 것을 알 수 있었다. 또한 본 연구에서 사용한 열융합부직포의 경우 건식방법으로 구한 유효구멍크기가 습식방법으로 구한 유효구멍크기에 비해 22-45% 큰 것으로 나타났다. 근본적으로 두 시험방법은 동적인 시험상태에서 시험을 수행하기 때문에 실제 토목섬유의 구멍막힘 현상을 직접적으로 평가하기보다는 간접적으로 평가하는 방법이라고 할 수 있다.
- 위의 결과에서 나타낸 것과 같이 현재 사용하고 있는 건식방법은 습식방법에 비해 상대적으로 시험 오차가 큰 것으로 나타났다. 이는 앞서 Korener (2005)가 언급한 것과 같이 건식방법이 여러가지 단점이 있기 때문이다.
- 표 1에서 보면 시험 방법에 따라 그리고 시험 대상 시료의 종류에 따라 유효 구멍 크기가 모두 다르게 나타나는 것을 알 수 있다. 이 결과에서 보면 습식 방법인 FIH와 AFNOR 방법은 전체적으로 건식방법보다 작은 유효구멍크기가 산정되며, 두 시험의 결과는 비슷한 양상을 나타내는데 건식방법인 Delft방법은 습식방법인 AFNOR방법에 비해 33-49% 큰 것으로 나타났으며, 또 다른 건식방법인 ASTM방법은 습식방법에 비해 41-60% 더 크게 나타났다.
- 그림 5에서 나타난 것과 같이 토목섬유 日를제외하고, 토목섬유 A와 토목섬유 C에 대한 건식시험 결과 유리구슬 통과율 편차가 심하게 나타나는 현상을 발견할 수 있었다. 특히, 상대적으로 입경이 큰 유리구슬보다 상대적으로 입경이 작은 유리구슬을 사용하는 경우, 동일 토목섬유에 대한 유리구슬의 통과율 편차가 심한 것으로 나타났다. 이와 같은 현상은 앞서 Koerner (2005)가 지적한 건식법의 문제점들에 의해 나타나는 현상이라고 할 수 있는데 특히, 본 연구에서와 같이 두께가 거의 비슷한 토목섬유의 경우에는 유리구슬이 토목섬유의 더 큰 간극 쪽으로 더 많이 통과하는 현상이 우세했을 것으로 판단할 수 있다.
- 또한 간극의 크기와 모양도 다양한 형태로 나타나고 있으며, 위치에 따라 큰 간극이 발견되었다. 현미경으로 각 시료의 임의 위치에서 발견된 최대 구멍크기를 각각 1。회씩 측정한 결과 토목섬유 A의 최대구멍크기 평균값은 109um, 토목섬유 B의 최대구멍크기 평균값은 95pm, 그리고 토목섬유 C의 최대구멍크기 평균값은 82叩1로 나타났다.
후속연구
- 근본적으로 두 시험방법은 동적인 시험상태에서 시험을 수행하기 때문에 실제 토목섬유의 구멍막힘 현상을 직접적으로 평가하기보다는 간접적으로 평가하는 방법이라고 할 수 있다. 토목섬유의 구멍막힘 현상을 직접적으로 평가하기 위해서는 ASTM D 5101등과 같은 구멍막힘을 직접 평가할 수 있는 방법을 사용하여야 할 것으로 판단된다.
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