pISSN 1598-2033 eISSN 2233-5706
J. Korea Inst. Build. Constr. Vol. 19, No. 1 : 019-029 / Feb, 2019
https://doi.org/10.5345/JKIBC.2019.19.1.019 www.jkibc.org
콘크리트 구조물에 사용되는 개량아스팔트 시트와
아스팔트 매스틱을 복합화한 방수공법의 누유안정성 평가방법 개발
Development of Oil Leakage Stability Evaluation for Composite Aterproofing Methods using Asphalt Mastic and Modified Asphalt Sheet in Concrete Structure
박 진 상
11) 김 동 범
1박 완 구
2김 병 일
2오 상 근
2*Park, Jin-Sang
1Kim, Dong-Bum
1Park, Wan-Goo
2Kim, Byoung-Il
2Oh, Sang-Keun
2*Ph.D. Course, Program of Architecture of Convergence Institute of Biomedical Engineering and Bio-materials of Graduate School, Seoul National University of Science and Technology, 232 Gongneung-ro, Nowon-gu, Seoul,
01811, Korea
1Professor, Department of Architectural Engineering, Seoul National University of Science and Technology, 232 Gongneung-ro, Nowon-gu, Seoul, 01811, Korea
2Abstract
In this study, a revised oil leakage evaluation method for assessing oil leakage stability of asphalt mastics used in upper slabs of below-grade residential parking lots was developed and presented. In order to verify the reliability and reproducibility of leakage results, the parameters the revised evaluation was carried out for three products with actual leakage history, and it was confirmed the leaks could be reproduced whereas the existing methods could not. To quantitatively verify the reproducibility, the filler content of the leaked samples was derived and the maximum filler content was 64% lower than that of the normal sample. The same results was found with the samples from the actual leakage site, thus verifying the reliability of the revised evaluation method.
Keywords : asphalt mastic, composite waterproofing, reproducibility of leakage phenomenon, revised evaluation method
1. 서 론
1.1 연구의 목적
본 연구의 대상인 아스팔트 매스틱 복합방수공법은 비경 화형 아스팔트 매스틱 도막재를 콘크리트 바탕에 도포하고 그 상부에 개량 아스팔트 시트를 적층하는 공법으로 최근 공동주택의 지하주차장 등 구조물 수평부에 활발히 적용되 고 있으며, 경제적 측면의 우수성과 시공이 간편한 장점으로 적용이 빠르게 확대되고 있는 추세이다[1,2]. 그러나 시공
Received : September 25, 2018 Revision received : December 20, 2018 Accepted : December 31, 2018
* Corresponding author : Oh, Sang-Keun
[Tel: 82-2-977-6697, E-mail: [email protected]]
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후 아스팔트 매스틱 도막재의 구성물 중 일부 기름성분이 균열부를 통해 유출되는 누유하자가 빈번히 발생하여 안정 성 측면의 개선 필요성이 재고되고 있는 실정이다[3]. 누유 하자는 현재 국내에서 제조되고 있는 아스팔트 매스틱의 거 의 전부에서 산발적으로 발생하고 있다 하더라도 과언이 아 니나, 이에 대한 연구가 전무함에 따라 근본적인 원인조차 규명되지 않았던 것이 현실이다.
한편, 누유하자의 심각성이 일반화되었을 때 이를 방지하 기 위한 다양한 대안들 즉, 시방기준이나 누유안정성 평가방 법 등이 등장하게 되는데, 이러한 대안들은 근본적으로 누유 원인의 규명이 부재한 상황에서 도출된 대안임에 따라 신뢰성 및 효용성이 일정 수준에 도달하지 못하고 기준화되지 못한 채 시장에서의 논란의 여지만 남긴 사례도 찾아볼 수 있다[4].
이에 아스팔트 매스틱 복합방수공법의 문제를 근본적으로
해결 가능하고, 적정 수준의 신뢰성을 확보할 수 있는 대안 을 마련하기 위한 장기적 연구를 계획하였으며, 1단계로써 누유의 원인을 명확하게 규명하고, 2단계로, 1단계에서 규 명한 누유 원인을 근거로 누유 안정성 평가방법을 개발, 마 지막 3단계서는 누유 안정성 확보를 위한 제품 개선 연구로 나누어 순차적으로 진행 중에 있다.
본 연구는 상기에서 언급한 단계 중 2단계 연구로 최초 1단계 연구에서 규명한 누유 원인을 근거로 한 누유 안정성 평가방법 개발을 목적으로 진행한 연구이다.
1.2 연구의 방법 및 범위
본 연구에서는 선행연구에서 도출된 누유 원인에 대하여 고찰하고, 누유하자를 방지하기 위한 기존 대안들에 대한 (시방기준 및 시험방법) 문제점을 분석하여 이를 개선하기 위한 새로운 누유 안정성 평가방법을 개발하기 위한 방안을 모색하였다. 누유 안정성 평가방법은 누유 원인을 근거로 한 모델링에 준하여 개발하게 되며, 개발된 평가방법의 신뢰 성은 실제 누유현상의 재연 가능성 여부를 통해 검증하는 방법으로 연구를 진행하였다. 개발된 평가방법의 신뢰성 검 토는 유성 타입의 도막재로 한정하여 진행하였으며, 본 연구 를 통해 개발된 평가방법의 적용 범위는 비경화형 아스팔트 매스틱 도막재로 한정한다.
2. 선행연구의 고찰
2.1 누유 원인 분석 결과
Park et al.[3]이 선행 연구에서 수행한 누유 원인 분석 결과를 요약하면, 결론적으로 누유의 원인은 아스팔트 매스 틱을 구성하는 구성물 간 비중 차에 의한 재료분리에서 기인 한 것으로 확인되었다. 재료분리의 요소는 구성물 중 비교적 비중이 높은 무기계 첨가물(이하, 회분(Filler))라 한다.)로 회분류에 속하는 재료이다. 회분(Filler)은 아스팔트 매스틱 도막재 도포 후 시간 경과에 따라 도막 내에서 서서히 유기계 첨가물과 분리되어 하부로 가라앉아, 바탕면에 흡착되게 되 며, 비교적 비중이 낮은 오일 및 용제 성분을 포함한 유기계 첨가물 등이 상부에 잔류하게 된다. 이후 바탕면에 균열이 발생하게 되면 균열을 통해 상부에 잔류하고 있는 성분이 유출되는 것이다. 이러한 누유현상의 근본적인 원인이 되는 재료분리의 발생은 평가를 통해 증명되었는데, 선행연구에 서 실시한 3개 제품에 대한 재료분리 평가 후 회분(Filler)함
량 측정 결과를 보면, Table 1과 같이 재료분리 시험 실시 후 28일 경과 시점에서 상부 시료 대비 하부 시료의 회분 (Filler)함량이 크게 증가한 것으로 확인되었으며, 반면 상부 시료의 회분(Filler)함량은 크게 감소한 것으로 확인되었다.
또한 상기 재료분리 평가에 사용된 Sample A, B, C가 적용된 실제 현장들 중 누유가 발생한 9개 현장을 대상으로 유출된 누유 샘플을 채취하여 회분(Filler)함량을 측정한 결 과, 재료분리 평가에서 확인한 결과와 동일한 양상 즉, 회분 (Filler)함량이 현저히 감소한 것을 확인하였다.
Division Pre-treatment Day
Filler content(%)
difference Upper Part Lower Part
Sample A 28
12.9 35.2 22.3
Sample B 11.9 35.7 23.8
Sample C 17.2 38.5 21.3
Table 1. Material segregation test results of sample A, B, C (change in filler content)
(a) step 1 Asphalt mastic construction cross-section
(b) step 2 Material segregation and cracks in structures due to the difference in specific gravity among the constituent materials of asphalt mastic after construction
(c) step 3
Enlargement of cracks in structures or behaviors of joints
(d) step 4 Oil leakages in the upper part of the asphalt mastic
Figure 1. Oil leakage mechanism prediction modeling
2.2 누유 발생 메커니즘 예측 모델
누유 원인 분석 결과를 적용하여 Park et al.[3]이 선행 연구에서 제시한 재료분리에 따른 누유 발생 메커니즘 예측 모델을 발췌하여 다음 Figure 1로 제시하였다.
누유의 발생은 총 4단계로 나누어 볼 수 있으며, 시공이 완료된 첫 번째 단계(a)에서 시일경과에 따라 아스팔트 매스 틱 도막재의 구성물 간 비중 차이로 재료분리가 발생하고 (b), 재료분리 후 균열이 발생하게 되면(c), 균열을 통해 비 중이 낮은 유기계 구성물은 흘러나오게 되며, 비중이 높은 무기계 구성물은 바탕면에 흡착되어 비교적 적게 유실되게 된다(d).
3. 기존 누유하자 방지 대안의 한계
3.1 품질기준 설정의 한계
아스팔트 매스틱 도막재의 성능 및 품질기준은 현재까지 한국산업표준(이하, KS표준이라 한다.)상에 정함이 없으며, 2012년 7월에 한국토지주택공사(이하, LH공사라 한다.)의 전문시방서상 성능기준이 제정되고 운용되어 왔으나, 2016 년 5월 개정 후 이듬해인 2017년 1월 지속적인 누유문제로 공법을 삭제함에 따라 현재에는 기준이 전무한 상황이다.
상기 시방서 상의 아스팔트 매스틱 도막재의 성능기준은 최 초의 기준으로써 의미가 있으나, 선행연구에서 도출한 누유 원인을 바탕으로 Table 2의 성능기준 제·개정 과정을 살펴 보면 성능기준 설정에 한계를 찾을 수 있다[4].
Item Unit Quality standards
Before revision After revision
1. Solid content % >70.0 >85.0
2. Ash content % >15.0, <30.0 <15.0
3. Flow Resistance mm Flow length <3.0 Flow length <2.0 4. Alkali Resistance - No deformation No deformation 5. Heat Resistance (60℃) - No deformation No deformation 6. Low Temp.
Flexibility(-15℃) - No deformation No deformation
7. Moisture Content % - <1.0%
8. Adhesion N/㎟ - >0.7
9. Storage Stability % - Solidity difference
within 5%
Table 2. LH construction issued specification for performance standard of asphalt mastic (before and after revision)
Figure 2. Oil leakage status by year
개정 전·후 품질기준을 보면 고형분 함량을 증가시키고, 회분 함량을 감소시킨 것을 확인할 수 있으며, 저장안정성능 기준이 추가되어 상·하부 시료의 고형분 차에 제한을 둔 것을 확인할 수 있다. 이러한 고형분 중심의 개정은 이전까 지 누유의 원인을 규명한 연구가 전무했던 것이 원인으로 판단되며, 최근 본 논문의 선행연구로 진행한 연구에서 누유 원인 발생의 주원인은 고형분 함량이 아닌 유기계 구성물과 무기계 구성물 즉, 회분류와의 재료 간 응집력이 결정적인 요인으로 확인되었다.
따라서 단순히 고형분을 증가시켜 제조 시 제품이 함유한 용제의 비중을 억제함으로써 누유 방지를 유도하는 것은 기 준 설정 상의 한계로 판단되며, 이는 Figure 2에 나타난 바와 같이 성능기준이 개정된 2016년에 누유 하자가 증가 추세에 있는 것으로 반증할 수 있을 것으로 사료된다[5].
뿐만 아니라, 고형분 증가에 따른 실험적 연구 및 재료적 측면의 파급효과에 대한 검토가 이루어지지 않은 상태에서 성능기준의 상향조정으로 아스팔트 매스틱 제조 시장에서 혼란을 야기 시키게 되었다.
3.2 기존 누유안정성 평가방법의 신뢰성 한계
현재 국내에는 공식적으로 표준화된 누유 안정성 평가 방 법이 존재하지 않으나, 누유하자의 심각성이 인지된 이후 아스팔트 매스틱 제품의 누유 안정성 확보 여부를 사전에 평가할 수 있는 평가 방법을 개발하려는 다양한 시도가 있었 다. 그 중 인위적으로 균열 폭의 조절이 가능한 인공균열 조성 후 누유 안정성을 검토하는 방법이 가장 진보된 평가방 법이라 할 수 있으며, 실험체 제작 및 평가 방법은 아래 Table 3과 같다.
Figure 3. Oil substance leakage through crack
Step Specimen Assembly Photos Content
1
Using an acrylic base plate (300×300×6㎜) designed to be able to adjust the crack width at the center, vertical plates (T: 6.0㎜, H: 60㎜) form a mold, and the minimum crack width is set to 0.1
㎜ (crack width subject to change in accordance to testing objectives)
2 Base formation through mortar
casting
3
Primer applied evenly at 0.3 ㎏/㎡
and dried for 6 hours Application of asphalt mastic with method in accordance to specification
4
BlindImmediately after asphalt mastic application, modified asphalt sheet is installed
5
BlindAfter sheet installation, two layers
of PE film are placed on the specimen (for sealing purposes)
6
30 mm thick mortar layer (1:3 w/c content) cast and cured for 72 hours (for creating enclosed condition)
7
After curing, 100 kg of weight placed on the specimen and subjected to continuous pressure load for 24 hours. Vibration load was applied for 10 minutes (total of 120,000 times) using a vibrator set to 12,000 rpm. Specimen observed and checked for subsequent oil leakage
Table 3. Existing oil leakage stability evaluation method
상기에 나타낸 기존 누유안정성 평가방법은 선형 균열을 인위적으로 조성하여 아스팔트 매스틱 복합방수공법을 시공 한 후 하중 및 진동을 가하는 방식으로 진행된다. 이때 균열
폭은 탄력적으로 조정이 가능하며, 재하 되는 하중은 현장에 서 누름 콘크리트 및 토사 등의 무게를 고려하여 100㎏으로 정하고 있다. 또한 평가환경의 경우, 온도조건을 20℃로 한 정하고 있는데 이는 당 공법이 비노출공법으로 적용되며, 특 히 가장 많이 적용되는 지하주차장 상부슬래브에 경우, 방수 층 상부에 토사층 설치하거나, 인공지반 녹화를 설치함에 따 라 외부 기온에 따른 온도변화에 거의 영향을 받지 않기 때문 이다. 이러한 조건의 설정은 현장 모사 측면에서는 적절하다 할 수 있으나, 실질적인 누유현상의 재연은 어려운 문제가 있다. 실제로 상기 평가방법은 누유 원인의 정확한 분석 이전 에 개발된 방법으로 물리적인 하중과 진동에 의해 아스팔트 매스틱 도막재가 균열 틈으로 밀려 나오는 유출 현상을 유도 하게 된다. 또한 선형 균열이 시험체 중간에 단 한 개만 조성 되기 때문에 아스팔트 도막재가 도포된 전 면적에 대한 평가 가 불가하다. 실제로 Figure 3과 같이 평가 후 아스팔트 도막 재가 밀려나온 양상을 확인해보면 누유 현상에서 관찰되는 누유물질의 형태 즉, 저점도의 기름형태가 아닌 형태를 유지 할 수 있는 점도를 지닌 정상적이 아스팔트 매스틱 도막재가 그대로 유출된 것을 확인할 수 있다. 이러한 양상은 선행연구 에서 밝힌 재료분리에 의한 누유발생 양상과 전혀 다른 양상 이며, 결과적으로 기존 누유안정성 평가방법은 누유의 재연 성을 확보하고 있지 않아 누유안정성 여부 판단 측면에서 신 뢰성이 다소 떨어질 수 있다고 판단할 수 있다.
3.3 기존 누유하자 방지 대안의 한계성 실증평가
앞서 언급한 기존 누유하자 방지를 위한 두 가지 대안 즉, 품질기준 및 누유안정성 평가방법의 한계를 실질적으로 증 명하기 위해 실증평가를 진행하였다. 실증평가 대상 제품은 현재 국내에서 가장 적용이 활발한 3개 제조사의 제품 대상 으로 진행하였으며, 각사의 제품을 LH공사 전문시방서 42531 고무아스팔트시트 2중 방수의 개정 전 및 개정 후성능기준 전 항목에 각각 만족하는 두 가지 제품군으로 나누 어 평가를 진행하였다. 평가 대상 제품은 모두 현장에서 누 유하자가 보고된 제품이다. 평가 대상 제품의 주요 특성은 다음 Table 4와 같다.
Item Criteria Performance
Criteria Co. A Co. B Co. C
Compliant product
before revision
Solidity(%) >70.0 78.0 77.8 76.7
Content(%) Ash >15.0
<30.0 25.8 22.7 25.5
Viscosity (cp)
Brookfield 20℃, Sp. 6
1rpm, 1min 340,000 420,000 350,000
Compliant product after
revision
Solidity(%) >85.0 87.7 86.5 85.9
Content(%) Ash >15.0 13.8 14.2 16.2
Viscosity (cp)
Brookfield 20℃, Sp. 6
1rpm, 1min 430,000 480,000 410,000 Table 4. Evaluated product specimen properties
평가방법은 본 논문 3.2절에서 언급한 기존 누유안정성 평가방법을 준용하여 진행하였다. 평가조건은 기존 평가 방 법의 최대 균열 폭인 2㎜로 설정하였으며, 도막두께는 일반 성에 준하여 2㎜로 정하였다. 시공이 완료된 후 하중의 재하 는 100㎏으로 한정하였으며, 하중재하 시점부터 28일간 온 도 20±2℃, 습도 65±5% 조건에 정치하였다. 하루 3회 누유여부를 확인하였으며, 평가조건을 정리하면 다음 Table 5와 같다.
Item Crack
Width (㎜) Sheet Thickness
(㎜)
Pressure Load (㎏)
Storage Condition
(℃, %)
Storage Period
(Day)
Condition 2 2 100 20±2, 65±5 28
Table 5. Evaluation condition
상기 조건에 준하여 평가를 진행하였으며, 평가 시험체 제작 및 평가 현황은 다음 Figure 4와 같고, 평가 결과는 Table 6과 같다.
(a) Specimen elevation (b) Pressure load applied Figure 4. Specimen assembly and evaluation condition
Item Leakage evaluation results after 28 days (below the specimen) before revision after revision
Co. A
No oil leakage No oil leakage
Co. B
No oil leakage No oil leakage
Co. C
No oil leakage No oil leakage
Table 6. Comparison with existing evaluation method
기존 누유안정성 평가방법을 적용하여 평가를 진행한 결 과, 평가 대상 모든 제품군에서 누유가 발생하지 않았으며, 아스팔트 매스틱의 누출 또한 발생하지 않은 결과를 확인하 였다. 평가 대상 제품과 동일한 제품이 실제 현장 적용 후 누유하자 발생 이력이 있는 점을 고려했을 때, 본 평가결과 는 다소 이질적 해석을 불러올 수 있다. 누유 안정성 평가의 목적은 제품을 현장에 적용하기 전 사전에 누유 발생 가능성 을 확인하여 이를 개선하거나, 적용에서 배제할 목적을 갖는 것을 고려했을 때 본 평가방법의 신뢰성은 재고할 여지가 충분하다 할 수 있다. 결과적으로 누유현상의 재연성이 미 확보되었으며, 변별력이 부재됨에 따라 효용성 측면에서 평 가방법의 한계가 있다고 판단할 수 있다. 본 평가는 이러한 기존 누유방지를 위한 대안이 갖는 한계성을 실증하기 위한 목적으로 진행하였으며, 실제로 평가결과를 근거로 한계성 을 확인하였다.
4. 누유안정성 평가방법의 연구개발
4.1 품질기준 설정의 한계
누유안정성 평가방법의 개발은 본 논문 2장에서 검토한
Start Project
Review leakage analysis result
Specimen assembly
End project
Active usage of specimen
Reproducibility of leakage
Crack width
Temperature condition
Pressure load parameter
Check for inducement of material separation Check for inducement of
reproduce of leakage Derive key element in evaluation
NG
OK
Evaluate applicability
Figure 5. Research flow
선행연구의 누유 원인분석 결과를 토대로 하며, 평가 핵심 요소를 도출하여 이를 반영한 시험체 제작 후 실제 평가를 실시하여 개발된 평가방법의 효용성 확보 여부를 판단하는 방법으로 연구개발 계획을 수립하였으며, 흐름은 다음 Figure 5와 같다.
4.2 평가 핵심 요소 도출
본 절에서는 앞서 검토한 누유원인 분석결과와 기존 누유 하자 방지 대안의 한계에 대한 고찰을 바탕으로 누유안정성 평가방법 개발 시 핵심적으로 적용되어야 할 요소 및 개선책 을 도출하였다.
4.2.1 시험체 전면적의 활용 및 재연성 확보
선행연구를 통해 확인한 누유원인은 아스팔트 매스틱 자 체의 구성물간 재료분리이며, 재료분리의 발생은 아스팔트 매스틱이 적용된 전면적에서 발생할 수 있다. 그러나 기존 누유안정성 평가에서는 Figure 6과 같이 선형 균열을 단독 적용하였으며, 누유 재연성에 있어 시험체 전면적에서 누유 를 유도하지 못하고 선형 균열 상 극히 제한적인 면적으로 유도함에 따라 실제 현장에서 발생하는 누유하자를 재연할 수 없다. 따라서 시험체 전면적의 활용을 통한 재연성의 확 보가 필요하다 할 수 있다.
Linear Crack Oil leak induced length
Installation Surface (a) Application of linear
crack
(b) Reduced leakage area compared to application area Figure 6. Leakage induction area reduced via linear crack use
Figure 7. Below-grade parking lot structure
4.2.2 균열 폭
실제 공동주택 지하주차장 상부슬래브에 아스팔트 매스틱 을 적용할 시 대규모로 적용됨에 따라 재료분리로 인해 발생 되는 유동적인 유기계 첨가물의 양이 많으며, 구조물 거동 등에 의해 가장 취약한 부위로 고인 후 균열부로 흘러나오게 된다. 이러한 조건에서는 균열 폭이 미세하더라도 누유를 발생시킬 수 있으나, 한정적인 시험체 내에서는 재료분리가 발생하더라도 그 양이 미미하며, 거동이 발생하지 않아 균열 폭이 충분히 확보되지 않으면 누유를 유도할 수 없다. 앞서 균열 폭 2㎜를 단독으로 적용한 시험체에서 누유가 관찰되 지 않은 원인도 같은 맥락으로 볼 수 있다. 이에 균열 폭의 설정 시 이를 고려하여 충분한 균열 폭의 설정이 필요하다.
4.2.3 온도 조건
공동주택 지하주차장 상부슬래브는 방수층 적용 후 보호 층 및 누름콘크리트(보호몰탈) 등이 설치되며, 이후 Figure 7과 같이 조경 또는 도로 설치를 위하여 토사가 적층되어 외기온도에 대한 영향이 비교적 크지 않은 특성이 있다[6].
Kim et al.[7]은 외기온도가 30℃일 때 토심 0.5m 이하부
터 토양 내부 온도가 20℃ 내외로 유지되며, 토양 표면의 경우 외기와 유사한 온도를 나타내는 것을 확인한 바 있다.
이를 근거로 평가 시 온도 조건의 경우 20℃ 조건으로 설정 하였다. 또한 추가적으로 최근 폭염에 의한 하절기 기온이 40℃에 육박하는 것을 고려하여 지하주차장 슬래브 상부에 토심이 거의 없는 경우를 반영하기 위해 40℃ 조건도 검토하 는 것이 적절할 것으로 판단하였다.
4.2.4 하중 재하 범위
공동주택 지하주차장 상부슬래브는 방수시공 후 그 상부 에 보호 콘크리트 및 조경을 위한 토사가 적층되게 되며, 이로 인해 단위면적 당 하중이 크게 증가하게 된다[8]. 특히 방수층의 경우 최하부층에 위치하기 때문에 하중의 영향을 가장 집중적으로 받게 된다. 기존 누유안정성 평가방법에서 하중 재하를 100㎏으로 규정하고 있으나, 이는 대략적인 추정치를 설정한 것으로 정확한 현장 조건의 적용을 위해서 는 시험체 면적 대비 가중되는 하중의 정도를 근거를 기준으 로 산출하여 평가에 적용할 필요가 있다.
4.3 평가 핵심 요소를 고려한 시험체 제작
4.3.1 시험 바탕체의 형태 결정
시험 바탕체의 전면적 활용을 중점적으로 고려하여 시험 체 형태를 결정하였다. 시험체의 크기는 270×270×30㎜
이며, 기존 평가방법에서 선형 균열의 제한적 누유 유도를 해결하기 위하여 시험체 바탕 전면을 천공하여 전면적의 활 용이 가능할 수 있도록 하였다.
상기 Figure 8과 같이 천공구의 지름은 국토교통부 공동 구표준시방에서 정한 구조물 균열거동대응성능 기준인 10
㎜를 준용하였다[9]. 천공구 조성 시 발생하는 물리적 오차 를 고려하여 10±2㎜의 허용범위를 정하였으며, 금번 시험 바탕체 조성의 경우 제작 편리성 위해 천공구 지름을 허용오 차범위에 포함되는 8㎜로 제작하였다.
시험바탕제의 제작은 Figure 9와 같이 천공구를 미리 계 획하여 아크릴 몰드 제작(a) 후 천공구 조성을 위한 원기둥형 몰드(∅8㎜)를 설치하여 몰탈을 타설(b)하는 방식으로 제작 하였다. 양생 후 원기둥형 몰드를 제거한다(c). 단 시험바탕 체 4면에 있는 아크릴 형틀은 시험이 종료될 때까지 제거하 지 않는데, 이는 아스팔트 매스틱 도포 후 밀폐조건을 유지 하기 위함이다(d).
(a) Base body dimensions (b) Completed specimen base Figure 8. New specimen base shape determination
(a) Acrylic mold (b) Casting mortar after installing cylindrical tubes
(c) Specimen base upper section (d) Specimen base bottom Figure 9. New Specimen base sections assembly method
4.3.2 평가 시험체 조성 방법
앞서, 1)항에서 제작된 시험바탕체에 누유안정성 평가를 위한 시험체 조성은 다음 Table 7과 같다.
4.3.3 하중 및 시험온도조건 설정
누름 몰탈 타설 후 3일간 양생하고 양생이 완료되면 그 상부에 Figure 10과 같이 하중 재하를 위한 무게 추를 설치 한다. 이때 하중은 130㎏으로 설정
1)
하였다. 시험온도는 앞 서, 4.2절 3)항에서 선행 연구 결과를 근거로 20℃조건과 40℃조건으로 설정하였다. 시험은 일정 환경을 유지할 수 있는 항온챔버 또는 항온항습실에서 진행하여야 한다.1) 산출근거
ü 방수층 상부 무근 콘크리트 THK 100 2.3t/㎥
ü 무근 콘크리트 상부 토피 THK 900 1.8t/㎥ (토피 두께는 THK 800~1000 으로 일정하지 않아 평균 900으로 산정)
ü 시험바탕체 하중 재하면적은 0.07㎡로 산정
ü ∴ 무근 콘크리트 무게 : 0.07*0.1*2.3*1000 = 16.1㎏
ü 토피 무게 : 0.07*0.9*1.8*1000 = 113.4㎏
ü 총합 : 약 130㎏
Step Specimen Assembly Photos Content
1
A non-woven fabric of 30 g/㎡
was fixed on the top of a 270×270
㎜ mortar plate (T:30㎜) with ø8㎜
pores spaced at 30㎜ intervals (for preventing coating material leakage during asphalt mastic installation)
2 Application of asphalt mastic with
method in accordance to specification
3
Immediately after asphalt mastic application, modified asphalt sheet is installed
4 30 mm thick mortar layer (1:3 w/c
content) cast and cured for 72 hours (for creating enclosed condition)
Table 7. New specimen assembly method outline
(a) Pressure load applied (b) Temperature condition applied Figure 10. Test storage and evaluation conditions applied
(a) Leakage stability confirmed (b) Leakage stability unconfirmed Figure 11. Checking for leakage stability
(a) Specimen Composition (b) Protection mortar casting Figure 12. New leakage stability specimen assembly
4.3.4 결과 판정
하중 재하 시점으로 30일 간 각 온도 조건에서 정치하며, 1일 3회 이상 누유 여부를 확인한다. 30일 간 시험체 하부의 바닥부에 어떠한 오염도 관찰되지 않을 경우, 누유안정성이 확보된 것으로 판정한다. 반면, 누유물질의 낙하로 오염이 관찰되었을 경우, 오염정도와 관계없이 누유안정성이 확보 되지 않은 것으로 판정하며, 시험을 종료한다.
4.4 평가방법의 신뢰성 검증
4.4.1 누유안정성 평가 진행
개발된 평가방법에 대한 신뢰성 검증을 위하여 3.3절의 실증평가 시 선정했던 3개사의 LH공사 전문시방서 개정 후 기준에 만족하는 제품을 대상으로 누유안정성 평가를 다시 진행하였으며, 제품의 특성은 Table 4에 기술하였다. 재평 가를 위한 시험체 제작 및 시험조건은 4.3절에서 개발 및 제시한 방법과 동일하게 적용하여 진행하였다. 앞서 언급한 바와 같이 평가대상인 3개사의 제품은 모두 누유하자를 발생 시킨 이력이 있는 제품이지만 기존 누유안정성 평가방법을 적용하였을 때는 모두 누유가 관찰되지 않아 누유안정성을 확보한 것으로 판정한 제품이다. 평가를 위한 시험체는 Table 7에서 제시한 방법과 동일하게 제작하였으며, 다음 Figure 12와 같다. 또한 사용된 제품들의 개량아스팔트 시 트 전면에 평가 대상 제조사 정보가 인쇄되어 있어 이에 대해 서는 사진 상 삭제(Blind) 처리를 하였다.
4.4.2 누유안정성 평가결과
3개 제조사의 제품을 대상으로 진행한 누유안정성 평가결 과는 다음 Table 8과 같다.
상기 결과는 개발된 평가방법의 신뢰성 검증 중 정성적 평가결과로써 누유 유도 가능성을 확인한 평가결과이다. 평
가결과를 확인하면 3개사 3개 제품이 20℃ 및 40℃에서 모두 누유가 발생하는 것으로 확인되었으며, 전 제품이 평가 시작(하중 재하) 후 최대 5일 이상 대응하지 못하고, 누유를 발생시키는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 기존 누유 안정성 평가방법 적용 시와는 반대의 결과로, 실제 현장 적 용 시 누유발생 이력이 있는 제품이 평가에서도 동일하게 누유 양상을 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 평가 대상 제품군이 LH공사 개정 후 성능기준에 만족하는 제품임에도 불구하고 누유가 발생한 점을 고려할 때 3.1절의 품질기준 설정의 한계를 재확인하였다 할 수 있다.
Type Temperature conditions
20℃ 40℃
Co.
A
4
thday Oil leakage confirmed 2
thday Oil leakage confirmed
Co.
B
5
thday Oil leakage confirmed 1
thday Oil leakage confirmed
Co.
C
5
thday Oil leakage confirmed 2
thday Oil leakage confirmed Table 8. Revised evaluation results after temperature condition
한편, 평가 시 온도조건의 적용에 따른 특성을 분석해보 면, 20℃ 대비 40℃에서 누유시기가 빠르게 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 누유량도 40℃에서 월등히 많은 것을 확 인할 수 있다. 이는 아스팔트 재료의 자체 특성 상 온도에 따른 변화 즉 감온성이 크기 때문인 것으로 판단되며, 누유 안정성의 확보를 위해서는 상기 결과를 근거로 고온에서의 재료적 저항성이 반드시 필요할 것으로 판단하였다.
(a) Collect leaked samples (b) Filler content evaluation Figure 13. Leaked sample collection and filler content evaluation
4.4.3 누유 원인에 근거한 재연성 여부 검증
개발된 평가방법을 적용하여 누유 안정성 평가를 진행한 결과, 실제 현장 적용 후 누유하자 발생 이력이 있는 3개사 제품의 누유를 유도함에 따라 평가방법 자체의 적합성은 확 인하였으나, 시험체에서 발생한 누유가 선행연구에서 확인 된 누유원인 즉, 재료분리에 기인한 것인지에 대한 정량적인 검증이 필요하다. 단순히 시험체에서 아스팔트 매스틱이 하 중에 의해 흘러나온 것일 경우, 평가방법이 재연성을 확보하 였다 할 수 없다. 선행연구 결과에서는 누유물질은 비중이 낮은 유기질 첨가물이 분리 및 부유하여 균열 발생 시 하부로 흘러나온 것으로 정상적인 제품 대비 회분 즉, 무기질 회분 (Filler)함량이 현저히 저하된 특성을 나타냈다. 이를 바탕으 로 2)항의 누유안정성 평가 시 발생한 누유물질 샘플을 채취 하여 회분 즉 무기질 회분(Filler)함량 평가를 진행하였으며, 그 결과를 정상 제품과 비교해보았다. 샘플 채취 현황 및 회분(Filler) 함량 평가 결과는 다음 Figure 13, 14 및 Table 9와 같다.
Types
Filler Content %
Max Reducti
on % Standard Normal
Sample 20℃
Leaked Sample
40℃
Leaked Sample
Co. A 13.8 6.7 6.3 54.3 KOREA LAND
& HOUSING CORPORATIO N 42531 : 2015
Co. B 14.2 5.8 5.1 64.1
Co. C 16.2 7.5 6.2 62.0
Table 9. Evaluated product specimen properties
회분(Filler) 함량 감소 정도를 확인한 결과, 3개 제품 모 두 누유 시료의 회분(Filler)함량이 정상시료 대비 현저히 감소한 것을 확인할 수 있었다. 특히 40℃ 온도조건에서 평 가를 진행한 시료의 경우 20℃ 온도조건 시험체에 비하여 회분(Filler)함량의 감소율이 큰 것으로 확인하였다.
Figure 14. Leak and normal sample filler content comparison
상기 결과는 선행연구에서 제시한 재료분리에 따른 누유 발생 판단 지표인 회분(Filler)함량의 감소와 정확히 일치하 는 결과로써 이는 본 연구에서 제시한 평가방법이 재료분리 로 인한 누유발생의 재연이 가능함을 정량적으로 검증한 것 이라 판단된다. 따라서 본 평가방법의 적용 시 누유안정성에 대한 객관적 결과의 도출이 가능할 것으로 사료된다.
5. 결 론
본 연구는 아스팔트 매스틱 복합방수공법의 누유하자 발 생 문제를 근본적으로 개선하기 위해 진행 중인 연구의 일부 로, 선행연구에서 규명한 누유하자 원인을 근거로 한 누유안 정성 평가방법 개발을 목적으로 하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다.
1) 선행연구의 고찰을 통해 기존 누유하자 방지 대안의 품질기준 설정 및 평가방법의 한계점을 실증평가를 통 해 검증함으로서 이를 근거로 새로운 평가방법 개발을 위한 핵심 개선점을 도출하였다.
2) 평가방법 개발의 핵심사항으로 시험체의 전면적 활용, 누유현상의 재연성 확보, 균열 폭의 설정, 온도조건 및 하중 재하 범위를 도출하였으며, 각 항목에 해당하 는 조건 제시 및 그에 대한 근거를 제시하였다.
3) 개발된 평가방법에 준하여 시험체 제작 후 실제 현장에 서 누유 하자 발생 이력이 있는 3개 제품을 대상으로 누유안정성 평가를 진행하였으며, 그 결과, 평가 시험 체에서 현장과 동일한 누유현상이 관찰되어 평가방법 의 적합성을 검증하였다.
4) 정량적 검증을 위하여 시험체에서 발생한 누유물질 채
취 및 채취된 시료의 회분(Filler)함량을 측정한 결과, 정상제품의 회분(Filler)함량 대비 최대 약 64%가 감소 한 것을 확인하였다.
5) 회분(Filler)함량 감소 결과는 선행연구에서 규명한 누 유원인 즉, 재료분리에 의한 층 분리 현상의 특성을 나타내는 정량적 지표로서, 이를 근거로, 본 연구를 통해 개발된 평가방법이 실제 아스팔트 매스틱의 층 분리 및 이로 인한 누유발생을 유도할 수 있는 재연성 을 확보한 것으로 판단하였다.
본 연구에서 제시한 누유안정성 평가방법의 활용은 크게 두 가지로, 제품 개발 단계에서 반복적인 평가를 통해 근본 적으로 누유 안정성이 확보된 배합비 개발을 위한 도구로서 활용이 가능할 것으로 사료되며, 시공 전 설계단계에서 제품 의 누유안정성 확보 여부를 평가를 통해 사전에 판단할 수 있음에 따라 안정적인 제품 선정의 도구로써도 활용이 가능 할 것으로 판단된다. 특히 전자의 경우, 현재 후속연구로써 진행 중에 있으며, 본 연구의 최종단계로, 제시한 평가방법 을 적용하여 제품의 누유 안정성 개선을 위한 제조단계에서 의 최적 배합비 도출 연구를 진행 중에 있다. 최적 배합비 도출 연구의 상세한 과정 및 결과는 연구 종료 후 게재할 예정이다. 금번 연구에서 제시한 누유안정성 평가방법은 아 스팔트 매스틱 도막재에 한정된 평가방법으로 그 활용이 다 소 제한적인 것이 한계이며, 누유에 대한 초기 연구임에 따 라 이를 응용한 후속 연구를 통해 시험조건 및 방법적 측면의 개선 여지가 충분하다 판단된다.
요 약
본 연구에서는 공동주택 지하주차장 상부슬래브 등 주로 수평부에 적용되는 아스팔트 매스틱 도막재의 누유하자 원 인을 바탕으로 제품의 누유안정성 확보 여부를 평가할 수 있는 평가방법을 개발 및 제시하였다. 본 연구에서 제시한 평가방법의 신뢰성을 검증하기 위하여 실제 현장에서 누유 발생 이력이 있는 3개 제품을 대상으로 누유안정성 평가를 진행하였으며, 진행 결과, 실제 발생하는 누유하자의 재연이 가능한 것으로 확인되었다. 재연성에 대한 정량적 검증을 위해 평가 중에 발생한 누유 시료를 채취하여 회분(Filler)함 량을 측정한 결과, 정상시료 대비 최대 약 64%가 저하된 것을 확인하였는데, 이는 선행연구에서 규명한 누유원인과
일치하는 결과로 확인하여, 평가방법의 신뢰성이 검증되었 다 할 수 있다.
키워드 : 아스팔트 매스틱, 복합방수, 누유현상, 평가방법
Acknowledgement
This research was supported by a grant (18RERP- B082204-05) from Residential Environment Research Program funded by Ministry of Land, Infrastructure and Transport of Korean government.
