The Development of Waterproofing Material for Construction Using Reclaimed rubber and Waste rubber as Recycled Resources
1. 서 언
2000년대 들어 환경문제가 심각하게 대두되는 가운데 정부차원에서도 2008년 8.15 경축사를 통해 ‘저탄소 녹색성장’이 대한민국의 새로운 국가핵심 비전으로 선포 됨에 따라 2009년 1월에 녹색성장위원회의 설립 및 운영에 관한 대통령훈령이 공포되 면서 “저탄소 녹색성장”을 테마로 하는 연구개발이 활발하게 진행되었다. 저탄소 녹색 성장의 범위는 신재생에너지, 탄소저감, 에너지절감, 친 환경 농식품, 폐재활용 등 분 류가 다양하지만, 이 중 폐자재의 경우 산업 활동에 수반되어 계속적으로 발생되고 있 으며, 경제성장과 더불어 2차 산업(제조업, 건설업, 광업 등)의 규모가 증대되면서 그 발생량이 매년 증가되고 있는 실정이다.
이에 최근 산업분야에서는 이러한 페재를 활용하기 위해 다각도의 많은 연구가 진 행 중에 있으며, 특히 폐 고무의 경우 기존 매립이나 소각과 같은 2차적인 오염을 수
이종용 Jong-Yong, Lee (주)리뉴시스템, 대표이사 E : [email protected]
조일규 Il–Kyu, Cho
(주)리뉴시스템 기술연구소 소장 E : [email protected]
그림 1. 지정폐기물 발생 현황
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반한 처리방법을 최소화할 수 있는 재활용에 대한 관심이 높아짐과 동시에 국제 유가 강세 및 천연 고무 생산국의 천연림 보호정책 강화 등의 정세에 따른 영향으로 고무의 원자재 가격 상승이 더해짐에 따라 이에 따른 대응책으로 그 관심은 더욱 더 커지고 있다. 그 결과로 여러 산업 분 야에서 폐 고무 재활용에 대한 연구가 폭 넓게 진행되고 있으며, 여러 용도의 재활용 제품이 개발되고 있으나, 건 설 분야에서 특히, 구조물 방수 재료의 개발에 있어서 그 적용이 다른 분야에 비해 극히 미미하여, 그에 따른 좀 더 다양하고 적극적인 연구가 요구되고 있다.
이에 본고에서는 재생고무 및 폐 고무를 활용하여 기존 방수재의 문제점을 효과적으로 개선함과 동시에 친환경 성을 확보한 건설 방수재의 대표적인 개발 사례를 소개함 으로써 건설 방수 분야의 폐자재 재활용 적용의 가능성을 제시하고자 한다.
2. 건설방수재의 기술동향
국내 방수기술은 2000년대 이전 단일재료로 구성된 공 법이 주류를 이루었으며, 방수층과 구조물 간 거동 메커 니즘 및 방수재료의 적용에 따른 적극적인 연구가 이루어
지지 않아 근본적으로 하자발생의 위험이 존재하였으며, 실제로 방수공사 후 2년 이내에 하자 발생률이 70~80%
를 육박하였다. 그러나 2000년대 이후 건설 신기술이 활 성화됨에 따라 많은 공법적, 재료적 연구가 진행되면서 접착 경화형 타입의 시트 및 도막방수재의 구조물 거동 (균열)에 따른 방수층 파단 및 들뜸에 대한 안정성 검토가 시작되었으며, 그에 따라 단일재료 적용에 대한 한계점을 인식하고 이에 대응할 수 있는 다양한 접근 및 시도가 이 루어지기 시작했다.
이처럼 기존 방수재가 가진 재료적, 공법적 메커니즘 의 한계를 근본적으로 극복하기 위한 연구 및 개발의 활 성화는 구조물 거동에 따라 유동적인 대응이 가능한 유연 한 타입의 방수씰 및 복합방수 공법 등 방수공법의 다양 화를 가져왔으며, 최근에는 유동성 겔과 개량 아스팔트 시트를 일체 화 시키는 기술이 개발되어 프라이 머 및 열융착 없이 직접 부착이 가 능한 방수 시트재를 개발함에 따라 기술전환의 계기가 되었다.
그러나 방수분야의 기술적 진보 는 그 위상을 높이고 있는 반면, 환 경적 측면에서의 연구개발은 소극 적인 접근만이 이루어지고 있는 것 이 현실이며, 아직까지도 방수분야 에 사용되는 대부분의 방수재의 경 우 제조 및 생산과정에서 열을 이 용하거나, 점도조절 및 경화반응 그림 2. 국내 방수기술 동향
사진 1. 균열 및 거동에 의한 방수층 파단 현황
이에 최근 건설 방수 분야의 각 기업에서는 지구온난화 및 온실가스 감축 등의 시대적 흐름에 부합한 친환경 소 재 및 기술의 개발을 통해 기존 방수재의 환경적 측면에 서의 단점을 보완하기 위한 움직임이 확산되고 있으나, 현재까지는 그 범위가 극히 한정적이며 특히, 폐재 및 재 생재료를 활용한 기술은 거의 전무하다시피 하여 좀 더 적극적인 연구 및 기술의 다양성을 확보하기 위한 개발이 필요한 실정이다.
3. 친환경 방수재 개발
3.1 재생고무 및 폐고무 적용 기술의 개발
본 방수재들은 재생고무 및 폐 고무를 활용함으로서 폐 재 재활용을 통해 환경문제를 최소화시킨 방수분야의 대
서 사용되고 버려지는 고무장갑만을 수거하여 재생시킨 고무를 사용하여 겔(Gel)상의 재료를 조성하고 시트방수 재와 일체화 시켜, 별도 열기구 사용 없이 냉공법형 자착 시공이 가능하도록 조성한 자착형 시트방수재 이다.
본 두 가지 방수재의 공통적인 특징은 친환경성을 확보 한 동시에 점착 유연한 성질이 그대로 유지되는 특성으로 진동 및 구조물 거동환경에 대응이 가능하도록 한 것이다.
(1) 시공적 특성
기존의 방수재와의 가장 큰 시공적 차이점은 고점착 유 연한 특성으로 두 방수재 모두 콘크리트 구체에 별도의 바탕정리 작업(레이턴스 제거 등)이 불필요하며, 프라이 머를 사용하지 않는 다는 것이다. 따라서 시공현장에서의 미세먼지 발생이 없으며, 시공과정과 시공방법이 간단하 므로 숙련공 확보의 문제가 없어, 비교적 균일한 시공 품 질을 확보할 수 있다. 또한 프라이머 사용을 배제함에 따 라 유독가스의 노출이 없으며, 열을 가하지 않고 도막장 비의 사용 및 자착식으로 시공을 진행함으로써 작업환경 의 안전성을 확보하였다.
사진 3. 재생고무 및 방수재의 점탄성 사진 4. 폐 고무 도막재(왼쪽) 및 재생고무 시트 방수재의 시공 사진 2. 폐 고무 분말 및 방수재의 점탄성
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(2) 재료적 특성
콘크리트 구조물의 균열 발생은 동결융해, 부등침하 등 외적요인 및 4계절의 뚜렷한 변화로 인한 수축·팽창의 반복적 거동에 의한 내적요인 등에 의해 발생되는데, 균 열발생 시 표면에 시공되어 있는 방수층에도 무절점 인장 응력(Zero Span Tention)을 발생시켜 방수층을 파손시 키는 문제점을 안고 있다. 그러나 본 도막 및 시트 방수재 는 기본적으로 액상에서 경화하여 단단하게 굳거나 고접 착 원리에 의해 부착되는 종래 방수재와 달리 점착개념의 유연한 성질을 확보하고 있어 구조물 거동 및 균열에 대 한 대응성이 우수하여 방수층의 파단이 발생하지 않을 뿐 만 아니라, 방수층 손상 시 밀실된 공간에서 손상부위로 의 압력에 의해 유동 충전됨으로써 균열부를 밀폐시키는
자체 회복능력을 가지고 있어 구조물의 내구성을 증진시 킬 수 있다.
[표 1] 폐 고무 및 재생고무 방수재의 재료적 특성
시험 항목 시험 결과
폐고무 방수재 재생고무 방수재 기준
구조물 거동대응
5㎜ 이상없음 이상없음 공동구
표준시방서
10㎜ 이상없음 이상없음
자가 치유성능
수두 1M 손상부 치유 손상부 치유 의뢰자 수압 1kg 손상부 치유 손상부 치유 제시
또한 방수공사는 겨울철의 경우(5℃ 이하에는) 부착불 량이 발생하게 되어 콘크리트 바탕면과의 접착력 상실로 방수층 박리 및 들뜸과 같은 누수하자의 요인이 발생되기 때문에 상온 5℃이상에서의 시공을 권장하는 것이 일반 적이다. 그러나 겔(Gel)상의 고점착성 및 고무첨가에 따 른 온도감응성이 낮은 재료적 특성의 확보는 이질재 및 저온 부착을 가능하게 하여 –10℃에서도 시공이 가능할 수 있도록 하였다.
[표 2] 저온 부착 성능평가 결과
시험 항목 시험 결과 기준
저온 부착 안정성
0℃ 2.7 N/㎜ KS F 9434 -10℃ 3.5 N/㎜
사진 6. 폐 고무 및 재생고무 방수재의 자가 치유
사진 7. 폐 고무 및 재생고무 방수재의 동절기 시공 현황
사진 5. 폐 고무 및 재생고무 방수재의 거동 대응 그림 1. 균열 및 거동에 의한 방수층 파단원리
해 사용되는 톨루엔과 같은 유해물질과 이를 용융하는 과 정에서의 유해가스 발생 등도 포함된다.
따라서 이를 해결하기 위해 본 도막 및 시트 방수재는 재료의 제조부터 시공까지 모든 과정에서 유기용제를 사 용하지 않으며, 시공 중 열을 사용하지 않아 VOCs 및 CO2가 발생할 우려를 근본적으로 차단하였다. 또한 대상 방수재들을 대상으로 휘발성 유기화합물 함량(VOCs) 및 음용수 용출 평가 결과, 환경표지 인증기준 및 먹는 물 수 질기준에 모두 만족하여 지하방수 적용 시 유해한 물질의 유출로 인한 지하수 및 토양의 오염을 방지하고, 재료의 생산 및 시공으로 인한 대기오염 및 탄소배출량을 크게 감축 시킬 수 있어 친환경적 특성의 확보가 가능하다. 더 불어 원 재료를 폐 고무 및 재생고무로 활용함에 따라 이 미 사용된 고무제품을 소각 및 폐기 과정의 생략으로 사 회비용 절감은 물론, 토질과 대기 오염을 감소시킬 수 있 는 커다란 이점이 있다.
[표 3] VOCs 및 음용수 용출 평가 결과
시험 항목 평가 기준 시험 결과
폐고무 방수재 재생고무 방수재 VOCs content
(mg/kg)
환경표지
인증기준 640* 불검출
음용수 용출 먹는물
수질기준 이상없음 이상없음
*환경표지기준 2000mg/kg
3.2 국내·외 적용사례
획기적인 폐재의 활용 및 친환경성의 확보, 기존 방수 재의 단점 보완을 통해 현재 국내·외 건축 및 토목현장 에의 적용이 증가하고 있으며, 특히 독자적 기술로 해외
구조물이다. 현장 환경은 해안에 인접한 지역으로 바다를 매립하여 지워진 구조물이며, 항상 염수와 같은 화학적 환경에 노출되어 있다. 또한 바다로부터 물이 유입되거나 지형적 특성으로 인해 지하구간으로 비교적 높은 수압이 작용하고 있는 지역이며, 특히 공항에 특성상 차량 또는 항공기 이동량이 상대적으로 많아 진동 및 거동이 상시적 으로 발생되고 있다. 이러한 환경조건으로부터 구조물을 보호하기 위해 습윤 환경 하에서도 시공이 가능하고 지하 철 운행에 따른 진동 및 구조물 거동에 대응 가능한 공법 및 재료의 적용이 필요한 현장이다. 따라서 구조물을 형 성 후 Photo 7~8과 같이 습윤 환경에서 시공 가능한 폐 고무 점착 유연형 도막재와 개량 아스팔트 시트를 복합 적용하였다.
사진 8. 인천국제공항 IAT/BHS 터널 현장 IAT/BHS 터널현장 전경
보호층 시공 폐 고무 도막재 및 시트 시공
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(2) 샌프란시스코 지하철(Bay Area Rapid Transit) 현장
본 현장은 샌프란시스코에 위치한 지하철 구간으로써 Fremont역에서 Warm Springs 구역까지 약 8.64km에 이르는 교통 관련 신설 구조물이다. 주변환경은 교통시설 (철도, 차량, 지하철 등)이 운행되고 있으며, 다양한 지하 교통 터널들이 교차되고 밀집되어 있는 지역이다. 이러한 교통수단에 의해 진동 또는 구조물의 거동에 의한 균열발 생 및 습윤환경의 노출에 의한 방수층의 파손(들뜸, 파단, 유실 등)를 방지하고 이에 대응한 가능한 공법 및 재료의 적용이 필요한 현장이다. 따라서 Photo 10~11과 같이 선 행방수 개념으로 CIP공법으로 형성된 벽체에 개량 아스팔 트시트에 폐 고무 점착 유연형 도막재를 복합 적용하여 시 공한 후 콘크리트를 타설하여 구조체를 형성하였다.
(3) 인천도시철도 2호선 214공구 건설공사 개착구간 방수공사 인천 서북부(검단 등) 신규개발지역 및 기존 시가지의 교통 수요증가에 대비하여 서구 오류동~ 시청~인천대 공원~남동구 운연동 구간의 총연장 29.2㎞ 정거장 27개 소, 차량기지 2개소를 계획하고 2009년 상반기 착공하여 2014년 전구간 개통을 목표로 추진하고 있다. 본 현장은 앞서 샌프란시스코 현장과 동일하게 진동 및 습윤환경의 노출로 인한 손상이 예상되는 공사 현장으로 지하철 개착 구조물 방수에 적합한 방수공법이 요구되어 재생고무를 이용한 방수 시트재를 적용한 현장이다.
사진 9. 샌프란시스코 지하철(Bay Area Rapid Transit) 현장 샌프란시스코(Bart) 시공구간
폐 고무 도막재 시공 현장 전경
사진 10. 인천도시철도 2호선 214공구 건설공사 개착구간 방수공사 인천 214 공구 현장 전경
재생 고무 방수시트 부착 바탕 청소
야의 기술 개발 가능성을 보여준 사례라 판단된다. 본 개 발은 환경적 측면에서 단지 폐재를 사용한 것이 아닌 재 료의 제조 및 시공과정, 시공 환경의 전체적인 개선을 이 룸과 동시에 기존 방수재의 고질적인 단점을 재료 특유의 점착 유연성으로 보완함으로써 성능적 측면에의 향상을 이루어 콘크리트 구조물의 장기적 내구 수명 확보, 유지 보수비용의 절감 효과의 기대가 가능할 것으로 판단된다.
또한 시대적 흐름에 따라 친환경 시장의 규모가 커지고 있는 가운데 독자적 국산 기술로서 해외시장 진출 및 수 입 대체 효과를 크게 기대할 수 있을 것을 판단된다.
3) 김준형, 재생고무 활용 원가절감 환경도 살린다, 울산매일, 제 5659호, 2011.
4) 최은규, 비가황 고잠착·고탄성의 균질시트를 이용한 지하 외방 수 공법 적용에 관한 실험적 연구, 서울과학기술대학교, 석사논문, pp.7~19, 2009.
5) 김진성, 점착형 도막·시트 일체형 방수재를 이용한 비노출 복 합방수공법에 관한 실험적 연구, 서울과학기술대학교, 석사논문, pp.11~15, 2006.
6) 김진성, 재생고무 및 폐고무를 이용한 친환경 고점착 방수시 트재의 개발, 한국건설순환자원학회 학술발표 논문집, v.11 n.2, pp.35~39, 2011.
