비굴착 하수관로용 폴리우레탄 보수재 특성 평가

, , . . , ,국내의 하수관거 보수공사는 주로 전면굴착과 같은 개착식 공법이 사용되고 있다 이러한 공법은 도로의 시간과 비용의 증가 교통통제로 인한 민원발생 및 교통지정체 등 많은 문제점을 발생시키고 있다 이러한 문제점을 위하여 본 연구에서는 비굴착공법에 사용 가능한 하수관거 보수자재에 대한 실험을 시행하였다 사용한 재료는 폴리우레탄수지로 액상형과 경화몰드로 제작한 시편 그리고 폴리우레탄 수지 등이다 국가표준시험 방법을 물성 평가를 시행하였다 폴리우레탄 수지는 인체에 무해하고 현장 시공시 악취 등 대기오염물질 발생이 없는 나타났다 폴리우레탄 수지의 점도 가사시간 겔화시간 등 측정항목 모두 표준 규격을 만족하는 것으로 나타났다
   (infrastructure)인
많은 시간과 비용 및 시공 시 교통 통제 및 불편에 민원 발생 등의 수많은 단점이 발생한 바 있다. 우리나라에서 사회 간접자본의 대표적인 구조물 문제점을 인지한 후 하수관거 선진국인 영국에서 하수관거의 설계 수명이 지정되어 있 거의 갱생에 대한 기술 개발이 이루어 졌고, 하수관거가 사용되는 조건에 따라 설계 수명을 채 후반 국내에 기술이 도입되기 시작하였으며, 국내에 못하는 경우가 발생하고 있다. 이러한 하수관거를 용되기 시작한 하수관거 갱생(rehabilitation) 공법은 개선(renovation)하기 위하여 전면 굴착에 의한 하수관 기의 여러 문제들을 개선할 수 있도록 하여 발전기를 파쇄공법, 연속관 삽입 공법 등 다양한 기술의 이하게 되었다[1,2]. 시행이 이루어 졌다. 하지만 이러한 공법은 모두 다양한 개선 공법 중 특히 비 굴착(trenchless) 파서 시공하는 개착 공법으로 개착 및 굴착에 따른 많은 사회적 비용을 절감할 수 있도록 하여 주었다. 논문은 환경부 2014년 “하수관거연구단” 연구과제로 수행되었음. Corresponding Author : Kwan-Ho Lee (Kongju National Univ.)
   1*
.
   . .

   CIPP
. , .
   1980년대

   CIPP(ISO 21196-4)와 21196-2) 및 PVC 제관 공법(ISO
그러나 우리나라에서는 현재 변형관 삽입(ISO 21196-7) 등의 관련 시공법 등이 이용되고 있고, 이중 공법이 가장 널리 많이 사용되고 있는 실정이다
   CIPP

   1980년

   즉, 국내에서는 CIPP 갱생에 carrier와 reinforcement에 상태이다. Carrier 수지로는

   reinforcement로는 PE, PET felt

   CIPP의
더불어 현재 사용되는 공법에서 사용되는 원자 말경 비굴착 공법이 국내 도입될 때 적용되 원자재를 그대로 사용하는 경우가 대부분으로 알려 적용하기 위한 보 자재인 관한 연구가 극히 제한적인 불포화 폴리에스 에폭시 등과 같은 열경화성 수지만 사용이 되고 있 유리섬유 혹은 만 사용되고 있는 실정이다[5]. 연구에서는 하수관거 보수 자재중 수지계열의 폴 리우레탄수지와 현장경화 물성평가을 평가하였 평가된 수지는 향후 현장시험시공을 통해 현장 적용 평가 후 실무에 사용할 수 있는 근거를 제시하고자
   CIPP dry tube로
수지의 종류 굴착 보수에 사용할 수 있는 고분자 수지는 크게 열가소성(thermoplastic) 수지 군과 열경화성(thermoset) 군으로 나눌 수 있다. 하지만 국내에 사용되는 수지 열경화성 수지만이 사용되고 있는 실정이다. 그 이유로는 공법의 특성 상 사용되는 펠 함침(impregnation) 공정을 거쳐야 하기 때문에 기 열가소성 수지를 사용할 수 없기 때문이다. 따라서
   (Unsaturated Polyester Resin)는

   (monomer)에

   (unsaturated double bond)을 스테르기 (-COO-)를 포함하고

   ortho type UPE가, type의 UPE가 생성되게

   iso type과

   type은 ortho type과
아 관으로 성형하기 어려운 단점이 있어 PVC strip이 장 널리 사용되는 실정이다. 다만, 유럽의 선진국에서 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) terpolymer를 용하여 제관 공법에 적용하는 경우도 있으나 PVC 보다 brittle해서 널리 사용되지는 않는 현실이다[6]. 비 굴착 공법에 사용 가능한 수지는 크게 열가소성 지 계열과 열경화성 수지 계열로 구분된다. 열가소성 지 중 가장 대표적인 수지인 불포화 폴리에스테르 포화 2염기산, 염기산 및 글리콜(glycol)을 중축합(poly condensation) 하여 중합하는 것으로 합성된 불포화 폴리에스테르(불포 화 알키드)를 스티렌(styrene)등의 비닐계 용해하여 생산하게 된다. 불포화 폴리에스 테르 수지는 상온에서는 담황색 내지 호박색의 상대적으 로 낮은 점도를 지닌 액상수지이다. 불포화 폴리에스테 르는 고분자 주쇄(backbone)에 불포화 이중결합 가지고 있고, 분자 있어 불포화 폴리에스테 르라는 이름을 갖게 된다. 불포화 폴리에스테르는 하는 포화산의 종류에 따라 각각 이소(iso), 올소(ortho) 형으로 나눌 수 있다. 사용하는 ring 구조의 산에서 산의 위치가 어디에 있느냐에 따라 iso 및 ortho 되는 것으로 일반적으로 orthophthalic acid를 사용하면 isophthalic acid를 사용하면 된다. ortho type은 사용 저렴하고 취급이 상대적으로 쉬워 수지의 가격이 여 일반적인 성형에 많이 이용되고 있으며 내후성, 성, 내약품성 및 내수성이 비교할 때 낮고 중간 정도의 강성을 나타내는 특징이 있다[7]. 비교할 때 내후성, 내열성, 등이 높아 주로 내후성과 내열성이 요구되는 성형에피클로로히드린(Epichloro hydrine)을 반응시켜 합성한 또한 liquid crytal의 일종인 Novolac을 활용한 Phenol-novolac형 에폭시 수지, 그 외에도 다양한 에폭 수지가 생산되고 있으며, 에폭시 수지의 물성은 그 종 사용하는 경화제 조합에 따라 다르지만 일반적으로 같은 특징이 있다. 접착성, 특히 금속이 우수하다. 치수안정성이 우수하다. 내화학성, 내수성, 기계적 성질 및 전기절연성이 우수하다.
   폴리우레탄은 100% 연질세그먼트에 4-7% 정도에 불과하므로 반델발스(Van der waals) 1,6-HDI와 1,4-BG의 100%

   -NH-와 -CO-기

   extender)로

   based) rigid한
폴리우레탄 물성의 한 쪽 극단은 분자량이 크고 무정 분지가 없는 폴리올(polyol)과 디이소시아네이트 의(diisocynate) 반응으로 얻어지는 엘라스토머이다. 이 조성의 준하고 결합의 함량이 분자간 거의 수준으로 낮다. 폴리우레탄 물성의 다른 쪽 극단은 이를테면 반응에서 얻어지는 경질세그먼트의 고 폴리우레탄에서 찾아 볼 수 있다. 이 구조의 폴리 우레탄은 간의 수소결합 밀도가 높아 고 저용해도의 열가소성 수지가 된다. 이와 극단의 이성분계 폴리우레탄이 단일상의 고분자 이루게 된다. 그러나 폴리올, 디이소시아네이트 및 쇄 연장제(chain 부터 합성되는 폴리우레탄은 세그먼트형 블록공중합체가 되며 이들의 고차구조는 구 요소의 화학적 조성 및 세그먼트의 길이 등에 의존한 아울러 폴리우레탄의 다양하고 독특한 물성은 바로 구조에서 비롯된다. 이러한 특성을 지니고 있어 우레탄은 형태와 에 형태가 공존하는 독특한 형태의 고
   soft한 에테르(ether 스테르(ester based)

   공법(Spirally wound pipe)은 ABS strip에 의한 제관 등이

   with continuous pipe)은

   좋은 PE PVC in Place Pipe)은
능한 수지는 공법의 종류에 따라 바뀌기 때문에 로 가능성을 연구하였다. 제관 주로 PVC 의한 제관, 가능하지만 격과 치수 안정성 및 내충격성을 고려할 때 PVC 의 한 제관이 가장 적합한 것으로 판단된다. 변형관 삽입 공법(Lining 형관의 삽입시 기존의 열경화성 수지가 아닌 열가소성 수지의 연성(flexibility)을 활용하는 공법으로 주로 이 수지가 가장 널리 사용되고 있으며 또는 수지가 사용되기도 한다. 현장경화관 공법(Cured 열경화성 지를 사용하여 갱생하는 공법으로 역사가 가장 오래되었 으며 아직도 가장 널리 사용되는 공법이다. 견인식이나 반전식 공법일 경우에는 펠트에 수지를 함침시켜 여야 하기 때문에 사용 가능한 수지는 액상의 저점도인 불포화폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 우레탄 이 가능하지만 국내에서는 우레탄 수지의 사용이 현실이다. 이는 우레탄 수지와 관련된 국가표준의 와도 관계가 있으며 외국의 우레탄 수지 사용 기술이 직 국내에 들어오지 않은 이유가 있는 것으로 판단된다.
   CIPP
3.1 폴리우레탄 수지 본 연구에서는 우선 ‘KS M 3550-7 : 2013 성 수지를 이용한 수도배관 시설용 현장 경화 비굴착 수 튜브’ 에 명기되어 있는 주 재료 중 수지 부문에서 레탄 수지의 용 수지 적용을 위하여 사전연구에서 수행된 결과를 기초로 최적 배합으로 결정된 우레탄life는 일반적으로 화학적 반응을 통해 수지가 경 시간을 의미한다. Pot loft는 사용되는 경화제 agent or hardener)에 따라 다른 값을 나타낸다.재료 강도 시험 폴리우레탄 경화몰드의 강도특성을 평가하기 위하여 인장강도, 인장접착강도, 휨강도, 신장율, 흡수율 시험을
   실시하였다. 시험은 Fig. 2의 만능시험기(UTM)를 이용 KS M 3015, M 3374, M 3015, M 3006, M ISO
기준을 준용하였다.
   5,700 poise

   52.4시간으로 기준 15시간 이상에

   72
우레탄 수지의 점도는 기존 에폭시 규격이 5,000 이하이나 폴리우레탄의 경우 로 차이를 여주고 있으며, 밀도의 경우도 예상 할 수 있듯이 레탄이 낮게 나타났다. 폴리우레탄 수지의 가사시간은 에폭시 수지 시간 이상에 비하여 폴리우레탄은 타났다. 겔화시간은 에폭시 수지 하여 폴리우레탄은 시간으로 길게 나타났으며, 분은 에폭시 수지로 설정한 기준과 유사하게 나타나고 있다.specific- items unit results KS Criteria ation
    Table 2에

   10 MPa를
4.2 폴리우레탄 수지 강도 특성 시험 폴리우레탄 경화몰드는 인장강도, 인장접착강도, 강도, 신장율, 흡수율 시험을 실시하였다. 실험결과는 나타난 것과 같다. 폴리우레탄 수지 주형시편 의 각종 강도는 예상할 수 있듯이 에폭시 수지 주형시편 에 비하여 낮게 나타나고 있으며, 연신율은 일반적으로 강도와 반대로 나타나는 바, 본 시험에서도 에폭시 경화몰드 기준에 비하여 약 30배 정도로 나타나고 폴리우레탄 경화몰드의 인장강도는 11 MPa로 준값 만족하였다. 인장접착강도는 7.01 로 측정되었다. 굴곡강도는 10.6 MPa로 기준을 였다. 폴리우레탄 수지의 신장율은 61%로 측정되었고,
   CIPP를 ‘KS M

    Table 3에 제시하였다. 이용한 CIPP의 인장강도는 16.2 CIPP 인장강도 20.5 MPa에
폴리우레탄 수지 CIPP 시험 폴리우레탄 수지 시험한 결과를 기존 2013 : 열경화성 수지를 이용한 수도배관 시설 경화 비굴착 보수 튜브’의 규격과 비교하면, 액 두 가지 모두에서 기존 규격과 다름을 알 실험결과는 폴리우레탄 수지를 에폭시 수지의 기준 부족하게 나타나고 있다. 폴리우레탄 수지를 이용한 굴곡강도도 에폭시 수지 CIPP 기준 31.4 MPa에 낮은 18.4 MPa로 나타나고 있다. 폴리우레탄 수 이용한 CIPP의 굴곡탄성율은 에폭시 수지 CIPP 기 GPa에 비하여 낮은 0.57 GPa로 나타나고 있다. 폴리우레탄 수지를 이용한 CIPP의 박리강도의 경우 에 수지 CIPP 기준 178.6 g/mm에 비하여 2배 이상 478 g/mm으로 나타나고 있다. 폴리우레탄 수지를 CIPP의 연신율은 에폭시 수지 CIPP 기준 2.2% 2배 이상 높은 6.3%로 2배 이상 높게 나타났다.
   CIPP용으로
본 연구에서 우레탄 수지를 사용할 는지 살펴보기 위하여 국가표준에 의거하여 물성 진행 하였으며 그 결과 폴리우레탄 수지는 인체에 하고 현장 시공 시 발생하는 악취 등 대기오염물질이 생하지 않으므로, 근로자의 작업환경을 개선하고 질 냄새로 인한 민원발생을 방지할 수 있는 수지라고
   2배

   CIPP
강도는 이상 높아 밀착성이 대단히 우수한 것 나타났다. 일반적으로 재료의 강도가 강할수록 마 높아져 단단한 강성이 높은 플라스틱 재료는 마 모율에서 떨어지게 된다. 폴리우레탄 수지는 에폭시 수 비하여 밀착성이 우수하고 마모에 대한 저항도 높 밀착성을 요구하는 공사에 보수용 수지로 사용 있을 것으로 판단한다.