터널 지보재로서의 적용성 검토를 위한 박층 뿜칠 라이너의 부착성능과 지보성능의 평가

한진태,이규필,박영택,최순욱,황귀성,최명식,장수호,Han, Jin-Tae,Lee, Gyu-Phil,Park, Young-Taek,Choi, Soon-Wook,Hwang, Gwi-Sung,Choi, Myung-Sik,Chang, Soo-Ho 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.6

박층 뿜칠 라이너(Thin Spray-on Liner, TSL)는 1990년대에 개발되어 광산에 처음 적용된 이후로 숏크리트의 대체 재료로서의 활용이 증가하고 있다. 본 연구에서는 폴리머 함량이 다른 두 가지 TSL 재료에 대하여 인장강도시험, 부착강도시험, TSL 코팅 시험편에 대한 압축강도시험 및 EFNARC(2008)에서 제안한 TSL의 지지 성능평가 시험을 수행하여 지보재로서 사용하기 위한 TSL의 역학적 성능을 평가하였다. 실험결과, 본 연구에서 사용된 두 가지 재료 모두 지보재로서의 최소 성능 규정은 만족하는 것으로 나타났으며, 특히, 폴리머 성분이 높을수록 인장강도가 증가하는 반면, 시멘트계 성분이 높을수록 상대적으로 초기 재령에서 부착강도가 크게 나타남을 실험적으로 확인하였다. The use of Thin Spray-on Liner (TSL) as an alternative to shotcrete has drastically increased since 1990s when it was first developed and introduced to mines. In this study, tensile strength test, bond strength test, compression test with specimens coated by TSL, and two kinds of bending tests proposed by EFNARC (2008) were performed with two kinds of TSLs with different material compositions in order to evaluate their support capacities. As a result, both TSLs were shown to be satisfactory for the minimum performance requirements for a structural rock support suggested by EFNARC (2008) and tensile strength of a TSL was shown to increase as its content of polymer was higher. In contrast, its bond strength was shown to increase proportional to the content of a cementitious component especially at the early age.

분말형 박층 뿜칠 라이너 시작품의 제작과 성능평가

장수호,이규필,한진태,최순욱,황귀성,최명식,Chang, Soo-Ho,Lee, Gyu-Phil,Han, Jin-Tae,Choi, Soon-Wook,Hwang, Gwi-Sung,Choi, Myung-Sik 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.3

박층 뿜칠 라이너(TSL)는 숏크리트와 철망을 대체하는 새로운 암반 지보재로서 고려되고 있다. 하지만 아직까지 TSL의 핵심 제작기술이 공개되지 않은 관계로 독자적인 TSL 개발이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에는 TSL의 개발을 위한 첫 번째 단계로서, 2가지의 경제적인 분말형 TSL 시작품 배합조건들을 도출하였고 이들을 액상 및 분말 재료가 혼합되는 2성분 외국산 TSL의 역학적 성능들과 실험적으로 비교하였다. 실험결과, 1가지 TSL 시작품 배합조건은 파괴 시의 신장률이 낮게 나타나 지보재로서의 활용이 어려운 것으로 나타났으나, 나머지 TSL 시작품 배합조건은 기존 외국산 TSL보다 큰 인장강도와 부착강도를 발현하는 등 우수한 성능을 나타내었으며 유럽 EFNARC(2008)의 모든 성능기준을 만족하여 지보재로서 활용이 가능한 것으로 검증되었다. 단, 외국산 2성분 TSL과 비교할 때 TSL 시작품의 연성을 추가적으로 향상시키기 위한 보완이 필요한 것으로 나타났다. Thin Spray-on Liner (TSL) has been considered as a new rock support to replace shotcrete as well as wire mesh. However, the development of its original production technology is highly in demand since it is not open to the public. Therefore, two kinds of powder-type TSL prototypes were developed as the first development stage. Then, their mechanical properties were experimentally compared with those of a two-component foreign TSL material including both of liquid and powder components. From a series of experiments, the first TSL prototype mixing condition satisfied every TSL performance requirements specified by EFNRAC (2008), and showed much higher tensile and bond strengths than those of the two-component foreign TSL, even though the other TSL prototype cannot be used as a support member since its elongation at break is much lower than its corresponding EFNARC (2008) performance criterion. In addition, a further study to increase the ductility of the first TSL prototype might be necessary to guarantee its higher applicability to field conditions.

뿜칠 방수 멤브레인 시작품의 기초 물성평가

장수호(Soo-Ho Chang),강태호(Tae-Ho Kang),최순욱(Soon-Wook Choi),이철호(Chulho Lee),황귀성(Gwi-Sung Hwang),최명식(Myung-Sik Choi) 한국암반공학회 2016 터널과지하공간 Vol.26 No.3

뿜칠 방수 멤브레인은 다양한 지하 굴착 현장에서 종래의 시트 방수 멤브레인을 대체할 수 있는 방수재료로 고려되고 있다. 하지만 아직까지 뿜칠 방수 멤브레인의 특성들에 대한 기초적인 연구가 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 새롭게 제작된 액상과 분말의 2성분 뿜칠 방수 멤브레인 시작품에 대한 물리적․역학적 특성들을 측정하였다. 또한 구성재료와 시공방법인 유사한 박층 뿜칠 라이너와 뿜칠 방수 멤브레인의 특성들을 비교하였다. 분석 결과, 뿜칠 방수 멤브레인의 신장율은 약 250~300%로서 TSL과 비교할 때 상대적으로 매우 큰 연성을 나타내었다. 하지만 뿜칠 방수 멤브레인의 부착강도와 지지력은 박층 뿜칠 라이너보다 다소 낮게 측정되어 지보재로서의 적용에는 한계가 있는 것으로 나타났다. 3차원 X-ray CT 촬영에 의한 뿜칠 방수 멤브레인의 공극률은 26.13%로 분석되었으나, 대부분의 공극들은 양생 과정 중에 형성된 것으로서 서로 연결되어 있지는 않고 개별적으로 존재하는 것으로 나타났다. Sprayable waterproofing membrane has been considered as a substitute for a sheet waterproofing membrane in a variety of underground excavation works. However, fundamental properties of sprayble waterproofing membrane have not been fully given yet. In this study, a new two-component sprayable waterproofing membrane prototype was developed. In addition, its physico-mechanical properties were measured and compared with those of two kinds of thin spray-on liners where constitutive materials and construction methods are very close to each other. From direct tensile tests, the sprayable waterproofing membrane with elongations at break between 250% and 300% showed much higher ductility than TSLs. However, the sprayable waterproofing membrane had a limitation as a support member since its bond strength and loading capacity was lower than those of TSLs. From three-dimensional X-ray CT images, the porosity of the sprayable waterproofing membrane was estimated to be 26.13%. However, most of pores which might have been generated during membrane curing were not observed to be interconnected but isolated.

균질한 품질 확보와 분진 저감을 위한 2성분 박층 뿜칠 라이너의 개발과 성능평가

장수호(Soo-Ho Chang),최순욱(Soon-Wook Choi),이철호(Chulho Lee),강태호(Tae-Ho Kang),황귀성(Gwi-Sung Hwang),김진태(Jintae Kim),최명식(Myung-Sik Choi) 한국암반공학회 2016 터널과지하공간 Vol.26 No.5

본 연구에서는 분진을 저감시킬 수 있고 균질한 품질을 확보하는 데 적합한 2성분 박층 뿜칠 라이너(TSL)를 개발하고 그 성능을 평가하였다. 2성분 TSL 시작품의 인장강도는 분말 1성분 TSL보다 다소 낮게 나타났으나, 높은 연성으로 인해 파괴 시의 신장률이 크게 측정되었다. 이외에도 EFNARC(2008)에서 제시하고 있는 성능기준들을 만족하였으며, 두께 3 ㎜로 피복한 코팅 압축시험 결과, 재령 28일의 평균 압축강도가 50% 이상 향상되는 것으로 확인되었다. 시험타설을 통해 본 연구에서 개발된 2성분 TSL 시작품에 적합한 타설장비를 도출하였으며, 실제 현장시공을 통해 2성분 TSL 타설 시의 분진과 리바운드가 극히 미미함을 확인하였다. 2성분 TSL의 타설속도는 60 ㎡/hr이었으며 일반적인 뿜칠 방수 멤브레인과 비교할 때 빠른 경화 특성을 나타내었다. This study aimed to develop a two-component TSL suitable for reducing dust and guaranteeing homogeneous qualities during its spraying. Its performance was evaluated by a series of laboratory and field tests. High ductility of two-component TSL prototypes resulted in increasing their elongation at break even though their tensile strengths were slightly lower than those of one-component powder TSLs. One prototype of the two-component TSLs developed in this study was verified to satisfy every criterion specified by EFNARC (2008). Especially, it increased the average compressive strength of mortar specimens by 50% even when it coated them only with the thickness of 3 ㎜. From a preliminary spraying test, a spraying machine suitable for the developed TSL prototype was derived and modified. After its field application, dust and rebound generated during its spraying works were found to be very minimal. Its spraying rate was recorded to be approximately 60 ㎡/hr. In addition, it showed a very rapid hardening characteristic compared with general sprayable waterproofing membranes.

폴리머 기반 박층 라이너의 초기재령 특성 평가를 위한 실험적 연구

장수호(Soo-Ho Chang),이규필(Gyu-Phil Lee),한진태(Jin-Tae Han),박영택(Young-Taek Park),최순욱(Soon-Wook Choi),황귀성(Gwi-Sung Hwang),최명식(Myung-Sik Choi) 한국암반공학회 2013 터널과지하공간 Vol.23 No.5

폴리머 계열의 박층 라이너는 양호한 암반 조건에서 숏크리트와 철망을 대체할 수 있는 새로운 지보재로 고려되고 있으며, 1990년대부터 광산의 안정성 확보를 위해 사용되고 있다. 하지만 TSL의 지보 성능을 평가하기 위한 TSL의 특성에 대한 실험적 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 구성 성분이 다른 두 가지 TSL 재료에 대해 재령 7일에 인장강도와 부착강도를 측정하였고, EFNARC(2008)에서 제시하고 있는 지지력 평가 시험도 함께 실시하였다. 시험결과, 폴리머 함량이 높아질수록 재료의 인장강도는 높아지나 상대적으로 부착강도는 작아지는 것으로 나타났다. 특히, 폴리머 함량은 상대적으로 작지만 시멘트계 성분이 포함된 TSL 재료의 경우에는 경화가 빠르기 때문에 부착파괴에 대한 저항성이 높게 나타났다. 이상과 같이 폴리머 함량에 따라 TSL의 성능이 상이하게 나타남을 확인할 수 있었다. Thin Spray-on Liners(TSLs) based on polymer materials have been considered as an alternative to shotcrete and wire mesh in relatively fair rock conditions, and used in mines since 1990s. Nevertheless, Few experimental studies on their mechanical properties necessary for the evaluation of their bearing capacities as a support member have been carried out. In this study, tensile and bond strengths of two kinds of TSLs with different material compositions were measured at the age of 7 days. In addition, two kinds of bending tests proposed by EFNARC (2008) to simulate representative failure mechanisms of TSLs were carried out on the same materials and curing age as in tension and pull-out tests. From the tests, tensile strength of a TSL is shown to increase as its content of polymer is higher. In contrast, its bond strength seems to be in inverse proportion to its polymer content. Especially, the TSL material in which a cementitious component is included with relatively smaller polymer content shows a faster hardening characteristic which results in higher resistance to de-bonding between a TSL and a substrate. As a result, it is shown that the performance of TSLs might be dependent upon its corresponding polymer content.