유리섬유 강화 자연형 인조암의 성능기준

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 건설 전 분야에 걸쳐 활용범위가 넓은 자연형 인조암을 대상으로 국내‧외 성능관련 규격, 지침, 문헌 및 사례 등의 고찰과 시험, 현장조사를 통해 종합적인 요구성능 및 성능 평가기준을 설정함으로써 건설현장에 적용 가능한 성능지침을 제시하고자 하였다.
사례연구 및 문헌연구를 통해 요구성능인 구조안전성능, 내구성능, 경관성능, 환경부하저감성능, 생태성능의 주요 예비항목으로 20개를 도출하였다. 예비항목에 대한 객관적인 요구성능 항목 및 기준설정을 위해 40인의 전문가를 대상으로 중요도 평가 및 타당성을 위한 설문을 실시하였다.
그 결과, 요구성능별 요구성능 항목은 구조안전성능(휨강도, 압축강도, 충격강도), 내구성능(균열, 내부식성, 내화성), 경관성능(질감, 변색, 색채), 환경부하저감성능(CO2 저감율, 재료 재활용률, 수질 및 토양), 생태성능(생물다양성, 생태적 유사성, 생태계 기능 훼손 저감) 등 총 15개 요구성능 항목이 선정되었다.
성능 평가기준은 각 항목에 대한 유사 사례 및 문헌 등을 검토하여 기준을 설정하였다. 자연형 인조암으로 시공된 경관조형물 및 구조물을 대상으로 시편시험과 현지조사를 통해 검증하였다.
평가등급은 민감도 및 평가의 용이성 등을 고려하여 3등급으로 설정하여 제시하였다.
각 요구성능 항목에 대한 기준은 다음과 같다.
구조안전성능의 휨강도는 10MPa 이상으로 설정하였으며, 압축강도는 40-60MPa로 설정하였다. 충격강도는 2m 높이에서 2㎏ 중량의 강구(鋼球)를 떨어뜨려 소재의 파괴 유무로 설정하였다.
내구성능의 균열은 현장 측정을 통해 균열폭에 따른 기준을 설정하였다. 내부식성은 패임 및 표면박리현상의 발생면적에 따라 기준을 설정하였다. 내화성은 국토해양부 난연성능의 기준(고시 제 2012-624호)에 의거하여 불연재료, 준불연재료 및 난연재료로 등급화 된 기준을 설정하였다.
경관성능은 현장조사에 의해 검증되며 질감은 자연암과 유사한 표면구현 정도에 따라 구분하였으며, 변색은 백화현상 및 색채기준 ±3 범위 이상을 변색으로 판단하고 발생 면적율에 따라 설정하였다. 색채는 먼셀 표색계를 이용하여 자연석과의 색채(색상, 명도, 채도) 차이에 따라 기준을 설정하였다.
환경부하저감성능의 CO2 저감율은 시멘트 제품에 대한 고로슬래그 제품의 CO2 배출량 저감비율을 기준으로 설정하였다. 재료 재활용률은 폐기된 자연형 인조암 패널을 미분말 처리 시 기존제품에 대한 치환비율을 적용하여 설정하였다. 수질 및 토양은 환경정책기본법 제12조 제2항 중 호소생태계 수질기준에 의거하여 수질기본항목 중 3항목(pH, DO, SS)을 선정하여 기준을 설정하였다.
생태성능의 생물다양성은 자연형 인조암 시공구조물을 이용하는 조류 이용행태 및 주변 식물의 자생종 이입에 따라 기준을 설정하였다.
생태적 유사성은 자연암 구역과 인조암 시공지를 대상으로 조류 및 식물의 출현종수의 근접성에 의거하여 설정하였다. 생태계 기능 훼손 저감은 기존 생태계자원의 재활용률에 따라 3항목을 설정하여 그 비율에 따라서 기준을 설정하였다.
각 요구성능 항목별 성능 평가기준을 종합하여 자연형 인조암의 성능지침을 최종 제시하였다.
본 연구에서는 옥내･외에서 폭넓게 활용되는 소재인 자연형 인조암의 성능기준을 종합적으로 제시하였으나, 추후 시공사례에 대한 시험 및 지속적인 모니터링을 통해 데이터를 축적함으로써 시공물에 대한 관리적 측면에서 보다 객관적이고 종합적인 성능 가이드라인이 마련되어야 할 것이다.
또한, 성능기준 뿐만 아니라 성능 보증계약 제도 등을 포함한 성능 전반에 관한 제도를 정착시킴으로써 향후 목적물의 유지 및 관리에 있어서 보다 효율적인 대응이 가능하도록 해야 할 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The present study is intended to propose the performance criteria for construction field use by establishing general requirements and performance test standards of natural looking artificial rocks widely used in all sectors of construction, through investigation of standards, guidelines and other literature home and abroad, testing, and site-survey.
Through case studies and literature review, 20 main preliminary performance requirements were selected including: structural safety, durability, landscape, environmental load reduction, and ecological performances. 40 experts were sampled for a survey to assess the importance and feasibility, in order to set the objective requirements and standards of the 20 preliminary items.
As a result, the selected performance requirements include a total of 15 items: structural safety (flexural, compressive, and impact strength), durability (cracks, corrosion-resistance, fire-resistance), landscape (texture, discoloration, color), environmental load reduction (CO2 reduction rate, recycling rate of materials, water quality and soil), and ecological performance(biodiversity, ecological similarity, reduction of damage on ecosystem function).
Performance evaluation standards were determined based on the similar cases and literature for each item, and were verified through specimen testing and fieldwork on landscape sculptures and structures employing artificial rocks.
Assessment ratings were presented in 3 grades considering the sensitivity and ease of evaluation.
The standards of each required performance are as follows.
For structural safety, the flexural strength was set to 10MPa min, and the compressive strength, 40-60MPa min. Impact strength was set as whether the material breaks from dropping of 2kg weight at 2m height.
For durability, cracks were set as the width of cracks through field measurement. Corrosion resistance was set as the area of dents and surface delamination. Fire-resistance was set as noncombustible, semi-incombustible and flame-retardant materials by test in accordance with the 'Retardant performance (Notice No. 2012-624) of the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs'.
Landscape performance is to be evaluated by on-site assessment; texture was classified depending on the degree of surface similarity to natural rocks; discoloration was set to be determined by efflorescence and change over color standards ± 3, and the area of discoloration. The standard of color was determined by the color (hue, lightness, saturation) difference from natural rocks using Munsell color system.
Among environmental load reduction performance, CO2 reduction rate was set based on the CO2 emissions reduction rate of the blast furnace slag products against cement products. Recycling rate of Materials was set by applying the substitution ratio for existing products when discarded artificial stones are processes to fine powder. Water quality and soil standard was set by selecting 3 items(pH, DO, SS) from among the basic items of water quality in accordance with standards set by the 'water reservoir water quality standards' from Article 12, Paragraph 2 of the Environmental Policy Act.
The standard for the biodiversity, among ecological performance, was set according to use behavior of birds and the ingression of indigenous plants utilizing or around the natural form artificial rocks. Ecological similarity was set as the similarity or difference of numbers of birds and plants living in natural rock area and artificial rock construction zones. The reduction of damage on ecosystem function was set according to the ratio of 3 items determined by the recycling ratio of the existing ecosystem resource.
Final performance guideline was proposed for natural form artificial rocks after integrating the performance evaluation criteria of each item.
This study has presented an integrated performance standards of artificial rocks widely used indoors and outdoors, but further objective and comprehensive performance guidelines are needed in the respect of management of structures through data accumulation by testing and continued monitoring of future constructions.
In addition to performance criteria, overall performance system should be settled including performance guarantee contract system, for further effective response in the maintenance and management of the subject matter in the future.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장. 서론 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 연구 목적 4
• 제 2 장. 관련이론 및 연구사 5
• 1. 자연형 인조암 5
• 1) 자연형 인조암 관련 용어 5
• 2) 자연형 인조암 재료 구성 7
• 3) 자연형 인조암 유형 및 특성 9
• (1) 유리섬유 강화 플라스틱(FRP) 9
• ① 정의 9
• ② 역사 및 특성 10
• (2) 유리섬유 강화 시멘트/콘크리트(GRC/GFRC) 11
• ① 정의 11
• ② 역사 및 특성 12
• (3) 유리섬유 강화 슬래그(GRS) 14
• ① 정의 14
• ② 역사 및 특성 14
• (4) 숏크리트(Shotcrete) 16
• ① 정의 16
• ② 역사 및 특성 16
• 2. 성능 및 성능기준 19
• 1) 성능 및 요구성능 19
• (1) 성능 19
• (2) 요구성능 20
• (3) 성능 관련 연구 22
• 2) 성능기준 24
• 3. 연구의 시사점 27
• 제 3 장. 연구 범위 및 방법 29
• 1. 연구 범위 29
• 1) 시간적 범위 29
• 2) 공간적 범위 29
• 3) 내용적 범위 34
• 2. 연구 방법 35
• 1) 분석의 틀 개발 35
• (1) 요구성능 예비항목 도출 35
• (2) 전문가 설문 35
• (3) 요구성능 항목 도출 36
• (4) 성능 평가기준 개발 36
• 2) 분석의 틀 적용 37
• (1) 시험분석 37
• (2) 대상지 현장조사 41
• 제 4 장. 결과 및 고찰 44
• 1. 분석의 틀 개발 44
• 1) 요구성능 44
• (1) 예비항목 도출 44
• (2) 전문가 설문 51
• (3) 요구성능 항목 도출 54
• ① 구조안전성능 54
• ② 내구성능 55
• ③ 경관성능 56
• ④ 환경부하저감성능 57
• ⑤ 생태성능 58
• 2) 성능 평가기준 개발 59
• (1) 구조안전성능 59
• ① 휨강도 59
• ② 압축강도 60
• ③ 충격강도 61
• (2) 내구성능 63
• ① 균열 65
• ② 내부식성 68
• ③ 내화성 71
• (3) 경관성능 74
• ① 질감 74
• ② 변색 78
• ③ 색채 81
• (4) 환경부하저감성능 88
• ① CO2 저감율 88
• ② 재료 재활용률 92
• ③ 수질 및 토양 95
• (5) 생태성능 98
• ① 생물다양성 98
• ② 생태적 유사성 102
• ③ 생태계 기능 훼손 저감 105
• 2. 분석의 틀 적용 109
• 1) 재료의 물성 109
• (1) 유리섬유 함유율 109
• (2) 기건비중 110
• 2) 구조안전성능 111
• (1) 휨강도 111
• (2) 압축강도 114
• (3) 충격강도 116
• 3) 내구성능 118
• (1) 균열 118
• (2) 내부식성 120
• (3) 내화성 121
• 4) 경관성능 122
• (1) 질감 122
• (2) 변색 124
• (3) 색채 125
• 5) 환경부하저감성능 128
• (1) CO2 저감율 128
• (2) 재료 재활용률 129
• (3) 수질 및 토양 130
• 6) 생태성능 131
• (1) 생물다양성 131
• (2) 생태적 유사성 137
• (3) 생태계 기능 훼손 저감 139
• 3. 자연형 인조암 성능평가 지침 142
• 1) 목적 및 목표 142
• 2) 일반사항 142
• (1) 적용범위 142
• (2) 용어정의 142
• (3) 전제조건 143
• 3) 요구성능 143
• 4) 성능기준 145
• 5) 성능평가 방법 148
• (1) 시험 148
• (2) 현장측정 149
• 제 5 장. 결론 및 제언 152
• 1. 결론 152
• 2. 제언 156
• ■ 인용문헌 158
• ■ ABSTRACT 167
• ■ 부록 171