유류성분이 지하구조물의 아스팔트계 방수층 손상에 미치는 영향에 관한 실험적 연구 = (An) Experimental Study on the Damage of Asphalt Waterprrofing Membrane due to Oil Ingredient of Underground Structures

국문 초록 (Abstract)

산업발달에 따른 자동차의 증가에 따라 국내 유류 사용량이 급격히 증가하여 1996년의 통계에 따르면 전국 유류저장시설이 약 52,000개에 달하고 있다. 하지만 최근들어 계속되는 유류 저장시설의 누출로 유류시설물 주변 주택의 지하구조물에 시공되어진 방수재가 강한 휘발성에 용해되어 장기적으로 지하구조물 방수재로서의 재 성능을 발휘하지 못해 이에 따른 누유사고가 심각하게 대두되고 있다.
유류저장탱크에 의한 토양 및 지하수 오염이 계속해서 발생하고 있으나 현재 국내에는 유류시설물 관련법과 담당인력이 부족하여 실질적인 대책이 부족한 형편이며, 토양환경보전법에 의해 전국의 유류시설물 및 주유소가 정기적으로 토양오염검사를 전문기관에 의뢰해 시행하고 있으나 형식적인 수준에 머물고 있어 실질적으로 누유 발생 및 토양오염을 확인하기는 매우 어려운 실정이다.
이렇듯 특정한 규제없이 무분별하게 지어지는 주유소의 지하유류 저장탱크 관리소홀로 인한 유류 유출사고와 미군부대의 무책임한 시설관리 및 항공기 사용에 따른 유류사고, 대형 건물의 유류저장탱크 및 주택지의 기름보일러로 인한 유류 사용시 부주위로 인한 누유사고, 주택가 주변에 위치한 자동차 정비소의 오일교환에 따른 폐오일 관리소홀로 인한 누출사고에 의해 지하 외벽부는 지상부 토양층에서 유입된 각종 유류성분의 영향으로 방수재가 용해되어 이는 곧 지하구조물 외벽 방수재의 파괴에 따른 성능저하로 이어지며, 이에 따라 외벽부에서의 누유가 발생되며, 좀더 나아가서는 균열의 확대, 철근의 부식, 유류 악취, 화재 위험성으로 좀더 나은 삶을 살고자 하는 현대인들의 지하구조물 환경에 큰 지장을 초래할 수 있다.
이에 본 연구에서는 현재 지하구조물 방수에 적용되는 아스팔트계 시트 방수재에 있어서 각종 유류의 누출시 아스팔트계 시트 방수재가 얼마만큼의 내구성능을 나타내는지를 실험에 의해 방수재를 각각 비교 평가하여, 지하구조물의 안전성 확보를 위한 재료 자체의 성능을 파악하고, 나아가선 국내외의 품질 경쟁력 향상에 도모할 수 있도록 해당 재료의 새로운 성능평가 시험방법과 품질기준에 제정에 관한 도움이 되고자 본 연구를 진행하였다.
(1) 본 연구는 지하구조물에서의 유류 침식에 의한 아스팔트계 시트 방수재의 내구성 평가에 관한 것으로 본 논문은 다음과 같은 내용을 담고 있다.
제 1장: 본 논문의 논제를 "유류성분이 지하구조물의 방수층 침식에 미치는 영향에 관한 실험적 연구"로 정한 연구의 배경 및 목적과 본 논문의 구성 및 체계 등을 다루고 있다.
제 2장: 국내의 지하유류저장탱크의 현황과 방수사고 및 원인분석, 선진국 사례에 관하여 기술하였다.
제 3장: 지하구조물에서의 유류 및 누수 유입에 대한 현장진단 내용으로서, 진단현장 구조 및 상황에 관한 내용으로 이루어져 있다.
제 4장: 현장진단을 통한 원인 분석의 하나로써 아스팔트계 시트 방수재의 기본물성과 방수재의 누유저항성, 유류 내용해성을 통한 실험분석에 관하여 기술하였다.
제5장은 마지막장으로서 4장 실험비교평가를 통한 실험평가 종합결과와 현장진단에 따른 누유원인 규명 및 고찰로써 정리하였다.
(2) 본 연구에 대한 시험결과는 다음과 같다.
본 연구를 통한 아스팔트 계열의 방수재는 유류에 직접적인 영향을 받아 그 내구성이 현저하게 저하하는 것을 알 수 있었다.
유류의 휘발성(옥탄가)에 따라 다르지만 개량 아스팔트시트는 대부분 무처리 인장강도비 약 20%까지 떨어짐을 알 수 있으며, 고무 아스팔트시트의 경우 무처리에 비해 약 70%이상의 인장강도비를 보였으나 이는 아스팔트 성분을 모두 소실한 시트 표면부 HDPE(High Density PolyEthylene)만의 강도임을 알 수 있다.
이러한 시험결과를 통해 아스팔트계 시트 방수재의 경우 가장자리 부분이 유류에 노출되었을 경우 그 부착성능이 현저히 저하되어 유류 및 지하수가 유입될 수 있는 통로를 열어준다는 것을 확인할 수 있었으며, 강한 수압이 작용할 경우 그 열화 및 유입속도는 더욱 가속화 될 것이 분명하다.
또한, 휘발성을 가지고 있는 유류성분(휘발유, 항공유, 등유, 경유)에 대하여 아스팔트 방수시트가 대부분 1시간 내에 그 형태가 심하게 손상됨을 알 수 있었으며, 이를 통해 실제 현장에서도 장기간에 걸쳐 지속적으로 방수층이 유류성분에 노출되지 않는다 하더라도 단시간 또는 단속적으로 유류성분에 노출된 부위는 그 방수성능에 치명적인 손상을 받을 수 있다는 사실을 알 수 있었다. 특히 아스팔트계 시트재의 가장자리 및 이음부는 비닐보호코팅 없이 아스팔트 성분이 방수층 표면에 노출되어있기 때문에 유류에 의한 손상에 가장 취약한 부위가 될 수 있음을 알 수 있다.
본 연구를 통한 제3장 지하구조물에서의 누수 및 누유 유입에 따른 현장진단의 경우 콘크리트 단독으로만은 수압과 함께 작용하는 지하구조물에서의 누유 및 누수에 대해 저항한다는 것은 불가능하며, 방수재가 콘크리트 시공시 필연적으로 발생하는 수밀상의 결함을 보충할 수 있는 중요한 재료라는 것을 다시한번 알 수 있었다.
앞으로 우리가 살고 있는 공간의 쾌적한 삶을 위해 각 재료 마감재에 대한 주위환경의 영향에 대응할 수 있는 많은 연구검토가 뒷받침되고, 방수층의 성능을 평가할 수 있는 방법이 학계 및 업계를 중심으로 적극적으로 검토되어져야 할 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In recent days, the accidents of oil leakage is increasing in the structures which has been constructed together with an economic growth. In the result, the waterproofing materials in the underground structures is melt down and cannot fulfil its duty. As the industry make progress and the number of automobile increases, the amount of oil consumed is rapidly increased. The statistics data in 1996 recorded that the number of oil storage facilities in Korea reached nearly 52,000. In this connection, the oil leakage accident in a residential section, which is caused by the oil leakage in the neighboring oil storage facilities is being recognized as a severe problem.
This study performed an experimental study on the effects of the oil leakage accident on the performance of structural materials. In order to investigate the actual condition and the problems, a comparative analyses were conducted considering the various types of leakage. Utilizing the obtained results as the basic data for test methods and the standard of quality, we intended to propose a strategy to develop an innovated waterproofer and improve the clean environment of underground structures.
This study refers to the durability evaluation of waterproofing materials against the oil leakage accident in the underground structure and the paper includes contents as follows:
Chapter 1: A background of choosing the subject "An Experimental Study on the Damage of Asphalt Waterproofing Membrane due to Oil Ingredient of Underground Structures", the purpose of the study, and introduction to the structure of this paper.
Chapter 2: A status of underground oil storage tank in Korea, the cause analysis of waterproof accident, and some case studies of other advanced countries.
Chapter 3: A result of the field examination on oil and water leakage in the underground structure, and more information on the structure and conditions of the field examination.
Chapter 4: Explanation of asphalt sheet property as one of the causes analyzed through the field examination and the experimental analysis on oil dissolution.
Capter 5: A final result of the comparative studies in chapter 4, a verification and inquiry into the cause of the oil leakage through the field experiment.
The test result of this study are as follows:
The asphalt waterproofing was directly effected by the oil and its durability remarkably was deteriorated. Even though outcome of experiments slightly differs according to volatility of oil, most of times plain tensile strength ratio decreases by approximately 20%. The tensile strength of a rubberized asphalt sheet measured higher than about 70% in comparison with the free-treatment, however, it is the strength contributed by only the surface of sheet (HDPE) in which the components of asphalt disappeared wholly.
Different from the rubberized asphalt, the asphalt component in the improved asphalt sheet gives a great influence on the endurance performance. Therefore, when the oil components disappear, the tensile performance of improved asphalt sheet is significantly deteriorated because core materials and PE film is separated.
Through the results of experiment, it was found that test for bond strength of asphalt sheet waterproofing remarkably gets deteriorated when its edge is exposed to oil and it eventually allows a passage to the inflow of underground structure. Also, deterioration and speed of the inflow certainly will be accelerated if stronger pressure operates.
Moreover, shape of asphalt sheet can be severely deformed in less than one hour by oil components(aviation fuel, kerosene, gasoline) with volatility.
This indicates the waterproofer of asphalt sheet doesn't necessarily have to be exposed to oil components continuously throughout long term in order to be damaged, but it still can be done fatally in short time.
As time goes by, an asphalt component is continuously melting down. Therefore, if an oil component does not move but stay in the outside, the surface coating part (HDPE) of waterproofing is not so much influenced by the oil component. On the other hand, the most waterproofing layer of asphalt may be swept away. In brief, the long term stability of waterproofing layer can not be expected.
Especially, the bonding region and the edge of sheet without any vinyl-coating is melt by oil component and the oil component penetrates into the periphery. In result, an adhesive strength decreases, which causes the waterproofing layer to get loose and break down.
According to field examination on water or oil leakage in underground structure in chapter 3 of this study, it is impossible for concrete layer by itself to resist against water or oil leakage with strong pressure.
Therefore, it clearly proves that the waterproofing materials is extremely important material in concrete construction in order to supplement the inevitable watertightness defect.
In order to achieve a clean environment of our life in the future, many study was required on the effect of finishing materials on the environment considering the various materials.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 요약 =ⅰ
• 표목차 = ⅳ
• 그림목차 = ⅴ
• 사진목차 = ⅶ
• Ⅰ. 서론 = 1
• 1.1 연구의 배경 = 1
• 1.2 연구의 목적 = 2
• 1.3 연구의 내용 및 범위 = 3
• 1.4 연구의 방법 = 5
• Ⅱ. 유류 누출현황 및 유형분석 = 6
• 2.1 대표적인 유류 누출사고 시설물 = 6
• 2.2 전국의 유류저장시설 현황 = 8
• 2.3 누유 사고 유발시설 유형분석 = 10
• 2.4 유류 누출 사고현황 = 11
• 2.5 유류 누출에 따른 시설별 문제점 분석 = 13
• 2.6 선진국 사례 (미국) = 14
• Ⅲ. 현장진단 = 15
• 3.1 현장개요 = 15
• 3.1.1 현장의 구조 및 공법의 개요 = 15
• 3.1.2 검토 방법 = 16
• 3.1.3 현장 상황 = 16
• 3.2 벽체 누유·누수 및 보수현황 점검 = 17
• 3.2.1 벽체 누유·누수개소 조사 = 17
• 3.2.2 콘크리트의 함수상태 = 23
• 3.3 콘크리트 강도 = 24
• 3.3.1 압축강도(비파괴 시험) = 24
• 3.4 누유경로 조사 = 26
• 3.4.1 현장조사 = 26
• 3.4.2 누유경로 분석 = 27
• 3.5 누유성분 분석 = 30
• 3.5.1 시료채취 = 30
• 3.5.2 FT-IR(Infrared Spectrophotometer) 분석 = 31
• 3.5.3 성분분석 = 42
• 3.5.4 분석결과 = 48
• 3.6 방수층 상태조사 = 49
• 3.6.1 코아채취 = 49
• 3.6.2 방수층 상태 확인 = 50
• Ⅳ. 실험평가 = 52
• 4.1 인장성능시험(유류침식에 의한) = 52
• 4.2 인열성능시험(유류침식에 의한) = 56
• 4.3 부착성능(유류침식에 의한) = 60
• 4.4 조인트 부위 접합성능(유류침식에 의한) = 64
• 4.5 내용해성(유류침식에 의한) = 68
• Ⅴ. 결론 = 73
• 5.1 실험평가 = 73
• 5.2 현장진단에 따른 원인분석 = 75
• 5.3 소결 = 76
• 5.4 본 연구내용의 한계와 향후과제 = 77
• 참고문헌 = 79
• ABSTRACT = 81
• 감사의 글 = 85