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토목섬유(GeoSynthetics,GS)
토목건설용 고분자 재료란 모래, 흙, 자갈 등의 환경에 사용되는 고분자 재료로서 토목공사의 시공기술과 밀접한 관계가 있는 제품이며 직포, 부직포, 매트 등과 같은 직물형태와 플라스틱 멤브레인, 압출판 및 3차원 압출성형 구조물, 네트 등과 같은 고분자 제품이 광범위하게 포함된다. 토목섬유의 주요 기능으로는 분리, 보강, 여과, 차단, 배수의 기능의 있으며, 무수한 토목섬유 중에서 가장 대표적인 것들에는 지오텍스타일(geotextiles), 지오멤브레인(geomembranes), 지오그리드(geogrids), 지오네트(geonets), 지오웹(geowebs), 지오매트(geomats), 지오셀(geocells), 지오파이프(geopipes), GCLs(geosynthetics clay liners), 지오컴포지트(geocomposites) 등이 있다. |
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직포형 지오텍스타일 필라멘트사, 또는 방적사를 이용하여 경, 위사를 직각형태로 교차해 만든 형태로 기본조직은 평직, 능직, 주자직으로 구분된다. 사용되는 실은 보통 1,000 ∼ 3,000 데니어 정도이며 직물밀도는 경·위사 방향으로 인치당 19 ∼ 21개가 일반적이다. 섬유원료는 주로 폴리에스테르와 폴리프로필렌 섬유가 사용되고 있으나 폴리프로필렌 섬유는 UV 저항성이 좋지 않은 단점이 있다.
부직포형 지오텍스타일 장·단섬유를 불규칙적으로 배열하여 결합시킨 형태로 단섬유의 경우 니들펀칭법을 이용· 제조하며 장섬유의 경우 스펀본딩법으로 중량 200∼800 g/m2 정도로 적층하여 니들펀칭 또는 열융착 등의 방법으로 결합시킨다. 일반적으로 구성 섬유등이 불규칙적으로 결합된 구조를 형성하고 있어 역학적, 수리적 특성이 우수하며 폴리프로필렌과 폴리에스테를 섬유가 주로 이용되고 있다.
지오멤브레인은 액체봉쇄를 목적으로 최근 널리 사용되고 있으며 국제산업직물협회(IFAI, Industrial Fabrics Association International)에 의하면 위험한 폐기물, 산업용과 가정용의 쓰레기 매립, 흙댐 및 터널방수 등 특별한 용도에 사용된다. 지오멤브레인에 사용되는 고분자의 주요소재는 PVC와 HDPE, CSPE(Chloro Sulfonated Polyethylene) 및 CPE(Chlorinated Polyethylene) 등이며 평면형태와 원형형태의 지오멤브레인이 제조된다.
시트형 지오그리드 지오그리드는 폴리머를 판상으로 압축시키면서 격자모양의 그리드 형태로 구멍(apertures)을 뚫은 다음 일축 또는 이축으로 연신 하여 타원형 모양으로 제조되며 지오멤브레인의 원료로는 HDPE가 주로 사용된다. 연신 과정에서 작은 구멍들은 보통 10∼50 mm 크기의 타원 혹은 원형모양의 큰 구멍으로 되어 있으며 분자배열도 잘 조정되어 결과적으로 높은 강도를 나타내므로 지반 보강용으로 사용된다.
직물형(연성)지오그리드 직물이나 편물형태의 band fabrics과 필라멘트사를 각각 경·위사 방향으로 공급하여 apertures가 형성된 지오그리드용 직물을 제조하여 일광 및 자외선에 대한 저항성을 향상시키기 위해 PVC, 역청, 콜타르 등과 같은 수지를 적당한 용제로 용해시켜 지오그리드용 직물을 피복시켜 만든다.
서로 반대방향으로 운동하는 두 회전 다이(die)를 통하여 얻어지는 strand를 일정한 각도로 교차시킨 2세트의 평행한 구조를 가지며 이들 strand들은 각각 교차점에서 용융, 접착되고 원료 고분자로는 주로 폴리에틸렌이 사용된다.
지오웹은 띠 형태를 가진 매우 거친 폴리에스테르 섬유의 직포형태와 HDPE 띠를 초음파로 접착하여 형성되는 세포망 형태로 구분되며 침식방지와 지반보강용으로 널리 사용되고 있다.
지오매트는 semi-rigid monofilament로 구성되어 있으며 직경은 1mm 보다 작고 매우 주름이 넓게 퍼져있는 3차원으로 엉켜있는 구조를 이루고 있다. 주로 침식방지용으로 사용된다.
지오셀은 서로 연결된 셀로 구성되며 각각의 셀은 두꺼운 매트리스에 의해 흙으로 채워지고 제방을 쌓는데 기초 보강재 역할을 하며 연약지반의 얕은 퇴적물 위에 적용된다. 일반적으로 100에서 200mm깊이의 지오셀은 니들펀칭된 폴리에스테르의 작은 조각이나 100에서 200mm넓이와 약 5m의 길이로 된 고체 HDPE를 이용하여 제조된다. HDPE 지오셀은 과립상 물질로 내부를 채워 사용하며 보통 하층토 보강용으로 사용된다.
지반에서 물, 가스, 기름 및 다양한 종류의 액체 운송수단으로 지오파이프가 사용되며 그 재료는 강성과 재료성능과 관련된 강도를 가져야 한다. 지반 내부 또는 뒷채움 시스템에 적용되는 지오파이프 재료로는 PVC, HDPE, PP, PB(Polybutlene), ABS(Acrylonitrile Butandiene Styrene), CAB(Cellulose Acetate Butayrate)등이 사용되며 압출성형에 의해 제조된다.
토목건설용 고분자 점토 차수재(GCLs)는 지오텍스타일 또는 지오멤브레인 사이에서 낮은 투수성을 지닌 자연토인 벤토나이트를 채워 스티치 본딩, 니들펀칭 또는 접착제로 결합시킨 후 롤의 형태로 생산되며 취급과 수송이 용이하고 설치가 적당한 복합 차수재이다.
두 가지 이상의 토목섬유를 복합하여 원하는 성질을 나타내도록 제조된 형태를 지오컴포지트라고 한다. 지오컴포지트의 종류는 여러 가지가 있으나 대표적인 것으로는 보강용 지오컴포지트, 배수용 지오컴포지트, 액체/기체 봉쇄용 지오컴포지트, 침식방지용 지오컴포지트 등이 있다.
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