지 오 신 세 틱 - 문 제
1. 지오신세틱의 단위원가를 고려할 때, 어떤 인자들이 가격에 영향을 미칠 거라고 생각하는가?
2. 지오텍스타일과 비교하여 지오멤브레인을 구입하거나 품질을 보증함에 있어 어떤 문제를 예상할 수 있는가?(힌트 : 얼마나 많은 회사들이 각각의 형태의 제조에 포함되는지를 생각해 보아라.)
3. 지오신세틱 제품의 파괴에 관한 법률적인 분석을 시행할 때, 고분자 재료 자체가 의심스럽고 재료가 다음과 같다면 어떤 시험을 시행할 수 있을까?
a) 재료가 폴리프로필렌 지오텍스타일일 때
b) 재료가 폴리에스테르 지오그리드일 때
c) 재료가 폴리에틸렌 지오네트일 때
d) 재료가 폴리염화비닐 지오멤브레인일 때
4. 철도의 자갈층 밑에 지오텍스타일이 설치될 때, 이 재료는 동시에 다른 4 가지 기능을 수행할 수 있다. 이들 기능을 설명하라.
5. 최근 지오텍스타일의 용도중 가장 빠르게 성장하고 있는 용도는 무엇인가?
6. 지오텍스타일의 투과성은 직물을 형성하는 섬유나 실에 의해 생기는 기공을 통해 이동되는 액체로 설명된다. 이러한 투과성을 다시의 투과(Darcian permeability)라 한다.
a) 다시의 법칙에 관한 식을 나타내어라.
b) 각각의 항을 말하라.
c) 'K' 변수가 중요한 이유는 무엇인가?
7. 지오멤브레인의 투과성은 고분자의 무정형구조를 통해 이동되는 유동성 증기로 설명된다. 이러한 투과성을 확산에 의한 투과라 한다.
a) Fick의 법칙에 관한 식을 나타내어라.
b) 각각의 항을 말하라.
c) 확산 계수에 영향을 미치는 중요한 인자는 무엇인가?
8. 만일, 지오멤브레인에 구멍이 뚫린다면, 구멍을 통한 흐름은 Bernoulli의 식에 의해 설명된다.
a) Bernoulli의 식을 나타내어라.
b) 각각의 항을 설명하라.
c) 손상되지 않은 지오멤브레인의 확산에 의한 투과와 지오멤브레인의 구멍을 통한
Bernoulli의 흐름은 어떠한 관련이 있다고 생각되는가?
9. 지오신세틱 이외에도, 흙의 인장강도를 증가시키기 위한 방법에는 어떤 것들이 있는가?
10. 극한 기후 조건, 인공적인 조건 또는 사막과 같은 조건에서 지오신세틱의 성능을 어떻게 평가할 수 있는가?
11. 지오신세틱을 제조할 때 사용되는 일반적인 폴리올렌핀계 고분자 2종류는 무엇인가?
12. 지오신세틱을 제조할 때 사용되는 고분자의 분자구조를 고려할 때,
a) 분자쇄의 일반적인 길이는 얼마인가?
b) 분자쇄의 backbone은 무엇을 의미하는가?
c) 폴리에틸렌의 결정과 비결정을 간단히 나타내고, 그들이 어떻게 결합되는지 보여라.
13. 고분자 물질의 분해는 분자쇄 절단을 포함한다.
a) 이 과정을 설명하라.
b) 이것은 어떤 메커니즘을 통해 반응하는가?
14. 일반적으로 모든 고분자 물질은 자외선(UV)의 공격에 민감하다. 화학적 구조를 고려할 때, 왜 고분자 물질은 UV에 약할까?
15. 고분자의 UV 광분해를 방지하기 위한 일반적인 공정은 카본 블랙을 첨가하는 것이다. 이러한 물질은 어떤 기능을 하는가? 이러한 것에 이용될 수 있는 다른 첨가제는 존재하는가?
16. 자외선 광분해를 제외한 고분자 구조에서 노성의 원인은 무엇인가?
17. 적절한 시기에 복토되고, 고에너지 방사선이 존재하지 않을 때, 아래 고분자의 취화의 주원인은 무엇인가?
a) 폴리에틸렌
b) 폴리프로필렌
c) 폴리에스터
d) 폴리염화비닐
e) 폴리아미드
18. 지오멤브레인 제조시, 제조된 시트에 잔류 응력이 존재한다고 생각되는가? 만일 그렇다면, 크기나 방향을 어떻게 측정할 수 있을까?
19. 지오텍스타일의 제조 비용을 고려할 때, 단위 면적당 같은 무게라고 가정하여 아래 제품들을 순서대로 나열하라.(즉, 이들은 mㆍg/m2이 모두 같고, 같은 고분자로 제조되었다)
a) 직포형 모노필라멘트
b) 직포형 슬릿 필름
c) 열 융착 부직포
d) 수지결합 부직포
e) 니들펀칭 부직포
20. 지오멤브레인의 원료 가격을 고려할 때, 제품의 두께가 같다고 가정하여 아래 제품들의 상대적인 가격을 순서대로 나열하라.
a) 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)
b) 매우 유연한 폴리에틸렌(VFPE)
c) 유연한 폴리프로필렌(fPP)
d) 클로로설포네이트 폴리에틸렌-보강된 스크림(CSPE-R)
21. 지오신세틱 클레이 라이너(GCL)를 고려할 때:
a) 지오멤브레인과 비교하여 장ㆍ단점을 설명하라.
b) 압축 점토 라이너(CCL)와 비교하여 장ㆍ단점을 설명하라.
22. 플라스틱 파이프(또는 지오파이프)가 설치된 토양을 고려할 때:
a) 콘크리트 파이프에 비해 지오파이프의 장ㆍ단점을 설명하라.
b) 금속 파이프에 비해 지오파이프의 장ㆍ단점을 설명하라.
c) PVC 고분자 지오파이프에 비해 HDPE 고분자 지오파이프의 장ㆍ단점을 설명하라.
23. 지오폼과 관련된 중요한 특성들을 설명하라.
지 오 신 세 틱 - 해 답 편
1. 아래와 같은 인자들이 포함된다:
공급지에서부터의 거리
현장으로의 접근 용이성
가장 많이 적용되는 노동비용
일차적으로 요구되는 노동 형태
2. 지오멤브레인을 구매할 때, 5개 이상의 많은 회사가 포함된다. 예를 들면, 구매 단체, 품질관리 기관, 제조 회사와 건설 회사 등이 자주 포함된다. 다른 지오신세틱 분야는 제조회사나 대리인으로부터 직접 구매하여 일반 토건업자가 시공하므로 보다 간단하다.
3. 법률적 분석인 경우, 아래와 같은 화학적 분석 시험은 고분자의 종류에 따라 변화된다(즉, 지오신세틱의 형태에 의존하지 않는다).
|
|
PP |
PET |
PE |
PVC(P) |
|
TGA DSC TMA DMA IR GC/HPLC GPC IV CEG |
S P S S P n/a P n/a n/a |
S P S S P n/a P P P |
S P S S P n/a P n/a n/a |
S n/a S S P P P S n/a |
4. 철도에 사용되는 지오텍스타일은 아래와 같은 기능을 수행한다.
a) 골재와 지반의 분리작용
b) 포설된 골재의 측면 보강
c) 골재나 기초지반으로부터 유입되는 물의 여과
d) (비록 골재가 오염되지 않고 완전히 배수되도록 안전한 값을 가지더라도), 철도 구조물의 측면으로 배수
5. 지오텍스타일의 적용분야 중 지오멤브레인의 보호분야가 가장 빠르게 성장하고 있다. 만일 사용된 고분자 양을 비교해 보면, 이들 지오텍스타일의 단위 사용량이 다른 용도에 비해 더 크다는 것을 확실히 알 수 있다.
6. Darcy의 식은 아래와 같다.
a) q = k*i*A
b) q = 단위시간당 유속(cc/sec)
k = 투수계수, 일반적으로 "투수성" 혹은 "수리적 유전율"이라 불림
i = 동수경사
A = 총면적(cm2)
c) k 값은 방정식에서 매우 중요한 요소인데, 그 이유는 수치 변동이 아주 크기 때문이다. 다른 항목은 덜 지배적이다.
7. Fick의 법칙(제 1법칙)은 아래와 같다:
a) 
b) ∂w/∂t = 수분확산 속도(중량에 의한)
∂C/∂x = 막을 통과하는 증기의 농도차
A = 투수 단면적
K = 확산 계수
c) 멤브레인 양면의 농도 차이와 통과하는 물질의 용해도가 가장 중요하다.
8. Bernoulli의 식은 아래와 같다.
a) 
b) Z1 = 임의의 기준점 1에서 유체의 수두 높이, m
Z2 = 하류점 2에서의 유체의 수두 높이, m
P1 = 점 1에서의 압력, kPa
P2 = 점 2에서의 압력, kPa
w = 유체의 비중, kN/m3
V1 = 점 1에서의 유속, m/s
V2 = 점 2에서의 유속, m/s
g = 중력 가속도
9. 토양은 단섬유나 장섬유로 된 고분자 섬유, 강철, 또는 유리 섬유로 보강될 수 있으며, 각각의 독립된 입자에 다발 형태의 행동을 부여할 수 있는 몇몇 재료들을 사용하므로써 토양을 보강할 수 있다.
10. 모든 고분자 재료들은 온도에 따라 물성이 달라진다.
a) 추운 지방에서 고분자는 딱딱해지고 더 단단해지므로, 그것들의 봉합이나 접합과 같은 작업이 더 어려워진다.
b) 더운 지방에서 고분자는 유연해지며 크리프 현상을 보이게 된다. 대부분의 고분자는 UV 분해에 민감하기 때문에 지오신세틱이 환경에 노출되었을 때, 추운 지방에서보다 많은 주의가 필요하다.
11. 폴리올렌핀계는 크게 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE)으로 말할 수 있다. 매우 많은 지오텍스타일이나 지오그리드들은 PP를 원료로 사용하여 제조되고, 지오멤브레인, 지오네트 및 지오컴포지트는 PE를 이용하여 제조하므로 폴리올렌핀계는 매우 중요하다고 할 수 있다.
12. 폴리올렌핀계 분자 구조의 경우(다른 고분자는 보다 복잡하다);
a) 체인의 길이가 500g/chain 정도인 분자의 평균 분자량은 20,000∼100,000g/mol이다.
그러므로, 
으로부터
약 120개의 체인을 갖는다고 볼 수 있다.
b) 탄소결합이 주쇄로 고려되는데, 그 이유는 장쇄의 결합은 탄소와 탄소의 결합이기 때문이다.
c) 폴리에틸렌의 경우
13. 분자쇄 절단은 고분자 특성에서 매우 중요하다.
a) 사슬의 절단은 분자의 길이 방향에 수직인 방향으로 고분자 구조가 끊어지는 것을 말한다. 고분자의 수소원자는 주쇄인 탄소와 결합하고 있는 산소와 반응하여 자유 라디칼을 형성하므로써 사슬이 절단된다. 재료의 분자량은 감소하며 물리적 성질은 떨어진다. 이 과정은 비가역적이다.
b) 사슬의 절단은 여러 가지 현상에서 나타났다; 예를 들면, 화학반응, 산화, UV 분해, 방사선 분해 및 이런 현상들이 복합된 경우. 실제로, 이러한 현상들의 상승효과는 확실히 밝혀지지 않았다. 각각의 현상들은 온도가 올라가거나 높은 응력이 작용하는 경우 촉진된다.
14. UV 광선은 사슬을 절단하며 분자사슬에 있는 외부 수소원자들의 가교결합을 유발한다. 이런 반응성에 민감한 수소원자들은 반복 단위에서 탄소원자와 공유되어 있다. 사슬의 절단이 발생하면 분자량이 감소하고, 재료의 강도, 신도, 탄성계수 등이 감소한다.
15. 잘 분산된 카본블랙은 고분자 구조에 침투하여 분자쇄를 절단하는 UV 광선을 흡수차단한다. 카본블랙은 아주 효과적으로 UV 분해를 줄일 수 있지만 완전히 줄이지는 못한다. 카본블랙은 때때로 보호제나 차단제로 불린다. 카본블랙 대신에 사용될 수 있는 매우 다양한 첨가제나 여러 형태의 산화방지제들이 있다.
16. 고분자 노성은 원 상태의 재료에 어떤 변화가 발생하는 것으로 고려된다. 노성의 주원인은 아래와 같다.
UV에 의한 분해
산화에 의한 분해
방사선에 의한 분해
여러 형태의 가수분해반응
저장 액체와의 화학반응
위의 경우를 촉진시키는 매우 높은 노출 온도
위의 경우에 부가된 응력과 관련된 현상
17. 적절한 시기에 복토되고 고에너지 방사선이 존재하지 않을 때, 가장 중요한 분해 현상은 아래와 같다.
a) 폴리에틸렌 - 산화
b) 폴리프로필렌 - 산화
c) 폴리에스터 -가수분해
d) 폴리염화비닐 - 가소제의 용출
e) 폴리아미드 - 산성반응
18. 압출공정이나 계속적인 제조공정에서 잔류 응력은 대부분의 지오멤브레인에 존재한다.
잔류 응력은 생산되는 제품의 기계 방향에서 보다 크게 나타난다. 시간의 경과에 따른 응력완화는 이러한 잔류 응력을 소멸시키는 원인이 된다. 잔류 응력의 측정은 매우 힘들다. 가장 간단한 방법은 온도의 상승에 따른 수축을 측정하는 것이다. 그러나, 이러한 변화는 측정하기에 매우 작은 값으로 나타난다. 더욱 이론적인 방법은 변형율 측정 게이지를 설치하고 중앙에 구멍을 뚫는다. 구멍을 뚫을 때 발생되는 응력완화를 측정한다. 그러나 이러한 두 가지 방법 모두 매우 적은 값을 가지므로 신중을 기해서 측정해야 한다.
19. 지오텍스타일의 제조비용을 고려할 때, 니팅 직물은 직포보다 약 10배 정도 빠르다. 그리고, 부직포는 직포보다 약 100배 정도 빠르게 생산할 수 있다. 따라서 니팅 직물보다 10배 정도 빠르다.
a) 열 융착 부직포 : 30 m/min
b) 수지결합 부직포 : 15 m/min
c) 니들펀칭 부직포 : 3 m/min
d) 직포형 모노필라멘트 : 1.2 m/min
e) 직포형 슬릿 필름 : 1.0 m/min
20. 단위 두께당 지오멤브레인의 재료비
a) CSPE-R 와 fPP …… 매우 높음
b) PVC …… 중간정도
c) VFPE …… 낮음
d) HDPE …… 가장 낮음
21. GCLs의 경우
(a) 지오멤브레인과 비교할 경우
장점
천연의 토양 재료
벤토나이트는 건설기술자들에게 잘 알려져 있다.
벤토나이트의 자체 치유능력이 알려져 있다.
지오멤브레인의 보완용으로 복합 차수막을 형성한다.
단점
벤토나이트의 입자는 떨어지기 쉽다.
봉합에 대한 테스트를 할 수 없다.
단위 비용이 높다.
규정에 없는 새로운 재료이다.
(b) CCL과 비교할 경우
장점
공간을 줄일 수 있는 얇은 두께
공장에서 제어된 제품
설치가 쉽고 직선으로 설치할 수 있다.
단가가 낮다.
단점
얇기 때문에 꿰뚫림에 대해 고려해야 한다.
얇기 때문에 등가 유동량을 고려해야 한다.
전통적인 점토차수막에 대한 견해와 다르다.
법규에 언급되지 않은 새로운 재료이다.
22.
플라스틱 파이프의 경우
(a) 콘크리트 파이프와 비교할 때
장점
경량
취급이 용이함
단단히 연결됨
유연함
비용 절감
단점
강성이 떨어짐
강도가 떨어짐
결합이 더 복잡함
응력의 집중현상이 나타남
건설기술자들에게는 새로운 재료임
(b) 금속파이프와 비교할 때
장점
경량
취급이 용이함
더 유연함
비용 절감
단점
강성이 떨어짐
강도가 떨어짐
응력의 집중현상 발생
건설기술자들에는 새로운 재료임
(c) PVC 파이프와 비교할 때
장점
비용 절감
우수한 내구성
제조의 용이성
깨지지 않음
단점
변형되기 쉬움
응력 크랙에 민감함
뒷채움시 더 많은 주의 필요
23. 지오폼의 가장 큰 특징은
취급이 쉬운 초경량이다.
구조물에 쉽게 사용할 수 있다.
구조물 주위에 쉽게 형성할 수 있다.
지반을 경량화 할 수 있다.
높은 절연성이 있다(특히 건조시).
보강할 수 있다.