2.1.1. TIW공법의 구성

해당 공법은 PVC방수시트, PVC발포폼, PE폼과 알루미늄 박판을 방수와 단열 보완의 성능을 실현하기 위해 1 : 2 : 4 의 두께비율 (PVC방수시트 15%, PVC발포폼 28%, PE폼 57%)로 시트층 (3.5mm)을 구성 (Fig. 1 참조)하고 있으며, 시트는 접착제를 격자형태로 바탕체에 도포한 후 부분절연 으로 부착하여 시공한다. 시트의 상부에 우레탄 도막방수재 (약 1.4mm)와 Top-coat 마감으로 단열 보완형 복합방수공법 을 형성하여 방수성 및 단열성을 실현하는 공법이다.

Fig 1.

Composition of TIW method

TIW공법의 접합부위는 반턱형태로 구성된 시트의 끝단부 를 5mm의 간격을 두어 맞대고, 실란트로 채운 후 “T”자 형 태의 탄성 접합부 테잎을 시트 간 맞댐 부위에 시공하며, 톱 니바퀴처럼 반턱부위에 접합부 테잎을 시공함으로써 TIW공 법의 접합 부위를 형성하게 된다 (Fig. 2, Photo 1 참조).

Fig 2.

Joint of TIW method

Photo 1.

Joint of TIW method

하지만 시공 시 시트와 시트 간 5mm의 간격을 일정하게 유지하기 어려운 시공 상의 문제점이 발생될 수 있음으로 시 공 시 작업자가 5mm로 구성된 간격자를 시트깔기 시 시트 의 양 끝단부에 맞추어 놓고 다음 시트를 간격에 맞게 시공 하여 5mm의 간격을 유지하게 된다. 단, 부득이하게 시트 간 5mm의 간격에 오차가 발생할 수 있으며, 이에 대한 내피로 성능 및 열교현상 등의 검토가 요구된다.

본 연구의 방수성 시험에서는 시트층만을 시험체로 구성 한 단일 시험체 (TIW-S)와 시트 상부에 우레탄 도막방수재 를 시공한 복합 시험체 (TIW-C)를 시험체로 구성하였으며, 단열성 시험에서는 다른 단열성 재료들과의 비교를 위해 해 당 공법의 시트층만을 시험체로 구성하였다. 단, 열교현상을 검토하기 위한 시험체는 접합부를 확인하기 때문에 공법에 적용되는 접합부 테잎을 포함한다.

2.1.2. 단열성 비교 시험체

단열성 비교 시험 중 열관류율 시험에서는 현재 국내에서 단열재로 주로 사용되고 있는 TIW-S와 유사한 두께의 스티 로폼을 비롯해 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 대표적 방 수재료 2종류 (아스팔트 방수시트, 우레탄 도막방수재)를 비 교대상 시험체로 선정하였다.

단열성 Mock-up 시험에서는 기존 방수재료들이 대부분 단열성을 확보하고 있지 못하는 이유로 방수재료 보다 단열 성이 우수한 재료들을 대상으로 비교시험체를 구성하였으며, 이에는 앞선 시험에서 보다 두꺼운 스티로폼과 최근 단열재 로 시장성을 넓히고 있는 버블시트와 단열시트를 비교대상 으로 하였다.

2.2.1 공법구성 재료에 대한 기초시험

방수성능 시험방법

(1)

KS F 4911 (합성 고분자계 방수 시트) 중 보강 복합형 복 합시트의 시험방법에 준하여 시험을 진행하는 것으로 하였 으며, 이외에 KS F 4917 (개량 아스팔트 방수 시트)의 시험 중 구조물 거동에 대한 접합부의 특성을 보다 면밀히 검토하 기 위해 내피로 성능 시험 (Photo 2)을 추가적으로 검토하고 자 하였다. 또한 건설구조물 최상부 노출로 적용 될 경우 풍 압에 대한 추가적인 검토가 요구되어 KS F 2622 (멤브레인 방 수층 성능 평가 시험방법)의 시험 중 내풍압 성능 (풍압 저항성) 시험 (Photo 3)을 준용하여 시험을 진행하는 것으로 하였다.

Photo 2.

Fatigue resistance test

Photo 3.

Wind pressure test

Photo 4.

Comparison specimen of thermal transmittance test

2.2.2. 공법구성에 대한 성능평가

단열성 Mock-up 시험 방법

(1)

일정크기의 박스 (600 × 600 × 600mm) (Photo 5)를 구성 하여 박스 바닥부위를 제외한 5면에 각기 다른 단열성 재료 (Table 1 참조)를 시공하여 밀봉하였다. 내부에는 겨울철 실 내온도를 가정하여 발열을 위한 열매 (Photo 6)와 온도측정 센서 (Photo 7) 및 데이터로거를 설치하여 실외에 박스를 정 치 (Photo 8)하고, 일정시간 동안 (48시간-30분 간격 측정) 박스 내부의 온도변화를 측정하여 재료별 단열성을 비교하 고자 하였으며, 역시 TIW-S만을 시험체로 구성하여 시험을 진행하는 것으로 계획하였다.

Photo 5.

Box of thermal insulation performance mock-up test

Table 1.

Specimen composition of comparison test

Item	Comparison Specimen of Thermal Transmittance Test	Comparison Specimen of Thermal Insulation Performance Mock-up Test
➀	Styrofoam (4.5mm)	Styrofoam (10mm)
➁	Asphalt Waterproofing Sheet (3.5mm)	Bubble Sheet (3mm)
➂	Urethane Waterproofing Membrane (3mm)	Thermal Insulation Sheet (3.5mm)

Photo 6.

Heat source of thermal insulation performance mock-up test

Photo 7.

Installation of data logger

Photo 8.

Specimen installation on the outside

접합부 열교현상 관찰 방법

(2)

상기 2.1.1항에서 기술한 바와 같이 TIW공법의 접합부는 맞댐공법을 적용함에 따라 열교현상이 발생 될 수 있기 때문 에 열교현상에 대한 검토가 요구된다.

접합부에서 발생될 수 있는 열교현상에 대한 관찰은 적외 선열화상측정 방법을 이용하여 관찰하고자 하였으며, 이는 박스외부에 접합부를 형성한 후 박스내부에 열매를 설치하 고, 박스외부에서 방사되는 눈에 보이지 않는 원적외선 방사 에너지를 비접촉식으로 검출하여 온도와 색상분포의 열화상 으로 확인하는 방식이다 (Photo 9 참조).

Photo 9.

Example of infrared rays camera image

3.1.1. 방수성 시험

방수성 시험결과 다음 Table 3과 같이 시트층만을 시험체 로 구성한 단일 시험체 (TIW-S)와 시트 상부에 우레탄 도막 방수재를 시공한 복합 시험체 (TIW-C) 모두 KS 표준의 성 능기준 이상의 성능을 확보하고 있는 것으로 확인되었으며, 접합부에 대한 내피로 성능 결과, TIW-S, TIW-C 시험체 모 두 잔금, 찢김, 파단 등이 발생되지 않았다. 내풍압 성능 결 과 역시 TIW-C 시험체는 -5.0Kpa에서도 들뜨거나 손상이 발견되지 않았다 (Photo 10, 11 참조). 이와 같은 시험결과 를 통해 TIW공법이 방수성을 확보하고 있음을 확인할 수 있 었으며, 더 나아가 접합부에 대한 안정성 및 풍압에 대한 공 법적 설계가 이루어져 방수공법으로 현장에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

Photo 10.

Fatigue resistance test result

Photo 11.

Wind pressure test result

3.1.2. 열관류율 시험

열관류율 시험결과, 다음 Table 4 및 Fig. 3과 같이 스티로 폼은 3.3W/²°C, 아스팔트 방수시트가 5.2W/m²°C, 우레탄 도막방수재가 5.2W/²°C, TIW-S가 2.3W/²°C로 확인되었 다. 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 2가지 방수재료인 아 스팔트 방수시트와 우레탄 도막방수재는 두께가 각각 3.5mm, 3.0mm로 0.5mm의 두께 차이가 있었지만 동일한 열관류율 로 확인되었으며, 이는 우레탄 도막방수재가 아스팔트 방수 시트에 비해 단열성이 더 높다고 예상할 수 있다. TIW-S는 이 방수재료들과 유사한 두께 (3.5mm)를 형성함에도 불구하 고 2.9W/²°C의 낮은 열관류율을 보였으며, 오히려 두께가 1mm 더 두꺼운 스티로폼 보다 열관류율이 1.0W/²°C 낮은 것으로 확인되었다.

Fig 3.

Test result of thermal transmittance

즉, 본 열관류율 시험결과만을 토대로 재료별 단열성능을 비교하여 나열할 경우, TIW-S, 스티로폼, 우레탄 도막방수 재, 아스팔트 방수시트의 순으로 단열성이 높다고 판단할 수 있다.

3.2.1. 단열성 Mock-up test

상기 3.1.2절의 열관류율 시험결과, 대표적 두 방수재료 (아스팔트 방수시트, 우레탄 도막방수재)와 TIW-S 간의 열 관류율 성능이 큰 차이를 보여 기존 방수재료 보다 단열성능이 우수한 점 등을 고려하여 후속적으로 진행된 단열성 Mock-up 시험은 앞선 스티로폼 (3.5mm) 보다 두꺼운 스티로폼 (10mm) 과 최근 단열재로 시장성을 넓히고 있는 버블시트와 단열시 트를 비교대상으로 하여 시험을 진행하였다.

48시간 동안 진행된 단열성 Mock-up 시험결과, Table 5, Fig. 4와 같이 10mm의 스티로폼을 설치한 시험체가 가장 높은 온도인 평균 25.91°C를 보였으며, 3.0mm의 버블시트 는 평균 17.28°C, 3.5mm의 단열시트는 평균 15.47°C를 유 지한 것으로 확인되었다. TIW-S는 스티로폼과 유사한 평균 24.11°C (스티로폼과 1.8°C차이)로 확인되었으며, 기타 두 단열시트에 비해 약 8°C 정도 높은 온도를 유지한 것으로 확인되었다.

Fig 4.

Test result of thermal insulation performance mock-up

비록 TIW-S가 스티로폼에 비해 평균적으로 낮은 온도를 유지하였지만, 스티로폼의 두께가 10mm인 점을 감안한다면, 평균 24.11°C의 온도를 유지한 3.5mm TIW-S는 스티로폼이 라는 단열성 재료에 비해 단열효과가 낮지 않다는 것을 예상 할 수 있다. 하지만, 이와 같은 결과에도 TIW-S가 단열재를 대체할 수 있을 정도의 단열성은 부족한 것으로 판단된다. 즉, TIW-S는 방수층으로써 단열 보완의 역할을 할 수 있을 것으로 판단된다.

3.2.2 접합부 열화상측정

TIW공법의 접합부에 대한 열교현상 발생 여부를 확인하 기 위해 길이 900mm, 너비 500mm, 높이 500mm 박스내부 에 열매를 두고, 외부 표면에 TIW공법의 접합부를 형성한 후 열화상 카메라를 사용하여 일반부와 접합부의 열손실 정 도를 측정하였다. 측정 결과, 상기 Photo 12와 같이 TIW공 법의 접합부는 초록색을 띄고 있었으며, 접합부 테잎 부위는 노란색, 일반부는 주황색과 붉은색을 나타내고 있었다. Photo 12의 오른쪽 스펙트럼 (Spectrum)과 같이 푸른색에 가까울 수록 저온, 붉은색에 가까울수록 고온임을 나타내는 것이며, 주로 열교현상이 발생하는 부위에서는 붉은색으로 나타나는 것이 일반적이다.

Photo 12.

Before infrared rays photograph of joint part

Photo 13.

Infrared rays camera image of joint part

Fig. 5의 결과를 통해서도 TIW공법의 접합부는 일반부에 비해 낮은 온도를 형성하고 있는 것으로 나타났으며, 시트와 시트사이 접합부의 중심부는 오히려 가장 낮은 온도를 형성 하고 있음을 알 수 있었다.

Fig 5.

Temperature (°C) of infrared rays photograph part

따라서 이와 같은 시험결과를 통해 TIW공법의 접합부에 서는 열교현상이 발생하지 않는다는 것을 확인할 수 있었으 며, 이는 일정 단열성을 확보하고 있는 접합부 테잎이 시트 와 시트간 접합부에 밀실하게 부착되어 내부의 따뜻한 공기 를 외부로 유출하지 않기 때문인 것으로 판단된다.