KR102045960B1 - 관로 구조물의 보수 보강 방법 및 라이닝 프로파일 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 관로 구조물의 보수 보강 방법 및 라이닝 프로파일에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 내충격성, 굴곡강도 및 내마모성 등이 우수한 프로파일을 제조할 수 있으며, 관로 구조물의 보수 보강 공정에서 상기 프로파일로 라이닝관을 시공하여 시공의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 프로파일로 시공한 라이닝관은, 조도계수가 개선되어 유하능력이 현저히 향상되며, 투명 또는 반투명성 재질로 이루어져, 작업자가 육안으로 충진재의 충진 상태 및 프로파일 간의 접합 여부를 확인할 수 있다는 장점이 있다.

Description

관로 구조물의 보수 보강 방법 및 라이닝 프로파일{Reinforcement method of pipe structure and lining profile}
본 발명은 관로 구조물의 보수 보강 방법 및 라이닝 프로파일에 관한 것이다.
노후된 상하수 및 각종 용수 관로를 보수, 보강하는 방법 중에서 기존 관을 굴착하지 않고 보수, 보강하는 비굴착 보수공법이 제시되고 있다. 상기 비굴착 보수공법은 지하에 매설되어 있는 기존 관에 부분적인 파손이 있거나 이음부가 벌어지는 등에 의해 누수 등이 발생하는 경우 하자 부분을 보수, 보강하는 공법이다.
비굴착 보수 공법의 일 예로 프로파일을 이용하여 보수하는 SPR(Spiral Pipe Renewal Method) 공법이 있다. 상기 SPR 공법은 나선상으로서 플라스틱 등 탄성재질을 사용한 띠 부재를 기존 관의 내부에 배치하고, 인접하는 띠 부재를 부착한 뒤 기존 관과 나선 띠 부재(프로파일) 사이에는 몰탈(충진재)을 주입하는 방식으로 기존 관을 보수, 보강한다.
한편, 상기 프로파일은 드럼에 감긴 상태로 장시간 보관되는 경우가 많기 때문에, 프로파일 드럼의 중심으로부터 순차적으로 인출되어 공급되는 과정에서 손상을 입는 문제가 있어왔다. 손상을 입은 프로파일에 의해 기존 관의 내부에 설치된 라이닝관은 손상 부위를 통해 하수가 유출되어 고형화된 충진재의 노화를 촉진하며, 하수의 유출로 인해 토양 및 지하수를 오염시킬 수 있는 우려가 있다.
또한, 기존의 불투명한 프로파일은, 기존 관과 프로파일 사이에 주입되는 충진재의 충진 상태를 확인할 수 없어, 시공의 완성도가 떨어질 수 있다. 게다가 프로파일 간의 접합 여부 확인이 어렵기 때문에, 프로파일 간의 접합을 위한 추가적인 작업이 요구되는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1018086호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하고, 노후화된 관로 구조물 내에 내충격성, 굴곡강도 및 내마모성 등이 우수한 프로파일을 이용하여 라이닝관을 시공하고 충진재를 주입하는 관로 구조물의 보수 보강 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 투명하고 표면성이 우수하며, 시공성이 우수하고, 유하능력이 현저히 개선된 라이닝 프로파일을 제공하고자 한다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 일 측면은 보수 또는 보강할 관로 구조물 내부에 제관장치를 설치하는 단계; 상기 제관장치에 프로파일을 공급하는 단계; 상기 제관장치가 상기 공급받은 프로파일을 압출하고, 상기 압출된 프로파일이 나선상으로 회전 전진하여 라이닝관을 형성하는 단계; 상기 라이닝관 및 상기 관로 구조물의 사이 공간에 충진재를 충진하는 단계; 상기 충진된 충진재를 고형화하는 단계;를 포함하고, 상기 프로파일은 투명 또는 반투명하고, 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 48.1±3 중량%, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 18.9±2 중량%, 폴리스티렌(polystyrene) 17.8±2 중량%, 폴리우레탄(polyurethane) 5.7±1 중량%, 실리카(SiO2) 5.2±1 중량%, 인산트리크레실(tricresyl phosphate) 2.1±0.5 중량%, 가공조제 1.6±0.5 중량%, 산화세륨 0.6±0.2 중량%를 포함하는 합성수지조성물을 성형된 것인 관로 구조물의 보수 보강 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 48.1±3 중량%, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 18.9±2 중량%, 폴리스티렌(polystyrene) 17.8±2 중량%, 폴리우레탄(polyurethane) 5.7±1 중량%, 실리카(SiO2) 5.2±1 중량%, 인산트리크레실(tricresyl phosphate) 2.1±0.5 중량%, 가공조제 1.6±0.5 중량%, 산화세륨 0.6±0.2 중량%를 포함하는 합성수지조성물을 성형하여 제조한 라이닝 프로파일을 제공한다.
본 발명에 의하면, 내충격성, 굴곡강도 및 내마모성 등이 우수한 프로파일을 제조할 수 있으며, 관로 구조물의 보수 보강 공정에서 상기 프로파일로 라이닝관을 시공하여 시공의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 프로파일로 시공한 라이닝관은, 조도계수가 개선되어 유하능력이 현저히 향상되며, 투명 또는 반투명성 재질로 이루어져, 작업자가 육안으로 충진재의 충진 상태 및 프로파일 간의 접합 여부를 확인할 수 있다는 장점이 있다.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 보수 또는 보강할 관로 구조물 내부에 제관장치를 설치하는 단계; 상기 제관장치에 프로파일을 공급하는 단계; 상기 제관장치가 상기 공급받은 프로파일을 압출하고, 상기 압출된 프로파일이 나선상으로 회전 전진하여 라이닝관을 형성하는 단계; 상기 라이닝관 및 상기 관로 구조물의 사이 공간에 충진재를 충진하는 단계; 상기 충진된 충진재를 고형화하는 단계;를 포함하고, 상기 프로파일은 투명 또는 반투명하고, 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 48.1±3 중량%, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 18.9±2 중량%, 폴리우레탄(polyvinyl chloride, PVC) 17.8±2 중량%, 다이아이소시아네이트(diisocyanate) 5.7±1 중량%, 실리카(SiO2) 5.2±1 중량%, 인산트리크레실(tricresyl phosphate) 2.1±0.5 중량%, 가공조제 1.6±0.5 중량%, 히드록시탄산마그네슘 0.6±0.2 중량%를 포함하는 합성수지조성물을 성형된 것인 관로 구조물의 보수 보강 방법이 제공된다.
본 발명은 투명 프로파일을 이용하여 제조된 라이닝 관을 시공하여, 작업자가 육안으로 충진재의 충진 상태를 확인할 수 있다. 또한 상기 프로파일은 우수한 내충격성, 내구성 및 내화학성을 가짐과 동시에 조도계수가 개선되어 갱생관의 유하능력을 현저하게 향상시킬 수 있다.
먼저 보강이 필요한 관로 구조물의 위치를 파악하여 통로를 통해 제관장치를 조립하여 기존의 맨홀 등의 통로를 통해 관로 구조물 내에 이동하고 설치한다.
상기 제관장치는 프로파일을 공급받아 압출하고 상기 관로 구조물 안으로 압출시킨다. 압출된 프로파일은 나선상으로 회전 전진하며, 기존 관로 구조물의 내벽을 따라 라이닝관을 형성한다.
상기 프로파일은 투명 또는 반투명한 재질로 이루어져 작업자가 육안으로 충진재의 충진 상태를 확인할 수 있다는 장점이 있다.
상기 프로파일은 합성수지조성물을 성형하여 제조할 수 있는데, 상기 폴리카보네이트는 투명하고 우수한 내충격성, 내후성 및 가공성을 갖는 엔지니어링 플라스틱의 일종으로, 48.1±3 중량% 사용되는 것이 바람직하다. 상기 범위 미만의 경우, 제조되는 라이닝관의 투명성이 감소하고, 기계적인 강도가 감소하는 문제가 있으며, 상기 범위 초과의 경우, 내화학성이 부족하고, 조성물간의 상용성이 감소하여 가공성이 감소하거나 외관이 불량해지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트는 저렴하면서 내구성이 우수한 일반 플라스틱의 일종으로, 상기 폴리카보네이트와 상용성이 있어 컴파운딩에 유리하다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트는 18.9±2 중량%가 포함되는데, 상기 범위 미만의 경우, 투명성이 감소하며, 제조되는 라이닝관의 거칠기가 감소할 수 있으며, 상기 범위 초과의 경우, 프로파일의 내열성 및 내구성이 감소하는 문제가 있다.
상기 폴리스티렌은 단가가 저렴하며, 투명한 플라스틱으로 가공성이 우수하다. 상기 합성수지조성물에 17.8±2 중량% 포함되는데, 상기 범위 미만의 경우, 프로파일 가공이 어려워지고, 가격 경쟁력을 확보할 수 없으며, 상기 범위 초과의 경우, 내구성이 감소할 수 있다.
상기 폴리우레탄은 프로파일의 유연성, 내화학성 및 탄성을 부여하며, 5.7±1 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 범위 미만의 경우, 프로파일에 탄성을 부여하지 못하여 내충격성을 향상하는 효과가 발휘될 수 없으며, 상기 범위 초과의 경우, 라이닝관이 견고하지 못할 수 있으며, 표면이 거칠어져 유하능력이 감소할 수 있다.
상기 실리카는 5.2±1 중량% 포함되어 충격강도를 향상시키는 효과를 보인다. 상기 범위 미만의 경우, 충격강도 향상의 효과가 부족할 수 있으며, 상기 범위 초과의 경우, 기계적 물성 특히 유연성이 감소할 우려가 있다
상기 인산트리크레실은 소수성의 특징을 이용하여 방수특성을 부여하기 위하여 사용되며, 2.1±0.5 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위 미만이 포함되면 방수특성 및 유하능력이 부족하고, 상기 범위를 초과하여 포함되면, 조성물의 점성이 증가하는 문제점이 있다.
상기 가공조제는 가공성을 향상시켜 표면의 결함을 방지하기 위하여 사용되며, 일반적으로 사용되어지고 있는 공지의 물질이 사용될 수 있다. 바람직하게는 메틸메타크릴레이트가 1.6±0.5 중량% 사용될 수 있다. 상기 범위 미만의 경우, 가공성이 감소하고, 상기 범위를 초과할 경우, 프로파일 성형 시 압출 부하가 높아지는 문제가 있다.
상기 산화세륨은 소량 포함되어 상기 합성수지조성물의 균일한 혼합과 충격강도 향상 등의 다양한 효과를 보인다. 상기 범위 미만으로 사용될 경우, 조성물의 균일한 혼합이 이루어지지 않고, 표면성이 감소하여 유하능력에 문제가 있을 수 있으며, 상기 범위를 초과하여 사용될 경우, 더 이상의 균일한 혼합, 유하능력 증가 등의 효과를 기대할 수 없기 때문에 적절한 범위에서 한정한다.
이때, 상기 프로파일은 가장자리 일측에는 볼록부가, 타측에는 오목부를 포함하고, 상기 볼록부 및 오목부의 표면에는 각각 서로 다른 극의 성질을 가지는 자석이 도포되고, 상기 프로파일이 나선상으로 회전 전진 시, 서로 인접하는 프로파일 간의 상기 볼록부 및 오목부의 접합이 이루어질 수 있다. 상기 볼록부 및 오목부의 표면에 도포된 자석은 상기 인접하는 프로파일 간의 접합이 용이하도록 하고, 시공이 완료된 후 프로파일 간의 분리를 방지하는 역할을 한다. 상기 볼록부 및 오목부는 표면에 도포된 자석에 의한 접합력을 최대화하기 위하여 서로 맞물리는 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 48.1±3 중량%, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 18.9±2 중량%, 폴리스티렌(polystyrene) 17.8±2 중량%, 폴리우레탄(polyurethane) 5.7±1 중량%, 실리카(SiO2) 5.2±1 중량%, 인산트리크레실(tricresyl phosphate) 2.1±0.5 중량%, 가공조제 1.6±0.5 중량%, 산화세륨 0.6±0.2 중량%를 포함하는 합성수지조성물을 성형하여 제조한 라이닝 프로파일이 제공된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않고, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
실시예 1.
폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 48.1 중량%, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 18.9 중량%, 폴리스티렌(polystyrene) 17.8 중량%, 폴리우레탄(polyurethane) 5.7 중량%, 실리카(SiO2) 5.2 중량%, 인산트리크레실(tricresyl phosphate) 2.1 중량%, 가공조제 1.6 중량%, 산화세륨 0.6 중량%를 포함하는 합성수지조성물을 성형하여 라이닝 프로파일을 제조하였다. 상기 프로파일의 가장자리 일측에는 볼록부, 타측에는 오목부를 형성하였으며, 상기 볼록부 및 오목부의 표면에 각기 다른 극의 성질을 갖는 자석을 도포하였다. 상기 프로파일을 제관장치에 공급하여 높이×폭이 770 mm×770 mm의 라이닝관을 제조하였다.
비교예 1.
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리카보네이트를 대신하여 폴리염화비닐을 첨가하여 프로파일 및 라이닝관을 제조하였다.
비교예 2.
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리우레탄 및 폴리스티렌을 대신하여 아크릴레이트를 첨가하여 프로파일 및 라이닝관을 제조하였다.
비교예 3.
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 실리카를 첨가하지 않고 프로파일 및 라이닝관을 제조하였다.
비교예 4.
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 인산트리크레실을 첨가하지 않고 프로파일 및 라이닝관을 제조하였다.
비교예 5.
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 산화세륨을 첨가하지 않고 프로파일 및 라이닝관을 제조하였다.
시험예 1.
실시예 1 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 프로파일에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
충격강도(IZOD)는 ASTM D256, 인장강도는 ASTM D638, 굴곡강도는 ASTM D790에 의거하여 측정하였으며, 내마모성은 프로파일을 96 시간 동안 측정한 내마모성 실험데이터에 근거하여 50 년 후의 내마모성에 대한 예측(50년 후 마모된 두께 예측, mm)을 나타내었다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
충격강도
(kgcm/cm)		 20 14 19 16 17 17
인장강도
(kgf/㎠)		 871 702 674 681 569 707
굴곡강도
(kg/㎠)		 1604 993 1143 1021 1288 1106
내마모성
(50 년 후 예상 마모 두께, mm)		 0.49 0.82 0.98 1.11 0.58 0.62
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1은 비교예 1 내지 5에 비해 충격강도, 인장강도, 굴곡강도 및 내마모성을 포함하는 기계적 물성이 우수함을 확인할 수 있었다.
시험예 2.
상기 실시예 1 내지 비교예 1 내지 5에서 제조한 라이닝관의 조도계수를 하기 계산식 1의 매닝 공식을 사용하여 측정하였다.
[계산식 1]
V =
Figure 112019011861461-pat00001
상기 계산식 1에서, V는 평균유속, n은 조도계수, R은 내경, I는 동수구배이다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
조도계수 0.0082 0.0116 0.0135 0.0109 0.0099 0.0121
상기 표 2에서 나타난 바와 같이, 실시예 1의 프로파일에 의해 제조된 라이닝관은 비교예 1 내지 5에 비해 개선된 조도계수를 가져, 우수한 유하능력을 가짐을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 의하면, 내충격성, 굴곡강도 및 내마모성 등이 우수한 프로파일을 제조할 수 있으며, 관로 구조물의 보수 보강 공정에서 상기 프로파일로 라이닝관을 시공하여 시공의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 프로파일로 시공한 라이닝관은, 조도계수가 개선되어 유하능력이 현저히 향상되며, 투명 또는 반투명성 재질로 이루어져, 작업자가 육안으로 충진재의 충진 상태 및 프로파일 간의 접합 여부를 확인할 수 있다는 장점이 있다.
전술한 실시예 및 비교예는 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 보수 또는 보강할 관로 구조물 내부에 제관장치를 설치하는 단계;
    상기 제관장치에 프로파일을 공급하는 단계;
    상기 제관장치가 상기 공급받은 프로파일을 압출하고, 상기 압출된 프로파일이 나선상으로 회전 전진하여 라이닝관을 형성하는 단계;
    상기 라이닝관 및 상기 관로 구조물의 사이 공간에 충진재를 충진하는 단계;
    상기 충진된 충진재를 고형화하는 단계;를 포함하고,
    상기 프로파일은 투명 또는 반투명하고, 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 48.1±3 중량%, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 18.9±2 중량%, 폴리스티렌(polystyrene) 17.8±2 중량%, 폴리우레탄(polyurethane) 5.7±1 중량%, 실리카(SiO2) 5.2±1 중량%, 인산트리크레실(tricresyl phosphate) 2.1±0.5 중량%, 메틸메타크릴레이트 1.6±0.5 중량%, 산화세륨 0.6±0.2 중량%를 포함하는 합성수지조성물을 성형된 것이고,
    상기 프로파일은 가장자리 일측에는 볼록부, 타측에는 오목부를 포함하고, 상기 볼록부 및 오목부의 표면에는 각각 서로 다른 극의 성질을 가지는 자석이 도포되고,
    상기 프로파일이 나선상으로 회전 전진 시, 서로 인접하는 프로파일 간의 상기 볼록부 및 오목부의 접합이 이루어지며,
    상기 라이닝관의 조도계수는 0.0082이고,
    상기 프로파일은 ASTM D256에 의해 측정된 충격강도가 20 kgcm/cm이며,
    상기 프로파일은 ASTM D638에 의해 측정된 인장강도가 871 kgf/cm2이고,
    상기 프로파일은 ASTM D790에 의해 측정된 굴곡강도가 1604 kg/cm2인 관로 구조물의 보수 보강 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
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