KR20200136224A - 마찰성이 향상된 지오그리드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰성 지오그리드 및 그 마찰성 지오그리드의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 지오그리드의 표면에 마찰제를 부착시켜 마찰력을 향상시키도록 한 마찰성 지오그리드 및 그 마찰성 지오그리드의 제조방법에 관한 것인 바, 본 발명은 합성수지 시이트를 구멍(apertures)을 뚫어 형성시킨 지오그리드의 제조방법에 있어서, 시이트의 표면을 고온으로 가열 또는 마찰제를 가열하고 가열된 표면 또는 가열된 마찰제를 충돌시켜 서로 부착하여 제조하는 것에 그 특징이 있다.

Description

마찰성이 향상된 지오그리드{Geogrid with improved friction}

본 발명은 마찰성 지오그리드 및 그 마찰성 지오그리드의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 지오그리드의 표면에 마찰제를 부착시켜 마찰력을 향상시키고 시이트에 에어를 분사하여 표면에서 돌출된 돌출부를 형성하도록 한 마찰성 지오그리드 및 그 마찰성 지오그리드의 제조방법에 관한 것이다.

최근 토목, 건축분야에서 연약지반강화, 옹벽보호, 배수, 경사면안정 등 흙과 관련된 분야에 토목섬유(geosynthetics)를 많이 적용하고 있다. 이와 같은 토목섬유는 종래에 사용되어 오던 자갈, 모래, 거적 등의 빈약한 건축, 토목용 지반강화제에 비하여 사용이 간편하고 운반이 용이하며, 기능성 및 물성이 뛰어나고 경제적으로 유리하여 많이 사용되고 있다.

1960년대 초에 개발되어 적용되기 시작한 고분자 합성섬유 제품인 토목섬유는 우수한 내구성과 시공성, 경제성 등을 갖고 있어 토목분야의 새로운 전기를 마련하였다. 그러나 1970년대까지 각종 토목구조물에 보강재로서 사용되어 온 직포, 부직포 등의 토목섬유 제품은 인장강도, 인장탄성계수, 크리프 등의 측면에서 제약이 있어 높은 인장강도와 인장탄성계수를 요구하는 토목구조물에의 적용이 제한되어 왔다. 이러한 문제는 1979년에 영국에서 개발한, 고강도 토목섬유 제품인 지오그리드의 출현으로 해결되었으며, 이후 지오그리드는 전 세계적으로 각종 토목공사에 다양한 용도로 사용되면서 급격한 발전을 하고 있다.

국내에서는 1990년대에 들어 지오그리드의 사용을 모색해 왔으며, 1993년도에 보강토 옹벽 설계 시 지오그리드를 처음 적용하였고, 1990년대 후반 국내에서 코팅형태의 결합형 연성 지오그리드가 자체 생산되면서 지오그리드의 사용이 활성화되고 있다(한국건설기술연구원,1999). 지오그리드는 연약지반 보강, 성토사면 보강, 보강토 옹벽 등 다양한 토목현장에서 보강재로서 폭넓게 활용되고 있으나, 이러한 용도로 영구 토목구조물에 적용된 지오그리드에 대한 현장 적용기간이 그다지 길지 않기 때문에 장기간 현장에 적용된 지오그리드 보강재의 내구성에 관해서는 아직까지 불확실성이 존재하고 있다. 시간경과에 따른 지오그리드 보강재의 공학적 특성(특히 인장강도) 저하정도는 지오그리드의 소재와 형태, 지오그리드가 포설되어 있는 주변 환경 및 외부하중 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 보강토 구조물 축조 시 지오그리드 보강재 상부에 뒤채움 흙을 포설하고 다짐하면서 발생할 수 있는 지오그리드의 손상도 보강토 구조물의 장기적 안정에 큰 영향을 줄 수 있다. 특히 국내의 경우, 뒤채움 흙으로 널러 사용되고 있는 화강풍화토(산흙)에는 입경이 큰 돌들이 많이 포함되어 있으며, 현장 시공 시에는 양질의 토사 수급의 어려움과 방대한 뒤채움 흙을 채 가름해야 하는 번거로움으로 인해 입경 19mm(뒤채움 선정기준) 이상의 돌이 다량 함유된 흙이 사용되고 있어 지오그리드 보강재의 손상이 크게 우려되고 있다.

지오그리드는 제조방법 및 형태에 따라 시트형(강성) 지오그리드와 재직형 지오그리드로 구분할 수 있다. 일반적으로 재직형(연성) 지오그리드가 시트형 지오그리드에 비해 높은 전단 강도를 가진다. 또한, 고강도 및 저신도를 요구하는 구조체의 건설시공에는 재직형 지오그리드를 많이 사용하고 있다. 이는 시트형 지오그리드의 경우에는 휨강성 및 변형률이 커서 마찰에 의한 저항성이 낮기 때문이다.

토목섬유는 크게 압출성형물, 지오텍스타일, 부직포(non-woven fabric) 등으로 구분할 수 있다. 부직포의 경우는 스펀본딩법으로 제조된 것이 적합하며, 특히 지오텍스타일의 경우 지오그리드, 지오매트 등이 있으며, 이들은 주로 폴리에스터 원사를 제직한 후 폴리염화비닐(PVC) 코팅을 거쳐 제조한다.

지오그리드는 격자구조를 가지며 지반내부에서 흙과의 상호친화성으로 흙의 결집력을 향상시켜주어 지반의 붕괴, 침하 등을 방지하여 주며 연약지반강화용, 옹벽보호용, 경사면강화용 등에 사용되고 있다.

이와 같은 지오그리드는 경, 위사 방향(주, 보조 리브)의 각 띠가 격자를 가진 재료로서 띠의 구성, 교차연결 또는 결합방법을 다양하게 변화시킬 수 있고, 하 중을 받는 방향의 구조보강재로 사용된다. 지오그리드는 플라스틱(강성, 시트형) 지오그리드와 텍스타일(연성, 직물형) 지오그리드가 있으며, 플라스틱 지오그리드는 압출기를 통해 얻은 고밀도 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 시트에 구멍을 뚫은 다음 일축 또는 이축 연신하여 제조하며, 텍스타일 지오그리드는 합성섬유를 격자형으로 제편 또는 제직하여 폴리염화비닐, 아크릴, 라텍스, 고무, 역청 등의 수지를 피복시켜 제조한다.

특히 텍스타일 지오그리드는 플라스틱 지오그리드에 비해 제조원가면에서 경제적이며 제품자체가 유연하므로 포장, 운반 및 시공면에서 상대적으로 유리하다고 알려져 있다.

그러나 이러한 장점에도 불구하고 텍스타일 지오그리드는 그 제조공정에 있어서 몇 가지 문제점을 가지고 있다. 먼저 합성섬유를 사용하여 제, 편직을 하는 공정 후 합성수지를 피복하는 코팅공정을 수행할 때 표면이 미끈하여 마찰력이 저하되어 슬림현상이 발생되는 문제가 있다.

상기한 문제를 해소하고자 표면에 보강사를 S자 또는 Z자 꼬임을 형성시켜 사용하고 있으나 보강사를 설치 후 코팅공정을 수행하기 때문에 마찰력이 향상되지 않는 문제점이 있으며, 또한 보강사를 설치하기가 어렵고 지오그리드의 제조 공정이 복잡하게 되는 문제가 있다.

한편 대한민국 실용신안등록 제296423호와 같이 보강사를 설치하고 표면으로부터 돌출된 돌기를 형성된 구조이다. 그러나 상기한 돌기는 코팅공정을 수행할 때 형성시키기 현실적으로 불가능한 문제가 있다.

독일 특허등록 제2266540호 미국 특허등록 제4374798호 유럽 특허공개 제0374365A호

이러한 종래 문제점을 감안하여 안출한 본 발명은 지오그리드의 표면에 수지분체로 이루어진 마찰제를 부착시켜 마찰력을 향상시킴으로서 마찰제의 점도 조절 및 점도 조절에 의해 코팅층에 부착되는 마찰제의 크기 및 무게를 용이하게 조절할 수 있으며 또한 코팅층의 표면과 마찰제 간의 접착성이 우수하며, 마찰제가 불규칙한 형상으로 부착됨으로 마찰력이 향상되는 이점과 표면에 에어를 분사하여 수지가 한쪽으로 몰려 표면에서 돌출됨으로 돌출부에 의한 마찰력이 향상되도록 한 지오그리드를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적은 합성수지 시이트를 구멍(apertures)을 뚫어 형성시킨 지오그리드에 있어서, 상기 시이트의 표면을 가열하고 가열된 표면에 마찰제를 부착시키고 표면에 에어를 분사하여 수지가 한쪽으로 밀려 돌출부를 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 마찰성이 향상된 지오그리드에 의하여 달성된다.

상기 돌출부는 일정한 간격으로 다수개가 형성되거나 시이트의 폭방향과 나란하게 하나의 줄로 형성된 것 중 하나인 것을 특징으로 하는 마찰성이 향상된 지오그리드에 의하여 달성된다.

상기와 같은 본 발명인 마찰성이 향상된 지오그리드를 제조하는 방법으로는 합성수지 시이트를 구멍(apertures)을 뚫어 형성시킨 지오그리드의 제조방법에 있어서, 수지를 용융한 후 관형시이트압출장치 또는 T-dies 등을 이용하여 시이트를 제조하는 시이트 제조공정과; 상기 시이트의 표면에 마찰제를 부착시키는 마찰제부착공정과; 상기 마찰제가 부착된 시이트의 표면에 에어를 분사하여 돌출된 돌출부를 형성시키는 마찰증대공정과; 상기 마찰증대공정 후 천공구멍을 형성시키는 가공공정 순에 의해 제조하는 것을 특징으로 하는 마찰성이 향상된 지오그리드에 의하여 달성된다.

상기 돌출부는 울퉁불퉁하게 너울지도록 형성시킨 것을 특징으로 하는 마찰성 지오그리드에 의하여 달성된다.

이와 같은 본 발명은 지오그리드의 표면에 수지분체로 이루어진 마찰제를 부착시켜 마찰력을 향상시킴으로서 마찰제의 점도 조절 및 점도 조절에 의해 코팅층에 부착되는 마찰제의 크기 및 무게를 용이하게 조절할 수 있으며 또한 코팅층의 표면과 마찰제 간의 접착성이 우수하며, 마찰제가 불규칙한 형상으로 부착됨으로 마찰력이 향상되는 이점과 표면에 에어를 분사하여 수지가 한쪽으로 몰려 표면에서 돌출됨으로 돌출부에 의한 마찰력이 향상되도록 하는 등의 이점이 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 지오그리드의 구조를 보여주는 정면도.
도 2는 본 발명의 다른 구조의 실시예를 보여주는 정면도.
도 3은 본 발명인 마찰성이 향상된 지오그리드의 제조공정을 보여주는 제조공정도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 지오그리드는 시이트를 생산하는 방법으로는 관형시이트압출장치를 이용하여 튜브형태로 압출하여 관형 시이트를 생산 후 이를 절취하여 평면으로 시이트를 생산하는 방법과 또는 T-dies를 이용하여 압출 형성된 시이트의 제조방법 등이 있으며 본 발명에서는 관형시이트압출장치를 이용한 제조방법을 실시예로 하여 설명한다.

첨부도면 도 3은 본 발명인 마찰성이 향상된 지오그리드의 제조공정을 보여주는 제조공정도로써 수지를 용융한 후 관형시이트압출장치 또는 T-dies 등을 이용하여 시이트(10)를 제조하는 시이트 제조공정(S100)을 실시하고 상기 제조된 시이트(10)의 표면에 마찰제(40)를 부착시키는 마찰제부착공정(S200)을 수행한다.

상기 마찰제(40)는 시이트(10)와 같은 재질로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 마찰제(40) 또한 가열한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 마찰제(40)의 가열은 분말 형태를 유지할 정도의 젤 상태로 가열한 것으로 시이트(10) 표면에 접촉을 위한 충돌시 마찰제(40)의 접촉면적이 충돌에 의해 넓게 퍼지면서 마찰제(40)의 형태가 변경되어 부착된다.

따라서 마찰제(40)의 접착면이 넓어져 마찰제(40)의 접착강도가 상승하게 되는 것이며, 접착강도를 향상시키기 위한 다른 방법으로는 상기 마찰제(40)를 접착제로 코팅하고 코팅된 마찰제(40)를 에어로 시이트(10)의 표면에 분사하여 부착시켜 사용할 수도 있다.

상기 시이트(10) 표면을 가열하지 않고 시이트(10)의 표면이 냉각되어 있을 때에는 분무압력에 의해 날아와 표면에 부딪혔을 때 부착되지 않고 표면으로부터 미끄러짐 또는 표면으로부터 유리면에 마치 설탕을 녹여 응고시킨 것과 같이 마찰제가 코팅층의 표면에서 쉽게 떨어져 나가는 현상이 일어나는 문제가 있기 때문이다.

상기 마찰제(40) 또한 가열되지 아니한 상태이면 시이트의 표면 냉각시와 동일한 문제점이 발생되며 또한 마찰제가 시이트의 표면에 부딪혔을 때 펼치어지는 현상이 일어나지 않는 문제가 있다.

상기 마찰제(40)의 분무 압력은 3~6kgf/cm²이며, 상기한 분무 압력에 의해 시이트 표면과 분무기 노즐과의 거리가 20~60cm 범위 내에서 분무한다. 시이트(10) 표면과 분무기 노즐과의 거리가 60cm 이상일 경우 거리가 멀어 분무기로부터 분사된 마찰제(40)가 표면과 충돌되지 않거나 충돌되더라도 충돌압력이 미약하여 접촉력(응착력)이 약해 마찰제(40)의 무게에 의해 떨어져 나가는 문제점이 있다.

상기 마찰제(40)가 시이트의 표면에 충돌되어 부착시 마찰제(40)가 불규칙한 형상으로 부착되므로 마찰력이 더 향상될 수 있다.

한편 상기 마찰제(40)가 부착된 시이트(10)의 표면에 에어를 분사하여 돌출된 부분을 형성시키는 마찰증대공정(S300)과 상기 마찰증대공정(S300) 후 천공구멍을 형성시키는 가공공정(S400) 순에 의해 제조한다.

이때 마찰증대공정(S300)은 표면에 열풍기를 이용하여 고온의 에어를 분사한다. 상기 고온의 에어는 시이트(10)의 표면을 가열 용융시키는 효과가 있으나 에어의 토출압력에 의해 표면이 용융되어 있을 때 에어가 표면에 분사되면 시이트(10)의 용융 표면이 일측으로 밀려 돌출 형성되며, 이때 에어분사장치가 단일의 일자 형태로 이루어진 것이라면 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 단일로 연결된 물결 또는 파도와 같이 에어에 밀려서 돌출된 부분(20)이 형성된다.

그러나 에어분사장치를 일정한 간격으로 이격시켜 다수개의 분사장치가 배열된 구조라면 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이 물결 또는 파도와 같이 에어에 밀려서 돌출된 부분(20)이 일정한 간격으로 끊어져 형성된 구조로 형성된다.

상기 에어의 온도는 50~80℃ 범위 상기 분사되는 에어의 온도가 50℃ 이하일 경우 표면 가열이 안돼 돌출부의 생성 및 마찰제의 부착이 안되는 문제가 있고, 온도가 80℃ 이상일 경우 제품의 물성 변화가 일어나는 문제가 있기 때문이다.

상기 표면이 에어에 밀려 돌출된 부분(20)을 형성시키면 마찰력을 증대시킬 수 있으며 돌출된 부분(20)의 높이는 0.1~1.0mm 범위의 것으로 한다.

상기 표면이 용융되어 에어에 의해 형성된 돌출된 부분(20)의 높이가 0.1mm 이하이면 미끄럼 방지 및 마찰력의 효과가 저하되며, 상기 표면이 용융되어 에어에 의해 형성된 돌출된 부분(20)의 높이가 1.0mm 이하이면 미끄럼 방지 및 마찰력의 효과가 상승되나 시이트(10)의 물성이 변화되어 품질이 저하되는 문제가 발생하기 때문이다.

상기에서와 같이 시이트(10)의 표면에 마찰제(40)의 부착과 에어에 의해 표면이 밀려 돌출된 부분(20)이 형성되면 일정한 간격으로 천공구멍(50)이 전후 좌우로 연속 반복되게 절단된다. 이때 상기 시이트(10)의 두께, 천공구멍(50)의 크기, 구멍과 구멍의 간격에 의하여 인장강도를 조절한다.

상기 천공구멍(50)을 형성하면 마치 경사리브와 위사리브를 형성한 것과 같이 절단되지 않은 부분이 규칙적으로 배열되며 여기서 천공되지 않은 부분은 하중이 가해지는 방향과 같은 방향으로 사용되며 모래, 흙, 암석 등으로 채워지는 부분이며, 상기 천공구멍(50)은 접점에 해당되는 부분이고 물이 빠져 나가는 통로가 된다.

상기 가공장치는 구멍을 천공할 수 있는 롤러형 또는 프레스를 이용할 수 있으며 바람직하게는 연속공정이 가능한 롤러를 이용하는 것이 바람직하다. 단위면적당 천공구멍(50)은 10~15개가 바람직하며 천공구멍의 사이에 형성된 절단되지 않은곳 즉, 리브의 개수가 15개를 초과 하면 롤러에서 각각의 천공부가 너무 작아지게 되어, 천공 중에 부러지거나 휘어지게 된다. 또한 단위면적당 리브의 개수가 10개 미만의 경우와 마찬가지로 각각의 천공침부가 차지하는 면적이 너무 커지게 되어, 롤러설계가 어려워지는 문제가 있다.

이와 같은 본 발명은 지오그리드의 표면에 수지분체로 이루어진 마찰제(40)를 부착시켜 마찰력을 향상시킴으로서 마찰제(40)의 점도 조절 및 점도 조절에 의해 코팅층에 부착되는 마찰제(40)의 크기 및 무게를 용이하게 조절할 수 있으며 또한 코팅층의 표면과 마찰제 간의 접착성이 우수하며, 마찰제가 불규칙한 형상으로 부착됨으로 마찰력이 향상되는 이점과 표면에 에어를 분사하여 수지가 한쪽으로 몰려 표면에서 돌출됨으로 돌출부에 의한 마찰력이 향상되도록 하는 등의 이점이 있는 매우 유용한 발명이다.

10 : 시이트 20 : 돌출된 부분
40 : 마찰제 50 : 천공구멍
S100 : 시이트 제조공정 S200 : 마찰제부착공정
S300 : 마찰증대공정 S400 : 가공공정

Claims (5)

1. 합성수지 시이트를 구멍(apertures)을 뚫어 형성시킨 지오그리드에 있어서,
   상기 시이트의 표면을 가열하고 가열된 표면에 마찰제를 부착시키고 표면에 에어를 분사하여 수지가 한쪽으로 밀려 돌출부를 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 마찰성이 향상된 지오그리드.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 돌출부는 일정한 간격으로 다수개가 형성되거나 시이트의 폭방향과 나란하게 하나의 줄로 형성된 것 중 하나인 것을 특징으로 하는 마찰성이 향상된 지오그리드.
   
3. 합성수지 시이트를 구멍(apertures)을 뚫어 형성시킨 지오그리드의 제조방법에 있어서,
   수지를 용융한 후 관형시이트압출장치 또는 T-dies 등을 이용하여 시이트를 제조하는 시이트 제조공정과;
   상기 시이트의 표면에 마찰제를 부착시키는 마찰제부착공정과;
   상기 마찰제가 부착된 시이트의 표면에 에어를 분사하여 돌출된 돌출부를 형성시키는 마찰증대공정과;
   상기 마찰증대공정 후 천공구멍을 형성시키는 가공공정 순에 의해 제조하는 것을 특징으로 하는 마찰성이 향상된 지오그리드.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 돌출부는 울퉁불퉁하게 너울지도록 형성시킨 것을 특징으로 하는 마찰성 지오그리드.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 에어의 온도는 50~80℃인 것을 특징으로 하는 마찰성 지오그리드.

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