KR20210115199A

KR20210115199A - 지오그리드용 띠 및 그 띠를 이용한 텍스타일 지오그리드

Info

Publication number: KR20210115199A
Application number: KR1020200030619A
Authority: KR
Inventors: 이형호
Original assignee: 성우건설주식회사
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-09-27
Also published as: KR102412989B1

Abstract

본 발명은 텍스타일 지오그리드용 띠에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토목공사를 실시할 때 토양을 보강하기 위하여 사용되는 지오그리드를 구성함에 있어서 경사리브 또는 위사리브로 사용되는 띠로서 튜브형태를 갖는 기본몸체를 형성시킨 후 기본몸체 가압하여 띠형으로 변형시킨 후 고정실로 박음질하여 인장력, 신율, 마찰력증대 등 각종 물성을 향상시킨 텍스타일 지오그리드용 폴리머 띠 및 이의 제조방법에 관한 것인바, 본 발명은 텍스타일 지오그리드용 띠에 있어서, 튜브형태 또는 직사각 형태로 제직된 기본몸체를 가압하여 일정한 폭을 갖는 띠형으로 변형시킨 후 고정실로 박음질하고 상기 박음질된 기본몸체를 코팅층을 형성시킨 것에 그 특징이 있다.

Description

지오그리드용 띠 및 그 띠를 이용한 텍스타일 지오그리드 {strap for textile geogrid}

본 발명은 지오그리드용 띠 및 그 띠를 이용한 텍스타일 지오그리드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토목공사를 실시할 때 토양을 보강하기 위하여 사용되는 지오그리드를 구성함에 있어서 경사리브 또는 위사리브로 사용되는 띠로서 튜브형태를 갖는 기본몸체를 형성시킨 후 기본몸체 가압하여 띠형으로 변형시킨 후 고정실로 박음질하여 인장력, 신율, 마찰력증대 등 각종 물성을 향상시킨 지오그리드용 띠 및 그 띠를 이용한 텍스타일 지오그리드에 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) 저하 정도는 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 널리 사용되고 있는 화강풍화토(산흙)에는 입경이 큰 돌들이 많이 포함되어 있으며, 현장 시공 시에는 양질의 토사수급의 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.

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(시트형) 지오그리드와 텍스타일(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 공정과 합성수지를 피복하는 코팅공정이 분리되어 있으므로 제, 편직된 원단을 코팅공정으로 이송할 때 원단의 격자형태가 흐트러지거나 일정량의 권량으로 한정해야 한다는 문제가 있고, 코팅작업 시에는 각 코팅로트(lot)별로 시작과 끝 작업에서 발생하는 로스(loss)가 생산수율 저하로 이어져 원가상승 및 작업의 번거로움을 일으키므로 경제성이 떨어진다는 문제가 있다.

또한 구성소재가 합성섬유이므로 코팅공정에서 받는 고온의 열이력에 의해 원래의 물리적 성질 즉, 모듈러스 혹은 신도가 변하게 되고, 특히 신도의 경우 열수축과 관련하여 심한 상승변화를 가져오게 되어 토목용 보강재로서의 목표한계 신도(대개 15% 미만이 바람직함)를 벗어나거나, 제품의 인장시험 시에 인장거동이 변화되어 장력 및 신률이 저하되는 등 문제점이 있다.

종래의 원사를 이용하여 지오그리드를 제조하는데 발생하는 문제점은 다음과 같다.

저 수축원사를 사용할 경우, 수축율이 낮기 때문에 수축응력이 낮아 PVC 코팅 시 공정상에 문제점은 거의 없으나, 강력이 낮아 요구되는 제품의 강력을 발현하기 위해서는 사용되는 원사의 양이 많이 필요하기 때문에 제조 비용이 높아지며, 사용되는 원사의 본수 증가로 인하여 제직이 곤란하게 되는 문제점이 발생하며 이로 인하여 일정 수준 이상의 강력을 발현하기 어렵다. 또한, 저수축사의 경우 신율이 높아 지오그리드 제품에 있어서 높은 모듈러스(high-modulus : 응력과 변형의 비를 나타내는 탄성계수)의 특성을 발현하기 어렵다.

고 강력원사를 사용할 경우 원사의 강력 및 모듈러스에는 큰 문제가 없으나, PVC 코팅공정에 있어서 열수축력이 크기 때문에 수축에 의한 코팅 로스(coating loss)가 높아 제조비용이 높아지며, 고열로 처리되는 PVC 코팅 공정에서 수축력으로 인하여 텐터의 핀 혹은 그립에서 이탈하여 코팅이 불가능해지는 공정상의 문제점을 유발할 수 있으며, 수축율이 높을수록 이와 같은 경향은 더욱 심하게 나타난다. 또한 공정상에 문제가 없다 하더라도 열처리를 거치면서 고수축으로 인하여 원사의 물성변화가 심하게 발생하며 특히, 신율이 크게 상승하여 지오그리드 제품은 고모듈러스의 특성을 발현하기 어렵다.

이와 같은 선행 기술에 의한 제품은 제조방법 및 장치가 매우 복잡하면서 제 품의 특성면에 있어서는 내인장 강도가 매우 취약한 편이어서 보강심재 역할을 하는 지오그리드 본래의 기능성을 충분히 달성할 수 없는 단점이 있다.

대한민국 특허등록 제599498호 대한민국 특허등록 제1109607호 대한민국 특허등록 제1726414호

본 발명은 상기한 종래 문제점을 감안하여 안출한 것으로서 본 발명의 목적은 보강토 옹벽 지지용 띠, 경사리브 또는 위사리브로 사용되는 띠로서 튜브형태 또는 직사각 형태, 원단 2개가 적층된 형태의 기본몸체를 일정한 폭을 갖는 띠형으로 변형시킨 후 고정실로 박음질하여 제작이 용이하고 인장력, 신율, 마찰력증대 등 각종 물성을 향상시킨 지오그리드용 띠 및 그 띠를 이용한 텍스타일 지오그리드를 제공하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적은 지오그리드용 띠에 있어서, 튜브형태 또는 직사각 형태로 제직된 기본몸체를 가압하여 일정한 폭을 갖는 띠형으로 변형시킨 후 고정실로 박음질하고 상기 박음질된 기본몸체를 코팅층을 형성시킨 것을 특징으로 하는 텍스타일 지오그리드용 띠에 의하여 달성된다.

본 발명의 다른 구조로는 텍스타일 지오그리드용 띠에 있어서, 원단 2개가 적층된 형태로 형성된 기본몸체를 일정한 폭을 갖는 띠형으로 변형시킨 후 고정실로 박음질하고 상기 박음질된 기본몸체를 코팅층을 형성시킨 것을 특징으로 하는 텍스타일 지오그리드용 띠에 의하여 달성된다.

한편 상기 기본몸체는 직포, 부직포, 니트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 텍스타일 지오그리드용 띠에 의하여 달성된다.

상기 기본몸체에 있어서 한쪽은 조직이 조밀하고 다른 한쪽은 상대적으로 조밀하지 않고 성글게 제직되어 마찰력이 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 텍스타일 지오그리드용 띠에 의하여 달성된다.

상기 기본몸체가 코팅층 형성 전 히팅장치에 의해 열처리되어 인장력을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 텍스타일 지오그리드용 띠에 의하여 달성된다.

상기한 본 발명의 지오그리드용 띠는 이용하여 경사리브 또는 위사리브를 일정한 간격으로 배열시키되 경사리브 또는 위사리브 중 어느 하나의 띠가 상부를 지나가고 인접한 다른 한 줄의 띠는 하부를 지나가도록 배열하고 교차되는 부분은 봉제하여 고정하며 교차되는 사이에 공간을 갖도록 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 텍스타일 지오그리드에 의하여 달성된다.

이와 같은 본 발명은 보강토 옹벽 지지용 띠, 경사리브 또는 위사리브로 사용되는 띠로서 튜브형태 또는 직사각 형태, 원단 2개가 적층된 형태의 기본몸체를 일정한 폭을 갖는 띠형으로 변형시킨 후 고정실로 박음질하여 제작이 용이하고 인장력, 신율, 마찰력증대 등 각종 물성을 향상시키는 등의 효과가 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 텍스타일 지오그리드용 띠의 제조공정을 보여주는 예시도.
도 2는 도 1의 제조방법에 의해 제조된 텍스타일 지오그리드용 띠의 구조를 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 기술이 적용된 텍스타일 지오그리드용 띠의 다른 제조공정을 보여주는 예시도.
도 4는 도 3의 제조방법에 의해 제조된 텍스타일 지오그리드용 띠의 구조를 보여주는 단면도.
도 5는 본 발명의 지오그리드용 띠를 이용하여 제조한 텍스타일 지오그리드의 구조를 보여주는 사시도.

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

첨부도면 도 1은 본 발명의 기술이 적용된 텍스타일 지오그리드용 띠의 제조공정을 보여주는 예시도이고 도 2는 도 1의 제조방법에 의해 제조된 텍스타일 지오그리드용 띠의 구조를 보여주는 단면도로써 이에 따른 본 발명은 섬유를 이용하여 직포 또는 니트로 원단을 제직할 때 원형단면 즉, 튜브형태 또는 사각단면인 직사각형태로 제직하는 원단제직공정(S100)을 수행하여 제직물(100)을 제조한다.

상기 원단제직공정(S100)에 의해 튜브 또는 직사각형태로 제직된 제직물을 한 쌍의 로울러 사이를 통과시키면서 가압하여 제직물(100)을 띠 형상을 갖도록 성형공정(S200)을 실시하여 평면으로 접첩하여 반으로 접은 모양의 기본몸체(200)를 형성시킨다.

상기 기본몸체(200)는 직포, 니트 중 어느 하나인 것을 사용하며, 제직물(100)을 제직시 반쪽(도면상 붉은선을 중심으로)은 조직이 조밀하게 나머지 반쪽은 조직을 성글게 형성시켜 마찰력과 인장력이 서로 다르게 제직한 후 한 쌍의 로울러 사이를 통과시키면서 제직물(100)을 가압하면 끝단이 일체로 형성되면서 띠형의 기본몸체(200)가 형성되며, 이때 한쪽은 조직이 조밀하고 다른 한쪽은 상대적으로 조밀하지 않고 성글게 제직되어 마찰력이 다르게 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 성형공정(S200)에 의해 기본몸체(200)가 제조되면 기본몸체(200)가 벌어지거나 들뜨는 것을 방지하기 위하여 고정사(400)로 접합하는 접합공정(S300)을 수행한다. 상기 접합공정(S300)은 기본몸체(200)를 결합시키는 효과와 더불어 인장력을 증대시키는 효과를 갖게 된다.

상기 접합공정(S300)이 완료되면 인장력을 향상시키기 위하여 고정사(400)로 접합된 기본몸체(200)를 히팅장치를 통과시켜 열처리하는 열처리공정(S400)을 실시하며 상기 열처리 온도는 150~200℃ 범위에서 실시한다.

상기 접합공정(S300)은 일정한 간격으로 고정사(400)가 끼워진 니들이 일정한 속도로 이동하면 니들이 하강하면서 이동하는 제직물을 관통하면서 일정한 간격으로 고정사(400)를 설치하여 2장으로 절첩된 제직물인 기본몸체(200)를 결속하게 된다.

상기 접합공정(S300)에 의해 고정사(400)의 설치가 완료되면 고정사(400)에 의해 결속된 기본몸체(200)를 코팅액이 담겨있는 수조를 지나도록 하여 기본몸체(200)의 표면에 코팅층(300)을 형성시키는 코팅층 형성공정(S500)을 수행한다.

상기 코팅층(300)을 형성시키는 코팅액으로는 PVC수지용액에 함침시켜 도포시키고, 도포된 수지용액을 건조시켜 형성하는 건조공정(S600)을 더 포함할 수 있다.

좀 더 구체적으로 PVC수지용액 : k값이 60 ~ 78인 에멀젼 중합계 PVC수지와 k값이 60 ~ 78인 마이크로 현탁 중합계 PVC수지를 중량 기준으로 4:6 ~ 6:4로 혼합한 PVC 수지혼합물 100중량부, 프탈레이트계 가소제 40 ~ 60중량부, 에폭시계 가소제 0 ~ 25중량부, Ba-Zn계 안정제 2 ~ 4중량부, 희석제와 착색제로 이루어진 첨가제 20 ~ 30중량부를 포함하도록 배합기에서 믹싱하여 액상의 수지용액을 준비한다.

상기 건조공정(S600)은 통상의 건조기를 사용하며, 이송과정 중 충분한 건조가 이루어질 수 있도록, 원적외선 건조장치 등 건조기를 구성하는 건조장치가 복수 개 이상 수평으로 나열된 건조기를 사용하는 것이 바람직하며, 건조기의 건조온도는 150 ~ 200의 온도범위에서 1 내지 5분간 이루어지게 하는 것이 좋다.

첨부도면 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 텍스타일 지오그리드용 띠의 다른 제조공정을 보여주는 예시도이고 도 4는 도 3의 제조방법에 의해 제조된 텍스타일 지오그리드용 띠의 구조를 보여주는 단면도로써 이에 따른 본 발명의 다른 실시예는 무게와 밀도가 다른 2장의 부직포(800)(700)를 띠 형상으로 절단하여 준비한 후 상기 2장의 부직포(800)(700)를 적층상태로 포개어 적층물을 형성하는 적층공정(S700)시킨 후 고정사(400)를 이용하여 2장이 포개어진 부직포(800)(700)를 제하여 고정사(400)를 설치하는 접합공정(S300)을 수행한다.

상기 부직포(800)(700) 2장이 포개어져 형성된 적층체에 있어서 한쪽은 조직이 조밀하고 다른 한쪽은 상대적으로 조밀하지 않고 성글게 형성되어 마찰력이 다르게 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

한편 상기 부직포(800)(700)의 적층 후 고정사(400)를 이용한 접합공정(S300)이 완료되면 적층된 부직포(800)(700)의 표면에 코팅층(300)을 형성시키는 코팅층 형성공정(S500)을 수행한다.

상기 접합공정(S300) 전 인장력을 향상시키기 위하여 각각의 부직포(800)(700)를 히팅장치를 통과시켜 열처리하는 열처리공정(S400)을 실시하며 상기 열처리 온도는 150~200℃ 범위에서 실시한다.

또는 접합공정(S300) 후 인장력을 향상시키기 위하여 각각의 부직포(800)(700)를 히팅장치를 통과시켜 열처리하는 열처리공정(S400)을 실시하며 상기 열처리 온도는 150~200℃ 범위에서 실시한다.

상기 열처리공정(S400)을 접합공정(S300) 전 또는 접합공정(S300) 후 또는 접합공정(S300) 전·후 모두 실시할 수도 있다. 본 발명의 실시예를 보여주는 도면에는 접합공정(S300) 후 열처리공정(S400)을 실시하는 것을 도면에 도시하였다.

상기 코팅층 형성공정(S500)의 방법은 고정사(400)에 의해 결속된 부직포(800)(700)를 코팅액이 담겨있는 수조를 지나도록 하여 부직포(800)(700)의 표면에 코팅층(300)을 형성시키는 코팅층 형성공정(S500)을 수행한다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 텍스타일 지오그리드용 띠를 이용하여 지오그리드(10)를 제조시 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 의해 제조된 지오그리드용 띠인 경사리브(11) 또는 위사리브(12)를 일정한 간격으로 배열시키되 경사리브(11)를 형성하는 홀수열의 띠는 상부로로 지나가고 짝수열의 띠는 하부를 지나가도록 위사리브(12)를 배열한 후 경사리브(11)와 위사리브(12)가 교차되는 부분은 봉제하여 접합시키며 교차되는 사이에 공간(13)을 갖도록 형성되어 이루어진다.

100 : 제직물 200 : 기본몸체
300 : 코팅층 400 : 고정사
700, 800 : 부직포
S100 : 원단제직공정 S200 : 성형공정
S300 : 접합공정 S400 : 열처리공정
S500 : 코팅층 형성공정 S600 : 건조공정
S700 : 적층공정

Claims

텍스타일 지오그리드용 띠에 있어서,
튜브형태 또는 직사각 형태로 제직된 기본몸체를 가압하여 일정한 폭을 갖는 띠형으로 변형시킨 후 고정실로 박음질하고 상기 박음질된 기본몸체를 코팅층을 형성시킨 것을 특징으로 하는 텍스타일 지오그리드용 띠.
텍스타일 지오그리드용 띠에 있어서,
원단 2개가 적층된 형태로 형성된 기본몸체를 일정한 폭을 갖는 띠형으로 변형시킨 후 고정실로 박음질하고 상기 박음질된 기본몸체를 코팅층을 형성시킨 것을 특징으로 하는 텍스타일 지오그리드용 띠.
제 1 항 및 제 2 항에 있어서,
상기 기본몸체는 직포, 부직포, 니트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 텍스타일 지오그리드용 띠.
제 1 항 및 제 2 항에 있어서,
상기 기본몸체에 있어서 한쪽은 조직이 조밀하고 다른 한쪽은 상대적으로 조밀하지 않고 성글게 제직되어 마찰력이 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 텍스타일 지오그리드용 띠.
제 1 항 및 제 2 항에 있어서,
상기 기본몸체가 코팅층 형성 전 히팅장치에 의해 열처리되어 인장력을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 텍스타일 지오그리드용 띠.
제 1 항 및 제 2 항의 띠를 이용하여 경사리브 또는 위사리브를 일정한 간격으로 배열시키되 경사리브 또는 위사리브 중 어느 하나의 띠가 상부를 지나가고 인접한 다른 한 줄의 띠는 하부를 지나가도록 배열하고 교차되는 부분은 봉제하여 고정하며 교차되는 사이에 공간을 갖도록 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 텍스타일 지오그리드.