KR100367819B1 - 높은 하중압력 하에서 우수한 투과계수를 갖는 부직포지오텍스타일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쓰레기 매립장 건설 시 침출수의 외부유출을 차단하기 위하여 설치하는 차수막 상부에 사용하기 위한 부직포 지오텍스타일에 관한 것으로, 본 발명의 부직포 지오텍스타일은 적어도 내부 부직포와 내층부직포의 양면에 결합되는 한 쌍의 외부 부직포를 구비하며, 상기 내부 부직포는 20∼400 데니어의 섬유로 이루어진 웹을 적층한 부직포이고, 상기 외부 부직포는 3~15 데니어의 섬유로 이루어진 웹을 니들펀칭한 부직포를 니들펀칭으로 결합하여 일체화 한 것을 특징으로 하며, 이러한 구성의 부직포 지오텍스타일은 높은 하중 압력 하에서 우수한 투수계수를 가지며, 매립하중에서 사면의 안전성 및 차수막의 보호기능을 동시에 만족시킬 뿐만 아니라, 기존의 차수막 상부용 인공합성재료에 비하여 생산원가 및 시공비가 저렴한 등의 장점이 있다.

Description

높은 하중압력 하에서 우수한 투과계수를 갖는 부직포 지오텍스타일{Non-woven fabric geotextile with excellent permeability under high load}

본 발명은 쓰레기 매립장 건설 시 침출수의 외부유출을 차단하기 위하여 설치하는 차수막을 매립쓰레기 하중 및 외부의 충격으로부터 보호하는 기능과 쓰레기에서 발생하는 침출수를 원활하게 배수시키는 투과계수를 갖는 배수기능, 매립 하중에 의한 매립지 사면의 활동파괴를 방지하는 사면안전성 확보기능을 동시에 만족하는 부직포 지오텍스타일의 개발에 관한 것이다.

쓰레기 매립장과 같은 혐오시설에 대한 기피현상(NIMBY)과 전세계적으로 환경오염에 대한 심각성 때문에 보다 안전한 쓰레기 매립장의 건설이 요구되었고, 이에 따른 쓰레기 매립장 시설에 대한 설치 기준 또한 해마다 강화되고 있다.

우리 나라의 경우 1999년 8월 9일에 개정된 폐기물관리법시행규칙에 따르면 매립장 건설공사 시 차수막의 상부에는 보호용 재료를 포설하고, 사면부 차수막 상부에는 토목합성수지배수층을 설치하도록 의무화하고 있다. 이와 같이 개정된 의무화 규정을 만족하는 재료의 선택은 기존 제품을 사용할 경우 선택의 범위가 극히 제한적이고, 또한 단일제품으로는 법규를 만족시키기 어려워 2가지이상의 제품을 조합하거나 복합화 된 제품을 설치하여야 하기 때문에, 이로 인한 설치비용의 과다소요, 설치기간의 장기화, 제품의 품질 및 시공 안전성확보의 어려움 등으로 비경제적인 시공이되고 있다.

또한 1999년 8월 9일 개정된 폐기물관리법시행규칙에 따르면 쓰레기 매립장 건설공사 시 매립장 바닥 부의 설치기준은 아래쪽으로부터 투수계수 10^-7㎝/sec이하, 두께 50㎝이상의 다짐 점토층 또는 다짐점토광물혼합토층을 설치하고 그 위에 두께 2.0 mm 이상의 차수막을 설치해야 하며, 또 그 위에 투수계수 10^-2㎝/sec이상, 두께 30㎝이상의 모래 등으로 침출수 집배수층을 설치하도록 규정하고 있다. 그리고 차수막과 침출수 집배수층 사이에는 매립 쓰레기 및 침출수 집배수층으로 인하여 작용되는 하중 하에서 차수막이 보호될 수 있도록 지오컴포지트, 부직포 지오텍스타일 등의 보호재를 설치하도록 하고 있다. 그러나 국내 대부분의 쓰레기 매립장은 침출수 집배수층의 재료로 쇄석자갈(굵기: 50mm 이상)을 사용하고 있기 때문에 이때 작용하는 하중으로부터 차수막의 손상을 방지하기 위한 재료로 꿰뚫림 저항성이 취약한 지오컴포지트의 사용은 부적합하며, 상당한 두께를 가진 부직포 지오텍스타일을 사용하는 것이 바람직하다. 일반적으로 적용되고 있는 쓰레기 매립장의 쓰레기 매립높이에 따른 보호용 부직포 지오텍스타일의 규격 - 집배수층 50mm 쇄석 사용 시 쓰레기 매립높이에 따른 부직포 지오텍스타일의 규격 -은 표 1과 같다.

쓰레기 매립 높이 (m)	10	15	20	30	40
부직포 규격 (g/㎡)	700	1,000	1,500	2,000	2,700

따라서 본 발명은 폐기물 관리 시에 요구되는 차수막 보호 및 사면안전성 확보와 우수한 투수계수를 부직포 지오텍스타일을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

일반적으로 쓰레기 매립장 사면부의 설치기준은 아래쪽으로부터 팽윤토 차수재인 지오신세틱 클레이 라이너(geosynthetic clay liner : GCL)를 설치하고, 상부에 두께 2.0mm 이상 차수막을 설치하며 그 위에 지오컴포지트, 지오네트, 부직포 지오텍스타일 등을 사용하여 토목합성수지배수층을 설치하도록 규정하고 있다. 이때 토목합성수지배수층의 기준은 작용하중 하에서 투수계수가 3.34×10^-5m²/sec이상을 보유하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따르는 부직포 지오텍스타일의 구조를 개략적으로 나타낸 도면

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1,1': 외부 섬유층

2 : 내부 섬유층

상기한 기술적 과제를 해결한 본 발명에 의하면, 적어도 내부 섬유층과 내부 섬유층의 양면에 결합되는 한 쌍의 외부 섬유층을 구비하며, 상기 내부섬유층과 외부섬유층은 니들펀칭에 의해 일체화되고, 상기 내부 섬유층은 20~1,000 데니어의 섬유로 이루어진 다수개의 웹(web)을 수평으로 적층한 적층물 또는 상기 웹적층물을 프리펀칭한 부직포이고, 상기 외부 섬유층은 3~15 데니어의 섬유로 이루어진 웹을 프리펀칭한 부직포인 것을 특징으로 하는 고하중하에 우수한 투수성을 갖는 부직포 지오텍스타일이 제공된다.

이하, 본 발명의 바람직한 구현을 예시한 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에 개략적으로 예시되는 바와 같이 본 발명의 부직포 지오텍스타일은 내부 섬유층(2)과 내부 섬유층의 양면에 결합되는 한 쌍의 외부 섬유층(1, 1')을 포함하는 것으로, 외부 섬유층은 차수막 보호 및 사면 안정 확보 시 요구되는 인장성능 및 꿰뚫림 저항성을 부여하고, 내부 섬유층은 웹을 수평으로 적층하여 높은 하중압력 하에서 현행 법규에서 정하는 기준 이상의 높은 투과계수를 유지하는 기능을 한다.

본 부직포 지오텍스타일에 차수막 보호 및 사면 안정 확보 시 요구되는 인장성능 및 꿰뚫림 저항성을 부여하도록 하기 위해서 외부 섬유층은 3~15 데니어의 섬유로 이루어진 웹을 니들펀칭한 것이어야 한다. 외부 섬유층 구성섬유의 섬도가 3 데니어 미만인 경우와, 15 데니어를 초과하는 경우에는 인장력 및 강도저하의 문제점이 있어 부적합하다.

또한 내부섬유층과 외부섬유층을 겹친상태에서 니들펀칭하는 이유는 니들펀칭에 의해 구성 섬유들이 3차원으로 결합되어 섬유간 구속력이 커지므로 높은 인장력과 꿰뚫림에 대한 저항성이 부여되기 때문이다.

특별히 한정하기 위한 것은 아니지만 외부 섬유층의 소재로는 폴리프로필렌, 폴리에스테르 등이 바람직하고, 그 단위 면적 당 중량은 300 ∼ 1,000g/㎡이 바람직하다. 이러한 조건들을 만족하는 외부 섬유층은 일반적으로 쓰레기 매립장 사면부에 설치되는 차수막에서 요구되는 3.0ton/m 이상의 항복인장강도를 지오텍스타일에 부여할 수 있게 된다.

또한 본 지오텍스타일이 높은 하중압력 하에서 현행 법규에서 정하는 기준 이상의 높은 투과 계수를 만족하도록 하기 위해서 내부 섬유층은 20~1,000 데니어의 섬유로 이루어진 웹을 수평으로 적층 한 것 또는 이러합 웹적층물을 프리펀칭한 부직포이어야 한다. 내부 섬유층 구성섬유의 섬도가 20 데니어 미만인 경우에는 기준 이상의 투수성 확보에 문제점이 있고, 1,000 데니어를 초과하는 경우에는 적층 및 제조에 문제점이 있어 부적합하다. 특히, 내부섬유층이 프리펀칭되지 않은 웹적층물인 경우에 구성섬유의 섬도는 100∼1,000데니어가 적합하고, 프리펀칭된 부직포상태인 경우에는 20∼400데니어가 적합하다.

또한 내부 부직포는 상기한 섬도 범위의 섬유로 이루어진 웹을 수평으로 적층하여 사용하는데, 그 이유는 구성 섬유의 배열이 수평으로 이루어져 높은 하중 압력 하에서 우수한 투과계수를 발휘하기 때문이다. 내부 섬유층의 구성섬유는 천연섬유, 합성섬유, 재활용섬유, 이들의 혼합섬유 모두 가능하나, 침출수에 대한 화학저항성이 큰 것이 바람직하다. 특히, 바람직한 섬유는 폴리프로필렌섬유이다. 내부 섬유층의 단위 면적 당 중량은 1,000 ∼ 2,000g/㎡이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명은 하기 실시 예로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

섬도가 20 데니어인 폴리프로필렌섬유로 된 웹을 수평으로 적층하고 프리펀칭하여 중량 1000g/㎡의 내부섬유층을 준비하였다.

이와는 별도로 섬도가 10데니어인 폴리프로필렌섬유로된 웹을 형성하고 이를 프리 펀칭하여 중량 300g/㎡의 외부 섬유층을 준비하였다.

다음, 상기 내부섬유층의 양면에 각각 상기 외부 섬유층을 배열한 후 전체를 니들펀칭으로 결합하여 부직포 지오텍스타일을 제조하였다.

이와 같이 하여 제조한 부직포 지오텍스타일을 ASTM D 4716 방법에 의하여 10∼400 ㎪의 하중 압력 하에 투수계수를 측정하였다. 측정결과는 표 2에 제시된다.

[실시예 2]

섬도가 200 데니어인 폴리프로필렌섬유로 된 웹을 수평으로 적층하여 중량2000g/㎡의 내부섬유층을 준비하였다.

이와는 별도로 섬도가 10데니어인 폴리프로필렌섬유를 적층하여 웹을 형성하고 이를 프리 펀칭하여 중량 300g/㎡의 외부섬유층을 준비하였다.

다음, 상기 내부섬유층의 양면에 각각 상기 외부 섬유층을 배열한 후 전체를 니들펀칭으로 결합하여 부직포 지오텍스타일을 제조하였다.

이와 같이 하여 제조한 부직포 지오텍스타일을 ASTM D 4716 방법에 의하여 10∼400 ㎪의 하중 압력 하에 투수계수를 측정하였다. 측정결과는 표 2에 제시된다.

[실시예 3]

섬도가 200 데니어인 폴리프로필렌섬유로 된 웹을 수평으로 적층하여 중량 2000g/㎡의 내부섬유층을 준비하였다.

이와는 별도로 섬도가 10데니어인 폴리프로필렌섬유를 적층하여 웹을 형성하고 이를 프리 펀칭하여 중량 700g/㎡의 외부섬유층을 준비하였다.

다음, 상기 내부섬유층의 양면에 각각 상기 외부 섬유층을 배열한 후 전체를 니들펀칭으로 결합하여 부직포 지오텍스타일을 제조하였다.

이와 같이 하여 제조한 부직포 지오텍스타일을 ASTM D 4716 방법에 의하여 10∼400 ㎪의 하중 압력 하에 투수계수를 측정하였다. 측정결과는 표 2에 제시된다.

구분	투수계수 (㎡/sec)
	10㎪	100㎪	200㎪	400㎪
실시예 1	2.1×10-4	1.0×10-4	7.9×10-5	5.6×10-5
실시예 2	2.4×10-4	1.0×10-4	7.9×10-5	5.6×10-5
실시예 3	2.7×10-4	1.0×10-4	7.9×10-5	5.6×10-5

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 부직포 지오텍스타일은 높은 하중 압력 하에서 우수한 투과능계수를 가지며, 매립하중에서 사면의 안전성 및 차수막의 보호기능을 동시에 만족시킬 뿐만 아니라, 본 발명제품을 사용할 경우 현 폐기물관리법시행규칙법규를 만족하기 위하여 사용되고 있는 토목합성수지배수층에 비하여 생산원가가 저렴한 등의 장점을 제공한다.

Claims (4)

1. 적어도 내부 섬유층과 내부 섬유층의 양면에 결합되는 한 쌍의 외부 섬유층을 구비하며, 상기 내부섬유층과 외부섬유층은 니들펀칭에 의해 일체화되고, 상기 내부 섬유층은 20~1,000 데니어의 섬유로 이루어진 다수개의 웹(web)을 수평으로 적층한 적층물 또는 상기 웹적층물을 프리펀칭한 부직포이고, 상기 외부 섬유층은 3~15 데니어의 섬유로 이루어진 웹을 프리펀칭한 부직포인 것을 특징으로 하는 고하중하에 우수한 투수성을 갖는 부직포 지오텍스타일.
2. 제 1 항에 있어서, 외부 섬유층 각각의 단위 면적 당 중량이 300 ∼ 1,000 g/㎡이고 내부 섬유층의 단위 면적 당 중량이 1,000 ∼ 2,000 g/㎡인 것을 특징으로 하는 부직포 지오텍스타일.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 내부 섬유층이 프리펀칭한 부직포이고, 그 구성섬유의 섬도가 20∼400 데니어인 것을 특징으로 하는 부직포 지오텍스타일.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 내부 섬유층이 웹적층물이고, 그 구성섬유의 섬도가 100∼1,000 데니어인 것을 특징으로 하는 부직포 지오텍스타일.