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강좌 > 기술정보자료실 > 방수기술자료 > 방수개요
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1.2 방수관련 지식

1.2.1 물과 방수

인간이 생활함에 있어 물은 없어서는 안될 물질이지만 건물의 경우에는 물 자체가 결함을 만드는 요인이 되고 있다. 물은 아주 작은 간극을 통해 자유롭게 이동하고, 눈에 보이지 않는 수증기의 형상으로 건축재료 조직을 통해 침입하여 동결되거나, 표면에 부착하여 굳게 하거나, 녹이거나 하는 등의 변형과 파괴를 가져온다. 따라서 구조물을 설계하거나 시공할 때 반드시 물의 성능을 고려한 재료의 품질관리가 중요하다. 방수에 대응하는 물은 일반적으로 눈, 비, 우박 등의 강수와 지하수, 생활용수 및 산업용수로 구분되나 최근에는 유류, 산업폐기물, 오폐수 등에 관련한 구조물의 안전성 및 환경보호차원에서 대응해야 할 물의 종류가 늘고 있다.

1.2.2 기후와 방수

건물지붕의 모양이나 비막이 형태, 익스펜션 조인트의 위치나 간격, 기타 물을 막기 위한 방법은 나라마다 차이가 있다. 예를 들면 유럽에서는 평지붕에 구배를 두지 않으나 우리나라, 일본 등에서는 지붕에 일정한 경사를 두고 있다. 이는 각 나라마다 강수량, 기온차, 바람 등의 기후조건에 따라 건축물에 미치는 영향이 다르기 때문이다.

이와 같이 눈, 비, 이슬, 우박, 바람, 온도, 습도 등의 기후조건이 재료의 성능에 영향을 주기 때문에 방수설계 및 시공에 충분한 고려가 있어야 한다.

1.2.3 계절과 방수

우리나라는 뚜렷한 사계절이 있어 아름다운 자연의 혜택을 입고 있지만 강수량, 온·습도, 바람 등의 기상조건이 한해에 몇 차례씩 변화하기 때문에 방수면에서 온도차에 의한 재료의 변화특성 등 복잡한 문제를 안고 있다.

방수는 좋은 기상조건 아래에서 시공하지 않으면 방수층의 성능이 저하되는 약점이 있기 때문이다. 특히 물과 혼합해 사용하는 방수재의 경우에는 건조경화, 동결융해 등의 영향을 받기 때문에 기상상태를 충분히 확인하고 시공을 하지 않으면 안된다.

1.2.4 강수량과 방수

세계에서 가장 강수량이 많은 지역은 태평양에 위치한 포나페 섬으로 연간 4,900㎜이며, 가장 강수량이 적은 지역은 이집트의 아스완으로서 연간 2㎜정도이다. 강수량에 따라 빗물을 처리하는 방법이 달라지며 우리나라 강수량의 ¼정도 되는 유럽의 경우 우리나라보다 빗물을 처리방법이 단순함을 볼 수 있다.

그러므로 외국에서 개발된 방수기술이나 재료는 그 나라의 강수량 등의 조건에 따라 이에 대한 처리방법, 재료성능을 지니기 때문에 국내에 그대로 적용하기는 어렵다. 특히 우리나라는 남과 북, 동서 해안쪽과 태평양쪽과의 기상의 격차로 6 ,7 ,8 월에 많은 비가 내려 방수설계 및 시공에 어려움이 있다.

1.2.5 지역과 방수

지붕에 시공한 방수층은 지역과 장소 등의 입지적 조건에 따라 기후의 영향을 받는다. 예를 들면 아스팔트류의 방수재료는 한냉지역에서 동결에 의한 균열이 일어나기 쉽고, 도막 방수재료는 기온의 변동에 의해 경화성질이 현저하게 변하기 때문에 한냉지역에서는 적응성이 약한 재료이다. 그러므로 우리나라도 한냉지역과 온난지역으로 구분하여 방수재료 및 공법 선택의 기준을 정해야 한다.

한냉지역이란, 동절기에 하루의 최저기온이 0℃미만의 날이 연간 90일 전후에 지역을 가리키며, 그 이외의 지역은 온난지역으로 취급하고 있다.

1.2.6 일교차와 방수

아스팔트는 시공할 때 온도가 내려가면 접착력의 저하로 각 재료의 층사이에서 박리되는 결함이 생기기 때문에 하한온도(下限溫度)에 각별한 주의를 기울여야 한다. 동절기에는 시공바탕, 시트류의 재료가 저온상태에 놓이기 때문에 시공온도의 확보가 대단히 중요하다. 일반적으로 아스팔트의 최저작업 온도인 230℃이하가 되면 방수층에 결함이 생기기 쉽다. 합성고분자 시트재는 외기온도가 5℃이하가 되면 사용재료의 표면온도는 더욱 내려가 접착제의 경화반응에 문제가 발생하여 적정한 접착력을 얻기가 어렵다. 물을 사용하는 시멘트계 방수공사에서 에멀젼형의 접착제나 도막 방수제는 동절기에 작업을 주간에 끝내더라도 야간에 기온이 0℃이하가 되면 품질이 변화하기 때문에 시공시의 외기온도는 5℃이상으로 유지해야 한다. 동절기에는 낮과 밤의 온도차가 심하기 때문에 현장에서의 온도측정은 중요한 일이다.

1.2.7 바람과 방수

태풍에 의한 건축물의 피해는 지붕재나 기와의 날림, 간판 등의 낙하, 지붕, 외벽으로부터의 누수 등과 같은 부분적인 피해와 홍수, 해일 등에 의한 건물의 파괴와 같은 엄청난 피해가 있다.

바람의 세기에 따라 방수층의 설계구성이 달라진다. 풍속, 풍압에 따라 방수시공이 불가능하거나, 시공된 방수층에 부압이 발생하여 들뜸현상이 발생하게 된다. 방수층의 박리는 불완전한 시공으로 접착불량이 된 부분이나 바탕표면이 취약한 부분 등에서 발생한다. 따라서 시공전·시공중·시공후에 바람의 영향에 대한 방수층의 관리를 고려해야 한다.

바람에 의한 바탕면의 부압, 즉 바람의 흡인력에 대해 방수층이 바탕에 균일하게 1㎏/㎠ 이상의 힘으로 접착되어 있으면 아무런 문제가 없지만, 충분히 접착되어 있지 않으면 벗겨지는 박리현상이 나타날 위험이 있다.

바람은 강·약으로 반복하여 불기 때문에 방수층의 박리범위가 확대되고 나아가서 방수층의 강도가 약한 부분이 파괴되어 날아간다. 단열재 위에 방수층을 만드는 공법이나 구멍뚫린 아스팔트 루핑 등을 이용한 절연공법에서는 바탕과의 접착면적과 접착강도를 충분히 검토하여 바람에 의해 방수층이 날아가지 않도록 해야한다.

1.2.8 적설과 방수

눈에 의한 건축물의 피해로는 크게 구조적인 피해와 방수적인 피해로 나눌 수 있다. 구조적인 피해는 눈의 무게에 의한 지붕의 붕괴이며, 방수적인 피해는 마모를 포함한 지붕재료의 손상, 아스팔트의 균열, 고무 시트 상호접합 부분의 벗겨짐 등과 같은 방수층의 손상이다. 또 눈 치울 때의 방수층 손상도 눈에 의한 2차적 피해라 할 수 있다.

한냉지역이나 다설지역에서 옥상의 눈치우기를 하는 경우는 방수층의 손상을 고려하여 반드시 누름보호층을 설치해 왔지만, 지붕에 쌓인 눈을 치우지 않는 경우에는 노출공법의 방수시공도 증가하고 있다.

다설지역은 1미터 이상의 눈이 쌓이는 지역을 가리키며, 기타지역을 경설지역으로 구분한다.

1.2.9 방수성과 접촉각 이론

발수(Water repellence)란 매끄러운 표면에서 물이 겉도는 현상이며, 재료가 갖는 이러한 성질을 발수성 이라고 한다.

발수성은 다음과 같이 구할 수 있다.

액체계면과 고체사이에는 다음과 같은 관계식이 성립된다.

γS=γSL + γLcosθㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)

여기서

θ :접촉각

γS :고체의 표면장력

γL :액체의 표면장력

γSL :고체/액체계면장력

접촉각은 고체표면에 있는 액적(液滴)계면과 고체표면과의 교점에 있어서, 액적에 끌린 접선과 액적을 포함한 고체표면에서 형성한 각으로 액적을 포함한 방향의 각이다.

Dupre의 식에 의한 고체에서 액체를 분리에 요구되는 단위면적당 힘(부착력)과 표면장력의 관계식는 다음과 같다.

WSL=γS + γL - γSLㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ (2)

식(1)과(2)에서

WSL=γL(1 + cosθ)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(3)

식(3)을 얻을 수 있으며 이것을 Young식이라 한다.

이 식에서 접촉각θ는 고체에 대한 액체의 부착력 WSL과 액체의 표면장력γL와의 비에 의해 정해짐을 알 수 있다. 일반적으로 표면장력이 크면 접촉각은 크게 되고 발수성도 크게 된다.

고체표면에서는 접촉각이 100°를 초과하면 물은 작은 방울이 되어 표면에서 흘러나와 떨어지게 된다.

매끄러운 표면에 대해 측정된 최대의 접촉각은 105°를 초과하고 있지 않은 데 그 이유는 거의 모든 고체표면은 서서히 흡수되어 접촉각이 감소하기 때문이다.

1.2.10 흡수, 투수, 투습

방수재료나 방수공사를 말할 때 흡수, 투수라는 용어가 자주 사용된다.

일반적으로 흡수와 투수는 물이 물체의 내부에 침입하여 투과하는 현상으로 동일시하지만 그 구별은 분명하다.

흡수(Water Absorption)란 물이 모세관현상으로 재료내부에 침입하는 현상이며, 투수(Water Permeability)란 물이 일정 압력에 의해 재료의 내부로 침투하여 그 속을 투과하는 현상을 말한다. 재료가 갖는 이러한 성질을 흡수성, 투수성이라고 한다. 재료의 흡수성과 투수성은 반드시 상관관계를 갖고 있지는 않으나, 콘크리트나 모르터 등에서는 실제로 흡수와 투수가 동시에 일어나는 일이 많아 명확히 구별하기란 쉽지 않다.

방수재를 혼입한 콘크리트 및 모르터의 흡수성은 흡수비로 평가해야 한다. 여기서 투수계수는 다음의 Darcy의 식에 의해 구할 수 있다.

여기서

Q: 물의 유량(㎠/s)

A: 물의 투과면적(㎠)

L: 시료의 두께(㎝)

P: 수두차(㎝)

그리고 투습은 기체의 확산현상의 하나로서, 격막(膈膜)또는 격벽을 중간층으로 하여 수증기압이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 수증기가 이동하는 것을 의미한다. 금속이나 유리 성질 이외의 대부분의 물질은 많건 적건 습기를 통과시킬 수가 있는 것들이다.

건축재료로서 이용하는 알루미늄 합금은 실험에 의하면 0.025㎜ 이상의 두께일 때 투습계수를 0으로 보고 있고, 아스팔트 루핑은 0.003∼0.01g/㎡·h·mmHg 정도이다.

그러므로 방수층 밑에 수분이 발생하는 부위 등에서는 방수 설계시 방습층을 고려해야 한다.

1.2.11 결로현상

일정 온도의 공기가 함유하고 있는 수증기의 양은 정해져 있으며, 온도가 높을수록 다량의 수증기를 보유할 수 있다.

표면결로란 어느 정도의 수증기를 함유한 고온공기가 저온의 바탕재에 접촉하면 공기는 냉각되어 수증기를 함유하는 온도 즉 노점온도(露点溫度)이하가 되어 여분의 수증기가 물의 형태로 바뀌는 것을 말한다.

표면결로를 방지하려면, 물체의 표면온도를 노점온도 이하로 떨어뜨리지 말아야 한다. 그러기 위해 벽체 안쪽에 단열재를 부착하고 마감재를 사용하는 등의 공법을 채용하고 있다.

단열재나 마감재는 종류에 따라 수증기가 통하기 쉬운 것도 있고, 단열재와 건물 벽면과의 경계면에서 결로되는 경우도 있다.

이러한 결로를 내부결로라고 하며 내부결로가 심하면 결로수가 벽면으로부터 바닥에 흘러내려 마루나 바닥을 썩게 하거나 아래층으로 물이 새기도 한다.

결로현상은 겨울에만 일어나는 현상은 아니며 장마철에 습기를 지닌 더운 바람이 실내 또는 복도의 콘크리트, 타일, 금속 등으로 된 벽체나 바닥의 차가운 표면에 닿아 결로가 발생한다. 또한 한여름에도 쿨러의 내풍 분출구 부근이라던가, 냉풍이 직접 맞닿는 유리창 바깥쪽에서도 결로현상이 일어난다.

1.2.12 일사량과 방수

일반적으로 물체에 태양광선이 닿으면 일부 반사되고 일부는 흡수되며, 나머지는 뚫고 통과한다. 이러한 반사, 흡수, 투과의 비율은 물체에 따라서 달라진다.

태양광선 중 적외선은 온도에 직접 관계되며 파장이 적색 가시광선보다 길지만 0.4㎜ 정도 짧은 전자파(電磁波)로서, 열선(熱線)이라고 불리우기도 한다.

물체에 있어 적외선 흡수비율이 크면 온도가 높아지며 온도상승 정도는 물체의 열전달율, 열전도율, 열용량, 비열 등에 따라 다르고, 물체표면의 상태에 따라서도 달라진다.

평지붕에서 단열재를 지붕 슬래브 위쪽에 설치하는 외단열구법(外斷熱構法)의 경우 단열재위의 마감재의 종류에 따라 표면온도의 차이가 많다. 따라서 누름층, 방수층, 단열층 및 바탕에 태양열이 미치는 영향을 분석하여 방수설계시 방수층의 기능을 강화시킬 필요가 있다. 또한 최근 새롭게 부각되는 노출방수 설계시 방수층의 기능을 강화시킬 필요가 있다. 또한 최근 새롭게 부각되는 노출방수설계 및 시공에서는 방수층의 열전달율, 내후성(내적외선성, 내자외선성), 내구성 등을 고려해야 한다.

1.2.13 단열과 방수

외기온의 변화로부터 인간생활을 보다 쾌적한 환경조건으로 유지하기 위하여, 기상 조건에 대응한 건물의 방서, 방한설계가 이루어지고 있다.

지붕면은 특히 낮에는 태양의 직사광을 받아 축열되어 온도가 올라가고, 밤에는 열을 방사하기 때문에 온도가 내려간다. 따라서 건축물의 외기측에 면해 있는 방수층은 중요한 역할을 한다.

우리나라의 경우 연간 기온차는 일반지역에서 약 30℃를 넘고, 한랭지역에서는 약 40℃를 넘고 있다. 따라서 방수설계 및 실내환경 설계에서는 단열층과 방수층을 조합한 단열방수설계가 필요하다.

1.2.14 콘크리트의 거동과 방수

평지붕에는 아스팔트 방수층, 합성고분자 시트 방수층, 도막 방수층 등 이른바 멤브레인 방수층을 시공하는 것이 일반적이다. 멤브레인 방수층의 바탕으로는 현장에선 타설하는 철근 콘크리트, 프리캐스트 철근 콘크리트 부재, 경량 기포 콘크리트 제품 등을 들 수 있다.

현장 타설 콘크리트는 강자갈, 강모래를 이용한 보통 콘크리트, 경량골재를 사용한 경량 콘크리트, 방사선 차폐를 목적으로 한 비중이 높은 각종 광석이나 철을 골재로 이용한 중량 콘크리트, 골재를 사용하지 않는 경량 또는 기포 콘크리트 등이 있지만, 대부분의 방수바탕은 보통 콘크리트와 경량 콘크리트가 많이 사용된다.

1.2.15 콘크리트의 건조수축과 방수

콘크리트는 다음의 4가지 요인에 의해 수축한다.

① 경화건조에 의한 수축

② 온도에 의한 수축

③ 압축 크리프에 의한 수축

④ 중성화에 따른 수축

콘크리트의 본질적인 수축인 경화건조에 의한 수축율은 보통 콘크리트의 6∼10×10-4정도이며 경량콘크리트에선 4∼15×10-4정도이다.

실제의 지붕 슬래브는 완전구속과 무구속의 중간으로 볼 수 있고 여전히 인장능력 및 크리프가 존재하므로 가정한 대로 균열폭을 계산한 값과 실제 균열폭이 정확히 맞지는 않겠지만 적지 않은 수축을 발생한다. 일반적으로 지붕 슬래브의 경우 용접철망을 콘크리트 표층에 넣어 균열을 분산시켜 균열폭을 줄이고 있다.

1.2.16 콘크리트의 균열과 방수

콘크리트 균열의 원인으로는 경화건조수축 외에 저급의 시멘트나 골재의 사용, 골재에 포함된 찌꺼기, 시멘트의 수화열(水和熱)등 재료적 성질에 기인하는 것, 장시간의 반죽, 철근 피복두께의 감소, 부적절한 타설, 다짐, 초기 양생의 불량, 형틀 지보공(支保工)의 불량 등 시공에 관계되는 것, 그리고 사용환경 조건과 연관되는 것, 구조외력(構造外力)에 관계되는 것 등 여러 가지를 지적하고 있고 전문가가 관찰함으로써 대체적인 원인추정이 가능하다.

○ 철근콘크리트의 허용 균열폭(ALC 224 R-90)

1.2.17 콘크리트의 열팽창 수축과 방수

콘크리트의 열팽창은 200℃이상의 고온이 되면 골재의 암질(巖質)에 따라 영향을 받지만, 상온부근에서의 차이는 거의 없다. 사암질 골재의 선팽창계수는 0.9×10-5/℃로 철근의 선팽창 계수와 비슷하기 때문에 철근 콘크리트의 선팽창계수는 1×10-5/℃로 보아 무방하다.

○ 온도변화에 의한 체적변화

○ 온도차에 의한 응력

○ 체적변화를 구속하는 경우

1.2.18 콘크리트의 함수와 방수

가. 수분의 영향

콘크리트는 벌채한 수목과 비슷하다. 벌채 직후의 목재는 다량의 습기를 띠고 있지만 곧 주위의 습도환경에 맞추어 건조하기 시작하여 체적이 감소하고, 건조수축에 의한 응력에 의하여 갈라지기도 한다. 콘크리트도 이와 같이 초기의 굳지않은 콘크리트의 입자사이에 존재하는 포화된 수분의 일부가 콘크리트의 경화에 따라 증발하고 콘크리트는 수축하며 균열을 일으킨다. 또한 주위의 습도에 따라 체적의 변화를 일으킨다.

시멘트는 수경성(水硬性)이지만 배합시 물의 양에 따라 여러 가지 문제를 일으킨다. 과거에는 콘크리트의 타설기간이 길고 콘크리트의 타설이 끝나지 않으면 마감공사를 착수할 수가 없었다. 즉 콘크리트의 건조기간 중에는 다음작업을 하지 않는다는 것인데, 현재에는 공사기간의 단축이 중요한 과제이므로 콘크리트에 존재하는 수분에 의한 마감재의 피해를 극복하는 기술이 요구되고 있다.

콘크리트 내부에 함유되어 있는 수분은 방수층의 접착성이나 방수층의 부풀어오름에 영향을 미친다. 일반적으로 콘크리트의 배합은 압축강도, 건조수축율, 시공성을 충분히 감안하여 결정되며 사용하는 물의 양은 지붕방수공사에서는 140∼150㎏/㎥, 일반 콘크리트공사 에서는 180∼200g/㎥ 정도면 알맞다.

건축공사표준시방서의 철근콘크리트공사에서는 콘크리트의 물시멘트비의 최대치는 60∼65%, AE제 또는 AE감수제 사용시의 공기량을 3∼5%로 하고 단위수량은 가능한 적게 하도록 되어 있다. 더울 때는 특기하지 않은 경우 소요 슬럼프치는 18㎝이하, 시멘트량은 가능한 적게, 단위수량 역시 적게 하도록 일러두고 있다.

나. 콘크리트의 과다함수가 방수에 미치는 영향

① 강우시 배수가 나쁜 부위에서는 함수량이 증가하여 방수층의 접착력이 감소되며, 층내에 기포가 발생하여 조기열화(早期化劣)의 원인이 되기도 한다.

② 표면건조가 충분하다 해도 콘크리트의 함수가 많으면 수증기압에 의해 접착력이 약해져서 박리현상이 일어나거나 부풀어오르는 경우가 많다.

③ 특수한 경우로 방열형의 냉동창고에서 슬래브 상층부에 아스팔트 방수를 시공하고 천정의 방습층을 슬래브 주변에 국한했기 때문에 천정에서 결빙사고가 발생한 사례도 있다.

④ 체적의 변화

⑤ 부재의 휨

1.2.19 조인트 부위의 물의 거동과 방수

방수공사의 중요사항으로 조인트 부분, 시트방수 끝단부분 등에서의 밀실한 접착 및 봉합처리이다. 시일재에 의존하는 끝단처리 지수(止水)공법은 시일재의 열화가 일어나면 곧바로 누수로 이어진다.

조인트의 틈새로부터 빗물이 스며들어가는 메카니즘은 다음과 같다. 이러한 현상은 바람이 부는 경우 더욱 조장된다.

가. 중력작용

빗방울은 자체의 무게로 떨어지는 것이므로 바람이 부는 것과는 관계없이 아래쪽으로 향하는 조인트가 있으면 침입할 가능성이 많다. 따라서 자중에 의한 침입을 방지하기 위해선 조인트를 상향으로 설치하거나 물끊기 커버를 씌우는 등의 대책이 필요하다.

나. 표면장력

파라펫트에 턱이 없거나 또는 턱이 너무 작아 물끊기 구실을 제대로 못하는 경우, 방수층 끝단 부분에 표면장력으로 인해 물이 괴어 결함이 되기 쉬운 예를 볼 수 있다.

다. 기류

그레이징 비드 개소에 틈새가 벌어지면 조인트와 내부사이에 기류가 발생하여 누수의 원인이 된다. 따라서 조인트 안에 공간을 설치하여 공기흐름의 속도를 저하시키고, 조인트 공간에 고인 물을 배수시키는 대책이 필요하다.

라. 운동 에너지

외부쪽에 물끊기 판 커버 패널 등을 붙여서 물방울이 지닌 운동 에너지를 저하시킴과 동시, 운동 에너지를 보유한 물방울이 조인트에 접촉하는 양을 줄일 수가 있다.

마. 모세관 작용

모세관 현상에 의해 물이 침입하지 못하도록 하기 위해서는 조인트, 관등의 중간에 공간(Pocket)을 설치하던가, 모세관 작용을 일으키지 않도록 틈새를 크게 해야 한다. 그러나 시간의 경과에 따라 대기 중에 떠도는 먼지 등이 달라붙어 조인트의 틈새가 좁아져 효과를 반감시킬 우려가 있으므로 유의해야 한다.

바. 기압차

조인트 내부와 외부의 기압차를 없애기 위해 내부쪽을 그레이징 비드 등을 이용하여 틈새를 좁게 하거나 압력을 저하시키기 위해 조인트 내에 공간을 설치하여 기압의 차를 줄이 수 있다. 그레이징 비드의 곳곳에 틈새가 생기면 조인트 내부와 건물 내부와의 기압차가 생겨 기류가 발생하여 누수요인이 된다.

 
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