9권4호_임호주(345-353).pdf500.1KB

1. 서 론

환경부가 다중이용시설, 공공시설, 농․어가 주택에 대한 석면함유 건축자재의 사용실태를 조사한 결과, 다중이용시설 및 공공시설 424개소중 약 79%인 335개소가 석면함유 물질을 사용한 것으로 조사되었고, 농․어가 주택 중 38%가 슬레이트 지붕재를 사용하고 있는 것으로 조사 되었으며, 석면함유 건축자재는 주로 천장재․벽면재․가스켓류로 인 것으로 보고되고 있다(NIER, MOE, 2008, 2009, 2010). 

건축물에 사용된 석면함유건축자재의 경우 위해성 평가를 통해 비산성이 높은 경우에는 석면 해체 제거를 권장하고 있으나, 비산 가능성이 적은 경우에는 지속적인 관리를 통해 석면 비산을 관리하는 것이 타당하며, 이를 위해 건축물의 석면함유건축자재(ACBM, Aasbestos Containing Building Materials)위치와 상태 파악은 지속적으로 실시하여야 한다. 

 일본의 경우 2006년 건축법에서 건축물 관리를 위한 석면 안정화제 인증제를 도입하여 건축물에 사용된 뿜칠재의 비산을 관리를 할 수 있는 규정을 명시하여 운영하고 있다(MLIT of Japan, 2006). 2006년 이후 39종을 인증하고 있다. 성분은 기타(44%)를 제외한 무기질계 23%, 합성 수지계 20% 가장 많은 것으로 조사되었으며, 작용기작은 내부 침투 고형화형 77%로 가장 많은 것으로 조사되었다(MLIT of Japan, 2010). 미국 재료시험협회(ASTM, American Society for Test Materials)는 E 1492-92(2002)를 통해 Spray 또는 Trowel 방식의 비산성 건축자재(뿜칠재)의 밀봉제 기준을 제시하고 있는 실정이다. 국내에서도 석면비산안정화제의 활용에 대한 필요성이 제시되어 국내에서도 일부 개발을 추진되었으며, 이를 평가 할 수 있는 기준의 수립의 필요성을 제시하였다(Kim et al., 2010).

 이에 본 연구에서는 국내 건축물의 뿜칠재에 대하여 비산방지안정화제의 적용 가능성 평가를 위한 방안 마련을 위한 연구를 실시하였다.

2. 연구 방법

 일본, 호주 등에서 사용되는 안정화제의 국내 적용을 위한 평가를 위하여 화학적 조성, 안정화 적용 특성을 평가하였다. 적용 특성의 경우 안정화제를 처리 후 풍동영향, 내충격성 등을 평가하여 적용 가능성을 평가하였다.

2.1 석면비산안정화제 선정

 석면 비산 안정화제 선정은 일본산 6종(무기질계 2종, 유기 및 합성수지계 4종)과 호주산 1종(유기 및 합성수지계 1종), 국내 1종(무기질계 1종)을 선정하여 평가대상으로 하였다.

2.2 석면비산안정화제 성능 평가

2.2.1 시험용 시편 제작

 뿜칠재에 대한 석면 안정화제의 적용 가능성 평가 시험을 위해, 뿜칠재는 JIS R 5210(JIS, 2009)에 따라 암면 35%+포틀란트 시멘트 15%+물 50%로 조성하였으며, 시편의 크기는 거푸집(200×200mm)에 두께 40mm로 제작하여 실험하였다.

2.2.2 침투성 평가

 일본의 시험규정에는 뿜칠재에 적용되는 석면비산안정화제의 침투성에 대한 평가는 별도로 실시하고 있지 않다. 이에 본연구에서는 안정화제가 적용된 뿜칠재의 절단면에서의 뿜칠 재가 침투된 깊이를 육안으로 평가하였다.

2.2.3 부착강도 평가

 시험편의 크기는 200×200mm로 하여 KS F 2902 - 구조부재에 시공하는 내화 뿜칠재의 부착 강도 시험방법”에 따라 실험하였다. 사각형 틀에 뿜칠재를 도포하여 KS F 2902(KS, 2008) 시험기준에 따라 건조하였다. 건조된 뿜칠재 시험편에 선정된 8종의 안정화제를 제조사에서 제시하는 조건에 따라 도포 및 건조하였다.

2.2.4 내충격성 평가

 안정화제가 적용된 뿜칠재의 내충격성은 일본 시험방법에 따라 1m 높이에서 직경 50.8mm, 질량 530g의 강구를 낙하시켜 움푹 파인 곳의 깊이를 측정하여 방지제가 도포된 면의 비산방 지층의 탈락유무를 확인하고 파인 깊이를 안정화제를 무처리 한 시험편의 파인 깊이와 비교 하였으며, 3회 반복하여 실시하였다.

2.2.5 풍동영향 평가

 안정화제 처리 후 뿜칠재의 풍동에 의한 석면 비산 저감효율 평가는 200x200mm의 시험체를 Fig. 1의 풍동시험기를 제작하여 설치하고 시험편의 표면의 접하는 바람의 풍속 5m/s와 10m/s으로 하여 표면풍압을 약 49KPa과 98KPa이 되도록 하였다. 비산가능성 평가는 1시간을 실시하였으며, 이를 3회 반복하였다. 풍동의 영향으로 시편에 함유되어 있는 암면의 비산농도를 평가하기 위하여 MCE(poresize 0.8μm ) 필터카세트홀더를 설치하여 10L/min의 유량으로 시험 시간동안 시료채취 하였으며, MCE 필터의 분석은 다중이용시설 실내공기질관리법의 공정 시험기준의 위상차현미경법에 따라 분석하였다.

Fig. 1. Diagram and photo of wind affection test equipment.

2.3 안정화제 적용된 석면의 화학조성 분석

HSE(Health & Safety Executive, UK)의 백석면(Chrysotile) 표준시료에 안정화제를 직접 처리한 후, 분석용 시료를 코팅기(Sputter Coater K550X, EMITECH, USA)에 2분간 Gold로 코팅하고, SEM(Quanta FEG 250, FEI, USA)의 가속 전압은 20kV, 작동거리(Working Distance) 10mm에서 배율 500 ~ 2,000배로 모양 확인하였고, 화학성분은 X선 분광분석(Energy Dispersive Spectrometer, EDXA Ltd., USA)로 분석하였다. 

3. 결과 및 고찰

3.1 침투성 평가

현재 일본에서는 안정화제의 성능 평가 시험방법에서 안정화제의 침투성을 별도 평가하지 않으나, 미국은 ASTM E 1492-92에 따라 안정화제가 시편 두께의 25% 이상 스며드는 것은 침투형 밀봉재(Penetrating capsulant), 25% 미만은 가교형 밀봉제(Bridging capsulant)로 구분하고 있다. 본 연구에서시험에 사용된 두께 40mm의 시편의 절단면에 대한 육안확인 결과 시편두께의 25% 미만으로 침투된 것으로 평가되었으며, 이는 안정화제가 표면에 코팅되는 방식으로 적용되는 것으로 판단된다. Kim et al(2010)은 국내 석면비산안정화제를 뿜칠재에 적용하지는 않았으나, 천장텍스에 적용한 시험에서 침투성 경화제 주성분인 SiO2가 천장텍스 공장생산 성형 시, 표면에 도포되는 도장면에 의한 차단작용의 영향 가능성을 제시하였다. 

3.2 부착강도 및 내충격성 평가 실행

뿜칠재에 대한 석면비산안정화제 적용 후의 부착강도 및 내충격성 평가 결과를 Table 1에 제시하고 있다. 

Table 1. Results of bond strength and impact resistance test in spray-applied ACBM.

부착강도의 경우 안정화제가 무처리된 뿜칠재의 부착강도는 0.0306N/mm²이었으나, 안정화제 처리 후 부착강도는 0.0042 0.0227N/mm²로 26.0 86.2 % 감소되었다. 이는 일본의 안정화제의 부착강도 평가 기준은 무처리된 시험편을 비교 대상으로 하여 부착강도가 높아야 하는 기준에 적합하지 않은 것으로 평가되었다. 그러나 미국 ASTM E 1492-92에서는 안정화제 적용에 따른 부착강도의 평가 기준을 2.4kPa(50lbf/ft²= 0.002394N/mm² )으로 제시하고 있으며, 시험결과 평가 대상 안정화제의 부착강도는 미국 ASTM 기준은 만족하는 것으로 조사 되었다. 국내의 경우 내화뿜칠재의 부착강도 시험기준은 KS에 수립되어 있으나, 평가기준은 확립되어 있지 않은 것으로 조사되었다.

 내충격성 평가를 위해 1m 높이에서 강구(D 50.8mm, 530g)를 낙하 시킨 결과, 무처리된 시험편의 손상 깊이는 30.23mm이었으나, 안정화제 처리 후는 손상부위 깊이는 18.91 28.99mm로 내충격성이 4.1 37.4%로 강화되는 것으로 평가되었다. ASTM D 4226에서는 안정화제가 적용된 뿜칠제의 내충격성 평가기준을 손상깊이 최소 7.6mm(3/10in)를 제시되어 있으나, 본 연구에서는 ASTM 시험규정에 따라 평가하지않았고, 일본에서 적용하고 있는 시험방식의 차이로 인하여 결과를 비교할 수는 없었다.

3.3 풍동영향 평가

 일본은 안정화제 평가기준 중 바람의 영향을 평가하도록 되어 있다. 이에 본 연구에서도 풍동의 영향을 평가하였으며, 그 결과를 Table 2에 제시하고 있다.

Table 2. Results of Wind Tunnel Test in Spray-applied ACBM(f-PCM/cc).

 안정화제가 미처리된 시험편의 표면에 풍속 5(약 49KPa), 10(약 98KPa)m/s의 바람으로 인한 비산 영향 가능성을 평가한 결과, 암면이 0.0422, 0.0505f/cc로 비산되었으나, 안정화제 처리 후 5 m/s에서는 평균 농도는 0.0071f/cc이고 농도 범위는 0.0031 0.0105f/cc로 75.2 ~ 92.6%가 개선되었으며, 10m/s의 경우 평균 농도는 0.0077f/cc, 농도범위는 0.0022 ~ 0.0113f/cc로서 77.6 95.7%가 개선되었다.

일본에서는 풍동영향의 평가 기준이 4f/L(0.004f/cc)를 기준으로 하고 있어, 1개 제품을 제외하고는 일본의 안정화제 기준을 만족하지 못하는 것으로 평가되었으나, 일본의 시험기준은 시험편의 표면풍압 98KPa(약 10m/s)에서 1시간 동안 평가를 실시하며, 동시에 유량 1.5L/min로 60분간 시료채취 하도록 하고 있으나, 본 연구에서는 실내공기질 공정시험기준(2010)인 유량 10L/min로 60분간 채취함에 따라 시료 홀더에 유입되는 공기의 유속의 증가로 인하여 암면의 농도가 높아진 것으로 사료된다. 

3.4 석면비산안정화제적용에의한백석면특성변화

안정화제를 백석면이 함유된 뿜칠재의 적용하는 경우 백석면 모양 및 표면의 화학성분의 변화를 SEM-EDS를 이용하여 평가하였다. 안정화제를 건조하여 분석한 결과 무기질계는 구성 성분은 주로 Si 0.0 ~ 32.79%로 분석되었고, Na은 1개 제품을 제외하고 0.32 ~ 15.13%, K는 2.29 ~ 14.24%가 함유되었다. 유기 및 합성수지계의 구성성분은 주로 Carbon의 함량이 70.74 ~ 92.69%로 분석 되었으며, Si, Na, P, K, S 등이 미량으로 다양하게 함유하는 것으로 분석되었다. 

 Fig. 2는 순수 백석면에 안정화제를 처리한 후 백석면 표면의 형태변화를 나타내고 있다. 그림(a) 에서는 백석면의 특유의 긴 길이와 얇은 직경과 다발(Bundle) 형태의 모양을 관찰할 수 있으나, 그림(b)은 백석면 표면에 안정화제가 도포되어져 있는 전형적인 백석면의 형태를 관찰할 수 없었다.

Fig. 2. The shape of raw(a) and stabilizer seceded(b) chrysotile.

 Table 3에서는 안정화제가 도포된 백석면을 EDS로 분석한 결과를 제시하고 있다. EDS 분석에서는 순수 백석면의 Oxygen의 함유율을 배제하지 않은 경우 Mg, Si의 함유율 23.6%와 17.2% 인 것으로 분석되었다. Oxygen를 배제하지 않은 이유는 안정화제의 제품에 사용된 화학물질의 Carbon과 Oxygen의 영향을 고려하였기 때문이다.

Table 3. Ratio of Si/Mg and percent of Si and Mg of stabilizer coated chrysotile.

 순수 백석면의 Mg 23.6%, Si 17.2%로 매우 높았으나, 안정화제 처리 후 Mg 3.3 ~ 17.4%, Si 2.4 ~ 30.1%로 변화되었는데, 이는 안정화제에 포함되어져 있는 Si 또는 유기화학물질의 영향으로 사료된다. 안정화제로 처리로 인하여 백석면 표면의 화학성분 변화는 공기 또는 고형시료 에 대한 석면정성 분석 오류를 유발 가능성을 제시하고 있다.

4. 결론

본 연구에서는 향후 뿜칠재의 석면비산 관리를 위해 사용되어 질수 있는 석면비산안정화제에서 평가 방안 마련을 위한 연구결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 

 현재 미국 ASTM은 인증제는 운영하고 있지는 않으나 안정화제 평가를 위해 부착강도, 침투력, 내화성, 내충격성, 표면연소의 품질 기준을 제시하고 있으며, 일본은 인증제를 통해 제품의 밀도 및 점도, 풍동시험, 부착강도, 내충격성을 평가하고 있다. 이에 국내에서 노후화 시석면비산가능성이 매우 높은 뿜칠재에 대한 석면비산안정화제를 이용한 건축물 관리 위해 안정화제 사용의 필요성이 제시되고 있고, 이를 위한 효율평가 제도를 도입하고자 하는 경우 부착강도, 내충격성, 침투성, 풍동시험, 오염물질 방출시험, 방염기준을 대상으로 되어져야 할 것으로 판단된다.

부착강도와 내충격성의 경우 KS에서 평가 기준이 수립되어져 있지 않기 때문에 국내에서 제품의 개발 시에는 일본 국토교통성 또는 미국 ASTM의 관련 기준에 따라 평가되어져야 한다. 그러나 일본은 해당항목에 대한 시험결과가 안정화제 적용 후에 개선되어야 하는 것을 기준으로 제시하고 있으나, 이는 시험 평가를 위한 시편 제작 시 안정화제 적용의 적정성에 따라 시험의 객관성에 영향을 받을 수 있다. 미국 ASTM에서는 안정화제 적용 후 뿜칠재의 부착강도 2.4kPa(50lbf/ft2= 0.002394N/mm2 ), 내충격성 7.6mm(3/10in) 손상깊이를 제시함에 따라 국내의 뿜칠재에 대한 KS의 관련 시험 및 평가기준이 제시되지 않는 경우 미국 ASTM 방식을 반영할 필요성이 있다. 

침투깊이의 경우는 미국 ASTM 침투성 평가 기준에 따른 제품의 특성을 구분하는 것이 타당하며, 시편의 깊이 25% 이상 침투는 침투형밀봉재(Penetrating capsulant), 25% 미만은 가교형 밀봉제(Bridging capsulant)로 구분하는 적합한 것으로 사료되나, 천장재와 같은 판상형 건축자재의 경우 Kim et al.(2010)이 제시한 의견과 같이 코팅방식의 비산방지 안정화제의 사용이 적절한 것으로 보여 진다. 또한 석면비산안 정화제를 도포에 의한 백석면을 SEM-EDS를 이용하여 분석한 결과 석면 표면의 안정화제 도포로 인하여 백석면의 물질인 Si, Mg의 함유량이 크게 변화되는 것으로 조사되었으나, 이는 석면 표면에 안정화제 도포로 인한 화학성분의 변화로서 내부의 석면의 특성은 유지되는 것으로 판단된다. 이에, 고형 및 공기 중 시료에서 석면안정화제가 처리된 시료의 경우 분석오류를 발생할 수 있는 가능성을 있으므로, 안정화제 도포여부를 건축물석면조사기관에 명확히 공지하여야 한다. 

 풍동 시험은 미국 ASTM에서는 적용하고 있지 않음으로, 일본 국토교통성의 평가기준 4f/L(0.004f/cc)를 기준을 적용하는 할 수 있으며, 시험편의 표면풍압 98KPa(약 10m/s)에서 1시간 동안 평가를 실시하며, 동시에 유량 1.5L/min로 60분간 시료 채취하는 것으로 적용이 필요하나, 포집 유량에 대한 추가적 검토는 필요한 것으로 판단되다.

방염기준의 건축기준에 적합한 뿜칠재 표면에 안정화제를 침투 또는 도포하는 방식으로 적용되므로, 적용 후 국내 건축자재의 방염기준은 반드시 준수해야 한다. 

안정화제는 건축물 내부의 뿜칠재에 적용될 수 있으므로, 안정화제 적용에 따른 실내공기 오염물질의 방출여부를 평가되어져야 한다. 시험은 실내공기질공정시험기준의 소형챔버법에 따라 실시하며, 안정화제의 경우 액상자재이나 접착제 및 페인트에 구별되지 않으므로, 일반 건축자재의 기준인 TVOC 4mg m²/h, HCHO 0.12 mg m² /h를 만족해야 할 것으로 사료된다.

Kim et al(2010)의 경우 기존 석면 비산방지제 사용에 있어 현재 국내에는 재료 형상과 제품 형태에 따라 사용구분 가이드라인과 사용기준인 없는 상태인 것으로 보고하였으며, 이에 따라 시공된 건축자재의 특성을 고려하여 비산안정화제의 시방서 및 성능을 평가할 수 있는 시험방법 제정 및 기준의 필요성을 제시하였다. 따라서, 본 연구에서는 미국 ASTM 및 일본 국토교통성의 석면비산 안정화제의 평가 기준을 검토 및 평가하여 국내 건축물에서 석면함유 건축자재의 비산관리를 위해 사용되어 질 수 있는 석면비산 안정화제의 평가 기준에 필요 사항을 도출하였으며, 향후 국내 건축물에 사용된 석면함유 건축자재의 특성과 보수 및 보강 측면을 고려한 평가 방법 및 기준이 수립되어야 할 것으로 판단된다.