The polymer liner and cover material were produced with an admixture of re-emulsification type ethylene vinyl acetate (EVA) powder resin to make the low water permeability mine liner and cover material. The purpose of this study is to improve the basic physical properties and water tightness by filling the space between cement and aggregate with EVA polymer film, which result in the improvement of waterproof performance. It was confirmed that basic properties such as strength and dry shrinkage stability were improved until the re-emulsification type EVA powder resin was mixed up to 4%. However, it was confirmed that the physical properties were not significantly improved when 5% of the re-emulsification type EVA powder resin was used, or decreased compared with the case of using 4% of that. As a result of the measurement of the permeability coefficient, the physical properties were improved from 8.30×10^-10 to 5.50×10^-12.

저투수성 광산 차수재를 제조하기 위해 재유화형 ethylene vinyl acetate(EVA) 분말수지를 혼입한 폴리머-차수재를 제조하였다. EVA 수지는 방수성, 및 내구성이 우수하여 여러 산업에서 다양하게 활용되고 있다. 본 연구에서는 시멘트와 골재 사이의 공간을 EVA 폴리머 필름으로 채워 기초 물성 향상 및 수밀성 향상을 통한 우수한 차수성능을 발현하고자 하였다. 연구결과 재유화형 EVA 분말수지 함량이 4%까지는 휨강도, 압축강도, 건조수축안정성등 기초물성이 향상되는 것을 확인하였다. 하지만, 재유화형 EVA 분말수지 5%를 사용할 경우 물성이 크게 향상되지 못하거나 4% 대비 감소하는 것을 확인하였다. 투수계수 측정결과 8.30×10^-10에서 5.50×10^-12까지 저투수성을 발현하는 것을 확인하였다.

Keywords: liner and cover material, ethylene vinyl acetate, permeability coefficient, polymer resin

산업과 경제 성장을 위한 에너지를 확보하기 위해서는 석탄자원의 개발과 활용이 필요하다. 그러나 석탄의 채광은 지표 침강, 수분 손실 등 문제를 야기하며 기반 시설 등에 악영향을 미칠 수 있다.¹ 따라서 세계 여러 곳에 있는 폐광산 주변 지역에서는 오염으로 인한 여러 가지 환경 문제가 발생되고 있다. 또한 지반 침하로 인해 발생되는 싱크홀 등에 의해 안전 사고의 위험에 노출되어 있다.² 폐광산을 안정화시키기 위한 방법으로는 폐석, 산업부산물 등을 갱 내에 충전시켜 지반안정화를 시키고 있으며 현재 다양한 충전재에 관한 연구가 진행되고 있다.^2,3 그러나 충전재의 경우 산성배수 및 침출수로 인한 토양오염 등 2차적인 오염은 제대로 억제하지 못하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 충전재를 시공하기 전에 차수층을 먼저 설치하여 유해물질이 주변 환경으로부터 이동하는 것을 차수층의 두께와 투수속도로 예측되는 기간동안 억제시키고 있다.⁴ 따라서 유출되는 물질로 인해 주변 환경에 미치는 영향을 최소화하고 차수층의 재료가 갖는 유해 금속 및 유기물질 이동 억제 기능을 이용하여 1차적인 방어 역할을 한다. 이러한 차수재(liner and cover material)의 경우 차수기능 및 구조적 안정성은 매우 중요한 요소로 작용되고 있다. 차수기능을 향상시키기 위해서는 차수재의 수밀성이 주요한 성능으로 인식되고 있다.⁵ 수밀성을 향상시키는 방안으로는 잠재수경성 반응이 일어나는 slag 등을 혼합하는 방법이 제시되고 있지만 무기물질만으로는 수밀성 향상에 있어 한계가 있는 것으로 보고되고 있다. 따라서 시멘트-모르타르 제품에 폴리머를 혼합하여 수밀성을 향상시키는 방안이 제시되고 있다.⁶ 폴리머 시멘트 모르타르란 결합재와 충전재를 주요 조성물로 하고 각각의 용도에 맞도록 각종 폴리머를 적정 조성비로 구성하는 것을 말한다. 폴리머-시멘트 모르타르의 원리는 골재의 계면에서 폴리머 필름을 형성하며 미세균열, 그리고 시멘트와 골재 사이의 공간을 폴리머 필름으로 채워 수밀성 및 시멘트-모르타르의 성능을 향상시키거나 부족한 성능을 보완시키는 역할을 한다.⁷ 이러한 폴리머 모르타르를 활용하여 최근 구조물의 제기능 유지 및 내구성 향상을 위한 다양한 보수공법 및 보수재료 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나 광산 차수재로서의 연구는 미미한 실정이다.⁸ 폴리머수지는 접착성, 방수성 및 내약품성 등이 우수한 에폭시 수지, 스타이렌(styrene) 분말수지, 라텍스(latex) 분말수지, ethylene vinyl acetate(EVA) 분말수지 등이 활용되고 있다. 특히 EVA 수지는 방수성, 내구성, 전기절연성, 내유성 등이 우수한 것으로 알려져 있으며, EVA와 수산화알루미늄과의 복합재료를 통해 난연성을 향상시키는 등 다양한 연구가 이루어지고 있다.⁹ EVA 수지를 분말화시킨 재유화형 분말수지의 경우에는 폴리머중합체로써 일반적인 시멘트-모르타르에 혼합할 경우 경화과정에서 모르타르 속의 작은 공극과 모세구조를 성장형 유기화학 접착성분으로 채워져 물의 이동을 차단시켜 내부 공극을 감소시킨다. 또한 골재와의 부착성을 향상시켜 내구성 향상에 기여하는 것으로 보고되고 있다.¹⁰ 작업성에 있어서도 재유화형 EVA 분말수지에 함유된 계면활성제의 분산효과와 공기량 증가로 인해 시공성이 향상된다고 알려져 있다.¹¹ 재유화형 EVA 분말수지의 원리는 EVA계 공중합 폴리머 에멀젼을 스프레이 건조한 분산물질로서 입자가 100 μm로 분산되었다가 물에 재분산하게 되면 1 μm의 안정한 액상수지가 되는 원리이다.¹² 이러한 재유화형 EVA 분말수지의 경우 차수재 적용에 대한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 광산에 차수층을 설치하기 위해 차수재 배합을 설계하였다. 침출수억제 등의 차수성능 향상을 위해 EVA 분말수지를 함량별로 혼입하여 흡수율 및 투수계수 확인을 통해 차수성능을 평가하였다. 또한 재유화형 EVA 분말수지 함량에 따른 차수재의 특성을 확인하기 위해 응결시간, 압축 강도, 길이변화율 등의 기초물성 평가를 실시하였다.