폴리머콘크리트는 시멘트 콘크리트에 비해 강도와 내구적 성능 등 여러면에 있어 우수하여 건설현장에서의 벽체용 패널, 통신용 맨흘, 기계설비의 기초, 지하연결박스 등 다양한 용도로 개발되고 사용되어지고 있다. 그러나 폴리머콘크리트는 그 결합재로 쓰이고 있는 수지의 비용이 높아 경제적인 면에서 불리하여 기존 수지를 대체할 수 있는 결합재에 관한 연구가 필요하다. 여기서, PET를 재활용한 폴리머콘크리트는 산업폐기물을 재활용한 것이므로 경제적인 건설 소재가 될 수 있으며, 친환경적인 효과를 가져올 수 있기 때문에 현재 연구가 활발하게 이루어지고, 사용 영역이 확대 될 것으로 전망된다. 하지만 아직까지 PET재활용 폴리머콘크리트의 응력-변형률 거동에 관해서는 기초적인 연구상태에 있다. 따라서, 본 연구에서는 폐 PET를 합성한 불포화 폴리에스터 수지를 폴리머콘크리트의 결합재로 이용하여 콘크리트를 제조하였으며, 수지량, 골재의 최대치수, 양생방법에 변화를 주었다. 그리고 변위제어가 가능한 M.T.S 장비를 사용하여 응력-변형률 곡선을 관찰하였다. 그 결과 PET 재활용 폴리머콘크리트의 압축강도는 수지의 함량, 굵은골재의 크기변화, 양생방법에 모두 영향을 받는 것으로 나타났다. 탄성계수의 변화는 수지의 함량이 크게 좌우하였으며, 굵은골재의 최대치수와 양생방법에서 크게 영향을 받지 않았다. 최대응력에서의 변형률은 수지의 함량과 굵은골재의 최대치수에 영향을 많이 받는 것으로 나타났다.
폴리머콘크리트는 시멘트 콘크리트에 비해 강도와 내구적 성능 등 여러면에 있어 우수하여 건설현장에서의 벽체용 패널, 통신용 맨흘, 기계설비의 기초, 지하연결박스 등 다양한 용도로 개발되고 사용되어지고 있다. 그러나 폴리머콘크리트는 그 결합재로 쓰이고 있는 수지의 비용이 높아 경제적인 면에서 불리하여 기존 수지를 대체할 수 있는 결합재에 관한 연구가 필요하다. 여기서, PET를 재활용한 폴리머콘크리트는 산업폐기물을 재활용한 것이므로 경제적인 건설 소재가 될 수 있으며, 친환경적인 효과를 가져올 수 있기 때문에 현재 연구가 활발하게 이루어지고, 사용 영역이 확대 될 것으로 전망된다. 하지만 아직까지 PET재활용 폴리머콘크리트의 응력-변형률 거동에 관해서는 기초적인 연구상태에 있다. 따라서, 본 연구에서는 폐 PET를 합성한 불포화 폴리에스터 수지를 폴리머콘크리트의 결합재로 이용하여 콘크리트를 제조하였으며, 수지량, 골재의 최대치수, 양생방법에 변화를 주었다. 그리고 변위제어가 가능한 M.T.S 장비를 사용하여 응력-변형률 곡선을 관찰하였다. 그 결과 PET 재활용 폴리머콘크리트의 압축강도는 수지의 함량, 굵은골재의 크기변화, 양생방법에 모두 영향을 받는 것으로 나타났다. 탄성계수의 변화는 수지의 함량이 크게 좌우하였으며, 굵은골재의 최대치수와 양생방법에서 크게 영향을 받지 않았다. 최대응력에서의 변형률은 수지의 함량과 굵은골재의 최대치수에 영향을 많이 받는 것으로 나타났다.
The use of Polymer Concrete (PC) is growing very rapidly in many structural and construction applications such as box culverts, hazardous waste containers, trench lines, floor drains and the repair and overlay of damaged cement concrete surfaces in pavements, bridges, etc. However, PC has a defect e...
The use of Polymer Concrete (PC) is growing very rapidly in many structural and construction applications such as box culverts, hazardous waste containers, trench lines, floor drains and the repair and overlay of damaged cement concrete surfaces in pavements, bridges, etc. However, PC has a defect economically because resin which be used for binder is expensive. Therefore the latest research is being progressed to replace existing resin with new resin which can reduce the high cost. Here, Polymer concrete using the recycled PET(polyethylene terephthalate) has some merits such as decrease of environmental destruction, decrease of environmental pollution and development of new construction materials. The variables of this study are amount of resin, curing condition and maximum size of coarse aggregate to find out mechanic properties of this. Stress-strain curve was obtained using MTS equipment by strain control. The results indicated that modulus of elasticity was increased gradually in an ascending branch of curve, as an increase of resin content. Compressive strength was the highest for resin content of $13\%$. And Compressive strength was increased as maximum size of coarse aggregate increases. The strain at maximum stress increases with an increase of resin content and size of coarse aggregate. For the descending branch of stress-strain curve the brittle fracture was decreased when it was cured at the room temperature compared to high temperature.
The use of Polymer Concrete (PC) is growing very rapidly in many structural and construction applications such as box culverts, hazardous waste containers, trench lines, floor drains and the repair and overlay of damaged cement concrete surfaces in pavements, bridges, etc. However, PC has a defect economically because resin which be used for binder is expensive. Therefore the latest research is being progressed to replace existing resin with new resin which can reduce the high cost. Here, Polymer concrete using the recycled PET(polyethylene terephthalate) has some merits such as decrease of environmental destruction, decrease of environmental pollution and development of new construction materials. The variables of this study are amount of resin, curing condition and maximum size of coarse aggregate to find out mechanic properties of this. Stress-strain curve was obtained using MTS equipment by strain control. The results indicated that modulus of elasticity was increased gradually in an ascending branch of curve, as an increase of resin content. Compressive strength was the highest for resin content of $13\%$. And Compressive strength was increased as maximum size of coarse aggregate increases. The strain at maximum stress increases with an increase of resin content and size of coarse aggregate. For the descending branch of stress-strain curve the brittle fracture was decreased when it was cured at the room temperature compared to high temperature.
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문제 정의
결합재로 사용되는 수지에는 에폭시 수지, 불포화 폴리 에스터 수지, 비닐 에스터 수지 및 MMA 모노머인데 일반적으로 폴리머콘크리트용으로는 불포화 폴리에스터 수지가 사용된다. 따라서 본 연구에서는 결합재로 사용하는 수지를 PET(Poly Ethylene Terephhtalate)를 재활용한 불포화 폴리에스터 수지로 대체하여 사용함으로써, 폴리머 콘크리트의 경제성을 향상시키고, 폐플라스틱의 재활용을 증진시키고자 하였다. 또한 현재까지 PET를 재활용한 폴리머콘크리트의 역 학적 특성에 관한 연구는 아직까지 기본적인 강도 측정 연구가 대부분으로 역학적인 특성에 대한 심도 있는 연구는 미흡한 실정이므로, 변형률을 제어한 압축실험을 실시 함으로써, 수지의 변화량, 양생 조건의 변화, 굵은 골재의 크기에 따른 역학적 특성과 응력-변형률 거동을 규명하는데 본 연구의 목적을 두었다.
따라서 본 연구에서는 결합재로 사용하는 수지를 PET(Poly Ethylene Terephhtalate)를 재활용한 불포화 폴리에스터 수지로 대체하여 사용함으로써, 폴리머 콘크리트의 경제성을 향상시키고, 폐플라스틱의 재활용을 증진시키고자 하였다. 또한 현재까지 PET를 재활용한 폴리머콘크리트의 역 학적 특성에 관한 연구는 아직까지 기본적인 강도 측정 연구가 대부분으로 역학적인 특성에 대한 심도 있는 연구는 미흡한 실정이므로, 변형률을 제어한 압축실험을 실시 함으로써, 수지의 변화량, 양생 조건의 변화, 굵은 골재의 크기에 따른 역학적 특성과 응력-변형률 거동을 규명하는데 본 연구의 목적을 두었다.
폐플라스틱 재활용 폴리머콘크리트의 수지량 양생 온도 굵은 골재 최대치수에 따른 강도와 응력-변형률 특성에 미치는 영향을 조사한바 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다
제안 방법
Table 5는 PET재활용 폴리머콘크리트의 배합 타 입을 나타낸 것이다. PET 재활용 폴리머콘크리트의 압축 강도, 최대변형률, 탄성계수의 특성을 변수인 수지 함량과 굵은 골재의 최대치수, 양생 조건에 따라 분석하였다.
굵은 골재와 잔골재, 수지와 충전재를 중량비로 하여 배 합을 하였으며, 변수는 수지의 양과 양생 온도 굵은 골재의 크기에 변화를 주어 공시체를 제작하였다. 배합된 재료는 <p 75x150 mm인 원형 몰드에 타설되었고 4시간 동안 상온(20℃)에서 유지되었으며, 탈형 후 양생조건(20℃와 80℃ 양생)에 따라 양생을 하였다.
배합된 재료는 <p 75x150 mm인 원형 몰드에 타설되었고 4시간 동안 상온(20℃)에서 유지되었으며, 탈형 후 양생조건(20℃와 80℃ 양생)에 따라 양생을 하였다. 측정하기 24시간 전에 양생을 종결하였으며, U.T.M 안에 공시체를 거치시킨 후, O.OOBmWsec의 속도로 변위 제어를 하여, 압축실험을 실시하였다. 공시체의 축 변위는 공시체의 중앙부에 설치된 750mm의 길이를 가진 Compressometer를 사용하여 측정하였다.
대상 데이터
OOBmWsec의 속도로 변위 제어를 하여, 압축실험을 실시하였다. 공시체의 축 변위는 공시체의 중앙부에 설치된 750mm의 길이를 가진 Compressometer를 사용하여 측정하였다. Table 5는 PET재활용 폴리머콘크리트의 배합 타 입을 나타낸 것이다.
굵은 골재는 최대치수가 8mm, 13mm, 19mm로, 강원도 충전재는 가격이 저렴하고 구입이 용이하며, 큰 비표면 적을 가지고 있는 탄산칼슘계를 사용하였다. 사용된 골재 특성과 충전재(Filler) 성분은 Tables 3~4와 같다.
본 실험에서 사용한 불포화 폴리에스터 수지는 코발트계 경화 촉진제가 첨가되어 있는 제품으로, Table 2와 같이 29.1 %의 재활용 PET를 포함한 재생 PET 불포화 폴리에스터 수지를 사용하였다 또한 중량비율로서 次%의 스타 이렌 모노머에 희석되어 있으며 수지 특성은 Table 1과 같다.
성능/효과
1) 수지량, 양생 온도, 굵은 골재 최대치수가 증가할수록 압축강도는 증가하였으며, 특정한 수지량(13~15%)을 지 나서는 압축강도의 큰 변화가 나타나지 않았다. 양생 온도 증가는 골재 사이 수지의 매트릭스 형성을 향상시킴 으로써 압축강도가 증가한 것으로 판단된다.
2) 탄성계수의 변화는 수지량에 크게 영향을 받았으며 수지량에 따른 증가는 압축강도와 유사하였다.
3) 최대응력에서의 변형률은 수지량이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났으며, 응력-변형률 곡선의 하강부는 수지량이 작을수록 양생 온도가 상승할수록 취성 적인 경향을 나타내었다.
4) 높은 압축 강도을 얻기 위해서는 수지의 양을 증가시키기 보다는 고온의 양생과 최대 치수가 큰 양질의 골재를 사용하는 것이 효과적인 것으로 판단되었으며, 응력-변형률 곡선 하강 구간에 대한 취성적인 파괴를 저감시키기 위해서는 고온 양생보다는 상온에서의 양생이 효과적인 것으로 나타났다.
Figs. 7과 8은 굵은 골재 최대치수에 변화를 준 것으로서, 상승 부분의 기울기를 보면, 골재 치수와는 상관없이 유사한 값을 보여주고 있으며, 정점 부분에서는 압축강도와 최대변형률이 골재 크기가 증가할수록 그 값은 증가하는 양상을 보여주었다. 한편 하강 부분에 있어서는, 상온양생일때는 기울기의 변화가 비슷하게 나타났으나, 고온양생일때는, 골재의 크기가 증가하고 압축강도가 증가함에 따라서, 더 취성적인 경향을 보여주었다.
PET 재활용 폴리머콘크리트의 탄성계수는 양생 방법과 굵은 골재의 최대치수에 따라서는 상대적으로 크게 영향을 받지 않고 비슷한 탄성계수을 유지하는 것으로 나타났다. 다시 말해서, PET 재활용 폴리머콘크리트의 탄성계수는 폴리머콘크리트의 결합재로 사용되는 수지의 함량에 따라서 그 값이 변화하는 것으로 나타났고, 양생과 골재 크기 변화에 있어서는 상대적으로 작은 영향을 받았다.
굵은골재 최대치수를 8 mm에서 13 mm로 변화하였을 때, 최대변형률은, 온도와는 상관없이, 13~24%의 변형률 증가량를 보였다. 이것 역시, 굵은골재의 크기가 커짐에 따라서, 상대적으로 골재를 결합시켜주는 수지가 충분히 확보되기 때문인 것으로 파악된다.
9는 동일 공시체에 대해서 양생 온도를 달리하여 얻어진 응력-변형률 곡선으로 상승 구간에서 탄성계수에는 큰 변화가 없이, 유사한 값을 보여주었다. 그리고 정점 부분에 대해서는 압축강도는 증가하였고, 최대변형률은 크게 변화가 없었으며 이는 동일한 수지량를 사용한 효과로 판단된다. 하강 곡선 부분에 있어서는 고온양생일때 압축강도가 증가하면서 취성적인 경향을 보여주었다.
PET 재활용 폴리머콘크리트의 탄성계수는 양생 방법과 굵은 골재의 최대치수에 따라서는 상대적으로 크게 영향을 받지 않고 비슷한 탄성계수을 유지하는 것으로 나타났다. 다시 말해서, PET 재활용 폴리머콘크리트의 탄성계수는 폴리머콘크리트의 결합재로 사용되는 수지의 함량에 따라서 그 값이 변화하는 것으로 나타났고, 양생과 골재 크기 변화에 있어서는 상대적으로 작은 영향을 받았다.
동일한 조건의 배합에서 굵은골재의 최대치수 변화에 따른 압축강도의 변화를 살펴보면, 골재치수가 8mm에서 13mm로 증가하였을 때, 상온양생에서는 2-8%범위의 증 가량을 보여주었으며, 고온 양생시에는 거의 25%정도의 증가량을 보여주었다. 이것은 골재의 최대치수가 증가함에 따라 상대적으로 골재사이에 들어가는 수지의 양이 증가 함으로서 골재를 결합시켜주는 수지의 양이 충분한 부착 효과를 발현하기 때문인 것으로 고려된다.
본 실험에서는 수지를 전체중량에 9, 11, 13, 15%로 증가시켰으며, 그 결과, 수지 함량이 증가함에 따라 탄성계수도 Fig. 3과 같이 증가하고 있음을 알 수 있다.( 그리고, 그 증가 폭은 점점 줄어들었으며, 13%와 15%에서는 탄성계 수가 유사한 값을 보여줌으로써, 13~15%의 수지 함량에서 탄성계수가 최고치임을 나타내주고 있다.
이것 역시, 굵은골재의 크기가 커짐에 따라서, 상대적으로 골재를 결합시켜주는 수지가 충분히 확보되기 때문인 것으로 파악된다. 양생온도에 따른 최대 응력시 변형률의 변화량은 0.2~ 5.7 %로서 양생시 온도의 변화는 최대응력의 크기에는 영향을 미치나 최대응력시의 변형률에는 크게 영향을 끼치지 않는 것으로 나타났다.
3은 배합에 따른 압축강도 변화를 나타낸 것이다. 여기서 압축강도는 수지 함량이 13%까지는 수지량의 증가에 따라 압축강도도 동시에 증가하였으며, 수지량이 15% 일 경우에는 13%보다 낮거나 비슷한 압축강도을 보여 주었다 또한, 수지의 함량이 13%일 때가 가장 적절한 배합 비임을 말해준다. 이것은 수지 함량이 부족하면, 결합재 간에 충분한 비빔 효과가 발생하지 않기 때문이며, 수지 함량이 많아지면, 골재 사이에 들어가는 수지량의 과다 5, 수축 응력이 잔존하거나 수축균열이 발생하여 강도에 영항을 주는 것으로 파악된다
온도에 따른 실험결과 골재최대치수가 8mm일 때는 8~20%정도의 압축강도 상승을 가져왔으며, 골재최대치 수가 13mm에서는 압축강도 상승률이 33-47 %의 값을 보여주었다. 이것은 폴리머 콘크리트의 강도발현이 양생온도에 민감하게 반응하고 있음을 보여주며, 앞에서 언급한 골 재최대치수변화에 따른 압축강도 그 증가량이 향상되었음을 알 수 있다.
2절 참조). 하강 부분에 있어서는 수지 함량이 증가할수록 곡선의 기울기가 완만하게 감소함으로써, 콘크리트의 취성적인 경향을 저감시켜 주었다.
참고문헌 (10)
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Salla,J. M. and Aguado, A,'The Effect of Addition Procedure of Silane Coupling Agents on the Behavior of Polymer Concrete', Proceeding of the Fifth ICPIC,1987,pp.219-222
Tokyay, M et. al.,'Effect of Coarse Aggregate Size on Interfacial Cracking under Uniaxial Compression',Materials Letters,57,2002,pp.828-833
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