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문제 정의
- 그리고 우레탄 계열의 폴리머 수지는 고무와의 접착성능과 작업성은 우수하나, 골재 등 암석류에는 강성이 저하되고, 내구성에 문제가 발생되고있다. 5-6) 따라서 본 연구에서는 회수한 폐식용유를 에스테르반응을 시켜 제조한 유변성 알키드수지와 규사를 혼입하여 제조한 밀입도 투수콘크리트가 비차도용 도로포장에 적용가능한지에 대한 역학적 특성을 평가하고자 한다. 이를 위해 밀입도 투수콘크리트의 재령별 압축강도, 휨강도 특성을 분석하고, 물에 대한 저항성 및 온도 및 마모 등에 대한 내구성능을 분석하기 위해 내수성, 내온성, 마모저항성, 동결융해저항성, 공극률, 투수 계수의 특성을 실험적으로 분석하여 비차도용 도로포징재에적용가능성을 평가하고자 한다.
- 본 연구에서는 유변성 알키드 수지를 바인더로 사용한 밀입도 투수콘크리트의 강도 및 내구성에 대해서 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 30일 기건양생 후 5%황산과 10% 염화칼슘 수용액에 각각 5일 15일, 30일 동안 침수후 KS F 2481에 의하여 압축강도 시험을 실시하였다.
- 30일 기건양생 후 수중에 5일, 10일, 15일, 20일, 30일동안 침수후 KS F 2481에 의하여 압축강도 시험을 실시하였으며, 5일, 10일, 20일에 KS F 2482에 의하여 휨강도를 시험을 실시하였다.
- 30일 기건양생 후 온도조건 -20℃, 20℃, 60。<2의 각각의 조건으로 온도챔버에 24시간 보관 후 KS F 2481, KS F 2482에 의하여 시험체의 강도시험을 실시하였다.
- 그리고 50사이클까지 10사이클마다 압축강도를 측정하여 동결융해에 따른 강도 변화 특성을 시험하였다.
- 압축강도용 시험체는 075x150 mm 원주형 몰드를 사용하였고, 휨강도는 60x60x240 mm 몰드를 사용하였으며, 마모저항성 시험체는 50x50x50 mm 큐빅몰드를 사용하였다. 또한 모든 시험체의 양생은 20±l℃, 상대습도 50%의 항온항습실에서 기건양생을 실시하였다.
- 밀입도 투수콘크리트의 동결융해에 따른 저항성은 Fig. 9와 같이 동결융해 50사이클에 따른 압축강도로 분석하였다. 동결융해 10사이클 후의 압축강도는 기건양생 압축강도에 비하여 약 20% 감소하였다.
- 시험체는 KS F 2419(폴리에스터 레진 콘크리트 강도시험용 공시체 제작방법)에 의거해 실내온도 20±l℃ 상대습도 60±2%의 조건에서 유변성 알키드 수지를 규사 중량의 6%, 8%, 10%, 12%를 혼입하여 강제식 믹서로 배합한 후 몰드에 넣어 15회 2단 봉다짐을 통해 시험편을 제작하였다. 압축강도용 시험체는 075x150 mm 원주형 몰드를 사용하였고, 휨강도는 60x60x240 mm 몰드를 사용하였으며, 마모저항성 시험체는 50x50x50 mm 큐빅몰드를 사용하였다.
- 37와 같다. 양생조건은 30일간 20±l℃, 상대습도 50%의 항온항습실에서 기건 양생을 실시한 후 온도챔버에서 각각 -20℃, 20℃, 60℃로 1 일간 양생하였다. Fig.
- 5-6) 따라서 본 연구에서는 회수한 폐식용유를 에스테르반응을 시켜 제조한 유변성 알키드수지와 규사를 혼입하여 제조한 밀입도 투수콘크리트가 비차도용 도로포장에 적용가능한지에 대한 역학적 특성을 평가하고자 한다. 이를 위해 밀입도 투수콘크리트의 재령별 압축강도, 휨강도 특성을 분석하고, 물에 대한 저항성 및 온도 및 마모 등에 대한 내구성능을 분석하기 위해 내수성, 내온성, 마모저항성, 동결융해저항성, 공극률, 투수 계수의 특성을 실험적으로 분석하여 비차도용 도로포징재에적용가능성을 평가하고자 한다.
대상 데이터
- V는 95%, pH는 7로서 작업이 용이하며 유기용제를 사용하지 않는 특징을 갖고 있다. 또한 골재는 충북지역에서 생산된 4호 규사를 사용하였다.
- 바인더는 국내 G사의 폐식용유를 회수해서 에스테르반응을 시켜 제조된 열경화성 수지인 유변성 알키드 수지 주제와 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate) 경화제를 사용하였다. 사용된 수지의 점도는 2, 000 CPS이며, 비중은 0.
- 제작하였다. 압축강도용 시험체는 075x150 mm 원주형 몰드를 사용하였고, 휨강도는 60x60x240 mm 몰드를 사용하였으며, 마모저항성 시험체는 50x50x50 mm 큐빅몰드를 사용하였다. 또한 모든 시험체의 양생은 20±l℃, 상대습도 50%의 항온항습실에서 기건양생을 실시하였다.
이론/모형
- 공극률 시험은 일본 콘크리트공학협회의 에코 콘크리트 연구위원회의 포러스 콘크리트의 공극률 시험 방법 3 중에서 용적법에 준하여 식(1)과 같은 방법으로 공극률을 계산하였다.
- 동결융해 실험은 KS F 2456의 B-type인 공기중 동결, 수중 융해 방법으로 3시간을 한 사이클로 설정하였다. 그리고 50사이클까지 10사이클마다 압축강도를 측정하여 동결융해에 따른 강도 변화 특성을 시험하였다.
- 투수계수 시험은 일본콘크리트공학협회『포러 스콘크리트의 투수계수 시험방법(안)』에 준하여 Fig. 1과 같은 장치를 사용하여 Darcy의 법칙에 근거하여 다음의 식 (2)에 의해 산출하였다.
성능/효과
- 1. 유변성 알키드 수지의 혼입률 변화에 있어서 혼입률 12%에서 압축강도 및 휨강도가 가장 높은 값을 보였으며, 특히 휨강도는 도로설계기준의 휨강도 4.5MPa 에 1.6배의 결과를 얻었다. 그리고 내수성을 분석한 결과 침수재령이 증가할수록 압축강도 및 휨강도가 감소하였으며, 침수재령 5일 이후에는 감소폭이 거의 완만해져 강도 저하 현상은 대부분 침수재령 초기에 발생하는 것으로 나타났다.
- 2. 양생온도 -20℃와 20%에서 압축강도를 비교한 결과 -20℃에서 바인더 혼입률 변화에 따라 38~45% 정도 증가하였다. 그리고 60℃와 20。(3의 경우에서는 60℃의 경우가 23.
- 3. 화학저항성을 분석한 결과 내수성의 결과와 유사한 결과를 도출하여, 물에 의한 내수성이 저하되어 나타난 결과로 판단할 수 있었다. 그리고 마모저항성은 유 변성 알키드 수지 혼입률이 증가할수록 마모손실률은 18.
- 4. 유변성 알키드 수지 혼입률을 6%에서 12%로 증가함에 따라 공극률은 30.3%에서 17.9%로 감소되었으며, 투수계수는 0.188 cm/sec에서 0.019 cm/sec로 유 변성 알키드 수지 혼입률이 증가함에 따라 10배 정도 감소하였다.
- 5. 동결융해에 따른 저항성을 압축강도 변화로 분석한 결과 동결융해 사이클이 증가함에 따라 압축강도는 감소하였다. 이와 같은 결과는 내수성의 결과와 유사한 것으로 유변성 알키드 수지를 사용한 경우 동결융해의 반복에 따른 영향보다는 물에 의한 내수성이 감소한 결과에 기인한 것으로 판단된다.
- 6. 유변성 알키드 수지와 규사를 혼입한 밀입도 투수 콘크리트를 도로포장용으로 적용시 수지 혼입률이 12% 이상 일때는 수지 과다로 인한 작업성과 적정공극을 확보하는데 문제점이 도출됨으로 인해 강도 및 내구성 측면에서 바인더의 최적혼입률은 규사 중량대비 10~12% 로 판단된다.
- 한국에서는 년간 20만톤의 폐식용유가 배출되며 이중 약 10만톤이 회수 가능한 것으로 추산된다. 7)폐식용유는 식용유보다는 점도가 다소 높고 각종 이물질이 섞인 것을 제외하면 식용유와 거의 성상이 비슷하다. 식용유는 어느정도 사용하면 식료품으로서의 기능을 상실하여 폐기되어야 하는데, 보통 일반 가정이나 음식점, 각종 제과류 공장에서 버려지는 폐식용유를 재활용 한다면, 폐기비용을 절감할 수 있음은 물론, 하수구로 버려져 이로 인한 환경오염이 악화되는 것을 방지할 수 있을 것으로 기대된다.
- 5~6과 같다. Fig. 와 같이 황산 5% 수용액에 침지한 압축강도는 기건양생 압축강도에 비해 5일 침지한 압축강도가 바인더 혼입률 별로 약 30% 감소하는 것으로 나타났으며, 침지재령이 증가할수록 압축강도는 감소하였지만 감소폭은 매우 작았다.
- 3과 같이 -2(FC에서 양생한 경우가 2(y>c에서 양^한 경우에 비해 압축강도가 혼입률별로 약 40% 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 60℃ 에서 양생한 경우는 20℃에서 양생한 경우에 비해 압축강도가 약 30% 감소하였으며, 온도조건 -20℃의 압축강도와 비교하면 약 50%감소하는 것으로 나타났다.
- 그리고 Fig. 6과 같이 염화칼슘 10% 수용액에 침지 한 압축강도는 5일 침지한 압축강도가 기건양생 압축강도에 비해 바인더 혼입률 별로 약 15%감소하는 것으로 나타나 황산5% 수용액 침지에 비하여 압축강도의 감소 폭은 적은 것으로 나타났다. 그리고 침지재령 5일 이후에는 황산에 침지한 경우와 비슷한 경향을 보였다.
- 6배의 결과를 얻었다. 그리고 내수성을 분석한 결과 침수재령이 증가할수록 압축강도 및 휨강도가 감소하였으며, 침수재령 5일 이후에는 감소폭이 거의 완만해져 강도 저하 현상은 대부분 침수재령 초기에 발생하는 것으로 나타났다.
- 화학저항성을 분석한 결과 내수성의 결과와 유사한 결과를 도출하여, 물에 의한 내수성이 저하되어 나타난 결과로 판단할 수 있었다. 그리고 마모저항성은 유 변성 알키드 수지 혼입률이 증가할수록 마모손실률은 18.7%에서 2.7%로 감소하였다.
- 25% 감소하는 것으로 나타났다. 그리고 재령 10일에서는 재령 5일 대비 각각 3%, 4.26%, 5.19%, 8.6% 감소하는 경향을 나타냈으며, 5일 이후에는 수중 양^ 증가에 따른 압축강도 감소폭은 매우 작은 것으로 나타났다. 수중양생이 증가할수록 압축강도는 감소하는 경향을 보이고 있으나, 수중양생 5일에서 압축강도 감소율이 전체 감소율에서 70% 이싱인 것으로 나타났다.
- 또한 Fig. 4와 같이 휨강도의 경우도 -2VC의 양^조건과 비교하여 양생온도가 증가함에 따라 바인더 혼입률별로 51.85%, 51.97%, 51.3%, 55.3%로 크게 감소하였다. 이와 같이 양생온도에 따른 강도변화는 온도가 상승하면서 골재부분과 레진층이 분리되어 내부에 수축응력이 잔존하게 되어 강도가 감소된 것으로 판단되며, 저온에서 강도가 증가하는 것은 사용된 유변성 알키드수지의 유리전이온도가 낮기 때문으로 판단된다.
- 47% 증가하는 것으로 나타났으며, 혼입률이 증가함에 따라 압축강도는 전반적으로 증가하는 경향을 보였으며, 바인더 혼입률이 6%, 12%인 경우 강도증진율이 현저히 저하되는 것으로 나타났다. 또한 바인더 혼입률이 증가함에 따라 재령 30 일의 휨강도는 증가하는 것으로 나타났다. 압축강도가 바인더 혼입률 변화에 따라 7~10.
- 7은 바인더 혼입률에 따른 마모손실률을 나타낸 것이다. 바인더 혼입률이 증가할수록 마모손실률은 18.71%에서 9.41%, 5.01%, 2.70%로 감소하여. 바인더 혼입률이 증가할수록 충격에 의한 내구성 및 마모 저항성은 크게 향상되는 것으로 나타났다.
- 70%로 감소하여. 바인더 혼입률이 증가할수록 충격에 의한 내구성 및 마모 저항성은 크게 향상되는 것으로 나타났다.
- 6% 감소하는 경향을 나타냈으며, 5일 이후에는 수중 양^ 증가에 따른 압축강도 감소폭은 매우 작은 것으로 나타났다. 수중양생이 증가할수록 압축강도는 감소하는 경향을 보이고 있으나, 수중양생 5일에서 압축강도 감소율이 전체 감소율에서 70% 이싱인 것으로 나타났다. 그리고 휨강도의 내수성 변화를 Fig.
- 01 cm/sec 이상으로 제한하고 있다. 실험결과 모든 시험편에서 공극률 18~30%를 보여 규정을 만족하고 있으며, 투수계수는 0.019-0.188cm/sec5. 투수계수 규정(0.
- 또한 바인더 혼입률이 증가함에 따라 재령 30 일의 휨강도는 증가하는 것으로 나타났다. 압축강도가 바인더 혼입률 변화에 따라 7~10.5MPa를 보였으며, 이에 따른 휨강도가 4.7~7.2MPa로서 압축강도 대비 휨강도가 약 67%로 나타났다. 이와 같은 결과로서 유 변성 알키드 바인더를 혼입한 밀입도 투수콘크리트의 강도 특성은 압축강도에 비해 휨강도가 매우 높게 나타났으며, 도로설계기준인 휨강도 4.
- 변화는 Table 1과 같다. 유변성 알키드 수지 바인더를 사용한 밀입도 콘크리트의 양생시간에 따른 압축강도 특성을 분석한 결과 재령 30일인 경우에 비해 재령 90일인 경우가 혼입률이 각각 6, 8, 10, 12%일 때 각각 8.4%, 14.96%, 8.88%, 4.47% 증가하는 것으로 나타났으며, 혼입률이 증가함에 따라 압축강도는 전반적으로 증가하는 경향을 보였으며, 바인더 혼입률이 6%, 12%인 경우 강도증진율이 현저히 저하되는 것으로 나타났다. 또한 바인더 혼입률이 증가함에 따라 재령 30 일의 휨강도는 증가하는 것으로 나타났다.
- 2MPa로서 압축강도 대비 휨강도가 약 67%로 나타났다. 이와 같은 결과로서 유 변성 알키드 바인더를 혼입한 밀입도 투수콘크리트의 강도 특성은 압축강도에 비해 휨강도가 매우 높게 나타났으며, 도로설계기준인 휨강도 4.5MPa의 기준을 바인더 혼입률 6%이상인 경우에서 모두 만족하는 것으로 나타났다. 이는 유변성 알키드 수지가 골재의 부착강도를 증진시키고 콘크리트의 취성적 성질을 개선시킨 것으로 사료된다.
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