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문제 정의
- 그래서 본 연구에서는 경제적인 차원에서 필요한 탄성조건과 투수성 등을 만족하면서 기존의 콘크리트나 아스팔트로 포장된 장소에서 기존 하층 노면에 대한 재시공 없이 자원낭비나 환경오염이 발생하지 않도록 두께가 얇은(10∼25mm) 탄성포장재의 시공 가능성에 대하여 기본적인 물성을 파악하고자 한다.
제안 방법
- 300mm(L)×50mm(W)의 시험편으로 Fig. 4와 같이 3개를 채취하여 길이를 측정한 후 공기가열 노화시험기에 시험조건 70℃, 48h 열 노화시킨 후 시험편을 꺼내어 표준상태에서 4시간 방치 후 시험편의 길이를 측정하여 변화율을 구하고 치수변화율은 3개의 시험편에 대한 평균값으로 표시하였다.
- 경도시험은 탄성바닥재의 하부에서 시험편 채취가 불가능하여 상부와 중앙부 시험편만으로 시험을 실시하였다. 배합비에(20, 22.
- 탄성포장재에 관한 연구로써 홍장우는 탄성포장재에 대하여 바인더 혼입률에 따른 공극률과 투수성과의 관계, 현장투수시험과 정수위투수시험과의 상관성에 대하여 분석하고, 자외선 촉진 내후성 시험을 실시하고 색차계를 이용하여 색공간의 색 수치좌표를 이용하는 방법으로 색차를 정량적으로 분석하고자 하였다[1,5]. 김승현, 김영일, 김성은, 남정만, 윤중만, 강영민 등은 친환경 투수성 탄성포장재의 개발을 목표로 탄성포장재료인 폐타이어 칩에 석분슬러지 및 송이 등의 재료들을 혼합하여 인장강도, 신장률, 투수계수를 살펴보았으며, XRF(X-ray Fluorescence Spectrometer), XRD(X-ray Diffractometer), SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 통하여 탄성포장재의 특성을 관찰하였으며 용출 및 흡착실험을 통하여 중금속 함유량(Cd, Pb, Cr, Cu) 특성도 살펴보았다[6-9]. 김운과 박원규는 조경용 탄성포장의 폴리우레탄 바인더 배합비에 따른 결합력과 반발탄성의 변화를 실험을 통해 분석하고, 이를 바탕으로 적정한 재료배합 비율을 20∼22%로 제시하였다[2,10].
- 노화시험은 인장강도와 신장률 변화를 관찰하기 위하여 Fig. 4와 같은 시험편을 규정된 시험조건(온도 70±1℃, 시간 96h)에 노출시킨 후 상기(1)의 인장강도시험과 신장률시험을 실시하였다.
- 반발탄성시험은 배합비와 두께위치에 의한 차이를 고려하지 않고 탄성바닥재의 두께만을 고려하여 실험을 실시하였다. 반발탄성은 40∼43%로 탄성바닥재의 두께가 10∼25mm사이에는 특이한 차이는 관찰되지 않았다.
- 본 연구에서는 자원낭비나 환경오염이 발생하지 않도록 두께가 얇은 탄성포장재의 시공 가능성에 대하여 두께가 다른 5종류(10, 13, 15, 20, 25mm)의 시험편과 고무 칩과 바인더의 혼합비가 다른 3개(20, 22.5, 25%)의시험편을 가지고 다양한 시험을 실시한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 4와 같이 두께에 따라 각 기둥형태의 시험편을 준비하고 반발탄성 시험기를 사용하여 시험을 실시하였다. 시험은 거치대에 시험편을 장착하고 철봉을 규정된 위치에서 자유 낙하시켜 반발할 때의 높이를 측정하는데 4번째 시험시의 반발높이를 측정하고 이 반발높이의 값을 반발탄성(%)의 평균값으로 표시하였다.
- 최수경, 전명훈, 이도헌은 폐폴리올레핀 폼을 완충재로 이용한 놀이터바닥을 대상으로 한계하강높이 및 보행적합성, 장기피로예측, 미끄럼저항성에 대한 실험결과를 보고하고 있다[4]. 이 영세는 자전거도로에 적합한 폴리우레탄을 사용한 탄성포장재를 개발하여 동결융해 후 휨강도 및 질량변화율을 평가하고 미끄럼저항성, 반발탄성, 투수계수 등의 성능을 실험에 의해 비교 평가하였다[11].
- 투수계수 시험은 KS F 2322: 2000(흙의 투수 시험방법)에 따라 정수위 투수 시험 방법으로 진행하였다. 정수 위 투수 시험은 규정된 단면과 길이를 가진 시험체 안을 일정한 수위차 아래에서 일정시간 내에 침투하는 수량을 측정하여 이 시험을 3회 실시하여 3회 측정 평균값을 투수계수로 표시하였다.
- 제작된 시험편에 대한 중금속 및 유해화학물질의 포함여부를 알아보기 위하여 다양한 시험을 실시하였다. 납, 카드뮴, 수은은 GR M 6004: 2008(ICP(Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy): 유도결합 플라스마 방출분광법), 6가크롬은 GR M 6004:2008(UV/Vis(Ultraviolet-visible spectorscopy): 자외선/가시광선 분광 광도법), 휘발성유기화합물(VOCs:Volatile organic compounds), 벤젠, 에틸벤젠, 크실렌, 툴루엔, 다핵방향족 탄화수소(PAHs: Polynuclear aromatic hydrocarbons), Benzo(a, e) pyrene, Benzo(a)anthracene, Benzo(b, j, k) fluoranthene, , Dibenzo(a, h)anthracene , Chrysene는 기체크로마토 그래피 질량분석기(GC/MS)를 이용하였다.
- 탄성포장재에 관한 연구로써 홍장우는 탄성포장재에 대하여 바인더 혼입률에 따른 공극률과 투수성과의 관계, 현장투수시험과 정수위투수시험과의 상관성에 대하여 분석하고, 자외선 촉진 내후성 시험을 실시하고 색차계를 이용하여 색공간의 색 수치좌표를 이용하는 방법으로 색차를 정량적으로 분석하고자 하였다[1,5]. 김승현, 김영일, 김성은, 남정만, 윤중만, 강영민 등은 친환경 투수성 탄성포장재의 개발을 목표로 탄성포장재료인 폐타이어 칩에 석분슬러지 및 송이 등의 재료들을 혼합하여 인장강도, 신장률, 투수계수를 살펴보았으며, XRF(X-ray Fluorescence Spectrometer), XRD(X-ray Diffractometer), SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 통하여 탄성포장재의 특성을 관찰하였으며 용출 및 흡착실험을 통하여 중금속 함유량(Cd, Pb, Cr, Cu) 특성도 살펴보았다[6-9].
- 폐고무를 사용하여 열 압축 성형한 재활용 고무 탄성포장재의 성능을 확인하기 위하여 고무분말(우레탄 칩)과 바인더의 혼합비가 다른 3개(20, 22.5, 25%)의 시험편과 두께가 다른 5종류(10, 13, 15, 20, 25mm)의 시험편에 대하여 반발탄성시험과 투수성 시험을 실시하였으며, 두께 20mm인 기본시험편에 대하여 두께에 따른 시험편 위치(상부, 중앙부, 하부)에 따라 기본적인 재료시험(인장강도, 신장률, 경도, 치수노화)을 실시하고, 노화 시험 후의 인장강도변화율과 신장률 변화율도 실험으로 관찰해 보았다.
대상 데이터
- 제작된 시험편에 대한 중금속 및 유해화학물질의 포함여부를 알아보기 위하여 다양한 시험을 실시하였다. 납, 카드뮴, 수은은 GR M 6004: 2008(ICP(Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy): 유도결합 플라스마 방출분광법), 6가크롬은 GR M 6004:2008(UV/Vis(Ultraviolet-visible spectorscopy): 자외선/가시광선 분광 광도법), 휘발성유기화합물(VOCs:Volatile organic compounds), 벤젠, 에틸벤젠, 크실렌, 툴루엔, 다핵방향족 탄화수소(PAHs: Polynuclear aromatic hydrocarbons), Benzo(a, e) pyrene, Benzo(a)anthracene, Benzo(b, j, k) fluoranthene, , Dibenzo(a, h)anthracene , Chrysene는 기체크로마토 그래피 질량분석기(GC/MS)를 이용하였다.
- 마모시험의 시험편은 Fig. 4와 같이 지름 100mm 이상의 원형의 판상 또는 시험에 지장이 없는 모양으로 하고, 그 중심에 지름 6.5mm의 구멍을 뚫어 시험편을 준비하고 시험은 회전하는 시험편 위에 1쌍의 마모 륜을 규정하중으로 압착시켜 마모 륜에 의해 시험편을 마모시키는 마모시험기를 사용하였다. Fig.
이론/모형
- 경도시험은 KS M6784: 2009(가황고무 및 열가소성고무 경도시험방법)에 따라 Fig. 4와 같은 시험편을 가지고 듀로미터(durometer) E타입 경도기로 5곳을 측정하여 그 중앙값으로 표시하였다.
- 반발탄성 시험은 KS M 6518: 2006(가황고무 물리시험방법)에 따라 진행하였다. 제작된 직사각형의 시험편에서 Fig.
- 인장강도 및 신장률 시험(Fig. 5)은 KS M 6782:2009(가황고무의 인장시험방법)에 따라 1호형 시험편을 사용하여 500mm/min의 속도로 시험하였다. Fig.
- 투수계수 시험은 KS F 2322: 2000(흙의 투수 시험방법)에 따라 정수위 투수 시험 방법으로 진행하였다. 정수 위 투수 시험은 규정된 단면과 길이를 가진 시험체 안을 일정한 수위차 아래에서 일정시간 내에 침투하는 수량을 측정하여 이 시험을 3회 실시하여 3회 측정 평균값을 투수계수로 표시하였다.
성능/효과
- - 인장강도 값을 살펴보면 두께의 차이에 의해 배합비 25%에서 상하부의 차이가 17% 정도 차이가 나며 배합비가 커질수록 하부의 인장강도는 작게 나타나는 것을 알 수 있었다.
- - 투수계수는 탄성바닥재의 두께가 20mm인 경우를 제외하고 두꺼울수록 투수계수가 커지는 경향을 보인 반면, 반발탄성은 40∼43%로 탄성바닥재의 두께가 10∼25mm사이에서 특이한 차이는 관찰되지 않았다.
- - 배합비에 따른 인장강도와 신장률의 평균값을 살펴보면 특이한 변화는 발견할 수 없었다. 그러나 노화 시험 후 인장강도와 신장률 변화의 평균값을 살펴보면 배합비에 따라 인장강도 비율과 신장률 변화 비율이 작아지는 것을 발견할 수 있었다.
- 노화시험은 탄성바닥재가 온도에 민감하기 때문에 시험편을 규정된 시험조건(온도 70±1℃, 시간 96h)에 노출시킨 후 인장강도와 신장률 변화를 살펴보았는데 인장강도의 평균값을 살펴보면 배합비에(20, 22.5, 25%) 따라 인장강도 비율이 작아지는 것(-4.8, -3.3, 3.2%)을 발견할 수 있었으며 Fig. 12를 살펴보면 바닥재 두께위치에 따라 인장강도 변화가 심한 것을 알 수 있다.
- 4와 같이 3개를 채취하여 길이를 측정한 후 공기가열 노화시험기에 시험조건 70℃, 48h 열 노화시킨 후 시험편을 꺼내어 표준상태에서 4시간 방치 후 시험편의 길이를 측정하여 변화율을 구하고 치수변화율은 3개의 시험편에 대한 평균값으로 표시하였다. 시험후 겉모양에 대한 휨, 굴곡 및 비틀림이 없음을 확인하였다. 치수변화율에 대한 계산은 다음과 같이 이루어 졌다.
- 12를 살펴보면 바닥재 두께위치에 따라 인장강도 변화가 심한 것을 알 수 있다. 신장률 변화에 대한 평균값을 살펴보면 배합비에 따라 신장률 변화 비율이 작아지는 것(0.5, -0.3, -0.75%)을 발견할 수 있었다. 결과적으로 탄성바닥재가 온도에 민감하다는 것을 알 수 있으므로 내구성 측면에서 온도에 대한 장기성능을 확인할 필요가 있으며 내구성증진에 대한 대안도 필요 하다고 판단된다.
- 02)은 거의 변화가 없으나 두께에 의한 차이를 살펴보면 배합비 25%에서 상하부의 차이가 17% 정도 차이가 나며 배합비가 커질수록 하부의 인장강도는 작게 나타나는 것을 알 수 있다. 신장률 시험결과를 살펴보면 배합비에(20, 22.5, 25%) 따른 신장률 값을 살펴보면 평균값은 각각 88.7, 85.0, 85.7%로 특이한 변화는 발견할 수 없었으나 하부의 신장률은 배합비가 커질수록 작아지는 것을 알 수 있다.
- 제작된 시험편에 대한 중금속 및 유해화학물질의 포함여부를 살펴본 결과 납, 카드뮴, 수은, 6가크롬, 휘발성 유기화합물, 벤젠, 에틸벤젠, 크실렌, 툴루엔, Benzo(b, j,k) fluoranthene, Benzo(a, e) pyrene, Benzo(a)anthracene,, Dibenzo (a, h) anthracene은 검출되지 않았으며, Chrysene (32.7mg/kg)과 다핵방향족 탄화수소(32.7mg/kg)는 규준량을 초과하지 않았다.
- 제작된 시험편에 대한 중금속 및 유해화학물질의 포함여부를 살펴본 결과 중금속은 검출되지 않았으며 유해 화학물질 또한 규준량을 초과하지 않았다.
- 치수변화율과 마모시험은 두께위치에 의한 차이에 대한 고려 없이 배합비 차이에 의한 시험만 실시하였는데 배합비에(20, 22.5, 25%) 따른 치수변화율은 -0.2∼-0.3으로 거의 차이를 보이지 않았으며, 마모감량은 배합비가 클수록 크게 보여지나 전체량에 비하면 미미한 량으로 판단되므로 배합비에 대한 영향은 없다고 판단된다.
- 탄성포장재의 고무칩에 대한 바인더의 배합비에(20,22.5, 25%) 따른 인장강도 값을 살펴보면 평균값(1.03,1.05, 1.02)은 거의 변화가 없으나 두께에 의한 차이를 살펴보면 배합비 25%에서 상하부의 차이가 17% 정도 차이가 나며 배합비가 커질수록 하부의 인장강도는 작게 나타나는 것을 알 수 있다. 신장률 시험결과를 살펴보면 배합비에(20, 22.
후속연구
- 75%)을 발견할 수 있었다. 결과적으로 탄성바닥재가 온도에 민감하다는 것을 알 수 있으므로 내구성 측면에서 온도에 대한 장기성능을 확인할 필요가 있으며 내구성증진에 대한 대안도 필요 하다고 판단된다.
- 전체적인 시험결과를 살펴보면 시험편의 양과 시험범위가 한계가 있으며 탄성바닥재 자체의 제작오차와 시험편 자체의 오차도 무시할 수 없어 향후 계속적인 정량적인 실험 자료의 축적이 필요하다고 사료된다.
- 정성적인 관점에서 시공만 잘 이루어진다면 품질조건에 따라 바닥의 두께를 선택적으로 최소한(10, 13, 15,20, 25mm)으로 할 수 있는 여지가 있다고 판단되며, 탄성바닥재가 온도에 민감하다는 것을 알 수 있으므로 내구성 측면에서 촉진내후성 시험 등을 통한 온도에 대한 장기성능을 확인할 필요가 있으며 내구성증진에 대한 대안도 필요하다고 판단된다. 또한 보행자의 안전성이 중요한 항목으로 건기 및 우천 시 탄성포장재의 미끄럼 저항 측정값의 축적도 필요한 사항이라고 판단됩니다.
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