[논문]투수성을 개선시키기 위해 인공투수관 및 분말형 폴리머 VAE를 사용한 투수블록의 특성

유병용; 이원규; 편수정; 김대연; 이상수

doi:10.5345/jkibc.2018.18.5.447

투수성을 개선시키기 위해 인공투수관 및 분말형 폴리머 VAE를 사용한 투수블록의 특성
Properties of Permeable Block using Artificial Permeable Pipe and Polymer Powder VAE to Improve Permeability 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.18 no.5, 2018년, pp.447 - 453

유병용 (SAMI C&G) , 이원규 (Department of Architectural Engineering, Hanbat National University) , 편수정 (Department of Architectural Engineering, Hanbat National University) , 김대연 (Department of Architectural Engineering, Hanbat National University) , 이상수 (Department of Architectural Engineering, Hanbat National University)

초록
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인공투수관을 혼입한 폴리머 투수블록은 폴리머를 치환할 경우 강도, 공극률, 투수계수 등의 'KS F 4419'(보차도용 콘크리트 인터록킹 블록)의 기준보다 높은 결과 값이 측정되었으며, 제품의 경량화가 가능할 것으로 판단된다. 폴리머 재료의 단가 문제로 인해 경제성을 고려하여 시멘트와의 치환율을 14%로 선정하는 것이 효과적이라고 판단된다. 또한, 인공투수관의 혼입율의 3가지 수준 중 2.0%가 가장 적당하다고 판단되며, 3가지 수준에 대한 측정 값이 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 공극률과 투수계수의 경우 2%에서 개선된 값이 측정되었기 때문에 인공투수관 혼입율 2%의가 효과적일 것으로 판단된다. 투수블록 제품화를 하기 위해선 경제성을 고려해야 하며, 본 연구에서 사용된 폴리머 VAE 경제성이 떨어지기 때문에 다른 폴리머의 재료와 비교 실험을 진행하여 문제점을 개선 한다면 투수블록 제품화가 가능할 것이라 판단된다. 본 연구의 결과는 추후 폴리머 및 인공투수관을 활용한 연구의 기초적인 자료로 사용 가능 할 경우 효율적인 데이터로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Since 1960, Korea the town center was developed intensively due to rapid industrial development. As a result of the development, the population was concentrated in urban areas and the green area was decreased. Due to the decrease of the green area, the circulation system of the rainwater was changed, hence the rainwater was not introduced into the groundwater., On the other hand, the water on the surface of the road was changed into the water for flowing to the river and evaporation. The changes in the water flow cause many problems, and the depletion of the groundwater does not create an environment in which microorganisms and plants can live. in Korea, permeable pavement construction is increased to solve these problems, but existing pavement blocks have many problems. The pores of the permeable block are clogged due to the accumulation of dust or whitening phenomenon, and the permeability is lost. In this study, the solution of the problems of existing permeable block were suggested by using polymer and artificial permeable pipe, and strength, permeability and service life are increased, The relationship between the substitution rate of the polymer and the mixing ratio of the artificial permeable pipe was analyzed.

주제어

표/그림 (15)

그림 Figure 1. Polymer matrix
그림 Figure 2. Density and water absorption according to of polymer replacement ratio
그림 Figure 3 Flexural strength according to of polymer replacement ratio
그림 Figure 4. Compressive strength by polymer replacement ratio
표 Table 1. Properties of polymer VAE
표 Table 2. Experimental plan
그림 Figure 5. Porosity according to of polymer replacement ratio
그림 Figure 6. Permeability coefficient according to of polymer replacement ratio
그림 Figure 7. Comparison of efflorescence
그림 Figure 8. Artificial permeable pipe model
그림 Figure 9. Density according to of mixing ratio artificial permeable pipe
표 Table 3. Experimental factor and level
그림 Figure 10. Flexural strength according to of mixing ratio artificial permeable pipe
그림 Figure 11. Compressive strength according to of mixing ratio artificial permeable pipe
그림 Figure 12. Porosity and permeability coefficient by artificial permeable pipe mixing ratio

AI 본문요약
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문제 정의

본 실험에서는 기초실험에서 도출된 최적의 폴리머 치환율을 기반으로 하여 인공투수관 혼입율에 따른 특성을 확인하기 위한 실험을 진행하였다. W/B와 골재:결합재비는 기초실험과 동일한 조건으로 고정하였으며, 폴리머 VAE 치환율은 10~20(%) 범위 내에서 강도의 차이는 크지 않아 경제성을 고려하여 치환율 14%로 선정하였다.
기존의 투수블록은 시멘트 기반으로 제작 되었었다. 본 실험에서는 시멘트 사용량을 줄이기 위해 시멘트 대신 분말형 폴리머 VAE(Vinyl Acetate-Ethylene)를 치환하여 사용한 투수블록의 특성을 확인하기 위해 실험을 진행하였다. VAE의 특성은 Table 1과 같다.
본 연구는 폴리머 치환 및 인공투수관을 활용한 폴리머 투수블록의 특성 평가에 대한 것이다. 폴리머와 시멘트의 적정 혼입비율을 확인하기 위해 폴리머의 치환율에 대한기초실험을 진행하였으며, 인공투수관을 혼입함으로써 이에 대한 성능을 확인하고자 하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다.
본 연구에서는 인공투수관을 이용하여 먼지나 불순물에 의해 공극이 막히는 것을 방지하며, 투수율을 향상시켜 빗물의 배출 능력을 향상시키고자 한다. 또한, 기존의 투수블록에서 가장 큰 문제로 지적되던 백화현상을 방지하기 위해 시멘트 사용량을 저감시킴에 따라 강도 저하를 고려하여 폴리머를 치환해 강도를 증진시킬 기대효과를 가진다.
본 연구는 폴리머 치환 및 인공투수관을 활용한 폴리머 투수블록의 특성 평가에 대한 것이다. 폴리머와 시멘트의 적정 혼입비율을 확인하기 위해 폴리머의 치환율에 대한기초실험을 진행하였으며, 인공투수관을 혼입함으로써 이에 대한 성능을 확인하고자 하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다.

제안 방법

본 실험에서는 기초실험에서 도출된 최적의 폴리머 치환율을 기반으로 하여 인공투수관 혼입율에 따른 특성을 확인하기 위한 실험을 진행하였다. W/B와 골재:결합재비는 기초실험과 동일한 조건으로 고정하였으며, 폴리머 VAE 치환율은 10~20(%) 범위 내에서 강도의 차이는 크지 않아 경제성을 고려하여 치환율 14%로 선정하였다. 인공투수관은 혼입율 1, 2, 3(%) 세 가지 수준으로 실험을 진행하였으며, 양생조건은 기초실험과 동일하다.
W/B비는 20%로 고정하였으며, 결합재는 일반 1종 보통 포틀랜드 시멘트와 폴리머 VAE를 사용하였다. 결합재와 골재의 비율은 1:5로 고정하였으며, VAE의 치환율은 10~20(%) 범위 내에서 2%씩 증가시켜 실험을 진행하였다. 양생조건은 항온항습양생(온도 20±2℃, 습도80 ±5%)으로 진행하였으며, 휨강도 및 압축강도는 각 KS F 4419 「보차도용 콘크리트 인터록킹 블록, KS L ISO 679 「시멘트의 강도 시험방법」에 의거하여 재령 3, 7, 28(일)에 측정하였다.
백화를 비교 분석하는 방법은 규정되어 있지 않아 시각적으로 확인을 위해 백화를 발생시켰다. 백화를 발생시키기 위하여 24시간 수중양생을 시킨 후, 중성화 챔버에 7일간 넣어 인위적으로 CO₂에 노출시켰다.
인공투수관은 혼입율 1, 2, 3(%) 세 가지 수준으로 실험을 진행하였으며, 양생조건은 기초실험과 동일하다. 시험항목은 밀도, 휨강도, 압축강도, 공극률 및 투수계수를 측정하였다.
W/B와 골재:결합재비는 기초실험과 동일한 조건으로 고정하였으며, 폴리머 VAE 치환율은 10~20(%) 범위 내에서 강도의 차이는 크지 않아 경제성을 고려하여 치환율 14%로 선정하였다. 인공투수관은 혼입율 1, 2, 3(%) 세 가지 수준으로 실험을 진행하였으며, 양생조건은 기초실험과 동일하다. 시험항목은 밀도, 휨강도, 압축강도, 공극률 및 투수계수를 측정하였다.
또한, 기존의 투수블록에서 가장 큰 문제로 지적되던 백화현상을 방지하기 위해 시멘트 사용량을 저감시킴에 따라 강도 저하를 고려하여 폴리머를 치환해 강도를 증진시킬 기대효과를 가진다. 폴리머를 치환하여 만든 투수블록은 밀도, 흡수율, 휨강도 및 압축강도, 공극률, 투수계수 시험 등을 통하여 폴리머-시멘트 비율과 인공투수관의 혼입율에 대한 관계를 분석하였다.

대상 데이터

W/B비는 20%로 고정하였으며, 결합재는 일반 1종 보통 포틀랜드 시멘트와 폴리머 VAE를 사용하였다. 결합재와 골재의 비율은 1:5로 고정하였으며, VAE의 치환율은 10~20(%) 범위 내에서 2%씩 증가시켜 실험을 진행하였다.
본 연구에서 사용된 인공투수관은 원기둥형상의 외주연에 빗물이나 유수의 배수를 위한 나선홈이 형성된 투수관을 혼합골재 개념으로 활용하였다. Figure 8은 일반 투수블록에 인공투수관을 혼입하여 제작한 제품의 형상이며, 플라스틱 재질로 제작하였다.

이론/모형

양생조건은 항온항습양생(온도 20±2℃, 습도80 ±5%)으로 진행하였으며, 휨강도 및 압축강도는 각 KS F 4419 「보차도용 콘크리트 인터록킹 블록, KS L ISO 679 「시멘트의 강도 시험방법」에 의거하여 재령 3, 7, 28(일)에 측정하였다. 7일 재령 후에 밀도 및 흡수율, 공극률, 투수계수 시험은 KS F 4419에 의거하여 진행하였다. 이에 따른 기초실험의 요인 및 수준은 다음 Table 2와 같다[9,10].
양생조건은 항온항습양생(온도 20±2℃, 습도80 ±5%)으로 진행하였으며, 휨강도 및 압축강도는 각 KS F 4419 「보차도용 콘크리트 인터록킹 블록, KS L ISO 679 「시멘트의 강도 시험방법」에 의거하여 재령 3, 7, 28(일)에 측정하였다.

성능/효과

그 결과 치환율 0%에서 전체적으로 백화현상이 발생하였으며, 폴리머의 치환율이 증가할수록 백화현상의 발생 빈도가 줄어드는 것을 확인하였다.
1) 인공투수관의 혼입율이 증가할수록 밀도는 감소하는 것으로 나타났으며, 1.0%와 3.0%를 비교하여 약 5.5%의 값이 감소하는 것으로 나타났다.
1) 폴리머의 치환율이 증가함에 따라 밀도 및 흡수율은 감소하는 경향을 나타내었다.
투수계수는 인공투수관의 혼입율이 증가할수록 증가하는 경향을 보인다. 1.0%와 3.0%를 비교할 경우 약 20%의 투수 계수가 증가하는 결과 값을 확인할 수 있다. 인공투수관의 특수한 형태로 인해 기존 투수블록보다 투수성이 개선되는 것으로 판단된다.
2) 인공투수관의 혼입율이 증가할수록 휨강도 및 압축강도는 비교적 낮은 폭으로 감소하는 경향을 보인다.
2) 폴리머의 치환율이 증가함에 따라 휨강도 및 압축강도는 증가하는 경향을 보이지만, 치환율 18%이후부터는 강도가 감소하는 경향을 보인다. 치환율 16%에서 휨강도 5.
3) 공극률은 폴리머 치환율 14%에서 가장 높은 14.43%의 결과 값을 나타내었으며, 치환율 20%에서 12.95%로 최저값이 나타났다.
3) 인공투수관의 혼입율이 증가할수록 공극률은 증가하는 것으로 나타났다. 이에 따라 투수계수도 증가하는 경향을 보이고 있으며, 혼입율 1.
4) 투수계수는 폴리머의 치환율이 증가함에 따라 투수계수는 증가하는 것으로 나타났으며, 전체적으로 투수블록의 투수계수 KS F 4419 「보차도용 콘크리트 인터록킹 블록」기준보다 높은 것으로 측정되었다.
그러나 투수블록의 특성상 시험체를 구성하는 골재의 사용량이 다르기 때문에 폴리머 치환율에 따른 경향이 뚜렷하지 않으며, 시험체의 공극률이 비슷한 값을 나타낸다. 공극률의 기준은 10% 이상으로 시험체 전체가 기준을 만족하였으며, 폴리머 치환율이 증가할수록 공극률이 비교적 감소하는 경향을 보이는 것으로 판단된다.
본 연구에서는 인공투수관을 이용하여 먼지나 불순물에 의해 공극이 막히는 것을 방지하며, 투수율을 향상시켜 빗물의 배출 능력을 향상시키고자 한다. 또한, 기존의 투수블록에서 가장 큰 문제로 지적되던 백화현상을 방지하기 위해 시멘트 사용량을 저감시킴에 따라 강도 저하를 고려하여 폴리머를 치환해 강도를 증진시킬 기대효과를 가진다. 폴리머를 치환하여 만든 투수블록은 밀도, 흡수율, 휨강도 및 압축강도, 공극률, 투수계수 시험 등을 통하여 폴리머-시멘트 비율과 인공투수관의 혼입율에 대한 관계를 분석하였다.
또한, 인공투수관의 혼입율의 3가지 수준 중 2.0%가 가장 적당하다고 판단되며, 3가지 수준에 대한 측정 값이 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 공극률과 투수계수의 경우 2%에서 개선된 값이 측정되었기 때문에 인공투수관 혼입율 2%의가 효과적일 것으로 판단된다.
Figure 6은 시멘트 기반 폴리머 치환율에 따른 투수계수 특성을 나타낸 것으로 폴리머의 치환율이 증가할수록 투수 계수가 증가하는 경향을 보인다. 시멘트의 입자크기보다 폴리머의 입자가 작고 접착력이 우수하여 시험체의 공극이 증가하는 것으로 판단된다.
3) 인공투수관의 혼입율이 증가할수록 공극률은 증가하는 것으로 나타났다. 이에 따라 투수계수도 증가하는 경향을 보이고 있으며, 혼입율 1.0%와 3.0%를 비교할 경우 최대 20%까지 투수성이 향상되는 것으로 나타났다.
인공투수관을 혼입한 폴리머 투수블록은 폴리머를 치환할 경우 강도, 공극률, 투수계수 등의 'KS F 4419'(보차도용 콘크리트 인터록킹 블록)의 기준보다 높은 결과 값이 측정되었으며, 제품의 경량화가 가능할 것으로 판단된다.
Figure 3 및 Figure 4는 시멘트 기반 폴리머 치환율에 따른 휨강도와 압축강도를 나타낸 것으로 휨강도 폴리머의 치환율이 증가할수록 강도가 증가하는 경향을 보인다. 치환율 16%에서 재령 28일에 가장 높은 값인 휨강도 5.66MPa로 측정되었다. 압축강도의 경우 일정 수준까지 증가하는 것 같지만 폴리머의 필름은 강도에 영향을 주지 않기 때문에 치환율에 따른 경향은 확실하지 않다.
2) 폴리머의 치환율이 증가함에 따라 휨강도 및 압축강도는 증가하는 경향을 보이지만, 치환율 18%이후부터는 강도가 감소하는 경향을 보인다. 치환율 16%에서 휨강도 5.66MPa, 압축강도 17.22MPa로 가장 높은 값을 나타내었다.
인공투수관을 혼입한 폴리머 투수블록은 폴리머를 치환할 경우 강도, 공극률, 투수계수 등의 'KS F 4419'(보차도용 콘크리트 인터록킹 블록)의 기준보다 높은 결과 값이 측정되었으며, 제품의 경량화가 가능할 것으로 판단된다. 폴리머 재료의 단가 문제로 인해 경제성을 고려하여 시멘트와의 치환율을 14%로 선정하는 것이 효과적이라고 판단된다.

후속연구

투수블록 제품화를 하기 위해선 경제성을 고려해야 하며, 본 연구에서 사용된 폴리머 VAE 경제성이 떨어지기 때문에 다른 폴리머의 재료와 비교 실험을 진행하여 문제점을 개선한다면 투수블록 제품화가 가능할 것이라 판단된다. 본 연구의 결과는 추후 폴리머 및 인공투수관을 활용한 연구의 기초적인 자료로 사용 가능 할 경우 효율적인 데이터로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
투수블록 제품화를 하기 위해선 경제성을 고려해야 하며, 본 연구에서 사용된 폴리머 VAE 경제성이 떨어지기 때문에 다른 폴리머의 재료와 비교 실험을 진행하여 문제점을 개선한다면 투수블록 제품화가 가능할 것이라 판단된다. 본 연구의 결과는 추후 폴리머 및 인공투수관을 활용한 연구의 기초적인 자료로 사용 가능 할 경우 효율적인 데이터로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	불투수성 포장체를 사용할 때의 문제점은?	우리나라의 도로, 인도는 불투수성 포장체와 투수성 포장체로 구분이 가능하며, 주로 불투수성 포장체를 사용하고 있다. 불투수성 포장체를 사용할 경우, 빗물이 지하수로 유입되지 못하고 폭우 시 하천으로 유입되어 도심형 홍수피해를 초래할 수 있다. 또한, 도로 표면에 물이 고이게 되어 미끄럼저항성이 저하되어 교통사고의 문제도 제기되고 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위한 방법으로 투수성포장체인 투수블록을 도로 및 보도에 설치하여 빗물이 자연스럽게 지하로 스며드는 효과를 기대할 수 있다.
	투수블록의 백화현상은 왜 발생하게 되는가?	투수블록의 투수능력 상실되는 이유 중 먼지나 불순물들이 투수블록의 공극 사이에 껴서 빠지지 않고 쌓이게 되어 투수능력을 상실하게 된다. 또 다른 이유는 빗물이 대기 중의 산성성분이 융해되어 산성수가 투수블록에 침투하여 시멘트 성분과 화학반응에 의해 백화현상이 발생하여 공극을 막아 투수능력을 상실시킨다[7]. 이에 대한 문제점들을 해결하기 위한 연구가 필요한 실정이다.
	폴리머 투수블록의 폴리머 치환율은 투수 계수와 어떤 관계를 나타내었는가?	4) 투수계수는 폴리머의 치환율이 증가함에 따라 투수계수는 증가하는 것으로 나타났으며, 전체적으로 투수블록의 투수계수 KS F 4419「보차도용 콘크리트 인터록킹 블록」기준보다 높은 것으로 측정되었다.

참고문헌 (10)

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Yu BY. Performance evaluation of polymer block using artificaial permeable pipe [master's thesis]. [Daejeon (Korea)]: Hanbat national university; 2017. 69 p.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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