[논문]플라스틱 잔골재에 의한 시멘트 모르타르 기초 물성 평가

이준; 김경민; 조영근; 김호규; 김영욱

doi:10.14190/jrcr.2019.7.4.383

초록
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본 연구는 폐플라스틱 중 저급의 복합재질 필름류 포장재를 콘크리트 원재료로 활용하기 위한 기초 연구로, LLDPE 및 HDPE의 2종의 플라스틱으로 제작된 잔골재를 사용하여 혼입률을 0, 25, 50, 75, 100%로 증가시키면서 플라스틱 잔골재의 종류 및 혼입률이 모르타르에 미치는 영향에 대하여 실험적으로 평가하였다. LLDPE 잔골재 및 HDPE 잔골재 혼입 모르타르는 유동성 및 재료분리저항성, 밀도 및 흡수율, 재령별 압축강도 및 휨강도에서 유사한 경향을 나타내었다. 플라스틱 잔골재를 혼입하지 않은 모르타르 대비 플라스틱 잔골재 혼입 모르타르의 유동성은 혼입률 50% 까지는 증가하다가 혼입률 75% 이상에서는 감소하였으며, 플라스틱 잔골재의 혼입에 따라 모르타르의 재료분리저항성은 급격하게 증가하였다. 한편, 플라스틱 잔골재의 낮은 밀도로 플라스틱 잔골재 혼입에 따라 모르타르의 밀도는 감소하였으며, 플라스틱 잔골재와 시멘트 사이의 낮은 부착력으로 인하여, 플라스틱 잔골재 혼입에 따라 재령별 압축강도는 플라스틱 잔골재 혼입률에 비례하여 감소하였으나. 재령별 휨강도는 플라스틱 잔골재 혼입률 50% 이상에서 일정 수준을 유지하며 감소하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The present study evaluated experimentally the effects of the type and content of plastic fine aggregates on cement mortar in order to utilize waste platics as raw materials of concrete. The two kinds of plastics, LLDPE and HDPE were used, and the mixing rate of plastic fine aggregates was increased...

The present study evaluated experimentally the effects of the type and content of plastic fine aggregates on cement mortar in order to utilize waste platics as raw materials of concrete. The two kinds of plastics, LLDPE and HDPE were used, and the mixing rate of plastic fine aggregates was increased 0, 25, 50, 75, 100%. The mortar of LLDPE fine aggregate and HDPE fine aggregate showed similar tendency in flow and material separation resistance, density and water absorption, compressive strength and flexural strength by age. The flowability of mortar mixed with plastic fine aggregates was increased up to 50% but decreased at 75% or more. The material separation resistance of mortar with plastic fine aggregates was also dramatically decreased. On the other hand, due to the low density of plastics, the density of mortar decreased with the mixing of plastic fine aggregates. Due to the low adhesion between plastic fine aggregates and cement, the compressive strength by age was decreased in proportion to the mixing ratio of plastic aggregate, but the flexural strength of each age decreased with maintaining a certain level at 50% or more of plastic fine aggregate content.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Particle size distribution of plastic aggregates
그림 Fig. 2. Test methods
표 Table 1. Physical properties of plastic aggregates
표 Table 2. Mix design of mortar
그림 Fig. 3. Relationship between flow and plastic aggregate contents
그림 Fig. 6. Mortar sections according to plastic aggregate contents
그림 Fig. 4. Seperation of plastic aggregates and cement
그림 Fig. 5. Relationship between bleeding rate and LLDPE aggregate contents
그림 Fig. 7. Relationship between density, absorption rate and plastic aggregate contents
그림 Fig. 8. Relationship between compressive strength and plastic aggregate contents
그림 Fig. 9. Relationship between flexural strength and plastic aggregate contents

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 복합재질 필름류 포장재의 콘크리트 재료로의 재활용 기술 개발을 위한 기초 연구로, 플라스틱으로 제작된 잔골재를 사용하여 플라스틱 잔골재 혼입량에 따른 시멘트 모르타르에의 영향을 실험적으로 검토하였다.

제안 방법

본 연구는 폐플라스틱 중 저급의 복합재질 필름류 포장재를 콘크리트 원재료로 활용하기 위한 기초 연구로, LLDPE 및 HDPE의 2종의 플라스틱으로 제작된 잔골재를 사용하여 혼입률을 0, 25, 50, 75, 100%로 증가시키면서 플라스틱 잔골재의 종류 및 혼입률이 모르타르에 미치는 영향에 대하여 실험적으로 평가하였으며, 그 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

모르타르 배합을 위한 원료재료는 일반 포틀랜드 시멘트, ISO 표준사 및 2종의 플라스틱 잔골재 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear Low Density Polyethylene, LLDP)E 및 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene, HDPE)을 사용하였다. Fig.
모르타르의 압축강도 및 휨강도는 Fig. 2와 같이 40x40x 160mm의 각주형 공시체를 제작하여 소정의 재령까지 수중양생(20±2℃)을 실시한 후, KS L ISO 679(시멘트의 강도 시험 방법)에 준하여 휨강도 측정 후, 압축강도를 측정하였다.

이론/모형

모르타르의 밀도 및 흡수율은 석재의 밀도 및 흡수율 시험방법을 준용하여, KS F 2518(석재의 흡수율 및 비중 시험 방법)에 따라 측정하였다.
모르타르의 유동성은 Fig. 2와 같이 KS L 5111(수경성 시멘트 시험용 플로 테이블)에 따라 플로우 측정용 테이블을 이용하여 평가하였으며, 모르타르의 재료분리저항성은 블리딩률 평가에 의하여 평가하였다.

성능/효과

1. LLDPE 잔골재 및 HDPE 잔골재 혼입 모르타르의 유동성은 플라스틱 잔골재 혼입률 50%까지는 플라스틱 잔골재를 혼입하지 않은 모르타르보다 향상되었으나, 폐플라스틱 잔골재 혼입률 75% 이상에서는 플라스틱 잔골재를 혼입하지 않은 모르타르보다 저하되었다. 또한, 플라스틱 잔골재의 혼입에 따라 모르타르의 재료분리저항성은 급격하게 감소하였다.
2. LLDPE 잔골재 및 HDPE 잔골재가 50% 이상 혼입된 모르타르 단면의 대부분은 플라스틱 잔골재가 차지하는 것으로 나타났으며, 플라스틱 잔골재 종류 및 혼입률에 관계없이 플라스틱 잔골재와 시멘트 페이스트와의 부착이 제대로 이루어지지 않아 모르타르 내부의 플라스틱 잔골재가 쉽게 분리되는 것이 관찰되었다.
3. LLDPE 잔골재 및 HDPE 잔골재 혼입 모르타르의 밀도는 플라스틱의 낮은 밀도로 플라스틱 잔골재를 혼입하지 않은 모르타르 보다 감소하였다, 또한, 플라스틱 잔골재의 혼입에 따라 흡수율은 증가하였으며, 이는 플라스틱 잔골재와 시멘트의 사이의 재료분리로 인한 시멘트 복합체의 균질성 저하에 따른 것으로 판단된다.
4. LLDPE 잔골재 및 HDPE 잔골재 혼입 모르타르는 플라스틱과 시멘트 사이의 낮은 부착력으로 인하여 플라스틱 잔골재를 혼입하지 않은 모르타르 대비 압축강도가 저하하였으며, HDPE 잔골재 보다 LLDPE 잔골재 혼입으로 모르타르의 압축강도는 10% 가까이 낮게 발현되는 것으로 나타났으며, 이는 LLPE가 HDPE 보다 충격저항성, 휨강도 등이 낮기 때문인 것으로 판단된다.
5. LLDPE 잔골재 및 HDPE 잔골재 혼입 모르타르는 플라스틱과 시멘트 사이의 낮은 부착력으로 인하여 플라스틱 잔골재를 혼입하지 않은 모르타르 대비 휨강도가 저하하였다. 또한, 플라스틱 잔골재 혼입률이 50% 이상인 경우에는 휨강도가 일정한 수준을 유지하는 것으로 나타났으며, 이는 휨강도가 시험체 하부의 균열 발생에 좌우되기 때문인 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	모르타르 배합을 위한 원료재료는?	모르타르 배합을 위한 원료재료는 일반 포틀랜드 시멘트, ISO 표준사 및 2종의 플라스틱 잔골재 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear Low Density Polyethylene, LLDP)E 및 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene, HDPE)을 사용하였다. Fig.
	모르타르의 재료분리저항성 평가방법은?	모르타르의 유동성은 Fig. 2와 같이 KS L 5111(수경성 시멘트 시험용 플로 테이블)에 따라 플로우 측정용 테이블을 이용하여 평 가하였으며, 모르타르의 재료분리저항성은 블리딩률 평가에 의하 여 평가하였다.
	플라스틱 잔골재의 종류 및 혼입률 이 모르타르에 미치는 영향은?	1. LLDPE 잔골재 및 HDPE 잔골재 혼입 모르타르의 유동성은 플라스틱 잔골재 혼입률 50%까지는 플라스틱 잔골재를 혼 입하지 않은 모르타르보다 향상되었으나, 폐플라스틱 잔골 재 혼입률 75% 이상에서는 플라스틱 잔골재를 혼입하지 않은 모르타르보다 저하되었다. 또한, 플라스틱 잔골재의 혼입에 따라 모르타르의 재료분리저항성은 급격하게 감소하였다. 2. LLDPE 잔골재 및 HDPE 잔골재가 50% 이상 혼입된 모르타 르 단면의 대부분은 플라스틱 잔골재가 차지하는 것으로 나 타났으며, 플라스틱 잔골재 종류 및 혼입률에 관계없이 플라 스틱 잔골재와 시멘트 페이스트와의 부착이 제대로 이루어 지지 않아 모르타르 내부의 플라스틱 잔골재가 쉽게 분리되 는 것이 관찰되었다. 3. LLDPE 잔골재 및 HDPE 잔골재 혼입 모르타르의 밀도는 플라스틱의 낮은 밀도로 플라스틱 잔골재를 혼입하지 않은 모르타르 보다 감소하였다, 또한, 플라스틱 잔골재의 혼입에 따라 흡수율은 증가하였으며, 이는 플라스틱 잔골재와 시멘 트의 사이의 재료분리로 인한 시멘트 복합체의 균질성 저하 에 따른 것으로 판단된다. 4. LLDPE 잔골재 및 HDPE 잔골재 혼입 모르타르는 플라스틱 과 시멘트 사이의 낮은 부착력으로 인하여 플라스틱 잔골재 를 혼입하지 않은 모르타르 대비 압축강도가 저하하였으며, HDPE 잔골재 보다 LLDPE 잔골재 혼입으로 모르타르의 압 축강도는 10% 가까이 낮게 발현되는 것으로 나타났으며, 이 는 LLPE가 HDPE 보다 충격저항성, 휨강도 등이 낮기 때문 인 것으로 판단된다. 5. LLDPE 잔골재 및 HDPE 잔골재 혼입 모르타르는 플라스틱과 시멘트 사이의 낮은 부착력으로 인하여 플라스틱 잔골재를 혼입하지 않은 모르타르 대비 휨강도가 저하하였다. 또한, 플 라스틱 잔골재 혼입률이 50% 이상인 경우에는 휨강도가 일정 한 수준을 유지하는 것으로 나타났으며, 이는 휨강도가 시험 체 하부의 균열 발생에 좌우되기 때문 인 것으로 판단된다.

참고문헌 (7)

Jacob-Vaillancourt, C., Sorelli, L. (2018). Characterization of concrete composites with recycled plastic aggregates from postconsumer material streams, Construction and Building Materials, 182, 561-572.

상세보기
ME (2018). Comprehensive Measures for Recycling Waste Management [in Korean].
Mercante, I., Alejandrino, C., Ojeda, J.P., Chini, J., Maroto, C., Fajardo, N. (2018). Mortar and concrete composites with recycled plastic: A review, Science and Technology of Materials, 30, 69-79.

상세보기
Namdar, A., Darvishi, E., Feng, X. (2016). Effect of flexural crack on plain concrete beam failure mechanism a numerical simulation, Frattura ed Integrita Stutturale, 36, 168-181.
Thorneycrofr, J., Orr, J., Savoikar, P., Ball, R.J. (2018). Performance of structural concrete with recycled plastic waste as a partial replacement for sand, Construction and Building Materials, 161, 66-69.
Yang, I.H. (2014). The mechanical properties of recycled plastic fiber-reinforced concrete, Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, 2(3), 225-232.

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