[논문]재생골재를 사용한 폴리머콘크리트 경계블록의 개발 연구

최영준; 박준철; 윤요현; 김상연; 김화중

문제 정의

본 연구에서는 건설폐기물의 활용도를 높이면서 콘크리트 및 화강암 경계 블록 올 대체할 수 있는 새로운 경계 블록을 개발하기 위한 실험적인 단계로서, 사용재료로는 시멘트 대신에 폴리에스테르 액상 수 지(이하 UPEX 사용하며 UPE, 충전재, 재생 골재와의 적절한 배합비 및 역학적 특성을 모르터 실험올 통해 검토한다. 그리고, 사용재료로써 기본 성능 및 경제성을 만족할 수 있도록 다양한 형태의 도 로경계블록 모델을 고안하여 물리적 성상 및 경제성을 고찰하였다.
본 연구에서는 폐콘크리트를 재활용하여 폴리머콘크리트 경계 블록을 개발해보고자 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 건설폐기물의 활용도를 높이면서 콘크리트 및 화강암 경계 블록 올 대체할 수 있는 새로운 경계 블록을 개발하기 위한 실험적인 단계로서, 사용재료로는 시멘트 대신에 폴리에스테르 액상 수 지(이하 UPEX 사용하며 UPE, 충전재, 재생 골재와의 적절한 배합비 및 역학적 특성을 모르터 실험올 통해 검토한다. 그리고, 사용재료로써 기본 성능 및 경제성을 만족할 수 있도록 다양한 형태의 도 로경계블록 모델을 고안하여 물리적 성상 및 경제성을 고찰하였다..
우선, UPE 모르터의 배합비에서 재생 잔골재 비율, 골재용적을 변화 시켜 경향을 파악하였으며, 이에 대한 실험 인자 및 수준은 표 1에 나타내었다.
제작된 경계 블록은 2시간 뒤에 탈형 하여, 기중에서 7일간 양생한 뒤에 강도시험을 행하였다. 강도시험은 K0 F 4006에 의거하여 휨 파괴 하중을 측정하였고고, 흡수율 시험은 휨 파괴 시편을 이용하였다.
콘크리트의 배합은 골재와 충전재를 1분간 건비빔 한 후, 폴리에스테르(+경화제)를 투입하여 3분간 혼합하였다. 시제품의 성형은 테이블식 진동기(3, 000rpm)에서 콘크리트를 가량 채운 후 15초간 진동을 주고 다시 나머지 1/2을 채운 후 15초간 진동을 주어 성형을 완료하였다.
폴리머콘크리트 경계 블록의 경제성을 평가하기 위해, 소요되는 각 재료량에 재료 원가를 곱하여 경 계 블록의 제품 원가를 계상하였다. 재생 골재를 이용한 폴리머콘크리트 경계 블록의 경제성(그림7)을 고찰해보면, 재료 원가만을 고려한 결과이지만, (B), (C), (D) 타입의 경우에는 2, 800-10, 600원의 수준으로 제품성능을 고려해보면 어느 정도 경제성이 있는 것으로 나타났다.

대상 데이터

제작된 경계 블록은 2시간 뒤에 탈형 하여, 기중에서 7일간 양생한 뒤에 강도시험을 행하였다. 강도시험은 K0 F 4006에 의거하여 휨 파괴 하중을 측정하였고고, 흡수율 시험은 휨 파괴 시편을 이용하였다.
본 실험에 사용된 폴리머는 국내 E사의 올소타입(ortho type) 불포화폴리에스테르 수지(비증 1.12, 스티렌함량 38%)로 코발트계 경화 촉진제가 첨가되어 있으며, 경화제로는 MEKPO 55%, DMP 45%로 구성된 표준 경화형 촉매제를 사용했다.
충전재로는 쌍용양회 광양공장의 고로슬래그 미분말(비중 2.92, 분말도 4, 480a〃g)을 사용했으며, 10 에서 24시간 건조시켜 사용했다.
폴리머콘크리트 경계 블록 시제품의 제작은 도로 경계석 SC형(150x150x150 x 600mm)에 준하여 제 작하였으며, 그림 1과 같은 단면 형태로 제작하였다. 제작에 적용된 배합표는 표 2와 같으며, UPE 수지에 대하여 발포폴리스티렌을 30% 용해시킨 수축저감제를 10% 사용하였다.

이론/모형

공시체 제작은 KS F 2419(폴리에스테르 레진 콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작 방법)에 따라 행했으며, 강도시험을 위한 공시체 제작은 휨강도 시험용으로 4><4x 16mm 크기의 시험체를 제작하고 압축강도는 휨강도 시험 후의 파편올 이용하였다.

성능/효과

1. 재생 잔골재를 사용한 폴리머 모르터 실험 결과, 경제성 및 압축, 휨강도 면에서 재생 잔골재 치환율 50%가 적정수준인 것으로 나타났다.
2- 재생 골재를 이용한 폴리머콘크리트 경계 블록을 4가지 형태의 타입으로 제작한 결과, 휨강도 파괴 하중은 l, 918~ 6, 883kgf로 단면이 중공 형태를 가져도 K①규준인 l, 600kgf을 만족할 수 있었다.
3. 개발된 경계 블록의 경제성을 평가해본 결과, (B), (C), (D) 타입의 경우에는 2, 800~10, 600원의 수준으로 가격 경쟁력이 있는 것으로 나타났으며, (B) 타입은 가장 저가인 2, 800원으로 기존의 콘크리트 경계 블록과도 경쟁력이 있을 것으로 생각된다.
바꿔말하면, 재생 잔골재를 많이 사용한 모르터의 경우 폴리에스테르와 충전재(고로슬래그)가 밀실한 메트릭스를 형성하기 위해서는 강모래를 사용한 경우보다 바인더(폴리에스테르+고로슬래그)의 사용량 올 증가시켜야 한다고 할 수 있다. 따라서, 본 실험 결과에서는 재생 잔골재의 사용량은 50% 이하가 적정수준이라고 생각된다.
폴리머콘크리트 경계 블록의 물성시험 결과를 표 5 에 나타낸다. 시험 결과를 살펴보면, 우선 본 실험에서 제작된 경계 블록 모두가 KS 규준(KS4006 : 휨 파괴하중 11, 600kg, 흡수율 5% 이하) 올 만족하고 있음을 알 수 있다. 휨 파괴하중의 값은은 (A) 一>_(C)-원형 > (C)-사각 > (D) > 의 순으로 나타났다.
폴리머콘크리트 경계 블록의 경제성을 평가하기 위해, 소요되는 각 재료량에 재료 원가를 곱하여 경 계 블록의 제품 원가를 계상하였다. 재생 골재를 이용한 폴리머콘크리트 경계 블록의 경제성(그림7)을 고찰해보면, 재료 원가만을 고려한 결과이지만, (B), (C), (D) 타입의 경우에는 2, 800-10, 600원의 수준으로 제품성능을 고려해보면 어느 정도 경제성이 있는 것으로 나타났다. 그리고, '(C).
휨강도의 경우, 그림 3올 보면 전반적으로 재생 잔골재 치환율이 증가할수록 강모래를 사용한 모르 터보다 감소하고 있으며, 최대 155kgf/cui■까지 차이를 보이고 있다. 휨강도의 경우도 마찬가지로 재생 골재 치환율 50%까지는 최대 16% 이하의 감소를 보이고 있어서, 재생 골재의 최대 치환율은 50% 이하가 적당할 것으로 판단된다.

후속연구

5cm의 경우에도 KS 규준치 보다 2~3배가량 휨 파괴하중이 높은은 것으로 나타나 실제 사용에는 큰 문제점이 없을 것으로 생각된다. (B) 타입의 경우에는 다른 시험체에 비해 1/3~1/2의 값을 보이고 있으므로, 모체콘크리트와의 접착성 및 폴리머콘크리트의 배합비를 추가로, 검토할 필요성이 있는 것으로 생각된다. 그림 4, 5에 경계 블록 타입별로 휨파괴하중값올 비교하여 나타내었다.
이상과 같이, 폐콘크리트를 재활용하고 기존의 콘크리트 경계 블록을 대체할 수 있는 제품으로서, 폴리머콘크리트 경계 블록을 제안했으며, 추후, 검토과정을 거쳐 실용화될 경우에는 기존의 도로경계블 록에서 발생되고 있는 문제점을 해결하고, 자원의 재이용 및 환경부하 저감에도 기여할 수 있을 것으로 생각된다.

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