[논문]차도용 인터로킹 블록의 마모 저항성 평가를 위한 다이아몬드 날의 활용에 관한 연구

이민경; 이재훈; 박준영; 조윤호

문제 정의

요약하면 마모에 영향을 미치는 인자는 골재의 종류, 페이스트 강도, 미세공극(플라이 애쉬, 물의 양, 입도), 양생 등이다. 따라서 본 연구에서는 기존 연구 결과를 바탕으로 페이스트 강도와 골재의 조립률을 중심으로 마모실험을 진행하였다.
블록포장의 차도 적용을 위해서는 외국에서 규정하는 수준의 마모저항성 및 동결융해에 대한 저항성 등 내구성에 관한 기준이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 동결융해에 대한 내구성을 향상시킨 선행 연구를 바탕으로 블록의 마모에 관한 연구를 진행하였다. 블록의 마모에 영향을 미치는 인자를 파악하고, 국내·외 마모시험방법에 대해 조사하였다.
본 연구는 회전커터방식을 적용한 마모시험을 진행하여 포장용 인터로킹 블록의 마모에 관한 기준을 정립 하였다. 또한 회전커터방식의 단점을 보완하기위한 다이아몬드 날의 활용 및 적용성을 판단하였다.
본 연구는 블록의 마모에 영향을 미치는 인자와 블록 마모를 평가할 수 있는 시험 방법에 대해 조사했다. 블록의 표층 재료 개선을 위한 문헌 조사를 통해 표준 표층 재료를 선정하였고, 강도실험과 조립률 실험을 진행하였다.
블록의 마모에 영향을 미치는 인자를 파악하고, 국내·외 마모시험방법에 대해 조사하였다. 본 연구는 회전커터방식을 적용한 마모시험을 진행하여 포장용 인터로킹 블록의 마모에 관한 기준을 정립 하였다. 또한 회전커터방식의 단점을 보완하기위한 다이아몬드 날의 활용 및 적용성을 판단하였다.
이는 골재의 조립률이 마모에 영향을 미친다고 판단 할 수 있으며, 블록의 제작 시 표층골재의 조립률을 고려해야 한다는 것을 보여준다. 위 실험 결과에서 세척사의 조립률 3.0의 값이 다소 증가한 것은 회전 커터 날의 마모에 의한 것으로 판단되고 이를 보완하기 위한 연구를 진행하였다.
회전커터 날의 경우 수명이 90분으로 ASTM C944에 명시되어 있다. 이처럼 짧은 수명과 실험의 불안정성을 보완하기 위한 개선안을 제시하였다.

제안 방법

블록의 표층 재료 개선을 위한 문헌 조사를 통해 표준 표층 재료를 선정하였고, 강도실험과 조립률 실험을 진행하였다. 강도 실험을 통해 시멘트와 잔골재 비율을 1:3로 결정하였고, 조립률 실험으로 블록 표층 조립률은 2.6 이상을 사용하여야 함을 제시하였다. 그러나 회전 커터 날의 연마에 의해 실험오차가 커짐을 확인하였고 이에 대한 개선이 필요하다 판단되었다.
블록 표층재료 선정을 위한 실험은 실내실험으로 한정하였고 모르타르 강도 실험과 골재의 조립률 실험을 통해 마모저항성이 높은 표층재료를 선정하였다. 강도시험에는 시멘트와 잔골재의 비율을 조정하여 강도조건을 실험에 반영하였고, 잔골재의 조립률 실험에서는 조립률을 3종류로 조정하여 마모실험에 적용하였다.
골재의 조립률에 따른 마모저항성을 평가하기 위하여 기존 연구를 통해서 결정된 배합을 사용하였고 이는 표 3과 같다. 골재의 조립률은 동일 시료를 체 분석하여 2.
골재의 조립률에 따른 마모저항성을 평가하기 위하여 기존 연구를 통해서 결정된 배합을 사용하였고 이는 표 3과 같다. 골재의 조립률은 동일 시료를 체 분석하여 2.2, 2.6, 3.0으로 조정하였고 각각의 블록을 제작하였다. 마모 시험방법은 ASTM C 944에 의한 회전커터 방식을 사용하여 마모량을 측정하였다.
두 종류의 날을 이용한 실험결과의 분석에 있어서 회전 커터 날은 20kg의 하중으로 6분간 측정한 값을 사용하였고 다이아몬드 날은 각각 10kg, 20kg의 하중을 적용하여 5분간 측정한 값을 사용 하였다. 마모량 측정값을 상관관계분석을 통해 비교한 결과는 그림 9와 같다.
다이아몬드 날은 절삭공구 중 가장 경도가 높은 종류로, 미세한 인조 다이아몬드 결정들을 고온 고압하에서 융합시킨 후 초경합금 모재위에 결합시킨 것이다. 따라서 본 실험에 다이아몬드 날을 적용하였다. 그림 5, 그림 6은 초경합금공구로 만들어진 회전커터 날과 다이아몬드 날이다.
이 방법은 장비의 가격이 상대적으로 저렴하고 사용이 용이하며 실험 시간이 짧고 방법이 간단하여 시험자의 숙련도가 실험결과에 많은 영향을 미치지 않는다. 따라서 본 연구는 회전 커터 방법을 적용하여 블록의 마모저항성을 평가하였다.
그러나 회전 커터 날의 연마에 의해 실험오차가 커짐을 확인하였고 이에 대한 개선이 필요하다 판단되었다. 따라서 연마롤러보다 경도가 강한 다이아몬드를 이용하여 비교 실험을 진행하였다. 그 결과, 다이아몬드 날에 20kg의 하중을 적용하여 5분간 측정하면 블록의 강도에 관계없이 정확한 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.
플라이 애쉬의 경우 시멘트 중량의 20%를 치환하였고, 물의 양의 경우 국내 규정에 따라 25%로 결정하였다. 또한 안료량은 문헌 조사를 근거로 6%로 결정하였고, 양생조건에 있어서 모르타르 강도 시험에는 수중양생, 골재의 조립률 시험에는 습윤 양생을 각각 적용하였다.
모르타르 강도 실험은 50mm×50mm×50mm의 큐빅 몰드를 제작하여 압축강도를 측정하는 방법으로 진행하였다.
본 실험에서는 다이아몬드 날의 경도가 매우 높음을 고려하여 하중을 실험인자로 두고 마모량을 측정하였다. 하중은 기계적인 문제로 인해서 표준하중인 20kg과 최소 적용 하중인 10kg으로 조정하여 적용하였다.
본 연구에서 진행하고자 하는 두 가지 실험 중 모르타르 강도 시험에는 세척사를 사용하였고, 골재의 조립률 실험에는 세척사와 깬모래 두 종류의 골재를 적용하였다. 플라이 애쉬의 경우 시멘트 중량의 20%를 치환하였고, 물의 양의 경우 국내 규정에 따라 25%로 결정하였다.
블록의 마모시험은 강제로 마모를 촉진시켜 시험체의 외관 변화를 예측하기 위한 것으로 최수경은 표 1과 같이 시험원리에 따라 크게 네 가지로 구분하였다.
블록의 마모에 영향을 미치는 인자를 파악하고, 국내·외 마모시험방법에 대해 조사하였다.
본 연구는 블록의 마모에 영향을 미치는 인자와 블록 마모를 평가할 수 있는 시험 방법에 대해 조사했다. 블록의 표층 재료 개선을 위한 문헌 조사를 통해 표준 표층 재료를 선정하였고, 강도실험과 조립률 실험을 진행하였다. 강도 실험을 통해 시멘트와 잔골재 비율을 1:3로 결정하였고, 조립률 실험으로 블록 표층 조립률은 2.
실험 결과, 양생 28일 강도가 시멘트와 잔골재 비율이 1:4일 때 가장 낮고 1:2일 때가 가장 높음을 알 수 있다. 시멘트와 잔골재 비율이 1:3일 때 28일 강도 기준에 해당하는 5MPa의 강도가 발현되고 있으므로 경제성을 고려하여 1:3 비율로 결정하였다.
3mm를 초과하는 블록을 약블록이라 하였다. 이 외에 블록은 중-1,2,3으로 분류하여 비교하였다.
모르타르 강도 실험은 50mm×50mm×50mm의 큐빅 몰드를 제작하여 압축강도를 측정하는 방법으로 진행하였다. 표준 표층 재료에 시멘트와 잔골재의 비율을 1:2, 1:3, 1:4로 조정하여 강도 실험을 하였다.

대상 데이터

본 장에서는 기존 연구를 바탕으로 블록의 표준 표층재료를 선정하였다. 블록 표층재료 선정을 위한 실험은 실내실험으로 한정하였고 모르타르 강도 실험과 골재의 조립률 실험을 통해 마모저항성이 높은 표층재료를 선정하였다.
본 장에서는 기존 연구를 바탕으로 블록의 표준 표층재료를 선정하였다. 블록 표층재료 선정을 위한 실험은 실내실험으로 한정하였고 모르타르 강도 실험과 골재의 조립률 실험을 통해 마모저항성이 높은 표층재료를 선정하였다. 강도시험에는 시멘트와 잔골재의 비율을 조정하여 강도조건을 실험에 반영하였고, 잔골재의 조립률 실험에서는 조립률을 3종류로 조정하여 마모실험에 적용하였다.
블록은 유색층과 무색층, 2층으로 제작한다. 유색층은 8mm두께를 지니고(여기서는 표층으로 칭함), 무색층은 통상 전체 두께에서 유색층의 두께를 뺀 것이다.
연마날의 비교를 위해서 표준 실험에 적용한 시편은 일반적인 블록업체에서 생산되는 보차도용 블록으로 선택하였다. 시편은 각각 2개씩 사용하였고, 시험의 결과는 두 시편의 평균값을 사용하였다.

이론/모형

0으로 조정하였고 각각의 블록을 제작하였다. 마모 시험방법은 ASTM C 944에 의한 회전커터 방식을 사용하여 마모량을 측정하였다. 시험 결과는 그림 4와 같다.

성능/효과

따라서 연마롤러보다 경도가 강한 다이아몬드를 이용하여 비교 실험을 진행하였다. 그 결과, 다이아몬드 날에 20kg의 하중을 적용하여 5분간 측정하면 블록의 강도에 관계없이 정확한 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.
실험 결과, 양생 28일 강도가 시멘트와 잔골재 비율이 1:4일 때 가장 낮고 1:2일 때가 가장 높음을 알 수 있다. 시멘트와 잔골재 비율이 1:3일 때 28일 강도 기준에 해당하는 5MPa의 강도가 발현되고 있으므로 경제성을 고려하여 1:3 비율로 결정하였다.

후속연구

6 이상을 사용하여야 함을 제시하였다. 그러나 회전 커터 날의 연마에 의해 실험오차가 커짐을 확인하였고 이에 대한 개선이 필요하다 판단되었다. 따라서 연마롤러보다 경도가 강한 다이아몬드를 이용하여 비교 실험을 진행하였다.

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