폐플라스틱의 종류 및 혼입률에 따른 시멘트보드의 성능평가 = A Performance Evaluation of Cement Boards Its Mixing Ratio

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 재활용 가능한 폐플라스틱을 건축재료로 활용하기 위한 기초연구이다. 폐플라스틱의 종류와 혼입률이 시멘트보드의 물리적 특성과 단열 성능에 미치는 영향을 분석하고, 최적의 폐플라스틱 종류 및 혼입률을 선정하였다. 국내에서 발생되는 폐플라스틱의 종류를 조사한 결과, 주요 발생 항목은 PP, LDPE, HDPE, PVC, PS, PET, PUR, Other 및 Fibers로 분류된다. 이 중 발생량이 높은 3가지인 PP, LDPE 및 HDPE를 본 연구의 연구재료로 선정하였다. 각 폐플라스틱의 물리적 특성(밀도, 융점, 인장항복강도, 파단신율 등)을 검토하고, 이를 바탕으로 경화체 및 보드 제조를 위한 배합비와 실험조건을 설정하였다. 2장에서는 폐플라스틱을 혼입한 시멘트 경화체를 제조하여, 혼입률에 따른 물리적 특성과 열적 특성을 검토하였다. 혼입률은 시멘트 질량 대비 0, 5, 10, 15 및 20%로 설정하였으며, 보통포틀랜드시멘트를 결합재로 사용하였다. 물-시멘트비는 타설을 위한 유동성을 확보하기 위해 37%로 고정하였으며, 양생은 온도 (20±5)℃ 조건의 수중양생으로 실시하였다. 실험결과, 폐플라스틱의 종류와 관계없이 혼입률이 증가할수록 단위용적질량과 밀도는 감소하였으며, 공기량과 흡수율은 증가하였다. 유동성은 혼입률이 증가할수록 저하되는 경향을 보였으며, PP와 LDPE의 경우 혼입률 15% 이상 구간에서 이전 혼입률 대비 10% 이상의 큰 폭의 감소가 나타났다. 휨강도와 압축강도는 혼입률 증가에 따라 모두 감소하였으며, 20% 혼입 시 재령 28일에서 Plain 대비 PP, LDPE 및 HDPE는 각각 37.3, 52.0 및 47.9% 감소하였다. 압축강도 또한 같은 구간에서 47.8, 67.6 및 50.5% 감소하였다. 열전도율은 혼입률이 높을수록 낮게 측정되었으며, 20% 혼입 시 PP, LDPE 및 HDPE가 각각 41.0, 30.4 및 19.6% 감소하였다. 이를 바탕으로, 유동성 저하가 급격하지 않으며 시멘트보드에 요구되는 휨성능을 고려하여 세 종류 모두 최적 혼입률을 10%로 선정하였다. 3장에서는 2장에서 선정된 최적 혼입률을 적용하여 시멘트보드를 제조하였다. 이후 폐플라스틱 종류에 따른 시멘트보드의 성능을 평가하였으며, 실험항목은 함수율, 흡수율, 휨 파괴 하중, 내충격성 및 내화염성으로 구성하였다. 함수율의 경우 LDPE와 HDPE는 3% 이하로 KS F 3504(석고 보드 제품)의 성능평가 기준을 충족하였으나, PP는 4%로 기준을 초과하였다. 흡수율은 모든 시멘트보드에서 10% 이하로 나타나 성능기준을 충족하였다. 휨 파괴 하중은 PP와 HDPE가 180N 이상으로 기준을 충족하였지만, LDPE는 156.91N으로 기준을 충족하지 못하였다. 내충격성 시험은 폐플라스틱의 종류와 관계없이 추 낙하 후 형성된 오목부의 지름이 25mm 이하로 나타났고, 균열이 관통되지 않아 성능기준을 충족하였다. 내화염성 시험에서는 PP와 HDPE가 가열 후 파단되어 떨어지지 않았으며, LDPE는 시험시작 4분 21초 경과 시 일부가 파단되어 떨어졌다. 따라서, PP는 함수율 기준을 충족하지 못하였으며, LDPE는 휨 파괴 하중과 내화염성 기준을 충족하지 못하였다. HDPE는 모든 항목에서 KS F 3504(석고 보드 제품)의 성능평가 기준을 충족하였다. 이에 따라 본 연구에서는 최적의 폐플라스틱 종류와 혼입률은 HDPE와 혼입률 10%로 선정하였다. 종합적으로, HDPE를 10% 혼입한 시멘트보드는 KS 기준을 충족하면서 재활용 자원의 활용성을 확보하였으며, 건축용 내·외장재 보드로 적용 가능성이 높은 것으로 확인되었다. 다만, 시멘트보드는 용도와 사용 환경에 따라 요구되는 성능이 다르므로, 향후에는 보강재를 병용하여 보드의 성능을 향상시킨 후속 연구가 필요하다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1.1연구의 배경 및 목적 1
• 1.2연구의 방법 및 범위 4
• 1.3연구재료 선정 및 고찰 6
• 1.3.1연구재료 선정 6
• 1.3.2연구재료의 고찰 7
• II.폐플라스틱의 종류 및 혼입률에 따른 경화체의 물리적 특성 10
• 2.1실험계획 10
• 2.2사용재료 12
• 2.2.1시멘트 12
• 2.2.2폴리프로필렌 12
• 2.2.3저밀도 폴리에틸렌 12
• 2.2.4고밀도 폴리에틸렌 13
• 2.3실험방법 14
• 2.3.1실험체 제조방법 14
• 2.3.2단위용적질량 15
• 2.3.3유동성 및 공기량 16
• 2.3.4밀도 및 흡수율 17
• 2.3.5휨강도 및 압축강도 18
• 2.3.6열전도율 19
• 2.4실험결과 분석 및 고찰 20
• 2.4.1단위용적질량 20
• 2.4.2유동성 및 공기량 21
• 2.4.3밀도 및 흡수율 23
• 2.4.4휨강도 및 압축강도 25
• 2.4.5열전도율 29
• 2.5소결언 30
• III.폐플라스틱의 최적 혼입률에 따른 시멘트보드의 성능 31
• 3.1실험계획 31
• 3.2사용재료 33
• 3.3실험방법 33
• 3.3.1시멘트보드 제조방법 33
• 3.3.2함수율 34
• 3.3.3흡수성 35
• 3.3.4휨 파괴 하중 36
• 3.3.5내충격성 37
• 3.3.6내화염성 38
• 3.4실험결과 분석 및 고찰 39
• 3.4.1함수율 39
• 3.4.2흡수성 40
• 3.4.3휨 파괴 하중 41
• 3.4.4내충격성 42
• 3.4.5내화염성 43
• 3.5소결언 45
• IV.종합 결론 46
• 참 고 문 헌 48
• ABSTRACT 51
• 감 사 의 글 54