폐유리분말을 충전재로 사용한 포장용 투수성 폴리머 콘크리트의 공학적 성질

성찬용 ( Chanyong Sung ),김태호 ( Taeho Kim ),김영익 ( Youngik Kim ),이승훈 ( Seunghoon Lee ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

우리나라의 도로포장은 불투수성의 시멘트 콘크리트 또는 아스팔트 포장이 대부분을 차지하고 있으며, 강우 시 우수를 하천이나 강으로 직접 배출하기 때문에 포장면 아래를 통한 우수의 침투가 이루어지지 않아 지하수자원을 확보하기 어렵고, 불투수성 포장재료에 의해 호우시 포장면에서 배수구를 통한 우수가 그대로 하천에 유입되어 저지대 및 하류지역에서 홍수 피해가 빈번하게 발생하고 있다. 또한 경제발전에 따른 고도의 산업화에 의해 산업 및 생활폐기물의 발생량이 증가하여 매립부지의 부족과 환경오염 등의 문제가 발생하고 있으며, 그 중 재활용이 가능한 유리의 경우 더욱 심각한 문제를 일으키고 있는 실정으로 유리제품의 활용이 증대됨에 따라 폐유리 발생량도 점차 증대되고 있다. 이에 따라, 국내에서도 폐유리를 건설재료의 용도로 활용하기 위한 연구가 진행되었지만, 폐유리와 시멘트의 알칼리성분에 의한 화학적 반응인 알칼리실리카 반응(ASR)에 의해 유발되는 콘크리트의 팽창으로 인해 그 사용이 제한되기도 하였다. 따라서 본 연구에서는 알칼리실리카 반응에 대한 대안으로, 결합력이 높은 불포화폴리에스터 수지와 국내에서 부산되는 폐유리분말, 재생굵은골재, 탄산칼슘을 사용하여 투수성 폴리머 콘크리트의 강도, 공극률, 투수계수 등과 같은 공학적인 특성을 구명하여 포장용 투수성 콘크리트에 활용함으로써 보통 시멘트 포러스 콘크리트의 낮은 강도 및 내구성 등의 단점을 개선하고, 도로포장의 투수성 및 배수성을 향상시키기 위한 자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 투수성 폴리머 콘크리트 제조를 위한 결합재는 올소 타입의 불포화 폴리에스터 수지를 사용하였으며, 충전재는 폐유리분말과 탄산칼슘을 사용하였고, 폐유리분말과 탄산칼슘의 중량비를 각각 0:100, 10:90, 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, 80:20, 90:10, 100:0 11종류로 하였으며, 골재는 5-20mm의 재생굵은골재를 사용하였다. 포장용 투수성 콘크리트의 배합은 강도와 공극을 고려하며, 폐유리분말과 탄산칼슘의 사용량에 역점을 두었으며, 투수성 콘크리트 포장의 압축강도와 휨강도 기준인 18MPa, 4.5MPa와 공극률 기준 8%, 투수계수 기준 1×10^-2cm/s를 만족할 수 있도록 예비실험을 통하여 최적의 배합을 도출하였다. 실험결과 대부분의 배합에서 투수성 콘크리트 포장의 강도, 공극률, 투수계수 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 또한, 폐유리분말의 혼입량이 증가함에 따라 필요한 결합재의 양이 감소하고, 압축강도와 휨강도가 증가되어, 포장용 투수성 폴리머 콘크리트 제조 시 폐유리분말을 사용함으로써 경제적인 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대되며, 포장용 콘크리트에서 요구되는 규정강도, 공극률 및 투수계수를 만족하는 투수성 콘크리트를 제조할 수 있을 것으로 판단된다.

교량의 신축이음용 고탄성 에폭시 콘크리트 개발

성찬용 ( Chanyong Sung ),노진용 ( Jinyong Noh ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

콘크리트 포장 및 교량 등 각종 구조물은 온도변화에 따라 미량의 신축을 하게 되며 하중이 재하됨에 따라 각 단면은 변형을 하게 된다. 따라서 이러한 온도변화에 의한 신축작용과 하중재하에 의한 균열을 방지하기 위하여 일정 길이마다 단면을 횡단하여 신축이음을 설치하도록 규정하고 있다. 그러나 신축이음장치는 콘크리트의 건조수축, 온도변화 및 활하중 등에 의한 상부구조의 변형과 변위에 의해 발생되는 구조물의 응력을 해소하는 반면에 신축이음 장치에 접하는 콘크리트면에 응력이 집중함으로써 경계부에서 콘크리트의 마모, 탈락 및 균열 등이 발생하여 구조물의 내구연한 감소의 주원인이 되고 있다. 최근에는 강도 특성 및 화학 저항성이 우수한 에폭시 및 불포화 폴리에스터 수지를 바인더로 활용한 폴리머 콘크리트가 다양한 구조물에 적용되고 있으며, 특히 강성체를 형성하는 에폭시 바인더에 고무계 고분자를 혼입함으로써 연성 특성을 부여한 변성 에폭시의 활용이 점차 증가하고 있다. 또한, 국내에서 발생하는 고형폐기물 중 폐타이어가 2012년에 약 30만톤에 이르고 있으며, 이중 80%가 타이어 교체 시 발생하고 나머지 20%는 폐차 시 발생하였다. 폐타이어 처리가 사회적 및 환경적 이슈가 되면서 정부가 생산자 책임활용제를 시행함에 따라 폐타이어칩, 폐타이어 분말 및 열에너지 등 다양한 방법으로 폐타이어를 처리 및 가공하여 재활용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 신축이음 주변부 콘크리트에 탄성 특성을 부여하기 위하여 고무 혼입 변성 에폭시를 바인더로 하며, 폐타이어칩과 폐타이어 분말을 골재로 활용한 탄성 고분자 복합체를 개발하여 변성 에폭시 바인더 혼입률, 폐타이어칩의 골재에 대한 치환률 및 폐타이어 분말의 혼입량에 따른 강도, 응력-변형률, 탄성계수 및 휨인성 특성을 평가하였다.

고로슬래그골재와 철봉쇼트분진의 혼입률에 따른 투수성 폴리머 콘크리트의 공학적 특성

성찬용 ( Chanyong Sung ),이승훈 ( Seunghoon Lee ),김영익 ( Youngik Kim ),김태호 ( Taeho Kim ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

최근 경제발전에 따른 건설공사량의 증가 및 대형화 추세와 함께 국내 건설분야는 해사와 부순돌 및 부순모래의 채취따른 자연경관의 파손 및 환경오염이라는 심각한 이유 때문에 채취의 곤란을 겪고 있어 대체골재의 필요성이 절실한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 내구성, 방수성, 강도 등이 뛰어난 불포화 폴리에스터 수지와 충전재로 선업폐기물인 철봉쇼트분진 및 고로슬래그 골재를 사용하여 친 환경적인 투수성 폴리머 콘크리트를 개발하여 투수 포장에 활용할 수 있는 자료를 제공하고자 한다. 투수성 폴리머 콘크리트 제조를 위한 결합재는 올소 타입의 불포화 폴리에스터 수지를 사용하였으며, 충전재는 철봉쇼트분진과 탄산칼슘을 사용하였고, 철봉쇼트분진과 탄산칼슘의 중량비를 일정비로 변화시킨 11종류로 하였으며, 골재는 5-25mm 고로슬래그를 사용하였다. 투수성 포장을 위한 다공성 콘크리트의 공극률, 강도, 투수계수 및 내구성 등에 영향을 미치는 가장 중요한 요소는 사용되는 결합재량으로서, 결합재량이 많으면 폴리머가 골재를 피복한 후 여분의 결합재에 의해 공극이 채워지고, 바닥면에 불투수층의 형성으로 인하여 투수 콘크리트의 기능을 할 수 없게 된다. 또한, 포러스 폴리머 콘크리트의 강도와 공극률은 상관관계에 있으므로 두 가지 조건을 충족하는 최적배합을 도출하는 것이 무엇보다 중요하므로 결합재량의 사용량에 중점을 두었으며, 투수 콘크리트 포장의 공극률 기준 8%와 투수계수 기준인 1×10-2cm/s를 만족할 수 있도록 예비실험을 통하여 기본배합을 도출하였다. 공극률은 Ø75×150mm의 공시체를 제작하여 기건상태의 중량과 수중에서의 중량을 3회 반복 측정하여 평균값으로 하였다. 압축강도 시험은 Ø75×150mm의 공시체를 제작하여 재령 7일에 KS F 2481에 규정된 방법에 준하여 실시하였다. 포장용 투수성 폴리머 콘크리트의 투수 계수는 일반 콘크리트의 투수계수보다 크기 때문에 150×150×60mm의 공시체를 제작하여 재령 7일에 의 정수위 투수 시험방법에 준하여 실시하였다. 실험결과 모든 배합에서 투수성 콘크리트 포장의 공극률 기준 및 투수계수 기준, 압축강도 기준을 만족하는 것으로 나타났으며, 사용된 골재의 크기가 작을수록 공극률과 투수계수는 감소하는 경향을 나타내었다. 본 연구에서 이루고자 하는 철봉쇼트분진을 사용한 폴리머 콘크리트의 개발이나 공학적 특성에 대한 연구결과는 볼 수 없으며, 아직까지 보고된 바가 없다. 따라서 더 많은 실험과 연구가 계속된다면 공학적으로 우수한 콘크리트 개발이 가능할 것으로 기대되어 진다.

혼합섬유가 EVA 콘크리트의 강도와 내구성에 미치는 영향

이승근 ( Seungkeun Rhee ),성찬용 ( Chanyong Sung ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

콘크리트 구조물 중 휨응력을 받거나 내구성을 요하는 구조물은 하중이 재하됨에 따라 균열이 발생하게 된다. 그 이유는 콘크리트의 압축강도는 우수하나 인장강도가 약하고 취성적 성질을 가지고 있기 때문이다. 이러한 콘크리트의 단점을 개선하기 위해 사용되는 강섬유보강 콘크리트는 취성적 성질을 크게 개선함과 아울러 균열구속성능, 에너지 흡수능력, 내충격성, 내마모성, 내진성 등이 우수하다. 또한, 폴리프로필렌섬유는 다른 섬유에 비하여 가격이 저렴하고 화학적 안정성과 내구성이 뛰어나며, 폴리프로필렌 섬유보강 콘크리트 및 모르타르는 건조나 냉각에 의해 수축될 때 구속에 의해 발생되는 인장응력 및 균열을 억제하고, 인성의 증가와 충격, 마모, 피로에 대한 저항성 및 내구성을 증대시킨다. 그러나 강섬유나 폴리프로필렌섬유를 각각 사용하는 경우 강섬유일 경우에는 화학반응성이, 폴리프로필렌섬유를 사용하는 경우에는 압축강도가 저하된다는 단점이 있다. 최근에는 단일섬유를 사용한 콘크리트의 한계를 극복하기 위해 다양한 종류의 섬유를 조합한 새로운 고성능 혼합섬유보강 콘크리트에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 여러 섬유를 조합한 배합이 단일배합보다 성능 면에서 더욱 효과가 있음이 실험적으로 입증되고 있다. 그러나 기존의 연구에서는 막연히 섬유 혼입을 통해 인성의 증진에 효과적일 것이라는 접근으로 실용화에는 많이 동떨어져 왔다. 따라서, 본 연구에서는 플라이 애시, EVA 재유화형 분말수지 및 강섬유와 폴리프로필렌섬유를 동시에 사용하여 실용화 가능한 압축강도를 지닌 혼합섬유보강 EVA 콘크리트를 개발하고, 섬유의 혼입률 및 EVA의 첨가 여부에 따른 압축강도, 휨강도, 내산성 및 동결융해저항성을 비교 구명하여, 휨을 받는 구조물 및 내구성을 요하는 농업시설구조물 등에 활용하기 위한 자료를 제시하는데 그 목적이 있다.

섬유보강 EVA 콘크리트의 역학적 특성

이승근 ( Seungkeun Rhee ),성찬용 ( Chanyong Sung ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

콘크리트 구조물 중 휨 응력을 받는 교량이나 내구성을 요하는 농업용 수리구조물, 지하구조물 등은 하중이 재하됨에 따라 균열이 발생하게 된다. 그 이유는 콘크리트 자체의 압축강도는 우수하나 인장강도가 약하고 갑작스런 파괴를 일으키는 취성적 성질과 낮은 인장에서도 균열을 발생시키는 특성을 가지고 있기 때문이다. 따라서 이러한 콘크리트의 취성거동을 연성거동으로 유도하고, 콘크리트의 인장저항력을 증대시키며, 국부적인 균열의 생성 및 확대를 억제하는 등의 콘크리트 성질을 개선하기 위해 섬유질 재료를 콘크리트 속에 분산시켜 넣은 섬유보강 콘크리트가 연구되고 있다. 그러나 강섬유나 폴리프로필렌 섬유를 각각 사용하는 경우 강섬유일 경우에는 화학반응성이, 폴리프로필렌 섬유를 사용하는 경우에는 압축강도가 저하된다는 단점이 있다. 최근에는 단일섬유를 사용한 콘크리트의 한계를 극복하기 위해 다양한 종류의 섬유를 조합한 새로운 고성능 섬유보강 콘크리트에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 섬유를 조합한 시스템이 단일 시스템보다 역학적 특성의 최적화에 더욱 효과가 있음이 실험적으로 입증되었다. 그러나 기존의 연구에서는 막연히 섬유 혼입을 통해 인성의 증진에 효과적일 것이라는 접근으로, 실용화에는 많이 동떨어져 왔다. 따라서 본 연구에서는 플라이 애시, EVA 재유화형 분말수지, 소포제 및 강섬유와 폴리프로필렌 섬유를 동시에 사용하면서 실용화 가능한 압축강도를 지닌 섬유보강 EVA 콘크리트를 개발하여 섬유의 혼입률 및 EVA의 첨가량에 따른 역학적 특성을 비교 구명함으로써, 휨을 받는 구조물인 교량이나 내구성을 요하는 농업용 수리구조물, 지하구조물, 해양구조물 등 여러 현장에 섬유보강 EVA 콘크리트를 적용하기 위한 자료를 제시하였다. 압축강도는 강섬유 0.6%, PP섬유 0%에서 최대강도를 나타내었으며, PP섬유의 혼입률이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 휨강도의 경우 강섬유 0.3%, PP섬유 0.05%에서 최대강도를 나타내었으며, 폴리프로필렌섬유를 혼입한 경우 혼입률이 증가할수록 감소하여, 강도 측면에서는 강섬유가 대체로 유익한 것으로 나타났으며, 압축강도는 4%, 휨강도는 10% 정도 증가하여 EVA가 콘크리트의 강도 향상에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.

투수성 Green Block을 활용한 투수 포장의 현장 적용성에 관한 연구

김영익 ( Youngik Kim ),성찬용 ( Chanyong Sung ),윤준노 ( Joonno Youn ),김경태 ( Kyungtae Kim ),김인수 ( Insu Kim ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

최근에는 홍수에 의한 침수 피해를 방지하고 지하수자원을 확보하기 위하여 기존 불투수성 시멘트 콘크리트 및 아스팔트 포장을 크게 개선한 투수 및 배수성 포장에 관심이 높아짐에 따라 투수성 콘크리트나 투수성 아스팔트를 사용한 차도, 보도, 광장 및 주차장 등의 시공사례가 증가하고 있으며, 포러스 콘크리트를 활용한 투수 블록 제품 등의 개발에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 또한, 인터로킹 블록에 의한 포장은 접근성과 안정성이 요구되는 곳에 적용된 공법으로 뛰어난 공용성과 심미적 아름다움을 제공하는 장점을 가지고 있다. 특히, 블록 종류, 형상의 다양성 및 색상의 다양성 등으로 주변 환경과 조화를 이루는 친환경적 기능을 가지고 있고 시공절차도 단순하여 포장 후 즉시 교통 개방이 가능한 장점이 있다. 반면에, 기존의 투수성 시멘트 콘크리트, 아스팔트 포장 및 투수성 시멘트 콘크리트 블록의 경우 결합재의 낮은 결합력으로 인하여 겨울철 동결융해의 반복 작용 시 균열 및 골재의 탈락 등에 기인한 부분 침하 및 파괴 등이 빈번하게 발생하며, 장기적으로 내구성이 크게 저하되는 문제점을 내포하고 있다. 따라서 본 연구에서는 보통 시멘트 포러스 콘크리트의 낮은 강도 및 내구성 등의 단점을 개선하기 위하여 결합력이 높은 불포화 폴리에스테르수지와 충전재로 산업부산물인 고로슬래그 미분말을 활용한 투수 포장을 위한 우수침투형 Green Block을 개발하여 역학적 특성 및 우수침투형 Green Block 포장의 수리모형 실험을 통한 우수유출 저감 효과를 분석하였다. 또한, 투수성 포장을 위한 우수침투형 Green Block의 현장 적용성을 평가하기 위하여 대전에 위치한 계룡산 국립공원의 입구에 현장시험 시공을 하였으며, 투수성 Green Block 포장의 현장시공에 따른 블록의 사용성, 교통 개방 후 충격성 및 내구성 등을 평가하여 투수성 블록 포장의 기초자료를 제시하였다.

탄소섬유보강 재생 폴리머 콘크리트의 휨 인성 특성

노진용 ( Jinyong Noh ),성찬용 ( Chanyong Sung ),김영익 ( Youngik Kim ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

현대 문명의 급속한 발전과 더불어 건설구조물의 많은 부분을 차지하고 있는 콘크리트에 대하여 강도, 내구성, 기능성, 시공성 등 성능향상에 대한 요구가 높아지고 있으며, 90년대 이후로 고분자 재료인 폴리머를 이용하여 기존의 콘크리트와는 현저히 다른 성질을 갖는 새로운 콘크리트를 개발하여 활용하기 위한 연구가 활발히 전개되고 있다. 또한, 콘크리트 구조물의 노후화, 성능저하 등으로 인해 발생되는 폐콘크리트는 사회적으로 극심한 환경오염 문제로 대두되며 그 양은 급증하고 있으나, 재활용률은 그리 높지 않은 실정이다. 한편, 콘크리트의 압축강도는 우수하나 인장력이 약하고 급작스런 파괴를 일으키는 취성적 성질과 균열을 발생시키는 본질적인 단점을 가지고 있어, 이러한 콘크리트의 취성거동을 연성거동으로 유도하고 콘크리트의 인장저항력을 증대시키며, 국부적인 균열의 생성 및 확대를 억제하는 등의 제반 역학적 성질을 개선하기 위한 연구로 단섬유상의 섬유질 재료를 불규칙한 배열로 콘크리트 속에 랜덤 분산시켜 넣은 섬유보강 콘크리트가 연구되고 있다. 그 중 탄소섬유는 고강도, 초경량성으로 고정하중의 추가없이 휨 부재의 구조적 내하력 증진 및 PC강재나 철근의 대체용으로 검토되고 있다. 본 연구에서는 자연생태계 및 환경보전을 위하여 친환경 재활용 조골재를 사용하였으며, 바인더로는 불포화 폴리에스터 수지를 사용하였다. 또한 콘크리트의 단점인 취성적 성질을 개선하기 위해 사용한 탄소섬유는 길이 6mm를 사용하여 유리섬유를 혼입한 것과 비교해 특성을 평가하였으며, 섬유 혼입율은 전체 체적의 0.3%에서 1.5% 범위로 사용하였다. 또한, 바인더로 사용된 불포화폴리에스터 수지는 경제성과 섬유 뭉침 현상이 발생하지 않는 범위에서 최적배합을 도출하였다. 따라서, 본 연구에서는 휨을 많이 받는 도로교, 슬래브와 같은 구조물에 사용하기 위해 탄소섬유를 사용하여 섬유보강 재생 폴리머 콘크리트를 개발하고 재령과 섬유 혼입률에 따른 휨인성을 비교 구명하는데 그 목적이 있다.

지오그리드를 사용한 보강토옹벽의 특성

남기성 ( Kisung Nam ),성찬용 ( Chanyong Sung ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

옹벽, 사면, 제방축조 시 토목섬유(Geosynthetics)를 활용한 보강토 구조물은 시공성의 용이성, 경제성 및 미관의 우수성으로 최근 들어 많이 시공되고 있다. 토목섬유 중 지오그리드는 폴리머를 판상으로 압축시키면서 격자모양의 그리드 형태로 구멍을 내어 특수하게 만든 후 1방향 혹은 2방향으로 연신하여 제조하거나, 고강도사를 격자형으로 교차시킨 후 PVC수지 또는 아크릴계 수지로 코팅하여 성토사면 보강, 연약지반 보강 및 보강토옹벽 등 다양한 보강재로서 폭넓게 활용되고 있는 실정이다. 본 연구는 현장에서 시공한 보강토옹벽에 사용되는 지오그리드의 공학적 특성 및 보강토옹벽의 구조적 특성 등을 검토한 후, 보강토옹벽의 높이별 변위를 계측함으로서 침하에 대한 구조적 안정성을 구명하는 데 있으며, 본 연구에 대한 결과는 다음과 같다. 첫째, 현장에 적용된 지오그리드는 6T형을 사용하였으며, 인장강도는 경사인 경우 78.4~80.3kN/m, 위사인 경우 35.7~36.9kN/m이며, 인장신도는 경사인 경우 9.4%로 나타났다. 둘째, 지오그리드의 설계정수는 r= 1.9tonf/㎥, Φ=30°로 설정하였으며, 보강재 파단에 대한 안전율(F.S)를 1.5로 하여 깊이별 수평응력 및 인장력을 산출하였다. 셋째, 지오그리드를 사용한 보강토옹벽 높이(H) 3.5m에 대한 보강재 파단의 안정성 검토 결과, 깊이 0.5∼3.1m에서 안전율이 2.3∼9.1까지 계산되었으며 높이가 증가할수록 안전율이 작아졌다. 넷째, 지오그리드를 사용한 보강토옹벽 높이(H) 4.8m에 대한 보강재 파단의 안정성 검토 결과, 깊이 0.5∼4.4m에서 안전율이 1.8∼9.2까지 계산되었으며 높이가 증가할수록 안전율이 작아졌다. 다섯째, 보강토옹벽의 높이별 수평변위를 1일, 7일, 15일, 30일, 60일, 90일 간격으로 계측한 결과, 3.5m 보강토옹벽에서 0.5∼15mm로 계측되었으며, 수평변위 0.5%H의 범위안에 있어 침하에 대한 안정성이 확보되었다. 여섯째, 보강토옹벽의 높이별 수평변위를 1일, 7일, 15일, 30일, 60일, 90일 간격으로 계측한 결과, 4.8m 보강토옹벽에서 0.6∼18mm로 계측되었으며, 수평변위 0.5%H의 범위안에 있어 침하에 대한 안정성이 확보되었다. 일곱째, 보강토옹벽에 사용되는 지오그리드의 수직간격은 높이가 높아질수록 간격의 폭은 증가하였으며, 이는 구조검토 시 안전율 1.5에 접근되도록 하였다. 지오그리드를 이용한 보강토옹벽은 흙과의 마찰력에 의한 아칭효과를 극대화 시키기 위하여 활용되나, 실제 현장에서 이에 대한 토압분포, 전도, 활동, 지지력등과 같이 공학적 특성에 대한 연구가 이루어지지 않고 일반적인 식 등을 활용하고 있으며, 계측을 통한 안정성 등을 무시하는 경향이 있어, 이 분야에 대한 연구가 필요한 실정이다.

폴리프로필렌 섬유보강 EVA 콘크리트의 내구성

남기성 ( Kisung Nam ),성찬용 ( Chanyong Sung ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

콘크리트는 다른 건설재료에 비해 높은 내구성과 경제성으로 인해 세계적으로 널리 사용되고 있으나, 지구의 온난화로 기후변화가 심해짐에 따라 탄산화, 염해 및 중성화 등의 열화인자를 활성화시켜 물에 접하는 수리구조물에 균열 및 철근부식이 발생하여 구조적 성능 저하와 내구연한의 감소로 인한 유지관리비용 증가 등 많은 문제점이 발생하고 있다. 최근 구조물의 제기능 유지 및 내구성 향상을 위해 다양한 보수공법 및 보수재료 개발에 대한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 접착성, 방수성 및 내약품성 등이 우수한 시멘트용 폴리머 혼화재의 사용이 증가하고 있다. 특히, EVA 재유화형 분말수지는 경화과정에서 콘크리트 속의 작은 공극과 모세구조를 성장형 유기화학 결정체 성분으로 채워져 내부공극을 감소시켜 물의 이동을 차단시키고, 골재와의 부착성을 향상시켜 강도 및 내구성 향상에 기여하는 것으로 알려져 있다. 보통 시멘트 콘크리트는 일반적으로 압축하중에 저항성은 우수한 것으로 알려져 있으나, 내부구속응력, 인장 및 휨하중에 대한 균열이 쉽게 발생하고 극한하중 이후에 갑작스러운 취성파괴가 이루어져 강, 유리, 나일론, 폴리프로필렌 및 탄소와 같은 섬유를 콘크리트에 혼입하여 이러한 단점을 해결하고자 많은 연구가 진행되고 있으며, 강섬유 및 폴리프로필렌 섬유를 혼입한 섬유보강 콘크리트가 터널과 같은 휨하중을 받는 구조물에 사용되고 있다. 그러나, 현장에서는 섬유보강 숏크리트 및 콘크리트 적용 시 품질관리의 미흡으로 섬유뭉침현상 및 단위수량 증가로 강도 및 수밀성저하를 야기시켜 섬유 혼입률에 대한 제한을 두고 있으며, 품질기준도 엄격하게 적용하고 있다. 따라서, 본 연구는 물과 접촉되는 수리구조물, 지중매설물, 해양구조물 및 토양지역에 설치할 구조물의 내구성 증진을 위해 현장에서 사용되고 있는 플라이 애시를 혼입한 레미콘 배합을 근거로하여 폴리프로필렌섬유보강 EVA 콘크리트를 개발하였고, EVA 혼입률과 폴리프로필렌 섬유 혼입률에 따른 동결융해저항성, 내산성 및 내충격성에 대하여 실험적으로 구명하였다.

강섬유 보강 EVA 콘크리트의 동결융해저항성 및 내산성

남기성 ( Kisung Nam ),성찬용 ( Chanyong Sung ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

최근 지구온난화로 기후변화가 심해짐에 따라 탄산화, 염해 및 중성화 등의 열화인자를 활성화시켜 물에 접하는 수리구조물에 균열 및 철근부식이 발생하여 구조적 성능 저하와 내구연한의 감소로 인한 유지관리비용 증가 등 많은 문제점이 발생하고 있다. 이에 따라 구조물의 제기능 유지 및 내구성 향상을 위해 다양한 보수공법 및 보수재료 개발에 대한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 접착성, 방수성 및 내약품성 등이 우수한 시멘트용 폴리머 혼화재의 사용하고 있는 실정이다. 특히, EVA 재유화형 분말수지는 콘크리트의 미세공극 및 모세구조를 성장형 유기화학 결정체로 채워 내부공극을 감소시켜 물의 이동을 차단시키고, 골재와의 부착성을 향상시켜 강도 및 내구성 향상에 기여하는 것으로 알려져 있다. 보통 시멘트 콘크리트에 강섬유, 폴리프로필렌섬유, 유리섬유 등을 보강하여 사용할 경우, 압축특성은 일반적으로 섬유를 혼입하지 않은 경우에 비해 비슷하거나 오히려 작은 경향을 나타내지만, 휨, 전단 및 부착특성, 내충격성 및 내구성이 증대되는 경향이 있으며, 특히, 동결융해저항성, 내산성 및 염소이온투과저항성 등의 내구적 특성이 장기간에 걸쳐 효과가 증대된다. 따라서, 본 연구는 물과 접촉되는 수리구조물, 지중매설물, 해양구조물 및 토양지역에 설치할 구조물의 내구성 증진을 위해 플라이 애시를 혼입한 레미콘 배합에 EVA 재유화형 분말수지와 강섬유를 보강한 콘크리트를 연구하여, EVA 혼입률과 강섬유 혼입률에 따른 동결융해저항성, 내산성에 대하여 실험적으로 구명하였다. 강섬유 보강 EVA 콘크리트의 동결융해저항성 및 내산성의 실험결과는 다음과 같다. 동결융해저항성은 EVA 5.0% + 강섬유 0.6%에서 중량감소율이 가장 작게, 내구성지수는 가장 크게 나타났으며, 내산성은 EVA 10% + 강섬유 1.0%에서 중량감소율이 작게 나타났다. EVA와 강섬유를 강도적 측면을 고려하여 혼입량을 증가할 경우, 내구성 향상에 효과가 있으리라 판단된다.