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.

섬유보강 재생 폴리머 콘크리트의 강도 특성

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

본 연구는 콘크리트 구조물의 노후화 등으로 인하여 발생되는 폐콘크리트를 재활용함으로서 자연생태계와 환경을 보전함은 물론, 천연골재의 부족현상을 해소하고, 폴리머 콘크리트의 단점인 취성적 성질을 개선하기 위하여 재생 굵은 골재와 강섬유, 유리섬유, 폴리프로필렌섬유 등 3종류의 섬유를 사용한 섬유보강 재생 폴리머 콘크리트를 개발하여, 콘크리트의 휨 및 쪼갬인장 강도의 개선과 균열억제 등으로 구조부재로의 사용전환 여부 및 취성거동을 연성거동으로 유도하기 위하여 전체 체적비에 대하여 각각 0.0%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8%, 1.0%, 1.2%를 혼입하여 강도 특성을 구명하였다. 또한, 작업성, 경제성 등을 고려하여 결합재의 적정 수지량을 예비시험을 통하여 10.5%로 결정하였으며, 재생골재를 사용함으로써 폴리머 콘크리트의 활용성을 증대하고자 하였다. 압축강도는 강섬유의 경우 0.4%, 유리섬유 및 폴리프로필렌섬유의 경우 0.2%에서 최대강도를 나타내었으며, 혼입률이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 쪼갬인장강도 및 휨강도는 강섬유 및 유리섬유를 혼입한 경우 1.0% 이내에서는 혼입률이 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었으며, 폴리프로필렌섬유를 혼입한 경우 혼입률이 증가할수록 감소하여 강도 측면에서는 강섬유 및 유리섬유가 대체로 유익한 것으로 나타났다.

EVA 개질 Hybrid 콘크리트의 강도 및 수밀 특성

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

농업용 수리구조물, 지하구조물, 지중매설물, 해양구조물 등은 대부분 열화의 매개체인 물과 상시 접하여 있거나 오염토양, 동결융해에 노출 등 콘크리트의 성능저하에 매우 열악한 환경에 설치되므로, 이러한 구조물은 설계목표내구연한동안 그 사용성능을 최대한 발휘하기 위해서는 강도뿐만 아니라 내구성능이 뛰어난 콘크리트의 제작 및 설치가 필요하다. 따라서, 본 연구는 기존의 시멘트 등 무기재료에 고분자유기화합물인 EVA 재유화형 분말수지를 콘크리트용 혼화재로 사용하여 EVA 분말수지의 우수한 방수성, 부착성, 인성과 시멘트로 대표되는 무기재료의 강도, 내열성 등 각각의 물성을 상호 보완한 hybrid 콘크리트를 개발하였으며, EVA 분말수지의 혼입률에 따른 강도 및 수밀특성 등 기초 자료를 제공하고자 한다. EVA 재유화형 분말수지는 독일 W사에서 생산되는 제품을 사용하였으며, 보통 시멘트 콘크리트의 기본배합에 시멘트 중량비로 각각 2%, 4%, 6%, 8%를 사용하였으며, EVA 혼입 시 발생하는 과잉 공기를 제거하기 위해 폴리에테르계 분말소포제를 EVA 혼입량의 0.5%를 사용하였다. EVA 개질 hybrid 콘크리트의 압축강도는 EVA 혼입률 4%까지는 증가하다가 6%∼8%에서는 기본배합 강도인 26.9MPa와 비슷하거나 약간 상회하였으며, 압축강도 측면에서의 EVA 적정 혼입률은 4%인 것으로 나타났다. 휨강도는 압축강도와 달리 EVA 혼입율이 증가할수록 증가하였으며, 혼입률 8%에서 7.3MPa로 기본배합보다 약 15%의 강도증진이 나타났다. 한편, EVA 개질 hybrid 콘크리트의 염소이온투과저항성, 흡수율 및 내산성 시험결과 EVA 혼입율이 증가할수록 수밀성능이 우수한 것으로 나타났다. EVA 개질 hybrid 콘크리트는 동일조건의 보통 시멘트 콘크리트에 비하여 강도 및 수밀성능이 우수하여 열악한 사용환경에 노출되거나 수밀성이 요구되는 구조물 등에 적용할 경우, 콘크리트의 열화발생 요인을 저감시킬 수 있으므로 구조물의 내구성 향상을 위해 매우 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

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.

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.

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.

탄소섬유보강 재생 폴리머 콘크리트의 강도 및 응력변형률 특성

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

시멘트 콘크리트는 최근까지 건설재료로써 가장 널리 사용되고 있으나, 수축에 따른 균열, 낮은 강도 및 내약품성이 낮아 초고층화 및 대형화 될 뿐만 아니라, 노출 환경이 열악화되어 구조물에 적용하기에는 부적합 사례가 증가하고 있다. 이에 시멘트 콘크리트의 강도 및 내구성 등을 개선하기 위한 다양한 연구가 시도되고 있으며, 특히 불포화폴리에스터 수지를 사용한 폴리머 콘크리트의 경우, 조기강도 발현 특성, 높은 강도 및 내약품성 등으로 시멘트 콘크리트의 단점을 개선할 수 있는 건설재료로 많은 연구가 이루어지고 있다. 또한, 시멘트 콘크리트의 취성적 성질 및 균열 특성을 개선하기 위하여 폴리프로필렌섬유, 유리섬유 및 나일론 섬유 등이 일부 대체재로써 사용되고 있으며, 최근에 각광받고 있는 탄소섬유는 다른 섬유에 비하여 역학적 성능과 내열성 및 화학적 안정성 등이 월등하고, 다른 섬유에는 없는 밸런스 성능을 갖고 있어 콘크리트에 적용할 경우 시너지효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 바인더로 불포화폴리에스터 수지를 사용하였으며, 건설폐기물의 활용 측면에서 재생굵은골재를 사용하였다. 폴리머 콘크리트의 취성적 성질을 개선하기 위해 보강된 탄소섬유는 길이 6mm 섬유를 사용하여 유리섬유를 혼입한 것과 비교해 특성을 평가하였으며, 섬유 혼입율은 전체 체적의 0.3%에서 1.5% 범위로 사용하였다. 탄소섬유 보강 폴리머 콘크리트의 제작을 위한 최적배합은 경제성을 고려하여 섬유 뭉침 현상이 발생하지 않는 범위내에서 최소 바인더 함량을 결정하였다. 따라서, 본 연구에서는 탄소섬유를 보강한 탄소섬유보강 폴리머 콘크리트를 개발하여, 섬유 길이 및 섬유 혼입율에 따른 탄소섬유 보강 폴리머 콘크리트의 압축강도, 휨강도, 응력-변형율 및 내산성을 평가하는 데 그 목적이 있으며, 압축강도는 혼입율이 증가할수록 4.6~17% 감소하였으며, 휨강도는 혼입율이 증가함에 따라 최대 16%까지 증가하는 경향을 보였다.