재생골재를 이용한 고강도, 고내구성 다기능 하이브리드 투수콘크리트 포장의 제조방법 {Manufacturing Methods of Multi-Functional Hybrid Permeable Concrete Pavement of High Strength and Durability using Recycled Aggregates}
본 발명은 폐콘크리트로부터 생산된 재생골재 또는 쇄석골재 그리고 섬유신소재인 내알칼리성 유리섬유 및 메쉬형 폴리프로필렌섬유, 산업부산물인 플라이애시, 고로슬래그를 사용하여 마모저항성, 동적안정도, 투수계수, 휨강도 등의 역학적 특성 및 내구성이 우수한 도로포장용 투수콘크리트의 제조기술 개발 및 용도개발을 통하여 우천시 도로주행중에 발생하는 미끄럼현상이나 수막현상등의 여러 가지 문제점 해결에 기여하고자 한다. 본 발명에서는 발생량이 상당히 증가하고 있어 여러 가지 문제점등을 야기하고 있는 산업부산물인 플라이애시 및 고로슬래그등의 용도개발을 통하여 투수성이 우수하면서 마모저항성, 동적안정도, 휨강도등의 역학적 성질이 우수하며 고품질을 확보하기 위하여 내알칼리성 유리단섬유 및 메쉬형 폴리프로필렌단섬유를 사용한 다기능성 혼합형 투수콘크리트 포장의 제조방법에 관한 것이다. 종래의 투수성콘크리트 포장의 경우에는 투수성능은 양호하나 압축강도 및 휨강도등의 역학적 성능의 저하로 인하여 그 적용성 측면에서 보행자용 도로 및 주차장등에 제한되고 있어 대형차량 및 교통량이 많은 일반도로에로의 용도전환이 시급하게 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 재생골재 또는 쇄석골재 그리고 플라이애시 및 고로슬래그, 내알칼리성 유리단섬유 및 메쉬형 폴리프로필렌단섬유를 이용하여 종래의 투수콘크리트포장의 적용한계를 해결함과 동시에 내마모성, 동적안정도 및 휨강도등이 우수하며 다기능성 혼합형 투수콘크리트 포장의 제조개발을 목적으로 한 것이다. 아울러, 본 발명은 투수성콘크리트의 제조시 고성능 공기연행 AE감수제를 사용하며 포장구조의 성능향상을 위하여 설계 요구조건에 부합되는 투수계수의 확보 및 마모저항성, 균열저항성, 미끄럼저항성, 휨강도등의 역학적 성능과 내구성이 우수한 다기능성 혼합형 투수콘크리트 포장의 제조개발을 통하여 우천시 수막현상의 억제 및 미끄럼 저항성의 향상을 통하여 도로포장체의 주행성능이 우수한 투수콘크리트 포장의 제조가 가능하도록 한 것이다.
도1은 본 발명의 포장단면 상세도 도2는 배합설계 Flow Chart 도3은 표층용 투수콘크리트 포장의 역학적 성질 도4은 표층용 투수콘크리트 포장의 역학적 성질 도5는 기층용 투수콘크리트 포장의 역학적 성질 도6은 기층용 투수콘크리트 포장의 역학적 성질
본 발명에 사용된 골재는 골재최대치수 5∼20mm, 비중 2.20∼2.70, 단위용적중량 1,200kg/m 3~ 1,600kg/m 3 , 실적율 45.0%∼60.0%인 재생골재 또는 쇄석골재를 사용하였다. 사용한 시멘트는 국내 KS 규격에 맞는 3종의 조강시멘트를 사용하였으며, 또한 고순도 플라이애시는 국내화력발전소에서 부산되는 비중 1.9∼2.3, 비표면적 3.000cm 2 /g이상, 입자크기 ＜4.2 ×10 -2 인 것을 사용하고 고로슬래그는 2.5mm이하의 입자를 갖는 것으로 비중 2.73의 것을 사용하였다. 투수콘크리트 포장구조체의 내구성능의 향상 및 역학적 성능의 개선을 위하여 인장강도 3.5∼7.7kgf/cm 2 , 탄성계수 3.5×10 4 kgf/cm 2 , 비중 0.91, 길이 3∼20mm의 메쉬형 폴리프로필렌단섬유를 시멘트에 대한 체적비로 0.5∼2.0vol.%를 혼입하거나 직경 8∼13×10 -3 , 길이 3∼20mm, 밀도 2.54×10 3 kgf/cm 2 , 탄성계수 73.5∼81.6×10 4 kgf/cm 2 의 내알칼리성 유리단섬유를 0.5%∼2.0vol.%를 혼입하는 방법으로 사용하였다. 본 발명의 다기능성 혼합형 투수콘크리트 포장은 소정의 휨강도를 갖는 기층용 투수콘크리트에 투수성이 양호한 표층용 투수콘크리트를 일체화시켜 제조하는 방법으로 하였으며, 설계공극율을 유지시키며 휨강도를 확보할 수 있도록 목표로하는 투수계수값을 만족하는 물-시멘트비를 25∼35%로, 공극율은 5∼20%의 다기능성 혼합형 투수콘크리트 포장을 제조하였다. 본 발명의 포장체의 표층부 및 기층부의 요구항목 및 목표값을 [표1]에 나타내었다. 콘크리트 포장판은 표층부의 배수성아스팔트포장과 동등의 투수계수를 갖는 표층용 투수콘크리트, 기층부에는 일반적인 포장용콘크리트와 동등한 휨강도를 갖는 기층용 투수콘크리트로 구성된다.
표층용 투수콘크리트 포장의 실시배합은 플라이애시 치환율 20%에 대해서 고로슬래그 치환율을 5%, 10%, 20%, 30%로 변화시켰으며 재생골재는 비중 2.25이며 굵은골재 최대치수 20mm이하인 것을 적용하였으며, 쇄석골재는 비중 2.64이며 입도범위 5∼10mm인 골재를 적용하여 각각의 배합을 설정하였다.
기층용 투수콘크리트 포장의 실시배합은 설계공극율 10%에 대해서 물시멘트비를 20%, 25%, 30%, 35%로 변화시키면서 적용골재는 비중 2.25이며 굵은골재 최대치수 10mm이하인 재생골재와 비중 2.64이며 입도범위 5∼10mm의 쇄석골재를 사용하여 각각의 배합을 설정하였다. 다기능성 혼합형 투수콘크리트 포장의 시험방법으로는 휨강도는 15×15×55cm 몰드를 이용하여 진동테이블에 의한 소정의 밀도로 다짐을 하며 KS F 2407, 2408 [콘크리트의 휨강도시험방법]에 준하여 시험하였으며, 투수계수는 JCI에코콘크리트연구위원회 [포러스콘크리트의 투수시험방법(안)]에 준하며 수두차는 12.5cm로 하였다. 내마모성 시험은 골재시험용 Los Angels 시험기 안에 0.3∼5mm의건조한 모래 30kg과 지름이 47.5mm인 강구(무게 438g)를 6개씩 넣고 직경 100mm, 두께 63.5mm의 원주형공시체를 제작하여 양생후 공시체를 시험기의 드럼내부에 넣은 후 매분 30∼33회로 300회를 돌린 후에 공시체의 질량을 측정하여 중량손실을 측정하였다.
휨강도시험결과 플라이애시를 치환한 경우의 휨강도는 치환율이 증가함에 따라 다소 저하하는 경향을 보이고 있으나 치환율 30%이내에서는 목표치를 만족시키고 있다. 또한 고로슬래그 잔골재는 이번 시험범위내에서는 휨강도의 저하가 확인되지는 않았다. 투수계수 공극률이 15%정도에서는 치환율과는 관계없이 기준항목을 만족하며, 마모시험 결과 치환율이 증가함에 따라 손실율이 증가하였으나 20%정도의 치환율에서는 기준치를 만족하는 것으로 나타났으며, 병용한 경우에서는 산업부산물을 첨가하지 않은 경우에는 동등한 물성을 만족하는 플라이애시 치환율을 20%로 고정하여 고로슬래그 잔골재의 치환율이 20%이내에서는 각 기준값을 만족하는 결과를 나타내고 있다. 포장용콘크리트의 내구성을 평가하기 위한 목적으로 기층투수성콘크리트의 휨파괴시험을 실시하였다. 공시체는 10×10×50cm, 재하방법은 상한하중을 휨강도비(응력비)를 60% 및 70%로 하여 정현파 5Hz 3등분점 방법으로 하였다. 또한 공용시의 간극수의 영향을 고려하여 함수상태의 공시체를 비닐필름으로 피복한 상태에서 시험을 행하였다. 공시체 3개의 파괴회수(파단회수)의 대수평균을 파괴수명으로 하였다. 각 공시체의 파괴회수는 응력비 60%의 공시체 3개 모두다 220만회에서 파괴되었으며, 응력이 70%의 공시체는 2개가 150만회에서, 1개는 180만회에서 파괴되는 결과를 보이고 있다. 기층 투수성 콘크리트의 파괴수명은 같은 시험조건으로 실시한 포장용포러스콘크리트공통시험에 의한 통상의 포장용콘크리트에 비해 동등 이상의 결과를 나타내었다.
골재비산저항성, 내마모성등의 노면 공용성을 평가하기 위한 목적으로 현장채취한 공시체를 이용하여 마모시험, 회전휠트랙킹시험, 왕복체인라벨링시험 시험을 하였다.
여기에서 채취한 공시체의 공재비산 저항성 결과를 살펴보면, 투수성콘크리트 포장의 공용성능은 배수성아스콘 포장과 비교하여 동등이상의 우수한 결과를 나타내고 있어 산업부산물의 유효활용 및 환경을 배려한 광범위한 적용이 가능한 것이다.
이와 같이 본 발명은 산업부산물인 고순도 플라이애시, 고로슬래그와 강도 및 인성증대는 물론 우수한 균열억제 효과 및 내력확보가 가능하도록 메쉬형 폴리프로필렌단섬유, 내알칼리성 유리단섬유를 이용하여 물리·역학적 특성 및 내구성이 우수한 다기능성 혼합용 투수콘크리트 포장을 제조하므로써 기존 투수콘크리트의 성능이나 기능을 만족시키면서 주행안정성, 수자원의 확보 및 교통소음의 저감에 효과가 있는 것으로 향후 그 적용분야의 확대 및 유효이용 측면에서 전망이 밝은 발명인 것이다. |
