KR100441861B1 - 폐타이어, 폐우레탄 컬러 고무칩을 이용한 투수성 탄성포장재의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐타이어, 폐우레탄 컬러 고무칩을 이용한 투수성 탄성 포장재의 시공방법에 관한 것으로, 시공장소를 평탄화시켜 다진 후, 프라이머를 시공한 다음, 평균 입경 6-10mm의 잔골재(자갈) 또는 규사 70-80중량부 및 입경 4-8mm로 분쇄한 폐타이어고무 칩 10-30중량부를 주성분으로 하는 하부 지지층 재료와 3-4mm 길이로 절단한 칼라 고무 칩을 주성분으로 하는 상부 탄성층 재료를 각각 준비하여, 하부 지지층 재료를 타설하고 하부 지지층 재료가 경화하기 전에 바로 상부 탄성층 재료를 타설하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐타이어, 폐우레탄 컬러 고무칩을 이용한 투수성 탄성 포장재의 시공방법{Paving method of paving materials which contain waste tire and urthane rubber chip}

본 발명은 폐타이어, 폐우레탄 컬러 고무칩을 이용한 투수성 탄성 포장재의 시공방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 폐 타이어 등의 고무 폐기물 및/또는 폐우레탄 고무 페기무 물을 이용한 안정적으로 지지되면서도 탄성을 유지하는 포장재의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 산업이 고도로 발달하면서 폐타이어 및 일반 고체폐기물(폐고무, 폐합성수지, 폐주물사, 석재 등) 역시 증가하여 환경오염은 물론이고 이러한폐기물을 처리하는데 상당한 비용이 소요됨으로 이러한 폐기물의 처리는 작금 사회적인 문제점으로 대두되어 있다. 그리고 산업이 발달하면서 풍요로운 삶을 누리면 누릴수록 환경오염의 유발 요인은 늘어나는 반면 쾌적한 환경에 대한 요구는 더욱 높아가고 있다.

폐타이어는 연간 배출량이 많고(2000년도 2100만개로 추정), 열량이 풍부한 고급 합성고무로 구성되어 있으며, 다른 폐기물과는 달리 수집 및 선별과정이 특별히 필요치 않아 재활용 사업으로서 가치가 매우 큰 것이나, 우리나라에서는 재활용시 경제성, 시장성 등의 제한조건으로 인하여 실용화 단계에 있는 처리시설은 극소에 지나지 않는다.

현재, 국내 폐타이어 처리기술은 대략 20여가지 정도로 이용방법 및 처리기술로 보면 군 진지 작업, 토목공사, 매립, 야적과 같은 원형 이용 방법과 시멘트 킬른, 건류조간, 열분해와 같은 열이용 방법, 재생타이어 활성탄 제조, 고무분말 및 분말을 이용한 제품 등과 같이 가공하여 사용하는 방법 등이 제안되어 있다.

원형 이용 방법은 타이어가 난분해성 물질이기 때문에 빠른 분해가 어려워 이로 인한 환경문제가 장기간 또는 반영구적으로 지속될 가능성을 가지고 있으며, 열이용 방법은 이용후 잔류오염 물질 및 다른 오염원의 발생가능성이 있어 결국폐타이어의 재활용 방법은 원형이용 - 열이용 - 가공이용 순으로 재활용 효율을 극대화시킬 수 있으며 앞으로의 정책도 재활용도가 높고 부가가치가 높은 가공이용 방법에 촛점이 맞추어져야 할 것이다.

현재, 환경관련기관 및 유관기관 자료에서 보면 96년은 77.1%, 97년은 58.8%의 폐타이어 재활용율을 나타내고 있으나, 나타난 수치와 같이 군 진지, 매립 등을 포함한 형식적인 재활용이 아닌 열이용 및 가공이용과 같은 실질적 재활용율을 높여야 하며 가공이용시 다른 환경폐기물과의 혼합 등을 통하여 환경친화적인 기능물 등을 개발하여야 할 것이다.

또, 우레탄 역시 생활의 구석구석을 파고들어 매우 중요한 위치를 차지하고 있어 스포츠 용품은 물론 아기들의 기저귀에서부터 자동차, 건축, 운송, 단열절연재 및 내장재에 이르기까지 광범위하게 사용되고 있다. 따라서, 막대한 양의 폐우레탄이 방출되고 있으며, 재활용 실적이 미미한 편이다.

한편, 종래의 보도 자전거 도로, 산책로, 공원 등의 체육시설은 무기재료인 석재와 시멘트를 혼합한 콘크리트 성형하여 사용하거나 일부 컬러콘, 투수콘, 아스콘 등의 제품들로 구성되어 유용하게 사용되고 있으며 콘크리트 성형 제품은 강도가 너무 높아 착지면의 충격이 크며 고가의 시공비와 재료비로 인하여 일부에서만 시공되고 있는 실정으로 다음과 같은 문제점이 지적되고 있다.

콘크리트 보도블럭 및 컬러콘 등은 경도 및 내열, 내후성이 우수하여 널리 사용되고 있으나 약한 충격에도 쉽게 파손되는 취약성을 가지고 있어 취급상 부주의와 외부의 충격 등에 쉽게 파손되는 문제는 자주 교체하는 문제점이 있다. 또한, 탄성감이 없어 보행시의 느낌이 딱딱하다는 문제점 등 경제적 및 효용성의 측면에서 문제점이 있었다.

또한, 폐우레탄을 이용한 포장재는 탄성감이 있어 보행시의 감촉이 좋은 장점이 있으나, 안정적으로 지지되지 않아 지반이 침하되는 등의 문제가 발생하는 경우가 많았다.

따라서, 본 발명의 목적은 안정적으로 지지되면서도 탄성을 유지할 수 있는 포장재의 시공방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 일례의 투수성 탄성 포장재의 구조를 나타내는 단면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1: 포장재 11: 상부 탄성층(유색)

12: 하부 지지층 13 : 프라이머

121: 규사, 잔골재 122: 폐타이어 고무칩

상기 본 발명의 목적은 시공장소를 평탄화시켜 다진 후, 프라이머를 시공한 다음, 평균 입경 6-10mm의 잔골재(자갈) 또는 규사 70-80중량부 및 입경 4-8mm로 분쇄한 폐타이어고무 칩 10-30중량부를 주성분으로 하는 하부 지지층 재료와 3-4mm 길이로 절단한 폐우레탄 칼라 고무 칩을 주성분으로 하는 상부 탄성층 재료를 각각 준비하여, 하부 지지층 재료를 타설하고 하부 지지층 재료가 경화하기 전 또는 후에 바로 상부 탄성층 재료를 타설하는 것을 특징으로 하는 투수성 탄성 포장재의 시공방법에 의해 달성된다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따르면, 하부 지지층에 사용되는 고무 칩을 만드는데 이용되는 고무의 종류는 일반적으로 이용되는 모든 합성 또는 천연 고무가 가능하며, 환경보호를 위해 폐기된 고무를 사용하는 것이 바람직하며, 특히 폐 타이어 고무가 바람직하다. 폐타이어 고무칩의 물리적 성질은 다음과 같다.

<표 1> 폐타이어의 고무시편의 물리적 성질

종류	신장율(KSM6951-95)	인강강도(KSM6951-95)	내열/내한성시험길이변화율(%)(80±1℃×24시간)(20±1℃×24시간)	스프링 경도(n1)	입자
폐타이어고무칩(시편)	160(%)	72.2㎏f/㎠	+0.4/-0.2	78	3～7 ㎜

도 1은 본 발명의 시공방법에 의해 시공된 포장재의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 프라이머(13)위에 타설된 하부 지지층(12)에 안정적 지지를 위해 혼입되는 주재료는 경제성 등을 고려할 때, 자갈 또는 규사가 바람직하다. 평균 입경 6-10mm의 잔골재(자갈) 또는 규사 70-80중량부 및 입경 4-8mm로 분쇄한 폐타이어 고무칩 10-30중량부를 혼합한다. 여기에 재료의 결합을 위해 하부 지지층 전체 재료의 10-20중량%의 우레탄 수지를 혼합하도록 한다. 포장재의 비중이 물보다 높도록 자갈 또는 규사와 폐타이어 고무칩의 혼합비를 조절하여야 한다.

상부 탄성층(11)의 주재료로 사용되는 폴리우레탄 칼라 고무 칩 및/또는 EPDM칼라 고무 칩은 바람직하게는 3-4mm 크기로 절단된 것이 사용되며, 우레탄 바인더가 상부 탄성층 전체 중량의 15-25중량%로 혼합될 수 있다. 그 이하의 양으로 사용되면 고무칩이 충분히 결합되지 못하여 분리되는 경우가 생기게 되며 결합제가 너무 많이 사용되면 고무의 탄성만 떨어지고 더 이상의 접착력 증대효과가 나타나지 않게 된다.

폐우레탄 칼라 고무칩의 물리적 성질은 다음과 같다.

<표 2> 폐우레탄 고무칩시편의 물리적 성질

종류	내열/내한성시험 길이변화율80+1℃ 24시간-20+1℃ 24시간	반발탄성(KSM6951-96)	스프링경로(KSM6951-95)	인장강도(KSM6951-95)	신장율(KSM6951-95)	마모감량(㎎)
폐우레탄고무칩(시편)	0.3/0.1	32(%)	72	0.9(mpa)	60(%)	608ASTM D 4060Wheels : H-18회전수 : 1000회무 게 : 1000g

바람직한 하부 지지층(12)과 상부 탄성층(11)의 두께비는 2 : 1이다. 상부 탄성층에 혼합되는 폴리우레탄 바인더에 의해 하부 지지층(12)과 상부 탄성층(11)이 결합된다.

본 발명의 포장재를 이용하여 시공하는 순서는 도 2에 도시되어 있다.

준비공정을 통하여 현재의 노후화된 콘크리트 블록 위나 컬러콘 또는 투수콘위에 평탄성을 확보하고 불량부위는 투수성이 있는 레벨링 재료로 사전처리하고 기름성분이 잔존하고 있으면 중성세제로 제거한다.

공사구간을 확정한 후 표층재료와 기초층 사이에 프라이머(13)을 시공한다. 프라이머는 투수성을 손상하지 않도록 시공해야하며 시공 후 표층작업공정에 들어간다.

표층작업 재료를 2가지로 분류하여 각각 혼합하는데 우레탄 바인더, 수지혼합재료는 다음과 같은 혼합비율로 믹싱한다.

용 도	주 재 료	혼 합 재 료	혼 합 비	비 고
상부탄성층(연질층)	폐우레탄컬러칩	우레탄바인더	15-25%	중량비
하층 지지층(경질층)	폐타이어고무칩잔골재, 규사	우레탄수지계열의혼합재료	10-20%	중량비

운반후 타설 도중 재료의 결합성능 향상을 위하여 50～90도의 열로울러 다짐은 필수적이며 평탄성 확보를 위하여 특수 시공기인 휘니셔를 이용하면 우수한 평탄성을 확보 할 수 있다. 2단 일체형으로 작업을 하기 때문에 하부 지지층(12)의 타설 작업 후 경화되기 전에 상부 탄성층(11)을 시공한다.

표면의 내구성을 향상시키기 위해 고무칩표면에 폴리우레탄을 분무하여 사용할 수 있다.

시공된 후에도 투수구조로 되어 있어 강우시, 우수의 유출 완화, 지하수 환원 기능 등 환경보전의 의미에서도 높은 효과를 발휘하는 특징이 있다.

2단일체형 탄성포장재를 시공 후 경화중에 충격과 무거운 하중이 가해지지 않도록 하여야 하며, 하절기(30℃이상)에는 최저 24시간 동절기(1℃이하)엔 4～5일 이상 양생하여야 한다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

준비공정을 통하여 평탄성을 확보한 다음 프라이머를 시공하였다. 상부 탄성층 재료로는 폐 우레탄 고무를 재생하여 3-4mm로 절단한 폐우레탄 칼라 고무 칩80kg을 믹서기에 넣고 폴리우레탄 결합제(경기도 시흥시 시화공단 소재 경오화학 제품, 상품명 KA-770) 20kg을 부가하여 균일하게 혼합하여 탄성층 재료를 제조하였다. 다른 믹서기에 입경 8mm로 선별된 모래 70kg과 입경 4-8mm로 절단된 폐타이어를 재생한 고무 칩 15kg을 넣고 폴리우레탄 수지 15kg을 혼합하여 균일한 하부 지지층 재료를 제조하였다.

하부 지지층 재료를 먼저 타설하고 타설 도중 재료의 결합성능 향상을 위하여 50～90도의 열로울러로 다져주었다. 하부 지지층의 타설 작업 후 경화되기 전에 상부 탄성층을 시공하였다.

시공된 제품의 성능 시험을 실시하여 얻은 결과를 하기 표3에 나타내었다.

표 3. 성능시험 결과

항목	초기	1주일	2주일	3주일	4주일
내열성(온도 80℃)	17.9	19.4	19.8	20.3	22
내수성(온도 30℃)	17.4	15	15.6	16.4	15.4
내한성(온도-20℃)	17	16	15.7	15.8	16
내습성(온도 30℃,습도 95%)	16	13.7	13.4	14.9	15.6

높은 온도에서와 시간에 따른 내구성을 고찰하기 위해서 내열성을 조사한 결과 시간이 경과함에 따라 조금씩 강도가 증가하여 4주 후에는 약 17% 향상되었음을볼 수 있는데, 이는 접착제로 사용한 폴리우레탄 바인더가 높은 온도에서 시간이 경과함에 따라 경화되기 때문에 나타난 결과로 생각된다.

온도 -20℃와 30℃에서 실시한 내항성, 내수성과 내습성의 결과를 보면, 초기 값이나 4주 후의 값에 변화가 없음을 관찰할 수 있었다. 이러한 사실은 본 발명의 포장재가 낮은 온도와 물에 대한 저항성이 매우 우수함을 보여주는 결과로서 저항성이 매우 우수함을 보여주는 결과로서 4계절이 뚜렷하고 비나 눈이 많이 내리는 국내 상황에서 보도나 자전거 도로의 포장재로 사용할 시도 외부환경 변화에도 제품의 품질이 지속될 수 있음을 나타내 주는 결과이다.

본 발명의 방법에 의해 시공된 포장재는 상부 탄성층으로 인해 인간의 모든 활동시 걷거나, 달리는 등 신체의 충격을 줄이므로 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 하부 지지층으로 인해 슬럼프저하 현상을 방지할 수 있다.

본 발명의 방법으로 시공된 포장재는 환경변화에 따른 내구성이 우수하였으며, 물보다 높은 비중을 지니고 있어 안정성과 탄성이 뛰어난 장점이 있다. 또한, 폐 타이어, 폐우레탄 등을 재활용할 수 있어 환경보호에도 유익한 발명이다.

Claims (4)

1. 시공장소를 평탄화시켜 다진 후, 프라이머를 시공한 다음, 평균 입경 6-10mm의 잔골재(자갈) 또는 규사 70-80중량부 및 입경 4-8mm로 분쇄한 폐타이어고무 칩 10-30중량부를 주성분으로 하며 전체 중량의 10-20%의 폴리 우레탄 수지를 혼합한 하부 지지층 재료와 ;

   3-4mm 길이로 절단한 폐우레탄 칼라 고무 칩을 주성분으로 하며 전체 중량의 15-25%의 우레탄 바인더를 혼합한 상부 탄성층 재료를 각각 준비하여, 하부 지지층 재료를 타설하고 하부 지지층 재료가 경화하기 전에 바로 상부 탄성층 재료를 타설하며, 상기 타설 공정 후에는 1-30℃에서 1-5일간 양생하여 이루어짐을 특징으로 하는 투수성 탄성 포장재의 시공방법.
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