KR100466285B1 - 폐 유리섬유 강화 플라스틱을 이용한 투수성 건자재 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투수성 건자재 조성물에 관한 것으로서, 그 구성은 폐 유리섬유 강화 플라스틱(FRP)을 골재로 이용하는 투수성 건자재 조성물에 있어서, 분쇄입경 2.5∼5mm 및 1.0∼2.5mm의 잔골재; 및 분쇄입경 5∼10mm이 조골재로 분리 형성하여 배합된 폐 유리섬유 강화 플라스틱 75∼92중량％, 불포화 폴리에스테르 수지 및 경화제로 이루어진 결합재 7∼13중량％ 및 충전재 1∼12중량％의 범위로 혼합된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 처리에 어려움이 있는 폐FRP를 친환경적이면서 경제성 있는 건설재료로의 이용이 가능하며, 본 발명에 의해 제조된 건자재는 역학적 성질 및 내구성이 우수하고 경량이며, 투수성능을 부여하고 있기 때문에 투수성 보도블록, 옥상 녹화용 투수블록 등 광범위하게 활용할 수 있는 효과가 있다.

Description

폐 유리섬유 강화 플라스틱을 이용한 투수성 건자재 조성물{Water-permeable construction materials using waste fiber reinforced plastics}

본 발명은 투수성 건자재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환경오염을 유발시키는 폐 유리섬유 강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastics, 이하, 'FRP' 라 한다)을 골재로 이용하고, 이와 동질재료이면서 역학적 성질 및 내구성이 우수한 불포화 폴리에스테르수지를 결합재로 이용한 폐 FRP를 이용한 투수성 건자재 조성물에 관한 것이다.

FRP는 보강재인 섬유와 결합재인 수지로 이루어진 복합재료이다. 현재 사용되고 있는 FRP제품은 주택기기, 건설자재, 산업구조물 등 다양한 분야에서 많이 사용되고 있으며, 현재 국내에서는 연간 약 3만 5천톤 정도가 생산되며 그 생산량이 매년 급격히 증가 추세에 있다.

반면 폐기되는 FRP의 양도 비례하여 증가하여 현재 년간 1만톤 정도가 배출되고 있어 이에 대한 처리문제가 심각한 실정이다.

한편 FRP는 열경화성수지와 불연성의 유리섬유로 이루어져 있기 때문에 열가소성 수지와는 달리 소각에 의한 처리가 아주 어려우며 비록 소각처리 한다고 할지라도 다이옥신 발생 등의 환경오염을 일으킬 수 있으며, 완전 소각을 위한 설비는 매우 고가라는 문제점이 있다. 따라서 대부분의 경우 주로 절단 또는 분쇄하여 매립하고 있으나 이 또한 현재 폐 FRP가 산업폐기물로 지정되어 있어 지정 매립장소에 매립하여야 하기 때문에 매립장소의 확보가 어렵고, 처리비용 또한 많이 소요된다.

이와 관련하여 대한민국특허 제0225129호에서는 폐 FRP를 건설재료에 이용하는 기술이 제시되었다. 즉, 폐 FRP 분말과 메트릭스 수지간에 화학적 결합이 가능한 실란계 커플링제를 사용하여 이들의 양을 변화시키면서 수지와 혼합시켜 건자재를 성형하는 방법이 제시되었다. 상기 종래 기술은 폐 FRP를 입자크기가 2㎛∼50mm인 분말형태로 이용하며, 구체적으로 폐 FRP를 볼밀, 햄머밀 및 냉동파쇄법으로 분쇄하는 방법이 기재되어 있으나, 현실적으로 자체 강도가 큰 폐 FRP를 2㎛의 크기로 분쇄하기 위하여 많은 설비와 비용 및 시간을 필요로 한다는 문제점이 있었다. 또한 계면결합력 증가를 위해 실란계 커플링제 등을 첨가해야 하므로 제조 비용이 비싸다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 친환경적이면서 역학적 성질 및 내구성이 우수한 폐FRP를 이용한 투수성 건자재 조성물 및 이를 이용한 투수성 건자재의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 폐FRP의 혼입량을 최대화하여 그 처리효과를 극대화 하고, 반대로 수지사용량을 최소화하여 비용이 절감되는 폐FRP를 이용한 투수성 건자재 조성물 및 이를 이용한 투수성 건자재의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 혼입되는 폐FRP를 미분쇄할 필요가 없고, 또한 폐FRP의 분쇄입경에 따라 골재혼합비 및 충전재-결합재비를 조절하여 기존 시멘트 콘크리트를 이용한 투수성 건자재에 비하여 강도 및 내구성이 뛰어나면서 소요의 투수성능을 가지는 폐FRP를 이용한 투수성 건자재 조성물 및 이를 이용한 투수성 건자재의 제조방법을 제공함에 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 폐 유리섬유 강화 플라스틱을 이용한 투수성 건자재 조성물은 폐 유리섬유 강화 플라스틱(FRP)을 골재로 이용하는 투수성 건자재 조성물에 있어서, 분쇄입경 2.5∼5mm 및 1.0∼2.5mm의 잔골재; 및 분쇄입경 5∼10mm의 조골재로 분리 형성하여 배합된 폐 유리섬유 강화 플라스틱 75∼92중량％, 불포화 폴리에스테르 수지 및 경화제로 이루어진 결합재 7∼13중량％ 및 충전재 1∼12중량％의 범위로 혼합된 것을 특징으로 한다.또한 본 발명의 폐 유리섬유 강화 플라스틱을 이용한 투수성 건자재 조성물에 있어서, 상기 결합재 및 충전재가 1:0.25 내지 1:1의 비율로 혼합된 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 폐 유리섬유 강화 플라스틱을 이용한 투수성 건자재 조성물에 있어서, 상기 경화제는 상기 불포화 폴리에스테르 수지의 1.5중량％에 해당하는비율로 함유된 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 의한 구성 및 작용을 설명한다. 하기의 실시예가 본 발명의 권리를 한정하는 것은 아니다.

〈실시예〉

본 발명에 의한 실시예는 각각 결합재 7.5, 9, 10.5중량％의 범위로 혼합하고, 충전재(중질탄산칼슘) 및 결합재비를 0.25:.1, 0.5:1, 1:1의 비율로 각각 혼합하였다. 상기 결합재는 불포화 폴리에스테르 수지 및 경화제를 혼합하여 구성되며, 그 혼합비율은 상기 불포화 폴리에스테르 수지의 1.5중량％에 해당하는 경화제를 혼합하였다.또한 폴리머 콘크리트의 투수성과 역학적 성질은 잔골재의 배합영향을 크게 받으므로 전체적인 최적배합을 유도하기 위하여 폐 FRP를 잔골재와 조골재로 분리 형성하여 혼합비율을 조정하였으며, 구체적으로 상기 잔골재는 분쇄입경 2.5∼5mm 및 1.0∼2.5mm인 2종으로 분쇄하여 조성물 전체 중량에 각각 10∼20중량％ 및 10중량％의 범위로 혼합하고, 상기 조골재는 분쇄입경 5∼10mm으로 분쇄하여 잔량의 범위로 혼합 사용하였다.상기 실시예의 구체적 조성은 하기의 표 1과 같다.〈실험예〉

상기와 같이 형성된 조골재, 잔골재 및 충전재를 중량비에 따라 계량하여 3분 동안 건비빔을 하고, 불포화 폴리에스테르 수지 및 경화제로 이루어진 결합재를 넣어 균일하게 혼입시킨 다음, 상기 건비빔한 골재 및 충전재 함께 3분 동안 비벼서 몰드에 타설하여 진동가압하였다.

제작된 폴리머 투수성 콘크리트의 공시체는 6시간후에 탈형하고 온도 20±1℃, 습도 50±2％인 상태에서 3일간 양생한 후 단위용적중량, 공극율, 압축강도, 휨강도 및 투수계수를 측정하였다. 측정된 결과는 하기의 표 1과 같다.

[표 1] 공시체의 배합 및 실험결과

표 1에 나타난 바와 같이, 폴리머 투수성 콘크리트는 투수를 위한 공극을 인위적으로 확대하기 때문에 단위용적 중량은 감소되기 마련이며 그 감소량은 사용골재의 종류, 크기, 표면상태 및 배합비에 따라 일정한 차이가 있다. 본 발명에 의한 실시예에서는 보통 시멘트 콘크리트의 평균 단위용적중량의(2,400kg/㎥이라고 할 때) 약 55％로서 경량재료로서 활용가치가 크다고 판단되었다. 세부적으로 충전재량의 증가에 따라 중량이 증가하는 추세를 보였지만 증가량은 아주 미소하였고, 수지의 사용량이 1.5중량％씩 증가할 때마다 단위용적중량이 1％씩 증가하는 것으로 나타났으며, 폐 FRP 잔골재의 사용량이 10％씩 증가할 때마다 2％씩 증가하였다.

공극율은 2.5∼5mm 잔골재가 10％씩 증가할 때마다 저감되는 것으로 나타났다. 또한 동일한 조건에서 충전재의 사용량이 적을수록 공극율은 커졌으며 수지의 사용량이 1.5중량％씩 증가할 때마다 평균 7.8％씩 저감하는 것으로 나타났다.

강도 및 투수특성은 수지의 사용량이 7.5, 9, 10.5중량％ 범위에서는 모두 양호하였으나 일정량 이하로 되면 수지량의 부족으로 강도가 크게 저감되었으며 시공성도 크게 떨어져 현장 적용이 어렵다. 또 수지의 사용량이 7.5, 9, 10.5중량％ 범위에서 압축강도와 휨강도의 평균 차는 7kg/㎠ 와 2.7kg/㎠로서 수지량이 1중량％씩 증가할 때마다 압축강도와 휨강도는 평균 3％와 4％씩 증가하는 것으로 나타났으며 상대적으로 투수계수는 감소하는 것으로 나타났다. 특히 수지량이 일정량을 초과하면 공시체의 밑바닥에 수지가 흘러내려 층을 이루어 투수계수가 현저히 작아져 폴리머 투수성 콘크리트의 제작에 문제가 있는 것으로 나타났다. 전체적으로 볼 때 적은 양의 수지로도 배합비에 따른 공시체의 강도성상이 좋게 나타나는 것은 폐 FRP와 불포화 폴리에스테르가 동질재료로서 부착성이 좋고 폐 FRP의 유리섬유가 이들을 더욱 견고히 잡아주는 역할을 도모하기 때문이다.

이와 같이, 본 발명에 의한 실시예는 분쇄입경이 5∼10mm인 칩상태의 폐 FRP가 주재료인 것을 알 수 있는데, 이것은 폐 FRP의 강도가 크기 때문에 미분쇄가 어렵다는 문제를 고려한 것이다. 또한 결합재가 소량 사용되기 때문에 제조비용이 절감할 수 있을 뿐만 아니라 종래 시멘트 콘크리트를 이용한 투수성 블록 등에 비하여 높은 강도를 발현할 수 있으며 내화학성 및 동결융해 저항성이 우수한 장점이 있어 산업폐기물인 폐 FRP를 고부가성 자원으로 재활용할 수 있다.

본 발명에 의하면 처리에 어려움이 있는 폐FRP를 친환경적이면서 경제성 있는 건설재료로의 이용이 가능하며, 더욱이 이를 다량 혼입하기 때문에 폐FRP의 처리 또는 재활용 효과가 매우 탁월하다.또한 자체 강도가 매우 큰 폐FRP를 미분쇄하지 아니하고 상대적으로 큰 분쇄입경 상태로 이용하기 때문에 분쇄공정이 용이하고, 비용도 절감된다.또한 본 발명에 의해 제조된 건자재는 역학적 성질 및 내구성이 우수하고 경량이며, 투수성능을 부여하고 있기 때문에 투수성 보도블록, 옥상 녹화용 투수블록 등 광범위하게 활용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 폐 유리섬유 강화 플라스틱(FRP)을 골재로 이용하는 투수성 건자재 조성물에 있어서,

   분쇄입경 2.5∼5mm 및 1.0∼2.5mm의 잔골재; 및 분쇄입경 5∼10mm의 조골재로 분리 형성하여 배합된 폐 유리섬유 강화 플라스틱 75∼92중량％, 불포화 폴리에스테르 수지 및 경화제로 이루어진 결합재 7∼13중량％ 및 충전재 1∼12중량％의 범위로 혼합된 것을 특징으로 하는 폐 유리섬유 강화 플라스틱을 이용한 투수성 건자재 조성물.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 결합재 및 충전재가 1:0.25 내지 1:1의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 상기 폐 유리섬유강화플라스틱을 이용한 투수성 건자재 조성물.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 경화제는 상기 불포화 폴리에스테르 수지의 1.5중량％에 해당하는 비율로 함유된 것을 특징으로 하는 상기 폐 유리섬유 강화 플라스틱을 이용한 투수성 건자재 조성물.