KR20050007217A

KR20050007217A - 발포성 고무칩을 이용한 탄성포장공법

Info

Publication number: KR20050007217A
Application number: KR1020040099871A
Authority: KR
Inventors: 안동기
Original assignee: 주식회사 죽산
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2005-01-17

Abstract

본 발명은 보행을 우선으로 하는 도로의 표층에 인체에 가해지는 충격을 완화시킬 수 있는 탄성력을 갖추면서 투수성과 내구성을 동시에 구비한 탄성포장을 할 때 기층 위에 발포 고무칩으로 된 발포탄성층과 EPDM(Ethylene Propylene Diene Momomer)칩 또는 우레탄칩으로 된 표면층을 순차적으로 포설 시공하여 탄성재의 특성변화에 따른 포장공정을 표준화함과 아울러 폐기되는 고무재를 재활용하여 친환경적으로 시공할 수 있게한 발포성 고무칩을 이용한 탄성포장공법에 관한 것으로,

즉, 콘크리트층 또는 쇄석다짐층 등의 기층 위에 발포 고무칩으로 된 발포탄성층과, EPDM칩 또는 우레탄칩 등의 발포되지 않은 탄성재의 칩으로 된 표면층을 순차적으로 포설 시공하고, 탄성포장의 용도와 시공환경에 따른 탄성도를 만족할 수 있도록 상기 고무칩의 크기와 발포 고무칩의 발포도 및 바인더의 경화도 등을 분석한 후, 그 분석결과 나타나는 탄성도를 기준으로 각 층의 두께를 환산하여 공정을 표준화함으로써, 시공환경에 적합한 탄성도를 유지토록함과 아울러 자원을 재활용할 수 있게 된 것이다.

Description

발포성 고무칩을 이용한 탄성포장공법{Method of flexible pavement using elastic chip having a properties of foaming}

본 발명은 발포성 고무칩을 이용한 탄성포장공법, 보다 상세하게는 보행을 우선으로 하는 도로의 표층에 인체에 가해지는 충격을 완화시킬 수 있는 탄성력을갖추면서 투수성과 내구성을 동시에 구비한 탄성포장을 할 때 콘크리트층 또는 쇄석다짐층 등의 기층 위에 발포 고무칩으로 된 발포탄성층과 EPDM(Ethylene Propylene Diene Momomer)칩 또는 우레탄칩으로 된 표면층을 순차적으로 포설 시공하여 탄성재의 특성변화에 따른 포장공정을 표준화함과 아울러 폐기되는 고무재를 재활용하여 친환경적으로 시공할 수 있게한 발포성 고무칩을 이용한 탄성포장공법에 관한 것이다.

일반적으로, 탄성포장(flexible pavement)은 고무 계열의 탄성재료를 노면에 시공하여 사람이 보행하는 도중 또는 부주의로 넘어지게 될 경우 인체에 가해지는 충격을 저감시키게 된 것으로, 보행로와 어린이 놀이시설 및 각종 체육시설 등의 노면에 광범위하게 적용되고 있다.

탄성포장의 구비조건으로서, 최적의 보행감을 줄 수 있는 충격흡수성, 내구성과 내후성, 보수 유지의 용이성, 환경에 친화적인 외관미 등이 요구되고 있으며, 상기 구비조건들은 탄성포장의 특징이면서 장점이 되고 있다.

종래에 고무재를 사용한 탄성포장방법은 폐타이어를 적정 입도로 분쇄하여 강선 및 폴리에스터 사 등의 이물질이 제거된 고무칩을 얻은 후, 현장에서 안료와 접착제를 혼합하여 프라이머 처리가 된 콘크리트 표층 또는 쇄석다짐층 위에 포설하여 탄성층을 형성한 것이 주종을 이루고 있으며, 상기 쇄석다짐층의 경우에는 노면안정과 투수성을 고려하여 폐고무칩을 자갈과 혼합되게 혼합층을 시공한 후 노면을 폐고무칩으로 된 탄성층으로 마감하였다.

그러나 상기 폐타이어를 소재로 한 고무칩의 경우에는 원소재인 타이어의 탄성 한계를 벗어나지 못하면서 탄성도가 저하되어 충격에 대한 완충정도를 조절하기 어려웠으며, 상기 폐고무칩을 자갈과 혼합한 혼합층의 경우에는 보수 유지를 위해 포장을 철거할 때 재활용이 근본적으로 불가능한 문제점이 있었다.

즉, 종래의 폐타이어로 된 고무칩을 이용한 탄성포장의 경우에는 단순한 원리로 제조되고 경험칙에 의존한 나머지 사용용도에 따른 공정의 표준화를 마련하지 않은채 대충 시공됨으로 인하여 탄성포장의 특성을 만족할 수 없었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 고무칩을 이용한 탄성포장의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 탄성소재로 된 칩의 제작과 포설공정을 분석하고 탄성바닥재의 특성 변화에 따른 표준공정을 마련하여 시공할 수 있는 발포성 고무칩을 이용한 탄성포장공법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 콘크리트층 또는 쇄석다짐층 등의 기층 위에 발포 고무칩으로 된 발포탄성층과, EPDM칩 또는 우레탄칩 등의 발포되지 않은 탄성재의 칩으로 된 표면층을 순차적으로 포설 시공하고, 탄성포장의 용도와 시공환경에 따른 탄성도를 만족할 수 있도록 상기 고무칩의 크기와 발포 고무칩의 발포도 및 바인더의 경화도 등을 분석한 후, 그 분석결과 나타나는 탄성도를 기준으로 각 층의 두께를 환산하여 공정을 표준화함으로써, 시공환경에 적합한 탄성도를 유지토록함과 아울러 자원을 재활용할 수 있게 된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예의 발포성 고무칩을 이용한 탄성포장층의 단면구성도,

도 2는 본 발명의 다른 실시예의 탄성포장층을 나타낸 단면구성도,

도 3은 본 발명의 발포탄성층을 구성하는 발포 고무칩이 면심입방결정 형태로 배열된 상태를 나타낸 평면구성도,

도 4는 본 발명의 탄성포장의 재료에 대한 발포 전, 후 원자간 거리의 변화를 나타낸 개요도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 기층 20 : 발포탄성층

30 : 표면층 40 : 페타이어칩

이하, 본 발명의 발포성 고무칩을 이용한 탄성포장공법을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예의 발포성 고무칩을 이용한 탄성포장층의 단면구성도로서, 본 발명의 탄성포장은 콘크리트층 또는 쇄석다짐층 등을 기층(10)으로 하고, 그 위에 프라이머(F)를 도포한 후 발포 고무칩에 바인더를 혼합 및 다짐하여 된 발포탄성층(20)과, EPDM칩 또는 우레탄칩 등의 발포되지 않은 탄성재의 칩에 바인더를 혼합하여 다짐된 표면층(30)이 순차적으로 포설 시공되어 있다.

상기 발포탄성층(20)은 일정한 크기로 발포된 고무칩을 바인더와 혼합하여 교반기에 넣고 교반한 후 포설하게 되며, 이 때 탄성층의 특성을 결정하는 요소로는 고무칩의 크기와 탄성계수, 탄성층의 공극률, 바인더의 상대량에 의해 결정된다.

발포 고무칩은 탄성을 가진 EPDM 및 우레탄 계열의 고무를 통상의 발포과정을 통해 발포한 후 분쇄하여 다양한 입도별로 선별하여 얻는다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예의 탄성포장층을 나타낸 단면구성도, 기층(10)을 쇄석다짐층으로 할 경우, 노면의 안전성을 고려하여 폐타이어칩(40)으로 탄성층을 형성한 상태에서 발포탄성층(20)과 표면층(30)을 순차적으로 포설 시공한 것이다.

일반적으로 발포 고무칩은 입자의 크기가 균일하지 않고 일정한 분포도를 이루지만, 본 발명에서는 일정한 크기의 원형 고무칩만을 사용한다고 가정한다. 이때 발포 고무칩을 기층(10)의 바닥에 포설하여 발포탄성층(20)을 시공하는 과정에서 각 발포 고무칩 입자는 상호 최소공극을 유지되는 이른바, 면심입방결정 형태로배열되게 하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 발포탄성층을 구성하는 발포 고무칩이 면심입방결정 형태로 배열된 상태를 평면으로 나타낸 것으로, 바닥으로부터 실선(L1)으로 된 고무칩이 한 층을 이루고, 그 위에 대시선(L2)의 고무칩 층, 그리고 점선(L3)의 고무칩 층이 형성된다. 그 위는 다시 실선→대시선→점선의 고무칩 층이 적층형태로 반복되고, 한 층 내에서는 고무칩의 중심이 인접된 고무칩의 중심과 삼각형을 이루도록 배치되며, 그 위의 층에서는 삼각형의 중심에 고무칩의 중심이 오도록 배열된다.

상기 고무칩이 면심입방결정 형태로 배열되면 고무칩 사이에는 빈 공간이 존재하게 되며, 전체 탄성층의 부피에서 빈 공간이 차지하는 비율을 공극률(孔隙率)이라 한다. 공극률은 바닥재의 투수성에 매우 큰 영향을 미치고, 또한 탄성계수에도 영향을 미치며, 면심입방결정의 공극률은 고무칩의 크기와 관계없이 약 26%로 되어 있다.

예컨데, 공극률이 p인 바닥층의 탄성계수를 계산해 보자. 바닥층 내의 빈 공간은 쉽게 고무칩이 변형될 수 있는 여유공간으로 작용하므로, 결과적으로 동일한 외력에 의한 변형을 크게 해 주는 효과가 있다. 따라서 공극률을 고려한 바닥층의 탄성계수는

...... (1)

로 주어진다. 상기 식(1)에서 E는 고무칩의 탄성계수로 고무칩을 구성하는 EPDM혹은 우레탄의 물질특성 값이다. 즉, 고무칩을 사용한 바닥재는 판형태의 빈 공간이 없는 바닥재에 비해 탄성계수가 약 26% 감소되는 것이다.

탄성포장에서 고무칩을 결합시키기 위해 사용하는 바인더도 탄성포장의 특성을 결정하는데 중요한 영향을 미친다. 일반적으로 탄성포장에서 바인더로는 우레탄 계열의 수지를 사용하는데, 바인더는 정상적으로 건조되면 일반 우레탄과 같은 물리적 특성을 보일 것으로 예측된다. 그러나 공기 단축을 위하여 일반적으로 경화제를 사용하는데, 이에 따라 바인더가 일반적인 우레탄보다 더 딱딱해지는, 즉 탄성계수가 증가하는 현상이 나타난다.

따라서, 바인더는 고무칩 사이의 빈 공간을 채우는 역할을 하므로, 전체 바닥재의 부피 중 바인더가 차지하는 부피비를 "η"으로 할 때 바인더에 의해 공극률은 p-η로 줄어들게 된다.

<그래프 1>

상기 그래프 1은 다양한 바인더 두께(d)에 대한 고무칩 크기(chip size)와 공극률(porosity)과의 관계를 나타낸 것으로, 예상과 같이 고무칩이 클수록 공극률이 커서 투수성이 좋으리라는 것을 알 수 있고, 또한 사용하는 바이더의 양(두께)이 적을 수록 투수성 향상에는 유리하다는 것을 확인할 수 있었다.

따라서 좋은 투수성을 유지하기 위해서는 바인더의 양은 고무칩을 결합시킬 수 있는 최소한의 양만을 사용해야 할 것이다.

바인더의 두께 및 경화제에 의한 탄성도 증가율에 따라 결과가 달라 질 수 있으므로, 경화제에 의한 탄성도 증가비율을 r이라 하고, EPDM과 우레탄 고무칩을 사용한 바닥재에 대해 몇 가지 값에 대하여 각각 탄성계수를 계산하면 다음과 같다.

단, 그래프 2는 EPDM 고무칩을 사용하는 경우이고, 그래프 3은 우레탄 고무칩을 사용하는 경우에 대한 바닥재의 탄성계수 계산 결과를 나타낸 선도이다. 이때 바인더의 두께는 각각 0.5㎜, 0.8㎜로 가정하고, 경화제에 의한 탄성도 증가율 r은 각각 2, 3의 값을 사용하였다.

<그래프 2>

<그래프 3>

위의 결과에서 볼 수 있듯이, 경화된 바인더에 의한 효과가 전체 바닥재의 탄성계수에 20-30% 정도 기여하며, 이 값은 바인더의 두께가 두껍고 고무칩의 크기가 작을수록 더 크게 영향을 미침을 알 수 있다. 즉 바인더의 양과 경화도를 조절하는 것이 전체 바닥재의 탄성계수에도 영향을 미치는 요인임을 확인할 수 있다.

탄성포장의 시공 비용을 절감하기 위하여 EPDM/우레탄 등을 발포하여 사용하는 것은 탄성도 조절에 있어서도 여러가지 장점을 갖는다. 발포란 고무계열의 재료를 고온의 조건에서 팽창시키는 과정을 의미하는데, 발포 후 고무의 단위 질량 당 부피가 커서 상대적으로 저렴하게 제작할 수 있다.

다음 표 1에서는 발포에 의해 부피가 60% 증가한 경우에 예상되는 EPDM/우레탄의 물리적 특성 예측치를 보여주고 있다. 이 중에서 바닥재의 탄성도 측면에서 가장 중요한 변수인 탄성계수의 발포 전후의 변화에 대한 이론을 정립해 보자.

특성	EPDM	우레탄
비중 (g/㎤)	0.72-0.80	0.69-0.72
경도 (Shore A)	37-39	22-29
인장강도(MPa)	2.8	18.7
신장률(%)	332	428
탄성계수(Mpa)	5.0	5.0

바닥재를 구성하는 물질에 대한 탄성특성을 미시적인 관점에서 분석하기 위한 일예로서, 바닥재를 외부 응력에 대응하는 용수철로 간주한 상태에서 발포를 하면, 부피가 증가하고, 이는 원자간의 거리 증가로 나타난다. 즉, 도 4에서와 같이 원자를 연결하는 용수철의 길이가 증가하는데, 그 결과 용수철 상수는 원자간 거리의 제곱에 반비례 해서 감소한다.

그러므로 발포도(발포에 의한 부피 증가율)를 f라 하면, 원자간의 거리는 (1/f)^1/3가 되므로, 탄성계수의 변화는

...... (2)

이 되고, 이 관계식 (2)를 발포 EPDM/우레탄을 사용한 탄성바닥재의 탄성계수를 계산할 수 있다. 다음 그래프 4는 발포된 EPDM 고무칩을 사용한 경우의 바닥재의 탄성도를 나타낸 것으로, 선도에서 볼 수 있듯이 바닥재의 탄성도는 발포도에 의해 최대 50% 정도까지 감소된다. 실제 고무칩의 탄성도는 더 크게 감소하지만, 경화된 바인더에 의한 탄성계수 기여가 크므로 전체적인 탄성도는 완화된 값을 보인다.

<그래프 4>

여기에서 볼 수 있듯이, 발포된 EPDM/우레탄 고무칩을 사용하는 것은 바닥재의 탄성계수를 최대 50% 정도 밖에는 변화시키지 않는다. 그러나, 공사비 측면에서 볼 때 같은 무게의 발포 고무는 발포되지 않는 고무와 거의 비슷한 가격으로 제조 가능하므로, 단위 부피당 가격은 발포도에 따라 감소하게 된다. 결과적으로, 발포도가 500%인 경우는 고무칩의 가격을 발포 전에 비해 약 1/5 감소시킬 수 있다. 즉 발포 EPDM/우레탄을 사용하면 탄성 특성에 큰 변화가 없이 공사비를 크게 절감할 수 있을 것이라 예측된다.

탄성포장은 운동이나 추락, 전도시 인체가 받는 충격을 최소화하는 역할을 함과 동시에 충분한 반발탄성으로 운동능력을 극대화할 수 있어야 하는데, 이때 인체가 받는 충격량을 수치화함으로써 여러 시공환경에 대해 적당한 탄성도를 제시할 수 있다.

먼저, 인체에 가해진 충격량이 인체에 미치는 영향을 살펴보기 위해 다음 그래프 5의 인체가 바닥에 충돌했을 때 겪는 인체의 영향을 충돌속도와 감속거리의함수로 나타내면, 감속에 의한 가속도는 감속과정 중에 받는 힘을 나타내므로, 감속가속도에 따른 인체 충격으로 이해할 수 있다. 감속가속도를 중력가속도 g와 비교하면, 1g의 가속도는 자유낙하 도중 느끼는 가속도로 인체에 큰 영향을 주지 않는다. 도표에서 알 수 있듯이 1-10g의 가속도는 우리가 통상적으로 느끼는 값으로 불쾌한 느낌만을 줄 뿐 인체에 부상을 일으키지 않는다. 이 값이 10-100g에 이르면 일상적으로 경험할 수 없는 가속도로 낙하산을 펼칠 때의 가속도나 소방그물에 떨어질 때의 가속도에 해당된다. 이 경우 부상의 가능성이 있으므로 극히 주위해야 한다. 감속가속도가 100g를 넘어가면 심각한 부상의 우려가 있고, 약 200g에 도달하면 사망하게 된다.

<그래프 5>

성인의 평균 체중을 60㎏이라 하면, 1g은 60㎏ 무게가 누르는 힘을 10g은 600㎏의 무게가 누르는 힘을, 100g은 6톤의 무게가 누르는 힘을 나타내며, 인체는대략 12톤 무게에 깔리게 되면 사망에 이르게 된다. 또한 인체를 지탱하는 뼈의 인장강도는 100㎫ 정도이다. 인체가 이 정도의 압력을 균일하게 받는 일은 일상적으로 잘 일어나지 않지만, 실제 추락시에는 손이나 머리 등 몸의 일부분이 바닥과 먼저 접촉하므로 충격력이 쉽게 뼈의 인장강도를 넘어설 수 있다.

예를 들면, 추락하면서 바닥에 손을 먼저 짚는 경우 얇은 손목에 힘이 집중되게 된다. 손목의 단면을 5㎝ ×1㎝로 가정할 때 5 ×10⁴N의 힘이 작용하면 손목뼈가 손상을 입게 되는데, 이 힘은 인체가 약 80g 정도의 가속도를 받았을 때 받게 되는 힘이다. 결과적으로 인체에 작용하는 힘은 추락시의 자세 등에 따라 크게 달라질 수 있으므로 이를 고려하여 포장재의 탄성도를 충분하게 설계해야 한다.

위에서 살펴본 바와 같이, 탄성포장에서는 고무칩의 탄성도, 공극률, 바인더 및 발포도 등 다양한 공정 변수들이 탄성도를 결정하게 되었으나, 이처럼 다양한 변수들을 모두 고려하여 탄성도 기준을 만드는 것이 실제적으로 매우 어려우므로, 하나의 기준으로 바닥재의 탄성도를 통일할 필요가 있다.

알려진 바에 의하면, 바닥에 충돌하는 물체가 받는 최대압력은 바닥재의 탄성계수를 두께로 나눈 값의 1/2 승에 비례하므로, 바닥재의 구조가 주어지면, 어느 정도 두께의 고무판이 충돌에 대하여 같은 충격량을 주는지를 계산할 수 있을 것이다. 이러한 개념은 철근-콘크리트 구조물에서의 탄성계수비와 환산두께라는 개념으로 정립되어 있다.

바닥구조에 대한 고무 환산두께는 다음과 같이 계산할 수 있다. 도 1의 단면구조를 살펴보면 쇄석이나 콘크리트 기층(10) 위에 발포고무칩을 5-20㎜ 형성하고, 표면층은 경도와 인장강도가 큰 발포되지 않은 고무칩을 이용하여 포설한다. 이 경우 발포탄성층(20)의 두께를 l₁, 표면층(30)의 두께를 l₂,라 하면, 고무환산두께 l_r은

...... (3)

이다. 상기 식 (3)에서 E₁, E₂는 발포탄성층과 표면층의 탄성계수이고, E_r은 고무판의 탄성계수이다.

상기 그래프 4에 나타난 발포 고무칩으로 구성된 바닥재의 탄성계수를 이용하여 고무 환산두께를 계산하기 위해 칩크기는 10㎜로 가정하고, 발포탄성층의 발포도는 500%로 가정하며, 발포탄성층의 두께를 200㎜, 표면층의 두께를 10㎜라 하면, 상기 탄성계수(E_r) 식으로부터,

...... (4)

가 되어, 고무판 37㎜와 같은 탄성특성을 보인다.

한편, 다음 그래프 6은 표면층의 두께를 5㎜, 10㎜, 15㎜로 고정하고, 발포탄성층의 두께를 10㎜에서 50㎜까지 변화시킬 때의 고무환산두께의 변화를 나타낸 것으로, 주어진 조건 내에서 최소 20㎜에서 최대 80㎜의 고무환산두께를 갖는 것을 알 수 있다.

<그래프 6 >

상기에서 확인되는 바와 같이, 탄성포장의 구조 및 고무칩 특성이 충돌시 인체에 미치는 최대힘을 크게 변화시키지만, 신체조건 및 자세에 따라 인체가 받는 피해정도는 크게 달라지게 되므로, 따라서 인체조건과 무관한 표준화된 탄성포장 평가방법이 요구되며, 이를 위하여 본 발명에서는 최대충격량이라는 물리량을 도입하고자 한다.

최대충격량은 가로, 세로, 높이가 모두 10㎝이며, 비중이 1인, 즉 전체 무게가 1㎏인, 정육면체가 1m의 높이에서 떨어졌을 때 바닥으로부터 받는 최대힘을 의미한다. 이 값은 고무환산두께가 주어진 경우 고무의 탄성계수로부터 계산이 가능하다.

예를 들면, 고무환산두께가 1㎝인 탄성바닥의 최대충격량은 1.2 ×10⁴N이고, 5㎝ 인 탄성바닥은 5.2 ×10³N 이 된다.

앞에서 살펴본 바와 같이, 발포성 탄성재(EPDM/우레탄)의 바닥재 시공방법은 제품 원가 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 신체조건에 의한 환경에 따라 발포비중 및 탄성도를 유효적절하게 조절할 수 있는 장점을 보여주고 있다.

기존 방법에 의하면 우레탄 고무칩을 사용하는 경우, 20㎜ 정도의 두께를 기본으로 하여 경험에 의거하여 대략적인 제조과정을 수행하고 있으므로, 이 과정에서 시공조건과 탄성포장의 특성의 관계를 제대로 이해하지 못하였다.

본 발명에서는 20㎜ 두께의 탄성층을 사용하는 경우를 표준으로, 활용용도에 따른 탄성포장 설계의 변화를 예측할 수 있다. 평균적인 탄성도를 갖는 경우는 보행로 등에 사용될 수 있다면, 공원광장은 이 보다 약 20% 정도 더 큰 충격량이 허용 가능하고, 어린이 놀이터는 20% 더 적은 충격량이 허용 가능하다고 가정한다.

그러므로 그래프 6에서와 같이 20㎜ 탄성층을 갖는 경우의 고무환산두께는 37㎝이고, 이 경우 최대충격량은 6.0 ×10³N 이며, 시공환경에 따른 탄성포장 기준을 표 2에 나타내면 다음과 같다. 또한, 상기 표 2에 제시된 기준을 선도로 나타내면, 다음 그래프 7에서와 같으며, 여기에서 각각의 용도 내에서 오차점위를 ±5%로 잡았다.

상기 계산 결과로부터 살펴보면, 어린이 놀이터는 가장 탄성도가 높아, 어린이의 안전에 효과적임을 알 수 있다. 어린이 놀이터에서의 추락시 상대적으로 딱딱한 공원광장에 비해 40% 적은 충격을 받는다.

용도별	최대충격량(N)	고무환산두께(㎜)	탄성층두께(㎜)
공원광장	7.3 ×10³	25	12
보행로	6.0 ×10³	37	20
어린이 놀이터	4.8 ×10³	58	35

< 그래프 7>

A : 공원광장, B : 보행로, C : 어린이 놀이터

상기와 같이 발포 EPDM/우레탄 칩을 이용한 탄성포장은 다양한 시공환경에 맞는 탄성도를 제공할 수 있으므로, 폐타이어를 이용하는 기존 공법에 비해 큰 응용가능성을 제공한다. 즉, 타이어는 천연고무와 합성고무에 카본블랙 등의 보강제를 첨가하고, 이 고무를 레이온, 나일론, 폴리에스테르 등으로 만들어진 타이어 코드지에 입혀서 전체적인 모양이 만들어지므로, 그 결과 타이어에 사용되는 고무도 탄성계수가 10㎫ 이상으로 일반 고무보다 크고, 타이어 코드지의 영향으로 충격이 쉽게 전파되지 못하여, 일반 고무보다는 탄성도가 많이 떨어지게 됨으로써, 폐타이어를 이용하는 탄성포장은 다양한 탄성도를 구성하기가 어려운 단점을 갖는다.

따라서, 발포 EPDM/우레탄 탄성포장은 시공환경에 따른 탄성도 조절이라는, 기존 폐타이어 활용 고정이 갖지 못한 장점을 갖는다 하겠다.

한편, 실제로 사용되는 탄성포장 구조에서 환경에 따른 탄성도 조절을 달성하는 방법에 대해 살펴보면 다음과 같다. 탄성포장 구조로는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 콘크리트 또는 쇄석다침층으로 된 기층(10)에 시공하게 된 기층형성식 탄성포장방법과 혼합식 탄성포장방법으로, 먼저 기층형성식 탄성포장법에 대한 시공조건과 투수율은 다음 표 3과 같다.

폐타이어의 탄성계수가 10-20㎫ 임을 이용하여 표 3에 나타난 탄성포장 구조에 대해 최대충격량을 계산하였다. 예측한 바와 같이 최대충격량은 표준 A 〉표준 B 〉 표준 C 를 만족하고, 계산된 최대충격량이 상기 표 2 의 용도에 따른 최대충격량과 유사한 값을 보이며 그 경향이 일치함을 알 수 있다. 이로부터 표준 A 는 공원광장용, 표준 B는 보행로, 표준 C는 어린이놀이터에 적합한 탄성포장 구조로서 제시할 수 있을 것이다.

표준 A

기층별	두께(㎜)	Chip크기(㎜)	바인더비율	투수율	최대충격량
1.표면층	5	2∼3	9.5	48	7.3×10³(N)
2.발포탄성층	5	2∼3	9.8	67
3.하부기층	30	4∼5	11.4	86
계	40	ㅡ	ㅡ	67

표준 B

기층별	두께(㎜)	Chip 크기(㎜)	바인더비율	투수율	최대충격량
1.표면층	8	3∼4	10.5	52	6.4×10³(N)
2.발포탄성층	7	4∼5	11.0	69
3.하부기층	35	6∼7	12.05	88
계	50	ㅡ	ㅡ	69.6

표준 C

기층별	두께(㎜)	Chip 크기(㎜)	바인더비율	투수율	최대충격량
1.표면층	10	4∼5	10.9	54	5.6×10³(N)
2.발포탄성층	12	6∼7	12.03	71
3.하부기층	38	8∼9	12.05	91
계	60	ㅡ	ㅡ	72

다음 표 4는 발포고무칩과 폐타이어칩을 함께 혼성하는 혼합식 탄성포장법에 대한 시공조건과 투수율을 나타내고 있다. 이 경우도 역시 최대충격량은 표준 A 〉 표준 B 〉표준 C 를 만족하고, 계산된 최대충격량이 표 4의 용도에 따른 최대충격량과 유사한 값을 보이며 그 경향이 일치함을 알 수 있다. 따라서, 혼합식 포장에 대해서도 표준 A는 공원광장용, 표준 B는 보행로, 표준 C는 어린이놀이터에 적합한 탄성포장 구조로서 제시할 수 있다.

표준 A

기층별

두께(㎜)

Chip크기(㎜)

폐타이어 칩 Vs발포고무칩 혼합비율

바인더비율

투수율

최대충격량

1.표면층

5

2∼3

-

9.5

48

7.6×10³(N)

2.하부기층(폐타이어칩+발포고무칩)

35

6∼7

85:15

10.7

82

계

40

ㅡ

65

표준 B

기층별

두께(㎜)

Chip크기(㎜)

폐타이어 칩 Vs발포고무칩 혼합비율

바인더비율

투수율

최대충격량

1.표면층

8

3∼4

-

10.5

52

6.7×10³(N)

2.하부기층(폐타이어칩+발포고무칩)

42

7∼8

80:20

12.0

88

계

50

ㅡ

70

표준 C

기층별

두께(㎜)

Chip크기(㎜)

폐타이어 칩 Vs발포고무칩 혼합비율

바인더비율

투수율

최대충격량

1.표면층

10

4∼5

-

10.9

54

5.9×10³(N)

2.하부기층(폐타이어칩+발포고무칩)

50

8∼9

70:30

12.5

91

계

60

ㅡ

72.5

지금까지 논의된 용도에 따른 탄성도와 탄성포장 구조와의 관계를 정리하면, 다음 표 5와 같다.

용도	적정기준	기층형성식	혼합식
공원광장	7.3×10³	(표준 A)7.3×10³	(표준 A)7.6×10³
보행로	6.0×10³	(표준 B)6.4×10³	(표준 B)6.7×10³
어린이놀이터	4.8×10³	(표준 C)5.6×10³	(표준 C)5.9×10³

이처럼 발포고무칩을 이용하면 실제 시공현장에서 보행환경에 적절한 탄성도 및 최대충격량을 용이하게 구현할 수 있고, 그 조절을 이론적으로 쉽게 예측할 수 있다는 것을 보일 수 있었다. 이는 기존의 폐타이어칩에서 쉽게 구현될 수 없는 것으로, 발포고무칩만의 장점을 명확히 보여주는 좋은 예가 됨을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 발포성 고무칩을 이용한 탄성포장공법은 콘크리트 또는쇄석다짐으로 된 기층위에 발포 고무칩으로 된 발포탄성층과 발포되지 않은 EPDM칩 또는 우레탄칩 등으로 된 표면층을 시공할 때 각 소재의 탄성특성을 분석하여 표준공정을 마련함으로써 시공환경에 적합한 탄성도를 유지할 수 있는 효과가 있으며, 상기 탄성층을 구성하는 소재의 일부를 폐기되는 고무재를 발포 가공하여 재활용 함으로써 친환경적으로 재활용할 수 있는 등의 장점도 있다.

Claims

적정두께로 타설되어 양생된 콘크리트층 또는 쇄석다짐층 등의 기층(10) 위에 탄성력을 부여하는 탄성바닥재를 시공함에 있어서,

상기 기층(10) 위에 프라이머(F)를 도포한 후 EPDM 또는 우레탄 계열의 고무를 발포 및 분쇄하여 얻은 적정입도의 고무칩에 바인더를 혼합 및 다짐하여 발포탄성층(20)을 시공하는 단계와, 상기 발포탄성층(20) 위에 EPDM 또는 우레탄 등의 고무를 분쇄하여 발포되지 않은 탄성재의 칩을 얻은 후 이에 바인더를 혼합 및 다짐하여 표면층(30)을 시공하는 단계로 된 것을 특징으로 하는 발포성 고무칩을 이용한 탄성포장공법.
제 1항에 있어서, 상기 발포탄성층(20)을 구성하는 발포 고무칩이 면심입방결정 형태로 배열되고, 발포 고무칩을 결합시키는 바인더가 우레탄 수지로 되며, 상기 탄성층의 탄성특성을 고무칩의 크기와 식 (1)의를 만족하는 탄성계수, 탄성층의 공극률, 바인더의 상대량에 의해 결정하게 된 것을 특징으로 하는 발포성 고무칩을 이용한 탄성포장공법.
제 1항에 있어서, 상기 기층(10)이 쇄석다짐층으로 되고, 쇄석대침층의 위에 노면의 안전성을 고려하여 폐타이어칩(40)으로 탄성층을 형성한 상태에서 발포탄성층(20)과 표면층(30)을 순차적으로 포설한 것을 특징으로 하는 발포성 고무칩을 이용한 탄성포장공법.