한국토목섬유학회논문집 제2권 2호 2003년 6월 pp. 25 ～ 31
1. 서 론
인구증가와 산업발달로 인하여 급격히 증가하고 있는 환경오염물질은 다양한 형태로 자연 중에 배출 되고 있다. 최근 급격한 자동차의 증가에 따라 발생 되는 폐타이어의 처리는 점점 사회적 문제로 대두되
고 있는 것이 현실이다. 폐타이어는 비압축성이며, 매립에 어려움이 따르며 매립한다고 해도 분해가 잘 안 되는 난처리성 폐기물중의 하나이다. 최근 어 느 국가를 막론하고 엄청난 양의 폐타이어가 지상 에 방치되는데 우리나라에는 매년 전국적으로 2,000만개가 발생되며 회수율이 68.6%이다.
*1 정회원, 인천대학교 토목환경시스템공학과 부교수 (Member, Associate Professor, Dept. of Civil & Envir. System Engrg., Univ. of Incheon, [email protected])
*2 비회원, 인천대학교 토목환경시스템공학과 박사과정 수료 (P. D. Candidate, Dept. of Civil & Envir. Engrg., Univ. of Incheon)
폐타이어 콘크리트 블록의 활용 방안에 관한 연구
A Study of Application on Waste Tire Blocks Filled with Concrete
*1 신은철 Shinl, Eun-Chul *2 이창섭 Lee, Chang-Sub
Abstract
Most recently, environmental problems arise from management waste tires by increasing number of automobiles. Waste tires are not compressible and not easy for degradation in landfill. Even if it were landfill, it is difficult to treat. Total amount of waste tires is about 20 million per year and the collection is 68.6%
in this country. Structure of slope stability using waste tire blocks filled with concrete increases durability, reduce construction period, and it can be utilized as an example. Therefore, it reduces the volume of waste and recycles waste. Also, it prevents the air pollution due to the incineration and creates economic value.
요 지
최근 들어 급격한 자동차의 증가와 함께 발생되는 폐타이어는 관리에 많은 어려움이 있다. 현재 유일한 처리방 법으로는 소각처리뿐인데 이 또한 유독 가스를 배출하기 때문에 환경적으로 악영향을 끼칠 수 있어 사용이 곤란하다. 이러한 난처리성 폐기물인 폐타이어는 뚜렷한 대안 없이 방치되어 경관을 해치고 미관상 위협감을 줄 수 있다. 이렇게 환경적․미관적으로 악영향을 미치고 있는 폐타이어를 재활용하는 방안으로 폐타이어 내부 에 콘크리트를 채워 구조적 강도를 확보하여 건설자재로 활용하면 내부 콘크리트를 보호할 수 있고 다양한 형태로 제작 가능하여 여러 방면에 적용할 수 있는 재료로 활용할 수 있다. 본 연구에서는 먼저 폐타이어 콘크리 트 블록의 사용 가능성을 검토하기 위해 강도 시험을 실시하였고 적용 분야와 적용방법을 검토해 보았다. 본 연구에서 제시한 적용 분야로는 사면안정 공법, 운하건설, 해안 접안시설, 도로 교통안전 시설물, 교량공 교각 및 기초 등이 있다. 이러한 공법으로 폐타이어를 재활용하여 실제 건설 현장에 적용한다면, 자원 재활용이 가능하 고 2차 환경오염 등에 따른 비용절감은 물론 소각시 발생할 수 있는 대기오염 방지 및 환경친화적인 경제 부가가 치를 창출할 수 있을 것이다.
Keyw ord : Waste tires, Recycle, Waste tires block, Pollution
그림 1. 폐타이어의 구조 및 성분 현재 폐타이어의 재활용의 대표적인 예로는 소각
하여 열에너지를 회수하는 방법이 있으나 소각할 경 우에 심한 대기오염의 유발과 과중한 소각설비 및 대기오염방지시설 등의 경제적 문제로 인해 보편화 되지 못하고 있다.
우리나라의 경우 폐타이어는 재활용이 매우 미흡 한 편으로 대규모 소각시설이 전무하며, 소규모 업체 에서 재생타이어나 폐타이어를 분쇄하여 분말을 가 지고 있으며 아스팔트나 보도블록 등으로 발생량에 비해 매우 적은 양만이 재활용되고 있는 실정이다.
본 공법은 환경오염에 주범인 폐타이어가 재활용 되는 공법이다. 콘크리트 구조물인 중성화(中性化), 염해(鹽害), 동해(凍害), 대기오염(大氣汚染), 산성 비(酸性雨), 알칼리 골재반응 및 유속에 의해 발생 되는 세굴이나 침식의 우려가 있는 교각 등 수중 구 조물이나 해안 및 하천의 제방 호안 철근콘크리트 구조물의 세굴로 인한 내구성 문제점으로 하여금 안 전불안으로 환경파괴 또는 콘크리트 구조체의 내구 성 저하로 인한 사회 불감증이 증폭되는 현실이고 하루속히 대책을 강구하여야할 시점에 있다. 폐타이 어 콘크리트 블록을 이용한 사면안정 공법을 적용 시는 구조물의 내구성 증대에 기여함은 물론, 공사기 간 단축, 거푸집 대용으로도 활용할 수 있어, 그에 따른 건설폐기물 발생억제, 또한 매년 수 만 톤씩 산 업폐기물로 발생되는 폐타이어를 이용하므로 자원 재활용이 가능하고, 2차 환경오염 등에 따른 비용절 감은 물론 소각시 발생할 수 있는 대기오염 방지 및 환경 친화적인 경제 부가가치를 창출할 수 있다.
본 폐타이어 콘크리트 블록을 이용하여 토목구조 물에 응용하면 다양한 공종에 적용은 가능하나 대표 적으로『하천, 해변의 호안(자연생태)식생블록, 수 중옹벽적용, 도로교통안전시설물』인 공종에 적용 할 수 있다. 폐타이어를 원형그대로 콘크리트 구조물 의 피복재로 활용하는 기술이 보급될 시에 공정이 간단하고 실용적이고. 폐타이어의 경우 자체 흡착성 이 좋아 미생물이 성장하는데 좋은 안식처를 제공해 미생물의 자생으로 인한 정수역할과 어족의 자생에 도움을 줄 수 있는 생태 친화적 환경을 제공할 수
있다. 그림 1은 폐타이어의 구조와 성분을 나타낸 것 이다.
2. 폐타이어 콘크리트 블록제작
폐타이어 콘크리트 블록의 제작과정은 다음과 같다.
① 폐타이어를 규격별로 수집하여 적용공사의 공종 에 따라 절단시 약간의 차이는 있지만 트레드 부 위와 타이어의 사이드웰 사이를 절단한다. 트레 드는 홈이 양호한 것으로 사용한다. 사이드웰 부 분은 본공법에서 재활용하거나, 잔재부분은 분쇄 하여 사용한다.
② 절단된 타이어의 트레드 부위를 청소한 다음 적 용공종의 모양과 삽입봉을 사용위치에 고정하고 적용 공사에 따라 철근 및 무근 콘크리트를 채워 사용한다. 폐타이어 절단한 타이어의 사이드웰 부분은 적용공종에 따라 적당한 규격으로 절단하 여 현장 조립시 사용한다(그림 2. a).
③ 폐타이어의 트레드 부위 안에 콘크리트를 타설하 며 요구하는 충진제를 첨가한다(그림 2. b).
④ 삽입봉(블록의 공간)은 적용공종에 따라 결정하 여야 하며, 연결봉을 삽입 할 수 있는 여유공간, 식물을 식제할수 있는 여유공간 확보, 블록과 블
a. 트레드와 사이드웰 절단 및 모양과 삽입봉의 위치결정 후 고정
b. 철근 및 무근 콘크리트 타설 후 양생 c. 폐타이어 콘그리트 블록 완성 그림 2. 폐타이어 콘크리트 블록 제작과정
그림 3. 용도에 따른 여러 종류의 원형 폐타이어 콘크리트 블록
그림 4. 형태를 변형시킨 폐타이어 콘크리트 블록 (직각블록과 8자블록)
록의 연결재 삽입, 포스트 및 외부의 장치를 고정 할 수 있는 공간을 설치한다(그림 3).
⑤ 적용공종에 따라 형상을 다양화할 수 있고, 폐타 이어 콘크리트 블록표면에 협오감을 감소시키기 위한 색상의 우레탄 도포 및 페인트 처리를 할 수도 있으며, 반사 가능한 CABLE TIES 도 활용 할 수 있다(그림 4).
3. 현장조립설치의 원리
적용공종에 따라 제작공정과 현장조립 방법이 다 르나 같은 원리로서 현장에 접합하도록 지그재그형 으로 설치한다. 폐타이어 콘크리트 블록과 블록사이 시멘트 그라우팅 충진하며, 또한 삽입봉과 연결봉 사 이에도 시멘트 그라우팅제를 충진함으로써 일체화
된 구조체의 시공이 가능하다(그림 5). 본 공법에 있 어서 조립이 용이하도록 여유가 있도록 삽입봉보다 연결봉이 적은 것을 사용했으며 응력이 큰경우는 연 결봉 속에 철근을 삽입 할수도 있으며 또한 응력 발 생 부위에 버팀 철근을 이용하여 보강할 수 있다. 교 량 및 옹벽 대용인 경우는 블록과 블록사이로 콘크리 트 타설시 시멘트 페이스가 새어 나오는 것을 차단할 수 있도록 폐타이어 콘크리트 블록 제작시 절개된 사이드웰 부위를 활용한다.
그림 6은 해안제방 파도의 파쇄가 가능한 공법으 로서, 또한 선박에 충격흡수 기능을 준다. 원형의 폐 타이어 콘크리트 블록공법을 사용하며, 폐타이어가 피복역할을 함으로서 내구성 증대에 기여한다. 폐타 이어 콘크리트 블록의 규격이 다양하므로 적용공정 에 적합한 블록의 무게 또한 타이어의 절단부위를
그림 5. 블록의 평면도 및 정면도
그림 6. 블록 구조체의 일체화
그림 7. 폐타이어 콘크리트 블록의 휨응력 시험
그림 8. 폐타이어 콘크리트 블록의 전단응력 시험
결정할 수 있다. 해안제방 콘크리트 제방 시공은 간 만의 차이로 시공의 어려움이 있으나 본 공법은 제작 품으로서 시공성이 용이하여 공기단축에 기여한다.
폐타이어 자체가 흡착성 성분이 있으므로 미생물 이 자생하여 생태계의 복원 및 콘크리트 구조체의 내구성을 증대시킨다.
4. 폐타이어 콘크리트 블록의 강도시험
폐타이어 콘크리트 블록의 사용시 발휘 강도를 측 정하기 위하여 휨강도 시험(그림 7)과 전단강도 시험 (그림 8)을 실시하였다.
휨 시험 결과에 따라 휨응력을 구하여보면 아래와 같다.
σb= 3PL
2bd2 = 3×12450×45
2×25×252 = 53.78 kgf/cm2
일반적으로, 휨 강도는 압축강도의 1/5～1/8 정도 의 값을 나타내지만, 본 실험에서는 1/4 정도의 값을
나타내고 있어 휨응력은 양호한 값이라 판단된다.
폐타이어 콘크리트 블록의 전단시험 결과에 따라 전단응력을 구하여보면 다음과 같다.
τ= S
A = 26,300π×52 4
= 1139kgf/cm2
전단력 작용시 삽입봉 및 철근에는 변화가 없고 콘크리트가 먼저 파괴되므로 콘크리트의 압축강도 에 의해 전단력이 지배됨을 알 수 있다.
따라서, 전단력 작용시 콘크리트의 압축강도를 구 하여보면, 일반적인 압축강도 기준을 상회하므로 안 전하다고 판단된다.
σc= P
A = 26,30015×15 = 116.7kgf/cm2
5. 공종별 적용 공법
5.1 계단식 사면안정(계단식) 공법
계단식 사면안정 공법은 토층의 세굴 예상깊이 까지
a. 평면도
b. 단면도
그림 9. 사면안정(계단식) 설치 평면도 및 단면도
그림 10. 폐타이어 콘크리트블록을 이용한 해안접안시설
그림 11. 폐타이어 콘크리트블록 설치도
그림 12. 벌집형 사면안정공의 설치 평면도 및 단면도 굴착하고, 세굴예방 블록 설치 후 연결핀에 폐타이어
콘크리트블록을 지그재그 형태로 조립하면 연결봉 과 삽입봉 사이에 모르타르를 주입할 수 있다. 폐타 이어 콘크리트 블록의 여유공간으로 하여금 법면보 호(정화, 침수, 뿌리활성화)의 식물을 식재한다.
5.2 운하건설, 해안접안시설
그림 10과 같이 전면에 블록조립 함과 동시에 연 결봉과 블록의 구멍(삽입봉) 사이에 시멘트 모르타 르 처리하여 일체화가 되도록 한다. 옹벽 배면은 일 정한 간격으로 주 철근과 연결봉과 고정(스트럽) 철
근으로 연결 할 수 있다. 블록과 블록의 사이로 배면 의 배수처리 및 내구성, 환경친화적성이다. 또한, 야 간반사경을 부착하여 안전표시의 기능을 확보할 수 있을뿐만 아니라 미관에도 도움을 준다(그림 11).
5.3 사면안정(벌집형) 하천법면상단부, 절성 토부 법면 보호공
폐타이어 콘크리트 블록은 절토부 사면안정 보호 공에 적합한 공종이며 미관에 효과적이며, 블록과 블 록 연결 락볼트를 활용할 수 있어 낙석방지에도 유리 하다.
그림 13. 폐타이어 콘크리트블록 측면도 및 평면도
그림 14. 방호책과 차선유도 블록 그림 15. 교통안전시설물 사용예
그림 16. 폐타이어 콘크리트 잔디블럭 단면도 5.4 도로 교통안전 시설물
그림 14와 그림 15에 나타난 방호책과 처선유도 블록은 차량충돌시에 타이어 흡착성, 블록안에 공간 확보, 타이어의 인장력으로 내충격성을 증가시킬수 있으며 타이어(트레드 부위)의 인장력으로 차량의 이탈 방지에 도움이 되며 폐타이어 콘크리트 블록은 조립 및 이동성이 편리하여 재활용의 가치가 양호하
다. 그림 13은 도로교통 안전시설물로 사용된 폐타이 어 콘크리트 블록의 측면도 및 평면도를 각각 나타낸 것이다.
5.5 폐타이어 콘크리트 잔디블록을 이용한 주차장 시설
그림 16에 나타난 폐타이어 콘크리트 잔디 블록은
그림 17. 교량공 적용모습과 교량공에 사용된 블록
주차장 표면수가 지하로 유입되어 지하수위가 상승 함으로서 물부족 국가의 대책공법이 될 수 있으며, 폭우시에 유출계수가 아스콘은 0.85이나 잔디주차장 의 경우 0.37로써 강우시 유달시간을 늦춰 수해 예방 에 기여 할 수 있다.
5.6 교량공 교각 및 기초
폐타이어 콘크리트 블록을 교량교각 축조공사에 사용하여 거푸집 대용으로 사용할 수 있고, 이는 교 각의 구조체 피복부재 역할을 하여 효율성 및 내구성 을 증대시킨다. 기존 교각의 보수용으로도 사용가능 하다. 교량기초에는 기초콘크리트 타설 후 본공법을 적용하며, 교각은 본구조물의 철근조립 공정 후 본 공법을 사용한다(그림 17).
6. 결 론
1. 폐타이어를 활용한 콘크리트 블록은 폐타이어의 모양변화를 통해 폐타이어의 tread가 부착된 내부 공간과 형태가 다양한 블록을 만들 수 있다.
2. 사면법면 보호를 위해 폐타이어 콘크리트 블록을 이용할 경우 콘크리트 블록내부의 변화를 통해 계 단식과 벌집형의 사면보호공이 가능하며 하천, 해
변의 호안(자연생태)식생블록, 수중옹벽적용, 도 로교통안전시설물에의 이용이 가능할 것으로 판 단된다.
3. 폐타이어 콘크리트 블록은 기성제품을 이용할 수 있는 장점이 있어 시공속도가 빨라 공기단축과 콘 크리트 블록의 재생이 용이할 것으로 판단된다.
감사의 글
이 연구는 인천대학교의 2003년도 연구지원으로 수행되는 특별과제인 “폐타이어 콘크리트 블록의 활 용방안에 관한 연구”를 통하여 연구되었으며, 연구 비 지원에 대하여 감사 드립니다.
참 고 문 헌
1. 박재광 (1996), 폐타이어 박편을 이용한 침출수의 난분 해성 유기물질 제거 환경기술.
2. 박주량,조창호,이수구, (1996) 폐타이어 재활용을 위한 GRT/HDPE 복합체에 대한 연구.
3. 정연규, 민달기, 오현제 (1986). 폐타이어에 의한 공장 폐수 내의 중금속제거에 관한 연구.
4. 조광명 (1991) “정수를 위한 흡착의 이론과 응용” 수도, 54.
5. Kipling J.J. and Wilson,R.B. (1960). “Adsorption from solutions of Non -Electrolytes” J.Appl.Chem.10,109.
6. 한국자원리싸이클링학회(1997), 폐타이어 활용기술.
