道 路 工 學 大 韓 土 木 學 會 論 文 集
第31卷 第3D 號·2011年 5月 pp. 413~420
폐목재 칩을 활용한 목질계 보도포장재의 특성에 대한 기초연구
Basic Study on the Characteristics of Wooden Sidewalk Pavement Material using Wood Waste Chip
최재진*·송진우**
Choi, Jae Jin·Song, Jin Woo
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Abstract
An experiment was conducted to suggest the road pavement material combining wooden chip crushed from little useful roots and branches from logging sites or wood waste from construction sites with urethane resin. For the specimen, the mass ratio of urethane resin to construction wood waste chip / lumber waster chip was set to three different levels of 0.5, 0.75, and 1.0, which was measured, mixed with mixer, and molded; 7 days after, tensile strength test, elasticity test using golf balls and steel balls, permeability coefficient measurement, and flammability test were executed. As the result, the tensile strength of the spec- imen at the dry state in the air exhibited the range of 0.2~1.1MPa, and there was no change after 7 days of aging. When sub- merged in water, however, the strength was partially diminished; the diminishing rate was greater for less urethane resin usage, and therefore it appears desirable to set the mass ratio of resin to the wood waste chip over 0.75 to consider the moisture intrusion by precipitation and such. As the result of elasticity test, the GB and SB coefficients of the specimen using wood waste chips and ure- thane resin were measured to be low at below 20%, exhibiting excellent elasticity as road pavement material. Also, the perme- ability coefficient was over 0.5mm/sec for specimens of all combinations, exceeding the standard value required after construction for permeable pavement material, and the flammability of wood-type pavement material was evaluated to have no practical issues.
Keywords : wood waste, urethane resin, tensile strength, GB coefficient, SB coefficient, permeability
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요 지
건설현장에서 나오는 폐목재 또는 활용가치가 낮은 벌목지에서 발생하는 나무뿌리와 가지 등의 임목폐기물을 분쇄한 목재 칩을 우레탄 수지로 결합시킨 보도용 포장재를 제안하기 위한 실험을 실시하였다. 시험체는 재료혼합비율로서 건설폐목재 칩 및 임목폐기물 칩에 대한 우레탄 수지의 질량비를 0.5, 0.75, 1.0의 3수준으로 정하고 재료 계량 후 믹서로 혼합, 성형한 다음 7일이 경과하였을 때 인장강도 시험, 골프공과 스틸볼을 이용한 탄력성 시험, 투수계수 측정 및 가연성 시험을 실시하 였다. 실험결과 공기중 건조상태에서 시험체의 인장강도는 0.2∼1.1MPa의 범위를 나타냈으며 재령 7일 이후의 강도 변화는 나타나지 않았다. 그러나 침수시켰을 때 강도가 저하되었으며 그 강도의 저하비율은 우레탄 수지의 사용량이 적을수록 크게 되므로 강우 등에 의한 수분 침투를 고려하여 폐목재 칩에 대한 수지의 질량비는 0.75 이상으로 하는 것이 바람직하다고 판단된다. 탄력성 시험결과로서 폐목재 칩과 우레탄 수지를 사용한 시험체의 GB계수와 SB계수는 20% 이하의 낮은 값으로 측정되어 보도용 포장재로서 우수한 특성을 나타냈다. 또한 투수계수는 모든 배합의 시험체에서 0.5mm/sec 이상으로, 투수성 포장재에 있어서 시공 후 요구되는 일반적인 투수계수의 기준값을 상회하였으며, 목질계 포장재의 가연성은 실용상 특별히 문제가 되지는 않을 것으로 판단되었다.
핵심용어 : 폐목재, 우레탄 수지, 인장강도, GB계수, SB계수, 투수성
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1. 서 론
지구 온난화를 방지하기 위한 이산화탄소의 배출감소는 국 제적인 과제이며 그 해결책의 하나로써 석유자원의 리사이 클링 추진과 더불어 폐목재의 리사이클링에 의한 탄소 고정 이 주목을 받고 있다(久保 등, 2007). 특히 재자원화율이 낮 은 CO2 흡수저장원인 목재 자원의 순환이용은 더욱 중요한
의미를 갖게 되었고 폐목재의 적절한 재활용 및 에너지 이 용에 대한 관심이 증가하고 있다(박준석 등, 2008).
폐목재는 벌목지에서 발생하는 나무뿌리와 가지 등의 임목 폐기물과 아파트 등의 시공현장에서 나오는 건설폐목재 및 제재소나 합판공장의 원목가공과정에서 발생하는 것 등이 있 는데, 최근 산업 발전에 따른 재건축의 증가로 건설 폐자재 중 폐목재량이 증가하고 있는 추세이다. 현재 임목폐기물에
*정회원·교신저자·국립공주대학교 건설환경공학부 교수 (E-mail : [email protected])
**국립공주대학교 대학원 건설환경공학부 석사과정 (E-mail : [email protected])
속하는 간벌재는 우리나라 숲 가꾸기 사업에서 연간 400만 톤 정도 발생하는 것으로 추산되고 있으며 간벌재를 끌어내 는 비용 때문에 대부분 숲에 방치되고 있는 실정이며, 건설 현장, 산업체, 가정 등에서 사용하다 버리는 폐목재 발생량 은 연간 600만톤에 이르고 이 가운데 40% 정도는 단순 소 각되거나 매립되고 있는 실정이다(김외정, 2005).
우리나라에서의 폐목재의 재활용에 관한 연구는 1990년대 말부터 시작되었다. 초기의 연구로서 폐목재의 수집체계 개 선 및 재활용 촉진방안(임업연구원, 2000) 등이 보고되었고 최근에는 목질계 바이오매스의 에너지 활용 방안(산업자원 부, 2007) 등 실질적인 재활용 대책이 나오고 있다. 가까운 일본에서는 자원 순환의 활성화를 위해 2000년 5월 ‘건설리 사이클법’을 제정하고 콘크리트, 아스팔트, 목재에 대하여 분 별해체 및 자원화 등을 행하는 것을 의무화 하였으며 이것 에 의해 재자원화 시설의 정비를 진행하고 있다. 그러나 아 직 건설현장에서 발생되는 폐목재의 재자원화율은 60%에 지 나지 않으며 주로 재생처리시설에서 폐목재를 잘게 부수어 만든 목재 칩을 축사에 까는 용도로 활용하는 등 정도로 그 이용이 매우 제한되고 있다(森田 등, 2007a).
최근 들어 새로운 건설폐목재 또는 임목폐기물의 재활용 방안으로서 이들을 부순 폐목재 칩을 보도포장체로 활용하 기 위한 시도가 일본을 중심으로 활발히 이루어지고 있다 (Tokushige et al., 2004; Coatanlem et al., 2006; 久保 등, 2007). 폐목재 칩을 이용한 목질계 포장재는 투수기능을 갖으며 보행 시 보다 편안한 질감을 제공할 뿐만 아니라 보 수성 등으로부터 도심의 열섬현상에 대한 대책도 기대할 수 있기 때문에 다른 소재보다 자연 친화적인 포장체로서의 활 용 가능성이 높다.
따라서 본 연구에서는 폐목재를 공원 산책로 및 관광지 등의 보도에 활용할 목적으로 건설폐목재 또는 임목폐기물 을 분쇄한 폐목재 칩을 우레탄 수지로 결합시킨 포장재의 재료 특성을 검토하고 또 보행자가 버린 담배 등에 의한 인 화의 가능성 등을 알아보기 위하여 포장재의 인장강도, 탄력 성, 투수계수 및 가연성 시험을 실시하였다.
2. 시험계획 2.1 사용재료 2.1.1 폐목재 칩
폐목재 칩은 건설현장에서 수거된 폐목재를 분쇄한 것과 벌목 시에 발생된 나무뿌리를 포함한 임목폐기물을 분쇄한 것으로 그 길이는 5~50mm 정도이었으며, 임목폐기물의 경 우에는 3mm 체로 쳐서 나무의 뿌리 부분에 붙어 있는 흙 을 제거한 것 및 이것을 다시 물로 세척하여 건조로에서 60oC로 12시간 동안 건조시킨 것을 실험에 사용하였다.
2.1.2 바인더
바인더는 국내 K사에서 개발한 것으로 폴리우레탄 프리폴 리머, Free MDI, Xylene 등으로 구성된 1액 상온 습기 경 화형의 개량 우레탄 수지(PANDEX TP-1190)를 사용하였다.
개량 우레탄 수지는 담황색 투명 액상 상태이며 25oC에서 점도 및 밀도는 각각 900~1,500cps 및 1.05g/cm3을 나타낸 다. 또한 이 수지는 다른 우레탄 수지에 비하여 프라이머 도포가 불필요하고 목재 칩의 접착이 강하여 장기에 걸쳐 탄력성이 유지되는 특성을 가지는 것으로 평가된다.
2.2 시험체의 제작
건설폐목재 칩 및 임목폐기물 칩에 대한 우레탄 수지의 질량비를 1:0.5, 1:0.75, 1:1의 3수준으로 정하고 그림 1에 나타낸 바와 같이 18L 용량의 강제식 믹서에 6~8L의 폐목 재 칩과 우레탄 수지를 넣고 5분 동안 저속으로 혼합하였으 며, 이때 폐목재 칩과 우레탄 수지를 1/2씩 넣음으로써 혼합 이 원활이 이루어지도록 하였다. 그리고 폭 410mm, 길이 670mm, 높이 40mm 크기의 철제 용기에 비닐을 깔고 그 속에 혼합된 시료를 넣은 다음 그 위에 두께 4.5mm의 철 판을 두고 무게 205kg의 다짐추로 5분간 가압하여 포장재를 성형하였으며 24시간 후 성형 틀에서 분리하였다. 다짐추로 가압한 후에 포장재의 두께는 건설폐목재를 사용한 경우 약 30mm이고 임목폐기물을 사용한 경우는 약 25mm로서 임목 폐기물을 사용한 경우가 건설폐목재를 사용한 경우에 비하 여 보다 높은 압축성을 나타냈다. 이와 같이 제작한 목질계 포장재를 실내에서 7일 동안 보관한 후 각종 물성시험을 실 시하였다.
2.3 시험방법 2.3.1 인장강도 시험
인장강도 시험은 국외의 실험 예(森田 등, 2007a)에 준한 방법을 사용하였으며, 폐목재를 활용한 목질계 포장재를 폭
그림 1. 시험용 포장재의 제작: (a) 시료의 혼합, (b) 가압 성형, (c) 가압 성형 후의 포장재
35mm, 길이 330mm의 크기로 원형 톱에 의해 절단하여 시 험체를 동일 조건에서 3개씩 제작하고 UTM에 의해 최대인 장력 1ton으로 스케일을 조정한 후 그립의 간격을 150mm 로 하여 인장강도 시험을 실시하였다(그림 2). 예비실험을 통하여 본 연구에 사용된 우레탄 수지는 완전히 경화하는 데까지 1주일 정도가 소요되는 것으로 확인되었다. 따라서 재령 7일에 인장강도 시험을 실시하는 것을 기본으로 하였 으며 비교를 위하여 재령 14일 및 재령 28일의 강도시험을 실시하였다. 또한 침수에 의한 영향을 검토하기 위하여 시험 체를 24시간 동안 수중에 침수시킨 후의 인장강도 시험을 병행하였다.
2.3.2 투수성 시험
KS F 2494『투수성 포장체의 현장 투수시험 방법』에 준 하여 그림 3의 시험기구를 이용해서 폐목재를 활용한 목질 계 포장재의 투수성 시험을 동일 조건에서 위치를 변경하여 2회씩 실시하였으며, 시험직전 시험기구의 밑면 가장자리와 포장재 사이를 실리콘에 의해 접착시켜 접착면에서의 횡방 향 누수를 방지하였다.
2.3.3 탄력성 시험
탄력성은 일본도로협회의 포장시험법 편람(1996)에 제시된 GB계수시험과 SB계수시험으로 평가하였다. 시험은 폐목재를 활용한 목질계 포장재 위쪽 100cm의 높이에서 골프공(GB) 및 지름 25.4mm, 질량 66.7g의 스틸볼(SB)을 각각 3번씩 낙하시켰을 때 볼이 튀어 오르는 높이(cm)를 측정하고 그 백분율로 나타낸 값을 GB계수 및 SB계수라고 하였다. 그림
4는 골프공과 스틸볼이 최고 정점 높이에 있을 때의 장면으 로 캠코더 촬영을 통해 0.2배속으로 재생시켜 그 높이를 확 인하였다.
2.3.4 가연성 시험
가연성 시험은 가스 토치 및 담뱃불에 의해 실시하였다.
가스 토치를 사용한 가연성 시험은 그림 5에 나타낸 바와 같이 길이 110mm, 최고온도 1300oC의 가스 토치를 사용하 여 50mm의 높이에서 각각 30초, 60초 및 90초 동안 포장 재를 연소시켰을 때 가스 토치 제거 후 포장재에 붙은 불이 완전히 소화되기까지의 소요시간 및 포장재의 연소된 부분 의 직경과 깊이를 측정하였으며 동일 조건에서 2회씩 실험 하였다. 이 때 연소된 부분을 철 솔로 문질러 제거하였으며 연소 부분의 직경은 서로 직교하는 거리의 평균값으로 하고 연소 깊이는 연소시킨 중심부에서 측정한 값으로 하였다.
그림 2. 인장강도 시험
그림 3. 투수성 시험
그림 4. 탄력성 시험장면 (좌:GB test, 우:SB test)
그림 5. 가스 토치에 의한 가연성 시험: (a) 점화 상황, (b) 연소 부분의 직경과 깊이 측정
또한 담뱃불을 사용한 가연성 시험은 보도에서 발생할 수 있는 담뱃불에 의한 목질계 포장체의 연소 가능성을 검토하 기 위한 것으로 바람이 전혀 불지 않는 조건과 아울러 그림 6과 같이 선풍기를 시험체에서 1m 거리에 두고 풍속 1.0m/
s로 작동시켰을 때의 조건에서 실시하였다.
3. 시험결과 및 고찰 3.1 인장강도
그림 7과 그림 8은 각각 건설폐목재 칩과 임목폐기물 칩 을 우레탄 수지로 결합시킨 목질계 포장재에 있어서 폐목재 칩의 질량에 대한 우레탄 수지 비에 따른 인장강도 시험결 과로서 건설폐목재 칩과 임목폐기물 칩을 반입한 상태 그대 로와 이것을 건조로에서 60oC에서 12시간 동안 건조시킨 것 을 사용하였을 때의 인장강도를 비교하여 나타낸 것이다. 그
림 7에서 건설폐목재 칩을 사용한 경우는 건조 처리 전후에 인장강도의 변화가 나타나지 않았다. 그러나 그림 8에서 임 목폐기물 칩을 사용한 경우는 건조처리 전후에 다소간의 강 도차이가 있는 것으로 나타났다. 이것은 건설폐목재 칩의 경 우 오랜 기간 사용으로 이미 건조된 상태에 있었기 때문이 며, 임목폐기물 칩은 어느 정도의 수분을 포함하고 있어서 건조 처리에 따른 수분량과 부착된 흙의 양 변화가 시험결 과에 영향을 미친 것으로 생각된다. 따라서 이후의 시험에서 는 건설폐목재 칩은 구입한 상태 그대로 사용하였고, 임목폐 기물 칩은 물로 세척하여 흙을 완전히 제거하여 60±1oC의 온도로 건조로에서 12시간 동안 건조시킨 후 사용하였다.
그림 9는 건설폐목재 칩 및 임목폐기물 칩에 대한 우레탄 수지의 질량비에 따른 인장강도 시험결과를 함께 나타낸 것 이다. 건설폐목재 칩과 임목폐기물 칩을 사용한 경우 모두 우레탄 수지의 비율이 높아질수록 인장강도가 비례적으로 증 가하였다. 건설폐목재 칩과 임목폐기물 칩에 대한 우레탄 수 지의 비율이 1.0일 때 인장강도는 각각 0.8MPa 및 1.1MPa 정도로서 건설폐목재 칩보다는 임목폐기물을 사용한 경우에 보다 크게 나타났는데 이러한 결과는 시험체를 제작할 때 가압과정에서 임목폐기물 칩을 사용한 경우가 보여준 높은 압축성과 관련이 깊은 것으로 판단된다.
한편 보도 포장재는 눈이나 비 등에 의해 수분과 접하는 기회가 많은 환경에서 사용되기 때문에 수분이 있는 가운데 에서도 안정성을 나타내야 한다. 그래서 목질계 포장재의 수 분에 의한 안정성을 확인하기 위하여 수중에서 24시간 동안 그림 6. 담뱃불에 의한 가연성 시험
그림 7. 수지/건설폐목재 칩 질량비에 따른 인장강도
그림 8. 수지/임목폐기물 칩 질량비에 따른 인장강도
그림 9. 재령 7일 인장강도
그림 10. 침수전 인장강도에 대한 24시간 침수후의 인장강도 비
침수시킨 시험체의 인장강도 시험을 실시하였으며, 그림 10 은 건설폐목재 칩 및 임목폐기물 칩에 대한 우레탄 수지의 질량비에 따른 침수전의 인장강도에 대한 침수 후의 인장강 도의 비를 나타낸 것이다. 이 그림에서 폐목재 칩에 대한 우레탄 수지의 질량비가 0.75 이상일 때 침수후의 인장강도 는 침수전의 인장강도와 비교하여 임목폐기물 칩을 사용한 경우는 15% 정도, 건설폐기물 칩을 사용한 경우는 30% 정 도 낮게 나타났으며, 우레탄 수지의 사용 비율이 0.75 미만 으로 적은 경우의 침수에 따른 강도저하는 보다 크게 나타 났다. 이와 같이 수분이 있을 때 우레탄 수지의 사용량이 적은 경우 강도저하가 크게 나타나기 때문에 우레탄 수지의 사용량은 폐목재 칩에 대한 우레탄 수지의 질량비가 0.75 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다고 판단되며, 현장의 시 험시공을 통해 다짐 등 시공방법에 따른 내구성 및 시공성 등을 종합적으로 평가한 후 내구연한을 고려하여 우레탄 수 지의 사용량을 결정할 필요가 있다고 생각된다.
그림 11과 그림 12는 우레탄 수지/폐목재 질량비에 따라 서 시험체의 각각 7일, 14일, 28일 재령의 인장강도 시험결 과를 정리한 것이다. 건설폐기물 칩 또는 임목폐기물 칩을 사용한 경우 모두 인장장도 시험결과에 있어서 재령에 따른 강도 증가는 거의 나타나지 않았다. 따라서 본 실험에 사용 한 습기 경화형의 개량 우레탄 수지를 사용한 목질계 포장 재의 재령 7일 이후의 강도 변화는 없다고 보아도 좋을 것 으로 판단된다.
3.2 투수성
투수성 포장은 강우를 바로 땅속에 침투시키고 통기성에 의해 산소를 공급함으로써 가로수 생육 촉진, 토양의 산소결 핍 방지 및 지중 미생물의 서식환경을 조성하게 된다(三浦, 1984). 또한 보도에서 강우 시 물고임 방지 및 미끄럼 저항 성 증진에 의해 쾌적하고 안전한 보행 환경의 제공 및 도시 에서의 열섬 현상의 억제 등으로 쾌적한 생활환경을 만드는 데 기여하기 때문에 친 환경적인 기능을 가진다고 말할 수 있다(福手, 1998).
그림 13은 목질계 포장재의 투수성 시험 결과로서 건설폐 목재 칩을 사용한 경우 및 임목폐기물 칩을 사용한 경우의 투수계수는 각각 0.7~0.8mm/sec 및 0.5~0.6mm/sec로서 우 레탄 수지의 사용 비가 높아질수록 투수계수가 다소 낮아지 는 경향을 나타냈다. 이러한 값은 국토해양부의 도로포장설 계시공지침(1996) 및 일본도로협회의 투수성 아스팔트 혼합 물의 배합설계기준에서 투수성 포장체의 시공 후 요구되는 일반적인 투수계수의 기준값인 0.1mm/sec를 상회하는 값으 로 투수성 포장체로서 관련 기준을 만족하는 것이다.
3.3 탄력성
GB계수와 SB계수는 보도 포장체에 대하여 충격 흡수성 및 반발 탄성을 평가하는데 활용된다(久保 등, 2008). 그림 14와 그림 15는 건설폐목재 칩 및 임목폐기물 칩에 대한 우레탄 수지의 질량비에 따른 골프공과 스틸볼에 의한 GB 그림 11. 건설폐목재 칩 사용 시험체의 재령별 인장강도
그림 12. 임목폐기물 칩 사용 시험체의 재령별 인장강도
그림 13. 투수계수
그림 14. 건설폐목재 사용 시의 GB계수와 SB계수
계수와 SB계수를 측정한 결과이며, 그림 16은 건설폐목재 칩 및 임목폐기물 칩을 사용한 포장재와 함께 다른 포장재 에 대한 GB계수와 SB계수의 측정값을 비교하여 나타낸 것 이다. GB계수는 건설폐목재 칩을 사용한 경우 16~18%정도 이었고 임목폐기물 칩을 사용한 경우는 9~17%정도이었다.
SB계수는 건설폐목재 칩을 사용한 경우 11~13%의 범위이고 임목폐기물 칩을 사용한 경우는 7~15%로서 우레탄 수지의 사용량 증가에 따라 그 값이 증가하는 경향을 나타냈다. 이 러한 측정값은 고무 칩, 콘크리트 및 아스팔트 포장에서의 GB계수와 SB계수의 측정값과 비교할 때 상대적으로 낮은 값이었다. 森田 등(2007b)의 보고에서도 아스팔트 포장의 GB계수는 54∼68% 정도이며, SB계수는 흙 포장도로의 경 우 2∼9%이고 인공잔디의 경우 14∼30% 정도로서 목질계 포장재의 GB계수와 SB계수는 흙 포장도로를 제외한 다른 포장체에 대한 값보다 작다는 것을 알 수 있다.
그림 17은 건설폐목재 칩 및 임목폐기물 칩에 대한 우레 탄 수지의 질량비에 따라서 GB계수에 대한 SB계수의 비의 관계로 나타낸 것이다. 우레탄 수지의 사용 비에 따라 건설 폐목재를 사용한 경우와 임목폐기물을 사용한 경우는 0.7~0.9 정도의 범위로 건설폐목재 칩보다는 임목페기물 칩 을 사용한 경우 다소 높은 값을 나타냈다. GB계수와 SB계 수의 값이 둘 다 작으면 작을수록 몸에 대한 부담이 적으며 GB계수에 대한 SB계수의 비는 그 값이 클수록 보행하는데 편안함을 느낄 수 있다고 한다(森田 등, 2007b). 따라서 건
설폐목재 칩 및 임목폐기물 칩을 사용한 목질계 포장재는 탄력성 측면에서 보도포장용으로 우수한 특성을 가지는 것 으로 보이지만 GB계수와 SB계수가 보행의 편리함을 나타내 는 지표로서 반드시 유효한지에 대해서는 추가적인 연구 검 토에 의해 그 근거를 명확히 할 필요가 있다고 생각된다.
3.4 가연성
야외에서 보행자가 버린 담뱃불 또는 취사 행위 등과 같 은 상황이 발생하였을 때 목질계 포장재의 연소 가능성에 대한 우려가 있기 때문에 이를 확인하기 위하여 실제 상황 을 가정한 가연성 실험으로 가스 토치에 의한 불로 연소되 는 정도 및 담뱃불에 의한 화재 발생 가능성을 확인하였다.
그림 18∼그림 20은 길이 110mm, 최고온도 1300oC의 가스 토치를 사용하여 시험체 위 50mm의 높이에서 각각 30초, 60초 및 90초 동안 포장재를 연소시켰을 때 가스 토 치 제거 후 포장재에 붙은 불이 완전히 소화되기까지의 소 요시간 및 포장재의 연소된 부분의 직경과 깊이를 시험한 결과를 나타낸 것이다. 그리고 그림 21은 가스 토치를 사용 하여 포장재를 90초 동안 연소시켰을 때의 실험상황이다.
그림 18에서 가스 토치에 의해 포장재를 연소시킨 후 가 스 토치를 제거하였을 때 포장재에 붙은 불이 자연적으로 완전히 소화되기까지의 시간은 폐목재의 종류에 상관없이 점 화시간 30초의 경우 60∼70초가 소요되며, 점화시간 90초의 경우 110∼120초가 소요되었으며, 점화시간이 길어질수록 소 그림 15. 임목폐기물 사용 시의 GB계수와 SB계수
그림 16. 포장체 종류별 탄력성 비교
그림 17. SB계수/GB계수의 비
그림 18. 폐목재의 점화종료 후 소화시간
화에 소요되는 시간이 오래 걸리는 것으로 나타났다. 또 그 림 19와 그림 20에서 포장재의 연소된 부분의 지름과 깊이 는 건설폐목재를 사용한 경우와 임목폐기물을 사용한 경우 다소의 차이는 있었으나 연소시간이 길수록 그 값들이 커지 는 경향을 나타냈다. 한편 그림 21에 보인 바와 같이 가스 토치로 직접 불을 붙이는 동안은 점화되지만 불을 멀리하면 가스 토치 제거 즉시 화염이 작아지며 시간이 지남에 따라 자연적으로 진화되는 양상을 나타냈다.
또한 포장재 위에 불을 붙인 담배를 놓아두고 담배가 모 두 타버릴 때까지의 연소상태를 관찰함으로써 보행자가 실 수로 버린 담뱃불에 의한 목질계 포장재의 연소 가능성을 확인하였다. 이때 무풍상태와 담배가 이동하지 않을 정도의
풍속인 1.0ｍ/sec 정도의 약한 풍속의 두 가지 조건으로 시 험하였다. 담배는 무풍상태에서 약 10분 정도, 그리고 1.0ｍ /sec 정도의 풍속에서는 8분 정도가 지났을 때 모두 타버렸 다. 실험 중 담뱃불에 의해 포장재 표면에서의 불씨는 보이 지 않았으며 시험 종료 후는 그림 22에 나타낸 바와 같이 담배가 놓인 위치가 불에 그을린 정도이었다.
이상의 가연성 시험결과를 종합해 볼 때 목질계 포장재가 강한 화력에 직접 노출되는 경우 가연성을 나타내지만 화력 이 제거되면 더 이상 연소되지 않고 서서히 불이 꺼지며 특 히 담뱃불 정도로는 연소되지 않기 때문에 폐목재 칩을 우 레탄 수지로 결합시킨 목질계 포장재는 가연성 측면에서 실 용적으로 문제가 없는 것으로 판단된다. 다만 매우 가혹한
그림 19. 폐목재의 연소 부 지름 그림 20. 폐목재의 최대 연소 깊이
그림 21. 가스 토치에 의한 가연성 시험 장면: (a) 점화, (b) 가스 토치 제거 직후, (c) 소화 후
그림 22. 담뱃불 시험 후의 포장재 표면 상태: (a) 건설폐목재 포장재, (b) 임목폐기물 포장재
조건에서의 내화특성에 대해서는 별도의 추가 실험에 의해 평가할 필요가 있다고 생각된다.
4. 결 론
건설폐목재와 임목폐기물을 분쇄한 목재 칩을 상온 습기 경화형의 개량 우레탄 수지와 결합시킨 보도포장재에 대한 물성 실험 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 폐목재 칩에 대한 우레탄 수지의 사용 비 0.5∼1.0의 범 위에서 공기중 건조상태에서의 시험체의 인장강도는 0.2
∼1.1MPa의 범위를 나타냈다. 그리고 건설폐목재 칩을 사용한 경우에 비하여 임목폐기물을 사용한 경우의 인장 강도가 상대적으로 크게 나타났는데 이는 임목폐기물을 사용한 포장재의 제조과정 중에 나타난 높은 압축성에 기 인한 것으로 판단된다.
2. 침수시켰을 때 모든 시험체는 인장강도가 저하되었으며 그 강도저하는 우레탄 수지의 사용량이 적을수록 크게 나 타났다. 따라서 목질계 포장재는 강우 등에 의한 수분 침 투를 고려하여 폐목재 칩에 대한 수지의 질량비를 0.75 이상으로 하는 것이 바람직하며, 또한 현장의 시공방법에 따른 내구성 및 시공성 등을 종합적으로 평가한 후 우레 탄 수지의 사용량을 결정할 필요가 있다고 판단된다.
3. 폐목재 칩에 대한 우레탄 수지의 사용 비 0.5∼1.0의 범 위에서 건설폐목재와 임목폐기물을 사용한 경우 투수계수 는 0.5~0.8mm/sec 정도로서 모든 시험값은 투수성 포장 체의 시공 후 요구되는 일반적인 기준값인 0.1mm/sec를 상회하는 양호한 결과를 나타냈다.
4. 폐목재 칩에 대한 우레탄 수지의 사용 비율의 증가에 따 라 GB계수와 SB계수는 증가하는 경향을 나타냈으나 모 든 목질계 시험체는 GB계수와 SB계수가 20% 이하로서 보도용 포장재로서 우수한 탄성을 나타낸 것으로 평가된다.
5. 가스 토치 및 담뱃불에 의한 가연성 실험결과, 가스 토치 를 사용한 경우 포장재는 가연성을 나타내지만 화력이 제 거되면 더 이상 연소되지 않고 서서히 불이 꺼지며, 특히 담뱃불 정도로는 연소되지 않기 때문에 폐목재 칩을 우레 탄 수지로 결합시킨 목질계 포장재는 가연성 측면에서 실 용적으로 문제가 되지는 않을 것으로 판단된다. 다만 매 우 가혹한 조건에서의 내화특성에 대해서는 별도의 추가 실험에 의해 평가할 필요가 있다.
감사의 글
이 논문은 국토해양부 기술혁신사업의 연구비 지원(과제번 호 #10지역기술혁신 B-10)에 의해 수행되었습니다.
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(접수일: 2010.8.23/심사일: 2010.11.30/심사완료일: 2011.3.21)
