1. 서 언
지난 2000년 5.7%이던 우리나라 목재자급률은 벌채확대와 산물 수집 강화 등에 힘입어 꾸준히 증 가해 2010년에는 10년 전의 2.7배인 13.6%까지 올랐다. 이것은 친환경 소재인 목재에 대한 관심이 늘고 목재펠릿 이용 및 열병합 발전 확대, 한옥 수요 증가 등 신규 수요가 꾸준히 발생하고 있기 때문 이다.1) 이와 같이 목재자급률이 증가하였다고는 하지만 역시나 목재자급률이 낮은 우리의 실정을 고 려할 때 벌채 때 발생하는 가지, 후동목 등 지금까지 활용되지 못했던 임목부산물을 자원화하고 또한 1차 활용 후 건설현장과 제조사업장에서 버려지는 폐목재를 물질로서 재활용하기 위한 노력은 매우 필요한 일이라고 생각된다. 2011년의 경우 국내에서 한 해 동안 버려진 이들 폐목재는 187만톤 정도 이었던 것으로 집계되었다.2) 그러나 최근 정부의 신재생에너지 정책으로 폐목재를 잘게 파쇄한 폐목 재 칩(wood chip)을 연료로 사용하는 수요가 급증함으로써 폐목재를 물질로서가 아니라 땔감으로서 이용되고 있는 것은 자원의 효율적인 활용이라고 보기에는 매우 미흡해 보인다. 본고에서는 폐목재 의 건설 분야에서의 물질로서의 재활용방안을 살펴보고, 최근에 제안되고 있는 폐목재의 보도포장재 로서의 활용방안에 대하여 살펴보고자 한다.
2. 폐목재의 건설 분야에서의 활용3)
폐목재를 이용한 한국, 미국 및 일본의 특허동향을 알아보기 위해 특허정보검색서비스(KIPRIS) 에서 관련 키워드로 검색한 결과 2011년 12일 31일 현재 유효한 특허는 한국 71건, 미국 216건, 일본
폐목재 칩의 보도포장재로서의 활용
Utilization of Waste Wood Chip for Sidewalk Pavement
최재진 Jae-Jin, Choi 공주대학교 건설환경공학부 교수 E : [email protected]
문승권 Seung-Kwon, Moon 공주대학교 건설환경공학부 석사과정 E : [email protected]
기술기사 1 _ Technical Articles
227건인 것으로 파악되었다. 그림 1은 국내외의 폐목재 관련 연도별 특허등록건수를 나타낸 것이다.
우리나라에서는 2005년 이후 본격적인 특허등록이 이 루어졌으며, 미국의 경우는 1970년대부터 꾸준히 특허등 록이 이루어져 왔고, 일본의 경우는 특히 2000년 이후 특 허등록이 급격히 증가하였음을 알 수 있다. 이와 같이 근 래에 폐목재 관련 특허등록이 활발해진 것은 세계적으로 환경문제에 관한 관심이 높아지면서 단순히 매립 및 소 각으로 처리되었던 폐목재의 활용에 관한 사회적 관심이 반영된 것으로 보인다. 그림 2와 그림 3은 한국과 일본의 건설 분야에서의 폐목재 활용에 관한 특허등록건수를 나 타낸 것이다. 국내의 경우 건설 분야에서의 폐목재 활용 에 관한 특허는 2006년 이후부터 등록이 시작되었으며, 2011년 12월 31일 현재 등록건수는 총 11건으로 전체 등 록건수의 약 15%를 차지하였다. 특허내용을 보면 포장재 에 관한 것이 6건으로 가장 많았으며 건축 내장재로 사 용하기 위한 특허가 2건이었다. 일본의 건설 분야에서의 폐목재 활용에 관한 특허등록은 전체 등록건수 227건 중 55건으로 특히 “목편 시멘트 판” 등 건축 내장재에 관한 특허가 24건으로 가장 많았으며, 그 다음으로 포장재 11 건, 피복재 4건의 순으로 나타났다. 이와 같이 한국과 일 본에서는 폐목재를 새로운 고부가가치 재료로 활용하기 위한 기술개발이 활발히 이루어진 것을 알 수 있다. 한편 미국의 경우는 건설 분야에서의 폐목재 활용과 관련하여 폐목재의 무해처리에 관한 특허등록이 가장 많은 것으로 나타났다.
3. 폐목재의 보도포장재로서의 활용
우리나라에서 환경 친화적 보도포장재로서 투수성 콘 크리트에 관한 연구는 1990년대 중반부터 시작되었으며, 최근에는 EPDM 칩과 우레탄 칩을 사용한 투수성을 가 지는 탄성보도포장도 널리 시공되고 있다. EPDM은 내 열성, 내오존성, 내후성, 내용제성이 우수한 천연 고무의 재질로서 고가이기 때문에 EPDM 칩은 EPDM과 비닐 등 의 부산물을 섞어서 만든 것 등이 활용되고 있으며, 우레 탄 칩은 액상우레탄에 충전재, 안료 등을 혼합한 후 경화 그림 2. 건설 분야의 폐목재 활용 특허 (한국)
그림 3. 건설 분야의 폐목재 활용 특허 (일본) 그림 1. 폐목재 관련 특허등록 현황
분쇄하여 만든다. 최근에는 폐목재 칩을 보도포장에 활용 한 예도 있으며, 그림 4는 폐목재 칩을 시멘트와 혼합한 보도포장의 시공 예이다. 또한 필자 등은 폐목재 칩과 우 레탄 수지 혼합물을 보도포장의 표층재로 활용하기 위한 연구를 진행하였으며,4,5) 폐목재 칩의 결합에 적합한 새 로운 폴리우레탄 수지를 개발하였다.6) 새로 개발된 수지 는 폴리이소시아네이트와 폴리올의 사용비율을 조정하여 그 반응생성물의 분자구조에서 말단이 갖는 NCO기의 양 을 변화시킴으로써 최적의 폐목재 칩 결합 특성을 가지도 록 하였으며, 환경호르몬 물질이나 VOC 규제물질에 속 하는 가소제와 용제를 사용하지 않는 친환경 제품이라고 말할 수 있다. 폐목재 칩과 우레탄 수지를 사용한 보도포 장에 대해서는 다음의 4.에서 그 시공 사례를 소개한다.
한 임목부산물을 10mm체로 쳐서 이를 통 과시킨 것을 다시 3mm 체로 쳐서 잔 입자 를 제거한 다음 야외에서 1일간 건조시켜 사용하였다. 폐목재 칩의 결합재는 1액 상 온 습기 경화형의 친환경 우레탄 수지로서 이는 점도 3840 및 5940cps, 밀도 1.05g/
cm3이며 불휘발분 98.8%의 담황색 투명 액상 상태로 된 신 개발품을 사용하였다.
4.2 시공 방법
시험시공에서 보도포장의 단면은 그림 7에 나타낸 바와 같이 모래 필터층, 쇄석 보조기층, 투수콘크리트 기층 및 폐목재 칩 혼합물 표층으로 구성하였다.
시공 순서는 그림 8에 보인 바와 같이 터파기 → 모래 필터층 → 쇄석층 → 경계 석 설치 → 투수콘크리트의 순서로 보조기층 및 기층을 시공한 다음 표층의 시공에 있어서는 100ℓ 용량의 강 제식 믹서에 폐목재 칩과 수지를 투입한 후 30초간 혼 합한 다음 이를 기층 위에 깔고 항온 핸드 롤러를 사용 하여 다짐하는 방법으로 진행하였다.
이때 표층의 다짐에는 최고온도 200〜250℃의 항온 핸드 롤러를 4〜5회 적용시킴으로써 평탄한 표층을 얻 었다.
4.3 보도포장면의 탄력성, 투수성 및 미끄럼 저항성
시험시공을 완료한 40일 후 보도 포장면 위에서 투수 성, 탄력성 및 미끄럼 저항성실험을 실시하였다.
그림 5. 폐목재 칩 그림 6. 우레탄 수지
(a) 횡단면도 (b)단면 상세도
그림 7. 보도포장 단면구성
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(1) 탄력성
탄력성 실험은 포장체 위쪽 1.0m 높 이 에 서 골 프 공 ( G B ) 또 는 지 름 25.4mm, 질량 66.7g의 스틸 볼(SB) 을 낙하시켰을 때 볼이 튀어 오르는 높 이를 측정하고 다음 식으로 GB계수 및 SB계수를 계산하였다.
SB계수, GB계수(%) = H/Ho×100 여기서, H : 골프공 또는 스틸 볼이 튀
어 오르는 높이(mm) Ho : 골프공 또는 스틸 볼의
낙하 높이(mm)
탄력성 실험결과 GB계수는 31%이었 고 SB계수는 21%로 나타났다. 한편 그 림 9에 나타낸 바와 같이 다른 포장체 의 GB계수는 아스팔트 포장의 경우 54
〜68% 정도, 콘크리트 포장의 경우 65〜80 정도, 흙 도 로의 경우 2〜9% 그리고 인조잔디의 경우 14〜30% 정도 로서 폐목재 칩을 사용한 포장재의 GB계수는 다른 포장 체에 대한 값보다 작으며, 인조잔디와 유사하다는 것을 알 수 있다. 일반적으로 GB계수와 SB계수의 값이 둘 다 작으면 작을수록 보행자의 몸에 대한 부담이 적으며 GB 계수에 대한 SB계수의 비는 그 값이 1에 가까울수록 보행 하는데 편안함을 느낄 수 있다고 한다. 포장의 종류에 따 라 GB계수에 대한 SB계수의 비를 구한 결과는 콘크리트 포장에서 0.25〜0.38, 아스팔트 포장에서 0.14〜0.28 정 도였으며, 본 포장체에서는 0.68로서 다른 포장재와 비 교하여 상대적으로 높은 값을 나타냈기 때문에 보행성이 우수한 것으로 평가된다.
(2) 투수성
그림 11은 투수성 실험장면이며, 폐목재 칩을 사용한 포장재의 투수계수 측정값은 0.4mm/sec 정도를 나타냈 다. 이러한 값은 국토교통부의 도로포장설계시공지침 및
그림 9. 탄력성 실험
그림 8. 보도포장 시공과정
필터층 설치 보조기층 설치 경계석 설치
투수콘크리트 타설 커팅 및 줄눈재 설치 표층재료
표층재료 혼합 폐목재 칩 표층 시공 시공 후 사진
일본도로협회의 투수성 아스팔트 혼합물의 배합설계기준 에서 투수성 포장체의 시공 후 요구되는 일반적인 투수계 수의 기준값인 0.1mm/sec를 상회하는 값이다. 투수성을 가지는 포장재는 빗물을 땅속에 침투시키고 통기성에 의 한 산소 공급으로 토양의 산소결핍 방지 및 가로수 생육 촉진에 도움을 주게 된다.
(3) 미끄럼 저항성
노면의 미끄럼저항성은 영국식 미끄럼 저항 시험기 (BPT)를 사용하여, KS F 2375 "노면의 미끄럼 저항성 시험 방법(BPT)"에 따라서 평가할 수 있다. 폐목재 칩 포 장체의 미끄럼 저항지수는 62로 측정되었으며 이러한 값 은 서울시에서 마련한 보도포장 미끄럼 저항기준을 충분
폐자원의 활용은 고부가가치를 얻을 수 있는 방향으 로 진행되어야 한다. 특히 폐목재의 경우는 단순히 태워 서 열에너지를 얻는 것만으로는 충분하지 못하며 물질로 서의 활용이 이루어져야 한다. 본문에서는 폐목재의 부가 가치를 높일 수 있는 활용방안의 하나로 폐목재를 파쇄한 폐목재 칩을 우레탄 수지로 결합시킴으로써 공원 산책로 및 관광지 등의 보도에 활용하는 방안을 중심으로 소개하 였다. 이러한 보도포장은 보행에 편안함을 제공하고 주변 경관과 잘 어울리는 쾌적한 환경을 조성하는데 기여할 뿐 만 아니라 투수성을 갖도록 함으로써 빗물을 땅속에 침투 시키고 통기성에 의해 산소를 공급하게 하고 가로수 생 육 촉진, 토양의 산소결핍 방지 및 지중 미생물의 서식환 경 조성에 도움을 주게 된다. 또한 보도의 물고임 방지 및 미끄럼 저항성 증진에 의해 쾌적하고 안전한 보행 환경의 제공하는 기능을 나타낼 것으로 기대된다.
그림 10. 포장재 종류별 탄력성 측정 예
참고문헌
1. 산림청 블로그, “올 목재자급률 15%까지 올린다”, http://blog.daum.net/kfs4079/17206334, 2011. 02.
2. 에코저널, “환경부·한국목재재활용협회, 폐목재 자원화 협약”, http://www.konetic.or.kr/main/etc/weweb/20080121, 2013. 11.
3. 최재진, 문승권, 한국건설순환자원학회, “폐목재의 활용을 위한 기 술동향분석 및 경량잔골재로서의 활용방안에 관한 연구”, 한국건설 순환자원학회 논문집, 제7권, 제2호, pp. 84-90, 2012.
4. 최재진, 송진우, “폐목재 칩을 활용한 목질계 보도포장재의 재료 특 성”, 대한토목학회논문집, 제31권, 제3D호, pp. 413-420, 2011.
5. Choi, Jae-Jin and Lee, Kwanho, “Performance of Sidewalk Pavement Containing Waste-Wood Chips,” Journal of Testing and Evaluation(Published by ASTM), Vol. 42, No. 1, January 2014.
6. 최재진, 이관호, 조남욱, 문승권, “폐목재 칩 결합용 친환경 폴리우 레탄 수지의 개발 및 활용 연구 ”, 한국폐기물자원순환학회 논문집, 제30권, 제8호, pp. 1-8, 2013.
그림 11. 투수성 실험 그림 12. 미끄럼 저항성 실험
[표 1] 서울형 보도포장 미끄럼 저항기준
구분 종횡단 경사(%) 미끄럼 저항기준(BP
평지(준평지) 0〜2% 이하 40 이상
완경사 2% 초과〜10% 이하 45 이상
급경사 10% 초과 50 이상
