페이퍼크리트의 2차 제품 적용을 위한 기초적 연구

Abstract

최근 전 세계적으로 지구온난화 방지를 위해 2013년부터 의무적인 온실가스 방출량 감축에 동의하고 있는 추세이며 한국 역시 높은 감축 목표를 요구받은 상태이다. 특히, 건설 산업 분야에서 발생되는 대부분의 이산화탄소는 시멘트의 제조 및 사용에 집중되어 있으며, 기존 연구 자료에 따르면 시멘트의 생산과정에서 발생하는 이산화탄소의 양은 시멘트 1톤 당 0.8톤에 이르는 것으로 보고되고 있다. 따라서 건설 산업분야의 주요 구조재료로 사용되고 있는 콘크리트의 친환경성 향상을 위하여 시멘트 사용량을 감소시킬 필요가 있으며, 이러한 요구조건에 따라 친환경적인 콘크리트에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구의 일환으로 폐지를 이용한 콘크리트가 개발되었다. 이러한 콘크리트를 페이퍼크리트(Papercrete)라고 부르며, 페이퍼크리트는 종이 또는 폐지(Paper)와 콘크리트(Concrete)의 합성어이다. 페이퍼크리트에 대한 해외 사례에 따르면, 페이퍼크리트의 압축강도는 1∼2MPa 수준으로 일반 콘크리트에 비해 낮은 수준이지만, 개발 연구을 통하여 콘크리트 2차 제품으로 충분히 활용할 수 있는 수준의 강도는 발휘할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 인장강도는 일반 콘크리트와 동등하거나 향상되는 수준으로 파악되었다. 그러나 현재 페이퍼크리트에 대한 구체적인 연구는 진행된 적이 없으며, 이에 따라 페이퍼크리트에 대한 정형화된 배합비 또한 구체적으로 제시되지 않았다. 또한 페이퍼크리트 단위중량, 수축량, 흡수율 등과 같은 물리적 특성 및 압축강도, 탄성계수, 인장강도 등과 같은 기계적 특성에 대한 연구 또한 전무한 실정이다. 본 논문에서 진행하고 있는 연구는 폐지를 사용한 페이퍼크리트를 건설재료로써 활용하는 최종목표에 대한 기초적인 연구이다. 페이퍼크리트의 성능 발현 및 향상을 위하여 최적 배합설계 및 배합방법의 도출은 매우 중요한 과정이다. 따라서 본 연구에서는 여러 배합비에 대하여 페이퍼크리트 배합이 가능한 최적 배합을 도출하기 위한 연구를 수행하였으며, 도출된 배합비와 페이퍼크리트의 물리적 특성 및 기계적 특성에 대한 관계를 중점적으로 파악하였다. 실험결과, 폐지치환율이 기계적특성에 가장 큰 영향변수임을 확인하였으며, 폐지치환율이 증가할수록 단위용적질량, 압축강도 및 인장강도의 감소 경향을 확인할 수 있었다. 폐지치환율에 따라 15∼35 MPa 범위의 페이퍼크리트의 압축강도를 가지며, 페이퍼크리트의 인장강도는 일반콘크리트와 비슷한 수준인 2∼4 MPa의 범위를 가지는 것을 확인할 수 있었다. 실험결과를 바탕으로 국가표준에서 제시하고 있는 콘크리트 2차제품의 요구성능과 비교하였다. 국가표준에서 제시하고 있는 콘크리트벽돌 및 보도차용 인터로킹 블록의 최소 요구성능을 만족하기 위해서는 본 논문의 연구결과에 따라 물-결합재비는 80%이하, 폐지 치환율 15%이하로 배합되는 페이퍼크리트의 경우 충분히 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 친환경 건설재료로써 폐지를 사용한 페이퍼크리트를 다양하게 활용하기 위하여 배합비율에 관한 세부적인 추가 실험 및 건조수축과 내구성에 관한 추가적인 연구가 필요하다고 판단되었다.