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ISSN : 2093-5145(Print)
ISSN : 2288-0232(Online)
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures Vol.11 No.5 pp.8-14
DOI : https://doi.org/10.11004/kosacs.2020.11.5.008

Material Properties of Mortar Using Recycled Glass Fiber-Reinforced Plastic Powder

Dong-Joo Lee1, Sang-woo Kim1, Kyeong-min Kim1, Myung-sang Go2, Jin-Sup Kim3
1Master Student, Department of Civil Engineering, Gyeongsang National University, Jinju, Korea
2Director, KCI Institute of Technology, Sachen, Korea
3Professor, Department of Civil Engineering, Gyeongsang National University, Jinju, Korea

본 논문에 대한 토의를 2020년 11월 30일까지 학회로 보내주시면 2020년 12월호에 토론결과를 게재하겠습니다.


Corresponding author:Kim, Jin-Sup Department of Civil Engineering, Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Korea. Tel: +82-55-772-1791, Fax: +82-55-772-1799 E-mail: jinsup.kim@gnu.ac.kr
September 8, 2020 September 15, 2020 October 16, 2020

Abstract


Recently, interest in environmental problems caused by construction waste is increasing. Accordingly, methods of recycling construction waste are attracting the attention of researchers. Glass fiber-reinforced plastic (GFRP) is a construction material that is widely used for reinforcing structures in recent years. This study attempted to examine the possibility of replacing fine aggregates with recycled GFRP powder (RGP) made by crushing GFRP. RGP was made by pulverizing excess GFRP generated during its production. Fine aggregate replacement rates of RGP were set to 20%, 40%, 60%, and 80%. In order to examine the material performance of cement mortar mixed with RGP, the compressive strength, split tensile strength, and flexural strength were measured. From the experimental results, the incorporation of RGP tended to increase the values of the basic properties of cement mortar. Therefore, the results of this study can be used as basic data for recycling GFRP as a construction material.



재생 GFRP 분말을 이용한 모르타르의 재료특성

이 동주1, 김 상우1, 김 경민1, 고 명상2, 김 진섭3
1경상대학교 토목공학과 석사과정
2한국복합소재㈜ 이사
3경상대학교 토목공학과 교수

초록


전 세계적으로 건설폐기물에 의한 환경문제에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 건설재료들에 대한 재활용방안 에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. GFRP는 최근 구조물의 보강에 많이 사용되는 건설 재료이다. 본 연구에는 GFRP를 분쇄하 여 만든 재활용 GFRP파우더(RGP)의 잔골재 대체 가능성을 검토하고자 하였다. RGP는 GFRP의 제작 시 발생되는 GFRP 잉여물 을 분쇄하여 사용하였다. RGP의 잔골재 치환율을 20%, 40% 60% 80%로 설정하였다. RGP가 혼합된 시멘트 모르타르의 재료 성 능을 검토하기 위하여 압축강도, 쪼갬인장강도 및 휨 강도를 측정하였다. 실험결과, RGP의 혼입으로 시멘트 모르타르의 기초물 성이 증가하는 경향이 나타났다. 본 연구결과는 장기적으로 GFRP의 건설재료로의 재활용을 위한 기초자료로 활용이 가능할 것 으로 판단된다.



    Ministry of Land, Infrastructure and Transport
    20SCIP- B146946-03

    1. 서 론

    최근 건설재료의 재사용에 대한 관심이 증가하고 있 다. 특히, 철근콘크리트 구조물의 경우 콘크리트를 구성하는 굵은골재와 잔골재의 재활용 및 철근의 재 활용에 대한 활발한 연구가 진행되었다(Yoon, et al., 2019). 한정된 자원의 효과적 사용 뿐 아니라, 재활 용 기술에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. FRP (Fiber Reinforced Polymer)는 최근 구조물의 내진성능 보강용으로 건설분야에서 비교적 새로운 건설 재료 이다. 국내에는 여러 분야에서 FRP의 사용으로 많은 FRP부산물(FRP Waste, 이하 FRPW)이 생산되고 있 다. 보통의 경우 재료적 특성으로 재활용 되지 못하 고 매립된다. 이러한 FRPW를 재활용하기 위하여 다 양한 연구가 수행되고 있다. FRPW의 재활용 방법 중, 토목⋅건축분야에서는 FRPW를 미분쇄하여 재생 잔골재로 사용이 가능 한 것으로 알려져 있다(Yoon, 2007;Eu et al., 2020). 이러한 FRPW 미분말을 이용 한 콘크리트 잔골재로 제작된 콘크리트의 사용성에 대해 연구가 활발히 진행되고 있다(Hwang and Jeon, 2010; Lee e t al., 2 019). 국내에서 사용 중인 FRP에는 CFRP, GFRP, AFRP가 있다. 본 연구에서는, GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer)를 분쇄하여 제조된 재생 GFRP 분말의 기존의 모르타르 제작에 사용되 는 잔골재(모래)를 대체하기 위한 기초적 연구를 진 행하였다. 재생 GFRP 분말(Recycled GFRP powder, 이하 RGP)을 잔골재와 치환하는 것을 변수로 설정 하였다. 모래에 대한 RGP의 치환율은 20%, 40%, 60% 및 80%로 설계하였다. RGP로 제작된 콘크리트 모르 타르의 기초 물성을 검토하기 위해 압축강도, 쪼갬 인장강도, 휨강도시험을 수행하였다. 시험결과를 바 탕으로 RGP의 잔골재 대체가능성을 검토하였다.

    2. 실 험

    2.1 사용 재료

    본 실험에서는 기존의 GFRP를 재활용하여 분말형태 의 재생 GFRP 분말(RGP)를 기존의 시멘트 모르타르 의 잔골재의 대체 가능성을 검토하고자 하였다. 실 험에 사용된 시멘트 모르타르의 배합기준은, 시멘트 (C) : 잔골재(S) 비는 1:1로 하였고, 물(W) / 시멘트 (C)를 45%로 고정하였다.

    2.1.1 시멘트와 잔골재

    시멘트의 규격은 KS F 5201의 규정에 만족하는 보통 포틀랜트 시멘트를 사용하였으며, 물리적 특성은 Table 1 과 같다. 잔골재의 경우 주문진 표준사를 이용하였 다. Table 2는 시멘트의 화학적 조성을 나타내고 있다.

    2.1.2 재생 GFRP 분말(RGP)

    재생 GFRP 분말(Recycled GFRP Powder. RGP)은 GFRP의 목적에 부합하는 재품 제조 시 발생하는 잉 여부분을 활용하여 제조하였다(Fig.1). RGP는 유리섬 유와 기타 접합재의 분말형태로 기존의 잔골재의 주 성분인 실리카의 함유량이 높다. RGP의 화학적 조성 은 Table 3과 같다.

    2.2 배합 및 양생

    2.2.1 배합

    본 실험에서의 사용된 시험변수별 배합표는 Table 4 와 같다. 물-시멘트비를 45%로 고정하고, 시멘트와 잔골재의 중량비를 1:1로 고정하였다. 잔골재에 대한 RGP 20%, 40%, 60% 및 80%로 치환하였다. 먼저, 시멘트와 잔골재 및 RGP에 대하여 건비빔을 1분30 초동안 핸드믹서로 진행하였다. 그 후 물을 첨가하 여 1분30초동안 비벼 배합을 완료하였다(Fig. 2).

    시멘트 모르타르의 유동성을 검토하기 위하여 흐 름시험(Flow Test)을 수행하였다. Fig. 3은 흐름시험 사진이다. 흐름시험은 KS L5105에 따라 실시하였다. 흐름시험에 대한 시험결과는 Table 5와 같다. RGP의 잔골재 대체 비율이 증가할수록 흐름치 또한 증가하 는 경향이 나타났다. 이러한 경향은 RGP또한 유리성분 이 함유되어있기 때문에 치환율이 증가할 경우 유동성 이 증가하여, 시공성이 증가하는 것으로 판단된다(Sadiqul Islam et al., 2017; Mageswari and Vidivelli, 2010).

    2.2.2 양생

    타설이 완료된 후 KS F 2403에 의거하여 20±1°C를 유지하는 실온에서 24시간 양생을 하고, 실험체에서 몰드를 탈착 한 후 20±1°C의 수중에서 28일이 될 때 까지 Fig. 4와 같이 수중양생을 진행하였다.

    2.3 시험체 설계

    RGP의 활용한 시멘트 모르타르의 사용성 검토를 위 해, RGP를 함유한 시멘트 모르타르에 대한 기초 물 성시험을 수행하였다. 기초물성을 검토하기 위하여 압축시험, 쪼갬 인장시험, 휨시험을 수행하였다. 시 험체는 표준시험체 크기를 참고하여(KS F 2403)제작 하였다. 각 시험별 시험체 모래에 대한 RGP의 치환 율을 20%, 40%, 60% 및 80%로 설계하여 Table 6으 로 나타내었다.

    2.4 시험 방법

    2.4.1 압축강도 시험

    RGP의 치환에 따른 압축강도 시험체를 제작하다. 압축 강도 시험체는 50×50×50mm의 큐브로 제작되었다. 시험 체는 타설 후 28일간 수중 양생하였다. 제작된 공시체 는 KS L 5105시험방법에 준하여 압축강도 시험을 수행 하였다. Fig. 5(a)는 압축강도시험을 나타내고 있다.

    2.4.2 쪼갬 인장강도 시험

    쪼갬 인장강도 시험체는 Ø100mm, h=200mm의 크기 의 원형공시체로 제작하여 28일간 수중 양생하였다. KS F 2423시험방법에 따라 시험을 수행하였다. Fig. 5(b)는 쪼갬 인장강도 시험 나타내고 있다.

    2.4.3 휨 강도 시험

    휨 강도 시험체는 40×40×160mm의 직육면체 시험체 를 배합에 따라 제작하였으며, 28일간 수중 양생하 였다. 시험은 KS F 2408시험방법에 따라 수행하였 다. Fig. 5(c)는 휨강도 시험을 나타내고 있다.

    3. 실험 결과 및 고찰

    3.1 RGP 모르타르의 강도 특성

    3.1.1 압축강도

    Fig. 6은 압축강도 시험에서의 최종파괴형상을 나타 내고 있다. Table 7은 시험 결과를 정리하고 있다. RGP의 치환율이 0%인 것과 비교하여 치환율이 80% 일 때, 압축강도가 1.41배 증가되었다. Fig. 7은 실험 결과에 대해 수치화 그래프이다. RGP를 이용하여 잔 골재를 치환한 비율에 따라 제조된 시멘트 모르타르 의 압축강도는 치환율이 증가할수록 압축강도가 증 가하는 경향이 나타났다.

    3.1.2 쪼갬 인장강도

    RGP를 사용하여 시멘트 모르타르의 쪼갬 인장시험 체의 파괴형상은 Fig. 8과 같다. RGP의 잔골재를 치환 한 비율에 따른 쪼갬 인장강도 시험결과는 Table 8 과 같다. RGP의 치환율이 20%일 때, RGP를 사용하 지 않은 시험체와 비교하여 1.37배로 가장 높은 쪼 갬 인장강도가 측정되었다. Fig. 9는 치환율에 따른 쪼갬 인장강도의 결과 그래프이다. 치환율에 따른 강도의 변화는 치환율이 증가할수록 쪼갬 인장강도 는 감소하는 경향이 나타났다.

    3.1.3 휨 강도

    RGP를 사용한 모르타르의 휨 강도 시험 결과, 최종 파괴형태는 Fig. 10과 같다. RGP의 잔골재를 치환율 에 따른 휨 강도 시험결과는 Table 9와 같다. Fig. 11 은 치환율에 따른 휨강도 결과 그래프이다. RGP로 치환할 경우 휨강도가 높아지는 경향이 있다. 특히, 치환율이 20%(1.18배)와 60%(1.25배)인 경우 휨강도 가 높은 것으로 나타났다.

    4. 결 론

    본 연구는 RGP를 사용하여 잔골재를 치환(대체)한 시멘트 모르타르의 기초적 물리 특성을 검토하기 위 하여 압축강도, 쪼갬 인장강도, 휨강도를 측정하였 다. 시험결과 다음과 같은 결과를 도출하였다.

    • 1. RGP를 혼입한 시멘트 모르타르의 압축강도를 측정한 결과, 치환율이 증가할수록 압축강도는 증가하는 경향이 나타났으며, 치환율이 80%일 때 가장 큰 압축강도가 나타났다.

    • 2. RGP를 혼입한 시멘트 모르타르의 쪼갬 인장 강도 시험결과, RGP를 혼입하면 쪼갬 인장강 도는 증가하는 경향이 나타낫으며, 치환율이 20%인 경우 쪼갬인장강도가 높게 나타났으며, 치환율이 증가할수록 쪼갬 인장강도는 감소하 는 경향이 나타났다.

    • 3. RGP를 혼입한 시멘트 모르타르의 휨강도는 치환율에 따라 증가하는 경향을 보이고 있다. 치환율별 최대 휨 강도는 치환율 60%인 경우 가 가장 크게 나타났다.

    • 4. RGP를 혼입한 시멘트 모르타르의 세 가지 시 험에서, RGP의 영향이 나타나고 있다. 따라서 RGP의 낮은 치환율에 대한 모르타르의 재료 특성에 대한 연구가 추가적으로 수행되어야 할 것으로 사료된다.

    ACKNOWLEDGMENT

    This research was supported by a grant (20SCIP- B146 946-03) from Smart Civil Infrastructure Research Program funded by Ministry of Land, Infrastructure and Transport of Korean government

    Figure

    KOSACS-11-5-8_F1.gif
    Recycled GFRP Powder(RGP)
    KOSACS-11-5-8_F2.gif
    Procedure of Mixing
    KOSACS-11-5-8_F3.gif
    Flow Test
    KOSACS-11-5-8_F4.gif
    Water Curing
    KOSACS-11-5-8_F5.gif
    Preparation for Tests
    KOSACS-11-5-8_F6.gif
    Final Failure Shape of Compressive (RGP80-C)
    KOSACS-11-5-8_F7.gif
    Compressive Test Result
    KOSACS-11-5-8_F8.gif
    Final Failure Shape of Splitting Tensile (RGP20-S)
    KOSACS-11-5-8_F9.gif
    Splitting Tensile Test Result
    KOSACS-11-5-8_F10.gif
    Final Failure Shape of Flexural (RGP40-F)
    KOSACS-11-5-8_F11.gif
    Flexural Test Result

    Table

    Cement Physical Properties
    Cement Chemical Properties
    Chemical Composition of Glass Powder
    Mortar Mix
    C: Cement; S: Sand; W: Water; RGP: Recycled GFRP Powder
    Result of flowtest
    Group of Specimen
    Compressive Test Result
    Splitting Tensile Test Result
    Flexural Test Result

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