폴리머 콘크리트를 이용한 그레이팅 제품 개발에 관한 연구 :A study on the development of the grating-related products using polymer concrete

도재범

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자료유형: 학위논문

저자정보: 도재범 (대구대학교, 대구대학교 대학원)

지도교수: 정재동

발행연도: 2014

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2014

폴리머 콘크리트를 이용한 그레이팅 제품 개발에 관한 연구

도재범 학위논문(석사)-- 대구대학교 건축공학과 2014.01 학위논문

2013

폴리머 콘크리트를 이용한 그레이팅 관련 제품 개발

도재범 , 조현대 , 정재동 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2013.10 학술대회자료

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일반적으로 그레이팅은 주물이나 스텐 등의 금속 재질 등으로 제작되어 도로변이나 공장, 공원, 빌딩, 선박, 주택가, 인도 등의 하수, 오수, 우수가 많이 모이는 배수관에 설치되어 보행자의 안전보행과 차량의 흐름에 지장을 주지 않으면서도 각종 오수, 우수가 원활하게 하수 처리될 수 있도록 설치되어 사용된다.
현재 국내에서 사용되고 있는 그레이팅 제품의 많은 부분을 외국 저가 제품이 차지하고 있으며, 철강 재료의 가격 상승으로 인한 도난이 빈번하여 안전사고 등의 위험이 크게 증가하고 있다. 따라서 현재의 주물이나 스텐 재질의 그레이팅 보다는 기존의 재료와는 다른 재료인 폴리머 콘크리트를 사용하여 특화된 상품을 개발할 필요성이 있다.
현재 국내ㆍ외에서 연구 개발 또는 생산되고 있는 폴리머 콘크리트를 이용한 기술(제품)은 많은 건축재료에 적용되고 있으며, 폴리머 콘크리트의 높은 강도와 더불어 경량화, 수밀성, 내약품성 등의 큰 장점을 가지고 있어 그 활용 범위가 점차 확대될 것으로 판단된다.
본 연구에서는 기존의 주철제의 주물이나 스텐 등의 공장 가공제품으로 제작되어 다양한 건설공사에서 사용되어지고 있는 각종 금속제 그레이팅(뚜껑, 덮개)등의 제품을 대체하기 위하여 고강도의 폴리머 콘크리트를 적용한 그레이팅 제품을 제작하는 것을 목적으로 하였으며, 연구 결과는 다음과 같다.

1) 폴리머 콘크리트의 최적 배합설계
(1) 경화제 혼입량이 증가할수록 강도 발현율이 증가하였지만, 경화제 혼입량 1.0% 이후로는 강도 발현율이 낮아졌으며, 0.8%의 혼입량에서 가장 높은 강도발현율과 경화 시간에 따른 작업 시간 또한 좋은 것으로 나타났다.

(2) 폴리머 수지 치환율이 17%부터 치환율이 증가할수록 슬럼프가 좋아지는 것으로 나타났다. 그러나 높은 수지 치환율은 수지량의 증가로 인한 단가 상승과 더불어 재료분리 현상을 가져오는 등의 여러 문제를 발생시키며, 본 실험에서는 수지 치환율 22∼27%로 하였을 경우 가장 좋은 슬럼프 플로우를 나타내었다.

2) 그레이팅 제작 및 성능 시험
시제품 제작을 위해 여러 디자인의 도면을 설계하였으며, 3D입체 작업을 통해 미리 완성된 시제품의 개선 사항을 확인하였다. 초기 목형을 제작하여 여러디자인의 그레이팅 제품을 제작하였으며, 수지를 이용한 2차 그레이팅 형틀 제작 및 최종 금속 금형을 제작하여 폴리머 콘크리트 그레이팅을 제작하였다.

(1) 내부 보강재에 따른 휨강도 측정 결과 강재를 보강하였을 경우 가장 뛰어난 보강효과를 보였으며, 단배근으로 설계 시 가장 경제적이며, 도로공사 표준시방서 “스틸 그레이팅 종별 기준”을 만족하는 것으로 나타났다.

(2) 제작된 폴리머 콘크리트 그레이팅의 성능 시험을 위해 현장 적용에 따른 고중량 집중 하중 시험을 실시하였으며, 30일동안 측정 결과 처짐이나 변형이 발생하지 않는 것을 확인하였으며, 추가적으로 실시한 차량 고정 균등하중 시험에서도 변형이나 처짐이 발생하지 않는 것을 확인하였다.

이상의 연구 결과를 종합하여 기존 금속 그레이팅을 폴리머 콘크리트를 사용하여 그레이팅 제작에 활용할 경우 소품종 및 다품종의 생산이 가능하며, 디자인의 유동성 과 형상이 우수하여 다양한 형태의 제품에 적용이 가능하여 기존의 금속 그레이팅의 문제점을 개선할 수 있을 것으로 판단된다.

Generally, grating is made with metal casting or steel and is installed in drainpipes in roadsides, factories, parks, buildings, ships, households, sidewalks, etc., where sewage, wastewater and rainwater gets collected, in order to dispose of them smoothly without affecting the safety of pedestrians and traffic flow.
The existing products related to grating was generally made with metal casting or steel, and a lot of them were foreign cheap products. With the increase of product flow of low caliber products and increase in the cost of steel materials, theft is frequent and the danger of safety accidents is increasing.
The technology(product) using polymer concrete currently being researched, developed or produced domestically and abroad is mostly being applied and used in water pipes, but due to the big advantage of polymer concrete being light-weighted, water-tight and chemically resistant compared to its heavy strength, its utilization is seen to expand or be applied to many products.
Therefore, more than the current cast or steel grating, the new ingredient polymer concrete needs to be used to develop new, specialized products.
The aim of this research was to produce grating products with the high strength polymer concrete instead of various metal gratings(lids, covers) that are being used in diverse construction sites after being produced as factory manufactured goods with metal casting or steel. The research results are the following.

1) The Optimum Mix Design of Polymer Concrete
(1) As the amount of hardener improved strength, but after 1.0% hardener the strength deteriorated. It can be estimated that when hardener was increased the hardening speed of polymer concrete suddenly increased as well, and because the polymer concrete was hardened before it was stemmed enough it had less strength. Concerning the characteristic of hardening in conformity to the amount of hardener, 0.8% hardener showed the most improved strength and also an ideal operation time according to the hardening time.

(2) There was a slump change from 17% resin substitution and as substitution increased the slump seemed to get better. However, high resin substitution rates cause many problems such as rise in unit cost and segregation, and in this study we found that the optimum slump flow was found at 22~27% resin substitution.

2) Grating Production and Efficiency Test
(1) As a result of measuring bending strength according to internal stiffeners, the most improved strengthening effect showed when the steel was reinforced and through this many strengthening methods were attempted. But it was shown to be most economic when planned with danbaegeun, and it satisfies the “Steel grating classification standard” of road construction’s standard construction specification.

(2) Many design drawings were made for the making of the prototype and through 3D operation we confirmed points of improvement for the pre-made prototype. By making a wooden model first we made many grating products of different designs, and secondly by making a final metal mold and grating frame we produced polymer concrete grating.

(3) To test the efficiency of produced polymer concrete, we focused on testing heavy concentrated load depending on the environment. We checked that there was no drooping or transformation through an additional equal weight test for land vehicles.

By putting together the research results, we found that production of small or large variety can be achieved by using polymer concrete in making grating, and that it will solve many problems of the existing metal grating thanks to the flexibility of design and shape by being applied to diverse products.

#폴리머 #그레이팅

Ⅰ. 서 론 1
1. 연구배경 및 목적 1
2. 연구범위 및 방법 2
Ⅱ. 이론적 고찰 3
1. 폴리머 콘크리트 3
1) 폴리머 콘크리트의 특성 3
(1) 개요 3
(2) 물리ㆍ화학적 특성 4
2) 폴리머 콘크리트의 종류 9
(1) 폴리머 시멘트 콘크리트 9
(2) 폴리머 콘크리트 9
(3) 폴리머 함침 콘크리트 10
2. 폴리머 콘크리트 연구 동향 11
1) 기존연구 관련 동향 11
2) 현장 이용 실태 12
3. 금속제 그레이팅 13
1) 개요 13
2) 그레이팅의 종류 및 품질기준 14
Ⅲ. 폴리머 콘크리트의 최적 배합설계 실험 16
1. 경화제 혼입량에 따른 경화특성 16
1) 실험개요 16
2) 실험계획 및 방법 17
(1) 실험계획 17
(2) 사용재료 18
(3) 실험방법 20
3) 실험결과 및 고찰 22
(1) 경화제 혼입량에 따른 강도특성 22
(2) 수지량에 따른 경화특성 25
2. 수지 치환율에 따른 유동성 및 강도특성 27
1) 실험개요 27
2) 실험계획 및 방법 27
(1) 실험계획 27
(2) 사용재료 28
(3) 실험방법 30
3) 실험결과 및 고찰 33
(1) 수지 치환율에 따른 유동특성 33
(2) 수지 치환율에 따른 강도특성 34
(3) 결합재의 혼합시간에 따른 강도특성 35
3. 소 결 36
Ⅳ. 그레이팅 제작 및 성능 시험 37
1. 보강재 종류에 따른 휨강도 및 최대하중 시험 37
1) 실험개요 37
2) 실험계획 및 방법 37
(1) 실험계획 37
(2) 사용재료 38
(3) 실험방법 40
3) 실험결과 및 고찰 43
(1) 보강재에 따른 휨강도 특성 43
(2) 보강재 보강방법에 따른 최대하중 특성 44
2. 폴리머 콘크리트를 이용한 그레이팅 시제품 제작 및 평가 45
1) 시제품 설계 및 제작 45
(1) 시제품 설계 45
(2) 시제품 제작 46
2) 현장 적용성 시험 49
(1) 고중량 집중하중 시험 49
(2) 차량 고정 균등하중 시험 50
3. 소 결 51
Ⅴ. 결 론 52
참고 문헌 54
영문 요약 56

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