사조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 칼라 콘크리트와 슬러지를 이용한 점자블록 보완 설계

영문 : Enhanced Design of Braille Blocks Using Colored Concrete and Sludge

과제 팀명

사조

지도교수

김지수 교수님

개발기간

2024년 3월 ~ 2024년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 토목공학과 2021860048 조용배(팀장)

서울시립대학교 토목공학과 2016860014 문대혁

서울시립대학교 토목공학과 2021640047 정수현

서울시립대학교 토목공학과 2021860044 노수민

서울시립대학교 토목공학과 2021860048 송현석

서론

개발 과제의 개요

◇ 파손 및 유실, 페인트 벗겨짐 등으로 보행자 및 시각장애인에게 불편함을 주는 기존의 점자블럭의 단점을 보완하는 일체형 콘크리트 점자블럭 설계

◇ 점자블럭 관련 규정에 따르면 정기보수는 1년에 한번, 유실 및 파손 발생 시 즉시 보수 필요한데   일체형 점자블럭의 사용으로 유지 보수의 불편함을 줄임

◇ 환경을 오염시키는 슬러지를 재활용 할 수 있는 방안을 마련하여 기존의 매립 및 소각으로 발생하는 비용과 환경오염을 절감

개발 과제 요약

◇ 현재 세계적으로 환경오염의 문제를 야기하고 있는 슬러지를 활용한 친환경 점자블럭 제작

◇ 기존의 분리형과 겉면의 염색 염료 도포로 발생하였던 문제를 점자블록의 상부를 칼라콘크리트의 사용으로 일체형 제작

◇ 점자블록 제작과정에서 시멘트를 슬러지로 대체함에 따라 시멘트 사용량, 슬러지 처리비용 감소와 더불어 칼라콘크리트 사용으로 유지,보수 비용 감소 예상

개발 과제의 배경

◇ 시각 장애인들에게 눈이 되어주는 점자블럭의 설치와 관리가 미흡

◇ 제대로 관리되지 않은 점자블럭으로 시민들에게 불편함을 초래

◇ 자주 발생하는 블록의 손상으로 인해 추가적인 자원 소모와 환경부담을 초래

◇ 폴리염화비닐(PVC), 탄성 고무 재질의 점자블럭은 우천 시 보행 안전을 위협

◇ 2020년 기준 10년간 슬러지 발생량은 71.7% 증가했고, 이에 따른 슬러지 처리에 많은 에너지가 필요

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 기존의 점자블록을 슬러지와 칼라콘크리트를 이용하여, 기존의 점자블록보다 개선된 제품을 만드는 것

◇ 모두에게 더 나은 접근성을 제공하고 동시에 지속 가능한 제품으로서의 역할을 수행

◇ CAD와 3D프린터를 활용하여 일체형 점자블럭 몰드 제작

◇ 슬러지의 비율을 조절해가며 콘크리트와 혼합 후 강도 시험 진행

◇ 최적의 슬러지-콘크리트의 상부에 칼라 콘크리트를 합친 후 강도 시험 진행

◇ 경제성 및 안정성 평가

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

설계 사양

◇ 현재 일상생활 속 하수처리 과정, 건설페기물 세척과정, 폐기물 처리과정 등 다양한 환경에서 슬러지가 발생한다. 각기 다른 상황에서 발생한 슬러지는 기본 성질은 비슷한 듯 보이지만 상세한 성분의 비율은 다르므로 타설시 각기 다른 반응을 나타낸다. 이 중 건설페기물에서 생성되는 슬러지를 활용하여 Sluge/Binder 비에 따른 압축강도 변화 값을 측정할 것이다.

◇ 칼라콘크리트 제작과정에서 시멘트의 적정량을 안료로 대체하여 색을 발현한다. 하지만 각기 안료마다 구성하는 성분이 달라 타설시 강도 측면에서 차이를 나타낸다. 이를 바탕으로 시멘트에 대한 안료의 비에 따라 압축강도의 변화와 색의 발현 정도를 측정할 것이다.

◇ 다양한 양생방법 중 습윤 양생은 비교적 높은 압축강도를 보여준다. 따라서 점자블록 설계 시 높은 압축강도를 발현 시키기 위해 습윤 양생을 채택 할 것이다.

◇ 시방서에 따른 기준에 맞춰 실험을 진행한다.

개념설계안

◇ 편의증진법에서 제시하고 있는 점자블럭 기준 300mm x 300mm 크기의 표준형, 돌출점의 높이는 0.6±0.1cm로 정해져있지만 과제의 효율과 실험예산 단축을 위해 압축강도의 변화가 크게 없는 선에서 크기를 줄여 제작한다.

◇ 점자블록에 경우 휨강도 규정이 있지만 휨강도 실험을 진행하기 힘들다고 판단하여 대신 압축강도 시험을 진행하기로 결정하고 보도블록의 압축강도 규정인 12Mpa ~ 25Mpa를 목표로 하였다.

◇ 여러 개의 콘크리트를 타설하고 부숴가며 실험을 해야하는 과제 특성을 고려하여 몰드 재사용을 위해 점자블록 모형을 3D프린터로 제작 한 후, 실리콘을 이용해 몰드를 제작하였다.

◇ 공시체 제작 후 각 공시체의 압축강도 시험을 진행하여 점자블록 기준 압축강도에 부합하는지 확인하여 적합성을 확인한다.

◇ 슬러지, 시멘트 및 기타 재료 배합은 논문을 참고하여 진행. 단, 논문에서 다루지 않은 비율은 슬러지 증가량에 따른 경화제 사용 증가량을 참고하여 결정하였다.

◇ 안료 첨가 비율 역시 논문 참고. 데이터 상 6% 이상부터는 뚜렷한 결과 변화가 없다고 판단하여 6%로 진행한다.

◇ 실험장소인 실험실의 경우 에어컨이 상시 가동중이여서 건조한 환경이다. 따라서 모래는 절대건조 상태가 유지되고 있으며 실제 건설현장에서 사용하는 모래의 상태인 표면건조 상태와 상이하기 때문에 배합 전 모래에 물을 뿌려 실제 시험환경과 유사한 표면 건조 상태를 만들어준다. 이를 확인하고 최적 함수율을 맞추기 위해 다짐시험을 실시하였다. 추가로 배합을 완료한 후에 타설 시 공극 감소, 최적함수율을 찾기 위해 플로우테스트를 진행한다.

◇ 양생은 시간적 제약으로 7일, 28일 진행하기로 하였으며, 다양한 양생 방식 중 결과값이 비교적 양호한 습윤양생으로 진행하기로 하였다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

이론적 계산

◇ 상부(컬러콘크리트) 15mm 부분에서 6%를 안료로 대체 -> 전체 시멘트 중 1.8%

◇ 하부(슬러지콘크리트) 35mm 부분에서 20~40%를 슬러지로 대체 -> 전체 시멘트 중 14~28%

◇ 총 최소 15.8%에서 최대 29.8%까지 시멘트 비용을 절감할 수 있으며, 슬러지 처리 비용 또한 절감 가능

시뮬레이션

◇ 제작 여건 상의 문제와 정확한 실험을 위해 위의 표와 같이 20, 30, 40%의 슬러지 콘크리트를 날짜를 나워서 강도시험을 진행.

◇ 20, 30%의 슬러지 콘크리트를 현재 타설 완료하여 양생 중에 있고 40%의 슬러지 콘크리트를 5월 9일 실시할 예정.

◇ 모든 슬러지 콘크리트의 7일 압축강도 데이터를 추출한 5월 16일에 강도가 미진할 시 실험계획이 보수적으로 변경될 수 있음. 더 낮은 치환 비율을 선정하거나, 적정값이 나온 치환 비율 사이값을 다시 타설 할 예정.

◇ 강도시험이 성공적으로 마무리될 시 모든 28일 압축강도 데이터를 추출한 6월 6일에 최종 목표를 달성할 수 있을 것으로 예상.

상세설계 내용

◇ 개념 설계안에 제시된 다짐시험, 배합, 플로우테스트를 진행 후 타설 과 양생을 진행.

◇ 상부(컬러콘크리트) 부분은 15mm로 점자블럭의 상단만을 덮고 하부(슬러지콘크리트) 부분은 35mm로 층을 나눠 한 번에 타설.

◇ 그 후 하루를 기다려 굳힌 다음, 몰드에서 빼내 물에 집어넣어 습윤양생 진행.

◇ 똑같은 모양의 점자블럭을 슬러지 비율마다 6개 씩 타설하여 총 18개를 타설.

◇ 7일, 28일 마다 3개 씩 강도시험을 진행하여 평균 데이터값을 추출할 예정.

◇ 최종적으로 기대되는 컬러 콘크리트와 슬러지를 이용한 일체형 점자블럭.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

사조

목차

프로젝트 개요

기술개발 과제

과제 팀명

지도교수

개발기간

구성원 소개

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

개발 과제의 배경

개발 과제의 목표 및 내용

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

시장상황에 대한 분석

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

설계