2.1.1 시멘트

이 실험에서 사용한 시멘트는 국내 A사의 밀도 3.15g/cm³, 분말도 3,318cm²/g의 보통 포틀랜드시멘트를 사용하였다.

2.1.2 잔골재

본 실험에서는 굵은 골재를 사용하지 않고 잔골재만을 사용 하였으며 강모래와 부순모래를 사용하였다. 잔골재의 물리적 성질은 Table 1과 같다.

Table 1

Physical properties of fine aggregate

2.1.3 혼화제

혼화제로는 시멘트 분리작용과 미세공기 연행으로 단위 수 량저감, 워커빌리티(Workability)및 내동해성을 개선시키는 국내 J사 제품의 고성능 AE감수제를 사용하였으며, 그 특성 은 Table 2와 같다.

Table 2

Properties of chemical admixture

2.1.4 불포화 폴리에스테르 수지(U.P.R)

상부블록 제작에 사용된 불포화 폴리에스테르 수지는 국내 A사 제품을 사용하였다.

2.2.1 태양광 발전용 블록의 구조

태양광 발전을 위한 보도형 콘크리트 블록을 현장에 적용 하기 위해서는 상부의 태양광 모듈에 연결된 케이블을 하부 의 콘크리트 블록에 적용하는 구조가 중요하다. 각 태양광 모 듈에는 여러개의 케이블이 연결되어 있고 이 케이블이 통과 하기 위한 배선구조가 하부의 콘크리트 블록에 구현되어야 하기 때문이다.

본 연구에서는 유압프레스 압출성형방식으로 제조되는 콘 크리트 블록의 특성을 고려할 때 복잡한 배선구조를 콘크리 트블록에 직접 구현하지 않고 보다 적합한 재질로 제조된 상 부 블록을 추가 제조하여 태양광 패널과 결합하는 방식이 더 적합하다고 판단되었다. 앞서 설명한 바와 같이 상부의 태양 광 패널, 상부블록, 하부블록으로 시험용 모듈을 구성하였으 며 블록간 모듈구조를 Fig. 1에 나타내었다.

Fig. 1

Concrete block module for power PV generation

2.2.2 시험체 배합 및 제작

태양광 발전을 위한 보도형 콘크리트 블록의 현장 적용성 평가를 위한 상부블록은 불포화 폴리에스테르 수지를 이용하 여 제조하였으며, 수축저감 및 균열방지를 위하여 수축저감 제와 탄산칼슘, 펄라이트 골재를 적정비율로 혼합한 뒤 강제 식 믹서로 2분간 혼합한 뒤 강재몰드에 투입하고 약 6시간 정 도 경화하여 제조하였다.

하부의 콘크리트블록은 대량생산 및 품질관리를 위해서 국 내 H사의 유압프레스를 사용한 고진동 가압방식의 콘크리트 제조설비를 이용하여 제작하였으며, 강제식믹서를 이용하여 일괄혼합방식으로 총 3분간 혼합하여 제작한 후 6시간의 증 기양생 후 28일간의 기건양생을 실시하였다.

대량생산을 위한 고진동 가입방식으로 생산되는 콘크리트 블록의 경우 성형을 위한 타설 후 즉시 탈형하여 컨베이어 벨 트 운송과 양생이 이루어지기 때문에 단위수량이 매우 작고 단위시멘트량 및 슬럼프, 공기량의 요인이 해당 설비특성에 맞게 거의 변화 없이 일정하게 유지된다. 따라서 물시멘트비 나 단위시멘트량 등이 강도에 미치는 주요한 요인인 일반의 콘크리트와 달리 사용되는 골재의 특성이 강도에 특히 많은 영향을 주게 된다.

따라서 본 연구에서는 Table 3에 나타낸 배합표와 같이 강 모래만을 사용한 경우와 부순모래를 중량비로 약 30% 치환한 배합에 대해 시멘트량을 조절하여 실험을 실시하였으며, 현 장생산특성상 골재의 표건상태를 번번히 맞추어 생산하기 불 가능하므로 표건상태 기준의 물시멘트비를 25%로 하고 골재 의 흡수율을 고려하여 단위수량을 증가시켜 제조하였다.

Table 3

Mixing design of concrete

상부 및 하부 블록 시험체의 크기(B×L×T)는 블록이 설치 될 현장 크기 및 블록간 연결 간격을 고려하여 477×477× 85mm로 제조하였으며, 상부 및 하부블록 시험체의 중량은 약 13.5kg/ea와 35.1kg/ea이다. 다음 Fig. 2와 3에 시험체의 실 물모형을 나타내었다.

Fig. 2

Solar panel and top block

Fig. 3

Bottom concrete block

실내실험을 위한 공시체의 경우 제조된 시험체를 절단기로 절단하여 사용하여야 하나, 시험용 블록의 크기 및 두께가 실 내실험에 사용하기에 부적합하여 Fig. 4와 같이 별도로 시험 용공시체 몰드를 제작하되 현장적용 시험체와 같은 배합 및 양생방법으로 제작하였다.

Fig. 4

Steel mould for test

2.2.3 현장 적용 시공

현장적용성 평가를 위한 실험 부지는 자체추산 연평균 약 12만명의 관람객이 방문하는 시설로 블록의 현장 적용성을 평가하는데 있어 적절한 장소로 판단된 국내 I시내 E파크내 광장으로 하였다.

현장 적용 규모(B×L)는 4.0×5.0m로 종방향 및 횡방향 구배 가 없는 평탄한 구역에 총 80개의 블록 모듈 설치하였으며, 방문인원이 적은 시기인 11월경에 시공하여 12월경에 완공하 였다. Fig. 5와 6에 대상 현장의 및 시공 전경을 나타내었다.

Fig. 5

Test site for installation of concrete block

Fig. 6

Installation of concrete block module

본 태양광발전을 위한 보도형 콘크리트 블록은 기존의 보 도블록 또는 석재포장 대신 태양광 패널과 콘크리트 블록이 결합되는 모듈구조로, ^｢외부로 노출되는 상부의 태양광 패널 +상부블록+하부블록_｣의 형태로 구성되어 있다. Fig. 1에 태 양광발전을 위한 보도형 콘크리트 블록의 구성 모식도를 나 타내었다.

상부블록은 케이블의 연결작업 등 시공성과 유지관리의 편 이성을 고려하여 실험실 내에서 상면의 태양광 패널과 부착 한 뒤 현장에서 하부의 콘크리트 블록과 요철(凹凸) 방식으로 결합되는 구조로 계획하였다. 이는 향후 유지관리시 블록의 교체를 고려한 것으로 패널 및 상부블록과 하부블록을 분리 하여 각각 교체가 가능하게 한 것이다.

시공순서는 기존의 화강판석 포장을 철거하고 계획 깊이 까지 터파기 후 지반을 고르고 하부에 모래로 구성된 40mm의 기반층을 소형콤펙타를 이용하여 다짐을 실시한 뒤 레미탈을 10mm 포설하고 하부 콘크리트 블록을 설치하였으며, 하부 블록간의 연결은 기하학적 형상에 의한 인터록킹(interlock) 방식으로 맞물리도록 하였다. 하부 블록의 설치가 끝난 후 상 부블록과 결합된 태양광 패널을 케이블 연결과 동시에 설치 하여 마무리 하였으며, 상면의 태양광 패널간 연결은 실란트 로 마감하였다. Fig. 7, 8, 9

Fig. 7

Real scale experiment channel

Fig. 8

Real scale experiment channel

Fig. 9

Real scale experiment channel

2.3.1 압축 및 휨강도 시험 방법

압축 및 휨강도 시험용 공시체는 앞서 제시한 바와 같이 압 축 및 휨강도용 전용몰드를 이용하여 현장적용 시험체와 같 은 배합과 방법으로 제조하였다. 압축강도용 공시체는 100× 100×100mm의 정육면체 형태로 제조하였고, 휨강도용 공시 체는 100×100×400mm의 직사각형 공시체를 제조하여 KS F 2405 콘크리트의 압축강도 시험방법과 KS F 2408 콘크리트 의 휨강도 시험방법 중 4점 재하방법에 따라 1,000kN 유압식 강도시험기를 사용하여 각 배합요인당 3회씩 실험하여 평균 값을 측정값으로 하였다. Fig. 10

Fig. 10

Experiment for measurement of Roughness

2.3.2 흡수율 시험 방법

흡수율 시험용 공시체는 압축 및 휨강도 공시체 제작방법과 같이 100× 100×100mm의 정육면체 형태로 제조하였으며, 흡 수율 시험은 ^｢KS F 4419 보차도용 콘크리트 인터로킹 블록_｣에 따라 표건질량과 절건질량의 차이에 대한 절건질량의 비율을 측정하여 흡수율을 계산하였으며 각 배합요인당 3회씩 실험하 여 평균값을 측정값으로 하였다.

2.3.3 동결융해 시험 방법

동결융해 등 내구성에 관한 기준은 KS F 4419에 제시되어 있지 않지만 ^｢KS F 2456 급속 동결 융해에 대한 콘크리트의 저항 시험방법_｣중 B 방법을 참고하여 앞서 언급한 바와 같이 100× 100×100mm의 정육면체 시험체를 제조한 뒤 6시간 증 기양생 후 28일간 기건양생하였으며 100싸이클까지 동결과 융해를 반복한 후 각 배합요인별 공시체의 압축강도를 측정 하여 강도감소율을 측정하였다.

2.3.4 현장적용성 평가

현장적용성 평가는 태양광 모듈의 초기 발전량 측정과 블 록의 6개월간 침하량 측정을 통해 평가하였다.

일반적으로 아스팔트나 콘크리트포장의 경우 육안 또는 장 비를 이용하여 균열, 소성변형, PSI, PCI, MCI 등의 지수를 통 해 평탄성과 내구성 등을 평가하고 이를 바탕으로 하여 포장 의 공용성을 판단한다.

하지만 본 태양광 발전용 블록의 경우 소규모의 현장적용 실험으로 도로용 장비를 활용하여 블록의 특성을 평가하기에 는 무리가 있다고 판단하였다. 따라서 해당 실험구역을 8열 10행으로 구분하고, 총 80개의 블록의 4개 모서리의 높이를 GPS측정기를 이용해 침하량을 측정하였으며 측정 간격은 시 공 후 약 2개월마다 측정하여 6개월까지 총 3회를 측정하여 침하량의 증가 추이를 관찰하였다.

그리고 초기 발전량 측정의 경우 시공 직후 1개월 후에 임 의의 일일 데이터로 분석하였으며, 계절 및 온도 등 환경요인 에 따른 분석은 추후 충분한 데이터를 확보한 뒤 진행하는 것 으로 계획하였다.