Experimental investigation of waste LDPE and quarry dust as a cement replacement for paving blocks

매일 전 세계에서는 사라지기를 거부하며 매립지와 수로를 막아버리는 엄청난 양의 플라스틱 폐기물이 발생하고 있으며, 동시에 기존의 건설업은 도로를 포장하는 재료를 만들기 위해 막대한 양의 천연자원을 계속해서 소비하고 있습니다. 이는 어려운 난제를 만들어냅니다. 즉, 표준 보도블록 제작에 필요한 과도한 채굴과 시멘트 생산에 의존하지 않으면서 어떻게 축적되는 플라스틱을 관리할 것인가 하는 문제입니다. 그 해답은 단순한 교체에 있을지도 모릅니다. 돌을 결합하기 위해 통상적으로 사용하는 시멘트를 녹인 플라스틱으로 완전히 대체하고, 모래를 암석 채굴 후 남은 미세한 분진으로 바꾸는 것입니다. 이 접근 방식은 단순히 폐기물을 숨기려고 노력하는 것이 아니라, 두 가지 별개의 환경 문제를 하나의 기능적인 건축 자재로 전환하고자 시도합니다.

타코라디 기술 대학교(Takoradi Technical University)에서 수행된 한 연구에서, 연구진은 시멘트를 단 한 알도 사용하지 않고 보도블록을 만드는 아이디어를 테스트하기 위해 연구를 시작했습니다. 일반적인 시멘트, 모래, 돌의 혼합물 대신, 그들은 많은 식료품 봉투와 병에서 발견되는 부드럽고 유연한 종류인 저밀도 폴리에틸렌이라 알려진 잘게 부순 폐플라스틱과 광산 분진인 미세한 광물 가루를 사용했습니다. 그들은 플라스틱과 분진 사이의 균형을 달리하여 어떤 혼합물이 가장 잘 결합하는지 확인하기 위해 여러 가지 다른 버전의 블록들을 만들었습니다. 한 그룹은 전통적인 시멘트와 모래로 만들어 표준 참조군 역할을 했으며, 나머지 블록들은 플라스틱을 녹여 무게 기준으로 50:50, 60:40, 80:20의 비율로 분진과 혼합하여 제작되었습니다. 목표는 이 플라스틱 함량이 높은 블록들이 콘크리트 블록과 마찬가지로 파손에 얼마나 잘 견디는지, 물을 얼마나 흡수하는지, 그리고 열에 어떻게 반응하는지를 구체적으로 살펴보며 동일한 테스트를 견뎌낼 수 있는지 확인하는 것이었습니다.

결과는 플라스틱 블록이 단순한 이론적 가능성을 넘어 뚜렷하고 측정 가능한 강점을 가진 재료임을 보여주었습니다. 연구진이 블록을 쪼개는 데 얼마만큼의 힘이 드는지 테스트했을 때, 가장 성능이 좋았던 플라스틱 혼합물(플라스틱 60 대 분진 40 비율)은 전통적인 시멘트 블록에 매우 근접한 강도를 달성했습니다. 시멘트 블록이 28일째에 특정 강도 수준에 도달한 반면, 가장 우수한 플라스식 혼합물은 거의 그와 같은 수준에 도달하여, 이 재료가 인장력 하에서도 형태를 유지할 수 있음을 증명했습니다. 그러나 플라스틱 블록이 가장 빛을 발한 부분은 물과 관련해서였습니다. 전통적인 시멘트 블록은 3일 동안 물에 담가 두었을 때 상당한 양의 물을 흡수했지만, 플라스틱 버전은 거의 흡수하지 않았습니다. 플라스틱 함량이 가장 높은 혼합물은 흡수하는 물이 가장 적었으며, 시멘트 버전의 높은 흡수량에 비해 거의 미미한 수분만을 흡수했습니다. 이는 플라스틱이 물이 침투할 수 없는 장벽을 형성한다는 것을 시사하며, 이러한 특성은 습한 환경에서 매우 유용할 수 있습니다.

하지만 열과 관련해서는 명확한 절충점이 존재했습니다. 플라스틱 블록은 물을 밀어내는 데는 탁월했지만, 시멘트 블록보다 고온에 훨씬 더 민감했습니다. 연구진은 시편이 눈에 보이는 손상을 보이기 시작할 때까지 가열했으며, 결과는 혼합 비율에 따라 달랐습니다. 플라스틱 함량이 가장 높은 블록은 분진이 더 많은 블록보다 훨씬 낮은 온도에서부터 변질되기 시작했는데, 이는 플라스틱이 너무 많으면 블록을 열에 취약하게 만든다는 것을 나타냅니다. 전반적으로 강도 면에서 가장 우수한 성능을 보인 60:40 혼합물은 결합력과 내수성 사이의 훌륭한 균형을 제공했지만, 여전히 시멘트 대조군보다 낮은 내열성을 가지고 있었습니다.

연구는 이러한 시멘트 없는 블록이 실행 가능한 옵션이지만, 모든 도로구나 진입로에 적용할 수 있는 만능 해결책은 아니라고 결론짓습니다. 열에 민감하고 최고의 시멘트 블록보다 강도가 약간 낮기 때문에, 이들은 대형 차량이나 고온 산업 지역보다는 보행로, 정원 길, 건물 주변과 같은 가벼운 보행 통행량이 있는 구역에 가장 적합합니다. 이 연구는 폐플라스틱과 광산 분진이 내구성이 있고 내수성이 있는 포장재로 융합될 수 있음을 입증하며, 특정 강점은 활용하고 약점은 피할 수 있는 적절한 장소에서 사용된다면 천연자원을 절약하면서 플라스틱 폐기물을 줄이는 실질적인 방법을 제시합니다.