KR100243307B1 - 기계화 농촌 경작로 확포장방법 - Google Patents

Abstract

(목적)시멘트의 응결 반응을 빠르게 하여 공사에 요하는 시간을 단축할 수 있고, -5℃ 이하의 저온에서도 시멘트를 응결 고화시킬 수 있는 기계화 농촌 경작로 확포장방법을 제공함을 목적으로 하며, 함수비가 높고 낮은 도로 구조물을 고화제로 포장하고, 그 윗부분에 ASP 포장을 시공할 수 있는 기계화 농촌 경작로 포장방법을 제공함을 목적으로 한다.

(구성)생석회의 표면에 지방의 피복을 형성하고, 형성후 이 지방산에 의한 표면피막을 형성한 생석회, 시멘트 및 상기 지방산의 용해제로 되는 주입재를 슬러리상으로 연약지반 등의 주입 대상에 주입 고화시킨후 그 위에 ASP 포장공사를 하는 기계화 농촌 경작로 확포장방법이다.

Description

기계화 농촌 경작로 확포장방법

본 발명은 기계화 농촌 경작로 확포장방법에 관한 것이다. 더 상세히는 본 발명은 농촌의 경작로 지반을 기존의 소일시멘트(soil cement) 공법에 일정량의 고화제를 주입, 혼합하여 로반토입자 자체를 고화시키는 경제적인 포장방법에 관한 것이다.

종래에 있어서는 농촌 경작로 확포장방법은 기층지반 조성 공정을 위하여 로반굴착과 잔토운반처리, 분진 비산관리등의 번거로움과 공사현장이 도심에서 원거리인 관계로 인력, 장비, 자재과다 투입 등으로 공사비의 부담이 과중되었으며 품질의 사후 관리에도 보수비가 많이 소요되고 있다.

국내외적으로 여러 농촌 경작로의 연약지반을 대상으로 공법 개발이 연구 검토되었으나, 한국건설기술연구원이 대표적으로 함수비가 적은 지반을 대상으로 연구 개발이 적용 실시된 바 있다. 농경지가 대체로 연약지반으로 되어 있는 우리나라의 경작로를 대상으로 연구한 실적은 그리 많지 않으며, 폐식토와 연약지반을 활용한 대표적인 사례는 부산광역시와 수도권 매립지를 꼽을 수 있다.

종래의 기술과 공법으로 시행하고 있는 방법은 ,그 지반이 유기질토, 연약토, 점성토등 함수량이 적고 높고 간을 가리지 아니하고, 콘크리트와 ASP 포장공법으로 시공함에 따라 그 품질이 확보(새마을 포장사업등)되지 못하여, 보수비의 추가 부담이 낭비 요인으로 대두되었을 뿐만 아니라 예산도 낭비되고 있다.

이 광활한 전국의 농촌 경작로를 종래 공법으로 확포장하기에는 재정부담의 과중과 품질의 미확보, 정책목표 달성의 장기간 소요등 많은 보수비 부담의 과중등을 감안하여

본 발명은 앞에서 기재한 바와 같이 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서

① 종래 공법으로 시행하는 경작로 시공 공법을 자재 투입부터 시공 공정을 완전 개선하여 경작로 지반을 치환없이 원지반 상태를 두고, 원자재로 활용하여 공사비 경감과 품질을 확보코저하며

② 경작로의 모토(일반토·연약토·유기질토등)의 응결반응을 빠르게 하기 위하여 개발된 무공해 성분의 고화제를 투입하여 공기를 단축하고

③ 경작로 모토와 시멘트 및 고화제등의 혼합교반을 손쉽게 처리할 수 있는 장비를 투입하여 그 품질을 보장하고

④ 농한기를 이용하여 -5℃ 이하의 저온하에서도 시멘트를 응결 고화시킬 수있어, 겨울철에도 기계화 농촌 경작로의 포장이 가능하도록 하여 정책 목표를 조기 달성하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 기계화 농촌 경작로 확포장방법중 원위치 교반 방식을 나타내는 개략적 단면도이다.

도2는 본 발명의 기계화 농촌 경작로 확포장방법중 포설식 교반 방식을 나타내는 흐름 개략도 이다.

(부호의 설명)

1 … 싸일로 2 … 싸일로 3 … 탱크

4 … 물저장탱크 5,6 … 호스 7,8 … 계량기

9 … 믹서 10,11 … 펌프 12,13 … 호스

14 … 계량기 15,16 … 호스 17 … 교반기

18 … 압송펌프 19 … 압송호스 20 … 혼합기

21 … 중공회전축 22 … 교반익 23 … 고화체

24 … 포장지반 25 … 연약지반 26 … 백호장비

27 … 모토호파 28 … 모토콤베아 29 … 모토투입호파

30 … 1차모토분쇄기 31 … 운반콤베아 32 … 2차모토혼합교반기

33 … 혼합교반개량토 34 … 개량토운반차량

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주입방법은, 생석회의 표면에 지방산의 피막을 형성하고, 형성후 지방산에 의한 표면 피막을 형성한 생석회, 시멘트 및 상기 지방의 용해제로 되는 주입제를 슬러리상으로 하여, 농촌 경작로를 기계화로 연약지반에 주입 고화시킨후 그 위에 ASP 포장을 하는 것이다.

상기 용해제로서는 칼륨염인 염화칼륨과 탄산칼륨중 어느 하나를 쓴다.

그리고 분말 생석회에 대해 야자유등의 지방산 0.1∼1wt%를 배합하여, 생석회의 표면에 지방산의 피막을 형성하고, 시멘트에 대해 상시표면 피막을 형성한 생석회 10∼100wt%를 배합하고, 이들 시멘트 및 표면 피막을 형성한 생석회에 대해, 칼륨염 0.05∼1.0wt% (염화칼륨과 탄산칼륨의 양쪽을 쓰는 경우에는 예컨대 각각 0.025∼0.5wt%)를 배합하는 것이 좋다.

상기 시멘트는 포트랜드시멘트, 조강시멘트, 초조강시멘트 등을 쓸 수 있다.

상기 슬러리상의 수입제를 기계화 농촌 경작로에 주입함으로써, 칼륨염의 작용에 의해 생석회의 표면의 지방산의 피막을 용해시켜, 노출된 생석회를 슬러리중의 수분과 직접 반응시켜 슬러리중의 수분을 흡수시키므로서 함수비를 저하시키고, 이 반응에 수반하는 발열에 의해 수분을 증발, 탈수시키고 더욱이 고온이 되므로 시멘트의 응결반응을 급속히 진행시킬 수 있다.

그리고 주입시에 지방산의 양을 상기 범위에서, 적의 선택함에 의해 주입대상에 주입한 후, 5분∼3시간의 사이에 용해되게끔 조정할 수 있고, 또한 수분을 주입 대상의 수분을 고려하여, 적의 조정함에 의해 온도를 10∼50℃ 까지 급속으로 상승시킬 수 있고, 이에 의해 시멘트의 응결반응을 급속하게 진행시킬 수 있다. 예컨데, 시멘트 모르타르류는 80℃ 까지를 상한으로 하여 고온으로 함으로써 온도 x 시간에 비례하여 강도를 향상시킬 수 있다.

(작 용)

생석회는 물에 접속시키면, 급속하게 반응하여 소석회로 되어버리므로 생석회의 그대로의 슬러리화시키는 것은 불가능하지만, 본 발명에서는 생석회의 표면에 지방산의 피막을 형성시키고, 슬러리화하여도 물과 반응할 염려가 없고, 칼륨염으로 된 용해제의 작용으로 지방산의 피막을 용해시킴에 의해 비로서 물과 반응시킬 수 있다.

따라서 생석회와 물과의 반응되고, 소석회로 변화할 때의 흡수 발열반응을 이용할 수 있다. 즉, 흡수와 발열에 의해 슬러리증의 수분을 흡수하여 함수비를 저하시키고, 다시 증발 탈수시킴과 더불어, 발열에 의해 겨울에도 시멘트의 응결반응을 급속히 진행시킬 수 있다. 또한 생석회가 흡수함에 의해 그 체적이 팽창되어 시멘트 슬러리의 최대의 과제인 프리징 현상을 해소할 수 있다.

실시예 1: 원위치교반 방식 - 저함수질토의 경작로

다음에 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도1의 본 발명의 기계화 농촌 경작로 포장방법은, 함수비가 낮은 경작로 로반을 원위치 상태에서 교반 처리하는 방법을 나타내는 개략 단면도이다.

원위치 교반방식은 원지반토 자체인 경작로를 원위치 상태에 두고, 설계에 맞게 심도등 배합비 대로 시멘트를 로반위에 살포한 후, 스테비라이저 장비(특수장비)를 이용하여, 원지반과 시멘트를 골고루 교반한 후, 그 위에 용해된 고화제인 고화수를 살포하고, 롤라로 전압하는 방식이다. 이때 정하여진 심도가 50㎝일때, 롤라로 전압하는 다짐비중(10㎝ 정도)을 측정하여 설계와 품질에 이상이 없도록 하는 방식이다

도1에서 나타내는 바와 같이, 싸일로(1)에 지방산으로 야자유의 표면 피막을 형성한 생석회 분말을 저장하고, 싸일로(2)에 시멘트를 저장한다. 한편 탱크(3)에 칼륨염을 물에 용해하여 저장하고 탱크(4)에 물을 저장한다.

그리고 싸이로(1)내의 야자유의 표면 피막을 형성한 생석회 분말과 싸일로(2)내의 시멘트를 각각 호스(5),(6)를 거쳐서 계량기(7)과 (8)로 보내고, 계량기 (7)과 (8)에서 소요량을 계산하여 믹서(9)로 보낸다.

한편, 탱크(3)내의 칼륨염의 용해액과 탱크(4)내의 물을 각가 펌프(10),(11)의 구동에 의해 호스(12)와 (13)을 거쳐서 계량기(14)로 이송하고, 계량기(14)에서 소요량을 계산하여 호스(15)를 거쳐서 믹서(9)로 이송한다. 이 믹서(9)에서 야자유의 표면 피막을 형성한 생석회 분말과, 시멘트와 염화칼륨과 물을 교반하여 슬러리를 압송펌프(18)의 구동에 의해 압송호스(19)를 거쳐서 기계화 농촌 경작로 포장지반(24)의 위에 있는 혼합기(20)에 압송한다.

그리고 혼합기(20)의 중공회전축(21) 및 교반익(22)의 회전에 의해 기계화 농촌 경작로 포장지반(24)을 교반하면서 중공회전축(21)에서 슬러리를 기계화 농촌 경작로 포장지반(24)에 주입한다. 주입후, 생석회의 표면 피막인 야자유를 칼륨염의 작용으로 용해한다. 이에 의해, 생석회가 물과 반응하여 소석회로 변화할 때의 흡수 발열 반응을 이용할 수 있다.

즉, 흡수와 발열에 의해 슬러리중의 수분을 흡수하여 기계화농촌 경작로 포장지반(24)에서 함수비를 저하시키고, 더욱이 발열 탈수시킴과 더불어 발열에 의해 겨울에도 시멘트의 응결반응을 급속히 진행시킬 수 있다. 그리고 시멘트등의 고화체(23)가 된다. 다음에 본 발명의 주입 공법에 의한 고화체의 강도 및 투수계수의 시험예에 대해 설명한다.

시험예 1

생석회 분말 100㎏에 대해, 지방산으로서 야자유 0.3㎏을 혼합하여 생석회 분말의 표면에 야자유의 피막을 형성하고, 생석회가 물과의 친화성이 없어지고 물과 반응하지 않는 상태로 했다. 상기 생석회 100㎏에 대해 조강시멘트 352㎏을 선택했다. 그리고 이들의 표면 피막을 형성한 생석회와 조강시멘트에 대해 야자유의 용해제인 염화칼륨 263g으로 선택했다.

상기 배합 비율에서 우선 표면 피막을 형성한 조강시멘트를 혼합하고, 더욱이 이들의 표면 피막을 형성한 생석회와 조강시멘트의 합계에 대해 물 351ℓ를 가함과 더불어 염화칼륨을 혼합 용해시켜 슬러리상으로 하였다. 그리고 흙 547㎏과 혼합하여 고화제를 얻었다.

시험예 2

생석회 분말 100㎏에 대해 지방산으로서 야자유 0.3㎏을 혼합하고, 생석회 분말의 표면에 야자유의 피막을 형성하고, 생석회와 물과의 친화성이 없어지고 물과 반응하지 않는 상태로 했다. 상기 생석회 130㎏에 대해 조강시멘트 292㎏을 선택했다. 그리고 이들의 표면 피막을 형성한 생석회와 조강시멘트에 대해 야자유의 용해제인 염화칼륨 230㎏으로 선택했다.

상기 배합 비율에 대해 상기 시험예 1과 동일하게, 우선 표면피막을 형성한 생석회와 조강시멘트를 혼합하고, 더욱이 이들의 표면피막을 형성한 생석회와 조강시멘트의 합계에 대해, 물 318ℓ를 가함과 더불어, 염화칼륨을 혼합 용해시켜 슬러리상으로 했다. 그리고 흙 493㎏과 혼합하여 고화제를 얻었다.

상기 시험예 1, 2에서 일축 압축강도의 시험 결과는 다음 표1과 같다.

구 분	일축압축강도 (㎏/㎠)
	2시간후	3시간후	24시간후
시험예 1	1.50	3.56	7.01
시험예 2	0.11	0.49	7.03

표1에서 명백한 것처럼 야자유의 양을 변화시킴에 의해 그 용해시간, 즉 생석회와 물과 반응하여 시멘트의 응결반응의 시간을 바꿀 수 있다는 것을 알 수 있다. 그리고 상기 일축 압축강도로 부터 노반토와 교반 혼합하여 응집력을 잃고있는 노반토의 입자에 주입하여, 이를 고화시켜 노반 경작로 포장지반(24)에 주입하여 이를 고화한 경우 충분한 강도를 얻을 수 있다는 것이 명백하다.

또한 상기와 같이 주입대상에 주입후, 지방산을 용해시켜 생석회를 흡수 발열 반응을 시킬 수 있음으로, 흡수에 의한 체적의 팽창에 의한 시멘트의 프리징 현상을 방지할 수 있어 겨울에도 시공 가능함은 명백하다. 또한 상기와 같이 야자유의 양을 변화시킴에 의해 그 용해시간, 즉 생석회가 물과 반응하여 시멘트의 응결 반응시간을 변화시킬 수 있기 때문에 시공시간을 조절할 수 있고, 단시간에 완료함이 요구되는 공사에도 대응할 수 있다.

계산에 의하면 예컨대 소일 파일의 구축의 경우, 종래의 시멘트계 고화제를 사용한 주입공법의 경우, 14∼28일이 요하는 공사기간을, 본 발명의 주입공법의 경우 1∼7일간으로 단축시킬 수 있고, 초연약 지반에도, 본 발명의 기계화 농촌 경작로 포장방법을 사용함으로서 단시간에 농기계 등의 주행이 가능하고, 대폭적인 공기 단축과 공사비의 저코스트화를 도모할 수 있음은 명백하다.

실시예 2 : 포설식 교반방식 - 고함수질토의 경작로

다음에 본 발명의 실시예 2에 대하여 설명한다. 도2는 본 발명의 기계화 농촌 경작로 포장방법중 도2에서 살펴본 바와 같이, 경작로에 함수비가 낮은 지반은 원위치 상태에서 배합비에 따라, 특수장비로 혼합 교반처리하는 것을 설명하였다.

농촌 경작로의 지반이 일정하게 정하여진 상태가 아니기 때문에 지리적으로 고지대, 저지대등으로 형성되여 있는 것과 같이 도1에서 설명한 원위치 교반방식은 경작로가 고지대, 중지대등에서 함수비를 적게 내포하고 있는 경작로에 한하여 원위치 상태에서 처리하는 방식임을 알 수 있다.

지리적으로 저지대에 위치한 경작로는 함수비가 높아 주로 연약지반이 대부분이다. 이 연약지반은 점토성 다공질이기 때문에 덩어리가 크게 발생하며, 발생된 점토성 덩어리는 건조시켜 미세하게 분쇠하여 시멘트와 고화제를 혼합 교반하지 아니하면 튼튼한 고품질이 보장되지 아니함으로 도2에 따라 설명하기로 한다. 함수비가 많은 경작로 지반을 설계와 배합비에 따라 원지반을 파서 뒤집어, 불도저 및 특수장비등으로 일정 장소까지 끌어모아 기계화된 지반혼련기에 투입하여 계근장치의 배합비대로 혼합 교반하여 덤프트럭으로 일정 로면에 포설하는 방식이다.

포설된 원지반토는 크레이다등으로 일정하게 정지하고 진동 및 마가담롤라로 깨끗하게 전압한 후 양생한다. 시공물량이 적어 대형장비등을 동원하는데 어려움이 있을 경우에는 특수 스테비라이저를 이용하여 처리함도 바람직하다. 이러한 때에는 원지반토 자체의 함수비를 낮추는 방식을 감안하여 시공에 사전 대비가 필요하다.

실시예 3

도2에서 나타낸 바와같이, 모토호파(27)에 백호장비(26)에서 모토인 흙을 투입한다. 모토콤베아(28)가 흙을 모토투입호파(29)까지 운반하게 되고, 모토콤베어(28)에 의하여, 운반된 모토를 1차 모토덩어리를 분쇄하는 모토분쇄기(30)에서 분쇄한 후, 분쇄된 모토는 운반콤베아(31)로 2차모토 혼합교반에 계량해서 넣으면서 한편, 도1의 압송호스(19)에서 시멘트와 염화칼륨과 물을 혼합한 슬러리를 2차모토혼합교반기에 넣어서, 혼합교반개량토(33)를 개량토운반차량(34)으로 로반 포설지 까지 운반 포설후 그 위에 ASP 포장을 하였다.

(1) 저함수 및 고함수 연약지반 경작로 시공법

① 저함수 지반시공과 스테빌라이저 장비투입 공정

점성토는 주로 함수비가 높고 미세 다공질로서 접착력이 강하여 혼합하는데 문제점이 있다, 주요 요인은 점성토가 머금고 있는 함수량이며 이로 인한 점성토는 굴삭하면 덩어리 상태로 변하여 고화제와 시멘트를 첨가, 혼합 교반하여도 덩어리상태의 점성토에는 고화제 성분이 침투하지 못하기 때문에, 그대로를 전압 양생하면 품질에 문제가 발생한다. 이를 Plant 공법을 사용하지 아니하고, 이러한 저함수 지반 시공을 위하여 개발, 투입되는 각종 장비는 제7항 참고표에서 설명코저하며 스테빌라이저인 특수장비를 이용한다..

점성토내에서 함수비를 저감시키는 방법으로, 시공전 12∼24시간 이전에 교반코저 하는 점성토에 생석회를 0.5∼3%를 살포한 후, 스테빌라이저 장비나 포크레인 장비 등으로 혼합 교반하여 둔다.

본 공사의 시공에 있어, 배합방법으로 경작로 연약토 1㎥당 시멘트 80㎏∼100㎏ 생석회와 칼륨염 1㎏, 물 10ℓ을 배합하여 당초 도1의 시공 공법대로 포설한다.

② 포설식 혼합 반공법 - 초연약 지반의 플랜트 시공법

경작로의 연약지반이 고함수질토와 유기질토로 형성된 지역을 대상으로 이동 운반이 손쉽고, 적합한 플랜트를 제작하여 연약지반과 시멘트, 생석회, 지방산, 칼륨염, 물등을 혼합한 후 포설코저하는 지점까지 운반, 전압, 양생하는 것이다.

③ 간척사업지구의 초연약 지반 시공법

항만 건설사업지구등 초연약 지반의 경작로 포장방법은, 부산식 수륙양용용 스테빌라이저인 특수장비를 사용할 수 있다.

④ 안정성(수침, 봉양, 시험)

현장토를 함수비 80% 이내로 하여, 시험한 결과 현장토 개량토 공히 2일간 침윤하였을 때에도 봉양이 일어나지 않으며 "에드린 가이드"의 결정이 잘 발달되어 토입자가 굳게 결합되며, 불침투수 효과(투수계수 10^-7=0.000001㎝/sec)를 최대로 발휘하여 이때도 투수수는 무공해이다.

실시예 4 : ASP 포장처리

다음에 본 발명의 실시예 1∼2에 따라 시공 품질의 고급화와 영구적 품질확보를 의하여 설명코저 한다.

종래의 ASP 포장방법은 도로를 조성하는 공법과 공정은 관계 규정에 따라 보조기층재(혼합골재), 프라임코팅(RSC-3.80 l/a), 택코팅(RSC-4.30 l/a), 기층아스콘(#467), 택코팅(RSC-4.30 l/a), 표층아스콘(#78)의 공정과 자재가 소요되어 경제적 부담이 과중되어 왔으나, 다음 참고자료 NO.1 도표에서 보는 바와 같이 종래의 경작로 포장방법인 Conc 및 ASP 포장방법에 소요되는 인건비, 자재비, 운반지 환경관리등의 모든 처리비용이 시공 부분에서 획기적으로 개선하고도 품질은 양호하게 사후 관리되는 기술인 것이다.

경작로 심도를 50㎝로 할때 45㎝는 원지반토와 시멘트와 생석회, 지방산, 칼륨염, 물 등을 혼합 교반하여 모토자체 전부를 한덩어리의 고화체로 하여, 그 위에 5㎝의 ASP 포장을 하여줌으로서 영구적으로 경작로 품질을 확보할 수 있다.

이상과 같이 요컨대 본 발명의 기계화 농촌 경작로 포장방법에 의하면, 슬러리상의 주입재를 기계화 농촌 경작로 포장에 주입후 그 생석회의 표면에 형성한 지방산의 피막을 용해제의 작용으로 용해시키고, 이로 인하여 비로소 물과 반응시킬 수 있어, 소망의 주입 대상에서 생석회와 물과 반응하여 소석회로 변화되므로 흡수 발열 반응을 이용할 수 있다.

즉, 흡수와 발열에 의해 슬러리중의 수분을 흡수하여 주입 대상에서 함수비를 저하시켜, 더욱이 발열 탈수시킴과 더불어, 발열에 의해 겨울에도 시멘트의 응결 반응을 급속히 진행시킬 수 있다. 또한 생석회가 흡수함에 의해, 그 체적이 팽창하여 시멘트 슬러리의 최대 과제인 프리징 현상을 해소할 수 있다. 따라서 장소, 계절등의 제약을 받지 않고, 노반토와 교반 혼합하여 응집력을 상실하고 있는 노반토의 입자의 고결, 또는 연약지반의 고화등 광범한 공사에 쓰일 수 있고, 그 위에 ASP 포장을 하므로 항구적인 기계화 농촌 경작로를 포설할 수 있다.

Claims (3)

1. 생석회의 표면에 지방산의 피복을 형성하고, 형성후 이 지방산에 의한 표면 피막을 형성한 생석회, 시멘트 및 상기 지방산의 용해제로 되는 주입재를 슬러리상으로 연약지반 등의 주입 대상에 주입하는 것을 특징으로 하는 기계화 농촌 경작로 확포장방법.
2. 제1항에 있어서, 용해제가 칼륨염인 염화칼륨과 탄산칼륨의 적어도 어느 한쪽으로 이루어짐을 특징으로 하는 기계화 농촌 경작로 확포장방법.
3. 원위치 교반방식과 포설식 교반방식에 의하여 형성된 고화토 전체 구조물 위에 ASP를 포장 시공하여서 됨을 특징으로 하는 기계화 농촌 경작로 확포장방법.