KR100272947B1

KR100272947B1 - 토양안정처리용 조성물 및 이를 이용한 폐기물 매립장 조성방법

Info

Publication number: KR100272947B1
Application number: KR1019970059371A
Authority: KR
Inventors: 류중근
Original assignee: 김춘자
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 2000-12-01
Also published as: KR19990039324A

Abstract

본 발명은 토양안정처리용 조성물을 이용한 폐기물 매립장 조성방법에 관한 것으로서, 점토 또는 마사토에 포틀랜트 시멘트, 고무화 아스팔트 방수액, 플라이애쉬 및 칼슘 설포 알루미네이트로 이루어진 토양안정처리용 조성물을 폐기물 매립장 등의 토양에 직접 시공하여 안정화시킨 다음, 여기에 내약품성 및 내구성이 우수한 합성고무계 도막방수재를 도포하여 차수막층을 형성하는 방법으로, 이는 압축 강도와 투수성을 강화시키고 탄성을 부여하여 폐기물 매립장의 균열 및 변형을 방지할 뿐만 아니라 내산성이 우수하여 폐기물 침출수 누수를 방지할 수 있다.

Description

토양안정처리용 조성물 및 이를 이용한 폐기물 매립장 조성방법

본 발명은 토양안정처리용 조성물을 이용한 폐기물 매립장 조성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도로의 노상, 노반이나 기층, 및 폐기물 매립장의 토질기반을 경제적이면서 토목구조상 요구되는 역학적, 물리적 성질을 만족시키도록 압축강도 및 투수성을 향상시키고, 탄성을 부여하여 하중으로 인한 균열을 방지하도록 토질을 안정시킬 수 있는 토양안정처리용 조성물을 이용한 폐기물 매립장 조성방법에 관한 것이다.

근래들어 폐기물로 인한 오염이 확대되어 환경대책이 각국의 큰 사회적 문제로 제기되고 있다.

지금까지의 쓰레기 처리방법으로는 소각방법이나 매립방법 등이 있는데, 소각하는 경우 분진으로 인해 공기가 오염되고, 매립방법의 경우 점차 팽배해가고 있는 지역이기주의로 인해 매립지 선정이 어렵고, 침출오수가 인근 강, 하천, 바다에 유출되어 생활용수를 오염시킬 뿐만 아니라 토양 및 해양오염을 일으키는 문제가 있다.

따라서 매립장의 경우 침출수 방지 처리시설이 필수적인데, 현재로는 매립장의 대부분이 침출수 방지 처리시설 등 환경정화 시설이 열악한 문제가 있다.

한편, 매립장은 주로 산간부, 해안부, 늪지, 매립지 등에 조성되기 때문에 토질지반 특성에 맞는 토목공학적인 측면을 고려하여 현지반에 적합하도록 토질을 개량, 안정화처리해야 한다.

그런데, 지금까지 매립장의 경우 토질을 안정화시키지 않은 상태에서 단순히 점토층에 폴리에틸렌을 부설하는 공법, 즉 시트 라이닝 공법을 사용하고 있는 바, 이는 매립장 연약지반의 자연환경과 지형토질의 구조 및 성상 등을 고려하지 않은채 시트를 깔고 그 위에 점토층으로 마감하는 방법이다.

그러나, 시이트 라이닝 방법은 비닐시트에 구멍이 생기거나 이음부분이 충분히 접착되지 않을 경우 침출수가 그대로 지하수의 오염원이 되며, 인위적으로 파손되거나 법면을 장기방치하는 경우 자외선 열화에 의한 파손이 발생되는 등의 취약점이 있다.

이와 같은 결점을 보완하기 위하여 점토층을 깔고 있으나, 점토층은 고결능력이 없을 뿐만 아니라 지하용출수 주변유입수, 우수 등에 무방비 상태이며, 시트로부터 배출되는 오수를 차단하거나 여과하는 기능이 결여되어 있다.

그밖에 점토와 벤토나이트의 혼합물로 차수막을 구성하는 어스라이닝 공법이있으나, 이는 매립장의 대부분이 해면, 늪지대, 계곡, 산간부에 설치되기 때문에 고결력이 없는 점토와 벤토나이트로 차수막을 형성하여서는 지지력이 부족하고 유실 등에 의하여 분리되는 등의 문제점이 있다.

상기와 같은 시이트 라이닝 방법이나 어스라이닝 방법에 있어서 공통적으로 토질이 안정화되지 않은 상태로 차수막층을 형성하였으므로 압축강도 등이 떨어져 하중으로 인한 균열이 발생하게 된다. 따라서, 침출오수가 누출되어 오염을 일으키는 원인이 되고 있다.

이같은 문제를 해결할 수 있는 노상, 노반 및 기층, 또는 폐기물 매립장 토질기반에 요구되는 역학적, 물리적 성질을 만족시키면서도 경제적으로 처리하는 방법에는 노반이나 노상기층 및 보조기층을 구성하는 흙 자체의 입도를 조정하거나, 여기에 자갈 또는 쇄석 등을 혼합하여 강도를 향상시키는 방법 및 선정된 흙에 적합한 첨가제를 혼합하여 화학적인 반응을 이용하여 강도를 향상시키거나 투수성을 개선하는 방법 등이 있다.

그러나, 노반이나 노상기층 및 보조기층을 구성하는 흙에 자갈 또는 쇄석을 혼합하는 방법은 별도의 처리공정을 수반해야 하는 번거로움이 있고, 자갈 또는 쇄석이 고갈되어가고 있는 실정을 감안할 때 자원보존적 측면에서 바람직하지 못하다.

또한, 종래부터 사용되어온 시멘트 안정처리공법이 있는 바, 이는 마사토와 시멘트 및 생석회를 배합하여 각층을 형성하는 방법으로, 마무리 양생시간이 길어 초기압축강도를 유지하기가 어려운 문제가 있었다.

한편, 점질토, 사질토 및 고함수점질토 등의 토양에 시멘트와 생석회를 혼합한 마사토에 리그닌 술폰산 중합체, 요소수지계 합성고분자 에멀젼 및 아스팔트 유제를 첨가한 토양안정제를 첨가하여 시공하므로써 내수성 및 고결강도를 부여할 수 있는 방법이 개시되어 있고(대한민국 특허 제12002호), 생석회를 대신하여 나프탈렌 99%, 산화칼슘 0.2%, 규산알루미늄 0.3%, 수분 0.5%로 이루어진 물질(이하,“로말디(LOMAR D)”라 함)를 첨가하여 압축강도를 증대시키고, 경화속도를 단축시킬 수 있는 토질안정처리 방법등이 개시되어 있다(대한민국 특허 제50937호) 그러나, 상기와 같이 토양에 아스팔트 유제, 생석회 또는 로말디를 첨가하여 토양안정처리를 하는 경우 어느 정도의 압축강도 향상이나 동결 방지 효과는 있으나 토목구조상 요구되는 역학적습, 물리적 성질, 즉 압축강도 및 투수성을 만족시키지 못하고, 하중으로 인해 균열이 발생하는 등의 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 종래 폐기물 매립장의 침출수 누수를 효과적으로 방지할수 있도록 연약지반을 효과적으로 안정화시킬 수 있는 토양안정처리용 조성물을 이용하여 폐기물 매립장을 조성하는 방법을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 토양안정처리용 조성물은 점토 또는 마사토 100 중량부에 포틀랜트 시멘트 2∼5 중량부, 고무화 아스팔트 방수액 10∼15 중량부, 플라이 애쉬 1∼4 중량부 및 칼슘 설포 알루미네이트 1∼3 중량부로 이루어진 토양안정처리 조성물을 혼합하여 폐기물 매립장에 시공하여 토양을 안정촤시킨 다음, 여기에 합성고무계 도막방수재를 처리하여 폐기물 매립장을 조성하는 방법에 그 특징이 있다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 통상의 토양안정처리 방법에서 사용되는 아스팔트 유제, 생석회 또는 로말디 대신에 칼슘 설포 알루미네이트를 첨가하여 압축강도를 강화시키고, 특정의 고무화 아스팔트 방수액을 첨가하여 탄성을 부여함으로써 하중에 따른 균열을 방지하도록 한다.

본 발명에서 사용되는 점토 또는 마사토는 80㎛ 표준체를 통과시킨 것으로, 수분함량 10∼15%인 것이다.

이같은 점토 또는 마사토 100 중량부에 포틀랜트 시멘트 2∼5 중량부를 첨가하고, 고무화 아스팔트 방수액 70∼15 중량부를 첨가하는 바, 이때 고무화 아스팔트 방수액으로는 통상의 아스팔트 방수액을 사용할 수 있으나, 보다 바람직하기로는 본출원인에 의해 기출원되어 등록된 고무화 아스팔트 방수액을 사용하는 것이다(대한민국 특허 제36358호). 상기 고무화 아스팔트 방수액은 고형분 70%의 스티렌-부타디엔 고무라텍스 100 중량부와 고형분 65%의 오일/수분산형 폴리부텐 에멀젼 12 중량부를 혼합하고, 여기에 로진산칼륨 3 중량부를 교반하면서 55℃로 가온한 다음, 수산화나트륨 3 중량부로 알카리 처리한 후, 140℃로 용융시킨 아스팔트 175 중량부를 첨가하여 유화분산시켜 제조된 것이다.

이와같은 고무화 아스팔트 방수액은 노상에 처리되었을 때, 탄성, 수밀성 및 압축강도를 강화시키는 역할을 하며, 특히 탄성을 부여하여 하중으로 인해 발생되는 균열을 방지할 수 있다. 한편, 고무화 아스팔트 방수액의 함량은 점토 또는 마사토 100 중량부에 대하여 10∼15 중량부인 바, 만일 그 함량이 10 중량부 미만이면 수밀성과 탄성력이 저조하고, 15 중량부를 초과하는 경우 마사토 및 시멘트 입자의 응집현상이 발생하는 문제가 있다.

그리고, 여기에 플라이 애쉬를 1∼4 중량부 첨가하는 바, 플라이 애쉬는 고강도 안정성 및 내구성을 보강하는 보강제 역할을 하는 것으로서, 그 함량이 상기 범위를 벗어나면 안정성이 떨어지고 압축강도가 저하되는 문제가 있다.

또한, 점토의 물리화학적 성질을 개선하기 위하여 칼슘 설포 알루미네이트(calcium sulfo aluminate)를 점토 또는 마사토 100 중량부에 대하여 1∼3 중량부 되도록 혼합사용하는 바, 칼슘 설포 알루미네이트는 석회, 석고 및 알루미나 광물을 원료로 하여 소성한 화합물로서 3CaO·Al₂O₃·CaSO₄, CaO 및 CaSO₄를 주요광물로 하는 물질이다. 이와같은 칼슘 설포 알루미네이트가 보통포틀랜트 시멘트와 점토에 함유된 유리석회 및 석고 등과 반응하여 칼슘 설포 알루미네이트의 침상결정인 에트린가이트(ettringite, 황산염 복염 수화물, 3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)의 팽창에 의하여 무수축성을 갖도록 하고, 알루미네이트상과 결합하여 초속경성 및 고강도의 특성을 발휘한다. 이같은 역할을 하는 칼슘 설포 알루미네이트의 사용량이 상기 범위를 벗어나면 가사시간이 짧아 작업성이 떨어지는 문제가 있다.

일반적으로 토양안정처리층은 토양을 안정화시켜 전체적으로 힘을 지탱할 수 있도록 하는 데 주력하고 있으나, 본 발명에서는 침출수의 유출을 방지할 수 있도록 조성된 것을 그 특징으로 들 수 있다.

이와같이 제조된 토양안정처리용 조성물을 이용하여 폐기물 매립장의 침출수의 누수를 방지할 수 있는 매립장 조성시 그 방법은, 상기 토양안정처리용 조성물을 해당 지반에 시공하여 토양을 안정화시킨 다음 그 상부에 합성고무계 도막방수재를 처리하면 된다.

여기서, 합성고무계 도막방수재의 포설방법은 일반적인 포설방법을 따르면 되는 바, 이때, 합성고무계 도막방수재로는 고밀도 폴리에틸렌, 폴리우레탄계 방수재 및 클로로프렌 고무계 방수재 중에서 선택하여 사용할 수 있는 바, 고밀도 폴리에틸렌 도막방수재를 사용하는 경우 포설하면 되고, 폴리우레탄계 방수재나 클로로프렌 고무계 방수재를 사용하는 경우 분사하여 도포하는 방법을 사용할 수 있다.

합성고무계 도막방수재를 포설하면 방수층을 형성하게 되므로, 소량의 침출 수도 유출하지 못하도록 할 수 있으므로 상기 안정화시킨 토양층이 갈라지더라도 완전한 방수를 꾀할 수 있다.

이와같은 폐기물 매립장 조성방법은 비단 폐기물 매립장 뿐만 아리라, 도로의 노상, 노반 및 기층을 안정화시키거나, 상수도 시설물, 골프장 및 일반 공원의 보행용 도로포장제 또는 지하 흙막이 공법시 지반 안정처리제 등에도 효과적으로 적용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같으떠 , 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

800㎛ 체를 통과시킨 수분함량 10∼15%의 점토 또는 마사토 100 중량부에 포틀랜트 시멘트 2 중량부, 플라이 애쉬 3 중량부, 고무화 아스팔트 방수액(류텍스, 중앙방수기업 제품) 10 중량부 및 칼슘 설포 알루미네이트(달성건화(주) 제품) 1 중량부를 혼합제조하여 이를 기재로 폐기물 매립장에 시공하였다.

그 다음, 고밀도 폴리에틸렌을 두께 1mm이상으로 포설하여 폐기물 매립장을 조성하였다.

[실시예 2]

800㎛ 체를 통과시킨 수분함량 10∼15%의 마사토 100 중량부에 포틀랜트 시멘트 2 중량부, 플라이 애쉬 3 중량부, 고무화 아스팔트 방수액(류텍스, 중앙방수 기업 제품) 10 중량부 및 칼슘 설포 알루미네이트(달성건화(주) 제품) 2 중량부를 혼합제조하여 이를 기재로 폐기물 매립장에 시공하였다.

그 다음, 폴리우레탄 수지를 기계 스프레이로 살포, 도막 시공하여 폐기물 매립장을 조성하였다.

[실시예 3]

800㎛ 체를 통과시킨 수분함량 10∼15%의 마사토 100 중량부에 포틀랜트 시멘트 2 중량부, 플라이 애쉬 3 중량부, 고무화 아스팔트 방수액(류텍스, 중앙방수 기업 제품) 15 중량부 및 칼슘 설포 알루미네이트(달성건화(주) 제품) 3 중량부를 혼합제조하여 이를 기재로 폐기물 매립장에 시공하였다.

그 다음, 고밀도 폴리에틸렌을 두께 1mm 이상으로 포설하여 폐기물 매립장을 조성하였다.

[비교예 1]

No. 200 체를 통과시킨 마사토 15000g에 마사토 중량의 7%의 시멘트, 마사토 중량의 3%의 유제와 시멘트 중량의 10%의 로말디를 혼합하여 이를 기재로 폐기물 매립장에 시공하였다.

그 다음, 고밀토 폴리에틸렌을 두께 1mm 이상으로 포설하여 폐기물 매립장으로 조성하였다.

[실험예 1]

상기 실시예 및 비교예에 따라 시공된 토양안정 처리층에 대하여 압축강도, 탄성율, 투수비, 흡수비 및 내산성을 측정하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

여기서, 압축강도, 투수비 및 흡수비는 KS F 2451방법(건축용 시멘트 방수제 시험방법)에 의거 측정하였고, 탄성율은 ASTM D 1456∼61 방법에 의거하여 측정하였다. 그리고, 내산성은 KSM 5307 방법(타르 에폭시 수지 도료)에 따라 측정하였다.

상기 표 1의 결과로부터 본 발명에 따른 조성물을 사용하여 토양안정처리를한 토양안정처리층은 압축강도를 비롯한 전반적인 물성이 우수함을 알 수 있고, 여기에 고밀도 폴리에틸렌, 폴리우레탄 또는 클로로프렌 고무계 도막방수재를 도포하는 경우 도막방수재 자체가 높은 강도를 가지고, 투수비가 0이며, 내약품성이 강하여서 상기와 같은 우수한 물성의 토양안정처리층 위에 도포하면 외부로부터 토양안정처리층에 영향을 주는 물리적, 화학적 요인들로부터 최소화되므로 내구 연한이 연장됨을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 마사토, 포틀랜트 시멘트에 고무화 아스팔트 방수액 및 칼슘 설포 알루미네이트로 이루어진 조성물을 토양안정처리를 위해 시공하고, 여기에 합성고무계 도막방수재를 포설함으로써 압축강도와 투수성이 향상되고 탄성부가로 인해 하중이나 쓰레기 매립장에서의 산업폐기물 저장으로 인해 발생되는 균열 및 변형을 방지하여 오수의 유출을 방지할 수 있으며, 별도로 자갈이나 쇄석을 사용하지 않음으로써 자원의 고갈을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

점토 또는 입도 800㎛이며 수분함량 10~15%인 마사토 100 중량부에 포틀랜트 시멘크 2~5중량부; 70%의 스티렌-부타디엔 고무라텍스 100중량부와 고형분 65%의 오일/수분산형 폴리부텐 에멀젼 12중량부를 혼합하고, 여기에 로진산칼륨 3중량부를 교반하면서 55℃로 가온한 다음, 수산화나트륨 3중량부로 알칼리 처리한 후, 140℃로 용융시킨 아스팔트 175중량부를 첨가하여 유화분산시켜 제조된 고무화 아스팔트 방수액 10~15중량부; 플라이 애쉬 1~4 중량부; 및 3CaO·Al₂O₃·CaSO₄, CaO를 주요광물로 하는 칼슘 설포 알루미네이트 1~3 중량부로 이루어진 토양안정처리용 조성물을 폐기물 매립장에 시공하여 토양을 안정화시키고; 여기에 고밀도 폴리에틸렌, 폴리우레탄계 방수재 및 클로로프렌 고무계 방수재로부터 선택된 1종 이상의 합성고무계 도막방수재를 포설하여 폐기물 매립장을 조성하는 방법.