KR100290051B1 - 유동성 소일 콘크리트 제조방법 및 유동성 소일 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흙을 주요 성분으로 하여 기존의 콘크리트에 요구되는 강도특성,내구성, 내화성, 시공성 등을 고루 갖추면서도 토양을 주요 성분으로 함으로써 흙 고유의 색상에 따라 다양하게 자연적인 질감을 연출할 수 있는 유동성 소일콘크리트에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유동성 소일 콘크리트는 흙(점성토,사질토) 400∼1,000 kg/㎥, 시멘트 80∼200 kg/㎥, 흡습용 혼화재 200∼500 kg/㎥, 잔골재(모래) 300∼800 kg/㎥, 굵은 골재 400∼900 kg/㎥, 물 200∼400 kg/㎥, 성능개선용 혼화제(감수제, 조강제, 증점제)를 포함하여 이루어진다. 본 발명에서 흙은 흡습용 혼화재와 먼저 혼합됨으로써 흙의 습기가 혼화재에 일부 흡수된 상태에서 크랏샤에 의해 분말화된다.

본 발명에 다른 유동성 소일콘크리트는 그 현장 포설시 보강섬유, 또는 보강철망 등과 함께 사용됨으로써 초기 수축을 줄이고, 장기적으로 강도특성을 증진시킨다. 본발명에 따른 유동성 소일콘크리트를 사용함으로써 보다 환경 친화적이면서도 자연적인 질감과 색상을 갖는 콘크리트가 제공된다.

Description

유동성 소일 콘크리트 제조방법 및 유동성 소일 콘크리트 조성물{method for manufacturing fluid soil concrete and composition of fluid soil concrete}

본 발명은 언제 어디서나 쉽게 구할 수 있는 흙을 주요 성분으로 하면서도 기존의 콘크리트에 요구되는 강도특성, 내구성, 내화성 등을 고루 갖춘 유동성 소일콘크리트 제조방법 및 그 조성물에 관한 것이다.

종래 콘크리트는 내구성, 내화성이 좋으면서도 필요로 하는 강도를 쉽게 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 시공성이 좋고 비교적 저렴하다는 잇점을 갖고 있으며, 또한 골재 등을 쉽게 구할 수 있어 대량 생산되어 지금까지 널리 사용되고 있다.

오늘 날 콘크리트를 빼고는 생활 환경 자체를 설명할 수 없을 정도이다. 그러나 색상이 회색 일변도로 획일화되어 다양한 취향을 갖는 현대인에게 식상한 인상을 갖게하여 자연 또는 주위환경과 어울리지 못하는 경우가 많다. 안료를 혼입하여 색상을 다양화하여도 인공적 질감을 느끼게 되며 비용 역시 대폭 상승하게 된다. 또한 콘크리트는 인장강도가 압축강도의 약 1/10, 휨강도는 압축강도의 1/7∼1/8 정도로, 압축강도에 비해 휨강도와 인장강도의 불균형이 너무 심하다. 대부분의 구조물에서는 휨강도를 기준으로 설계하는 바, 보강재의 의존도가 너무 높다는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 기존의 콘크리트가 갖고 있는 문제점들을 해결하기 의한 것으로서, 콘크리트가 갖고 있는 장점들(강도특성, 내구성, 내화성, 시공성, 비용)은 그대로 보유하면서도 토양을 주요성분으로 하여 흙 고유의 색상에 따라 다양하게 자연색상과 질감을 연출함으로써 보다 자연적이며 환경친화적인 콘크리트이면서 흙이 가지는 연성으로 인해 압축강도의 1/4∼1/5 정도 휨강도를 갖는 유동성 소일 콘크리트를 제공하는 것이다. 또한 사용하는 목적 여건에 따라 슬래그, 석회계열 무기재, 플라이애쉬, 아크릴 등을 폭 넓게 이용할 수 있어 선택의 폭을 넓혀, 실용성과 장기 공용성면에서도 유용한 유동성 소일콘크리트를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유동성 소일 콘크리트의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 유동성 소일콘크리트의 제조공정을 보인 블럭도이다.

도 3은 본 발명에 따른 유동성 소일콘크리트의 시공순서를 보인 블럭도이다.

본 발명의 유동성 소일콘크리트는 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 흙(점성토,사질토) 400∼1,000 kg/㎥, 시멘트80∼200 kg/㎥, 흡습용 혼화재 200∼500 kg/㎥, 잔골재(모래) 300∼800kg/㎥, 굵은골재 400∼900kg/㎥, 물 200∼400 kg/㎥, 성능개선 혼화제(감수제, 조강제, 증점제) 등으로 구성되어진 것을 특징으로 한다. 상기 및 이하(청구범위포함)에서 kg/㎥의 단위는 최종 유동성 소일콘크리트 단위 용적(㎥)당 각 구성 조성물별 중량을 표시하는 단위로 기재된 것이다.

상기 구성중 흡습용 혼화재는 통양중의 습기를 흡수하여 토양을 분말화하는데에 기여하는 요소로서 고로 수쇄슬래그(高爐 水碎 slag), 석회계열, 예컨대 소석회나 또는 플라이애쉬 등에서 선택될 수 있다. 배합시 자연습윤상태의 흙을 혼화재와 먼저 혼합하여 흙의 습기를 혼화재가 일부 흡입케 한 상태에서 이 혼합물을 비표면적 500㎠/g이상으로 완전 분말화화시키는 것이 바람직하다. 표면에 수용성 아크릴 20∼40kg/a을 표면에 살포하여 내마모성을 증가시키는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 유동성 소일콘크리트의 제조공정을 설명한다.

(제 1 공정)

흙과 흡습용 혼화재를 혼합하여 분쇄하는 공정.

본 발명에 따른 유동성 소일콘크리트는 그 주성분이 시멘트가 아닌 주변에서 용이하게 채취할 수 있는 자연상태의 토양이다. 일반적으로 자연상태에서 채취된 흙은 습윤상태의 재료로서 덩어리진 부분을 많이 포함하고 있기 때문에 시멘트 또는 슬래그 분말과의 균일 균질한 혼합이 불가능하다. 따라서 가수 이전의 조성물 상태로서 균질혼합을 위한 별도의 공정이 필요하다. 자연상태에서의 흙을 채취한 뒤 자갈 및 오물을 제거하고 장비로 호퍼에 투입하여 호퍼에서 일정비율로 나오는 흙과 또 다른 호퍼에서 일정한 비율로 나오는 흡습용 혼화재를 혼합하여 혼화재가 토양의 습기를 일부 흡입케 한 후 이 혼합물을 크랏샤에 투입하여 완전 분말상태로 분쇄하고 균일 균질하게 혼합되도록 아울러 믹싱까지 실시한다.

일반적으로 사질토의 입자가 점성토입자보다 크고 딱딱하나 분말의 기본성격은 유사하다. 이 공정에서 혼화재와 흙의 1차 혼합이 이루어지며 이 혼합물이 크랏샤에 의해 분쇄 교반됨으로써 균일 균질하게 입자화된 토양 혼합물이 얻어진다. 이 공정을 통해 토양을 별도의 가열공정 등을 행하지 않고도 솝쉽게 그 함유수분을 제거하여 가능한 한 입자화함으로써 시멘트 등의 바인더와 균일하게 혼합할 수 있게 된다.

흡습용 혼화재로서는 고로 수쇄슬래그가 바람직하며, 고로 수쇄슬래그 대신 석회계열 무기재, 플라이애쉬 등을 사용할 수도 있다. 고로 수쇄슬래그는 일반적으로 시중에 유통되고 있으므로 구입이 용이하다. 분말도는 높을수록 유리하나 4,000㎠/g 이상이면 무난하다. 실제 시중에 유통되는 고로 수쇄슬래그의 분말도는 약 4,400㎠/g이다.

토양은 유기물을 함유하거나 반응성을 가진 흙은 배제된 점성토 또는 사질토가 바람직하다. 사질토 계열의 토양이 강도 발현에는 점성토보다 유리하나 흙의 질감과 색상을 발현하는 데는 점성토쪽이 유리하다.

자연상태에서 채취한 흙(점성토 또는 사질토)와 혼화재의 혼합비율은 흙(점성토,사질토) 400∼1,000 kg/㎥에 대하여 혼화재 200∼500 kg/㎥의 비율이 바람직하다.

(제 2 공정)

배합공정.

상기 제 1 공정에 따라 흙과 흡습용 혼화재의 혼합에 의해 흙의 수분이 적절하게 감소되어 흙의 입자가 분말화된 상태에서 이 재료를 믹서로 배출하여 시멘트, 잔골재, 굵은 골재와 혼합한다. 배합수는 믹싱이 완료된 후 배출구에서 살포한다. 배합수를 함께 믹싱하면 입자 상태의 분말이 먼저 결합하여 원활한 믹싱이 불가능해진다. 필요에 따라 성능개선용 혼화재를 부가할 수 있다.

시멘트는 시공된 소일콘트리트가 소정의 역학적 강도 및 내구성을 갖도록 하는 고화재로서 자연상태에서 채취한 흙(점성토,사질토) 400∼1,000 kg/㎥, 혼화재 200∼500 kg/㎥가 혼합된 경우에 시멘트는 80∼200 kg/㎥, 잔골재(모래) 300∼800kg/㎥, 굵은골재 400∼900kg/㎥, 물 200∼400 kg/㎥의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 시멘트는 KSL 5201 보통 포오틀랜트 시멘트를 사용하는데 전체 중량의 약 9가 넘지 않도록 한다. 시멘트량이 9를 넘으면 흙의 자연색상을 해치게 되고 백화현상이 심화되지만, 너무 적게 사용하면 강도 발현에 문제가 생길 뿐만 아니라 초기 강도발현이 늦어져 수축에 의한 크랙이 증가하게 된다.

성능 개선용 혼화제로서 가해지는 것은 감수제와 조강제 및 증점제이다. 본 발명에 따른 유동성 소일콘크리트는 조성물 내의 흙의 표면적이 증가함에 따라 단위 수량도 증가하게 되므로 이를 최소화시키기 위하여 감수제의 사용은 불가피하다. 감수제는 일반적으로 멜라민계 수지 고성능 품질을 사용하며 흙을 제외한 바인더 중량의 1∼3 정도의 량을 투입한다. 증점제는 흙을 제외한 바인더 중량의 0.05∼0.3 , 조강제는 흙을 제이한 바인더 중량의 0.5∼1 사용하는 것이 바람직하다. 혼화제는 믹싱할 때 배합수에 투입할 수도 있으나 운반거리가 멀때는 현장에 도착하여 믹서트럭에 혼입할수도 있다. 이 성능 개선용 혼화재는 흙과 흡습용 혼화재와 시멘트 및 골재를혼합한 조성물을 믹서로 운반할 때 운반거리가 1시간이 넘게 될 경우 건비빔으로 믹서 트럭에 탑재하고 현장에 도착하여 배합수를 혼입하여 사용할 수도 있다.

잔골재와 굵은골재는 일반적으로 콘크리트에 사용되는 품질이면 무난하다. 잔골재는 표면 내마모성을 높이기 위해 세사(細沙) 보다는 중사(中沙) 이상의 규격이 유리하며, 굵은 골재의 크기는 표층 두께의 1/5 이내로 하는 것이 바람직하다.

(제 3 공정)

현장타설 및 표면고르기 공정

전술한 공정을 통해 마련된 흙, 혼화재, 시멘트 및 골재의 혼합물에 소정량의 배합수를 가하여 타설하고자 하는 노면에 포설한다. 현장타설시 보강섬유 또는 보강철망 등을 사용하여 초기 수축을 감소시키고 장기적으로 강도특성을 증진시키는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 유동성 소일콘크리트는 기존의 큰크리트 페이스트에 비해 점성이 매우 높으므로 마무리면을 고르기가 어렵다. 그러므로 미장공으로 면처리를 하는 것이 효과적이다.

(제 4 공정)

표면부가처리공정

본 공정은 보다 고품질을 필요로 할 경우 선택적으로 실시할 수 있는 부가적 공정으로서 상기 제 3 공정 이후 수용성 아크릴 10∼30 kg/㎥를 면고르기기 끝난 후 그 표면 위에 도포하거나 유동성 콘크리트 페이스트 조성시 함께 투입하여 혼합할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전압식 소일콘크리트의 단면구성으로서 전술한 바위와 같은 공정을 통해 자연상태에서 채취한 흙(4), 시멘트(3), 고로 수쇄슬래그(5), 잔골재 (모래)(2), 굵은 골재(자갈)(1) 등을 주요 구성성분으로 하고 여기에 배합수(물), 혼화제(조강제)등이 배합되어 이루어진다. 도에서 알 수 있듯이 전압식 소일콘크리트는 기존의 소일-시멘트 공법에 비해 잔골재와 굵은 골재를 첨가하여 내마모성을 증가시켰으며, 바인더의 많은 부분을 흙의 색상과 질감에 최소한의 영향을 주는 슬래그, 석회계열, 플라이애쉬 등으로 대체시켰다. 시멘트가 전체 중량의 9 이상이 되지 않도록 한 것은 9이상일 경우 흙의 자연색상을 해치게 되고 백화현상이 심화되는 점을 고려한 때문이다.

다음의 표는 상기와 같은 각 구성들을 포함하여 이루어지는 본 발명의 각 구성 등의 배합비를 달리하여 보인 여러가지 실시예를 비교한 것으로서 단위는 kg이며 모두 30kg/㎠의 전압을 실시한 경우이다. 강도측정은 상대습도 95, 온도 23℃의 양생조건에서 양생을 행한 후 측정 1일 전에 물에 침지하고 다시 물로부터 꺼내어 물기를 제거한 후 측정한 것이다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7
토 양	점성토600	사질토600	점성토600	사질토600	점성토600	사질토600	점성토600
바인더1	시멘트150	시멘트150	시멘트150	시멘트150	시멘트150	시멘트150	시멘트150
바인더2	슬래그350	슬래그350	슬래그350	슬래그350	소석회350	소석회350	플라이애쉬350
바인더3			아크릴15	아크릴15
잔골재	모 래400	모 래400	모 래400	모 래400	모 래400	모 래400	모 래400
굵은골재	자 갈600	자 갈600	자 갈600	자 갈600	자 갈600	자 갈600	자 갈600
배합수	물350	물350	물350	물350	물350	물350	물350
감수제	고유동화제 10	고유동화제 10	고유동화제 10	고유동화제 10	고유동화제10	고유동화제 10	고유동화제 10
증점제	분말형1	분말형1	분말형1	분말형1	분말형1	분말형1	분말형1
압추강도kg/㎠	235	288	240	285	188	222	161
휨강도N/㎠	493	608	505	619	351	415	308

실시예 3과 실시예 4에서 보듯이 아크릴을 사용해도 강도에 괄목할 만한 영향을 주지는 못한다. 그러나 색상이 뚜렷하고 면에 윤기가 있어 고급스런 질감을 갖는다.

실시예 5와 실시예 6에서 석회를 사용한 결과 초기강도는 오히려 슬래그를 사용했을 때보다 높았으나 장기 강도에서는 불리하였다. 그러나 색상은 슬래그를 사용했을 때보다 부드러워 졌다. 실시예 7에서는 강도가 현격히 줄었으나 색상은 슬래그보다 부드러워졌다.

이상과 같은 성분들로 이루어지는 본 발명의 유동성 소일 콘크리트 제조공정은 도 2에 보인 바와 같은 순서의 라인상에서 진행된다.

이러한 배합과 혼합과정을 통해 생산된 유동성 소일콘크리트는 기존의 콘크리트와 거의 비슷한 강도특성, 내구성, 내화성, 시공성 등을 갖고 있으면서도 흙이 가지는 질감과 색상을 갖고 있어 다양한 용도로의 사용이 가능하다. 우선 자연적인 건축 또는 토목구조물에 콘크리트를 대체하여 사용함으로써 주위 경관에 적응하게 할수 있으며 도로포장 등에도 콘크리트를 대체하여 흙이 가지는 자연미를 그대로 표현하여 경관포장 또는 자연포장으로의 용도로 사용할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 유동성 소일 콘크리트로 시공한 경우 다음과 같은 장점과 효과가 있다.

첫째, 기존의 회색 일변도의 콘크리트색상을 흙이 가지는 자연적 질감과 색상으로 다양하게 하여 보다 환경친화적이며 자연적인 여건을 조성할 수 있다.

둘째, 주변에서 용이하게 채취할 수 있는 흙을 주요성분으로 사용함으로써 콘크리트 골재의 대체용으로 사용할 수 있다.

셋째, 소일콘크리트는 열 흡수율이 낮을 뿐만 아니라, 열전도율이 낮아서 혹서기나 혹한기에 단열효과가 뛰어나다. 또한 포장재료로 사용할 경우 포장표면의 온도를 낮출 수 있어 보행자에게 쾌적감을 줄수 있다.

넷째, 동결융해, 침투로 인한 연약화 등에 대한 저항성이 기존의 간이 소일시멘트 공법에 비해 월등하므로 장기 공용성 측면에서 아주 유리하다.

다섯째, 폐기시 시간 경과에 따라 풍화작용을 거쳐 자연상태로 회귀하므로 기존의 큰크리트 폐기물에 따른 폐기비용과 환경오염의 문제를 감소시킨다.

Claims (7)

1. 자연상태에서 채취한 점성토 또는 사질토 400∼1,000 kg/㎥, 흡습용 혼화재 200∼500 kg/㎥, 시멘트 80∼200 kg/㎥, 잔골재(모래) 300∼800kg/㎥, 굵은골재 400∼900kg/㎥, 물 200∼400kg/㎥ 및 소정량의 성능개선 혼화재을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유동식 소일콘크리트 조성물
2. 제 1 항에 있어서,

   성능개선 혼화재는 흙을 제외한 잔여 혼합물에 대한 중량 로서, 멜라민계 감수제 1∼3 중량 , 증점제 0.05∼0.3 중량 , 조강제 0.5∼1 중량인 것
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   흡습용 혼화재는 고로 수쇄슬래그, 소석회 또는 플라이애쉬 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유동성 소일콘크리트 조성물
4. 자연상태에서 채취한 자갈 및 오물이 제거된 점성토 또는 사질토 400∼1,000 kg/㎥를 호퍼에 투입하여 호퍼에서 일정비율로 나오는 점성토 또는 사질토를 다른 호퍼에서 일정한 비율로 나오는 분말도 4,000 ㎠/g 이상의 흡습용 혼화재 200∼500 kg/㎥와 혼합하여 이 혼화재로 하여금 점성토 또는 사질토의 습기를 일부 흡입케 한 후, 이 혼합물을 크랏샤에 투입하여 분말상태로 분쇄하는 공정과;

   상기 혼합된 재료에 시멘트 80∼200kg/㎥, 잔골재 300∼800kg/㎥, 굵은골재 400∼900kg/㎥, 물 200∼400kg/㎥를 가하여 소일콘크리트 페이스트를 조성하는 공정과; 그리고,

   상기 소일콘크리트 페이스트를 타설하고자 하는 노면에 포설하고 표면 마무리하는 공정

   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유동성 소일콘크리트 제조공법
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 흡습용 혼화재는 고로 수쇄슬래그, 소석회 또는 플라이애쉬 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유동성 소일콘크리트 제조공법.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

   수용성 아크릴 10∼30kg/㎥가 소일콘크리트 혼합물에 더 추가되거나 또는 표면 마무리된 노면 위에 살포됨으로써 내마모성을 증진시킨 것을 특징으로 하는 유동성 소일콘크리트 조성물.
7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

   타설되는 유동성 소일콘크리트 내에 보강섬유 또는 보강철망이 삽입된 것을 특징으로 하는 유동성 소일 콘크리트 제조방법.