KR100365047B1 - 수화학 광물을 이용한 환경복원 및 지반보강용 무기질재료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 녹화용토, 종자, 비료, 혼화재, 그리고 물과 혼합하여 철망 등이 설치된 비탈면에 소정의 두께로 뿜어 붙여 환경 복원하는데 사용되는 수화학 광물을 이용한 환경 복원용 식생기반재에 관한 것으로, 플라이 애쉬 50~80 %와; 무수석고 5~20 %와; 시멘트 5~20 %와; 황산알루미늄 1~ 10%와; 탄산칼륨 1~5 %를 혼합하여 제조되는 특징이 있다.

Description

수화학 광물을 이용한 환경복원 및 지반보강용 무기질재료{A inorganic material for ac climation use of male chemosterilant mineral}

본 발명은 녹화 및 토양 안정화를 위한 수화학 광물을 이용한 환경복원용 무기질 재료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 녹화용 토, 종자, 비료, 혼화재, 물 등과 혼합하여 철망 등이 설치된 대상 비탈면에 소정의 두께로 뿜어 붙여 녹화하는데 사용되는 수화학 광물을 이용한 환경복원용 무기질 재료에 관한 것이다.

종래에도 국토개발과 산업화의 발전에 따른 각종 건설공사로 인해 발생되는 비탈면을 녹화시키기 위하여 무기질 재료들을 이용한 식생기반재 뿜어 붙이기 녹화공법이 시행되어 왔다.

그러나, 상기와 같은 공법에 사용되는 종래의 무기질 식생기반재용 무기질 재료는 다음과 같은 문제점을 내포하고 있다.즉, (1) 종래 공법에서 사용되는 환경복원용 무기질 재료는 대체로 건조 경화 반응형으로 건조 경화 안정화되는 시간이 길어 시공 두께에 따라 편차는 있으며, 시공 후 2~3 일 정도의 양생기간이 소요되므로, 시공 후 양생기간 내에 강우가 있을 경우에는 신설된 식생기반이 유실되는 등의 우려가 있었다.(2) 종래의 환경 복원용 무기질 재료는 단립 형성을 위해서는 별도의 단립화제를 사용하여야 하나 배합 비율에 따라 편차가 많아 불균일한 단립이 형성되고, 표면경도지(산중식 경도계에 의한 측정)가 30에 가까워 충분한 강우가 있어야 시공면의 수분 흡수에 의한 연화로 종자 등이 발아되므로 녹화기간이 오래 걸리는 폐단이 있었다.(3) 종래의 환경 복원용 무기질 재료는 각종 혼화재를 사용하여 시공하여야 시공 면이 안정화되므로 고비용(高費用)과 불확실성으로 얇은 층(THK 1~3 cm) 식생재에 뿜어 붙이기 공법을 이용할 때 형성되는 피막이 불안정하여 발아 불량 현상과, 면의 균열과, 우수에 의한 세굴이 많이 발생하여 만족할 만한 결과를 얻지 못하였다.식생기반재용 이외에도 무기질 재료는 고화재로 이용이 가능한데, 이는 일본공개특허공보 평06-200249호에 잘 나타나있다. 그러나, 상기의 특허는 쇄사·쇄석의 제조 공정으로 생성된 쇄석분을 시멘트, 석회류 및 알루미늄강산염으로 된 고화제와 혼합하고, 고화제의 고화조제(固化助劑)로 탄산나트륨염을 첨가한 토양의 개량 및 각종 건설·토목 재료에 이용하는 것을 목적으로 한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 식생기반재용으로써의 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 시공 후 2~3 시간 내에 투여된 무기질재료가 물과 수화 반응하여 내수성 단립화가 진행되므로 보통의 강우에는 유실될 염려가 없고, 안정된 내수성 단립은 다공질이며, 보수성과 토양통기성이 우수하여 일시에 두꺼운 피막이나 얇은 피막을 형성하여도 안정된 피막 면 전체에서 식물종자의 발아율이 높게 형성되고, 월등한 생육조건을 조성, 조기 녹화를 이룰 수 있으며, 겨울철 방결동상 현상도 발생되지 아니한 수화학 광물을 이용한 환경 복원용 무기질 재료를 제공함에 있다.상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 플라이 애쉬 50~80 %, 무수석고 5~20 %, 시멘트 5~20 %, 황산알루미늄 1~10 %, 탄산칼륨 1~5 %를 혼합하여 이루어진 특징이 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 환경 복원용 무기질 재료는, 주성분이 SiO₂50~60 %, Al₂O₃25~35 %와 기타 성분이 약 15 %로 구성되고, 입경 0.3~1 ㎜ 정도의 미세분말로서 물에 의해 콜로이드상으로 분산되면서 수화 반응을 일으키며, 에드린가이트, 규산칼슘 수화물 등의 광물질 수화 반응물로 경화되며, 포조란 활성을 지배하여 유동성에 큰 영향을 주고, 알카리성 물질로 산성 토양을 중화 시키며, 토양의 불리성 개선에 일조하는 등의 물성을 지니 플라이 애쉬(Fly ash) 50~80 %와;

주성분이 SiO₂22 %, Al₂O₃+Fe₂O₃9 %, CaO+MgO 65 %, 기타 4 % 정도로서 물과 반응, 수화물로 경화 규산화 수화 반응과 포조란 반응 촉진으로 에드린가이트(Ettringite 수화반응 생성물/3CaO, Al₂O₃, 3CaSO₄, 32H₂O)를 생성시키고 강도 유지 기능이 있는 통상의 시멘트 5~20 %와;

물과 반응하여 모노에드린가이트를 생성, 시멘트와 함께 강도 유지에 일조하는 무수석고(Anhydrate gypsum) 5~20 %와;

혼합 시 물에 용해되어 전해질로 되면서 물에 의해 콜로이드상으로 분산된 각 성분 사이에서 알루미늄의 중축합이온이 고분자체로 생성되어 토양 입자를 결집시키는 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃) 1~10 %과;

플라이 애쉬에 함유되어 있는 난용성 규산(SiO₂)을 유효화 시켜 토양을 산성화하지 않으면서 규산칼리 비료화 하는 탄산칼륨(K₂CO₃) 1~5 %를 혼합하여 무기질 재료를 얻는다.규산칼리 비료화에 탄산칼륨을 사용하는 것은 미국특허공보 제 4,313,753호에 플라이 애쉬와 탄산칼륨을 칼륨원으로 사용한 화학비료 제조 방법이 알려져 있다.

이상과 같이 제조되는 본 발명의 무기질재료는 우리나라 전 면적의 ⅔를 차지하는 화강암대의 풍화토인 마사질 토양의 주 구성성분인 규산(SiO₂)과 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃)과의 동일한 친화적 구성 원소로서 본 발명의 무기질재료와의 혼합에 의해 수화학 반응과 내수성 단립화, 적정 강도 유지 등의 특성을 지닌다.

또, 본 발명의 무기질재료는 물과 수화 반응을 하면서 식생기반재 상의 미사질 토양 입자를 경합하는 망목(Net)상 결정을 형성하여 다공질 공극을 만들어 각 입자가 접착 경화하는 단립이 아닌 입자 표면을 감싸는 에드린가이트 형성에 의한 수화 화합물의 다수 입자간 공극에 충전이 형성되는 복잡한 다공질 단립이 되어 그 자체의 경도와 강도를 유지하게 되는 특징이 있다. 따라서, 완성된 단립은 강도와 일정 경도(경도치 24 이내)가 유지되는 다공질로 토양 중의 수분을 흡수하고 있어 통기성과 보수성이 우수하고 비료 성분을 감싼 형태의 단립으로 비료가 오래 지속되는 이점과 수화 반응 성분 자체가 칼리 비료화 되는 특성도 지닌다.

＜실시예 1＞

(1) 플라이 애쉬(서천화력 산출분) 75 ㎏, 시멘트 (현대시멘트(주) 제) 15 ㎏, 무수석고 5 ㎏, 황산알루미늄 3 ㎏, 탄산칼륨 2 ㎏을 혼합하여 마사토 식생기반재 안정화용 무기질 재료 100 ㎏씩 300 ㎏을 제조 포장한 후

(2) 마사토 3 ㎡(1,700 ㎏/㎡×3=5,100 ㎏)에 플라이 애쉬 1,000 ㎏, 무수석고 100 ㎏, 토탄 200 ㎏, 유기질 비료 100 ㎏(20 ㎏ 포장 5포), 복합비료 20 ㎏을 혼합한 마사토 식생기반재를 동일하게 3회 제조 포장하였다.

위의 재료를 이용하여 현장 경사 1:1의 견질 마사토 비탈면 약 150 ㎡, 동일현장 1:0.7의 리핑암 비탈면 50 ㎡, 계 200 ㎡의 법면 위에 시공하였다.

시공은 습식취부기(탱크 용량 4,000 ℓ)를 동원하여 먼저 탱크의 물 1,500 ℓ에 (1), (2)의 재료와 초·목본질 종자를 투입 혼합하여 질척하게 반죽하여 곤죽상태를 비탈면에 뿜어 붙이기를 실시한 바, 뿜어 붙이는 대로 접착이 되었으며, 두께는 1 회(한 탱크 용량) 2㎝ 120 ㎡, 2회째는 3 ㎝로 50 ㎡, 3회째는 5 ㎝로 실시하였으나 모두 잘 접착하였으며, 시공 완료시 1 회 실시분은 이미 3 시간 정도 경과로 내수 단립 경화가 충분히 진행된 상태를 확인하였고, 익일 아침 전체 취부 면에 시드 스프레이 기계로 실수하였으나 전혀 뿜어 붙인 재료의 유실 현상은 없었다. 표면 건조에 단립 경화가 충분히 진행된 5 일 후 산중식 경도계로 측정 결과 경조치 24 ㎜로 나타났으며, 시공 3 주 후 현장 확인 결과 전체 면에서 고른 상태의 종자 발아가 확인되었다.

＜실시예 2＞

상기의 [실시예 1]의 재료 중 시멘트 12 ㎏, 무수석고 8 ㎏으로 비율 조정에 의해 제조하여 마사토 식생기반재에 식물 종자를 혼합하여 전 시공 형식대로 1:1.5 성토비탈면에 1 ㎝ 두께로 2회차 240 ㎡을 실시하던 중 시공 종료 2 시간 후부터 3 시간에 걸쳐 강우가 있었으나 강우 직후 확인 결과 세굴이나 흘러내림 등의 현상이 없었으며, 3일 후의 경도치는 22 ㎜로 나타났고, 종자 발아는 10 일 후부터 시작되는 것을 확인하였으며, 20 일 쯤에는 전체가 발아되었다.

＜실시예 3＞

수분 함수량이 많은 토양에 [실시예 ]의 무기질 재료를 혼합하여 교반 전압한 결과 아래 "표"와 같이 단시간 내에 수화 반응에 의하여 토양 중의 수분을 급속히 흡수시키면서 단립화가 진행되어 고화되면서 안정화 시킬 수 있었다.

＜실시예 4＞

풍화암의 비탈면에서 전체 수직고 70 m 중 30 m 지점에 폭 5~8 m, 길이 7 m, 깊이 평균 2.5 m, 약 120 ㎡의 암결리 탈락에 의한 공종이 발생된 도로 비탈면 붕락지를 장마기 직전에 일반 마사토양 ㎡당 [실시예 ]의 무기질 재료를 충분히 혼합하여 아리바 기기를 이용, 압송된 혼합물에 소량의 물을 가하고 고압으로 뿜어 붙이기를 연속 실시하여 충지성토(120 ㎡)를 완료하였으나 전혀 탈락이나 유실이 발생하지 않았으며, 대상지에 뿜어 붙여진 토사물은 바로 수화합 반응과 내수성 단립형성 및 경화 반응에 의해 안정되게 주위 바탕과 일체화 상태로 접착, 충진 되었으며, 3 일 후부터 장마가 시작되었으나 처짐과 유실 등의 현상은 전혀 나타나지 않고 장마 후 더욱 견고한 상태의 확인과 겨울을 경과한 후의 확인에도 동상 현상의 흔적이 없었으며, 그 표면의 변화는 전혀 없었으며, 그 후의 봄에는 시공 면에 주위 식물 종자의 유입에 의한 발아 생육까지 확인되었다.이 결과로 볼 때 종래의 방법은 탈락에 의해 공동화된 주위 표면에 철망을 치고 숏크리트공법을 실시해 왔으나 이는 공동 굴곡이 그대로 나타나 미관 불량과 주의의 2차 토압에 의한 탈락 우려도 있었으나 본 발명 방식에 의하면 주변의 추가 훼손없이 원 상태로의 안정적 복구와 식물 생육까지 이룰 수 있어 획기적인 방식으로 볼 수 있다.

앞의 실시예에서 볼 수 있는 것과 같이 본 발명의 무기질 재료는 수화 반응성 재료의 혼합으로 구성되어 각 재료 성분의 빠른 수화 반응에 의하여 에드린가이트와 모노에드린가이트 형성 등의 수화합 반응물이 빨리 생성되어 이것이 토양 입자를 감싼 상태의 내수성 단립이 형성되고, 형성되는 단립은 망목상 결정으로 복잡한 다공질 단립이 되어 그 자체의 경도와 강도를 유지하므로 통기성과 보수성이 우수하고 비료 성분을 감싼 형태의 단립화로 비료 효과를 오래 지속시키는 이점과 수화반응성분 자체가 칼리 비료화되는 특성도 지녀 친환경적이고 경제적이며, 우리 국토의 ⅔를 차지하는 편마암질 풍화 마사토양 건설 훼손지의 비탈면을 그 토양과, 일부량만 활용되는 플라이 애쉬를 다량 이용하여 녹화하므로써 산성화되어 가고 있는 토양의 개량과 이질감 없는 환경친화적인 완벽 녹화공을 시행할 수 있다.

Claims (1)

1. 플라이 애쉬 50~80 %와; 무수석고 5~20 %와; 시멘트 5~20 %와; 황산알루미늄 1~10 %와; 탄산칼륨 1~5 %를 혼합하여 제조함을 특징으로 한 수화학 광물을 이용한 환경 복원용 무기질 재료