KR100431715B1

KR100431715B1 - 환경친화적인 기계화 경작로 조성방법

Info

Publication number: KR100431715B1
Application number: KR10-2001-0045511A
Authority: KR
Inventors: 박해윤
Original assignee: 신보산업주식회사
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2004-05-17
Also published as: KR20010085058A

Abstract

토양경화제와 경작로등의 도로개설 현장에서 채취한 흙을 혼합하여 기층을 형성하고, 기층상에 토양경화제, 흙, 자갈, 및 포장제의 균열방지를 위한 폴리프로필렌등의 섬유를 혼합한 표층재로 표층을 형성하는 환경 친화적인 기계화 경작로의 조성방법이 개시되어 있다.

Description

환경친화적인 기계화 경작로 조성방법{BUILDING METHOD OF MECHANIZATION FARMING ROAD HAVING ENVIRONMENTAL AFFINITY}

본 발명은 환경친화적인 기계화 경작로 조성방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 공사현장의 임시도로, 특히 농경지에 농업기계가 출입하는 농로개설에 있어서 도로 개설시에 발생하는 흙을 활용하고, 농경지등의 토양오염을 최소화시키고 화력발전등에서 발생하는 토양경화제, 자갈, 섬유를 혼합하여 임시도로등의 기층재, 표면층재로 활용하여 농로 및 임시도로를 개설하는 환경친화적인 기계화 경작로 조성방법에 관한 것이다.

농경지의 진입도로, 건축현장 등 공사에 필요한 중장비의 통행, 특히 농업기반시설확충사업의 일환으로 컴바인이나 트랙터 등의 농업기계가 운행되는 농경지의 농로개설사업이 활발히 추진되고 있다. 지금까지의 농로 및 공사현장의 임시도로등은 콘크리트포장에 의존하고 있었으며, 일부 흙을 경화시키는 토양경화제를 사용하여 비포장 임시도로를 개설하거나 아스팔트 등을 이용하여 임시포장도로를 개설하여 사용하고 있다.

상기한 콘크리트 포장도로는 콘크리트에 다량 포함되어 있는 CaO에 의하여 주변토양의 염기성화를 촉진시켜 농작물의 성장에 장애를 유발할 뿐만 아니라 임시도로인 경우에는 공사종료 후 임시도로에서 발생하는 콘크리트 폐기물을 매립해야 하는 것과 같이 환경에 악영향을 초래한다.

특히, 상기와 같은 콘크리트나 아스팔트 등의 포장에서는 도로개설현장에서 발생하는 폐기물을 매립장 등에 매립하여야 함으로 매립에 따른 환경문제와 처리에 따른 비용이 발생하게 된다.

본 발명의 목적은 종래의 도로포장에서 나타나는 토양오염, 및 폐기물처리에 따른 환경오염 등의 문제점을 해결하고자 포장에 사용되는 콘크리트의 사용량을 최소화시키고, 공사현장에서 필연적으로 발생하는 토사를 활용함으로서 토양의 오염을 최소화시킬 수 있는 환경친화적인 기계화 경작로 조성방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 연약지반이 대부분인 경작지의 농로개설에 있어서 농로 개설 시에 발생하는 토사에 토양경화제와 토목섬유인 망사형 플로프로필렌과 자갈 등의 골재를 혼합 사용하여 경작로의 기층을 형성하여 경작로를 개설함으로서 토양오염 및 농작물 성장에 악영향을 미치는 콘크리트 사용량을 최소화시키는 환경친화적인 기계화 경작로 조성방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따라 포장된 도로의 구조를 도시한 단면도.

본 발명은 상기와 같은 목적들을 달성하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 따른 환경친화적인 기계화 경작로 조성방법은 도로개설을 위한 기반 조성단계; 기반이 조성되면 노면 상에 기층을 포설하기 위해 토사와, 상기 토사의 5∼6Wt%의 토양경화제를 혼합하는 기층재 혼합단계; 토사와 토양경화제가 혼합된 기층재를 포설 및 다짐하는 기층조성단계; 기층 상에 표층을 형성하기 위해 토사, 상기 토사의 12∼15Wt%의 토양경화제, 상기 토사의 10∼20Wt%의 자갈, 및 상기 토사의 0.1∼0.3Wt%의 섬유를 혼합하는 표층재 혼합단계; 및 상기 토사, 토양경화제, 자갈, 및 섬유가 혼합된 표층재를 포설 및 다짐하는 단계를 포함한다.

상기 토양경화제는 용광로 슬래그 45∼60Wt%, 석고 10∼30Wt%, 알루미네이트 1∼5Wt%, 및 그 나머지는 포트랜트시멘트로 구성되고, 상기 섬유는 폴리프로필렌 이며, 상기 섬유는 길이가 15∼20mm이고 망사형인 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 경화제는 본 발명의 출원인이 개발하여 특허 등록을 받은 등록번호 특허 제0283120호(상품명: ESC 뉴베톤)와 경작로 등의 도로개설 현장에서 채취한 흙을 혼합하여 기층을 형성하고, 토양경화제, 흙, 자갈, 및 포장제의 균열방지를 위한 폴리프로필렌 등의 섬유를 혼합하여 표층을 형성하는 공법으로 경작로를 형성한다.

특히, 본 발명에 따른 환경친화적인 기계화 경작로 조성방법은 일명 '에코콘크리트(ecoconcrete) 포장법'으로 불리우는데, 이는 무기질성 재료에 의한 토양 입자의 결합으로서 자연친화형 소재를 이용한 새로운 개념의 포장공법을 말하는 것이다.

한편, 첨부도면 도 1은 본 발명에 따른 환경친화적인 기계화 경작로 조성방법에 의해서 포장된 도로를 도시한 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명함으로써 본 발명이 해결하고자 하는 공법 및 포장제에 대한 것이 보다 더 명확하게 나타날 것이다.

<제 1실시예>

통상의 방법에 의하여 도로공사 현장의 기초공사(노면 다짐)등을 수행한 후 다음 각 단계별로 실시한다.

먼저 상기 기초공사 시 채취된 토사(점토, 마사토, 뻘, 산토)와 토양경화제를 장비(혼합 플렌트 등의 혼합장비)를 활용하여 혼합하며 기층재료를 형성하고(제1단계), 이렇게 혼합된 기층재료를 노면다짐 등의 기초공사가 완료된 노면에 포설하고 그레이더(grader)로 노면을 정리한 후 로울러 등으로 노면다짐한다(제2단계), 이때 토양경화제의 혼합량은 토사의 단위중량의 5Wt%이다.

혼합되는 토사는 스태빌라이져(stabilizer)로 분쇄 후 23mm∼30mm 채로 채가름하여 사용하며 그 성분은 표 1과 같으며 이는 공사지역마다 차이가 날 수 있음은 주지의 사실이며 토양경화제는 본원의 발명자가 출원한 토양경화제(상품명:ESC뉴베톤)를 사용하였다. 상기 토양경화제는 용광로 슬래그 45∼60Wt%, 석고 10∼30Wt%, 알루미네이트 1∼5Wt%, 및 그 나머지는 포트랜트시멘트로 구성된다.

또한, 그레이더 등을 이용하여 포설하였으며 다짐은 탠덤로울러 등을 사용하여 다짐하였으며 혼합기층재료의 함수비에 따라 살수를 하여 다짐하여도 무방하며 기층포장은 30cm이하인 경우에는 한번에 시공하는 것이 바람직하며, 시공 총소요시간은 3~4시간이 적합하다. 이때의 포설 두께는 현장의 지반조건에 따라 변경시킬 수 있으며 토양경화제의 양은 5~6Wt%범위에서 선택할 수 있다. 또한, 공사현장 조건에 따라 자갈을 첨가한 기층재를 사용할 수 있다.

기층은 표층의 하중을 전달받아 지반에 골고루 하중을 분산시키는 역할을 하는 것으로 기층재로 사용되는 토양경화제는 수화반응을 통하여 토사 사이에 접착력과 내구성을 증가시킨다.

다음은 상기한 기층 상에 표층을 형성하기 위하여 현장에서 채취한 토사, 자갈, 섬유, 토양경화제를 혼합하고 표층제를 혼합하여(3단계), 기층상에 포설하고 로울러나 다짐기 등의 장비를 이용하여 다짐(4단계)하여 포장을 완료한다.

이때 표층재료는 공사현장에서 채취한 토사(외부에서 반입된 토사도 무방함)와 토양경화제와 자갈과 섬유이며 혼합비율은 자갈은 토사의 10∼20Wt%이고, 토양경화제(상기한 ESC뉴베톤)는 토사의 12∼15Wt%이며, 섬유는 토사의 0.1∼0.3Wt%이다. 표층재료에 사용되는 자갈은 표면건조포화상태의 천연골재이며 본 실시예에서는 금강유역골제를 사용하였으나 크기가 4∼10mm정도의 자갈이면 당업자가 현장조건에 따라 선택할 수 있고 사용되는 섬유는 폴리프로필렌 섬유로서 그 길이가15∼20mm정도의 망사형이 적합하나 내식성이 강한 합섬섬유를 당업자가 선택하여 사용할 수 있으며 혼합의 곤란성 등을 고려하여 본 실시예에서는 15∼20mm을 사용하였으나 이 역시 균열방지를 위하여 시방조건에 따라 적정히 선택 가능하다.

토사의 성질

비중(20℃)	Atterberg limits	토사를 그레인 사이즈(Grain size)로 분배 (passing. %)
비중(20℃)	LL, %	PL, %	PI	No.4	No.10	No.40	No.200	0.005mm
2.66	36.8	-	12.9	97.6	91.7	82.1	45.9	10.0

<제 2실시예>

제 1실시예에서는 기층을 시공 후 기층 상에 표층을 시공하는 경작로 등의 도로 포설방법을 개시하였으나 지반의 조건에 따라 기층 없이 상기한 표층재료로 표층만을 시공하여 경작로를 시공할 수 있다.

<제 3실시예>

본 실시예에서는 기층을 형성할 시 자갈을 10∼20Wt%로 혼합 사용하여 기층을 시공하는 방법을 개시한다.

상기한 자갈의 금강 유역에서 채취한 표면건조포화상태의 천연 골재로서, 그 물리적 특성은 표 2와 같으며, 이 자갈은 그 자체가 소정의 강성을 지니고 있으므로 이의 혼합은 기층의 강도를 한층 더 증진시키게 된다.

토사의 성질

분류	크기(mm)	비중(20℃)	흡수율(%)	F.M	단위무게(kgf/m³)
자갈	4.76∼10	2.64	2.62	7.28	1,502

한편, 본 실시예에서는 제 1실시예와 같이 먼저 통상의 방법에 의하여 도로공사 현장의 기초공사(노면다짐)등을 수행한 후 다음 각 단계별로 실시한다.

먼저, 상기 기초공사 시 채취된 토사(점토, 마사토, 뻘, 산토)와 토양경화제 및 자갈을 장비(혼합 플렌트 등의 혼합장비)를 활용하여 혼합하여서 기층재료를 형성하고(제1단계), 이렇게 혼합된 기층재료를 노면다짐 등의 기초공사가 완료된 노면에 포설하고 그레이더로 노면 정리한 후 로울러 등으로 다짐한다(제2단계). 이때, 토양경화제의 혼합량은 토사의 5∼6Wt%이고, 자갈의 혼합량은 토사의 10∼20Wt%이다.

혼합되는 토사는 스태빌라이져로 분쇄 후 23∼30mm 채로 채가름하여 사용하며 그 성분은 표 1과 같으며 이는 공사지역마다 차이가 날 수 있음은 주지의 사실이며 또한 그레이더 등을 이용하여 포설하였으며 다짐은 탠덤 로울러 등을 사용하여 다짐하였으며 혼합기층재료의 함수비에 따라 살수를 하여 다짐하여도 무방하며 기층포장은 30cm이하인 경우에는 한번에 시공하는 것이 바람직하며, 시공 총소요시간은 3∼4시간이 적합하다. 이때의 포설 두께는 현장의 지반조건에 따라 변경시킬 수 있다.

다음은 상기한 기층 상에 표층을 형성하기 위하여 현장에서 채취한 토사, 자갈, 섬유, 토양경화제를 혼합하고 표층제를 혼합하여(3단계), 기층 상에 포설하고 로울러나 다짐기 등의 장비를 이용하여 다짐(4단계)하여 포장을 완료한다.

이때, 표층재료는 공사현장에서 채취한 토사(외부에서 반입된 토사도 무방함)와 토양경화제와 자갈과 섬유이며, 혼합비율은 자갈은 토사의 10∼20Wt%이고, 토양경화제(상기한 ESC뉴베톤)는 토사의 12∼15Wt%이며, 섬유는 토사의 0.1∼0.3Wt%이다. 표층재료에 사용되는 자갈은 표면건조 포화상태의 천연골재이며, 본 실시예에서는 금강유역 골제를 사용하였으나, 크기가 4∼10mm정도의 자갈이면 당업자가 현장조건에 따라 선택할 수 있고, 사용되는 섬유는 폴리프로필렌 섬유로서 그 길이가 15∼20mm정도의 망사형이 적합하나 내식성이 강한 합섬섬유를 당업자가 선택하여 사용할 수 있으며, 혼합의 곤란성 등을 고려하여 본 실시예에서는 15∼20mm을 사용하였으나, 이 역시 균열방지를 위하여 시방조건에 따라 적정히 선택할 수 있다.

<시험 방법 및 결과>

본 발명에서 기층재료로 사용되는 토양경화제와 토사의 구성비에 따른 기층재료의 다짐, 강도, 지지력 등의 도로포장재료로서의 특성과 토사, 토양경화제, 자갈 및 섬유로 혼합된 표층재료의 도로포장로서의 특성을 살펴보면 다음과 같은 시험방법으로 시험하였다.

먼저 기층의 시험을 위하여 각 재료의 특성을 고려하여 구성성분비에 따라혼합하여 충분히 다짐이 되도록 하였으며, D2 형의 공시체를 제작하고 제작즉시 탈형하여 소정의 기간동안 20±3℃, 습도 70%의 실험실에서 기건 양생하였으며, 시험은 KS와 BS에 규정된 방법에 따라 실시하였으며, 3회 반복 시험한 것의 평균값을 실험 결과값으로 하였다.

이하, 시험은 기층 시공시 최적의 함수비와 다짐상태를 규명하기 위한 다짐시험과, 사용시 기층에 물이 침투되는 정도를 알기 위해서 변수두 투수시험법에 투수계수를 측정하는 투수시험과, 보조기층재의 다짐강도를 알기 위한 CBR시험과, 초음파진동속도와, 압축강도시험 및 휨강도시험을 시행하였다.

토사와 혼합된 토양경화제 및 각 재료들의 배합비

배합명	토사	자갈	토양경화제	물
E₁	100	0	0	18.70
E₂	95	0	5	19.00
E₃	90	0	10	19.30
E₄	85	0	15	19.50
E₅	80	0	20	19.60
E₆	90	10	0	16.83
E₇	85	10	5	17.10
E₈	80	10	10	17.37
E₉	75	10	15	17.55
E₁₀	70	10	20	17.64
E₁₁	80	20	0	14.96
E₁₂	75	20	5	15.20
E₁₃	70	20	10	15.44
E₁₄	65	20	15	15.60
E₁₅	60	20	20	15.68

또한, 본 발명의 토양경화제의 혼입에 따른 특성 및 시험, 그에 따른 결과를 살펴보면 다음과 같다.

토양경화제의 혼합토의 시험은 기층재의 적정 혼합비를 개발하면서, 표층재의 개발을 위한 예비시험을 함께 하였다.

가. 압축강도

재료의 역학적 특성을 나타내는 압축강도는 각종 구조물의 설계기준이 될 뿐만 아니라 인장강도, 휨강도, 탄성계수 등을 추정할 수 있는 기초자료가 된다.

각 배합비에 따른 포장재료의 압축강도를 비교하면 표 4와 같다.

토양경화제 혼합토의 압축강도

배합명	압축강도(kgf/㎠)	강도의 증가비(%)
배합명	7 days	28 days	91 days	7-28 days	28-91 days
E₁	10.81	17.37	18.87	60	8
E₂	18.36	22.16	27.36	20	23
E₃	21.44	34.28	48.18	59	40
E₄	23.46	49.24	59.56	109	20
E₅	26.94	61.24	69.98	127	14
E₆	12.57	19.02	20.97	51	10
E₇	21.36	24.26	30.42	13	25
E₈	23.95	39.74	53.22	65	33
E₉	26.99	61.64	65.19	128	5
E₁₀	28.76	68.84	75.30	139	9
E₁₁	13.46	23.81	25.01	76	5
E₁₂	22.86	30.37	36.27	32	19
E₁₃	31.65	53.59	59.23	69	10
E₁₄	32.36	64.50	71.34	99	10
E₁₅	36.40	70.10	80.21	92	14

토양경화제 혼합토의 압축강도는 배합비와 재령에 따라 다르게 나타났다. 토양경화제만 혼입한(E₁∼E₅) 재령 7일의 경우 자연 흙 E₁이 10.81 kgf/cm²인데 비해 E₂는 18.36 kgf/cm²이상 나오므로 토양경화제 5%정도면 기층재로 충분하다. 경작로 기층재는 7일 강도가 15 kgf/cm²이상이면 적합하다.

7일 압축강도를 보면(표 4), 자갈 10% 혼입까지는(E₁∼E₁₀) 30kgf/cm²가 되지 않고, 자갈 20%와 토양경화제 10%이상이 혼입되면(E₁₃∼E₁₅), 이 값보다 커지므로 표층재는 이 범위의 배합비에서 결정되어야 한다. 농작업기계의 통행을 생각하면, 기계화 경작로의 압축강도는 대체적으로 50∼70 kgf/cm²이면 적절하므로, 경작로의 포장에 이용될 수 있는 배합 설계는 E₅와 E₉, E₁₀, E₁₄및 E₁₅로 생각된다. 이 배합비는 토양경화제 15%, 20%, 자갈 10%, 20% 이므로 토양경화제가 비싼 점을 고려하면, 토양경화제 15%, 자갈 10%가 가장 적합하다.

나. 휨강도

각 배합비에 따른 포장재료의 휨강도 시험결과를 나타내면 표 5와 같다.

한편, 아래의 표 5를 살펴보면, 토양경화제 혼합토의 휨강도는 토양경화제량 5%와 10%는 7일 강도는 어느 정도 증가하나, 28일 강도와 91일 강도는 증가하는 정도가 작았다. 토양경화제량 15%이면 전 재령에서 50%이상 눈에 뛰게 강도가 증가하였다. 그리고, 자갈이 혼입되면 휨강도가 다소 증가하나 그 정도가 작았다.

휨강도가 커야 좋은 표층재는 토양경화제 량이 15%이상이 포함되어야겠고, 자갈 혼입은 휨강도 증진에는 별로 효과가 없다. 기계화 경작로의 휨강도는 10∼15 kgf/cm²이면 적절할 것으로 생각되므로, 표층재로 이용될 수 있는 배합은 E_5,E₉, E₁₀, E_14,E₁₅등으로 토양경화제 값이 비싼 것을 고려하면, 토양경화제 15%, 자갈 10% 혼입이 적절하다.

토양경화제 혼합토의 휨강도

배합명	휨강도(kgf/㎠)	강도의 증가비(%)
배합명	7 days	28 days	91 days	7-28 days	28-91 days
E₁	2.29	5.33	7.72	132	44
E₂	3.91	5.84	7.86	49	34
E₃	4.39	6.17	8.08	40	30
E₄	7.57	8.26	10.80	9	30
E₅	8.13	8.62	11.48	6	33
E₆	2.65	5.83	7.82	120	34
E₇	4.18	6.32	7.90	51	25
E₈	4.75	6.74	8.17	41	21
E₉	7.95	9.11	11.72	14	28
E₁₀	9.06	9.58	12.25	5	27
E₁₁	2.91	6.47	8.62	122	33
E₁₂	4.59	6.95	8.69	51	25
E₁₃	5.22	7.41	8.98	41	21
E₁₄	8.74	10.02	12.99	14	29
E₁₅	9.97	10.54	13.47	5	27

다. 초음파진동속도

초음파진동속도시험은 초음파를 방사해서 그 전파시간으로부터 얻어지는 전파속도에 의해 부재나 구조물의 성능을 시험하는 방법으로써 수 cm에서 수 m에 이르기까지 적용할 수 있는 비파괴시험 방법이다.

이러한 시험방법에 의한 토양경화제 혼합토의 초음파진동속도 시험결과를 나타내면 표 6과 같다.

토양경화제 혼합토의 초음파진동속도

배합명	초음파진동속도(m/s)
배합명	7 days	28 days	91 days
E₁	1,812	1,895	1,984
E₂	1,838	2,006	2,097
E₃	1,860	2,070	2,178
E₄	1,934	2,217	2,284
E₅	1,984	2,316	2,357
E₆	1,902	1,989	2,083
E₇	1,935	2,105	2,207
E₈	1,958	2,179	2,293
E₉	2,036	2,334	2,405
E₁₀	2,088	2,438	2,481
E₁₁	1,997	2,088	2,187
E₁₂	2,093	2,234	2,314
E₁₃	2,158	2,332	2,385
E₁₄	2,415	2,575	2,626
E₁₅	2,587	2,737	2,788

배합에 따른 초음파진동속도는 토양경화제와 골재의 혼입량이 많을수록 크게 나타났다. 이러한 이유는 흙 보다 입자가 작은 토양경화제의 미세 공극충진효과와, 골재의 양이 증가되어 전파의 흐름을 방해하는 요인이 감소되었기 때문이다.따라서, 토양경화제와 자갈의 혼입량이 많을수록 내구성은 커진다.

따라서, 토양경화제를 혼입한 재료의 여러 시험결과로부터 기층재의 최적배합비와, 표층재의 사용 가능성과 기본 배합 추정을 한 결과를 살펴보면 다음과 같다.

① 토양경화제 혼합토의 압축강도, 휨강도, 초음파진동속도와 동탄성계수는 모든 재령과 배합에서 다같이 토양경화제, 골재의 혼입량이 많을수록 크게 나타났으며, 토양경화제의 혼입량에 의한 증가 정도가 골재의 혼입량에 대한 증가보다 크게 나타났다.

② 기층재는 필요한 성질과 경제성을 고려하여 토양경화제 5%를 혼입하면 그 기능을 충분히 할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서의 표층재는 전술한 시험결과를 기초로 하여 토사의 단점을 보완할 수 있는 토양경화제와 자갈, 섬유 등의 혼입율을 조정하여 그 특성을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 전술한 시험에서의 예비시험을 통해 적절한 강도와 내구성 및 경제성을 갖도록 자연 토사에 자갈 혼입량 10%, 20%, 토양경화제 혼입량 10%, 20%, 섬유 혼입량 0.1%, 0.3% 등을 변화시킨 9종류로 배합하였으며, 그 배합설계는 하기의 표 7과 같다.

또한, 표층재의 시험을 위하여 각 재료의 특성을 고려하여 구성성분비에 따라 토사와 자갈 및 토양경화제를 잘 섞은 후에 물을 혼입하여 혼합한 후 망사형의 폴리프로필렌 섬유를 혼입하여 혼합하였으며, 그 시험은 KS와 BS에 규정된 방법에 따라 실시하였으며, 3회 반복 시험한 것의 평균값을 실험 결과값으로 하였다.

한편, 상기한 시험은 압축강도 시험, 휨강도 시험, 초음파진동속도 측정, 투수계수 측정 등의 시험방법은 전술한 기층재의 시험방법과 동일하면, 시험결과는 다음과 같다.

표층재의 배합 설계 (Unit: wt%)

배합명	토사	자갈	토양경화제	폴리프로필렌섬유	물
S₁	100.0	0	0	0	18.70
S₂	79.9	10	10	0.1	17.35
S₃	69.9	10	20	0.1	17.62
S₄	79.7	10	10	0.3	17.31
S₅	69.7	10	20	0.3	17.58
S₆	69.9	20	10	0.1	15.42
S₇	59.9	20	20	0.1	15.66
S₈	69.7	20	10	0.3	15.38
S₉	59.7	20	20	0.3	15.62

가. 압축강도

압축강도는 각종 구조물의 설계기준이 될 뿐만 아니라 인장강도, 휨강도, 탄성계수 등을 추정할 수 있는 기초자료가 된다. 각 배합비에 따른 표층재의 압축강도를 비교하면 표 8과 같다.

표층재의 압축강도 시험 결과

배합명	압축강도(kgf/㎠)	강도의 증가비(%)
배합명	7 days	28 days	91 days	7-28 days	28-91 days
S₁	10.81	17.37	18.87	160	108
S₂	26.95	41.32	58.76	153	142
S₃	31.78	76.34	83.98	240	110
S₄	29.51	49.41	60.27	167	121
S₅	34.55	79.37	85.94	229	108
S₆	34.51	62.45	65.38	180	104
S₇	40.10	77.33	89.34	192	115
S₈	34.99	65.09	69.26	186	106
S₉	40.46	87.96	91.34	217	103

표층재의 압축강도는 배합비와 재령에 크게 의존 되었으며, 재령 7일의 경우 26.95∼40.46 kgf/cm²의 범위로 자연 토사, S₁에 비해 S₂∼S₉에서 2.49∼3.74배 크게 나타났고, 재령 28일의 경우는 41.32∼87.96 kgf/cm²의 범위로 자연 토사에 비해 2.37∼5.06배 크게 나타났으며, 재령 91일의 경우 58.76∼91.34 kgf/cm²의 범위로 자연 토사에 비해 3.11∼4.84배 크게 나타났다.

표층재의 재령 28일 압축강도는, 자갈량이 10%에서 20%로 증가함에 따라 1∼51%의 강도 증가를 나타냈고, 토양경화제량이 10%에서 20%로 증가함에 따라 23∼84% 크게 나타났으며, 섬유량이 0.1%에서 0.3%로 증가됨에 따라 3∼19% 크게 나타났다. 한편, 재령 91일 압축강도는 자갈량이 10%에서 20%로 증가함에 따라 6∼14%의 강도증가를 나타냈고, 토양경화제량이 10%에서 20%로 증가함에 따라 31∼42% 크게 나타났으며, 섬유량이 0.1%에서 0.3%로 증가됨에 따라 2∼5% 크게 나타났다.

또한, 재령 7일에 대한 28일의 강도증가가 재령 28일에 대한 재령 91일의 강도증가보다 크게 나타나 초기재령에서의 강도증가가 크게 나타났다.

재령에 따른 압축강도가 토양경화제, 자갈, 섬유의 혼입량이 많을수록 크게 나타난 이유는 자갈량의 증가에 따른 흙에 대한 토양경화제의 양이 상대적으로 증가되었기 때문이며, 섬유의 양이 증가되면 토립자 사이에 섬유로 인한 구속력이 증가되었기 때문이다.

기계화 경작로 표층의 재령 7일과 28일 압축강도는 현재 사용중인 농작업기계로 볼 때 대체적으로 30 kgf/cm², 50 kgf/cm²이상이면 무난하며, 표층재 포장에 사용할 수 있는 배합은 S₃에서 S₉까지이다.

나. 휨강도

각 배합비에 따른 표층재의 휨강도 시험 결과를 나타내면 하기 표 9와 같다.

표층재의 휨강도 시험 결과

배합명	휨강도(kgf/㎠)	강도의 증가비(%)
배합명	7 days	28 days	91 days	7-28 days	28-91 days
S₁	2.29	5.33	7.72	232	144
S₂	5.24	6.85	8.26	130	120
S₃	9.93	1.21	13.62	102	133
S₄	7.34	8.95	11.42	121	127
S₅	13.59	17.15	19.27	126	112
S₆	6.75	9.75	12.76	144	130
S₇	13.43	16.75	19.51	124	116
S₈	7.85	10.32	13.45	131	130
S₉	13.99	17.26	20.06	123	116

재령 7일 휨강도의 경우 5.24∼13.99 kgf/cm²로 S₁에 비해 S₂∼S₉에서 2.29∼6.10배 크게 나타났고, 재령 28일의 경우는 6.85∼17.26 kgf/cm²의 범위로 S₁에 비해 1.28∼3.23배 크게 나타났으며, 재령 91일의 경우에는 8.26∼20.06 kgf/cm²의 범위로 자연 토사에 비해 1.06∼2.59배 크게 나타났으며, 재령 91일의 강도는 재령 28일의 강도에 비해 12∼33% 크게 나타났다.

재령 28일의 경우, 자갈량이 10%에서 20%로 증가함에 따라 0.6∼64%의 강도 증가를 나타냈으며, 토양경화제량이 10%에서 20%로 증가함에 따라 49∼91%의 강도 증가를 나타냈고, 섬유량이 0.1%에서 0.3%로 증가됨에 따라 3∼67%의 강도증가를 나타냈으며, 재령 91일의 휨강도는 자갈량이 10%에서 20%로 증가함에 따라 4∼54%의 강도증가를 나타냈고, 토양경화제량이 10%에서 20%로 증가함에 따라 41∼64%의 강도 증가를 나타냈으며, 섬유량이 0.1%에서 0.3%로 증가됨에 따라 2∼41%의 강도증가를 나타냈다.

재령 7일에 대한 28일의 강도 증가가 재령 28일에 대한 91일의 강도증가보다 대체적으로 크게 나타나 초기재령에서 강도 증가가 크게 나타났다.

각각의 재령에 대한 휨강도는 토양경화제, 자갈, 섬유의 혼입량이 많을수록 크게 나타났는데, 이러한 이유는 자갈량의 증가에 대한 상대적인 토양경화제량의 증가와 섬유가 토립자 사이의 구속력을 증가시켰기 때문이다.

경작로 표층의 휨강도는 농작업기계별로 차이는 있으나, 대체적으로 재령 28일에 8kgf/cm²이상이면 적절할 것이므로, 배합비 S₃부터는 적용이 가능하다.

다. 초음파진동속도

표층재의 초음파진동속도 시험결과를 나타내면 표 10과 같다.

재령 7일의 초음파진동속도는 1,977∼2,654m/s의 범위로 S₁에 비해 S₂∼S₉에서 1.16∼1.51배 크게 나타났으며, 재령 28일에서는 2,201∼2,864m/s의 범위로 S₁에 비해 1.18∼1.53배 크게 나타났고, 재령 91일에서는 2,316∼2,905m/s의 범위로 S₁에 비해 1.16∼1.46배 크게 나타났다.

재령 28일의 경우 자갈량이 10%에서 20%로 증가함에 따라 4∼12% 크게 나타났으며, 토양경화제량이 10%에서 20%로 증가함에 따라 11∼17% 크게 나타났고, 섬유량이 0.1%에서 0.3%로 증가됨에 따라 3∼8% 크게 나타나 토양경화제량의 증가에 대한 초음파진동속도의 증가량이 다소 크게 나타났다.

재령 91일의 경우는 자갈량이 10%에서 20%로 증가함에 따라 4∼12% 크게 나타났으며, 토양경화제량이 10%에서 20%로 증가함에 따라 8∼16% 크게 나타났고, 섬유량이 0.1%에서 0.3%로 증가됨에 따라 3∼7% 크게 나타나 토양경화제량의 증가에 대한 초음파진동속도의 증가량이 재령 28일의 경우와 같이 크게 나타났다.

재령에 따른 초음파진동속도는 토양경화제, 자갈, 섬유의 혼입량이 많을수록 크게 나타났는데, 이러한 이유는 토양경화제의 입자가 토립자보다 작아 토립자의 미세공극을 충진 시켜주고, 자갈과 섬유의 양이 증가되어 초음파진동속도를 방해하는 요인이 감소되었기 때문이다.

표층재의 초음파진동속도 시험결과

배합명	초음파진동속도(m/s)
배합명	7 days	28 days	91 days
S₁	1,812	1,895	1,984
S₂	1,977	2,201	2,316
S₃	2,109	2,462	2,506
S₄	2,082	2,384	2,471
S₅	2,438	2,674	2,695
S₆	2,179	2,355	2,409
S₇	2,613	2,764	2,816
S₈	2,204	2,493	2,579
S₉	2,654	2,864	2,905

라. 투수계수

표층재의 투수계수를 나타내면 표 11과 같다.

표층재의 투수계수 시험결과

배합명	투수계수(cm/s)
E₁	6.151 X 10^-7
E₂	2.905 X 10^-7
E₃	6.051 X 10^-8
E₄	3.747 X 10^-7
E₅	9.523 X 10^-8
E₆	3.495 X 10^-8
E₇	4.163 X 10^-9
E₈	5.386 X 10^-8
E₉	5.969 X 10^-9

표층재의 투수계수는 자갈과 토양경화제의 혼입량이 증가할수록 작아지고 섬유의 혼입량이 증가할수록 커지는 경향을 나타냈는데, 이러한 이유는 토양경화제의 혼입으로 인한 토사 입자 내부의 미세공극충진과 토양경화제의 수화반응에 따른 에트링자이트의 생성으로 토사 입자를 치밀하게 하였기 때문이라 생각된다. 모든 배합에서 자연 토사, S₁보다 투수계수가 작게 나타났으며, 토양경화제가 혼입되면 시멘트 콘크리트 이상으로 투수가 되지 않는다. 따라서 토양경화제 혼합토는 위생매립장 시설의 차수막재로도 사용 가능하다.

본 발명은 공사현장의 임시도로, 농경지의 경작로를 개설함에 있어서 도로개설 시 발생하는 토양을 도로포장제로 활용함으로서 콘크리트나 아스팔트등에서 유출되는 화학물질에 의한 주변토양을 오염시키고 최소화시키고 공사현장에서 발생하는 토사를 최대한 활용함으로서 토사 폐기에 필요한 매립비용의 절감과 매립장 건설에 따른 환경파괴를 최소화 할 수 있고, 기존의 콘크리트 등으로 포장된 도로와 같은 포장효과를 얻을 수 있는 도로포장공법 및 도로포장재료를 제공함으로서 농경지 등의 농로개설에 경제적이면서 환경친화적이기 때문에 환경보호에 일익을 할 수 있는 매우 유용한 것이라 할 수 있다.

Claims

도로개설을 위한 기반조성단계와, 기반의 상부에 포설되는 기층조성단계와, 기층의 상부에 포설되는 표층조성단계로 구성되는 공법에 있어서,

상기 기층조성단계는, 토사의 5∼6Wt%의 토양경화제를 혼합시켜 된 것이고,

상기 표층조성단계는, 토사의 12∼15Wt%의 토양경화제와, 상기 토사의 10∼20Wt%의 자갈과, 길이가 15∼20mm이고 망사형인 폴리프로필렌 섬유를 상기 토사의 0.1∼0.3Wt%로 혼합시켜 된 것임을 특징으로 하는 환경 친화적인 기계화 경작로 조성방법.
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