KR100504987B1 - 토양 강화 개선재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불안전한 지반 및 임로 등의 개량공사나 보행자 및 자전거 도로, 산책로 등의 경관성이 필요한 곳에 환경친화적인 흙포장 공사를 위해 원지반 모토(흙)에 첨가·혼합되는 토양 강화 개선재를 제공코자 하는 것이다.

즉, 본 발명은 플라이애쉬 또는 크린카애쉬 또는 제지 슬러지의 소각재 중 하나를 선택사용하는 광물질 혼화제를 중량비 10∼30%, 조강시멘트(KSL5201) 또는 포틀랜드시멘트 중 하나를 선택사용하는 시멘트를 중량비 50~60%, 석고 및 황산제2철을 중량비 10∼20%, 소석회를 중량비 1∼5%, 실리카흄을 중량비 1∼4%로 구성된 토양 강화 개선재를 제공한다.

본 발명에 의해 제조된 토양 강화 개선재는 대부분의 토양에 적용할 수 있으며, 고내구성을 가진다. 또한 흙의 장점인 자연스러움을 다양하게 표현이 가능하고 건식에 의한 방법을 추구함으로써 양생기간이 짧아 시공직후 이용이 가능하다. 차후 폐기시 풍화에 의한 자연회귀가 가능하여 환경적으로 매우 유익한 발명이다.

Description

토양 강화 개선재{Strengthening and refining material for soil}

본 발명은 토양 강화 개선재에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 불안전한 지반 및 임로 등의 개량공사나 보행자 및 자전거 도로, 산책로 등의 경관성이 필요한 곳에 환경친화적인 흙포장 공사를 위해 원지반 모토(흙)에 첨가·혼합되는 토양 강화 개선재를 제공코자 하는 것이다.

통상 보도나 차도를 포장할 때 대부분이 콘크리트 제품을 이용하고 있다.

그러나 콘크리트 제품은 압축강도에 비해 휨강도 및 내휨인성이 상대적으로 낮아 여러 문제점이 발생되고 또한 인체에 유해한 성분이 있어 폐기시 재활용이 불가능하고 폐기물 처리비용이 많이 소요되고 있다.

또한, 차도, 보도에 적용할 경우 포장하부의 지하수 감소에 따른 지반 침하현상이 발생되며, 빛에 따른 시야저해에 따른 운전자의 피로를 증가시키는 원인을 제공하는 문제점을 안고 있다.

이에 따른 문제점을 해결하는 대안으로써 널리 일반적으로 사용하고 있는 소일시멘트공법이 있다.

상기 공법은 고화재(시멘트)를 토양과 혼합하여 일정수준 이상의 압축강도를 얻는 공법이다. 그러나 이러한 종래의 소일시멘트공법에 쓰는 고화재는 수화반응 및 장기 재령에서의 낮은 강도발현이 나타나고 특히 임도의 점질토 등의 함수비가 높은 토양의 경우, 고화재가 흡수하여 결합할 수 있는 물의 양이 적기 때문에 그 효과가 급격히 감소하는 문제점이 있다.

또한 흡수성 고분자에 의한 고화는 물의 침투에 의한 지반의 연약화가 심하고 강도 발현에는 큰 역할을 할 수 없는 단점을 가지고 있다.

그 외에 시멘트나 고화재의 함량을 높이는 것은 백화발생의 근원을 제공함과 아울러 흙이 가지고 있는 여러 가지 장점을 저해하는 단점이 있다.

또한, 종래의 흙포장공법은 소일시멘트공법의 큰 틀을 벗어나지 못하고 압축강도의 증가에만 치중하는 경향이 강하여 고화재 첨가량의 증가로 인해 환경적 훼손을 조장하고 있다. 그리고 흙포장의 장점의 하나인 자연적인 면을 무시한 시공이 대부분 이루어지고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 보도 및 차도의 흙포장용으로 이용될 수 있는 토양 강화 개선재 조성물을 제공코자 하는 것으로서,

특히 본 발명의 토양 강화 개선재는 시공현장의 여건에 따른 다양한 흙포장을 제공할 수 있으며, 함수비가 높은 토양 조건에서도 사용이 가능하고, 보도용 흙포장 조성시 인간에게 한층 부드러움을 제공하는 것이 특징이다.

그리고 흙포장의 질적 향상을 위한 이상적인 고화재의 조건으로는 현장에 맞는 충분한 강도와 인간과 환경을 고려한 것으로 지반의 안정뿐 아니라 이용자에게 부드러움을 제공하고 시공 후 또는 폐기시 환경을 고려한 것이어야 하며 동결융해에 강한 것이어야 한다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 고화재를 대신할 수 있는 토양 강화 개선재의 효용을 극대화 할 수 있도록 하여 지금까지의 문제점을 해결하고 환경친화적인 흙포장을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 개시되는 본 발명의 토양 강화 개선재를 이하에 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 토양 강화 개선재는 플라이애쉬 또는 크린카애쉬 또는 제지 슬러지의 소각재와 같은 광물질 혼화제 25%와, 조강시멘트(KSL5201) 또는 포틀랜드시멘트와 같은 시멘트 50%, 그리고 석고 및 황산제2철을 20%, 소석회 4%, 실리카흄 1%의 비율로 조성되는 바, 이하 상기한 각 조성물의 특성 및 작용은 다음과 같다.

본 발명의 광물질 혼화제 중 플라이애쉬는 에너지 다중소비제품인 시멘트 사용량의 절감, 폐자원 재활용으로 인한 자원의 절약, 그리고 폐기처리 비용의 감소 등의 경제적인 측면에서 기여도가 높은 재료로, 시멘트의 수화생성물로 시멘트풀 중의 공극 구조내에 존재하면서 침투수와 함께 석출되는 수산화칼슘이나 수산화알칼리 혼합물을 고정하여, 시멘트풀 중의 공극을 채움으로서 투수성을 개선하고, 침식성 화학물질에 대한 침투성을 억제함으로써 강도와 내구성 증진에 기여한다. 특히 장기 재령에서의 고강도에 기여한다.

그리고 석고 및 황산제2철은 구성 성분인 광물질 혼화제와 시멘트의 상승효과 및 시멘트 응결시간을 조절한다.

석고 및 황산제2철이 용해되면 강한 흡착력이 생성되며, 광물질 혼화제와 반응으로 장기 재령에서의 안정성 및 내구성에 영향을 미치며 고강도 발현에 기여한다.

또한 소석회는 포졸란 반응에 의한 수화물을 생성하여 강도 발현에 기여한다. 이때 수산화칼슘을 형성함으로써 토양의 함수비를 저감시겨 초기 강도 확보와 함께 건조 수축에 의한 균열 방지에 도움을 주는 구성요소이다.

실리카흄은 적절한 배합을 하면 실리카흄의 포졸란 반응은 수화초기부터 시작되어 공극 충전효과에 따른 강도증진과 투기, 투수성을 감소시키므로 강도에 대한 물리적, 역학적 성질을 개선하는데 유효한 물질이다.

상기의 각 조성물이 상호 반응에 의해 에트링자이트의 생성, 토양과의 포졸란 반응, 토양 입자의 응집 반응으로 에트린가이드 수화 생성물은 다량의 수분을 함유하므로 함수비를 저하시켜 토양입자의 이동을 구속하고 결합이 가능한 상태로 만든다.

소석회 및 실리카흄은 에트링자이트의 생성을 촉진시키고, 토양과의 포졸란 반응을 일으켜 속경화와 고강도화가 가능하게 하고, 시멘트 및 광물질 혼화제로부터 용출된 초기의 다량의 칼슘이온을 통해 토양입자를 응집시킨다.

시멘트는 보통 포틀랜드시멘트를 일반적으로 사용하나 동절기와 같이 온도가 낮은 겨울철에는 고화재의 수화속도가 저하되어 초기 강도 발현이 저조함으로 조강포틀랜드시멘트를 사용하거나 응결촉진제 또는 조강용 혼화제를 첨가 사용하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 토양 강화 개선재를 사용할 경우, 처리 대상 토양의 유동성, 산모래 재생율을 동시에 향상시키기 위한 목적으로 고성능 감수제, 유동화제 등을 병용할 수 있다.

본 발명의 토양 강화 개선재를 사용할 시 흙은 유기토양이나 반응성을 가진 토양을 제외한 대부분의 토양에 사용이 가능하다.

그리고 본 발명의 강도 재현 방법은 습식에 의한 몰타르 혼합이 아닌 알맞은 함수비에 따른 전압다짐을 시공방법으로 한다.

따라서 습식에 의한 포장공사시 최대 약점인 건조수축에 의한 균열과 동결융해에 대한 단점이 대폭적으로 감소할 수 있다.

따라서 본 발명은 수화 메커니즘에 의한 강도 발현뿐만 아니라 전압다짐에 의한 강도 발현이 가능하여 첨가재의 양을 줄일 수 있으며 그에 따른 비용절감 및 환경 저해 요소를 거의 발생하지 않는다.

이하 본 발명의 흙포장 첨가재인 토양 강화 개선재 조성물에 대한 실시예를 통해 그 기능을 설명하면 다음과 같다.

토양 강화 개선재 조성물의 배합비

조성물	단위(%)
시멘트(포틀랜드시멘트 등)	50
광물질 혼화제(플라이애쉬 등)	25
석고 및 황산제2철	20
소석회	4
실리카흄	1
합 계	100

본 발명에 따른 토양 강화 개선재의 성능을 비교하기 위하여 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3에는 시멘트를 단독으로 사용한다.

대상 토양 1㎥당 토양 강화 개선재 첨가량(단위 : ㎏)

실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
100	150	200	100	150	200

본 발명의 토양 강화 개선재의 실시예 1, 2, 3 및 비교예 1, 2, 3의 강도 측정을 위하여 상기의 첨가량에 따른 첨가재와 대상토를 혼합기를 이용하여 혼합한 다음 29㎝×29㎝ 크기로 제작한 것을 공시체로 정하여 휨강도 및 압축강도를 측정하였다.

휨강도 측정 결과(단위 : ㎏/㎤)

토양	재령	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
사질토	7일	19	21	23	3	3	4
	14일	25	30	32	5	6	6
	28일	32	44	52	8	10	12
마사토	7일	17	19	20	2	3	3
	14일	24	25	29	4	6	6
	28일	31	40	46	8	9	9
황토	7일	11	13	13	1	2	2
	14일	17	19	23	3	3	4
	28일	29	33	39	5	6	7
실트질	7일	10	11	12	1	1	2
	14일	16	16	19	3	3	3
	28일	29	31	38	5	6	7

압축강도 측정 결과(단위 : ㎏/㎤)

토양	재령	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
사질토	7일	89	99	130	12	12	16
	14일	102	123	143	20	23	24
	28일	131	149	170	32	40	47
마사토	7일	77	96	118	8	12	12
	14일	98	120	140	16	24	24
	28일	120	147	159	32	36	40
황토	7일	75	83	89	4	8	8
	14일	86	100	110	12	12	16
	28일	104	126	137	20	25	29
실트질	7일	73	79	96	4	5	8
	14일	87	97	119	12	12	13
	28일	108	121	139	21	24	29

이상의 강도 측정 결과에서도 확인된 바와 같이, 본 발명에서 제공하는 토양 강화 개선재는 모든 대상 토양(사질토, 마사토, 황토, 실트질)에서 투입하는 첨가량과 재령 기간에 따라 비교예와는 상대적으로 매우 우수한 휨강도 및 압축강도의 향상효과가 있었다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에서 제공하는 토양 강화 개선재는 광범위한 토양에 적용할 수 있으며, 특히 고함수의 토양에도 적용 가능하다.

또한 첨가재를 적게 사용하여도 안정적인 고강도를 얻을 수 있으며, 콘크리트의 최대 단점인 취성, 즉 압축강도에 비해 휨강도를 대폭 증진시킬 수 있다.

그리고 전 단면에 걸쳐 동일한 색상을 띄므로 열화에 의한 색바램 현상이 발생이 거의 없고, 자연에 가까운 질감을 나타낼 수 있다.

본 발명의 토양 강화 개선재는 산업 폐기물에 속하는 플라이애쉬 등을 재활용함으로써 사회적, 환경적으로 좋은 영향을 주며, 폐기시 풍화과정을 통해 자연상태의 회귀가 가능하여 폐기물 처리비용이 절감되는 등 환경의 중요성이 대두되는 현재와 미래에 효용성이 크게 기대되는 우수 발명이다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 각종 도로나 인도 등에 흙포장 공사를 행하기 위해 원지반 모토에 첨가·혼합되는 토양 강화 개선재를 구성함에 있어서,

   상기 토양 강화 개선재는 플라이애쉬, 크린카애쉬, 제지슬러지의 소각재 중 선택된 하나의 광물질 혼화제가 10∼30중량%, 조강시멘트(KSL5201) 또는 포틀랜드시멘트 중 선택된 시멘트 50∼60중량%, 석고 및 황산제2철 10∼20중량%, 소석회 1∼5중량%, 실리카흄 1∼4중량%로 조성된 토양 강화 개선재.