KR100632207B1 - 균열방지 특성을 가진 습식혼합방식의 도로포장용 재료의제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀룰로오스 섬유보강재를 첨가하여 균열방지 특성을 가지도록 한 도로포장용 재료의 제조 방법에 관한 것으로, 모토, 시멘트, 산화철을 혼합하고, 이를 계속 교반하면서, 경화제와 구체분말방수재 및 물을 혼합한 수용액과 섬유보강재를 순차적으로 혼합하고, 이를 일정 시간 이상 교반한 도로포장용 재료를 제조하여, 이를 도로포장에 사용함에 따라, 강도 및 내구성을 증가시켜 도로의 균열을 방지하고, 누수를 방지하여 도로의 방수 기능을 증대할 수 있는 것이다.

본 발명을 대략적으로 설명하면, 이는 지반을 채취하여 준비하는 모토 준비 공정(S1), 상기 구비된 모토 1㎥(1400㎏ 내외)에 시멘트 200∼300㎏, 산화철 1.8∼4㎏ 등을 적절한 비율로 배합하여 혼합하는 1차 배합 및 혼합 공정(S2), 경화제 18ℓ 및 구체분말방수재 6∼12㎏을 물 180∼300ℓ과 혼합한 수용액을 만드는 수용액 제조 공정(S3), 이 수용액을 상기 1차 혼합물에 살수하여 교반·혼합하는 2차 습식 혼합 및 교반 공정(S4), 상기 지속적인 교반이 이루어지는 2차 습식 혼합물에 섬유보강재 1.2㎏ 내외를 투입하여, 5분 이상 교반하는 섬유보강재 투입 및 교반 공정(S5)의 제조 방법으로 통해 도로포장용 재료를 완성하며, 이를 지반의 정리와 거푸집 설치 공정을 거친 포장 대상 도로의 지반상에, 이 도로포장용 재료를 포설하며, 전압 다짐 및 표면 미장과 습윤 양생 과정을 통해 도로포장을 완성한다.

이와 같이 습식혼합방식의 도로포장용 재료를 이용한 도포포장은, 모토의 배합으로 도로의 햇빛의 가시광선 흡수 및 복사열 방출을 최소화하여 쾌적한 환경을 조성하며, 섬유보강재의 배합으로 도로의 균열을 방지하고, 강도 및 내구성을 향상하며, 구체분말방수재의 배합으로 따로 도로의 누수를 감소하고 방수기능을 높이는 특징이 있다.

모토, 황토, 도로포장, 셀룰로오스 섬유보강재, 구체분말방수재, 내구성

Description

균열방지 특성을 가진 습식혼합방식의 도로포장용 재료의 제조 방법 { the manufacturing method of wetting-mixing-type stuff for pavement of road with preventing crack }

도 1은 본 발명에 따른 공정도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공정도.

본 발명은 셀룰로오스 섬유보강재를 첨가하여 균열방지 특성을 가지도록 한 도로포장용 재료의 제조 방법에 관한 것으로, 모토, 시멘트, 산화철을 혼합하고, 이를 계속 교반하면서, 경화제와 구체분말방수재 및 물을 혼합한 수용액과 섬유보강재를 순차적으로 혼합하고, 이를 일정 시간 이상 교반한 도로포장용 재료를 제조하여, 이를 도로포장에 사용함에 따라, 강도 및 내구성을 증가시켜 도로의 균열을 방지하고, 누수를 방지하여 도로의 방수 기능을 증대할 수 있는 것이다.

일반적으로 도로를 포장하는 데에는 콘크리트, 아스팔트 등이 많이 이용되어 왔으나, 이는 우리 나라 사계절의 변화에 따른 온도 및 강수량의 변화와 반복되는 하중으로 균열이 일어나고, 여름철에는 햇빛의 가시광선을 흡수하여 고온의 복사열을 방출하면서, 보행자 및 운전자들에게 쾌적한 환경을 제공하지 못하고, 또한, 이 복사열은 수증기, 이산화탄소, 메탄과 같은 온실기체에 흡수되어 밤에도 높은 온도를 유지하는 열대야를 일으키는 주범이 된다.

이와 같은 콘크리트 또는 아스팔트 포장에 따른 제반 문제점을 극복하기 위한 최근의 대안으로서, 포장 대상 도로의 원지반 모토를 절취, 이에 시멘트분말과 고화제를 혼합·교반하고 이를 대상 도로의 노반상에 포설한 후 진동로울러 등을 이용하여 다짐하여 고화시키는 방식의 건식혼합(dry mixing)방식을 이용한 도로포장방법이 국내등록특허공보 제258131호에 의해 제시되어 있다.

그러나 이러한 건식혼합방식을 이용한 도로포장방법에 사용되는 건식혼합방식의 도로포장재료의 경우, 불도우져로 굴착한 원지반 모토를 일정장소로 이동하여 버켓 스테빌라이져(bucket stabilizer) 등을 이용하여 다수회 분해하고 이 분해된 원지반 모토에다 시멘트분말을 혼합함과 동시에 소량의 고화제 수용액을 분무하면서 버켓 스테빌라이져를 이용 다수회 교반혼합한 것으로, 이러한 스테빌라이져에 의한 교반혼합방식은 스테빌라이져 기계의 특성상 모토와 시멘트분말의 충분한 교반. 혼합이 이루어질 수 없어 부분적인 빈배합이 발생하게 되고 이러한 포장재에 의해 시공된 노면은 부분적인 강도부족현상의 초래와 이로 인하여 일정시간 경과 후 포장노면은 부분적인 파손이 일어나게 되는 등 부실공사의 원인이 되는 것이다.

또, 건식혼합방식의 도로포장용 재료의 경우 수분함량이 적은 관계로 한번에 계획포장두께만큼 포설할 수 없고, 살수를 통한 함수율을 조절하면서 여러번에 걸친 포설과 다짐작업을 병행하여야 하며 그에 따른 작업의 번잡함과 공기의 지연을 초래하게 되고, 또, 포설과 병행하여 실시되는 살수는 살수하는 작업자의 경험에 따라 살수량이 결정되므로 함수율의 조절이 쉽지 않는 등의 여러가지 문제점을 내포하고 있었다.

또한, 건식혼합방식의 도로포장 재료를 이용한 도로포장방법을 적용되기 위해서는 반드시 그 대상지반의 함수율이 용적기준으로 45%이상인 습윤상태의 토양에만 제한적으로 적용가능하며 건조한 토양의 지반 등에는 적용이 불가능한 단점을 가지고 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자, 지반의 모토(현장토), 또는 황토를 준비하여, 이에 시멘트, 산화철 등을 배합·혼합하고, 물과 경화제 및 구체분말방수재를 혼합한 용액을 상기 1차 혼합물에 살수하고, 이를 혼합·교반하여 2차 습식 혼합물이 형성되며, 이 습식 혼합물을 지속적으로 교반하면서 셀룰로오스 섬유보강재를 투입하여, 5분 이상 교반한 도로포장용 재료를 제조하는 방법을 제공 하고, 이를 도로 포장에 적용토록함으로써, 도로의 가시광선 흡수 및 복사열 방출을 최소화하여 쾌적한 환경을 조성하며, 포장된 도로의 균열을 방지하고, 인장력 강화를 통한 강도 및 내구성을 향상하며, 도로의 누수를 감소하고 방수 기능을 높이는데 그 목적이 있다.

본 발명은 셀룰로오스 섬유보강재를 첨가하여 균열방지 특성을 가지도록 한 도로포장용 재료의 제조 방법에 관한 것으로, 모토, 시멘트, 산화철을 혼합하고, 이를 계속 교반하면서, 경화제와 구체분말방수재 및 물을 혼합한 수용액과 섬유보강재를 순차적으로 혼합하고, 이를 일정 시간 이상 교반한 도로포장용 재료를 제조하여, 이를 도로포장에 사용함에 따라, 강도 및 내구성을 증가시켜 도로의 균열을 방지하고, 누수를 방지하여 도로의 방수 기능을 증대할 수 있는 것이다.

본 발명을 대략적으로 설명하면, 이는 지반을 채취하여 준비하는 모토 준비 공정(S1), 상기 구비된 모토 1㎥(1400㎏ 내외)에 시멘트 200∼300㎏, 산화철 1.8∼4㎏ 등을 적절한 비율로 배합하여 혼합하는 1차 배합 및 혼합 공정(S2), 경화제 18ℓ 및 구체분말방수재 6∼12㎏을 물 180∼300ℓ과 혼합한 수용액을 만드는 수용액 제조 공정(S3), 이 수용액을 상기 1차 혼합물에 살수하여 교반·혼합하는 2차 습식 혼합 및 교반 공정(S4), 상기 지속적인 교반이 이루어지는 2차 습식 혼합물에 섬유보강재 1.2㎏ 내외를 투입하여, 5분 이상 교반하는 섬유보강재 투입 및 교반 공정 (S5)의 다섯 단계의 공정을 거쳐 도로포장용 재료를 완성하며, 이를 지반의 정리와 거푸집 설치 공정을 거친 포장 대상 도로의 지반상에, 이 도로포장용 재료를 포설하며, 전압 다짐 및 표면 미장과 습윤 양생 과정을 통해 도로포장을 완성한다.

본 발명을 도로포장용 재료의 공정도를 도시한 도1을 참고하여 상세히 설명하면, 먼저, 모토 준비 공정(S1)은, 도로포장용 재료에 필요한 모토를 준비하는 것으로, 이 모토는 도로를 포장하고자 하는 곳 또는 그 주변의 지반(흙)을 채취하여 사용할 수 있는데, 이 때 채취한 흙에서 큰 입경의 골재는 제거하고, 과도한 흙덩어리는 파쇄하는 등의 방법으로 모토를 균질화하며, 흙의 함수량이 너무 많을 경우에는 어느 정도 자연 건조하고, 흙이 너무 건조할 경우에는 살수하여 함수량을 조절하며, 균질해진 모토를 임시로 적재할 시에는 덮개로 덮어서 함수율의 변화가 없도록 하고, 또, 채취할 모토가 없을 경우에는 황토(또는 황토분말)와 일정크기의 골재를 적정 비율로 혼합하여 준비한다.

그리고 1차 배합 및 혼합 공정(S2)은, 시멘트 및 산화철을 적절한 비율로 상기 모토와 배합·혼합하는 것으로, 이 배합 비율은 모토 1㎥(대략 1400㎏ 내외)을 기준으로, 시멘트는 200∼300㎏, 산화철은 1.8∼4㎏로 배합하고, 이를 믹서 내에서 균일한 혼합 상태에 이를 때까지 혼합한다.

다음으로 수용액 제조 공정(S3)은, 물에 경화제 및 구체분말방수재를 희석하고 녹여 수용액을 만드는 것으로, 그 비율은 경화제 18ℓ를 물180∼360ℓ를 희석하고, 여기에 구체분말방수재를 시멘트 중량의 3∼4％인 6∼12㎏를 혼합·교반하여 수용액을 만들며, 경화제를 희석하는 물은 경화제의 20배를 초과하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기에 사용되는 경화제는 시중에 유통되고 있는 공지된 일반적인 토양경화제가 사용되며, 이를 구체적으로 살펴보면, 알카리 금속,탄소족, 질소족, 철족, 할루겐족 등의 각 원소를 적절하게 화합시킨 무기계 화합물의 경화제가 사용되는 것으로, 이러한 경화제는 토양과 암석, 금속, 등과 상호 결합을 촉진하고, 흡착력은 강하게 함으로서 습식혼합(wet mixing) 교반토의 조기응고와 경화 증진으로 도로의 기능을 극대화시키는 역할을 한다.

또한, 2차 습식 혼합 및 교반 공정(S4)은, 상기 두 번째 공정(S2)에서 만든 1차 혼합물을 교반하면서, 세 번째 공정(S3)에서 제조된 수용액을 살수하여 혼합·교반하는 것으로, 혼합된 모토의 함수율과 다음 공정(S5)에서 투입되는 섬유보강재의 양을 고려하되, 최종적으로 제조되는 도로포장용 재료의 슬럼프(slump)가 4∼12㎝가 되도록 수용액의 투입량을 조절하도록 한다.

마지막으로, 섬유보강재 투입 및 교반 공정(S5)은, 네 번째 공정(S4)을 거친 2차 습식 혼합물을 지속적으로 교반하면서, 섬유보강재 1.2㎏ 내외를 뭉치지 않도록 흩뿌려주면서 투입하되, 이를 5분 이상 교반하여 섬유보강재가 균일하게 분포하도록 하며, 최종 슬럼프가 4∼12㎝가 되는 도로포장용 재료를 완성한다.

한편, 상기 각 공정에 배합·혼합되는 물질에 대한 각각의 내용 및 특징을 간략히 설명하면, 먼저 시멘트는 석회,실리카,알루미나,산화철 등이 주성분인 포틀랜드 시멘트를 사용하며, 상기 산화철(Fe₂0₃)은 시멘트의 소성이 잘 일어나는 것을 도울 뿐 만 아니라, 그 종류에 따라 황색 또는 적색 등을 띄도록 하는 무기질안료로, 기상변화에 대한 내구성이 우수하며, 색상의 변화가 적은 특징이 있다.

또한, 상기 구체분말방수재는 인공포졸란 활성제 등과 같은 피피에스(PPS, Pozzolan Polymer Stearate) 고분자 화합조성물을 주성분으로 한 초미립의 구상(球狀)입자로 볼베어링 작용에 의해 유동성 및 골재 불분리성으로 압축강도를 증가시키고, 수화열에 의한 수축팽창을 감소시켜 초기균열 발생을 억제시켜주는 구체혼화용 분말 방수재로, 이는 주성분인 인공포졸란 활성제와 콘크리트 조직 내의 가용성 수산화칼슘이 반응하여, 불용성 규산칼슘수화물 및 에트링가이트(ettringite, 3CaO·A1₂O₃·3CaSO₄·32H₂O) 등의 결정체를 생성시키며, 이 결정체는 시멘트와 골재 사이의 모세공극(Air Void)에 강력한 습윤 침투력으로 미세공극을 충진시켜, 콘크리트의 수밀을 증대시키고, 폴리머필름의 밀봉 효과 및 수산화칼슘과 고분자 합성물 중 지방산계 금속염과의 결합으로 발수성의 고급지방산 칼슘을 생성하여 모세관 공급에 불용성 막을 형성하여 방수성능을 극대화하므로, 콘크리트 구조물 자체를 방수화 하는 멤브레인계 방수를 하지 않고도 영구적이 방수 내구성을 유지시켜주는 특징이 있다.

그리고 섬유보강재는 도로포장용 재료의 주성분인 모토와 시멘트가 인장강도에 약한 단점을 보강해 주는 것으로, 이는 그 종류에 따라 합성수지류 섬유보강재, 셀룰로오스 섬유보강재 등이 있는데, 셀룰로오스(cellulose) 섬유보강재에 대해서 간단히 설명하면, 이는 동결저항성, 강도, 인성 및 강성 등이 우수한 목재에서 추출한 셀룰로오스 섬유의 표면에 수산기(OH)를 가지도록 수산기(水酸基)를 가진 유기화합물을 함침, 도포하는 등의 통상적인 방법으로 가공하여, 콘크리트 내에서 분산과 부착을 촉진시키며, 작은 유효직경(0.015㎜)으로 시멘트 복합체를 더욱 밀실하게 만들고, 비교적 높은 비표면(0.13㎤／ｇ)과 단위체적당 차지하는 섬유수(1100개／㎤)가 많아, 시멘트 복합체 내에서 미소 균열을 억제하고 안정화하며, 섬유의 가교(bridging) 작용 및 5100(㎏f／㎠)의 인장강도로 구조물의 내구성 및 휨인성을 증대하고, 피로하중 및 반복하중에 대한 저항력을 증대하는 등의 특징이 있다.

이와 같은 물질을 이용하여 상기 공정 및 방법으로 제조된, 도로포장용 재료는 일반적인 도로포장 방법과 유사하게, 도로를 포장할 곳의 지반을 정리하고, 거푸집을 설치하여 상기 도로포장용 재료를 포설하며, 전압 다짐 및 표면 미장 후, 습윤 양생을 통해 도로포장을 완성하며, 이를 도2의 공정도에 따라 그 실시예를 상세히 설명하면, 먼저, 지반 정리 공정(G1)은 도로포장이 시행되는 곳의 설계에 맞추어 도로폭, 포설두께 및 도로구배 등에 맞추어 지반을 정리하는 것으로, 이 때 발생한 흙은 상기 도로포장용 재료의 제조에 필요한 모토로 사용될 수 있으며, 지하수위가 높아 지반에 물이 고여 있을 경우에는 맹암거시설로 지하 수위를 낮춰주도록 한다.

다음으로 거푸집 설치 공정(G2)은 도로포장이 이루어지는 구간 및 폭에 맞추어 거푸집을 설치하는 것이며, 도로포장용 재료 포설 공정(G3)은 현장 여건에 따라 정리된 지반에 물을 뿌려 건조를 막고, 상기 제조된 도로포장용 재료를 고르게 포설하는 것이다.

또한, 전압 다짐 공정(G4)은 상기 고르게 포설된 도로포장용 재료를 기계 또는 인력으로 적절한 다짐 작업을 하는 것으로, 이는 먼저, 도로포장용 재료가 포설됨과 동시에 바이브레이터 등으로 다짐을 하면서 5∼20㎝의 포장계획 두께가 유지되도록 고르며, 도로포장에 알맞은 휘니셔를 이용하여 1㎡당 5회 이상 전압 다짐을 하고, 도로의 가장자리 및 모서리와 같이 기계로 전압다짐이 곤란한 부분은 다짐장비를 구비한 인력으로 1㎡당 7회 이상의 전압 다짐을 통해, 전체적으로 균일하게 전압 다짐을 시행하며, 표면 미장 공정(G5)은 상기 전압 다짐한 표면을 인력 또는 기계를 이용하여 표면을 고르게 하는 것으로, 진동미장기로 1차 전압 미장하고, 인력으로 손미장을 하여 마감하는데, 이는 미장 횟수가 많을수록 콘크리트 및 황토의 고유성질인 크랙을 방지하고, 외관이 미려한 시공이 된다.

마지막으로 습윤 양생 공정(G6)은 표면에 물을 뿌리면서 일정 시간 양생하는 것으로, 양생하는 표면은 검은색의 비닐 덮개를 설치하여, 직사광선을 막고, 급속한 수분 증발을 방지하며, 외기의 온도가 -4℃ 이하로 내려가는 경우에는 양생포를 덮어 동해를 방지하고, 양생 과정 동안에는 사람과 장비 및 차량을 통제하여 평탄 성을 유지하며, 이와 같은 습윤 양생으로 충분한 강도를 가지도록 하여 도로포장을 완성하는데, 이 품질을 검증하기 위해서 감독원이 지정하는 장소에서 코어링(coring)에 의한 시료를 채취하고, 일축 압축강도 측정, 투수측정, 주행측정, 침술수측정, 평판재하측정 등을 통해 포장 노면의 품질검사로 도로포장을 완료한다.

상기와 같이 도로포장용 재료로 형성한 도로포장은, 그 재료에 친환경적인 모토 또는 황토가 포함되어 있으므로 가시 광선의 흡수 및 복사열의 방출을 최소하여 쾌적한 환경이 조성되며, 건식 배합되는 셀룰로오스 섬유보강재는 역학적 성질을 개선하여 도로의 균열을 방지하고, 강도 및 내구성을 증가시키며, 구체분발방수재는 공극으로 인한 누수를 방지하여 도로의 방수기능을 확대하고, 산화철은 배합에 따라 도로가 적색 또는 황색을 띄도록 하여 기존 무채색의 콘크리트 및 아스팔트보다 외관이 미려한 특징이 있다.

이와 같이 본 발명은, 지반의 모토(현장토), 또는 황토를 준비하여, 이에 시멘트, 산화철 등을 배합·혼합하여 1차 혼합물을 형성하고, 이에 물과 경화제 및 구체분말방수재를 혼합한 용액을 상기 1차 혼합물에 살수하여 혼합·교반하며, 이 2차 습식 혼합물을 지속적으로 교반하면서 셀룰로오스 섬유보강재를 투입하여, 5분 이상 교반한 도로포장용 재료를 제조하고, 이를 도로포장에 적용토록 함으로써 포장된 도로의 가시광선 흡수 및 복사열 방출을 최소화하여 쾌적한 환경을 조성하며, 도로의 균열을 방지하고, 강도 및 내구성을 향상하며, 도로의 누수를 감소하고 방수 기능을 높이는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 도로를 포장하는 도로포장용 재료를 제조하는데 있어서,

   지반의 모토(현장토)를 준비하는 모토 준비 공정(S1),

   준비된 모토 1㎥(1400㎏ 내외)에 시멘트 200∼300㎏, 산화철 1.8∼4㎏을 혼합하는 1차 배합 및 혼합 공정(S2),

   공지의 무기계 경화제 18ℓ에 물 180∼300ℓ을 희석한 수용액을 만들되, 이 수용액에는 인공포졸란 활성제인 피피에스(PPS, Pozzolan Polymer Stearate) 고분자 화합조성물을 주성분으로 하는 초미립 구상 입자의 구체분말방수재 6∼12㎏를 더 첨가·혼합하여 만드는 수용액 제조 공정(S3),

   이 수용액을 상기 1차 혼합물에 살수하여 혼합·교반하는 2차 습식 혼합 및 교반 공정(S4),

   상기 2차 습식 혼합물을 지속적으로 교반하면서 목재에서 추출한 셀룰로오스 섬유의 표면에 수산기(OH)를 가지도록 수산기(水酸基)를 가진 유기화합물을 함침,도포하는 방법으로 가공한 셀룰로오스 섬유보강재 1.2㎏을 흩뿌려주면서 투입하되, 이를 5분 이상 교반하는 섬유보강재 투입 및 교반 공정(S5)

   을 통한 제조 방법으로, 슬럼프 4∼12㎝의 습식혼합방식의 도로포장용 재료를 제조하여,

   가시광선의 흡수를 최소화하고, 균열을 억제하고 내구성을 향상함을 특징으로 하는 균열방지 특성을 가진 습식혼합방식의 도로포장용 재료의 제조 방법.

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