KR100775360B1

KR100775360B1 - 건식 황토흙 포장재 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR100775360B1
Application number: KR1020070002953A
Authority: KR
Inventors: 이태형
Original assignee: 주식회사 신기
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2007-11-09

Abstract

본 발명은 건식 황토흙 포장재 및 그 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모래나 골재를 활용한 아스팔트나 콘크리트 포장 대신 점토성이 있는 일반토사와 황토를 주원료로 하여 이를 포장재로한 황토흙 포장공법을 제공하는 것으로, 토사 89.5～98.45중량%, 시멘트 1.5～10중량% 및 첨가제 0.05～0.5중량%를 포함하여 이루어지며,

상기 첨가제는 황산알루미늄, 리그닌술폰산나트륨, 리그닌술폰산마그네슘, 트리포리인산나트륨, 염화칼륨, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화나트륨, 탄산칼슘 및 암모니아수를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

건식, 흙, 포장, 첨가제, 토사, 황토

Description

건식 황토흙 포장재 및 그 시공방법{SOIL PAVING MATERIAL AND METHOD FOR PAVING USING THEREOF}

본 발명은 건식 황토흙 포장재 및 그 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모래나 골재를 활용한 아스팔트나 콘크리트 포장 대신 점토성이 있는 일반토사와 황토를 주원료로 하여 이를 포장재로한 황토흙 포장공법을 제공하는 것이다.

최근의 도로포장은 아스팔트나 콘크리트가 많이 사용되는 바, 상기 아스팔트나 콘크리트를 사용할 시에는 모래나 골재의 고갈로 인해 자원수급의 문제점이 있으며, 토양의 밀폐화에 의한 토양 부식현상이 나타날 수 있고, 빗물의 급속한 하천유입으로 인해 홍수가 유발되며, 지하수의 고갈, 복사열에 의한 도심의 열대야 현상 및 이로 인한 대기의 변화에 따른 이상기온 현상 등이 나타났다.

따라서 상기한 문제점을 해결하기 위해 흙을 활용하는 공법이 부각되고 있는 데, 흙을 활용하는 공법은 오래 전부터 소일시멘트 공법으로 습지나 불용지 등의 연약한 지반을 강화하는 목적으로 사용되었다.

그러나 흙을 표층포장용으로 활용하기 위해서는 고른 혼합이 전제되는 것으로, 모래나 골재와 달리 미세한 미립자를 내포함으로 수분을 흡수하여 뭉쳐지는 흙의 특성상 균질한 혼합이 용이하지 않아, 혼합이 용이한 모래와 유사한 미사토 등의 특정한 토사만을 사용하게 되었고, 비표면적의 증대로 인하여 상대적인 고화재의 부족 현상이 나타나며, 흡수성이 강해 지표수를 함유하게 되어 각종 부식물에서 용출된 유기질 물질에 의하여 시멘트의 기능이 저하됨으로 내구성과 내동한성이 취약한 문제점이 있었다.

또한 미사토만을 사용함에 따라 흙의 색상과 질감을 느낄수 없었으며, 흙포장임을 나타내기 위해 붉은 인공색소를 첨가해야하는 문제점이 있었다.

그리고 흙을 고화하기 위해서는 기본적으로 시멘트나 석회석을 첨가하고 물을 첨가함으로써 화학반응에 의한 경화의 원리를 기초로 하는 데, 일반 토사가 모래와 달리 강도발현 등의 내구성에 문제가 발생하는 것은 흙이 가지는 미립자를 내포한 흙의 특성으로 인한 것이었다.

따라서 흙의 고화를 돕기 위해 시멘트, 석회, 석고 등의 고화재의 함량을 늘려야 하는 바, 종래에는 시멘트의 함량을 낮추기 위해 단순히 시멘트의 함량을 낮추고 석회, 석고 등의 함량을 높임으로써 환경성, 경제성 등의 문제점이 발생되었다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 선출원된 국내 공개특허 제1986-3321호, 국내 공개특허 1992-6585호, 국내 공개특허 제1998-43021호, 국내 공개특허 제1999-014390호, 국내 공개특허 제2006-36403호, 국내 공개특허 제2005-20307호, 국내 등록특허 제621963호 등은 모두 시멘트 등의 고화재 함량이 15% 이상으로 고화재의 함량이 과다하여 환경성, 경제성 등의 문제점을 해결할 수 없었다.

또한 국내 특허공개 제2004-69521호는 고화재의 함량을 8% 정도로 낮추었지만 압축강도가 75kg/㎠ 정도로 강도가 낮아 효용성이 떨어지는 문제점이 있었다.

그리고 국내 공개특허 제1996-41319호는 10% 이상의 과다한 시멘트나 석회, 석고를 사용함으로 산화칼슘의 함량이 높아 토양의 염기성화가 촉진되었고, 혼합의 난해함으로 인해 모래와 유사한 선별된 마사토만을 사용하고, 일반적인 점토질의 토사 등은 혼합이 불가하여 플라이애쉬나 고로슬래그 등의 인공물질을 사용함으로 시멘트의 색상이 나타나 콘크리트 길과 구분되지 않는 문제점이 있어, 별도의 인공색소를 사용하였다.

또한 국내 특허공개 제2005-32542호는 흙을 이용한 습식공법이 제안되었으나, 이는 레미콘에 흙이 섞이면 재료분리와 강도저하가 나타나게 되고, 흙에 많은 물을 첨가할 경우 진동다짐으로 표면처리시 블리딩에 의한 레이턴스의 생성을 억제하지 않는 이상 흙을 활용한 포장에서 현장적용이 불가능한 문제점이 있었다.

따라서 본 발명자는 상기한 문제점 중 수분을 흡수하여 뭉쳐지는 흙의 특성상 균질한 혼합이 용이하지 않은 문제점을 해결하기 위하여, 선등록된 특허 제10-644245호의 "긁게날이 구비된 임펠러를 장착한 소일시멘트 제조장치"를 발명함으로 써 흙의 균질한 혼합이 가능하도록 하였다.

따라서 본 발명의 목적은, 상기한 종래의 흙 포장재가 지닌 제반문제점인 토사의 균질한 혼합 및 강도발현이 가능하도록 하기 위하여, 토사에 소량의 시멘트와 첨가제를 혼합하여 흙 포장재를 제조함으로써, 모래나 골재를 활용한 아스팔트나 콘크리트를 일반 토사를 활용한 흙포장으로 대체가 가능하게 하여 자원 대체효과에 크게 기여할 수 있도록 하고, 모래와 유사한 특징을 갖는 마사토 등의 특정토사만을 이용하는 것이 아닌 점토질의 일반토사와 황토를 사용할 수 있도록 하며, 내한성이 강한 고강도의 구조체를 형성할 수 있도록 함은 물론, 일반 토사에 자연상태의 일반 적황토를 고르게 분쇄, 혼합함으로 인공색소의 첨가없이 자연스런 흙의 색상과 질감을 나타낼 수 있도록 하는 건식 황토흙 포장재 및 그 시공방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건식 황토흙 포장재는,

토사, 시멘트 및 첨가제를 포함하여 이루어지는 흙 포장재에 있어서,

상기 토사 89.5～98.45중량%, 시멘트 1.5～10중량% 및 첨가제 0.05～0.5중량%를 포함하여 이루어지며, 또한 상기 첨가제는 황산알루미늄, 리그닌술폰산나트륨, 리그닌술폰산마그네슘, 트리포리인산나트륨, 염화칼륨, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화나트륨, 탄산칼슘 및 암모니아수를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한 다.

또한 상기 토사는 일반 토사 70～80중량%와 황토 20～30중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 첨가제는 황산알루미늄 4～6중량%, 리그닌술폰산나트륨 4～6중량%, 리그닌술폰산마그네슘 7～9중량%, 트리포리인산나트륨 0.5～2중량%, 염화칼륨 18～23중량%, 염화칼슘 10～13중량%, 염화마그네슘 21～28중량%, 염화나트륨 27～35중량%, 탄산칼슘 0.01～0.06중량% 및 3% 농도의 암모니아수 0.3～0.6중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 의한 흙 포장재의 시공방법은,

흙 포장재의 시공방법에 있어서,

토사, 시멘트 및 첨가제로 되는 흙 포장재 100중량%를 기준으로,

토사 89.5～98.45중량%에 시멘트 1.5～10중량%를 분쇄, 혼합하는 단계와,

상기 혼합된 혼합물에 첨가제 0.05～0.5중량%를 물과 혼합하여 고압분사하는 단계와,

상기 첨가제 수용액이 투입된 혼합물에 물을 고압분사하여 혼합하는 단계와,

상기 물이 혼합된 흙 포장재를 포설하는 단계와,

상기 포설된 흙 포장재를 다짐하는 단계와,

상기 다짐된 포장재를 양생하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 토사, 시멘트 및 첨가제로 이루어진다.

먼저 상기 토사는 종류에 제한이 없는 일반 토사로서 10mm체를 통과한 토사를 이용하며, 종래와는 달리 미사토 뿐만 아니라 점토질의 토사를 이용할 수 있음은 물론이다. 그리고 상기 토사 내에는 일반 황토 20～30중량%가 포함될 수도 있는 바, 상기 황토 역시 10mm체를 통과한 것을 사용하도록 한다.

상기 토사는 포장재 내에서 89.5～98.45중량% 사용하는 바, 토사의 혼합비가 89.5중량% 이하가 되면 고화재인 시멘트의 함량이 증가되어 토양의 염기성화가 촉진되는 문제점이 있고 98.45중량를 초과하면 결합력이 저하되어 강도발현이 좋지 못하기 때문이다.

그리고 상기 시멘트는 고화재로 사용되는 것으로, 단일시멘트나 혼합시멘트 모두를 이용할 수 있으나, 가장 바람직하게는 주변에서 쉽게 구입하여 사용할 수 있는 일반 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것이다.

상기 시멘트는 포장재 내에서 1.5～10중량%를 사용하는 바, 시멘트의 혼합비가 1.5중량% 미만이 되면 강도발현이 좋지 못하고 10중량%를 초과하면 토양의 염기성화가 촉진되어 환경친화성의 취지에 벗어나며 시멘트의 백화현상이 발생될 수 있 으므로, 토양 스스로 자정할 수 있는 한계인 10중량% 이하로 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 사용되는 첨가제는 토질을 개량하여 시멘트의 성능을 극대화시키는 역할을 하는 것으로, 시멘트의 성능을 극대화시킴으로써 시멘트의 함량을 10중량% 이하로 하여도 충분한 강도가 발현될 수 있도록 하는 것이다.

상기 첨가제는 포장재 내에서 0.05～0.5중량%를 사용하는 바, 첨가제의 혼합비가 0.05중량% 미만이 되면 소량이 되어 충분한 강도가 발현될 수 없고 0.5중량%를 초과하여 사용한다고 하더라도 더 이상의 효과가 나타나지 않으므로 경제성을 고려할 때 0.05～0.5중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 첨가제는 리그린술폰산나트륨과 리그닌술폰산마그네슘, 황산알루미늄 등의 금속이온과 흙입자에 강한 대전을 띤 흡착수에 용해된 후민산프로톤의 이온교환으로 인해 흡착수의 전하를 낮춤으로써, 흡착수를 밀어내는 소수성을 띠며 토양의 단립화가 빠르게 진행되어 점성토의 사질화로 토질을 개량하는 것이다.

상기 첨가제는 황산알루미늄 4～6중량%, 리그닌술폰산나트륨 4～6중량%, 리그닌술폰산마그네슘 7～9중량%, 트리포리인산나트륨 0.5～2중량%, 염화칼륨 18～23중량%, 염화칼슘 10～13중량%, 염화마그네슘 21～28중량%, 염화나트륨 27～35중량%, 탄산칼슘 0.01～0.06중량% 및 3% 농도의 암모니아수 0.3～0.6중량%를 포함하여 이루어지는 데, 각 구성물질은 다음과 같은 역할을 하는 것이다.

상기 황산알루미늄(황산반토, Al₂(SO₄)₃)는 황산염에 의한 자체 석고생성을 유도하여 보다 많은 에트린가이트(ettringite, 3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)을 생성하고, 상기 에트린가이트가 모노설페이트 수화물(monosulfate hydrate, 3CaO·Al₂O₃·CaSO₄·12H₂O)로 전이되는 것을 방지하여 높은 강도를 얻고 후기 강도의 저하를 방지할 수 있도록 하는 것으로, 그 사용량이 4중량% 미만이 되면 석고의 생성이 부족하여 에트린가이트의 생성을 돕지 못하고 6중량%를 초과하더라도 더 이상의 효과가 나타나지 않으므로 경제성을 고려하여 4∼6중량%를 사용함이 바람직하다.

또한 리그닌술폰산나트륨과 리그닌술폰산마그네슘은 토량의 견고한 고착 및 오염토양의 중금속의 용출을 방지함은 물론, 첨가된 황토에 의해 인공색소의 첨가없이 자연스런 흙의 색상과 질감을 나타내고 포졸란 반응을 도와줌으로서 내구성 향상과 내한성을 향상시키기 위한 것이다.

특히 리그닌술폰산염을 첨가함으로써 에트린가이트의 미세한 공극을 견고히 함으로써, 동결시 인장력을 흡수하여 조직파괴에 대한 저항성을 현저하게 높여주고 동해에 강한 특성을 지닐 수 있게 되는 것이며, 상기 리그닌술폰산나트륨과 리그닌술폰산마그네슘이 4중량%, 7중량% 미만으로 사용되면 내구성과 내한성이 향상되지 못하고 6중량%, 9중량%를 초과하게 되더라도 더 이상의 작용효과를 가져오지 못하 므로, 그 사용량을 리그닌술폰산나트륨4～6중량% 및 리그닌술폰산마그네슘 7～9중량%로 하는 것이 바람직하다.

트리포리인산나트륨은 조기강도의 증진 및 후기강도의 저하를 방지하기 위하여 미세한 공극 내에 금속원소를 가두고 점토의 성질을 개량하는 역할을 하는 것으로, 상기 트리포리인산나트륨이 0.5중량% 미만이면 첨가제 내에서 그 역할이 미미하게 되고 2중량%를 초과하면 과량이 되어 더 이상의 증진된 점토 개량효과를 갖지 못하므로, 그 사용량을 0.5～2중량%로 한다.

상기 염화칼륨(KCl)은 에트린가이트의 황산기를 염소기로 치환하여 에트린가이트의 생성을 조절함으로써, 초기응결 시간 단축으로 조기강도의 증진을 이룰 수 있도록 하는 것이다. 상기 염화칼륨의 사용량이 18중량% 미만이 되면 조기강도가 발현되지 못하고 23중량%를 초과하면 급격한 수화물의 생성으로 수화물이 치밀하지 못하여 후기강도의 저하를 가져올 수 있으므로, 수화열이 증가되는 18～23중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 염화마그네슘(MgCl₂)과 염화나트륨(NaCl)은 에트린가이트의 생성을 돕는 것은 물론, 포장재의 동결융해성을 향상시키는 것으로, 염화마그네슘이 21중량% 미만이 되면 그 효과가 미미하게 되고 28중량%를 초과하더라도 작용효과가 더 이상 증진되지 않으며, 염화나트륨 역시 27중량% 미만이 되면 그 효과가 미미하게 되고 35중량%를 초과하더라도 작용효과가 더 이상 증진되지 않으므로, 그 사용량을 염화마그네슘 21～28중량% 및 염화나트륨 27～35중량%로 하는 것이 바람직하다.

상기 염화칼슘(CaCl₂)은 에트린가이트의 생성을 촉진하고, 칼슘이온과 황산염을 보충하기 위한 것으로, 높은 반응열과 수산화칼슘이 생산되도록 하기 위한 것이다. 상기 염화칼슘의 사용량이 10중량% 미만이 되면 상기 역할을 충분히 수행할 수 없고 13중량%를 초과하면 강산성의 염화수소의 량이 조절되지 않아 시멘트의 강알칼리성을 약알카리성으로 줄일 수 없으므로, 염화칼슘은 10～13중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 탄산칼슘(CaCO₃)은 강도증진을 도모하기 위한 것으로, 시멘트 성분 중 석회의 일부는 흙 속의 이산화탄소와 결합하여 탄산칼슘을 생성하고 탄산칼슘은 흙의 치밀화를 도모하여 강도를 증진시키는 데, 미세한 미립자가 많은 흙의 특성상 시멘트의 부족현상은 원료인 석회성분의 부족으로 탄산화 반응의 약화를 가져와서 흙의 치밀화에 도움이 되지 않으므로 탄산칼슘 직접 첨가하는 것이며, 탄산칼슘의 사용량이 0.01중량% 미만이 되면 그 강도증진 효과가 미미하게 되고 0.06중량%를 초과하면 과량이 되므로, 0.01～0.06중량%를 사용한다.

상기 암모니아수는 촉매제의 역할을 하는 것으로, 3% 농도의 암모니아수를 사용하는 이유는 극소량의 염화암모늄을 소량의 물과 같이 사용하기 위한 것으로, 이를 반드시 제한하지는 않으며, 암모니아수가 0.3중량% 미만이면 촉매제로서의 역할이 미미하게 되고 0.6중량%를 초과하면 비효율적이며 제조과정의 위생상에 문제점이 있으므로, 그 사용량을 0.3～0.6중량%로 한다.

상기와 같이 되는 건식 황토 흙포장재는, 종래 도로포장용 아스팔트나 콘크리트를 대체하여 도로포장용으로 사용이 가능한 것이다.

본 발명의 시공방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

이하에서 사용되는 장치는 본 발명자의 선등록된 특허인 제10-644245호의 "긁게날이 구비된 임펠러를 장착한 소일시멘트 제조장치"를 이용하는 것이 바람직하나 고른 분쇄혼합으로 제품의 균질성을 전제로 이를 반드시 제한하는 것은 아니다.

먼저 토사(일반토사 또는 황토가 포함된 일반토사)와 시멘트를 분쇄, 혼합하는 데, 이는 미세한 미립자를 내포하는 토사는 물을 흡수하여 뭉쳐지는 특성이 있으므로, 초기단계에 물을 투입하면 고른 분쇄, 혼합이 되지 않고 장비에 과부하가 됨으로, 토사와 시멘트를 조기혼합한 후 첨가제 및 물을 투입하게 되는 것이다.

토사와 시멘트의 조기혼합이 완료되면, 이에 첨가제를 투입하는데 상기 첨가제는 수용액의 형태로 투입한다. 상기 첨가제 수용액은 그 농도를 제한하지 않으며, 시멘트의비율에 맞춘 펌프의 분사량에 맞게 설계하도록 한다. 상기 첨가제를 수용액 상태로 만드는 이유는 다량의 토사에 소량의 첨가제를 혼합함에 있어 그 혼합이 용이하지 않기 때문에 수용액 상태로 만들어 그 부피를 증가시킴으로써 고른 혼합이 용이하도록 하기 위함이다.

첨가제 수용액이 투입되어 혼합이 완료되면, 최종단계에서 물이 투입, 혼합되는 데, 상기 토사와 시멘트의 혼합물에 첨가제 및 물을 투입하여 혼합할 시에는 고속회전에 의한 동공현상이 발생되지 않는 범위의 RPM 150～200의 고속으로 혼합이 이루어져야 하며, 첨가제의 수용액이나 물의 투여는 물줄기가 아닌 고압분사에 의하여 정량이 공급되어야 한다.

상기 물의 투입량은, 토사의 함수비에 따라 결정되는 데 수용액과 물이 투입되어 최종적으로 손으로 토사를 쥐어서 뭉칠 수 있을 정도면 충분하다. 즉 종래와 같이 습식 포장재를 제조하는 것이 아닌, 최소한의 물로서 포장이 가능하도록 하는 것으로, 최적함수비에 따라 적절히 물의 투입량을 조절하도록 하는 것이다.

상기 최적함수비는 이 기술이 속하는 분야의 기술자라면 모두 알고 있는 것이므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기와 같은 방법으로 된 포장재는 다짐 양생전에는 일반토사와 같은 특성을 가지게 되는 것이며, 포설은 포장재의 함수비가 높지 않으므로 다짐전 표면건조를 방지하기 위하여 신속한 포설을 위해 휘니샤에 의한 기계화포장이 이상적이나 작업 여건상 인력포설도 가능함은 물론이다.

상기 포설두께는 용도에 따라 7∼20㎝로 하는 것이 바람직하며, 20㎝ 이상의 포설의 경우는 하부의 다짐이 이루어지지 않으므로 포설다짐이 동시에 이루어지는 흙포장전용 휘니샤를 활용하는 것이 바람직하다.

포설 후 다짐방법은 혼합과정에서 완전히 흩트러진 상태임으로 최적을 줄이지 않은 상태에서 중량의 로라로 압을 가하면 로라의 전진방향에 횡으로 크랙이 형성됨으로 포설된 포장재의 최적을 줄이기 위하여 기계화 포설시에는 장비의 템퍼와 진동의 기능을 활용하여 최적을 줄이고, 소형로라로 1차 다짐을 한 후에 타이어로라로 완전다짐을 하고 최종 단뎀으로 타이어자국을 없애는 다짐을 하여 마무리하는 것이 바람직하다.

상기 다짐횟수는 흙의 특성상 최종 함수비에 따라 조절이 가능하여 지나친 다짐으로 물이 차오르지 않을 정도로 다짐을 하면 무방하다.

상기 다짐이 완료되면 약 7일간 양생하는 바, 사람의 통행은 1일 후에도 가능하다.

상기와 같이 시공된 흙 포장재는 종래 아스팔트 또는 콘크리트 포장의 문제점을 개선한 것이며, 자연스런 흙의 색상과 질감을 나타낼 수 있게 되는 것이다.

이하 본 발명의 원리에 대해 설명하면 다음과 같다.

흙에 다량의 물을 첨가하여 일반 레미콘처럼 사용하면 발생할 수 있는 기본 적인 문제점은 미세한 미립자에 의한 비표면적의 증대로 시멘트의 부족현상과 가벼운 토입자에 의한 재료분리현상이다.

한편 콘크리트와 같이 조밀한 상태에서는 에트린가이트가 생성됨에 따라 체적팽창으로 구조체의 붕괴라는 치명적인 손상을 가져올 수 있는 것이나, 물이 적게 투입되어 다짐양생을 하는 건식공법에서는 상기 에트린가이트가 공극이 많은 흙 속에 공극을 채워줌으로 강도증진에 크게 기여할 수 있게 되는 것이다.

따라서 흙 포장재에서는 에트린가이트의 생성 촉진을 위하여 시멘트나 석회, 석고의 함량을 높이게 되는데, 이러한 함량의 증가는 토양의 염기성화를 촉진하는 결과에 이르므로 본 발명에서는 소량의 시멘트를 사용하고 알카리금속이나 토금속으로 이루어진 무기질염화물, 황산알루미늄 등을 첨가함으로써 다량의 고화재를 첨가하지 않고 에트린가이트의 생성이 촉진되도록 하여 획기적인 강도의 증진을 가져올 수 있도록 하는 것이다.

에트린가이트의 생성은 3CaO·Al₂O₃의 급속한 경화를 늦추기 위하여 석고(CaSO₄)를 첨가함으로 인해 생성되는 것으로, 공극이 적은 일반콘크리트에서는 최적 팽창에 의한 구조체의 파괴를 가져올 수 있어 시멘트의 바실루스라 부르지만, 흙에서는 많은 공극이 존재함으로 최적의 팽창은 많은 공극을 채워주게 되고 강도증진을 가져오는 것이다.

첨가된 석고는 에트린게이트의 생성으로 완전 소진되고, 수화액상 중의 황산염의 농도가 낮아짐에 따라 점진적으로 에트린게이트가 모노설페이트 수화물로 전 이됨으로 체적변화를 일으켜 강도저하를 일으키게 되는데, 이러한 현상을 줄이고 추가적인 에트린게이트의 생성을 촉진하며 염기성화를 줄이기 위하여 석고를 첨가하지 않고 황산반토를 첨가하여 자체적으로 석고가 생성될 수 있도록 하여 미수화 수화물 등과 반응하여 추가적인 에트린게이트의 생성을 도모함으로써 높은 강도를 얻을 수 있도록 하고 미수화 수화물을 감소시킴으로써 균열의 원인을 줄이게 되는 것이다. 그 반응은 하기 화학식1 및 화학식 2와 같다.

즉, 일반 시멘트의 성분과 석고가 반응하여 생성되는 에트린가이트는 공극이 적은 일반 콘크리트에서 다량 생성되면 체적 팽창에 의한 붕괴가 일어나지만, 공극이 많은 토양 속에서는 가늘고 길쭉한 침상을 형성함으로써 토양의 공극을 채워주며 자체의 미세한 공극이 형성되어 활성탄과 같은 흡착성을 띤 고형체를 이룰 수 있게 되는 것이다.

이하 실시예를 통하여 겉모양, 압축강도, 동결융해성, 유해성 등에 대하여 시험을 실시하였다.

먼저 실시예로서, 상기 토사 100kg, 시멘트 10kg 및 첨가제 0.5kg을 혼합하여 시험공시체를 제조하였다. 이때 상기 첨가제는 황산알루미늄 50g, 리그닌술폰산나트륨 50g, 리그닌술폰산마그네슘 70g, 트리포리인산나트륨 10g, 염화칼륨 180g, 염화칼슘 110g, 염화마그네슘 230g, 염화나트륨 290g, 탄산칼슘 0.5g 및 3% 농도의 암모니아수 5g을 혼합하여 제조하였다.

또한 이에 대한 비교예로서 토사 100kg 및 시멘트 10kg을 혼합하여 기준공시체를 제조하였다.

상기 실시예와 비교예의 겉모양 및 압축강도를 측정하여 그 결과를 하기 표 1과 같이 나타내었다.

습윤상태 후 실시예 및 비교예의 겉모양 및 압축강도 시험

시험항목	구분	항목		결과치	시험방법
습윤상태 후 공시체의 겉모양 및 압축강도	비교예	겉모양		균열없음	육안판정
		압축강도 (N/㎟)	3일	5.41	KS F2328:2002
			7일	7.04
			28일	13.34
	실시예	겉모양		균열없음	육안판정
		압축강도 (N/㎟)	3일	5.55	KS F2328:2002
			7일	7.84
			28일	18.25

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 습윤상태 시험에서 재령 3일, 7일에서 비교예보다 강도발현이 약간 높거나 비슷한 값이 측정되었고, 재령 28일 강도에서는 실시예가 비교예보다 약 37%의 강도증진이 나타남을 확인할 수 있었다.

그리고 동결융해 시험 후, 실시예 및 비교예의 겉모양 및 압축강도를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

동결융해 시험 후 실시예 및 비교예의 겉모양 및 압축강도 시험

시험항목	구분	항목		결과치	시험방법
동결융해시험 후	비교예	겉모양		균열없음	육안판정
		압축강도 (N/㎟)	28일	9.35	KS F2328:2002
						실시예	겉모양	균열없음	육안판정
	압축강도 (N/㎟)	28일	14.74	KS F2328:2002

상기 표 2에서와 같이 동결융해 시험에서 28일 양생하고 (-23±3℃×24hr+23±3℃수중×24hr)×12cycle 조건 후 압축강도를 시험한 결과 실시예는 비교예보다 약 51%의 강도증진이 나타남을 확인할 수 있었다.

동결융해 반복시험 후의 실시예 및 비교예의 겉모양 및 압축강도를 측정하여 그 결과를 하기 표 3과 같이 나타내었다.

동결융해 반복시험 후 실시예 및 비교예의 겉모양 및 압축강도 시험

시험항목	구분	항목		결과치	시험방법
동결융해 반복시험 후	비교예	겉모양		균열없음	육안판정
		압축강도 (N/㎟)	28일	8.29	KS F2456:1998
						실시예	겉모양	균열없음	육안판정
	압축강도 (N/㎟)	28일	12.51	KS F2456:1998

상기 표 3에서와 같이 동결융해 반복시험에서 28일 양생하고 KS F2456:1998(급속 동결융해에 대한 콘크리트의 저항시험방법)×20cycle 조건 후 압축강도를 시험한 결과 실시예는 비교예보다 약 58%의 강도증진이 나타남을 확인할 수 있었다.

또한 본 발명의 실시예의 유해성을 시험하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

유해성 시험

시험항목	단위	기준치	결과치	시험방법
Pb	mg/ℓ	3	0.14	폐기물공정시험법
As	mg/ℓ	1.5	0.17
Hg	mg/ℓ	0.005	0.006
CN	mg/ℓ	1	검출안됨
Cr6	mg/ℓ	1.5	검출안됨
Cd	mg/ℓ	0.3	검출안됨
Cu	mg/ℓ	3	0.15
유기인	mg/ℓ	1	검출안됨
테트라클로르에틸렌	mg/ℓ	0.3	검출안됨
트리클로르에틸렌	mg/ℓ	0.3	검출안됨
기름성분	wt%		0.01

상기 표 4와 같이 실시예의 시험결과 모두 기준치 이하로 측정되어 유해성이 없음을 확인할 수 있었다.

이상에서 본 발명은 상기한 실시예에 한하여 설명하였지만 상기 실시예에 의하여 본 발명이 제한되지 않는 것으로, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다.

상기한 설명에서 분명히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 건식 황토흙 포장재 및 그 시공방법에 의하면, 종래의 흙 포장재에 인공 포졸란을 첨가하는 문제점을 해결한 것으로, 토사에 소량의 시멘트 및 첨가제를 혼합하여 흙 포장재를 제조함으로써, 모래나 골재를 활용한 아스팔트나 콘크리트를 일반 토사를 활용한 흙포장으로 대체가 가능하게 하여 자원 대체효과에 크게 기여할 수 있도록 하는 등의 유용한 효과를 제공한다.

또한 모래와 유사한 특징을 갖는 마사토 등의 특정 토사만을 이용하는 것이 아닌 점토질의 일반토사와 황토를 사용할 수 있도록 하고, 소량의 일반포틀랜드 시멘트와 무기질 첨가제를 첨가함으로써, 내한성이 강한 고강도의 구조체를 형성할 수 있도록 하고, 일반 토사에 자연상태의 일반 적황토를 고르게 분쇄혼합함으로 인공색소의 첨가없이 자연스런 흙의 색상과 질감을 나타낼 수 있는 황토 흙 포장을 조성할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

Claims

토사, 시멘트 및 첨가제를 포함하여 이루어지는 포장재에 있어서,

토사 89.5∼98.45중량%, 시멘트 1.5∼10중량% 및 첨가제 0.05∼0.5중량%를 포함하여 이루어지며,

상기 첨가제는 황산알루미늄, 리그닌술폰산나트륨, 리그닌술폰산마그네슘, 트리포리인산나트륨, 염화칼륨, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화나트륨, 탄산칼슘 및 암모니아수를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건식 황토흙 포장재.
제 1항에 있어서,

상기 토사는 일반 토사 70∼80중량%와 황토 20∼30중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건식 황토흙 포장재.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 첨가제는 황산알루미늄 4∼6중량%, 리그닌술폰산나트륨 4∼6중량%, 리그닌술폰산마그네슘 7∼9중량%, 트리포리인산나트륨 0.5∼2중량%, 염화칼륨 18∼23중량%, 염화칼슘 10∼13중량%, 염화마그네슘 21∼28중량%, 염화나트륨 27∼35중량%, 탄산칼슘 0.01∼0.06중량% 및 3% 농도의 암모니아수 0.3∼0.6중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건식 황토흙 포장재.
흙 포장재의 시공방법에 있어서,

토사, 시멘트 및 첨가제로 되는 흙 포장재 100중량%를 기준으로,

토사 89.5∼98.45중량%에 시멘트 1.5∼10중량%를 분쇄, 혼합하는 단계와,

상기 혼합된 혼합물에 첨가제 0.05∼0.5중량%를 물과 혼합하여 고압분사하는 단계와,

상기 첨가제 수용액이 투입된 혼합물에 물을 고압분사하여 혼합하는 단계와,

상기 물이 혼합된 흙 포장재를 포설하는 단계와,

상기 포설된 흙 포장재를 다짐하는 단계와,

상기 다짐된 포장재를 양생하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건식 황토흙 포장재 시공방법.
제 4항에 있어서,

상기 토사는 일반 토사 70∼80중량%와 황토 20∼30중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건식 황토흙 포장재 시공방법.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,

상기 첨가제는 황산알루미늄 4∼6중량%, 리그닌술폰산나트륨 4∼6중량%, 리그닌술폰산마그네슘 7∼9중량%, 트리포리인산나트륨 0.5∼2중량%, 염화칼륨 18∼23중량%, 염화칼슘 10∼13중량%, 염화마그네슘 21∼28중량%, 염화나트륨 27∼35중량%, 탄산칼슘 0.01∼0.06중량% 및 3% 농도의 암모니아수 0.3∼0.6중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건식 황토흙 포장재 시공방법.