KR100814147B1 - 흙포장재 및 이를 이용한 포장공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 우수한 내구성을 갖는 친환경적 흙포장재와 이를 이용하여 보습성 및 통기성이 탁월하면서 보행 감각이 우수한 흙포장시공법에 관한 것이다. 본 발명의 흙포장재는, 흙 66 내지 80 중량%; 결합재 7 내지 17 중량%; 및 물 7 내지 17 중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 흙포장공법은, 흙, 결합재 및 물을 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 작업장에 포설하는 1차 포설단계; 포설한 흙을 전압하는 1차 전압단계; 크랙방지를 위한 줄눈시공단계; 표면 구배를 위한 2차 포설단계; 및 2차 포설된 흙을 전압하는 2차 전압단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
흙, 결합재, 고화재, 표면강화제, 도로포장

Description

흙포장재 및 이를 이용한 포장공법{PAVING MATERIALS AND PAVING METHOD USING THIIS}
본 발명은 우수한 내구성을 갖는 친환경적 흙포장재와 이를 이용하여 보습성 및 통기성이 탁월하면서 보행 감각이 우수한 흙포장지(地)를 시공하는 공법에 관한 것이다.
흙포장 도로를 조성할 때에는 흙을 결합시키면서 일정한 강도를 유지하기 위하여 결합재가 혼합되어 사용된다. 이 결합재는 흙과 물과 혼합되어 새로운 반응생성물을 흙속에 생성시켜 흙 입자 사이의 공극을 치밀하게 채워주거나 흙 입자 사이의 정전기적인 인력을 증진시켜 흙의 제 성질을 개선시킨다.
일반적으로 흙을 고화시키는 결합재로는 포틀랜트 시멘트, 슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트 등의 시멘트류가 사용되고 있다. 이는 적은 비용으로 흙을 고화시킬 수 있고 사용이 간단하기 때문이다. 그러나 이러한 시멘트류는 동결 융해에 의한 내구성 저하, 건조수축에 의해 균열이 발생하는 문제점이 있고 중금속이 용출될 위험성이 있다.
이에, 환경친화적인 흙고화용 결합재의 개발이 진행되고 있다. 한국특허 제 570958호(환경친화적이며, 속경성 및 고강도 특성을 가지는 흙포장용 조성물)와, 한국특허 제590392호(흙 고화재 및 이를 이용한 흙의 고화방법) 및 한국특허 제632705호(흙 고화포장 조성물과 이를 이용한 흙 고화포장공법) 등에 자연친화적이며 강도 높은 흙포장용 조성물 및/또는 흙고화재가 제시되어 있다. 그러나 상기한 흙포장용 조성물 및/또는 흙고화재는 다량의 시멘트를 원료로서 함유하고 있으므로 시멘트가 갖는 기존의 문제점을 해결하는데는 한계가 있었다.
본 발명의 발명자는 심혈을 기울여 연구한 결과, 시멘트를 이용하지 않으면서도 효과적으로 흙을 고화시킬 수 있고 흙고화체가 우수한 내구성을 유지할 수 있는 흙고화용 결합재 조성물을 개발하여 본 발명에 이르렀다. 또한 본 발명의 발명자는 이 새로운 결합재 조성물을 이용하여 흙의 보습성 및 통기성이 탁월하며 보행 감각이 우수한 흙포장시공방법을 개발하였다.
본 발명의 목적은 우수한 내구성을 갖는 친환경적 흙포장재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 우수한 내구성을 가지며 보행 감각이 우수한 친환경적 흙포장재를 시공하는 공법을 제공하는 것이다.
본 발명의 흙포장재는,
흙 66 내지 80 중량%;
고로슬래그, 제강슬래그 및 비철슬래그로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 슬래그 60 내지 89 중량%; 천연무수석고, 알파형 반수석고, 인산석고 및 폐석고로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 석고 5 내지 20 중량%; 폐석회, 생석회 및 소석회로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 석회 5 내지 20 중량%; 수산화칼슘과 수산화나트륨 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 염기성 물질 0.5 내지 10 중량%; 및 암모늄백반과 칼륨백반 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 백반 0.5 내지 5 중량%;으로 이루어지는 결합재 7 내지 17 중량%; 및
물 7 내지 17 중량%;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 흙포장공법은, 흙, 결합재(고로슬래그, 제강슬래그 및 비철슬래그로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 슬래그 60 내지 89 중량%; 천연무수석고, 알파형 반수석고, 인산석고 및 폐석고로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 석고 5 내지 20 중량%; 폐석회, 생석회 및 소석회로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 석회 5 내지 20 중량%; 수산화칼슘과 수산화나트륨 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 염기성 물질 0.5 내지 10 중량%; 및 암모늄백반과 칼륨백반 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 백반 0.5 내지 5 중량%) 및 물을 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 작업장에 포설하는 1차 포설단계; 포설한 흙을 전압하는 1차 전압단계; 크랙방지를 위한 줄눈시공단계; 표면 구배를 위한 2차 포설단계; 및 2차 포설된 흙을 전압하는 2차 전압단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 흙고화용 결합재는 시멘트를 포함하지 않는 무기계 고화재로서 중금속 등의 유해물질이 포함되어 있지 않으므로 이를 이용하여 이루어지는 흙포장재는 흙의 고유한 성질을 유지하게 되어 환경친화적 포장도로를 조성할 수 있다.
또한, 본 발명의 흙고화용 결합재를 이용하여 흙을 포장하게 되면 휨강도 및 압축강도가 높고, 동결융해 저항성, 건조수축 저감 등 우수한 내구성을 갖는 포장도로를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 흙고화용 결합재는 식생환경에 큰 영향을 주지 않으며, 특히 현지토가 산성토인 경우에는 객토효과를 발휘하게 되어 식생에 유리한 잇점이 있다.
또한, 본 발명의 흙고화용 결합재로 포장된 흙포장재는 흙의 보습성 및 통기성이 탁월하여 보행 감각이 우수하다.
또한, 본 발명의 흙포장공법으로 포장지를 시공하면 포장표면의 내구성이 강화되어 포장지의 표면 훼손을 완화시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 흙포장공법으로 시공된 포장지는 경화포장과는 달리 폐기시 장시간이 경화하면 풍화되어 자연 상태로 회귀됨으로써 폐기물의 문제를 해소할 수 있다.
본 발명의 흙고화용 결합재 조성물은, 슬래그, 석고, 석회, 수산화칼슘/수산화나트륨 및 백반을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 흙고화용 결합재 조성물은, 조성물 총중량에 대하여, 고로슬래그, 제강슬래그 및 비철슬래그로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 슬래그 60 내지 89 중량%; 천연무수석고, 알파형 반수석고, 인산석고 및 폐석고로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 석고 5 내지 20 중량%; 폐석회, 생석회 및 소석회로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 석회 5 내지 20 중량%; 수산화칼슘과 수산화나트륨 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 염기성 물질 0.5 내지 10 중량%; 및 암모늄백반과 칼륨백반 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 백반 0.5 내지 5 중량%;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 흙고화용 결합재 조성물에 있어서, 슬래그는 잠재수경성을 갖고 있는 것으로 단독으로 반응하지 않으나 반응 및 자극제가 첨가되면 강도를 증진시키고 흙을 응집시키는 작용을 한다. 즉 수화시 수화광물인 에트린자이트를 형성하여 급속한 강도를 발현하게 된다. 본 발명의 조성물에서 슬래그의 함량은 조성물 총중량에 대하여 60 내지 89 중량%가 바람직하다. 슬래그의 함량이 60 중량% 미만일 경우에는 주 반응물질이 적어 강도 발현이 미비하고, 슬래그 함량이 89 중량%를 초과하면 타성분인 자극제의 양이 적어 흙의 응집이 잘 이루어지지 않는 문제점이 있다.
본 발명의 흙고화용 결합재 조성물에 있어서, 석고는 황산염 자극제로 작용, 반응시 생성되는 황산염을 자극하여 반응이 활발하게 일어나게 함으로써 수화를 촉진시켜 에트린자이트를 형성함으로써 흙포장재의 강도를 증진시킴은 물론 건조수축 방지 역할을 한다. 본 발명의 조성물에서 석고의 함량은 조성물 총중량에 대하여 5 내지 20 중량%가 바람직하다. 석고의 함량이 5 중량% 미만일 경우에는 소기의 강도 발현이 어려우며 건조수축 효과가 떨어지는 문제점이 있고, 석고 함량이 20 중량%를 초과하면 과팽창할 우려가 있다.
본 발명의 흙고화용 결합재 조성물에 있어서, 석회는 알칼리 자극제로 작용하는 것으로서 불투과성의 산화피막이 형성되어 수화반응이 중단되는 입자에 작용하여 산화피막을 파괴시키고 수화반응을 다시 진행시켜 강도를 증진시키는 역할을 한다. 또한 석회는 강도 증진 및 건조수축 방지 효과를 나타내며 흙포장의 포장면의 보습성을 유지하도록 하고 면을 잡는 작용도 한다. 본 발명의 조성물에서 석회의 함량은 조성물 총중량에 대하여 5 내지 20 중량%가 바람직하다. 석회의 함량이 5 중량% 미만일 경우에는 소기의 응집력 및 강도 발현이 어려운 문제점이 있고, 석회 함량이 20 중량%를 초과하면 과팽창할 우려가 있다.
본 발명의 흙고화용 결합재 조성물에 있어서, 수산화칼슘 및/또는 수산화나트륨은 알칼리 반응 자극제로 작용하는 것으로서 결합재 내의 경화를 촉진하는 역할을 한다. 본 발명의 조성물에서 수산화칼슘 및/또는 수산화나트륨의 함량은 조성물 총중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%가 바람직하다. 수산화칼슘 및/또는 수산화나트륨의 함량이 0.5 중량% 미만일 경우에는 경화 촉진 효과가 미비하고, 수산화칼슘 및/또는 수산화나트륨의 함량이 10 중량%를 초과하면 별도의 효과 증진없이 비용이 상승하는 문제점이 있다.
본 발명의 흙고화용 결합재 조성물에 있어서, 백반은 황산염 자극제로 작용, 반응시 생성되는 황산염을 자극하여 반응이 활발하게 일어나게 함으로써 수화를 촉진시켜 에트린자이트를 형성함으로써 흙포장재의 강도를 증진시키게 된다. 본 발명 의 조성물에서 백반의 함량은 조성물 총중량에 대하여 0.5 내지 5 중량%가 바람직하다. 백반의 함량이 0.5 중량% 미만일 경우에는 강도 증진 효과가 미비하고, 백반의 함량이 5 중량%를 초과하면 별도의 효과 증진없이 비용이 상승하는 문제점이 있다.
본 발명의 흙고화용 결합재는 상술한 구성성분이 상술된 비율로 이루어질 때 흙고화용 결합재로서 최대의 효능을 발휘한다.
본 발명의 흙고화용 결합재의 화학적 물리적 특성을 하기 표 1과 2에 나타내였다.
항 목 SiO2 Al2O3 CaO SO3 강열감량 염화물이온
분석치 25.0 중량% 이상 10.0 중량% 이상 35.0 중량% 이상 5.0 중량% 이하 3.0 중량% 이하 0.5 중량% 이하
표 1에 나타나있는 것과 같이, 본 발명의 결합재는 포함되는 SiO2 함량이 25 중량% 이상되는 것이 바람직하다. SiO2는 내구성에 영향을 주는 인자로서 25 중량% 미만이면 내구성이 약한 문제점이 있다.
또한, 본 발명의 결합재는 포함되는 Al2O3 함량이 10 중량% 이상되는 것이 바람직하다. Al2O3는 경화속도에 영향을 주는 인자로서 10 중량% 미만이면 경화속도가 지연되는 문제점이 있다.
또한, 본 발명의 결합재는 포함되는 CaO 함량이 35 중량% 이상되는 것이 바람직하다. CaO는 내구성 및 팽창성에 영향을 주는 인자로서 35 중량% 미만이면 팽창성이 증대되어 내구성이 약한 문제점이 있다.
본 발명의 결합재는 강열감량이 3.0 중량% 이하인 것이 바람직하다. 이는 결합재 내의 수분 함량을 나타내는 인자로서 강열감량이 3.0 중량%를 초과하면 굳어버리는 문제점이 있다.
본 발명의 결합재는 염화물 이온량이 0.5 중량% 이하인 것이 바람직하다. 이는 결합재 내의 염화물 함량을 나타내는 인자로서 염화물 이온이 0.5 중량%를 초과하면 결합재의 성질이 변해버리는 문제점이 있다.
항 목 기 준 규격
분말도(㎠/g) 3500 이상 KS L 5106
비중 2.70 이상 KS L 5110
휨강도(28일, N/㎟) 3.0 이상 KS F 2407
압축강도(28일, N/㎟) 17.0 이상 KS L 5105
투수계수(28일, ㎝/s) 1.0 X 10-3 이상 KS F 2322
이어, 본 발명의 흙고화용 결합재 조성물을 이용하여 제조되는 흙포장재에 대하여 설명한다.
본 발명의 흙포장재는 흙 66 내지 80 중량%; 흙고화용 결합재 조성물 7 내지 17 중량%; 및 물 7 내지 17 중량%;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 흙포장재는 앞서 기술된 흙고화용 결합재 조성물이 바람직하게 사용된다.
본 발명의 흙포장재에 있어서, 황토파우더가 더 포함되어 이루어질 수 있다. 황토파우더는 원적외선을 방사하여 인체에 이로울 뿐만 아니라 열전도율이 높아 지열의 발산이 적으며 강알칼리성을 약알칼리성으로 낮춰주는 효과가 있다. 또한 색질감이 뛰어나고 빛을 흡수하여 보행자에게 시각적으로 안정감을 줄 수 있다. 본 발명의 흙포장재에서 바람직하게 함유되는 황토파우더의 함량은 흙포장재 총중량에 대하여 4 내지 7 중량%이다. 황토파우더가 4 중량% 미만으로 함유될 경우에는 원적외선 방사효과가 미비하고, 7 중량%를 초과할 경우에는 흙포장재의 강도가 약해지는 문제점이 있다.
또한, 본 발명의 흙포장재에 있어서, 유동화제가 더 포함되어 이루어질 수 있다. 유동화제는 각 성분의 분산성을 향상시켜 혼합 효율을 높이며 포장체의 내구성을 향상시킨다. 본 발명의 흙포장재에서 바람직하게 함유되는 유동화제의 함량은 흙포장재 총중량에 대하여 1 내지 2 중량%이다. 유동화제가 1 중량% 미만으로 함유될 경우에는 구성 성분간의 분산성이 떨어져 혼합이 잘 되지 않는 문제점이 있고, 2 중량%를 초과할 경우에는 특별한 상승 효과 없이 비용이 증가하는 문제점이 있다.
상기 유동화제는 리그닌계, 나프탈렌계, 멜라민계 및 폴리카본산계로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 흙포장재에 있어서, 에틸렌비닐아세테이트(EVA)계 수지가 더 포함되어 이루어질 수 있다. EVA계 수지는 경질의 포장체에 연성의 성질을 부여하고, 토립자와 결합재 간의 응집성을 높이며, 포장체 표면의 보습성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 EVA계 수지는 분말 형태의 것이 바람직하게 이용된다. 본 발명의 흙포장재에서 바람직하게 함유되는 EVA계 수지는 흙포장재 총중량에 대하여 0.5 내지 1 중량%이다. EVA계 수지가 0.5 중량% 미만으로 함유될 경우에는 토립자와 결합재 간의 응집성이 떨어지는 문제점이 있고, 1 중량%를 초과할 경우에는 특별한 상승 효과 없이 비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 본 발명의 흙포장재에 있어서, 표면강화제가 흙포장재 총중량에 대하여 0.3 내지 1.2 중량% 더 포함되어 이루어질 수 있다. 이는 흙포장재의 내구성을 증진시키는 역할을 한다. 본 발명에서 바람직하게 사용되는 표면강화제는 비닐아세테이트/에틸렌 공중합체 40 내지 50 중량%; 비닐아세테이트 1 내지 10 중량%; 및 물 40 내지 50 중량%;로 이루어지는 것이다. 또한 본 발명에서 바람직하게 사용되는 표면강화제는 비중은 1.0이며, pH는 4.0 내지 6.0이다.
표면강화제의 구성성분인 비닐아세테이트/에틸렌 공중합체는 접착성이 뛰어나고 반복 휨강도와 충격강도가 높으며 무기 바인더와의 혼합성이 좋다. 비닐아세테이트/에틸렌 공중합체의 함량이 40 중량% 미만일 경우에는 내약품성이 떨어지고 점착성에 문제가 생겨 표면강화제로서의 역할 효용이 낮으며 비닐아세테이트/에틸렌 공중합체가 50 중량%를 초과하면 점성이 높아 경화속도가 늦어지며 작업성이 떨어지는 단점이 있다.
표면강화제의 또다른 구성성분인 비닐아세테이트 모노머는 경도를 높게 하고 광택이 좋으며 내후성과 내수성이 뛰어나다. 경화 속도도 빨라 시공성이 우수하고 투명도가 높아 포장의 미관을 좋게 한다. 비닐아세테이트 모노머의 함량이 1 중량% 미만일 경우에는 광택성이 미비한 단점이 있고, 10 중량%를 초과하면 경화속도가 빨라 시공성은 좋으나 내약품성이 떨어져 알칼리에 침해될 가능성이 높아지고 유기용제에 용해되어 표면강도 저하의 요인이 될 수 있다.
상기 표면강화제의 일부로서 혼합되는 물은 표면강화제 총중량에 대하여 40 내지 50중량%가 바람직하며, 이는 표면강화제의 점성을 적정하게 유지하도록 하여 작업이 용이하게 하며, 흙포장체에 표면강화제가 잘 침투하도록 하는 역할을 한다.
또한, 본 발명의 흙포장재에 안료가 더 포함될 수 있다. 안료는 주변환경과의 조화를 고려하고 보행자의 시각에 편안한 색으로 선택되어 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 흙고화용 결합재 조성물이 흙 및 물과 혼합되어 고화되는 고화 메카니즘을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 흙고화용 결합재 조성물과 흙 및 물이 혼합되면 결합재의 수화반응으로 생긴 자유칼슘이온(Ca+2)이 흙의 세립자 성분(카올리나이트(kaolinite), 몬모릴로나이트(montmorillonite))과 이온교환반응을 일으키고, 입자간의 전기적 반발력, 토립자간의 양의 전기력으로 토립자는 면모구조를 갖는 단위결정체를 형성한다. 이는 토립자에 비해 큰 입자이며 내부적으로 대단히 느슨한 배열을 갖는다. 이러한 일련의 과정은 하기 식들로 표현될 수 있다.
kaolinite + Ca(OH)2 → CSH(C/S = 0.2~1.0) + CAH + CASH
kaolinite + Ca(OH)2 → CASH(prenite)
montmorillonite + Ca(OH)2 → CSH(gel) → CSH(Ⅱ)
montmorillonite + Ca(OH)2 → CSH(gel) + hydrogarnet(C4AH13)
clay + Ca(OH)2 → CSH(gel) and/or CSH(Ⅰ) + C4AH13 + C3AH6
주) C : CaO, S : SiO2, A : Al2O3, H : H2O
수산화칼슘(소석회:Ca(OH)2)과 흙의 조립분(SiO2, Al2O3 등의 성분)과의 사이에서 2차적인 반응으로서 석회의 흡착, 이온교환, 포졸란 반응이 동시에 진행되어 규산석회수화물에 의한 토립자의 고결작용(3CaOㆍ2SiO2ㆍ3H2O)이 일어난다. 수화반응으로 인한 간극수 내의 pH값의 증가로 흙의 조립분을 구성하고 있는 광물인 석영, 장석, 운모 등의 광물로부터 결정체 또는 비결정체의 실리카(SiO2)와 알루미네이트(Al2O3)가 분리 및 Ca(OH)2, 결합재 수화물과의 결합이 촉진되어 시공 후 재령이 진행됨에 따라 비교적 장기간에 걸쳐 규산칼슘, 케레나이트 수화물을 생성, 에트린자이트 등과의 결합으로 장기적으로 안정 고화되어 비표면적이 증대하며, 인공 제오라이트의 작용을 하는 흙고화체가 된다. 또 고화토는 서서히 경화되어 가면서 다양한 접착성 물질(포졸란: 규산염 또는 규산알루미나질로서 그 자체는 경화성이 아주 약하거나 없으며, 다만 미세한 분말인 경우 상온에서 습기의 존재하에 알칼리 및 알칼리토류의 수산화물과 화학반응을 하여 그 자체가 경화하거나 또는 경화성 화합물을 형성하는데 도움을 주는 물질)을 생성하기 때문에 균열발생 방지의 역할을 하기도 한다.
Ca(OH)2 → Ca+2 + 2(OH)-
Ca+2 + 2(OH)- + SiO2(clay silica) → CaOㆍSiO2ㆍH2O
Ca+2 + 2(OH)- + Al2O3(clay alumina) → CaOㆍAl2O3ㆍH2O
본 발명의 흙고화용 결합재의 장기강도는 수화작용을 하는 결합재의 겔로부터 수산기 이온들이 처음에는 강한 결합을 이루면서 부분적으로 막을 형성하고 있는 실리콘(silicon) 이온에 의해서 흡착되어 시간이 경과할수록 입자의 표면은 활발한 복극현상(Depolarization)이 일어나 강도가 증가한다. 또한 파우더의 수화작용이 진행됨에 따라 점토는 칼슘 형태로 전환되며 점토속에서 실리카와 알루미나가 용해되어 단단한 재료가 형성된다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 토립자는 입자표면에 유기산을 다량 함유하고 있는 경우가 많으므로 흙고화용 결합재와 쉽게 결합되지 않으나 수화반응이 진행되면서 결합재와 토립자 간의 정전기적 인력에 의해 상호 결합이 되며 아울러 결합재의 초기 수화단계에서 생성되는 에트린자이트의 생성을 높여 다량의 침상구조가 토립자와 결합재 입자간의 공극을 치밀하게 채워줌으로써 우수한 강도를 가지며 불투성 구조체가 된다.
이어, 본 발명의 흙포장재를 이용하여 포장시공하는 공법에 대하여 설명한다. 도 2에 본 발명의 흙포장공법의 흐름도가 도시되어 있다.
본 발명의 흙포장공법은, 흙, 결합재 및 물을 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 작업장에 포설하는 1차 포설단계; 포설한 흙을 전압하는 1차 전압단계; 크랙방지를 위한 줄눈시공단계; 표면 구배를 위한 2차 포설단계; 및 2차 포설된 흙을 전압하는 2차 전압단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이를 구체적으로 설명하면, 우선 흙, 결합재 및 물을 혼합한다. 이때 흙포장재 전체 중량에 대하여 흙 66 내지 80 중량%, 결합재 7 내지 17 중량% 및 물 7 내지 17 중량%가 혼합되는 것이 바람직하다.
이때 사용되는 결합재는, 고로슬래그, 제강슬래그 및 비철슬래그로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 슬래그 60 내지 89 중량%; 천연무수석고, 알파형 반수석고, 인산석고 및 폐석고로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 석고 5 내지 20 중량%; 폐석회, 생석회 및 소석회로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 석회 5 내지 20 중량%; 수산화칼슘과 수산화나트륨 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 염기성 물질 0.5 내지 10 중량%; 및 암모늄백반과 칼륨백반 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 백반 0.5 내지 5 중량%으로 이루어지는 결합재가 바람직하게 사용된다.
이때, 시공되는 장소의 여건에 따라 황토파우더, 유동화제, EVA계 수지, 및/또는 안료 등이 혼합될 수 있다.
또한 상기 혼합단계에서 표면강화제를 더 추가하여 혼합할 수 있다.
이어, 상기 혼합물을 작업장에 포설한다(1차).
포설한 흙을 전압다짐한다(1차). 이는 결합재가 고결력을 발휘하여 포장체의 불투수력을 높여주고 상부 충격으로부터의 함몰을 방지하기 위함이다.
이어, 크랙방지를 위하여 줄눈시공을 한다. 이는 온도와 습도에 따라 흙구조체가 팽창 또는 수축하게 되어 발생되는 크랙을 방지하기 위함이다.
이어, 2차 포설 작업을 행한다. 이는 면을 평활하게 하면서 배수용의 표면 구배를 잡기 위한 작업이다.
이어, 2차 포설된 흙을 2차 전압하는 공정을 시행한다. 이로써 흙포장재의 불투수력은 더 높아지며 강도 또한 높아진다.
이어, 포장체의 내구성 증진 및 포장표면을 강화하기 위하여 표면강화제를 도포하는 공정을 더 시행할 수 있다.
흙 속에 함유되어 있는 미량의 활성 다가이온과 표면강화제에 함유되어 있는 폴리머가 반응하여 불용성의 가교결합을 형성함으로써 안정된 흙 입자간의 결합, 고화가 이루어진다. 또한 가교결합과 동시에 불용성 막을 형성함으로써 흙 표면의 내마모성도 증대된다.
표면강화제 도포후 미진한 부분을 마무리하고 효율적 양생을 위하여 비닐을 덮어 양생시킬 수 있다.
하기의 실시예, 비교예 및 시험예를 통하여 본 발명의 흙고화용 결합재 조성물 및 흙포장재를 보다 구체적으로 설명한다.
<실시예 1> 흙고화용 결합재 제조
고로슬래그, 천연 무수석고, 소석회, 수산화나트륨 및 암모늄백반을 표 3의 구성비로 혼합하여 흙고화용 결합재를 제조하였다.
고로슬래그(g) 천연무수석고(g) 소석회(g) 수산화나트륨(g) 암모늄백반(g)
실시예 1-1 890 50 50 5 5
실시예 1-2 800 100 80 10 10
실시예 1-3 800 90 90 10 10
실시예 1-4 700 150 130 10 10
실시예 1-5 700 130 150 10 10
실시예 1-6 600 200 100 50 50
실시예 1-7 600 100 200 50 50
<실시예 2> 흙포장재 제조
실시예 1에서 제조된 결합재 120g 각각에 마사토 760g과 물 120g을 혼합하여 흙포장재를 제조하고, 각 흙포장재의 휨강도, 압축강도 및 투수계수를 측정하고 그 결과를 표 4에 나타내었다.
휨강도 (28일, N/㎟) 압축강도(N/㎟) 투수계수 (28일, ㎝/s)
3일 7일 28일
실시예 1-1 2.0 7.0 11.0 14.0 3.0 X 10-3
실시예 1-2 3.9 10.0 13.0 16.5 8.0 X 10-3
실시예 1-3 4.5 12.0 16.0 20.0 2.0 X 10-4
실시예 1-4 3.7 9.0 12.5 16.0 6.0 X 10-3
실시예 1-5 3.5 8.0 12.0 15.0 5.0 X 10-3
실시예 1-6 2.5 7.5 11.5 14.5 4.0 X 10-3
실시예 1-7 2.0 6.0 10.0 13.0 2.0 X 10-3
<비교예>
1종 보통시멘트, 슬래그시멘트, 플라이애시 시멘트 및 소일시멘트를 결합재로 준비하여 실시예 2와 동일한 방법으로 흙포장재를 제조하고, 각 흙포장재의 휨강도, 압축강도 및 투수계수를 측정하고 그 결과를 표 5에 나타내었다.
결합재 휨강도 (28일, N/㎟) 압축강도(N/㎟) 투수계수 (28일, ㎝/s)
3일 7일 28일
비교예 1-1 1종 보통시멘트 1.5 8.0 11.0 12.0 4.0 X 10-3
비교예 1-2 슬래그시멘트 2.5 9.0 11.5 13.5 5.0 X 10-3
비교예 1-3 플라이애시 시멘트 1.0 6.5 10.5 12.0 2.5 X 10-3
비교예 1-4 소일시멘트 3.0 9.5 12.0 15.0 2.0 X 10-5
표 4와 표 5의 결과로 알 수 있듯이, 본 발명의 흙포장재의 휨강도와 압축강도가 비교예의 흙포장재에 비하여 훨씬 높았다. 투수계수는 비교예와 전체적으로 큰 차이를 보이지 않았으나 KS F 2322의 기준치(1.0 X 10-3)를 훨씬 웃도는 결과를 나타내었다.
<시험예 1>
실시예 1-3에서 제조된 본 발명의 흙고화용 결합재와 1종 보통시멘트, 플라이애시 시멘트, F사 고화재 및 S사 고화재를 폐기물공정시험법에 의하여 유해물질 검출시험을 행하고 그 결과를 표 6에 나타내었다.
시험항목 단위 본 발명의 결합재 1종 보통 시멘트 플라이애시 시멘트 F사 고화재 S사 고화재
As mg/kg 불검출 불검출 불검출 2.84 0.17
Pb mg/kg 불검출 불검출 불검출 0.22 0.14
Hg mg/kg 불검출 불검출 0.0036 0.01 0.0006
Cd mg/kg 불검출 불검출 불검출 0.22 불검출
CN- mg/kg 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
Cr+6 mg/kg 불검출 0.51 불검출 불검출 불검출
Cu mg/kg 불검출 불검출 불검출 22.6 0.15
유기인화합물 mg/kg 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
테트라클로로 에틸렌 mg/kg 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
트리클로로 에틸렌 mg/kg 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 흙고화용 결합재에서는 중금속 등 유해물질이 검출되지 않았으나, 1종 보통시멘트, 플라이애시 시멘트, F사 고화재 및 S사 고화재에서는 유해물질이 검출되었다.
따라서, 본발명의 흙고화용 결합재를 이용하여 흙포장을 하게 되면 친환경적 흙포장이 이루어짐으로써 쾌적한 환경을 조성할 수 있다.
<시험예 2>
본 발명의 흙포장시공법으로 시공된 흙포장지에서 표면강화제 효과를 알아보기 위하여 표면강화제 미처리구과 1회도포구로 나누어 시공하고 마모감량시험을 한 후 그 결과를 표 7에 나타내었다.
희석비 시험항목 표면처리상태 결과(mg/㎟) 효과
표면강화제 : 물 (1 : 5) 마모감량 (KS F 2813) 처리무 1.6 -
1회 도포 1.1 31% 마모량 감소
표 7에서 알 수 있는 바와 같이, 표면강화제를 도포한 구의 마모량이 미처리구에 비하여 31% 감량된 결과를 나타내었다.
도 1은 본 발명의 흙고화용 결합재와 토립자 사이의 반응 형태를 나타내는 도.
도 2는 본 발명의 흙포장공법의 흐름도.

Claims (8)

  1. 흙 66 내지 80 중량%;
    고로슬래그, 제강슬래그 및 비철슬래그로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 슬래그 60 내지 89 중량%; 천연무수석고, 알파형 반수석고, 인산석고 및 폐석고로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 석고 5 내지 20 중량%; 폐석회, 생석회 및 소석회로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 석회 5 내지 20 중량%; 수산화칼슘과 수산화나트륨 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 염기성 물질 0.5 내지 10 중량%; 및 암모늄백반과 칼륨백반 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 백반 0.5 내지 5 중량%;로 이루어지는 결합재 7 내지 17 중량%; 및
    물 7 내지 17 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흙포장재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 흙포장재가 흙포장재 총중량에 대하여 황토파우더 4 내지 7 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흙포장재.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 흙포장재가 흙포장재 총중량에 대하여 유동화제 1 내지 2 중량%를 더 포함하여 이루어지되, 상기 유동화제는 리그닌계, 나프탈렌계, 멜라민계 및 폴리카본산계로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 흙포장재.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 흙포장재가 흙포장재 총중량에 대하여 에틸렌비닐아세테이트 수지 0.5 내지 1 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흙포장재.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 흙포장재가 흙포장재 총중량에 대하여 표면강화제 0.3 내지 1.2 중량%를 더 포함하여 이루어지되, 상기 표면강화제는 비닐아세테이트/에틸렌 공중합체 40 내지 50 중량%; 비닐아세테이트 1 내지 10 중량%; 및 물 40 내지 50 중량%;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흙포장재.
  6. 흙, 결합재(고로슬래그, 제강슬래그 및 비철슬래그로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 슬래그 60 내지 89 중량%; 천연무수석고, 알파형 반수석고, 인산석고 및 폐석고로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 석고 5 내지 20 중량%; 폐석회, 생석회 및 소석회로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 석회 5 내지 20 중량%; 수산화칼슘과 수산화나트륨 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 염기성 물질 0.5 내지 10 중량%; 및 암모늄백반과 칼륨백반 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 백반 0.5 내지 5 중량%) 및 물을 혼합하는 단계;
    상기 혼합물을 작업장에 포설하는 1차 포설단계;
    포설한 흙을 전압하는 1차 전압단계;
    크랙방지를 위한 줄눈시공단계;
    표면 구배를 위한 2차 포설단계; 및
    2차 포설된 흙을 전압하는 2차 전압단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 흙포장공법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 2차 전압단계 이후 표면강화제를 도포하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 흙포장공법.
  8. 청구항 6 또는 7에 있어서,
    상기 혼합단계에서 표면강화제를 더 추가하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 흙포장공법.
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