KR100828426B1

KR100828426B1 - 흙을 이용한 지반조성방법

Info

Publication number: KR100828426B1
Application number: KR1020070108462A
Authority: KR
Inventors: 오창수; 노태헌
Original assignee: 주식회사자연과기술
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2008-05-08

Abstract

본 발명은 흙을 이용한 지반조성방법에 있어서, 황토, 마사토, 시멘트, 혼화제, 암모늄계 화합물을 포함하되, 상기 황토 및 마사토는 10 : 90 내지 50 : 50 중량비로 혼합되며, 시멘트는 황토 및 마사토의 혼합물 100을 기준으로 5 내지 20중량부 포함되고, 혼화제는 상기 시멘트 100에 대하여 0.3 내지 0.7중량부가, 암모늄계 화합물은 시멘트 100에 대하여 1 내지 3중량부가 포함되도록 하는 원재료준비단계; 상기 준비된 원재료를 균일하게 혼합하고 분쇄하는 단계; 상기 분쇄물이 포설될 지반에 미리 기초지반을 형성하는 기초형성단계; 상기 기초가 형성된 지반에 상기 분쇄물과 물을 혼합하여 포설하는 단계; 상기 포설단계를 거친 지반을 롤러다짐, 단뎀다짐 등으로 다지는 다짐단계; 및 상기 다짐단계가 완료된 후 지반의 조건에 따라 일정 기간의 양생하는 양생단계를 포함함을 특징으로 하는 흙을 이용한 지반조성방법을 제공한다.

황토, 지반조성, 시멘트

Description

흙을 이용한 지반조성방법{SOLIDIFYING METHOD FOR FOUNDATION USING SOIL}

본 발명은 흙을 이용한 지반조성방법에 관한 것으로서, 특히 시멘트의 독성이 저감되어 유해성이 없으면서 제반 물성이 향상된 지반조성방법에 관한 것이다.

일반적인 지반조성방법은 모래 및 골재와 시멘트를 혼합하여 콘크리트재질로서 도로를 포장하는 방법이 시공되어 왔다. 상기 콘크리트 포장은 내구성이 좋고 차량주행성이 양호한 장점이 있기는 하나 동상(凍上)에 희한 파손이 많고 노상층 이하의 다짐 지반 처리가 미흡한 경우 국부적인 도로 파손 및 함몰이 많아 유지보수비가 많이 드는 단점이 있다. 또한 수명이 다한 후 건설 폐기물이 되어 매립하여야 하는 문제가 있어 환경오염원으로 인식되고 있다. 이에 최근에는 환경친화적 공법들이 제안되면서, 다양한 방법이 제공되고 있는데 건식 흙포장법이 그 중 하나이다.

상기 방법은 기존의 모래, 골재 대신에 흙을 주원료로 사용하되, 레미콘과 달리 물을 적게 사용하여 포설 후 다짐 양생하여 사용하는 것으로 예전에는 소일시 멘트 공법이라 하여 연약 지반을 강화하는 목적으로 주로 사용하였기에 완벽한 혼합이 이루어지지 않아도 지반강화 목적이므로 약간의 표면유실이 발생해도 불완전한 혼합에 의한 결함 등은 중요시 여기지 않은 것이 사실이다. 그러나 흙은 물성 자체가 모래와 달라 시멘트와 골고루 혼합하기 힘들고 혼합해도 유기질 물질을 많이 함유하고 있어서 유기질 물질에 포함된 휴민산등에 의하여 시멘트의 수화반응이 잘 이루어지지 않아 아스팔트나 콘크리트처럼 포장재로 사용하기에는 어려운 점이 있었다.

대한민국 특허발명 제359266호에서는 도로를 건설코자 하는 현장에서 발생되는 흙(마사토, 황토 점토, 산토등)의 기본적인 물리, 화학적인 특성을 분석하는 토질분석단계;와 상기 흙에 상기 흙의 기본 물성에 맞게 시멘트 또는 생석회를 혼합시키는 혼합단계;와 상기 혼합된 혼합물에 수용성파라핀 경화제를 골고루 분사살포하면서 혼합교반시키는 교반단계(300);를 통해 혼합토를 조성하며 상기 혼합토를 건설코자 하는 원지반토 위에 기층으로서 포설높이가 20∼30cm를 넘지 않도록 포설하고 도로공사의 다짐율에 의거 충분히 다짐을 행하여 보조기층을 조성하는 보조기층부조성단계;와 상기 보조기층으로 시공한 부분과 차기공정인 표층부간의 확실한 이음을 이루도록 기시공된 보조기층의 표면을 건설장비인 백호우(backhoe)날로 W와 같이 긁어주는 이음부조성단계;와 상기 조성된 보조기층의 표면에 표층높이가 20∼30㎝ 로 시공되도록 포설하여 표층부를 조성하는 표층부조성단계;및 상기 조성된 표층부의 표면을 충분한 표층강도를 구현할 수 있도록 도로공사의 다짐율에 의거 충분히 다짐을 행함으로서 최종적으로 공사를 완료시키는 표층부표면다짐단계로 이 루어진 방법이 제안되었다.

그러나, 상기 방법은 보조기층을 형성하는 것이 특징이데, 흙 포장은 토질개량의 원리이므로 주변 토양과 융화를 위하여 밀도가 다른 보조기층이라던가 비닐을 깔아서는 아니 된다.

또한, 생석회를 사용하여 건설한 농로 및 임시도로는 1차적으로 생석회의 포졸란 반응으로 토질개량이 되나 동절기시 동해현상이나 강우, 주변식물의 성장 등에 의해 흙의 유실 및 파손으로 농로의 붕괴가 자주 발생되며, 석회 및 포졸란 물질을 이용한 지반개량은 메카니즘이 시멘트와 유사하지만 큰 강도발현을 기대하기 어렵고 처리효과가 발현되기까지 상당시간이 소요되는 문제점을 내포하고 있다. 또한 연약지반이나 불량토양에 실리카 알루미나계의 고결경화성 소석회 등을 사용하여 토양을 고결시키는 방법을 사용하여 왔으나 토양의 일부 성분에 국한되고 경화 또는 고화능이 떨어져 높은 강도의 고화체를 얻지 못하는 문제점이 있다.

한편, 시멘트는 경화 후에 빗물 등에 의해 주성분인 규산칼슘이 수화반응을 일으켜, 백화현상이 발생하거나 강알칼리를 발생시킨다. 따라서 도로포장이나 수로의 지반구조물로 형성되는 경우 환경오염의 한 요인이 될 수 있다.

따라서 시멘트의 수화반응을 중화시키면서 지반형성방법으로서 제반 물성이 확보될 수 있는 지반조성방법의 개발이 요망되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 시멘트의 수화반응에 의한 환경오염을 저감할 수 있는 지반조성방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 흙과 황토를 주재로 하여 자연친화적이면서 제반 물성이 확보된 지반조성방법을 제공하는데 있다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 흙을 이용한 지반조성방법에 있어서, 황토, 마사토, 시멘트, 혼화제, 암모늄계 화합물을 포함하되, 상기 황토 및 마사토는 10 : 90 내지 50 : 50 중량비로 혼합되며, 시멘트는 황토 및 마사토의 혼합물 100을 기준으로 5 내지 20중량부 포함되고, 혼화제는 상기 시멘트 100에 대하여 0.3 내지 0.7중량부가, 암모늄계 화합물은 시멘트 100에 대하여 1 내지 3중량부가 포함되도록 하는 원재료준비단계; 상기 준비된 원재료를 균일하게 혼합하고 분쇄하는 단계; 상기 분쇄물이 포설될 지반에 미리 기초지반을 형성하는 기초형성단계; 상기 기초가 형성된 지반에 상기 분쇄물과 물을 혼합하여 포설하는 단계; 상기 포설단계를 거친 지반을 롤러다짐, 단뎀다짐 등으로 다지는 다짐단계; 및 상기 다짐단계가 완료된 후 지반의 조건에 따라 일정 기간의 양생하는 양생단계를 포함함을 특징으로 하는 흙을 이용한 지반조성방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 혼화제가 리그린계 화합물임을 특징으로 하는 흙을 이용한 지반조성방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 암모늄계 화합물이 인산암모늄(MAP), 인산2암모늄(DAP) 및 인산3암모늄(TAP)으로 이루어진 군에서 일 이상 선택된 것임을 특징으로 하는 흙을 이용한 지반조성방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 원재료준비단계에 황토의 심미감을 발현할 수 있도록 황토안료가 시멘트 100에 대하여 1 내지 3중량부가 더 포함됨을 특징으로 하는 흙을 이용한 지반조성방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 원재료준비단계에 천매암이 상기 시멘트 100에 대하여 0.5 내지 1.0중량부로 더 포함됨을 특징으로 하는 흙을 이용한 지반조성방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 분쇄물의 입도가 0.5 내지 2.0mm임을 특징으로 하는 흙을 이용한 지반조성방법을 제공한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 지반조성방법은 지반을 중성화시킴으로서 시멘트로 비롯되는 환경오염을 저감할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명에 의한 지반조성방법은 친환경적이면서 동시에 제반 물성이 종 래 지반과 동등하거나 그 이상으로 나타나는 효과가 있다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 지반조성방법의 공정순서도를 나타낸 것이다. 본 발명에 의한 지반조성방법은 원재료준비단계, 분쇄혼합단계, 기초형성단계, 포설단계, 다짐단계, 양생단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 원재료준비단계에서 원재료는 황토, 마사토 및 시멘트일 수 있다. 상기 황토와 마사토는 10 : 90 내지 50 : 50 중량비로 이루어질 수 있다. 또한 상기 마사토는 함수비 10 내지 15%인 것이 바람직하다. 황토가 상기 범위를 초과하는 경우 강도가 저하되는 문제가 있고, 상기 범위 미만인 경우 황토의 효과발현이 미미한 단점이 있다.

본 발명의 원재료 중 하나인 황토는 원적외선 방사, 항균 등의 효과가 있어 인체에 유익한 성분임은 공지의 사실이기에 이의 기능과 효과에 대한 구체적인 언급은 생략하기로 한다.

한편 상기 시멘트는 상기 황토 및 마사토의 혼합물 100을 기준으로 5 내지 20중량부가 혼합될 수 있다. 상기 범위 미만인 경우 양생에 문제가 있고 상기 범위를 초과하는 경우 후술할 중화제의 첨가량이 상대적으로 증가하여 지반물성이 저해되는 문제가 있다.

상기 원재료로서 황토, 마사토 및 시멘트와 더불어 혼화제, 중화제, 안료, 기타 첨가제가 선택적으로 포함될 수 있다. 혼화제로는 시멘트 사용량을 저감시키고 초기강도 증진함과 동시에 동결융해 저항성 향상을 위해 비제한적인 예로서 리그린계 화합물을 포함시킬 수 있다. 혼화제는 상기 시멘트 100에 대하여 0.3 내지 0.7중량부가 포함될 수 있다. 상기 범위를 초과하는 경우 최종 혼합물의 유동성이 저하되어 작업성에 문제가 있고 상기 범위 미만인 경우 혼화제의 기능발현이 미미한 점이 있다.

상기 중화제로는 시멘트의 강알칼리성을 중화시키기 위해 암모늄계 화합물((NH₄)_nX_m)이 포함될 수 있다. 이의 비제한적인 예로서 인산암모늄(MAP), 인산2암모늄(DAP) 및 인산3암모늄(TAP)으로 이루어진 군에서 일 이상 선택된 것을 이용할 수 있다. 상기 중화제는 시멘트 100에 대하여 1 내지 3중량부가 포함될 수 있다. 상기 범위를 초과하거나 미만인 경우 중화의 적정성이 상실되는 문제가 있다.

상기 안료로서는 황토의 심미감을 발현할 수 있도록 황토안료가 포함될 수 있다. 상기 안료는 시멘트 100에 대하여 1 내지 3중량부가 포함될 수 있다.

한편 선택적으로 기타 첨가제가 포함될 수 있는데, 항균성, 방취성, 내오염성, 원적외선 방사 등의 기능이 발현될 수 있는 재료이면 상기 원재료들과 함께 포 함될 수 있다. 이의 비제한적인 예는 천매암(phylite)이며 상기 시멘트 100에 대하여 0.5 내지 1.0중량부로 포함될 수 있다.(원재료준비단계, S100)

상기 원재료들이 준비되면 상기 성분량대로 혼합하여 분쇄하는 단계를 거친다. 본 발명에 의한 방법은 혼합과 분쇄를 동시에 행함으로서 각 원재료들이 균일하게 혼합될 수 있는 장점이 있다. 혼합분쇄는 분쇄물의 입도는 0.5 내지 2.0mm임이 바람직하다. 상기 범위를 초과하는 경우 균일혼합에 문제가 있고, 상기 범위 미만인 경우 결합력의 저하로 양생과정에 하자가 발생할 수 있다.(분쇄혼합단계, S200)

한편, 상기 분쇄물이 포설될 지반은 미리 기초공사를 통하여 기초지반이 형성되어 있어야 한다. 기초지반공사는 통상의 방법으로 이루어질 수 있어 상세한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명의 조성방법에 의해 시공될 수 있는 지반은 체육시설, 일반 도로 및 수로일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.(기초형성단계, S300)

상기 기초공사가 이루어진 지반에 상기 분쇄물이 물과 혼합되어 포설된다. 포설시 두께는 조성될 지반의 특성에 따라 차이가 있기는 하나 10 내지 20cm의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.(포설단계, S400)

상기 포설단계를 거친 지반은 다짐단계를 수행하는데 롤러다짐, 단뎀다짐 등 지반의 조건에 따라 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.(다짐단계, S500)

다짐단계가 완료된 후 지반의 조건에 따라 일정 기간의 양생기간을 거쳐 지반이 최종적으로 조성될 수 있다.(양생단계, S600)

실시예 1

황토 3Kg, 마사토 7Kg을 준비한 후 시멘트 1Kg을 혼합하였다. 여기에 리그린계 혼화제 5g, 인산2암모늄 25g를 더 포함시킨 후 이들 모두를 혼합하여 분쇄하고 이를 물과 혼합하여 일정 크기로 양생하였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일하며, 리그린계 혼화제와 인산2암모늄을 포함시키지 않고 동일 조건으로 양생하였다.

1. 실시예 1의 용출시험

시험방법 : 폐기물공정시험법 중 용출시험

시험결과는 표 1과 같다.

검사항목	지정폐기물기준	검사결과
납 또는 그 화합물	3 mg/L	0.14 mg/L
구리 또는 그 화합물	3 mg/L	0.15 mg/L
카드뮴 또는 그 화합물	0.3 mg/L	불검출
시안화합물	1 mg/L	불검출
6가 크롬 화합물	1.5 mg/L	0.17 mg/L
비소 또는 그 화합물	1.5 mg/L	불검출
수은 또는 그 화합물	0.005 mg/L	0.0006 mg/L
유기인 화합물	1 mg/L	불검출
트리클로로에틸렌	0.3 mg/L	불검출
테트라클로로에틸렌	0.1 mg/L	불검출
기름성분	5 %	0.01%

2. 실시예 1의 송사리 영향 시험

시험방법 : KS M 0111-90

시험결과 : 송사리에 대한 영향시험을 30일간 실시한 결과 30일 동안 치사한 개체를 발견할 수 없었고 형태이상 또한 발견할 수 없었으므로 어류에 대하여 위해성이 없는 것으로 판단되었다.

3. 습윤상태 후 공시테의 겉모양 및 압축강도

시험결과는 표 2와 같다.

구분	항목		단위	결과치
실시예 1	겉모양			균영없음
	압축강도	재령 3일	N/mm²	5.55
		재령 7일	N/mm²	7.84
		재령 28일	N/mm²	18.25
비교예 1	겉모양			균열없음
	압축강도	재령 3일	N/mm²	5.41
		재령 7일	N/mm²	7.04
		재령 28일	N/mm²	13.34

4. 동결융해시럼 후 공시케의 겉모양 및 압축강도

시험방법 : KS F 2560 : 2002 (200cycle)

시험결과는 표 3과 같다.

구 분	항목		단위	결과치
실시예 1	겉모양			균열없음
실시예 1	압축강도	재령 28일	N/mm²	14.74
비교예 1	겉모양			균열없음
비교예 1	압축강도	재령 28일	N/mm²	9.35

5. pH 변화시험

시험방법 : 토양의 산도측정법과 같이 시험체를 증류수에 약 1시간 동안 담근 후 pH를 측정. (시험체 : 증류수 = 5 내지 10g : 200ml)

시험결과는 표 4와 같다.

	재령 3(일)	재령 7(일)
실시예 1	10.54	8.65
비교예 1	12.41	12.02

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 지반조성방법의 공정순서도.

Claims

흙을 이용한 지반조성방법에 있어서,

황토, 마사토, 시멘트, 혼화제, 암모늄계 화합물을 포함하되,

상기 황토 및 마사토는 10 : 90 내지 50 : 50 중량비로 혼합되며, 상기 시멘트는 황토 및 마사토의 혼합물 100을 기준으로 5 내지 20중량부가 포함되고, 혼화제는 상기 시멘트 100에 대하여 0.3 내지 0.7중량부가, 암모늄계 화합물은 상기 시멘트 100에 대하여 1 내지 3중량부가 포함되도록 하는 원재료준비단계;

상기 준비된 원재료를 균일하게 혼합하고 분쇄하는 단계;

상기 분쇄물이 포설될 지반에 미리 기초지반을 형성하는 기초형성단계;

상기 기초가 형성된 지반에 상기 분쇄물과 물을 혼합하여 포설하는 단계;

상기 포설단계를 거친 지반을 롤러다짐, 단뎀다짐 등으로 다지는 다짐단계; 및

상기 다짐단계가 완료된 후 지반의 조건에 따라 일정 기간의 양생하는 양생단계를 포함함을 특징으로 하는 흙을 이용한 지반조성방법.
제1항에 있어서,

상기 혼화제는 리그린계 화합물임을 특징으로 하는 흙을 이용한 지반조성방법.
제1항에 있어서,

상기 암모늄계 화합물은 인산암모늄(MAP), 인산2암모늄(DAP) 및 인산3암모늄(TAP)으로 이루어진 군에서 일 이상 선택된 것임을 특징으로 하는 흙을 이용한 지반조성방법.
제1항에 있어서,

상기 원재료준비단계에 황토의 심미감을 발현할 수 있도록 황토안료가 시멘트 100에 대하여 1 내지 3중량부가 더 포함됨을 특징으로 하는 흙을 이용한 지반조성방법.
제1항에 있어서,

상기 원재료준비단계에 천매암이 상기 시멘트 100에 대하여 0.5 내지 1.0중량부로 더 포함됨을 특징으로 하는 흙을 이용한 지반조성방법.
제1항에 있어서,

상기 분쇄물의 입도가 0.5 내지 2.0mm임을 특징으로 하는 흙을 이용한 지반조성방법.