KR100866012B1 - The composition for soil pavement and the construction method of soil pavement using thereof - Google Patents

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Abstract

A soil pavement construction method is provided to suppress emission of generated CO2 gas from cement production, to reduce the cost from CO2 generation and to control air pollution. A composition for soil pavement comprises soil 50 ~ 90 weight%, mixed soil 65 ~ 90 weight% consisting of active filler 10 ~ 50 weight% which is the mixture of metakaolin and blast furnace slag, firming agent 10 ~ 35 weight% consisting of sodium silicate 75 ~ 91 weight%, the caustic potash 8 ~ 24 weight% and phosphoric acid kali 1 ~ 17 weight%. A soil pavement construction method comprises following steps: a step for preparing composition for the soil pave, a step for installing composition on basic layer, a step for hardening by using vibrating roller or compactor, a step for curing and solidifing with or without a curing tool.

Description

흙 포장용 조성물 및 이를 이용한 흙 포장 시공 방법{The composition for soil pavement and the construction method of soil pavement using thereof}The composition for soil pavement and the construction method of soil pavement using the same
본 발명은 친환경적인 흙 포장용 조성물 및 이를 이용한 흙 포장 시공 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 마사토, 황토, 점토, 광산의 표층토 등과 같은 토양 50 ∼ 90중량%와 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 10 ∼ 50중량%로 이루어진 배합토 65 ∼ 90중량%와 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 이루어진 고화제 10 ∼ 35중량%로 구성되는 흙 포장용 조성물을 이용하되 상기 흙 포장용 조성물을 준비하는 단계; 상기 흙 포장용 조성물을 기층위에 포설하는 단계; 진동롤러나 콤팩터 등을 이용하여 다짐하는 단계; 다짐한 포장면 위에 전기장판 등의 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 흙 포장 시공 방법으로 시공함으로써 내부에 C-S-H와 비정질상의 지오폴리머릭 매트릭스(Geopolymeric matrix(Aluminosilicate gel(Al2O3·mSiO2·nM2O·xH2O(M=K, Na, Ca))))가 생성되는 것에 의해서 고화되기 때문에 시멘트 미사용으로 인하여 시멘트 생산시에 발생되는 CO2 가스의 방출을 억제하여 교토의정서에 의한 CO2 발생에 대한 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 대기오염을 줄일 수 있고, 시멘트 독성인 Cr6+ 등의 발생을 원천적으로 봉쇄할 수 있어 환경 오염을 유발하지 않고 포장된 도로를 이용하는 사람은 물론 시공자나 인근 주민들에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있으며, 광산으로부터 발생되는 많은 양의 표층토를 재활용함으로써 자연을 보호할 수 있으며, 고로슬래그와 같은 산업부산물을 재활용하여 환경을 보호하는 효과를 얻을 수 있는 흙 포장용 조성물 및 이를 이용한 흙 포장 시공 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an environment-friendly soil packaging composition and a method for constructing soil packaging using the same, and more specifically, it is a mixture of 50 to 90% by weight of soil such as masato, ocher, clay, and surface soil of mine and blast furnace slag and metakaolin. It consists of 65 to 90% by weight of compounded soil consisting of 10 to 50% by weight of active filler, 75 to 91% by weight of sodium silicate, 8 to 24% by weight of caustic cure and 10 to 35% by weight of solidifying agent of 1 to 17% by weight of phosphate Using the soil paving composition but preparing the soil paving composition; Laying the soil paving composition on a substrate; Compacting using a vibrating roller or a compactor; CSH and amorphous geopolymer matrix (GSH) inside the soil paving method consisting of the step of laying the curing device attached to the heating device such as electric blanket on the pavement surface and curing or curing and natural curing. Aluminosilicate gel (Al 2 O 3 · mSiO 2 · nM 2 O · xH 2 O (M = K, Na, Ca)))) is solidified by the production of CO 2 By suppressing the emission of gases, not only can the cost of CO 2 generation by the Kyoto Protocol be reduced, but also the air pollution can be reduced, and the generation of Cr 6+ , which is toxic to cement, can be blocked at the source, causing environmental pollution. It can provide a pleasant environment not only for those who use the paved road but also for the contractor or the residents, and recycles a large amount of surface soil from mines. As you can protect nature and relates to the industrial by-products can achieve the effect of recycling to protect the environment, soil composition and soil pavement paving method using the same, such as blast furnace slag.
일반적으로 도로포장은 도로면을 보호 강화하고 평탄성을 높여 사람의 통행과 차량의 주행을 편하게 하기 위하여 처리된 노면구조물로서, 여러 층으로 이루어진 층구조이며, 각 층은 각각의 역할을 분담하게 된다.In general, road pavement is a road structure that is processed to enhance the protection and flatness of the road surface and to facilitate the passage of people and the driving of the vehicle. The road pavement is a multi-layered layer structure, and each layer shares its role.
도로포장은 표층부의 재질에 따라 역청계(아스팔트) 포장, 콘크리트계 포장 및 블록 포장으로 크게 분류되는 데, 역청계 포장은 표층부가 아스팔트 또는 타르에 의해 고결된 쇄석 등의 골재로 되어 있는 것으로, 아스팔트 포장, 타르 포장 등과 같이 부르고 있으며, 현재 세계 각국의 도로의 대부분을 차지하고 있고, 그 종류도 대단히 많다.Road pavement is classified into bitumen (asphalt) pavement, concrete pavement and block pavement according to the material of the surface layer. The bitumen pavement is the surface layer is composed of aggregate such as crushed stone by asphalt or tar. It is called as pavement, tar pavement, etc., and currently occupies most of the roads around the world.
콘크리트계 포장은 표층부에 콘크리트를 포설한 것인 데, 콘크리트 뿐이거나 콘크리트에 철망을 삽입한 보통의 콘크리트 포장 외에, 철근 콘크리트 포장, 프리스트레스트 콘크리트 포장 등이 있으며, 블록포장은 돌, 벽돌, 시멘트, 나무, 아스팔트 등의 각종 블록을 표층부에 깔아서 된 것으로, 현재 차도에는 별로 쓰이지 않 고, 보도나 광장 등에 쓰이고 있을 뿐이다.Concrete paving is concrete laid on the surface layer. In addition to concrete or ordinary concrete paving with wire mesh in concrete, reinforced concrete paving, prestressed concrete paving, etc., block paving includes stone, brick, cement, Various blocks such as wood and asphalt are laid on the surface layer, and they are not used in the roadway at present, but are used for sidewalks and plazas.
한편, 최근에는 환경 친화적이면서도 인체에 해를 끼치지 않는 흙을 이용한 포장공법이 자전거 전용 도로 및 보도에 적용되고 있는 추세이다. 그러나, 대부분의 흙 포장 시공 방법은 시멘트나 폴리머를 주바인더로 첨가하고, 기능을 개선하기 위한 첨가제로서 소석회, 석고, 석회석, 고로슬래그, 플라이 애쉬, 메타카올린, 실리카퓸 등의 포졸란 물질을 사용하고 있다.Meanwhile, in recent years, a pavement method using environmentally friendly but not harmful to human body has been applied to bicycle roads and sidewalks. However, most soil pavement methods use cement or polymer as the main binder and use pozzolanic materials such as slaked lime, gypsum, limestone, blast furnace slag, fly ash, metakaolin, silica fume as additives to improve the function. have.
또한, 종래의 시멘트나 아스팔트를 주성분으로 하는 포장 방법은 매우 손쉬운 작업성과 저렴한 가격으로 많은 분야에서 시공되고 있지만 시멘트를 생산하기 위해서 석탄 또는 석유를 필요로 하며, 소비되는 석탄자원과 석유자원은 연소 과정에서 막대한 CO2가스를 발생시키고, 시멘트의 원료로 사용되는 석회석은 CaCO3로 구성되어 시멘트 생산시 CO2 가스를 발생시키는 주된 원료이기 때문에 시멘트의 사용 자체가 환경 오염을 유발하는 문제가 있다. 즉, 시멘트 생산으로 발생되는 CO2 가스는 환경오염 및 대기오염을 일으키는 주범 중의 하나이다.In addition, the conventional cement or asphalt-based pavement method has been installed in many fields with very easy workability and low price, but requires coal or petroleum to produce cement, and consumed coal and petroleum resources are combustion process Since limestone used to generate enormous CO 2 gas and used as a raw material of cement is composed of CaCO 3 is the main raw material to generate CO 2 gas in the production of cement, there is a problem that the use of cement itself causes environmental pollution. That is, CO 2 gas generated from cement production is one of the main causes of environmental pollution and air pollution.
뿐만 아니라, 시멘트나 아스팔트와 같은 포장재에 의한 포장층은 지하 생태계와 주변 생태계를 단절시키는 포장이고, 흙으로부터 인체에 유리한 성분들의 발산을 인위적으로 막아 희귀한 질병 등을 유발하기도 하였다. 최근 이러한 시멘트로부터 발생되는 많은 환경적문제 등을 근거로 시멘트 사용량 저감에 대한 인식이 국제적으로 확산되고 있으며, 그 예로 소성(燒成)을 행하지 않는 재료의 사용 개념이 도입되고 있으며, 무기바인더로서 개발되는 여러 가지 비시멘트형 소재들이 등장하 고 있다. 예를 들어, 지오폴리머(geopolymer) 혹은 미네랄폴리머(mineral polymer)나 인오르가닉폴리머(inorganic polymer)로 명명되는 새롭게 개발된 무기바인더가 있다. 그러나, 아직까지 지오폴리머 기술(geopolymer technique)에 의해 개발된 포장재는 전무한 실정이다.In addition, the pavement layer by paving materials such as cement and asphalt is a pavement that disconnects the underground ecosystem and the surrounding ecosystem, and artificially prevents the release of beneficial substances from the soil, causing rare diseases. Recently, awareness of the reduction of cement usage is spreading internationally based on many environmental problems generated from such cements. For example, the concept of using a material that does not fire is introduced, and developed as an inorganic binder. Many non-cement materials are emerging. For example, there is a newly developed inorganic binder called geopolymer or mineral polymer or organic polymer. However, there is no packaging material developed by the geopolymer technique.
이러한 환경적, 산업적 인식의 전환을 고려한 시멘트 저감형 제품 및 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 특허 제438138호에는 천연의 흙과 시멘트와 고화재 조성의 범위를 한정하고, 입자의 크기 조절을 통하여 우수한 물성을 유도한 기술이 기재되어 있고, 특허 제625172호는 황토성분이 있는 점성토나 사질토에 제지슬러지, 상수슬러지, 석분토의 조성에 혼화재, 팽창제, 보수제 등을 첨가한 흙 혼합물과 시멘트와 골재를 첨가하고 여기에 다시 수지를 첨가하여 치밀화한 것이 기재되어 있다. 그러나, 상기와 같은 기술은 여전히 시멘트의 접착력에 의존하는 기술들이고, 환경문제 개선에도 효과가 거의 없는 것이다.Cement reduction products and technologies are being developed in consideration of this shift in environmental and industrial awareness. For example, Patent No. 438138 describes a technique for limiting the range of natural soil, cement and solidification composition, and inducing excellent physical properties by controlling the size of particles. It has been described that the clay mixture, coarse sludge, coarse sludge, coarse soil, and clay powder are mixed with soil, expansion agent, water refining agent, soil mixture, cement and aggregate, and the resin is further densified. However, such a technique is still a technique that depends on the adhesion of the cement, it is almost ineffective in improving the environmental problems.
또한, 특허 제504987호에는 흙 포장 공사에 있어서 플라이 애쉬나 제지 슬러지 등의 혼화제와 시멘트 및 안료, 소석회, 실리카퓸으로 구성된 토양 강화 개선재가 기재되어 있고, 특허 제789877호, 제570958호, 제581227호, 제775360호 등과 같은 대다수의 흙 포장관련 특허들은 상기 설명한 바와 같이 시멘트에 첨가제 등을 통하여 기능을 향상시킨 포장기술이다.In addition, Patent No. 504987 describes soil reinforcement improving materials composed of admixtures such as fly ash or paper sludge, cement, pigment, slaked lime and silica fume in soil pavement construction. Patent Nos. 789877, 570958, and 581227. Many soil packaging patents, such as US Pat. No. 7,775,360 and the like, are a packaging technology that improves functions through additives to cement as described above.
흙 포장은 사람들이 자주 이용하는 산책로나 공원, 운동장, 인도 등에서의 포장재이기 때문에 자연상태의 흙이나 친환경적 소재를 사용하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 이 포장재의 시공을 위한 자연훼손이나 파괴 등은 2차 환경오염을 일 으키기 때문에 바람직하지 않다. 뿐만 아니라, 흙만을 이용한 포장재는 빗물에 의해서 손상되는 경우가 많으며, 시멘트의 대체 소재에 대한 대안은 아직도 미흡한 실정이다.Soil pavement is a paving material that people often use on the trails, parks, playgrounds, sidewalks, etc., it is preferable to use natural soil or environmentally friendly materials. In addition, natural damage or destruction for the construction of this packaging material is undesirable because it causes secondary environmental pollution. In addition, the soil-only packaging is often damaged by rainwater, the alternative to the alternative material of cement is still insufficient.
따라서, 본 발명의 목적은 흙만을 이용하는 포장재가 쉽게 손상되는 단점을 해결하고, 시멘트를 사용하지 않아 친환경적이면서도 인체에 해를 미치지 않고 내구성이 강한 흙 포장용 조성물을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the disadvantage that the packaging material using only soil is easily damaged, and to provide a durable earth packaging composition that does not use cement and is environmentally friendly and does not harm the human body.
본 발명의 다른 목적은 흙 포장용 조성물에 의해서 산성 토양의 중화 혹은 약 알칼리화를 도모하며, 고로슬래그와 광산의 표층토을 재활용하여 자연 환경 파괴를 최소화하는 흙 포장용 조성물을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a soil paving composition for neutralizing or weakly alkalizing acid soils by the soil paving composition and minimizing the destruction of the natural environment by recycling the blast furnace slag and the surface soil of the mine.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 목적의 조성물을 이용하여 친환경적인 흙 포장 시공 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide an environmentally friendly earth paving method using the composition of the above object.
상기 목적들 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 또 다른 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 마사토, 황토, 점토, 광산의 표층토 등과 같은 토양 50 ∼ 90중량%와 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 10 ∼ 50중량%로 이루어진 배합토 65 ∼ 90중량%와 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 이루어진 고화제 10 ∼ 35중량%로 구성되는 흙 포장용 조성물을 이용하되 상기 흙 포장용 조성물을 준비하는 단계; 상기 흙 포장용 조성물을 기층위에 포설하는 단계; 진동롤러나 콤팩터 등을 이용하여 다짐하는 단계; 다짐한 포장면 위에 전기장판 등의 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 흙 포장 시공 방법으로 시공함으로써 내부에 C-S-H와 비정질상의 지오폴리머릭 매트릭스(Geopolymeric matrix(Aluminosilicate gel(Al2O3·mSiO2·nM2O·xH2O(M=K, Na, Ca))))가 생성되는 것에 의해서 고화되도록 하였다.In order to achieve the above objects as well as yet another object that can be easily expressed in the present invention, active filler 10 which is a mixture of blast furnace slag and metakaolin with 50 to 90% by weight of soil such as masato, loess, clay, surface soil of mine, etc. For soil pavement consisting of 65 to 90% by weight of mixed soil consisting of 50% by weight, 75 to 91% by weight of sodium silicate, 8 to 24% by weight caustic and 1 to 17% by weight of phosphate Preparing a composition for paving soil using a composition; Laying the soil paving composition on a substrate; Compacting using a vibrating roller or a compactor; CSH and amorphous geopolymer matrix (GSH) inside the soil paving method consisting of the step of laying the curing device attached to the heating device such as electric blanket on the pavement surface and curing or curing and natural curing. the was allowed to solidify by being generated Aluminosilicate gel (Al 2 O 3 · mSiO 2 · nM 2 O · xH 2 O (M = K, Na, Ca)))).
본 발명에 따른 흙 포장은 시멘트 미사용으로 인하여 시멘트 생산시에 발생되는 CO2 가스의 방출을 억제하여 교토의정서에 의한 CO2 발생에 대한 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 대기오염을 줄일 수 있고, 시멘트 독성인 Cr6+ 등의 발생을 원천적으로 봉쇄할 수 있어 환경 오염을 유발하지 않고 포장된 도로를 이용하는 사람은 물론 시공자나 인근 주민들에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있으며, 광산으로부터 발생되는 많은 양의 표층토를 재활용함으로써 자연을 보호할 수 있으며, 고로슬래그와 같은 산업부산물을 재활용하여 환경을 보호하는 효과를 얻을 수 있다.The soil pavement according to the present invention can suppress the emission of CO 2 gas generated during cement production due to the use of cement, not only can reduce the cost of CO 2 generation by the Kyoto Protocol, but also reduce air pollution, cement It is possible to block the generation of toxic Cr 6+ at the source, so that it can provide a pleasant environment not only to people using the paved road but also to the contractor or residents, without causing environmental pollution. Recycling can be used to protect nature, and the industrial by-products such as blast furnace slag can be recycled to protect the environment.
본 발명에 따른 흙 포장용 조성물은 마사토, 황토, 점토, 광산의 표층토 등과 같은 토양 50 ∼ 90중량%와 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 10 ∼ 50중량%로 이루어진 배합토 65 ∼ 90중량%와 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 이루어진 고화제 10 ∼ 35중량%로 구성되는 것으로 특징지워진다.Soil pavement composition according to the present invention 65 to 90% by weight of the mixed soil consisting of 50 to 90% by weight of the soil such as masato, loess, clay, surface soil of the mine and 10 to 50% by weight of the active filler is a mixture of blast furnace slag and metakaolin; It is characterized by consisting of 10 to 35% by weight of a solidifying agent consisting of 75 to 91% by weight of sodium silicate, 8 to 24% by weight of caustic chlorine, and 1 to 17% by weight of phosphate.
또한, 본 발명에 따른 흙 포장 시공 방법은 마사토, 황토, 점토, 광산의 표층토 등과 같은 토양 50 ∼ 90중량%와 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필 러 10 ∼ 50중량%로 이루어진 배합토 65 ∼ 90중량%와 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 이루어진 고화제 10 ∼ 35중량%로 구성되는 흙 포장용 조성물을 준비하는 단계; 상기 흙 포장용 조성물을 기층위에 포설하는 단계; 진동롤러나 콤팩터 등을 이용하여 다짐하는 단계; 다짐한 포장면 위에 전기장판 등의 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 것으로 특징지워진다.In addition, the soil pavement construction method according to the present invention is a mixed soil consisting of 50 to 90% by weight of the soil, such as masato, ocher, clay, surface of the mine, and 10 to 50% by weight of the active filler is a mixture of blast furnace slag and metakaolin 65 ~ Preparing a soil packaging composition composed of 90% by weight and 75 to 91% by weight of sodium silicate, 8 to 24% by weight caustic, and 10 to 35% by weight of a hardener comprising 1 to 17% by weight of phosphate; Laying the soil paving composition on a substrate; Compacting using a vibrating roller or a compactor; It is characterized in that it comprises the step of laying a curing device attached to a heating device such as an electric sheet on the pavement packed and cured or natural curing to solidify.
본 발명에서 사용되는 토양은 일반적으로 지표에서 얻어지는 붉은 색의 진흙(적점토)과 황토 등의 점질토와, 고령토, 백토, 마사토 등의 사질토 등이 가능하며, 토양의 종류는 특별히 한정되지는 않으나, 대체로 입경이 0.8 ∼ 0.005mm인 실트성분과 세립질 및 과립의 입자가 30% : 40% : 30% 정도의 비율로 적당히 섞여있는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에서는 여러 가지 점토입자의 특성이 골고루 섞여 있는 규석광산으로부터 발생된 표층토를 사용하였다. 상기 표층토는 입자의 크기가 212㎛ 미만(평균입경이 50㎛)인 것 30 ~ 50wt%의 범위를 가지며, 212㎛ 이상 ∼ 2mm 이하의 입자가 50 ~ 70wt% 범위인 것으로 점질과 사질이 적당히 혼합되어 있는 특징이 있다. 또한, 토양의 화학성분상의 조성을 특별히 한정하는 것은 아니지만 표 1에 기재된 바와 같은 조성을 포함하는 토양을 사용하였다.Soils used in the present invention are generally clays such as red mud (red clay) and ocher obtained from the surface of the earth, and sandy soils such as kaolin, white clay and masato, etc., and the type of soil is not particularly limited, but generally, It is preferable that the silt component having a particle diameter of 0.8 to 0.005 mm and the particles of fine granules and granules are suitably mixed in a ratio of 30%: 40%: 30%. In particular, in the present invention, the surface soil generated from the silica mine is mixed with the characteristics of various clay particles. The surface soil has a particle size of less than 212㎛ (average particle diameter is 50㎛) has a range of 30 ~ 50wt%, particles of more than 212㎛ ~ 2mm ranges from 50 ~ 70wt%, the viscosity and sand mixed properly There is a characteristic. In addition, although the composition of the chemical component phase of the soil is not specifically limited, the soil containing the composition as shown in Table 1 was used.
구분division SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 CaOCaO Fe2O3 Fe 2 O 3 K2OK 2 O TiO2 TiO 2 MgOMgO SO3 SO 3 Na2ONa 2 O
토양soil 65.065.0 21.821.8 0.60.6 5.75.7 -- -- 1.11.1 -- 0.40.4
고로슬래그 2(6,000)Blast furnace slag 2 (6,000) 29.3 29.3 12.8 12.8 46.8 46.8 0.3 0.3 0.50.5 1.1 1.1 3.5 3.5 5.1 5.1 0.2 0.2
메타카올린Metakaolin 52.652.6 38.138.1 4.84.8 1.41.4 0.70.7 0.20.2 1.11.1 -- 0.70.7
고로슬래그는 고로에서 선철을 제조할 때 부산물로 생성되는 것으로, 특별히 제한되지는 않으나 분말도(Blaine) 6,000cm2/g 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 (주)기초소재연구소로부터 생산 판매되는 6,000cm2/g 이상인 것을 사용하였으며, 특히 화학성분상의 조성을 특별히 한정하는 것은 아니지만 표 1에 기재된 바와 같은 조성을 포함하는 것을 사용하였다. 분말도가 6,000cm2/g 미만인 것을 사용할 경우, 흙 포장 시공시 백화 및 크랙이 발생하여 포장재의 압축강도가 재령일이 경과됨에 따라 감소하여 장기 안정성에 문제가 있고, 압축강도가 낮기 때문에 포장용 소재에 적용이 곤란한 단점이 있다.Blast furnace slag is produced as a by-product when producing pig iron in the blast furnace, but is not particularly limited, but it is preferable to use a powder (Blaine) of 6,000 cm 2 / g or more. In the present invention, 6,000 cm 2 / g or more produced and sold from the Basic Materials Research Institute Co., Ltd. was used, and the composition including the composition as shown in Table 1 was used, although the composition of the chemical component phase was not particularly limited. If the powder is less than 6,000cm 2 / g, whitening and cracking occurs during the construction of the soil, and the compressive strength of the packaging material decreases as the age of the old age decreases, resulting in long-term stability problems. There is a disadvantage that is difficult to apply to.
고로슬래그의 화학조성은 흙 성분 조성과는 달리 SiO2 + Al2O3 + CaO의 함량이 88.6 중량%이고, 기타 미량 성분들이 11.4 중량%를 차지하는 것으로, 강한 알칼리성 용액과 접촉하게 되면 잠재수경성의 특징으로 고로슬래그 입자의 피막이 파괴되고 입자를 구성하는 Si-O와 Al-O의 공유결합이 끊어지면서 Si 이온과 Al 이온을 용탈시켜 흙으로 제공한다. 지오폴리머(Geopolymer)는 Na2O, SiO2와 Al2O3의 3차원 망목형 구조로 이루어지며, 상기와 같은 잠재수경성에 의해서 pH13 이상의 액성하에서 용탈(dissolusion) → 응축(condensation) → 축중합(polycondensation/polymerization) 과정을 통하여 형성된다. 따라서, 고로슬래그 내에 존재하는 SiO2와 Al2O3의 조성은 본 발명의 흙 포장용 조성물 내에서 지오폴리머를 생성하는 주요한 원료공급원으로 작용하게 된다. 또한, 고로슬래그 내의 규산질 비료성분은 알칼리에 의해서 용출되어 토양으로 공급되기 때문에 산성화된 토양을 개질시킬수 있다. 고로슬래그의 함량은 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 100중량%에 대하여 70 ~ 90중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 반응의 주요한 골격은 고로슬래그와 고화제가 주된 반응을 일으키며, 메타카올린이 반응을 보조하고 충진재 역할을 하게 된다. 특히, 반응성에 있어서도 고로슬래그의 반응성이 메타카올린의 반응성보다 우수하기 때문에 초기강도를 발현하는 주요한 역할을 할 수 있으므로 고로슬래그가 상대적으로 많은 함량을 차지하는 것이 효과적이다. 그러나, 고로슬래그가 70중량% 미만으로 첨가될 경우에는 메타카올린의 고분말도에 의해서 입자들이 둘러싸여 반응이 억제되어 충분한 물성발휘가 어렵고, 90중량%를 초과하여 사용될 경우에는 경제성에서 메타카올린의 가격이 고로슬래그의 10배를 상회하기 때문에 물리적 강도 측면에서나 경제적 측면에서 바람직하지 않을 뿐만 아니라 고로슬래그의 빠른 반응성으로 기포가 발생하기 쉽고 내부에서 CaO에 의한 수화열 발생으로 장기적으로 크랙발생 등의 문제가 있어 바람직하지 않다.Unlike the soil composition, the blast furnace slag chemical composition is composed of SiO 2 + Al 2 O 3 + CaO content of 88.6% by weight and other trace components of 11.4% by weight. Characteristically, the film of blast furnace slag is broken and the covalent bond between Si-O and Al-O constituting the particle is broken, so that Si ions and Al ions are leached to provide soil. Geopolymer consists of three-dimensional network structure of Na 2 O, SiO 2 and Al 2 O 3 , and dissolution (condensation) It is formed through polycondensation / polymerization process. Therefore, the composition of SiO 2 and Al 2 O 3 present in the blast furnace slag serves as a major raw material source for producing geopolymers in the soil packaging composition of the present invention. In addition, the siliceous fertilizer component in the blast furnace slag is eluted by alkali and supplied to the soil, thereby reforming the acidified soil. The content of blast furnace slag is preferably 70 to 90% by weight based on 100% by weight of the active filler is a mixture of blast furnace slag and metakaolin. In the present invention, the main skeleton of the reaction is the blast furnace slag and the hardener causes the main reaction, metakaolin assists the reaction and serves as a filler. In particular, the blast furnace slag may play a major role in expressing initial strength because the reactivity of the blast furnace slag is superior to that of metakaolin in the reactivity. However, when blast furnace slag is added at less than 70% by weight, the particles are surrounded by the high-molecular weight of metakaolin and the reaction is suppressed. Therefore, it is difficult to exhibit sufficient physical properties, and when used in excess of 90% by weight, the price of metakaolin is economically high. Since it is more than 10 times of blast furnace slag, it is not only preferable in terms of physical strength or economical aspect, but also it is easy to generate bubbles due to rapid reactivity of blast furnace slag, and there is a problem such as crack generation in the long term due to generation of heat of hydration by CaO inside. Not.
메타카올린은 천연의 카올린을 700 ~ 750℃로 열처리한 것으로서, 본 발명에는 화학성분상의 조성을 특별히 한정하는 것은 아니지만 표 1에 기재된 바와 같은 조성을 포함하는 것을 사용하였다. 메타카올린은 고로슬래그와 혼합되어 고로슬래그를 보조해 주는 충진재 역할을 한다. 메타카올린의 분말도는 12,000cm2/g 이상인 것으로 황토색을 띄며, 입자와 입자 사이의 간극에 충진되어 경화체가 치밀한 조직을 갖게 해 주며, 비정질성이 매우 우수하여 고로슬래그와 마찬가지로 지오폴리머의 원료로서 사용된다. 특히, 메타카올린은 고로슬래그와는 달리 Al2O3가 38.1%로 매우 높은 함량으로 포함되어 있어 지오폴리머 소재를 제조시 용이하게 지오폴리머화 반응을 유도할 수 있는 장점이 있다. 또한, 황토색이기 때문에 흙 포장시공 시 안료의 첨가 없이도 자연스러운 흙 색상을 발휘할 수 있으며, 평균 입자크기가 도 1에 도시된 바와 같이 30㎛ 정도이고, 입도분포가 미립분과 세립분으로 존재하기 때문에 충진성이 우수하고 토양 중에 포함된 골재입자의 유동성을 향상시킨다. 뿐만 아니라, 메타카올린은 97%에 달하는 SiO2와 Al2O3가 고화제와 혼합시에 고로슬래그와 마찬가지로 흙 포장용 조성물 내에서 용탈-응축-축중합을 하는 지오폴리머화(geopolymerization) 반응으로 더욱 강한 결합력을 발휘하도록 작용한다. 메타카올린의 함량은 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 100중량%에 대하여 10 ~ 30중량% 첨가하는 것이 바람직하다. 10중량% 미만으로 첨가할 경우에는 필러효과 및 지오폴리머의 주성분인 SiO2와 Al2O3의 원소공급효과 저하로 충분한 지오폴리머릭 매트릭스(geopolymeric matrix)를 형성하기 어렵고, 30중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 첨가된 메타카올린의 고분말도가 고로슬래그를 둘러싸면서 반응을 억제하여 초기 강도가 현저하게 낮아지는 문제가 있으며, 가격이 높아지게 되어 상업적으로 경쟁력이 저하되는 단점도 있다.Metakaolin is a heat treatment of natural kaolin at 700 to 750 ° C. The present invention does not specifically limit the composition of the chemical component, but includes a composition as shown in Table 1 below. Metakaolin is mixed with blast furnace slag and serves as a filler to assist the blast furnace slag. The powder of metakaolin is more than 12,000cm 2 / g and is ocher color, and it is filled in the gap between the particles to make the hardened body have a dense structure, and it has excellent amorphousness and is a raw material of geopolymer like blast furnace slag. Used. In particular, unlike blast furnace slag, metakaolin contains 38.1% of Al 2 O 3 in a very high content, and thus has an advantage of easily inducing a geopolymerization reaction in preparing a geopolymer material. In addition, since it is ocher color, it is possible to exhibit a natural earthy color without adding a pigment when constructing the soil. The average particle size is about 30 μm as shown in FIG. 1, and the particle size distribution is filled with fine and fine grains. This is excellent and improves the fluidity of aggregate particles contained in the soil. In addition, metakaolin, as well as blast furnace slag when 97% of SiO 2 and Al 2 O 3 are mixed with a solidifying agent, is further subjected to a geopolymerization reaction, which is a leaching-condensation-condensation polymerization in the soil packaging composition. It acts to exert a strong bond. The content of metakaolin is preferably 10 to 30% by weight based on 100% by weight of the active filler which is a mixture of blast furnace slag and metakaolin. When added at less than 10% by weight, it is difficult to form a sufficient geopolymeric matrix due to the filler effect and lowering of element supply effects of SiO 2 and Al 2 O 3 , which are the main components of the geopolymer, and exceeds 30% by weight. When added, there is a problem in that the high powder of the added metakaolin suppresses the reaction while surrounding the blast furnace slag, and the initial strength is significantly lowered.
고로슬래그와 메타카올린으로 구성되는 활성필러의 사용량이 50중량%를 초과하거나 토양의 사용량이 50중량% 미만일 경우에는 흙 포장의 장점이 발현되지 못하는 단점이 있고, 고로슬래그와 메타카올린으로 구성되는 활성필러의 사용량이 10중량% 미만이거나 토양의 사용량이 90중량%를 초과할 경우에는 포장 시공이 용이하지 못하고 포장면의 강도가 저하되는 단점이 있다.When the amount of active filler consisting of blast furnace slag and metakaolin exceeds 50% by weight or the amount of soil used is less than 50% by weight, there is a disadvantage in that the advantages of soil pavement are not expressed, and the activity consisting of blast furnace slag and metakaolin If the amount of the filler is less than 10% by weight or the amount of the soil is more than 90% by weight, the construction of the pavement is not easy and the strength of the pavement surface is deteriorated.
본 발명에서 사용되는 고화제는 지오폴리머화 반응을 유도하기 위한 강알칼리성 분위기(pH 13 이상) 조성의 용도이다. 고화제의 주요 성분조성의 하나인 규산소다의 SiO2와 Na2O 및 가성카리의 K2O는 도 2에 도시된 바와 같이 지오폴리머의 주요 골격구조인 [Si4+]과 [Na+],[K+]의 양이온을 제공한다. 또한, 고화제의 OH-은 고로슬래그의 피막을 파괴하여 Si-O, Al-O의 공유결합을 끊음으로써 이온용출반응을 유도하며, 용출된 이온은 토양입자와 고로슬래그 및 메타카올린 입자 사이에서 3차원적 구조(framework)를 형성하며, 흙 포장용 조성물내에서 지오폴리머릭 매트릭스(geopolymeric matrix)를 형성하게 된다. 이때 양생 온도가 80℃ 이상일 경우에는 제올라이트(zeolite)와 지오폴리머릭 매트릭스가 동시에 생성된다.The solidifying agent used in the present invention is the use of a strongly alkaline atmosphere (pH 13 or higher) composition for inducing a geopolymerization reaction. And the one of sodium silicate, the main agent composition of SiO 2 and Na 2 O and K 2 O caustic Kariya of geo polymer are shown in Figure 2 the main skeleton of [Si 4+], and [Na +] To provide a cation of [K + ]. In addition, the OH - silver of the hardening agent breaks the blast furnace slag film and breaks the covalent bond between Si-O and Al-O to induce an ion elution reaction, and the eluted ions are separated between the soil particles and the blast furnace slag and metakaolin particles. It forms a three-dimensional framework and forms a geopolymeric matrix in the soil pavement composition. In this case, when the curing temperature is 80 ° C. or more, a zeolite and a geopolymer matrix are simultaneously formed.
본 발명에 사용된 고화제는 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 구성되며, 규산소다만을 사용할 경우에 pH가 11 정도로 낮아 본원에서 유도하려는 지오폴리머 반응은 일어나지 않고 알칼리 활성반응 일어나기 때문에 매우 급결되는 문제가 있다. 또한, 가성 카리만을 사용할 경우에는 pH 14 이상으로 매우 높기 때문에 지오폴리머 반응을 일으킬 수는 있으나 고로슬래그와 메타카올린으로부터 지오폴리머를 일으키기 위한 이온의 공급을 100% 할 수 없으므로 매우 고농도의 KOH를 첨가해야만 하고, 그렇게 되면 흙 포장 후에도 pH를 낮추기 위한 차후의 조치가 요구되어 비용이 추가되게 된다. 뿐만 아니라, 고농도의 pH는 토양의 액성을 강알칼리로 변화시키기 때문에 미생물이나 지하생태계에 악영향을 미칠 수가 있다. 첨가되는 가성카리는 인산카리 첨가시 규산소다의 액성을 급격하게 저하하여 규산소다를 침전시키기 때문에 이를 억제하기 위한 역할도 포함된다. 가성카리의 사용량은 8 ~ 24중량% 이며, 45%의 공업용 가성카리를 사용하는 것이 바람직하다. 가성카리의 양이 8중량% 미만일 경우에는 인산카리 첨가시 완전히 용해되기 어렵고, 규산소다의 침전물이 남아있게 되며, 24중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 흙 포장 완성된 후, 인산카리에 의한 pH를 10.5 이하로 낮추기 위한 시간이 장시간 소요되는 단점이 있다.The solidifying agent used in the present invention is composed of 75 to 91% by weight of sodium silicate, 8 to 24% by weight caustic and 1 to 17% by weight of phosphate, and the pH is lowered to about 11 when only sodium silicate is used. There is a problem that the geopolymer reaction is very quick because the alkali active reaction does not occur. In addition, when only caustic carry is used, it is possible to cause geopolymer reaction because it is very high at pH 14 or higher, but it is necessary to add very high concentration of KOH because it cannot supply 100% of ions to generate geopolymer from blast furnace slag and metakaolin. If this is the case, further measures are required to lower the pH even after soil packing, which adds to the cost. In addition, high concentrations of pH change soil liquids to strong alkalis, which can adversely affect microorganisms and underground ecosystems. Caustic added is also included in the role of suppressing the addition of the phosphate, so the soda silicate is sharply lowered to precipitate sodium silicate. The amount of caustic carry used is 8 to 24% by weight, and it is preferable to use 45% industrial caustic carry. When the amount of caustic carries is less than 8% by weight, it is difficult to dissolve completely when caric phosphate is added, and precipitates of sodium silicate remain.When it is added in excess of 24% by weight, the pH of the carbophosphate is completed after soil packing is completed. It takes a long time to lower the time to 10.5 or less.
한편, 인산카리는 일정시간동안 규산소다와 가성카리가 고로슬래그나 메타카올린과 반응하지 못하도록 반응을 억제하는 역할로 작용하여 작업성을 확보하며, 규산소다의 내수성을 향상시키고, 흙 포장용 조성물내에서 과량의 OH-이온의 소비를 촉진하여 pH를 9.0 ~ 10.5의 범위로 낮추는 역할을 한다. 인산카리는 1 ~ 17중량% 범위로 사용하는 것이 바람직하며, 상기 범주를 벗어나게 되면 PO4 -3로서의 역할을 할 수 없게 된다. 첨가된 PO4 -3 이온은 고로슬래그의 주성분의 하나인 CaO 와 반응하여 Ca3(PO4)2를 형성하고, 이 물질은 알칼리 활성화된 슬래그(slag)의 반응을 억제하며, 고로슬래그 입자의 표면으로 용출된 [Ca2+]이온의 농도를 저감하여 용이하게 지오폴리머릭 매트릭스를 생성하게 한다. On the other hand, the phosphoric acid phosphorus acts to suppress the reaction to prevent the reaction of sodium silicate and caustic with blast furnace slag or metakaolin for a certain time to secure workability, improve the water resistance of sodium silicate, and in the soil packaging composition It promotes the consumption of excess OH - ions to lower the pH to the range of 9.0 ~ 10.5. It is preferable to use the phosphate in the range of 1 to 17% by weight, and if it falls outside the above range, it cannot serve as PO 4 -3 . The added PO 4 -3 ions react with CaO, one of the main components of blast furnace slag to form Ca 3 (PO 4 ) 2 , which inhibits the reaction of alkali-activated slag, The concentration of [Ca 2+ ] ions eluted to the surface is reduced to facilitate the generation of a geopolymer matrix.
본 발명에 있어서 고화제에 사용되는 규산소다는 규산칼륨, 규산리튬, 규산소다리튬 등이 가능하며, 가성카리는 가성소다나 가성칼슘, 가성석회 등이 가능하고, 인산카리는 인산소다, 인산칼슘, 인산, 인산마그네슘, 인산알루미늄, 인산아연, 폴리인산암모늄 등이 사용 가능하며, 규산소다, 가성카리 및 인산카리는 특별히 한정되는 것은 아니다.  In the present invention, the sodium silicate used in the solidifying agent may be potassium silicate, lithium silicate, lithium sodium silicate, and the like, and caustic carry may be caustic soda, caustic calcium, caustic lime, and the like. , Phosphoric acid, magnesium phosphate, aluminum phosphate, zinc phosphate, ammonium polyphosphate and the like can be used, and sodium silicate, caustic and phosphate are not particularly limited.
상기와 같이 구성되는 흙 포장용 조성물을 준비하는 단계; 상기 흙 포장용 조성물을 기층위에 포설하는 단계; 진동롤러나 콤팩터 등을 이용하여 다짐하는 단계; 다짐한 포장면 위에 전기장판 등의 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계를 행하여 흙 포장 시공을 행한다.Preparing an earth packaging composition configured as described above; Laying the soil paving composition on a substrate; Compacting using a vibrating roller or a compactor; On the pavement surface, a curing device with a heating device such as an electric blanket is installed and cured or cured by natural curing to perform soil pavement construction.
본 발명의 흙 포장용 조성물을 이용한 흙 포장 시공방법에 있어서 흙 포장용 조성물의 배합은 건식, 반건식, 습식으로 상기 설명한 조성 비율에 따라서 배합할 수 있다.In the soil pavement construction method using the soil pavement composition of the present invention, the soil pavement composition may be blended according to the above-described composition ratio of dry, semi-dry and wet.
상기 흙 포장용 조성물 준비단계, 포설단계, 다짐단계는 흙 포장을 균일하고 완전하게 시공할 수 있는 방법이라면, 특별히 한정되지 않고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 선택하여 적용할 수 있다. The soil preparation composition preparation step, laying step, compaction step is a method that can be uniformly and completely construction of the soil packaging, is not particularly limited, can be applied by selecting a method commonly used in the art to which the present invention belongs. have.
흙 포장용 조성물을 이용한 흙 포장 시공에 있어서 다짐이 완료된 표층면의 양생은 25 ∼ 80℃의 온도에서 양생하며, 하절기에는 자연 양생이 가능하지만 하절기를 제외한 시기에는 빠른 보행 및 통행을 위해서 경화를 촉진하기 위해서는 시중에서 판매되고 있는 양생포나 비닐 등을 이용하여 표층면을 덮고 스팀이나 온풍기를 이용하여 양생할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 (주)세기센추리에서 판매하고 있는 건조매트(롤러형, 원적외선이 방사되는 난방용 필름 80℃ 발열)를 이용하여 60℃하에 4시간 이상 보온 양생하여 1일 후에 보행이 가능하도록 할 수 있다.Curing of the surface layer after the compaction in the soil pavement construction using the soil pavement composition is cured at a temperature of 25 ~ 80 ℃, natural curing is possible in the summer season, but in the period except summer season to promote hardening for fast walking and passage In order to cover the surface layer using commercially available curing cloth or vinyl, it can be cured by using steam or hot air, and more preferably, drying mats (roller type, far-infrared rays) sold by Century Century Co., Ltd. Using a film for heating 80 ℃ heating) can be kept warm for 4 hours or more at 60 ℃ to enable walking after 1 day.
본 발명의 흙 포장재용 조성물을 이용한 흙 포장 시공방법은 흙에 고로슬래그와 메타카올린을 첨가함으로써, 기존의 시멘트의 유해성을 차단하고, 제올라이트와 동일한 결정구조를 가지는 지오폴리머를 형성함으로써 산성토양의 중화 및 약 알칼리화가 가능하며, 지오포리머화 반응에 의해서 경화되므로써 압축강도가 10 ~ 30MPa인 포장기반을 얻을 수 있다.Soil pavement construction method using the soil pavement composition of the present invention neutralizes the acidic soil by adding blast furnace slag and metakaolin to the soil, blocking the harmfulness of the existing cement, and forming a geopolymer having the same crystal structure as zeolite And weak alkalizing is possible, and by curing by the geopolymerization reaction, a packaging base having a compressive strength of 10 to 30 MPa can be obtained.
도 1은 본 발명에서 사용되는 메타카올린의 입도분포곡선이고,1 is a particle size distribution curve of metakaolin used in the present invention,
도 2는 지오폴리머의 구조를 나타내는 사진이다.2 is a photograph showing the structure of a geopolymer.

Claims (5)

  1. 마사토, 황토, 점토, 광산의 표층토로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 토양 50 ∼ 90중량%와 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 10 ∼ 50중량%로 이루어진 배합토 65 ∼ 90중량%와 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 이루어지는 고화제 10 ∼ 35중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 흙 포장용 조성물.50 to 90% by weight of at least one soil selected from the group consisting of masato, ocher, clay, and mine surface soil, and 10 to 50% by weight of active filler which is a mixture of blast furnace slag and metakaolin; A soil packaging composition comprising 75 to 91% by weight of sodium silicate, 10 to 35% by weight of a caustic agent, and 8 to 24% by weight caustic and 1 to 17% by weight of phosphate.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 활성필러는 고로슬래그 70 ~ 90중량%와 메타카올린 10 ~ 30중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 흙 포장용 조성물.The composition of claim 1, wherein the active filler comprises 70 to 90 wt% of blast furnace slag and 10 to 30 wt% of metakaolin.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 고로슬래그는 6,000cm2/g 이상의 분말도를 갖고, 메타카올린은 12,000cm2/g 이상의 분말도를 갖는 것임을 특징으로 하는 흙 포장용 조성물.The soil paving composition of claim 1 or 2, wherein the blast furnace slag has a powder degree of 6,000 cm 2 / g or more, and the metakaolin has a powder degree of 12,000 cm 2 / g or more.
  4. 흙 포장 시공 방법은 마사토, 황토, 점토, 광산의 표층토로 구성되는 군으로 부터 선택된 적어도 1종 이상의 토양 50 ∼ 90중량%와 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 10 ∼ 50중량%로 이루어진 배합토 65 ∼ 90중량%와 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 이루어진 고화제 10 ∼ 35중량%로 구성되는 흙 포장용 조성물을 준비하는 단계; 상기 흙 포장용 조성물을 기층위에 포설하는 단계; 진동롤러 또는 콤팩터를 이용하여 다짐하는 단계; 다짐한 포장면 위에 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 흙 포장 시공 방법.Soil pavement method consists of 50 to 90% by weight of at least one soil selected from the group consisting of masato, ocher, clay, and surface soil of mine and 10 to 50% by weight of active filler which is a mixture of blast furnace slag and metakaolin. Preparing a soil packaging composition composed of 65 to 90% by weight, 75 to 91% by weight of sodium silicate, 8 to 24% by weight caustic, and 10 to 35% by weight of a hardener comprising 1 to 17% by weight of phosphate; Laying the soil paving composition on a substrate; Compacting using a vibrating roller or compactor; A method of paving soil comprising the steps of laying a curing device with a heating device on the pavement surface, and curing or curing with natural curing.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 양생은 25 ∼ 80℃의 온도에서 행하는 것을 특징으로 하는 흙 포장 시공 방법.The soil pavement construction method according to claim 4, wherein the curing is performed at a temperature of 25 to 80 ° C.
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