KR100874496B1 - 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물 및 이를 이용한도로 흙포장방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물 및 이를 이용한 도로 흙포장방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물은 토양과 제강슬래그를 혼합하여 형성한 배합토와, 배합토에 혼합되는 경화제를 구비하되, 토양을 100 기준 중량부로 할 때, 제강슬래그 40 내지 60 중량부와, 경화제 25 내지 30 중량부가 혼합되며, 배합토는 토양을 100 기준 중량부로 했을 때, 황토분말 5 내지 10 중량부가 더 혼합되어 형성되고, 제강슬래그는 산화칼슘을 100 기준 중량부로 했을 때, 이산화규소 43 내지 48, 알루미나 18 내지 22, 철분 7 내지 9, 산화 마그네슘 16 내지 20, 황 0.15 내지 0.25, 이산화 티타늄 3 내지 4 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물 및 이를 이용한 도로 흙포장방법은 친환경적이고, 토질을 개선시킬 수 있는 도로를 제공할 수 있는 이점이 있다.

도로 흙포장, 제강슬래그

Description

제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물 및 이를 이용한 도로 흙포장방법 {Road paving material formation having steel making slag and method for paving of road using that}

본 발명은 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물 및 이를 이용한 도로 흙포장방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 제강슬래그가 혼합되어 토질을 개량할 수 있는 친환경적인 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물 및 이를 이용한 도로 흙포장방법에 관한 것이다.

사람들이 자주 이용하는 각종 스포츠 시설의 운동장과 공원의 산책로, 보도, 특히 문화 유적지의 고풍스런 풍취를 유지하기 위하여 시공포장 재료로서 자연상태의 흙 또는 마사토를 이용하는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 재료를 수득하기 위해서는 자연을 훼손하여 토사를 채취해야 하고, 자연의 흙으로 부지나 도로에 포장한 이후, 장마 시에는 배수성이 좋지 않아 질퍽 거려 운동이나 산책, 관람시 많은 불편함이 따른다. 특히, 학교운동장의 경우는 동절기에 눈이나 비가 포장면의 흙과 함께 동결되면, 완전히 해동될 때까지는 운동장에서의 운동이나 행사에 큰 제약을 받아왔다. 따라서, 자연상태의 흙 또는 마사토를 이용하는 포장방법은 포장목적에 맞는 양질의 토양재료를 입수하는 것이 쉽지 않고, 자연 흙의 특성상 투수성과 안정성이 떨어지므로 그대로 이용하는 것은 현실적으로 어려운 일이다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 포장 공법에는 콘크리트 포장공법, 아스팔트 포장공법, 마사토와 생석회를 혼합하여 전압 다짐한 공법, 흙과 시멘트를 혼합하여 다짐한 공법, 흙과 토양 경화제를 다량 혼합하여 지반을 고화시키는 공법 등이 있다.

그러나 상기 콘크리트 포장공법 및 아스팔트 포장공법은 강도나 내구성 면에서 우수하나 주로 사용되는 포장재료가 아스팔트와 콘크리트로서, 이들의 주원료인 아스콘과 시멘트가 고가이므로 공사 비용이 상승하게 되고, 상기 아스팔트와 콘크리트는 모래와 골재를 단순히 아스콘 또는 시멘트와 같은 경화제를 사용하여 물리적인 결합상태만 유지하여 도로의 포장을 수행하므로, 빗물 등에 의해 오염성분이 녹아내리거나 화학적 반응에 의해 주변 토양을 악화시키는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 콘크리트의 경우 너무 딱딱해 보행감이 좋지 못하고, 아스팔트의 경우 고온에서 쉬 물러지는 단점을 갖는다.

따라서 최근에는 환경친화적이면서도 자연경관을 살릴 수 있고, 구하기 쉬우면서도 비용이 저렴한 흙을 포장재료로 사용하는 공법으로서, 흙과 시멘트를 혼합하여 다짐한 공법 또는 흙과 토양 경화제를 다량 혼합하여 지반을 고화시키는 공법이 시도되고 있다.

흙은 여러 가지의 암석이 풍화되어 제자리에 남거나 여러 자연작용으로 운반 퇴적된 부드러운 지표층을 의미하며, 그 구성은 무기질과 생물의 유체가 퇴적된 유 기질로 이루어져 있으므로 도로를 포장하는 재료로 흙을 사용한다는 것은 주위의 경관을 해치지 않게 되고 오염의 우려가 없는 매우 자연친화적인 재료이므로 도로 포장조성물로 손색이 없다.

그러나 흙은 매우 다양한 성분을 함유하고 있는 비교적 작은 입자 형태로 결속력이 현저히 떨어지는 재료이므로 이를 그대로 도로 포장재로 사용하기는 용이하지 않다. 이러한 문제를 해결하기 위해 대한민국 공개특허 제2002-85530호에는 결속력이 떨어지는 흙을 무기계 경화제에 견고하게 결합될 수 있도록 하는 기술이 개시되어 있다.

하지만 상기 종래 기술과 같이 자연의 흙만을 경화제로 경화시켜 도로 포장재로 사용하는 경우에는 시간이 지남에 따라 도로의 습윤상태가 지속되어 흙으로 환원되고, 투수성이 떨어져 동절기에 동결 융해되며, 흙과 경화제의 혼합조건 또는 그 비율에 따라 흙 입자의 팽윤 작용에 의한 균열정도가 심각한 수준이 되는 문제가 발생하기도 하였다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 흙에 제강슬래그를 혼합하여 배합토를 제조함으로써 토양을 개질할 수 있는 친환경적인 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물 및 이를 이용한 도로 흙포장방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물은 토양과 제강슬래그를 혼합하여 형성한 배합토와, 배합토에 혼합되는 경화제를 구비하되, 토양을 100 기준 중량부로 할 때, 제강슬래그 40 내지 60 중량부와, 경화제 25 내지 30 중량부가 혼합된다.

배합토는 토양을 100 기준 중량부로 했을 때, 황토분말 5 내지 10 중량부가 더 혼합되어 형성되고, 제강슬래그는 산화칼슘을 100 기준 중량부로 했을 때, 이산화규소 43 내지 48, 알루미나 18 내지 22, 철분 7 내지 9, 산화 마그네슘 16 내지 20, 황 0.15 내지 0.25, 이산화 티타늄 3 내지 4 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 도로 흙포장방법은 제강슬래그와 황토분말 및 토양을 혼합하여 배합토를 형성하는 배합토 제조단계와, 배합토에 경화제를 혼합하여 포장재용 조성물을 형성하는 경화제 혼합단계와, 포장재용 조성물을 바닥에 포설하는 포설단계 및 포설된 포장재용 조성물을 압력을 가해 다지는 다짐단계를 구비한다.

또한 도로 흙포장방법은 제강슬래그와 황토분말 및 토양을 혼합하여 배합토를 형성하는 배합토 제조단계와, 배합토에 경화제를 혼합하여 포장재용 조성물을 형성하는 경화제 혼합단계와, 포장재용 조성물에 물을 혼합하는 수분혼합단계와, 물이 혼합된 포장재용 조성물을 바닥에 포설하는 포설단계 및 포설된 포장재용 조성물을 평탄하게 만드는 평탄작업단계를 구비할 수도 있다.

제강슬래그는 자력선별을 통해 철분의 함량이 전체 중량의 4 내지 8%가 되도록 자력 선별한 후, 입자의 직경이 1 내지 4mm가 되도록 파쇄하고, 포장재용 조성물은 토양을 100 기준중량부로 했을 때, 제강슬래그 40 내지 60 중량부, 황토 5 내지 10 중량부, 경화제 20 내지 30 중량부가 혼합되어 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물 및 이를 이용한 도로 흙포장방법은 친환경적이고, 토질을 개선시킬 수 있는 도로를 제공할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물 및 이를 이용한 도로 흙포장방법을 실시예를 통해 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물은 건조중량의 토양과 제강슬래그 및 황토분말을 포함하는 배합토와, 이 배합토에 혼합되는 경화제를 구비한다.

토양은 작업의 편의성과 도로 포장비용의 절감을 위해 도로 포장작업이 이루 어지는 지역의 인근에 있는 흙을 사용할 수 있다. 본 발명에 사용되는 토양은 주변에서 쉽게 구할 수 있는 일반토가 적용될 수 있으나, 보다 바람직하게는 입자의 크기가 80㎛ 이하의 실드 또는 점토분이 30% 정도 함유된 사질토나 실드질토 또는 점성토가 사용되는 것이 좋다.

제강슬래그는 철에서 강을 만들기 위해 쇳물에 녹아있는 탄소, 규소성분 등을 제거하는 공정에서 발생하는 것으로서, 고로에서 제조된 쇳물에 고압의 산소를 불어넣어 정련하는 공정에서 생성되는 전로슬래그 (BOF Slag)와 고철 등을 전기로에서 정련할 때 생성되는 전기로슬래그 (EAF Slag)로 크게 구별할 수 있다.

제강슬래그에는 고로슬래그와는 달리 국내의 경우 여러 철강 및 제강 업체에서 발생하므로 다량의 제강슬래그를 폐기하지 않고 재활용할 수 있으며 수급이 원활하게 이루어질 수 있다는 장점이 있다.

제강슬래그에는 산화칼슘, 이산화규소, 알루미나, 철분, 산화망간, 황, 이산화티타늄 등이 포함되어 있는데, 본 발명에 따른 제강슬래그는 산화칼슘을 100 기준 중량부로 했을 때, 이산화규소 43 내지 48, 알루미나 18 내지 22, 철분 7 내지 9, 산화 마그네슘 16 내지 20, 황 0.15 내지 0.25, 이산화 티타늄 3 내지 4 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

일반적으로 강의 제조 공정중에서 생성되는 제강슬래그에는 산화칼슘을 100 기준 중량부로 할 때, 철분이 약 70 중량부 포함되어 있다. 그러나 철분이 과다하게 함유되어 있는 경우 산화철이 토질을 산성화시켜 도로 주변의 토양에서 식물의 생장이 원활하게 이루어질 수 없게 될 수 있기 때문에 자력 선별을 통해 철분의 함 량이 산화칼슘을 100 기준 중량부로 했을 때, 7 내지 9 중량부가 되도록 하는 것이 바람직하다.

소량의 철분은 식물의 생장에 필요한 철분의 공급이 이루어질 수 있도록 토양으로 용융 침출되어 식물의 생장에 유리하게 작용할 수 있다. 그리고 제강슬래그는 고로슬래그와는 달리 황의 함량이 상대적으로 매우 적다. 황은 식물의 생장에 필수적인 요소이기는 하지만 그 양이 과다할 경우 토양을 산성화시켜 식물의 생장에 방해가 될 수 있다. 따라서 황의 함량이 전체 중량의 1% 정도를 차지하는 고로슬래그의 경우 토양을 산성화시킬 수 있는 문제점이 발생할 수 있는 반면 제강슬래그에는 황이 전체 중량의 0.08% 정도 포함되어 있기 때문에 토양의 산성화에 대한 우려가 없다는 장점이 있다.

또한 토양과의 혼합을 통해 배합토를 제조할 때, 토양 및 경화제와의 혼합이 원활하게 이루어질 수 있도록 제강슬래그의 입자가 1 내지 4mm의 직경을 갖도록 파쇄하여 사용하는 것이 바람직하다.

토양은 산성비의 영향을 비롯한 여러 가지 외부요인으로 인해 쉽게 산성화 되며, 산성화된 토양에서는 식물이 생장하기 어렵기 때문에 공원 산책로, 등산로의 토양이 산성화된 토양이면 미관상 수려한 산책로나 등산로를 가꾸기 어렵게 된다. 따라서 식물의 생장에 적합하도록 토질을 개량하기 위해 통상적으로 별도의 토질 개량제를 사용하는 경우가 많다.

상술한 바와 같이 제강슬래그에는 이산화 규소와 산화칼슘이 포함되어 있는데, 이들 성분이 도로에 포설된 뒤 일정 시간이 지나면 용융 및 침출되어 토양으로 흡수되어 별도의 토질 개량제를 사용하지 않아도 토양을 중성화할 수 있다. 따라서 제강슬래그가 포함된 배합토를 이용하여 도로 포장재용 조성물을 형성할 경우 이 도로 포장재용 조성물이 토양 개량제의 역할을 함께 수행하여 다양한 식물이 생장하는 공원의 산책로나 등산로, 문화재 탐방로를 구성할 수 있다.

황토분말은 배합토의 색상과 질감을 위한 것이다. 황토분말은 통상적으로 황갈색의 색상을 띄며, 부드러운 질감을 갖는다. 따라서 배합토에 황토분말을 첨가하게 되면, 본 발명에 따른 도로 포장용 조성물을 이용해 형성한 도로를 통과할 때, 보행자로 하여금 포근한 느낌이 들도록 하며, 황토의 색상에 의해 따뜻한 느낌을 받도록 유도할 수 있다.

이렇게 배합토에는 토양과 제강슬래그 및 황토분말이 포함되는데, 토양을 100 기준 중량부로 했을 때, 제강슬래그는 40 내지 60 중량부, 황토분말은 5 내지 10 중량부가 포함되는 것이 가장 바람직하다.

특히 황토분말은 5 중량부 이하로 첨가되면, 천연 질감을 연출하기가 어려우며, 10 중량부 이상 첨가되는 경우, 강도가 저하될 수 있고, 황토의 적갈색 색상이 너무 강렬하여 인위적인 느낌을 강하게 줄 수 있으므로 황토분말의 혼합량이 토양에 대하여 5 내지 10 중량부 내에서 선택되는 것이 바람직하다.

경화제는 배합토가 도로 포장재로 적합하도록 소정의 강도를 가지며, 배합토를 구성하는 토양과 제강슬래그 및 황토분말의 결합상태를 유지하기 위한 것이다.

배합토에 토양을 100 기준 중량부로 했을 때, 25 내지 30 중량부의 경화제를 첨가하여 혼합함으로써 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물을 형성하게 되 는데, 본 실시예에서는 경화제로써 무기질 바인더인 시멘트가 사용되었다.

경화제는 이 외에도 진흙이나 점토, 액체인 규산나트륨 또는 규산 알루미나나 규산 칼륨이 사용될 수도 있으며, 이들 경화제에 물을 첨가하면 화학 반응이 일어나 접착제의 성질을 가지게 되므로 토양과 제강슬래그 및 황토분말이 적정 강도를 유지하면서 혼합된 상태를 유지할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물을 이용하여 도로를 포장하는 도로 흙포장방법은 다음과 같다.

먼저 첫 번째 방법은 배합토 제조단계와 경화제 혼합단계, 포설단계 및 다짐단계를 포함한다.

배합토 제조단계는 토양과 제강슬래그 및 황토분말을 혼합하여 형성하게 되는데, 토양을 100 기준 중량부로 했을 때, 제강슬래그 40 내지 60 중량부와 황토 5 내지 10 중량부를 혼합하여 배합토를 제조한다.

이 단계에서 사용되는 제강슬래그는 자력선별을 통해 철분의 함량이 전체 제강슬래그 중량의 4 내지 8%가 되도록 함량비를 조절한 후, 입자의 직경이 1 내지 4mm가 되도록 파쇄한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

경화제 혼합단계에서는 배합토 제조단계에서 제조된 토양과 제강슬래그 및 황토분말이 포함된 배합토에 경화제를 혼합한다. 경화제는 상술한 바와 같은 무기질 바인더가 사용되는 것이 바람직하며, 배합토의 토양을 100 기준 중량부로 했을 때, 경화제는 25 내지 30 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다. 본 단계에서 배합토에 경화제가 혼합됨으로써 포장재용 조성물이 제조된다.

경화제 혼합단계에서 제조된 포장재용 조성물은 도로를 형성하는 지점에 포설하는 포설단계를 거친다.

본 발명의 포장재용 조성물은 주로 공원의 산책로나 자전거 도로, 등산로 및 문화재 주변의 탐방로와 같이 차량이 아닌 보행자나 자전거의 통행을 위한 도로의 포장에 주로 사용되며, 도로의 주변으로 식물들이 생장할 수 있도록 되어 있는 곳에 포설된다.

포설단계에서 포장재용 조성물은 후술하는 다짐단계를 거쳐 도로가 완성되었을 때, 포장재용 조성물에 의해 다져진 표층기반의 두께가 50 내지 100mm가 될 수 있도록 적당량이 포설되는 것이 바람직하다.

다짐단계에서는 포설된 포장재용 조성물에 압력을 가하여 다진다. 이 때, 압력을 가하기 위해 주로 롤러가 사용되는 것이 바람직하며, 도로의 목적 또는 포설되는 지역의 지반 상태를 고려하여 포설된 포장재용 조성물에 가해지는 압력은 가변될 수 있으나, 50 내지 150 kgf/㎠의 압력으로 다지는 것이 바람직하다. 롤러를 통해 다진 후, 3 내지 7일 정도 수분양생을 하면 도로가 완성되는데, 수분양생시에는 비닐을 덮어 토양에 포함된 수분과 경화제의 혼합시 투입된 수분이 공기중으로 증발되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

다짐단계를 거친 포장재용 조성물은 표층기반의 두께가 상술한 바와 같이 50 내지 100mm 가 되는데, 포장재용 조성물의 두께가 50mm 미만인 경우, 균열이 발생하거나 외부 충격에 의해 쉽게 파손되는 문제점이 발생할 수 있으며, 100mm가 넘는 경우 두께의 증가에 따른 포장재용 조성물의 투입량이 늘어나는데 비해 기능성의 증가가 저조하므로 기능성과 경제성을 고려하여 포장재용 조성물을 다진 후의 표층기반의 두께는 50 내지 100mm가 되는 것이 가장 바람직하다.

제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물을 이용한 두 번째 도로 흙포장방법은 배합토 제조단계와 경화제 혼합단계, 수분혼합단계, 포설단계 및 평탄작업단계를 포함한다.

배합토 제조단계 및 경화제 혼합단계는 상술한 첫 번째 도로 흙포장방법의 배합토 제조단계 및 경화제 혼합단계와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.

수분혼합단계에서는 경화제 혼합단계를 거쳐 제조된 포장재용 조성물에 포장재용 조성물 전체 중량의 18 내지 23 중량부에 해당하는 물을 혼합한다. 수분혼합단계에서 물을 혼합하기 때문에 포장재용 조성물은 레미콘과 같이 유동성이 있는 상태가 된다.

수분이 혼합된 포장재용 조성물은 포설단계에서 도로 포장을 하는 지점에 포설하게 되며, 포설된 유동성이 있는 포장재용 조성물을 평탄하게 하는 평탄작업단계를 거친 후 양생을 하면 도로가 완성된다.

롤러를 통해 압력 다짐을 하는 경우, 포장재용 조성물을 이용한 도로가 일반적인 흙길과 외관상 큰 차이가 나지 않기 때문에 자연미를 증대시킬 수 있다는 이점이 있으며, 물을 첨가하여 양생시키는 두 번째 흙포장방법을 사용하는 경우, 도로의 강도를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

따라서 도로의 흙포장방법은 도로의 형태, 목적 등을 고려하여 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물 및 이를 이용한 도로 흙포장방법은 자연 친화적이며, 토질을 개량할 필요가 있는 산책로, 등산로의 형성에 용이하게 사용될 수 있다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 토양과 제강슬래그를 혼합하여 형성한 배합토와;

   상기 배합토에 혼합되는 경화제;를 구비하되,

   상기 토양을 100 기준 중량부로 할 때, 상기 제강슬래그 40 내지 60 중량부와, 상기 경화제 25 내지 30 중량부가 혼합되어 있고,

   상기 제강슬래그는 자력선별을 통해 산화칼슘을 100 기준 중량부로 했을 때, 이산화규소 43 내지 48, 알루미나 18 내지 22, 철분 7 내지 9, 산화 마그네슘 16 내지 20, 황 0.15 내지 0.25, 이산화 티타늄 3 내지 4 중량부를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 제강슬래그가 혼합된 도로 포장재용 조성물.
4. 제강슬래그와 황토분말 및 토양을 혼합하여 배합토를 형성하는 배합토 제조단계와;

   상기 배합토에 경화제를 혼합하여 포장재용 조성물을 형성하는 경화제 혼합단계와;

   상기 포장재용 조성물을 바닥에 포설하는 포설단계; 및

   상기 포설된 포장재용 조성물을 압력을 가해 다지는 다짐단계;를 구비하고,

   상기 포장재용 조성물은 상기 토양을 100 기준 중량부로 했을 때, 상기 제강슬래그 40 내지 60 중량부, 상기 황토 5 내지 10 중량부, 상기 경화제 25 내지 30 중량부가 혼합되어 형성되고,

   상기 제강슬래그는 자력선별을 통해 산화칼슘을 100 기준 중량부로 했을 때, 이산화규소 43 내지 48, 알루미나 18 내지 22, 철분 7 내지 9, 산화 마그네슘 16 내지 20, 황 0.15 내지 0.25, 이산화 티타늄 3 내지 4 중량부를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 도로 흙포장방법.
5. 제강슬래그와 황토분말 및 토양을 혼합하여 배합토를 형성하는 배합토 제조단계와;

   상기 배합토에 경화제를 혼합하여 포장재용 조성물을 형성하는 경화제 혼합단계와;

   상기 포장재용 조성물에 물을 혼합하는 수분혼합단계와;

   상기 물이 혼합된 포장재용 조성물을 바닥에 포설하는 포설단계; 및

   상기 포설된 포장재용 조성물을 평탄하게 만드는 평탄작업단계;를 구비하고,

   상기 포장재용 조성물은 상기 토양을 100 기준 중량부로 했을 때, 상기 제강슬래그 40 내지 60 중량부, 상기 황토 5 내지 10 중량부, 상기 경화제 25 내지 30 중량부가 혼합되어 형성되고,

   상기 제강슬래그는 자력선별을 통해 산화칼슘을 100 기준 중량부로 했을 때, 이산화규소 43 내지 48, 알루미나 18 내지 22, 철분 7 내지 9, 산화 마그네슘 16 내지 20, 황 0.15 내지 0.25, 이산화 티타늄 3 내지 4 중량부를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 도로 흙포장방법.
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