KR100916938B1

KR100916938B1 - 내구성이 뛰어난 친환경 탄성 황토 포장재 조성물 및 이를 이용한 도로의 포장방법

Info

Publication number: KR100916938B1
Application number: KR1020090015092A
Authority: KR
Inventors: 김영기; 정영호; 강봉서; 이수형
Original assignee: 김영기
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2009-09-15

Abstract

본 발명은 내구성이 뛰어난 친환경 탄성 황토 포장재 조성물 및 이를 이용한 도로의 포장방법에 관한 것으로서, 본 발명의 상기 친화경 황토 포장재 조성물은 (ⅰ) 천연 황토 100중량부를 기준으로 물 30~40중량부와 수성 분산제 0.1~1.0중량부가 혼합된 황토 수페이스트 100중량부에 대하여 (ⅱ) 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼 30~70 중량부가 균질하게 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 도로 포장방법은 상기 본 발명의 친환경 탄성 황토 포장재 조성물을 도로 상에 포장하여 포장도로를 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명으로 제조된 포장도로는 보행감, 자전거 주행성, 탄성 및 내구성이 우수하고, 친환경적이며, 충격흡수율과 내구성의 균형을 적절하게 유지할 수 있다.

그로인해, 본 발명으로 제조된 포장도로는 자전거 전용도로나 산책로 등으로 유용하다.

포장재, 조성물, 황토, 탄성, 친환경, 내구성, 포장방법.

Description

내구성이 뛰어난 친환경 탄성 황토 포장재 조성물 및 이를 이용한 도로의 포장방법{Paving material composition comprising yellow soil with pro-environmental property, elasticity and excellent durability and method of paving road by using the same}

본 발명은 친환경 탄성 황토 포장재 조성물 및 이를 이용한 도로의 포장방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 보행감 및 자전거 주행성이 우수하면서 높은 탄성 및 내구성을 갖는 친환경 탄성 황토 조성물 및 이를 이용한 도로의 포장방법에 관한 것이다.

최근, 산업화, 도시화가 진행되면서 도시 지역의 인공 지반 면적이 증대되고, 녹지 및 호수 등과 같은 자연 공간이 점차 감소되어 가고 있다. 이 같은 자연 공간의 감소는 태양복사열을 증가시키게 되고 주변의 국지적 온도 상승을 유발시켜 열섬현상(Heat Island)이 빈번하게 발생되고 있다.

이같은 산업화, 도시화가 진행됨에 따른 국민 소득 향상은 일반 대중의 웰빙에 대한 욕구가 높아지면서 걷기 운동, 자전거 운동 혹은 인라인 스케이트 등 개인 건강 증진에 대한 사회적 붐이 일고 있는 요즈음, 각 지방 자치에서는 하천 둔지, 제방 및 도심 공간을 녹지-공원화로 열섬 현상 완화 및 산책로 및 자전거 도로 등을 확충하여 국민 건강 복지 증진에 많은 노력을 기울이고 있다.

기존의 산책로 및 자전거 도로는 주로 아스팔트 , 시멘트를 소재로 시설되어 있고, 도로의 미려감을 부여하기 위하여 이들 주 소재에 안료를 배합하여 적색, 그린색의 칼라 아스팔트 및 칼라 시멘트로 포장하거나, 혹은 칼라 에폭시 도로, 우레탄 칼라 탄성 도로 등이 사용되어 왔다.

그러나, 이들 아스팔트, 시멘트 계열 도로 및 에폭시 계열 도로의 경우 내구성 및 자전거 주행성이 우수하지만, 충격 흡수율이 낮기 때문에 보행감 및 안전성이 부족한 단점이 있고 태양 복사열이 높아 열섬 현상을 유발하는 단점이 있다.

우레탄 칼라 탄성 포장의 경우, 내구성과 충격 흡수율이 우수하여 보행감이 우수하고 안전성이 확보되나, 높은 원료가 및 시공가로 경제적인 부담이 있음과 동시에 지나친 탄성에 의해 자전거 주행성이 많이 떨어지는 단점이 있다.

통상, 보행감이라 함은 포장체위를 보행할 경우 발바닥 및 관절에 걸리는 하중이 낮을수록 보행감이 양호하게 느껴진다. 즉 동일하게 걸리는 체중일지라도 포장체가 갖는 탄성률에 따라 인체에 역전달되는 힘이 변화되어 인체가 느끼는 하중이 다르게 된다. 따라서 인체의 하중을 잘 흡수하여 역전달 힘을 완화시킬 수 있는 탄성체일수록 보행감은 좋게 느껴진다.

즉, 충격 흡수율(하중 감쇄율, Force Reduction)이 높은 포장체 일수록 보행감은 우수하다.

그러나, 자전거 주행성은 이와는 반대로 충격 흡수율이 높은 포장체일수록 주행에 필요한 추진 에너지를 많이 흡수하기 때문에 오히려 원활한 자전거 주행을 위하여 추가적인 힘이 필요하기 때문에 포장체의 충격 흡수율이 높으면 불리하다.

선행 연구 논문들을 살펴보면, 천연 잔디의 충격 흡수율이 약 55%, 콘크리트와 아스팔트의 충격 흡수율이 거의 0%, 테니스 크레이 하드 코트(Clay hard court)의 경우 5~10 %, 폴리우레탄 탄성 포장체의 경우 30~40% 로 보고되어 있다.

그러나, 보행감은 보행자가 주로 탄성 신발을 신고 있고, 자전거의 경우 자전거 타이어가 높은 탄성을 갖고 있기 때문에 도로 포장체의 충격 흡수율이 20% 이상의 경우에는 상대적 충격흡수율이 급상승하여 보행감을 만족시킬 수는 있어도 자전거 주행성은 오히려 떨어뜨리는 역효과를 유발한다.

따라서, 보행감과 주행성을 동시에 만족하는 충격 흡수율은 크레이 하드 코드 범주인 5~10%가 가장 타당한 것으로 보고 되고 있다.

이에, 많은 포장 설계자들은 보다 자연 친화적이며 기존의 포장재가 갖는 내구성을 구현하기 위한 다양한 연구를 행한 결과, 자연 친화적인 흙 또는 황토를 활용한 다양한 신규 포장 기술을 소개하고 있다.

주지하는 바와같이, 흙길이란 흙길 자체가 통기성을 갖고 있어서 부드러우며 보행 시 탄력에 의한 보행감이 뛰어나고, 원적외선 방사에 의한 생체활성을 증진시키며, 아울러, 함수성이 뛰어나 태양 복사열 발생을 억제하기 때문에 열섬 현상 완화에 도움을 주는 천연길이다. 이 같은 흙길의 단점은 우천 시, 물에 의해 수화 -페이스트화 되어 길이 질척되어 보행이 어려운 단점이 있고, 건조 시에도 표면 강도 및 내구성이 떨어지기 때문에 보행 시 먼지 발생 및 포장체의 표면 요철이 발생되는 등의 단점을 갖고 있다.

따라서, 포장 설계자들은 이러한 흙길의 장점을 최대한 나타내면서 물에 대한 민감성을 완화시키고 포장체의 내구수명 및 표면강도를 향상시키는 많은 연구들을 행하였다.

이들 연구는 주로 연약 지반 개선 기술인 소일 시멘트(Soil Cement)공법을 활용하여 시멘트와 흙은 사이의 포졸란 반응 및 에트링가이트 반응을 효과적으로 유도하기 위한 연구가 주류로 되어왔다. 즉 시멘트의 포졸란 및 에트링가이트 반응을 촉진시키기 위한 각종 무기염류들을 보조 촉진제로 활용하려는 다양한 시도들이 연구의 주류를 이루고 있다.

아울러, 최근에는 일반 흙 대신에 색감이나 원적외선 방사율이 보다 높아서 보다 친환경적인 황토를 이용한 황토 고화 기술들이 활발하게 연구되어 왔다.

이들 흙 및 황토 포장법은 소일시멘트 공법을 도입하여 시공 현장의 노반 흙 혹은 황토를 도로 전체에 페로이드로 깔아놓고 뷰켓 스테빌라이저(Bueket Stabilizer)로 현장에서 도로 전반을 시멘트와 그리고 액상 혹은 분말 반응 촉진제를 혼합하면서 포장 두께가 10~30㎝가 되도록 압전 로라 로 다짐하여 포설하는 포장법이 주류를 이루고 있다.

대한민국 특허 10-0438138, 10-0438138, 10-0775360, 10-0814147의 종래 기술은 상기 범주의 소일 시멘트 공법의 다양한 변형 기술로서 포졸란 및 에트링가이 트 반응을 보다 효과적으로 유도하기 위한 무기 첨가제 및 다짐효과를 증진시키기 위한 액상파라핀 왁스 혹은 표면 결합을 높이기 위한 에틸렌 비닐 아세테이트(Etylene Vimyl Acetate : 이하 "EVA"라 함)에멀젼등을 추가로 활용하는 포장재 및 포장법에 관한 것이다.

이들 종래 기술은 흙 혹은 황토를 시멘트, 플라이 애쉬, 고로슬래그, 제강슬래그, 석회 등등의 무기 결합제와 효과적으로 포졸란 반응 및 에트링가이트 반응이 되도록 하여 흙 혹은 황토길의 압축강도 및 내구성의 향상을 기하는 데 많은 기여를 하고있으나, 이들 흙 및 황토는 자제에 유기물이 분해되어 형성한 유기산(휴민산)등에 의하여 실질적으로 포졸란 반응 및 에트링가이트 반응을 효과적이며 안정적으로 관리하기가 어려운 단점이 있다. 다시말하면, 사용하는 흙 및 황토의 종류에 따라 반응성 차이가 크기 때문에 소정의 설계 강도를 품질 관리 측면에서 안정적으로 발현시킬 수 없는 단점이 있는 게 사실이다. 특히, 흙 및 황토길 포장 두께를 10~30㎝로 포설함에 있어서 현장의 흙 혹은 황토를 특별하게 품질 관리를 하지 못하는 한, 첨가해야 하는 시멘트 등의 무기 결합제의 첨가량이 높이 운영해야만 소정의 강도를 나타낼 수 있는 데 이때에는 포장체의 알카리도가 높아져 토양의 염기성화를 높이기 때문에 바람직하지 못하다.

이를 개선하기 위하여 대한민국 특허 10-0632705, 10-0762975 등의 기술은 점질토 함량을 낮추고 비교적 시멘트 등의 무기 결합제와 반응성을 높혀 강도를 향상시키기 위하여 마사토 혹은 사질토를 다량 첨가한 뒤 안료로 부족한 황토색을 인위적으로 유도하여 유사 황토길을 설명하고 있으나, 이들 기술에 의한 포장법은 레 미콘과 동일하게 콘크리트 타설법으로 포장을 실시하는 기술이다. 이들 기술에 의한 유사 황토길은 색깔 측면에서는 황토와 유사하나, 외관 및 강도는 칼라 콘크리트와 거의 동일하기 때문에 차별성을 느낄 수 없을 뿐만 아니라, 콘크리트와 동일하게 충격 흡수율이 낮기 때문에 보행감 등 안정성 측면 등을 감안할 때 진정한 의미의 황토길이라 부르기에 바람직하지 못하다.

한편, 대한민국 특허 10-0868541, 10-0539369 등의 기술은 아크릴 폴리머와 계면활성제 및 규산소다 용액을 활용하여 소일 시멘트 공법과 동일하게 도로 기반 전체에 걸쳐 페로이드, 백호우 또는 뷰켓 스테빌라이저(Bueket stabilizer)를 통하여 혼합 다짐하는 포장법으로서 이들 아크릴 폴리머는 흙 혹은 황토의 흡수력으로 인하여 급격하게 경화가 유발되기 때문에 이들 혼합물에 고른 바인더로의 분산 결합이 이루어지질 못하고 부분적인 국지 경화를 유발하고 크랙이 발생하는 등 포장체 전반에 걸친 균질한 강도 및 내구성을 구현하는 데 실용성 면에서 바람직하지 못하다.

일반적으로 국내 황토는 섬록암, 석영 반암, 규장 반암 등이 풍화된 조성식이 Al₂O₃-2SiO₂-2H₂O로 표시되는 카오린(Kaoline)족의 카오린나이트(Kaolinite)및 할로이사이트(Halloysite)로 구성된 점토류이다.

이들 황토의 구성 성분은 실리카 40~50중량%, 철분 5~6중량%, 알루미나 20~30중량%, 산화마그네슘 2중량%, 나트륨 2중량%, 칼륨 1.5중량%, 석회 8중량%로서, 물과 혼합 시 수화에 의해 팽윤성 수페이스트를 형성시키고, 건조 시에는 다시 수축 고화되는 성질을 갖는다. 따라서, 주성분인 황토를 시멘트 등 무기 결합제로 포졸란 반응 및 에트링가이트 반응시키는 무기 경화 기술과 또는 주성분인 황토를 아크릴 폴리머 등으로 유기결합시키는 기술로는 황토 혼합물 경화 시, 황토 자체가 물과의 수화 반응이 경쟁적으로 형성하여 이루어진 황토수화 입자가 수축 고화되는 힘에 의한 크랙을 억제하는 데 한계가 있으며, 이 같은 크랙을 억제시키기 위해서는 많은 유-무기 결합제가 필요하기 때문에 도로 포설 전체 두께인 10~30㎝로 포장하는 데에는 효용성과 실용적인 면에서 바람직하지 못하다.

결론적으로, 황토를 주성분으로 한 황토 리치( Loess Rich) 포장체 구성 및 포장법은 아스팔트, 콘크리트 혹은 소일시멘트 등 기존 도로 기반 위에 황토 리치에 의한 황토의 고유한 성질을 발현함과 동시에 내크랙 및 내구성, 특히 보행감 및 자전거 주행성을 동시에 충족시킬 수 있는 정도의 탄성을 부여할 수 있는 별도의 표층 포장체 및 포장법이 절실히 필요하다.

본 발명은 앞에서 설명한 종래 황토 포장체의 여러 문제점들을 개선함으로서 보행자의 보행감이 우수하고, 자전거의 주행 시 안락함과 동시에 주행성에 영향이 거의 없도록 탄성을 최적화한 탄성 기능을 갖으면서, 황토의 친환경성을 구현함과 동시에 내구성이 뛰어난 황토 포장재 조성물을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 상기 황토 포장재 조성물을 이용하여 각종 도로를 효과적으 로 포장하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 상세 과제들을 해결하기 위해서, 천연황토가 소정량의 물과 수성 분산제에 의해 수페이스트화된 황토 수페이스트와 액상 유기경화제인 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼을 균질하게 혼합하여 황토 포장재 조성물을 제조한 후, 상기와 같이 제조된 황토 포장재 조성물을 아스팔트 콘크리트나 시멘트 콘크리트 위에 포설함으로써, 보행감, 자전거 주행성, 탄성 및 내구성이 우수하고, 친환경적이며, 충격흡수율과 내구성의 균형을 적절하게 유지하는 황토 포장체를 시공한다.

본 발명에 따른 황토 포장재 조성물로 포장된 황토 포장체(포장도로)는 보행감, 자전거 주행성, 탄성 및 내구성이 우수하고, 친환경적이며, 충격흡수율과 내구성의 균형을 적절하게 유지할 수 있어서, 자전거 전용도로 및 산책로 등으로 유용하다.

종래의 기술이 황토와의 포졸란 및 에트링가이트 반응률을 높이기 위하여 다양한 무기염 용액 사용하는 기술 및 도로 포장체를 이들 반응에 의해 포장하려는 의도 때문에 부득불 친환경길을 추구해야 하는 황토리치이면서 충격 흡수율과 내구성의 밸란스를 유지하기 어려운 단점에 비하여, 본 발명은 포장 방법이 공지화된 아스팔트 콘크리트, 시멘트 콘크리트 혹은 친환경 흙길에 손쉽게 황토 수페이스트를 주제로 접착력과 충격 흡수율이 뛰어난 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼을 혼합하여 1~10 mm 두께로 스프레이 혹은 레이크 포장이 가능하다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 친환경 탄성 황토 포장재 조성물(이하 "황토 포장재 조성물" 이라고 한다)은 (ⅰ) 천연 황토 100중량부를 기준으로 물 30~40중량부와 수성 분산제 0.1~1.0중량부가 혼합된 황토 수페이스트 100중량부에 대하여 (ⅱ) 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼 30~70 중량부가 균질하게 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 수성 분산제는 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제 또는 비이온 계면활성제 등이며, 보다 바람직하기로는 친수성-혐수성 균형값(Hydrophile Lipophile Balance Value : 이하"HLB"라고 한다)이 10이상인 비이온 계면활성제이다.

친환경 탄성 황토 포장재 조성물은 황토 수페이스트 100중량부에 대하여 무기물 분말 경화제 10~30중량부를 추가로 더 포함할 수도 있다.

상기 무기물 분말 경화제는 포틀랜드 시멘트, 백 시멘트 고로 슬래그, 제강 슬레그 및 소석회 중에서 선택된 1종 등이다.

상기 황토 수페이트는 천연 황토 100중량부에 대하여 레버링화제, 유동화제 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 1종의 첨가조제 0.1~5.0 중량부가 추가로 더 혼합될 수도 있다.

상기 레버링제는 수용성 실리콘계 화합물 또는 수용성 지방산 염 화합물 등이다.

상기 유동화제는 소디움 카르복실레이트계 화합물 또는 폴리 나프탈렌 술폰계 화합물 등이다.

상기 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼은 KS F 3211 방법으로 측정한 신장율이 200~500%이고, KS F 3211 방법으로 측정한 인장강도가 30~60kgf/㎠이고, 점도가 500~1,000cps인 것이 바람직하다.

황토 수페이스트는 고전단 믹서기(플레네터리 믹서)를 사용하여 황토 100 중량부에 대하여 물 30~40 중량부와 수성 분산제, 바람직하기로는 HLB가 10 이상인 비이온 계면활성제 0.1~10중량부를 첨가하고, 필요에 따라서는 상기의 레베링화제, 유동화제와 같은 첨가조제를 0.1~5.0 중량부를 추가로 더 첨가하여 고전단 믹싱기(플레터리 믹서)로 수페이스트화시켜 제조한다.

주지하는 바와 같이, 국내 황토는 화강암, 섬록암, 석영반암 및 규장반암 등이 풍화되어 주 성분이 실리카 40~50중량%, 철분 5~6중량%, 알루미나 20~30중량%, 산화마그네슘 2중량%, 나트륨 2중량%, 칼륨 1.5중량%, 석회 8중량% 정도로 구성되어 있다.

다시말하면 그 화학 조성식이 Al₂O₃-2SiO₂-2H₂O로 표시되는 카오린(Kaoline) 족에 속하는 카오린나이트(Kaolinite)및 할로이사이트(Halloysite)로 구성된 점토류이다.

이 같은 점토질인 황토는 물과 혼합되어 수화와 함께 점성의 페이스트로 전환되는 데, 이때 수페이스트는 약간의 부피 팽창을 유발하게 된다. 이들 황토 수페이트가 건조될 때에는 물의 증발됨으로서 부피가 수축(Shrinkage)되어 수축 균열을 유발하며, 또한 종래 기술에서와 같이 시멘트 및 무기 고화제와 포졸란 반응 및 에트링가이트 반응을 유도하여 고형화할 경우 물에 대한 반응이 이들 무기물 고화제와 황토와 경쟁적으로 일어나기 때문에, 또한 황토에 함유되어 있는 유기산(휴민산)에 의해 더 더욱 무기 고화제의 반응을 억제하기 때문에 종래의 기술에 부합된 황토를 사용하기 위해서는 황토를 특별히 배소시켜 유기산을 제거하고 포졸란 및 에트링가이트 반응성을 높혀야 되는 단점이 있음에 불구하고 본 발명은 이러한 황토의 전처리가 전혀 필요하지 않는다.

그러나, 황토 수페이스트의 균질성 및 포설 균질성을 위하여 본 발명의 황토는 약 2mm의 체(Sieve)로 입도 조정을 하는 것이 보다 바람직하다.

황토 수페이스트 제조를 하기 위하여 황토를 2mm 체(Sieve)로 체거름하여 통과 분을 황토 원료로 사용하였다. 황토의 입자가 2mm보다 클 경우, 황토 포장 표면이 거칠고, 향후 건조 시 수축율이 높기 때문에 이로 인한 수축력으로 인하여 크랙을 유발하기 때문에 바람직하지 못하다.

이 같이 2mm로 체거름한 황토 분말은 통상 수분 함량이 12~15%범위를 갖고 있고 있으며 본 발명의 원료 규격으로 수분함량을 콘트롤한다.

본 발명의 황토 수페이스트화는 일반적으로 유기 바인더 중 특히 에멀젼 화합물을 바인더로 직접 황토 자체와 혼합할 경우 황토의 수화 작용에 의해 에멀젼이 믹싱 중에 파괴되어 소정의 작업성 및 강도 발현을 할 수 없기 때문에 사전에 물과 충분하게 수화시킨 것이다.

상기 황토 수페이스트의 성상은 퍼티와 같은 비뉴톤 유동성을 갖는 균질한 적황색의 페이스트이다.

상기 황토 수페이스트내 물의 함량이 황토 100중량부에 대하여 30중량부 미만인 경우에는 페이스트 점도가 너무 높아서 작업성이 현저히 떨어지며, 40중량부를 초과하는 경우에는 포장체의 수분 함량이 높아져 건조 시간이 길어지고 및 크랙 유발 가능성이 높기 때문에 바람직하지 못하다.

본 발명의 황토 수페이스트화 시 사용되는 수성 분산제는 황토와 같은 무기물을 물에 분산시킬 때 사용되는 분산제로서, HLB가 10 이상인 비이온 계면활성제인 것이 수페이스트의 점도안정성 및 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼과의 상용성 개선에 바람직하다. 황토 100중량부에 대해 수성 분산제의 첨가량이 1.0중량부를 초과할 경우, 황토 수페이스트의 점도 안정성 및 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼과의 상용성은 우수하나 반대로 경화 후 수분 민감성이 떨어지기 때문에 바람직 하지 못하다.

본 발명의 레베링화제 및 유동화제와 같은 첨가조제는 본 발명의 액상 유기 경화제를 혼합하여 황토 리치 포장재 조성물의 시공 시 도막의 흐름성 및 레베링성을 향상시킬 목적으로 선택적으로 첨가될 수도 있다. 이들 레베링제와 유동화제 는 단독 혹은 혼합으로 사용될 수 있으며 전체 사용량이 황토 100 중량부에 대하여 0.1~5.0 중량부가 바람직하다

이들 사용량이 0.1중량부 미만에서는 황토 포장체의 도막 표면이 평탄하게 형성되기 어려우며, 5.0중량부를 초과하면 평탄성은 확보되나 표면에 피쉬아이(Fish eye)현상이 발생하여 도막 표면이 부분적으로 몰림 현상이 발생되기 때문에 바람직하지 못하다

본 발명의 액상 유기경화제인 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼 수지는 황토 수페이스트 100 중량부에 대하여 30~70 중량부를 첨가하여 균질 혼합하여 운영한다.

본 발명의 액상 유기 경화제인 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼 수지는 신장률(시험법 KS F 3211)이 200~500%이고, 인장강도(시험법 KS F 3211)가 30~60 kgf/㎠, 고형분이 50%이상, 점도가 500~1000cps 규격에 부합되는 것은 제조사 및 등급(Grade)에 관계없이 사용이 제한되는 것은 아니다.

통상의 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼 수지는 도막이 유연(Flexible)하면서 시멘트 콘크리트 및 아스팔트 콘크리트와의 접착력 우수함과 동시에 본 발명의 황토 수페이스트와 상용성이 우수하기 때문에 본 발명의 필수 요소로서 구성 운영한다.

이 같은 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼을 사용한 본 발명의 황토 경화체는 도로 기층인 종래의 흙시멘트 뿐만 아니라, 시멘트 콘크리트, 아스팔트 콘크리트에 부착력이 매우 우수하여 내구 접착력이 탁월할 뿐만 아니라, 황토와 매 우 우수한 젖음성(Wetting property)으로 내구수명이 획기적으로 상승되며, 아울러 유연성(Flexibility)에 의한 황토리치의 포장체 크랙 유발을 억제함과 동시에 보행감이 우수한 포장체를 발현할 수 있는 특징이 있다

본 발명의 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼의 인장강도(측정방법 : KS F 3211)가 60kgf/㎠ 미만이거나 신장률(측정방법: KS F 3211)이 200% 미만인 경우에는 동절기 혹한 시 수축에 의한 응력 수축-균열의 우려가 있으며, 인장강도(측정방법: KS F 3211)가 30kgf/㎠ 미만이거나 신장률(KS F3211)이 500% 초과하는 경우에는 하절기 부드러워져(Soft 해져) 도막의 내마모성을 약하게 하기 때문에 바람직하지 못하다.

아울러, 그 사용량이 황토 수페이스트 100중량부에 대하여 30중량부 미만에서는 포장체의 건조 균열이 발생할 가능성이 높으며, 70중량부를 초과하면 경제성 측면에서 바람직 하지 못하다.

본 발명의 무기질 분말 경화제는 본 발명의 경화 메커니즘이 수분 증발에 의한 내부 경화(inter Polymerization)시스템이기 때문에 통상의 평활한 기층에서는 통상의 시공 조건인 상온에서 문제는 없으나, 노면의 부분적인 요철에 의한 두께가 두꺼운 부분에 포설 시 내부 경화를 촉진하기 위하여 필요에 따라 첨가 운영할 수 있다.

본 발명의 무기질 분말 경화제는 포틀랜드시멘트, 백시멘트, 고로 슬래그,제강 슬래그, 소석회 등의 수경화 무기 분말로서 황토 수페이스트와 에멀젼 수지내의 수분과 반응에 의해 포장체내의 잉여 수분(Free water)량을 줄임으로써 건조 시간 을 단축시킴과 동시에 일부 고정(Fixing)화 됨으로서 내부 경화를 촉진시키는 역할을 한다.

무기질 분말 경화제의 첨가량은 황토 수페이스트 100중량부에 대해 10~30 중량부를 첨가함이 바람직하다.

무기질 분말 경화제의 첨가량이 10중량부 미만에서는 소정의 내부 경화를 달성할 수 없고, 30중량부를 초과하는 경우에는 토양의 염기성화에 영향을 미치기 때문에 바람직하지 못하다.

다음으로는, 본 발명에 따른 친환경 탄성 황토 포장 도로의 포장방법에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 황토 포장 도로(황토 포장체)의 포장방법은 (ⅰ) 천연 황토 100중량부에 대하여 물 30~40중량부와 수성 분산제 0.1~1.0중량부를 첨가, 혼합하여 황토 수페이스트를 제조하는 공정; (ⅱ) 상기와 같이 제조된 황토 페이스트 100중량부에 대하여 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼 30~70중량부를 균질하게 혼합하여 친환경 탄성 황토 포장재 조성물을 제조하는 공정; 및 (ⅲ) 상기와 같이 제조된 친환경 탄성 황토 포장재 조성물을 도로 상에 포장하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 제조된 황토 수페이스트와 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼을 각각의 팩(Pack)에 보관, 이송하여 포장현장에서 이들을 균질하게 혼합하는 것이 바람직하다.

또한, 친환경 탄성 황토 포장재 조성물을 도로상에 스프레이 방식 또는 레이 키 방식으로 포장한다.

친환경 탄성 황토 포장재 조성물이 포장되는 도로는 아스팔트 콘크리트, 시멘트 콘크리트 또는 흙 등으로 구성된다.

친환경 탄성 황토 포장재 조성물이 포장된 포장도로(황토 포장체)는 FIFA 05/05-01 방법으로 측정한 충격흡수율이 5~10% 이다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 하기 실시예로만 그의 보호범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

플레네터리 믹서(Planetary Mixer)에 2mm 체가름한 황토 분말 100중량부와 물 30중량부 및 동남합성의 모노폴 NP 1018(HLB=12.3) 비이온 계면활성제 0.5중량부 및 산노프코 SN-wet 980(레벨링제) 0.5중량부를 투입한 후, 약 20분간 플레네터리 믹싱하여 수페이스트화 실시한 후 수페이스트 시료를 취하여 유리판 위에 10 mil의 어플리케이터로 어플이케이팅하여 황토 수화 응집 입자가 없음을 확인한다. 단,응집 입자 발견 시 약 10분간 추가 믹싱 후, 어플리케이팅하여 재차 수화 응집 입자가 없이 균질 혼합됨을 확인 후 믹싱 취출하여 황토 수페이스트를 제조한다.

이와 같이 제조된 황토 수페이스트 100중량부를 취하여 리본 믹서기에 투입한 후, 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼( 시그마 STI사의 DL-1400) 40중량부를 투입하면서 약 200rpm 의 속도로 5분간 균질 혼합하여 황토 포장재 조성물을 제조한다. 계속해서, 리본 믹서기를 틸팅(tilting)하여 황토 포장 조성물을 리시 버(receiver vessel)에 받은 후, 상온의 아스팔트 콘크리트 위에 쏟은 뒤, 두께가 4mm로 조정된 레이키(Rake)를 사용하여 균질 포장한 다음, 균질 포장체를 상온에서 약 6시간 양생 경화 하여 황토 포장체를 얻었다.

상기와 같이 제조된 황토 포장체의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

실시예 2

1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멸션(DL-1400)의 투입량을 황토 수페이스트 100중량부에 대해 30중량부로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 황토 페이스트 및 황토 포장체를 제조하였다.

실시예 3

1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멸션(DL-1400)의 투입량을 황토 수페이스트 100중량부에 대해 55중량부로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 황토 페이스트 및 황토 포장체를 제조하였다.

실시예 4

1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멸션(DL-1400)의 투입량을 황토 수페이스트 100 중량부에 대해 70중량부로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 황토 페이스트 및 황토 포장체를 제조하였다.

실시예 5

실시예 1에서 제조한 황토 포장재 조성물을 상온의 아스팔트 콘크리트 위에 스프레이 방식으로 2㎜ 두께로 1차 포장후 3시간 뒤 다시 스프레이 방식으로 2㎜ 두께로 2차 포장한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 황토 수페이스트 및 황토 포장체를 제조하였다.

비교실시예 1

1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멸션(DL-1400)의 투입량을 황토 수페이스트 100 중량부에 대해 20중량부로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 황토 페이스트 및 황토 포장체를 제조하였다.

상기와 같이 제조된 황토 포장체의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았 다.

비교실시예 2

1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼(DL-1400) 대신에 스틸렌-아크릴 에멀젼(DL-300) 40중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 황토 페이스트 및 황토 포장체를 제조하였다.

비교실시예 3

1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼(DL-1400) 대신에 EVA에멀젼(DL-1600) 40중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 황토 페이스트 및 황토 포장체를 제조하였다.

비교실시예 4

아스팔트 콘크리트 절삭면 위에 시공현장의 일반 토사 75중량%에 황토 25중량%를 백호우를 이용하여 건식 혼합하여 혼합물을 제조한 후, 상기 혼합물 100중량부에 대해 포틀랜드 시멘트 10중량부와 액상 경화제로 미리 제조된 황산알루미늄 (무기염용액 조성물) 0.5중량부 와 물 30중량부를 살포하면서 백호우로 혼합한 뒤, 총 두께가 10㎝ 되게 포설한 뒤 압전 로라로 다짐한 후 7일간 양생하여 포장체를 형성한다.

비교실시예 5

마사토 100중량부에 대하여 황토 소성 분말 20중량부, 무기 결합제( 슬래그:무수석고=65:35) 12중량부, 산화철 안료 1.5중량부 및 물 12 중량부를 시멘트 몰탈 혼합기에 투입하여 혼합한 뒤, 절삭된 아스팔트 콘크리트 위에 포설하여 흙손으로 균질 포장한 후 포장체를 7일간 양생하여 포장체를 형성한다.

구분	표면크랙성	접착강도 (kgf/㎠)	충격흡수율(%)	수침 마모 손실율(%)
실시예 1	없음	12.4	9.3	2.8
실시예 2	없음	10.9	9.8	2.8
실시예 3	없음	14.6	7.1	1.7
실시예 4	없음	16.8	5.3	0.9
실시예 5	없음	13.6	9.1	2.1
비교실시예 1	미세 크랙 발생	6.5	13.6	12.7
비교실시예 2	대형 크랙 발생	4.9	2.4	8.9
비교실시예 3	미세 크랙 발생	7.8	4.7	7.6
비교실시예 4	미세 크랙 발생	3.8	17.6	27.0
비교실시예 5	미세 크랙 발생	2.3	0.9	1.2

이상과 같은 실시 예 및 비교 실시 예를 통하여 알 수 있듯이 본 발명의 황토 포장 조성물 및 그 포장법 측면에서 황토가 갖는 건조 시 크랙 유발 요인을 완화시키고 ,1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼에 의한 탄성 및 기층과의 결합력을 증가시킴으로서 포장체의 장기 내구 수명 판단 인덱스(index)를 도입한 24시간 수침 후 마모 손실율을 최소화시키는 범위에서 테니스 하드코트 범위의 충격 흡수율을 확보하여 우수한 보행감 및 자전거 주행성이 뛰어난 자연 친화적인 내구성의 황토길을 구현할 수 있었다.

한편, 비교실시예 4의 포장체는 비교적 보행감이 좋은 탄성을 발현하지만 내구성이 부족하고 접착력이 취약한 유사 황토 포장체임을 알 수 있다.

비교실시예 5의 포장체는 내구성은 우수하나 보행감이 떨어지는 비탄성 경질 유사 황토 시멘트 포장체임을 알 수 있다.

본 발명의 성능 평가 항목은 포장체의 기층 재질과의 접착 강도를 측정하여 포장체 구조 강도를 해석하였으며, 포장체의 수분 민감성을 판단하기 위하여 포장체를 24시간 상온의 물에 침적시킨 후 함습 상태에서 표면의 수침 후 마모 손실율을 측정하여 내구수명 정도를 해석하였고, 보행감 및 주행성을 측정하기 위하여 충격 흡수율(하중 감쇄율, Force Reduction)을 측정하여 그 정도를 해석하였다. 아울러, 포장체의 크랙 발생 여부는 육안으로 관찰하였다

본 발명에서는 포장체의 각종 성능을 아래와 같은 방법으로 평가하였다.

· 접착 강도 (시험법 ; STI-TM 0011 )

◆ 측정기기 ; 흥진 정밀 HUT-CM2 (Computer Control Universal Testing Machine)

◆ 측정조건 ; 박리 속도 300 mm / min., 양생 완료 시편을 전용 Zig에 Setting

◆ 해 석 ; 3회 측정 후 mean값으로 환산

·수침 마모 손실율(시험법 : STI-TM 0012)

◆ 측정기기 ; 위드랩 Taber 마모시험기

◆ 측정조건 ; 포장체를 항온수조에 24시간 침적 후, 꺼내어 상온에서 30분 방치 후 , 마모 시험기에 장착하여 500회전 측정 후 중량 평가

● 디스크 회전수 = 60rpm

● 하중 = 500그램

● 마모탭 = H-10 (Coarse type)

◆ 해 석 ; 마모 손실율=100 × (측정전 Wt - 측정후Wt) / 측정전 Wt

· 충격흡수율( 하중 감쇄율, Force Reduction, 시험법 : FIFA 05/05-01)

◆ 측정기기 ; 한국복합탄성포장공업협회 , 낙하충격시험기

◆ 측정조건 ; 상온, RH=65%하에 시편 장착

● 낙하추 Wt= 20kg

● 낙하높이 = 55mm

◆ 해 석 ; 충격흡수율(%)=100 × (1-Fs/Fc)

Fs = 시험 포장체에 걸리는 최대 하중

Fc = 시험기 바닥에 걸리는 최대 하중

Claims

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(ⅰ) 천연 황토 100중량부에 대하여 물 30~40 중량부와 친수성-혐수성 균형값(Hydrophile Lipophile Balance Value)이 10 이상인 비이온 계면활성제의 수성 분산제 0.1~1.0 중량부를 첨가, 혼합하여 황토 수페이스트를 제조하는 공정;

(ⅱ) 상기와 같이 제조된 황토 페이스트 100 중량부에 대하여 KS F 3211 방법으로 측정한 신장율이 200~500%이고, KS F 3211 방법으로 측정한 인장강도가 30~60kgf/㎠이고, 점도가 500~1,000cps인 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼 30~70 중량부를 균질하게 혼합하여 친환경 탄성 황토 포장재 조성물을 제조하는 공정; 및

(ⅲ) 상기와 같이 제조된 친환경 탄성 황토 포장재 조성물을 도로 상에 포장하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 탄성 황토 포장 도로의 포장방법.
제10항에 있어서, 제조된 황토 수페이스트와 1액형 상온 가교형 우레탄-아크릴 에멀젼을 각각의 팩(Pack)에 보관, 이송하여 포장현장에서 이들을 균질하게 혼합하는 것을 특징으로 하는 친환경 탄성 황토 포장도로의 포장방법.
제10항에 있어서, 친환경 탄성 황토 포장재 조성물을 도로 상에 스프레이 방식 및 레이키 방식 중에서 선택된 1종의 방식으로 포장하는 것을 특징으로 하는 친환경 탄성 황토 포장도로의 포장방법.
제10항에 있어서, 친환경 탄성 황토 포장재 조성물이 포장되는 도로는 아스 팔트 콘크리트, 시멘트 콘크리트 및 흙 중에서 선택된 1종으로 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 탄성 황토 포장도로의 포장방법.
제10항 또는 제12항에 있어서, 친환경 탄성 황토 포장재 조성물이 포장된 포장 도로의 충격흡수율이 5~10%인 것을 특징으로 하는 친환경 탄성 황토 포장도로의 포장방법.