KR100931008B1 - 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로, 그 목적은 시멘트의 첨가없이 우수한 투수성과 통기성 및 강도를 구비할 수 있는 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재 및 이를 이용한 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 보조기층의 표면을 정리하는 노면정리단계; 골재 100 중량부에 친환경 무기질바인더 15∼25 중량부 및 혼합수 3∼8 중량부를 배합하여 투수성 포장재를 형성하는 배합단계; 투수성 포장재를 노면에 타설하여 투수층을 형성하는 타설단계; 타설된 투수층을 양생하는 양생단계; 양생된 투수층에 표면코팅제를 도포하는 마감단계를 통해, 투수성 포장재를 시공하도록 되어 있다.

투수, 투수성포장재, 투수층, 투수콘크리트, 친환경

Description

친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재 및 이를 이용한 시공방법{Water-permeable paving materials using environmentally friendly inorganic binders and its constructing method thereof}

본 발명은 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로, 시멘트의 첨가없이 고로수쇄슬래그, 칼슘설포알루미네이트, 천연석회, 폐석고, EVA계 재유화형 분말수지, 골재 및 혼합수를 혼합하여 투수 포장재를 형성하고, 이를 1차 및 2차 타설하여 우수한 강도 및 높은 투수성을 구비하는 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 투수 콘크리트는 골재와 골재 사이의 공극을 통하여 빗물이 지반으로 스며들게 함으로써, 가로수 등의 식물 생장에 도움을 주고, 호우나 폭우 및 장마철에는 빗물이 지반으로 스며들어 흙속에 저류되게 함으로서 하천과 강이 범람하는 것을 예방하고, 보도에 빗물이 고이거나 흐르지 않아 보행자가 다니기에 편안한 장점을 가지고 있어 도로, 인도, 자전거 도로 등에 많이 보급되고 있는 추세이 다. 이는 투수성 콘크리트의 친환경적 특성 때문인데, 그 특성은 투수성으로 인해 토양의 지하수 함량증대와 홍수능력조정 등 여러 장점을 가지고 있다.

그러나, 이러한 투수 콘크리트는 사용재료에 있어 유기계 휘발성 코팅제와 1종 포틀랜드 시멘트를 사용함으로써 시멘트의 중금속 용출현상으로 2차 토양오염을 유발하고, 투수콘을 단일입도로만 포설하여 표면의 공극이 커서 먼지나 흙 등으로 기공이 폐색되어 그 기능을 발휘하지 못하고 있으며, 많은 단면적이 대기 중에 노출됨으로써, 빗물 등 기타 유해물질이 콘크리트 내부의 기포, 모세관공극, 겔공극 등에 침투되어 용해성 물질을 용출시킴으로서, 콘크리트의 노화가 급속히 진행되어 내구성이 저하되며 시공시 발생하는 블리이딩 현상으로 야기되는 레이턴스와, 폭우 등으로 인한 배수 기능의 한계로 물이 역류할 때 발생하는 표면 백화현상은 복층으로 포장을 실행할 경우, 포장층 간의 접착성을 떨어뜨리는 요인이 되므로, 별도의 접착층을 설치하여야 할 뿐 만 아니라, 특히 백화현상은 내구성의 저하요인 외에 포장체 표면의 미관을 손상시켜 표면 재처리 비용을 증가시키는 등 여러가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 시멘트의 첨가없이 우수한 투수성과 통기성 및 강도를 구비할 수 있는 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재 및 이를 이용한 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 노후로 인한 폐기시 폐건축자재로 인한 2차적 환경오염을 방지할 수 있는 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재 및 이를 이용한 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 골재입자의 조정에 의해 투수층을 상부와 하부로 분리 형성하여, 공극률을 유지하면서 기공폐쇄현상을 방지할 수 있는 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재 및 이를 이용한 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 친환경 무기질바인더를 첨가하여, 일반시멘트에 비해 강도발현을 향상시킬 수 있는 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재 및 이를 이용한 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 고로수쇄슬래그, 칼슘설포알루미네이트, 천연석회, 폐석고, EVA계 재유화형 분말수지의 배합비율 조정에 따른 친환경 무기질 바인더의 물성특정에 의해 조강성 및 우수한 강도를 구현할 수 있는 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재 및 이를 이용한 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 골재 100 중량부에 친환경 무기질바인더 15∼25 중량부 및 혼합수 3∼8 중량부를 배합하여 투수성 포장재를 형성하도록 되어 있다.

본 발명은 보조기층의 표면을 정리하는 노면정리단계; 골재, 친환경 무기질바인더 및 혼합수를 배합하여 투수성 포장재를 형성하는 배합단계; 투수성 포장재를 노면에 타설하여 투수층을 형성하는 타설단계; 타설된 투수층을 양생하는 양생 단계; 양생된 투수층에 표면코팅제를 도포하는 마감단계를 통해, 투수성 포장재를 시공하도록 되어 있다.

이와 같이 본 발명은 시멘트를 첨가하지 않도록 되어 있어, 시멘트 첨가로 인한 환경오염을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 약 12% 이상의 높은 연속 공극을 구비하고 있어, 우수한 투수성을 구비하고, 이를 통해 토양의 지하수 함량증대와 홍수능력조정기능을 구비할 뿐 아니라, 이러한 공극율은 높은 투수성의 근본 요인이 되고 있으면서도 단위 수량의 최소화로 일반 자동차 등의 경차량 하중에도 견딜 수 있는 충분한 강도를 구현하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 높은 투수성과 통기성으로 물과 공기의 통행이 보다 더 원할해져서 물과 공기를 지중으로 침투시키거나 대기 중으로 자연 증발시켜 토양을 보호하며, 이미 불투수 포장으로 훼손된 지반 토양을 자연 상태로 환원시켜서 그 본 성질을 복원시키는 기능을 구비한다.

또한, 본 발명은 골재의 입도조정에 의해 투수층을 하부 및 상부 투수층으로 분리형성하여, 흙, 먼지 등에 의한 기공의 폐색을 막고 공극율을 최대로 유지시킬 수 있어, 투수기능의 지속적인 유지를 가능하게 한다.

또한, 본 발명은 지하수의 함양, 지중 생태계의 보호, 수목 발육 등 자연환경 보존에 뛰어난 효과를 발휘하고 있을 뿐 아니라, 식재 환경 개선에도 매우 효과 적이다.

또한, 본 발명은 빗물을 저류 침투시키기 때문에 호우에 의한 노면의 배수불량, 도시형 하천 범람이나, 홍수를 방지하며 하수 시설 부담의 경감, 저유시설의 부하 경감, 설비 축소, 배수설비를 생략 및 경감할 수 있으며, 하절기 집중호우 시 일시적으로 하천에 유입되는 과다 유량에 의한 홍수 피해를 최소화 시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 시멘트의 첨가없이도 친환경 무기질바인더의 첨가에 의해 우수한 휨강도 및 압축강도를 구비하고 있으며, 일반시멘트에 비해 강도발현 속도가 약 2배 이상 빨라 조기에 시공을 마칠 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 일반시멘트를 사용하지 않아, 폐기시에 따른 2차적 환경오염이 미연에 방지되는 등 많은 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도를, 도 2 는 본 발명에 시공방법을 보인 블록예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 골재 100 중량부에 친환경 무기질바인더 15∼25 중량부 및 혼합수 3∼8 중량부를 배합하여 투수성 포장재를 형성하도록 되어 있다.

상기 골재는 6∼10㎜의 세척골재, 1∼3㎜의 세척골재를 첨가하며, 아래의 [표1]과 같은 물성을 구비한 것을 사용한다.

[표1]

상기 친환경 무기질바인더는 칼슘 설포 알루미네이트, 폐석도(이수석고, 무수석고), 초미립 고로수쇄 슬래그, EVA계 재유화형 분말수지 그리고 천연 석회를 이용하여 만든 친환경 조강형 무기질 바인더로, 칼슘 설포 알루미네이트 5∼20wt%, 폐석고(이수석고 또는 무수석고) 0.5∼10wt%, 초미립 고로수쇄 슬래그 60∼80wt%, EVA계 재유화형 분말수지 0.5∼5wt%, 천연 석회 5∼20wt%를 포함한다.

상기 초미립 고로수쇄 슬래그는 평균분말도 6000㎠/ｇ를 구비하며, 폐석고 및 혼합수와 반응하여 에트링자이트(Ettringite)를 형성하고, 강도증진 효과를 구비한다.

상기 칼슘설포알루미네이트는 조강성 자극제로, 조기강도를 발현하고, 폐석고 및 혼합수와 반응하여 수화생성물로 에트링자이트(Ettringite)를 형성하여 조기강도발현 및 강도증진 효과를 구비한다. 상기와 같은 칼슘설포알루미네이트는 4000 ㎠/ｇ 이상의 분말도를 구비한다.

상기 천연석회는 알칼리 자극제로 강도증진 효과를 구비하고, 상기 폐석고는 응결조절효과를 구비하고, 칼슘설포알루미네이트 및 고로수쇄 슬래그와 반응하여 에트링자이트(Ettringite)를 형성한다.

상기 EVA계 재유화형 분말수지는 부착성능 증진 및 휨 강도 증진효과를 구비한다.

상기와 같이 조성되는 본 발명의 친환경 무기질 바인더는 일반시멘트에 비해 강도발현 속도가 2배 이상 빨라 조기에 시공을 마칠 수 있으며, 강도 또한 일반시멘트에 약 1.5배 이상 높게 설계되어 연속공극율이 높은 도로 포장에 적합하도록 되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 친환경 무기질바인더는 아래의 [표2]와 같은 화학성분을 만족한다. 이때, SiO₂ 본 발명 친환경 무기질바인더의 내구성에 영향을 주는 인자로 25.0wt% 이상을 만족해야 되고, Al₂O₃ 는 경화 속도에 영향을 주는 인자로 10.0wt% 이상을 만족해야 되며, CaO 는 내구성 및 팽창성에 영향을 주는 인자로 35.0 wt% 이상을 만족해야 된다.

[표2]

또한, 상기와 같은 본 발명의 친환경 무기질바인더는 아래의 [표3]과 같은 물리적 특성을 구비한다.

[표3]

본 발명은 보조기층의 표면을 정리하는 노면정리단계; 골재, 친환경 무기질바인더 및 혼합수를 배합하여 투수성 포장재를 형성하는 배합단계; 투수성 포장재를 노면에 타설하여 투수층을 형성하는 타설단계; 타설된 투수층을 양생하는 양생단계; 양생된 투수층 표면에 표면강화제를 도포하는 마감단계를 포함하도록 되어 있다.

상기 노면정리단계는 시공환경을 조성하는 단계로, 보조기층(10) 표면을 정리 및 다짐한 후 살수차를 이용하여 물을 살포한다. 이때 너무 물을 다량살포하여 고이는 곳이 없도록 한다. 이와 같이 물을 살포하는 것은 보조기층이 투수성 포장재의 수분을 급격히 빨아들이는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 배합단계는 투수성 포장재를 배합하는 단계로, 먼저 입도가 조정된 골재를 서로 혼합하고, 상기 혼합된 골재에 친환경 무기질바인더를 첨가하여 혼합하 며, 골재 및 친환경 무기질바인더의 혼합이 완료되면, 이에 혼합수의 ½을 첨가하여 다시 혼합한 후, 혼합수의 나머지 ㅍ을 첨가 혼합하여, 균일성을 구비하도록 한다.

이때, 각각의 구성성분들은 서로 균일하게 혼합되도록 소정시간동안 혼합되며, 각각의 혼합시간이 한정되는 것은 아니나, 골재의 혼합시간은 약 15∼30초, 친환경 무기질바인더의 첨가에 따른 혼합은 약 20∼40초, 혼합수 ½의 첨가에 따른 혼합은 약 20∼40초, 혼합수 나머지 ½의 첨가에 따른 혼합은 약 50∼80초 정도를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 현장 기온이 30℃ 이상일때는 급격한 수분증발로 인해 강도발현에 악영향을 줄수 있으므로 첨가제로 응결지연제(구연산)을 혼합수에 0.001∼0.003중량부 혼합한다. 또한, 상기 배합단계에는 필요에 따라 공지의 첨가제가 더 첨가될 수 있다.

상기와 같은 배합에 의해 투수성 포장재 형성되는 배합단계는 6∼10㎜ 골재에 친환경 무기질바인더 및 혼합수를 배합하여 하층 투수성 포장재를 형성하는 하층 투수성 포장재 배합단계와, 1∼3㎜ 골재에 친환경 무기질바인더 및 혼합수를 배합하여 상층 투수성 포장재를 형성하는 상층 투수성 포장재 배합단계로 이루어진다.

상기 하층 투수성 포장재 배합단계는 혼합수, 친환경 무기질바인더, 첨가제, 6∼10㎜의 세척 단입도 골재 등으로 특수 배합 설계된 단입도 하층 투수성 포장재를 형성한다.

상기 상층 투수성 포장재 배합단계는 혼합수, 친환경 무기질바인더, 첨가제, 1∼3㎜의 세척 단입도 골재 등으로 특수 배합 설계된 단입도 상층 투수성 포장재를 형성한다.

상기 타설단계는 투수층(20)을 형성하는 단계로, 하층 투수성 포장재의 타설에 의해 하부 투수층(21)을 형성하는 하부 투수층 타설단계와, 상층 투수성 포장재의 타설에 의해 상부 투수층(22)을 형성하는 상부 투수층 타설단계로 이루어진다.

상기 하부 투수층 타설단계는 배합된 하층 투수성 포장재를 타설하고, 진동로울러나 도로가 좁은 경우 콤팩터를 사용하여 다짐한다. 이때, 상기 다짐시에는 약 2회 정도를 기준으로 하며 같은 면에서 25초이상 머무르지 않도록 한다. 진동이 25초 이상 머무를 경우 재료분리를 초래하여 성능저하가 일어날 수 있다.

상기 상부 투수층 타설단계는 배합된 상층 투수성 포장재를 타설하고, 진동로울러나 도로가 좁은 경우 콤팩터를 사용하여 다짐한다. 이때, 상기 상부 투수성 포장재는 표면을 약 1∼2㎝ 마감한다.

이때, 상기 다짐시에는 약 2회 정도를 기준으로 하며, 같은 면에서 25초이상 머무르지 않도록 한다. 진동이 25초 이상 머무를 경우 재료분리를 초래하여 성능저하가 일어날 수 있다.

상기 양생단계는 비닐이나 양생포를 이용하여 타설된 투수층을 보호 양생한다. 이때, 날씨가 10℃ 이하 일때는 반드시 보온양생포를 사용하여 온도저하에 의한 피해를 최소화한다.

상기 마감단계는 양생이 끝난 투수층 표면에 천연무기질 색소와 표면강화제를 혼합한 표면코팅제(GT 코팅제)를 0.3㎜이내로 스프레이 분사로 도포시켜 코팅층(30)을 형성시켜, 표면 재료분리현상을 방지하고, 내구성을 높이며, 색상을 선명하게 하여 장기간 보존성을 향상시킨다. 이때, 상기 수성코팅제와 천연무기질 색소의 배합은 1 : 0.02 의 중량비를 구비한다.

상기 표면강화제는 아크릴계 수성 코팅제로, 색소와 혼합이 잘되고 표면의 강도를 높이고 스프레이 시공시, 분사성능을 높이고 침투 깊이를 개선하여 포장면의 내구성을 높이는 기능을 구비한다. 상기 아크릴계 수성코팅제는 고형분 30.5%, 비중 1.04, 가사시간 60분 이상을 구비하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 방법에 의해 이루어지는 본 발명은 도 1 에 도시된 바와 같이, 보조기층(10) 위에, 6∼10㎜ 세척골재를 함유한 하부 투수층(21), 1∼3㎜ 세척골재를 함유한 상부 투수층(22), 표면코팅제에 의한 코팅층(30)이 순차적으로 형성되게 된다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

6∼10㎜의 세척골재 100 중량부를 약 20초동안 혼합하고, 이에 친환경 무기질바인더 20 중량부를 첨가하여 약 30초동안 혼합하며, 이에 혼합수 2.5중량부를 첨가하여 약 30초동안 혼합한 후, 다시 혼합수 2.5중량부를 첨가하여 약 60초동안 혼합하여 하층 투수성 포장재를 형성하고,

1∼3㎜의 세척골재 100 중량부를 약 20초동안 혼합하고, 이에 친환경 무기질바인더 20 중량부를 첨가하여 약 30초동안 혼합하며, 이에 혼합수 2.5중량부를 첨가하여 약 30초동안 혼합한 후, 다시 혼합수 2.5중량부를 첨가하여 약 60초동안 혼합하여 상층 투수성 포장재를 형성한 다음,

하층 투수성 포장재에 의해 하부 투수층을, 상층 투수성 포장재에 의해 상부 투수층을 구비하도록 시험몰드를 형성하였으며, 이에 대한 휨강도, 압축강도 및 투수계수를 측정하였다. 이때, 상기 휨강도는 KS F 2407, 압축강도는 KS L 5105 에 의해 측정하였으며, 친환경 무기질바인더는 아래의 [표4]와 같이 배합하였으며, 그 결과는 [표5]와 같다.

[표4]

[표5]

실시예 2

상기 실시예 1 에 따른 친환경 무기질바인더 배합 No.3 에 따른 공시체에 대하여, 폐기물공정시험법에 의한 환경적 특성을 검사하였으며, 그 결과는 아래의 [표6]과 같다.

[표6]

실시예 3

아래의 [표7]의 결합재를 이용하여, [표8]과 같은 배합비율로 배합한 공시체에 대하여, 휨강도, 압축강도 및 투수계수를 측정하였으며, 이에 대한 결과는 [표9]와 같다. 이때, 배합조건 및 시험방법은 실시예 1 과 동일하게 하였으며, 친환경 무기질바인더는 실시예 1 에 따른 친환경 무기질바인더 배합 No.3 를 사용하였다.

[표7]

[표8]

[표9]

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도

도 2 는 본 발명에 시공방법을 보인 블록예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(10) : 보조기층 (20) : 투수층

(21) : 하부 투수층 (22) : 상부 투수층

(30) : 코팅층

Claims (6)

1. 골재 100 중량부에 친환경 무기질바인더 15∼25 중량부 및 혼합수 3∼8 중량부를 배합하되,

   상기 골재는 6∼10㎜의 세척골재와 1∼3㎜의 세척골재인 것을 특징으로 하는 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재.
2. 삭제
3. 청구항 1 에 있어서;

   친환경 무기질바인더는 칼슘 설포 알루미네이트 5∼20wt%, 폐석고 0.5∼10wt%, 초미립 고로수쇄 슬래그 60∼80wt%, EVA계 재유화형 분말수지 0.5∼5wt%, 천연 석회 5∼20wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재.
4. 청구항 3 에 있어서;

   초미립 고로수쇄 슬래그는 평균분말도 6000㎠/ｇ를 구비하고, 칼슘설포알루 미네이트는 4000 ㎠/ｇ 이상의 분말도를 구비하는 것을 특징으로 하는 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재.
5. 보조기층의 표면을 정리하는 노면정리단계;

   골재, 친환경 무기질바인더 및 혼합수를 배합하여 투수성 포장재를 형성하는 배합단계;

   투수성 포장재를 노면에 타설하여 투수층을 형성하는 타설단계;

   타설된 투수층을 양생하는 양생단계;

   양생된 투수층에 표면코팅제를 도포하는 마감단계를 포함하되,

   상기 친환경 무기질바인더는 칼슘 설포 알루미네이트 5∼20wt%, 폐석고 0.5∼10wt%, 초미립 고로수쇄 슬래그 60∼80wt%, EVA계 재유화형 분말수지 0.5∼5wt%, 천연 석회 5∼20wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재 시공방법.
6. 청구항 5 에 있어서;

   상기 타설단계는 하부 투수층 타설단계와, 상부 투수층 타설단계로 이루어지되,

   상기 하부 투수층 타설단계는 혼합수, 친환경 무기질바인더, 첨가제, 6∼10 ㎜의 세척 단입도 골재에 의해 형성된 단입도 하층 투수성 포장재가 타설되고,

   상기 상부 투수층 타설단계는 혼합수, 친환경 무기질바인더, 첨가제, 1∼3㎜의 세척 단입도 골재에 의해 형성된 단입도 상층 투수성 포장재가 타설되는 것을 특징으로 하는 친환경 무기질바인더를 이용한 투수성 포장재 시공방법.

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