KR100956931B1 - 자연토를 이용한 건식 포장방법 및 포장용 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산책로 및 자전거 도로 및 광장 등을 포장하는 데 있어서, 자연토를 주원료로 하되 벤토나이트 및 장섬유를 혼합하여 포장함에 따라 적절한 탄성률과 인장강도을 구비하고 동결방지 기능을 갖으며 무엇보다 자연 친화적어서 주변 경관과 잘 어울릴 수 있고, 종래의 복잡한 포장방법과는 달리 단순화된 포장방법을 제공하므로서, 쉽고 신속하면서도 저렴한 비용으로 포장이 이루어지도록 하는 자연토를 이용한 건식 포장방법 및 포장용 조성물에 관한 것으로, 88 ~ 89중량%의 자연토(점토. 진흙. 황토. 사질토. 사양토. 마사토 등과 같은 일반적 개념의 모든 흙), 2 ~ 4 중량%의 벤토나이트, 8 ~ 10중량%의 시멘트, 0.5 ~ 1중량%의 장섬유를 골고루 혼합하여 자연토혼합물을 준비하는 혼합단계와, 상기 혼합된 자연토혼합물을 포설하도록 원지반을 다지는 다짐단계와, 상기 다짐된 원지반 상단에 자연토혼합물을 100 ~ 200mm의 두께로 포설하는 포설단계와, 상기 포설된 자연토혼합물을 10 ~ 20ton의 압력으로 다짐하는 가압단계와, 상기 가압된 자연토혼합물에 수분을 공급하는 수분공급단계와, 상기 수분이 공급된 자연토혼합물을 자연건조시키는 건조단계로 구성된다.

자연토, 도로포장, 벤토나이트, 장섬유, 건식포장

Description

자연토를 이용한 건식 포장방법 및 포장용 조성물{paving method using natural earth and composites for paving}

본 발명은 자연토를 이용한 건식 포장방법 및 포장용 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산책로 및 자전거 도로 및 광장 등을 포장하는 데 있어서, 자연토를 주원료로 하되 벤토나이트 및 장섬유를 혼합하여 포장함에 따라 적절한 탄성률과 인장강도을 구비하고 동결방지 기능을 갖으며 무엇보다 자연 친화적어서 주변 경관과 잘 어울릴 수 있고, 종래의 복잡한 포장방법과는 달리 단순화된 건식포장방법을 제공하므로서, 쉽고 신속하면서도 저렴한 비용으로 포장이 이루어지도록 하는 자연토를 이용한 건식 포장방법 및 포장용 조성물에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 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 발 생되는 등의 단점을 갖고 있다.

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

또한, 근래에 사용되는 도로를 포장하는 도로 포장재는 주로 아스팔트나 콘크리트로 된 것으로서, 이들은 투수성이 없고 환경 친화적인 것이 아니며 햇빛을 받으면 복사열이 발생하여 대기온도를 상승시킴은 물론, 폭우시 우수를 집중시켜, 하천범람 등의 요인이 된다. 특히 하절기 등에는 그 정도가 더욱 심하다.

그리고 상기 아스팔트나 콘크리트로는 한번 설치하여 사용하다가 노후화로 인하여 다시 포설작업을 하고자 할 때에는 상기 노후화 된 아스팔트나 콘크리트를 걷어내고 그 자리에 새로운 아스팔트나 콘크리트를 포설해야 하는데, 이때 상기 걷어낸 아스팔트나 콘크리트는 산업폐기물로 분류되어 그들을 처리하기가 매우 어려운 문제점이 있다.

따라서 상기의 문제점을 해소하고자 흙, 시멘트 및 생석회를 배합하여 된 도로포장재가 제공되어 있으나 이는 시멘트의 다량 사용으로 친환경성이 떨어지고, 질감이 좋지 않으며 초기 압축강도를 유지하기가 어렵고, 투수가 되지 않는 문제점이 있음은 물론, 동절기의 동해로 인한 균열이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명 자연토를 이용한 건식 포장방법 및 포장용 조성물에 따르면 산책로 및 자전거 도로 및 광장 등을 포장하는 데 있어서, 자연토를 주원료로 하되 벤토나이트 및 장섬유를 혼합하여 포장함에 따라 적절한 탄성률과 인장강도을 구비하고 동결방지 기능을 갖으며 무엇보다 자연 친화적어서 주변 경관과 잘 어울릴 수 있고, 종래의 복잡한 포장방법과는 달리 단순화된 건식의 포장방법을 제공하므로서, 쉽고 신속하면서도 저렴한 비용으로 포장이 이루어지도록 하는 매우 유용한 효과가 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 88 ~ 89중량%의 자연토(점토. 진흙. 황토. 사질토. 사양토. 마사토 등과 같은 일반적 개념의 모든 흙), 2 ~ 4 중량%의 벤토나이트, 8 ~ 10중량%의 시멘트, 0.5 ~ 1중량%의 장섬유를 골고루 혼합하여 자연토혼합물을 준비하는 혼합단계와, 상기 혼합된 자연토혼합물을 포설하도록 원지반을 다지는 다짐단계와, 상기 다짐된 원지반 상단에 자연토혼합물을 100 ~ 200mm의 두께로 포설하는 포설단계와, 상기 포설된 자연토혼합물을 10 ~ 20ton의 압력으로 다짐하는 가압단계와, 상기 가압된 자연토혼합물에 수분을 공급하는 수분공급단계와, 상기 수분이 공급된 자연토혼합물을 자연건조시키는 건조단계로 구성된 자연토를 이용한 건식 포장방법 및 포장용 조성물을 제공한다.

본 발명 자연토를 이용한 건식 포장방법 및 포장용 조성물은 산책로 및 자전거 도로 및 광장 등을 포장하는 데 있어서, 자연토를 주원료로 하되 벤토나이트 및 장섬유를 혼합하여 포장함에 따라 적절한 탄성률과 인장강도을 구비하고 동결방지 기능을 갖으며 무엇보다 자연 친화적어서 주변 경관과 잘 어울릴 수 있고, 종래의 복잡한 포장방법과는 달리 단순화된 건식의 포장방법을 제공하므로서, 쉽고 신속하면서도 저렴한 비용으로 포장이 이루어지도록 하는 매우 유용한 효과가 있다.

이하 첨부된 도면에 따라서 본 발명 자연토를 이용한 건식 포장방법 및 포장용 조성물의 구성을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다,

도 1은 본 발명 자연토를 이용한 건식 포장방법의 순서도로서, 본 발명은 혼합단계(S100), 다짐단계(S200), 포설단계(S300), 가압단계(S400), 수분공급단계(S500), 건조단계(S600)로 구성된다.

상기 혼합단계(S100)는 원료를 고루 혼합하여 자연토혼합물을 구비하는 단계로서, 보다 상세하게는 88 ~ 89중량%의 자연토(점토, 진흙, 황토, 사질토, 사양토, 마사토 등과 같은 일반적 개념의 모든 흙), 2 ~ 4 중량%의 벤토나이트, 8 ~ 10중량%의 시멘트, 0.5 ~ 1중량%의 장섬유를 혼합하는 단계이다.

상기 자연토는 통상적으로 자연상태의 흙을 의미하며, 점토, 진흙, 황토, 사질토, 사양토, 마사토 등으로 구성될 수 있으며, 그 비율이 88중량% 미만으로 혼합될 경우에는 자연토 고유의 질감과 색상, 촉감을 표현하는 데 어려움이 있고 인위적인 기존의 콘크리트포장과 같은 딱딱한 느낌을 줄 뿐아니라, 원지반과 이질감이 커벼 융화되지 못하게 되는 문제점이 발생하므로 88중량% 이상의 자연토를 혼합하는 것이며, 또한 89중량%를 초과하는 비율로 혼합될 경우에는 접착력과 강도 및 내구성이 저하되는 문제점이 발생하므로 88 ~ 89중량%의 자연토를 혼합하는 것이다.

상기와 같이 자연토혼합물을 시공 현장에서 채취가능한 자연토를 주성분으로 구성함에 따라 시공비용을 절감할 수 있고, 자연자원 이용성을 높일 수 있으며, 원지반에 포설되는 자연토혼합물이 퇴화 후 자연토로 환원됨에 따라 환경보전에 이로움과 동시에 자연 친화성을 극대화시킬 수 있으며, 포장 후 태양복사열을 흡수할 수 있는 효과가 있다.

벤토나이트는 2 ~ 4중량% 혼합되는 구성으로, 상기 벤토나이트(bentonite)는 천연건조점토 광물질로서, 고 팽창력, 흡수력, 교환가능한 양이온의 수화작용을 이용하여 토양내의 공극을 최대한 밀봉하도록 하는 특징이 있다. 또한, 환경친화적인 불활성물질로서 자연에 해가 되지 않으며, 마찰율이 높고, 공극을 메우도록 팽창하여 시멘트 및 자연토와 혼합이 잘 이루어져 수축균열 및 동결균열이 발생하기 않으을 뿐 아니라, 시멘트와 함께 강도 및 내구성을 향상시킬 수 있고, 현장의 자연토 상태에 따라 그 비율을 조절할 수 있다.

상기와 같은 벤토나이트의 혼합 비율이 2중량% 미만으로 구비될 경우, 벤토나이트의 팽창에 의한 공극 메움과 같은 효과를 기대하기 어렵고, 4중량%를 초과하도록 혼합될 경우에는 원료비용이 상승하고, 포설된 자연토혼합물이 지나치게 단단해지는 문제점이 있으므로 2 ~ 4중량%의 벤토나이트를 혼합하는 것이다.

참고로 상기 벤토나이트는 자체부피의 2배 팽창하는 칼슘벤토나이트와 흡수 력이 자체중량의 5배이고, 자체부피의 16배 팽창하는 염기성벤토나이트를 고루 혼합하여 구성될 수 있다.

시멘트는 8 ~ 10중량% 혼합되며, 시멘트 함량이 8중량% 미만이면, 충분한 강도를 기대하기 어려우며, 반대로 10중량%를 초과할 경우 강도는 증가하나, 흙 고유의 질감을 기대하기 어려우며, 기존 원지반과의 이질감이 발생하여, 융화되지 못하는 문제점이 발생하게 된다. 이에 더하여, 고가의 시멘트 사용량이 증가함에 따라 시공비용이 상승되는 문제점도 더불어 발생하게 됨은 물론이다.

장섬유는 0.5 ~ 1중량% 혼합되는 구성으로, 시멘트와 벤토나이트, 자연토에 혼합되어 각각의 물질이 보다 견고하게 고정될 수 있도록 한다.

상기 장섬유(長纖維)는 가늘고 긴 섬유를 의미하여, 천연 식물에서는 동물성 섬유인 견과 식물성 섬유로는 마섬유가 이에 해당하고, 목화나 양모와 같은 단섬유에 비해 연속성이 큰 특징을 가지고 있다. 상기와 같이 케나프, 아바카, 바나나 섬유, 아나나스, 종려, 파인애플, 야자 등에서 추출한 장섬유는 자연토혼합물과 혼합된 후, 콘크리트 구조물의 철근과 같은 역할을 하고, 식물 성분이 최대한 보존되어 공기 정화와 자연향 발생 등의 효과가 있다.

다짐단계(S200)는 상기 혼합된 자연토혼합물을 포설하도록 원지반을 다지는 단계로서, 종래에는 잡석을 다지고 자갈 및 모래 등을 포설하는 전처리 단계가 필수적으로 시행되었으나, 본 발명에 따르면 상기와 같은 전처리공정이 생략가능하므로 원지반을 평평하게 다지거나, 소폭만큼 요입하는 홈을 형성하고 평평하게 다지는 작업으로만 대신할 수 있다.

포설단계(S300)는 상기 다짐된 원지반 상단에 자연토혼합물을 100 ~ 200mm의 두께로 포설하는 단계로서, 일반적으로 다져진 원지반의 상단에 바로 포설하거나, 홈이 파여진 경우에는 그 홈에 포설할 수 있으며, 불도저와 같은 기계장치를 이용하여 수평하게 균일한 두께로 포설두께를 측정하면서 평탄화되도록 포설할 수 있다.

포설두께는 상기한 범위외에도 다양하게 변경될 수 있으며, 특히 도보용이나 자전거용 도로의 경우에는 100 ~ 120mm의 두께로 포설됨이 바람직하고, 많은 인파가 몰리는 광장이나 차도의 경우에는 내구성을 향상시키도록 150 ~ 200mm의 두께로 포설됨이 바람직하며, 추후에 진행될 가압단계(S400)의 다짐작업 시행 후, 감소될 두께를 감안하여 포설두께를 조절할 수 있다.

가압단계(S400)는 상기 포설된 자연토혼합물을 10 ~ 20ton의 압력으로 다짐하는 단계로서, 포설된 자연토혼합물은 최적함수비를 유지하기 위하여 즉시, 바람직하게는 6시간 이내에 가압단계(S400)를 실시하는 것이 바람직하고, 만약 기후변화로 인해 함수비가 부족할 경우에는 적정한 수분을 유지할 수 있도록 수분을 별도로 공급해야 할 것이다. 가압단계(S400)는 10톤 이상의 진동드럼롤러 등을 이용하여 표준밀도의 95%다짐을 위해 2 ~ 5회 반복다짐하는 것이 바람직하고, 10톤 미만의 가압할 경우, 자연토혼합물이 평활도가 저하되고, 내구성이 저하되는 문제점이 있고, 20톤을 초과하여 다짐할 경우 균열이 발생할 수 있으므로, 10 ~ 20ton의 압력으로 다짐하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 가압된 자연토혼합물에는 분무기 등을 이용하여 표면에 수분을 공급하는 수분공급단계(S500)를 시행하고, 상기 수분이 공급된 자연토혼합물을 자연건조시키는 건조단계(S600)를 통해 표면의 강도를 향상 시킴으로서, 본 발명 자연토를 이용한 건식 포장방법은 마무리될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 벤토나이트는 200 ~ 400mesh의 크기로 구성될 수 있다.

상기와 같이 벤토나이트의 입자 크기가 200 ~ 400mesh로 미립화될 경우, 자연토 및 시멘트입자 사이에 침투가 용이하여 고루 분포될 수 있으며, 결합력이 향상하게 된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 가압단계(S400)는 20 ~ 40%의 부피가 감소하도록 이루어질 수 있다.

이는 부피 감소율이 20% 미만으로 이루어질 경우 자연토혼합물의 각 원료입자가 긴밀하게 결합하지 않아 부서질 우려가 있고, 부피 감소율이 40%를 초과하도록 이루어질 경우에는 지나치게 밀착되어 표면에 딱딱해지거나 깨질 위험이 발생하므로, 20 ~40%의 체적감소율을 보이도록 가압하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 장섬유는 코코넛 섬유, 마 섬유, 바나나섬유와 같은 천연 식물성 장섬유로 구성될 수 있다.

천연 식물성 장섬유는 강도가 유지될 뿐 아니라, 토양에 흡수되어 퇴비로 작용하게 때문에 환경오염의 위험이 없으며, 자연에서 채취가 가능하므로 원료비 절감을 기대할 수 있다.

참고로, 상기 마섬유의 원료는 1년생 마식물의 줄기나 엽맥, 과실 섬유 등에 서 얻을 수 있고, 장점은 흡습성이 좋고, 건조가 빠르며, 습윤 시 강도가 증가하고, 강도와 내열성이 천연 섬유 중 가장 우수한 성질이 있다.

본 발명 자연토를 이용한 건식 포장용 조성물은 88 ~ 89중량%의 자연토(점토, 진흙, 황토, 사질토, 사양토, 마사토 등과 같은 일반적 개념의 모든 흙), 2 ~ 4 중량%의 벤토나이트, 8 ~ 10중량%의 시멘트, 0.5 ~ 1중량%의 장섬유를 골고루 혼합하여 구성된다.

상기 자연토는 통상적으로 자연상태의 흙을 의미하며, 점토, 진흙, 황토, 사질토, 사양토, 마사토 등으로 구성될 수 있으며, 그 비율이 88중량% 미만으로 혼합될 경우에는 자연토 고유의 질감과 색상, 촉감을 표현하는 데 어려움이 있고 인위적인 기존의 콘크리트포장과 같은 딱딱한 느낌을 줄 뿐아니라, 원지반과 이질감이 커벼 융화되지 못하게 되는 문제점이 발생하므로 88중량% 이상의 자연토를 혼합하는 것이며, 또한 89중량%를 초과하는 비율로 혼합될 경우에는 접착력과 강도 및 내구성이 저하되는 문제점이 발생하므로 88 ~ 89중량%의 자연토를 혼합하는 것이다.

상기와 같이 자연토혼합물을 시공 현장에서 채취가능한 자연토를 주성분으로 구성함에 따라 시공비용을 절감할 수 있고, 자연자원 이용성을 높일 수 있으며, 원지반에 포설되는 자연토혼합물이 퇴화 후 자연토로 환원됨에 따라 환경보전에 이로움과 동시에 자연 친화성을 극대화시킬 수 있으며, 포장 후 태양복사열을 흡수할 수 있는 효과가 있다.

벤토나이트는 2 ~ 4중량% 혼합되는 구성으로, 상기 벤토나이트(bentonite)는 천연건조점토 광물질로서, 고 팽창력, 흡수력, 교환가능한 양이온의 수화작용을 이 용하여 토양내의 공극을 최대한 밀봉하도록 하는 특징이 있다. 또한, 환경친화적인 불활성물질로서 자연에 해가 되지 않으며, 마찰율이 높고, 공극을 메우도록 팽창하여 시멘트 및 자연토와 혼합이 잘 이루어져 수축균열 및 동결균열이 발생하기 않으을 뿐 아니라, 시멘트와 함께 강도 및 내구성을 향상시킬 수 있고, 현장의 자연토 상태에 따라 그 비율을 조절할 수 있다.

상기와 같은 벤토나이트의 혼합 비율이 2중량% 미만으로 구비될 경우, 벤토나이트의 팽창에 의한 공극 메움과 같은 효과를 기대하기 어렵고, 4중량%를 초과하도록 혼합될 경우에는 원료비용이 상승하고, 포설된 자연토혼합물이 지나치게 단단해지는 문제점이 있으므로 2 ~ 4중량%의 벤토나이트를 혼합하는 것이다.

참고로 상기 벤토나이트는 자체부피의 2배 팽창하는 칼슘벤토나이트와 흡수력이 자체중량의 5배이고, 자체부피의 16배 팽창하는 염기성벤토나이트를 고루 혼합하여 구성될 수 있다.

시멘트는 8 ~ 10중량% 혼합되며, 시멘트 함량이 8중량% 미만이면, 충분한 강도를 기대하기 어려우며, 반대로 10중량%를 초과할 경우 강도는 증가하나, 흙 고유의 질감을 기대하기 어려우며, 기존 원지반과의 이질감이 발생하여, 융화되지 못하는 문제점이 발생하게 된다. 이에 더하여, 고가의 시멘트 사용량이 증가함에 따라 시공비용이 상승되는 문제점도 더불어 발생하게 됨은 물론이다.

장섬유는 0.5 ~ 1중량% 혼합되는 구성으로, 시멘트와 벤토나이트, 자연토에 혼합되어 각각의 물질이 보다 견고하게 고정될 수 있도록 한다.

상기 장섬유(長纖維)는 가늘고 긴 섬유를 의미하여, 천연 식물에서는 동물성 섬유인 견과 식물성 섬유로는 마섬유가 이에 해당하고, 목화나 양모와 같은 단섬유에 비해 연속성이 큰 특징을 가지고 있다. 상기와 같이 케나프, 아바카, 바나나 섬유, 아나나스, 종려, 파인애플, 야자 등에서 추출한 장섬유는 자연토혼합물과 혼합된 후, 콘크리트 구조물의 철근과 같은 역할을 하고, 식물 성분이 최대한 보존되어 공기 정화와 자연향 발생 등의 효과가 있다.

상기한 바와 같은 발명 자연토를 이용한 건식 포장방법 및 포장용 조성물은 도보용도로, 산책로, 공원도로, 사찰, 민속마을 및 자전거 도로 등을 포장하는 데 있어서, 자연토를 주원료로 하되 벤토나이트 및 장섬유를 혼합하여 포장함에 따라 적절한 탄성률과 인장강도을 구비하고 동결방지 기능을 갖으며 무엇보다 자연 친화적어서 주변 경관과 잘 어울릴 수 있고, 종래의 복잡한 포장방법과는 달리 단순화된 건식의 포장방법을 제공하므로서, 쉽고 신속하면서도 저렴한 비용으로 포장이 이루어지도록 하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명 자연토를 이용한 건식 포장방법의 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

S100 : 혼합단계

S200 : 다짐단계

S300 : 포설단계

S400 : 가압단계

S500 : 수분공급단계

S600 : 건조단계

Claims (5)

1. 88 ~ 89중량%의 자연토(점토, 진흙, 황토, 사질토, 사양토, 마사토 등과 같은 일반적 개념의 모든 흙), 2 ~ 4 중량%의 벤토나이트, 8 ~ 10중량%의 시멘트, 0.5 ~ 1중량%의 장섬유를 골고루 혼합하여 자연토혼합물을 준비하는 혼합단계(S100);

   상기 혼합된 자연토혼합물을 포설하도록 원지반을 다지는 다짐단계(S200);

   상기 다짐된 원지반 상단에 자연토혼합물을 100 ~ 200mm의 두께로 포설하는 포설단계(S300);

   상기 포설된 자연토혼합물을 10 ~ 20ton의 압력으로 다짐하는 가압단계(S400);

   상기 가압된 자연토혼합물에 분무방식으로 수분을 공급하는 수분공급단계(S500);

   상기 수분이 공급된 자연토혼합물을 자연건조시키는 건조단계(S600);로 구성된 것을 특징으로 하는 자연토를 이용한 건식 포장방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 벤토나이트는 200 ~ 400mesh의 크기로 구성되는 것을 특징으로 하는 자연토를 이용한 건식 포장방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 가압단계(S400)는 20 ~ 40%의 부피가 감 소하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 자연토를 이용한 건식 포장방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 장섬유는 코코넛 섬유, 마 섬유, 바나나섬유와 같은 천연 식물성 장섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 자연토를 이용한 건식 포장방법.
5. 88 ~ 89중량%의 자연토(점토, 진흙, 황토, 사질토, 사양토, 마사토 등과 같은 일반적 개념의 모든 흙), 2 ~ 4 중량%의 벤토나이트, 8 ~ 10중량%의 시멘트, 0.5 ~ 1중량%의 장섬유를 골고루 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자연토를 이용한 건식 포장용 조성물.

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