KR100957790B1 - 황토 포장 재료 및 포장 시공 방법 - Google Patents

황토 포장 재료 및 포장 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 황토를 주성분으로 하는 포장 재료 및 이를 이용한 포장 시공 방법을 개시하는바, 구체적으로는 고형분 함량 기준으로, 황토 100중량부; 골재 30 내지 40중량부; 고화제 15 내지 20중량부; 액상 접착제 3 내지 10중량부; 및 염화칼슘 4 내지 10중량부를 포함하는 황토 포장용 재료와, 이를 이용한 포장 시공 방법을 제공한다.

Description

황토 포장 재료 및 포장 시공 방법{Pavement material comprising loess and excution method using the same}
본 발명은 황토를 주성분으로 하는 포장 재료 및 이를 이용한 포장 시공 방법에 관한 것이다.
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.
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.
콘크리트계 포장은 표층부에 콘크리트를 포설한 것인 데, 콘크리트 뿐이거나 콘크리트에 철망을 삽입한 보통의 콘크리트 포장 외에, 철근 콘크리트 포장, 프리 스트레스트 콘크리트 포장 등이 있으며, 블록포장은 돌, 벽돌, 시멘트, 나무, 아스팔트 등의 각종 블록을 표층부에 깔아서 된 것으로, 현재 차도에는 별로 쓰이지 않고, 보도나 광장 등에 쓰이고 있을 뿐이다.
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.
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.
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 국 제적으로 확산되고 있으며, 그 예로 소성(燒成)을 행하지 않는 재료의 사용 개념이 도입되고 있으며, 무기바인더로서 개발되는 여러 가지 비시멘트형 소재들이 등장하고 있다.
예를 들어, 지오폴리머(geopolymer) 혹은 미네랄폴리머(mineral polymer)나 인오르가닉폴리머(inorganic polymer)로 명명되는 새롭게 개발된 무기바인더가 있다.
이러한 환경적, 산업적 인식의 전환을 고려한 시멘트 저감형 제품 및 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 특허제438138호에는 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.
또한, 특허 제504987호에는 흙 포장 공사에 있어서 플라이 애쉬나 제지 슬러지 등의 혼화제와 시멘트 및 안료, 소석회, 흄드실리카으로 구성된 토양 강화 개선재가 기재되어 있고, 특허 제789877호, 제570958호, 제581227호, 제775360호 등과 같은 대다수의 흙 포장관련 기술들은 상기 설명한 바와 같이 시멘트에 첨가제 등을 통하여 기능을 향상시킨 포장기술이다.
흙을 활용하는 공법은 오래 전부터 소일시멘트 공법으로 습지나 불용지 등 의 연약한 지반을 강화하는 목적으로 사용되었다. 그러나 흙을 표층포장용으로 활용하기 위해서는 고른 혼합이 전제되는 것으로, 모래나 골재와 달리 미세한 미립자를 내포함으로 수분을 흡수하여 뭉쳐지는 흙의 특성상 균질한 혼합이 용이하지 않아, 혼합이 용이한 모래와 유사한 미사토 등의 특정한 토사만을 사용하게 되었고, 비표면적의 증대로 인하여 상대적인 고화재의 부족 현상이 나타나며, 흡수성이 강해 지표수를 함유하게 되어 각종 부식물에서 용출된 유기질 물질에 의하여 시멘트의 기능이 저하됨으로 내구성과 내동한성이 취약한 문제점이 있었다.
또한 미사토만을 사용함에 따라 흙의 색상과 질감을 느낄 수 없었으며, 흙포장임을 나타내기 위해 붉은 인공색소를 첨가해야하는 문제점이 있었다.
그리고 흙을 고화하기 위해서는 기본적으로 시멘트나 석회석을 첨가하고 물을 첨가함으로써 화학반응에 의한 경화의 원리를 기초로 하는 데, 일반 토사가 모래와 달리 강도발현 등의 내구성에 문제가 발생하는 것은 흙이 가지는 미립자를 내포한 흙의 특성으로 인한 것이었다.
따라서 흙의 고화를 돕기 위해 시멘트, 석회, 석고 등의 고화재의 함량을 늘려야 하는 바, 종래에는 시멘트의 함량을 낮추기 위해 단순히 시멘트의 함량을 낮추고 석회, 석고 등의 함량을 높임으로써 환경성, 경제성 등의 문제점이 발생되었다.
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.
본 발명의 일 구현예에서는 실질적으로 황토의 기능성을 발현하면서도 동계 해빙효과 및 우천시 미끄럼 방지효과가 우수한 황토 포장 재료를 제공하고자 한다.
또한 본 발명의 일 구현예에서는 황토 및 자갈을 주원료로 하여 포장시공하면서도 용이한 방법으로 시공이 가능한 황토 포장 시공 방법을 제공하고자 한다.
더욱이 황토를 주원료로 하여 포장시공하면서도, 보행 중이나 주행 중 빗길 미끄러짐 발생을 방지할 수 있는 황토 포장 시공 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서는 고형분 함량 기준으로, 황토 100중량부; 골재 30 내지 40중량부; 고화제 15 내지 20중량부; 액상 접착제 3 내지 10중량부; 및 염화칼슘 4 내지 10중량부를 포함하는 황토 포장용 재료를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 의한 고화재는 SiO2, 벤토나이트, Fe2O3, CaO, MgO, SO3 및 K2O를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로는, SiO2 13 내지 18중량%, 벤토나이트 12 내지 18중량%, Fe2O3 0.2 내지 0.8중량%, CaO 40 내지 55중량%, MgO 1 내지 5중량, SO3 12 내지 20중량% 및 K2O 0.1 내지 0.5중량%를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의한 액상 접착제는 수수풀, 찹쌀풀 및 수수와 찹쌀 의 혼합풀인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는 고형분 함량 기준으로 황토 100중량부, 골재 30 내지 40중량부, 고화제 15 내지 20중량부, 액상 접착제 3 내지 10중량부 및 염화칼슘 4 내지 10중량부를 포함하는 재료를 물과 함께 혼합하여 포장용 재료를 준비하는 단계; 준비된 포장용 재료를 기층 위에 포설하는 단계; 진동롤러 또는 콤팩터를 이용하여 다짐하는 단계; 및 다짐한 포장면 위에 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계를 포함하는 황토 포장 시공 방법을 제공한다.
바람직한 일 구현예에 의한 본 발명의 황토 포장 시공 방법에서는, 양생 이전에, 다짐된 표층 위에 액상 접착제 희석액을 도포하는 단계; 및 1 내지 2 시간 경과 후 2차 다짐하는 단계;를 포함한다.
여기서 액상 접착제 희석액은 액상 접착제와 물을 중량비로 10:3 내지 10:2비율로 혼합하여 얻어지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의하면 양생은 1 내지 60℃에서 수행될 수 있다.
황토는 태양에너지의 저장고라 일컬어 질 정도로 동식물의 성장에 꼭 필요한 원적외선을 다량 방사하여 일명 살아있는 생명체라 불리기도 한다. 특히 황토 성분이 인체에 흡수되면 신진대사를 촉진시켜 노화를 방지하기도 한다. 이러한 황토의 효능으로 인해 황토 그 자체에서 나오는 원적외선이 세포의 생리작용을 활성화하여 오염된 하천이나 어항 및 적조현상으로 죽어가는 바다를 회복시키기도 한다. 또한 공기 중의 비타민이라 할 수 있을 정도로 음이온을 방출하여 산성화된 체질을 알칼리성으로 바꾸고 혈액순환을 촉진시켜 신진대사를 왕성하게 해 준다. 황토 속에는 카라타제라는 활성효모가 들어있어 노화의 원인인 활성산소, 과산화지질을 환원시키고 분해시키며 체내 유해물질을 분해하여 피부미용에도 탁월한 효과를 나타내기도 한다.
본 발명의 포장 재료는 이와 같은 기능성을 발현하는 황토를 주성분으로 하는 것이다.
황토는 각별히 한정되는 것은 아니나, 그 효능의 향상을 위해서 채취한 후 7일 내지 10일 동안의 숙성과정을 거치는 것이 바람직할 수 있다.
그 다음 분쇄하여 메쉬가 40 내지 110 정도인 분말상의 황토로 사용할 수 있다.
본 발명의 포장 재료를 구성하는 골재는 골조 역할을 하며 포장시 표면 균열을 방지하는 역할을 하는 것으로, 구체적으로는 모래 또는 자갈일 수 있다.
골재에 있어서 자갈은 19 내지 22mm 정도의 메쉬를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
골재의 배합량은 황토 100중량부에 대하여 30 내지 40중량부, 바람직하기로는 30 내지 35중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 골재의 배합량이 황토 100중량부에 대해 30 중량부 미만이면 내구성이 떨어져 도로에 균열이 발생하는 문제가 있 을 수 있고 40중량부 초과면 황토와 접합이 되지 않아 분리되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 포장용 재료에 포함되는 고화제는 무기질 원료로, 황토와 자갈 등을 결합하는 역할을 하고 또한 강도를 강하게 하고 물에 강한 것이 특징이다. 구체적으로 고화제는 SiO2, 벤토나이트, Fe2O3, CaO, MgO, SO3 및 K2O를 포함하는 것일 수 있다. 좀더 구체적으로는, SiO2 13 내지 18중량%, 벤토나이트 12 내지 18중량%, Fe2O3 0.2 내지 0.8중량%, CaO 40 내지 55중량%, MgO 1 내지 5중량, SO3 12 내지 20중량% 및 K2O 0.1 내지 0.5중량%를 포함하는 것일 수 있다.
이와 같은 고화제의 배합량은 황토 100중량부에 대하여 15 내지 20중량부인 것이 바람직한데, 만일 고화제의 배합량이 황토 100중량부에 대하여 15 중량부 미만이면 황톳길 표면에 균열이 가고 내구성이 약해지는 문제가 있을 수 있고 20중량부 초과면 황토에서 발산하는 원적외선과 음이온 등이 차단되는 문제가 있을 수 있다.
한편 본 발명의 포장용 재료 중에는 액상 접착제를 포함할 수 있는데, 이는 식물성으로 포장길의 표면을 깨끗하게 해주고 또한 마찰력을 높여주는 역할을 할 수 있다. 액상 접착제는 구체적으로 수수풀, 찹쌀풀 또는 수수와 찹쌀의 혼합풀일 수 있는데, 이는 전형적인 풀 쑤는 방법에 의해 얻어지는 것이면 가능하다. 구체적인 일예로 동량의 수수와 찹쌀 100중량부에 대해, 110 내지 130중량부에 해당되는 물을 붓고 적당한 불로 조정하여 2 내지 3시간 동안 끓인 다음, 이를 메쉬에 문질러 곱게 만든 것일 수 있다.
이와 같은 액상 접착제는 고형분 함량 기준으로 황토 100중량부에 대해 3 내지 10중량부로 배합되는 것이 바람직한데, 배합량이 황토 100중량부에 대하여 3 중량부 미만이면 황톳길 표면이 깨끗하지 못하여 마찰력이 떨어지는 문제가 있을 수 있고 10중량부 초과면 황토에서 발산하는 원적외선, 음이온 등이 차단될 수 있다.
또한 본 발명의 포장 재료 중에는 황토가 갖는 내동해성이 취약한 점을 해결하기 위해 염화칼슘을 포함한다. 염화칼슘을 황토에 소량 혼합하면 포장 시공된 노면 자체가 내재한 황토와 염화칼슘의 발열반응에 의하여 눈이 올 경우 빠르게 눈을 녹여내어 동결을 방지할 수 있다. 따라서 포장도로의 제설작업이나 수분제거 작업, 별도의 염화칼슘 살포로 인한 자동차 부식 등을 방지할 수 있는 측면에서 유리하다.
이러한 역할을 하는 염화칼슘의 배합량은 황토 100중량부에 대하여 4 내지 10중량부인 것이 바람직한데, 배합량이 황토 100중량부에 대하여 4 중량부 미만이면 염화칼슘 첨가로 인한 제설, 동결방지, 수분제거 효과 등이 떨어지는 문제가 있을 수 있고 10중량부 초과면 황톳길 표면에 백화 현상이 일어나고 포장 자체에 염화칼슘을 첨가함으로 인한 차량 부식 방지 효과를 얻을 수 없다.
그밖에 본 발명의 포장 재료 중에는 필요에 따라 쑥, 허브, 한약재, 솔잎 등 을 파우더로 만들어 황토와 혼합할 수 있으며, 이는 시공 장소 등을 고려하여 선택할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 황토 포장 재료는 시멘트를 바인더로 전혀 포함하지 않아 인체 유해성을 줄이면서, 황토가 갖는 기능성을 충분히 발현할 수 있고, 또한 흙을 주재료로 하면서도 내구성이나 강도, 내동해성을 모두 만족할 수 있다. 더욱이 동계 해빙효과 및 우천시 미끄럼 방지 효과 또한 우수하여 도포 표면에 습기 제거가 빠르게 이루어질 수 있어 보행자의 편의를 도모할 수 있다.
본 발명의 황토 포장 재료는 산책로나 공원, 운동장, 인도 등의 표층 포장에 용이하게 사용될 수 있다.
이러한 황토 포장 재료를 시공하는 방법은 상기와 같이 구성되는 재료를 물과 함께 배합하여 포장용 재료를 준비하는 단계; 포장용 재료를 기층 위에 포설하는 단계; 진동롤러나 콤팩터 등을 이용하여 다짐하는 단계; 다짐한 포장면 위에 전기장판 등의 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계를 포함할 수 있다.
포장용 재료를 준비하는 데 있어서 물의 배합량은 총 수분 함량이 30% 이하가 되도록 하는 것이 내구성이 강해지고 황톳길 표면에 박리현상이 생기지 않는 점에서 바람직할 수 있다.
이와 같은 시공 공정만으로도 충분한 강도와 내구성을 갖는 도로를 완성할 수 있으나, 도로 표면의 마찰력을 보다 높이기 위한 일환으로 양생을 하기 이전에, 상술한 액상 접착제의 희석액을 도포한 다음, 1 내지 2 시간 경과한 다음 2차 다짐하는 단계를 더 거칠 수 있다.
상술한 것과 같이 액상 접착제는 마찰력을 높여주는 역할을 하는바, 표층에 액상 접착제 희석액을 도포함에 따라 표면 마찰력을 높여 빗길 미끄러짐 발생을 더욱 줄일 수 있다.
액상 접착제 희석액은 액상 접착제와 물을 중량비로 10:3 내지 10:2 중량비로 혼합한 것을 사용하는 것이 황톳길 표면에 50 내지 60 mm 정도 스며들어 표면에 적당한 마찰력을 줄 수 있는 측면에서 유리할 수 있다.
황토 포장 재료를 이용한 포장 시공에 있어서 다짐이 완료된 표층면의 양생은 1 ∼ 60℃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 있음은 물론이다.

Claims (8)

  1. 고형분 함량 기준으로,
    황토 100중량부; 골재 30 내지 40중량부; 고화제 15내지 20중량부; 액상 접착제 3 내지 10중량부; 및 염화칼슘 4 내지 10중량부를 포함하는 황토 포장용 재료.
  2. 제 1 항에 있어서, 고화제는 SiO2, 벤토나이트, Fe2O3, CaO, MgO, SO3 및 K2O를 포함하는 것인 황토 포장용 재료.
  3. 제 1 항에 있어서, 고화제는 SiO2 13 내지 18중량%, 벤토나이트 12 내지 18중량%, Fe2O3 0.2 내지 0.8중량%, CaO 40 내지 55중량%, MgO 1 내지 5중량, SO3 12 내지 20중량% 및 K2O 0.1 내지 0.5중량%를 포함하는 것인 황토 포장용 재료.
  4. 제 1 항에 있어서, 액상 접착제는 수수풀, 찹쌀풀 또는 수수와 찹쌀의 혼합풀인 것인 황토 포장용 재료.
  5. 황토 100중량부, 골재 30 내지 40중량부, 고화제 15 내지 20중량부, 액상 접착제 3 내지 10중량부 및 염화칼슘 4 내지 10중량부를 포함하는 재료를 물과 함께 혼합하여 포장용 재료를 준비하는 단계;
    준비된 포장용 재료를 기층 위에 포설하는 단계;
    진동롤러 또는 콤팩터를 이용하여 다짐하는 단계; 및
    다짐한 포장면 위에 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계를 포함하는 황토 포장 시공 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 양생 이전에, 다짐된 표층 위에 액상 접착제 희석액을 도포하는 단계; 및 1 내지 2 시간 경과 후 2차 다짐하는 단계;를 포함하는 황토 포장 시공 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 액상 접착제 희석액은 액상 접착제와 물을 중량비로 10:3 내지 10:2 비율로 혼합하여 얻어지는 것인 황토 포장 시공 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 양생은 1 내지 60℃에서 수행되는 것인 황토 포장 시공 방법.
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