KR101000324B1 - 토사와 해사를 이용한 경화체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 토사와 해사를 이용한 경화체에 관한 것으로, 토사와 해사를 이용한 경화체에 있어서, 상기 경화체는 토사 또는 해사 또는 토사와 해사를 포함한 2종 이상의 혼합물 100중량부에 대하여, 경화제희석액 2 내지 8중량부 및 시멘트 5 내지 15중량부로 조성되며, 상기 경화제희석액은 경화제 100중량부에 대하여 물 200 내지 400중량부로 조성되고, 상기 경화제는 야자오일(Palm oil) 17~25중량%, 야자오일용 유화제 0.03~0.1중량%, 염화칼슘(Calcium chloride) 0.02~0.08중량%, 리그닌(Lignin) 1.3~2.0중량%, 개질제 0.5~1.2중량%, 산화나트륨 0.1~0.2중량%, 황화유(Sulphonated oil) 0.25~0.35중량% 및 물 72 내지 80중량%로 조성된다.
따라서, 본 발명에 의한 경화체는 밀도와 강도, 탄성 및 내구성이 우수하여 석재 대용으로 활용할 수 있어 경제적이며, 골재나 석재 채취를 위한 석산 개발이 불필요하므로 산림 훼손을 방지하고 생태계 및 자연환경 보존에 기여할 수 있으며, 외부의 충격이나 압력이 경화체 내부로 흡수되어 완화되므로 특히 고온 다습한 지역에서 용이하게 활용될 수 있는 매우 유용한 발명이다.
토사, 해사, 경화체, 야자오일(Palm oil), 염화칼슘, 리그닌, 개질제, 산화나트륨, 황화유, 화강토

Description

토사와 해사를 이용한 경화체{Hardened product using soil and sea sand}
본 발명은 토사와 해사를 이용한 경화체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화강토, 이토, 강모래 등의 토사와 바닷모래, 사막모래 등의 해사의 단일물 또는 혼합물에 야자오일을 함유하는 경화제와 소량의 시멘트를 혼합하여 경화체를 형성함으로써, 석재 대용으로 사용 가능한 물성을 갖는 토사와 해사를 이용한 경화체에 관한 것이다.
최근에 토목공사 및 건설사업 수행 시 양질의 건설재료를 확보하기 어려운 상황으로 인해 공사기간이 지연됨으로써 경비를 증가시키는 요인으로 작용하며, 건설자재 확보를 위하여 석산을 개발하거나 하천, 해상 등에서 골재채취를 함으로써 자연환경을 훼손하고 생태계를 교란시키고 있는 실정이다.
상술하면, 종래의 항만매립공법, 아스팔트 및 콘크리트 포장공법 등에서는 석재 등의 입상재료를 사용함으로 석재 채취를 위하여 산과 들을 훼손하고 있으며, 채석, 운반, 깨기 작업이 공사비를 증가시키는 요인이 되고 있다.
이외에도 대부분의 하천제방 축조공법에서는 일반 토사를 사용함으로써 수류(水流) 압력에 의한 세굴 작용으로 내구성 및 안전성이 결여되어 제방이 붕괴 되고, 이로 인해 수해가 발생하고 질병이 확산 되었으며, 기존 연약지반 개량공법의 경우 공사비가 고가이고 사용재료의 손실율이 매우 컸다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 우리나라 전역에 널리 분포되어 있는 토사 및 해사를 각종 토목공사 및 기타 건설사업에 석재 대용으로 재활용하기 위한 방안이 연구되어 왔다.
이러한 방안으로서, 종래에 시멘트 안정처리공법(Cement Stabilization), LAC(Lignin Rosin Asphalt Concrete) 공법 등이 개발되어 활용되고 있으나, 마무리 양생기간이 길어 조기 압축강도를 얻기 힘들며, 압축강도 또한
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이하로 낮아 사용할 수 있는 분야가 도로건설의 보조기층재 등에 국한되어 있어서 활용성이 매우 낮았다.
또 다른 방법으로, 대한민국특허공개 제1996-29280호에 경화제 조성물을 사용하여 해사 및 토양 혼합물을 경화하는 방법이 개시되어 있다. 이때 사용된 경화제 조성물은 탄산나트륨 25%, 염화가리 25%, 탄산마그네슘 15%, 염화암모늄 10%, 규산화가리 8%, 실리케이트 7%, 황산철 5% 및 산화티탄 5%를 포함하도록 구성되어 있다. 이 경화제는 해사와 토양의 혼합물을 경화하기에 적합한 조성으로 기재되어 있으나, 탄산나트륨과 염화가리를 주성분으로 사용함으로써 제조비용이 고가이며, 이를 사용하여 제조되는 경화체의 강도 또한 크게 향상되지 못하여, 경화체의 강도를 더욱 향상시킬 수 있는 경화제 개발이 요구된다.
상술한 바와 같이, 석재는 항만 및 해안분야, 도로 및 공항 분야, 수자원 개발 분야, 토질 분야, 토목 분야 등 그 사용범위가 광범위하지만 자원은 한정되어 있으므로, 그 대체물로서 건설 현장 발생량이 많아 쉽게 취득 가능한 해사 및 화강토 등의 토사를 재활용할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출 된 것으로서, 토사 또는 해사 또는 토사와 해사의 혼합물에 소량의 시멘트 및 소정의 조성으로 구성되어 빠르게 경화하는 특성을 지닌 경화제를 첨가하여 경화체를 제조함으로써, 밀도와 강도 및 탄성이 증대되고, 내구성이 우수하며 경화속도가 단축되어 석재 대용으로 건축자재, 토목공사자재 등으로 사용할 수 있는 동시에 현장 발생토를 이용할 수 있어 경제적이며 자연환경 보전에 기여할 수 있는 경화체를 제공하는 데 있으며, 고강도의 경화체를 제조하여 다양한 건축 및 토목분야에 이용 가능한 토사와 해사를 이용한 경화체를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 토사와 해사를 이용한 경화체를 제공함에 있어서, 상기 경화체는 토사 또는 해사 또는 토사와 해사를 포함한 2종 이상의 혼합물 100중량부에 대하여, 경화제희석액 2 내지 8중량부 및 시멘트 5 내지 15중량부로 조성하며, 상기 경화제희석액은 경화제 100중량부에 대하여 물 200 내지 400중량부로 조성하고, 상기 경화제는 야자오일 17~25중량%, 야자오일용 유화제 0.03~0.1중량%, 염화칼슘 0.02~0.08중량%, 리그닌 1.3~2.0중량%, 개질제 0.5~1.2중량%, 산화나트륨 0.1~0.2중량%, 황화유 0.25~0.35중량% 및 물 72 내지 80중량%로 조성한다.
상기와 같은 본 발명에 의한 경화체는 밀도와 강도, 탄성 및 내구성이 우수하여 석재 대용으로 건축자재나 토목공사자재 등으로 사용할 수 있고 현장 발생토를 이용할 수 있어 자재비 절감 등에 따른 경제성과 동시에 골재나 석재 채취를 위한 석산 개발이 불필요하므로 산림 훼손을 방지하고 생태계 및 자연환경의 보존에 기여할 수 있는 장점이 있다.
또한, 도로 포장시 공사기간을 단축할 수 있고, 집중호우에도 유실되지 않아 수해를 예방할 수 있어 하자보수비를 절감할 수 있다.
나아가, 외부의 충격이나 압력이 경화체 내부로 흡수되어 완화되므로 특히 고온 다습한 지역에서 용이하게 활용될 수 있는 매우 유용한 발명이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 토사와 해사를 이용한 경화체에 있어서, 상기 경화체는 토사 또는 해사 또는 토사와 해사를 포함한 2종 이상의 혼합물 100중량부에 대하여, 경화제희석액 2 내지 8중량부 및 시멘트 5 내지 15중량부로 조성되며, 상기 경화제희석액은 경화제 100중량부에 대하여 물 200 내지 400중량부로 조성되고, 상기 경화제는 야자오일(Palm oil) 17~25중량%, 야자오일용 유화제 0.03~0.1중량%, 염화칼슘(Calcium chloride) 0.02~0.08중량%, 리그닌(Lignin) 1.3~2.0중량%, 개질제 0.5~1.2중량%, 산화나트륨 0.1~0.2중량%, 황화유(Sulphonated oil) 0.25~0.35중량% 및 물 72 내지 80중량%로 조성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 토사와 해사를 이용한 경화체는, 토사 및 해사의 경화를 용이하게 하는 역할을 하는 경화제와 소량의 시멘트를 토사 또는 해사 또는 토사와 해사를 포함한 2종 이상의 혼합물에 첨가하여 혼합함으로써 제조된다.
본 발명에 사용되는 토사로는 화강토, 이토, 강모래, 자연토사 등을 포함하여 통상 토사류로 분류되는 것이라면 제한됨이 없이 사용될 수 있으며, 화강토 단일 또는 화강토와 그 외 토사류와의 혼합물이 바람직하다.
일반적으로 해사는 바닷모래와 사막모래를 지칭하는 것이며, 본 발명에 사용되는 토사와 해사는 각각의 단일(單一)로 사용될 수 있으며, 토사혼합물이나 해사혼합물로도 사용될 수 있고, 토사와 해사를 혼합한 토사 및 해사혼합물로도 사용 가능하다.
한편, 경화제는 야자오일(Palm oil), 야자오일용 유화제, 염화칼슘(Calcium chloride), 리그닌(Lignin), 개질제, 산화나트륨, 황화유(Sulphonated oil) 및 물을 함유하도록 구성되어, 토사 및 해사에 강도를 부여하며 건조수축으로 인한 균열을 방지하는 역할을 한다.
일반적으로 야자오일(Palm oil)의 지방산 조성의 특징은 포화지방산인 팔미트산(Palmitic acid, C16:0)의 함량이 약 45%로서 매우 높다는 것이다. 불포화지방산으로는 올레인산(Oleic acid, C18:1)이 약 35% 정도 함유되어 있고 리놀레산이 약 10%정도로서 액상 식물유에 비해 적다.
야자오일(Palm oil)은 식물성 유지이면서 그 지방산 조성은 포화지방산과 불포화지방산의 비율이 약 1:1로서 우지, 돈지 등의 동물성 유지와 비슷한 반고체지( 半固體脂)이며, 우지, 돈지와 비교시 고체지 함량이 저온부에서는 높고 고온부에서는 낮으므로 가소 범위가 좁은 성질이 있다.
또한, 야자오일(Palm oil)은 저장하는 중에 큰 입자의 결정이 생겨 꺼칠꺼칠한 조직으로 변화된다. 야자오일(Palm oil)은 높은 포화지방산의 함량이 약 50% 정도이고, 낮은 리놀레산의 함량이 10%이하인 특성으로 인하여 산화 안정성이 타 유지보다 월등히 좋아 극히 양호한 안정성을 보인다.
이와 같이 야자오일(Palm oil)은 산화 안정성이 우수한 유지지만, 타 유지와 비교했을때 산화의 초기 단계에 특유의 이취(異臭) 발생이 다소 빨리 나타나는 경향이 있다.
이러한 야자오일(Palm oil)은 제품으로 출하되므로, 추가의 가공 없이 그대로 사용할 수 있어 제조원가를 절감할 수 있다.
본 발명에서 야자오일(Palm oil)은 토사 또는 해사 또는 토사와 해사의 혼합물 및 시멘트와 경화제로 이루어지는 혼합 입자의 탄력성과 안정성을 증대시키고 표면 방수 역할을 한다.
상기 야자오일(Palm oil)은 경화제 총중량에 대하여 그 함량이 17중량% 미만의 양으로 함유될 경우에는 입자 간의 탄력성 저하로 안정성 및 부착성이 결여되는 문제점이 있을 수 있으며, 그 함량이 25중량%를 초과하는 양이 함유될 경우에는 제품비용을 증대시키고 강도 저하 현상을 유발하는 문제점이 있을 수 있으므로, 야자오일은 경화제 총 중량에 대하여 17 내지 25중량%의 양으로 함유되는 것이 바람직하다.
야자오일(Palm oil)용 유화제는 높은 유화성으로 인해 양호한 분해성을 가지고 혼합용 야자오일(Palm oil) 유제로서 사용되는 것으로서, 양이온계 또는 비이온계 유화제 중 어느 것이라도 사용 가능하다.
상기 야자오일(Palm oil)용 유화제는 경화제 총 중량에 대하여 그 함량이 0.03중량% 미만의 양이 함유될 경우 야자오일(Palm oil)를 유화시키지 못하는 문제점이 있을 수 있으며, 0.1중량%를 초과하는 양으로 함유될 경우 제품비용을 증대시키고 유화기능이 오히려 감소하는 문제점이 있을 수 있으므로, 경화제 총 중량에 대하여 0.03 내지 0.1중량%의 양으로 함유되는 것이 바람직하다.
염화칼슘(Calcium chloride)은 시멘트와 혼합하여 흡수성을 촉진하고 동결을 방지하는 촉매제 역할을 하는 것으로서, 그 함량이 경화제 총 중량에 대하여 0.02중량% 미만의 양이 함유될 경우 수분과의 원활한 수용이 되지 않아 동결 방지효과가 약하게 되는 문제점이 있을 수 있으며, 그 함량이 0.08중량%를 초과하는 양이 함유될 경우 무수물이 다량 발생하여 경화제가 액상을 이루기 어려운 문제점이 있을 수 있으므로, 경화제 총 중량에 대하여 0.02 내지 0.08중량%의 양으로 함유되는 것이 바람직하다.
리그닌(Lignin)은 토사나 해사 또는 시멘트 등의 혼합물질을 분산시키는 역할을 하며, 시멘트와 혼합물질을 결합하여 강도를 증대시킨다.
리그닌은 그 함량이 경화제 총 중량에 대하여 1.3중량% 미만의 양이 함유될 경우 입자분산을 저해하며 재료의 완성 후 강도를 증대시키는 문제점이 있을 수 있으며, 그 함량이 2.0중량%를 초과하는 양이 함유될 경우 재료의 특성상 3차원 망상 구조이므로 다른 물질의 화학적 반응을 저해하는 문제점이 있을 수 있으므로, 경화제 총 중량에 대하여 1.3 내지 2.0중량%의 양으로 함유됨이 바람직하다.
개질제는 미립자의 분산 및 분배작용을 하며 점착력이 우수하여 입자간의 접착을 위해 사용되며, 방수 효과 또한 우수하다.
개질제는 그 함량이 경화제 총 중량에 대하여 0.5중량% 미만의 양으로 함유될 경우 야자오일 등을 유화시키지 못하는 문제점이 있을 수 있으며, 그 함량이 2중량%를 초과하는 양으로 함유될 경우 접착력 향상에는 도움이 되지만 제품비용을 증대시키므로, 경화제 총 중량에 대하여 0.5 내지 1.2중량%의 양으로 함유되는 것이 좋으며, 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭공중합체(SBS Block Copolymer)가 바람직하다. 본 발명의 경화제에 사용되는 개질제로는 부타놀(Butanol NS 198; BASF사 제품, 미국 소재)이 사용된다.
산화나트륨은 유기물질을 분해하고, 대기 중의 습기와 이산화탄소를 흡수하여 탄산나트륨이 되어 유제의 농도를 제어하며, PH를 조절하는 역할을 한다.
산화나트륨은 그 함량이 경화제 총 중량에 대하여 0.1중량% 미만의 양으로 함유될 경우 유제의 농도 및 점성도를 저하하고 강산성 또는 강염기성이 될 수 있으며, 0.20중량% 초과의 양이 함유될 경우에도 유제의 농도 및 점성도를 저하하고 강산성 또는 강염기성이 될 수 있으며 환경적인 저해 요인이 되므로 경화제 총 중량에 대하여 0.1 내지 0.2중량%의 양으로 함유되는 것이 바람직하다.
황화유(Sulphonated Oil)는 계면활성제의 일종으로서 유화제로 사용되며, 비중은 1.05, PH는 1.25의 강산성 물질로서 점성이 물보다 낮아 물에 잘 용해되며, 신속히 이온화되고 전도성이 높은 특성을 지닌다.
상기 황화유를 물에 희석하여 토사나 해사에 혼합하면 물을 수소 이온, 수산화 이온, 하이드로늄(Hydronium) 이온으로 이온화시켜 토사나 해사 입자 주위 흡착수를 자유수로 변화시키고 토사나 해사의 PH를 감소시켜 토사나 해사 입자끼리 응집력을 작용하게 하여 토사나 해사의 구조가 면모구조(Flocculation)에서 사력과 같은 단립구조(Single grained structure)로 변화함으로써 압밀침하(壓密沈下)가 촉진되고 같은 다짐에너지(Compaction Energy)에서 밀도가 증가하여 어느 밀도 이상이 되면 모세관이 차단되어 흡수팽창 및 동결융해를 방지하는 기능을 갖게 한다.
상기 황화유는 그 함량이 경화제 총 중량에 대하여 0.25중량% 미만의 양이 함유될 경우 방수성이 저하되는 문제점이 있을 수 있으며, 0.35중량%를 초과하는 양이 함유될 경우 부유물을 형성하게 되는 문제점이 있을 수 있으므로, 경화제 총 중량에 대하여 0.25 내지 0.35중량%의 양으로 함유되는 것이 바람직하다.
물은 함수비(含水比)의 적응력을 수용하여 상기 성분들을 제외한 잔량을 차지하도록 함유된다. 물이 지나치게 소량 함유될 경우 유화 분산이 제대로 일어나지 않게 되는 문제점이 있을 수 있으며, 과량 함유될 경우 혼합물 입자 간 접착성, 방수력 및 강도저하를 초래하는 문제점이 있을 수 있으므로, 물의 함유량 또한 적합한 범위로 조절하여야 한다.
물의 함량은 경화제 총 중량에 대하여 약 72 내지 80중량%의 양으로 함유되는 것이 바람직하다.
한편, 유화아스팔트를 사용한 종래의 경화제는 충격이나 유연성에 대처하는 능력이 다소 떨어졌던 반면, 본 발명의 경화제는 침입도(針入度)가 유화아스팔트 보다높은 야자오일(Palm oil)을 직접 유화시켜 사용하였다.
또한, 본 발명의 경화제는 종래 계면활성제 대신 산화나트륨을 사용하여 유기물질의 분해 능력을 향상시켜 유화를 안정적으로 보조하였다.
또한, 개질제를 첨가함으로써 내마모성, 내충격성, 유연성, 저응력성, 이형성, 내열성 및 내후성의 향상을 도모하였다.
본 발명의 경화제는 상기 야자오일, 야자오일용 유화제, 염화칼슘, 리그닌, 개질제, 산화나트륨, 황화유 및 물을 혼합함으로써 제조될 수 있으며, 물을 더 첨가함으로써 소정의 농도로 희석된 형태로 제조할 수 있음으로, 사용자가 필요로 하는 강도를 갖는 경화체를 제조할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 경화제는 상술한 조성물의 조성을 갖도록 제조된 경화제 100중량부에 대하여 200 내지 400중량부의 물을 더 함유하도록 구성되는 경화제희석액으로 제조될 수 있다.
이 경우, 경화체 제조 시 별도로 물을 첨가하여 희석시키는 작업 없이 토사 또는 해사 또는 토사와 해사를 포함한 2종 이상의 혼합물과 시멘트에 그대로 첨가하여 사용할 수 있게 된다.
상술한 조성에 따라 제조된 경화제 및 경화제희석액은 액상이므로, 토사 또는 해사 또는 토사와 해사의 혼합물과 혼합되는 배합공정에서 균일한 혼합을 용이하게 할 수 있음으로 제품의 강도 편차가 매우 적어서, 공정 및 품질관리가 용이하게 된다.
그러나, 경화체 제조시 이러한 경화제희석액을 토사 또는 해사 또는 토사와 해사를 포함한 2종 이상의 혼합물 100중량부에 대하여 2중량부 미만의 양을 사용하게 되는 경우에는 경화 및 강도에 문제점이 있을 수 있으며, 8중량부를 초과하는 양으로 사용하는 경우에는 경제적인 부담이 가중되고 환경을 저해할 수 있어서, 필요 이상의 강도 발현은 오히려 사용 목적에 적합하지 않으므로 경화제희석액의 함량은 토사 또는 해사 또는 토사와 해사를 포함한 2종 이상의 혼합물 100중량부에 대하여 2 내지 8중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다.
그러나, 본 발명에 사용되는 경량제희석액의 함량은 3 내지 4중량부로 하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 시멘트는 과다하게 혼합될 경우 경제적이지 못하며 환경적인 문제를 유발하므로 각 나라에서 규정한 제한치 이내에서 현장 시험을 거쳐 적용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 시멘트는 토사 또는 해사 또는 토사와 해사를 포함한 2종 이상의 혼합물 100중량부에 대하여 5 내지 15중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하며, 많은 양을 사용할수록 더 효과적이나 5중량부의 양만을 사용하더라도 그 효과를 충분히 발현할 수 있다.
상기한 조성물과 그에 부합하는 조성으로 토사 또는 해사 또는 토사와 해사를 포함한 2종류 이상의 혼합물과 경화제희석액 및 시멘트가 준비되면 이들을 통상적인 방법에 따라 혼합함으로써 경화체를 제조할 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같은 방법에 따라 토사와 해사를 이용한 경화체를 제조 할 경우, 밀도와 강도 및 탄성이 증대되고, 고온에서의 구조적인 내구성이 우수하며, 경화속도 또한 단축되어 석재 대용으로 토목 또는 건설공사 전반에 걸쳐 사용할 수 있게 된다.
특히, 혼합과정에서 자동혼합플랜트를 사용할 경우 배합이 균일하며, 함수비 관리가 용이하여 더 우수한 품질의 토사와 해사를 이용한 경화체를 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 경화체는, 토목 및 건축공사의 재료로서 제한됨이 없이 사용될 수 있으며, 특히 항만매립 및 부두조성공법의 입상재료, 도로기층재 및 보조기층재, 하천제방 및 토사댐의 심벽축조재 및 연약지반 개량제로 사용되는데 적합하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 예시한다.
〈시험예 1〉
경화제를 혼합하여 제작된 토사 또는 해사 공시체(供試體)의 강도를 평가하기 위하여, 이하 실시예에서 대표시료로서 사용되는 화강토 및 해사의 기본적인 물성을 하기 표1의 시험방법에 따라 시험하여 측정하고, 그 측정결과를 하기 표2에 나타내었다. 대표시료는 각 시험을 위하여 실험실에 반입된 각각의 재료를 4분법하여 추출하였다.
기본물성 시험방법
함수량 KS F 2306
비중 KS F 2308
액성한계 KS F 2303
소성한계 KS F 2304
입도 KS F 2302
체분석 KS F 2309

시료		 함수량
(Wn)
(단위:%)		 비중
(Gs)
(단위:ton/m2)		 액성한계
(LL)
(단위:%)		 소성한계
(PI)
(단위:%)		 #200번
체통과량
(단위:%)		 입도
(USCS)
화강토 19.6 2.65 29.1 13.6 12.9 모래질
조립토
해사 15.8 1.98 - - 21.3 모래질
이하, 먼저 경화제의 제조예를 실시한 다음 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세히 설명하지만 본 발명이 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.
〈제조예 1 내지 3〉경화제의 제조
별도의 저장 탱크에 50℃이상의 온도를 유지한 야자오일(Palm oil:말레이시아 수입산)을 저장하여 두었으며, 또 다른 저장 탱크에 야자오일용 유화제(EMULGEN 108 : KAO Corp. 제품:일본 소재), 염화칼슘(CaCl2), 리그닌(Lignin), 개질제(Butonal NS198:BASF사 제품, 미국 소재), 산화나트륨(Na2O), 황화유(Sulphonated Oil) 및 물을 각각 정량하여 혼합하여 만든 혼합물(이하, 기타혼합물이라 함)을 80℃ 온도를 유지하면서 저장하여 두었다.
상기 야자오일(Palm oil)과 또 다른 저장탱크에 저장된 기타혼합물을 균질혼합기(Homogenizer)에 투입하여 유화시키고, 제조예 1 내지 3의 경화제를 제조하였다.
이때, 각 성분은 하기 표3의 함량이 되도록 첨가되었다.
성분(중량%)
 제조예
1 2 3
야자오일 20.0 17.0 25.0
야자오일용 유화제 1.7 1.1 2.10
염화칼슘 0.05 0.02 0.08
리그닌 1.65 1.3 2.0
개질제 0.85 0.5 1.2
산화나트륨 0.15 0.10 0.20
황화유 0.30 0.25 0.35
물 잔량 잔량 잔량
〈실시예1 내지 실시예8 및 비교예1 내지 비교예4〉공시체 제작
상기 표3의 조성 및 함량에 따라 제조된 제조예 1 내지 3의 경화제 100중량부에 대하여 300중량부의 물을 혼합한 4배 희석액을 미리 준비해 둔다.
하기 표4 내지 표5의 조성으로 포틀랜드 시멘트와 미리 준비된 경화제희석액을 혼합한 후 양 측면 2개의 이음매를 가진 원통형의 강제몰드에 각각의 시료(토사 또는 해사)를 투입하여 3층 25씩 다져서 직경 50mm, 높이 100mm인 공시체를 제작하였으며, 이때 이음매와 상하단부에 누수나 변형이 발생하지 않도록 하였고 몰드(Mold) 내면에는 광물성 기름을 발라 양생 후 쉽게 몰드로부터 분리될 수 있도록 하였다.
성분
(단위:중량부)		 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3
경화제 희석수액
 제조예 1 4 - 6 1 - -
제조예 2 - 4 - - 1 -
제조예 3 - - 4 - - - 1
시멘트 포틀랜드 시멘트 10 10 10 10 10 10 10
토사 또는 해사 화강토 100 100 100 100 100 100 100
성분
(단위:중량부)		 실시예 비교예
5 6 7 8 4
경화제
희석수액
 제조예 1 4 - 6 1
제조예 2 - 4 - -
제조예 3 - - 4 - -
시멘트 포틀랜드 시멘트 10 10 10 10 10
토사 또는 해사 해사 100 100 100 100 100
이러한 과정을 거친 후 7일간 수침을 통해 양생하였다. 7일의 양생 기간이 종료된 후 공시체를 몰드로부터 분리하여 상하단부를 평면도 0.05mm 이내가 되도록 연마하였다.
이때 사용된 토사 및 해사는 시험예 1에서 대표시료로 사용된 것이다.
〈시험예 2〉
실시예1 내지 실시예8 및 비교예1 내지 비교예4에서 공시체 각각을 7일 및 28일 양생 후 KS F 2405에 따라 시험기의 강성 가압판의 상하 압축면을 청소하고 제작된 공시체의 중심축이 가압판의 중심과 일치하도록 놓은 후 공시체에 충격을 주지 않도록 일정한 속도로 하중을 가하였다.
하중을 가하는 속도는 압축응력의 증가가 매초 2~3
Figure 112009042730582-pat00002
가 되도록 하였으며, 공시체가 급격한 변형을 시작한 후에는 하중을 가하는 속도의 조정을 중지하고 하중을 계속 가하여 일축압축강도를 측정하였다. 그 결과는 하기 표6에 나타내었다.
하기 표6에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예1 내지 실시예8의 경우 혼합 후 28일 양생 시 압축강도가 약 130~190
Figure 112009042730582-pat00003
에 속한다.
구분
 일축압축강도(단위:
Figure 112009042730582-pat00004
)
7일 양생시 28일 양생시
실시예 1 115.3 189.0
실시예 2 113.6 185.6
실시예 3 119.5 193.8
실시예 4 121.9 198.2
실시예 5 818.8 134.2
실시예 6 86.7 141.9
실시예 7 84.8 139.2
실시예 8 99.9 160.8
비교예 1 74.9 121.2
비교예 2 78.2 128.4
비교예 3 76.5 124.7
비교예 4 68.9 110.0
본 발명의 경화제를 처리한 화강토(실시예 1~4)의 압축강도가 전반적으로 가장 높게 나타났다.
동량의 경화제 및 시멘트를 사용하였을 때, 화강토(실시예1), 해사(실시예5) 순으로 압축강도가 점차적으로 낮아졌다.
한편, 동량의 시멘트를 사용하고 경화제의 양을 달리하여 제조된 화강토 공시체(실시예1 및 비교예1)와 해사 공시체(실시예5 및 비교예4)의 압축강도를 볼 때, 경화제의 첨가량이 압축강도 향상에 중요한 역할을 하는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같은 결과로서, 본 발명에 의한 경화제를 사용함으로써, 양생기간, 시멘트 및 경화제의 양을 조절함으로써 다양한 강도를 갖는 경화체를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 경화제를 사용하여 형성되는 경화체는 다양한 분야에 적용가능하다.
상기와 같은 발명의 실시예로서, 토사 또는 해사만을 사용하여 공시체를 제조하였으나, 본 발명에 의한 경화체의 제조방법 및 이러한 제조방법에 의해 제조된 경화체는 이들 실시예로만 한정하여 적용될 수 있는 것이 아니며, 토사혼합물, 해사혼합물 또는 토사와 해사혼합물을 사용한 것에도 적용가능하다.
본 발명의 경화체는 토사 또는 해사 또는 토사와 해사를 포함한 2종 이상의 혼합물과 시멘트 및 경화제희석액을 통상의 장치를 사용하여 계량 및 이송한 후, 이들을 혼합함으로써 생산될 수 있다.
한편, 혼합 시 자동혼합플랜트(Portable Stability Soil Base Mixing Plant: ATech. Co., Ltd., 중국 소재)를 사용할 경우, 자동화된 설비로 재료가 계량되고 혼합되므로 배합이 균일하며, 함수비 관리가 용이하여 품질관리가 더욱 우수하며, 작업 효율이 향상되고 시공이 간편하여 공사 기간이 단축될 수 있다. 공사의 규모, 성격, 지형학적 위치 및 경제성 등을 고려하여 용량을 결정하며 일반적인 토목 공사에서는 분당 3.0 내지 5.0
Figure 112009042730582-pat00005
을 생산할 수 있는 장비를 사용한다.
이하, 본 발명에 의해 제조된 경화체를 양생한 후, 적용할 수 있는 분야를 상술하면 다음과 같다.
(1) 항만 및 해안분야
기존 항만매립제 및 부두조성재로서 석재 등의 입상재료가 사용되어 왔는데, 이러한 석재 등은 채석을 위하여 산야를 훼손하고 채석, 운반, 깨기 작업 등 공사비를 증가시켜 왔으며 환경 도한 파괴하여 왔다. 이를 대신하여 토사류, 해사, 사막모래 등의 토사 및 해사를 사용하여 제조되는 본 발명의 경화체를 사용할 경우 공사비를 절감할 수 있으며, 자연환경 보전에 기여할 수 있다.
예를 들어, 토사 또는 해사 또는 토사와 해사를 포함한 2종 이상의 혼합물 100중량부에 대하여 시멘트 15중량부와 경화제희석액 5중량부를 첨가하여 제조된 경화체를 항만매립재로 사용할 수 있다.
항만 및 해안분양에서 본 발명의 방법에 따라 제조된 경화체는 조기 강도발현이 우수하고, 차수성 및 강도증대로 해수에 의한 팽창 및 변형의 영향이 적으며, 동결 등 기상조건에 강하고, 수축 균열 발생이 적으며, 환경적으로 안정하며 다루기가 용이하다는 장점을 갖는다.
(2) 도로 및 공항분야
기존 아스팔트 및 콘크리트 포장공법에서는 쇄석 등의 입상재료가 사용되어 왔는데 이러한 쇄석 등은 석재와 같은 문제점을 갖는다.
이를 대신하여 토사류, 해사, 사막모래 등의 토사 및 해사를 사용하여 제조되는 본 발명의 경화체를 도로 기층 및 보조 기층재, 활주로 및 항공기 이송로의 기층 등으로 사용할 경우 공사비를 절감할 수 있으며 자연환경 보전에 기여할 수 있다.
예를 들어, 시멘트 5중량부와 경화제희석액 5중량부를 첨가하여 제조된 경화체를 기층재로 사용하고, 시멘트 5중량부와 경화제희석액 3중량부를 첨가하여 제조된 경화체를 보조기층재로 사용할 수 있다.
도로 및 공항분야에서 본 발명에 따라 제조된 경화체는 조기 강도발현이 우수하고, 차수성 및 강도증대로 침투수에 의한 팽창 및 변형의 영향이 적으며, 동결 등 기상 조건에 강하고, 수축 균열 발생이 적으며, 환경적으로 안정하며 다루기가 용이하다는 장점을 갖는다.
특히, 중동이나 아프리카 등지의 사막지대에서 석재를 이용하여 도로나 철도 노반을 시설하기란 매우 막대한 물류비의 부담으로 실현 불가능했던 것을 본 발명이 이루어지면서 사막지대에도 도로나 철도를 건설할 수 있다.
또한, 기존의 아스콘 포장이나 시멘트 포장에 비하여 중금속의 용출이 현저하게 적고 바닷물에 수침하여 실험한 결과 패류(貝類)가 달라붙어 서식할 정도로 환경 친화적이다. 항만 및 해안분야에서 본 공법은 경화제와 토사 및 시멘트가 화학반응을 시작하여 약 3시간 이후에는 인체에 유해한 독성 물질이 현저하게 줄어드는 것으로 판단된다.
한편, 도로 및 공항분야에 사용되는 본 발명의 경화체를 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 아스콘 포장도로의 단면을 보여주는 개략도이고, 도 2는 본 발명의 경화체에 의해 시공된 포장도로의 단면을 보여주는 개략도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 기존 아스콘 포장도로는 표층 밑에 중간층(S2)과 아스콘 기층(S3) 및 보조기층(S4)을 두고 그 밑에 선택층(S5)을 형성하였으나, 본 발명에 의한 경화체를 사용할 경우 기존 아스콘 포장도로의 중간층(S2) 및 아스콘 기층(S3)과 보조기층(S4)을 경화체 처리기층(R)이 대체할 수 있게 된다.
(3) 수자원개발 분야
대부분의 하천제방 축조공법에서는 일반토사를 사용하므로 수류의 압력에 의한 세굴 작용으로 내구성과 안전성이 결여되어 제방의 붕괴로 인하 수해 및 질병 확산의 원인이 되고 있다. 이를 대신하여 토사류, 해사, 사막모래 등의 토사 및 해사를 사용하여 제조되는 본 발명의 경화체를 하천제방의 축조와 보수, 토사댐 축조 등에 재료로서 사용할 경우 공사비를 절감할 수 있으며, 자연환경 보전에 기여할 수 있다.
수자원개발 분야에서 경화체는 조기 강도발현이 우수하고, 차수성 및 강도 증대로 수류에 의한 팽창 및 변형의 영향이 적으며, 동결 등 기상 조건에 강하고, 수축 균열 발생이 적으며, 환경적으로 안정하며 다루기가 용이하다는 장점을 갖는다.
특히, 토사댐 축조 시 과거 심벽을 수밀성이 있는 진흙을 쓰던 것을 대체할 수 있으므로 진흙을 구하기 위하여 환경을 저해하던 것을 예방할 수 있다.
(4) 토질 및 기초 분야
토사류, 해사 및 사막모래 등의 토사 및 해사를 사용하여 제조되는 본 발명의 경화체를 연약지반 개량공법 등에 재료로서 사용할 경우, 공사비를 절감할 수 있으며 자연환경 보전에 기여할 수 있다.
토질 및 기초 분야에서 경화체는 조기 강도 발현이 우수하고, 차수성 및 강도증대로 해수에 의한 팽창 및 변형의 영향이 적으며, 동결 등 기상 조건에 강하고, 수축 균열 발생이 적으며, 환경적으로 안정하고 다루기가 용이하며, 표층의 경화만으로도 필요한 조기강도를 얻을 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 경화체는 상술한 분야를 포함하여 토목 및 건축시공 분야라면 제한됨이 없이 사용될 수 있으며, 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
본 발명에 의한 경화체는 항만매립제, 부두조성재, 도로기층재, 보조기층재로서 이용될 수 있을 뿐만 아니라 하천제방 및 토사댐의 심벽축조재, 연약지반 개량재로서도 적용 가능하다.
도 1은 종래 아스콘 포장도로의 단면을 보여주는 개략도
도 2는 본 발명의 경화체에 의해 시공된 포장도로의 단면을 보여주는 개략도
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
S1 : 표층 S2 : 중간층
S3 : 아스콘 기층 S4 : 보조기층
S5 : 선택층 R : 경화체 처리기층

Claims (3)

  1. 토사와 해사를 이용한 경화체에 있어서,
    상기 경화체는 토사 또는 해사 또는 토사와 해사를 포함한 2종 이상의 혼합물 100중량부에 대하여, 경화제희석액 2 내지 8중량부 및 시멘트 5 내지 15중량부로 조성되며;
    상기 경화제희석액은 경화제 100중량부에 대하여 물 200 내지 400중량부로 조성되고;
    상기 경화제는 야자오일(Palm oil) 17~25중량%, 야자오일용 유화제 0.03~0.1중량%, 염화칼슘(Calcium chloride) 0.02~0.08중량%, 리그닌(Lignin) 1.3~2.0중량%, 개질제 0.5~1.2중량%, 산화나트륨 0.1~0.2중량%, 황화유(Sulphonated oil) 0.25~0.35중량% 및 물 72 내지 80중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 토사와 해사를 이용한 경화체
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 토사는 화강토가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 토사와 해사를 이용한 경화체
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 해사는 바닷모래(海沙) 또는 사막모래 또는 바닷모래와 사막모래를 포 함한 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 토사와 해사를 이용한 경화체
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