KR101139109B1 - 흙포장 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흙포장 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 흙포장 조성물은 흙 85 ~ 95 중량%와, 흙포장 고화재 5 ~ 15 중량%가 혼합된 배합토 100 중량%에 대하여 액상 조성물 5 ~ 15% 더 포함하며, 상기 흙포장 고화재는 Blaine 6500 ~ 8500 ㎠/g 으로 미분쇄된 칼슘실리케이트 및 칼슘알루미네이트로 이루어진 클링커 90 ~ 99 중량%와, 알칼리염 고착재 1 ~ 10 중량% 로 이루어진다.
본 발명에 의해, 고블레인의 입자특성을 갖는 클링커를 사용함으로 인해 초기 반응성이 매우 빠르고 조기에 조직이 치밀하게 되기 때문에 초기강도가 높고, 건조수축에 의한 균열발생을 최소화되며 가용성염의 용탈을 최소화할 수 있어 빠른 후속공정으로 인한 작업효율성이 매우 높은 흙포장조성물을 제공한다.

Description

흙포장 조성물{THE COMPOSITE FOR SOIL PAVEMENT}
본 발명은 흙포장 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수화반응을 촉진 시킴과 아울러, 수화반응시 강도를 발현하는 CSH와 같은 불용성 물질 외에 수산화칼슘 등과 같은 가용성 물질의 용출 제어 및 중금속 고화가 가능함으로 인해 친환경적인 흙포장 조성물에 관한 것이다.
근래에 들어 세계적으로 친환경 즉, 녹색산업이 주를 이루고 있으며 이는 건축분야에도 영향을 주어 도시사막화의 주범이 되는 아스팔트, 시멘트를 환경친화적인 흙으로 대체하여 도로, 공원, 운동장, 산책로 등을 조성하는 흙포장 시공방법이 늘고 있다.
그러나, 흙포장 시공방법에 사용되는 흙은 매우 다양한 성분을 함유하고 있는 비교적 작은 덩어리의 형태로 결속력이 현저히 떨어지는 재료이므로 이를 그대로 흙포장에 사용하기가 어려워 많은 연구가 있어왔다.
예컨대, 한국 공개특허공보 제2002-23907호에는 토양 1㎥에 대해 시멘트 20～500kg 및 시멘트경화제 0.8kg～3kg을 혼합하여 토양을 단립결합시켜 표층, 기반을 형성하는 것에 있어서, 상기 토양은 입자경 70㎛이하의 실드 또는 점토분을 30중량% 내지 40중량% 함유하는 사질토, 실드질토, 점성토 중 1종을 선택한 토질로 하고, 입자경 70㎛이상에서 25㎜정도까지의 모래나 잔돌로서 상기 토양의 60중량% 내지 70중량% 범위로 함유되는 친환경적으로 개량된 토양의 포장 시공 방법이 공개되어 있으며,
한국 등록특허공보 제10-0632705호에는 마사토 100 중량%, 시멘트 40～50wt%, 슬래그 30～40wt%, 석고 7～10wt%, 칼슘설포알루미네이트(CSA) 4～8wt%, 플라이애쉬 3～7wt% 로 이루어진 황토파우더 10 내지 15 중량부, 에틸 하이드록시 에틸 셀룰로즈 1 내지 6 중량부, 적색 산화철 1 내지 5 중량부 및, 물 12 내지 15 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 흙 고화포장 조성물이 공개되어 있다.
그러나, 종래의 기술은 첫째, 수화반응시 강도를 발현하는 CSH와 같은 불용성 물질 외에 수산화칼슘 등과 같은 가용성 물질이 용출되고 산업폐기물을 원료로 사용하는 시멘트 생산 공정의 특성으로 인해 일부 중금속이 포함되어 환경오염이 발생하며, 둘째, 결속력이 떨어지는 원지반토를 그대로 사용하지 못해 양질의 마사토 또는 점성토를 필요로 하여 흙의 선택이 제한적이고, 셋째, 토사와 조성물 배합시 수화반응이 제대로 일어나지 않아 초기 강도 발현에 장시간이 소요되며 발현강도 또한 낮은 문제가 있어왔다.
한국 공개특허공보 제10-2002-0023907호, "친환경적으로 개량된 토양의 포장 시공 방법" 한국 등록특허공보 제10-0632705호, "흙 고화포장 조성물"
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고블레인의 입자특성을 갖는 클링커를 사용함으로 인해 초기 반응성이 매우 빠르고 조기에 조직이 치밀하게 되기 때문에 초기강도가 높고, 건조수축에 의한 균열발생을 최소화되며 가용성염의 용탈을 최소화할 수 있어 빠른 후속공정으로 인한 작업효율성이 매우 높은 흙포장 조성물을 제공하는 데 있다.
또, CMC 및 HPAM의 다가이온 결합능력을 활용하여 미반응 가용성염과 반응함으로 인해 안정적인 이온결합을 형성함으로써, 알칼리 또는 중금속 용출에 의한 하천 등의 오염이 최소화되는 흙포장 조성물도 제공하는 데 있다.
또한, 미끄럼방지 및 열섬현상이 완화되는 흙포장 조성물도 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흙포장 조성물은 흙 85 ~ 95 중량%와, 흙포장 고화재 5 ~ 15 중량%가 혼합된 배합토 100 중량%에 대하여 액상 조성물 5 ~ 15% 더 포함하며, 상기 흙포장 고화재는 Blaine 6500 ~ 8500 ㎠/g 으로 미분쇄된 칼슘실리케이트 및 칼슘알루미네이트로 이루어진 클링커 90 ~ 99 중량%와, 알칼리염 고착재 1 ~ 10 중량% 로 이루어지며, 상기 액상 조성물은 물 또는 액상고분자 중 선택된 어느 하나 또는 전부인 것이 바람직하다.
상기 알칼리염 고착재는 CMC (Carboxymethyl cellulose)계 알칼리염 고착재 또는 HPAM (Hydrolyzed Polyacrylamide)계 알칼리염 고착재 중 선택된 어느 하나 또는 전부인 것이 바람직하다.
또, 상기 액상고분자는 SBR, 아크릴, EVA 중 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다..
또, 상기 흙포장 고화재 100 중량%에 대하여 반응촉진제 0.1 ~ 0.3% 더 첨가하며, 상기 반응촉진제는 개미산칼슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨 중 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
또, 상기 흙포장 고화재 100 중량%에 대하여 안료 0.5 ~ 5% 더 첨가하며, 상기 안료는 무기질계 산화철안료 또는 황토분말 중 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 흙포장 고화재 100 중량%에 대하여 인체에 유익한 원적외선을 방사 하기 위해 숯, 토르말린 중 선택된 어느 하나를 3 ~ 8% 더 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 해결수단에 의한 본 발명은 고블레인의 입자특성을 갖는 클링커를 사용함으로 인해 초기 반응성이 매우 빠르고 조기에 조직이 치밀하게 되기 때문에 초기강도가 높고, 건조수축에 의한 균열발생을 최소화되며 가용성염의 용탈을 최소화할 수 있어 빠른 후속공정으로 인한 작업효율성이 매우 높은 효과가 있다.
또, CMC 및 HPAM의 다가이온 결합능력을 활용하여 미반응 가용성염과 반응함으로 인해 안정적인 이온결합을 형성함으로써, 알칼리 또는 중금속 용출에 의한 하천 등의 오염이 최소화되는 효과도 있다.
또한, 미끄럼방지 및 열섬현상이 완화되는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 흙포장 조성물의 CMC (Carboxymethyl cellulose)의 화학구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 흙포장 조성물의 HPAM (Hydrolyzed Polyacrylamide)의 단량체 화학구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 흙포장 조성물의 CMC 및 HPAM에 의한 알칼리염의 고착화 반응을 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 흙포장 조성물의 CMC (Carboxymethyl cellulose)의 화학구조를 나타낸 도면, 도 2는 본 발명의 흙포장 조성물의 HPAM (Hydrolyzed Polyacrylamide)의 단량체 화학구조를 나타낸 도면, 도 3은 본 발명의 흙포장 조성물의 CMC 및 HPAM에 의한 알칼리염의 고착화 반응을 나타낸 도면이다.
본 발명의 흙포장 조성물은 흙 85 ~ 95 중량%와, 흙포장 고화재 5 ~ 15 중량%가 혼합된 배합토 100 중량%에 대하여 액상 조성물 5 ~ 15% 더 포함하며,
상기 흙포장 고화재는 Blaine 6500 ~ 8500 ㎠/g 으로 미분쇄된 칼슘실리케이트 및 칼슘알루미네이트로 이루어진 클링커 90 ~ 99 중량%와, 알칼리염 고착재 1 ~ 10 중량% 로 이루어지며,
상기 액상 조성물은 물 또는 액상고분자 중 선택된 어느 하나 또는 전부로 이루어진다.
상기 클링커는 Blaine 이 6,500 cm2/g 미달 시는 요구되는 속경특성을 발휘하기가 어렵고, 8,500 cm2/g 초과 시는 반응속도가 너무 빨라 흙포장 공정상에 어려움이 있다.
상기 액상고분자는 SBR, 아크릴, EVA 중 선택된 어느 하나인 것이 바람직하며 사용량은 전체 사용 액상 조성물의 0~50 중량%가 대체될 수 있다.
이러한, 액상고분자는 배합토에 피막을 형성시켜 방수성능 증진에 의한 동결융해 저항성 개선, 유해물질 침투방지, 내마모성증진, 부착성증진 등의 효과를 나타내기 때문에 흙포장 조성물의 내구성을 증진시키는 효과를 나타낸다.
그러나, 50 중량% 이상 물을 대체 시 점도의 과도한 증가로 전압 시 로울러에 달라붙는 현상이 발생하기 때문에 전체 액상 조성물의 50 중량% 이하가 적정하다.
상기 알칼리염 고착재는 사용량이 0.1% 이하에서는 효과적인 용출억제 능력을 발휘하기가 어렵고, 5% 초과 시는 점성의 과도한 발현으로 시공상의 어려움이 있다.
이때, 알칼리염 고착재는 CMC (Carboxymethyl cellulose)계 알칼리염 고착재 또는 HPAM (Hydrolyzed Polyacrylamide)계 알칼리염 고착재 중 선택된 어느 하나 또는 전부로 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 상기 흙포장 고화재 100 중량%에 대하여 반응촉진제 0.1 ~ 0.3% 더 첨가하며, 상기 반응촉진제는 개미산칼슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨 중 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 반응촉진제는 용해성이 우수하고, 초기 반응성이 빠른 개미산칼슘 및 탄산나트륨, 탄산칼륨 등이 클링커 촉진에 효과적이다. 사용량이 0.1 중량% 이하에서는 효과가 미미하고, 3 중량% 이상에서는 반응촉진효과가 효과증진대비 비경제적이다.
또, 상기 흙포장 고화재 100 중량%에 대하여 안료 0.5 ~ 5% 더 첨가하며, 상기 안료는 무기질계 산화철안료 또는 황토분말 중 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
이때, 상기 무기질계 산화철안료는 강도발현에 대한 영향이 적고, 자외선에 안정적이며 상기 황토분말은 원적외선 방사와 더불어 친환경적인 착색효과를 갖는다.
이러한, 안료의 사용량이 클링커 100 중량% 대비 0.5% 이하에서는 착색의 효과가 미미하고, 3% 이상 사용 시는 착색의 효과증진대비 비경제적이다.
또한, 상기 흙포장 고화재 100 중량%에 대하여 인체에 유익한 원적외선을 방사 하기 위해 숯, 토르말린 중 선택된 어느 하나를 3 ~ 8% 더 첨가하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 흙포장 고화재의 핵심기술을 반응식으로 설명하면 다음과 같다.
흙포장 고화재 성분 중 클링커는 반응식 1 및 반응식 2와 같이 주성분인 칼슘실리케이트는 물과 반응하여 칼슘실리케이트수화물 및 수산화칼슘을 형성하고, 칼슘알루미네이트는 물과 반응하여 칼슘알루미네이트수화물을 형성한다.
[반응식 1] 칼슘실리케이트 반응식
2(3CaO?SiO2) + 6H2O → 3CaO?2SiO2?3H2O + 3Ca(OH)2
2(3CaO?SiO2) + 4H2O → 3CaO?2SiO2?3H2O + Ca(OH)2
[반응식 2] 칼슘알루미네이트 반응식
2(3CaO?Al2O3) + 6H2O →3CaO?Al2O3 ?6H2O
상기 반응물질 중 칼슘실리케이트수화물 및 칼슘알루미네이트수화물은 불용성 물질로 흙포장 조성물의 강도발현물질이나, 수산화칼슘은 가용성 알칼리물질로 장기적으로 용출되어 강도저하 및 하천이나 토양의 알칼리화를 야기한다. 따라서 이에 대한 적절한 용출억제 방법이 필요하다.
흙포장 고화재 성분 중 알칼리염 고착재인 CMC 및 HPAM의 화학구조는 [도 1] 및 [도 2]에 도시하였다.
상기 알칼리염 고착재는 공통적으로 카르복시기인 -COO- 의 반응성 말단기를 가지고 있으며, 이들 알칼리염 고착재는 상기 칼슘실리케이트 수화반응 시 생성되는, 칼슘 이온과 같은 다가의 금속이온과 반응하여 [도 3]과 같이 불용성 구조체를 형성한다.
따라서 가용성 물질이 불용성 물질로 전환되어 알칼리 용출이 발생하지 않기 때문에 강도저하 및 하천오염 등의 문제발생을 저감시킬 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 흙포장 고화재 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 비교예들을 제시하며 비교예 1 내지 비교예 2는 실시예 1 내지 실시예 3과 단순히 비교하기 위하여 제시한 것이고 본 발명의 선행기술이 아님을 밝혀둔다.
아래의 표 1에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 흙포장 조성물의 성분들과 그 함량을 나타내었으며, 또한 비교예 1 내지 비교예 2에 따른 흙포장 조성물의 성분들과 함량도 나타내었다.
각 실시예 및 비교예에 표시된 S%는 흙포장 고화재 100 중량%에 대한 각각의 원료별 중량 %를 나타내었으며, T%는 S%의 배합비율에 따라 제조한 흙포장 고화재와 흙의 전체 중량을 100 중량%로 나타낸 배합조건이다.
<실시예 1>
실시예 1은 클링커 93.0 중량%, CMC 2.0 중량%, HPAM 3.0 중량%, 안료 2.0 중량%를 사용하여 흙포장 고화재 100 중량%를 제조하고, 제조된 흙포장 고화재 13 중량%, 흙을 87.0 중량%를 혼합하여 배합토 100.0 중량%로 제조하였으며, 제조된 배합토 100.0 중량%에 액상 조성물로 물을 10.0 중량% 첨가하여 교반하여 평가하였다.
<실시예 2>
실시예 2는 실시예 1의 흙포장 고화재 중 반응촉진제를 1.0% 더 첨가하고 클링커를 92.0 중량%로 감소시켜 흙포장 고화재를 제조하였으며, 실험은 동일하게 진행하였다.
<실시예 3>
실시예 3은 흙포장 고화재를 실시예 2와 동일하게 제조하였으나, 첨가 액상 조성물 중 물 12.0 중량% 를 액상고분자 4.0 중량% 치환하여 동일한 방법으로 진행하였다. <비교예 1>
비교예 1은 실시예 2의 흙포장 고화재 중 클링커를 1종 시멘트로 대체하여 흙포장 고화재를 제조한 후, 동일한 방법으로 실험을 진행하였다.
<비교예 2>
비교예 2는 실시예 2의 흙포장 고화재 중 CMC 및 HPAM을 제거하고, 클링커를 97.0 중량%로 늘려 흙포장 고화재를 제조한 후, 동일한 방법으로 실험을 진행하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
S% T% S% T% S% T% S% T% S% T%





흙포장조성물


흙포장
고화재		 클링커 93.0 92.0 92.0 0 97.0
시멘트 0 0 0 92.0 0
CMC 2.0 2.0 2.0 2.0 0
HPAM 3.0 3.0 3.0 3.0 0
촉진제 0 1.0 1.0 1.0 1.0
안료 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
소계 100.0 15.0 100.0 15.0 100.0 15.0 100.0 15.0 100.0 15.0
흙 85.0 85.0 85.0 85.0 85.0
계 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0

액상
조성물		 물 12.0 12.0 8.0 12.0 12.0
액상
고분자		 0 0 4.0 0 0
아래의 표 2에 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 2에 따른 흙포장 조성물의 물리적 특성을 나타내었다. 시험은 KS F 2476 '폴리머 시멘트 모르타르 시험방법' 에 따라 압축강도, 휨강도, 흡수율을 측정하였다. 흡수율은 재령별 양생한 시편을 1일 건조시킨 후 측정하엿다. pH는 재령별 양생한 시편을 물속에 1일 침지 시킨 후의 물의 pH를 측정하였다.
시험항목 재령 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
압축강도
(N/mm2)		 3일 9.8 12.8 10.3 4.8 11.4
7일 20.1 21.6 18.6 12.6 20.8
28일 22.7 23.5 20.5 19.5 21.7
휨강도
(N/mm2)		 3일 4.1 4.4 4.7 2.4 4.3
7일 5.9 6.2 7.8 3.5 5.7
28일 6.2 6.6 8.1 5.8 6.0
흡수율
(%)		 7일 8.7 8.4 3.2 10.5 8.5
28일 7.9 7.2 2.4 8.3 8.1
pH 7일 8.3 8.2 7.8 11.7 10.8
28일 8.1 8.1 7.4 9.2 9.9
흙포장 고화재로 미분의 클링커를 사용한 실시예 1 내지 실시예 3이 비교예 1에 비해 압축강도 및 휨강도가 증가하였으며, 특히 초기 재령에서의 강도증가는 현저한 차이를 나타내는 것으로 보아 재령 초기에 안정한 구조체를 형성하는 것을 알 수 있다. 흡수율에서는 실시예 3의 경우 다른 수준에 비해 월등한 특성을 나타내는 것으로 보아 액상 조성물의 방수성능에 의한 것으로 추정된다.
pH의 경우는 실시예 1 내지 실시예 3이 비교예 1 내지 비교예 2에 비해 우수한 특성을 나타내었으며, 특히 실시예 3의 경우는 현저한 특성을 나타내었다. 이는 CMC 및 HPAM의 효과와 액상 고분자의 효과에 기인한 것으로, 이를 사용하지 않은 배합에 비해 가용성 알칼리 염의 용출이 적은 원인으로 판단된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
이와 같은 본 발명은 고블레인의 입자특성을 갖는 클링커를 사용함으로 인해 초기 반응성이 매우 빠르고 조기에 조직이 치밀하게 되기 때문에 초기강도가 높고, 건조수축에 의한 균열발생을 최소화되며 가용성염의 용탈을 최소화할 수 있어 빠른 후속공정으로 인한 작업효율성이 매우 높은 효과가 있다.
본 발명에 의해, 고블레인의 입자특성을 갖는 클링커를 사용함으로 인해 초기 반응성이 매우 빠르고 조기에 조직이 치밀하게 되기 때문에 초기강도가 높고, 건조수축에 의한 균열발생을 최소화되며 가용성염의 용탈을 최소화할 수 있어 빠른 후속공정으로 인한 작업효율성이 매우 높은 흙포장 조성물을 제공한다.
또, CMC 및 HPAM의 다가이온 결합능력을 활용하여 미반응 가용성염과 반응함으로 인해 안정적인 이온결합을 형성함으로써, 알칼리 또는 중금속 용출에 의한 하천 등의 오염이 최소화되는 흙포장 조성물도 제공한다.
또한, 미끄럼방지 및 열섬현상이 완화되는 흙포장 조성물도 제공한다.

Claims (6)

  1. 흙 85 ~ 95 중량%와, 흙포장 고화재 5 ~ 15 중량%가 혼합된 배합토 100 중량%에 대하여 액상 조성물 5 ~ 15% 더 포함하며,
    상기 흙포장 고화재는 Blaine 6500 ~ 8500 ㎠/g 으로 미분쇄된 칼슘실리케이트 및 칼슘알루미네이트로 이루어진 클링커 90 ~ 99 중량%와, 알칼리염 고착재 1 ~ 10 중량% 로 이루어지며,
    상기 액상 조성물은 물 또는 액상고분자 중 선택된 어느 하나 또는 전부임을 특징으로 하고,
    상기 흙포장 고화재 100 중량%에 대하여 반응촉진제 0.1 ~ 0.3% 더 첨가하며, 상기 반응촉진제는 개미산칼슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨 중 선택된 어느 하나임을 특징으로 하는
    흙포장 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 알칼리염 고착재는 CMC (Carboxymethyl cellulose)계 알칼리염 고착재 또는 HPAM (Hydrolyzed Polyacrylamide)계 알칼리염 고착재 중 선택된 어느 하나 또는 전부로 이루어짐을 특징으로 하는
    흙포장 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 액상고분자는 SBR, 아크릴, EVA 중 선택된 어느 하나임을 특징으로 하는
    흙포장 조성물.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 흙포장 고화재 100 중량%에 대하여 안료 0.5 ~ 5% 더 첨가하며, 상기 안료는 무기질계 산화철안료 또는 황토분말 중 선택된 어느 하나임을 특징으로 하는
    흙포장 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 흙포장 고화재 100 중량%에 대하여 인체에 유익한 원적외선을 방사 하기 위해 숯, 토르말린 중 선택된 어느 하나를 3 ~ 8% 더 첨가함을 특징으로 하는
    흙포장 조성물.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100590392B1 (ko) * 2003-01-29 2006-06-15 칭 다오 피티엘 켐 리미티드 흙 고화재 및 이를 이용한 흙의 고화방법
KR20110072339A (ko) * 2009-12-22 2011-06-29 안은솔 경화토 포장재 및 그 포장방법

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