KR101279752B1 - 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고 강도의 친환경 현장토양 흙 콘크리트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유기물이 함유된 현장 토양과 특정 무기계 액상 경화제의 배합에 의해 유해중금속 등을 표면화학적으로 처리하여 응결시켜 유해물질의 용출을 억제하여 토양, 수질의 환경오염을 방지하는 고강도의 친환경 현장토양 흙 콘크리트에 관한 것이다.

Description

친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법{Environment-friendly Concrete Composition made by Field Soils and Preparation method thereof}
본 발명은 고 강도의 친환경 현장토양 흙 콘크리트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유기물이 함유된 현장 토양과 특정 무기계 액상 경화제의 배합에 의해 유해중금속 등을 표면화학적으로 처리하여 응결시켜 유해물질의 용출을 억제하여 토양, 수질의 환경오염을 방지하는 고강도의 친환경 현장토양 흙 콘크리트에 관한 것이다.
인류 역사상 가장 보편적으로 널리 사용된 건설소재가 콘크리트이다. 콘크리트의 구성성분을 보면 모래와 자갈에 시멘트를 첨가하여 수화반응을 통하여 양생을 시켜서 내구성을 갖춘 건설소재로 사용해 왔다. 그러나 골재류의 체취를 통해 환경훼손과 생태계 혼란의 주범으로 지목되어지고 있고 또한 이산화탄소의 소비증가로 지구온난화의 이상기후시대를 맞이하고 있다.
이에 건설현장 어디서나 발생하는 현장토사를 이용하고 인류건강과 환경훼손이 필요 없는 흙을 사용하여 내구성이 있는 건설소재로 이용하는 것은 역사적인 사명이 되었다. 인류역사상 가장 조달하기 쉬운 흙은 건설소재로 이용하고자 하는 끊임없는 노력을 경주해 왔다. 그러나 흙은 유기질을 함유하고 있어 시멘트와 수화반응을 통하여 응결하기가 어려웠고 물에 풀리는 현상을 극복하지 못하여 건설소재로 이용하기에 많은 제한을 받는다.
흙을 이용하여 그 응결이 물에 풀리지 않으며 내구성을 가지는 소재를 만드는 방법은 열처리를 통하여 구워서 세라믹으로 만드는 방법이 주로 사용되어 왔다. 그러나 그 소성과정에서 약 1,100도 ~ 1,300도의 높은 열을 필요로 하고 있어서 가마에 넣고 굽는 방법이 유일한 방법이었다. 그 과정에서 막대한 화석연료의 소비가 필요할 뿐만 아니라 탄소소비가 심하여 작금의 지구온난화 시대와 고유가 시대에 지구환경파괴는 물론 경제적인 부분에서 지향할 수 밖에 없는 현실이며 또한 현장에서 구울 수 있는 방법은 전혀 없었다.
그리하여 현재에도 흙을 건설재료로 이용하는 것에 끊임없는 노력을 경주하고 있으나 콘크리트와 동일한 내구성과 물에 풀림현상을 극복하는 문제에 큰 어려움을 가지고 왔다. 일반적으로 토양은 그 속에 존재하는 유기질의 활성분의 이온반응 때문에 시멘트와의 수화반응을 저지하여 내구성이 있는 건설자재로의 사용이 힘들어 기존 콘크리트가 적용되는 범위의 사용을 제한해 왔다. 이러한 문제로 다양한 흙 콘크리트는 흙의 유기질에 함유된 활성분의 이온반응을 극복하지 못하여 주로 마사토 같은 유기질이 미량 함유된 흙을 선별하여 사용하거나, 재구성이 떨어져 지지력을 확보하는 정도의 기능을 하지 못하였고 장기적으로 물에 풀림현상을 극복하지 못하여 빈약한 내구성 때문에 제한적인 범위에 사용할 수 밖에 없었다. 이에 현장에 발생하는 모든 토양을 고화시켜 내구성을 갗춘 건설자재로 이용하고 물에 풀림현상을 극복하지 위하여 화학적인 반응을 통하여 극복하고자 하였다.
이에, 본 발명자들은 유기질을 함유한 현장토양의 활성막을 표면화학적으로 처리하여 현장토양에 함유된 유기질의 활성분의 이온반응을 제한하여 시멘트와 수화반응을 할 수 있도록 하는 특정 무기계 액상 경화제를 사용하여, 유해중금속을 표면화학적으로 처리하여 응결시켜 용출을 억제하고, 단기간 내에 경화하여 응결이 물에 풀림현상이 없는 내구성을 가진 친환경 흙 콘크리트 조성물을 수득할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은, 유기물을 함유하고 있는 현장 토양을 이용하면서도 내구성이 우수하고 유해중금속을 용출시키지 않는 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물의 다양한 용도를 제공하는데 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해,
유기물의 함량이 2중량% 이상 포함되어 있는 현장토양; 포틀랜드 시멘트; 및
H2ClCOOH, NaOH, Na2CO3, KHCO3, Al2O3로 이루어진 제1혼합물을 0.1~5wt%함유하고, FeCl2, MgCO3, KCl, CaCO3로 이루어진 제2혼합물을 0.05~5wt% 함유하고, HSCH2COONH4, NaCl, NaOH,Al2(SO4)3 로 이루어진 제3혼합물을 0.02~5wt% 함유하고, MgCl2,NH4Cl, TiO2,로 이루어진 제4혼합물을 2~5wt% 함유하고 80~95wt%의 물을 함유하는 무기계 액상 경화제를 함유하는, 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물을 제공한다.
특히, 상기 조성물은 5~95중량부의 현장 토양; 5~25중량부의 포틀랜드시멘트; 10~25중량부의 무기계 액상 경화제를 함유하는 것이 바람직하다. 이 때, 현장 토양은 분쇄 또는 체거름을 통해 균일한 입도를 가지는 것을 사용한다.
또한, 상기 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물은 골재를 추가로 포함할 수 있다. 굵은골재(조골재) 및/또는 잔골재를 목적에 따라 적절히 배합하여 사용할 수 있는데, 예를 들어, 현장토양 40~65중량부, 잔골재 5~50중량부, 굵은골재 10~25중량부, 시멘트 15~25중량부, 및 10~25중량부의 무기계 액상 경화제를 함유토록 할 수 있다.
특히, 본 발명의 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물은 압축강도 9~25 Map의 크기를 가지고, 6가 크롬, 납(Pb),구리(Cu), 비소(As),수은(Hg), 카드뮴(Cd) 또는 그 화합물; 시안화합물(CN) 및 유분함량 등의 유해물질을 거의 용출시키지 않는, 즉 유해물질 용출을 억제시키는 우수한 특성을 가지고 있다.
또한, 본 발명은 상기 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물의 다양한 용도 및 이용을 제공한다.
예를 들어, 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물을 포함하는, 벽돌, 식생블록, 불연내장 흙보드, 보차도블록, 보강토 옹벽, 경계석, 농수로용 구조물, PC암거 및 퍼라이트단열패널로 구성된 군에서 선택되는 건설 구조물을 제공할 수 있다..
뿐만 아니라, 도로보조기층공사, 차수벽 흙막이공사, 염분이 함유된 바다준설토를 이용한 항만, 매립공사, 현장토양을 이용하는 연약지반개량공사, 현장토양을 이용하는 옹벽공사, 현장토양을 이용하는 되메우기공사, 경사면안정화처리공사, 성토안정처리공사, 습지 지반개량공사, 현장토양을 이용하는 도로포장공사; 및 자전거 도로, 문화재 도로, 농로, 임도, 산책로 등의 토목, 건설 구조물 설치공사등에, 상기 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물을 이용할 수 있다.
특히, 본 발명의 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물은 현장토양의 활성막을 표면화학적으로 처리하여 현장토양에 함유된 유기질의 활성분의 이온반응을 제한하여 시멘트와 수화반응을 할 수 있도록 하고, 유해중금속을 표면화학적으로 처리하여 응결시켜 용출을 억제하는 무기계 액상 경화제를 사용하는 것을 특징으로 한다.
그러므로, 본 발명은 H2ClCOOH, NaOH, Na2CO3, KHCO3, Al2O3로 이루어진 제1혼합물을 0.1~5wt%함유하고, FeCl2, MgCO3, KCl, CaCO3로 이루어진 제2혼합물을 0.05~5wt% 함유하고, HSCH2COONH4, NaCl, NaOH,Al2(SO4)3 로 이루어진 제3혼합물을 0.02~5wt% 함유하고, MgCl2,NH4Cl, TiO2,로 이루어진 제4혼합물을 2~5wt% 함유하고 80~95wt%의 물을 함유하는, 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물 제조용 무기계 액상 경화제 또한 제공한다. 이 때, 상기 유해중금속은 6가 크롬, 납(Pb),구리(Cu), 비소(As),수은(Hg), 카드뮴(Cd) 또는 그 화합물; 또는 시안화합물(CN)일 수 있다.
이처럼, 본 발명은 골재의 채취가 필요없이 건설현장에서 항상 발생하는 현장토양을 이용하여 신속하고 안정된 강도를 발현하고, 물에 응결 풀림현상이 없이 내구성을 가진 기존의 콘크리트와 동일한 내구 연한을 가진 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물을 제공한다. 즉, 본 발명은 토양이나 산업폐기물속에 함유된 유해중금속을 안정 처리하여 용출을 억제하고, 시멘트에 함유된 6가크롬 까지 안전하게 처리하여 친환경적이면서도 소성이 필요없는 경제성이 뛰어난 흙 콘크리트 조성물 및 이의 이용을 제공한다.
본 발명의 친환경 현장토양 흙 콘크리트는 현장에서 발생하는 다양한 흙으로 각종 건설공사 및 건자재 제조가 가능하고, 골재채취로 인한 환경훼손을 방지하고, 골재채취나 소성에 소요되는 화석연료 소비를 줄여서 지구온난화 방지 및 탄소배출권 확보에 기여하게 되고, 내구성이 우수한 건설재료로서 흙을 이용하게 되었고 흙이나 산업폐기물 속에 함유된 유해중금속을 안정처리하여 용출을 억제시킴으로써 종 산업폐기물의 순환자원화가 가능하게 되었고 물에 응결의 풀리는 현상을 극복하여 다양한 건설, 토목, 자재 분야에 이용할 수 있게 되었다.
도 1은 현장타설 순서도이다.
도 2는 건식공법 도로포장 및 보조기층공사 순서도이다.
도 3은 흙 건자재 제조 순서도이다.
도 4는 토물에 담구었을 때, 시간변화에 따른 친환경 현장토양 흙 콘크리트로 조성된 황토벽돌 무게 변화 과정을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
종래의 콘크리트의 주접착제인 시멘트와 아스팔트는 제조설비 및 생산과정이 매우 복잡할 뿐 아니라, 많은 시간을 요구하며, 또한 건설 개발로 인해 발생하는 폐콘크리트로 인한 환경파괴 영향이 커서, 최근에는 환경 친화적이면서도 인체에 해를 끼치지 않는 흙을 이용한 포장공법이 적용되고 있는 추세이다.
기존의 콘크리트는 조골재와 모래, 시멘트가 그 구성성분으로 무기질 재료로 구성이 되어 있고 물로 수화반응을 일으켜 양생을 통하여 조성이 된다. 그 과정에서 골재를 얻기 위하여 환경을 훼손하고 준설을 통한 모래 채취로 생태계를 혼란시키고 다량의 이산화탄소를 발생하고 있다.
특히, 종래에 현장에 있는 토양을 콘크리트로 이용할 수 없었던 것은 토양 속에 2w% 이상의 유기물을 함유하고 있으면 시멘트로 고화하여 콘크리트를 제조할 수가 없었다. 그 이유는 유기물속에 존재하는 활성분이 이온반응을 통하여 시멘트의 수화반응을 저지하여 그 응결을 약화시키고 물에 풀림현상을 일으켜 왔기 때문이다. 따라서, 이러한 이유로 현장 토양은 내구성이 필요한 건설자재로 이용이 제한이 되어 왔다.
본 발명은 유기질을 함유한 현장토양의 활성막을 표면화학적으로 처리하여 현장토양에 함유된 유기질의 활성분의 이온반응을 제한할 수 있는 경화제를 사용함으로써, 상기와 같은 유기물 함유량이 큰 현장 토양을 이용하여 콘크리트 조성물로 제공할 수 있는 방법 및 이에 따른 친환경 현장토양 흙 콘크리트를 제공한다.
본 발명은 일 관점에서, 유기물의 함량이 2w% 이상 포함되어 있는 현장토양, 포틀랜드 시멘트 및 무기계 액상 경화제를 함유하는 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
현장토양
본 발명에서 사용하는 현장토양은 마사토, 황토 등를 포함한 점토질, 실트질 및 모래, 자갈 등으로 본 발명에 따른 친환경 콘크리트의 경우 종래의 시멘트 콘크리트 및 아스팔트 콘크리트에서 사용하지 않았던 흙을 주재료로 사용하는 것으로 건설 현장 어디에서든 쉽게 구할 수 있는 양질의 자연흙을 대표적인 시료로 적용하여 사용할 수 있고 특별한 제한이 없다.
상기 현장토양은 일정한 입도 분포를 가지도록 분쇄 또는 체거름을 하여 본 발명에 사용하는 것이 바람직하다. 현장 토양의 바람직한 입도는, 특별히 제한은 없으나, 흙의 종류별로 #16 (1.2 mm) 체부터 #4 (5 mm)체 등을 사용하여 걸러진 토양을 사용할 수 있다
특히, 일반적으로 토양은 유기물을 함유하고 있어서, 그 속에 존재하는 유기질의 활성분의 이온반응 때문에 시멘트와의 수화반응을 저지하여 내구성이 있는 건설자재로의 사용이 힘들어 기존 콘크리트가 적용되는 범위의 사용을 제한해 왔다. 이러한 문제로 다양한 흙 콘크리트는 흙의 유기질에 함유된 활성분의 이온반응을 극복하지 못하여 주로 마사토 같은 유기질이 미량 함유된 흙을 선별하여 사용하거나, 재구성이 떨어져 지지력을 확보하는 정도의 기능을 하지 못하였고 장기적으로 물에 풀림현상을 극복하지 못하여 빈약한 내구성 때문에 제한적인 범위에 사용할 수 밖에 없었다.
그렇기 때문에 본 발명은, 상기 문제점을 해결할 수 있는 특정의 경화제를 사용하여 현장 토양을 공사 등에 더욱 효과적이고 효율적으로 사용할 수 있게 하였다.
시멘트
또한, 본 발명의 조성물은 상기 현장 토양에 혼합되는 포틀랜드시멘트를 포함한다.
포틀랜드 시멘트는 주성분인 석회, 실리카, 알루미나 및 산화철을 함유하는 원료를 적당한 비율로 충분히 혼합하고, 그 일부가 용융하여 소결된 클링커에 석고를 첨가해 분말로 한 것이다. 통상의 시멘트 형태이며, 전 세계적으로 콘크리트, 모르타르, 스투코와 그라우트 등의 기본 재료로 널리 쓰인다
전형적인 포틀랜드 시멘트의 화학성분은 CaO 60 ~ 67 %, SiO2 17 ~ 25 %, AI2O3 3 ~ 8 %, Fe2O3 0.5 ~ 6 %, MgO 0.1 ~ 4.0 %, NaO+K2O 0.2 ~ 1.3 %, SO3 1 ~ 5 % 의 범위를 갖고 있으며, 알라이트, 벨라이트, 알루미네이트상, 페라이트상의 클링커 광물로 이루어져 있고, 미량 성분으로 알칼리(알칼리 서페이트, NaSO4, K2SO4), 유리석회 등 몇 개의 다른 상이 있다.
경화제
본 발명의 주요한 특징으로, 본 발명은 유기질을 함유한 현장토양의 활성막을 표면화학적으로 처리하여 현장토양에 함유된 유기질의 활성분의 이온반응을 제한하여 시멘트와 수화반응을 할 수 있도록 하고 시멘트, 오염토양, 산업폐기물 등에 함유된 6가 크롬, 납(Pb),구리(Cu), 비소(As),수은(Hg), 카드뮴(Cd) 또는 그 화합물, 시안화합물(CN), 유분함량 등 유해중금속을 표면화학적으로 처리하여 응결시켜 이러한 유해물질을 거의 용출시키지 않는, 즉 용출을 억제하는 무기계 액상 경화제를 포함한다.
상기 무기계 액상 경화제는 상기 현장토양 및 하기의 포틀랜드시멘트 혼합물의 전체 중량 대비 10~25중량부의 범위로 함유되게 하는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명에서 사용하는 상기 무기계 액상 경화제는 CH2ClCOOH, NaOH, Na2CO3, KHCO3, Al2O3로 이루어진 제1혼합물을 0.1~5wt%함유하고, FeCl2, MgCO3, KCl, CaCO3로 이루어진 제2혼합물을 0.05~5wt% 함유하고, HSCH2COONH4, NaCl, NaOH,Al2(SO4)3 로 이루어진 제3혼합물을 0.02~5wt% 함유하고, MgCl2,NH4Cl, TiO2,로 이루어진 제4혼합물을 2~5wt% 함유하고 80~95wt%의 물을 함유하는, 흙 콘크리트용 무기계 경화제이다.
본 발명의 경화제는 유기물 함유로 인해 효과적인 사용이 어려웠던 현장 토양에 대해, 유기질 활성 성분의 이온반응을 제한하여 시멘트와 수화반응을 할 수 있도록 하고, 유해중금속 용출을 억제함으로써 시공체의 내구성을 강화시키는 효과를 발휘하는 것이다.
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이처럼, 본 발명의 조성물은 상기 현장 토양, 포틀랜드 시멘트 및 무기계 액상 경화제를 필수 성분으로 포함한다.
예를 들어, 75~95중량부의 현장 토양; 상기 현장 토양에 혼합되는 5~25중량부의 포틀랜드시멘트; 및 상기 포틀랜드시멘트가 혼합된 현장토양에 혼합되는 10~25중량부의 무기계 액상 경화제를 포함하는 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물은 현장 토양 및 포틀랜드 시멘트 등의 함유량을 조절하면서 골재 성분 등을 추가로 포함할 수 있다.
골재란 모르타르(Mortar) 또는 콘크리트(Concrete)를 만들기 위하여 시멘트(Cement) 및 물과 함께 일체로 굳어지는 불활성의 입상재료 모래, 자갈, 쇄석 등을 말한다. 즉 결합제(접착제)에 의하여 뭉쳐져서 한 덩어리를 이룰 수 있는 건설용 광물질 재료로서, 크기에 따라 조골재, 잔골재 등으로 나눌 수 있다.
본 발명에서는 이러한 조골재 또는/및 잔골재를 적절히 혼합하여 조성물에 포함시킬 수 있다.
조골재(굵은 골재)는 5㎜체를 중량비로 90% 이상 남는 골재 또는 5㎜체로 쳐서 남는 골재를 의미하고, 잔골재는 10㎜체를 전부 통과하고, 5㎜체를 중량으로 90% 이상 통과하는 골재를 의미한다.
일 례로, 현장토양 40~65중량부, 잔골재 5~50중량부, 굵은골재 10~25중량부, 시멘트 15~25중량부, 및 무기계 경화제 10~25중량부를 혼합하여 조성물을 구성할 수 있고, 사용할 수 있는 구체적인 예는 이에 제한되지 않는다. 이 때, 상기 굵은골재의 치수가 13mm 이하로 하여 굳지 않은 상태로 다짐을 주어 설계기준 150kg/cm2 ~ 250kg/cm2로 되게할 수 있다.
또한, 당업계의 필요에 따라, 목적하는 시공체의 종류에 따라서 통상적으로 첨가할 수 있는 성분을 추가하여 사용하여도 무방하다. 적절한 비율 등은 당업자가 통상의 지식에 근거하여 조절할 수 있을 것이다.
한편, 본 발명은 또 다른 관점에서, 상기 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물을 이용하여 현장 타설, 도로포장, 보조기층공가, 흙 건자재 제조 등을 제조하는 방법에 관한 것이다.
개략적인 방법은 도 1 내지 도 3에 도시하였다.
그 중, 일 구체예로, 다음을 포함하는, 친환경 현장토양 흙 콘크리트 포장 시공방법을 제공한다.
상기 설명한 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물을 준비하는 단계;
상기 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물을 기층위에 포설하는 단계;
다짐하는 단계; 및
다짐한 포장면을 양생하여 고화시키는 단계.
이 때, 상기 친환경 현장토양 흙 콘크리트 포장용 조성물의 구성성분에 대한 설명은 상기와 같고, 이의 배합은 건식, 반건식 또는 습식으로 당업자가 목적에 맞게 적절한 비율에 따라서 배합할 수 있다. 상기 흙 콘크리트 포장용 조성물 준비단계, 포설단계 및 다짐단계는 흙 콘크리트 포장을 균일하고 완전하게 시공할 수 있는 방법이라면, 특별히 한정되지 않고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 선택하여 적용할 수 있다.
다만, 본 발명의 흙 콘크리트 포장용 조성물을 이용한 흙 포장 시공에 있어서, 다짐이 완료된 표층면의 양생은 25 ∼ 80℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 따라서, 기온이 높을 경우 다짐한 포장면을 자연양생시키거나 기온이 낮을 경우 포장면 위에 전기장판 등의 가열장치나 비닐 등의 양생기구를 포설하고 고온양생하여 고화시킨다.
즉, 하절기에는 자연 양생이 가능하고, 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 있으며, 더욱 바람직하게는 건조매트(롤러형, 원적외선이 방사되는 난방용 필름 80℃ 발열)를 이용하여 60℃하에 4시간 이상 보온 양생하여 1일 후에 보행이 가능하도록 할 수 있다.
특히, 상기 양생공정 중에 Na 이온에 의한 백화 현상이 발생하는 경우에는, 물과 식초를 1:1로 섞은 식용식초를 이용하여 백화를 제거한 후 리튬실리케이트 수용액을 도포하는 공정을 수행한 후, 비닐을 재포설하여 반응도를 더욱 향상시키는 방법을 사용한다.
상기 예시는 흙 콘크리트 포장 시공방법에 관한 것이나, 시공체의 종류에 따라 당업계에서 적절한 방법을 사용하여, 본 발명의 친환경 현장토양 흙 콘크리트를 이용한 다양한 시공체 제작이 가능할 것이다.
그러므로, 본 발명은 또 다른 구체예로서, 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물을 이용하여 제조한 친환경 건축자재를 들 수 있다.
본 발명의 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물은 기존의 토목, 건설 구조물, 건축물에 적용할 수 있으며, 구조물 내의 어떤 구조부이든 관계없이, 또한 시멘트·석재·석고보드·합판·철/비철금속강판·합성수지 등 건축구조물의 표면 재질에 따른 제한없이 필요에 따라 두께를 조절하여 사용할 수 있다.
예를 들어, 벽돌, 식생블록, 불연내장 흙보드, 보차도블록, 보강토 옹벽, 경계석, 농수로용 구조물, PC암거, 퍼라이트단열패널,등의 건설 구조물로 사용될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 친환경 현장토양 흙 콘크리트는 현장토양을 이용하는 도로보조기층공사, 차수벽 흙막이공사, 염분이 함유된 바다준설토를 이용한 항만,매립공사, 현장토양을 이용하는 연약지반개량공사, 현장토양을 이용하는 옹벽공사, 현장토양을 이용하는 되메우기공사, 경사면안정화처리공사, 성토안정처리공사, 습지 지반개량공사, 현장토양을 이용하는 도로포장공사, 자전거 도로, 문화재 도로, 농로, 임도, 산책로 등의 토목, 건설 구조물에 사용될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 조성물은 흙이나 산업폐기물 속에 함유된 유해중금속을 안정처리하여 용출을 시키지 않으므로 각종 산업폐기물의 순환자원화가 가능하게 되었고 물에 응결의 풀리는 현상을 극복하였는 바, 다양한 건설, 토목, 자재 분야에 이용할 수 있다. 즉, 본 발명의 친환경 현장토양 흙 콘크리트는 공원이나 하천, 바다 속의 구조물 등에 적용할 때, 기존의 콘크리트 구조물이 발생시키는 6가크롬 등의 유해중금속의 용출을 막고 수질이나 생태의 독성을 방지할 수 있다.
나아가, 현장에 존재하는 다양한 흙으로 각종 건설공사 및 건자재 제조가 가능하고, 골재채취로 인한 환경훼손을 방지하고, 골재채취나 소성에 소요되는 화석연료 소비를 줄여서 지구온난화 방지 및 탄소배출권 확보에 기여하는, 내구성이 우수한 건설재료로서 현장의 흙을 이용할 수 있다. 즉, 현장토양을 이용하는 도로포장 및 보조기층, 연약지반 개량공사, 토옹벽, 되메우기공사, 그라우팅공사 등이 가능하다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 현장 토양 흙 콘크리트 조성물의 제조
본 발명의 친환경 현장토양 흙 콘크리트는 현장에서 발생하는 현장토양으로 건자재 제조 시에 성형틀에 투입되는 고화대상물과 시멘트, 골재, 무기계 경화제의 혼합비는 다음 표에 기재한 바와 같이 하여 제조하였다.
이 때, 무기계 액상 경화제는 CH2ClCOOH, NaOH, Na2CO3, KHCO3, Al2O3로 이루어진 제1혼합물을 0.1~5wt%함유하고, FeCl2, MgCO3, KCl, CaCO3로 이루어진 제2혼합물을 0.05~5wt% 함유하고, HSCH2COONH4, NaCl, NaOH,Al2(SO4)3로 이루어진 제3혼합물을 0.02~5wt% 함유하고, MgCl2,NH4Cl, TiO2로 이루어진 제4혼합물을 2~5wt% 함유하고 80~95wt%의 해수를 함유하는 흙 콘크리트용 무기계경화제로써 무기계경화제 배합수로 물대신 해수를 사용하여도 흙 콘크리트 조성물이 제공되며, 제3혼합물에 COCl2를 0.2~1wt%를 첨가하고 제4혼합물에 CaCl2 0.1~0.5wt%를 첨가하였다.
표 1은 흙벽돌, 보, 차도블럭, 생태블럭 등의 구조물로 사용되는 경우의 조성비를 나타낸 표이다.
Figure 112012083551560-pat00001
또한, 토목공사에 투입되는 고화대상물과 시멘트, 골재, 무기계 경화제의 혼합비는 다음과 같다. 현장토양으로 산책로, 도로보조기층, 연약지반개량공사 등의 구조물로 사용되는 경우의 조성비를 표 2에 나타내었다.
Figure 112012083551560-pat00002
실시예 2: 현장 토양 흙 콘크리트 조성물의 무게변화
상기 실시예 1에서 제조한 흙벽돌을, 토물에 담구었을 때 시간변화에 따른 무게 변화 과정을 관찰하였다.
그 결과를 이하 표 및 도 4에 도시하였다.
Figure 112012083551560-pat00003
투수율 10.7%시점에 도달하여 무게변화가 정지하였다.
이러한 결과를 통해, 본 발명의 조성물은 습도 조절기능이 탁월하다는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 3: 현장 토양 흙 콘크리트 조성물의 압축강도
현장토양, 시멘트, 재활용골재 및 무기경화제를 사용한 배합 및 압축강도 평가 결과를 관찰하였다.
우선, 본 발명의 친환경 현장토양 흙 콘크리트 배합으로 일반적인 콘크리트용 골재의 사용을 배제하고, 건설폐기물 처리장에서 발생하는 재활용 순환골재를 적용한 배합으로, 현장토양은 골재에 비해 잔골재에 해당하는 입도로 적용하였고, 모래질과 실트질 점토질의 입자를 함유하고 있는 일반토양을 적용하였다.
Figure 112013030609602-pat00012
또한, 바다에 있는 염분을 포함한 갯벌 토나 바다 준설토를 이용한 경우에 대하여, 이하 표 5에 배합율 및 압축강도 평가 결과를 나타냈다.
Figure 112013030609602-pat00013
이처럼, 본 발명의 조성물의 경우, 포장재나 구조용으로 활용하여도 문제가없는 압축 강도를 가지는 것을 확인하였다.
실시예 4: 현장 토양 흙 콘크리트 조성물의 유해물질 용출실험
본 발명의 흙 콘크리트 공시체를 제작하여 상온양생한 후, 분말상태로 갈아서 물에 담구어 유해중금속 용출시험을 하였다. 구체적인 사항은 당업계의 폐기물 공정 시험방법에 따라 수행하였다.
그 결과, 흙 공시체 파편(상기 제2안:황토 80중량부+포틀랜드시멘트 20중량부+경화제 10중량부)에 대한 용출 수 시험성적을 하기 표에 기재하였다.
Figure 112012083551560-pat00006
또한, 폐기물 고상(바닥재)에 대하여도 추가로 실험하였다.
Figure 112012083551560-pat00007
이처럼, 본 발명의 친환경 현장 토양 흙 콘크리트를 사용한 경우에는 유해중금속 물질들이 거의 용출되지 않았고, 일부 검출된 경우라도 아주 적은 양으로 당업계의 기준 이내 범위에 존재함을 확인할 수 있었다.

Claims (12)

  1. 유기물의 함량이 2wt% 이상 포함되어 있는 현장토양; 포틀랜드 시멘트; 및
    H2ClCOOH, NaOH, Na2CO3, KHCO3, Al2O3로 이루어진 제1혼합물을 0.1~5wt%함유하고, FeCl2, MgCO3, KCl, CaCO3로 이루어진 제2혼합물을 0.05~5wt% 함유하고, HSCH2COONH4, NaCl, NaOH,Al2(SO4)3 로 이루어진 제3혼합물을 0.02~5wt% 함유하고, MgCl2,NH4Cl, TiO2,로 이루어진 제4혼합물을 2~5wt% 함유하고 80~95wt%의 물을 함유하는 무기계 액상 경화제를 함유하는, 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조성물은
    5~95 중량부의 현장 토양; 5~25 중량부의 포틀랜드시멘트; 10~25 중량부의 무기계 액상 경화제를 함유하는 것을 특징으로 하는, 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 현장 토양은 분쇄 또는 체거름을 통해 균일한 입도를 가지는 것을 특징으로 하는 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 골재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 조성물은
    현장토양 40~65중량부, 잔골재 5~50중량부, 굵은골재 10~25중량부, 시멘트 15~25중량부, 및 10~25중량부의 무기계 액상 경화제를 함유하는 것을 특징으로 하는, 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 압축강도 9~25 Mpa의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 6가 크롬, 납(Pb),구리(Cu), 비소(As),수은(Hg), 카드뮴(Cd) 또는 그 화합물; 시안화합물(CN) 및 유분함량으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 유해물질 용출을 억제하는 것을 특징으로 하는 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물.
  8. 제1항 또는 제4항의 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물을 포함하는,
    벽돌, 식생블록, 불연내장 흙보드, 보차도블록, 보강토 옹벽, 경계석, 농수로용 구조물, PC암거 및 퍼라이트단열패널로 구성된 군에서 선택되는 건설 구조물.
  9. 도로보조기층공사, 차수벽 흙막이공사, 염분이 함유된 바다준설토를 이용한 항만, 매립공사, 현장토양을 이용하는 연약지반개량공사, 현장토양을 이용하는 옹벽공사, 현장토양을 이용하는 되메우기공사, 경사면안정화처리공사, 성토안정처리공사, 습지 지반개량공사, 현장토양을 이용하는 도로포장공사; 및 자전거 도로, 문화재 도로, 농로, 임도, 산책로와 같은 토목, 건설 구조물 설치공사로 구성된 군에서 선택되는 공사에, 제1항 또는 제4항의 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물을 이용하여 공사하는 방법.
  10. H2ClCOOH, NaOH, Na2CO3, KHCO3, Al2O3로 이루어진 제1혼합물을 0.1~5wt%함유하고, FeCl2, MgCO3, KCl, CaCO3로 이루어진 제2혼합물을 0.05~5wt% 함유하고, HSCH2COONH4, NaCl, NaOH,Al2(SO4)3 로 이루어진 제3혼합물을 0.02~5wt% 함유하고, MgCl2,NH4Cl, TiO2,로 이루어진 제4혼합물을 2~5wt% 함유하고 80~95wt%의 물을 함유하는, 친환경 현장토양 흙 콘크리트 조성물 제조용 무기계 액상 경화제.
  11. 제10항에 있어서, 상기 무기계 액상 경화제는
    현장토양의 활성막을 표면화학적으로 처리하여 현장토양에 함유된 유기질의 활성분의 이온반응을 제한하여 시멘트와 수화반응을 할 수 있도록 하고, 유해중금속을 표면화학적으로 처리하여 응결시켜 용출을 억제시키는 것을 특징으로 하는 경화제.
  12. 제11항에 있어서, 상기 유해중금속은 6가 크롬, 납(Pb),구리(Cu), 비소(As),수은(Hg), 카드뮴(Cd) 또는 그 화합물; 또는 시안화합물(CN)인 것을 특징으로 하는 경화제.
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