KR101308985B1 - 운동장용 표층재 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 운동장용 표층재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 봉화석 모래, 침적토, 진흙을 이용하여 적합한 경도와 배수성을 가지는 운동장을 조성할 수 있는 운동장용 표층재 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 운동장용 표층재 조성물은 먼지가 날리지 않고 석면이 검출되지 않는 안전성이 보장되는 운동장을 시공할 수 있도록 하는 운동장용 표층재 조성물을 제공한다는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 봉화석 모래, 침적토, 진흙으로 구성되어 배수가 잘 이루어지며 침식이 되지 않는 적합한 탄성 및 내구성을 지닌 운동장용 표층재 조성물을 제공한다는 장점이 있다.

Description

운동장용 표층재 조성물{ composition of surface materials for playground}

본 발명은 운동장용 표층재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적색 봉화석 모래, 침적토, 진흙을 이용하여 적합한 경도와 배수성을 가지는 운동장을 조성할 수 있는 운동장용 표층재 조성물에 관한 것이다.

운동장은 운동을 하기 위한 광장으로 운동경기, 놀이, 체조를 할 수 있도록 여러가지 기구나 설비를 갖추며 설치 장소에 따라 옥외운동장, 옥내운동장(실내 운동장 또는 체육관), 옥상 운동장 등으로 구분된다. 운동장은 운동을 하는데 적합한 환경으로 조성되어야 한다. 넘어져도 위험이 없으며, 배수가 잘 되며, 먼지가 일지 않으며, 탄성이 있고 미끄럽지 않고, 내구성이 있어야 하는 등의 조건이 있다.

운동장에 쓰이는 천연잔디의 생육 및 생장 관리의 어려움을 타개하기 위하여 1960년대 초 개발된 나일론소재의 1세대 인조잔디가 학교나 프로야구, 축구의 구장관리에 큰 만족감을 주어 사용해 오다 1980년대 말부터 나일론 및 프로필렌 등의 소재로 된 잔디에 모래를 채워 사용하는 2세대 잔디로 교체되었다. 세계적으로 축구가 인기를 얻게 됨에 따라 안전성의 문제로 2세대 잔디에서 폴리에틸렌을 소재로 한 3세대 잔디로 2000년대 초부터 사용하게 되었다. 3세대 잔디는 잔디 pile의 직립과 탄성을 부여할 목적으로 잔디 하부에 모래를 채우고 그 위에 고무칩을 채워 성능을 발휘하도록 구성되어 있다. 인조잔디는 화학제품들의 복합체로 구성되어 있어 사용 후 폐기가 쉽지 않고 사용 과정에서도 자외선에 의한 고무칩의 노화로 유지보수가 정기적으로 필요하며 장마 등의 우천이나 눈을 제거할 때 고무칩의 유실 등으로 수시 보충작업이 필요하다. 이러한 문제점들 때문에 선진국에서는 모래나 고무칩을 채우지 않는 4세대 잔디로 급속히 전환되고 있다.

이에 인조잔디 대체용으로 흙에 친숙한 인간의 본성을 감안한 자연으로의 회귀를 위하여 인공적이지 않고 자연스러운 운동장의 기능을 연출하면서 관리하기 쉬운 운동장을 만들기 위한 시도로 2010년부터 학교운동장이나 야구장에 처음으로 감람석을 이용한 조성물로 운동장을 시공하였다. 감람석을 원료로 다양한 입자 크기를 가지게 감람석을 분쇄, 혼합하여 이를 조성물로 운동장을 조성하거나 일반적인 콘크리트 블럭에 다수의 통공을 형성하고 감람석 성분을 상기 통공의 내부에 충진하여 완성된 블럭으로 운동장을 조성하는 방법 등이 있었다. 그러나 감람석을 이용한 운동장 시공 사례를 기층부와 표층부의 입경 분포자료를 바탕으로 분석해 보면 배수가 원활히 이루어지지 않으며 내구성도 적합하지 않았다. 또한, 최근에는 감람석을 이용한 운동장에서 석면이 검출되어 그 유해성으로 인해 적용이 중단된 상태이다.

최근에는 석면이 검출된 감람석을 대체하고자 황토를 이용하는 조성물로 운동장을 시공하는 기술과 관련하여 대한민국공개특허 제10-2012-0021768호에는 운동장을 위한 황토가 포함된 조성물 및 이를 이용한 황토 운동장을 제시하였다. 그러나 황토를 운동장의 표피층으로 사용하기에는 점성 및 탄성이 부족하고 투수성이 낮다는 문제점이 발생하였으며, 이를 보완할 만한 새로운 운동장 조성물의 개발이 필요한 현실이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 필요한 기술을 제공하기 위하여 안출된 것으로서,

본 발명은 석면이 검출되지 않는 안전성이 보장되는 운동장을 시공할 수 있도록 하는 운동장용 표층재 조성물을 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 적절한 배수와 적합한 탄성 및 내구성을 지닌 운동장용 표층재 조성물을 제공함에 다른 목적이 있다.

상술한 것과 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 과제해결수단은 다음과 같이 구체적으로 제공된다.

본 발명에 의한 운동장용 표층재 조성물은 봉화석 모래와 침적토와 진흙으로 조성되는 것을 특징으로 한다.

봉화석 모래는 기존에 사용되던 감람석 모래를 대체하는 것으로서, 석면이 검출되지 않으며, 원적외선 방사효과가 있을 뿐만 아니라 탈취효과도 가지고 있어 기존에 감람석 운동장의 장점은 그대로 살리되 석면이라는 인체에 유해한 물질이 함유되지 않도록 한다는 장점이 있다.

한편, 본 발명에 의한 운동장용 표층재 조성물은 봉화석 모래 50~75중량%, 침적토 10~30중량% 및 진흙 15~25중량%의 비율로 조성되는 것이 바람직하다.

아울러, 최적의 운동장용 표층재를 조성하기 위하여, 상기 봉화석 모래의 입자크기는 0.05~2.0mm, 침적토의 입자크기는 0.002~0.05mm, 진흙의 입자크기는 0.002mm 미만인 것이 바람직하다.

아울러, 봉화석 모래의 효능을 극대하하고 운동장용 모래로서의 기능성을 감안하여, 상기 봉화석 모래는 입자크기가 10~60메쉬인 입도 모래가 60~64중량%, 입자크기가 4~10메쉬인 굵은 모래가 4~6중량%, 입자크기가 60메쉬를 초과하는 가는 모래가 30~34중량%의 비율로 혼합되어 있는 것이 좋다.

본 발명에 의한 운동장용 표층재 조성물은 먼지가 날리지 않고 석면이 검출되지 않는 안전성이 보장되는 운동장을 시공할 수 있도록 하는 운동장용 표층재 조성물을 제공한다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 봉화석 모래, 침적토, 진흙으로 구성되어 배수가 잘 이루어지며 침식이 되지 않는 적합한 탄성 및 내구성을 지닌 운동장용 표층재 조성물을 제공한다는 장점이 있다.

도 1은 봉화석의 주요 성분 및 각 주요성분의 조성비를 나타낸 것이다.
도 2는 봉화석에 석면이 검출되었는지 여부를 확인할 수 있는 시험성적표를 도시한 것이다.
도 3은 봉화석이 원적외선 방사능을 갖고 있음을 증명하는 시험성적표를 나타낸 것이다.
도 4는 봉화석이 탈취능을 갖고 있음을 증명하는 시험성적표를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 일실시예를 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 봉화석 모래를 포함한 표층재 조성물은 석면이 검출되는 감람석을 대체하고자 봉화석 모래, 침적토, 진흙으로 구성된 운동장용 표층재 조성물을 제안한다.

도 1은 봉화석의 주요 성분 및 각 주요성분의 조성비를 나타낸 것이다.

봉화석 모래는 경북 봉화산에서 벌석한 것으로 파쇄공정을 통해 용도에 맞는 입도 분포를 조절할 수 있도록 하였다. 본 발명에서 봉화석은 도 2의 결과를 참조하면 유해성 면에서 석면이 검출되지 않으며 도 3과 도 4를 참조하면 봉화석이 지닌 원적외선 방사기능이나 탈취기능을 확인할 수 있으며 이를 이용한 운동장용 표층재 조성물은 어떤 소재보다 인체에 좋은 영향을 미칠 수 있다.

도 2는 봉화석에 석면이 검출되었는지 여부를 확인할 수 있는 시험성적표를 도시한 것이며, 도 3은 봉화석이 원적외선 방사능을 갖고 있음을 증명하는 시험성적표를 나타낸 것이며, 도 4는 봉화석이 탈취능을 갖고 있음을 증명하는 시험성적표를 나타낸 것이다.

사용량이 가장 많은 모래의 경우 주로 배수기능에 영향을 끼치며 굵을수록 배수가 잘 되고 가늘수록 배수가 덜 되기 때문에 모래의 입도분포를 조절하는 것이 바람직하다. 공업적으로 분체의 규격화를 위하여 규격화된 체(screen of sieve)를 이용하게 되는데 야구장이나 운동장용으로 적용되는 모래의 규격(ASTM,2007)을 기준한 입도별 분포는 다음과 같다. 도 3과 도 4의 시험성적은 한국건자재시험연구원에서 시험한 것으로서 그 결과만을 도시하였다.

운동장용으로 적용되는 모래의 규격을 기준한 입도별 분포

Mesh	입경(mm)	통과율(%)	입도분포(%)	비고
4	4.76	100		왕사
10	2.00	94.5	5.5
20	0.84	78.6	15.9	중사
40	0.49	60.1	18.5
60	0.25	32.5	27.6	세사
100	0.15	19.3	13.2
200	0.07	7.5	11.8
			7.5

침적토(silt)는 입자 지름이 0.002~0.05mm인 토양입자를 말하며 미사라고도 한다. 침적토 또는 미사는 모래, 점토와 함께 토양을 조성한다. 그리고 점토와 함께 이암의 주성분으로 침적토가 점토보다 많으면 실트암, 점토가 실트보다 많으면 점토암이라고 한다. 붉은 진흙과 함께 흙의 다짐과 수분을 함유하여 보습기능이 있으며 사용량이 많을 경우 배수성은 나빠진다.

점토는 지질학의 정의로는 암석이 풍화, 침식, 운반되어 생긴 암설 가운데 역이나 모래보다 작은 것을 말한다. 입자크기가 1/16mm이하의 것을 진흙이라고 부른다. 진흙은 필요에 따라서 한층 더 세세하게 분류되어 1/16mm(62.5μm)~1/256(4μm)의 것을 실트(silt), 그 이하의 것을 점토(clay)라고 부른다. 점토는 모래나 침적토에 비해서 단위무게당 표면적이 훨씬 넓으므로 토양 중에서는 부식과 함께 가장 활동적인 부분이며 수분의 보유력이 강하다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하지만, 이는 본 발명의 보다 완전한 설명을 위한 것일 뿐 개별실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1> 배수성 실험

우리나라의 평균 강수량은 1,245mm로 6~9월에 70%정도가 내린다. 이러한 강수량을 기준하여 앞서 언급되었던 인조잔디의 경우 운동장에 포설되었을 때 강수량과 안전도를 감안한 배수능력의 설계치는 180 mm/㎡/hr 이상으로 설계되어 있다. 적색 봉화석을 표층재로 한 운동장의 경우도 같은 수준의 배수성 test를 위하여 가로 50cm, 세로 50cm, 높이 15cm의 내측 규격의 나무상자를 만들고 바닥판에 10mm직경의 구멍을 사방 10cm간격으로 뚫어 배수공을 배치해 구멍이 뚫린 바닥면에 100g/㎡의 부직포를 깔아 흙이 구멍으로 빠져 나가지 않게 하고 표 2와 같이 3가지 조합의 흙을 만들어 준비된 나무상자 속에 운동장 표층재 두께인 10cm가 되도록 다짐을 가하며 10cm높이까지 배합된 흙을 채우고 표면에 물을 부었을 때 물이 고르게 퍼지고 흙이 패이지 않도록 부직포를 깔아 배수성 시험을 수행할 수 있도록 준비하였다.

운동장 표층재 배합별 배수능력 결과

흙의 종류	규격 또는 단위	배합1	배합 2	배합 3
적색 봉화석 모래	0.05~2.0mm	60	65	70
침적토	0.002~0.05mm	25	20	15
점토	0.002mm이하	15	15	15
배수성	mm/㎡/hr	178	194	226

<실시예 2> 운동장 표층재 조성물 배합별 통수시간 실험

50L의 물을 부어 통수시키는데 걸리는 시간을 stop watch를 이용하여 분단위로 확인하여 배수능력을 산출하는 방법으로 50L이상의 물을 담을 수 있는 1미터 직경의 원통형 용기를 준비하고 용기안에 물을 공급하는 15mm 직경의 pipe line에 계량기와 floating valve를 설치하여 낮은 Level에서 수위를 제어할 수 있도록 공급장치를 만들고 하부에 Lever형 손잡이가 달린 stop valve를 설치하여 50cm x 50 cm크기의 나무상자 위에 물을 부었을 때 쉽게 조절하여 넘치지 않도록 한다. 배수량 측정에 임하기 전에 배수판에 채워진 흙과 아래 위에 설치한 부직포를 물로 침적시켜 흙이나 부직포가 건조한 상태에서 물을 흡수하는 만큼 사전에 포화상태로 만들어 놓고 더 이상 낙수가 되지 않음을 확인 한 시점에서 50L의 물을 통수시키는 시험을 3회 반복하여 평균 소요시간을 산출한 결과는 다음의 표 3과 같다.

운동장 표층재 조성물 배합별 통수시간 결과

	단위	배합1	배합2	배합3
1회	분	67	63	52
2회	분	67	61	53
3회	분	68	62	54
평균	분	67.3	62.0	53.0

<실시예 3> 운동장 표층재 배합별 함수율

표층재의 함수율은 KS F 2306에 의거 온도를 110±5℃로 유지할 수 있는 항온건조로와 저울을 이용하여 건조에 의해 잃게 되는 젖은 흙속의 수분 무게와 흙의 노 건조 무게에 대한 백분율로 나타내며 배합별 표면층재의 함수율은 다음 표 4와 같으며 10% 이상이면 비산먼지에 안정수준이며 20% 이상이 되면 침적토나 점토의 점성을 느끼게 된다.

운동장 표층재 배합별 함수율 결과

흙의 종류	규격 또는 단위	배합 1	배합 2	배합 2
적색 봉화석 모래	0.05~2.0mm	60	65	70
침적토	0.002~0.05mm	25	20	15
진흙	0.002mm이하	15	15	15
함수율	%	16.3	13.5	12.2

위 실시예를 종합해보면 배수기능만을 고려할 때 표층부의 배수는 배수기층의 배수능력에 의해 좌우되는 바 배수기층의 원할한 배수를 전제로 한 표층부는 입자 크기 0.05~2.0mm인 봉화석 모래 60~70%, 입자 크기 0.002~0.05mm인 침적토 15~25%, 입자 크기 0.002mm이하인 진흙 10~15%의 조성비로 구성되어야 한다.

여기에서 사용량이 가장 많은 모래의 경우 주로 배수기능에 영향을 끼치며 굵을수록 배수가 잘 되고 가늘수록 배수가 덜 되기 때문에 모래의 입도분포를 조절해야만 한다. 공업적으로 분체의 규격화를 위하여 체(screen or sieve)를 이용하게 되는데 운동장용으로 적용되는 모래용 체를 기준한 입도별 분포는 표 5와 같다.

운동장용으로 적용되는 봉화석 모래용 입도별 분포

Mesh	입경(mm)	통과율(%)	입도분포(%)
4	4.75	100
10	2.00	94.5	5.5
20	1.00	78.6	15.9
40	0.50	60.1	18.5
60	0.25	32.5	27.6
100	0.15	19.3	13.2
200	0.05	7.5	11.8
			7.5

여기서 사용량이 50~70%정도 되는 모래의 입도분포를 보면 10~60메쉬의 입도 모래를 62%로 가장 많이 사용하고 4~10메쉬의 굵은 모래가 5%를 점유하며 60메쉬 이하의 가는 모래가 32%등의 순으로 구성되어야 한다.

실제 운동장의 시공시에는 앞서 언급된 모래 침적토 진흙의 구성에 있어 운동장이 위치한 지역의 기후조건 중 강우량을 기준으로 하여 다짐이나 뭉침에 영향을 끼치는 침적토나 진흙의 양을 변화시켜 그 조성에 있어 구성비를 조절하게 된다.

구성비 조합의 예를 들면 다음의 표 6과 같다.

흙의 종류	규격 또는 단위	배합 1	배합 2	배합 3
적색 봉화석 모래	0.05~2.0mm	60	65	70
침적토	0.002~0.05mm	25	20	15
진흙	0.002mm이하	15	15	15

진흙의 양을 기준하여 일정한 다짐이 확보되도록 하고 모래와 침적토의 양을 가감하여 운동장이 위치한 장소의 기후여건 (강우량, 강설량 또는 평균온도 등)이나 지질상태에 따라 구성비를 달리한다. 배합 1의 경우 강수량이나 강설량이 많지 않은 비교적 건조하고 습하지 않은 장소에 위치한 운동장에 적합한 구성비 조합의 예이며 배합 3의 경우는 그 반대의 기후조건과 지질을 갖고 있는 지형의 운동장용 구성비 조합이다. 또한 여건에 따라 구성비가 결정되면 적당한 다짐을 주어 적정수준 이상의 밀도를 갖도록 하는 다짐공정이 필수이며 표층부 성토가 이루어진 후 대략 40% 전후의 다짐을 통하여 밀도가 대략 1,120~1,280kg/㎥이상 되게 하여야 한다. 이러한 밀도로 표층부의 두께를 10cm정도로 마감 시 성토에 필요한 토사량은 112~128kg/㎡이 된다. 예를 들어 3000㎡의 운동장을 적색 봉화석으로 시공하는데 필요한 토사량은 336~384톤이 된다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (5)

1. 봉화석 모래와 침적토와 진흙으로 조성되며, 상기 봉화석 모래는 입자크기가 10~60메쉬인 입도 모래가 60~64중량%, 입자크기가 4~10메쉬인 굵은 모래가 4~6중량%, 입자크기가 60메쉬를 초과하는 가는 모래가 30~34중량%의 비율로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 운동장용 표층재 조성물.
   
2. 제1항에서,
   봉화석 모래 50~75중량%, 침적토 10~30중량% 및 진흙 15~25중량%의 비율로 조성되는 것을 특징으로 하는 운동장용 표층재 조성물.
   
3. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 봉화석 모래의 입자크기는 0.05~2.0mm, 침적토의 입자크기는 0.002~0.05mm, 진흙의 입자크기는 0.002mm 미만인 것을 특징으로 하는 운동장용 표층재 조성물.
   
4. 삭제
5. 삭제

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