KR101426496B1

KR101426496B1 - 지반 개량재, 아스팔트 콘크리트용 골재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101426496B1
Application number: KR1020130135851A
Authority: KR
Inventors: 김갑부; 최윤정
Original assignee: 김갑부; 최윤정
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2014-08-06
Also published as: US20160326053A1; CN105745304B; CN105745304A; WO2015068995A1

Abstract

지반 개량재, 아스팔트 콘크리트용 골재 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 토사의 입경 분석을 통해 작성되는 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때, D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 Dmax 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱이 0.4 미만인 것을 만족하는 토사를 포함하는, 지반 개량재가 제공된다.

Description

지반 개량재, 아스팔트 콘크리트용 골재 및 그 제조 방법{Material for improving ground, aggregate for asphalt concrete and method for manufacturing the sames}

본 발명은 지반 개량재, 아스팔트 콘크리트용 골재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 토사의 입경 분포를 달리함으로써 치환 공법이나 성토에 의해 형성되는 성토체의 강도를 증진시킬 수 있는 지반 개량재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 골재의 입경 분포를 달리함으로써 아스팔트 콘크리트의 강도를 증진시킬 수 있는 아스팔트 콘크리트용 골재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

도로, 교량, 건물 등의 구조물을 지반 상에 축조하는 경우, 구조물의 기초지반으로서 충분한 지지력을 가지고 있어야 한다. 충분한 지지력을 가지고 있지 않은 연약 지반의 경우에는 이를 개량하여야 하는데, 개량 공법으로 양질의 토사로 연약 지반을 치환하는 공법이 있다.

그리고, 제방, 도로 건설이나 건물 등의 지반고를 맞추기 위해 성토 공사를 수행하는 경우에도 양질의 토사를 성토하여 성토체를 형성하게 된다.

이와 같이, 연약 지반을 치환하는 공법이나 성토 공사에는 양질의 토사를 성토하게 되는데, 성토에 사용되는 토사를 구성하는 입자의 입경 분포에 따라 성토체의 강도가 달라지게 된다.

따라서, 치환 공법이나 성토에 의해 형성되는 성토체의 강도를 증진하기 위하여 토사의 입경 분포를 조절할 필요가 있다.

한편, 콘크리트나 아스팔트 콘크리트에도 강도 증진을 위하여 골재가 혼합되는데 보다 강한 콘크리트를 형성하기 위하여 이러한 골재 또한 입경 분포를 조절할 필요가 있다.

본 발명은 토사의 입경 분포를 달리함으로써 치환 공법이나 성토에 의해 형성되는 성토체의 강도를 증진시킬 수 있는 지반 개량재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 골재의 입경 분포를 달리함으로써 콘크리트나 아스팔트 콘크리트의 강도를 증진시킬 수 있는 아스팔트 콘크리트용 골재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 토사의 입경 분석을 통해 작성되는 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때, D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱이 0.4 미만인 것을 만족하는 토사를 포함하는, 지반 개량재가 제공된다.

상기 토사는, 상기 입경 가적 곡선이 상기 D_max 값에 해당하는 누적통과율과 상기 D_min 값에 해당하는 누적통과율을 잇는 직선의 중심 윗쪽에서 교차되지 않도록 입경분포를 갖을 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 지반 개량재를 제조하는 방법으로서, 제1 토사의 입경 분석을 통해 상기 제1 토사의 평균 입경을 산출하는 단계와; 제2 토사의 입경 분석을 통해 상기 제2 토사의 평균 입경을 산출하는 단계와; 상기 제1 토사의 평균 입경과 상기 제2 토사의 평균 입경의 차이가 10%이상인 경우, 상기 제1 토사와 상기 제2 토사를 혼합하여 제3 토사를 형성하는 단계; 상기 제3 토사의 입경 분석을 통해 상기 제3 토사의 입경 가적 곡선을 작성하고, 상기 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때, D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱을 산정하여, 그 값이 0.4 미만인 경우 지반 개량재로 선정하는 단계를 포함하는, 지반 개량재 제조방법이 제공된다.

상기 제3 토사는, 상기 입경 가적 곡선이 상기 D_max 값에 해당하는 누적통과율과 상기 D_min 값에 해당하는 누적통과율을 잇는 직선의 중심 윗쪽에서 교차되지 않도록 입경분포를 갖을 수 있다.

본 발명의 제3 측면에 따르면, 콘크리트에 혼합되는 골재로서, 골재의 입경 분석을 통해 작성되는 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때, D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱이 0.04 미만인 것을 만족하는 골재를 포함하는, 콘크리트용 골재가 제공된다.

상기 골재는, 상기 입경 가적 곡선이 상기 D_max 값에 해당하는 누적통과율과 상기 D_min 값에 해당하는 누적통과율을 잇는 직선의 중심 윗쪽에서 교차되지 않도록 입경분포를 갖을 수 있다.

본 발명의 제4 측면에 따르면, 콘크리트용 골재를 제조하는 방법으로서, 제1 골재의 입경 분석을 통해 제1 골재의 평균 입경을 산출하는 단계와; 제2 골재의 입경 분석을 통해 제2 골재의 평균 입경을 산출하는 단계와; 상기 제1 골재의 평균 입경과 상기 제2 골재의 평균 입경의 차이가 10%이상인 경우, 상기 제1 골재와 상기 제2 골재를 혼합하여 제3 골재를 형성하는 단계; 상기 제3 골재의 입경 분석을 통해 상기 제3 골재의 입경 가적 곡선을 작성하고, 상기 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때, D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱을 산정하여, 그 값이 0.04 미만인 경우 콘크리트용 골재로 선정하는 단계를 포함하는, 콘크리트용 골재 제조방법이 제공된다.

상기 제3 골재는, 상기 입경 가적 곡선이 상기 D_max 값에 해당하는 누적통과율과 상기 D_min 값에 해당하는 누적통과율을 잇는 직선의 중심 윗쪽에서 교차되지 않도록 입경분포를 갖을 수 있다.

본 발명의 제5 측면에 따르면, 아스팔트에 혼합되는 골재로서, 골재의 입경 분석을 통해 작성되는 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때, D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱이 0.4 미만인 것을 만족하는 골재를 포함하는, 아스팔트 콘크리트용 골재가 제공된다.

본 발명의 제6 측면에 따르면, 아스팔트 콘크리트용 골재를 제조하는 방법으로서, 제1 골재의 입경 분석을 통해 제1 골재의 평균 입경을 산출하는 단계와; 제2 골재의 입경 분석을 통해 제2 골재의 평균 입경을 산출하는 단계와; 상기 제1 골재의 평균 입경과 상기 제2 골재의 평균 입경의 차이가 10%이상인 경우, 상기 제1 골재와 상기 제2 골재를 혼합하여 제3 골재를 형성하는 단계; 상기 제3 골재의 입경 분석을 통해 상기 제3 골재의 입경 가적 곡선을 작성하고, 상기 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때, D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱을 산정하여, 그 값이 0.4 미만인 경우 아스팔트 콘크리트용 골재로 선정하는 단계를 포함하는, 아스팔트 콘크리트용 골재 제조방법이 제공된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 토사의 입경 분포를 달리함으로써 치환 공법이나 성토에 의해 형성되는 성토체의 강도를 증진시킬 수 있다.

또한, 골재의 입경 분포를 달리함으로써 콘크리트나 아스팔트 콘크리트의 강도를 증진시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 입자 배열을 설명하기 위한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 입자 배열을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 구성 원리를 설명하기 위한 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 입자 배열의 확률 산정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 입경 가적 곡선을 도시한 도면.
도 7은 지반 개량재에 사용되는 토사의 다양한 입경 가적 곡선을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지반 개량재의 제조 방법의 순서도.
도 9는 콘크리트 내의 골재의 분포를 도시한 도면.
도 10은 아스팔트 콘크리트 내의 골재 분포를 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 지반 개량재, 아스팔트 콘크리트용 골재 및 그 제조 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 입자 배열을 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 입자 배열을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 구성 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 입자 배열의 확률 산정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 시료의 입경 가적 곡선을 도시한 도면이다. 그리고, 도 7은 지반 개량재에 사용되는 토사의 다양한 입경 가적 곡선을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 7에는, 정사면체(12), 큰 입자(14), 입자(15), 작은 입자(16)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 지반 개량재는, 토사의 입경 분석을 통해 작성되는 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때, D_min에 4.45를 곱한 값에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과 D_min에서 D_max를 4.45로 나눈 값까지의 누적통과비율(P_us)의 곱이 0.4 미만인 것을 만족하는 토사를 포함한다. 이러한 지반 개량재는, 토사의 입경 분포를 달리함으로써 치환 공법이나 성토에 의해 형성되는 성토체의 강도를 증진시킬 수 있다.

연약 지반을 치환하는 공법이나 성토 공사에는 토사로 이루어진 지반 개량재가 사용될 수 있다. 여기서, 지반 개량재의 의미는 강도가 증진된 토사를 포함하는 개념이며 연약 지반의 치환재, 성토 공사의 성토재, 되메움재 등 지반의 강도를 증진하기 위해 사용되는 토사를 의미한다.

토사를 성토하여 형성되는 성토체의 강도를 결정짓는 것은 토사를 매우 밀실하게 다져주는 것이며, 다짐이 잘 될수록 강도가 증진되고 단위중량도 높아진다.

토사를 다짐하여 형성되는 성토체 강도의 주요 요소는 토사를 구성하는 입자(15)끼리의 마찰(미끌림) 저항과 입자(15)끼리의 맞물림에 의한 인터로킹 저항으로 구성될 수 있다.

토사를 구성하는 입자(15)들이 동일한 크기의 구(求) 형태라고 가정할 때, 이상적으로 토사의 입자(15)들이 정다면체 배열을 이룬 경우 토사가 안정된 상태를 유지한다고 볼 수 있다.

정다면체 배열 중 가장 안정된 입자(15)의 배열은, 도 1에 도시된 바와 같이, 큰 입자(14)끼리 외주가 접하도록 삼각형을 이루면서 삼각형의 개수가 가장 적게 형성된 정사면체(12)의 배열을 이룬 형태이다.

그러나, 토사는 다양한 입경을 갖는 입자(15)들의 집합체이며, 서로 다른 입경의 입자(15)가 일정한 배열을 이루어 입자(15)끼리의 마찰(미끌림) 저항과 입자(15)끼리의 맞물림에 의한 인터로킹 저항이 극대화되기 위해서는, 정다면체 배열을 이루는 큰 입자(14)들 사이에 또 다른 작은 입자(16)가 배치되되, 작은 입자(16)가 정다면체 배열을 이루는 큰 입자(14)들의 외주와 접하여 배치된 상태라고 볼 수 있다.

즉, 정다면체 배열 중 가장 안정된 입자의 배열인 정사면체(12) 배열의 경우, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 큰 입자(14)끼리 외주가 접하도록 삼각형을 이루면서 삼각형의 개수가 가장 적게 형성된 정사면체(12)의 배열을 이루고, 정사면체(12) 배열을 이루는 4개의 큰 입자(14) 사이에 다시 외주가 접하는 작은 입자(16)가 배열된 형태(이하에서는 '정사면 배열체'라 한다.)이다. 즉, 외주가 서로 접하도록 정사면체(12)의 4개의 꼭지점에 큰 입자(14)의 중심이 위치하고, 4개의 꼭지점에 위치한 큰 입자(14) 사이에 큰 입자(14)의 외주에 접하는 작은 입자(16)가 배치된 형태이다. 이와 같이 토사의 입자가 배열을 이룬 경우, 정사면체(12)를 이루는 큰 입자(14)와 그 사이에 배치된 작은 입자(16)끼리 접촉력이 극대화되면서 마찰(미끌림) 저항과 입자(15)끼리의 맞물림에 의한 인터로킹 저항이 극대화되어 토사의 강도가 증진된다.

정사면체(12) 배열을 이루는 큰 입자(14)와 그 사이에 배치된 작은 입자(16)의 입경비는 다음과 같이 산정될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 정사면체(12)의 한 변의 길이를 a, 큰 입자(14)의 반경을 R, 작은 입자(16)의 반경을 r이라 할 때,

큰 입자(14)의 반경 R은,

이고,

정사면체(12)의 높이(h)는,

이다.

정사면체(12)의 꼭지점(A)에서 무게중심(O)까지의 거리(AO)는,

이고,

작은 입자(16)의 반경 r은,

이다.

따라서, 큰 입자(14)와 작은 입자(16)의 입경비(R/r)은 아래의 [식 1]로 산정될 수 있다.

[식 1]

이상적으로 저항력이 증진된 토사를 얻기 위해서는 위의 입경비를 갖도록 토사를 구성하는 것이 좋다. 그러나, 토사의 입자(15)는 완전한 구(求)가 아닐 수 있으며, 토사는 다양한 입경을 갖는 입자(15)들의 집합체이기 때문에 위와 같이 이상적인 토사를 구성하는 것이 어렵다. 다만, 위와 같이 큰 입자(14)가 정사면체(12) 배열을 이루고 작은 입자(16)가 그 사이에 배치될 수 있는 확률을 높이도록 토사의 입경을 조절할 필요가 있다.

도 4는 큰 입자(14)를 기준으로 입경분포를 조절하는 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 작은 입자(16)를 기준으로 입경분포를 조절하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 4 및 도 5는, 토사를 구성하는 입자(15)를 입경 크기 순서로 배치한다고 가정할 때, 수평선분의 오른쪽에서 왼쪽방향으로 입경 크기가 증가되도록 입자(15)를 배치한 것을 도식적으로 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 가장 큰 입경(D_max)을 갖는 입자(15)를 기준으로, 입경비(R/r) 4.45에 의해 D_max/4.45에서 D_min까지의 입경을 갖는 입자(15)들은 정사면체(12)를 구성하는 4개의 큰 입자(14)의 외주에 접하지 못하는 작은 입자(이하 '언더 사이즈(Under size)'라 한다.)로서 입경비 4.45 보다 크게 되어 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하지 못하게 될 수 있는 입경을 의미한다.

또한, 도 5를 참조하면, 가장 작은 입경(D_min)을 갖는 입자(15)를 기준으로, 입경비(R/r) 4.45에 의해 4.45D_min에서 D_max까지의 입경을 갖는 입자(15)는 작은 입자의 외주에 접하지 못하는 큰 입자(이하 '오버 사이즈(Over size)'라 한다.)로서 입경비 4.45 보다 크게 되어 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하지 못하게 될 수 있는 입경을 의미한다.

언더 사이즈가 될 확률을 P_us라 할 때, 큰 입자(14)를 기준으로 전체 입경에 대한 언더 사이즈가 될 평균 확률은 P_us/2이고, 오버 사이즈가 될 확률을 P_os라 할 때, 작은 입자(16)를 기준으로 전체 입경에 대한 오버 사이즈가 될 평균 확률은 P_os/2가 된다.

따라서, 정사면 배열체를 이루기 위한 입경비 4.45 보다 클 확률 P_o는 아래의 [식 2]와 같다.

[식 2]

통상적으로 적정한 신뢰수준인 90%를 적용하여 이에 대응되는 유의수준 10%를 대입하면,

이고,

이다.

따라서, 토사의 입자(15)가 높은 확률로 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하기 위해서 가장 큰 입자의 입경 D_max와 가장 작은 입자의 입경 D_min이 아래의 [식 3]을 만족시키는 입경이 되도록 한다.

[식 3]

한편, 토사에 포함되는 입자(15)의 입경 분포를 분석하여 입자(15)의 입경을 가로축에 대수 눈금으로, 그 입경을 통과하는 중량 백분율을 세로축에 보통 눈금취하여 토사의 입경 분포를 그리게 되는데 이를 입경 가적 곡선(grain size accumulation curve)이라 한다.　

입경 가적 곡선에 있어서, 언더 사이즈가 될 확률 P_us는 D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(%)로 나타낼 수 있고, 오버 사이즈가 될 확률 P_os는 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(%)로 나타낼 수 있다.

즉, [식 3]에 따르면, D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과 D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)의 곱이 0.4 미만인 것을 만족하는 토사는, 그 토사를 구성하는 입자(15)들이 높은 확률로 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지할 확률이 높아 높은 강도를 갖는다고 판단할 수 있다.

여기서, 누적통과비율이라 함은, D_min, D_max, D_max/4.45, 4.45D_min 값에 해당하는 누적통과율을 각각 산출하고 큰 값에서 작은 값을 뺀 값을 의미한다. 참고로, D_max 값에 해당하는 누적통과율은 100%이고, D_min 값에 해당하는 누적통과율은 0%이다.

도 6은 아래의 [표 1]에 따른 두 개의 시료에 대한 입경 가적 곡선을 나타낸 것으로, 시료 1은 0.85mm에서 4.75mm의 입경 분포를 갖는 토사의 입경 가적 곡선을 나타내며, 시료 2는 0.45mm에서 4.75mm까지의 입경 분포를 갖는 토사의 입경 가적 곡선을 나타낸다.

먼저, 시료 1에 대해 상기 [식 3]을 만족하는지 살펴 보면,

이다.

도 6의 시료 1의 입경 가적 곡선에서, 4.45D_min = 3.78에 해당하는 누적통과율은 20%이고 D_max = 4.75에 해당하는 누적통과율은 100%이므로 4.45D_min = 3.78에서 D_max = 4.75까지의 누적통과비율(P_os)는 80%이다. 그리고, D_min = 0.85에 해당하는 누적통과율은 0%이고 D_max/4.45 = 1.07에 해당하는 누적통과율은 20%이므로, D_min = 0.85에서 D_max/4.45 = 1.07까지의 누적통과비율(P_us)은 20%이다.

따라서,

로서, 상기 [식 3]을 만족한다.

또한, 시료 2에 대해 상기 [식 3]을 만족하는지 살펴 보면,

이고,

도 6의 시료 2의 입경 가적 곡선에서, 4.45D_min = 2.00에 해당하는 누적통과율은 80%이고 D_max = 4.75에 해당하는 누적통과율은 100%이므로 4.45D_min = 2.0에서 D_max = 4.75까지의 누적통과비율(P_os)는 20%이다. 그리고, D_min = 0.45에 해당하는 누적통과율은 0%이고 D_max/4.45 = 1.07에 해당하는 누적통과율은 80%이므로, D_min = 0.45에서 D_max/4.45 = 1.07까지의 누적통과비율(P_us)은 80%이다.

따라서,

로서, 상기 [식 3]을 만족한다.

	입경분포범위(mm)	전단저항각(φ)(deg)
	입경분포범위(mm)	1차	2차	평균
시료 1	0.85~4.75	55.9	60.1	58.0
시료 2	0.45~4.75	42.7	48.6	45.6

[표 1]은 시료 1 및 시료 2에 대한 전단저항시험을 통하여 구한 전단저항각을 나타내고 있다. 각 시료에 대하여 두 번에 걸친 전단저항시험을 수행하였으며, 두 번에 걸친 전단저항시험 결과 시료 1의 평균 전단저항각(φ)은 58.0°(deg)이고, 시료 2의 평균 전단저항각(φ)은 45.6°(deg)이다.

보통의 입경 분포를 갖는 토사에 대한 전단저항각은 기존의 많은 연구에 의해 수행되었다. 1956년 Holz와 Gibbs에 의해 수행된 중간 모래에 대한 전단저항각 측정시험에 따르면, 시료 1 및 시료 2에서 '모난 입자의 양호한 입경 분포를 갖는 중간에서 촘촘하게 다져진 중간 모래'의 전단저항각 36 ~ 40°(deg)보다 높은 전단저항각을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

일반적으로 전단저항각(φ)은 토사의 지지력과 관계가 있으며, 전단저항각이 클수록 높은 지지력을 나타낸다.

따라서, 토사의 입자(15)가 높은 확률로 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하기 위해서 토사를 구성하는 입자(15)의 입경을 조절한다면 높은 강도의 지반 개량재를 제조할 수 있다.

한편, 도 7은 다양한 형태의 입경 가적 곡선을 도시하고 있는데, 토사의 입자(15)가 보다 높은 확률로 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하기 위해서는, 가장 큰 입경 D_max 값에 해당하는 누적통과율과 가장 작은 입경 D_min 값에 해당하는 누적통과율을 잇는 직선(M)의 중심 윗쪽에서 토사의 입경 가적 곡선이 교차되지 않는 입경 분포를 갖는 것이 좋다.

여기서, 직선의 중심이라 함은, 누적통과율 50%를 의미하며, 가장 큰 입경 D_max 값에 해당하는 누적통과율과 가장 작은 입경 D_min 값에 해당하는 누적통과율을 잇는 직선(M)의 누적통과율 50% 이상인 부분에서 토사의 입경 가적 곡선이 교차되지 않도록 입경 분포를 갖는 것이 좋다.

도 7을 참조하면, 곡선 A, B는 직선 M과 교차되지 않아 토사의 입자가 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지할 확률이 높다. 이에 반해, 곡선 C는, 직선 M의 중심 윗쪽에서 교차되고 있어 토사의 입자가 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지할 확률이 낮다고 볼 수 있다.

상기의 내용을 바탕으로 토사를 혼합하여 지반 개량재를 제조하는 방법을 살펴 보면, 먼저, 제1 토사의 입경 분석을 통해 상기 제1 토사의 평균 입경을 산출한다(S100). 본 실시예에 따른 지반 개량재는 서로 입경이 다른 두 종류의 토사를 혼합하여 제조되는 것으로, 먼저, 제1 토사에 대한 입경 분석을 통해 제1 토사의 평균 입경을 산출한다. 평균 입경을 산정하는 방법은 제1 토사에 대해 입경 분석을 수행하여 입경 가적 곡선을 작성하고 누적통과율이 50%에 해당하는 입경을 평균 입경으로 산출한다.

다음에, 제2 토사의 입경 분석을 통해 상기 제2 토사의 평균 입경을 산출한다(S200). 위의 단계와 마찬가지로 제2 토사에 대한 입경 분석을 통해 제2 토사의 평균 입경을 산출하게 되는데, 제2 토사에 대해 입경 분석을 수행하여 입경 가적 곡선을 작성하고 누적통과율이 50%에 해당하는 입경을 평균 입경으로 산출한다.

다음에, 제1 토사의 평균 입경과 제2 토사의 평균 입경의 차이가 10%이상인 경우, 제1 토사와 제2 토사를 혼합하여 제3 토사를 형성한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 토사의 입자가 높은 확률로 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하기 위해서는, 혼합된 제3 토사의 입경 가적 곡선이, 가장 큰 입경 D_max 값에 해당하는 누적통과율과 가장 작은 입경 D_min 값에 해당하는 누적통과율을 잇는 직선(M)의 중심 윗쪽에서 교차되지 않는 것이 좋은데, 이는 제1 토사의 평균 입경과 제2 토사의 평균 입경의 차이가 10% 이상인 토사를 혼합할 경우 직선(M)의 중심 윗쪽에서 교차되지 않을 확률이 높다.

다음에, 제3 토사의 입경 분석을 통해 제3 토사의 입경 가적 곡선을 작성하고, 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자(14)의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자(16)의 입경을 D_min라 할 때, D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱을 산정하여, 그 값이 0.4 미만인 경우 지반 개량재로 선정한다.

제1 토사의 평균 입경과 제2 토사의 평균 입경의 차이가 10% 이상인 토사를 혼합하더라도 제3 토사의 입자(15)가 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하기 위한 입경 분포를 갖지 않을 수 있다. 따라서, 상술한 방법에 따라 D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱을 산출하여 상기의 [식 3]을 만족하는 살펴본다. 상기 [식 3]을 만족하면 지반 개량재로 선정하고 만족하지 않은 경우 다른 토사와 재 혼합하여 상기의 절차를 수행한다.

도 9는 콘크리트 내의 골재의 분포를 도시한 도면이다. 도 9에는, 큰 입자(14), 작은 입자(16), 콘크리트(19), 시멘트 모르타르(20), 큰 접촉력(22), 작은 접촉력(24), 골재(25)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 콘크리트용 골재(25)는, 콘크리트(19)에 혼합되는 골재(25)로서, 골재(25)의 입경 분석을 통해 작성되는 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자(14)의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자(16)의 입경을 D_min라 할 때, D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱이 0.04 미만인 것을 만족하는 골재(25)를 포함한다. 이러한 콘크리용 골재(25)는, 골재(25)의 입경 분포를 달리함으로써 콘크리트(19)의 강도를 증진시킬 수 있다.

콘크리트(19)는 시멘트에 잔골재, 굵은 골재(25), 물 등을 적당한 비율로 배합하여 형성되는데, 그 중 굵은 골재(25)는 4.75mm 이상의 큰 입자(14)로 정의 된다. 이 중 모래 등의 잔골재는 시멘트, 물과 혼합되어 시멘트 모르타르(20)를 형성하는 것으로, 본 실시예에 따른 콘크리트용 골재(25)는 통상의 굵은 골재(25)에 적용될 수 있다.

일반적으로 시멘트의 1 ~ 6배까지 골재(25)가 혼합되어 있고, 골재(25)의 형상과 충전성이 강도에 큰 영향을 미치지만, 기존에 콘크리트(19)의 강도 조절은 시멘트와 골재(25)와의 부착성이 강도를 지배한다고 판단하여 시멘트량을 늘리거나 고강도 시멘트를 사용하여 콘크리트(19)의 강도를 높이려 하였다.

본 발명은 종래의 방법과 달리 골재(25)의 입경 분포를 조절하여 콘크리트(19)의 강도를 높이는 것에 대한 것이다.

콘크리트(19)의 강성(stiffness)는 대부분 골재(25)가 부담하기 때문에 외부에서 힘이 작용할 경우 골재(25)에 힘(응력)이 집중하게 된다. 이와 같은 힘(응력)의 흐름을 고려하여 강성이 큰 골재(25)에 보다 더 효율적으로 힘이 집중되게 하면 같은 시멘트량으로도 보다 큰 강도의 콘크리트(19)를 얻을 수 있다.

콘크리트(19) 속의 접촉력(22, 24)은 강성이 큰 골재(25)에 힘이 집중되면서 강성이 약한 쪽으로 움직임이 발생하여 이웃한 골재(25)에 전달되거나 시멘트 모르타르(20)로 전달되는데, 도 9에 도시된 바와 같이, 강성이 큰 입자(14)끼리의 큰 접촉력(22)과 접촉되는 빈도수를 높이거나 작은 입자(16)와 큰 입자(14)의 작은 접촉력(24)과 접촉되는 빈도수를 높여주면 매우 강한 콘크리트(19)를 얻을 수 있다.

상술한 일 실시예에 따른 지반 개량재와 마찬가지 원리로, 골재(25)를 구성하는 입자들이 동일한 크기의 구(求) 형태라고 가정할 때, 이상적으로 골재(25)의 입자들이 정다면체 배열을 이룬 경우 강한 콘크리트(19)를 얻을 수 있다.

정다면체 배열 중 가장 안정된 입자의 배열은, 입자끼리 외주가 접하도록 삼각형을 이루면서 삼각형의 개수가 가장 적게 형성된 사면체의 배열을 이룬 형태이다(도 1 참조).

그러나, 골재(25)는 서로 다른 입경을 갖는 입자들로 구성되며, 서로 다른 입경의 입자가 일정한 배열을 이루어 입자끼리의 마찰(미끌림) 저항과 입자끼리의 맞물림에 의한 인터로킹 저항이 극대화되기 위해서는, 정다면체 배열을 이루는 입자들 사이에 또 다른 입자가 배치되되, 이 입자가 정다면체 배열을 이루는 입자들의 외주와 접하여 배치된 상태라고 볼 수 있다.

예를 들면, 가장 안정된 입자의 배열인 정사면체 배열의 경우, 큰 입자(14)끼리 외주가 접하도록 삼각형을 이루면서 삼각형의 개수가 가장 적게 형성된 정사면체의 배열을 이루고, 정사면체 배열을 이루는 4개의 큰 입자(14) 사이에 다시 외주가 접하는 작은 입자(16)가 배열된 형태(이하에서는 '정사면 배열체'라 한다.)이다. 즉, 외주가 서로 접하도록 정사면체의 4개의 꼭지점에 큰 입자(14)의 중심이 위치하고, 4개의 꼭지점에 위치한 큰 입자(14) 사이에 큰 입자(14)의 외주에 접하는 작은 입자(16)가 배치된 형태이다. 이와 같이 골재(25)의 입자가 배열을 이룬 경우, 정사면체를 이루는 큰 입자(14)와 그 사이에 배치된 작은 입자(16)끼리 접촉력이 극대화되면서 마찰(미끌림) 저항과 입자끼리의 맞물림에 의한 인터로킹 저항이 극대화되어 시멘트 모르타르(20) 속에서 큰 접촉력을 유발시켜서 콘크리트(19)의 강도를 크게 높일 수 있다.

골재(25)를 구성하는 큰 입자(14)의 반경을 R이라 하고, 작은 입자(16)의 반경을 r이라 할 때, 상기와 동일하게 정사면체 배열을 이루는 큰 입자(14)와 그 사이에 배치된 작은 입자(16)의 입경비(R/r)는 아래의 [식 4]와 같다.

[식 4]

이상적으로 시멘트 모르타르(20) 내에서 강한 접촉력을 갖는 골재(25)의 배열을 얻기 위해서는 위의 입경비를 갖도록 골재(25)를 구성하는 것이 좋다. 그러나, 골재(25)의 입자는 완전한 구(求)가 아닐 수 있으며, 다양한 입경을 갖는 입자들의 집합체이기 때문에 위와 같이 이상적인 골재(25)를 구성하는 것이 어렵다. 다만, 위와 같이 큰 입자(14)가 정사면체 배열을 이루고 작은 입자(16)가 그 사이에 배치될 수 있는 확률을 높이도록 골재(25)의 입경을 조절할 필요가 있다.

또한, 가장 큰 입경(D_max)을 갖는 입자를 기준으로, 입경비(R/r) 4.45에 의해 D_max/4.45에서 D_min까지의 입경을 갖는 입자는, 정사면체를 구성하는 4개의 큰 입자(14)의 외주에 접하지 못하는 작은 입자(이하 '언더 사이즈(Under size)'라 한다.)로서 입경비 4.45 보다 크게 되어 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하지 못하게 될 수 있다(도 4 참조).

그리고, 가장 작은 입경(D_min)을 갖는 입자를 기준으로, 입경비(R/r) 4.45에 의해 4.45D_min에서 D_max까지의 입경을 갖는 입자는 작은 입자(16)의 외주에 접하지 못하는 큰 입자(이하 '오버 사이즈(Over size)'라 한다.)로서 입경비 4.45 보다 크게 되어 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하지 못하게 될 수 있다(도 5 참조).

언더 사이즈가 될 확률을 P_us 라 할 때, 큰 입자(14)를 기준으로 전체 입경에 대한 언더 사이즈가 될 평균 확률은 P_us/2이고, 오버 사이즈가 될 확률을 P_os 라 할 때, 작은 입자(16)를 기준으로 전체 입경에 대한 오버 사이즈가 될 평균 확률은 P_os/2가 된다.

따라서, 정사면 배열체를 이루기 위한 입경비 4.45 보다 클 확률 P_o는 아래의 [식 5]와 같다.

[식 5]

시멘트 모르타르(20) 속의 느슨한 상태의 골재(25)를 고려하여 매우 엄격한 신뢰수준 99%를 적용하여 이에 대응되는 유의 수준 1%를 대입하면,

이다.

따라서, 시멘트 모르타르(20) 내의 골재(25)의 입자가 높은 확률로 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하기 위해서 가장 큰 입자의 입경 D_max와 가장 작은 입자의 입경 D_min이 아래의 [식 6]을 만족시키는 입경이 되도록 한다.

[식 6]

골재(25)의 입경 분석을 통해 얻어진 입경 가적 곡선에 있어서, 언더 사이즈가 될 확률 P_us는 D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(%)로 나타낼 수 있고, 오버 사이즈가 될 확률 P_os 는 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(%)로 나타낼 수 있다.

즉, [식 6]에 따르면, D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과 D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)의 곱이 0.04 미만인 것을 만족하는 골재(25)는, 그 골재(25)를 구성하는 입자들이 높은 확률로 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지할 확률이 높아 높은 강도의 콘크리트(19)를 얻을 수 있다고 판단할 수 있다.

위의 내용을 바탕으로 서로 다른 입경을 갖는 골재(25)를 혼합하여 콘크리트용 골재(25)를 제조하는 방법은 상기의 지반 개량재를 제조하는 방법과 유사하다. 즉, 제1 골재의 입경 분석을 통해 제1 골재의 평균 입경을 산출하고, 제2 골재의 입경 분석을 통해 제2 골재의 평균 입경을 산출한다. 평균 입경을 산정하는 방법은 제1 골재에 대해 입경 분석을 수행하여 입경 가적 곡선을 작성하고 누적통과율이 50%에 해당하는 입경을 평균 입경으로 산출한다. 다음에, 제1 골재의 평균 입경과 제2 골재의 평균 입경의 차이가 10%이상인 경우, 제1 골재와 상기 제2 골재를 혼합하여 제3 골재를 형성한다. 골재의 입자가 높은 확률로 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하기 위해서는, 혼합된 제3 골재의 입경 가적 곡선이, 가장 큰 입경 D_max 값에 해당하는 누적통과율과 가장 작은 입경 D_min 값에 해당하는 누적통과율을 잇는 직선(M)의 중심 윗쪽에서 교차되지 않는 것이 좋은데, 이는 제1 골재의 평균 입경과 제2 골재의 평균 입경의 차이가 10% 이상인 골재를 혼합할 경우 직선(M)의 중심 윗쪽에서 교차되지 않을 확률이 높다. 다음에, 제3 골재의 입경 분석을 통해 제3 골재의 입경 가적 곡선을 작성하고, 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자(14)의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자(16)의 입경을 D_min라 할 때, D_min에 4.45를 곱한 값에서 D_max까지의 누적통과비율(P_os)과 D_min에서 D_max를 4.45로 나눈 값까지의 누적통과비율(P_us)의 곱을 산정하고, 그 값이 0.04 미만인 경우 콘크리트용 골재(25)로 선정한다. 상기 [식 6]을 만족하면 콘크리트용 골재(25)로 선정하고 만족하지 않은 경우 평균 입경이 큰 다른 골재(25)와 재 혼합하여 상기의 절차를 수행한다.

도 10은 아스팔트 콘크리트 내의 골재 분포를 도시한 도면이다. 도 10에는, 골재(27), 아스팔트(28), 아스팔트 콘크리트(26)이 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 아스팔트 콘크리트용 골재(27)는, 아스팔트(28)에 혼합되는 골재(27)로서, 골재(27)의 입경 분석을 통해 작성되는 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때, D_min에 4.45를 곱한 값에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과 D_min에서 D_max를 4.45로 나눈 값까지의 누적통과비율(P_us)의 곱이 0.4 미만인 것을 만족하는 골재(27)를 포함한다. 이러한 아스팔트 콘크리트용 골재(27)는, 골재(27)의 입경 분포를 달리함으로써 아스팔트 콘크리트(26)의 강도를 증진시킬 수 있다.

아스팔트 콘크리트(26)는 모래, 자갈 등의 골재(27)를 녹인 아스팔트(28)로 결합시킨 혼합물로서, 아스팔트(28)는 골재(27) 입자 들을 상호 결합시키는 결합재의 역할과 혼합물 내로 물의 침투를 방지하는 방수재의 역할을 하며, 골재(27)는 아스팔트(28)로 결속되어 아스팔트 콘크리트(26)의 강도를 발현시키는 골격으로써의 역할을 한다.

도 10은 아스팔트 콘크리트(26)의 단면을 도시한 것으로서, 아스팔트 콘크리트(26)는 골재(27)가 전체 용적의 약 90%를 차지하고 있으며, 나머지는 아스팔트(28)와 공극으로 이루어지는데, 아스팔트(28)는 골재(27) 주변을 감싸 주변의 골재(27)를 상호 결합시키게 된다. 이와 같이, 아스팔트 콘크리트(26)는 골재(27)의 내부마찰각(전단저항각)에 의한 강도에 의해 소성변형저항성이 좌우된다고 볼 수 있다.

아스팔트 콘크리트(26)의 골재(27)는 굵은 골재(27) 및 잔골재(27)로 구성되며, 이러한 골재(27)를 구성하는 입자들이 동일한 크기의 구(求) 형태라고 가정할 때, 이상적으로 골재(27)의 입자들이 정다면체 배열을 이룬 경우 강한 아스팔트 콘크리트(26)를 얻을 수 있다.

정다면체 배열 중 가장 안정된 입자의 배열은, 상술한 바와 같이, 입자끼리 외주가 접하도록 삼각형을 이루면서 삼각형의 개수가 가장 적게 형성된 정사면체의 배열을 이룬 형태이다(도 1 참조).

상술한 바와 같이, 가장 안정된 입자의 배열인 정사면체 배열의 경우, 큰 입자끼리 외주가 접하도록 삼각형을 이루면서 삼각형의 개수가 가장 적게 형성된 정사면체의 배열을 이루고, 정사면체 배열을 이루는 4개의 큰 입자 사이에 다시 외주가 접하는 작은 입자가 배열된 형태(이하에서는 '정사면 배열체'라 한다.)이다. 즉, 외주가 서로 접하도록 정사면체의 4개의 꼭지점에 큰 입자의 중심이 위치하고, 4개의 꼭지점에 위치한 큰 입자 사이에 큰 입자의 외주에 접하는 작은 입자가 배치된 형태이다. 이와 같이 골재(27)의 입자가 배열을 이룬 경우, 정사면체를 이루는 큰 입자와 그 사이에 배치된 작은 입자끼리 접촉력이 극대화되면서 마찰(미끌림) 저항과 입자끼리의 맞물림에 의한 인터로킹 저항이 극대화되어 아스팔트 콘크리트(26) 속에서 큰 접촉력을 유발시켜서 강도를 크게 높일 수 있다.

골재(27)를 구성하는 큰 입자의 반경을 R이라 하고, 작은 입자의 반경을 r이라 할 때, 정사면체 배열을 이루는 큰 입자와 그 사이에 배치된 작은 입자의 입경비(R/r)는 아래의 [식 7]과 같다.

[식 7]

큰 입자가 정사면체 배열을 이루고 작은 입자가 그 사이에 배치될 수 있는 확률을 높이기 위해서는 골재(27)의 입경을 조절할 필요가 있다.

가장 큰 입경(D_max)을 갖는 입자를 기준으로, 입경비(R/r) 4.45에 의해 D_max/4.45에서 D_min까지의 입경을 갖는 입자는, 정사면체를 구성하는 4개의 큰 입자의 외주에 접하지 못하는 작은 입자(이하 '언더 사이즈(Under size)'라 한다.)로서 입경비 4.45 보다 크게 되어 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하지 못하게 될 수 있다(도 4 참조). 그리고, 가장 작은 입경(D_min)을 갖는 입자를 기준으로, 입경비(R/r) 4.45에 의해 4.45D_min에서 D_max 까지의 입경을 갖는 입자는 작은 입자의 외주에 접하지 못하는 큰 입자(이하 '오버 사이즈(Over size)'라 한다.)로서 입경비 4.45 보다 크게 되어 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하지 못하게 될 수 있다(도 5 참조).

언더 사이즈가 될 확률을 P_us라 할 때, 큰 입자를 기준으로 전체 입경에 대한 언더 사이즈가 될 평균 확률은 P_us/2이고, 오버 사이즈가 될 확률을 P_os 라 할 때, 작은 입자를 기준으로 전체 입경에 대한 오버 사이즈가 될 평균 확률은 P_os/2가 된다.

따라서, 정사면 배열체를 이루기 위한 입경비 4.45 보다 클 확률 Po는 아래의 [식 8]과 같다.

[식 8]

아스팔트 콘크리트(26) 속에 골재(27)는 전체 용적의 약 90%를 차지할 정도로 조밀하게 배열되기 때문에 적정한 신뢰수준인 90%를 적용하여 이에 대응되는 유의수준 10%를 대입하면,

이다.

따라서, 아스팔트 콘크리트(26) 내의 골재(27)의 입자가 높은 확률로 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하기 위해서 가장 큰 입자의 입경 D_max와 가장 작은 입자의 입경 D_min이 아래의 [식 9]를 만족시키는 입경이 되도록 한다.

[식 9]

한편, 아스팔트 콘크리트(26)의 골재(27)의 입경 분석을 통해 얻어진 입경 가적 곡선에 있어서, 언더 사이즈가 될 확률 P_us는 D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율로 나타낼 수 있고, 오버 사이즈가 될 확률 P_os 는 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율로 나타낼 수 있다.

즉, [식 9]에 따르면, D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과 D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)의 곱이 0.4 미만인 것을 만족하는 골재(27)는, 그 골재(27)를 구성하는 입자들이 높은 확률로 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지할 확률이 높아 큰 강도의 아스팔트 콘크리트(26)를 얻을 수 있다고 판단할 수 있다.

위의 내용을 바탕으로 서로 다른 입경을 갖는 골재(27)를 혼합하여 아스팔트 콘크리트용 골재(27)를 제조하는 방법은 상기의 콘크리트용 골재를 제조하는 방법과 유사하다. 즉, 제1 골재의 입경 분석을 통해 제1 골재의 평균 입경을 산출하고, 제2 골재의 입경 분석을 통해 제2 골재의 평균 입경을 산출한다. 평균 입경을 산정하는 방법은 제1 골재에 대해 입경 분석을 수행하여 입경 가적 곡선을 작성하고 누적 누적통과율이 50%에 해당하는 입경을 평균 입경으로 산출한다. 다음에, 제1 골재의 평균 입경과 제2 골재의 평균 입경의 차이가 10%이상인 경우, 제1 골재와 상기 제2 골재를 혼합하여 제3 골재를 형성한다. 골재의 입자가 높은 확률로 정사면 배열체의 안정된 배열을 유지하기 위해서는, 혼합된 제3 골재의 입경 가적 곡선이, 가장 큰 입경 D_max 값에 해당하는 누적통과율과 가장 작은 입경 D_min 값에 해당하는 누적통과율을 잇는 직선(M)의 중심 윗쪽에서 교차되지 않는 것이 좋은데, 이는 제1 골재의 평균 입경과 제2 골재의 평균 입경의 차이가 10% 이상인 골재를 혼합할 경우 직선(M)의 중심 윗쪽에서 교차되지 않을 확률이 높다. 다음에, 제3 골재의 입경 분석을 통해 제3 골재의 입경 가적 곡선을 작성하고, 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때, D_min에 4.45를 곱한 값에서 D_max까지의 누적통과비율(P_os)과 D_min에서 D_max를 4.45로 나눈 값까지의 누적통과비율(P_us)의 곱을 산정하고, 그 값이 0.4 미만인 경우 아스팔트 콘크리트용 골재(27)로 선정한다. 상기 [식 9]을 만족하면 아스팔트 콘크리트용 골재(27)로 선정하고 만족하지 않은 경우 평균 입경이 큰 다른 골재와 재 혼합하여 상기의 절차를 수행한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

12: 정사면체 14: 큰 입자
15: 입자 16: 작은 입자
19: 콘크리트 20: 시멘트 모르타르
22, 24: 접촉력 25, 27: 골재

Claims

큰 입자가 정사면체 배열을 이루고 그 사이에 작은 입자가 배치되는 확률을 높여 입자 간의 접촉력이 증진되도록, 토사의 입경 분석을 통해 작성되는 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때, D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱이 0.4 미만인 것을 만족하는 토사를 포함하는, 지반 개량재.
제1항에 있어서,
상기 토사는,
상기 입경 가적 곡선이 상기 D_max 값에 해당하는 누적통과율과 상기 D_min 값에 해당하는 누적통과율을 잇는 직선의 중심 윗쪽에서 교차되지 않도록 입경분포를 갖는 것을 특징으로 하는, 지반 개량재.
지반 개량재를 제조하는 방법으로서,
제1 토사의 입경 분석을 통해 상기 제1 토사의 평균 입경을 산출하는 단계와;
제2 토사의 입경 분석을 통해 상기 제2 토사의 평균 입경을 산출하는 단계와;
상기 제1 토사의 평균 입경과 상기 제2 토사의 평균 입경의 차이가 10%이상인 경우, 상기 제1 토사와 상기 제2 토사를 혼합하여 제3 토사를 형성하는 단계;
상기 제3 토사의 입경 분석을 통해 상기 제3 토사의 입경 가적 곡선을 작성하고, 큰 입자가 정사면체 배열을 이루고 그 사이에 작은 입자가 배치되는 확률을 높여 입자 간의 접촉력이 증진되도록, 상기 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때, D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱을 산정하여, 그 값이 0.4 미만인 경우 지반 개량재로 선정하는 단계를 포함하는, 지반 개량재 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 제3 토사는,
상기 입경 가적 곡선이 상기 D_max 값에 해당하는 누적통과율과 상기 D_min 값에 해당하는 누적통과율을 잇는 직선의 중심 윗쪽에서 교차되지 않도록 입경분포를 갖는 것을 특징으로 하는, 지반 개량재 제조방법.
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아스팔트에 혼합되는 골재로서,
큰 입자가 정사면체 배열을 이루고 그 사이에 작은 입자가 배치되는 확률을 높여 입자 간의 접촉력이 증진되도록, 골재의 입경 분석을 통해 작성되는 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때,
D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱이 0.4 미만인 것을 만족하는 골재를 포함하는, 아스팔트 콘크리트용 골재.
제9항에 있어서,
상기 골재는,
상기 입경 가적 곡선이 상기 D_max 값에 해당하는 누적통과율과 상기 D_min 값에 해당하는 누적통과율을 잇는 직선의 중심 윗쪽에서 교차되지 않도록 입경분포를 갖는 것을 특징으로 하는, 아스팔트 콘크리트용 골재.
아스팔트 콘크리트용 골재를 제조하는 방법으로서,
제1 골재의 입경 분석을 통해 제1 골재의 평균 입경을 산출하는 단계와;
제2 골재의 입경 분석을 통해 제2 골재의 평균 입경을 산출하는 단계와;
상기 제1 골재의 평균 입경과 상기 제2 골재의 평균 입경의 차이가 10%이상인 경우, 상기 제1 골재와 상기 제2 골재를 혼합하여 제3 골재를 형성하는 단계;
상기 제3 골재의 입경 분석을 통해 상기 제3 골재의 입경 가적 곡선을 작성하고, 큰 입자가 정사면체 배열을 이루고 그 사이에 작은 입자가 배치되는 확률을 높여 입자 간의 접촉력이 증진되도록, 상기 입경 가적 곡선 상에서, 가장 큰 입자의 입경을 D_max라 하고, 가장 작은 입자의 입경을 D_min라 할 때, D_min 값에서 D_max를 4.45로 나눈 값(D_max/4.45)까지의 누적통과비율(P_us)과 D_min에 4.45를 곱한 값(4.45D_min)에서 D_max 값까지의 누적통과비율(P_os)과의 곱을 산정하여, 그 값이 0.4 미만인 경우 아스팔트 콘크리트용 골재로 선정하는 단계를 포함하는, 아스팔트 콘크리트용 골재 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 제3 골재는,
상기 입경 가적 곡선이 상기 D_max 값에 해당하는 누적통과율과 상기 D_min 값에 해당하는 누적통과율을 잇는 직선의 중심 윗쪽에서 교차되지 않도록 입경분포를 갖는 것을 특징으로 하는, 아스팔트 콘크리트용 골재 제조방법.