KR101717693B1

KR101717693B1 - 차수보강코팅제, 이를 포함하는 내한성이 우수한 폐기물 매립장 차수구조물 및 이의 시공방법

Info

Publication number: KR101717693B1
Application number: KR1020160026452A
Authority: KR
Inventors: 김상문; 이상진; 강호종; 이혁재
Original assignee: 주식회사 아이케이
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-03-24

Abstract

본 발명은 차수보강코팅제, 이를 이용한 폐기물 매립장 차수구조물 및 이를 이용한 폐기물 매립장용 차수구조물 시공방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 하수 처리장, 산업폐수 처리장 등에서 발생하는 슬러지를 재활용하면서도 매립물에서 발생하는 침출수 내 중금속 흡착 능력이 우수하여 주변 토양 및 지하수 오염을 최소화시킬 수 있고, 내한성이 우수한 친환경적인 폐기물 매립장 차수구조물에 관한 것이다

Description

차수보강코팅제, 이를 포함하는 내한성이 우수한 폐기물 매립장 차수구조물 및 이의 시공방법{Waterproof-structure for waste landfill and construction method thereof}

본 발명은 차수보강코팅제, 이를 이용하여 시공하며, 폐기물 슬러지를 차수구조물 제조의 복토재로 재활용한 내한성이 우수한 폐기물 매립장 차수구조물 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

하수슬러지는 하수종말처리장에서 생활하수를 정화하고 남는 미생물 등의 사체로 이루어진 유기성 슬러지로서 탈수기에 의한 탈수처리 후에도 함수율이 약 80~90%에 달하는 대표적인 고함수 물질로서, 종래에는 해양투기, 매립 등의 방법으로 처리되어 왔다. 일례로 현재 하루에 약 8,000t 이상 배출되고 있는 생활하수 슬러지는 2003년 7월부터 일반 쓰레기 매립장 처리가 금지되었고, 가장 처리하기가 용이했던 해양투기마저 런던 협약에 의해 2011년 말까지만 제한적으로 허용되었으나, 현재는 해양투기도 금지되고 있는 바, 하수 슬러지 처리 비용이 급증하고 있으며, 이를 처리 또는 재활용하는 방안이 심각한 문제로 대두되고 있다.

폐기물 매립장 바닥은 매립된 폐기물에서 발생하는 침출수가 외부로 배출되지 않도록 투수계수 1×10^-7cm/sec 이하의 차수시스템을 설치하도록 법적으로 규정하고 있으며, 폐기물 매립장 차수구조물 형성을 위한 차수재로서 일반적으로 점토, 벤토나이트, 고화토 등이 사용되고 있는데, 순수한 점토는 적정 투수계수를 가지지 못하고, 벤토나이트는 오염물질의 흡착성이 우수하나, 강도가 낮아서 기초지반이 연약한 경우, 적용이 어려운 문제가 있다. 또한, 점토와 벤토나이트 혼합물을 이용한 차수제로 시공한 어스 라이닝(earth-lining) 공법은 우리나라 매립장 공사에서 많이 채용하고 있으나, 고결력이 약해서 지지력이 떨어지고, 유실과 같은 분리 현상을 초래하여 기온 변화에 따라 균열이 많이 발생하는 문제가 있다.

폴리에틸렌계 합성수지 HDPE(고밀도폴리에틸렌) 차수제를 이용한 시이트 라이닝(sheet-lining) 공법은 투수계수가 1×10^-12 cm/sec로서 차단 성능은 뛰어나지만, 불균등한 바닥면 위에 시이트를 깔고 점토층으로 마감하므로 천공 등의 손상이 발생하기 쉽고, 손상부의 발견 및 복구가 어려운 문제가 있다.

또한, 지오텍스타일과 벤토나이트 결합재, 지오멤브레인과 벤토나이트 결합재인 GCL 차수제 공법은 HDPE의 단점인 이음부분을 수용성으로 전환시킬 수 있으나, 개량된 HDPE 및 점토처럼 미세한 천공일 때, 한하여 물리적으로 화학적 치유가 가능할 뿐이다. 또한, 폐주물사 등의 비 스타(Bee star), 콘도르 SS(condor SS) 등을 첨가하는 토질 안정차수제 공법은 기온 변화에 따른 균열이 발생하기 쉽고, 지반의 부등침하 및 매립물에 의한 손상이 발생될 경우, 현실적으로 복구가 사실상 불가능한 문제가 있다.

이와 같이 국내에서 채택하고 있는 다양한 공법들은 모두 연약지반상 매립장 축조에 이용될 경우, 필연적으로 발생하는 부등 침하에 기인하여 광범위한 손상이 유발될 수 있어서 침출수에 의한 매립장 주변 토양 및 지하수가 오염될 가능성이 큰 문제가 있다.

또한, 기존 폐기물 슬러지를 이용한 차수구조물은 차수구조물에 침투된 일부 침출수 등이 겨울에 동결되어 있다가, 봄의 온도차에 의해 급격하게 녹으면서 크랙이 발생하는 문제가 있는 바, 차수구조물의 동결방지가 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허번호 10-0521871호(2005.10.07)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하수 슬러지를 재활용하면서도 차수 성능이 우수한 최적 구조를 가질 뿐만 아니라, 내한성이 우수한 폐기물 매립장 차수구조물, 이에 사용되는 차수보강코팅제 및 이를 시공하는 방법을 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 차수보강코팅제는 벤토나이트 분말 및 제올라이트 분말 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 팽창제 10 ~ 25 중량%; 보강섬유 2 ~ 7 중량%; 폴리 아크릴계 바인더 및 폴리비닐아세테이트계 바인더 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 바인더 수지 20 ~ 35 중량%; 동결온도 향상 혼합액 5 ~ 10 중량%; 및 잔량의 물;을 포함하는 차수보강코팅제를 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적인 폐기물 매립장 차수구조물은 지지보강층, 바닥차수층, 제1 차수보강코팅층, 자가복원-동결방지층 및 제2 차수보강코팅층이 차례대로 적층된 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적인 폐기물 매립장 차수구조물 시공방법은 폐기물 매립장을 터파기한 곳의 바닥면 및/또는 사면에 상기 폐기물 매립장 차수구조물을 차례대로 형성시키며, 터파기된 현장토를 차수구조물 제조에 사용하여 폐기물 매립장 차수구조물을 시공하는 특징이 있다.

본 발명의 폐기물 매립장 차수구조물은 폐슬러지를 재활용한다는 측면에서 친환경적인 공법이며, 매립물에서 발생하는 침출수 내 중금속 흡착 능력이 우수하여 주변 토양 및 지하수 오염을 최소화시킬 수 있고, 매우 낮은 투수계수를 가질 뿐만 아니라, 차수구조물에서 발생할 수 있는 표면균열에 대한 자가복원능력이 있어서, 차수안정성이 우수하며, 동결방지가 가능하여 내한성이 우수하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예로서, 본 발명의 차수구조물이 시공된 폐기물 매립장의 개략적인 단면도 및 차수구조물의 층 구조에 대한 개략적인 단면도이다.

이하 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

본 발명의 차수보강코팅제는 차수구조물의 차수성을 증대뿐만 아니라, 동결을 방지하여 내한성을 향상시킬 수 있는 조성물로 이루어지며, 팽창제; 보강섬유; 바인더 수지; 및 동결온도 향상 혼합액;을 포함한다.

그리고, 상기 차수보강코팅제의 적정 조성비는 팽창제 10 ~ 25 중량%, 보강섬유 2 ~ 7 중량%, 바인더 20 ~ 35 중량%, 동결온도 향상 혼합액 5 ~ 10 중량%; 및 잔량의 물을, 바람직하게는 팽창제 12 ~ 20 중량%, 보강섬유 3 ~ 5 중량%, 바인더 25 ~ 30 중량% 동결온도 향상 혼합액 7 ~ 10 중량% 및 잔량의 물을 포함한다.

차수보강코팅제 성분 중 상기 팽창제는 벤토나이트 분말 및 제올라이트 분말 중에서 선택된 1종 또는 2종을 혼합하여 사용할 수 있다. 벤토나이트는 물과 반응하면 3 ~ 15배 정도 팽창을 하여 물을 흡수하며, 팽창한 밴토나이트는 겔화되고, 이 겔은 물을 배척하는 성질을 지니며, 벤토나이트는 점결성이 있어서, 다른 물질과 서로 점결시키는 성질을 가지지만, 화학적 활성을 일으키지 않아서 다른 재료의 고유의 화학적 특성에 영향을 크게 주지 않는 성질이 있고, 겔화된 벤토나이트는 윤활성을 지닌다. 그리고, 벤토나이트 중 칼슘계 벤토나이트는 약 3배의 팽창성을, 나트륨계 벤토나이트는 약 15배의 팽창성을 가지는 바, 상기 팽창제 성분으로서 벤토나이트 분말은 나트륨계 벤토나이트를 50 중량% 이하로, 바람직하게는 30 ~ 50 중량% 정도로 포함되는 벤토나이트 분말을 사용하는 것이 좋으며, 이는 나트륨계 벤토나이트가 과다하게 포함되면 매립장 침출수에 의해 차수보강코팅층이 너무 팽창하게 되면 바닥차수층의 표면에 미세 크랙이 발생할 수 있으므로, 바닥차수층의 자가보수 능력을 보조하면서도 적절한 차수 기능을 발휘하도록 하기 위함이다. 그리고, 팽창제 성분으로서, 벤토나이트 분말과 제올라이트 분말을 혼합하여 사용시에는 벤토나이트 분말 및 제올라이트 분말을 1 : 0.2 ~ 0.5 중량부 정도 혼합하여 사용하는 것이 적절하다. 그리고, 팽창제 함량은 차수보강코팅제 전체 중량 중 10 중량% 미만이면 차수보강코팅층의 방수 기능 역할을 제대로 하지 못할 수 있고, 25 중량%를 초과하여 사용하면 오히려 차수보강코팅층 또는 바닥차수층 표면에 미세 크랙이 발생하는 문제가 있을 수 있다.

차수보강코팅제 성분 중 상기 보강섬유는 차수보강코팅층 내 팽창제의 유실을 방지하기 위한 것으로서, 아라미드섬유, 폴리프로필렌섬유, 비닐론섬유, 나일론, 유리섬유, 탄소섬유, 고탄력 고무강섬유, 기계섬유 등을 사용할 수 있다. 이때, 보강섬유 함량이 7 중량%를 초과하여 사용하는 비경제적이다.

또한, 차수보강코팅제 성분 중 바인더는 일반적인 수용성 바인더를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리 아크릴계 바인더 및 폴리비닐아세테이트계 바인더 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 바인더 함량이 차수보강코팅제 전체 중량 중 20 중량% 미만이면 팽창제가 유실되는 문제가 있을 수 있고, 35 중량%를 초과하여 사용하는 것은 비경제적이다.

또한, 차수보강코팅제 성분 중 상기 동결온도 향상 혼합액은 동결온도 향상제 및 분산용매를 포함하며, 바람직하게는 동결온도 향상제 및 분산용매를 1 : 1 ~ 2 중량비로, 바람직하게는 1 : 1.4 ~ 1.8 중량비로 포함하며, 이때, 분산용매가 1 중량비 미만이면 동결온도 향상제 성분이 차수보강코팅제 내 고르게 분산되지 않을 수 있고, 2 중량비를 초과하여 사용하더라도 분산 효과 증대가 없는 바, 비경제적이다.

상기 동결온도 향상제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함한다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에 있어서, R¹은 C1 ~ C3의 알킬렌기, 바람직하게는 C1 ~ C2의 알킬렌기이다. 그리고, 화학식 1의 R² 내지 R⁴는 각각 독립적으로 C1 ~ C10의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C7의 분쇄형 알킬기(alkyl group), C5 ~ C10의 사이클로알킬기(cycloalkyl group)이며, 바람직하게는 C2 ~ C5의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C5의 분쇄형 알킬기이며, 더욱 바람직하게는 C3 ~ C5의 직쇄형 알킬기 또는 C3 ~ C4의 분쇄형 알킬기이다.

[화학식 2]

상기 화학식 2에 있어서, R¹은 C1 ~ C3의 알킬렌기, 바람직하게는 C1 ~ C2의 알킬렌기이다. 그리고, 화학식 2의 R² 내지 R⁵는 각각 독립적으로 C1 ~ C10의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C7의 분쇄형 알킬기(alkyl group), C5 ~ C10의 사이클로알킬기(cycloalkyl group)이며, 바람직하게는 C2 ~ C5의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C5의 분쇄형 알킬기이며, 더욱 바람직하게는 C3 ~ C5의 직쇄형 알킬기 또는 C3 ~ C4의 분쇄형 알킬기이다.

그리고, 동결온도 향상 혼합액 성분 중 상기 분산용매는 동결온도 향상제를 코팅액 내 고르게 분산시키는 역할을 하는 것으로서, 아세톤 용액 및 카르복시메틸셀룰로오즈(carboxymethyl cellulose) 용액 중에서 선택된 1종 단독 또는 2종을 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아세톤 용액 및 카르복시메틸셀룰로오즈 용액을 1 : 2 ~ 4 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 좋다.

이하에서 본 발명의 내한성이 우수한 폐기물 매립장 차수구조물(도 1 참조)을 이를 시공하는 방법을 통해 더욱 자세하게 설명한다.

본 발명의 폐기물 매립장 차수구조물(1)은 폐기물 매립장 터파기 및 현장토를 준비하는 1단계; 터파기된 바닥면 및 사면 중 어느 한 면 이상에 지지보강층용 모르타르를 타설, 다짐 및 양생시켜서 지지보강층(10)을 형성시키는 2단계; 지지보강층(10)의 상부에 바닥차수층(20) 및 제1 차수보강코팅층(30)을 형성시키는 3단계; 바닥차수층(20) 상부에 형성된 제1 차수보강코팅층(30)의 상부에 자가복원-동결방지층(40) 및 제2 차수보강코팅층(50)을 형성시키는 4단계;를 포함하는 공정을 수행하여 차수구조물을 시공할 수 있다.

1단계의 상기 현장토 및 이하 명세서 내용에서 언급되는 현장토는 매립장 터파기로 인해 발생한 토양으로부터 1mm 이상, 바람직하게는 입경 0.5 mm 이상의 이물질(자갈 등 포함)이 제거된 것을 사용한다.

2단계는 터파기된 바닥면, 사면 또는 바닥면과 사면에 지지보강층용 모르타르를 타설한 다음, 충분하게 다진 후, 지지보강층용 모르타르를 양생시켜서 지지보강층을 형성시키는 단계이다.

2단계의 상기 지지보강층용 모르타르는 현장토, 보통포틀랜드 시멘트, 속경 시멘트, 고로슬래그 및 방청제를 혼합한 혼합물에 적정 양의 물을 첨가 및 고르게 반죽하여 제조한 것이다.

이때, 물의 첨가량은 시공 상황에 따라 다르므로, 특별하게 한정하지는 않는다.

지지보강층용 모르타르 성분 중 상기 세골재는 평균입경 3 mm 이하, 바람직하게는 평균입경 2 mm 이하, 더욱 바람직하게는 평균입경 1.5 mm 이하인 것을 하며, 평균입경이 3 mm를 이하의 세골재를 사용하는 것이 지지보강층의 기계적 물성 및 낮은 투수계수 유지면에서 바람직하다. 그리고, 세골재의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여 40 ~ 70 중량부, 바람직하게는 40 ~ 60 중량부, 더욱 바람직하게는 45 ~ 60 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 이때, 세골재 함량이 70 중량부를 사용하면 다른 조성에 비해 세골재의 입경이 크므로 투수계수가 높아질 수 있으며, 40 중량부 미만으로 사용하면 지지보강층의 기계적 물성이 떨어질 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

지지보강층용 모르타르 성분 중 상기 보통 포틀랜드 시멘트의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 50 ~ 100 중량부, 바람직하게는 60 ~ 100 중량부, 더욱 바람직하게는 65 ~ 90 중량부를 사용하는 것이 좋은데, 이때, 보통 포틀랜드 시멘트 사용량이 50 중량부 미만이면 지지보강층의 강도가 낮은 문제가 있을 수 있고, 100 중량부를 초과하여 사용하면 지지보강층 자체의 유연성이 낮아져서 기후 변화에 따라 지지보강층 내 미세 크랙이 발생할 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 그리고 보통 포틀랜드 시멘트는 바람직하게는 내황산염 포틀랜드 시멘트 또는 초조강 포틀랜트 시멘트를 사용하는 것이 좋다.

그리고, 지지보강층용 모르타르 성분 중 상기 속경성 시멘트는 당업계에서 사용하는 일반적인 속경성 시멘트를 사용할 수 있으며, 바람직한 일례로는 접착성 및 방수성을 가지는 속경성 시멘트로서, 시멘트 100 중량부에 대하여, 칼슘 설포 알루미네이트 5 ~ 20 중량부, 칼슘알루미네이트 5 ~ 10 중량부, 석고 10 ~ 30 중량부 및 실리카 흄 5 ~ 10 중량부, 규불화염 화합물 1 ~ 5 중량부를 포함하는 속경성 시멘트를 사용할 수 있다. 그리고, 지지보강층용 모르타르 제조시, 속경성 시멘트의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 20 ~ 40 중량부를, 바람직하게는 20 ~ 30 중량부를 사용할 수 있으며, 속경성 시멘트 사용량이 20 중량부 미만이면 지지보강층 양생 시간이 길어질 수 있고, 40 중량부를 초과하여 사용하면 다른 너무 빠르게 양생되어 지지보강층의 내구성이 떨어지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

지지보강층용 모르타르 성분 중 상기 고로슬래그는 미분말 형태로서, 보통 포틀랜드 시멘트 및 속경성 시멘트와 반응하여 속경성을 부여하고, 지지보강층의 강도발현을 촉진시키는 역할을 한다. 고로슬래그의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 0.1 ~ 5 중량부를, 바람직하게는 1 ~ 5 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 0.1 중량부 미만으로 사용하면 그 사용량이 너무 적어서 이를 사용하는 효과를 볼 수 없을 수 있고, 5 중량부를 초과하여 사용하면 속경성 시멘트와의 상호작용에 의해 너무 빠르게 지지보강층 모르타르가 양생되어 지지보강층의 내구성이 떨어질 수 있다.

지지보강층용 모르타르 성분 중 상기 방청제는 지지보강층에 염분이 시멘트 속에 흡수되는 것을 방지하여, 방청 효과를 부여하기 위해 사용하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 방청제를 사용할 수 있으며, 바람직한 일례를 들면, 아질산 칼슘 50 ~ 75 중량%, 글루콘산 나트륨 0.1 ~ 2 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 방청제를 사용할 수 있다. 그리고, 방청제의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 0.05 ~ 0.5 중량부를, 바람직하게는 0.1 ~ 0.5 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.2 ~ 0.5 중량부를 사용할 수 있으며, 0.5 중량부를 초과하여 사용하는 것은 지지보강층의 기계적 물성을 오히려 감소시킬 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

3단계는 2단계에서 양생된 지지보강층의 상부에 바닥차수층용 모르타르를 타설 및 다진 후, 다져서 형성시킨 바닥차수층의 상부에 차수보강코팅제를 살포한 후, 양생시켜서 바닥차수층 및 제1 차수보강코팅층을 형성시키는 단계이다.

상기 바닥차수층용 모르타르는 현장토, 복토재, 보통 포틀랜드 시멘트, 중금속 흡착재, 무기성 고화제 및 유동화제를 혼합한 후, 이의 혼합물에 적정 양의 물을 첨가 및 고르게 반죽하여 제조한 것이다.

바닥차수용 모르타르 조성 중 상기 복토재는 하수 슬러지, 산업 슬러지, 폐자재 슬러지 등의 슬러지, 바람직하게는 슬러지 내 중금속 등의 환경 오염 물질이 적은 하수 슬러지를 고화제로 처리하여 제조한 인공토양으로서, 당업계에서 사용하는 복토재를 사용할 수 있다. 구체적인 일례를 들면, 하수 슬러지를 제지슬러지 소각제, 슬래그 분진, 폐실리카, 폐티탄석고, 플라이애쉬(fly ash), 페트롤코우크스 소각재 분말, 규산소다, 벤토나이트, 쿠마론 인덴수지, 칼슘설퍼알루미네이트 및/또는 황산나트륨 등을 포함하는 고화제로 고화시킨 고화물을 분말화시켜서 제조한 것일 수 있다. 그리고, 복토재의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 20 ~ 100 중량부를, 바람직하게는 30 ~ 70 중량부를, 더욱 바람직하게는 40 ~ 70 중량부를 포함할 수 있다. 이때, 복토재는 시멘트와의 상용성이 현장토 보다 떨어지므로, 100 중량부를 초과하여 사용하면 상대적으로 현장토와 시멘트와의 상용성이 떨어질 수 있다.

상기 바닥차수층용 모르타르 중 상기 보통 포틀랜드 시멘트는 무기성 고화제와 함께 바인더 역할을 하며, 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 10 ~ 40 중량부를, 바람직하게는 15 ~ 40 중량부를, 더욱 바람직하게는 20 ~ 40 중량부를 사용할 수 있다. 이때, 보통 포틀랜드 시멘트의 함량이 10 중량부 미만이면 바닥차수층의 기계적 물성이 떨어질 수 있고, 40 중량부를 초과하여 사용하면 바닥차수층의 유연성이 떨어지고 오히려 차수성이 감소할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.

상기 바닥차수층용 모르타르 중 상기 중금속 흡착재는 폐기물 침출수에 존재하는 중금속 성분을 흡착시켜서 차수구조물 외부로 새어나가는 침출수에 의해 토양, 지하수 등이 오염되는 것을 방지하는 역할을 하기 위해 사용하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 중금속 흡착재를 적용할 수 있으며, 바람직하게는 셀룰로오즈 잔테이트(Cellulose Xanthate) 및 Al/Si 몰비 1 ~ 1.5인 하수 슬러지 분말 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 중금속 흡착재의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 5 중량부, 바람직하게는 0.5 ~ 3 중량부, 더욱 바람직하게는 1 ~ 2.5 중량부를 사용할 수 있다. 이때, 0.5 중량부 미만으로 사용하면 그 사용량이 너무 적어서 이를 투입하는 효과가 미비할 수 있으며, 5 중량부를 초과하여 사용하는 것은 비경제적이다.

상기 바닥차수층용 모르타르 중 상기 무기성 고화제는 바닥차수층 모르타르 타설 및 양생시, 바닥차수층 내 현장토와 복토재간 응결력을 증대시켜서, 바닥차수층의 밀도 증대를 통해 바닥차수층의 압축강도 등의 기계적 물성을 향상시키기 위한 것이다. 이러한, 무기성 고화제로는 염화나트륨, 염화칼륨, 염화마그네슘 및 염화칼슘 중에서 선택된 2종 또는 3종 이상을, 바람직하게는 염화나트륨, 염화칼륨, 염화마그네슘 및 염화칼슘 중에서 선택된 3종 이상을 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 그리고, 무기성 고화제의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 0.01 ~ 2 중량부를, 바람직하게는 0.05 ~ 2 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.1 ~ 1.5 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 0.01 중량부 미만으로 사용시 그 사용량이 너무 적어서 이를 투입하는 효과를 볼 수 없을 수 있고, 2 중량부를 초과하여 사용하면, 오히려 바닥차수층의 유연성이 떨어져서 바닥차수층의 외부 표면에 크랙이 발생할 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

상기 바닥차수층용 모르타르 중 상기 유동화제는 모르타르간 성분에 유동성을 부여하여 이들 성분간 균질하게 혼합되게 하여 차수성 및 고른 밀도를 가지도록 하는 역할을 한다. 상기 유동화제로는 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리카르본산계 분산제, 리그닌술포네이트계 분산제, 폴리나프탈렌술포네이트계 분산제, 폴리멜라민술포네이트계 분산제 중 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 유동화제의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 5 중량부를, 바람직하게는 1 ~ 3 중량부를 사용하는 것이 적정하다.

그리고, 바닥차수층용 모르타르는 현장토, 복토재, 보통 포틀랜드 시멘트, 중금속 흡착재, 무기성 고화제 및 유동화제 외에 제지연소재, 소각장 애쉬, 석탄 비산재, 활성탄, 소량의 모래 등을 더 포함할 수도 있다.

3단계의 차수보강코팅층은 바닥차수층 양생 전에 바닥차수층을 충분하게 다진 후, 바닥차수층 표면 m²당 20 ~ 50 kg으로 제1 차수보강코팅제를 살포한 후, 다시 충분히 다진 다음, 바닥차수층과 함께 양생시켜서 제1 차수보강코팅층을 형성시킨다. 이러한, 제1 차수보강코팅층은 방수코팅 역할을 하며, 바닥차수층의 표면에 크랙이 발생하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 일부 미세 크랙이 자가보수 되는 기능을 부여할 수 있다. 이는 제1 차수보강코팅제 내 팽창제 성분에 의한 것으로서, 차수보강코팅제는 앞서 설명한 바와 동일하다.

4단계는 바닥차수층 상부에 형성된 제1 차수보강코팅층의 상부에 자가복원-동결방지층용 모르타르를 타설 및 다진 후, 자가복원-동결방지층의 표면에 제2 차수보강코팅제를 살포한 후, 양생시켜서 자가복원-동경방지층 및 제2 차수보강코팅층을 형성시키는 단계이다.

상기 자가복원-동결방지층용 모르타르는 현장토, 복토제, 보통 포틀랜드 시멘트, 소각장 애쉬, 활성탄, 벤토나이트 분말 및 동결온도 향상제를 포함한다.

자가복원-동결방지층용 모르타르 성분 중 현장토 및 복토제는 앞서 설명한 바닥차수층용 모르타르의 현장토, 복토제와 동일하다. 그리고, 복토제의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 20 ~ 50 중량부, 바람직하게는 30 ~ 50 중량부를 사용하는 것이 좋다.

또한, 자가복원-동결방지층용 모르타르 성분 중 보통 포틀랜드 시멘트 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여 5 ~ 20 중량부, 바람직하게는 12 ~ 20 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 이때, 보통 포틀랜드 시멘트 함량이 5 중량부 미만이면 제1 자가복원 차수층의 압축강도가 너무 낮고, 20 중량부를 초과하여 사용하면 차수성능이 떨어지고, 자가복원-동결방지층의 자가 복원력이 떨어질 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

그리고, 자가복원-동결방지층용 모르타르 성분 중 상기 소각장 애쉬는 자가복원-동결방지층 내 기계적 물성을 향상시키고, 침출수 내 오염물질을 흡착하는 역할을 하는 것으로서, 그 종류는 특별히 한정하지는 않는다. 그리고, 이의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여 1 ~ 10 중량부, 바람직하게는 3 ~ 7 중량부 정도 사용하는 것이 적절한데, 10 중량부를 초과하여 사용하면 제1 자가복원 차수층 내 공극이 증가하여 차수력이 떨어지는 문제가 있을 수 때문이다.

또한, 자가복원-동결방지층용 모르타르 성분 중 상기 활성탄은 소각장 애쉬와 함께 침출수 내 오염물질을 흡착하는 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여 1 ~ 5 중량부를, 바람직하게는 2 ~ 5 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 1 중량부 미만으로 사용시, 제2 자가복원 차수층에서 반응형 차수제와 반응된 중금속 성분에 대한 흡착 성능이 미비할 수 있고, 5 중량부를 초과하여 사용하면 제1 자가복원 차수층 내 공극이 증가하여 차수력이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.

또한, 자가복원-동결방지층용 모르타르 성분 중 상기 벤토나이트 분말은 앞서 설명한 차수보강코팅제의 팽창제 성분으로 사용하는 벤토나이트 분말과 동일한 것으로서, 자가복원-동결방지층 내 소각장 애쉬 및 활성탄 사용에 의해 발생할 수 있는 공극을 매꾸어 주고, 자가복원-동결방지층 모르타르의 다른 성분들 간 서로 점결하여 압축강도 등의 기계적 물성을 증가시키면서 추가적인 차수력을 부여하는 역할을 한다. 자가복원-동결방지층용 모르타르 내 벤토나이트 분말의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 5 ~ 15 중량부, 바람직하게는 7 ~ 12 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 15 중량부를 초과하여 사용하면 벤토나이트 분말의 팽창력 때문에 오히려 제1 자가복원 차수층의 내구성이 떨어질 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

그리고, 자가복원-동결방지층용 모르타르 중 동결온도 향상제는 앞서 설명한 차수보강코팅제 성분의 동결온도 향상제와 동일하며, 그 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 0.2 ~ 4 중량부를, 바람직하게는 0.5 ~ 2 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 0.2 중량부 미만으로 사용시, 그 사용량이 너무 적어서 동결방지 효과가 미약하며, 4 중량부를 초과하여 사용하면 소각장 애쉬와 활성탄의 오염물질 흡착력에 방해를 줄 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.

또한, 자가복원-동결방지층용 모르타르는 흡착성 차수제 및 반응성 차수제를 더 혼합하여 제조할 수 있다. 이때, 상기 흡착성 차수제는 반응성 차수제 성분과 함께 침출수 내 구리, 납, 크롬 등의 중금속을 흡착시키는 역할을 하며, 산화칼륨 2 ~ 3.5 중량%, 산화칼슘 15 ~ 20 중량%, 산화마그네슘 0.5 ~ 3 중량%, 산화나트륨 15 ~ 18 중량%, 알루미나 10 ~ 15 중량%, 산화철 0.1 ~ 2 중량%, 삼산화황 1 ~ 5 중량% 및 잔량의 산화규소를, 바람직하게는 산화칼륨 2.5 ~ 3.0 중량%, 산화칼슘 16.5 ~ 19 중량%, 산화마그네슘 1 ~ 2.5 중량%, 산화나트륨 15.5 ~ 17.5 중량%, 알루미나 12 ~ 14 중량%, 산화철 0.5 ~ 1.8 중량%, 삼산화황 1.5 ~ 4.5 중량% 및 잔량의 산화규소를 포함할 수 있다.
이러한, 흡착성 차수제의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 3 ~ 15 중량부, 바람직하게는 5 ~ 15 중량부를, 더욱 바람직하게는 7 ~ 15 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 3 중량부 미만이면 중금속 흡착 능력 효과가 미비하며, 15 중량부를 초과하여 사용하는 것은 비경제적이다.

그리고, 상기 반응성 차수제는 흡수성 차수제와 함께 침출수 내 중금속과 반응하여 중금속 흡착력을 증대시키는 역할을 하는 것으로서, 산화칼륨 0.1 ~ 2 중량%, 산화칼슘 55 ~ 70 중량%, 산화마그네슘 10 ~ 20 중량%, 알루미나 0.1 ~ 5 중량%, 산화철 3.5 ~ 8 중량% 및 삼산화황 6 ~ 15 중량%를, 바람직하게는 산화칼륨 0.2 ~ 1.5 중량%, 산화칼슘 57 ~ 68 중량%, 산화마그네슘 12 ~ 18 중량%, 알루미나 0.3 ~ 4.5 중량%, 산화철 4 ~ 7 중량% 및 삼산화황 7 ~ 13 중량%를 포함할 수 있다. 그리고, 반응성 차수제의 사용량은 현장토 100 중량부에 대하여, 5 ~ 20 중량부를, 바람직하게는 10 ~ 20 중량부를, 더욱 바람직하게는 14 ~ 20 중량부를 사용하는 것이 좋다.

그리고, 4단계의 제2 차수보강코팅제는 3단계의 제1 차수보강코팅제와 동일한를 것이며, 자가복원-동결방지층 m²당 30 ~ 70 kg로, 바람직하게는 표면 m²당 35 ~ 65 kg으로 살포를 한 다음, 양생시켜서 지기복원-동결방지층 및 제2 차수보강코팅층을 형성시킨다.

이와 같이 시공 방법을 시공된 폐기물 매립장 차수구조물은 내구성이 우수하고 자가복원 기능을 갖는다. 또한, 장기안정성이 우수하면서도 5×10^-8cm/sec 이하, 바람직하게는 5.0×10^-9 cm/sec 이하, 더욱 바람직하게는 1×10^-10 cm/sec 이하 낮은 투수계수를 가지는 바, 차수성이 매우 우수하다.

그리고, 본 발명의 폐기물 매립장 차수구조물은 도 1과 같은 형태일 수 있으며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이고, 도 1의 구조에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 폐기물 매립장 차수구조물은 차수벽, 차수막 등의 형태로도 시공할 수 있으며, 적용되는 현장에 따라 그 구조, 용도는 변형이 가능하며, 그 구조물의 종류는 한정하지 않는다.

그리고 본 발명의 폐기물 매립장 차수구조물의 층간 두께비는 그 시공 현장에 따라 변형시켜서 적용할 수 있으며, 바람직하게는 지지보강층, 바닥차수층, 제1 차수보강코팅층, 자가복원-동결방지층, 및 제2 차수보강코팅층이 1 : 0.5 ~ 1 : 0.01 ~ 0.2 : 1.5 ~ 3.0 : 0.01 ~ 0.2 두께비로 형성시키는 것이 바람직하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명을 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 이에 본 발명을 한정하여 해석해서는 안된다.

[ 실시예 ]

실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2 : 지지보강층 모르타르 제조

하기 표 1과 같은 조성비로 각 성분들을 혼합한 후, 물로 적절하게 혼합을 가및 교반시켜서 적절한 점도를 갖는 지지보강층용 모르타르를 각각 제조하여 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2를 각각 실시하였다.

현장토는 인천시 서구의 쓰레기 매립지의 표면 30cm 이하의 흙으로 준비하였다. 그리고, 세골재는 평균입경 1 ~ 2 mm의 모래를 사용하였으며, 보통 포틀랜드 시멘트는 내황산염 포틀랜드 시멘트(주식회사 한일시멘트)를 사용하였다.

속경성 시멘트는 시멘트 100 중량부에 대하여, 칼슘 설포 알루미네이트 12.5 ~ 13 중량부, 칼슘알루미네이트 7.2 ~ 7.5 중량부, 석고 21 ~ 23 중량부 및 실리카 흄 7.5 ~ 7.7 중량부, 규불화염 화합물 3.8 ~ 4.0 중량부가 혼합하여 준비하였다.

또한, 방청제는 아질산 칼슘 62 ~ 63 중량%, 글루콘산 나트륨 0.8 ~ 1 중량% 및 잔량의 물 혼합하여 준비하였다.

구분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
현장토	100	100	100	100
세골재	48	56	56	65
보통포틀랜드 시멘트	80	75	120	80
속경성 시멘트	25	25	25	60
고로슬래그	3	4	4	4
방청제	4.5	4.5	4.5	4.5

실험예 1 : 지지보강층의 온도 변화에 따른 내구성 측정

실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에서 제조한 모르타르 각각을 가로, 세로, 높이가 각각 30㎝×30㎝×15㎝인 성형틀에 투입한 다음, 건조기에 투입하여 양생시킨 후, 양생시킨 성형체 각각을 2시간 단위로 -25℃ 및 20℃로 온도 변화(1회 사이클)를 주어서 온도변화에 따른 내구성을 측정하였으며, 사이클은 10회 반복하였다. 그리고, 내구성은 성형체의 표면에 크랙이 몇 사이클에 발생하는지 여부로 측정하였다.

비교예 1의 경우, 5회 사이클에서 표면에 미세 크랙이 발생하였으며, 비교예 2는 8회 사이클에서 표면에 미세 크랙이 일부 발생하였다. 이에 반해 실시예 1 및 실시예 2의 성형체는 크랙이 발생하지 않았다. 비교예 1의 경우, 보통 포틀랜드 시멘트가 100 중량부를 초과하여 과량 사용하여, 성형체의 유연성이 낮아져서 잦은 온도 변화에 의해 미세 크랙이 발생한 것으로 판단되며, 비교예 2의 경우, 속경성 시멘트 사용이 과하여, 너무 양생이 빨리된 결과, 오히려 기계적 물성이 떨어져서 내구성이 약한 결과를 보인 것으로 판단된다.

실시예 3 ~ 4 및 비교예 3 : 바닥차수층 모르타르 제조

하기 표 2와 같은 조성비로 각 성분들을 혼합한 후, 물로 적절하게 혼합및 교반시켜서 적절한 점도를 갖는 바닥차수층용 모르타르를 각각 제조하여 실시예 3 ~ 4 및 비교예 3을 각각 실시하였다.

현장토 및 보통 포틀랜드 시멘트는 실시예 1의 현장토, 보통 포틀랜드 시멘트와 동일한 것을 사용하였다.

복토재는 하수 슬러지를 고화제로 고화처리한 후, 분말화시킨 것으로서, 상기 고화제는 규산소다 100 중량부, 쿠마론 인덴수지 25 중량부, 칼슘설퍼알루미네이트 25 중량부, 황산나트륨 7 중량부, 슬러지 소각제 30 중량부 및 플라이애쉬 30 중량부를 포함하는 것을 사용하였다.

중금속 흡착제는 셀룰로오즈 잔테이트 및 Al/Si 몰비 1.25 ~ 1.28인 하수 슬러지 분말을 1 : 0.5 중량비로 혼합하여 준비하였다.

무기성 고화제는 염화나트륨, 염화칼륨, 염화마그네슘 및 염화칼슘 1 : 0.53 : 0.72 : 1.47 중량비로 포함하는 것을 준비하였다. 그리고, 유동화제는 리그닌술포네이트계 분산제를 준비하였다.

구분	실시예 3	실시예 4	비교예 3
현장토	100	100	100
복토재	50	60	50
보통포틀랜드 시멘트	30	22	55
중금속 흡착제	2	2	2
무기성 고화제	1	1	5
유동화제	1.5	1.5	1.5

실험예 2 : 바닥차수층의 내충격성 측정

실시예 3 ~ 4 및 비교예 3에서 제조한 모르타르 각각을 가로, 세로, 높이가 각각 30㎝×30㎝×15㎝인 성형틀에 투입한 다음, 건조기에 투입하여 양생시킨 후, 양생시킨 성형체를 제조하였다.

다음으로, 성형체 각각을 20cm 의 높이에서 콘크리트 바닥에 떨어뜨렸을 대, 크랙 발생여부로 내충격성을 측정하였다.

측정결과, 실시예 2 및 3의 경우, 크랙이 발생하지 않았으나, 비교예 3의 경우, 다수 개의 깊은 크랙이 발생하였는데, 이는 무기성 고화제를 과다 사용한 결과, 유연성이 떨어져서 오히려 크랙이 발생한 것으로 판단된다.

실험예 3 : 바닥차수층의 차수성 측정

상기 실험예 2와 동일한 방법으로 실시예 3 ~ 4 및 비교예 3에서 제조한 모르타르로 성형체를 제조한 후, 투수계수를 측정하였으며, 그 결과, 실시예 3의 성형체는 투수계수가 6.2×10^-8~ 6.3×10^-8cm/sec였고, 실시예 4의 성형체는 투수계수가 5.1×10^-8~ 5.2×10^-8cm/sec였으며, 비교예 3의 성형체는 투수계수가 9.5×10^-8~ 9.6×10^-8cm/sec로 1×10^-7cm/sec 이하로 기준치는 만족하였으나, 실시예 3 및 실시예 4와 비교할 때, 투구계수가 다소 증가했는데, 이는 시멘트 사용이 많은 결과, 투수성이 증가하고, 무기성 고화제 사용여부에 의한 차이로 판단된다.

실시예 5 ~ 6 및 비교예 4 : 자가복원- 동결방지층 모르타르 제조

하기 표 3과 같은 조성비로 각 성분들을 혼합한 후, 물로 적절하게 혼합및 교반시켜서 적절한 점도를 갖는 제1 자가복원 차수층 모르타르를 각각 제조하여 실시예 5 ~ 6 및 비교예 4를 각각 실시하였다.

현장토, 복토재 및 보통 포틀랜드 시멘트는 실시예 3의 현장토, 복토재,보통 포틀랜드 시멘트와 동일한 것을 사용하였다.

소각장 애쉬는 화력발전소의 바텀애쉬 및 플라이 애쉬가 혼합도니 혼합애쉬를 사용하였으며, 활성탄은 대진화학사의 GC-300을 사용하였고, 벤토나이트 분말은 나트륨계 벤토나이트 45.5 ~ 46 중량% 포함하는 것을 사용하였다.

그리고, 동결온도 향상제는 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물 및 화학식 2-1로 표시되는 화합물을 1 : 0.2 중량비로 혼합하여 준비하였다.

[화학식 1-1]

화학식 1-1에서 R¹은 에틸렌기이고, R² 내지 R⁴는 모두 에틸기이다.

[화학식 2-1]

화학식 2-1에 있어서, R¹은 메틸렌기이고, R² 내지 R⁵는 모두 메틸기이다.

구분	실시예 5	실시예 6	비교예 4
현장토	100	100	100
복토재	40	45	40
보통포틀랜드 시멘트	15	18	15
소각장 애쉬	5	5	5
활성탄	3.5	5	3.5
벤토나이트분말	10	15	10
동결온도 향상제	1.2	1.2	-

실시예 7 : 차수보강코팅제의 제조

벤토나이트 분말 및 제올라이트 분말 1 : 0.3 중량비로 포함하는 팽창제 17 중량%, 폴리프로필렌 섬유 5 중량% 폴리아크릴수지(바인더) 30 중량%, 실시예 5의 동결온도 향상 혼합액 8.5 중량% 및 잔량의 물을 혼합 및 잘 교반하여 차수보강코팅제를 제조하였다.

이때, 상기 벤토나이트 분말은 실시예 5와 동일한 것을 사용하였다.

그리고, 동결온도 향상 혼합액은 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물인 동결온도 향상제와 분산용매를 1 : 1.5 중량비를 혼합한 혼합액이며, 분산용매는 아세톤 용액 및 카르복시메틸셀룰로오즈 용액을 1 : 2.3 중량비로 혼합한 분산용매를 사용하였다.

실험예 4 : 자가복원- 동결방지층의 자가복원력 측정 및 차수성 실험

(1) 가로, 세로, 높이가 각각 30㎝×30㎝×30㎝인 성형틀에 실시예 5의 자가복원-동결방지층 모르타르를 높이 30cm까지 투입한 다음, 다져준 후, 준비예 7의 차수보강코팅제를 다져진 자가복원-동결방지층 표면 cm²당 0.42 kg로 살포한 다음 다시 다져 주었다. 다음으로, 상온에서 건조 및 양생시켜서 자가복원-동결방지층 및 차수보강코팅층이 적층된 실험체 1을 제조하였다.

또한, 하기 표 4와 같은 조합으로 실험체 2 ~ 3을 각각 제조하였다.

구분	실험체 1	실험체 2	실험체 3	실험체4
자가복원-동결방지층	실시예 5	실시예 6	실시예 5	비교예 4
차수보강코팅층	실시예 7	실시예 7	-	실시예 7

(2) 자가복원력 측정

공구를 이용하여 실험체 1 ~ 4의 차수보강코팅층 방향 표면에 동일한 충격을 가하여, 실험체 표면에 미세 크랙이 발생되도록 하였다.

다음으로 미세 크랙이 형성된 실험체 1 ~ 4를 물에 1분간 담근 후, 꺼내서 상온의 암실에서 48 시간 방치시킨 후, 각 실험체 표면의 미세 크랙 상태를 관찰하였다.

관찰 결과, 실험체 1, 실험체 2 및 실험체 4의 경우, 자가복원-동결방지층 표면의 크랙이 대부분 매꿔져 있었으나, 차수보강코팅층이 표면에 형성되어 있지 않은 실험체 3의 경우, 실험체 1 ~ 2 및 실험체 4와 비교할 때, 크랙이 매꿔진 상태가 불량하였다.

(3) 차수성 측정

실험체 1 ~ 4의 투수계수를 각각 측정하였으며, 그 결과, 실험체 1은 투수계수가 5.8×10^-9~ 5.9×10^-9cm/sec였고, 실험체 2는 투수계수가 4.6×10^-9~ 4.7×10^-9cm/sec였으며, 실험쳬 4는 투수계수가 5.9×10^-9~ 6.0×10^-9cm/sec였다.

이에 반해, 차수보강코팅층이 형성되지 않은 실험예 3의 경우, 측정된 투수계수가 6.6×10^-8~ 6.7×10^-8cm/sec로 차수보강코팅층이 존재하는 실험체 1 ~ 2 및 실험체 4와 비교할 때, 투수계수 값이 높은 결과를 보였다.

하지만, 실험체 1 ~ 4 모두 투수계수가 1×10^-7cm/sec 이하였다.

(4) 동결방지 효과 측정

앞서 제조한 가로, 세로, 높이가 각각 30㎝×30㎝×30㎝의 실험체 1 ~ 4 각각을 가로, 세로, 높이가 각각 15㎝×15㎝×30㎝가 되도록 절단한 후, 이들 각각을 -10℃의 냉동고에 투입한 후, 1시간 마다 실험체의 동결 여부를 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 하기 표 5에서 ○는 전체 동결, △는 일부 동결, ×는 동결이 되지 않은 것을 의미한다.

구분	1시간	2시간	3시간	4시간	5시간	8시간	10시간
실험체 1	×	×	×	×	×	△	○
실험체 2	×	×	×	×	×	△	○
실험체 3	×	×	×	×	○	○	○
실험체 4	×	△	○	○	○	○	○

자가복원-동결방지층 내 동결온도 향상제를 포함하고, 차수보강코팅층이 형성이 되어 있는 실험체 1 및 실험체 2의 경우, 5시간 동안 동결이 되지 않은 결과를 보였다.

이에 반해, 자가복원-동결방지층 내 동결온도 향상제를 포함하지 않는 실험체 4의 경우, 2시간째부터 차수보강코팅층이 형성되어 있지 않은 자가복원-동결방지층 부위부터 조금씩 동결되었고, 3시간 이후부터 자가복원-동결방지층이 완전 동결되었다.

그리고, 차수보강코팅층이 형성되지 않은 실험체 3의 경우, 4시간부터 일부 동결이 되기 시작하였다.

상기 실험을 통하여, 본 발명이 제시하는 동결온도 향상제를 포함하는 자가복원-동결방지층 및 차수보강코팅층이 내한성이 우수함을 확인할 수 있었다.

제조예 1 ~ 3 : 폐기물 매립장 차수구조물 제조

2m×2m×1.2m(가로×세로×높이)로 성형틀을 제조한 후, 실시예 1의 지지보강층용 모르타르를 35cm 두께로 타설 및 양생시켰다. 다음으로, 실시예 3의 바닥차수층 모르타를 타설한 다음 충분하게 다져준 다음, 실시예 7의 차수보강코팅제를 m²당 25kg로 살포한 후, 양생시켜서 지지보강층-바닥차수층-제1 차수보강코팅층을 형성시켰다.

다음으로, 상기 제1 차수보강코팅층 상부에 실시예 5의 자가복원-동결방지층 모르타르를 타설한 후, 잘 다진 후, 실시예 7의 차수보강코팅제를 m²당 42kg로 살포한 다음, 다시 다져서 양생시켜서, 지지보강층-바닥차수층-제1 차수보강코팅층- 자가복원-동결방지층-제2 차수보강코팅층이 차례대로 적층된 차수구조물을 제조하여 제조예 1을 실시하였다.

제조예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 7과 같은 조합 및 두께비를 가지도록 차수구조물을 각각 제조하여 제조예 2 및 제조예 3을 각각 실시하였다.

그리고, 제조된 차수구조물 전체의 투수계수를 하기 표 6에 나타내었다.

구분	제조예 1	제조예 2	제조예 3	두께비
지지보강층	실시예 1	실시예 1	실시예 2	1
바닥차수층	실시예 3	실시예 4	실시예 3	0.8
제1 차수보강코팅층	실시예 7	실시예 7	실시예 7	0.05
제1 자가복원 차수층	실시예 5	실시예 6	실시예 6	1.8
제2 차수보강코팅층	실시예 7	실시예 7	실시예 7	0.08
차수구조물 투수계수 (cm/sec)	7.3×10^-9~ 7.4×10^-9	9.1×10^-9~ 9.2×10^-9	6.7×10^-9~ 6.8×10^-9	-

상기 표 6의 실험결과를 통해서, 본 발명의 차수구조물은 1.0×10^-9cm/sec 이하의 매우 낮은 투수계수를 가지는 매우 우수한 차수성을 가지는 차수구조물임을 확인할 수 있었다.

상기 실시예 및 실험예를 통하여, 본 발명의 차수구조물이 침출수 내 중금속 흡착 및 제거능력을 가지면서도 자가복원 기능을 가지며, 매우 우수한 차수성을 가지뿐만 아니라, 내한성이 우수한 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 본 발명은 생활쓰레기, 산업폐기물 등의 매립장 차수구조물로 사용하기에 적합함을 확인할 수 있다.

1 : 차수구조물 2 : 매립지 지반 5 : 침출수 배수로
10 : 지지보강층 20 : 바닥차수층 30 :제1 차수보강코팅층
40 : 자가복원-동결방지층 50: 제2 차수보강코팅층

Claims

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지지보강층, 바닥차수층, 제1 차수보강코팅층, 자가복원-동결방지층 및 제2 차수보강코팅층이 차례대로 적층된 구조물이며,
상기 바닥차수층 및 자가복원-동결방지층은 하수슬러지를 고화제로 처리하여 제조한 인공토양인 복토재를 포함하고,
상기 지지보강층은 현장토 100 중량부에 대하여, 평균입경 3mm 이하의 세골재 40 ~ 70 중량부, 보통 포틀랜드 시멘트 50 ~ 100 중량부, 속경성 시멘트 20 ~ 40 중량부, 고로슬래그 0.1 ~ 5 중량부 및 방청제 0.05 ~ 0.5 중량부를 포함하며,
지지보강층의 상기 속경성 시멘트는 시멘트, 칼슘 설포 알루미네이트, 칼슘알루미네이트, 석고, 실리카 흄 및 규불화염 화합물을 포함하며,
지지보강층의 상기 방청제는 아질산 칼슘 50 ~ 75 중량%, 글루콘산 나트륨 0.1 ~ 2 중량% 및 잔량의 물을 포함하고,
상기 바닥차수층은 현장토 100 중량부에 대하여, 복토재 20 ~ 100 중량부, 보통 포틀랜드 시멘트 20 ~ 40 중량부, 중금속 흡착재 0.5 ~ 3 중량부, 무기성 고화제 0.1 ~ 1.5 중량부 및 유동화제 0.5 ~ 5 중량부로 포함하고,
상기 중금속 흡착재는 셀룰로오즈 잔테이트(Cellulose Xanthate) 및 Al/Si 몰비 1 ~ 1.5인 하수 슬러지 분말 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 무기성 고화제는 염화나트륨, 염화칼륨, 염화마그네슘 및 염화칼슘 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
상기 자가복원-동결방지층은 현장토, 복토제 및 동결온도 향상제를 포함하며,
상기 제1 차수보강코팅층 및 제2 차수보강코팅층은 벤토나이트 분말 및 제올라이트 분말 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 팽창제; 보강섬유 ; 폴리 아크릴계 바인더 및 폴리비닐아세테이트계 바인더 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 바인더 수지; 동결온도 향상제 및 분산용매를 포함하는 동결온도 향상 혼합액; 및 잔량의 물;을 포함하는 차수보강코팅제로 형성시킨 것이며,
자가복원-동결방지층, 제1 차수보강코팅층 및 제2 차수보강코팅층의 상기 동결온도 향상제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립장 차수구조물;
[화학식 1]

상기 화학식 1에 있어서, R¹은 C1 ~ C3의 알킬렌기이고, R² 내지 R⁴는 각각 독립적으로 C1 ~ C10의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C7의 분쇄형 알킬기(alkyl group), C5 ~ C10의 직쇄형 알킬기(alkyl group)이며,
[화학식 2]

상기 화학식 2에 있어서, R¹은 C1 ~ C3의 알킬렌기이고, R² 내지 R⁵는 각각 독립적으로 C1 ~ C10의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C7의 분쇄형 알킬기(alkyl group), C5 ~ C10의 직쇄형 알킬기(alkyl group)이다.
제3항에 있어서,
상기 무기성 고화제는 염화나트륨, 염화칼륨, 염화마그네슘 및 염화칼슘 중에서 선택된 2종 이상을 포함하며,
상기 유동화제는 폴리카르본산계 분산제, 리그닌술포네이트계 분산제, 폴리나프탈렌술포네이트계 분산제, 폴리멜라민술포네이트계 분산제 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 내한성이 우수한 폐기물 매립장 차수구조물.
제3항에 있어서, 상기 자가복원-동결방지층은 보통 포틀랜드 시멘트, 소각장 애쉬, 활성탄 및 벤토나이트 분말를 더 포함하는 특징으로 하는 내한성이 우수한 폐기물 매립장 차수구조물.
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제3항에 있어서, 상기 제1 차수보강코팅층 및 제2 차수보강코팅층은 벤토나이트 분말 및 제올라이트 분말 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 팽창제 10 ~ 25 중량%; 보강섬유 2 ~ 7 중량%; 폴리 아크릴계 바인더 및 폴리비닐아세테이트계 바인더 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 바인더 수지 20 ~ 35 중량%; 동결온도 향상 혼합액; 및 잔량의 물;을 포함하는 차수보강코팅제로 형성시킨 것을 특징으로 하는 내한성이 우수한 폐기물 매립장 차수구조물.
제3항에 있어서, 상기 분산용매는 아세톤 용액 및 카르복시메틸셀룰로오즈(carboxymethyl cellulose) 용액 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 내한성이 우수한 폐기물 매립장 차수구조물.
폐기물 매립장의 차수구조물 시공방법에 있어서,
폐기물 매립장 터파기 및 현장토를 준비하는 1단계;
터파기된 바닥면 및 사면 중 어느 한 면 이상에 지지보강층용 모르타르를 타설, 다짐 및 양생시켜서 지지보강층을 형성시키는 2단계;
지지보강층의 상부에 바닥차수층용 모르타르를 타설 및 다진 후, 바닥차수층의 표면에 제1 차수보강코팅제를 살포한 후, 양생시켜서 바닥차수층 및 제1 차수보강코팅층을 형성시키는 3단계; 및
바닥차수층 상부에 형성된 차수보강코팅층의 상부에 자가복원-동결방지층용 모르타르를 타설 및 다진 후, 자가복원-동결방지층의 표면에 제2 차수보강코팅제를 살포한 후, 양생시켜서 자가복원-동결방지층 및 제2 차수보강코팅층을 형성시키는 4단계;를 포함하며,
2단계의 상기 지지보강층용 모르타르는 현장토 100 중량부에 대하여, 평균입경 3mm 이하의 세골재 40 ~ 70 중량부, 보통 포틀랜드 시멘트 50 ~ 100 중량부, 속경성 시멘트 20 ~ 40 중량부, 고로슬래그 0.1 ~ 5 중량부 및 방청제 0.05 ~ 0.5 중량부를 포함하며,
지지보강층의 상기 속경성 시멘트는 시멘트, 칼슘 설포 알루미네이트, 칼슘알루미네이트, 석고, 실리카 흄 및 규불화염 화합물을 포함하며,
지지보강층의 상기 방청제는 아질산 칼슘 50 ~ 75 중량%, 글루콘산 나트륨 0.1 ~ 2 중량% 및 잔량의 물을 포함하고,
3단계의 상기 바닥차수층용 모르타르는 현장토 100 중량부에 대하여, 복토재 20 ~ 100 중량부, 보통 포틀랜드 시멘트 20 ~ 40 중량부, 중금속 흡착재 0.5 ~ 3 중량부, 무기성 고화제 0.1 ~ 1.5 중량부 및 유동화제 0.5 ~ 5 중량부로 포함하고,
상기 중금속 흡착재는 셀룰로오즈 잔테이트(Cellulose Xanthate) 및 Al/Si 몰비 1 ~ 1.5인 하수 슬러지 분말 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 무기성 고화제는 염화나트륨, 염화칼륨, 염화마그네슘 및 염화칼슘 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
상기 자가복원-동결방지층용 모르타르는 현장토, 복토제 및 동결온도 향상제를 포함하며,
상기 제1 차수보강코팅제 및 제2 차수보강코팅제는 벤토나이트 분말 및 제올라이트 분말 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 팽창제; 보강섬유; 폴리 아크릴계 바인더 및 폴리비닐아세테이트계 바인더 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 바인더 수지; 동결온도 향상제 및 분산용매를 포함하는 동결온도 향상 혼합액; 및 잔량의 물;을 포함하며,
자가복원-동결방지층용 모르타르, 제1 차수보강코팅제 및 제2 차수보강코팅제의 상기 동결온도 향상제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 바닥차수층용 모르타르 및 자가복원-동결방지층용 모르타르의 복토재는 하수슬러지를 고화제로 처리하여 제조한 인공토양을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립장 차수구조물 시공 방법:
[화학식 1]

상기 화학식 1에 있어서, R¹은 C1 ~ C3의 알킬렌기이고, R² 내지 R⁴는 각각 독립적으로 C1 ~ C10의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C7의 분쇄형 알킬기(alkyl group), C5 ~ C10의 직쇄형 알킬기(alkyl group)이며,
[화학식 2]

상기 화학식 2에 있어서, R¹은 C1 ~ C3의 알킬렌기이고, R² 내지 R⁵는 각각 독립적으로 C1 ~ C10의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C7의 분쇄형 알킬기(alkyl group), C5 ~ C10의 직쇄형 알킬기(alkyl group)이다.
제9항에 있어서, 3단계의 제1 차수보강코팅제는 바닥차수층 표면 m²당 20 ~ 50 kg으로 살포하며,
4단계의 제2 차수보강코팅제는 자가복원-동결방지층 표면 m²당 30 ~ 70 kg으로 살포하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립장 차수구조물 시공방법.
벤토나이트 분말 및 제올라이트 분말 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 팽창제; 보강섬유; 폴리 아크릴계 바인더 및 폴리비닐아세테이트계 바인더 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 바인더 수지; 동결온도 향상 혼합액; 및 잔량의 물;을 포함하며,
상기 동결온도 향상 혼합액은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 동결온도 향상제; 및 아세톤 용액 및 카르복시메틸셀룰로오즈(carboxymethyl cellulose) 용액 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 분산용매;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립장 차수구조물용 차수보강코팅제;
[화학식 1]

상기 화학식 1에 있어서, R¹은 C1 ~ C3의 알킬렌기이고, R² 내지 R⁴는 각각 독립적으로 C1 ~ C10의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C7의 분쇄형 알킬기(alkyl group), C5 ~ C10의 직쇄형 알킬기(alkyl group)이며,
[화학식 2]

상기 화학식 2에 있어서, R¹은 C1 ~ C3의 알킬렌기이고, R² 내지 R⁵는 각각 독립적으로 C1 ~ C10의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C7의 분쇄형 알킬기(alkyl group), C5 ~ C10의 직쇄형 알킬기(alkyl group)이다.