KR101875304B1 - 내건성 용토 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로슬래그에 고흡수성수지를 습식혼합하여 고로슬래그 공극에 상기 고흡수성수지를 침착시켜 수축팽창에 의해 부피를 안정화하는 단계; 및 안정화된 고로슬래그 혼합물에 자재를 투입하여 토양을 제조하는 단계;를 포함하는 내건성 용토의 제조방법 및 조성물을 제공한다.

Description

내건성 용토 조성물 및 이의 제조방법{Drought resistance soil composition and Preparation method thereof}

본 발명은 내건성 용토 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세가공된 고흡수성수지를 흡수시켜 슬래그 공극에 침착시키므로 흡수로 인하여 팽창된 고흡수성수지는 토양 혼합물에 물리적 안정을 주는 효과를 제공하는 내건성 용토 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

식물을 이용하여 훼손지 또는 민둥땅 표면을 식재 피복하는 것을 녹화라고 정의하며, 이는 식생을 도입하는 장소와 대상에 따라 도시녹화, 사막녹화, 절개지녹화 등으로 쓰이고 있다. 따라서 법면 녹화공법은 비탈면에 식물을 도입하고 토목적 수단으로 비탈면을 피복 보호하는 방법의 총칭이다.

녹화공법의 적용은 대상 비탈면의 경사도, 토질, 암질, 주변 경관 등의 여러 요인에 따라 다양하게 적용되고 있다. 일반적으로 토사비탈면에 사용되는 비탈면녹화공법은 기계를 이용한 종자분사파종공법이 주로 사용되고, 코아네트, 쥬트네트 등과 같이 식생의 활착을 돕고 초기침식을 방지하기 위해 자연적으로 분해가 될 수 있는 천연소재의 망을 분사파종공법과 병행하여 시공하기도 하며, 매우 제한적으로 자생초종 및 목본의 활착을 위해 인력을 사용하여 파종한 후에 볏짚거적을 덮는 공법도 사용되고 있다. 또한 고속도로 비탈면 중 암반지역 녹화공사에 가장 많이 사용되는 녹화공법은 식생기반재취부공법으로 조기녹화를 도모하기 위해 초기 성장이 우수한 외래도입초종 위주의 종자배합으로 시공되고 있다.

식생기반재취부공법은 시공 재료의 형상과 장비 구성에 따라 즉 토양 재료로 마사와 각종 유ㆍ무기 폐기물을 이용해 만든 부숙토를 에어건으로 분사하여 시공하는 건식 형태의 공법과 유기물 함량이 높은 토양을 접착제 등의 첨가제와 함께 물과 혼합하여 슬러리 형상으로 만들어 고압펌프를 이용해 분사하여 시공하는 습식 형태의 공법으로 나눌 수 있다.

습식공법은 슬러리 상으로 뿜어 붙여지기 때문에 5cm 이상 두껍게 시공하기 어려운 반면 건식공법은 식생기반재를 10cm 이상 비탈면에 붙일 수 있다. 따라서 습식은 녹화 대상지가 토사 절토 성토 비탈면이나 풍화암 또는 리핑암일 때 효과적이며, 건식은 풍화암 또는 리핑암으로부터 토양층이 거의 남아 있지 않은 암반 비탈면에 적용될 수 있다.

현재까지는 국내외에서 알려져 있거나 시공에 적용되고 있는 공법은 대개 법면녹화시 부피 안정성이 현저히 떨어지고, 침출수에 의한 지반침하 내지 유수 등에 의한 종자유실의 문제로 인해 결국 녹화실패로 귀결되는 사례가 종종 보고되고 있어 이에 대한 개선이 요구된다. 나아가, 비탈면은 강우나 급수의 조건에 의하여 수분공급을 받을 수 있어 발아와 후기생육에 한계성을 가지고 있고, 원지반의 모세관수 부족은 토양의 물리적 성질과 식물생육에 필요한 유효수분 공급을 위한 개선이 요구된다.
[선행기술문헌]
[특허문헌] 일본공개특허공보 특개평06-088074호(1994.03.29)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 미세가공된 고흡수성수지를 흡수시켜 슬래그 공극에 침착시키므로 흡수로 인하여 팽창된 고흡수성수지는 토양 혼합물에 물리적 안정과 보습효과를 제공하는 내건성 용토 조성물 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.

(1) 고로슬래그에 고흡수성수지를 습식혼합하여 고로슬래그 공극에 상기 고흡수성수지를 침착시켜 수축팽창에 의해 부피를 안정화하는 단계; 및

안정화된 고로슬래그 혼합물에 자재를 투입하여 토양을 제조하는 단계;를 포함하는 내건성 용토의 제조방법.

(2) 상기 (1)에 있어서,

자재는 코코넛 장섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 내건성 용토의 제조방법.

(3) 상기 (1)에 있어서,

자재는 훈탄왕겨 및 펄라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 내건성 용토의 제조방법.

(4) 상기 (1)에 있어서,

코코넛더스트, 펄라이트, 코코넛 장섬유, 훈탄왕겨, 마사토, 구비, 셀룰로오스, 및 지효성비료를 포함하는 것을 특징으로 하는 내건성 용토의 제조방법.

(5) 상기 (1)에 있어서,

고로슬래그 10~20중량%, 고흡수성수지 0.1~2중량%, 코코넛더스트 10~20중량%, 펄라이트 1~10중량%, 코코넛 장섬유 1~10중량%, 훈탄왕겨 10~30중량%, 마사토 10~30중량%, 구비 5~20중량%, 셀룰로오스 10~20중량%, 및 지효성비료 1~5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 내건성 용토의 제조방법.

(6) 고로슬래그 및 고흡수성폴리머를 포함하는 내건성 용토 조성물.

(7) 상기 (5)에 있어서,

고로슬래그 10~20중량%, 고흡수성수지 0.1~2중량%, 코코넛더스트 10~20중량%, 펄라이트 1~10중량%, 코코넛 장섬유 1~10중량%, 훈탄왕겨 10~30중량%, 마사토 10~30중량%, 구비 5~20중량%, 셀룰로오스 10~20중량%, 및 지효성비료 1~5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 내건성 용토 조성물.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 미세기공된 고흡수성수지를 흡수시켜 슬래그 공극에 침착시키므로 흡수로 인하여 팽창된 고흡수성수지는 토양 혼합물에 물리적 안정을 주는 효과를 제공한다.

본 발명에 따른 내건성 용토의 제조방법은 고로슬래그에 고흡수성수지를 습식혼합하여 고로슬래그 공극에 상기 고흡수성수지를 침착시켜 수축팽창에 의해 부피를 안정화하는 단계; 및 안정화된 고로슬래그 혼합물에 자재를 투입하여 토양을 제조하는 단계;를 포함한다.

이하 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 사용되는 고흡수성수지(SAP)는 바람직하게는 매트릭포텐셜이 낮은 고흡수성수지를 사용한다. 상기 본 발명에 따른 고흡수성수지는 물을 흡수할 수 있는 능력이 우수한 합성 혹은 천연고분자 물질로서, 바람직하게는 자체 무게의 수백 내지 수천 배의 순수한 물(0.9% 생리식염수는 50-70배 정도)을 흡수할 수 있는 기능을 가진 고분자 물질이다.

고흡수성수지는 흡수량이 크고 재료 그 자체가 물을 빨아들이므로 어떤 압력을 가해도 물이 방출되지 않는다. 이들 고흡수성수지는 고분자전해질에 다리결합이나 불용부를 도입한 것으로, 예를 들어 전분이나 셀룰로오스에 아크릴로니트릴을 그래프트공중합시킨 것, 아크릴산과 비닐알코올의 블록공중합물 등이 분말이나 섬유 상태로 시판되고 있는 것을 사용할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 고흡수성수지는 수용성 고분자를 부분적으로 가교시킴으로써 친수성과 수불용성을 겸비하게 한 기능성 고분자로서 셀루로우스계, 스타치(starch)계, 아크릴계 고분자(폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아마이드계 폴리머 등) 등 자체적으로 수분을 흡수할 수 있는 능력이 우수하여 주위로부터 수분을 끌어들이는 능력이 우수한 것인 한 특별한 종류에 제한되지는 않는다.

본 발명에 따른 고흡수성수지는 고로슬래그에 혼합되어 고로글래그의 공극에 침착이 되어야 하므로 소정의 입경을 갖는 것으로 제한이 될 수 있다. 바람직하게는 상기 입경은 사용되는 고로슬래그의 종류에 따라 다를 수 있지만, 1100~1200메쉬인 것을 선별하여 사용한다.

본 발명에서는 상기와 같은 고흡수성폴리머를 고로슬래그와 함께 조성물내에 습식혼합하여, 고로슬래그의 공극에 침착시킨다. 이에 의해 상기 침착된 고흡수성폴리머의 수분흡수에 의한 팽창에 의해 전체 내건성 용토의 부피를 안정화시킬 수 있다.

고로슬래그와 고흡수성폴리머(SAP)는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 중량비로 고로슬래그/SAP=1~100, 바람직하게는 5~80이다. 상기와 같은 조성비를 벗어나면, 즉, 중량비가 1보다 낮을 경우에 공극에 침착되는 비율이 너무 작아 용토 부피를 안정화하기 어렵고, 중량비가 100을 초과할 경우, 공극이 포화되어 여분의 고흡수성폴리머가 고로슬래그의 공극에 침착되지 못하여 용토 조성물에 노출됨으로써 오히려 수분의 흡수에 의해 부피팽창이 일어나게 되어 전체적으로 용토의 부피가 불안정하게 될 우려가 있다.

상기 고로슬래그와 고흡수성폴리머는 전체 조성물의 중량을 기준으로 각각 10~20중량%, 0.1~2중량%로 첨가되는 것이 바람직하며, 각 성분의 하한값 미만으로 첨가시에는 내건성 토양의 부피 안정성이 저하될 우려가 있고, 상한값을 초과할 경우에는 부피 안정성은 물론 토양의 물성에도 악영향을 줄 우려가 있다.

본 발명에 따른 내건성 용토조성물은 또한 자재로써, 코코넛더스트, 펄라이트, 코코넛 장섬유, 훈탄왕겨, 마사토, 구비, 셀룰로오스, 및 지효성비료를 포함한다.

상기 성분 중에서 코코넛더스트는 코코넛겉껍질 섬유인 코이어를 파쇄하여 이루어진 것을 말한다. 이 코코넛겉껍질 섬유인 코이어는 그 물리적 특성이 우수하고 인장강도가 크고, 또한 분해기간이 길어 토사유실 및 침식을 장기간 방지하고, 단열효과에 의해 식물종자의 보온과 발육을 돕는다. 뿐만 아니라 코코넛더스트는 분해되어 유기질 비료화됨에 따라 영양분을 제공하는 기능을 담당할 뿐만 아니라 수질정화능력이 우수하여 식물의 생장을 활성화시킨다. 코코넛더스트와 함께 코코넛 장섬유도 토양의 인장력을 강화시켜주는 역할이 매우 크다.

훈탄왕겨와 펄라이트는 토양공극을 확보하므로 자중을 경감하고 토양고결 방지와 토양경도 및 탄성을 개선하기 위해 투입된다.

마사토는 입자가 굵고 세균이 거의 없어 종자 파종시 발아에 용이하고 균에 의한 피해가 없으며, 배수성도 좋아 본 발명의 내건성 토양에 사용한다.

셀룰로오스는 식물체의 부산물을 건조하여 미세분말의 형태로 만든 것으로, 상기 셀룰로오스는 물과 수소결합하여 일부는 용해되고 일부는 겔(GEL)화 되므로, 토양 및 종자와 즉시 결합하여 안정적인 식생 환경을 형성한다. 또한, 상기 셀룰로오스는 음전하를 뛰며 토양 내 금속이온과 반응, 결합하여 원지반과의 지지력과 결합력을 증대시키고, 일부는 콜로이드화하여 장기적으로 보습효과와 점착력을 유지하며 장마나 강우시 토양이 유실되는 것을 방지한다.

구비 및 지효성비료는 토양내 영양성분으로 유기물 내지 무기물을 지속적으로 공급하기 위해 제공된다.

상기와 같은 자재는 코코넛더스트 10~20중량%, 펄라이트 1~10중량%, 코코넛 장섬유 1~10중량%, 훈탄왕겨 10~30중량%, 마사토 10~30중량%, 구비 5~20중량%, 셀룰로오스 10~20중량%, 및 지효성비료 1~5중량%으로 조성되어지는 것이 바람직하며, 각 성분의 하한값 미만으로 첨가시 내건성 토양에서 원하는 효과를 기대하기 어렵고, 상한값을 초과할 경우에는 과투여에 의해 오히려 토성을 저하시킬 우려가 있다.

이하 본 발명의 내용을 실시예 내지 실험예를 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만 하기 예시된 실시예 등은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제시되는 것일 뿐 이에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

[실시예 1]

고로슬래그 14중량%, 1200 메쉬로 가공된 고흡수성수지 1중량%[폴리아크릴레이트, 질량평균분자량 300,000], 코코넛더스트 13중량%, 펄라이트 5중량%, 코코넛 장섬유 5중량%, 훈탄왕겨 12중량%, 마사토 20중량%, 구비 10중량%, 셀룰로오스 17중량%, 및 지효성비료 3중량%를 혼합하여 내건성 용토를 제조하였다.

[실시예 2]

고로슬래그 14.8중량% 및 1200메쉬로 가공된 고흡수성수지 0.2중량%[폴리아크릴레이트, 질량평균분자량 500,000]를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성에 의해 내건성 용토를 제조하였다.

[실시예 3]

고로슬래그 13중량% 및 1200메쉬로 가공된 고흡수성수지 2중량%[폴리아크릴레이트, 질량평균분자량 100,000]를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성에 의해 내건성 용토를 제조하였다.

[실험예 1]

실시예 1 내지 3에 의해 얻어진 내건성 용토와 클로버 종자를 혼합하여 30도 경사를 지닌 인공 법면에 10cm 두께로 취부하고(2mㅧ2mㅧ10cm), 실외에 2개월간 방치하였다. 비교예 1은 고흡수성폴리머를 첨가하지 않고, 고로슬래그를 15중량% 함유한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성으로 한 것을, 비교예 2는 1000메쉬로 가공된 고흡수성수지를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성으로 하었으며, 비교예 3은 고로슬래그와 고흡수성폴리머의 조성비를 각각 8중량%, 0.05중량%, 비교예 4는 고로슬래그와 고흡수성폴리머의 조성비를 각각 25중량%, 10중량%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성으로 하여 같은 조건하에 실험을 수행하였다. 토양의 안정성은 인공 법면에 취부된 정사각형의 토양의 중앙 수직선 방향에서의 길이별 단면의 두께를 관찰하는 방법으로 측정하였다.

그 결과, 본 발명의 실시예 1 내지 3에 의해 얻어진 내건성 용토의 경우 토양의 두께가 하기 표 1에서와 같이 거의 변화가 없이 안정적이었지만, 비교예 1의 경우 공극율이 저하되어 부피수축으로 인해 토심이 얇아진 것을 확인할 수 있어 부피 안정성이 떨어지는 것이 확인되었으며, 실시예 1 내지 3의 경우 충분히 지속적으로 수분이 공급되어 클로버가 활착 및 생육이 잘 이루어져 피복비율이 98%에 이르렀으나, 비교예 1의 경우 35% 정도의 피복율만 나타내어 본 발명에 따른 토양조성물은 토양안정성 및 내건성이 모두 비교예에 비하여 우수한 것을 확인할 수 있다. 비교예 2 내지 4는 비교예 1보다는 토양의 부피안정성은 우수하였으나, 실시예 1 내지 3에 비하여는 다소 떨어지는 것을 확인할 수 있었고, 마찬가지로 피복비율도 각각 65%, 77%, 79%로 떨어지는 것으로 나타났다.

구분	두께(cm)			피복비율(%)
	상단	중앙	하단
실시예 1	9.6	9.8	10.1	98
실시예 2	9.8	9.9	10.1	97
실시예 3	9.9	10.0	10.0	98
비교예 1	6.4	6.7	7.2	35
비교예 2	7.0	7.9	8.5	65
비교예 3	7.5	8.3	8.7	77
비교예 4	7.6	8.5	9.1	79

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 고로슬래그에 고흡수성수지를 습식혼합하여 고로슬래그 공극에 상기 고흡수성수지를 침착시켜 수축팽창에 의해 부피를 안정화하는 단계; 및
   안정화된 고로슬래그 혼합물에 자재를 투입하여 토양을 제조하는 단계;를 포함하는 내건성 용토의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   자재는 코코넛 장섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 내건성 용토의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,
   자재는 훈탄왕겨 및 펄라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 내건성 용토의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,
   코코넛더스트, 펄라이트, 코코넛 장섬유, 훈탄왕겨, 마사토, 구비, 셀룰로오스, 및 지효성비료를 포함하는 것을 특징으로 하는 내건성 용토의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,
   고로슬래그 10~20중량%, 고흡수성수지 0.1~2중량%, 코코넛더스트 10~20중량%, 펄라이트 1~10중량%, 코코넛 장섬유 1~10중량%, 훈탄왕겨 10~30중량%, 마사토 10~30중량%, 구비 5~20중량%, 셀룰로오스 10~20중량%, 및 지효성비료 1~5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 내건성 용토의 제조방법.
6. 삭제
7. 고로슬래그 10~20중량%, 고흡수성수지 0.1~2중량%, 코코넛더스트 10~20중량%, 펄라이트 1~10중량%, 코코넛 장섬유 1~10중량%, 훈탄왕겨 10~30중량%, 마사토 10~30중량%, 구비 5~20중량%, 셀룰로오스 10~20중량%, 및 지효성비료 1~5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 내건성 용토 조성물.