KR102120599B1 - 흙 고화제 조성물 및 이를 사용하는 흙 포장 및 비산먼지 방지 기능을 갖는 공법 - Google Patents

흙 고화제 조성물 및 이를 사용하는 흙 포장 및 비산먼지 방지 기능을 갖는 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 규조토 15 내지 30 중량부, 고로슬래그 30 내지 60 중량부, 비표면적이 6,000 내지 12,000cm²/g으로 분쇄된 칼슘설퍼알루미네이트(3Caㆍ3Al₂O₃ㆍCaSo₄) 분말 10 내지 20 중량부, 무수석고 5 내지 15 중량부, 비표면적이 6,000 내지 9,000cm²/g로 분쇄된 평균입경 1μm 내지 10μm인 소석회 1 내지 5 중량부, 황산칼륨 1 내지 3 중량부, 및 징크스테아레이트 2 내지 6 중량부를 포함하는 고상 고화제; 및
염화알루미늄 4 내지 8 중량부, 염화제2철 2 내지 4 중량부, 리튬실리케이트 2 내지 8 중량부, EVA 수지 10 내지 20 중량부, 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지 10 내지 40 중량부, 및 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜 중에서 선택되는 1종 이상 1 내지 5 중량부, 및 용매 2 내지 10 중량부를 포함하는 액상 경화제;를 포함하며, 상기 고상 고화제 및 액상 경화제는 3 내지 4 : 1 내지 2의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 흙 고화제 조성물 및 이를 사용하는 흙 포장 및 비산먼지 방지 기능을 갖는 공법을 제공한다.

Description

흙 고화제 조성물 및 이를 사용하는 흙 포장 및 비산먼지 방지 기능을 갖는 공법{Soil hardener composition and soil paving using the same and method of construction having scattering dust prevention function}
본 발명은 흙 고화제 조성물 및 이를 사용하는 흙 포장 및 비산먼지 방지 기능을 갖는 공법에 관한 것이다.
일반적인 도로포장은 도로면을 보호하고 평탄성을 높여 차량의 주행과 사람의 주행을 편리하게 할 목적으로 표층을 아스팔트, 콘크리트, 시멘트 블록, 우레탄 등의 재료로 포장한다. 그러나 이러한 표층 재료들이 도시 사막화의 주범으로 인식되고, 친환경에 대한 관심이 증가되면서 아스팔트, 시멘트 등을 대체할 수 있는 흙 포장 공법에 대한 관심이 증가하고 있다.
골재를 사용하지 않는 흙 포장의 경우 하중이 적게 작용하는 자전거도로, 주차장, 농로, 산책로, 운동장 보도 등의 조성에 널리 사용될 수 있다.
기존의 흙 포장공법은 양질의 마사토 또는 황토를 현장으로 운반하여 시멘트 또는 시멘트가 포함된 고상 고화제와 동결융해방지 및 내수성 증가 등을 위한 액상 경화제 일정량을 주변의 토사와 혼합하여 시공하는 것이 일반적이다.
그러나 이러한 시멘트가 포함된 고화제는 동결융해에 의한 내구성 저하, 건조 수축에 의한 균열 발생, 중금속 용출, 시멘트 생산 시 발생되는 막대한 이산화탄소 발생 등의 단점을 갖는다. 또한, 고가의 액상 흙 경화제를 사용함으로써 시공원가가 비싸다는 단점을 갖는다.
따라서, 상기와 같은 단점을 개선하기 위하여, 근래에는 시멘트를 배제한 흙 포장 공법에 대하여 다양한 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구에 의하면, 시멘트를 사용하지 않음으로써 친환경적인 요구는 어느 정도 충족시키고 있으나, 강도 및 경도가 약하여 시간이 지나면서 균열 및 홈 파임 등의 파손문제가 발생하며, 현실적으로 물에 잘 풀리므로, 도로용으로 활용하기는 해결해야 할 과제가 많은 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1088355호
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 단점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 시멘트를 사용하지 않으므로 환경에 유해한 중금속의 용출과 이산화탄소의 발생을 최소화시키므로 친환경적이면서도 내구성, 크랙저항성, 강도 등 우수한 물성을 가지며, 고가의 액상경화제 사용량을 최소화함으로써 시공비를 낮춰서 원가 경쟁력을 갖는 흙 포장용 조성물 및 이를 사용하는 흙 포장 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여,
규조토 15 내지 30 중량부, 고로슬래그 30 내지 60 중량부, 비표면적이 6,000 내지 12,000cm²/g으로 분쇄된 칼슘설퍼알루미네이트(3Caㆍ3Al₂O₃ㆍCaSo₄) 분말 10 내지 20 중량부, 무수석고 5 내지 15 중량부, 비표면적이 6,000 내지 9,000cm²/g로 분쇄된 평균입경 1μm 내지 10μm인 소석회 1 내지 5 중량부, 황산칼륨 1 내지 3 중량부, 및 징크스테아레이트 2 내지 6 중량부를 포함하는 고상 고화제; 및
염화알루미늄 4 내지 8 중량부, 염화제2철 2 내지 4 중량부, 리튬실리케이트 2 내지 8 중량부, EVA 수지 10 내지 20 중량부, 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지 10 내지 40 중량부, 및 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜 중에서 선택되는 1종 이상 1 내지 5 중량부, 및 용매 2 내지 10 중량부를 포함하는 액상 경화제;를 포함하며,
상기 고상 고화제 및 액상 경화제는 3 내지 4 : 1 내지 2의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 흙 고화제 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은
(a) 규조토 15 내지 30 중량부, 고로슬래그 30 내지 60 중량부, 비표면적이 6,000 내지 12,000cm²/g으로 분쇄된 칼슘설퍼알루미네이트(3Caㆍ3Al₂O₃ㆍCaSo₄) 분말 10 내지 20 중량부, 무수석고 5 내지 15 중량부, 비표면적이 6,000 내지 9,000cm²/g로 분쇄된 평균입경 1μm 내지 10μm인 소석회 1 내지 5 중량부, 황산칼륨 1 내지 3 중량부, 및 징크스테아레이트 2 내지 6 중량부를 포함하는 고상 고화제; 및 염화알루미늄 4 내지 8 중량부, 염화제2철 2 내지 4 중량부, 리튬실리케이트 2 내지 8 중량부, EVA 수지 10 내지 20 중량부, 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지 10 내지 40 중량부, 및 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜 중에서 선택되는 1종 이상 1 내지 5 중량부, 용매 2 내지 10 중량부를 포함하는 액상 경화제;를 3 내지 4 : 1 내지 2의 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
(b) 상기 (a)단계의 혼합물과 토사를 혼합하여 타설하고 타설면을 정리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흙 포장 공법을 제공한다.
본 발명의 일실시 형태에서 상기 (a)단계 전에
(1) 흙 포장 바탕면을 정리하고, 보조기층면을 다짐하는 다짐단계;
(2) 원지반토 80 내지 90 중량%와, 상기 (a)단계의 고상 고화제 10 내지 20 중량%를 혼합하여 타설하고 타설면을 정리하는 1차 시공단계; 및
(3) 상기 1차 시공단계 후, 상기 (a)단계의 액상 경화제를 골고루 살포하는 단계;를 더 포함하며,
(4) 상기 (b)단계 후에 시공면 위에 상기 (a)단계의 액상 경화제를 골고루 살포하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 흙 고화제 조성물은 시멘트를 사용하지 않으므로 환경에 유해한 중금속의 용출과 이산화탄소의 발생을 최소화시키므로 친환경적이면서도 내구성, 크랙저항성, 강도 등 우수한 물성을 제공하며, 고가의 액상경화제 사용량을 최소화함으로써 시공비를 낮춰서 원가 경쟁력을 제공한다.
본 발명의 흙 고화제 조성물은 칼슘설포알루미네이트에 의해 초기강도 발현속도를 향상시키고, 규조토 및 고로슬래그에 의해 높은 장기 강도를 발현 효과를 제공한다.
본 발명의 흑포장 공법의 일 실시형태는 시멘트가 포함되지 않은 흙 고상 고화제와 주변의 토사를 혼합하여 흙 포장을 하고 액상경화제를 단순히 섞지 않고 물을 사용하여 희석하여 분사하는 방식으로 사용하는 단계를 포함하므로 시공비를 절감시키는 효과를 제공한다.
본 발명의 흙 포장 공법의 일 실시형태는 흙과 혼합시 고상 고화제의 비율을 높여 표면 마감 처리를 실시함으로써 표면의 경도 및 내구성, 내수성능을 높이므로, 우수한 시공성을 제공하며 양질의 시공품질을 확보하는 효과를 제공한다.
본 발명의 흙 포장 공법의 일 실시형태는 하부 흙과 고상 고화제를 혼합하여 하부 타설을 실시한 후 바로 액상 경화제를 살포하고, 상기 시공면 위에 2차로 흙과 흙 고화제 조성물을 혼합하여 시공함으로써 하부의 접착을 높이고 하부의 내수성 내화학 성능을 향상시켜 우수 등에 의한 상하부 탈착 및 하부 손상을 최소화할 수 있다.
본 발명의 흙 포장 공법은 중금속이 용출되지 않아 포장 후 2차 오염을 방지할 수 있으며 고로 수쇄 슬래그를 사용하여 폐자원을 재활용하므로 환경적인 효과도 기대할 수 있다.
이하에서 본 발명을 바람직한 실시예를 참고하여 설명한다.
본 발명에서 ‘중량부’는 상대적인 각성분들 간의 중량비율을 나타내므로, 각 성분들의 함량비는 각 성분들 간의 성분비로 이해되어야 한다.
본 발명은 규조토 15 내지 30 중량부, 고로슬래그 30 내지 60 중량부, 비표면적이 6,000 내지 12,000cm²/g으로 분쇄된 칼슘설퍼알루미네이트(3Caㆍ3Al₂O₃ㆍCaSo₄) 분말 10 내지 20 중량부, 무수석고 5 내지 15 중량부, 비표면적이 6,000 내지 9,000cm²/g로 분쇄된 평균입경 1μm 내지 10μm인 소석회 1 내지 5 중량부, 황산칼륨 1 내지 3 중량부, 및 징크스테아레이트 2 내지 6 중량부를 포함하는 고상 고화제; 및
염화알루미늄 4 내지 8 중량부, 염화제2철 2 내지 4 중량부, 리튬실리케이트 2 내지 8 중량부, EVA 수지 10 내지 20 중량부, 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지 10 내지 40 중량부, 및 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜 중에서 선택되는 1종 이상 1 내지 5 중량부, 및 용매 2 내지 10 중량부를 포함하는 액상 경화제;를 포함하며,
상기 고상 고화제 및 액상 경화제는 3 내지 4 : 1 내지 2의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 흙 고화제 조성물에 관한 것이다.
상기 고상 고화제에 있어서, 상기 규조토 분말은 천연 포졸란 재료로서 흙 포장 조성물의 장기강도를 증가시키고 천연재료로 인체에 유익한 성분의 방출을 기대할 수 있으며 규조토 내의 알루미나와 석고의 CaO,SO₃ 성분과 반응하여 에트린자이트(ettringite, 3CaO?Al2O3?3CaSO4?32H2O)를 생성하므로 별도의 팽창제 첨가 없이도 무수축성을 부여하고 초기 수화반응을 가속화 하는데 기여한다. 또한 규조토는 미세 다공질로 보습성을 부여하여 수분을 오랫동안 유지시켜 천천히 반응수로 사용하여 조성물의 강도증가를 기대할 수 있다. 상기 규조토가 15 중량부 미만일 경우 장기강도 증진에 효과가 떨어지고 30 중량부를 초과할 경우에는 초기강도에 문제가 있을 뿐 아니라 pH가 낮아 잠재수경성인 고로슬래그에 반응에 문제를 야기시킬 수 있다.
상기 고로슬래그는 잠재 수경성 재료로서 알칼리 자극제인 무수석고, 소석회, 황산칼륨 등에 의해 고로슬래그의 산화피막을 파괴시키므로 물과의 반응성을 높여 시멘트 이상의 강도를 기대할 수 있는데 30 중량부 미만으로 포함되는 경우, 강도 증가가 크지 않으며 60 중량부를 초과할 경우에는 잠재 수경성으로 인하여 초기 경화속도가 지연될 수 있다.
상기 칼슘설퍼알루미네이트는 고로슬래그와 규조토가 반응을 하기 전 무수석고와 반응해서 초기에 에트린자이트를 생성해 흙의 수많은 공극을 메우고 초기강도를 발현시켜 시공 후 조기 교통 개방을 기대할 수 있다. 10 중량부 미만일 경우 조기 강도 발현 및 팽창성을 기대하기 어렵고 20 중량부를 초과할 경우 작업성이 떨어지고 강도 저하가 일어날 수 있다. 상기 칼슘설퍼알루미네이트는 6,000-12,000cm²/g으로 분쇄함으로 비표면적을 증가시켜 반응성을 극대화 시킬 수 있다.
상기 소석회 및 황산칼륨은 알칼리 자극제로 무수석고에서 부족한 성능을 보완해 주는 역할을 한다. 상기 소석회가 1 중량부 미만일 경우 요구되는 역할을 할 수 없고 5 중량부를 초과할 경우 빠른 반응성 때문에 작업 시간 확보가 어려워진다. 상기 황산칼륨이 1 중량부 미만일 경우 요구되는 역할을 할 수 없고 3 중량부를 초과하는 경우 에트린자이트의 과잉 생성으로 균열이 발생될 수 있다.
상기 징크스트아레이트(Zinc Stearate)는 방수성능을 발휘하는데 상하부 흙 포장층에서 내구성을 향상시키고 동결융해 저항성을 향상시킨다. 2 중량부 미만으로 포함되는 경우, 그 성능이 미미하고, 6 중량부를 초과할 경우 방수성의 증가가 거의 없으며, 원가 상승의 원인이 되므로 바람직하지 않다.
상기 액상 경화제에 있어서, 상기 염화알루미늄과 염화제2철은 이온교환반응을 하는데 흙속의 1가의 양이온과 이온교환반응을 하여 흙의 결합력을 높혀 강도를 증진시키는 작용을 하고 물에 해리된 염소는 물의 수소와 반응하여 산을 형성한다. 상기 산은 상부의 표면마감재 배합 시 많은 양의 고상 흙 경화제 배합 시 지연제 역할을 할 수 있다.
상기 염화알루미늄 함량이 4 중량부 미만으로 포함되며, 염화제2철 함량이 2 중량부 미만으로 포함될 경우, 미미한 효과를 발휘하므로 바람직하지 않으며, 각각 8 중량부 초과, 4 중량부 초과하여 포함될 경우 더 이상 목적 효과가 증가하지 않는 한편, 산에 의한 지연성이 길어져 경화에 문제가 발생 될 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 리튬실리케이트는 미수화된 수산화칼슘과 반응해서 경질의 규산 칼슘을 형성하여 수밀성과 표면강도를 증가시키는 기능을 수행한다. 또한, 분자량이 적고 침투성이 좋아 조기에 우수한 효과를 기대할 수 있다. 리튬실리케이트가 2 중량부 미만으로 포함될 경우 효과가 미미하고, 8 중량부를 초과할 경우 더 이상 작용 효과가 증가하지 않는 한편, 원가 상승의 원인이 되므로 바람직하지 않다.
상기 EVA수지와 MMA수지는 고상 흙경화제와 반응하여 흙과의 3차원적 구조를 형성하게 하여 상호 구속력을 높이고 내수성 내화학성도 증가시켜서 동결융해저항성을 높이며, 상부와 하부의 접착성도 증대시킨다. EVA 수지는 내수성이 MMA 수지보다 떨어지는 특성이 있으나 접착성이 더 우수하여 함량비율을 1:2로 하는 경우 바람직하다. 상기 EVA 수지가 10 중량부, MMA 수지가 10 중량부 미만이로 포함되는 경우, 목적하는 효과가 미미하고, 각각 20 중량부, 40 중량부를 초과하여 포함되면, 추가적인 효과는 증가하지 않는 한편, 시공단가 증가의 원인이 되므로 바람직하지 않다.
상기 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜은 수분증발을 억제시키고 겨울에 액상 동결을 방지하는 기능을 수행한다. 이들은 1종 이상이 포함될 수 있는데, 이들이 1 중량부 미만으로 포함되는 경우 효과가 미미하며, 5 중량부를 초과하는 경우, 수분 증발을 너무 지연 시켜 조기 강도 발현에 문제를 초래할 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 용매로는 물이 사용될 수 있다. 그러나, 수지 성분이 물에 잘 녹지 않는 경우에는 적절한 유기 용매를 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 유기용매는 이 분야에 공지된 기술 상식에 의해 선택할 수 있다.
상기 액상 경화제는 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체를 1 내지 10 중량부를 더 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112019134941376-pat00001
상기 식에서 R1 및 R2는 수소 또는 메틸기이며,
a, b, c 및 d는 몰분율로서 a는 0.1 내지 0.5이며, b는 0.1 내지 0.5이며, c는 0.1 내지 0.5이며, d는 0.1 내지 0.5이며, a+b+c+d=1이다.
상기 화학식 1로 표시되는 공중합체는 카테콜기 및 메톡시실란기를 포함하며, 고무기를 포함하며, 2-옥틸시아노아크릴레이트 단량체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 카테콜기는 유기 및 무기 성분과 모두 잘 접착되는 작용기이다. 그러므로 카테콜기는 흙에 포함된 유기 및 무기 물질들과 잘 결합되며, 결합 강도 및 결합력을 향상시키는 기능을 수행한다. 또한, 상기 실란기는 유기 및 무기 성분과 모두 잘 접착되는 작용기이다. 그러므로 상기 카테콜기와 실란기는 흙 입자들이 서로 잘 결착될 수 있게 한다. 또한, 상기 고무기는 부드러운 물성을 제공하며, 상기 공중합체가 잘섞이게 하며, 흙의 결착력도 증가시킨다. 또한, 2-옥틸시아노아크릴레이트 단량체는 흙 입자들 간의 결착력을 강화시키는 기능을 수행한다.
상기 화학식 1로 표시되는 공중합체는 중량평균분자량은 50,000 내지 5,000,000인 것이 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 100,000 내지 300,000인 것이 사용될 수 있다.
상기 고상 고화제는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 0.5 내지 2 중량부를 더 포함할 수 있다:
[화학식 2]
Figure 112019134941376-pat00002
상기 식에서, a는 0.5 및 b는 0.5이다(a와 b는 몰비이며, a+b=1이다).
상기 화학식 2로 표시되는 공중합체는 불소로 치환된 알킬기에 의해 발수성을 가지므로, 보수 및 보강 후 수분의 침투를 억제하는 기능을 수행한다. 또한, 카테콜기를 포함함으로써 결합력이 우수하여 콘크리트 구조물 등에 잘 결합되는 특징을 갖는다.
상기 공중합체는 중량평균분자량이 3,000 내지 100,000인 것이 사용될 수 있으며, 5,000 내지 30,000인 것이 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 고상 고화제는 하기 화학식 3 및 화학식 4로 표시된 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 0.5 내지 2 중량부를 더 포함할 수 있다:
[화학식 3]
Figure 112019134941376-pat00003
중량평균분자량이 5,000 내지 20,000이다.
[화학식 4]
Figure 112019134941376-pat00004
상기 화학식 3의 화합물은 중량평균분자량이 5,000 내지 20,000이다.
상기 화학식 3 및 화학식 4의 화합물은 방향족 환에 포함된 3차 아민기를 포함함으로써 침투하는 염소이온을 고정하는 기능이 우수한 특징으로 가지며, 고분자 화합물로서 다른 성분들과 상용성도 우수한 특징을 갖는다.
상기 화학식 3 및 4로 표시되는 화합물들은 이 분야에서 상업적으로 판매되는 것을 구입해서 사용하거나, 이 분야에 잘 알려진 방법에 의해 제조하여 사용할 수도 있다
상기 고상 고화제는 하기 화학식 5로 표시된 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 0.5 내지 2 중량부를 더 포함할 수 있다:
[화학식 5]
Figure 112019134941376-pat00005
상기 화학식 5 화합물은 구리 이온을 포함함으로써 흙 포장으로 침투하여 부정적인 영향을 미치는 음이온들을 고정하는 기능을 수행한다. 상기 화학식 2의 화합물은 음이온의 고정 능력이 매우 우수하다.
상기 화학식 5의 화합물은 예를 들어, 리튬 디트리메틸실란아미도 화합물을 헥산 물 하에서 요오드화구리와 반응시켜 제조할 수 있다. 상기 화학식 2의 화합물은 예를 들어, 리튬 헥사메틸디실라지드(silazide)와 요오드화구리(I)를 반응시켜 얻을 수 있으며, 상기 리튬 헥사메틸실라지드(silazide)는 헥사메틸디실라잔과 n-부틸리튬을 헥산물 중에서 반응시켜서 얻을 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 이 분야에 공지된 방법에 의해서도 쉽게 얻을 수 있다(http://reag.paperplane.io/00000722.htm).
본 발명의 중량비 기재에 있어서, “중량부”로 표시된 부분은 각각 고상 고화제 각 성분들 간의 상대적인 중량비 및 액상 경화제 각 성분들 간의 상대적인 중량비를 나타낸다.
또한, 본 발명은
(a) 규조토 15 내지 30 중량부, 고로슬래그 30 내지 60 중량부, 비표면적이 6,000 내지 12,000cm²/g으로 분쇄된 칼슘설퍼알루미네이트(3Caㆍ3Al₂O₃ㆍCaSo₄) 분말 10 내지 20 중량부, 무수석고 5 내지 15 중량부, 비표면적이 6,000 내지 9,000cm²/g로 분쇄된 평균입경 1μm 내지 10μm인 소석회 1 내지 5 중량부, 황산칼륨 1 내지 3 중량부, 및 징크스테아레이트 2 내지 6 중량부를 포함하는 고상 고화제; 및 염화알루미늄 4 내지 8 중량부, 염화제2철 2 내지 4 중량부, 리튬실리케이트 2 내지 8 중량부, EVA 수지 10 내지 20 중량부, 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지 10 내지 40 중량부, 및 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜 중에서 선택되는 1종 이상 1 내지 5 중량부, 용매 2 내지 10 중량부를 포함하는 액상 경화제;를 3 내지 4 : 1 내지 2의 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
(b) 상기 (a)단계의 혼합물과 토사를 혼합하여 타설하고 타설면을 정리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흙 포장 공법에 관한 것이다.
상기 성분구성들에 대해서는 위에서 상세히 설명하였으므로, 이 부분에서 관련 설명은 생략한다.
상기에서 혼합물과 토사는 1 내지 3 : 7 내지 9의 중량비로 혼합하여 타설될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서,
상기 (a)단계 전에
(1) 흙 포장 바탕면을 정리하고, 보조기층면을 다짐하는 다짐단계;
(2) 원지반토 80 내지 90 중량%와, 상기 (a)단계의 고상 고화제 10 내지 20 중량%를 혼합하여 타설하고 타설면을 정리하는 1차 시공단계; 및
(3) 상기 1차 시공단계 후, 상기 (a)단계의 액상 경화제를 고상 고화제 100 중량부를 기준으로 5 내지 40 중량부를 물로 희석하여 골고루 살포하는 단계;를 더 포함하며,
(4) 상기 (b)단계 후에 시공면 위에 상기 (a)단계의 액상 경화제를 상기 (3) 단계와 동일한 양으로 물로 희석하여 골고루 살포하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 (3)단계와 (4)단계에서 물에 의한 희석은 물을 액상 경화제 대비 3 내지 10배로 희석하여 사용할 수 있다.
상기 액상 경화제는 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체를 1 내지 10 중량부를 더 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112019134941376-pat00006
상기 식에서 R1 및 R2는 수소 또는 메틸기이며,
a, b, c 및 d는 몰분율로서 a는 0.1 내지 0.5이며, b는 0.1 내지 0.5이며, c는 0.1 내지 0.5이며, d는 0.1 내지 0.5이며, a+b+c+d=1이다.
상기 화학식 1의 화합물에 대한 설명은 위에서 설명된 것과 동일하다.
상기 고상 고화제는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 0.5 내지 2 중량부를 더 포함할 수 있다:
[화학식 2]
Figure 112019134941376-pat00007
상기 식에서, a는 0.5 및 b는 0.5이다(a와 b는 몰비이며, a+b=1이다).
상기 고상 고화제는 하기 화학식 3 및 화학식 4로 표시된 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 0.5 내지 2 중량부를 더 포함할 수 있다:
[화학식 3]
Figure 112019134941376-pat00008
중량평균분자량이 5,000 내지 20,000
[화학식 4]
Figure 112019134941376-pat00009
상기 화학식 3의 화합물은 중량평균분자량이 5,000 내지 20,000
상기 고상 고화제는 하기 화학식 5로 표시된 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 0.5 내지 2 중량부를 더 포함할 수 있다:
[화학식 5]
Figure 112019134941376-pat00010
상기 화학식 1 내지 5의 화합물에 대한 설명은 위에서 설명된 것과 동일하다.
본 발명에서 흙은 토사, 화강토, 이토, 강모래, 바다모래, 자연토사 등을 모두 포함하는 개념이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
제조예 1: 화학식 1의 화합물의 합성
반응용매인 에틸벤젠에 1,3-부타디엔, 도파민 메타크릴아마이드(dopamine methacrylamide), 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트(3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate), 및 2-옥틸시아노아크릴레이트 단량체를 1:1:1:1의 몰비로 첨가하고, 전체 단량체 100 중량부에 노르말 머캡탄 0.5 중량부를 혼합하여 균일하게 만들었다.
상기에서 제조한 중합용액을 14 L/hr의 속도로 26 L 반응기에 투입하면서 첫 번째 반응기에서 105℃의 온도로 중합하고, 두 번째 반응기에서 130℃의 온도로 중합하며, 세 번째 반응기와 네 번째 반응기에서 각각 140℃, 145℃의 온도로 중합하여, 중합전환율이 75%가 되었을 때, 휘발조에서 230 ℃의 온도로 미반응 단량체와 반응용매을 제거하고 세척, 탈수, 건조하여 중량평균분자량이 265,000인 화학식 1의 공중합체를 얻었다.
[화학식 1]
Figure 112019134941376-pat00011
상기 식에서 R1 및 R2는 메틸기이며,
a, b, c 및 d는 몰분율이 1:1:1:1이다.
제조예 2: 화학식 2의 공중합체의 제조
환류 냉각관, 질소 도입관, 온도계, 교반 장치를 구비한 사구 플라스크 내에 2-(Perfluorohexyl)ethyl methacrylate(CAS 2144-53-8) 및 도파민 메타크릴아마이드(dopamine methacrylamide)를 1:1의 몰비로 첨가하고, PGMEA을 넣고, 70℃로 가열한 후, 30분간 질소 기류 하에서 교반하였다. 이것에 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(약칭 AIBN)을 전체 단량체 100 중량부에 1.3 중량부를 첨가하고, 18시간 동안 중합하였다. 반응액 내에 잔존하는 α-Cl 단량체를 가스 크로마토그래피로 분석함으로써 전환율이 95% 이상인 것을 확인하였다. 얻어진 반응액을 헥산으로 침전, 진공 건조하여, 공중합체를 단리하였다. 얻어진 공중합체의 분자량을 GPC로 측정한 결과, 중량 평균 분자량은 25,000이었다.
[화학식 2]
Figure 112019134941376-pat00012
상기 식에서, a는 0.5 및 b는 0.5이다(a와 b는 몰비이며, a+b=1이다).
실시예 1: 흙 고화제 조성물의 제조
규조토 23 kg, 고로슬래그 45 kg, 비표면적이 6,000 내지 12,000cm²/g으로 분쇄된 칼슘설퍼알루미네이트(3Caㆍ3Al₂O₃ㆍCaSo₄) 분말 15 kg, 무수석고 10 kg, 비표면적이 6,000 내지 9,000cm²/g로 분쇄된 평균입경 1μm 내지 10μm인 소석회 3 kg, 황산칼륨 1 kg, 및 징크스테아레이트 3 kg를 혼합하여 고상 고화제 100 kg을 제조하였다.
염화알루미늄 6 kg, 염화제2철 3 kg, 리튬실리케이트 5 kg, EVA 수지 15 kg, 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지 25 kg, 및 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜 중에서 선택되는 1종 이상 3 kg, 및 용매 6 kg을 혼합하여 액상 경화제 63 kg을 제조하였다.
상기 고상 고화제 및 액상 경화제를 3.5 : 1.5의 중량비로 준비하여 흙 고화제 조성물을 제조하였다.
실시예 2: 흙 고화제 조성물의 제조
상기 실시예 1의 액상 경화제의 제조시에 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지를 20 kg으로 줄여서 사용하고, 제조예 1에서 제조된 화학식 1의 공중합체 5 kg을 더 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 고상 고화제 및 액상 경화제를 제조한 후, 동일한 비율로 준비하여 흙 고화제 조성물을 제조하였다.
실시예 3: 흙 고화제 조성물의 제조
상기 실시예 2에서 고상 고화제의 제조시에 규조토를 22 kg으로 줄여서 사용하고, 상기 제조예 2에서 제조된 화학식 2의 화합물을 1 kg을 더 첨가하여 고상 고화제를 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 흙 고화제 조성물을 제조하였다.
실시예 4: 흙 고화제 조성물의 제조
상기 실시예 3에서 고상 고화제의 제조시에 규조토를 20.95 kg으로 줄여서 사용하고, 하기 화학식 3의 화합물을 0.35 kg 및 하기 화학식 4의 화합물을 0.35 kg 및 화학식 5의 화합물 0.35 kg을 더 첨가하여 고상 고화제를 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 흙 고화제 조성물을 제조하였다.
[화학식 3]
Figure 112019134941376-pat00013
중량평균분자량: 15,000
[화학식 4]
Figure 112019134941376-pat00014
중량평균분자량이 13,000
[화학식 5]
Figure 112019134941376-pat00015
비교예 1.
포틀랜드 시멘트 100%를 사용하는 것을 비교예 1로 사용하였다.
실시예 5: 경화체의 제조
상기 실시예 1 내지 4의 흙 고화제 조성물 및 비교예 1의 흙 고화제를 토사와 하기 표 1의 조성비로 혼합하여 경화체 조성물을 제조하였다.
상기 경화체 조성물을 직경 30cm 높이 60cm의 원통형의 몰드에 투입하고, 7일간 양생하였다. 양생 기간이 종료된 후 몰드를 분리하여 경화체를 완성하였다.
Figure 112019134941376-pat00016
시험예 1: 경화체 조성물의 물성 평가
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 경화체 각각을 7일 및 28일 양생 후 KS F 2405에 따라 시험기를 사용하여 경화체의 압축강도를 측정하였다.
하중은 압축 응력의 증가가 매초 2 내지 3 kgf/㎠가 되도록 하였으며, 경화체가 급격한 변형을 시작한 후에는 하중을 가하는 속도의 조정을 중지하고 하중을 계속 가하여 일축압축강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Figure 112019134941376-pat00017
상기 표 2의 시험결과로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명의 경화용 조성물을 사용한 본 발명의 경화체 조성물인 실시예 1 내지 4의 경화체는 매우 우수한 압축강도를 나타내었다. 반면, 포틀랜드 시멘트만을 사용한 비교예 1의 경화체는 실시예들의 경화체와 비교하여 매우 열화된 압축강도를 나타냈다.
시험예 2: 투수량
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1의 흙 고화제와 토사를 혼합한 경화체 조성물에 대하여 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 규정한 방법에 따라 투수량 시험의 측정 결과를 표 3에 나타냈다.
Figure 112019134941376-pat00018
위의 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 경화체 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 경화체 조성물에 비하여 흡수율이 낮아 내수성이 우수함을 알 수 있었다.
시험예 3: 염화물 이온 침투 저항성
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1의 흙 고화제와 토사를 혼합한 경화체 조성물을 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 염화물 이온의 침투 저항성 시험을 수행하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타냈다.
Figure 112019134941376-pat00019
위의 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 경화체 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 경화체 조성물에 비하여 염화물 이온 침투 저항성 값이 낮게 나타나 염해에 대한 저항성이 높았음을 확인할 수 있었다.
실험예 4: 동결융해 저항성
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1의 흙 고화제와 토사를 혼합한 경화체 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해 저항성 시험을 실시하고, 그 결과를 하기 표 5에 나타냈다. 동결융해는 경화체에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 경화체 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
Figure 112019134941376-pat00020
위의 표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 경화체 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 경화체 조성물에 비하여 내구성 지수가 월등히 높으므로 내구성이 향상된 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (5)

  1. 규조토 15 내지 30 중량부, 고로슬래그 30 내지 60 중량부, 비표면적이 6,000 내지 12,000cm²/g으로 분쇄된 칼슘설퍼알루미네이트(3Caㆍ3Al₂O₃ㆍCaSo₄) 분말 10 내지 20 중량부, 무수석고 5 내지 15 중량부, 비표면적이 6,000 내지 9,000cm²/g로 분쇄된 평균입경 1μm 내지 10μm인 소석회 1 내지 5 중량부, 황산칼륨 1 내지 3 중량부, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 0.5 내지 2 중량부, 및 징크스테아레이트 2 내지 6 중량부를 포함하는 고상 고화제; 및
    염화알루미늄 4 내지 8 중량부, 염화제2철 2 내지 4 중량부, 리튬실리케이트 2 내지 8 중량부, EVA 수지 10 내지 20 중량부, 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지 10 내지 40 중량부, 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체 1 내지 10 중량부, 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜 중에서 선택되는 1종 이상 1 내지 5 중량부, 및 용매 2 내지 10 중량부를 포함하는 액상 경화제;를 포함하며,
    상기 고상 고화제 및 액상 경화제는 3 내지 4 : 1 내지 2의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 흙 고화제 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112020028738914-pat00021

    상기 식에서 R1 및 R2는 수소 또는 메틸기이며,
    a, b, c 및 d는 몰분율로서 a는 0.1 내지 0.5이며, b는 0.1 내지 0.5이며, c는 0.1 내지 0.5이며, d는 0.1 내지 0.5이며, a+b+c+d=1이다.
    [화학식 2]
    Figure 112020028738914-pat00022

    상기 식에서, a와 b는 몰비이며, a+b=1이다.
  2. 삭제
  3. (a) 규조토 15 내지 30 중량부, 고로슬래그 30 내지 60 중량부, 비표면적이 6,000 내지 12,000cm²/g으로 분쇄된 칼슘설퍼알루미네이트(3Caㆍ3Al₂O₃ㆍCaSo₄) 분말 10 내지 20 중량부, 무수석고 5 내지 15 중량부, 비표면적이 6,000 내지 9,000cm²/g로 분쇄된 평균입경 1μm 내지 10μm인 소석회 1 내지 5 중량부, 황산칼륨 1 내지 3 중량부, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 0.5 내지 2 중량부, 및 징크스테아레이트 2 내지 6 중량부를 포함하는 고상 고화제; 및 염화알루미늄 4 내지 8 중량부, 염화제2철 2 내지 4 중량부, 리튬실리케이트 2 내지 8 중량부, EVA 수지 10 내지 20 중량부, 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지 10 내지 40 중량부, 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체 1 내지 10 중량부, 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜 중에서 선택되는 1종 이상 1 내지 5 중량부, 및 용매 2 내지 10 중량부를 포함하는 액상 경화제;를 3 내지 4 : 1 내지 2의 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 (a)단계의 혼합물과 토사를 혼합하여 타설하고 타설면을 정리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흙 포장 공법:
    [화학식 1]
    Figure 112020028738914-pat00023

    상기 식에서 R1 및 R2는 수소 또는 메틸기이며,
    a, b, c 및 d는 몰분율로서 a는 0.1 내지 0.5이며, b는 0.1 내지 0.5이며, c는 0.1 내지 0.5이며, d는 0.1 내지 0.5이며, a+b+c+d=1이다.
    [화학식 2]
    Figure 112020028738914-pat00024

    상기 식에서, a와 b는 몰비이며, a+b=1이다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (a)단계 전에
    (1) 흙 포장 바탕면을 정리하고, 보조기층면을 다짐하는 다짐단계;
    (2) 원지반토 80 내지 90 중량%와, 상기 (a)단계의 고상 고화제 10 내지 20 중량%를 혼합하여 타설하고 타설면을 정리하는 1차 시공단계; 및
    (3) 상기 1차 시공단계 후, 상기 (a)단계의 액상 경화제를 물로 희석하여 골고루 살포하는 단계;를 더 포함하며,
    (4) 상기 (b)단계 후에 시공면 위에 상기 (a)단계의 액상 경화제를 골고루 살포하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 흙 포장 공법.
  5. 삭제
KR1020190176738A 2019-12-27 2019-12-27 흙 고화제 조성물 및 이를 사용하는 흙 포장 및 비산먼지 방지 기능을 갖는 공법 KR102120599B1 (ko)

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