KR102154493B1 - 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재 및 이를 이용한 포장재 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재 및 이를 이용한 포장재 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 물 빠짐이 좋고 먼지 비산이 억제되고 인체에 무해하며, 포장재의 탄성성능과 자기복원성을 지니며, 항균 및 항 곰팡이 성능을 겸비하여 우기나 장시간의 습한 환경에서도 포장재 표면에 곰팡이가 서식하지 않는 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재 및 이를 이용한 포장재 시공방법에 관한 것이다.
본 발명의 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재는 부순 굵은골재 또는 천연골재로된 골재군이 포설되어 형성되는 기층;
상기 기층 상부에 부순 잔골재, 마사토, 천연모래 중에서 선택된 어느 하나 이상의 혼합골재 95~98.5중량%, 점토성 응집제 1~4중량%, 알칼리제 0.5~3중량%로 이루어진 보조기층 혼합물이 포설되어 적층되는 보조기층;
상기 보조기층 상부에 바이오 가요성 섬유소, pH 조절제, 친수화제, 항균 및 항곰팡이제가 혼합된 바인더 혼합물 2.5~7.5중량%, 골재 92.5~97.5중량%로 이루어진 상부표층 혼합물이 포설되어 적층되는 상부표층;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재 및 이를 이용한 포장재 시공방법{Eco-friendly paving composite and construction method the using the same}

본 발명은 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재 및 이를 이용한 포장재 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 물 빠짐이 좋고 먼지 비산이 억제되고 인체에 무해하며, 포장재의 탄성성능과 자기복원성을 지니며, 항균 및 항 곰팡이 성능을 겸비하여 우기나 장시간의 습한 환경에서도 포장재 표면에 곰팡이가 서식하지 않는 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재 및 이를 이용한 포장재 시공방법에 관한 것이다.

보행자 또는 경자동차 교통을 위한 포장재 및 유사 기능의 구조물(또는 그 일부분)에 대한 다양한 재료가 공지되어 있다. 예를 들어, 일반적으로 다소 불규칙적인 모양의 포장블록은 기저부에서 서로 떨어져 있어 블록 사이에 틈이 생긴다. 종래 기술에서, 이러한 틈은 인접한 포장 블록의 높이에 대한 다양한 재료로 채워져야, 이동하기 편한 표면이 나온다. 단절된 형태의 포장 시스템이 주행 표면에 사용되는 경우, 블록과 블록 사이의 연약지반 재료들은 주행 포장재로서 일부분을 차지하고 있다. 그렇지만 이러한 채움 형태의 재료들은 폭우시 대부분이 유실되는 경우가 많다.

바인더를 혼합하지 않은 혼합물은 여러 가지 측면에서 만족스럽지 못한 포장을 형성한다. 예를 들어, 강우시 빗물에 의해서 비교적 빨리 침식되는 경향이 있다. 또한, 특히 침식이 일어난 후에 식물의 발아가 종종 발생하여 균열과 틈을 만들기도 한다. 이것은 심미적 이유뿐만 아니라 식물이 포장 표면 위로 성장하면서 보행을 방해 할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

바인더가 포함되지 않은 것을 사용함으로써 생기는 문제에 대한 해결책은 콘크리트가 침식을 더 잘 견뎌 내기 때문에 콘크리트를 대신 사용하는 것이다.

시멘트가 바인더로서 사용될 때, 이는 하부 기반의 이동 및 / 또는 포장 건조수축이나 팽창에 의해 균열되는 경향이 있다. 이러한 균열 이유는 여러 가지로 발생할 수 있다. 예를 들어, 동결 및 해동으로, 또는 강우시 지하수의 파이핑이나 지반 침하 등이 있다. 씨앗의 발아는 균열로 인한 갈라진 틈에서 생길 수 있다.

상기 서술한 바, 침식에 잘 견디면서도 유연하고 탄력적이어서 응집체 골재들의 이동 및 하부층에서의 지반 변동을 수용할 수 있는 조인트 재료에 대한 필요성이 있음을 알 수 있다.

종래 기술에서, 이러한 보행도로는 천연의 마사토 포장(바인더가 포함되지 않은 혼합물), 아스팔트 또는 목재 칩과 같은 상이한 재료로 제조 될 수 있다. 그러나 이들 재료 각각에는 하나 이상의 단점이 있습니다. 예를 들어, 골재는 비교적 쉽게 침식되고, 식물이 골재 사이에서 발아 할 수 있다. 아스팔트는 상대적으로 비싸고, 기저부의 부동 한 정착이나 서리가 내리기 때문에 시간이 지남에 따라 균열되는 경향이 있다. 우드 칩은 조밀한 구조의 포장면을 제공하지 않기 때문에 일부 용도에는 다소 불편하다.

종래 기술에서, 골재와 모래 및 실트질의 입자들을 수지 등으로 포설한 경우가 있다. 이러한 포장재는 강우 전에는 자연스러움과 만족스러운 보행감을 제공하지만, 빗물에 의해 골이 형성되거나 패임 등의 문제가 발생할 수 있고 사용된 수지바인더는 물에 침출되어 더 이상의 포장재의 역할을 하지 못하는 경우가 많았다.

따라서, 보행용 도로로서 작용하기 위해서는 종래의 포장재보다 개선된 재료가 필요하다.

국내등록특허공보 제10-0765459호(2007.10.02. 등록) 국내등록특허공보 제10-0931008호(2009.12.02.. 등록)

본 발명의 목적은 물 빠짐이 좋고 먼지 비산이 억제되고 인체에 무해하며 지반변형이나 기후 등에 의해 포장재가 변형 및 크랙, 동해 등이 발생되어 유지관리 보수비용이 막대하게 지출되는 문제점을 해결하여 시공업체나 소비자에게 부담이 적은 친환경 포장재 및 이를 이용한 포장재 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 하드한 포장소재에서 벗어나 천연의 흙 질감의 포장을 하되, 포장재의 보행감이 쿠션이 있으며, 오래 걸어도 신체에 부담이 적은 친환경 포장재 및 이를 이용한 포장재 시공방법을 제공하는 것이다.

또한 기존 고무침, 우레탄, 목질 재료 등으로 포장하는 것이 문제점인 유기화합물의 휘발이나 운동 등에 의한 마찰로 포장소재가 탈락하는 등의 문제 및 탈락된 포장소재가 인체에 위협을 가하는 등의 문제를 앉고 있는 것과는 달리 흙 성분인 골재와 모래 등과 같은 소재로 포장재를 구성하기 때문에 표면이 일어나거나 유기성 화학물질의 배출 및 포장재의 탈락 등의 문제가 없는 안전한 친환경 포장재 및 이를 이용한 포장재 시공방법의 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재는 부순 굵은골재 또는 천연골재로된 골재군이 포설되어 형성되는 기층;

상기 기층 상부에 부순 잔골재, 마사토, 천연모래 중에서 선택된 어느 하나 이상의 혼합골재 95~98.5중량%, 점토성 응집제 1~4중량%, 알칼리제 0.5~3중량%로 이루어진 보조기층 혼합물이 포설되어 적층되는 보조기층;

상기 보조기층 상부에 바이오 가요성 섬유소, pH 조절제, 친수화제, 항균 및 항곰팡이제가 혼합된 바인더 혼합물 2.5~7.5중량%, 골재 92.5~97.5중량%로 이루어진 상부표층 혼합물이 포설되어 적층되는 상부표층;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재의 시공방법은

노상면을 고르게 다짐 후, 입도 13~25mm의 골재를 깔아 다짐하여 기층을 형성하는 단계;

입도 5~10mm의 잔골재, 5mesh체를 통과한 마사토, 200mesh체로 미분을 제거한 천연모래 중 어느 하나 이상 혼합된 혼합골재 표면에 소량의 물을 분사 후 점토성 응집제를 수분이 함유된 혼합골재에 혼합하여 골재 혼합물을 준비하는 단계;

석회고토와 가성소다를 물에 용해시킨 알칼리제제가 점토성 응집제가 혼합된 골재 혼합물에 골고루 스며들도록 미분사하여 보조기층 혼합물 제조하는 단계;

상기 보조기층 혼합물을 상기 기층의 상부에 40~50mm의 두께로 고르게 포설하여 보조기층을 형성하는 단계;

5mesh체를 통과한 마사토와 200mesh체로 미분을 제거한 천연모래를 혼합하여 상부표층용 골재를 준비하는 단계;

가요성 섬유소, pH 조절제, 친수화제, 항균 및 항곰팡이제를 혼합하여 바인더 혼합물을 준비하는 단계;

상기 준비된 상부표층용 골재와 바인더 혼합물을 고르게 혼합시킨 후 적정량의 물을 투입하여 상부표층 혼합물을 제조하는 단계;

상기 상부표층 혼합물을 상기 보조기층의 상부에 20~70mm의 두께로 고르게 포설하여 상부표층을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 바이오 섬유질 가요성 바인더 조성물을 이용하여 제조한 포장재는 시멘트 사용을 하지 않음으로 인하여 시멘트 생산 시에 발생되는 CO2 가스의 방출을 억제하여 대기오염을 줄일 수 있고, 시멘트 독성인 Cr^{6 +} 등의 발생을 원천적으로 봉쇄할 수 있는 효과가 있다.

또한 환경오염을 유발하지 않고, 강우시 수질내의 P, Pb 등과 같은 유해물질의 유출이 전혀 없으며, 바이오매스 원료와 천연의 흙 소재를 활용한 포장재이기 때문에 공원, 산책로, 학교 운동장 등의 생활환경과 밀접한 조경 조성에 효과적이며, 강우시 우수한 투수성을 통하여 빗물을 빠르게 지하로 이동시키며, 자기복원성능으로 쾌적한 보행성을 이용자들에게 제공하는 것이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 포장재의 시공방법 공정도.

본 발명의 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재는 부순 굵은골재 또는 천연 골재로된 골재군이 포설되어 형성되는 기층;

상기 기층 상부에 부순 잔골재, 마사토, 천연모래 중에서 선택된 어느 하나 이상의 혼합골재 95~98.5중량%, 점토성 응집제 1~4중량%, 알칼리제 0.5~3중량%로 이루어진 보조기층 혼합물이 포설되어 적층되는 보조기층;

상기 보조기층 상부에 바이오 가요성 섬유소, pH 조절제, 친수화제, 항균 및 항곰팡이제가 혼합된 바인더 혼합물 2.5~7.5중량%, 골재 92.5~97.5중량%로 이루어진 상부표층 혼합물이 포설되어 적층되는 상부표층;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 점토성 응집제는 스맥타이트, 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 헥토라이트 중에서 선택된 어느 하나를 사용하며, 상기 알칼리제는 석회고토에 가성소다를 9:1의 비율로 혼합 후 물에 희석하여 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기 상부표층 혼합물은 바이오 가요성 섬유소 50~60중량%, pH 조절제 15~25중량%, 친수화제 15~25중량%, 항균 및 항곰팡이제 0.1~1중량%로 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 바이오 가요성 섬유소는 왕겨, 질경이, 고구마 중 어느 하나에서 추출한 식이섬유소인 것을 특징으로 한다.

상기 pH 조절제는 소석회, 생석회, 석회석, 석회고토, 부산소석회, 부산석회, 패화석, 경소석회, 경소백운석회 중에서 선택된 어느 하나의 석회류인 것을 특징으로 한다.

상기 친수화제는 베이킹파우더, 베이킹소다, 무수 탄산나트륨 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 항균 및 항곰팡이제는 피톤치드액 또는 로진인 것을 특징으로 한다.

상기 상부표층의 상부에 멀칭재가 더 포설되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재의 시공방법은

노상면을 고르게 다짐 후, 입도 13~25mm의 골재를 깔아 다짐하여 기층을 형성하는 단계;

입도 5~10mm의 잔골재, 5mesh체를 통과한 마사토, 200mesh체로 미분을 제거한 천연모래 중 어느 하나 이상 혼합된 혼합골재 표면에 소량의 물을 분사 후 점토성 응집제를 수분이 함유된 혼합골재에 혼합하여 골재 혼합물을 준비하는 단계;

석회고토와 가성소다를 물에 용해시킨 알칼리제제가 점토성 응집제가 혼합된 골재 혼합물에 골고루 스며들도록 미분사하여 보조기층 혼합물 제조하는 단계;

상기 보조기층 혼합물을 상기 기층의 상부에 40~50mm의 두께로 고르게 포설하여 보조기층을 형성하는 단계;

5mesh체를 통과한 마사토와 200mesh체로 미분을 제거한 천연모래를 혼합하여 상부표층용 골재를 준비하는 단계;

가요성 섬유소, pH 조절제, 친수화제, 항균 및 항곰팡이제를 혼합하여 바인더 혼합물을 준비하는 단계;

상기 준비된 상부표층용 골재와 바인더 혼합물을 고르게 혼합시킨 후 적정량의 물을 투입하여 상부표층 혼합물을 제조하는 단계;

상기 상부표층 혼합물을 상기 보조기층의 상부에 20~70mm의 두께로 고르게 포설하여 상부표층을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 포장재는 기층, 보조기층, 상부표층으로 구분되며, 상세하게는 13mm 이상의 잡석 다짐을 통하여 지반의 침하, 유실, 변형을 최소한으로 억제하기 위한 기층과 상부표층의 미세입자들 및 모래의 유실을 방지하고, 상부 표층부에 대한 지지력과 지하로부터의 유입되는 수분에 의해 골재와 모래 및 자기복원성 바이오 섬유소의 응집체가 붕괴되는 것을 억제하기 위한 부분적 방수층을 형성하는 보조기층과 가요성의 섬유소를 바인더로서 사용하기 때문에 포장재에 신축성이 부여되며, 물 빠짐이 좋고 비산먼지가 적으며, 자기복원 능력에 의해서 포장재의 기능을 장시간 유지하는 것이 가능하고, 보수에 의해서 초기 포장재의 기능으로 용이하게 회복 가능한 특성을 지니는 상부표층으로 구성된다.

상기 보조기층은 골재와 응집제 및 알칼리제로 구성되며, 상부표층의 골재의 구성에 비하여 넓은 범위의 골재를 사용할 수 있으며, 0.075mm 이하의 미분은 제거하고 사용하는 것이 바람직하다. 골재에 포함된 다량의 미분은 응집을 위해서 투입하는 응집제 혼합물의 응집기능을 저하시키는 문제가 있기 때문이다.

바람직한 골재의 입도는 특별히 제한하지는 않으나 상세하게는 5~10mm천연 골재를 상부층에 사용하는 물로 1회 세척하여 미분을 제거한 세척 마사토에 혼합하여 사용하는 것이다. 이때 마사토는 5mesh 체로 굵은 골재입자를 분리한 후 세척하여 물에 부유하는 미분을 제거하고 사용한다. 200mesh 이하의 미분이 다량으로 존재하게 되면 사용하는 응집체가 미분과 뒤섞여서 응집성이 떨어지는 문제가 발생하게 된다.

보조기층에 사용될 수 있는 응집제는 친수성능이 있는 점토류로서 스맥타이트 혹은 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 헥토라이트 등이며, 이러한 응집제는 수팽윤성, 수분산성, 양이온교환능력 및 유무기 복합체 형성능이 우수하여 공업적인 겔화제로 그 이용이 많다. 또한 이러한 점토류의 친수화제는 딕스트로피 현상을 발현하는 것으로 언급된 점토 등을 제외한 다른 종류의 토양들은 원활한 역할을 기대하기 어렵다.

이러한 응집제는 응집대상이 되는 골재의 입자에 결합 시키는데 도움을 줄 수 있고 다른 유익한 효과를 가질 수 있다. 앞서 언급한 딕스트로틱 특성은 점토를 계속해서 물에 뭉개어 이기면 강도가 저하하면서 콜로이드화 하지만, 그대로 방치하면 재결합되어 굳어지는 현상이며, 이것에 수분을 가한 후, 혼합하거나 진동 등의 물리적 에너지를 부여하면 유동성을 나타내어 콜로이드 형태로 변화하는 특징을 말한다.

앞서 제한하여 언급한 점토는 이러한 성질을 띠는 특수한 원료이다.

이러한 점토는 친수화제재이면서 응집제로서 사용할 수 가 있는데, 그 예가 벤토나이트이다. 벤토나이트는 Geosynthesis 분야에서 널리 사용되고 있는 대표적인 방수성의 친수화제재이다.

친수화제재는 발명의 혼합물에 사용할 수가 있는데, 친수화제는 상부표층에서는 베이킹 소다와 같은 화학적 영향력을 발현할 수 있는 제재를 사용하는 것이 바람직하고, 보조기층에서는 점토와 같이 응집성과 친수성, 방수성을 동시에 겸비한 제재를 사용하는 것이 바람직하며, 보조기층에서는 상부표층에서 투수된 빗물을 지하로 2차적으로 이동시키는 통로가 필요로 되며, 빗물의 이동과 함께 원료의 유실 등이 발생될 수 있기 때문에 골재와 골재를 응집하고 있는 접합부에는 부분적 방수가 필요로 된다.

이러한 점토류의 응집성 등의 여러 가지 기능은 투수에 의한 유실방지와 상부표층의 폭우 등에 유실, 골패임 등의 현상이 하부층으로 확대하는 것을 억제하는 효과를 기대할 수 있다.

또한 보조기층에 사용하는 알칼리제재는 점토의 윤활성을 높임과 동시에 하부층의 식물 씨앗의 발아를 억제하고 상부표층의 알칼리도와 균형을 맞추기 위한 것이며, 사용하는 제재는 특별히 제한하지는 않는다. 수용성 알칼리 화합물로서 수산기가 붙은 물질들이 사용될 수 있다.

본 발명에서는 석회고토에 가성소다를 9:1의 비율로 혼합한 것을 물에 희석한 액을 사용하였으며, 분말로 사용하게 되면 상대적으로 서방성이기 때문에 점토의 윤활성 증진에 시간이 소요되므로 혼합을 위해서 사용한 물에 용해하여 사용하였다.

본 발명의 보조기층 혼합물은 선별된 부순 잔골재, 그리고 천연 마사토를 세척하여 분을 걸러 마사토, 미분을 제거한 천연모래로된 혼합골재 원료나 석분들을 정제한 골재 95 내지 98.5중량%, 벤토나이트, 스맥타이트, 헥토라이트, 몬모릴로 나이트 등의 수팽윤성이 뛰어나고 딕소트로틱 특성을 나타내는 점토 응집제를 1 내지 4 중량%를 건조 상태로 혼합하고, 알칼리제제를 점토응집제 100중량부에 대해서 0.5 내지 3 중량부의 범위로 물에 용해하여 사용한다.

상기 상부표층은 골재와 바인더 혼합물로 크게 구분되며, 사용하는 골재는 종류를 제한하지는 않으나 입자의 크기는 제한하여 사용하여야 한다.

골재는 0.075mm 이하의 미분은 제거하고 사용한다. 원료에 다량의 미분이 포함되면 응집을 위해서 투입하는 바인더 혼합물의 응집기능을 저하시키는 문제가 있기 때문이다. 바람직한 골재의 입도는 표준체 5mesh 100% 통과, 35mesh 80-90% 잔류, 200mesh 하에서는 95% 이상이 잔류되는 특징이 있는 골재를 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 광산에서 쇄석 채광할 때 생산되는 석분을 5mesh와 200mesh 로 분리하여 굵은 골재와 미분을 제거한 후 사용하는 것과 천연의 마사토를 물로 1회 세척하여 분을 제거하여 사용하는 것이다. 이때 마사토는 5mesh 체로 걸러서 통과되는 것을 세척하여 사용한다. 5mesh 이상의 굵은 골재가 사용하게 되면 거친 골재가 포장면의 표면에 존재하거나 운동이나 가벼운 조깅 시 넘어졌을 때 피부를 손상시킬 가능성이 있고, 200mesh 이하의 미분이 다량으로 존재하게 되면 사용하는 바인더 혼합물이 미분을 응집해야하는 문제로 원하는 탄성력과 응집성에 문제가 발생할 수 있으며, 특히 자기 복원능력이 저하되고, 강우시 질척임 등의 보행성에도 문제가 발생하게 된다.

상부표층의 바인더 혼합물은 자기복원성이 있는 바이오 가요성 섬유소와 항 침출성능을 보유한 pH 증가용 석회첨가물과 친수성 첨가제로 베이킹 소다, 및 항균.항곰팡이제로 구성된다. 상부표층의 골재는 92.5 내지 97.5중량%, 바인더 혼합물은 2.5 내지 7.5 중량%를 사용하여야 한다. 상기 바인더 혼합물이 2.5 중량% 미만으로 사용하게 되면, 바인더 내에 가요성 섬유소의 부족으로 탄력성 있는 보행특성과 자기복원능력, 응집력 등이 부족하게 되고, 7.5 중량% 이상을 사용하게 되면 시장경쟁력이 떨어지고, 상대적으로 포장 조성물 내에 가요성 섬유소의 함량이 높아지게 되어 우기나 장마 등의 기후에서 미생물의 번식이나 곰팡이 등이 효과적으로 억제되지 않을 수 있는 문제가 있다. 중요한 것은 많은 양의 바인더 사용은 경제적 측면에 있어서 바람직하지 않다.

자기복원성 바이오 가요성 섬유소에 있어서, 다양한 섬유질의 가요성 제제가 사용될 수 있지만, 바람직한 것은 주변에서 쉽게 얻을 수 있는 가요성 섬유소이다.

가요성 섬유소는 점액성 물질을 함유한다. 즉 가요성 섬유소는 점액성을 갖는 유기 결합제이다.

가요성 섬유소의 대표적인 특징은 자기복원성을 갖는다는 것이다. 가요성의 성질은 섬유소가 물과 접촉하면 섬유소는 응집체(응집대상이 되는 물질) 주변에 네트워크를 형성하여 응집체 입자를 실질적으로 결합시킨다. 혼합물은 후술하는 바와 같이, 물과 혼합 된 후 일정 시간 동안 응집 "경화"된다.

건조 후, 섬유질의 가요성 섬유소는 골재 입자들 사이 및 혼합 입자들 사이에서 일반적으로 유연하고 탄력 있는 결합을 형성하여 경화된다.

결합은 응집형태의 물리적 결합이기 때문에 외력이나 강우 등에 의해서 결합이 저하되기도 하나, 보수 등의 과정을 거치면 재사용이 가능하며, 설명한 바와 같이 "자기복원" 속성을 갖는다.

대표적인 가요성 섬유소는 왕겨로부터 추출한 식이섬유, 질경이로부터 추출한 식이섬유, 고구마로부터 추출한 식이섬유, 그 외의 식물로부터 추출한 바이오 식이섬유 등이 가능하며, 왕겨 추출물의 경우, 쌀을 생산하고 남은 찌꺼기로부터 추출한 것이기 때문에 보다 친환경적이라 할 수 있으며, 질경이 추출물의 경우에는 식량으로 사용되지 않는 식물이라 최근 기근과 기아 발생 등의 심각한 인류문제를 고려하도라도 적당한 원료라 할 수 있을 것이다.

또한 각종 점분 류나 셀룰로우스 등의 원료 등도 가능하며, 특별히 가요성을 나타내는 원료는 제한하지 않는다. 또한 하나 혹은 그 이상을 혼합하여 사용하여도 좋다.

바인더 혼합물 100%중량에 대해, 상기 바이오 가요성 섬유소는 약 30중량% 내지 약 60.0 중량 % 범위로 하며, 바인더의 약 50중량 % 내지 약 60중량 %를 구성하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 범위를 벗어나는 혼합량에서는 원하는 물리적 특성을 얻는 것이 어렵다. 바이오 가요성 섬유소가 50중량 % 이내로 사용되면 포장재의 탄력성이 떨어지게 되어 하드한 면을 구성하게 되고, 가요성 섬유소가 60 중량 %를 넘게 되면 경제성이 떨어지는 문제와 더불어 과량의 유기섬유질의 포함으로 곰팡이 균등의 서식을 효과적으로 억제할 수 없는 문제가 있다.

본 발명에 있어서 pH 증가용 석회첨가물인 pH 조절제는 상기 바인더 혼합물 100중량%에 대해서 10중량 % 내지 약 30중량 % 범위로 첨가하는 것이 좋다.

더욱 바람직하게는 pH 조절제를 바인더 혼합물의 약 15중량 % 내지 약 25중량 %로 사용하는 것이다.

석회류는 소석회, 석회석, 석회고토, 부산소석회, 부산석회, 패화석, 경소석회, 경소백운석회가 가능하며, 특별히 제한하지는 않으며, 칼슘을 주요한 구성물질로 하는 인공 화합물도 가능하다. 바람직하게는 pH를 상승시키는 작용제로서 석회고토비료를 단독으로 사용하거나, 석회고토비료와 생석회를 9:1의 비율로 혼합하여 사용하거나 석회고토비료와 경소백운석회를 같은 비율로 혼합하여 사용하여도 좋다. 석회고토비료에 하나 또는 그 이상의 석회 물질을 혼합하여 사용하여도 좋다.

단독 혹은 혼합된 석회혼합물은 이하 석회로 명명하여 표기하기로 한다.

석회는 pH 증가용으로 사용하는데, 상부표층에 사용된 가요성 섬유소로부터 형성된 겔이 용해되는 것을 억제하면서 강도를 증가시킨다.

또한 해당 석회는 산성토양의 중성화를 유도할 뿐만 아니라 토양중의 중금속을 흡수 분해하는 성능이 있는 것으로 잘 알려져 농업에서 유용하게 쓰이고 있는 비료의 하나이다. 석회의 첨가로 인한 상대적으로 높은 pH는 점액질 겔의 강도를 증가시키는 유익한 효과를 갖는다. pH의 증가는 석회에 대한 하나 이상의 대안을 추가함으로써 야기 될 수도 있다. pH 증가를 위해 사용하는 석회는 재료를 한정하는 것은 아니다.

석회를 사용하지 않았을 경우, 골재 및 모래, 가요성 섬유소의 혼합물은 약 5.0 내지 약 8.0의 초기 pH를 갖는다. 석회의 첨가로, 혼합물의 pH는 약 9.0 내지 약 12.0으로 상승된다.

상기 서술한 바에 따르면, 석회에 의한 pH의 상승 때문에, 석회는 동시에 3 가지 상이한 메커니즘을 통해 3 가지 유사한 이로운 효과를 갖는 것을 기대 할 수 있다. 첫째, 석회의 구성 이온에 의한 pH 상승, 이것으로부터 석회가 제초기능을 담당한다. 이것은 상대적으로 높은 pH의 석회가 잡초와 곰팡이의 생장을 억제한다. 두 번째로, 혼합물에서 석회가 물과 접촉되면, 석회의 일정 비율이 ( Ca(OH)₂)와 같은 형태로 전환되어 예로부터 사용되어 왔던 강회와 같이 결합재 역할을 하게 된다. 골재와 모래 입자의 결합에 도움이 되는 접합 화합물을 형성하는 것이며, 또한, 상기 서술한 바와 같이, pH를 증가시키는 것은 또한 가요성 섬유소에 의해 형성된 겔의 강도를 증가시키는 놀라운 효과를 갖는다. 이러한 방식으로, 석회는 항 침출제로서 기능한다. 마지막으로, 석회에서 나오는 상대적으로 높은 pH는 또한 가요성 섬유소의 미생물 부패를 감소시킨다. 석회는 유기물의 생분해를 현저하게 늦추는 경향이 있다. 상기 석회의 첨가량이 해당범위를 벗어나는 경우, 언급한 기대효과가 급격하게 떨어지는 문제가 있다.

그러나 석회가 많은 유익한 효과를 가지지만, 소수성을 띠기 때문에 가요성 섬유소로의 수분유입에 의한 겔화를 방해할 수가 있다. 그렇기 때문에 친수성을 띠는 친수화제의 도입이 필요하며, 친수화제는 약 10중량 % 내지 약 30중량 %의 범위로 첨가할 수 있다. 바람직한 사용량은 15중량% 내지 25중량 %를 사용하는 것이다.

다양한 친수성 제제가 사용될 수 있지만, 바람직한 친수성 제제는 무수탄산나트륨, 베이킹파우더, 베이킹 소다이다.

바람직하게는, 친수화제는 무수 탄산나트륨을 사용하는 것이다. 상기 친수화제의 사용 범위를 벗어난 사용량에서는 바인더 혼합물의 물성이 저하하는 문제가 있을 수 있다.

항균 및 항 곰팡이제의 사용은 특별히 제한하지는 않으나 식물로부터 추출된 피톤치드 액이나 로진 등과 같은 것을 사용할 수가 있다.

바람직하게는 피톤치드를 사용하는 것이며, 피톤치드는 가요성 섬유소에 첨가하는 액에 희석하여 사용하는 것이 좋다. 피톤치드의 사용량은 바인더 혼합물에 대해서 0.1중량% 내지 1중량% 이며, 피톤치드의 사용량은 경제적인 측면에서 해당범위로 사용하는 것이 바람직하다. 피톤치드는 특별히 제한하지는 않으며, 유사한 특성을 발현하는 것을 사용할 수가 있다.

상기 서술한 바에 따르면, 본 발명의 보조기층 혼합물은 천연의 마사토를 세척하여 분을 걸러낸 골재 원료나 석분들을 정제한 골재 95 내지 98.5중량%, 벤토나이트, 스맥타이트, 헥토라이트, 몬모릴로 나이트 등의 수팽윤성이 뛰어나고 딕소트로틱 특성을 나타내는 점토 응집제를 1 내지 4중량%를 건조상태로 혼합하고, 석회고토에 가성소다를 혼합한 알칼리제를 점토응집제 100중량부에 대해서 0.5 내지 3 중량부의 범위로 첨가하며, 물에 용해하여 사용한다.

상기 상부표층 혼합물은 골재가 약 92.5 내지 약 97.5 중량%, 자기복원성 바이오 섬유질 바인더 혼합물이 2.5 내지 7.5중량%를 포함한다는 것을 알 수 있다. 바인더 혼합물에는 또한 약 0.3중량 % 내지 약 2.5중량 %의 바이오 섬유질 가요성 제재를 포함한다. 혼합물에는 또한 pH 상승제재 (바람직하게는 석회고토) 약 0.1 내지 약 2.5 중량 %를 포함한다. 또한, 혼합물에는 약 0.1중량 % 내지 약 2.5중량 %의 친수성제제 (바람직하게는 소다회)를 포함한다. 석회류가 아닌 다른 하나 이상의 다른 pH 상승제를 사용할 수 있다. 또한, 혼합물에는 0.1 내지 0.5중량%의 항균, 항곰팡제를 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재의 시공방법에 대해 설명한다.

[실시예 1]

1) 노상면을 잘 고르고, 13~25mm 잡석을 10톤 롤러로 설계된 성형강도를 발현하도록 자중 다짐하여 기층을 설치하는 단계;

2) 상기 설치된 기층 위에는 보조기층 혼합물을 설치하되, 5-10mm로 시판되고 있는 골재에 천연의 마사토를 5mesh체로 굵은 골재를 걸러내고, 200mesh체로 미분을 제거한 골재와 혼합하는 단계;

3) 혼합된 골재를 95중량%로 계량하고 미스트와 같이 작은 입자의 형태로 물을 분사하여 골재표면을 적시는 단계;

4) 천연의 벤토나이트 4.5중량%를 수분이 함유되어 있는 골재에 투입하여 골재표면과 골재와 골재사이에 위치시키는 단계;

5) 알칼리제재로 석회고토와 가성소다를 9:1의 비율로 혼합한 과립이 점토 응집제 100 중량부에 대해서 1중량부가 되도록 칭량하여 물에 용해하는 단계;

6) 상기 용해된 알칼리제를 골재의 입자표면과 사이에 위치된 점토 응집제와 혼합되도록 미분사하여 알칼리제가 골고루 스며들도록 하는 단계;

7) 상기 균일하게 혼합된 혼합물을 포설하는 단계;

8) 포설된 보조기층의 원료를 1톤 롤러를 이용하여 진동없이 다짐하는 단계로 보조기층을 두께 50mm로 설치한다.

9) 천연의 마사토를 5mesh체로 굵은 골재를 걸러내고, 200mesh체로 미분을 제거한 골재를 준비하는 단계;

10) 바인더 혼합물를 제조하는 것으로, 자기복원성능의 가요성 섬유질 바인더 50 중량%와 석회고토와 소석회를 9:1의 비율로 혼합한 혼합물을 30중량%, 무수의 탄산수소나트륨 20중량%로 혼합하는 단계;

11) 9)단계에서 준비된 골재 97중량%와 자기복원성 가요성 바이오 바인더 2.5중량%, 피톤치드 0.5중량%를 혼합하는 단계;

12) 앞 단계에서 혼합한 혼합물에 물을 공급하는 단계;(물의 사용량은 다짐시 롤러나 콤팩터에 달라붙지 않아야 한다.)

13) 물이 충분히 공급된 상부표층 혼합물을 보조기층 상부에 포설하는 단계;

14) 상기 포설된 상부표층을 컴팩터로 1차 다짐하는 단계;

15) 1차 다짐된 포장면을 1톤 다짐롤러로 평탄화 및 충진화 하는 단계로 상부표층을 두께 50mm로 시공한다.

16) 다짐이 완료된 포장면위에 미분사 수분을 공급하는 단계로 포장재의 시공을 완료한다.

상기 실시예 1에 따라서 실시된 포장재의 상부표층 혼합물은 물리적 특성을 확인하기 위하여 φ100×200mm 공시체를 제작하였으며, 다짐봉과 래머(2.5kg)를 이용하여 25회씩 3층 다짐을 진행하였다. 완성된 공시체의 밀도는 2.12g/cm3이었으며, 건조후의 압축강도는 0.5MPa을 나타내었다. 이는 사용된 결합용 바인더가 단단하게 체결하는 형태가 아님을 확인할 수가 있는 결과이다.

또한 바인더의 수저항성을 확인하기 위하여 미끄러짐 저항성 시험용 공시체에 충진 다짐하여 150mm×90mm×50mm의 크기로 제작하였으며, 건조기 양생을 통하여 바인더의 고결화를 진행하였다.

완성된 시험체는 24시간 동안 수조에 넣고 시험체의 무게 변화를 측정하였다. 그 결과 초기 1.430kg에서 1.299kg으로 약 9% 감소하였다. 또한 공시체가 함침되어 있던 물의 pH는 9.7로 본 발명의 목적에 맞는 pH 값을 나타냄을 알 수가 있었다.

또한 수 저항성 공시체와 동일한 크기로 제작된 공시체는 항온항습기를 이용하여 습도 90%하에 48시간 도출시킨 결과. 곰팡이의 발생이 없었으므로 항곰팡이제의 역할이 잘 작동하고 있음을 알 수가 있다.

또한 동일한 공시체를 이용하여 제작된 시험편과 할로겐 램프를 이용하여 축열성능을 시험하였다.

시험편과 램프간의 거리는 300mm, 램프의 온도는 60℃로 설정하였으며, 30분 조사 후, 10분간 꺼지는 형태로 12회 반복하여 표면의 온도를 적외선램프 온도측정기를 이용하여 측정하였다.

반복 실험 이전에 시험편은 표면이 젖을 정도의 수분을 가한 후에 축열성능을 조사하였다. 축열성능은 낮을수록 차열효과 좋은 것으로 판단한다.

비교예로서는 시멘트 콘크리트 포장재를 비교실험하였다.

비교예의 결과는 하기의 비교예에서 언급하였다. 축열시험을 실시한 결과 시험편의 표면온도는 36.7℃임을 확인하였다.

[비교예 1]

실시예 1과 동일하게 시행하되, 바인더 혼합물의 함량을 1.0중량%로 변경하였다. 그 결과 밀도와 압축강도는 유사하였으나, 수저항성 실험에서 공시체는 24시간 함침후에 물속에서 형태가 소멸되었다.

[비교예 2]

실시예 1과 동일하게 시행하되, 바인더의 혼합량을 10중량 %로 변경하였다. 그 결과 밀도는 2.06로 소폭 감소하였으나 수저항성에서는 이상이 없었고, 무게감량은 1391g에서 1291g으로 7.2%정도 감소하였다. 반면에 항균, 항곰팡이 실험결과 표면에 흰색과 노란색상의 곰팡이 균이 관찰되었다.

[비교예 3]

비교예 3은 시멘트 콘크리트의 축열성능을 측정하기 위하여 보통포틀랜드 시멘트와 모래와 골재를 압축강도 21MPa 설계강도 배합조건에 따라 실시한 것이다. 배합조건은 보통포틀랜드 시멘트 10중량%, 고로슬래그+플라이 애시 4.3중량%, 자연사 20중량%, 순환잔골재 21.1중량%, 굵은 골재 44.6 중량%의 고체물질의 혼합물에 PC계 감수제를 시멘트와 고로슬래그+플라이 애시의 총합량 대비 1.5중량%를 추가로 첨가(고체 총 질량에 포함되지 않음)하고 물은 시멘트와 고로슬래그+플라이 애시의 총합량 대비 56중량%를 투입한 후, 믹서기에서 충분히 혼합한 것을 축열실험을 위해 준비하였던 실시예 1의 시험편과 동일하게 제조하였다. 28일 재령을 거친 시험편은 실시예 1의 축열시험 방법과 동일한 방법으로 축열시험을 진행하였다. 그 결과 시험편의 표면온도는 47.5℃를 나타내었다.

이와 같이, 본 발명에 의한 바이오 섬유질 바인더를 이용하여 제조한 포장재는 시멘트 사용을 하지 않음으로 인하여 시멘트 생산 시에 발생되는 CO2 가스의 방출을 억제하여 대기오염을 줄일 수 있고, 시멘트 독성인 Cr6+ 등의 발생을 원천적으로 봉쇄할 수 있으며, 환경오염을 유발하지 않고, 강우시 수질내의 P, Pb 등과 같은 유해물질의 유출이 전혀 없으며, 바이오매스 원료와 천연의 흙 소재를 활용한 포장재이기 때문에 공원, 산책로, 학교 운동장 등의 생활환경과 밀접한 조경 조성에 효과적이며, 강우시 우수한 투수성을 통하여 빗물을 빠르게 지하로 이동시키며, 자기복원성능으로 쾌적한 보행성을 이용자들에게 제공할 수 있는 장점이 있다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명이 비록 한정된 실시 예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.

Claims (9)

1. 부순 굵은골재 또는 천연골재로된 골재군이 포설되어 형성되는 기층;
   상기 기층 상부에 부순 잔골재, 마사토, 천연모래 중에서 선택된 어느 하나 이상의 혼합골재 95~98.5중량%, 점토성 응집제 1~4중량%, 알칼리제 0.5~3중량%로 이루어진 보조기층 혼합물이 포설되어 적층되는 보조기층;
   상기 보조기층 상부에 바이오 가요성 섬유소, pH 조절제, 친수화제, 항균 및 항곰팡이제가 혼합된 바인더 혼합물 2.5~7.5중량%, 골재 92.5~97.5중량%로 이루어진 상부표층 혼합물이 포설되어 적층되는 상부표층;으로 이루어지며,
   상기 점토성 응집제는 스맥타이트, 몬모릴로나이트, 헥토라이트 중에서 선택된 어느 하나를 사용하며,
   상기 알칼리제는 석회고토에 가성소다를 9:1의 비율로 혼합 후 물에 희석하여 사용되고,
   상기 바이오 가요성 섬유소는 질경이, 고구마 중 어느 하나에서 추출한 식이섬유소이며,
   상기 pH 조절제는 생석회, 석회석, 석회고토, 부산소석회, 부산석회, 패화석, 경소석회, 경소백운석회 중에서 선택된 어느 하나의 석회류이고,
   상기 친수화제는 베이킹파우더, 베이킹소다, 무수 탄산나트륨 중에서 선택된 어느 하나이며,
   상기 항균 및 항곰팡이제는 로진인 것을 특징으로 하는 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 바인더 혼합물은 바이오 가요성 섬유소 50~60중량%, pH 조절제 15~25중량%, 친수화제 15~25중량%, 항균 및 항곰팡이제 0.1~1중량%로 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 상부표층의 상부에 멀칭재가 더 포설되는 것을 특징으로 하는 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재.
9. 청구항 1, 3, 8항 중에서 선택된 어느 하나의 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재의 시공방법에 있어서,
   노상면을 고르게 다짐 후, 입도 13~25mm의 골재를 깔아 다짐하여 기층을 형성하는 단계;
   입도 5~10mm의 잔골재, 5mesh체를 통과한 마사토, 200mesh체로 미분을 제거한 천연모래 중 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 표면에 소량의 물을 분사 후 점토성 응집제를 수분이 함유된 혼합골재에 혼합하여 골재 혼합물을 준비하는 단계;
   석회고토와 가성소다를 물에 용해시킨 알칼리제제가 점토성 응집제가 혼합된 골재 혼합물에 골고루 스며들도록 미분사하여 보조기층 혼합물 제조하는 단계;
   상기 보조기층 혼합물을 상기 기층의 상부에 40~50mm의 두께로 고르게 포설하여 보조기층을 형성하는 단계;
   5mesh체를 통과한 마사토와 200mesh체로 미분을 제거한 천연모래를 혼합하여 상부표층용 골재를 준비하는 단계;
   바이오 가요성 섬유소, pH 조절제, 친수화제, 항균 및 항곰팡이제를 혼합하여 바인더 혼합물을 준비하는 단계;
   상기 준비된 상부표층용 골재와 바인더 혼합물을 고르게 혼합시킨 후 적정량의 물을 투입하여 상부표층 혼합물을 제조하는 단계;
   상기 상부표층 혼합물을 상기 보조기층의 상부에 20~70mm의 두께로 고르게 포설하여 상부표층을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기복원성 바이오 섬유질 바인더를 이용한 친환경 포장재의 시공방법.

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