KR102237837B1 - 바이오폴리머-함유 젤 바 및 이를 이용하는 토양의 침식 저항 증진 시공 방법 - Google Patents

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Abstract

토양의 침식(erosion)에 대한 저항성을 증진시키기 위한 친환경 처리 방법으로, 바이오폴리머-함유 젤 바, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바의 제조 방법, 및 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 이용하는 토양의 침식 저항 증진 시공 방법에 관한 것이다.

Description

바이오폴리머-함유 젤 바 및 이를 이용하는 토양의 침식 저항 증진 시공 방법{BIOPOLYMER-CONTAINING GEL BAR, PRODUCING METHOD OF THE SAME, AND CONSTRUCTION METHOD FOR SOIL EROSION RESISTANCE IMPROVEMENT USING THE SAME}
본원은, 바이오폴리머-함유 젤 바(gel bar), 상기 바이오폴리머-함유 젤 바의 제조 방법, 및 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 이용하는 토양의 침식 저항 증진 시공 방법에 관한 것이다.
흙의 지반공학적 구성, 엄밀히 말하면 입도분포, 함수비, 유기질 함량은 흙의 침식에 직접적인 영향을 미친다. 오늘날 토양의 침식이 중요한 환경 문제로 대두됨은 토양의 침식이 사막화 및 기후 변화와 직·간접적인 영향이 있기 때문이다. 현재 토양 침식에 의한 사막화는 전세계 육지의 1/3에서 진행 중이며, 매년 1천 2백만 ha의 새로운 사막을 생성하며 그 영역을 확대하고 있다. 토양의 침식은 생태계 교란뿐만 아니라 농경지의 생산력 저하를 초래하기 때문에 이를 저감 또는 억제할 수 있는 기술 개발이 시급한 실정이다.
통상의 토양 침식 억제 방법은 토양 표면에 망(mesh 또는 net) 등을 설치하여 침식을 유발하는 외부 요인(물 또는 바람)을 차단하는 방법이 주로 제안되어 있다. 하지만 이런 외부 설치 구조물은 그 성능이 한시적일 뿐만 아니라, 비용 소모가 많은 한계가 있다. 따라서 최근에는 토양을 개량하여 침식에 대한 저항력을 높이고자 하는 기술들이 제안되고 있다 [미국특허 제4663067호; 미국특허 제5860770호; 미국특허 제7407993호]. 그러나 상기의 기술들은 화학계열 제품을 주입 또는 살포하는 방법에 의존하고 있어서 환경친화적 관점과는 상이한 기술들이다. 토양 침식은 1 차적으로 표층의 생태계 파괴 및 난개발(화전 또는 방목)에 따른 부작용의 성격이 강하다. 따라서 효과적인 토양 침식 억제를 위해서는 토양의 생태환경을 복원시켜야 한다.
본원은, 토양 침식 방지용 바이오폴리머-함유 젤 바(gel bar), 상기 바이오폴리머-함유 젤 바의 제조 방법, 및 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 이용하는 토양의 침식 저항 증진 시공 방법에 관한 것이다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 기술한 과제로 제한되지 않으며, 기술되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 바이오폴리머를 함유하는, 토양 침식 방지용 바이오폴리머-함유 젤 바(gel bar)를 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 바이오폴리머 및 용매를 혼합한 후 가열하거나 또는 80℃ 이상의 용매에 바이오폴리머를 용해시켜 바이오폴리머-함유 용액을 수득하고; 및 상기 바이오폴리머-함유 용액을 냉각시켜 바이오폴리머-함유 젤 바(gel bar)를 수득하는 것을 포함하는, 토양 침식 방지용 바이오폴리머-함유 젤 바의 제조 방법을 제공한다.
본원의 제 3 측면은, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바를 토양에 주입하는 것을 포함하는, 토양의 침식 저항 증진 시공 방법을 제공한다.
본원의 제 4 측면은, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바에 열을 가하여 액체화 시킨 용액을 흙과 교반한 후 온도 및/또는 pH 감소에 따라 경화시켜 형성된 흙-바이오폴리머 혼합토를 토양의 침식 저항 증진을 위해 이용하는 것을 포함하는, 토양의 침식 저항 증진 시공 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 종래의 망(mesh 또는 net)을 이용한 침식 요인 차단 또는 화학계열 약액 주입 방법에 의존하지 않고, 바이오폴리머를 이용하는 환경친화적인 토양 침식 방지용 건축 재료 또는 부재를 제공할 수 있다.
바이오폴리머는 친환경 재료로써 많은 분야에 적용가능 하지만 적용하고자 하는 환경의 상태나 작업자의 숙련도에 따라 최적의 상태를 구현하기 어려움이 있다. 그러나, 본원에서 제공하는 토양 침식 방지용 건축 재료 또는 부재, 구체적으로, 표준 혼합비를 가지는 젤 바(gel bar) 형태의 재료를 적용하면 누구나 용이하게 작업이 가능하다. 이는, 고농도의 젤 바 형태는 고온의 상태가 되면 액상화되므로 현장에서 손 쉽게 물과 섞어 원하는 농도의 수용액을 만들 수 있기 때문이며, 따라서 수용액을 만드는 과정에서의 많은 시간이 소요되는 점과 숙련도의 문제 또한 해결 가능한 장점이 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 바이오폴리머(biopolymer)를 이용하는 토양의 침식 저항 증강 시공 방법은 토양의 초기 안정화뿐만 아니라 중ㆍ장기 침식 억제에 탁월한 효과가 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 바이오폴리머를 이용하는 토양의 침식 저항 증진 시공 방법은 토양 보존 분야, 대형 건설 현장, 하천 및 수변 공간의 제방 조성, 도로 및 철도 성토층의 안정화, 대규모 농지 조성, 사막화 방지 등 다양한 분야에 효과적으로 사용될 수 있다.
도 1은, 본원의 일 구현예에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바의 모형을 나타낸 그림이다.
도 2는, 본원의 일 구현예에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.
도 3은, 본원의 일 구현예에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바를 토양의 표면에 살포한 것을 나타내는 모식도이다.
도 4는, 본원의 일 구현예에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바를 주입장치를 이용하여 토양 내에 주입하는 것을 나타내는 모식도이다.
도 5는, 본원의 일 구현예에 따른 흙-바이오폴리머 혼합토의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.
도 6a 및 도 6b는, 본원의 일 구현예에 따른 흙-바이오폴리머 혼합토를 사면에 도포한 예이다.
도 7은, 본원의 일 실시예에 따른 흙-바이오폴리머 혼합토가 식생 매트로써 적용된 예를 나타내는 사진이다.
도 8은, 본원의 일 구현예에 따른 열처리를 통한 바이오폴리머 처리 공정을 나타낸 것이다.
도 9는, 본원의 일 실시예에 따른 바이오폴리머 처리 토양(황토)의 강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은, 본원의 일 실시예에 따른 바이오폴리머 처리 토양(모래)의 강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은, 본원의 일 실시예에 따른 바이오폴리머 처리 토양의 급속 냉각 및 수중양생 조건 처리 방법을 나타낸 것이다.
도 12는, 본원의 일 실시예에 따른 바이오폴리머 처리 토양의 급속 냉각 및 수중양생 조건에서의 강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은, 본원의 일 구현예에 따른 열적 겔화 바이오폴리머를 이용한 친환경 흙 건축 재료 제작 방법에 대한 개념도를 나타낸 것이다.
도 14는, 본원의 일 구현예에 따른 열적 겔화 바이오폴리머를 이용한 지반 처리 방법에 대한 개념도를 나타낸 것이다.
도 15는, 본원의 일 실시예에 따른 다양한 형태의 바이오폴리머 젤 바를 나타내는 사진이다.
도 16은, 본원의 일 실시예에 따른 흙-바이오폴리머 혼합토의 다양한 상태를 나타내는 사진이다.
도 17은, 본원의 일 실시예에 따른 흙-바이오폴리머 혼합토의 전단 강도평가 결과 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "화학적 결합" 또는 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 용어 "양이온계 수용액"은, 양이온을 포함하는 수용액을 의미하는 것으로서, 예를 들어, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 이온을 함유하는 수용액을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 알칼리 금속은 1 가의 양이온을 제공할 수 있는, Li, Na, K, Rb, 및 Cs으로 이루어진 1 족 금속을 포함하고, 상기 알칼리 토금속은 2 가의 양이온을 제공할 수 있는, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, 및 Ra으로 이루어진 2 족 금속을 포함한다.
이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 바이오폴리머(biopolymer)를 함유하는, 토양 침식 방지용 바이오폴리머-함유 젤 바(gel bar)를 제공한다. 상기 바이오폴리머-함유 젤 바는 토양의 흙 입자 간 마찰저항, 예를 들어, 흙 입자간 점착력 또는내부 마찰각을 증진시키는 효과를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바는 용매 약 100 중량부에 대하여 상기 바이오폴리머 약 100 중량부 이하를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바는 상기 용매 약 100 중량부에 대하여, 상기 바이오폴리머 약 0.1 중량부 내지 약 100 중량부, 약 10 중량부 내지 약 100 중량부, 약 20 중량부 내지 약 100 중량부, 약 30 중량부 내지 약 100 중량부, 약 40 중량부 내지 약 100 중량부, 약 100 중량부 이하, 약 80 중량부 이하, 약 60 중량부 이하, 약 40 중량부 이하, 약 20 중량부 이하, 약 10 중량부 이하, 약 5 중량부 이하, 또는 약 1 중량부 이하를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기와 같이 다양한 농도를 가지는 바이오폴리머-함유 젤 바를 제조할 수 있으나, 바이오폴리머의 비율이 너무 낮은 경우, 예를 들어, 약 0.1 중량부 미만인 경우, 농도가 옅어 젤이 제대로 형성되지 않을 수 있으며, 반대로 농도가 너무 높은 경우, 예를 들어, 약 100 중량부 초과인 경우, 점성이 커서 단단해지고 젤 성형 및 현장 적용이 난해할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 용매는 물 또는 pH 약 7 이상의 알칼리성 용매를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머는 생물체로부터 생성되는 고분자 물질이라면 제한 없이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 바이오폴리머는 글루코오스(glucose)를 기본 단위(monomer)로서 가지는 물질을 포함하는 것일 수 있고, 크게 다당류(polysaccharide)와 아미노산(amino-acid) 계열로 분류할 수 있으며, 상기 다당류 계열의 바이오폴리머는 그 형상에 따라 고분자 사슬형(high-molecular chains)과 젤화(gelation) 바이오폴리머로 구분할 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 사슬형 바이오폴리머는 베타-1,3/1,6-글루칸(PolycanTM), 알파글루칸, 또는 커들란 (curdlan) 등을 포함할 수 있고, 상기 젤화 바이오폴리머로는 웰란검(wellan gum), 젤란검(gellan gum), 잔탄검(xanthan gum), 아가검(agar gum), 또는 석시노글리칸검(succinoglycan gum) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 아미노산 계열의 바이오폴리머는 키토산(chitosan) 또는 감마피지에이(γPGA) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 바이오폴리머는 카제인(casein) 및/또는 폴리리신(polylysine)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
바이오폴리머는 생물이 생성하는 고분자 물질로 생물체를 구성하는 탄수화물, 지방, 단백질, 핵산과 이들의 복합체 등이 생물체 내에서 합성되어 체외로 분비하는 다양한 종류의 고분자 물질을 일컫는다. 특히, 수용성 또는 불용성 다당류(polysaccharide)들은 10 개 이상의 단당 또는 유도 단당이 글리코시드(glycoside) 결합에 의하여 생성된 고분자로 자연계에 가장 풍부하게 존재하면서 인간에게 유용한 대표적인 바이오폴리머이다. 이들은 화학적 합성고분자와 달리 환경친화적이며, 구조적 특성에서 비롯되는 젤(gel) 형성, 유화 안정능, 표면장력 조절능, 물 흡수능, 접착능, 윤활능, 및 바이오 필름 형성능 등의 기능적 특성으로 인해 각종 산업분야에서 주요 소재로 사용되고 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머는 고온에서는 낮은 점성을 나타내고, 냉각됨에 따라 점성이 증가하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고온은 약 80℃ 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 약 80℃ 미만의 온도에서는 상기 바이오폴리머가 용해될 수는 있으나, 용해 시간이 오래 걸리는 단점이 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머는 pH 약 7 이상의 상태에서는 낮은 점성을 나타내고, pH 값이 약 7 보다 낮아짐에 따라 점성이 증가하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머는 열처리 후 냉각 시 젤(gel)을 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 열처리 후 냉각 시 점성의 증가에 의해 상기 젤이 형성됨으로써 상기 바이오폴리머-함유 젤 바의 구조가 흐트러지지 않고 일정한 형태를 유지할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 냉각은 자연 냉각을 이용하거나, 또는 냉각기 또는 냉매를 이용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 바이오폴리머는 물에 녹는 수용성이며 온도, 함수비, 및 pH의 영향을 받는다. 또한 열적 젤화 현상이 나타나기 때문에 바(bar)형태 제작이 용이하다. 바이오폴리머 수용액의 온도가 높을수록 저점성을 나타내며 온도가 낮을수록 고점성을 나타낸다. 또한 함수비가 높을수록 젤 바의 탄성도가 낮으며 함수비가 낮을수록 젤 바의 탄성도는 높아진다. 열적 젤화를 거친 바이오폴리머는 한번 조성되고 나서 끝나는 것이 아니라, 온도를 가해주면 다시 점성이 낮아져서 토양과의 재성형이 가능하며, 냉각되면서 다시 굳어지는 조건부 가역성이 있어 반복성이 우수하고, 재사용할 수 있는 장점이 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바는 성형성을 갖는 것이며, 구체적으로, 성형이 용이하여 원하는 크기와 모양에 따라 성형이 가능하며, 현장 여건에 맞게 제작이 가능하며 원하는 공간에 저장도 용이하다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바는 표준화된 다양한 농도를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머를 현장에서 응용시 적용하고자 하는 재료와의 혼합비가 중요한데, 본원에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바는, 젤 바 형태로 되어 있기 때문에 무게에 따른 손쉬운 투입이 가능하다.
또한, 시공 현장에서 고농축의 바이오폴리머-함유 용액을 만들기 위해서는 많은 시간과 노력이 투입되지만, 선 제작된 본원에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바를 사용하면 이러한 수고를 상당 부분 감소시킬 뿐만 아니라 현장에서 누구나 손쉽게 적정량을 투입하여 사용이 가능하다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바는 상기한 바와 같은 특성을 이용하여 건축 시공 분야에 활용될 수 있다. 특히, 바이오폴리머를 토양과 혼합해서 단순히 토양만 이용한 흙 건축(벽 또는 기둥 등)보다 높은 강도와 내구성을 확보할 수 있으며, 전통적 방법인 짚(straw) 등을 이용한 방법과 비교하여 유기 재료들의 생분해(degradation)로 인한 기능성 저하 문제를 극복할 수 있고, 화학적 첨가물(석고, 시멘트 등)을 이용한 방법에 비해서 친환경성이 높은 건축 시공이 가능한 장점이 있다. 상기 흙 건축 재료 및 부재는, 예를 들어, 벽체, 바닥제, 벽돌, 블록, 보드, 또는 판넬 등을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 부재는 건축용 부자재를 의미한다.
본원의 일 구현예에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바의 모형을 도 1에 나타내었다.
본원의 제 2 측면은, 바이오폴리머 및 용매를 혼합한 후 가열하거나 또는 약 80℃ 이상의 용매에 바이오폴리머를 용해시켜 바이오폴리머-함유 용액을 수득하고; 및 상기 바이오폴리머-함유 용액을 냉각시켜 바이오폴리머-함유 젤 바(gel bar)를 수득하는 것을 포함하는, 토양 침식 방지용 바이오폴리머-함유 젤 바의 제조 방법을 제공한다. 본 측면에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바에 대하여 본원의 제 1 측면에 대하여 기재된 내용이 모두 적용될 수 있다.
본원의 일 구현에에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 용액은 상기 용매 약 100 중량부에 대하여 상기 바이오폴리머 약 100 중량부 이하를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 바이오폴리머-함유 용액은 상기 용매 약 100 중량부에 대하여, 상기 바이오폴리머 약 0.1 중량부 내지 약 100 중량부, 약 10 중량부 내지 약 100 중량부, 약 20 중량부 내지 약 100 중량부, 약 30 중량부 내지 약 100 중량부, 약 40 중량부 내지 약 100 중량부, 약 100 중량부 이하, 약 80 중량부 이하, 약 60 중량부 이하, 약 40 중량부 이하, 약 20 중량부 이하, 약 10 중량부 이하, 약 5 중량부 이하, 또는 약 1 중량부 이하를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 용매는 물 또는 pH 약 7 이상의 알칼리성 용매를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 원하는 모양 및 크기로 성형하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머는 약 80℃ 이상의 고온의 용매에서 용해시키기가 용이하다. 고온 상태의 조건을 갖추고, 고 함수비에서 가열함으로써 바이오폴리머의 용해도를 높이고, 아울러 수분을 일부 증발 시키면서 바이오폴리머의 농도를 증가시킨다. 원하는 농도 상태에 다다르면 더 이상의 열 전달은 차단하고 바이오폴리머-함유 용액이 열적 젤(gel)화가 될 때까지 냉각시킨다. 상기 바이오폴리머-함유 용액을 냉각시킴으로써 열적 젤화가 되어 굳어지면 원하는 크기와 모양으로 절단하여 보관하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 용액을 냉각시켜 바이오폴리머-함유 젤 바(gel bar)를 수득시, 상기 바이오폴리머-함유 용액의 pH를 약 7 미만으로 조절함으로써 상기 바이오폴리머의 젤화를 촉진시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 pH 값의 감소는 pH 약 5 이하의 산성 수용액을 첨가함으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 측면에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바의 제조방법에 대한 모식도를 도 2에 나타내었다.
본원의 제 3 측면은, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바를 토양에 주입하는 것을 포함하는, 토양의 침식 저항 증진 시공 방법을 제공한다.
본 측면에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바에 대하여 본원의 제 1 측면 및 제 2 측면에 대하여 기재된 내용이 모두 적용될 수 있다.
토양의 침식은 토양의 보유 수분, 입도 분포, 유기물 함량, 및 표면 식생 등의 영향을 받는다. 토양 유실이 심각한 사막의 경우 이 모든 조건들이 열악하다는 점에서 알 수 있듯이 토양의 침식에 대한 저항성을 증진시키기 위해서는 외부 요인 차단 보다는 토양 자체의 성질을 개량시켜야 한다. 이를 위해서는 토양의 보유 수분을 오래 유지하고, 토양 입자 간 결합력(점착력)을 높임과 동시에, 향후 식생이 원활히 생장할 수 있는 친환경적인 방법이 요구된다. 종래의 화학계열 처리 방법들은 1 차적인 토양 강도 증진에만 초점이 맞춰져 있어 영구적인 침식을 억제하기 위한 식생 환경 조성에 대한 고려는 부족한 실정이다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 토양에 주입하는 것은, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 상기 토양의 표면에 살포하는 것; 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 상기 토양과 교반시키는 것; 및/또는 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 장치를 이용하여 상기 토양 내에 주입하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 상기 토양의 표면에 살포한 후 시간이 경과하면 상기 바이오폴리머-함유 젤 바가 토양 내로 침투하게 되며, 이와 관련된 모식도를 도 3에 나타내었다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 토양은 세립질(점토), 조립질(모래), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 상기 토양에 주입한 후, 열처리 또는 화학적 처리를 수행하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 열처리 방법은 열을 직접 가하거나, 가열판을 이용하여 복사열로서 가열하는 방법, 또는 전자파(microwave)를 이용해 물 분자를 활성화시켜 열을 발생시키는 방법을 포함하나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 상기 토양에 주입한 후, 물, 산성 수용액, 및/또는 양이온계 수용액을 살수하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, pH 약 5 이하의 산성 수용액을 살수하여 토양과 혼합된 바이오폴리머-함유 젤 바의 구조를 더 강화시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상온 이상의 따뜻한 물을 살수함으로써, 상기 젤 바가 잘 용해될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 주입 장치를 이용하여 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 토양 내에 주입하는 것을 도 4에 나타내었다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 토양의 침식 저항 증진 시공 방법은, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바에 열을 가하여 액체화 시킨 용액을 토양에 살수하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 상기 토양에 주입한 후, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 양이온을 첨가하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, Na+, K+ 등과 같은 알칼리 금속의 양이온 또는 Ca2+, Mg2+ 등과 같은 알칼리 토금속의 양이온을 첨가하여 바이오폴리머의 추가적 젤화를 유도하여 더 견고한 토양을 조성할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 상기 토양에 주입한 후, pH 약 5 이하의 산성 수용액 또는 양이온계 (cationic) 수용액을 첨가하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 양이온계 수용액은, 예를 들어, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 양이온을 함유하는 수용액을 포함할 수 있다.
본원에 따른 바이오폴리머는 표면이 음전하를 띠고 있기 때문에, 토양에 첨가된 후 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 양이온을 추가하면 토양과의 결합 특성이 더욱 향상될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 토양에 첨가한 후, 토양을 가열 및 냉각하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 4 측면은, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 바이오폴리머-함유 젤 바에 열을 가하여 액체화 시킨 용액을 흙과 교반한 후 온도 및/또는 pH 감소에 따라 경화시켜 형성된 흙-바이오폴리머 혼합토를 토양의 침식 저항 증진을 위해 이용하는 것을 포함하는, 토양의 침식 저항 증진 시공 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 본원에 따른 흙-바이오폴리머 혼합토의 제조 방법의 모식도를 도 5에 나타내었다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 흙-바이오폴리머 혼합토는 상기 흙 약 100 중량부에 대하여 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 약 100 중량부 이하를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 흙-바이오폴리머 혼합토는 상기 흙 약 100 중량부에 대하여, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 약 1 중량부 내지 약 100 중량부, 약 20 중량부 내지 약 100 중량부, 약 40 중량부 내지 약 100 중량부, 약 60 중량부 내지 약 100 중량부, 약 80 중량부 내지 약 100 중량부, 약 10 중량부 내지 약 80 중량부, 또는 약 40 중량부 내지 약 80 중량부를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 가열 시 물을 추가하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 토양의 침식 저항 증진 시공 방법은, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바, 흙, 및 물을 가열 및 혼합한 후 온도 감소(냉각)에 따라 경화시켜 형성된 흙-바이오폴리머 혼합토를 이용하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예이 있어서, 상기 토양의 침식 저항 증진 시공 방법은, 상기 바이오폴리머-함유 젤 바, 흙, 및 물을 가열 및 혼합한 후 pH 값의 감소(pH 약 7 미만)에 따라 경화시켜 형성된 흙-바이오폴리머 혼합토를 이용하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 pH 값의 감소는 pH 약 5 이하의 산성 수용액을 추가함으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.본원에 따른 상기 흙-바이오폴리머 혼합토는 흙, 물, 및 바이오폴리머가 적절한 온도와 함수비로서 혼합된 것이며, 상기 바이오폴리머는 우수한 결속력으로 인해 흙이 안정화되도록 도와주는 역할을 한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 흙은 가열된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 냉각은 자연 냉각 또는 급속 냉각을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 흙, 물, 및 바이오폴리머의 혼합액을 주형에서 경화시켜 원하는 모양과 크기를 가지는 상기 흙-바이오폴리머 혼합토를 제조하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합토는 벽돌 모양, 기둥 모양, 또는 판넬 모양 등의 다양한 모양으로 제조될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 흙-바이오폴리머 혼합토는 토양과의 교반 및/또는 토양에 도포의 방법으로서 시공되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 토양과의 교반은 상기 흙-바이오폴리머 혼합토에 열을 가한 후 토양과 교반하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원에 따른 상기 흙-바이오폴리머 혼합토는 바이오폴리머와 흙이 우수한 결속력을 가짐으로써 기존 흙보다 우수한 안정성을 나타낸다. 또한, 흙-바이오폴리머 혼합토를 사용하면 현장에서 적용 부위에 즉시 시공을 할 수 있으므로 공기를 단축해주는 경제성이 있으며, 누구나 손 쉽게 작업할 수 있고, 친환경 재료들로써 제조되었기 때문에 시공 후 산업 폐기물이 남지 않는 장점이 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 토양의 침식 저항 증진 시공을 위한 상기 혼합토의 이용 시, 상기 혼합토에 추가 열처리를 수행하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 추가 열처리 유무에 따라 상기 혼합토의 용도가 상이할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 추가 열처리를 하지 않은 혼합토는 성토재 또는 충진재로서 사용 가능하며, 추가 열처리를 수행하여 제조된 혼합토는 벽돌, 블록, 또는 흙 포장재 등으로서 사용될 수 있다. 상기 열처리 방법은 열을 직접 가하거나, 가열판을 이용하여 복사열로서 가열하는 방법, 또는 전자파(microwave)를 이용해 물 분자를 활성화시켜 열을 발생시키는 방법을 포함하나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 도포는 상기 흙-바이오폴리머 혼합토에 열을 가한 후, 원하는 곳에 도포 또는 미장을 하기 위해 사용되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 도포 시 상기 혼합토에 열을 가하게 되면 부착력이 증가되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원에 따른 흙-바이오폴리머 혼합토를 사면에 도포한 예를 도 6a 및 도 6b에 나타내었다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 흙-바이오폴리머 혼합토는 친환경 바닥제로서 시공될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 흙-바이오폴리머 혼합토에서 잔디를 키워 식생 매트를 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원에 따른 흙-바이오폴리머 혼합토가 롤잔디로서 적용된 예를 도 7에 나타내었다.
이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
바이오폴리머의 토양 침식 억제 효과를 검증하기 위해 다양한 실내 실험을 수행하였다. 본 실시예에서는, 열적 젤화(gelation) 바이오폴리머로서 순수 분말 상태의 아가검(agar gum; Samchun Pure Chemical, CAS 9002-18-0) 및 젤란검(gellan gum; Sigma-Aldrich, CAS 71010-52-1)을 사용하였다.
실시예 1: 바이오폴리머 -함유 젤 바의 제조
고온(80℃ 이상)의 증류수에 바이오폴리머인 젤란검을 40 중량부(수용액 총 중량 대비)를 혼합하여 고점성의 바이오폴리머-함유 수용액을 수득하였다 [여기서, 젤란검(gellan gum)의 경우 최대 용해도가 50%임]. 상기 수득된 바이오폴리머-함유 수용액을 냉각하여 바이오폴리머-함유 젤 바를 수득하였다. 본 실시예에 따른 상기 바이오폴리머-함유 젤 바는 중량 조절 및 성형이 용이하고, 제조 과정이 안전하고 용이하며, 일정한 조성으로서 제조 가능한 장점이 있다. 이와 관련하여, 도 15는 본 실시예에 따라 제조된 바이오폴리머-함유 젤 바를 나타낸다 : (a) 바이오폴리머-함유 젤 바, (b) 성형이 자유로운 바이오폴리머-함유 젤 바, (c) 분쇄가 용이한 바이오폴리머-함유 젤 바, (d) 흙과의 혼합 전, 및 (e) 흙과의 혼합 후.
실시예 2: 열 처리를 이용한 바이오폴리머 -함유 젤 바와 흙의 혼합
흙의 종류와 상관없이 열적 젤화를 이용하여 바이오폴리머-함유 젤 바와 흙을 혼합하기 위해서 고온에서 바이오폴리머-함유 젤 바를 용해시켜 준비된 바이오폴리머 수용액 및 흙을 각각 준비하였다. 고온(80℃)의 용매(물)에 바이오폴리머-함유 젤 바를 녹인 후, 이를 가열된 흙과 혼합함으로써 혼합 시 급격한 온도 하강으로 인한 조기 젤화(gelation)를 방지하였다. 고온의 바이오폴리머-함유 수용액 형성 시 중요한 점은 바이오폴리머의 농도(용매 대비 용질량)를 적절히 조절해야 한다는 점이다. 통상적으로 아가검은 상온에서는 친수성(hydrophilic)으로 인해 자기 질량의 20 배에 해당하는 물을 흡수하며, 그 용해도는 온도가 높아짐에 따라 증가한다.
고온의 바이오폴리머-함유 수용액을 고온의 흙과 균일하게 혼합시켰고, 황토 등의 흙(점성토 계열)과는 60%(흙 중량 대비 용액 중량) 이하, 모래질 흙과는 30% 이하로 혼합하였다. 혼합 후 원하는 목적에 맞게 성형한 후 냉각 과정을 거쳐 공기 또는 수중에서 양생할 수 있다. 본 과정의 요약은 도 8에 도시한 바와 같다.
실시예 3: 흙- 바이오폴리머 혼합토의 냉각 및 양생 방법
실내 조건에서 황토와 모래를 이용해 다양한 흙-바이오폴리머 혼합토를 제조하고 강도를 측정하였다. 각 흙에 대해 아가검 및 젤란검 함량을 흙 중량 대비 각각 1% 및 3%에 맞추어 배합하였으며, 황토의 경우 초기 물/흙 배합비 60%, 모래의 경우 혼합 시 물/흙 배합비를 30%로 하였다. 배합 후 공기 중에 자연 냉각 및 공기양생을 시킨 시편의 강도는 도 9(황토) 및 도 10(모래)에 나타낸 바와 같다. 도 9 및 도 10의 결과에 의하면 바이오폴리머의 혼합으로 흙의 압축강도가 월등히 증가함을 확인할 수 있었다. 특히, 황토의 경우 그 최대 강도가 12 MPa에 도달하여 매우 단단한 흙 조성물을 형성함을 확인할 수 있었다. 이는 아가검 및 젤란검 모두 음전하를 띄고 있어, 표면 전하를 지니고 있는 황토 입자와 더 단단한 결합을 형성한다는 사실을 보여준다.
그러나, 공기 중에 자연 냉각 및 공기양생을 시킨 황토 시편의 경우 최대 20%의 건조수축(volumetric strain) 거동을 보여 이를 해결하기 위해 고온 배합 후 초기 냉각 방법을 달리하는 방안을 모색하였다. 도 8의 과정과 같이 배합 및 성형 직후 시편(아가검 3% 및 젤란검 3%)을 급속 냉각시키는 방법으로 시편을 냉수에 냉각시켰다(도 11). 충분한 냉각 후 시편을 공기양생 시킨 결과, 최종 건조수축이 10% 이하로 격감됨을 확인하였다. 따라서, 건조수축을 방지하기 위해 흙-바이오폴리머 혼합토의 초기 젤화가 매우 중요함을 확인할 수 있었으며, 이를 위해 냉수, 냉매, 냉기, 또는 냉장 등 다양한 방법이 적용 가능하다.
마지막으로, 급속 냉각 및 수중양생 조건에 대한 거동을 확인하기 위해 시편을 제작한 후 바로 물에 침수 시킨 후 장기간 수중양생을 시켰다. 장기간 침수 및 포화된 흙의 경우 압축강도가 거의 없는 반면, 흙-바이오폴리머 혼합토의 경우 28 일 침수 조건에서도 50 kPa 내지 200 kPa의 압축강도를 보여, 수중 상태에서도 흙-바이오폴리머 혼합토의 강도가 효과적임을 확인할 수 있었다(도 12). 특이 사항은 급속냉각 및 수중양생의 경우 흙-바이오폴리머 혼합토의 부피변화가 0%에 가깝다는 점이다. 이로써 바이오폴리머를 수중 및 침수 상태에 적용시 부피 변화가 없어 매우 안정적인 지반주입 및 처리제로 활용될 수 있음을 확인하였다.
실시예 4: 물에 대한 내구성 검토
열적 젤화 흙-바이오폴리머 혼합토의 물에 대한 내구성을 검토하기 위해 가장 민감한 조건인 자연 냉각 및 공기양생 시편에 대한 재침수 및 강도 측정을 수행하였다. 양생된지 두 달이 지난 시편을 물에 담아 일주일 동안 침수상태를 유지하였다. 침수 후 7 일째에 압축강도 및 부피 팽창률을 평가하였다.
아가검 3% 처리 흙의 경우 건조 상태의 최종 강도가 12 MPa을 보였던 것이, 침수 후 600 kPa로 저하되었으며, 젤란검 3% 처리 흙의 경우 건조 상태 강도가 10 MPa에서 침수 후 500 kPa로 낮아지는 결과를 보였다. 중요한 점은 모든 경우에서 시편들이 원래의 모양을 유지하면서 수분 흡수로 인한 부피팽창이 약간 발생했다는 사실이다(하기 표 1 참조).
[표 1]
Figure 112019117491142-pat00001
이와 관련하여, 도 13은, 본원의 일 구현예에 따른 열적 젤화 바이오폴리머를 이용한 친환경 흙 건축 재료 제작 방법에 대한 개념도를 나타낸 것이다. 도 13에 나타낸 방법으로, 열적 젤화 바이오폴리머를 이용하여 흙 건축 재료(벽체, 판넬, 또는 벽돌 등)를 제작할 시 고강도, 및 고내구성의 건축 재료를 구현할 수 있다. 열적 젤화 바이오폴리머의 경우 80℃ 이상의 온도에서 저점성을 띠고 있다가 40℃ 이하로 냉각될 때 고점성의 젤-매트릭스(gel-matrics)를 형성하는 특징이 있기 때문에, 흙 혼합(반죽) 및 성형 이전 단계까지 고온을 잃지 않는 것이 중요하다. 따라서, 흙과 바이오폴리머-함유 용액을 각각 가열 처리하여 특정 온도(예를 들어, 80℃) 이상으로 유지한 상태에서 혼합물을 제조하고, 이렇게 상기 혼합물을 성형 틀에 부은 후, 냉각을 시키게 되면 원하는 성형틀 또는 주형(mold)에 맞춰 다양한 모양을 구현할 수 있다. 상기 성형틀에 부은 후에는 40℃ 이하로 냉각시키면서 굳게 되는데, 이 때는 공기 중에 자연 냉각을 시키거나, 물 또는 기타 냉매를 이용하여 금속 냉각시켜 굳힐 수 있다. 본 실시예에 따른 열적 젤화 바이오폴리머의 경우 투수성이 매우 낮아, 초기에 물에 담가도 흙의 조직이 흐트러지지 않음이 확인되었으므로, 이러한 장점들을 활용하여, 다양한 모양으로 성형이 가능한 흙 건축 재료를 만들 수 있다.
전체적으로 본원에 따른 흙-바이오폴리머 혼합토의 경우 물에 대한 내구성이 월등히 우수함을 확인할 수 있었다. 따라서, 지반 내 차수 및 차폐의 목적 또는 기타 보강의 이유로 고온의 바이오폴리머 용액을 직접 지반에 주입 또는 교반하는 형태로 적용할 수 있다. 그 구체적인 실시 방법은 도 14와 같다.
실시예 5: 바이오폴리머 -함유 젤 바를 이용한 흙- 바이오폴리머 혼합토 제조
본 실시예는 흙의 비열이 물보다 낮아 빨리 고온이 된다는 점과 현장에서 손쉽게 사용 가능한 돼지꼬리 온수히터와 시멘트 믹서기를 이용하여 쉽게 작업할 수 있는 점을 이용한 것이다. 바이오폴리머-함유 젤 바는 고농도이므로 물을 이용해 수용액의 농도를 낮춰 주었고, 물의 양을 정한 후 혼합하고자 하는 흙과 함께 통에 부어두었다. 그리고 돼지꼬리온수히터를 사용하여 가능한 높은 온도로 물과 흙을 가열한 후 흙이 차 있는 통에 바이오폴리머-함유 젤 바를 넣어주었다. 그 후 돼지꼬리온수히터로 조금 더 가열 한 후 시멘트 믹서기를 이용하여 섞어주었다. 주의할 점은 바이오폴리머-함유 젤 바가 돼지꼬리 온수히터에 직접 닿을 시 탈 우려가 있으므로 직접적으로 닿지 않게 주의해야 한다. 또한, 가열이나 혼합과정에서 물이 증발할 수 있으므로 그것을 고려하여 물의 양을 산정하였다.
실시예 6: 바이오폴리머 -함유 젤 바 수용액을 이용한 흙- 바이오폴리머 혼합토 제조
물은 흙에 비에 비열이 높고 따라서 한번 끓으면 쉽게 식지 않는다. 따라서 뜨거운 물에 바이오폴리머-함유 젤 바를 넣어 수용액을 제조하고, 제조된 상기 수용액을 이용하여 흙과 혼합하는 방법이다. 이 방법의 장점으로는 바이오폴리머-함유 수용액과 흙이 더욱 균질하게 혼합될 수 있다.
실시예 7: 흙- 바이오폴리머 혼합토의 제조 및 강도 평가
물 100 g과 젤란검 3.3 g을 혼합하여 바이오폴리머 젤 바를 수득하였다. 흙 100 중량부 대비 상기 수득된 바이오폴리머 젤 바 30 중량부를 혼합하여 흙-바이오폴리머 혼합토를 수득하였다. 여기서, 상기 흙은 자연모래를 사용하였다. 도 16은 상기 수득된 흙-바이오폴리머 혼합토의 (a) 혼합 직후 상태, (b) 추가 열을 가하는 과정, 및 (c) 전자파를 이용하여 가열한 상태를 나타내는 사진이다. 또한, 상기 수득된 흙-바이오폴리머 혼합토의 직접 전단 시험기를 이용한 전단 강도평가 결과를 도 17에 나타내었다. 도 17의 결과에 의하면, 점착력이 0 kPa인 자연모래에 비해 본 실시예에서 바이오폴리머 젤 바를 상기 자연모래와 혼합한 것만으로 흙 입자간 점착력을 약 20 kPa 증가시킬 수 있었다. 또한, 상기 수득된 흙-바이오폴리머 혼합토에 추가 열을 가하면 흙의 강도가 더욱 강해지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 점착력이 약 55 kPa 수준으로 증가하고, 입자간 마찰각(마찰계수)도 증가하기 때문이다.
실시예 8: 흙- 바이오폴리머 혼합토를 이용한 식생 매트 제조
보통 식생 매트 또는 현장 타설형 식생롤은 흙 또는 배양토와 식생, 보조섬유 또는 접착제로 이루어진 경우가 대부분이다. 본 실시예에서는 인공/화학적 접착/결합제의 사용 대신 바이오폴리머-함유 젤 바를 이용한 식생 매트 제조 기술을 제안한다.
앞서 언급한 방법대로 바이오폴리머-함유 젤 바를 직접 이용하거나, 바이오폴리머-함유 젤 바를 희석하여 용액 상태로 흙과 혼합하는 과정에서 씨앗을 같이 혼합해주거나, 판넬 또는 매트 형태로 성형한 후, 그 위에 묘종을 파종하여 바이오폴리머-흙 혼합토 상에 식생을 조성하는 기술이다. 본 실시예의 식생 매트는 가로, 세로 길이가 각각 10 cm 내지 100 cm인 판넬 또는 매트 형태로 사용하거나, 연속적인 롤 형태로 사용할 수 있다. 이에 대한 구체적인 실시예의 사진을 도 7에 나타내었다.
이러한 방법은, 비탈면 또는 사면 등에 기존 식생을 이용한 사면안정 공법의 취약함을 개선하고자 함이다. 평잔디, 롤잔디 재배 과정에서 기존 일반 흙 대신 바이오폴리머-함유 젤 바를 배합한 흙에서 잔디를 키우면 식물의 뿌리가 흙을 잡아줌으로써 현장 시공시 자연스럽게 바이오폴리머와 배합된 흙과 식물이 안착되는 효과가 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 바이오폴리머-함유 젤 바를 토양에 주입하는 것을 포함하는, 토양의 침식 저항 증진 시공 방법으로서,
    상기 바이오폴리머-함유 젤 바는 용매 100 중량부에 대하여 상기 바이오폴리머를 0.1 중량부 이상 20 중량부 이하로 포함하며,
    상기 바이오폴리머는 80℃ 이상에서는 점성이 낮아지고 80℃ 미만에서는 점성이 증가하는 열적 특성을 가지며,
    상기 열적 특성은 상기 바이오폴리머-함유 젤 바의 제조 및 상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 토양에 적용 시 이용되며,
    상기 젤 바는 성형성을 갖는 것이고,
    상기 바이오폴리머-함유 젤 바는 육면체 모양 또는 원기둥 모양이고,
    상기 젤 바는 중량 조절이 용이하고, 일정한 조성으로 제조 가능한 것이고,
    상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 토양에 적용시키는 것은,
    상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 상기 토양의 표면에 살포하는 것;
    상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 상기 토양과 교반시키는 것; 또는
    상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 장치를 이용하여 상기 토양 내에 주입하는 것을 포함하는 것을 포함하는 것이고,
    상기 바이오폴리머-함유 젤 바는 상기 토양에 적용된 후, 열처리 또는 화학적 처리되는 것이고,
    상기 열처리는 마이크로파(microwave)를 이용해 상기 바이오폴리머-함유 젤 바 또는 상기 토양 내 물 분자를 활성화시켜 열을 발생시키는 것을 포함하는 것이고,
    상기 바이오폴리머-함유 젤 바의 적용량의 조절은 상기 토양의 중량에 대비하여 상기 바이오폴리머-함유 젤 바의 무게에 따른 투입으로써 이루어지는 것이고,
    토양 보존 분야, 대형 건설 현장, 하천 및 수변 공간의 제방 조성, 도로 및 철도 성토층의 안정화, 농지 조성 또는 사막화 방지에 적용될 수 있는 것이고,
    상기 바이오폴리머는 젤란검(gellan gum), 아가검(agar gum) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것이고,
    상기 바이오폴리머-함유 젤 바는 토양에 적용 후 상기 열처리를 통해 상기 토양과의 재성형이 가능한 것이고,
    상기 바이오폴리머-함유 젤 바는,
    바이오폴리머 및 용매를 혼합한 후 가열하거나 또는 80℃ 이상의 용매에 바이오폴리머를 용해시켜 바이오폴리머-함유 용액을 수득하고;
    상기 바이오폴리머-함유 용액을 냉각시켜 바이오폴리머-함유 젤 바(gel bar)를 수득하고, 및
    상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 원하는 모양 및 크기로 성형하는 것
    을 포함하는, 토양 침식 방지용 바이오폴리머-함유 젤 바의 제조 방법을 통해 제조되는 것인,
    토양의 침식 저항 증진 시공 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오폴리머는 pH 7 이상의 상태에서 pH 값이 7 보다 낮아짐에 따라 점성이 증가하는 것인, 토양의 침식 저항 증진 시공 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오폴리머-함유 젤 바를 토양에 주입한 후, 물, 산성 수용액, 및/또는 양이온계 수용액을 살수하는 것을 추가 포함하는, 토양의 침식 저항 증진 시공 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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