KR102573831B1

KR102573831B1 - 매립장의 차수 또는 차단층 고화제 조성물

Info

Publication number: KR102573831B1
Application number: KR1020210025199A
Authority: KR
Inventors: 전한용
Original assignee: 주식회사 골든포우
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2023-08-31
Also published as: KR20220121315A

Abstract

본 발명은 매립장의 차수 또는 차단층에 있어서, 점토 광물, 샤모트, 규산염 광물, 제올라이트, 석고 및 일액형 프리폴리머를 포함하는 고화제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 조성물은 매립지의 상부 및 하부의 차수나 차단층에 있어, 강도가 유지되고 투수 차단효과를 높임으로써 크랙 방지와 붕괴로 인한 유실이나 침하 현상을 방지하고, 외부 및 내부의 가스 또는 수분이 유출 또는 유입되는 것을 방지할수 있어 폐기물로 인한 환경 파괴 또는 손상 문제를 최소화 할수 있다.

Description

매립장의 차수 또는 차단층 고화제 조성물 {FIRMING AGENT FOR WATER IMPERMEABLE BARRIER OR BLOCKING BARRIER OF WASTE LANDFILL}

본 발명은 매립장의 차수 또는 차단층에 있어서, 점토 광물, 샤모트, 규산염 광물, 제올라이트, 석고 및 일액형 프리폴리머를 포함하는 고화제 조성물에 관한 것이다.

폐기물 매립장은 매립되는 폐기물에 의하여 침출수 및 매립가스(LFG, Landfill gas)가 발생하며, 침출수 및 매립가스(LFG)는 폐기물에 함유된 보유수 및 우수, 폐기물의 혐기성분해에 의하여 발생한다. 매립가스(LFG)가 매립지 표면을 통하여 대기 중으로 유출될 경우 매립가스(LFG)에 함유되어 있는 이산화탄소(CO2) 및 메탄(CH4)은 지구온난화에 기여하게 되고 황화수소(H2S) 등은 악취 등으로 인해 주변 환경을 악화시켜 생활환경 보전상 지장을 초래하므로 LFG의 유출을 방지하기 위해 폐기물관리법의 규정에 의하여, 폐기물 매립완료 후, 매립장 최상부에 최종복토층(차단층)을 설치한다.

또한, 폐기물 매립시 매립된 폐기물의 혐기성 분해 작용으로 인해 액상의 침출수가 발생하게 되며, 침출수가 매립장 외부로 유출될 경우 하천, 토양 및 지하수 등이 오염되어 자연환경에 커다란 영향을 미치게 되므로 매립장 하부 바닥에는 침출수가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여 차수시설(차수층)을 설치한다.

첨부도면 도 1은 통상적인 폐기물 매립장의 구조를 보여주는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 폐기물(10) 매립완료 후 매립장 내부(10)에서 발생되는 매립가스가 대기 중으로 누출되는 것을 방지하고, 또한 빗물이 매립장 내부로 유입되는 것을 방지하기 위하여 폐기물 매립장 상부에 차단층을 포함하는 최종 복토층(20)이 설치되며, 매립장 내부(10)에서 발생되는 침출수가 외부로 누출되는 것을 방지하기 위하여 하부 바닥에는 차수시설(30)이 설치된다.

상기 최종복토층(20)의 차단층을 설치하는 목적은 매립가스(LFG) 누출방지, 빗물 유입방지 기능이며, 이 중에서 매립가스(LFG) 누출방지가 가장 중요한 핵심요소이다. 통상적으로 빗물이 최종복토층을 통하여 매립장 내부로 침투될 경우 침출수의 발생량이 늘어나 침출수 처리비용이 증가하게 되며, 매립가스가 대기 중으로 누출되어 황화수소(H₂S) 등에 의한 악취가 발생할 뿐만 아니라, 메탄(CH₄), 이산화탄소(CO₂)등 지구온난화 물질이 대기중으로 배출되기 때문에 반드시 매립가스(LFG)가 대기 중으로 누출되는 것을 차단하여야 한다.

또한, 침출수가 매립장 외부로 유출될 경우 하천, 토양 및 지하수 등이 오염되어 자연환경에 커다란 영향을 미치게 되므로 매립장 바닥에는 침출수가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여 차수시설(30)을 설치한다.

도 2 (a)는 폐기물관리법상 폐기물 매립장에 설치되는 최종 복토층(20)의 구조를 보여주는 도면이다. 도 2 (a)에 도시된 바와 같이, 하부로부터 다음과 같은 가스배제층(22, 유기성폐기물을 매립하여 가스가 발생하는 경우만 해당한다), 차단층(24), 배수층(26) 및 식생대층(28)을 설치한다.

상기 가스배제층(22)은 통상 30센티미터 이상의 두께로 설치하고, 매립장에서 발생하는 가스를 재활용하기 위한 가스배제관이 설치된 경우에는 가스배제층을 설치하지 아니할 수 있다.

상기 차단층(24)은 점토·점토광물 혼합토 등으로 45센티미터 이상의 두께로 투수계수가 1초당 1백만분의 1센티미터 이하가 되도록 설치하거나, 점토·점토광물 혼합토 등으로 30센티미터 이상의 두께로 투수계수가 1초당 1백만분의 1센티미터 이하가 되도록 설치한 후 그 위에 1.5밀리미터 이상의 두께의 합성고분자 차수막을 설치할 수 있다.

상기 배수층(26)은 모래, 재생골재 등을 30센티미터 이상의 두께로 포설하거나 복토층 무게상태에서 투과능계수가 1초당 3만분의 1제곱미터 이상인 지오컴포지트·지오네트 또는 지오텍스타일 등의 토목합성수지를 사용하여 설치할 수 있다.

상기 식생대층(28)은 식물심기와 생장이 가능한 양질의 토양으로 60센티미터 이상의 두께로 설치할 수 있다. 한편 차수시설(30)은 첨부도면 도 2b에 도시된 바와 같이 차수층(31) 및 침출수집배수층(32)을 설치한다. 상기 차수층(31)은 점토·점토광물혼합토 등으로 100센티미터 이상의 두께로 투수계수가 1초당 1천만분의 1센티미터 이하가 되도록 설치한 후, 그 상부에 차수시트와 부직포가 포함될 수 있다.

상기 침출수집배수층(32)은 차수층(31)상부에 위치하며, 통수가 가능한 자갈 등의 입상골재를 포함하여서 침출수의 배수가 가능하도록 형성되고, 배수로를 더욱 포함하여 서로 통수가 가능하도록 구성됨으로서 침출수의 배수처리가 원활하게 이루어진다.

상기 폐기물 매립장에 형성되는 차단층(24)과 바닥 차수층(31)은 다음과 같은 특성을 가져야 한다.

① LFG 및 침출수의 누출을 억제하는 저투수성(차단층 투수계수 1×10

-6㎝/sec, 차수층 투수계수 1×10㎝/sec이하)일 것.

② LFG 및 침출수에 존재하는 각종 오염물질에 의한 침식, 부식, 산화 등이 일어나지 않도록 물리, 화학적으로 저항성이 클 것.

③ 침하에 대하여 저항성이 있을 것.

④ 매립장 외부로 LFG 및 침출수 누출을 방지하여 위생적인 매립장을 유지할 것.

폐기물매립장 조성 시 차수시설(30)과 상부 최종복토층(20)에는 침출수 및 매립가스(LFG) 누출을 방지하기 위하여 폐기물관리법의 규정에 의하여 통상 투수계수 1×10-7㎝/sec 이하의 바닥 차수층(31)과 통상 투수계수 1×10-6㎝/sec 이하의 최종복토층의 차단층(24)을 설치한다. 그러나 바닥 차수층(31)과 최종복토층 차단층(24)을 구분 하지 않고 점토류 및 토목합성수지라이너 등으로 설치할 수 있다.

폐기물관리법상 바닥차수시설(30)의 설치기준은 다음과 같다.

구분		세부기준
차수층	①고밀도폴리에틸렌 또는 이에 준하는 재질의토목합성수지라이너	두께 : 2.0mm(지정폐기물 : 2.5mm) 이상의 것을 1겹 이상 포설 하부 차수재 - 바닥 : 점토.점토광물혼합토 등 점토류 투수계수 : 10^-7cm/sec 이하 두께 : 50cm(지정폐기물 : 1m) 이상 - 측면 : 경사가 급하여 토목합성수지라이너 하부에 점토류 라이너를 설치하는 것이 불가능한 경우에는 동등 이상의 차수효과를 가지는 토목 합성수지 점토라이너 등으로 포설
	②점토.점토광물혼합토등 점토류	투수계수 : 10^-7cm/sec 이하 두께 : 1m(지정폐기물 : 1.5m) 이상
	③기타 차수재료	① 또는 ②와 동등한 차수효과를 가지도록 차수시설을 설치

폐기물관리법상 최종복토층 차단층(24)의 설치기준은 다음과 같다. 매립장의 사용이 끝났을 때에는 최종복토층(20)을 기울기가 2퍼센트 이상이 되도록 설치하여야 한다. 다만, 고밀도폴리에틸렌 또는 이에 준하는 재질의 토목합성수지라이너에 해당하는 매립시설의 경우에는 식생대층(26)만을 설치할 수 있으며, 매립시설 사용종료일 또는 폐쇄일부터 1년 이내에 매립시설의 전부 또는 일부 구역을 굴착하여 폐기물(10)을 제거한 후 다른 토지의 용도로 사용하려는 경우에는 해당 구역에 대하여 매립된 폐기물(10)이 흩날리거나 외부로 유출되지 아니하도록 중간복토로 대체할 수 있다.

우리나라의 지형상 점토 재료원이 한정되어 있고, 해안가의 해성 점토의 경우 점착성, 균질성, 투수계수 등의 문제로 순수한 점토층의 시공은 어렵고 점토와 첨가제를 혼합하여 제조한 고화토를 차수층 재료로 사용하고 있으나, 첨가제의 사용량 및 종류, 혼합비 등이 정해져 있지 않고 폐기물관리법에서는 최종복토층 차단층(24)의 재료 및 투수계수만 규정하고 있을 뿐이다.

이와 같이 차단층(24) 및 차수층(31)의 원재료인 점토나 양질토의 균질성 확보가 어렵고 토질의 특성상 고화제와 균질하게 혼합하는 데 많은 문제가 있어 반드시 이를 개선하여야 한다.

상기 차수시설(30)은 일반적으로 매립장 바닥이 해성 점토층과 같이 비교적 연약한 지반의 경우 쓰레기 매립하중에 의한 침하가 일어나기 쉽다. 특히 매립장 바닥 지반의 토질이 균일하지 못할 경우 부등침하가 일어날 확률이 매우 높아지게 된다. 상기 매립장 바닥이 부등침하 등으로 차수층(31)에서 균열이 발생할 경우 침출수가 외부로 유출되어 하천이나 해양이 오염되고 토양 및 지하수가 오염되어 많은 문제가 발생하게 되며, 기존 차단 공법들은 이러한 침하에 대해 취약하며, 부등침하 발생 시 대체수단이 미흡하므로 이에 대한 기술개발 등 대비가 필요하다.

또한, 폐기물(10) 매립 시, 쓰레기 하중에 의한 다짐과 압밀로 인한 역학적 침하(primary settlement)와 쓰레기의 유기물 분해에 의한 2차 침하(long term settlement)로 인해 많은 침하가 일어난다. 특히 최종복토층(20)은 매립된 쓰레기(10)의 종류, 폐기물분해 정도에 따라 부등침하가 일어날 확률이 매우 높다.

상기 폐기물 매립장의 바닥 차수층(31) 및 차단층(24)은 점토·점토광물 혼합토와 첨가제(플라이애쉬 등)를 혼합하여 설치된다. 이때, 점토를 사용하여 차단층(24)을 형성하는 경우에는 인공 차수막에 비해 오염물질 흡착능, 확산감소 등의 장점이 있으나, 차수재로 사용가능한 점토의 재료원 확보 및 균등한 품질 확보가 어렵고 건조균열 등에 따라 오염물질이 누출되는 문제점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 기존 차단 공법들은 이러한 침하에 대해 취약하며, 부등침하 발생 시 대체수단이 미흡하므로 이에 대한 기술개발 등 대비가 필요하다.

상기 최종복토층(20)은 매립된 폐기물(10)에 의해 불가피하게 침하가 일어나며, 침하는 통상 약 30년 정도 진행(매립장의 사후관리: 30년)되며, 다음과 같은 특징이 있다. 폐기물매립장은 매립시작 시점부터 즉시침하 및 장기침하가 진행되고, 매립 완료 후 매립장 상부의 침하량은 다음에서 보는 바와 같이 초기에는 많은 침하가 일어나며, 기간이 오래될수록 침하량은 적어지나 매우 장기적으로 일어나고 있는 것을 볼 수 있다. 매립된 폐기물(10)의 종류, 위치(내부도로 등)에 따라 부등침하가 일어날 확률이 매우 높다.

따라서, 매립장 차단층(24)은 통상 점토로 시공하므로 침하 발생시 균열이 발생하게 되며, 침하에 대해 안정성을 확보하여야 한다. 최종복토층의 차단층(24)에서 균열이 발생하게 되면 우수가 침투하여 침출수량이 증가하여 처리비용이 상승하고 매립가스가 대기중으로 누출되어 악취가 나고 CO₂, CH₄ 등 지구 온난화물질이 배출되게 된다. 그러나 현재의 최종복토층(20) 시공을 위한 기술로는 매립층 상부의 침하특성을 고려할 경우 한계가 있다고 본다.

한편 많은 폐기물 매립장용 고화제 및 복합토의 경우 벤토나이트를 사용하고 있으나 상기한 벤토나이트는 수분에 대한 흡착력은 우수하나 광물의 특성상 팽창과 수축에 따른 변형량이 커서 공극이 발생하는 문제가 있으며 상기한 공극으로 가스와 지반 변화 및 침하가 발생하는 문제가 있다.

또한 종례 폐기물 매립장용 고화제 및 복합토의 경우 이산화탄소(CO₂), 매탄가스(CH₄), 황하수소(H₂S) 등의 매립가스(LFG) 제거가 이루어지지 않아 상기 공극을 통해 대기 중으로 배출되는 문제도 있으며 벤토나이트의 특성에 따른 다침도 저하 및 벤토나이트가 오랜 시간 경과에 따라 부셔져 차수막층, 차수막보강층(연약지반개량층)을 구성 자체가 파손되어 유실 되거나 지반의 부등침하 현상과 매립장 침출수, 지하의 자연수 유입으로부터 지반의 안정고화된 토양을 유지할 수 있게 되는 문제가 발생된다.

한국등록특허 제10-0821491호 한국공개특허 제2019-0101740호

본 발명은 폐기물 매립장의 차단층 및 차수층을 형성하는 고화제 조성물에 이어서, 품질을 향상시키고 균질한 품질을 확보할 수 있으며, 시공이 용이하여 전체적인 시공 비용을 절감시킬 수 있는 새로운 고화제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 매립장 내부에서 발생되는 매립가스 누출을 차단하고 매립장 상층으로부터 매립지 내부로 유입되는 빗물을 차단하며, 매립지 하부 차수층의 내부 침출수가 외부로 유출되는 것을 방지하고 하천, 지하수 등의 오염을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 바닥 차수층이나 상부 차단층의 침하에 의한 안정성 문제와 파손 문제를 방지할 수 있는 강도가 유지될 수 있는 고화제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 매립장의 차수 또는 차단층에 있어서, 점토 광물, 샤모트, 규산염 광물, 제올라이트, 석고 및 일액형 프리폴리머를 포함하는 고화제 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 조성물은 매립지의 상부 및 하부의 차수나 차단층에 있어, 강도가 유지되고 투수 차단효과를 높임으로써 크랙 방지와 붕괴로 인한 유실이나 침하 현상을 방지하고, 외부 및 내부의 가스 또는 수분이 유출 또는 유입되는 것을 방지할수 있어 폐기물로 인한 환경 파괴 또는 손상 문제를 최소화 할 수 있다. 본 발명의 고화제 조성물의 매립지 주변의 다양한 차수 또는 차단효과를 필요로 하는 구조에 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 통상적인 폐기물 매립장의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2의 (a)는 통상적인 폐기물 매립장에 설치되는 최종 복토층의 구조이며, (b)는 통상적인 폐기물 매립장에 설치되는 차수시설의 구조를 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 매립장의 차수 또는 차단층에 있어서,

점토 광물, 샤모트, 규산염 광물, 제올라이트, 석고 및 일액형 프리폴리머를 포함하는 고화제 조성물에 관한 것이다.

일 측면으로, 본 발명은 상기 고화제 100 중량부에 대하여 점토광물은 30 내지 65 중량부, 샤모트는 10 내지 20 중량부, 규산염 광물은 10 내지 15 중량부, 제올라이트는 5 내지 15 중량부, 석고는 7 내지 15 중량부, 일액형 프리폴리머는 3 내지 5 중량부로 혼합될 수 있다.

일 측면으로, 상기 점토 광물은 점토, 와목점토, 적점토, 고령토, 규조토, 황토, 화산토 및 백토로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것일 수 있다. 상기 고화제 100 중량부에 대하여 점토광물은 30 내지 65 중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 점토 광물은 베이스 효과를 나타내는 것이며, 빗물이나 침출수와 반응하여 점성을 형성하기 때문에 점결제 효과에 의한 무기재 및 유기재의 흐트러짐과 유실을 방지하는 기능을 가진다. 상기 점토 광물이 30중량부 이하로 사용되면 최종복토층 및 바닥 차수층 형성시 토립자 사용량이 많아져 투수계수가 향상은 되지만 우수 또는 침출수에 의해 고화토가 유실되는 문제와 강도 즉, 다짐력이 저하되는 문제가 발생되며 황토 65중량부 이상 사용하면 유해가스 흡착 및 다짐력 향상을 가져오지만 고화토의 전체 중량이 무거워지는 문제가 있다.

일 측면으로, 상기 샤모트는 내화재로 형성시킨 무기재로써 점토와 혼합되어 수분에 의해 점토가 점결 효과를 나타낼 때 강도향상을 제공한다. 상기 샤모트의 사용량은 10 내지 20중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 샤모트를 10 중량부 이하로 사용하면 강도 향상의 효과가 떨어지며 샤모트를 20 중량부 이상을 사용하면 점토가 흡착하는 수분을 샤모트가 흡수하기 때문에 항토의 점결력과 고화재가 뿌석뿌석하게 되어 유해가스가 쉽게 이동하게 되는 문제와 차수성능 저하의 문제가 발생된다.

일 측면으로, 상기 규산염 광물로는, 점토 광물의 카올린족에 속하는 카올리나이트, 할로이사이트, 디카이트, 나크라이트, 오디라이트, 점토 광물의 탈크-파이로필라이트족에 속하는 탈크(활석), 윌렘사이트, 케롤라이트, 피멜라이트, 파이로필라이트(납석), 점토 광물의 스메크타이트족에 속하는 사포나이트, 헥토라이트, 소코나이트, 스티븐사이트, 스윈홀다이트, 몬모릴로나이트, 바이델라이트, 논트로나이트, 볼콘스코아이트, 점토 광물의 버미큘라이트족에 속하는 삼팔면체형 버미큘라이트, 이팔면체형 버미큘라이트, 점토 광물의 운모족에 속하는 마스코바이트(백운모), 플로고파이트(금운모), 안나이트(철운모), 이스트나이트, 시데로필라이트 테트라페리 철운모, 폴리리시오나이트, 세라돈석, 철세라돈석, 철아르미노세라돈석, 알루미노 세라돈석, 지부(砥部) 운모, 소다 운모, 셀리사이트(견운모), 점토 광물의 층간결손형 운모족에 속하는 일라이트, 해록석, 브라마라이트, 워네사이트, 점토 광물의 취운모족에 속하는 크린토나이트, 키노시타, 히데운모, 진주운모, 점토 광물의 녹니석족에 속하는 클리노클로어(녹니석), 샤모사이트, 페난타이트, 니마이트, 베이리클로어, 돈바사이트, 쿡케이트, 스도아이트 등을 들 수 있다. 바람직하게는 몬모릴로나이트 및 탈크(활석) 중 어느 하나 이상을 사용하는 것이며, 가장 바람직하게는 몬모릴로나이트 중에서도 Na-벤토나이트, Ca-벤토나이트, 헥토라이트 (hectorite), 사포나이트 (saponite), 아타풀자이트 (attapulgite), 세피오라이트 (sepiorite), 및 버미쿨라이트 (vermiculite)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것이다. 더욱 더 바람직하게는 Na-벤토나이트, Ca-벤토나이트 및 아타풀자이트(attapulgite)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것이다. 벤토나이트와 아파풀자이트를 혼합하여 사용하는 경우 각각 1:1 내지 2:1의 중량비로 혼합하는 것이 팽윤 작용에 의한 균열의 자기 치유 성능이 뛰어나기 때문에, 특히 바람직하다.

또한, 규산염 광물은, 상기 예시한 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다. 상기 규산염 광물은, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점에서 바람직하다. 규산염 광물은 흡수성 또는 팽윤성 또는 물과의 반응 활성이 높은 재료이지만, 염수에서는 그 성능이 저하되는 문제가 있었다.

아타풀자이트(Attapulgite)는 투수계수 향상 및 수분에 의한 팽창과 수축에 따른 변형방지 및 유해가스를 흡착하는 효과가 있으며, 특히 강산성의 침출수 발생시에도 샤모트와 함께 안정성을 확보하기 때문에 지반의 침하방지 및 다짐도가 향상과 크랙방지 및 투수 계수가 향상되는 등의 효과를 제공한다.

일 측면에서는, 상기 규산염 광물은 고흡수성 고분자(Super absorbent polymer, SAP)로 표면 개질된 것이 사용될 수 있다. 고흡수성 고분자는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴아마이드, 폴리메틸에틸 셀룰로오즈, 폴리에틸프로필 셀룰로오즈, 카르복시 메틸셀룰로오즈, 소디움카르복시메틸셀룰로오스(Sodium carboxymethyl Cellulose; SCMC), 폴리비닐알코올(PVA) 및 스타치로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것이며, 고흡수성 고분자는 규산염 광물 100 중량부에 대하여 10 내지 100의 중량부의 비율로 첨가되는 것인 바람직하며, 가장 바람직하게는 50의 중량부의 비율로 첨가되는 것이다. 바람직하게는 고중합도의 고분자를 사용하는 것이며, n= 1700 내지 4000의 고중합도를 가지는 고흡수성 고분자를 사용하는 것이다. 고흡수성 고분자로 개질하는 단계는 규산염 광물과 고분자를 혼합한 후 60 내지 80 ℃으로 가열하여 규산염 광물을 표면 개질제로 개질시키는 것이 바람직하다. 표면 개질로 인하여 전기전도도 변화에 따른 염수에 대한 팽윤성능 향상시킬 수 있으며, 염수조건이나 산성조건에서도 평윤성이 일정하게 유지될 수 있어 차수효과가 탁월하다.

벤토나이트는 Granular 벤토나이트이나 Powder 벤토나이트이 사용될 수 있으며, 팽윤도를 갖는 무기물을 사용할 경우 다짐도가 저하 및 그로 인한 침하발생과 크랙발생 등의 문제가 있으며 본 발명에 사용되는 아타풀자이트(Attapulgite)는 팽윤도가 발생하지 않기 때문에 지반구조로 되어 및 붕괴유실로 인한 유실방지와 침하방지 및 다짐도가 향상과 크랙방지 및 투수 계수가 향상되는 등의 효과를 제공하는 것이다.

일 측면으로, 제올라이트는 5 내지 15 중량부로 첨가되는 것이다. 제올라이트는 고화제를 사용시 토립자에 포함되어 있는 이산화탄소가스를 흡착하는 효과를 가지며, 13X을 사용하는 것이 바람직하다. 5 중량부 이하 사용하는 경우 흡착효과가 떨어지며, 15 중량부를 초과화는 경우 고화제의 물성이 약해질 수 있다.

일 측면으로 석고는 고화제 총중량부 100에 대하여 7 내지 15 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 석고는 수분에 의해 수화반응이 일어나면서 제올라이트가 이산화탄소를 흡착하는 효과를 도와 흡착이 용이하도록 한다. 7 중량부 이하를 사용하는 경우 그 효과를 달성하기 어려우며, 15 중량부 이상을 사용하는 경우 고화제의 물성이 저하될 수 있다. 일반적으로 하부의 차수층은 강산성인 침출수에 의해 강도가 저하는 특성이 나타내지만 상기한 석고 또는 석회석이 침출수와 반응하여 나타나는 물성 저하 특성은 아타폴자이트와 샤모트가 보강하게 된다.

일 측면으로, 상기 일액형 프리폴리머는 우레탄 수지, 실리콘 수지, 시아노아크릴레이트 수지 및 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것일 수 있다. 상기한 일액형 프리폴리머는 강도향상과 무기계 혼합재들간의 접착과 차수성 향상의 효과를 제공한다. 일액형은 경화제가 포함되어 있는 것으로 습기 경화형 수지이므로 빗물에도 용출되지 않고 수질 오염의 문제가 없어 친환경적이다.

일액형 프리폴리머를 제외한 다른 혼합물은 무기재이므로 유기재인 일액형 프리폴리머는 지반의 부등침하 현상과 매립장 침출수, 지하의 자연수 유입으로부터 지반의 안정고화된 토양을 유지할 수 있고, 차수막층, 차수막보강층(연약지반개량층)을 구성하여 그 자체가 침출수로부터 자생능력을 갖는 지반구조로 되어 유실방지와 침하방지 및 다짐도의 향상과 크랙방지 등의 효과를 제공한다.

일측면으로, 본 발명인 고화제 조성물은 제조하기 전 수분을 제거하는 공정을 수행하는 것이 바람직하며, 수분제거 방법으로는 가열 또는 자연건조 방법 중 어느 하나의 방법을 사용하여 수분을 제거한다.

일 측면으로, 상기 고화제 조성물은 는 일정한 크기를 갖는 분말 또는 파우더 형태의 것을 그 입자의 크기가 0.02~0.05㎜의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 입자 크기가 0.05mm 이상이면 유해가스 및 수분 흡착력은 우수하나 차수막층, 차수막보강층 형성의 효과가 떨어지는 문제가 있고, 입자 크기가 0.02mm 이하이면 유해가스 흡착력 저하와 수분반응 및 가스 흡착 및 제거의 효과가 떨어지는 문제가 있기 때문이다.

일 측면으로, 상기 조성물에 추가로 지오파이버(geofibers)가 고화제 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부의 비율로 더 첨가되는 것일 수 있다. 지오파이버가 혼합되면 수분 흡착 후 고화토의 강도가 더 향상되는 특징과 크렉방지 효과가 나타난다.

또한, 본 발명은 점토 광물, 샤모트, 규산염 광물, 제올라이트, 석고 및 일액형 프리폴리머를 포함하는 고화제 조성물을 포함하는 차수 또는 차단층을 제공한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위해서 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1 내지 7. 규산염 광물의 제조

나트륨 벤토나이트 또는 아타풀자이트를 다음의 표2의 조성(단위 : g)으로 제조하고, 추가로 폴리비닐알코올(PVA)을 첨가하여 표면 개질을 하였다. 개질은 혼합물을 60℃에서 24시간 반응시킨 것으로 제조하는 것이다.

	나트륨 벤토나이트	아타풀자이트	폴리비닐알콜
실시예 1	10	0	0
실시예 2	10	10	0
실시예 3	20	10	0
실시예 4	0	10	0
실시예 5	10	10	5
실시예 6	10	10	10
실시예 7	10	10	20

실시예 8 내지 17. 고화제 조성물의 제조

상기 실시예 5의 규산염 광물의 조성비에 따라 제조된 규산염 광물, 황토3, 샤모트, 제올라이트, 석고 및 우레탄 수지를 가하여 다음 표3의 조성(단위: g)으로 고화제 조성물을 제조하였다.

	실시예 5 규산염 광물	황토	샤모트	제올라이트	석고	우레탄 수지
실시예 8	15	30	20	15	15	5
실시예 9	15	34	20	15	15	1
실시예 10	15	20	20	15	15	10
실시예 11	15	45	5	15	15	5
실시예 12	15	20	30	15	15	5
실시예 13	15	38	20	15	7	5
실시예 14	15	42	20	15	3	5
실시예 15	15	25	20	15	20	5
실시예 16	15	25	20	20	15	5
실시예 17	15	42	20	3	15	5

[실험예]

실험예 1 : 자유 팽창 지수 측정(Free swell index)

상기 실시예 1 내지 7의 자유팽창 지수를 ASTM 5890으로 측정한 결과를 하기 표2에 나타내었다.

	자유 팽창 지수
실시예 1	12.5
실시예 2	16.5
실시예 3	13
실시예 4	10.8
실시예 5	26.1
실시예 6	21.5
실시예 7	18.4

상기 표에서 확인할 수 있는 바와 같이, 개질하지 않는 점토 광물의 경우 평창지수가 낮았으며, 개질된 조성물의 경우 전반적으로 높은 지수값을 보여주었다. 이는 개질이 효과적으로 팽창 지수를 높인다는 것을 보여주는 것이며, 전반적으로 나트륨 벤토나이트와 아타풀자이트를 혼합한 규산염 광물에 폴리비닐알콜로 개질한 조성물의 경우 높은 지수값을 보여주었다. 이는 개질 여부가 팽윤 거동에 직접적으로 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있으며 성분의 비율이나 조성에 따라 지수값은 약간의 차이를 보였다.

실험예 2 : 다짐 실험, 투수계수 및 압축강도의 측정

상기 실시예 8 내지 17의 다짐 실험과 투수계수 및 압축강도를 측정하여 건조 밀도, 최적 함수비 및 투수 계수를 측정하였다. 투수계수는 KS F2322에 따라 시험하였으며, 최적함수비는 KS F2306에 따라 시험하였고 압축강도는 KS F 2328에 따라 시험하였다. 그 결과는 하기 표5와 같다.

시험항목 배합인	다짐시험(A-a)		투수계수 (cm/sec)	압축강도 (MPa)
시험항목 배합인	최대건조밀도 (g/㎠)	최적함수비(%)	투수계수 (cm/sec)	압축강도 (MPa)
실시예 8	1.468	30.5	4.1 ×10^-8	5.14
실시예 9	1.362	31.7	2.5 ×10^-7	4.1
실시예 10	1.347	33.4	2.2 ×10^-7	4.8
실시예 11	1.285	31.8	6.5 ×10^-7	3.6
실시예 12	1.354	32.6	2.5 ×10^-6	5.1
실시예 13	1.496	30.2	3.2 ×10^-8	5.41
실시예 14	1.384	32.4	4.8 ×10^-7	3.6
실시예 15	1.294	31.4	5.2 ×10^-7	2.7
실시예 16	1.324	31.6	6.2 ×10^-7	3.4
실시예 17	1.391	32.7	2.8 ×10^-7	4.0

상기 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 전체적으로 실시예는 건조밀도, 투수 계수 및 압축강도에서 우수한 값을 보였으며, 매립지 차수 또는 차단층에 사용되는 고화제로 효과적으로 사용될 수 있음을 입증하였다. 특히, 실시예 8 및 13의 조성에서 가장 우수한 투수 계수와 압축강도를 보여주었다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

10: 폐기물
20: 최종 복토층
30: 차수시설
22: 가시배제층
24: 차단층
26: 배수층
28: 식생대층
31: 차수층
32: 침출수집배수층

Claims

매립장의 차수 또는 차단을 위한 층에 있어서,
점토 광물, 샤모트, 고흡수성 고분자로 표면 개질된 규산염 광물, 제올라이트, 석고 및 일액형 프리폴리머를 포함하는 고화제 조성물.
제1항에 있어서, 상기 고화제 100 중량부에 대하여 점토광물은 30 내지 65 중량부, 샤모트는 10 내지 20 중량부, 규산염 광물은 10 내지 15 중량부, 제올라이트는 5 내지 15 중량부, 석고는 7 내지 15 중량부, 일액형 프리폴리머는 3 내지 5 중량부로 혼합되는 것인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 점토 광물은 점토, 와목점토, 적점토, 고령토, 규조토, 황토, 화산토 및 백토로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 규산염 광물은 Na-벤토나이트, Ca-벤토나이트, 헥토라이트 (hectorite), 사포나이트 (saponite), 아타풀자이트 (attapulgite), 세피오라이트 (sepiorite), 및 버미쿨라이트 (vermiculite)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 조성물.
제4항에 있어서, 규산염 광물은 벤토나이트와 아타풀자이트가 각각 1:1 내지 2:1의 중량비로 혼합하는 것인 조성물.
삭제
제1항에 있어서, 상기 고흡수성 고분자는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴아마이드, 폴리메틸에틸 셀룰로오즈, 폴리에틸프로필 셀룰로오즈, 카르복시 메틸셀룰로오즈, 소디움카르복시메틸셀룰로오스(Sodium carboxymethyl Cellulose; SCMC), 폴리비닐알코올(PVA) 및 스타치로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 일액형 프리폴리머는 우레탄 수지, 실리콘 수지, 시아노아크릴레이트 수지 및 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 조성물에 추가로 지오파이버(geofibers)가 고화제 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부의 비율로 더 첨가되는 것인 조성물.
제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 고화제 조성물을 포함하는 차수 또는 차단을 위한 층.