KR19990014390A - 소일 콘크리트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보행자을 위한 보도, 산책로, 골목길, 농로 또는 경차륜 지역과 같은 환경친화적인 도로나 구역의 포장에 적합한 소일 콘크리트에 관한 것으로, 특히, 토양을 주성분으로 하여 자연스러운 색상을 연출할 수 있으면서 도로포장재로써 요구되는 강도특성, 내마모성 및 반침투성을 고루 갖춘 소일 콘크리트에 관한 것이다.

본 발명의 소일 콘크리트는, 점성토(황토) 20 ∼ 50 중량%, 비표면적 4,500 cm²/g 이상의 시멘트계 고화재 10 ∼ 30 중량%, 그리고 골재 30 ∼ 60 중량%로 구성됨을 특징으로 한다. 이러한 구성으로 이루어진 소일 콘크리트를 도로 포장 등에 적용할 경우, 기존의 검은색 또는 회색으로 획일화된 도로를 환경친화적인 토양의 자연색상으로 연출함과 더불어 혹서기 포장 표면온도를 낮출 수 있고 또 원적외선도 방출하므로, 주위 환경을 보다 쾌적하게 조성할 수 있다. 뿐만 아니라 시간 경과에 따라 풍화작용을 거쳐 자연상태로 회귀하므로 기존의 콘크리트 또는 아스팔트 폐기물에 따른 환경오염의 문제를 해소할 수 있으며 이에 폐기처리비용도 절감할 수 있다.

Description

소일 콘크리트

본 발명은 보행자을 위한 보도, 산책로, 골목길, 농로 또는 경차륜 지역과 같은 환경친화적인 도로나 구역의 포장에 적합한 소일 콘크리트(Soil Concrete)에 관한 것으로, 특히, 토양을 주성분으로 하여 자연스러운 색상을 연출할 수 있으면서 도로포장재로써 요구되는 강도특성, 내마모성 및 반침투성을 갖춘 소일 콘크리트에 관한 것이다.

통상적으로, 보도나 골목길 또는 경차륜 지역과 같이 보행자가 주로 이용하는 도로나 지역들의 포장재로는 시멘트, 물, 잔골재, 굵은 골재 및 필요에 따라 혼화재료를 혼합하여 만든 콘크리트나 아스팔트가 주로 사용되고 있다.

콘크리트나 아스팔트는, 내구성 내화성 및 내진성이 좋으면서 필요로 하는 임의의 강도를 자유롭게 얻을 수 있으며, 또한 불투수성이면서 시공성이 좋고 비교적 저렴하다는 잇점 때문에 현재까지도 도로 포장재로써 가장 널리 사용되고 있다.

그러나 콘크리트나 아스팔트 등의 종래 도로 포장재는 자중에 비해 비강도(Specific Strength)가 작고, 압축강도에 비해서는 상대적으로 인장강도와 휨강도가 작으며, 건조수축 등에 의해 균열이 생기기 쉽다는 약점을 가지고 있다. 그리고 그 색상이 회색 또는 검은색으로 한정되기 때문에 도시나 농촌을 불문하고 주위환경을 획일화하여 자연경관을 해침은 물론 인성까지도 파괴하는 문제점을 가지고 있었다. 뿐만 아니라, 콘크리트나 아스팔트 등은 자연회귀도 거의 불가능하여 수명이 다한 경우 별도의 폐기 처리 과정이 필요하며 이에 폐기처리비용이 과다하게 소요되는 문제점도 있었다.

이에, 최근에는 콘크리트나 아스팔트의 단점을 해소할 수 있는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 사질토와 시멘트 또는 고화재 등을 혼합하여 일축 압축강도 10 kg/cm²이상 확보한 소일-시멘트(Soil-Cement) 공법이 저급 포장로(농로, 임도) 및 산책로 등에 일부 사용되고 있다.

그러나, 종래의 이 공법은 압축강도 휨강도 마모성 내구성 동결융해 및 침투성 등 포장재로써 요구되는 기준 성능에 미치지 못하여 간이 포장의 한계를 극복하지 못하고 쉽게 훼손되거나 유실되는 문제점을 가지고 있었다. 특히, 4 계절이 뚜렷하고 연강 강수량의 2/3가 우기에 집중되는 기후에서는 동결융해와 홍수 및 범람에 의한 완전습포화상태에서 포장체의 연약화 등이 주요한 문제점으로 지적되고 있다. 뿐만 아니라, 주성분이 입자가 큰 사질토 재료에만 국한되고 있어서 재료의 확보 및 선택이 어렵고, 색상 또한 획일화되어 있어서 환경을 삭막하게 하는 문제점도 가지고 있었다.

이에, 본 발명은, 상기와 같은 종래의 콘크리트나 아스팔트, 또는, 종래 소일-시멘트 공법이 가지고 있었던 제반 문제점들이 일소된 것으로, 토양을 주성분으로 함으로써, 자연경관에 일체화될 수 있음은 물론, 도로 포장체로써 요구되는 요건, 예컨대, 강도특성(압축강도 180 kg/cm²이상, 휨강도 40 kg/cm²이상)과 내마모성 그리고 반침투성을 갖춘 소일 콘크리트를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 소일 시멘트 공법에 따라 시공된 포장도로의 단면구조를 보인 모식도.

도 2는 본 발명에 따른 소일 콘크리트 제조공정을 보인 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 소일 콘크리트로 포장된 도로의 단면구조를 보인 모식도.

도 4는 본 발명에 따른 소일 콘크리트 시공순서를 보인 블록도이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소일 콘크리트는, 점성토(황토) 20 ∼ 50 중량%, 비표면적 4,500 cm²/g 이상의 시멘트계 고화재 10 ∼ 30 중량%, 그리고 골재 30 ∼ 60 중량%로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 점성토 20 ∼ 50 중량%가 사질토(마사토) 30 내지 60 중량%로 대체된다.

또한, 상기 시멘트계 고화재 10 ∼ 30 중량%는 시멘트 15 ∼ 45 중량%로 대체되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 점성토 또는 상기 마사토는 비표면적이 500 ∼ 2000 cm²/g 인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 통하여 이상의 각 구성들의 기능과 작용을 보다 구체적으로 설명한다.

먼저, 첨부도면을 살펴보면, 도 2는 본 발명에 따른 소일 콘크리트 제조공정을 보인 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 소일 콘크리트로 포장된 도로의 단면구조를 보인 모식도이며, 도 4는 본 발명에 따른 소일 콘크리트 시공순서를 보인 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 소일 콘크리트는 점성토(황토)나 사질토(마사토), 시멘트나 비표면적 4,500 cm²/g 이하의 시멘트계 고화재, 골재 등을 주요 구성 성분으로 하며, 여기에 물, 혼화제(유동화제, 증점제) 등이 배합되어 이루어진다. 각 성분별 함량과 그 특성은 다음과 같다.

본 발명에 따른 소일 콘크리트의 주성분으로 전체 중량 대비 20 ∼ 60 %를 차지하는 점성토 또는 사질토는 선택적으로 또는 혼합하여 사용된다. 이들은 주변에서 용이하게 채취할 수 있는 일반적인 토양으로서, 조립토 계열이 강도발현에 유리하며 특히 사질토나 사질토와 점성토가 혼합된 계열이 우수하다. 반면에 유기물을 함유하거나 반응성을 가진 토양은 배제되어야 한다.

일반적으로, 자연상태에서 채취된 토양은 습윤상태의 자연시료로서 응집되어 덩어리진 부분을 많이 포함하고 있기 때문에 바인더 분말과의 균일한 혼합이 불가능하다. 따라서 다음과 같은 별도의 분쇄공정을 통하여 완전 분말화하여야 한다.

먼저, 덩어리를 포함하는 토양을 롤러 크러셔(Rooler Crusher)에 투입하여 1∼3 mm 정도의 박편으로 만든 다음 바인더와 함께 햄머 크러셔(Hammer Crusher)에 투입하여 비표면적 500∼2,000 cm²/g 상태로 완전분말화한다. 이 때 바인더와 1 차 혼합이 이루어지며 완전포화습윤상태의 흙은 배제하는 것이 바람직하다.

바인더로써 사용되는 시멘트나 시멘트계 고화재로는 KSL 5201 시멘트가 사용될 수 있으나 이는 비표면적이 3,200 cm²/g 많은 양이 사용되어야 하므로 소일 콘크리트 특유의 자연색상을 해칠 우려가 있다.

통상 바인더는 소정의 콘크리트 품질을 얻기 위해서 비표면적이 토양입자 비표면적의 2∼3배 정도가 되어야 하며, 경제성을 고려하여 토양이 사질토인 경우에는 시멘트와 토양의 중량비를 1 : 1.5 로 하고, 점성토인 경우에는 1 : 1 로 혼합하는 것이 바람직하다.

또한 시멘트와 함께 고화재를 더불어 사용하면 시멘트만을 사용할 때와 비슷한 강도를 유지하면서 바인더의 사용량을 줄일 수 있고 또 소일 콘크리트 고유의 색상과 자연성을 유지할 수 있어 더욱 바람직하다. 이 때 사용되는 고화재는 비표면적이 클수록 좋으나 비용면을 고려하여 4,500 cm²/g 이상의 것을 사용하는 것이 무난하다.

골재는 요구되는 포장의 두께에 따라 달라질 수 있으나, 소일 콘크리트가 미세입자인 토양을 주성분으로 하고 있는 만큼 1/2″정도의 골재를 사용하는 것이 바람직하다. 골재는 일반 콘크리트에서와 같이 강도에 큰 영향을 미치게 되므로 단단하고 강하며 내구적인 것이어야 하며 얇은 석편, 가늘거나 긴 석편, 먼지, 그리고, 유기불순물 등은 함유하지 않은 것으로 No.78 골재의 입도범위를 기준으로 한다. 다음의 표 1, 표 2 및 표 3은 각각 소일 콘크리트에 적합한 골재의 표준입도, 물리적성질 그리고 유해물 함유량을 보인 것이다.

체 크기	3/4″	1/2″	3/8″	# 4	# 8
통과 중량	100	90∼100	40∼70	0∼15	0∼5

(표 1) 골재의 표준입도

항 목	비 중	흡 수 율	마 모(로스엔젤레스 마모시험)	안 정 성
규 격	2.5 이상	3.0 % 이상	35 % 이상	MgSO418% 이하Na2SO412% 이하
시험 방법	KSF 2504	KSF 2504	KSF 2502	KSF 2507

(표 2) 골재의 물리적 성질

항 목	점토덩어리	연 식 량	씻기손실량
규 격	0.25 %	5.0 %	1.0 %
시험 방법	KSF 2512	KSF 2516	KSF 2511

(표 3) 유해물 함유량

한편, 배합수로는, 기름이나 산 혹은 유기물 같은 이물질이 혼입되면 소일 콘크리트의 품질에 악영향을 끼치게 되므로, 일반 음용수로도 사용가능할 정도의 수질을 사용하는 것이 바람직하다.

혼화제는 유동화제와 증점제를 사용한다.

유동화제는 토양이 사질토인 경우 바인더 중량의 1∼4 % 정도가 사용되고, 점성토인 경우에는 바인더와 점성토 중량의 0.5∼2 % 정도가 사용되어야 한다. 또한 점성토인 경우 바인더와 점성토 중량의 0.1∼1 % 의 증점제가 더불어 사용함으로써 소일 콘크리트의 점성이 개량되어 작업을 효율적으로 수행할 수 있다.

다음의 표 4는 상기와 같은 구성들을 포함하여 이루어지는 본 발명의 소일 콘크리트에 있어서, 각 구성들의 배합비를 달리하여 보인 여러 가지 실시예를 비교예와 비교한 것이며 표 5는 표 4의 각 실시예의 강도특성을 측정하여 대비한 것이다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2
토양	점성토450	사질토600	점성토450	점성토600	점성토1,150	점성토450
바인더	고화제300	고화제300	시멘트450	시멘트450	시멘트450	고화제300
골재	1,000	900	900	800	·	·
배합수	314	293	307	249	349	328
유동화제	10	10	10	10	10	10
증점제	5	·	5	·	5	·

(단위 : kg)

(표 4) 실시예와 비교예의 성분 배합표

재령	실시예 1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예 1	비교예 2
3 일	91	102	99	118	58	61
7 일	122	132	128	148	78	76
28 일	188	191	208	221	114	106

(단위 : kg/cm²)

(표 5) 실시예와 비교예의 일축압축강도 측정표

위 표 5는 강도 측정은 상대습도 95%, 온도 23℃의 양생조건에서 양생을 행하고나서 측정 1일 전에는 물에 침지하고, 다시 물로부터 꺼내어 물기를 제거한 후 일축압축강도를 측정한 결과이다. 이 측정결과로부터 알 수 있듯이 본 발명의 소일 콘크리트는 바인더와 토양의 중량비를 1 : 1 또는 1 : 1.5 범위내로 할 경우에 아주 우수한 강도특성을 보이는 것으로 나타났다.

이상과 같은 성분들이 이루어지는 본 발명의 소일 콘크리트 제조공정은 도 2의 블록도에 보인 바와 같은 순서의 공정을 거치는 라인 상에서 진행된다.

먼저, 사용하고자 하는 토양의 시료를 채취하여 유기물 함유량과 함유수분을 측정하여 소일 콘크리트 소재로써 적합한지의 여부를 가린 후 토양을 채취한다.

공정은 채취된 토양으로부터 자갈을 선별한 후 장비를 사용하여 토양을 호퍼(Hopper)에 투입함으로써 시작된다. 호퍼에 투입된 토양은 롤러 크러셔(Roller Crusher)에 의해 1∼3 mm 범위의 박편상태로 분쇄된다. 이어 분쇄된 토양은 바인더와 혼합한 후 햄머 크러셔에 의해 완전 분말화 상태로 재분쇄되어 믹서기로 이송된다. 믹서기는 바인더와 완전분말혼합한 상태의 토양에 물(슬럼프 조정)과 혼화제(유동화제 또는 증점제)함께 골재를 투입하여 이들을 균질하게 혼합함으로써 시공되기 직전의 소일 콘크리트를 완성하게 된다. 이 때 배합비는 시공현장의 여건에 따라 포설전압할 것이가 타설할 것인가가 사전에 결정된 후 결정된다. 일반적으로 포설전압일 경우 적정 수분량은 12% 내외가 적정하나 타설시에는 사용할 토양의 종류와 타설장비 등을 고려하여 결정하여야 한다.

이렇게 제조된 소일 콘크리트를 사용하게 되는 노상면과 보조기층의 시공은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 일반 포장공사 시공과 동일하므로 시공방법에 대한 설명은 생략한다. 다만, 노상의 상태에 따라서 보조기층이 생략될 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 소일 콘크리트로 시공할 경우 다음과 같은 장점과 효과가 있다.

첫째, 노상의 포장에 있어서 종래 소일 시멘트 공법에서는 상상도 할 수 없었던 150∼300kg/cm²의 고강도 포장공사를 시행할 수 있다.

둘째, 주변에서 용이하게 채취할 수 있는 토양을 주성분으로 사용하므로 세골재를 대체할 수 있다.

셋째, 기존의 검은색 또는 회색으로 획일화된 도로를 환경친화적인 토양의 자연색상으로 연출하여 보다 쾌적한 환경을 조성할 수 있다.

넷째, 소일 콘크리트는 열흡수율이 낮을 뿐만 아니라 열전도율도 낮아서 혹서기에 기존의 콘크리트나 아스팔트에 비해 포장표면의 온도를 낮출 수 있게 되어 보행자에게 쾌적감을 부여할 수 있다.

다섯째, 동결융해, 침투로 인한 연약화 등에 대한 저항성이 기존의 소일 시멘트 공법에 비하여 월등하므로 장기공용성 측면에서 아주 유리하다.

여섯째, 환경친화적인 특성을 갖고 또 원적외선을 방출하므로 보행자의 건강도 증진할 수 있다.

일곱째, 폐기시 시간 경과에 따라 풍화작용을 거쳐 자연상태로 회귀하므로 기존의 콘크리트 또는 아스팔트 폐기물에 따른 환경오염의 문제를 해소할 수 있으며 폐기처리비용도 절감할 수 있다.

Claims (4)

1. 점성토(황토) 20 ∼ 50 중량%, 비표면적 4,500 cm²/g 이상의 시멘트계 고화재 10 ∼ 30 중량%, 그리고 골재 30 ∼ 60 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 소일 콘크리트.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 점성토 20 ∼ 50 중량%는 사질토(마사토) 30 내지 60 중량%로 대체된 것을 특징으로 하는 소일 콘크리트.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 시멘트계 고화재 10 ∼ 30 중량%는 시멘트 15 ∼ 45 중량%로 대체된 것을 특징으로 하는 소일 콘크리트.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 점성토 또는 상기 마사토는 비표면적이 500 ∼ 2000 cm²/g 인 것을 특징으로 하는 소일 콘크리트.