KR20010003347A - 융설 및 해빙기능을 갖는 발열콘크리트를 이용한 고투수콘 포장 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발열콘크리트를 이용한 융설 및 해빙기능을 갖는 고투수콘 포장도로의 새로운 시공방법으로, 보다 완전한 융설 및 해빙기능을 가지며 유지관리, 보수가 간편하고 경제성이 뛰어난 특수콘크리트인 시멘트 발열체를 이용한 고투수콘 포장도로의 보강과 더불어 겨울철에 일반시민 보행자의 안전통행 및 자전거도로 등의 고투수콘 포장도로를 안전하게 통행할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

본 발명의 시공방법은 먼저 지중바닥면을 고르게 다진후 물이 지중으로 잘 흡수될 수 있도록 바닥면 기초위에 자갈층(4)을 형성해주고 자갈층위에 발열성 시멘트 모르타르 또는 콘크리트 조성물을 성형하여 얻은 최종 성형체인 발열콘크리트봉(2)을 일정간격(50cm∼100cm)으로 설치하고 발열콘크리트봉(2)에 삽입된 전극봉(23)에 전기를 공급할 수 있도록 도로의 가장자리에 절연전극선을 깔아 전극봉(23)에 연결되도록 부착시킨 후 물이스며들어 전기쇼트 현상이 일어나지 않도록 연결부위를 절연체튜브(22)나 플라스틱 케이스로 덮어준다. 이렇게 연결된 발열콘크리트 위에 고투수콘(1) 포장재를 피니셔 포설하여 파워트로웰 등으로 다진후 콤팩트 로라나 다짐봉으로 평탄화 마무리를 하고, 비닐시트나 스폰지매트 양생포 등으로 양생한다. 보통 양생기간은 6∼7일 정도가 걸리며 마스킹 및 칼라착색을 마치고 발열콘크리트봉(2)의 전기발열성 및 고투수콘(1)의 투수성을 시험검사 후 시공하는 방법에 관한 것이다.

Description

융설 및 해빙기능을 갖는 발열콘크리트를 이용한 고투수콘 포장도로의 시공방법{Construction method on Hi-porous concrete pavement functioning snow melting and thawing by using Electro Conduction Concrete}

우리나라와 같이 겨울이 긴 기후조건에서 보도 및 도로상의 적설과 결빙은 보행과 교통장해 등 인적, 물적 경제적 손실의 주원인으로 되두되고 있다. 도심지역의 경우 불과 수 센티미터의 강설에도 불과하고 극심한 정체 및 교통혼란을 야기시키며 주요 간선도로의 통행이 마비되는 현상들이 매년 반복되고 있는 상황이다. 또한 차량추돌 등 교통사고의 급증 뿐아니라 보행자의 안전사고 등 인명피해와 아울러 경제적 손실도 크게 나타나고 있다.

이러한 도로상의 적설 및 결빙처리에 대한 기존의 방법으로는 차량에 Snow Plough를 연결하여 눈을 갓길로 밀어내거나 불도저, 그레이더를 이용하여 밀어내는 방법과 블로워(Blower)로 20∼40m 정도 도로 옆쪽으로 날려보내는 뿜어내는 방법, 트럭이나 스노우로더 등을 이용하여 퍼내어 실어내는 방법이 있고, 염화칼슘을 살포하여 눈의 융점을 낮추어 주거나 단지 미끄럼 방지용의 모래나 흙을 뿌려 타이어의 마찰저항을 증가시키는 방법, 도로표층의 하부에 전기열선을 깔아 융설하는 Load Heating 시스템과 일본의 호쿠리쿠 지역처럼 도로표층 하부에 따뜻한 지하수를 흘려 융설하는 방식 등이 현재 사용되고 있다.

그러나 이들 방법들은 잔설이 남는다거나 유지보수 및 관리비가 많이 소요되며 초기시설 투자비가 과다해 경제적이지 못하며 차량의 부식촉진이나 노반과 교량의 강재를 부식시켜 수명을 단축시키는 등의 단점을 가지고 있었다.

발열콘크리트의 경우, 전자파 차폐용 콘크리트에서부터 시작되어 무선전파를 차폐하는 전파차단성 콘크리트인 레벳(Rebet)이 개발되었고 전파를 흡수하는 콘크리트 외에 전기전도성 콘크리트인 베텔(Betel)이 개발되었으나 그 용도가 산업적인 용도로 사용하기에는 내구성, 경제성 및 안정성 면에서 적합하지 않으므로 발열성이 우수하고 고온 및 저온 등의 온도변화에서도 콘크리트의 물리적 성질이 변하지 않는 안정성과 지속적인 발열성이 유지될 수 있는 내구성 및 경제성이 우수한 발열성 시멘트 모르타르 또는 콘크리트 조성물, 발열체 및 그의 제조방법에 관하여 특허출헌한 바 있다.(대한민국 특허출원 제97-024179호)

도로 및 보도의 포장재로 쓰이는 고투수콘(1)은 시멘트, 바인더, 잔골재 및 물을 적정 배합하여 만든 포장재료로서 종래의 콘크리트나 아스팔트와 비교하여 우수한 투수성, 보수성 및 통기성을 가지며 내구성, 내마모성, 내유성, 내알칼리성 및 미끄럼 방지기능 향상을 위한 유성, 수성무기질 안료를 도포함으로서 주변환경과 조화된 포장도로를 공급할 수 있는 특징을 가지고 있다.

기존의 자전거도로, 주차장, 경차량 도로 등에 쓰여져온 투수콘크리트 및 투수아스팔트, 인터로킹 등은 동절기 적설 및 결빙으로 도로 및 보도의 기능을 상실하여 제설작업에 많은 예산과 노동력의 투입으로 혹한기 및 동절기 도로 및 보도기능을 발휘할 수 있는 보다 경제적이며 획기적인 전천후 도로포장이 요구되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명의 목적은 발열콘크리트를 이용한 융설 및 해빙기능을 갖는 새로운 고투수콘(1) 포장도로의 시공방법의 일환으로 발열콘크리트의 우수한 발열성과 고투수콘(1)의 투수성, 보수성 및 통기성을 결합하여 지하수의 감소 및 지반침하를 막아주며 지중생물 생태계의 보존으로 자연환경과 보다 나은 조화를 이루며 아스팔트 및 콘크리트 포장도로의 단점을 보완하며 자연친화적인 환경을 만들어 주는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 보다 완전한 융설 및 해빙기능을 가지며 유지관리, 보수가 간편하고 경제성이 뛰어난 특수콘크리트인 시멘트 발열체를 이용한 고투수콘 포장도로의 보강과 더불어 겨울철에 일반시민 보행자의 안전통행 및 자전거도로 등의 고투수콘 포장도로를 안전하게 통행할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 발열콘크리트를 이용한 융설 및 해빙기능을 갖는 고투수콘(1) 포장도로의 구조도

도 2는 본 발명의 발열콘크리트의 최종 성형체인 발열콘크리트봉(2)의 모습

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 고투수콘 2 : 발열콘크리트봉

3 : 노반 4 : 자갈층(쇄석)

5 : 지하배수관 21 : 세라믹프리트(Ceramic frit)

22 : 절연체튜브 23 : 전극봉

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 도 1에서 보는 바와 같이 바닥면 기초위에 자갈층(4)을 형성하고 발열성 시멘트 모르타르 또는 콘크리트 조성물을 성형하여 얻은 최종 성형체인 발열콘크리트봉(2)을 일정간격으로 설치하고 도로의 가장자리에 절연전극(23)을 심어 연결하고 그 위에 고투수콘 포장재를 덮음으로써 시공을 마감한다. 도 1은 본 발명의 발열콘크리트를 이용한 융설 및 해빙기능을 갖는 고투수콘(1) 포장도로의 구조도를 나타낸 것이며, 도 2는 발열콘크리트의 최종 성형체인 발열콘크리트봉(2)의 모습을 나타낸 것이다.

일반적으로 시멘트 모르타르 또는 콘크리트는 전기저항이 10⁸Ωcm 이상으로 높아서 부도체로 알려져 있다. 이와 같이 부도체인 콘크리트에 전도성 재료를 혼합시켜 전기저항을 낮추어서 도전성 콘크리트를 만드는 방법으로 기공률이 적고 기공이 균일하며, 강도 및 내구성이 우수한 발열콘크리트를 성형 제조하여 포장도로에 시공하게 된다.

본 발명의 발열콘트리트봉(2)의 조성물은 수경성 시멘트 100중량부와 흑연 35∼90 중량부를 함유하는 분말에, 이 원료 분말의 총 중량에 대해 물 10∼35% 중량을 첨가하여 만든 압축 또는 압출 성형용의 발열콘크리트봉(2)에 전극봉(23)을 심어주고 그 바깥부위에 강도 및 내구성을 증가시키고 절연성을 부가시키기 위해 세라믹프리트(Ceramic frit)(21)를 입혀 코팅하고 자연건조 시킨 후 가열로에 넣어 성형시킨다.

조성물중 사용되는 흑연은 토상흑연, 인상흑연, 인조흑연으로 입도가 0.5mm 이하로 미세하게 분쇄된 것으로 만약 흑연의 입도가 크면 수경성 시멘트에 불균일하게 첨가되므로 성형하여 얻은 시멘트 발열체 내의 위치에 따라 발열온도가 다르게 된다. 또한 물은 시멘트의 강도 및 내구성을 발휘하게 하고 원료 분말을 균일하게 혼합하게 하는 역할을 하며 특수한 빛깔, 맛, 탁도가 없는 순수한 증류수를 사용한다. 여기에 추가 첨가제로 소포제, 윤활이형제, 보강제 등을 함유할 수도 있다.

성형방법으로는 가압압축 또는 압출 성형으로 습식의 유압프레스에 페이스트 상태의 원료를 금형에 충전하여 10∼80Kg/cm²의 성형압을 가한다. 탈형시에는 성형체 표면이 갈라지는 현상을 방지하기 위해 수분간 유지시킨 후 탈형한다. 본성형체 제작에 사용되는 금형은 내벽이 고도로 연마되어 크롬-탄소강을 열처리하여 로크웰 경도가 C_55-92값을 갖는 재질을 사용하였다.

고투수콘(1)의 포장특성을 보면, 투수콘은 공극율이 약15∼30%의 포러스(다공질)구조를 하고 있고 투수계수도 1×1O^-1cm/sec 이상의 투수능력을 갖고 있다. 또한, 휨강도 2.46N/mm², 압축강도 100∼300kg/cm², 인장강도 1.18N/mm²이상으로 보도, 광장, 주차장은 물론 경교통량의 하중에도 충분히 견딜 수 있는 강도를 가지고 있다.

고투수콘(1)은 지중에 빗물을 침투시켜 공기의 유통도 자연히 행하여지게 하기 때문에 지하수의 함양, 흙의 활성, 지중생물 생태계의 보호, 정원수의 발육 등 자연환경보전에 효과를 발휘하고 있다. 특히 도시의 식재환경의 개선에 큰 효과가 있으며 지하수의 감소, 지반침하 방지에도 큰 도움을 준다. 또한, 여름철 통기성 및 단열성으로 포장도로의 노면온도가 저온으로 유지되며 태양의 뜨거운 반사열은 물론 눈부신 빛의 난반사도 막아준다.

고투수콘(1)은 노면이 포러스이기 때문에 발걸음이 부드럽고 또한 비오는 날에도 물이 고이지 않아 미끄럼을 방지하며 강우시 타이어의 슬림현상이 없으며 자동차 타이어 소음을 공극내에서 흡수하는 방음효과도 포함된다.

고투수콘(1) 포장두께의 설계 방법으로 다층 탄성이론에 의하여 고투수콘(1) 포장체내의 응력을 구하고, 다음의 조건이 만족될 수 있도록 설계한다.

σt ≤ σf

여기서 σt : 고투수콘(1)층 아래면의 휨 인장 응력 (kgf/cm²)

σf : 고투수콘(1)의 휨 강도 (kgf/cm²)

σf = σbk × Sr

σbk : 고투수콘(1)의 설계기준 휨 강도 (=25kgf/cm²)

Sr : 응력비

이하 본 발명의 발열콘크리트를 이용한 융설 및 해빙기능를 갖는 새로운 고투수콘(1) 포장도로의 시공방법은 하기와 같은 단계로 구성된다.

도 1에서 보는 바와 같이 지중바닥면을 고르게 다진 후 물이 지중으로 잘 흡수될 수 있도록 바닥면 기초위에 자갈층(4)을 형성해주고 자갈층(4)위에 발열성 시멘트 모르타르 또는 콘크리트 조성물을 성형하여 얻은 최종 성형체인 발열콘크리트봉(2)을 일정간격(50cm∼100cm)으로 설치하고 전극봉(23)에 전기를 가할 수 있도록 양쪽 도로의 가장자리에 절연전극선을 깔아 전극봉(23)에 연결되도록 부착시킨 후 물이 스며들어 전기쇼트 현상이 일어나지 않도록 연결부위를 절연체 튜브(22)나 플라스틱 케이스로 덮어준다. 이렇게 연결된 발열콘크리트 위에 고투수콘(1)포장재를 피니셔 포설하여 파워트로웰 등으로 다진후 콤팩트 로라나 다짐봉으로 평탄화 마무리를 하고, 비닐시트나 스폰지매트 양생포 등으로 양생한다. 보통 양생기간은 6∼7일 정도가 걸리며 마스킹 및 칼라착색을 마치고 발열콘크리트의 전기발열성 및 고투수콘(1)의 투수성을 시험검사 후 시공을 마감한다.

본 발명의 발열콘크리트를 이용한 융설 및 해빙기능의 고투수콘 포장도로의 시공방법은 기존의 도로포장의 기반 기초위에 바로 시공되어 시공 및 개보수가 용이한 장점이 있으며 폭설이나 결빙시 이들을 제거하는데 필요한 노동력의 절감을 위한 공항의 활주로, 도로의 결빙지역, 교량, 철도의 분기 시설지, 바닥난방용 온돌 등에 간편하게 시공할 수 있다.

또한 발열콘크리트는 전기가 통하지 않는다는 기존 콘크리트의 통념을 깬 특수 콘크리트로서 전기를 공급하면 발열하는 특징을 가지고 있으며 강도면에서 일반 콘크리트와 동일한 강도를 가지고 있어 승용차용 경교통 도로, 자전거 도로, 보도, 주차장, 광장, 지하주차장 등의 포장재로 고투수콘(1)과 함께 사용되며 안전성 및 강도를 높힘으로써 난방용 보조히터로써 제작이 가능하다.

Claims (2)

1. 다음 단계들로 구성된 것을 특징으로 하는 발열콘크리트를 이용한 융설 및 해빙기능을 갖는 고투수콘(1) 포장도로의 시공방법.

   1) 먼저 지중바닥면을 고르게 다진후 물이 지중으로 잘 흡수될 수 있도록 바닥면 기초위에 자갈층(4)을 형성해주는 단계.

   2) 자갈층(4)위에 발열성 시멘트 모르타르 또는 콘크리트 조성물을 성형하여 얻은 최종 성형체인 발열콘크리트봉(2)을 일정간격(50cm∼100cm)으로 설치하는 단계.

   3) 전극봉(23)에 전기를 공급할 수 있도록 도로의 가장자리에 절연전극선을 깔아 전극봉(23)에 연결되도록 부착시킨 후 물이스며들어 전기쇼트 현상이 일어나지 않도록 연결부위를 절연체 튜브(22)나 플라스틱 케이스로 덮는 단계.

   4) 이렇게 연결된 발열콘크리트 위에 고투수콘(1) 포장재를 피니셔 포설하여 파워 트로웰 등으로 다진후 콤팩트 로라나 다짐봉으로 평탄화 마무리를 하는 단계.

   5) 평탄화 작업 후 비닐시트나 스폰지매트 양생포 등으로 양생하는 단계.

   6) 마스킹 및 칼라착색을 마치고 발열콘크리트봉(2)의 전기발열성 및 고투수콘(1)의 투수성을 시험검사 후 시공을 마감하는 단계.
2. 제 1항의 시공방법중 기초 자갈층(4)과 고투수콘(1) 사이에 발열성 콘크리트봉(2)이 설치되어 융설 및 해빙기능을 갖는 것을 특징으로 하는 시공방법.