KR20020075985A

KR20020075985A - 고화토 공법에 의한 도로 표면층 시공방법

Info

Publication number: KR20020075985A
Application number: KR1020010015805A
Authority: KR
Inventors: 남 출 이
Original assignee: 대지종합건설 주식회사
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2002-10-09
Also published as: KR100407119B1

Abstract

고화토 공법에 있어 종래 흙만으로 모재로하는 고화토 공법과는 달리 시공현장에서 발생하는 흙에 적게는 70wt% 많게는 80wt% 파쇄석을 첨가 이를 모재하고 여기에 CAS계 시멘트를 구성성분으로 하고 PSA(potassium alum계), 석고, 마이크로실리카를 주성분으로 하는 분말고화제, 스테아린산아연과 젤라틴질의 탄닌산을 구성성분으로하는 차수 및 동결방지제, 액상경화제를 첨가하여 충분히 교반 혼화시킨 고화토 시공몰탈을 기층위에 타설하고 진압다짐하여 정형한후 완전히 고결경화시키는 고화토 공법에 의한 도로표면층 시공방법에 관한것임.

Description

고화토 공법에 의한 도로 표면층 시공방법{THE METHOD OF CONSTRUCTING THE SURFACE LAYER OF ROAD BY SOIL CEMENT}

본 발명은 시공현장에서 발생하는 흙과 돌을 이용 이를 직접 파쇄분급하여 이를 모재로하고 여기에 시멘트, 고화제, 차수 및 동결방지제, 액상의 경화제를 첨가 충분히 교반 혼화한 고화토 몰탈로 기층위에 타설 작업으로 산간도로, 임도, 농도 등의 도로 표면층을 시공하는 방법에 관한 것으로 상세하게는 현장토에 상당량의 미세골재를 첨가하므로서 도로 표층에 필수적인 기능으로 요구되는 압축강도, 전단강도 및 내마모성을 물리적으로 높힐수있고 팽창성 CAS시멘트를 주성분으로 하고 PSA(potassium alum계), 석고, 마이크로실리카로 구성되는 고화제에 의하여 애트린자이트 생성반응, 규산질성분의 첨가로 인하여 수산화칼슘의 분산성을 높히므로서 수산화칼슘의 포졸란 반응의 활성화 등으로 조직의 치밀화에 의한 수밀성의 향상등으로 고화체의 강도향상과 차수성을 높히고 석고의 첨가로 토양중에 휴민산 등의 부식산에 의한 고화체의 강도 저하를 방지할 수 있으며 차수층 및 동결 방지제의 첨가로 차수성의 극대화, 융해로인한 균열방지와 액상경화제 첨가로 흙입자성분과 돌입자성분간에 반응을 촉진시키므로 흘과 미세골재간의 결합력을 더욱 강화시키므로 보다 높은 강도, 내마모성, 내수성, 동결 방지 특성을 향상시킬수 있는 도로표면층 시공방법에 관한 것이다.

종래 표층을 마감층으로 하고 장기간 노출과 접촉이 요구되는 차도, 임도, 산간도로, 보도와 같은 도로시공 구조체는 통상 콘크리트 구조체와 유사한 강도(150-200kg/㎠)와 내마모성, 동결융해방지, 내수성이 확보되어야하나 종래 고화토 공법에 의한 흙만으로 모재로하는 도로 표층은 우수등 물을 접하면 고화체로 부터 미반응 흙입자가 침출하여 표면이 미끄럽고 낮은 강도 때문에 차량이 통과하면서 하중과 멈춤 및 출발시 발생하는 전단 충격으로 표면의 마모파손은 물론 차수성이 좋지않아 동절기예 동결 및 융해로 쉽게 균열이 발생하거나 조직의 와해로 내구성이 짧다.

그 밖에도 도로 경사가 클경우에는 차량 운행이 어렵다할것이나 그렇다해서 낮은강도와 내마모성이 약하므로 미끄럼방지 구조선을 설치해도 효과가 없다.

그러므로 흙만을 모재로한 고화토 공법으로 도로 표층 등의 시공에는 거의 사용하지 않고 있는 실정이다.

본 발명은 종래 흙만을 모재로 하여 시멘트와 고화제로 처리한 고화토 공법에 의한 도로표면층의 문제점을 해결한 도로 표면층 시공방법을 제공함에 목적이 있으며 이를 해결하는 수다으로 시공현장에 발생하는 흙과 흙에 포함된 돌을 파쇄시킨 파쇄골재를 일정비로 혼합한 모재를 채택하므로서 자체 강도가 큰 파쇄골재의 맞물림 효과에 의한 압축강도 및 전단강도 등의 강도를 높히는 기본골격을 마련하고 골재의 간극에 충진되는 흙은 통상으로 사용되는 시멘트의 고결력에 더하여 다기능성의 고화제를 첨가하므로서 고화체의 건조시에 건조수축응력으로 발생하는 균열방지와 흙에 통상으로 함유되는 부식산(휴민산등)에 의한 강도저하 방지를 해결하고 수화과정에서 다량의 에트린자이트를 생성케하여 고화체 간극중에 침상결정으로 성장하여 3차원적으로 연결된 골격구조를 형성해서 간극을 충진시키므로 차수성을 높히고 특히 고화제의 마이크로실리카는 미세한 입자 때문에 채움재의 기능과 시멘트의 수화반응 촉진기능을 갖게하므로서 수산화칼슘이 포졸란 반응에 좀더 활발하게 참여할 수 있도록 하므로서 전체적인 수화반응의 촉진으로 조직의 치밀성을 높히므로 차수성을 증가시킬 수 있게하고 또 고화제와 함께 사용하는 차수 및 동결방지제의 첨가는 콜로이드 입자간에 분산성을 좋게하고 접착력을 발현케하므로서 차수성을 극대화하고 수밀성을 향상시키므로 동결방지기능이 부여될 수 있으며 액상경화제의 첨가로 흙입자 성분과 파쇄석입자 성분간에 이온반응을 활성화시키므로 보다 높은 강도 내마모성, 동결방지 특성을 향상시킬 수 있는 도로 표면층 시공방법을 제공함에 목적이 있다 하겠다.

본 발명은 종래 흙만을 모재로 하여 시멘트와 고화제로 처리하는 고화토 공법에 의한 도로 표면층의 문제점을 해결한 도로 표면층 시공방법에 관한 것으로 시공현장에서 발생하는 흙과 돌의 량을 조정하여 일정 중량비가 되게한 것을 이동식 콘크리트 혼합공급기(국내실용신안공보 제 0197769호)로 파쇄분급시킨 흙과 미세골재를 모재로하고 여기에 통상의 포트란트시멘트와 다기능성의 고화제 차수 및 동결방지제, 액상경화제를 첨가 교반 혼화한 고화토 몰탈을 타설 전압다짐후 소정기간(14-28일)고결 경화시키는 고화토공법에 의한 도로 표면층 시공방법에 관한 것으로 이를 구체적으로 설명하면,

먼저 모재가 되는 흙과 파쇄골재의 배합 중량비를 흙 20-30wt%에 분쇄골재 80-70wt%범위로하고 이 모재 100부 중량부에 대하여 포트란트시멘트 10-12부, 분말고화제 4-8부, 차수 및 동결방지재 0.06-0.15부, 물희석, 액상경화제 2-3부를 첨가하여 충분히 교반 혼합한 고화토 시공몰탈을 기층위에 타설 전압다짐후 일정기간(14-28일)고결경화시킴을 특징으로하는 고화토 공법에 의한 도로 표면층 시공방법에 관한 것이다.

이상에서 얻어진 도로 표면층 형성용 고화토 몰탈을 실재 현장에서 실시하는 방법은 도로 표면층과 같이 장기간 노출되는 고화층은 일반 콘크리트의 강도 150-200kgf/㎠와 거의 유사한 강도를 발현할 수 있는 물리화학적 성질을 충족해야되기 때문에 고화토공법과 콘크리트 공법의 중간 시공방법을 선택 흙과 콘크리트 성상을 모두 고려한 시공에 역점을 두고 있다.

따라서 시공토는 콘크리트 구조물 포성설 슬럼프보다 약간 함수비를 낮추어 기층에 포설시킨 다음에 개인전압 다짐장비(콘벡트)로 도로 개설경계면과 경계석간에 접합시공다짐을 먼저한 다음에 시공층 모두를 전압다짐시키고 정형한후 40분-1시간 경과후 정적경과 과정에 따라 기초층(1층)은 양족성로울러로 다짐시공한다.

표층(2층) 다짐시공은 1층과 같은 개인장비전압다짐방법으로 시공한다.

40분-1시간 경과후에 뎀핑로울러(tamping roller)로 전압다짐으로 마감시공한다.

위에서 기층이라함은 굵은 돌이나 파쇄석으로 다짐하여 기층을 형성할 수 있고 지반층이 강도가 클경우에는 표층지반층을 제거하고 다짐한층을 기층으로 할 수 있고 위의 방법에 있어 모재에 혼합되는 파쇄석으로 입도는 1cm이하의 입도를 사용하고 모재의 수분함량을 8-12% 범위이나 현장토의 특성에 따라 그이상의 수분함량을 가질 수 있으나 액상경화제 첨가시 희석되는 물의 량으로 수분함량을 어느 정도 조절할 수 있다.

또 상기 방법에서 첨가되는 고화제의 구성성분은 표(1)의 화학성분을 갖는 CSA계(calcium sulphoaluminate)의 팽창성시멘트, 표(2)의 화학성분을 갖는 PSA(potassium alum계) 그리고 석고, 표(3)의 화학성분을 갖는 마이크로실리카로 구성되는 분말고화제로서 그 중량 조성비는 다음과 같다.

고화제의 구성성분 조성비(중량비)

CSA계 시멘트 76%

PAS 10-18%

석고 7%

마이크로실리카 3-6%

상기 고화제의 각 성분의 기능을 알아보면 소일 시멘트(soil cement)에서 보통 포트란트 시멘트가 가장 보편적으로 사용되고 있지만 고함수비의 점성토, 고유기물질토 또는 유기물질을 포함하는 흙 등에 적용하기에는 한계가 있다.

그리고 보통 포트란트시멘트 고화체에서 항상 발생하는 건조 수축에 의한 균열발생, 느린경화속도 낮은 인장강도 등에 문제점이 있다.

그 해결책으로 팽창시멘트 CSA를 고화제의 주성분으로 사용하므로서 포트란시멘트의 소일시멘트 공법에서 문제점을 해결할 수 있다.

CSA시멘트(3CaO ·3Al₂O₃·CaSO₄)는 자연에서 산출되는 아우인(hauyne)의 모든 Na와 Si 성분을 Ca 및 Al로 치환시킨 화합물로 아우인의 결정구조와 거의 유사하기 때문에 아우인이라 부르기도하는데 CSA 시멘트의 기능은 수화과정 초기부터 에트린자이트가 급속히 생성되는데 에트린자이트의 급속한 생성은 다량의 수분을 요구하므로 흙 속의 간극으로 부터 다량의 간극수를 빼앗아 함수비를 저하시킴과 동시에 그 간극중에 침상결정으로 성장하여 3차원적으로 연결된 골격구조를 형성해서 간극을 충진한다.

그리고 에트린자이트 결정 상호간의 얽힘에는 토입자간의 고결력을 증가시켜 조기의 강도를 발현케하며 속경성분의 수화 이후에는 여분의 C₃S가 활발히 수화하게 되는데 이때 생성하는 토베모라이트겔(tobemorite-gel : C-S-H gel)은 미수화 입자간에 형성된 에트린자이트 골격 구조내의 간극을 충진하여 조직의 치밀화와 강도를 증가시킨다.

또 에트린자이트 생성에 의한 강도 발현에는 부식산의 영향이 그이상 현저하게 미치지 못하므로 고유기질토가 포함되는 차수층 고화토 공법에 효과적이다.

또 CSA계의 팽창성 시멘트를 차수층 고화토 공법에 사용하므로서 유리한 것은 보통 포트란트 시멘트 보다 팽창성이 크다.

보통 포트란트시멘트의 대기중에서 경화할 때 건조 수축으로 균열이 발생하는데 이는 소일시멘트의 내구성에 악영향을 미친다.

그러나 CSA 시멘트는 수화 초기에 팽창성 수화물인 에트린자이트가 급속히 생성되어 소일시멘트 경화체의 팽창압은 발생시키게되며 이러한 팽창압은 시멘트의 수축응력을 보상하게되어 도로표면층의 균열을 방지할 수 있게된다.

그 밖에 CSA계 시멘트에 일정량의 무수석고(CaSO₄)를 첨가하면 수화촉진으로 다량의 간극수를 소비하므로서 응결시간이 단축된다.

CSA의 수화반응이 진행되기 위해서는 일정한 농도의 SO₃가 존재해야하는데 무수석고를 적당량 첨가하면 CSA의 수화반응과 C₃S의 수화를 촉진시켜 더많은 에트린자이트가 생성되 더욱더 치밀한 고화체를 형성할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 고화제성분중 CaSO₄는 내유기성 고화제라 할 수 있다.

소일 시멘트에서는 흙속에 함유된 유기물이 시멘트의 수화반응을 억제한다.

유기물중의 부식산(humic acid) 및 펄빅산(fulvic acid)은 시멘트의 수화반응에 의해 생성되는 수산화 칼슘과 반응하여 부식산 칼슘을 생성하고 이와 같은 생성물이 수화되지않은 시멘트 입자를 파괴시켜 시멘트의 수화반응이 저해 받는다.

이와 같은 현상은 결국 시멘트가 첨가되는 고화토 공법에서 고화체의 강도를 떨어뜨리게된다.

상기와 같은 현상은 고화토 공법에서 시멘트와 함께 첨가되는 석회에도 유사한 양상이 나타난다.

이상과 같은 문제를 해결하기 위하여 사용되는 성분이 석고로서 이의 특징적인 조성으로는 다량의 삼산화황(SO₃)을 함유한다는 것이다.

SO₃는 반수석고(CaSO₄·0.5 H₂O) 또는 이수석고(CaSO₄· 2H₂O)의 형태로 함유된다.

일반적인 포트란트시멘트에 적당량의 석고를 가함에 따라 개량효과가 개선되는 것은 석고와 흙중의 반응성 알루미나등이 에트린자이트(3CaO ·3Al₂O₃·CaSO ·3₂H₂O)를 생성하고 흙중의 결정수를 대량으로 흡수하여 함수비를 저하시킴과 동시에 에트린자이트 결정이 흙입자의 간극을 충진시켜 경화체를 치밀하게 하기 때문이다.

그리고 이와 같은 에트린자이트의 생성에 의한 강도 발현에는 부식산의 영향이 그 이상 현저하게 미치지 못하므로 석고를 가하므로서 흙중에 어느정도의 부식산이 포함되더라도 도로 표면층의 강도에 영향을 미치지 아니한다.

그 밖에 고화제의 성분으로 마이크로실리카는 시멘트의 량을 크게 줄일 수 있는 성분으로서 콘크리트 혹은 시멘트계 고화제로 처리된 흙에서 마이크로실리카는 채움재의 기능과 시멘트의 수화반응 촉진재의 역할을 한다.

마이크로 실리카는 1-3㎛정도의 구형 입자이므로 간극을 매우는 역할을 하며 시멘트 수화반응에서 포졸란반응은 수산화 칼슘이 필요한데 마이크로실리카가 없는 경우 수산화칼슘은 큰덩어리로 존재하며 적은 입자에 비교적 강하게 붙어있어 다음 단계로의 화학반응이 저해받는다.

그러나 마이크로실리카의 존재시에는 마이크로실리카가 이 수산화칼슘 덩어리를 잘게부수는 역할을 하여 수산화칼슘에 포졸란 반응에 좀더 활발하게 참여할 수 있도록 하므로서 전체적인 수화반응이 촉진된다.

그리고 본 시공방법에서 고화토시공몰탈에 첨가되는 차수 및 동결방지제는 스테아린산아연에 제라틴질탄닌산 20-30%가 첨가된것이고 스테아린산아연은 지방산의 특성으로하는 콜로이드입간에 분산성이 우수하고 또 여기에 첨가되는 탄닌산은 겔안정제로 작용하여 토입자간에 완벽한 접착력을 갖게하여 도막의 늘어암을 방지하므로서 차수성을 극대화하고 차수층의 동결방지에도 뛰어난 효과를 갖게된다.

또 액상경화제는 알카리성 실리케이트(pottassium silicate)금속산화물을 중합시킨 중합물에 SBR라텍스 10-20wt%, 알카리셀루로스와 에치렌크로로하이드린에 의한 반응으로 얻어지는 셀루로스유도체 3-5%를 첨가시켜서되는 액상경화제를 물에 대하여 15%-20wt%희석시킨 물희석 액상 결화제로서 고결에 필요한 결합수 대신 모재 100부에 대하여 2-3중량부를 사용하게 되며 이 경화제는 이온화하면서 흙과 미세골재간에 결합력을 강화시키므로서 강도, 내마모성, 내수성은 물론 동결방지성을 향상시킬 수 있으며 또한 흙과 미세골재간 흙과 흙 입자간에 경계장력을 높히고 습윤시킨 피복이 잘되게하는 동시에 정전기적(골재-제전)인력에 의하여 흙과 미세골재간에 부착을 강화시키기도한다.

상술한 본 발명의 고화토 공법에 의한 도로 표층시공방법을 구체적으로 알 수 있고 또 그효과를 알아보기 위하여 실시예를 들었다.

실시예(1)

시공현장에서 발생한 산토 2wt%에 0.1cm이하로 분쇄한 분쇄석 80wt%를 혼합하여 이를 모재로하고 이모재중량 100중량부에 대하여 시멘트 10중량부, 분말고화제 6중량부, 차수 및 동결방지제 0.1중량부, 물희석 액상경화제 3중량부를 첨가하여 충분힌 교반 혼화한 고화시공몰탈을 기층위에 타설 전압다짐후 정형하고 약 28일간 고결 경화시켰다.

여기에서 분쇄 분급 교반혼화 수단은 콘크리트 혼합공급기(실용신안 제 0197769호)를 사용하고 타설후 다짐방법은 개인전압다짐장비(콘벡트)양족로울러, 탬프리로울러 등을 사용하였다.

시공결과 15일경과후 압축강도 152,36kgf/㎠, 투수계수 3.7x10^-8cm/sec로 나타났고 완전 고결경화되었다고 보는 30일후 압축강도 173,27kgf/㎠, 투수계수 1,10x10^-8cm/sec로 나타났다.

본 발명은 고화토 공법에 있어 흙에 상당량의 파쇄석을 혼합 사용하므로서 자체 강도가 큰 파쇄석의 밀착 맞물림에 의하여 1차 물리적으로 상당한 압축강도와 전단강도, 내마모성을 발현할 수 있고 분말고화제의 주성분으로 팽창성 CSA계 시멘트를 사용하므로서 건조수축에 의한 균열을 방지할 수 있으며 석고 첨가에 의해 부식산(휸민산)에 의한 고화체의 강도저하를 방지할 수 있고 마이크로실리카 등에 의한 조직의 치밀화로 강도 및 차수성을 높힐 수 있으며 제조시 스테아린산아연 및 탄닌산의 구성성분으로 되는 차수 및 동결방지제를 사용하므로서 우수한 분산성과 접착성으로 차수성(수밀성)을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 치밀한 조직으로 물이침투할 수 없으므로 동결방지기능이 우수하여 액상결화제의 사용으로 분쇄석의 성분과 흙성분의 이온반응으로 조직의 치밀화, 결합력의 강화로 내마모성, 동결방지 특성의 성과로 실시예에서와 같이 통상의 콘크리트 강도 150-200kgf/㎠에 필적하고 투수성이 거의 0에 가까울 정도로 투수계수가 낮아 특히 동결 및 융해로 발생하는 균열이나 조직의 와해 현상이 발생하지 않아 도로 표층으로서의 기능을 충족시킬 수 있는 고화토 공법에 의한 도로 표층의 시공방법이라 할수 있다.

Claims

고화토 공법으로 도로 표층을 시공함에 있어서 흙 20-30wt%, 분쇄석 70-80wt% 비율로 배합한 것을 모재로하고 이모재 100중량부에 대하여 포트란트시멘트 10-12부, 분말고화제 4-8중량부, 차수 및 동결방지제 0.06-0.15중량부, 물희석경화제 2-3부를 혼합 충분히 교반 혼화한 고화토 시공몰탈을 기층위에 타설하여 전압다짐하고 정형후 완전히 고결경화시킴을 특징으로 하는 고화토 공법에 의한 도로 표층의 시공방법.
청구항 1에 있어서, 물희석 경화제는 알카리성실리케이트 금속산화물을 중합시킨 중합체에 SBR라텍스 10-20wt%, 알카리셀루로스와 에치렌크로로하이드린에 의한 반응으로 얻어진 셀루로유도체 3-5%를 되는 액상경화제 15-20wt%를 물에 희석시킨 액상경화제임을 특징으로 하는 고화토 공법에 의한 도로 표층의 시공방법.