KR20030039840A - 토질 개량 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자연 친화적이고, 기상조건에 영향을 받지 않으며, 지내력, 투수성등이 우수한 토질 개량 공법에 관한 것으로, 현장토(혹은 구입토)에 시멘트를 첨가혼합하고, 그 위에 탄산나트륨, 염화나트륨, 탄산칼륨, 염화제2철(FeCl₃), 염화알루미늄, 염화마그네슘, 염화칼륨 및 염화칼슘으로 이루어진 토질 개량제를 수용액화하여 살포, 혼합하는 것을 특징으로 한다.

Description

토질 개량 공법{Method for reforming soil}

본 발명은 토질 개량 공법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 자연친화적이고, 기상조건에 영향을 받지 않으며, 아울러 지내력, 투수성 등이 우수한 토질 개량 공법에 관한 것이다.

사회경제의 눈부신 발전은 국민의 생활을 풍요롭게 하였고 대중화된 자동차의 보급은 어느 가정에서든 휴일 쇼핑 및 레저 생활에서도 자동차를 사용하는 등 차와의 생활을 빈번해지게 만들었으나, 우리 인간의 신체활동에 있어서의 가장 소중한 걷는 일은 적어지게 하였다. 또한, 도시의 빈 공간에는 자동차의 증가로 안전하게 운동을 할 수 있는 공간이 없어지는 등 많은 도시의 문제점이 생기게 되었다.

따라서, 최근의 도심개발은 공원, 경기장, 다목적광장, 테니스 코트 등의 휴게시설을 같이 건설하는 방향으로 이루어지고 있다.

그러나, 이러한 시설을 건설하는 경우에 무엇보다도 자연을 파괴하지 않도록 하여 자연과 인간이 조화를 이룰 수 있도록 하는 방법으로 건설을 하는 것이 중요하다.

따라서, 이를 위하여 현장의 흙을 그대로 이용하는 새로운 토질 개량 공법을 개발하고자 하였다.

그러나, 흙을 이용하는 방법은 자연 친화적이기는 하지만, 흙의 특성상 강도등이 약하고, 강우시에는 강우에 의해 유실이 되며, 동절기에는 결빙이 되는 등의 문제점이 있으므로, 흙과 시멘트를 혼합하여 사용하여 왔으나, 이 경우, 콘크리트 품질관리에 숙련이 필요하고, 양생기간이 길어 시공성이 좋지 않으며, 크랙, 들뜸현상 등이 발생하는 등 시공부위에 하자 발생이 많고, 유기물이 함유된 흙은 사용하지 못하는 등의 문제점이 있다.

이에 본 발명자들도 현장 흙을 이용하면서도 상기한 문제점을 해결할 수 있는 방법을 찾고자 연구를 하게 되었고, 그 결과, 현장 흙에 시멘트를 혼합하고, 그위에 탄산나트륨, 염화나트륨, 탄산칼륨, 염화제2철(FeCl₃), 염화알루미늄, 염화마그네슘, 염화칼륨 및 염화칼슘으로 이루어진 토질 개량제를 첨가하면 상기한 목적을 달성할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

또한, 본 발명자들은 토양 개질후에 무기 세라믹 액체 방수제를 사용하여 토질개량층을 코팅한다면 세라믹 피막이 형성되어 내수성 및 내구성이 우수하게 되므로 수경지, 연못 등 방수를 필요로 하는 기반 등에도 사용될 수 있음을 발견하고 본 발명의 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 자연 친화적이고, 기상 조건의 변화에 영향을 받지 않으며, 지내력, 투수성, 시공성, 유지관리능 등이 우수한 토질 개량 공법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 토질 개량 공법을 도식화한 순서도이다.

도 2는 본 발명의 토질 개량 공법에 의해 개량된 운동장을 나타내는 사진이다.

도 3은 본 발명의 공법에 의해 개량된 토양과 개량되지 않은 일반 토양의 동상 실험결과를 나타내는 사진이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 토질 개량 공법은 (1) 조사및 계획 공정; (2) 토질의 개량을 위해 노상을 정비하는 공정;(3) 토질의 사용목적에 따라 노상에 현장 흙 또는 구입 흙을 일정두께로 포설하는 공정; (4) 시멘트를 균일하게 살포하는 공정; (5) 상기 흙과 시멘트를 혼합하는 공정;(6) 상기 흙과 시멘트의 혼합물에 탄산나트륨, 염화나트륨, 탄산칼륨, 염화제2철(FeCl₃), 염화알루미늄, 염화마그네슘, 염화칼륨 및 염화칼슘으로 이루어진 토질 개량제 수용액을 살포한 후, 혼합하는 공정; 및 (7) 자연건조 양생시키는 공정을 포함함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 토질 개량 공법을 각 공정별로 상세히 설명한다.

(1) 조 사 및 계 획 공정

개량목적/사용흙에 따라, 개량두께, 토질개량제/시멘트(첨가골재)의 배합비율을 결정한다. 따라서, 실시공사에 있어서 사용하는 흙이 계획시의 토질과 동등한지를 확인할 필요가 있으며 현장의 상황에 적합한 시공기계를 설정한다.

(2) 토질의 개량을 위해 노상을 정비하는 공정

(3) 토질의 사용목적에 따라 노상에 현장 흙 또는 구입 흙을 일정두께로 포설하는 공정

현장의 흙을 사용하는 경우, 흙에 전석, 초근(풀 뿌리)등이 섞여있다면 이를 제거한 후 사용하고, 만약, 흙이 뭉쳐 있다면 트랙터 등으로 예비 혼합을 실시한 후, 사용한다.

(4) 시멘트를 균일하게 살포하는 공정

설계량 (흙 1㎥에 대한 첨가량이 기재된 경우가 있으므로 ㎡에 해당하는 수량으로 환산한다)을 균일하게 살포(석회석 등으로 구획을 나누어 실시 살포)하고 부균을 실시한다.

(5) 흙과 시멘트를 혼합하는 공정

시멘트 살포 후 바로 혼합공사를 실시한다. 혼합기계에 따라서 혼합 횟수는 다르지만 1.0t급의 트랙터에서 최저 3~5회 혼합한다. 이보다도 작은 트랙터/경운기의 경우는 5회 정도 혼합한다. 혼합상태의 판단은 시멘트 회색 얼룩으로 판단해 얼룩이 있는 경우는 혼합을 반복해서 실시하고, 혼합깊이는 100㎡정도에 1회 확인 후 혼합깊이를 조정한다.

(6) 토질 개량제 수용액을 살포한 후, 혼합하는 공정

본 발명에서 사용된 토질 개량제는 탄산나트륨, 염화나트륨, 탄산칼륨, 염화제2철(FeCl₃), 염화알루미늄, 염화마그네슘, 염화칼륨 및 염화칼슘으로 이루어진 것으로, 구체적으로는 탄산나트륨 10~11중량%, 염화나트륨 15.4~17중량%, 탄산칼륨 11.1~12.3중량%, 염화제2철 6.1~6.7중량%, 염화알루미늄 3.8~4.3중량%, 염화마그네슘 13.1~15.5중량%, 염화칼륨 25.0~28.2중량% 및 염화칼슘 5.0~11.2중량%로 이루어진 것이다.

즉, 상기한 성분을 함유하는 개량제를 수용액화하여 시멘트와 함께 흙 속에 첨가하면 흙 속의 유기물 및 점토의 Ca²⁺이온을 흡착하여 칼슘실리케이트의 수화물이 되고, 시멘트는 본래의 활동을 하게 되어 안정한 고화물이 형성된다. 이러한 고화물은 흙이 포라스 상태로 굳어져 있는 것이므로, 공기와 물이 잘 통하고, 물의 영향을 받아도 용출되지 않는다. 또한, 토질 개량제에 탄력성이 풍부한 염화물이 많이 함유되어 있기 때문에 동결이 잘 안된다.

토질 개량제는 살포하기 직전에 용해시켜 사용하는데, 용해 후 장시간 방치되는 것을 피하기 위해 시공면적의 1/3~1일분을 10~30ℓ의 물로, 예를 들면 하기 표 1과 같은 용해조건으로 용해한다. 이때 용해탱크 내에 수중펌프 등을 설치해 순환시키면 단기간에 완전하게 용해시킬 수 있다.

토질 개량제를 완전히 용해시킨 후, 살포기(동관/엔진펌프/엔진스프레셔)로 1.2~1.5kg/1㎥의 흙의 양을 균일하게 살포한다. 토질 개질제의 살포가 끝나면, 상기 시멘트의 혼합과 동일한 방법으로 혼합을 한다.

(7) 자연 건조 양생 공정

상기 (6)의 혼합 공정 후에 2~3일 자연건조 양생을 한다. 이러한 공정은 운동장, 사이클코스, 조깅 코스 등과 같은 스포츠시설의 토질 개량에 적당하다.

상기한 공정에 의해 개질된 토양은 다음과 같은 물리적, 환경생태적, 경제적 및 미적/기능적 특성이 있다.

(A) 물리적 특성

·우수한 압축강도(40~2OOkgf/㎠)로 내마모성, 내충격성이 강하며, 여건에 따라 강도 조절이 가능하고 장기강도가 좋다(가능한 자연 생태환경을 조성하기 위하여 95%이상의 흙을 주원료로 사용함).

·기존에 흙과 시멘트만을 사용하는 공법의 단점인 휨강도, 인성지수를 증대시켜 동결융해 저항이 탁월하다.

·수분에 의한 전음과 건조의 반복에 대한 저항성이 우수하다.

·보행자의 안전성을 확보할 수 있다.

(B) 환경 생태적 특성

·주변 자연환경의 흙을 원재료로 사용하여 토양에 숨을 쉬게 하므로 지중 자연 생태계보호 및 식재 환경을 개선할 수 있다.

·하절기 복사열의 흡수나 전도 특성이 낮아 도로의 손상이 적고, 도시의 기온 저하 효과가 있다.

·흙은 원적외선의 방사량이 많아 인체의 세포 운동을 촉진 도시민의 활력을 증진시킬 수 있다.

·자연생태의 환경을 조성하고 사람과 자연의 친화감을 조성할 수 있다.

(C) 경제적인 특성

·시공현장 주변의 흙과 골재의 활용으로 생산경비를 절약할 수 있다.

·인력 시공으로 인한 고용증대 효과가 있다.

·제품의 폐기물 처리 비용을 없애 국고의 절약 효과가 있다.

·반 영구적인 공법으로 반복되는 보도 재시공에 따른 시민 불편 해소할 수 있다.

(D) 미적/기능적 특성

·전단면에 동일한 색상을 유지하여 표면 마모에 따른 색 바램 현상이 없다.

·시공 방법이 간단하고 공기가 짧다.

·부분 보수가 용이하다.

·자연상태의 조화를 이룰 수 있어 조경향상 효과가 있다.

·포장면에 신축 줄눈이 없다.

한편, 보도/지반 등의 경우에는 상기한 공정이외에 추가로 정정 및 다짐 공정을 수행한다.

또한, 수경지나 연못 등 방수가 필요한 기능성 포장의 경우에는 정정 및 다짐 공정을 수행한 후, 건조 양생시키고, 무기계 세라믹 용액 방수재를 사용하여 방수처리를 한 다음, 다시 건조 양생시키는 공정을 더 수행한다.

이때 방수처리 공정은 개량된 토양층을 방수재로 코팅처리하는 공정으로 1회 코팅처리하는 경우에는 단순한 표면강화 및 곰팡이등의 발생을 방지할 수 있고, 2회 코팅처리하는 경우에는 일반적인 콘크리트 구조물의 방수와 같은 효과를 얻을 수 있으며, 흙 포장 표면이 다공성일 경우에는 3회 코팅처리를 하여야 효과적인 방수효과를 얻을 수 있다.

방수공정에서 사용된 무기계 세라믹 용액 방수재는 극미세 분말의 실리카와 물을 주성분으로 하는 침투성 방수제이다.

한편, 상기 방수제에 황토, 맥반석 및 토루마린(Tourmaline)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 무기 세라믹 소성 분말을 약 1: 1의 비율로 혼합하여 최소 100~200㎛ 정도의 두께로 코팅하면, 이들 분말이 갖는 색상으로 인해 칼라 도막을 얻을 수 있고, 아울러, 이들 분말이 방출하는 원적외선, 음이온 등으로 인해 인체에도 유익하다.

상기한 공정을 정리하면 도 1과 같다.

이하 실시예 및 시험예를 들어 본 발명의 공정을 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1] 운동장 샘플 포장

운동장에 폭 10m, 길이 50m의 사각 구획은 만들어 노면을 정리한 다음, 골재를 첨가였다. 그 위에 시멘트를 공급하고, 트랙터로 흙과 시멘트를 혼합한 다음, 노면을 정리하였다. 그 다음, 하기의 조성을 갖는 토질 개량제를 살포한 후, 3일 동안 자연 건조 양생시켰다. 개량된 운동장은 도 2와 같다.

<토양개질제 성분>

[시험예 1] 토질개량 전후의 지내력 비교

상기 실시예 1에서 개량한 운동장의 토질 개량 전후의 6개 지점에서 채취한 토양의 지내력을 지내력 측정기((주) 흥진정밀의 HJ-4480 건축용 지내력 시험장치)를 사용하여 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

[시험예 2] 투수성 시험

하기의 조건으로 투수성을 시험하고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

·시험방법; 흙의 투수시험방법(KORAN 1218-1975)

·시험조건

-시료명: 관동로움, 골재(C-40)

-첨가재: 보통 시멘트, 본 발명의 토질 개량제(150kg/㎠)

-양생방법 : 비닐양생

-성형방법: 2.5kg 햄머, 3층 25회

[시험예 3] 동상시험

비이커에 토양과 시멘트와 상기 실시예 1에서 사용한 토질 개질제 수용액을 부가하였다. 또 다른 비이커에 토양과 시멘트와 물을 부가하였다. 이를 -20℃의 온도에서 1일동안 보관한 후, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3으로부터, 본 발명이 토질 개량제를 사용하는 경우 동상의 방지에 유효하다는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 공법은 토질 개질제에 함유된 염화물을 흙입자 사이에 침투시켜 시멘트의 응결력을 이용해서 교화하고, 동결 융해시에는 강도가 확보되도록 하는 것에 의해 동상 방지에 유효하게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명의 토질 개량 공법은 현장의 흙을 95%이상으로 사용하므로 자연 친화적이고, 투수성, 지내력 등이 우수하며, 시공성 및 유지 관리능도 우수하다. 이러한 토질 개량 공법은 도로의 노반개량, 문화재 보호구역의 보도시설, 운동시설, 공원길, 사이클 코스, 조정코스, 다목적 광장이나 학교운동장 등의 기반, 표층 개량 등 다양하게 이용될 수 있다.

Claims (6)

1. (1) 조사 및 계획 공정;

   (2) 토질의 개량을 위해 노상을 정비하는 공정;

   (3) 토질의 사용목적에 따라 노상에 현장 흙 또는 구입 흙을 일정두께로 포설하는 공정 ;

   (4) 시멘트를 균일하게 살포하는 공정;

   (5) 상기 흙과 시멘트를 혼합하는 공정;

   (6) 상기 흙과 시멘트의 혼합물에 탄산나트륨, 염화나트륨, 탄산칼륨, 염화 제2철(FeCl₃), 염화알루미늄, 염화마그네슘, 염화칼륨 및 염화칼슘으로 이루어진 토질 개량제 수용액을 살포한 후, 혼합하는 공정; 및

   (7) 자연건조 양생시키는 공정;

   을 포함함을 특징으로 하는 토질 개량 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 (6)공정 이후에 (6-1) 정정 및 다짐공정을 더 포함함을 특징으로 하는 토질 개량 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 (6)공정 이후에 하기의 공정들을 더 포함함을 특징으로 하는 토질 개량 방법,

   (6-1) 정정 및 다짐공정;

   (6-2) 건조 양생 공정; 및

   (6-3) 무기계 세라믹 용액 방수제를 사용한 방수처리 공정.
4. 제 3항에 있어서, 무기계 세라믹 용액 방수제는 극미세 분말의 실리카와 물을 함유하는 것임을 특징으로 하는 토질 개량 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 무기 세라믹 방수제는 황토, 맥반석 및 토르마린(tourmaline)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 무기 세라믹 소성 분말을 방수제와 동량으로 더 함유하는 것임을 특징으로 하는 토질 개량 방법.
6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토질 개질제는 탄산나트륨 10~11중량%, 염화나트륨 15.4~17중량%, 탄산칼륨 11.1~12.3중량%, 염화제2철 6.1~6.7중량%, 염화알루미늄 3.8~4.3중량%, 염화마그네슘 13.1~15.5중량%, 염화칼륨 25.0~28.2중량% 및 염화칼슘 5.0~11.2중량%로 이루어진 것임을 특징으로 하는 토질 개량 방법.