KR20040072332A - 투수콘크리트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투수콘크리트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투수율(透水率)은 물론이거니와 방수성이 더욱 향상되어 만족할 만한 강도 및 내동결성(耐凍結性)을 얻을 수 있는 투수콘크리트에 관한 것이다.

이러한 투수콘크리트은, 6∼12mm의 단입도를 가지는 골재1500∼1700㎏/㎥, 시멘트300∼350㎏/㎥, 물 80∼100㎏/㎥, 감수제 1∼2㎏/㎥, 보조바인더 5∼15㎏/㎥, 방수제 3∼7㎏/㎥ 혼합되고, 경화된 상태의 투수계수(透水係數)가 1.28×10^-1㎝/sec이상이고, 압축강도가 190kg/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 투수콘크리트를 제공한다.

Description

투수콘크리트{permeable concrete for paving road}

본 발명은 투수콘크리트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투수율(透水率)은 물론이거니와 방수성이 더욱 향상되어 만족할 만한 강도 및 내동결성을 얻을 수 있는 투수콘크리트에 관한 것이다.

일반적으로 보도(步道)나 차도(車道) 등에는 주로 비투수 콘크리트나 다공성(多孔性) 구조를 가지는 투수아스팔트가 포장되어 사용되고 있다.

상기에서 비투수콘크리트는 우천시에 투수가 전혀 이루어지지 않으므로 보행 및 주행시에 불편함이 따를 뿐만 아니라 홍수 및 하천의 범람 등과 같은 재해를 유발할 수 있고 특히, 비투수콘크리트가 시공된 지역은 수분침투가 되지 않아 지중 생태계 및 주변 수목 등에 많은 부작용을 초래하고 있다.

그리고, 상기한 투수아스팔트 즉, 투수성(透水性) 포장재는 골재, 아스팔트, 물, 안료 그리고 각종 첨가제들이 선택적으로 혼합되어 일정한 투수율을 갖는 구조로 이루어져서 우천시에 빗물의 배수가 원활하게 이루어져서 보행 및 주행환경을 대폭 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라 공극을 통해 물이나 공기 등이 노상으로 공급되므로 토양의 보호, 지하수의 함양, 지중생태계보호, 수목(樹木)발육 등에 바람직하므로 불투수성 포장재보다 월등한 자연환경 보존효과를 얻을 수 있게 되므로 근래에 들어서는 이러한 투수성 포장재가 널리 사용되고 있다.

상기한 투수아스팔트의 투수성은 혼합된 골재의 입도에 따라 결정되는데, 예를들면, 골재의 크기가 작으면 골재와 골재 사이의 공극이 상대적으로 작아져서 투수성은 저하되지만 강도 및 촉감은 상대적으로 향상될 수 있으며, 이와 반대로 골재의 크기가 크면 공극(空隙)의 크기가 커지게 되므로 투수성은 향상되지만 강도와 촉감은 상대적으로 저하될 수 있으므로 이를 고려하여 포장되는 위치 및 요구되는 투수율을 만족시킬 수 있는 범위내로 재료를 선별하여 혼합물을 제조 및 포장하고 있다.

그러나, 상기한 투수아스팔트는 대기온도가 높은 하절기에 아스팔트가 용융되면서 표층이 불규칙하게 되거나 공극의 막힘현상이 발생되므로 투수성이 점차 저하되는 문제가 있으며, 이로 인하여 아스팔트의 강도가 점차 약해져서 노면의 균열 및 부분적인 파손이 발생되는 문제가 있다.

상기한 투수아스팔트의 문제점을 해결하기 위한 포장재로서 아스팔트 대신에 시멘트가 함유된 투수콘크리트가 제안되고 있으며, 일예로 1995년 11월9일 특허출원되어 1997년 12월10일자로 등록된 특허 제0132371호가 있다.

상기한 투수콘크리트는 물 120 내지 130㎏/㎥, 시멘트 270 내지 340㎏/㎥, 6 내지 10㎜ 크기의 골재 1530 내지 1920㎏/㎥, 안료 14 내지 20㎏/㎥에 지연재를 시멘트 사용량에 0.3% 이내로 혼합하여 투수계수(透水係數)가 50×10^-2㎝/sec이상이고, 압축강도가 100 내지 300kg/㎠로 되게 한 유색 투수성 콘크리트에 관한 것이다.

그러나, 상기한 종래기술에 의한 투수콘크리트는 골재들의 결속력을 높이는데 한계가 있기 때문에 만족할 만한 내구성 및 내하성 등을 얻을 수 없으므로 포장 후 부분적인 균열 및 표면의 탈리현상이 발생되어 잦은 유비보수가 불가피할 뿐만 아니라 상기한 균열 및 탈리현상 또는 미세한 이물질들에 의해 공극이 막혀서 시간이 지남에 따라 투수성이 점차 저하되는 요인이 되고 있다.

그리고, 상기한 종래기술에 의한 투수콘크리트는, 골재가 물을 흡수하여 머금는 것을 줄이기 위한 기술적 수단이 없기 때문에 골재와 시멘트 등에 수분이 용이하게 침투하여 강도의 저하는 물론 이거니와 특히, 동절기에 결빙과 해빙이 반복되므로서 체적이 증가되므로 표면의 부풀음현상이 발생되어 표면의 균열 및 피로도를 더욱 가속화시키는 문제가 있다. 게다가 종래의 투수콘크리트는 혼합시에 사용하는 물의 양이 많아 골재가 머금고 있는 수분양이 많다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 투수성은 물론이거니와 더욱 향상된 방수성이 부여되어 수분에 의해 강도가 저하되거나 저온의 환경에서 균열 및 부풀음현상이 발생되는 것을 방지할 수 있으며 골재의 결속력을 증대시킬 수 있는 투수콘크리트를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 6∼12mm의 단입도를 가지는 골재1500∼1700㎏/㎥, 시멘트300∼350㎏/㎥, 물 80∼100㎏/㎥, 감수제 1∼2㎏/㎥, 보조바인더 5∼15㎏/㎥, 방수제 3∼7㎏/㎥ 혼합되고, 경화된 상태의 투수계수(透水係數)가 1.28×10^-2㎝/sec이상이고, 압축강도가 190kg/㎠ 이상인 투수콘크리트를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 투수콘크리트의 바림직한 시공공정을 나타내는 공정도.

도 2는 본 발명에 따른 투수콘크리트가 시공된 상태의 단면구조를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 투수콘크리트는, 골재와, 물과 혼합되어 반죽을 형성하는 시멘트와, 물의 사용량을 줄이며 작업성을 향상시키는 감수제와, 골재들의 결합력을 상승시키는 보조바인더와, 골재의 수분 머금현상을 방지하는 방수제 등이 혼합된다.

본 발명에 따른 투수콘크리트는 일반적인 혼합방법 즉, 혼합기에 의해 혼합될 수 있으며, 상기한 골재, 시멘트, 물, 보조바인더, 감수제 등을 사용도에 적합한 함유량 범위내로 투입하여 소정의 시간동안 교반하면서 제조하는 것이다.

상기한 혼합방법은 본 발명과 같은 포장재 혼합물을 제조하기 위하여 일반적으로 널리 사용되는 방법중의 하나를 일예로 기재한 것으로서, 본 발명에 따른 투수콘크리트의 제조방법이 상기에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 만족하는 여러가지의 제조방법이 사용될 수 있다.

상기한 골재는 대략 6mm 내지 12mm 범위내의 입도(粒度)를 가지는 골재가 사용될 수 있으며, 대략 1500∼1700㎏/㎥ 범위내로 선정하여 혼합되는 것으로, 비중이 2,45이상이고 수분흡수율이 3% 이하이며, 마모율이 35%이하의 것들이 사용될 수 있다.

상기한 골재의 입도분포는 예를들면, 골재의 입도크기가 12mm로 이루어질 때에 체크기 13mm에서의 통과중량 백분율이 100%, 체크기 10mm에서 통과중량 백분율이 10 내지 90%, 체크기 5mm에서 통과중량 백분율이 0 내지 10%인 입도분포내로 이루어질 수 있다.

상기한 골재는 파쇄장치에 의해 파쇄된 파쇄석이나 강이나 하천 등의 자갈이 사용될 수 있으며, 상기한 입도범위보다 크면 표면의 미관은 물론 강도를 저하시킬 수 있으며, 상기한 입도범위보다 작으면 포장(鋪設)된 후 골재와 골재사이의 공극이 작아지게 되므로 모래나 이물질들이 공극으로 침투되면 이들이 배출되지 못하여 공극이 막히게 되므로 투수성을 저하시킬 수 있으므로 요구되는 투수계수 및 강도에 따라 이를 만족시킬 수 있는 범위내에서 선정하여 혼합될 수 있다.

상기한 시멘트는 일반적으로 포틀랜드시멘트가 사용될 수 있으며, 이 시멘트의 혼합량은 300∼350㎏/㎥ 범위내에서 선정하여 혼합되는 것으로, 이러한 시멘트는 공사여건 즉, 조기강도가 필요하거나 동절기 공사에는 조강 또는 초조강 포틀랜드시멘트가 사용될 수 있으며, 하절기 공사에는 중용열포틀랜드 시멘트가 사용될 수 있다.

상기한 시멘트의 혼합량이 상기한 범위보다 크면 골재와 골재의 결속력은 증대되지만 공극은 상대적으로 작아질 수 있으며, 상기한 범위보다 작으면 골재와 골재의 결속력이 작아져서 만족할 만한 강도를 얻을 수 없게 된다.

상기한 물은 80∼100㎏/㎥ 범위내에서 선정하여 혼합되는 것으로, 기름이나 산, 유기물들과 같은 이물질들이 혼입되어 품질에 영향을 주지 않는 음용수가 사용될 수 있다. 이외에도 지하수, 공업용수, 하천수 등이 사용될 수도 있으며 이때에는 품질에 영향을 미치지 않도록 충분한 사전 검토가 요구된다.

상기한 물의 혼합량이 상기한 범위보다 많으면 골재나 시멘트의 강도가 저하될 수 있으며, 상기한 범위보다 적게 혼합되면 재료들이 균일하게 혼합되지 못하게 되어 품질이 저하될 수 있다.

따라서, 상기한 물의 혼합량을 최소화하면서 재료들의 교반이 잘 이루어질 수 있도록 소정량의 감수제(減水劑)가 첨가되며, 이 감수제는 대략 1∼2㎏/㎥ 범위내로 선정하여 혼합될 수 있다.

상기와 같이 감수제가 혼합되면 시멘트의 분산작용을 촉진시켜서 감수제를 사용하지 않은 경우에 비하여 감수율을 대략 25% 이상이 높일 수 있으며, 이에 따라 교반이 충분히 이루어지고 혼합된 골재나 시멘트의 강도를 대폭 증대시킬 수 있다.

상기한 감수제는 "한일산업주식회사"에서 제조 및 판매하는 상품명 "HANAD HS-3000(저발열 AE 감수제)"가 사용될 수 있으며, 이외에도 본 발명의 목적을 만족하는 감수제는 다양하게 사용될 수 있다.

상기한 보조바인더는 상기한 시멘트에 균일하게 혼합되어 이 시멘트에 의해 일정한 공극을 가지는 골재와 골재의 결속력을 더욱 향상시키기 위한 것으로서 혼합량은 5∼15㎏/㎥ 범위내에서 선정하여 혼합될 수 있다.

상기한 보조바인더는 액상의 재질로 이루어진 것으로서 "미국 화이트 마운틴사"에서 제조 및 판매하고 있는 상품명 "라파본드(raphah bond)"인 보조바인더가 사용될 수 있으며 이외에도 본 발명의 목적을 만족하는 보조바인더제는 다양하게 선정하여 혼합될 수 있다.

그리고, 상기한 보조바인더의 함유량이 상기한 범위보다 많으면 상기한 보조바인더의 점성에 의해 교반이 잘 이루어지지 못하여 품질이 저하될 수 있으며, 상기한 범위보다 적게 혼합되어도 만족할 만한 강도를 얻을 수 없게 된다. 그러므로 혼합물이 포장되는 위치 예를들면, 일반차도, 보도, 주차장, 자전거 전용도로 등에 요구되는 표면강도를 충분히 만족시킬 수 있는 범위내로 혼합되어야한다.

상기한 방수제(防水劑)는 상기한 재료들의 혼합시에 3∼7㎏/㎥ 범위내로 선정하여 혼합되는 것으로서 "미국 화이트 마운틴사"에서 제조 및 판매하고 있는 상품명 "라파가드(raphah guard)"인 방수제가 사용될 수 있다.

상기한 방수제는 혼합물의 제조 또는 경화된 후에 수분이 골재에 침투하는 것을 억제하여 강도가 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 동절기 수분의 결빙에 따른 체적 증가로 인해 표층에 부분적인 균열 및 부풀음현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

상기한 방수제의 함유량이 상기한 범위보다 많이 혼합되면 상대적으로 혼합물의 자체 강도가 저하될 수 있으며, 상기한 범위보다 적게 혼합되면 만족할 만한 방수성을 기대하기 어렵다.

상기한 혼합물에는 착색안료가 10 내지 30㎏/㎥ 범위내로 선정되어 혼합될 수 있다.

상기한 안료는 무기질 또는 유기질 안료가 사용될 수 있으며, 이러한 안료는 미세한 분말형태로 이루어지고 물체를 착색시키는 성질은 없으나 혼합된 시멘트와 조합분산되어 고착됨으로서 착색된다.

상기와 같이 안료가 혼합물에 함께 혼합될 때에는 유기질안료가 사용되는 것이 바람직하며, 이 유기질안료는 색상은 다양하나 종류에 따라서 내후성이 불량한 단점이 있다.

상기한 유기질안료 이외에도 기상변화 등에도 내후성이 우수하고 색상의 변화가 없는 무기질 안료가 사용될 수도 있으며, 이러한 무기질안료는 혼합물에 혼합되지 않고 스프레이형태로 표층에만 도포되어 착색시킬 때에 주로 사용된다.

그리고, 상기한 혼합물의 혼합시에 안료의 혼합여부에 따라 강도에 미세한 차이가 나타날 수 있다. 즉, 안료가 일정량 혼합되면 혼합물이 경화된 후 강도가 증대될 수 있으므로 안료의 혼합시에 이를 감안하여 상기한 함유량 범위내로 선정하여 혼합하여야한다.

상기한 혼합물에는 안료 이외에도 지연제가 상기한 시멘트 혼합량에 대략 0.2∼0.5중량% 범위내에서 선정되어 혼합될 수 있다.

상기한 지연제는 혼합물의 제조 후 포장되는 장소로 이동할 때에 이동거리를 감안하여 1시간 이상이 소요될 때에는 상기한 범위내로 혼합되어 시멘트의 조기경화를 지연시킬 수 있다. 이러한 지연제는 주로 도로 포장재의 제조시에 조기경화를 방지하기 위한 목적으로 널리 사용되는 것이므로 더욱 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 혼합되는 투수콘크리트는 경화된 후 투수계수(透水係數)가 1.28×10^-1㎝/sec이상이고, 압축강도가 190kg/㎠∼250kg/㎠ 범위내로 이루어지며, 상기한 투수계수와 압축강도는 배합비율 즉, 골재의 입도와 시멘트의 함유량 조절에 의해 압축강도를 조절할 수 있다.

상기와 같이 배합비율의 조절에 따른 배합실시예들에 의해 제조된 혼합물이 경화된 후 압축강도를 시험한 결과를 표 1에 나타내고 있다.

[표 1]

상기한 표 1의 제1배합실시예 및 제2배합실시예에서 알 수 있듯이 골재의 크기가 작아지고 시멘트의 함유량이 많아지면 압축강도가 증대되는 것을 알 수 있으며, 이때 상기한 골재의 입도가 너무 작거나 시멘트의 함량이 많아지면 골재와 골재사이의 공극이 작아져서 투수계수가 저하될 수 있으므로 투수계수가 저하되지 않는 범위내에서 요구되는 강도에 따라 다양한 배합비율로 혼합될 수 있다.

다음으로 본 발명에 따른 투수콘크리트의 바람직한 시공공정 및 단면구조를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 투수콘크리트의 시공과정을 나타내는 공정도이고, 이 공정에 의해 투수콘크리트가 포장된 지역의 단면구조를 도 2에 나타내고 있다.

먼저, 투수콘크리트를 포장하기 위해서는 도 1에서와 같이 노상시공을 행한 후 노상(路上)에 일정한 두께들로 필터층과 기층을 각각 시공하게 된다.

상기한 노상시공은 노상의 평탄(平坦)작업 및 정리작업을 행하는 것으로서 이러한 노상은 포장의 두께를 결정하는 기초가 되는 흙의 부분으로서 포장 밑 약 1m의 층을 말하며, 충분한 지지력을 가져야하고 물이 침투되더라도 쉽게 연약화되지 않는 지반 조건이 갖춰져야 한다.

만일, 노상토가 연약할 때에는 노상시공시에 안정처리공법에 의해 양질의 재료로 치환하거나 시멘트 또는 석회 등이 첨가될 수 있다.

상기한 노상토의 투수계수(透水係數)는 비투수층을 제외한 투수층일 때에 일반적으로 10^-2㎝/sec이상이고 이러한 투수층에 투수콘크리트가 포장되어야 한다. 만일 노상의 투수계수가 상기한 범위 이하일 때에는 별도의 배수로가 설치되어야한다.

상기한 필터층시공은 노상의 흙들이 기층으로의 침투 및 미세한 입도의 불순물들이 노상에 침투되어 노상이 연약화되는 것을 방지하고, 기층에 미치는 하중을 등분포로 노상에 전달할 목적으로 설치되는 것으로서, 주로 모래가 사용되고 그 두께(D3)는 대략 5㎝ 범위내로 이루어질 수 있다.

상기한 기층시공은 투수콘크리트층을 지지하고 하중을 분산시키며 표층의 시공시에 작업대 역할을 하는 것으로서, 균등하고 영구적인 지지력이 확보될 수 있어야 하며 주로 분쇄된 돌이나 쇄석, 재생콘크리트 등이 사용될 수 있으며, 상기한 기층의 두께(D2)는 대략 5∼20cm 범위내로 이루어질 수 있다

상기한 과정에 의해 노상에 필터층과 기층의 시공이 완료되면 시공된 기층에 투수콘크리트를 포장한다.

상기한 투수콘크리트의 시공시에는 로울러등으로 다짐공사를 실시하여 혼합물들의 결합력 및 평판도를 확보하게 되며, 포장 후 대략 1일 내지 2일 동안의 양생기간이 소요될 수 있다.

상기와 같이 포장되는 투수콘크리트의 두께(D1)는 요구되는 강도에 따라 대략 5∼15cm 범위내로 이루어질 수 있다.

상기와 같이 시공되는 투수콘크리트가 일반 보도나 자전거전용도로, 차도 등에 포장될 때에 바람직한 시공두께 및 이에 따른 압축강도의 일예를 표 2에 나타내고 있다.

[표 2]

상기한 표 2에서 알 수 있듯이 투수콘크리트가 포장되는 위치에 따라 이에 대응하는 압축강도가 유지될 수 있도록 소정의 두께로 포장될 수 있으며, 이러한 강도는 상기한 표1에서와 같이 골재의 입도나 시멘트의 함유량을 조절하는 것으로 가능하다.

상기와 같이 시공된 투수콘크리트는 소정량의 보조바인더와 방수제가 함께 혼합되어 표층의 강도와 내동결성이 더욱 향상되어 균열 및 시멘트 분진의 발생을 억제하고 동절기에 동파를 방지함으로서 항상 일정한 공극율이 유지되므로 장시간 사용시에도 시공초기와 같은 투수율을 얻을 수 있는 것이다.

상기에서는 본 발명에 따른 투수콘크리트의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 투수콘크리트는, 반복적인 외력 및 하중 등에도 더욱 향상된 강도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 저온의 환경에서도 내동결성이 유지되어 균열 및 부풀음현상 그리고 공극의 막힘현상을 최소화하여 시공초기와 같은 공극율과 투수계수를 지속적으로 유지할 수 있는 것이다. 그리고 상기와 같이 표층의 강도가 향상되면 경화 후 시멘트에서 발생되는 분진을 현저하게 줄일 수 있으므로 인체는 물론 자연환경의 훼손을 방지할 수 있다.

Claims (3)

1. 6∼12mm의 단입도를 가지는 골재1500∼1700㎏/㎥, 시멘트300∼350㎏/㎥, 물 80∼100㎏/㎥, 감수제 1∼2㎏/㎥, 보조바인더 5∼15㎏/㎥, 방수제 3∼7㎏/㎥ 혼합되고, 경화된 상태의 투수계수(透水係數)가 1.28×10^-1㎝/sec이상이고, 압축강도가 190kg/㎠ 이상인 투수콘크리트.
2. 청구항 1에 있어서, 상기한 보조바인더 및 방수제는 액상의 재질로 이루어지고 혼합물의 교반시에 함께 혼합되어 경화된 혼합물의 강도 및 방수성이 더욱 향상되도록 한 것을 특징으로 하는 투수콘크리트.
3. 청구항 1에 있어서, 상기한 혼합물은 착색안료, 지연제 중에서 어느 하나 또는 그 이상을 선택하여 첨가제로서 혼합되고, 상기한 안료는 10∼30㎏/㎥ 범위에서 선정하고, 상기한 지연제는 시멘트 혼합량에 대략 0.2∼0.5중량% 범위에서 선정하여 혼합되는 투수콘크리트.