KR20040087294A - 생석회계 토질안정용 고화재 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 국내에 충분한 량이 매장되어 있으며, 대부분 시멘트, 비료, 철강산업(flux) 등의 단순용도로 사용되고 있는 석회질 원료(생석회)의 물성을 이용하여 함수 연약토의 지반개량형 고화재에 관한 것으로, 공지의 약 900℃ ∼ 1,100℃ 범위로 소성한 생석회의 수화특성과, 알루미나 함량이 30 중량% 이상인 알루나이트광물, 무수석고 등을 활용하여 대상토와의 반응성을 촉진시키고, 생석회의 경화특성 및 포졸란 반응 특성을 이용하여, 고화시키기 어려운 퇴적 준설토, 고유기질 토양 및 산업폐기물 등 함수 연약토의 토질이나 기계화 경작로, 건설 현장토 등을 고화시켜 지반개량 용도로 사용하기 위한 연약지반 토질안정용 고화재에 관한 것이다.

Description

생석회계 토질안정용 고화재 조성물 {A composite of lime-solidifier for soil stability}

최근 우리나라는 서해안 고속도로의 완공으로 인하여 서해안 개발이 본격화되고 있으며, 대규모 공단조성사업 등이 활발하게 이루어지고 있는데, 이러한 개발은 바다와 근접한 지역 또는 해안 연약지반에서 이루어지고 있다. 그러므로 연약지반 개량의 필요성이 날로 급증하여 지금까지의 지반개량재 보다 우수한 특성을 지닌 갭량재를 개발하거나 새로운 형태의 지반개량 기술의 도입이 절실히 요구되고 있다.

현재 지반개량재 및 고화재라 함은 크게 두가지의 용도로 구분할 수 있다. 첫째는 고 유기질토, 고함수토 등 연약지반 안정용 고화재가 있으며, 둘째는 대기오염 및 수질오염에 의한 산업폐기물의 고화에 의한 안정화 등의 용도로서의 고화재가 있다.

국내에서 사용되고 있는 연약지반 안정처리재(고화재)는 일반적으로 시멘트계 고화재가 실용화되고 있다. 이는 1930년대 미국에서 흙과 보통시멘트를 혼합한 Soil Cement가 토질안정 처리재로써 노반재료에 이용되기 시작하였으나 고유기질토, 점토, 고함수비토에서는 효과가 적고 비경제적 이였으며, 연약지반이 많은 일본에서 1960년대에 독자적인 석회계 토질안정제를 개발하였으나 시공 시 수화열이 크고, 위험물로의 취급, 분진발생 등의 단점이 있어 1970년대에 시멘트계 토질안정제(시멘트계 고화재)를 개발하여 지금까지 이용되고 있으며 이를 개선한 여러 가지 토질안정용 고화재가 계속 개발되고 있다.

시멘트계 고화재는 다량의 물을 결합수로서 취하는 에트링자이트(ettringite)의 생성을 돕고 석고나 포졸란 반응을 진행시키기 위해 슬래그, 석탄회, 고화성능을 높이는 알루미나 시멘트나 제트시멘트 또는 그들의 성분을 조정해서 특수한 시멘트로서 용도에 따라 고안하여 배합해서 첨가시키고 있다. 그러나 현재 사용되고 있는 시멘트계 고화재 역시 지역적 ·환경적 ·지질적 조건에 따라 적용이 제한되고 있으며, 특히 매립지의 경우 침출수의 성분에 따른 영향이 충분히 고려되어 있지 않은 실정이다.

우리나라에서는 연약 지반의 분포가 많지는 않으나 최근 산업의 발달, 인구증가 및 경제규모의 확장은 종합적인 국토개발을 필요로 하게 되었고 또 삼면이 바다로 둘러싸인 해양국가로서 서 ·남해안 간척사업, 신공항 개발 등의 국토개발 뿐만 아니라 환경 친화적인 사업으로서 쓰레기 매립, 상 ·하수 및 종말처리장의 슬러지 고화처리 등 상대적으로 열악한 지역의 개발에 필요한 토질안정제의 개발은 불가피한 실정이다.

국내에서는 일부 시멘트 회사에서 특수시멘트로서의 토질 안정제 및 고화재를 개발하기도 하였으나 이는 시멘트를 소모하기 위한 방편으로서 수입재료를 모방하는 정도의 특성을 갖는 것으로서 극히 일부에서만 사용이 되고 있으며, 더구나 그 주원료는 대부분이 CSA계로서 전량 수입에 의한 재료를 사용하고 있다. 일부 건설회사에서는 용도에 따른 토질 안정제를 수입하여 사용하고 있는 실정이다.

또한 지금까지 고화재를 이용한 도로포장에 대한 연구결과를 보면 콘크리트도로의 보조 기층재료의 활용뿐만 아니라 기계화 경작로 표층으로의 적용성 까지도 어느 정도 검증되었으나, 고화재와 흙과의 특성을 단순 검토하여 강도 발현 목적에만 치중하거나 단종의 고화재를 사용하므로서 연구결과 적용이 국한되어 실용화 단계에서 쉽게 접근시키지 못하였다. 본 발명은 우리나라 기계화 경작로 및 연약지반을 대상으로 현지 발생토와 혼합되어 경제성, 내구성, 환경친화성을 가진 연약지반 토질안정용 고화재 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 연약지반 고화 물질로서 생석회를 기초재료로 하여, 무수석고, 황산 알루미늄이 주 구성성분으로 되어 있는 알루나이트 광물를 혼합하여 사용함으로서, 생석회의 수화 발열특성에 의해 고함수토의 함수비를 낮추고, 생석회의 포졸란 반응에 의한 연약지반 대상토의 압축강도를 증진시키며, 무수석고와 알루나이트 광물을 보조재료로 사용하여 연약토 내부에 수화특성이 우수한 에트링자이트(ettringite)를 생성시켜 에트링자이트 수화에 의한 대상토 중의 수분의 증발 및 에트링자이트 생성시의 팽창압에 의한 흙의 압밀작용과 연약토의 강도 증진을 발휘할 수 있는 연약지반 토질 안정용 고화재 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 고화재는 공지의 석회석을 염소성 방법에 의해 섭씨 1,000도 이상에서 소성된 생석회 10 내지 25 중량부, 무수석고 20 내지 40 중량부, 알루미나 함량이 약 30 중량% 이상인 알루나이트 광물을 섭씨 500도 내지 700도에서 하소한 하소 알루나이트 광물 10 내지 30 중량부, 일반 포트란드 시멘트 30 내지 50 중량부로 구성되며, 함수비 25% 이상의 연약지반 대상토 100 중량부에 대하여 본 발명의 고화재가 9 내지 15 중량부 혼합되어 건설기계 중 가장 큰 하중 저항치를 요구하는 덤프트럭의 통행이 가능하도록 고화 시킬 수 있는 토질안정용 고화재 조성물을 제공하는 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 아래와 같다.

본 발명에 따른 토질안정용 고화재 조성물에 사용되는 생석회로는 석회석을 소성하여 생석회로 제조할 때, 염화나트륨을 첨가하여 소성한 염 소성 생석회를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 염소성 생석회의 소성 온도는 약 섭씨 1,000도에서 1,100도 정도의 온도범위가 바람직하다. 소성 온도가 섭씨 1,100도 이상이 되면 과소 생석회가 되어 고화재로 사용 시 후기 팽창에 의해 지반을 파괴할 수도 있는 문제점이 발생한다.

또한 본 발명의 토질안정용 고화재 조성물에 사용되는 하소 알루나이트 광물은 산화 알루미늄 함량이 30 중량% 이상을 함유하는 것으로서, 섭씨 500도 내지 700도 범위에서 소성하여 분쇄한 것을 사용한다.

생석회만으로 고화재를 제조할 시 생석회의 수화발열 및 포졸란 반응에 의해서도 함수비를 낮출 수 있으며 압축강도의 발현이 가능하나, 생석회의 팽창작용에의한 압밀효과가 지나치게 크게 나타나 오히려 고화토의 팽창에 의한 국부적인 균열을 야기 시키는 문제점이 발생할 수 있다. 또한 하소 알루나이트 광물을 생석회와 혼합 사용시 팽창, 속경, 조강의 특성을 갖는 에트링자이트가 생성되나, 이들만으로는 에트링자이트의 생성량이 적어 충분한 수화열과 팽창에 의한 압밀작용이 약하게 된다. 따라서 이때 무수석고를 첨가함으로서 에트링자이트의 생성을 왕성하게 함으로서 생석회의 반응과 에트링자이트 생성에 의한 반응이 동시에 진행되어, 이들의 수화열에 의한 대상토 중의 수분의 증발을 활발하게 하고, 팽창에 의한 흙의 압밀작용을 크게하여 다짐의 효과를 극대화하게 된다.

이외에도, 강도를 높이고 작업성을 향상시키기 위하여 일반 시멘트가 첨가되는데, 이는 시멘트에 의한 응결, 경화특성을 보완하여 고화된 흙이 충분한 강도를 발현하도록 한다.

이하, 본 발명을 실시 예를 들어 더욱 상세히 설명하면 아래와 같고, 본 발명이 하기 실시예의 의해 제한되는 것은 아니며, 특허청구의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 기술이 속하는 분야의 당업자에 의해 변형될 수 있음은 자명하다.

실시예

본 발명의 고화재를 사용하기 위한 연약지반인 대상 흙의 기본적인 물성을 표 1에 나타내었으며, 본 발명의 고화재는 염소성 생석회, 하소 알루나이트 광물, 무수석고, 시멘트로 구성되고 하기 표 2과 같은 조성비율을 갖으며, 본 발명에 따른 연약지반 토질안정용 고화재와 대상토가 혼합된 혼합토의 특성을 하기 표 3-1,3-2, 3-3에 나타내었다. 또한 콘 관입 저항치에 따른 건설용 기계의 하중 저항치를 표4에 나타내었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본원 발명에 따른 염소성 생석회, 하소 알루나이트 광물, 무수석고, 시멘트로 구성된 토질안정용 고화재는 재령 28일에서 콘 관입시험 결과치가 14.3 kgf/㎠, 16.7 kgf/㎠ 로서, 건설기계 중에서 가장 큰 하중 저항치를 요구하는 덤프트럭이 통행 가능할 정도로 안정화됨을 알 수 있으며, 연약지반 토질안정용 고화 효과가 우수함을 확인할 수 있는 아주 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 석회석을 염소성 방법에 의해 섭씨 1,000도 내지 1,100도에서 소성된 생석회 10 내지 25 중량부, 알루미나 함량이 30 중량% 이상인 알루나이트 광물을 섭씨 500도 내지 700도에서 하소한 하소 알루나이트 광물 10 내지 30 중량부, 무수석고 20 내지 40 중량부, 일반 포트란드 시멘트 30 내지 50 중량부로 구성된 것을 특징으로 하는 연약지반 토질안정용 고화재 조성물
2. 제1항에 있어서, 섭씨 500도 내지 700에서 소성 가공한 하소 알루나이트 광물을 사용하는 연약지반 토질안정용 고화재 조성물