KR20050010094A

KR20050010094A - 고화토용 세라믹 고화제

Info

Publication number: KR20050010094A
Application number: KR1020030048970A
Authority: KR
Inventors: 남 출 이
Original assignee: 대지개발진흥 주식회사; 남 출 이; 대지종합건설 주식회사
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-01-27

Abstract

본 발명은 흙을 주원료로 하여 고화하는 고화토 공법에 의한 고화토용 세라믹 고화제에 관한 것으로, 알루미나광석회석, 석고광물을 적정비율로 하여 소성한 팽창성 시멘트계의 크링커(3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄) 분말에 염화규소와 폴리아크릴산메칠을 중합시킨 무기수지재료 미세분말(첨가제) 3∼15wt%을 첨가시켜서된 세라믹 고화제로 고화체의 압축강도, 투수계수 등의 물성이 뛰어나 고강도 특성과 밀봉성 및 방수성이 우수하고 동결융해현상을 방지할 수 있는 세라믹 고화제에 관한 것임.

Description

고화토용 세라믹 고화제{CERAMIC SOLIDFICATION AGENT FOR SOIL CEMENT}

본 발명은 흙을 주원료로 하여 고화하는 고화토공법에 의한 고화토용 세라믹 고화제에 관한 것으로 달리 표현하면 고화토의 도로표층기능이 요구되는 강도특성(압축, 전단, 충격강도 등), 내구성 및 시공성을 충족하며 더불어 토양을 주원료로 하기 때문에 흙의 고유성상과 질감을 살리고 자연환경 변화로부터 흙포장 도로기능을 확보할 수 있는 소일 고화포설토 및 고화몰타르 제조에 사용되는 세라믹고화제(혼화제)에 관한 것으로 상세하게는 무기계 크링크(Calcium Sulpho Aluminate)에 두가지 이상의 성분을 하나의 성분으로 고화할 수 있는 수용성 음이자형(전하성질)으로한 규소수지와 폴리아크릴산메칠 간에 존재하는 상용성을 근접 용이하게 극성을 개량시켜 이를 극히 미세한 분말로 만들어 규산나트륨 등과 중합 크링커에 결합제로 사용하므로서 무기크링크와 무기 복합수지재료 간에 이질감 없이 토입자와 수지접착재료 간에 물리적, 화학적 성질을 최상의 혼화재료화하므로서 고강도에 침투성, 밀봉성, 내후성, 내수성(방수성)을 갖게 하는 세라믹 고화제이다.

종래 토양고화제는 시멘트에 고화재료(무기계, 무기염화물계)와 첨가 재료인 석회, 벤토나이트, 알루미나슬래그, 제절고로슬래그 등에 차수기능을 증가시킬 목적으로 지방산계(Fatty Acids)나 라텍스계를 수용성 결합수에 첨가 사용하여 표층의 단순 차수개념(투수계수 1×10^-7㎝/sec)으로 시공하므로서 저강도의 함수비에 계절적 변동 특히 습윤측에서의 주기적 동결/융해작용으로 입자 사이의 간극수의 변동 또는 석숀(Suction)의 변화 등을 일으키는 동탄성 계수응답과 회복성의 변형에 큰 영향을 미치므로 수명단축에 직결되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 시멘트계 고화제로 하는 고화재료의 문제점을 개선 해소할 수 있는 것으로 종래 시멘트계 고화제로 하는 고화토는 포설(함수비 12∼15%이하) 시공방법으로 하고 있고 또 흙 포장도로는 콘크리트 도로와는 달리 흙을 주성분으로 하여 흙이 가진 특성인 낮은 열전도율, 보습성, 통기성 등을 지니고 있음은 물론 시공지역 특성과 모토(흙)의 선택에 따라 고화 혼합토의 강도와 동결/융해로부터 내구성 확보에 많은 영향을 미침으로 기존 시멘트계 고화제로 하여 흙 포장도로의 표층시공 고화토 공법으로는 아직 고강도(압축강도 100㎏^f/㎝전후)의 내구성(내마모성, 동결/융해) 특성을 대응할 수 있는 고화재료를 개발이나 적용 시공성을 확보하지 못하고 있다.

따라서 본 발명의 무기 복합 세라믹 고화제는 팽창성 무기 고화제(크링크)에 무기, 수지재료등 간에 존재하는 상용성 근접을 용이하게, 결합 극성을 개량하여 이를 분말화시켜 첨가재료로 사용하므로서 굳게 하는 것과 접착하는 것 그리고 최상의 미세구조가 조정(粗晶)을 이루는 표면적이 넓은 재료와 토입자 간에 완벽한 공극을 채움(Parking)하게 하므로서 초속경 고강도, 내구성 및 뛰어난 방수기능으로 흙 포장도로에 가장 큰 단점을 보완하므로서 장기간 동결/융해로부터 동탄성계수의 변형을 차단하게 하여 흙 포장도로의 표층 기능성과 시공성을 확보하게 하는 세라믹 고화제를 제공함에 있다.

본 발명에 의한 세라믹 고화제는 알루미나(Al₂O₃)원을 보오크사이트나 알루미나 광물로 하고 석회(CaO)원으로 석회석(CaCO₃)을, 석고(CaSO₄)원을 석고광물로 하여 이론적 배합비율로 혼합 1,200∼1,300℃ 범위에서 고온 소성한 크링크(3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄)는 수경화 반응으로 최상의 에트린자이트(Ettringite : CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)로 하여 Al₂O₃: 13.56%, SO₃: 8.2%, CaO : 55.4%을 주성분으로 한 팽창성 시멘트계 고화제 특성을 갖는다.

여기에는 3가지 이상의 무기, 규소수지계 재료간에 상용성을 개량, 최상의 극성이 존재하는 2차 결합력을 갖도록 공중합하여 환원 및 미세한 분말로 하여 이를 용도별 크링크에 3∼15% 참가재로 첨가한다.

그 반응식을 알아보면,

SiCl₄＋ Na₂HPO₂→ SiCl₂＋ H₂O = 환원

SiCl₂＋ H₂O ＋ Na₂HPO₄＋ CH₂CH₂COOH

→ ClCH₂CH₂COOH ＋ NaCl ＋ H₃PO₄

→ ClCH₂CH₂COOH ＋ Na₂SiO₃

→ 증합 ＋ NaCl(제거) → 분말화

위의 반응식과 같이 사염화규소를 폴리메타크릴산에 결합시키기 위하여 Na₂HPO₂를 촉매로 환원시켜 SiCl₂로 전환시킨 다음 프로피온산 염화규소를 얻는다.

여기에 폴리메타크릴산을 가하여 NaCl 및 Na₂HPO₄등을 침전 제거시키고 물을 가한 산성용액에 규산나트륨을 가하여 중화 건조시켜 백색의 초미세 분말화 한다.

이상과 같이 만들어진 분말(첨가제)을 용도 및 특성에 맞추어 무기크링커에 대하여 3∼15wt%를 첨가하여 무기고화제(크링크)와 무·수지재료간에 이질감이 없도록 조성되며, 또 크링크 표면적(5,000㎡/㎏)과 무기수지재료분말(첨가제) 표면적(130,000㎡/㎏) 간에 특수교반 혼합장치로 세라믹 고화재료 간에 균일한 입도분포를 확보할 수 있도록 제조 이를 현장에서 모토(흙)와 세라믹 고화제, 결합수만으로 리본믹싱타입 교반혼합기로 혼합 포설토(함수비 12∼15%)와 타설몰타르(함수비 15∼20%)로 제품성, 시공성 및 경제성을 갖게 된다.

본 발명 고화제(혼화제)의 가장 큰 특성인 팽창성 고강도 재료 특성을 바탕으로 침투성, 밀봉성, 내후성, 내수성(방수성)에 질감이 우수하므로 흙 포장도로 표층이 요구하는 색상을 자유롭게 표현 시공할 수 있다.

또 콘크리트에 비해 낮은 물의 계수에서 고강도(600㎏/㎠), 인장강도(100㎏/㎠)와 휨강도(200㎏/㎠)의 높은 물성을 나타내고 있어 경화는 낮은 온도에서도 뛰어난 유연성의 효과가 있다.

따라서 흙 포장도로 표층시공에 있어 기존 시멘트계 고화제로는 기대할 수 없는 고강도(80∼200㎏/㎠)에 인장강도 및 투수계수(1×10^-7∼10^-9㎝/sec) 및 방수기능을 갖게 된다.

또 고화제의 물성으로 온도 팽창계수는 낮은 온도에서 인치당 7×10^-6으로 충격에 강하고 균열이 없고 제살붙임이 뛰어나 흙 포장도로 보수에 의한 물성이 우수하고 또한 신개념의 무공해 첨단 신소재 세라믹 고화제라 할 수 있으며 이 고화제의 화학성분 및 물성을 표(1) 및 표(2)로 나타내었다.

표(1) 세라믹 고화제(혼화제)의 성분표

항목	SiO₂	Fe₂O₃	TiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	K₂O	SO₃	Zn	비교면적(㎡/㎏)
%	7.1	2.4	0.61	12.9	52.6	1.6	0.48	7.8	0.09	5,000∼130,000

※시험방법(KSL 5120-99) ※크링크에 8wt/%의 첨가제를 첨가한 고화제

표(2) 세라믹 고화제(혼화제)의 물리적 성질

항목	내열성	압축강도(㎏^f/㎠)	인장강도(㎏^f/㎠)	휨강도(㎏^f/㎠)	흡수율	시험방법
구분	불연성	600(28일)	100(28일)	200(28일)	0.4∼0.6	KSF4918-98

※ 내약품성 : 황산, 염산, 질산, 수산화나트륨 10%

매탈알콜 95% = 이상 없음.

상기 본 발명 고화제(혼화제)에 함유된 첨가재료는 수경화 반응시 반수용성화되므로 침투성이 좋고 비누체계를 사용하지 않고도 성막을 형성하고 무기자재에대한 밀봉성, 내약품성이 우수하므로 세사나 충진재료로 하여 토목건축용, 방수재료, 도료용 재료 및 긴급공사 구조물, 콘크리트 구조물이 개보수 공사에도 우수한 혼화재료로 활용성이 크며 그 성능을 알아보면 다음 표(3)과 같다.

표(3) 첨가제의 성능

주 요 성 분	무기, 수지계 등
외 관	반투명 수성용액의 환원 분말화
고체분말량	60∼70%
점 도	1000CPS Brookfield 점도계 LVFI #/60rpm/30℃
PH	7.0∼9.0
최하의 성막온도	0℃
전 하 성 질	음이자형(수용성 상태)

종합컨대 본 발명에 의한 세라믹 고화제는 알루미늄원을 보오크사이트 또는 알루미나 광물로 하고 석회(CaO)원으로 석회석(CaCO₃)을, 석고원을 석고광물로 하여 구성성분비(Al₂O₃: 13.56wt%, SO₃: 8.2wt%, CaO : 55.4wt%)를 갖는 배합비율로 혼합 1,200∼1,300℃ 범위에서 고온 소성한 크링커(3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄)를 분말화 한 것에 상기 무기수지재료 극미세 분말(첨가제) 3∼15wt% 첨가해서 되는 세라믹 고화제라 할 수 있다.

본 발명에 의한 세라믹 고화제의 효과를 알아보기 위해 표(1)의 고화제를 사용하여 리본타입의 교반 혼합장치로 실재 현장에서 실시한 실험결과를 표(4)로 나타내었다.

표(4) 본 발명 고화제로 현장에서 실시한 실시예의 결과표

구 분	시료종류 및 시공방법	배합비(흙/고화제)	시험항목	결 과	비 고
실시예(1)1구역(시화지구 농업기반공사)	산간부 100% 마사토(포설다짐)	흙 1,000㎏/200㎏	압축강도투수계수부피변화흙-고화제손실량	204∼235㎏^f/㎠1.7×10^-9㎝/sec-1.37%0.05∼0.1%	KSF2328-97KSF2322-97동결융해시험KSF2322-97
실시예(2)2구역( " )	해성사질점토100%(타설몰타르)	흙 1,000㎏/200㎏	압축강도투수계수흡 수 율	92.4㎏^f/㎠1.9×10^-8㎝/sec20.4%	KSF2328-97KSF2322-97KSF4004-97
실시예(3)3구역( " )	해성점토 70%+일반점토30%(타설몰타르)	흙 1,000㎏/200㎏	압축강도투수계수	35.6∼53.1㎏^f/㎠5.3×10^-8∼1.5×㎝/sec	KSF2328-97KSF2322-97
실시예(4)도로지역(문막 주택진입도로 및 마당)	1)산간부마사토100%(타설몰타르)2)산간부마사토100%(포설다짐)	흙 1,000㎏/200㎏흙 1,000㎏/100㎏	압축강도투수계수압축강도투수계수	173∼198㎏^f/㎠2.8×10^-9㎝/sec70.5∼81.3㎏^f/㎠3.5×10^-7㎝/sec	KSF2328-97KSF2322-97KSF2328-97KSF2322-97

이상의 실시예에서와 같이 본 발명에 의한 세라믹 고화제를 사용하므로서 압축강도, 투수계수 등의 물성이 뛰어나 고강도 특성과 밀봉성 및 방수성이 우수하고 동결융해실험에서 부피변화가 적어 내구성 또한 크게 향상시킬 수 있는 세라믹 고화제라 할 수 있다.

Claims

알루미나원을 보오크사이트나 알루미나광물로, 석회(CaO)원으로 석회석(CaCO₃)을, 석고원을 석고광물로 하여 구성성분비가 적어도 Al₂O₃:13.56wt%, SO₃: 8.2wt%, CaO : 55.4wt% 되는 배합비율로 혼합 1,200∼1,300℃ 범위에서 고온 소성한 크링커(3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄)를 분말화 한 것에 첨가제 3∼15wt%를 첨가해서 되는 세라믹 고화제.
청구항 1에 있어서,

첨가제는 사염화규소를 인산나트륨 촉매하에 환원시켜 푸로피온산 염화규소를 얻고 여기에 폴리메타크릴산을 가하여 염화나트륨 및 인산나트륨을 침전 제거시키고 물을 가한 산성용액을 규산나트륨 가해 중화 건조시켜 백색의 극미세분말로 한 첨가제임을 특징으로 하는 세라믹 고화제.