KR20110066012A - 무시멘트 황토 습식포장재, 및 상기 습식포장재 제조방법 - Google Patents

무시멘트 황토 습식포장재, 및 상기 습식포장재 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 황토를 포함하는 포장재에 관한 것으로 보다 구체적으로는 무시멘트 알칼리 활성결합재와 황토를 포함하여 기존 건식공법에 따른 작업의 어려움과 낮은 경제성을 극복할 수 있는 무시멘트 황토 습식포장재, 및 상기 포장재를 이용한 포장방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 기존의 포장재와 동등 또는 그 이상의 효과를 가지면서도 기존의 포장재가 갖는 시멘트 사용에 따른 시멘트 독성 및 시멘트 제조시 발생되는 이산화탄소 (CO2), 시멘트 생산에 따른 천연자원의 고갈 등의 문제점을 해결하고, 기존 건식공법에 따른 작업의 어려움과 낮은 경제성을 극복할 수 있다.
무시멘트, 황토, 습식포장재

Description

무시멘트 황토 습식포장재, 및 상기 포장재를 이용한 포장방법{Wet yellow soil paving materials with alkali-activated binder with no cement and paving method using the same}
본 발명은 황토를 포함하는 포장재에 관한 것으로 보다 구체적으로는 무시멘트 알칼리 활성결합재와 황토를 포함하여 기존 건식공법에 따른 작업의 어려움과 낮은 경제성을 극복할 수 있는 무시멘트 황토 습식포장재, 및 상기 포장재를 이용한 포장방법에 관한 것이다.
일반적으로 건설 산업에 이용되는 모르터 및 콘크리트는 결합재, 물 및 골재로 구성되는데 이때 이용되는 대표적인 무기결합재인 시멘트(또는 시멘트 클링커)는 제조 공정 중에 원료의 주성분이 CaCO3 인 석회석을 열처리하는 과정에서 막대한 에너지가 소비되며, 시멘트 제조량의 44 중량% 이상인 다량의 CO2 가스가 발생하게 된다. 이 때 발생하는 이산화탄소가 전 세계 온실가스 방출량의 약 7%에 해당된다.
따라서 온실가스인 상기 CO2 배출 규제와 관련하여 시멘트 제조업종의 CO2 감축 목표치가 어떻게 설정되느냐에 따라 앞으로 시멘트 클링커의 생산량 감축이 불가피 할 것인데, 세계의 시멘트 수요량은 21세기 초반까지 매년 2.5 ∼ 5.8 % 정도 의 증가가 예상되고 있으므로, 교통의정서의 준수와 시멘트 수요의 증가를 동시에 충족시키기 위해서는 상기 CO2 의 배출이 감소되거나 전혀 없는 새로운 무기결합재의 개발이 시급하다.
한편, 공지된 기존의 황토 포장재 또한 황토와 시멘트를 혼합하여 사용하는 이상 시멘트를 사용하기 때문에 갖는 상술된 문제점을 그대로 포함한다.
또한, 콘크리트의 건조수축은 사용수의 양, 결합재의 양, 결합재의 분말도 및 골재의 양 등의 영향을 받으며, 사용수가 많을수록 결합재가 많을수록 결합재의 분말도가 클수록 골재의 양이 작을수록 크게 나타나는데, 특히 황토를 이용한 콘크리트 제조시 황토의 큰 건조수축을 제어하여야 하는 문제점도 있다.
즉, 도로 포장은 그 특성상 건조수축 균열의 발생이 많으며 높은 인장강도 및 휨강도가 요구되는데, 특히 표면의 건조수축 균열은 구조적인 문제보다는 미관상 불안감을 주며 시공자에 대한 불신감와 하자보수 요구 등의 원인이 되기 때문이다.
또한, 기존의 황토 포장재는 시멘트와 황토를 이용하기 때문에 모래와 달리 미세한 미립자를 내포한 황토의 특성상 비표면적의 증대로 인해 소요 슬럼프 확보에 어려움이 있다. 특히, 단위수량의 증가에 따른 건조수축 균열을 제어하기 위해서는 건식공법이 최선의 방법이었다. 그러나 건식공법은 재료의 함수율관리가 어려우며, 재료가 확실히 혼합되지 않으면 균일한 품질을 확보할 수 없다. 또한 슬럼프 가 낮아 포장재 설치가 어려고 다양한 장비를 통해 압력을 가하기 때문에 공사비가 증가하게 되는 문제점까지 발생한다.
따라서, 상술된 문제점이 해결된 새로운 조성의 무시멘트 황토 포장재에 대한 기술개발의 필요성이 대두되었다.
본 발명자는 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과 무시멘트 황토 습식포장재를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 품질관리, 시공성 및 경제성이 우수한 습식공법이 적용 가능한 조성의 무시멘트 황토 습식포장재, 및 상기 포장재를 이용한 포장방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 시멘트 대신 무시멘트 알칼리 활성결합재를 사용함으로써 산업부산물의 재활용 및 시멘트 무첨가로 친환경적이며, OPC 시멘트에 비해 초기 강도발현 및 장기강도 발현이 우수하고, 내구성 및 내약품성이 OPC 시멘트에 비해 우수하며 수화열이 OPC 시멘트의 약 1/2~1/3 수준이며, 골재의 품질에 덜 민감하여 골재의 약 20% 정도의 점토 또는 이물질을 함유하여도 강도가 감소되지 않는 조성의 무시멘트 황토 습식포장재, 및 상기 포장재를 이용한 포장방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 13mm 이하의 골재를 사용함으로써 전체 콘크리트 의 입도가 양호하여 강도증가에도 도움을 주는 무시멘트 황토 습식포장재, 및 상기 포장재를 이용한 포장방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 섬유를 사용하여 표면의 건조수축 균열을 제어하고 인장강도와 휨강도 향상을 위해 분산이 용이한 조성의 무시멘트 황토 습식포장재, 및 상기 포장재를 이용한 포장방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전체 황토 함유량 중 일부를 황토와 비슷한 입경의 잔골재로 치환함으로써 황토 고유의 색상은 유지하면서 건조수축을 제어하고 압축강도는 증가할 수 있는 조성의 무시멘트 황토 습식포장재, 및 상기 포장재를 이용한 포장방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 아스팔트나 콘크리트의 대용으로, 산책로, 보도, 공원도로, 자전거도로, 운동장, 광장, 주차장, 관광단지, 사찰, 문화유적지, 농로, 임도, 도심 속의 주택가 도로 농수로 등의 교통 하중을 크게 고려하지 않는 곳뿐만 아니라 중차량의 통행이 가능하도록 높은 강도를 요구하는 곳에도 적용가능한 무시멘트 황토 습식포장재, 및 상기 포장재를 이용한 포장방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 무시멘트 알칼리 활성결합재, 황토, 굵은골재, 혼화제, 섬유, 및 배합수를 포함하는데, 상기 배합수는 배합수(W)와 무시멘트 알칼리 활성결합재(B)의 배합비(W/B)가 40 내지 65%가 되도록 포함되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 황토는 직경이 5mm이하이고 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 50 내지 240중량부 포함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 굵은 골재는 직경이 13mm이하이고 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 80 내지 300중량부 포함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 혼화제는 고성능 감수제이고 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 0.5 내지 1.5중량부 포함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 섬유는 섬유의 밀도가 높고 섬유 굵기가 미세하여 단위용적당 섬유의 수가 많으며, 분산성능이 뛰어난 것으로, 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 10 내지 35 중량부 포함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 잔골재를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 잔골재는 직경이 5mm 이하이고 상기 황토 중량의 20 내지 30중량%를 대체하여 포함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 무시멘트 알칼리 활성결합재는 슬래그 또는 플라이애쉬; 및 알칼리성 무기질 재료;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 알칼리성 무기질 재료는 상기 슬래그 또는 플라이애쉬 100중량부당 0.5 내지 20중량부 포함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 알칼리성 무기질 재료는 나트륨함유 알칼리 성 무기질 재료, 나트륨비함유 알칼리성 무기질 재료, 마그네슘함유 알칼리성 무기질 재료 중 하나 이상을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 마그네슘함유 알칼리성 무기질 재료는 마그네슘염 및 산화마그네슘 중 하나 이상인데, 상기 마그네슘염은 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 수산화마그네슘, 염화마그네슘, 산화마그네슘, 스테아린산 마그네슘, 메타인산마그네슘, 젖산 마그네슘 중 어느 하나이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 알칼리성 무기질 재료로 마그네슘함유 알칼리성 무기질 재료가 사용되는 경우, 상기 슬래그 또는 플라이애쉬 100중량부당 수산화칼슘 0.5 내지 15중량부 가 더 포함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 황토 50 내지 160중량부, 굵은 골재 80 내지 140중량부, 혼화제 0.5 내지 1.5중량부, 섬유 10 내지 20중량부, 잔골재 10 내지 48 중량부가 포함되면 25 내지 30MPa의 압축강도가 얻어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 황토 100 내지 240중량부, 굵은 골재 170 내지 300중량부, 혼화제 0.5 내지 1.5중량부, 섬유 15 내지 35중량부가 포함되면 18 내지 24MPa의 압축강도가 얻어진다.
또한, 본 발명은 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 무시멘트 황토습식포장재 제조방법으로, 무시멘트 알칼리활성결합재 및 굵은골재 또는 무시멘트 알칼리활성결합재, 굵은골재, 및 잔골재를 건비빔하여 건비빔재료를 얻는 단계; 배합수에 섬유와 혼화제를 투입하고 혼합하여 액상혼합물을 얻는 단계; 상기 건비빔재료 와 액상혼합물을 섞어서 비빔하여 습비빔재료를 얻는 단계; 및 상기 습비빔재료에 황토를 투입하여 균질하게 혼합하는 단계;를 포함하는 무시멘트 황토습식포장재 제조방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 목표 슬럼프에 따라 상기 황토와 잔골재의 함량이 조절된다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.
본 발명에 의하면. 습식공법이 적용되어 품질관리, 시공성 및 경제성이 우수하다.
또한, 본 발명에 의하면, 시멘트 대신 무시멘트 알칼리 활성결합재를 사용함으로써 산업부산물의 재활용 및 시멘트 무첨가로 친환경적이며, OPC 시멘트에 비해 초기 강도발현 및 장기강도 발현이 우수하고, 내구성 및 내약품성이 OPC 시멘트에 비해 우수하며 수화열이 OPC 시멘트의 약 1/2~1/3 수준이며, 골재의 품질에 덜 민감하여 골재의 약 20% 정도의 점토 또는 이물질을 함유하여도 강도가 감소되지 않는다.
또한, 본 발명에 의하면,13mm 이하의 골재를 사용함으로써 전체 콘크리트의 입도가 양호하여 강도증가에도 도움을 줄 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 섬유를 사용하여 표면의 건조수축 균열을 제어하고 인장강도와 휨강도 향상을 위해 분산이 용이하다.
또한, 본 발명에 의하면, 전체 황토 함유량 중 일부를 황토와 비슷한 입경의 잔골재로 치환함으로써 황토 고유의 색상은 유지하면서 건조수축을 제어하고 압축강도는 증가할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 아스팔트나 콘크리트의 대용으로, 산책로, 보도, 공원도로, 자전거도로, 운동장, 광장, 주차장, 관광단지, 사찰, 문화유적지, 농로, 임도, 도심 속의 주택가 도로 농수로 등의 교통 하중을 크게 고려하지 않는 곳 뿐만 아니라 중차량의 통행이 가능하도록 높은 강도를 요구하는 곳에도 적용가능하다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들 및 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 황토습식포장재는 황토에 시멘트를 대체할 수 있는 무시멘트 알칼 리 활성 결합재로서 특히 슬래그 또는 플라이애쉬와 알칼리성 무기질 재료를 포함하는 알칼리활성 결합재를 사용한 것에 그 기술적 특징이 있다.
즉, 본 발명에서는 기존 황토 포장재에 사용되던 시멘트 대신 무시멘트 알칼리 활성 결합재를 사용함으로써 황토 포장재가 골재의 품질에 덜 민감해져 골재의 약 20% 정도의 점토 또는 이물질을 함유하여도 강도의 감소를 보이지 않게 되었기 때문이다.
또한, 본 발명의 황토습식포장재는 시멘트 사용에 따른 시멘트 독성 및 시멘트 제조시 발생되는 이산화탄소(CO2), 시멘트 생산에 따른 천연자원의 고갈 등의 문제점을 해결하고, 기존 황토 포장재의 건식공법에 따른 작업의 어려움과 낮은 경제성을 극복할 수 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 무시멘트 황토습식포장재는 무시멘트 알칼리 활성결합재, 황토, 굵은 골재, 혼화제, 섬유, 및 배합수를 포함한다.
상기 무시멘트 알칼리 활성 결합재는 분말도 4,000 cm2/g 이상의 양질의 원재료와 알칼리성 무기질 재료를 일정 중량비 바람직하게는 상기 슬래그 또는 플라이애쉬 100중량부당 0.5 내지 20중량부로 균일하게 혼합하여 제조된 것을 사용하는 것이 바람직한데, 상기 알칼리성 무기질 재료로는 나트륨함유 알칼리성 무기질 재료, 나트륨비함유 알칼리성 무기질 재료, 마그네슘함유 알칼리성 무기질 재료 중 하나 이상이 사용될 수 있고, 상기 원재료로는 플라이애쉬, 메타카올린 또는 슬래그가 사용될 수도 있지만 나트륨의 함량이 다른 산업부산물인 메타카올린보다 2배 이상 적은 플라이애쉬 또는 슬래그를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 슬래그는 고로슬래그, 전기로슬래그, 전로슬래그 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있는데, 포장재의 적용 대상에 따라 알칼리성 무기질 재료의 종류 및 혼합비는 변경할 수 있다.
특히, 상기 무시멘트 알칼리 활성 결합재에 포함되는 알칼리 활성 무기질 재료가 마그네슘함유 알칼리성 무기질재료인 경우 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 수산화마그네슘, 염화마그네슘, 산화마그네슘, 스테아린산 마그네슘, 메타인산마그네슘, 젖산 마그네슘 등을 포함하는 마그네슘염이나 산화마그네슘 중 어느 하나 이상이 사용되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 마그네슘함유 알칼리성 무기질재료에 수산화칼슘을 더 포함하게 되면 강도가 더 우수해질 수 있다. 다만, 강도를 향상시키는 동시에 기준 강도 이상을 제공하면서 우수한 작업성을 갖도록 하기 위해서는 수산화칼슘과 마그네슘함유 알칼리성 무기질재료를 각각 일정 중량비로 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 황토습식포장재는 황토를 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 50 내지 240중량부 포함하는데 그 기술적 특징이 있는데, 황토는 최대직경이 5mm를 넘지 않으며 비중 1.9~2.1, 흡수율 10~15 % 범위의 자연 상태의 붉은 황토를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 황토는 KS 기준의 5mm 잔골재 표준입도분포곡선에 만족하는 것을 사용한다.
또한, 본 발명의 무시멘트 황토습식포장재는 골재를 사용하여 건조수축을 제어하고자 13mm 이하의 골재를 포함한 것에도 그 기술적 특징이 있다.
즉 일반적으로 콘크리트의 건조수축은 사용수의 양, 결합재의 양, 결합재의 분말도 및 골재의 양 등의 영향을 받으며, 사용수가 많을수록 결합재가 많을수록 결합재의 분말도가 클수록 골재의 양이 작을수록 크게 나타나는데 특히 황토를 이용한 콘크리트 제조시 황토의 큰 건조수축을 제어하여야 하기 때문이다. 이러한 점을 고려하여 본 발명의 황토습식포장재는 골재를 사용하여 건조수축을 제어하고자 하였는데, 특히 13mm 이하의 골재를 상기 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 80 내지 300중량부 포함되도록 사용함으로써 전체 콘크리트의 입도가 양호하고 강도증가가 이루어졌다. 특히 골재를 최대직경이 13mm를 넘지 않으며 비중 2.5~2.7, 흡수율 0.5~1 % 범위의 쇄석을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 무시멘트 황토습식포장재는 표면의 건조수축 균열을 제어하고 인장강도와 휨강도 향상을 위해 섬유를 일정 중량비로 포함한 것에도 그 기술적 특징이 있다.
즉, 도로 포장은 그 특성상 건조수축 균열의 발생이 많으며 높은 인장강도 및 휨강도가 요구되고, 특히 표면의 건조수축 균열은 구조적인 문제보다는 미관상 불안감을 주며 시공자에 대한 불신감와 하자보수 요구 등의 원인이 되기 때문에, 본 발명은 섬유 특히 밀도가 높고 굵기가 미세하여 단위 용적당 섬유의 수가 많으며, 분산성능이 뛰어난 것을 상기 무시멘트 알칼리 활성 결합재 100중량부당 10 내지 35 중량부로 사용하였다. 이 때 섬유는 상기 특성을 만족하는 한 소재의 제한이 없으나 PET 섬유, 셀롤로오스 섬유, PVA 섬유, 나일론 섬유, 폴리오레핀계 섬유로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상이 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 무시멘트 황토습식포장재는 압축강도와 작업성을 고려한 목표 슬럼프를 확보하기 위해건 혼화제를 포함한 것에도 그 기술적 특징이 있다.
상기 혼화제는 슬럼프 확보에 사용되는 공지된 종류의 혼화제를 모두 사용할 수 있으나, 양질의 폴리카르본산계 고능성 감수제를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 무시멘트 황토습식포장재는 기존 황토 포장재의 건식공법이 가진 문제점을 해결하여 슬럼프 150~200 mm 범위의 습식시공이 가능한 경제적이면서도 친환경적인 황토습식포장재 및 습식공법을 제공하기 위해 배합수를 배합수(W)와 상기 무시멘트 알칼리 활성결합재(B)의 배합비(W/B)가 40 내지 65%가 되도록 사용된다.
상기 배합수는 기름, 산, 알카리 등 품질에 영향을 주는 유해물질이 함유되지 않아야 하는데, 일반적으로 음용수는 배합수로서 우수하나 콘크리트 품질에 유해영향만 없으면 지하수, 공업용수, 하천수 등을 사용하여도 무방하다.
경우에 따라서 본 발명의 무시멘트 황토습식포장재는 황토 고유의 색상은 유지하면서 건조수축을 제어하고 압축강도를 증가시키기 위해 황토와 비슷한 입경의 잔골재를 사용하는데도 그 기술적 특징이 있다. 이 때 포함되는 잔골재는 직경이 5mm 이하인 것이 바람직하고 특히 그 함량은 상기 황토 중량의 20 내지 30중량%를 대체하여 포함되는 것이 바람직하다.
즉, 황토의 최대입경은 약 5mm로 잔골재와 비슷하지만 황토의 큰 흡수율은 건조수축 균열, 소요 슬럼프 감소, 소요 압축강도의 감소 등의 문제점을 갖고 있기 때문에, 본 발명에서는 황토와 비슷한 입경의 잔골재로 전체 황토 함유량의 일부를 대체하여 구성함으로써 황토 고유의 색상은 유지하면서도 건조수축을 제어하고 증가된 압축강도를 얻을 수 있었다.
이하 실시예에서 사용되는 "GGBS"는 고로슬래그를 일정한 크기의 분말로 미분쇄한 것으로 고로슬래그 미분말(Ground Granulated Blast Furance Slag)을 의미한다.
실시예1
무시멘트 알칼리 활성 결합재 준비
1.GGBS 100중량부, 염화마그네슘 분말 5중량부, 수산화칼슘 10중량부를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재1을 제조하였다.
2. GGBS 100중량부, 질산마그네슘 분말 10중량부를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재2를 제조하였다.
3. GGBS 100중량부, 염화마그네슘 분말 10중량부를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재3을 제조하였다.
4. GGBS 100중량부, 규산마그네슘 분말 10중량부를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재4를 제조하였다.
5. GGBS 100중량부, 산화마그네슘 분말 10중량부를 균일하게 혼합하여 무시멘트 알칼리활성결합재5를 제조하였다.
실시예2
무시멘트 황토습식포장재1의 제조
1.무시멘트 알칼리 활성결합재1 100중량부, 굵은 골재 100중량부, 잔골재 15중량부를 강재식 믹서기에서 1분 이상 건비빔하여 건비빔재료를 얻었다.
2. 배합수에 고성능감수제 0.5중량부, PET 섬유 10중량부를 투입하고 잘 혼합하여 액상혼합물을 얻었다. 이 때 배합수는 배합수(W)와 무시멘트 알칼리 활성결합재(B)의 배합비(W/B)가 40%였고, 섬유의 뭉침현상을 방지하기 위해 섬유를 잘 풀어준다.
3. 상기 건비빔재료와 액상혼합물을 섞어서 30초이상 비빔하여 습비빔재료를 얻었다.
4. 상기 습비빔재료에 황토 60 중량부를 투입하여 균질하게 1분 30초 동안 비빔하여 무시멘트 황토습식포장재1을 제조하였다. 이 때 황토의 함량은 목표 슬럼프를 고려하여 조절된다.
실시예 3 내지 실시예 5
무시멘트 황토습식포장재2 내지 4의 제조
배합수의 함량비 즉 배합수(W)와 무시멘트 알칼리 활성결합재(B)의 배합비(W/B)를 각각 45%, 50%, 65%로 한 것을 제외하면 실시예2와 동일한 방법으로 무시멘트 황토습식포장재2 내지 4를 각각 얻었다.
실시예 6 내지 실시예 8
무시멘트 황토습식포장재5 내지 7의 제조
무시멘트 알칼리 활성 결합재2를 사용하고, 배합수의 함량비 즉 배합수(W)와 무시멘트 알칼리 활성결합재(B)의 배합비(W/B)를 각각 45%, 50%, 52.5%로 한 것을 제외하면 실시예2와 동일한 방법으로 무시멘트 황토습식포장재5 내지 7을 각각 얻었다.
실험예1
물-무시멘트 알칼리활성 결합재2 내지 5의 비(W/B)는 50%이고, 모래-원재료 중량비(S/B)는 3.0이며, 골재의 최대 직경은 5mm이하의 조건으로 무시멘트 알칼리활성 모르터1 내지 4를 제조하였고, 모르터에 포함된 마그네슘함유 알칼리성 무기질 재료의 종류에 따른 재령 28일 압축강도의 관계를 실험하여 도1에 그래프로 나타내었다.
실험예1의 결과가 도시된 도 1을 참조하면 마그네슘함유 알칼리성 무기질 재료의 종류가 달라져도 요구되는 기준강도 이상이 확보되는 것을 알 수 있어 마그네슘함유 알칼리성 무기질 재료의 종류가 달라져도 적합한 강도를 갖는 것을 알 수 있다.
실험예2
무시멘트 황토습식포장재 1 내지 4를 대상으로 상기 황토습식포장재에 포함된 배합수의 함량비 즉 배합수(W)와 무시멘트 알칼리 활성결합재(B)의 배합비(W/B) 에 따른 재령 28일 압축강도 및 슬럼프를 실험하여 각각 도2 및 도 3에 그래프로 나타내었다.
실험예2의 결과가 도시된 도 2 및 도 3를 참조하면 무시멘트 황토습식포장재에 포함되는 무시멘트 알칼리 활성결합재1의 함량이 일정할 때, 상기 배합비(W/B)가 커질수록 압축강도는 감소되는 경향을 보이고 있으나, 슬럼프는 배합비(W/B)가 0.5까지는 약간 감소하다가 이후 증가되는 경향성을 보이고 있는 것을 알 수 있다.
실험예3
무시멘트 황토습식포장재 5 내지 7을 대상으로 상기 황토습식포장재에 포함된 배합수의 함량비 즉 배합수(W)와 무시멘트 알칼리 활성결합재(B)의 배합비(W/B)에 따른 재령 28일 압축강도 및 슬럼프를 실험하여 각각 도 4 및 도 5에 그래프로 나타내었다.
실험예 3의 결과가 도시된 도 4 및 도 5를 참조하면, 무시멘트 황토습식포장재에 포함되는 무시멘트 알칼리 활성결합재2의 함량이 일정할 때, 상기 배합비(W/B)가 커질수록 압축강도는 감소되는 경향을 보이고 있으나, 슬럼프는 증가되는 경향성을 보이고 있는 것을 알 수 있다.
실험예 4
무시멘트 황토 습식포장재의 표준 배합비는 사용 목적과 경제성을 고려하여 고강도 배합과 보통강도 배합으로 나눌 수 있다. 고강도 배합은 물-시멘트 비(이하 "W/C")를 낮추어 압축강도를 증진한 배합으로 낮은 W/C에서 목표 슬럼프를 확보하기 위해 잔골재를 첨가하며, 보통강도 배합은 황토의 혼합비가 고강도 배합보다 높은 것이 특징이다.
따라서, 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 황토 50 내지 160중량부, 굵은 골재 80 내지 140중량부, 혼화제 0.5 내지 1.5중량부, 섬유 10 내지 20중량부, 잔골재 10 내지 48 중량부가 포함되는 고강도 황토습식포장재와, 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 황토 100 내지 240중량부, 굵은 골재 170 내지 300중량부, 혼화제 0.5 내지 1.5중량부, 섬유 15 내지 35중량부가 포함되는 보통강도 황토습식포장재의 재령과 압축강도 관계를 시험하여 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6으로부터, 고강도 황토습식포장재는 25 내지 30MPa의 압축강도를 얻을 수 있고, 보통 강도 황토습식포장재인 경우에도 18 내지 24MPa의 압축강도가 얻어지는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예로 나타내지는 않았으나 상기와 같은 실험결과는 무시멘트 알칼리활성결합재에 포함되는 알칼리성 무기질 재료가 달라져도 즉 나트륨함유 알칼리성 무기질 재료, 나트륨비함유 알칼리성 무기질 재료 등이 사용된 경우도 유사하였다. 또한, 상술된 실시예 및 실험예에 사용된 무시멘트 알칼리활성결합재의 고로슬래그를 대체하여 플라이애쉬를 사용하여도 상술한 바와 유사한 결과를 얻을 수 있었다.
한편, 본 발명에 따른 무시멘트 황토 습식포장재의 포장시 각층 구성 및 두께는 교통하중의 조건, 노상조건, 배합재료 조건, 환경조건 등에 따라 설계하고 경제성을 고려하여 결정될 수 있는데, 무시멘트 황토 습식포장재의 표층에 발생한 휨 응력도는 노상, 보조기층, 표층 순으로 구성되며, 따라서 포장두께는 다음과 같이 계산되는 것이 바람직하다.
Figure 112009076454065-PAT00001
여기서,
Figure 112009076454065-PAT00002
:시멘트 황토 습식포장재의 표층두께 (mm),
Figure 112009076454065-PAT00003
: 설계 윤하중,
Figure 112009076454065-PAT00004
: 무시멘트 황토 습식포장 휨 강도 (MPa),
Figure 112009076454065-PAT00005
: 노반지지력 계수 0.85 의미한다.
본 발명의 무시멘트 황토 습식포장재의 사용목적에 따른 포장두께는 표 1에 개시된 바와 같고, 재령 28일 압축강도에 따른 압축강도는 표 2와 같다.
Figure 112009076454065-PAT00006
Figure 112009076454065-PAT00007
따라서, 본 발명의 무시멘트 황토습식포장재는 아스팔트나 콘크리트의 대용으로, 산책로, 보도, 공원도로, 자전거도로, 운동장, 광장, 주차장, 관광단지, 사찰, 문화유적지, 농로, 임도, 도심 속의 주택가 도로 농수로 등의 교통 하중을 크게 고려하지 않는 곳과 중 차량의 통행이 가능하도록 높은 강도를 요구하는 곳에 적용될 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 무시멘트 황토습식포장재에 사용되는 무시멘트 알칼리 활성결합재에 포함되는 마그네슘함유 알칼리성 무기질 재료의 종류에 따른 재령 28일 압축강도의 관계를 나타낸 그래프,
도 2는 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 무시멘트 황토습식포장재1 내지 4의 재령과 압축강도 관계를 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 무시멘트 황토습식포장재1 내지 4의 슬럼프를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 무시멘트 황토습식포장재5 내지 7의 재령과 압축강도 관계를 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 무시멘트 황토습식포장재5 내지 7의 슬럼프를 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명의 고강도 무시멘트 황토습식포장재와 보통강도 무시멘트 황토습식포장재의 재령과 압축강도의 관계를 나타낸 비교그래프.

Claims (16)

  1. 무시멘트 알칼리 활성결합재, 황토, 굵은골재, 혼화제, 섬유, 및 배합수를 포함하는데, 상기 배합수는 배합수(W)와 무시멘트 알칼리 활성결합재(B)의 배합비(W/B)가 40 내지 65%가 되도록 포함되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 황토는 직경이 5mm이하이고 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 50 내지 240중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 굵은 골재는 직경이 13mm이하이고 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 80 내지 300중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼화제는 고성능 감수제이고 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 0.5 내지 1.5중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유는 섬유의 밀도가 높고 섬유 굵기가 미세하여 단위용적당 섬유의 수가 많으며, 분산성능이 뛰어난 것으로, 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 10 내지 35 중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    잔골재를 더 포함하는 것을 특징을 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 잔골재는 직경이 5mm 이하이고 상기 황토 중량의 20 내지 30중량%를 대체하여 포함되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 무시멘트 알칼리 활성결합재는 슬래그 또는 플라이애쉬; 및
    알칼리성 무기질 재료;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 알칼리성 무기질 재료는 상기 슬래그 또는 플라이애쉬 100중량부당 0.5 내지 20중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 알칼리성 무기질 재료는 나트륨함유 알칼리성 무기질 재료, 나트륨비함유 알칼리성 무기질 재료, 마그네슘함유 알칼리성 무기질 재료 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 마그네슘함유 알칼리성 무기질 재료는 마그네슘염 및 산화마그네슘 중 하나 이상인데, 상기 마그네슘염은 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 수산화마그네슘, 염화마그네슘, 산화마그네슘, 스테아린산 마그네슘, 메타인산마그네슘, 젖산 마그네슘 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 알칼리성 무기질 재료로 마그네슘함유 알칼리성 무기질 재료가 사용되는 경우, 상기 슬래그 또는 플라이애쉬 100중량부당 수산화칼슘 0.5 내지 15중량부 가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 황토 50 내지 160중량부, 굵은 골재 80 내지 140중량부, 혼화제 0.5 내지 1.5중량부, 섬유 10 내지 20중량부, 잔골재 10 내지 48 중량부가 포함되면 25 내지 30MPa의 압축강도가 얻어지는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 무시멘트 알칼리 활성결합재 100중량부당 황토 100 내지 240중량부, 굵은 골재 170 내지 300중량부, 혼화제 0.5 내지 1.5중량부, 섬유 15 내지 35중량부가 포함되면 18 내지 24MPa의 압축강도가 얻어지는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재.
  15. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 무시멘트 황토습식포장재 제조방법으로,
    무시멘트 알칼리활성결합재 및 굵은골재 또는 무시멘트 알칼리활성결합재, 굵은골재, 및 잔골재를 건비빔하여 건비빔재료를 얻는 단계;
    배합수에 섬유와 혼화제를 투입하고 혼합하여 액상혼합물을 얻는 단계;
    상기 건비빔재료와 액상혼합물을 섞어서 비빔하여 습비빔재료를 얻는 단계; 및
    상기 습비빔재료에 황토를 투입하여 균질하게 혼합하는 단계;를 포함하는 무시멘트 황토습식포장재 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    목표 슬럼프에 따라 상기 황토와 잔골재의 함량이 조절되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 황토습식포장재 제조방법.
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