KR20120051113A

KR20120051113A - 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법

Info

Publication number: KR20120051113A
Application number: KR20100112371A
Authority: KR
Inventors: 김동현
Original assignee: 김동현
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-05-22

Abstract

본 발명은, 선별작업 없이 또는 최소한으로 가공작업을 하여 석탄폐석의 특성을 그대로 활용할 수 있어 최소한의 비용으로 석탄폐석을 재활용할 수 있을 뿐만 아니라, 석탄폐석의 활용에 따라 다른 재료의 사용량을 줄일 수 있어 공사비를 절감할 수 있으며, 석탄폐석을 활용하면서도 다양한 색상을 연출할 수 있어, 보다 미려하고 주변 환경에 부합되는 포장도로를 조성할 수 있는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법에 관한 것이다.

Description

석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법{NATURE-FRIENDLY PAVEMENT METHOD USING WASTE COAL TAILINGS}

본 발명은 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 선별작업 없이 또는 최소한으로 가공작업을 하여 석탄폐석의 특성을 그대로 활용할 수 있어 최소한의 비용으로 석탄폐석을 재활용할 수 있을 뿐만 아니라, 석탄폐석의 활용에 따라 다른 재료의 사용량을 줄일 수 있어 공사비를 절감할 수 있으며, 석탄폐석을 활용하면서도 다양한 색상을 연출할 수 있어, 보다 미려하고 주변 환경에 부합되는 포장도로를 조성할 수 있는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법에 관한 것이다.

일반적으로 에너지 사용을 위하여 개발된 석탄광에서 배출되는 폐석은 지표수, 지하수는 물론 산림황폐화 등 자연환경의 오염원이 되고 있으나, 그 면적이 방대하고, 적절한 처리를 위해서는 많은 시간과 경비가 소요되는 문제점이 있다.

잘 알려진 대로 우리나라에서는 오래 전부터 에너지원으로서 석탄광이 개발되었으며 그 유용성으로 최근까지도 꾸준히 생산이 이루어지고 있으나 그 유용자원의 채취에 있어서 부가적으로 발생되는 석탄폐석은 산림훼손이나 폐수 유출 및 미관 손상 등 여러가지의 자연환경 오염원으로 작용되고 있는 실정이다. 이러한 자연환경의 폐해 실태에 대한 2001년 석탄사업합리화 사업단의 자료에 의하면, 산림훼손 445개소, 폐수유출 136개소에서 이루어지고 있고 그 발생량은 6만톤/일에 이른다고 보고되고 있다.

그리고 최근 신문기사에 따르면, 470여만톤의 석탄폐석에 의해 인근 주민들이 산사태 등 자연재해의 발생을 우려하는 내용이 보도되고 있다. 그러나 이에 대해 관계부처에서는 석탄폐석의 처리방법에 대한 뚜렷한 대안을 찾지 못하여 경석장과 절개지에 비닐을 덮고 수로를 돌리거나 인근 주민을 대피시키는 정도의 미봉책 밖에 내놓지 못하고 있다.

통상적으로 석탄광에서 발생되는 석탄폐석은 석탄광 채취를 위하여 굴진하는 과정에서 발생되는 굴진폐석과, 채취된 석탄의 품위향상을 위하여 선광 처리하는 과정에서 발생하는 선광폐석으로 구분되는 바, 이들은 주변 암석의 조성에 따라서 서로 상이한 광물조성을 이루고 있다.

따라서 종래에 논의되고 있는 석탄폐석을 활용하는 방안에서는, 다양한 광물조성을 가지고 있는 석탄폐석을 가공하여 그 특성에 따라 선별작업을 하거나 가공작업을 하여 산업계에서 활용할 수 있는 자원으로 재생시키고 있었다.

그러나 이러한 활용 방안에서는, 석탄폐석을 선별 또는 가공을 위하여 추가적인 설비 및 비용이 소요됨에 따라 그 활용도가 높지 않았을 뿐만 아니라, 선별 및 가공작업에서 발생되는 폐기물 및 오염물에 의해 또 다른 환경오염이 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 선별작업 없이 또는 최소한으로 가공작업을 하여 석탄폐석의 특성을 그대로 활용하는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 석탄폐석을 활용하면서도 다양한 색상을 연출할 수 있는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법에 관한 것으로, 지반에 직경 25~40㎜의 자갈을 적층하여 보강층을 형성하는 단계; 시멘트 20~50중량%, 석탄폐석 40~70중량% 및 모래 10~20중량%를 혼합하여 혼합물을 생성하고, 상기 혼합물 100중량부에 대해 배합수 10~30중량부를 배합하여 상기 보강층 상에 타설하여 바닥층을 형성하는 단계; 및 상기 바닥층 상에 마감처리 또는 포장재를 도포하여 포장층을 형성하는 단계;를 포함한다.

상기 보강층 형성단계 이후에는, 상기 석탄폐석에 함유된 오염물질이 지반으로 유입되지 않도록 상기 보강층 상에 차단막을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때 상기 차단막은 방수시트인 것이 바람직하다.

그리고 상기 보강층 형성단계 이전에는, 상기 지반으로부터 상기 포장층의 상면에 대응되는 높이를 가진 경계석을 도로 포장구간의 적어도 일측에 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 바닥층 형성단계의 혼합물에는, 상기 석탄폐석의 색상을 제어하여 포장도로의 색상을 발현하기 위하여 상기 석탄폐석 100중량부에 대해 30~70중량부의 소석회, 탄산칼슘 및 지당 중 어느 하나와 5~15중량부의 안료가 더 첨가될 수 있다.

아울러, 상기 바닥층 형성단계의 혼합물에는, 상기 석탄폐석 100중량부에 대해 3~7중량부의 토르마린이 더 첨가될 수 있다.

한편, 상기 포장재는 5~10㎜의 입자크기를 갖는 탄성고무칩 80~90중량%와 바인더 10~20중량%를 혼합하거나, 2~4㎜의 입자크기를 갖는 탄성고무칩 75~85중량%와 바인더 15~25중량%를 혼합하거나, 또는 2~4㎜의 입자크기를 갖는 코르크칩 40~50중량%와 바인더 50~60중량%를 혼합하여 사용될 수 있다.

또는 상기 포장재는 보도블럭이거나, 미끄럼방지재일 수 있다.

또는 상기 포장재는 도료를 전체 또는 부분적으로 도포하여 이루어질 수도 있다.

또는 상기 포장재는 황토 30~40중량%, 마사토 20~30중량%, 시멘트 20~30중량% 및 물 20~30중량%를 반죽하여 타설되는 것으로 구성될 수도 있다.

본 발명에 따른 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법에 의하면, 선별작업 없이 또는 최소한으로 가공작업을 하여 석탄폐석의 특성을 그대로 활용할 수 있어 최소한의 비용으로 석탄폐석을 재활용할 수 있을 뿐만 아니라, 석탄폐석의 활용에 따라 다른 재료의 사용량을 줄일 수 있어 공사비를 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 석탄폐석을 활용하면서도 다양한 색상을 연출할 수 있어, 보다 미려하고 주변 환경에 부합되는 포장도로를 조성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 도로 포장방법을 도시한 순서도,
도 2는 본 발명에 따른 도로 포장방법으로 구현한 일 형태를 도시한 단면도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 도로 포장방법을 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 도로 포장방법으로 구현한 일 형태를 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 도로 포장방법은, 먼저 지반(10)에 직경 25~40㎜의 자갈을 적층하여 보강층(20)을 형성하는 단계로부터 개시된다. 이러한 보강층(20)은 대략 50~150㎜의 두께로 형성되고, 상기 자갈은 쇠석을 사용할 수 있다. 이러한 보강층(20)은 지반(10)의 요동이나 침하에 대응하여 상기 보강층(20) 상에 설치되는 상부층의 변형을 방지함과 아울러, 상부층으로부터 가해지는 충격을 지반(10)으로 분산하는 역할을 수행한다(단계 S10).

상기 보강층(20) 상에는 바닥층(30)이 형성된다. 상기 바닥층(30)은 시멘트 20~50중량%, 석탄폐석 40~70중량% 및 모래 10~20중량%를 혼합하여 혼합물을 생성하고, 상기 혼합물 100중량부에 대해 배합수 10~30중량부를 배합하여 상기 보강층(20) 상에 타설함으로서 형성된다.

여기서, 상기 석탄폐석은 석탄을 채광하기 위한 작업 중에 발생하는 폐석을 의미하는 것으로서, 크게 지하에 매장된 석탄층까지 접근하는 굴진과정에서 산출되는 굴진폐석과 채광된 석탄에 암석이 함유되어 있기 때문에 석탄의 품위를 조절하기 위하여 이를 제거하는 선탄폐석으로 구분된다.

이중 선탄폐석은 혈암으로 구별되는 광물로서 조암광물은 점토광물을 중심으로 하는 미립 광물로 치밀하게 구성되어 경도가 높고 1000℃ 이상의 고온에서 발포하는 특성을 가진다.

이러한 혈암광물의 화학 성분조성은 Al₂O₃ 20~35중량%, SiO₂ 40~60중량% 범위에 있으며, Fe₂O₃ 2~10중량% 등이 함유되는 등, 일반적으로 비금속광물이 가지는 성분과 동일하게 함유하고 있다.

이는 비율상에서 다소 상이점은 있지만, 시멘트의 주성분인 Al₂O₃, SiO₂, Fe₂O₃를 함유하는 혈암광물이 선탄폐석의 주성분이므로, 선탄폐석을 시멘트와 혼합하여 사용하여도 결합력 및 강도면에서 기존 포장도로에서 사용되던 콘크리트와 대비하여 전혀 문제되지 않는다.

특히 선탄폐석의 높은 경도로 인해 선탄폐석이 골재의 역할을 수행할 수도 있다는 특징을 발휘한다.

또한 석탄광의 굴진과정에서 산출되는 굴진폐석은 석탄광 주변의 지질학적 특징에 따른 구성 암석의 종류에 따라서 다양하게 산출되지만, 특징적인 것은 사암, 혈암 등의 구성이 대부분이다. 여기서, 혈암은 점토광물이 강력하게 응집된 형상이므로 그 파쇄 경도가 비교적 높고 암석질이 단단하기 때문에 토목 건축용 쇄석으로 사용될 수 있고, 사암은 파쇄하여 잔골재로서 사용될 수 있다.

이와 같이 콘크리트의 주원료인 시멘트, 굵은골재 및 잔골재에서 시멘트의 사용량을 줄임과 아울러 굵은골재 또는 잔골재의 역할을 하는 석탄폐석을 활용함으로서 시멘트, 굵은골재 및 잔골재 사용량 절감으로 인한 공사비 절감의 효과를 실현할 수 있다. 특히 상술한 바와 같이 폐기물로 취급되는 석탄폐석을 특별한 가공없이 사용할 수 있음으로서 석탄폐석의 처리 및 자원활용에 큰 역할을 할 수 있다.

또한 상기 혼합물에는, 상기 석탄폐석의 색상을 제어하여 포장도로의 색상을 발현하기 위하여 상기 석탄폐석 100중량부에 대해 30~70중량부의 소석회, 탄산칼슘 및 지당 중 어느 하나와 5~15중량부의 안료가 더 첨가될 수 있다. 다시 말해, 석탄폐석의 색상은 검정색 또는 짙은 회색을 띠고 있어, 석탄폐석이 포함된 상기 혼합물만으로는 다양한 색상을 구현하기가 곤란하다. 따라서 상기 바닥층(30) 상에 혼합물이 직접 노출되면서 상면을 평탄화하거나 미끄럼방지를 위해 홈을 형성하는 마감처리를 할 수도 있으나, 별도의 색상을 구현하려면 소석회, 탄산칼슘 및 지당 중 어느 하나와 안료를 첨가할 수도 있다.

여기서 소석회, 탄산칼슘 및 지당은 석탄폐석의 색상을 흰색으로 제어하여 안료에 의한 색상 발현을 돕는 역할을 수행한다.

또한 상기 혼합물에는 토르마린이 추가적으로 첨가될 수도 있다. 즉, 상기 석탄폐석 100중량부에 대해 3~7중량부의 토르마린을 상기 혼합물에 첨가함으로서 미량이라 하더라도 석탄폐석에 중금속이 포함되어 있는 경우, 이를 감소시킬 수 있고, 음이온을 방출하여 혈액의 정화작용, 공기의 정화작용, 저항력의 증가작용, 먼지제거 및 살균효과, 그리고 자율신경의 조정능력의 향상 효과를 볼 수 있다.

이때 토르마린의 첨가량은 석탄폐석 100중량부에 대해 3~7중량부 범위 내로 사용되는 것이 바람직한데, 만일 토르마린을 3중량부 미만으로 첨가하면 토르마린에 의한 효과가 미미하고, 반대로 7중량부를 초과하면 토르마린에 소요되는 비용이 증가하여 전체 제조원가가 상승한다(단계 S20).

한편, 보강층(20) 형성단계 이전에는, 상기 지반(10)으로부터 이하에서 설명될 포장층(40)의 상면에 대응되는 높이를 가진 경계석(50)을 도로 포장구간의 적어도 일측에 설치할 수 있다. 이러한 경계석(50)은 보강층(20)과 바닥층(30) 및 포장층(40)의 측부를 지지하여 각 층의 붕괴를 방지함과 아울러, 깔끔한 미관을 유지해 주는 역할을 한다.

또한 보강층(20) 형성단계 이후에 바닥층(30)을 형성하기 이전에는, 상기 석탄폐석에 함유된 오염물질이 지반(10)으로 유입되지 않도록 상기 보강층(20) 상에 차단막을 적층할 수 있다. 이때 차단막으로는, 빗물에 오염물질이 포함되어 지반(10)으로 유입되는 것을 차단하기 위하여 방수시트가 사용될 수 있다.

한편, 포장층(40)은 상기 바닥층(30) 상에 마감처리 또는 포장재를 도포하여 이루어진다. 이때 마감처리는 상기 바닥층(30) 상에 혼합물이 직접 노출되도록 하면서 그 상면을 평탄화하거나 미끄럼방지를 위해 홈을 형성하는 방식으로 이루어진다.

그리고 포장재는 탄성고무칩, 코르크칩, 보도블럭, 미끄럼방지재, 도료 또는 황토 등으로 이루어질 수 있고, 이 외에 다른 재료가 사용될 수도 있다.

본 발명에서 언급된 포장재에 대해 구체적으로 설명하면, 탄성고무칩은 바인더와 혼합하여 포장재를 구성한다. 즉, 상기 탄성고무칩은 5~10㎜의 입자크기를 갖고, 이때 상기 포장재는 상기 탄성고무칩 80~90중량%와 바인더 10~20중량%를 혼합하여 이루어진다.

또는 상기 탄성고무칩은 2~4㎜의 입자크기를 갖고, 이때 상기 포장재는 상기 탄성고무칩 75~85중량%와 바인더 15~25중량%를 혼합하여 이루어진다.

이러한 입자크기의 차이에 따라 포장층(40)에 형성되는 공극의 크기가 달라지게 된다. 즉, 입자크기가 크면 공극의 크기는 커지고 입자크기가 작아지면 공극의 크기는 상대적으로 작아진다. 따라서 이러한 특성을 이용하여 포장층(40)에 형성되는 공극의 크기를 조절할 수 있다.

또한 상기 코르크칩은 2~4㎜의 입자크기를 갖고, 이때 포장재는 상기 코르크칩 40~50중량%와 바인더 50~60중량%를 혼합하여 이루어진다.

이와 같이 탄성고무칩 또는 코르크칩으로 이루어지는 포장재의 전체 두께에 대해서는 특별한 한정이 없고, 가령, 가해지는 하중에 따라 두께를 조절할 수 있으며, 예를 들면, 대략 10㎜, 18㎜, 20㎜, 30㎜, 50㎜ 등으로 할 수 있다.

또한 포장재는 보도블럭이나 미끄럼방지재가 사용될 수 있고, 이러한 재료는 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

아울러, 황토가 포장재로 사용되는 경우에는, 황토 30~40중량%, 마사토 20~30중량%, 시멘트 20~30중량% 및 물 20~30중량%를 반죽한 황토 혼합물을 편평하게 타설하게 되는데, 그 높이는 경계석(50)을 넘지 않아야 하며, 황토 혼합물의 반죽시 환경오염물질 발생이 없는 천연안료를 투입하여 본 발명에 따른 황토도로에 색상을 부여할 수도 있음은 자명하다. 또한, 기능성 향상을 위해 황토 혼합물이 흡착특성을 발휘하는 숯분말을 첨가하거나, 결속력 향상을 위해 식물성 분쇄물을 첨가할 수도 있는 것이므로 본 발명에서는 이러한 첨가물에 대하여 특별하게 한정하지는 않는다(단계 S30).

이상과 같은 본 발명에 따르면, 환경오염의 원인이 될 수 있는 폐기물로 취급되는 석탄폐석을 도로포장에 사용할 수 있고, 다양한 색상을 부여하여 미관 향상 및 주변 환경과의 조화를 이룰 수 있으며, 토르마린의 첨가에 따른 음이온 방출로 인해 건강증진에 도움이 될 뿐만 아니라, 석탄폐석으로부터 유출될 수 있는 오염물질을 차단막을 통해 지반(10)으로의 유입을 방지하여 석탄폐석을 친환경적으로 활용할 수 있게 된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10 : 지반 20 : 보강층
30 : 바닥층 40 : 포장층
50 : 경계석

Claims

지반에 직경 25~40㎜의 자갈을 적층하여 보강층을 형성하는 단계;
시멘트 20~50중량%, 석탄폐석 40~70중량% 및 모래 10~20중량%를 혼합하여 혼합물을 생성하고, 상기 혼합물 100중량부에 대해 배합수 10~30중량부를 배합하여 상기 보강층 상에 타설하여 바닥층을 형성하는 단계; 및
상기 바닥층 상에 마감처리 또는 포장재를 도포하여 포장층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법.
제1항에 있어서,
상기 보강층 형성단계 이후에는, 상기 석탄폐석에 함유된 오염물질이 지반으로 유입되지 않도록 상기 보강층 상에 차단막을 적층하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법.
제2항에 있어서,
상기 차단막은 방수시트인 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법.
제1항에 있어서,
상기 보강층 형성단계 이전에는, 상기 지반으로부터 상기 포장층의 상면에 대응되는 높이를 가진 경계석을 도로 포장구간의 적어도 일측에 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법.
제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바닥층 형성단계의 혼합물에는, 상기 석탄폐석의 색상을 제어하여 포장도로의 색상을 발현하기 위하여 상기 석탄폐석 100중량부에 대해 30~70중량부의 소석회, 탄산칼슘 및 지당 중 어느 하나와 5~15중량부의 안료가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법.
제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바닥층 형성단계의 혼합물에는, 상기 석탄폐석 100중량부에 대해 3~7중량부의 토르마린이 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법.
제1항에 있어서,
상기 포장재는 5~10㎜의 입자크기를 갖는 탄성고무칩 80~90중량%와 바인더 10~20중량%를 혼합하거나, 2~4㎜의 입자크기를 갖는 탄성고무칩 75~85중량%와 바인더 15~25중량%를 혼합하거나, 또는 2~4㎜의 입자크기를 갖는 코르크칩 40~50중량%와 바인더 50~60중량%를 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법.
제1항에 있어서,
상기 포장재는 보도블럭인 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법.
제1항에 있어서,
상기 포장재는 미끄럼방지재인 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법.
제1항에 있어서,
상기 포장재는 도료를 전체 또는 부분적으로 도포하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법.
제1항에 있어서,
상기 포장재는 황토 30~40중량%, 마사토 20~30중량%, 시멘트 20~30중량% 및 물 20~30중량%를 반죽하여 타설한 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 친환경 도로 포장방법.