KR20160035697A - 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재 및 이의 설치방법 - Google Patents

폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재 및 이의 설치방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도로나 보행길을 따라 포설되어 물의 혼합에 의해 건조되면서 고화상태로 양생되는 흙포장용 포장재 및 이의 설치방법에 관한 것으로, 본 발명의 흙포장용 포장재는 균일한 입도로 분쇄된 토양, 강도 향상을 위한 시멘트, 균일한 입도로 분쇄 및 정제된 일라이트 광물, 상기 토양, 상기 시멘트 및 상기 일라이트 광물과 함께 상기 물이 설정된 비율로 혼합되어 혼합토양을 이루며, 상기 혼합토양이 건조됨에 따라 상기 토양, 상기 시멘트 및 상기 일라이트 광물을 고화시키는 토양안정제 및 상기 토양, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물 및 상기 토양안정제가 상기 물과 혼합되기 이전에 상기 토양, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물 및 상기 토양안정제에 설정된 혼합비율로 투입되어 혼합되며, 상기 물이 혼합된 후 건조되면서 상기 토양, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물 및 상기 토양안정제를 결합시키는 폴리머계열 결합재를 포함한다.
본 발명은 토양을 이용하여 도로나 보행길 등을 포장하므로 친환경적이며, 특히 토양이 토양안정제에 의해 고화되면서 폴리머계열 결합재에 의해 보강상태로 결합됨에 따라 토양과 토양안정제가 견고하게 결합된 상태로 양생됨은 물론, 포장층 표면의 마모가 방지될 수 있고, 물의 침투가 방지되어 이로 인한 포장층의 수축팽창이 방지될 수 있다.

Description

폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재 및 이의 설치방법{SOIL PAVING MATERIAL USING POLYMER BINDER AND INSTALLING METHOD THEREOF}
본 발명은 흙포장용 포장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도로나 보행길을 포장하는데 토양을 이용함으로써 친환경적이며, 토양이 견고하게 고화되어 내구성이 향상된 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재 및 이의 설치방법에 관한 것이다.
일반적으로 도로나 보행길을 포장하기 위한 재료로는 아스팔트와 콘트리트가 주로 사용되고 있으며, 이에 따라 수도권이나 지방도시는 물론이고 시골에서도 대부분의 도로 및 보행로가 콘크리트나 아스팔트로 포장되어 있다.
이러한 콘크리트나 아스팔트는 포장면이 너무 딱딱하여 보행감이 떨어지며, 쉽게 달구어짐에 따라 주위의 온도를 상승시키고, 특히 도심에서 발생하는 열섬현상의 원인이 되고 있다. 또한, 콘크리트나 아스팔트는 인체에 유해한 성분을 함유하고 있어서 친환경적이지 못한 문제점이 있었다.
예컨대, 포장재의 종류에 따라 포장층 표면의 온도를 동일조건 하에서 측정을 해보면, 탄성고무칩 포장재>우레탄 포장재>아스팔트 포장재>칼라투수콘 포장재>흙 포장재 순으로 표면온도를 나타내고 있다.
이에 따라, 근래에는 자연친화적인 주변환경을 고려하여 등산로, 공원의 산책로, 아파트 단지의 보행로 등을 조성하는 경우 친환경소재인 흙을 이용하여 흙포장시공을 하고 있다.
일반적인 흙포장에 사용되는 포장재는 토양과, 토양을 고화시키기 위한 고화재로 구성되어 포장되고 있다. 그런데, 시멘트계 고화재는 동해에 취약하고 건조수축에 의한 균열이 발생하고, 인체에 유독한 성분을 함유하고 있어서 친환경에 역행하는 문제점이 있다.
특히, 종래의 포장재는 토양과 시멘트계 고화재만으로 구성될 뿐이어서 내구성이 저하되어 쉽게 균열이 발생하며, 나아가 사람이나 차량 등의 반복적인 통행에 의해 쉽게 파손되는 문제점이 있다.
한편, 전술한 바와 같은 시멘트계 고화재의 단점을 극복하기 위한 대안으로서, 대한민국 등록특허공보 제10-1154280호, 대한민국 등록특허공보 제10-1139089호 등에 다양한 고화재를 적용한 흙포장용 조성물이 제안되어 있다.
그런데, 선행기술에 따른 흙포장용 조성물은 시멘트계 고화재를 대신하여 친환경적인 소재로 구성된 장점만이 있을 뿐 경화되는데 시간이 오래걸리고, 다짐작업시 다짐이 잘되지 않는 단점이 있다.
특히 선행기술의 흙포장용 조성물 역시 종래의 포장재와 마찬가지로 토양과 고화재만으로 구성됨에 따라 현장에서 요구하는 압축강도 등을 충족하지 못하고 시공 이후 조기에 파손되는 등의 한계점을 나타내고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1154280호 대한민국 등록특허공보 제10-1139089호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 도로나 보행길 등을 포장하기 위한 소재를 친환경소재인 토양, 시멘트, 일라이트 광물, 토양안정제 및 폴리머계열 결합재로 구성하면서 토양, 시멘트, 일라이트 광물 및 토양안정제의 결합을 보강시킴으로써 포장층의 압축 강도를 향상시킬 수 있는 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재를 제공하는 것이 하나의 목적이다.
또한, 시공현장 토양의 물리적 역학적 특성을 미리 파악하여 토양안정제, 시멘트, 일라이트 광물, 폴리머계열 결합재 및 물의 혼합비율을 미리 산출함으로써 신뢰성 향상은 물론, 설치시간을 단축할 수 있는 흙포장용 포장재 설치방법을 제공하는 것이 다른 하나의 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 도로나 보행길을 따라 포설되어 물의 혼합에 의해 건조되면서 고화상태로 양생되는 흙포장용 포장재에 있어서, 균일한 입도로 분쇄된 토양, 강도 향상을 위한 시멘트, 균일한 입도로 분쇄 및 정제된 일라이트 광물, 상기 토양, 상기 시멘트 및 상기 일라이트 광물과 함께 상기 물이 설정된 비율로 혼합되어 혼합토양을 이루며, 상기 혼합토양이 건조됨에 따라 상기 토양, 상기 시멘트 및 상기 일라이트 광물을 고화시키는 토양안정제 및 상기 토양, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물 및 상기 토양안정제가 상기 물과 혼합되기 이전에 상기 토양, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물 및 상기 토양안정제에 설정된 혼합비율로 투입되어 혼합되며, 상기 물이 혼합된 후 건조되면서 상기 토양, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물 및 상기 토양안정제를 결합시키는 폴리머계열 결합재를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재를 제공한다.
또한, 상기 폴리머계열 결합재는 상기 토양 100 중량부에 대하여 0.1~20 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재를 제공한다.
또한, 상기 폴리머계열 결합재는 아크릴 또는 우레탄계 바인더 중 적어도 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재를 제공한다.
또한, 상기 시멘트는 상기 토양 100 중량부에 대하여 5~10 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하고, 상기 일라이트 광물은 상기 토양 100 중량부에 대하여 10~15 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하며, 상기 토양안정제는 상기 토양 100 중량부에 대하여 5~10 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하고, 상기 물은 상기 토양 100 중량부에 대하여 5~10 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재를 제공한다.
또한, 본 발명은 포장이 시공될 현장에서 현장토양을 채취하여 채취된 토양의 입도분포검사, 가소성시험, 습도시험, AASHTO 밀도시험, 노상토 지지력비(CBR)시험, 일축압축강도(UCS)시험을 하면서 상기 채취된 토양의 물리적 역학적 특성을 파악하는 토양 물성검사단계, 상기 토양 물성검사단계에서 수득된 데이터를 기반으로 상기 채취된 토양에 시멘트, 토양안정제, 일라이트 광물, 폴리머계열 결합재 및 물을 혼합하여 밀폐된 상태로 숙성시킨 후, 다짐작업 및 양생을 시행하여 샘플토양을 제작하는 샘플토양 제작단계, 상기 샘플토양의 노상토 지지력비(CBR)시험 및 일축압축강도(UCS)시험을 수행하고, 상기 샘플토양의 압축강도가 설정된 압축강도에 도달할 때까지 상기 토양안정제, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물 및 상기 폴리머계열 결합재의 혼합비율을 증가시키면서 상기 샘플토양 제작단계, 상기 노상토 지지력비(CBR)시험 및 일축압축강도(UCS)시험을 반복적으로 수행하는 샘플토양 물성검사단계, 상기 샘플토양 물성검사단계에서 수득된 상기 토양안정제, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물, 상기 폴리머계열 결합재 및 물의 혼합비율을 기반으로 시공현장의 용도, 면적 및 깊이에 따라 현장토양과 상기 토양안정제, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물, 상기 폴리머계열 결합재 및 물의 혼합비율을 산출하는 혼합비율 산출단계, 시공위치의 현장토양을 설정된 깊이로 파내어 기초바닥을 형성하고, 상기 현장토양의 입도를 균일한 상태로 잘게 부숴 기초토양을 준비하는 기초토양 준비단계, 상기 기초바닥을 구성하는 노반의 중앙이나 양쪽을 따라 빗물이 배수되는 배수트랩을 시공하는 배수트랩 시공단계, 상기 기초토양을 상기 기초바닥에 포설하면서 상기 토양안정제, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물, 상기 폴리머계열 결합재 및 물을 상기 기초토양에 혼합하여 포장층을 형성하는 포장층 설치단계, 상기 포장층의 표면을 다짐기를 이용하여 다짐작업을 수행하는 다짐단계, 상기 포장층이나 상기 기초바닥의 밀도를 측정하여 상기 포장층이나 상기 기초바닥의 밀도가 설정된 밀도에 도달할 때까지 상기 다짐단계를 반복시키는 밀도시험단계 및 상기 다짐작업이 완료됨에 따라 상기 포장층을 양생하는 양생단계를 포함하며,
상기 포장층 설치단계는 상기 기초토양을 상기 기초바닥에 포설하는 토양포설단계, 상기 혼합비율 산출단계에서 산출된 혼합비율을 기반으로 상기 기초토양에 시멘트, 일라이트 광물 및 토양안정제를 상기 기초토양의 표면에 균일하게 뿌리는 시멘트, 일라이트 광물 및 토양안정제 투입단계, 상기 기초토양과 상기 시멘트, 일라이트 광물 및 토양안정제를 교반하여 제1차 혼합토양을 형성하는 제1교반단계, 상기 혼합비율을 기반으로 준비된 상기 폴리머계열 결합재를 상기 제1차 혼합토양의 표면에 균일하게 뿌리는 폴리머계열 결합재 투입단계, 상기 폴리머계열 결합재와 상기 제1차 혼합토양을 교반하는 제2교반단계, 상기 혼합비율에 따라 준비된 물을 상기 기초토양, 토양안정제, 시멘트, 일라이트 광물 및 폴리머계열 결합재가 혼합된 제2차 혼합토양에 투입하는 물 투입단계, 상기 제2차 혼합토양과 물을 교반하는 제3교반단계 및 상기 제3교반단계 후 얻어지는 제3차 혼합토양의 표면을 평탄화시키는 평탄화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재 설치방법을 제공한다.
본 발명에 따른 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재에 의하면, 토양을 이용하여 도로나 보행길 등을 포장하므로 친환경적이며, 특히 토양이 토양안정제에 의해 고화되면서 폴리머계열 결합재 및 시멘트에 의해 결합되어 보강됨에 따라 토양과 토양안정제가 견고하게 결합된 상태로 양생됨은 물론, 포장층 표면의 마모가 방지될 수 있고, 물의 침투가 방지되어 이로 인한 포장층의 수축팽창이 방지될 수 있다.
또한, 폴리머계열 결합재, 시멘트, 일라이트 광물, 토양안정제 및 물이 설정된 비율로 토양과 혼합됨에 따라 최적의 압축강도를 나타내어 내구성이 향상될 수 있다.
또한, 시멘트는 통상의 종래 포장재보다 비교적 적게 사용하더라도 내구성 및 기능성은 오히려 개선되고, 탄소 발생량을 최소화하여 인체에 무해하고 주변환경의 오염을 방지할 수 있으므로 친환경성이 향상될 수 있다.
또한, 일라이트 광물은 중금속을 흡착 분해하고, 유독가스를 흡착 분해 및 탈취하며, 바이러스, 박테리아, 곰팡이 등의 항균작용과 원적외선과 다량의 음이온 및 산소를 자체적으로 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재 설치방법에 의하면, 현장토양으로 구성된 샘플토양의 물성검사를 통해 폴리머계열 결합재, 시멘트, 일라이트 광물, 토양안정제 및 물의 혼합비율을 미리 산출하여 현장에서 적용하므로 설치시간을 단축시킴과 아울러 포장재 설치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 포장층을 설치하면서 토양, 시멘트, 일라이트 광물 및 토양안정제를 먼저 교반한 상태에서 폴리머계열 결합재를 투입하여 교반작업을 반복한 후, 물을 투입하여 다시 교반작업을 수행하므로 토양이 시멘트, 일라이트 광물, 토양안정제 및 폴리머계열 결합재와 골고루 혼합된 상태에서 더욱 안정적으로 양생될 수 있다.
또한, 포장층을 설치하기 이전에 기초바닥에 배수트랩이 시공되므로 포장층이 안정적으로 설치될 수 있으며, 포장층이 양생된 이후에도 빗물이 원활하게 배수되므로 포장층의 압축강도가 약화되거나 파손되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 포장층이나 기초바닥의 밀도를 측정하는 밀도시험단계를 통해 포장층이나 기초바닥의 밀도가 설정된 밀도에 도달할 때까지 다짐단계를 반복하므로 포장시공의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재 설치방법을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 포장층 설치단계를 나타내는 블록도이다.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 일실시에에 따른 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 토양(100), 토양안정제(200), 폴리머계열 결합재(300), 물(400), 시멘트(500) 및 일라이트 광물(600)을 포함하여 구성되며 서로 혼합되어 양생되면서 포장층을 이룬다.
여기서, 토양(100)은 현장토양을 균일한 입도로 분쇄하여 토양을 구성하는 것이 바람직하다. 토양의 입자가 거칠거나 고운 입자가 부족하면 안정성이 불충분하고, 후술되는 다짐작업이 불완전하게 이루어지기 때문이다.
그리고, 토양안정제(200)는 분말형태의 무기산화물로 구성되면서 모노 필라멘트 폴리프로필렌 섬유가 포함되는 것이 바람직하며, 토양 100 중량부에 대하여 5~10 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다.
이러한 토양안정제(200)는 토양(100)에 혼합된 상태로 후술되는 폴리머계열 결합재(300), 물(400), 시멘트(500) 및 일라이트 광물(600)과 함께 혼합되어 다짐 및 양생됨에 따라 토양을 고화시킨다.
폴리머계열 결합재(300)는 도 1에 도시된 바와 같이 토양(100), 토양안정제(200), 시멘트(500) 및 일라이트 광물(600)이 혼합된 혼합토양에 투입되어 혼합되며, 물이 혼합된 후 건조되면서 토양(100), 토양안정제(200), 시멘트(500) 및 일라이트 광물(600)을 점착상태로 결합시켜서 토양(100), 토양안정제(200), 시멘트(500) 및 일라이트 광물(600)의 결합을 보강시킨다.
예컨대, 폴리머계열 결합재(300)는 아크릴 또는 우레탄계 바인더 중 적어도 하나로 구성되는 것이 바람직하며, 토양 100 중량부에 대하여 0.1~20 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다.
이러한 폴리머계열 결합재(300)는 토양(100), 토양안정제(200), 시멘트(500) 및 일라이트 광물(600) 간의 결합작용을 견고히 보강하여 포장층의 수축팽창을 방지하며, 포장층 표면의 마모를 방지하면서 물의 침투를 방지한다.
한편, 물(400)은 토양(100)에 토양안정제(200), 폴리머계열 결합재(300), 시멘트(500) 및 일라이트 광물(600)이 혼합된 후, 설정된 혼합비율로 투입되어 혼합되며, 토양 100 중량부에 대하여 5~10 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다.
시멘트(500)는 보통 포틀랜드 시멘트일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 토양 100 중량부에 대하여 5~10 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다.
통상적으로 강도 발현을 위해서는 토양 100 중량부에 대하여 시멘트 15~25 중량부의 혼합비율을 요구하지만 본 발명은 이보다 적은 시멘트의 혼합비율을 가지면서도 포장재의 압축강도를 높이기 위하여 토양안정제를 사용하므로, 시멘트의 양을 비교적 적게 사용하더라도 내구성 및 기능성이 오히려 개선되는 효과가 있고, 탄소 발생량을 최소화하여 인체에 무해하고 주변환경의 오염을 방지할 수 있으므로 친환경성이 향상될 수 있다.
일라이트 광물(600)은 알려진 바와 같이 단사정계에 속하는 운모족 광물로, 굳기는 1~2이고 비중은 2.6~2.9이며, 조흔색은 백색인 광물이다.
이러한 일라이트 광물(600)은 중금속을 흡착 분해하고 유독가스를 흡착 분해 및 탈취하며, 바이러스, 박테리아, 곰팡이 등의 항균작용의 특성이 있고, 원적외선과 다량의 음이온 및 산소를 자체적으로 발생시키는 특성이 있으며, 주성분은 SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O 등으로 이루어져 있다.
이러한 일라이트 광물(600)은 10 ~ 100μm의 입도로 분쇄되는 것이 바람직하며, 예컨대, 자력선별, 산처리, 정전선별 및 부유선별에 의한 정제공정을 거쳐서 혼합토양에 혼합될 수 있다. 여기서, 일라이트 광물(600)은 분쇄 및 정제된 상태로 토양 100 중량부에 대하여 10~15 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다.
이러한 토양안정제(200), 폴리머계열 결합재(300), 물(400), 시멘트(500) 및 일라이트 광물(600)의 혼합비율을 산출하는 방법에 관해서는 후술한다.
이하에서 본 발명에 따른 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재 설치방법에 관하여 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
본 발명의 흙포장용 포장재 설치방법은 도 2에 도시된 바와 같이 토양 물성검사단계(S10), 샘플토양 제작단계(S20), 샘플토양 물성검사단계(S30), 혼합비율 산출단계(S40), 기초토양 준비단계(S50), 배수트랩 시공단계(S90), 포장층 설치단계(S60), 다짐단계(S70), 밀도시험단계(S100) 및 양생단계(S80)를 포함하여 수행된다.
토양 물성검사단계(S10)는 포장이 시공될 현장에서 현장토양을 채취하여 채취된 토양의 물리적 역학적 특성을 파악하는 단계이다. 이러한 물성검사단계(S10)는 기초가 되는 현장토양을 분석하여 토양의 훼손이나 문제 등을 확인하기 위한 단계로, 문제가 있을 때에는 이를 보정하고, 현장토양과 토양안정제, 폴리머계열 결합재, 물, 시멘트 및 일라이트 광물의 혼합비율을 책정하기 위한 자료로 이용한다.
여기서, 토양 물성검사단계(S10)는 시공현장에서 70~150mm의 깊이에 있는 토양을 채취하여 밀폐상태로 운반하여 실험실에서 수행하는 것이 바람직하며, 구체적으로 입도분포검사, 가소성시험, 습도시험, AASHTO 밀도시험, 노상토 지지력비(CBR)시험 및 일축압축강도(UCS)시험을 수행한다.
우선, 입도분포검사는 고운 입자와 거친 입자의 분포도를 알아보기 위한 것으로, 고운 입자 및 거친 입자의 분포가 뷸균형하게 분포되었을 때에는 기계적인 안정성이 불충분한 결과를 초래하게 된다. 본 발명에서는 일정크기의 입자가 너무 치우쳐서 분포하지 않고, 최대에서 최소까지 고르게 분포하는 지를 검사하게 되며, 만약, 양호한 입도분포를 얻지 못할 경우에는 다른 지역에서 채취한 토양을 일부 혼합하여 이용한다.
이러한 입도분포검사는 통상 NO.4, NO.10, NO.20, NO.40, NO.60, NO.100, NO.120, NO.200의 체를 이용하여 현장 토양의 입도를 분석하게 되며, 이때에 상기 NO. 200체를 통과한 토양의 비율이 50% 이상일 경우에는 그래도 이용하고, 50% 미만일 경우에는 다른 지역에서 채취한 토양을 일부 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
전술한 가소성 시험은 현장 토양의 반응성과 물과의 친화성을 시험하는 것으로 이는, 현장 토양의 다양한 저향력에 영향을 주게 되어 토양안정제, 폴리머계열 결합재, 시멘트 및 일라이트 광물의 비율을 산출하는데 이용하게 된다. 이러한, 가소성 시험은 아터버어그(Atterberg) 한계를 통해 얻을 수 있게 된다.
전술한 습도시험 및 AASHTO 밀도시험은 수분과 현장 토양의 밀도 비율을 실험하는 것으로 현장 토양의 다짐작업을 결정하는데 중요한 역할을 하게 된다. 토양의 밀도가 높으면 커팅 저항성 및 탄성계수를 개선하여 주고, 물의 침투를 줄여주거나 방지하게 된다.
전술한 노상토 지지력비(CBR)시험 및 일축 압축강도(UCS)시험은 현장 토양의 저항성 및 일관성을 분석하기 위해 실험한다. 구체적으로, 노상토 지지력비(CBR)시험 및 일축 압축강도(UCS)시험을 통해 현장토양의 저항성 또는 현장토양의 일관성을 테스트하면서 포장시공의 두께 및 지지기반의 지지력을 판단하여 전술한 토양안정제, 폴리머계열 결합재, 시멘트, 일라이트 광물 및 물의 투입량을 결정할 수 있게 된다.
여기서, 노상토 지지력비(CBR)는 캘리포니아 지지력비라고도 표현하는데 시험조건과 일치하게 만든 공시체에 지름 5cm의 피스톤을 일정깊이(2.5mm, 5.0mm)까지 관입시키는데 소요되는 시험단위 하중을 표준 단위 하중으로 나눈 값을 백분율로 표시한 것이다.
즉, 노상토 지지력비(CRB)시험은 포장시공의 두께선정 및 지지기반의 지지력을 판단하는데 이용하고, 일축 압축강도(UCS)시험은 현장 토양의 적절한 저항값을 전체적인 응력 측면에서 판단하여, 현장 토양의 압축저항성에 대한 값을 빠르게 얻는데 이용하게 된다.
샘플토양 제작단계(S20)는 전술한 토양 물성검사단계(S10)에서 각종 시험을 통해 수득된 데이터를 기반으로 토양에 토양안정제, 폴리머계열 결합재, 물, 시멘트 및 일라이트 광물을 혼합 및 교반하여 밀폐상태로 일정시간 동안 방치한 후 다짐작업을 하고, 다짐작업된 혼합물을 공기에 노출시킨 상태로 일정시간 동안 양생하여 샘플을 제작한다. 이때, 다짐작업이 끝난 샘플은 마대 자루나 젖은 나무조각 밑에 놓아 너무 빨리 건조되어 적당한 저항성이 생기지 않는 것을 방지해야 한다.
샘플토양 물성검사단계(S30)는 전술한 노상토 지지력비(CBR)시험 및 일축 압축강도(UCS)시험을 수행하면서 샘플토양의 저항성을 시험하는 단계로서, 샘플토양이 설정된 압축강도에 도달할 때까지 토양안정제, 폴리머계열 결합재, 시멘트 및 일라이트 광물의 혼합비율을 증가시키면서 전술한 샘플토양 제작단계(S20)를 반복한 후, 노상토 지지력비(CBR)시험 및 일축 압축강도(UCS)시험을 반복한다.
혼합비율 산출단계(S40)는 시공현장에서의 토양, 토양안정제, 폴리머계열 결합재, 물, 시멘트 및 일라이트 광물의 혼합비율을 산출하는 단계로서, 전술한 샘플토양 물성검사단계(S30)에서 수득된 토양안정제, 폴리머계열 결합재, 물, 시멘트 및 일라이트 광물의 혼합비와, 시공현장의 면적이나 깊이 및 용도를 기반으로 토양안정제, 폴리머계열 결합재, 물, 시멘트 및 일라이트 광물의 혼합비율을 산출한다.
예컨대 일반적인 산책로의 경우, 토양안정제는 토양 100 중량부에 대하여 5~10 중량부의 혼합비율로 혼합되는 것이 바람직하며, 물은 토양 100 중량부에 대하여 5~10 중량부의 혼합비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 또한, 폴리머계열 결합재는 전술한 바와 같이 토양 100 중량부에 대하여 0.1~20 중량부의 혼합비율로 혼합되는 것이 바람직하며, 시멘트는 토양 100 중량부에 대하여 5~10 중량부의 혼합비율로 혼합되는 것이 바람직하고, 일라이트 광물은 토양 100 중량부에 대하여 10~15 중량부의 혼합비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
기초토양 준비단계(S50)는 도 1에 도시된 바와 같이 시공위치의 현장토양을 설정된 깊이로 파내어 기초바닥(5)을 형성하고, 현장토양의 입도를 균일한 상태로 분쇄하여 기초토양을 준비한다.
이러한 기초토양 준비단계(S50)는 전술한 토양 물성검사단계(S10)에서 수행된 시험 중 현장토양의 입도분포시험에서 수득된 데이터를 토대로 하여 이루어지게 된다.
구체적으로, 기초토양 준비단계(S50)는 현장토양이 입도분포시험에서 포장시공에 부적합한 토양으로 판별되었을 경우에는 외부의 토양을 더 혼합하여 사용하도록 하며, 현장토양을 그대로 이용해도 무방할 경우에는 75 ～ 150mm 두께 범위 내로 파낸 후 현장토양의 입도가 균일해 지도록 분쇄작업을 하는 것이 바람직하다.
여기서, 현장 토양 깊이를 상기 임계치로 한정한 이유는 포장시공 작업시 최소 포장 두께가 70mm 이상이 되어야하기 때문에 하한치의 수치를 75mm로 한 것이며, 150mm 이상의 지반의 경우 토양의 밀도가 높은 경우가 발생하여 고가의 장비를 이용하여야만 하는 경우가 발생하기 때문이다.
한편, 본 발명의 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재 설치방법은 도 2에 도시된 바와 같이 배수트랩 시공단계(S90)를 더 포함하여 수행될 수 있다.
배수트랩 시공단계(S90)는 도 1에 도시된 바와 같이 기초바닥(5)을 구성하는 노반의 양측이나 중앙을 따라 배수트랩(8)을 형성하여 빗물이 포장층에 고이는 것을 방지하고 배수시키기 위한 단계이다. 여기서, 배수트랩(5)의 구성은 본 발명이 속하는 분야에 알려진 구성이 채택될 수 있다.
포장층 설치단계(S60)는 기초토양을 기초바닥(5)에 포설하면서 토양안정제, 시멘트, 일라이트 광물, 폴리머계열 결합재 및 물을 기초토양에 혼합함으로써 도 1에 도시된 바와 같이 전술한 포장재(10)로 구성된 포장층을 형성하는 단계이다.
이러한 포장층 설치단계(S60)는 도 3에 도시된 바와 같이 토양포설단계(S61), 안정제, 시멘트 및 일라이트 광물 투입단계(S62), 제1교반단계(S63), 폴리머계열 결합재 투입단계(S64), 제2교반단계(S65), 물투입단계(S66), 제3교반단계(S67) 및 평탄화단계(S68)를 포함하여 수행될 수 있다.
구체적으로, 포장층 설치단계(S60)는 도 1에 도시된 바와 같이 균일한 입도로 분쇄된 기초토양(100)을 기초바닥(5)을 따라 포설하고(S61), 전술한 혼합비율 산출단계(S40)에서 산출된 혼합비율에 따라 준비된 토양안정제(200), 시멘트(500) 및 일라이트 광물(600)을 기초토양(100)의 표면에 균일하게 뿌린 후(S62), 기초토양(100)과 토양안정제(200), 시멘트(500) 및 일라이트 광물(600)을 교반한다(S63).
이어서, 포장층 설치단계(S60)는 전술한 혼합비율 산출단계(S40)에서 산출된 혼합비율에 따라 준비된 폴리머계열 결합재(300)를 상기 기초토양, 토양안정제, 시멘트 및 일라이트 광물이 혼합된 제1차 혼합토양에 균일한 상태로 투입하고(S64), 투입된 폴리머계열 결합재(300)와 제1차 혼합토양을 교반한다(S65).
여기서, 토양안정제(200), 시멘트(500), 일라이트 광물(600) 및 폴리머계열 결합재(300)는 건조한 상태로 투입되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 토양안정제(200), 시멘트(500), 일라이트 광물(600) 및 폴리머계열 결합재(300)의 성능에 이상이 발생할 수 있는 경우가 있으며, 혼합비율 산출단계(S40)에서 산출된 혼합비율을 맞춰놓은 상태에서 습기가 더 포함되었을 경우 압축강도에서 신뢰성을 확보하지 못할 수 있기 때문이다.
또한, 토양안정제(200), 시멘트(500), 일라이트 광물(600) 또는 폴리머계열 결합재(300)를 토양(100)에 투입할 때에는 기계식 스프레더를 사용하여 현장 토양의 표면에 골고루 뿌려질 수 있도록 작업하는 것이 바람직하며, 토양안정제(200), 시멘트(500), 일라이트 광물(600) 또는 폴리머계열 결합재(300)를 흩뿌리는 과정에서 현장 토양(100)을 지속적으로 뒤집어 주면서 혼합을 하는 것이 바람직하다.
그리고, 기초토양(100), 토양안정제(200), 시멘트(500), 일라이트 광물(600) 또는 폴리머계열 결합재(300)를 교반할 경우에는 최대 시공 깊이까지 잘 섞이도록 교반하며, 예컨대 평탄기나 덩어리 분쇄기 또는 회전날이 달린 경운기 등의 장비를 이용하여 반복적으로 교반하는 것이 바람직하다.
이어서, 포장층 설치단계(S60)는 준비된 물을 상기 기초토양, 토양안정제, 시멘트, 일라이트 광물 및 폴리머계열 결합재가 혼합된 제2차 혼합토양에 투입하고(S66), 투입된 물과 제2차 혼합토양을 교반한 후(S67) 얻어지는 제3차 혼합토양의 표면을 평탄화시켜서(S68) 포장층(10)을 형성한다.
다짐단계(S70)는 포장층 형성단계(S60)를 통해 형성된 포장층(10)의 표면을 다짐기로 다짐작업한다.
예컨대, 다짐단계(S70)는 모래성분이 많은 토양의 경우 전압식 다짐장비를 이용하여 충분한 다짐을 하는 것이 바람직하며, 입도분포가 좋은 경우 전압식이나 진동롤러를 사용해도 무방하다.
이러한 다짐단계(S70)는 포장층(10)의 전체 폭을 커버하면서 연속적으로 수행하는 것이 바람직하며, 사용되는 다짐장비의 형태나 롤링범위는 하부 노반 구조를 손상시키지 않으면서 특정 밀도로 작업이 되는지 확인해야 한다.
또한, 다짐단계(S70)는 다짐작업 중에 포장층(10)의 표면에 발생하는 구멍이나 홈, 딱딱한 표면 등을 제거하면서 수행하며, 다짐 작업중 수증기가 증발하여 습도가 떨어지면 표면에 살짝 물을 뿌려서 조정해야 한다.
다른 한편, 본 발명의 시공방법은 도 2에 도시된 바와 같이 밀도시험단계(S100)를 더 포함하여 수행될 수 있다.
밀도시험단계(S100)는 전술한 다짐단계(S70)가 완료됨에 따라 다짐작업된 포장층(10)이나 기초바닥(5)의 밀도를 전술한 AASHTO 밀도시험을 통해 측정하고, 포장층(10)이나 기초바닥(5)의 밀도가 설정된 밀도에 도달할 때까지 다짐단계(S70)를 반복시킨다.
이러한 밀도시험단계(S100)는 포장층(10)의 밀도가 AASHTO Mod. 밀도의 100%가 될 때까지 수행하는 것이 바람직하며, 기초바닥층(5)의 밀도가 AASHTO Mod. 밀도의 97%가 될 때까지 수행하는 것이 바람직하다.
양생단계(S80)는 다짐작업이 완료된 포장층(10)을 양생하는 단계로써, 2~4일 동안 양생하는 것이 바람직하다. 이때, 양생단계(S80)는 포장층(10)이 빠르게 건조되는 것을 방지하기 위하여 포장층(10)의 표면에 물을 뿌려주는 것이 바람직하다. 포장층(10)이 지나치게 빨리 건조되면 안정화 메커니즘에 나쁜 영향을 주기 때문이다. 이와 달리, 양생기간동안 호우가 예상될 경우에는 포장층(10)을 커버로 씌워서 양생하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 의한 포장층(10)의 상부에 작용하는 하중의 반복에 대한 저항성을 평가하기 위하여 반복재하시험을 실시한 결과 폴리머계열 결합재(300) 및 토양안정제(200)를 혼합한 포장재(10)가 시멘트만 사용한 경우보다 우수한 것으로 평가되었으며, 원지반의 종류별 평가에서는 입도분포가 나쁜 준설모래의 경우 최대 10,000회의 재하에서 초기강도의 35% 까지 강도저하가 발생하는 것으로 평가되었다. 따라서, 반복재하에 대한 저항능력의 확보를 위해서는 적당량의 세립분이 필요하다는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 폴리머계열 결합재(200)를 이용한 흙포장재(10)는 보행자 입장에서 충격에 대한 보행감을 평가하기 위하여 포장종류별 반발도를 비교한 결과 탄성이 낮고 충격 흡수성이 높은 재료일수록 충격에 대한 보행감이 유리한 것으로 분석되었으며, SB계수에 대한 GB계수의 비에 대한 분석에서도 유사한 결과를 확인하였다.
이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
5 : 기초바닥 8 : 배수트랩
10 : 흙포장용 포장재 100 : 토양
200 : 토양안정제 300 : 폴리머계열 결합재
400 : 물 500 : 시멘트
600 : 일라이트 광물

Claims (5)

  1. 도로나 보행길을 따라 포설되어 물의 혼합에 의해 건조되면서 고화상태로 양생되는 흙포장용 포장재에 있어서,
    균일한 입도로 분쇄된 토양;
    강도 향상을 위한 시멘트;
    균일한 입도로 분쇄 및 정제된 일라이트 광물;
    상기 토양, 상기 시멘트 및 상기 일라이트 광물과 함께 상기 물이 설정된 비율로 혼합되어 혼합토양을 이루며, 상기 혼합토양이 건조됨에 따라 상기 토양, 상기 시멘트 및 상기 일라이트 광물을 고화시키는 토양안정제 및
    상기 토양, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물 및 상기 토양안정제가 상기 물과 혼합되기 이전에 상기 토양, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물 및 상기 토양안정제에 설정된 혼합비율로 투입되어 혼합되며, 상기 물이 혼합된 후 건조되면서 상기 토양, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물 및 상기 토양안정제를 결합시키는 폴리머계열 결합재를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머계열 결합재는 상기 토양 100 중량부에 대하여 0.1~20 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재.
  3. 제1항 및 제2항에 있어서,
    상기 폴리머계열 결합재는 아크릴 또는 우레탄계 바인더 중 적어도 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트는 상기 토양 100 중량부에 대하여 5~10 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하고, 상기 일라이트 광물은 상기 토양 100 중량부에 대하여 10~15 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하며, 상기 토양안정제는 상기 토양 100 중량부에 대하여 5~10 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하고, 상기 물은 상기 토양 100 중량부에 대하여 5~10 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재.
  5. 포장이 시공될 현장에서 현장토양을 채취하여 채취된 토양의 입도분포검사, 가소성시험, 습도시험, AASHTO 밀도시험, 노상토 지지력비(CBR)시험, 일축압축강도(UCS)시험을 하면서 상기 채취된 토양의 물리적 역학적 특성을 파악하는 토양 물성검사단계;
    상기 토양 물성검사단계에서 수득된 데이터를 기반으로 상기 채취된 토양에 시멘트, 토양안정제, 일라이트 광물, 폴리머계열 결합재 및 물을 혼합하여 밀폐된 상태로 숙성시킨 후, 다짐작업 및 양생을 시행하여 샘플토양을 제작하는 샘플토양 제작단계;
    상기 샘플토양의 노상토 지지력비(CBR)시험 및 일축압축강도(UCS)시험을 수행하고, 상기 샘플토양의 압축강도가 설정된 압축강도에 도달할 때까지 상기 토양안정제, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물 및 상기 폴리머계열 결합재의 혼합비율을 증가시키면서 상기 샘플토양 제작단계, 상기 노상토 지지력비(CBR)시험 및 일축압축강도(UCS)시험을 반복적으로 수행하는 샘플토양 물성검사단계;
    상기 샘플토양 물성검사단계에서 수득된 상기 토양안정제, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물, 상기 폴리머계열 결합재 및 물의 혼합비율을 기반으로 시공현장의 용도, 면적 및 깊이에 따라 현장토양과 상기 토양안정제, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물, 상기 폴리머계열 결합재 및 물의 혼합비율을 산출하는 혼합비율 산출단계;
    시공위치의 현장토양을 설정된 깊이로 파내어 기초바닥을 형성하고, 상기 현장토양의 입도를 균일한 상태로 잘게 부숴 기초토양을 준비하는 기초토양 준비단계;
    상기 기초바닥을 구성하는 노반의 중앙이나 양쪽을 따라 빗물이 배수되는 배수트랩을 시공하는 배수트랩 시공단계;
    상기 기초토양을 상기 기초바닥에 포설하면서 상기 토양안정제, 상기 시멘트, 상기 일라이트 광물, 상기 폴리머계열 결합재 및 물을 상기 기초토양에 혼합하여 포장층을 형성하는 포장층 설치단계;
    상기 포장층의 표면을 다짐기를 이용하여 다짐작업을 수행하는 다짐단계;
    상기 포장층이나 상기 기초바닥의 밀도를 측정하여 상기 포장층이나 상기 기초바닥의 밀도가 설정된 밀도에 도달할 때까지 상기 다짐단계를 반복시키는 밀도시험단계 및 상기 다짐작업이 완료됨에 따라 상기 포장층을 양생하는 양생단계를 포함하며,
    상기 포장층 설치단계는,
    상기 기초토양을 상기 기초바닥에 포설하는 토양포설단계;
    상기 혼합비율 산출단계에서 산출된 혼합비율을 기반으로 상기 기초토양에 시멘트, 일라이트 광물 및 토양안정제를 상기 기초토양의 표면에 균일하게 뿌리는 시멘트, 일라이트 광물 및 토양안정제 투입단계;
    상기 기초토양과 상기 시멘트, 일라이트 광물 및 토양안정제를 교반하여 제1차 혼합토양을 형성하는 제1교반단계;
    상기 혼합비율을 기반으로 준비된 상기 폴리머계열 결합재를 상기 제1차 혼합토양의 표면에 균일하게 뿌리는 폴리머계열 결합재 투입단계;
    상기 폴리머계열 결합재와 상기 제1차 혼합토양을 교반하는 제2교반단계;
    상기 혼합비율에 따라 준비된 물을 상기 기초토양, 토양안정제, 시멘트, 일라이트 광물 및 폴리머계열 결합재가 혼합된 제2차 혼합토양에 투입하는 물 투입단계;
    상기 제2차 혼합토양과 물을 교반하는 제3교반단계 및
    상기 제3교반단계 후 얻어지는 제3차 혼합토양의 표면을 평탄화시키는 평탄화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머계열 결합재를 이용한 흙포장용 포장재 설치방법.
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