KR101038796B1

KR101038796B1 - 바텀애쉬를 이용한 도로 포장용 투수성 조성물

Info

Publication number: KR101038796B1
Application number: KR20090057419A
Authority: KR
Inventors: 문순기
Original assignee: 문순기
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2011-06-03
Also published as: KR20110000067A

Abstract

본 발명은 바텀애쉬를 이용한 도로 포장용 투수성 조성물로서, 보다 상세하게는 결합재로서 무시멘트 알카리 합성 결합재와 슬래그시멘트, 바텀애쉬, 폐석고, 황토 및 유동화제를 포함하는 바텀애쉬를 이용한 도로 포장용 투수성 조성물로, 바텀애쉬 100중량부에 대하여 결합재 22∼63중량부, 폐석고 0.4∼0.6중량부, 황토 0.15∼0.25중량부, 유동화제 0.15∼0.25중량부를 혼합하여 이루어진다.

바텀애쉬, 무시멘트 알카리 결합재, 폐석고, 황토, 유동화제

Description

바텀애쉬를 이용한 도로 포장용 투수성 조성물{Water-permeable composition using bottom ash}

본 발명은 바텀애쉬를 이용한 도로 포장용 투수성 조성물로서, 보다 상세하게는 결합재로서 무시멘트 알카리 합성 결합재와 슬래그시멘트, 바텀애쉬, 폐석고, 황토 및 유동화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 포함하는 도로 포장용 투수성 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 도로 등에 사용되는 콘크리트 포장은 투수성이 미흡하기 때문에 배수시설이 미비한 곳에서는 우천시에 도로면에 고인 물로 인하여 사고 위험이 증가할 뿐만 아니라 물이 땅 속으로 침투하지 못하여 각종 자연환경 문제를 유발하는 문제가 있다.

상기한 문제점을 개선하기 위하여 투수성 콘크리트가 제안되어 활용되고 있다.

일반적으로 투수성 콘크리트는 잔골재 없이 시멘트, 굵은 골재 및 물 만으로 제조하여 사용하거나, 기능이나 용도에 따라 잔골재, 유동화제, 특수 분말 혼화재 등을 사용하여 내부에 공극률이 큰 다공성 구조를 형성시킨 콘크리트를 사용한다. 그러나 이러한 다공성 구조 때문에 압축강도, 휨강도 및 내구성이 저하되고, 다량으로 포함된 굵은 골재 때문에 상대적으로 비중이 커지게 되어 호안블록이나 어초 등의 대형 블록제품에 적용시 운반 등의 어려운 점이 있다.

이러한 문제로 인하여 최근에는 내구성이나 충격강도 등의 물성을 증가시키기 위하여 섬유물질, 폐타이어 칩 또는 제강슬래그 등 여러 가지 재료들을 혼합함으로써 다양한 특성을 가진 투수성 콘크리트가 제안되고 있다.

그러나, 상기와 같이 제안되는 투수성 콘크리트는 결합재로서 일반 포트랜드 시멘트 및 굵은 골재로서 주로 천연골재나 제강 슬래그를 사용하게 되는데, 천연골재를 사용하는 것은 자원고갈 및 자연환경의 훼손 등의 문제로 그 공급이 점차 감소되는 추세에 있으며, 상기 제강슬래그의 경우에는 골재로 사용하기 위해서는 별도의 슬래그 안정화 처리공정을 필요로 하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 환경오염문제의 유발 또는 추가적인 공정이 필요하지 않고 도로 포장용 골재로 통기성이 우수하고, 보온, 보냉성이 우수하며, 수명이 반 영구적인 바텀애쉬를 대체골재로 이용하여 투수성이 우수할 뿐만 아니라, 내구성, 강도 등 물성이 우수한 바텀애쉬를 이용한 투수성 조성물을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 바텀애쉬를 이용한 도로 포장용 투수성 조성물은 바텀애쉬 100중량부에 대하여 결합재 22∼63중량부, 폐석고 0.4∼0.6중량부, 황토 0.15∼0.25중량부, 유동화제 0.15∼0.25중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 도로 포장용 투수성 조성물에 있어서, 상기 바텀애쉬는 입경 0.2∼2.0㎜인 바텀애쉬 7∼13중량부, 입경 2.0∼5.0㎜인 바텀애쉬 13∼20중량부, 입경 5.0∼18.0㎜인 바텀애쉬 70∼80 중량부를 혼합하여 되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 도로 포장용 투수성 조성물에 있어서, 상기 결합재는 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재와 슬래그 시멘트인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 도로 포장용 투수성 조성물에 있어서, 상기 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재는 상기 바텀애쉬 100중량부에 대하여 20∼23중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 도로 포장용 투수성 조성물에 있어서, 상기 슬래그 시멘트는 상기 바텀애쉬 100중량부에 대하여 2∼4중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 바텀애쉬를 이용한 도로 포장용 투수성 조성물은 입경 0.2∼2.0㎜인 바텀애쉬 4∼7중량부, 입경 2.0∼5.0㎜인 바텀애쉬 13∼20중량부를 혼합하여 되는 바텀애쉬 100중량부에 대하여 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재 5∼10중량부, 슬래그시멘트 2∼3중량부, 폐석고 0.4∼0.6중량부, 황토 0.15∼0.2중량부, 유동화제 0.15∼0.25중량부를 혼합하여 되는 제1투 수성조성물과, 입경 0.2∼2.0㎜인 바텀애쉬 3∼6중량부, 입경 5.0∼18.0㎜인 바텀애쉬 70∼80 중량부를 혼합한 바텀애쉬 100중량부에 대하여 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재 10∼30중량부, 슬래그시멘트 3∼4중량부, 폐석고 0.4∼0.6중량부, 황토 0.15∼0.25중량부, 유동화제 0.15∼0.25중량부를 혼합한 제2투수성조성물로 되며, 상기 제2투수성조성물을 도로면 상부에 두께 70∼80㎜가 되도록 포장하고, 상기 제2투수성조성물의 포장면 상부에 상기 제1투수성조성물을 20∼30㎜의 두께가 되도록 포장하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바텀애쉬를 이용한 투수성 조성물은 바텀애쉬 자체에 공극이 형성되어 있어 도로 포장 후, 미세먼지 등의 침착에 의해 골재사이사이에 형성되는 공극이 막힘에도 우수한 투수성을 유지하게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 통상 사용되는 시멘트를 결합재로 사용하지 않음으로써 도로표면의 마모현상에 따른 시멘트의 미세 먼지화에 따른 환경오염이 발생하지 않으며, 통상의 골재를 사용한 시멘트나 아스팔트 등에 비하여 우수한 마찰력을 가지고 있어, 도로의 교차로 등에 시공시에 우수한 마찰력에 의해 자동차의 제동거리가 짧아지는 효과를 얻게 된다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 사용되는 바텀애쉬는 통상 사용되는 천연골재의 대체제로 사용함으로써 자원고갈 문제를 해결하면서 별도의 추가적인 공정없이 투수성을 향상시킬 수 있다.

상기 바텀애쉬는 석탄화력발전소의 보일러 저부의 호퍼에서 배출된 분립상 또는 괴상의 비정질 무지질 성분으로 통계에 따르면, 우리나라는 1987년 이후 매년 꾸준히 증가하여 2007년도에는 그 발생량이 약 1,500,000톤에 이른다.

이렇게 생산되는 바텀애쉬는 자체적인 기공이 형성되어 있어 통기성이 우수하고, 보온·보냉성이 우수하며 수명이 반영구적이어서 최근 들어 경량골재로 그 사용용도가 다양하게 개발되고 있다. 그 예로써, 보강토 블럭, 호안블럭, 방음패널, 보도블럭, 경계석, 주차블럭 등 콘크리트 2차 제품을 제조하는데 주로 사용된다.

또한, 무게가 가벼워 경량골재로 아주 우수한 성질을 가지고 있으며, 최근에는 여러 가지의 우수한 물리적 성질을 감안하여 친환경적인 골재로서 콘크리트 포장용 골재로서 사용되고 있다.

표 1은 본 발명에서 사용되는 바텀애쉬의 성분을 나타내고, 표 2는 본 발명에서 사용되는 바텀애쉬의 물리적 특성을 나타낸다.

성 분	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O	CaO	K₂O	MgO
함유율(%)	50∼60	20∼25	8∼12	3∼8	3∼4	1∼3

구 분	진비중	흡수율(%)	단위용적중량 (㎏/㎥)	공극율(%)	안전성(%)
특 성	2.0∼2.5	3∼10	950∼1,100	45∼55	8∼9

또한, 본 발명에서 사용되는 바텀애쉬 골재와 천연골재의 특성을 비교하여 보면 하기 표 3과 같다.

구 분		바텀애쉬	천연골재
비중(g/cc)	잔골재	2.20	2.65
비중(g/cc)	굵은골재	2.61	2.69
흡수율(%)	잔골재	3.5∼6.5	3.0이하
흡수율(%)	굵은골재	3.5∼6.5	3.0이하
압축강도(Mpa)	7일	23.0	25.6
압축강도(Mpa)	28일	34.2	38.4

상기 표에서 보는 바와 같이, 본 발명에 사용되는 바텀애쉬는 천연골재에 비해 결코 뒤떨어지지 않는 물리적 특성을 가지는 것을 알 수 있다.

상기에서 설명되는 바텀애쉬를 사용하여 완성되는 본 발명의 바텀애쉬를 이용한 투수성 조성물은 바텀애쉬에 결합재, 폐석고, 황토 및 유동화제를 혼합하여 이루어진다.

본 발명에 의하면, 상기 결합재는 상기 바텀애쉬 100중량부에 대하여 22∼27중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 만일 22중량부 미만을 혼합할 경우에는 경량골재로 사용되는 바텀애쉬의 결합력이 떨어지는 단점이 있고, 27중량부를 초과하여 혼합할 경우에는 결합재에 의해 골재와 골재 사이에 형성되는 공극의 최소화로 투수성이 저하되는 단점이 있다.

본 발명에서 사용되는 상기 결합재는 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재와 슬래그 시멘트를 혼합하여 사용하며, 상기 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재는 상기 바텀애쉬 100중량부에 대하여 20∼23중량부를 혼합하는 것이 바람직하며, 상기 슬래그 시멘트는 상기 바텀애쉬 100중량부에 대하여 2∼4중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 폐석고는 바텀애쉬 100중량부에 대하여 0.4∼0.6중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 황토는 바텀애쉬 100중량부에 대하여 0.15∼0.25중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 유동화제는 본 발명의 조성물의 분산작용을 발휘하여 유동성 및 강도를 대폭 향상시키므로 레미콘 타설이 용이하고, 공기연행성이 없으므로 고강도의 포장재를 얻을 수 있다.

이는 시공성을 개선하여 작업성 향상시키고, 건조수축에 의한 구조물의 균열을 방지하며, 대폭적인 감수효과와 수밀성 및 내구성을 향상시킴과 동시에 작업시간의 단축 및 마무리 작업을 향상시키는 장점이 있다.

본 발명에 사용되는 유동화제의 혼합량은 상기 바텀애쉬 100중량부에 대하여 0.15∼0.25중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 도로 포장용 투수성 조성물의 골재는 입경 0.2∼2.0㎜인 바텀애쉬 7∼13중량부, 입경 2.0∼5.0㎜인 바텀애쉬 13∼20중량부, 입경 5.0∼18.0㎜인 바텀애쉬 70∼80 중량부를 혼합하여 사용한다.

본 발명에 따른 도로 포장용 투수성 조성물의 골재는 바람직하게는 입경 0.2∼2.0㎜인 바텀애쉬 4∼7중량부, 입경 2.0∼5.0㎜인 바텀애쉬 13∼20중량부를 혼합한 골재를 이용한 제1투수성조성물과 입경 0.2∼2.0㎜인 바텀애쉬 3∼6중량부, 입경 5.0∼18.0㎜인 바텀애쉬 70∼80 중량부를 혼합한 골재를 이용한 제2투수성조성물로 구성되는 것이 좋다.

여기서 상기 제1투수성조성물은 입경 0.2∼2.0㎜인 바텀애쉬 4∼7중량부, 입경 2.0∼5.0㎜인 바텀애쉬 13∼20중량부를 혼합하여 되는 바텀애쉬 100중량부에 대하여 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재 5∼10중량부, 슬래그시멘트 2∼3중량부, 폐석고 0.4∼0.5중량부, 황토 0.15∼0.2중량부, 유동화제 0.15∼0.2중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 제2투수성조성물은 입경 0.2∼2.0㎜인 바텀애쉬 3∼6중량부, 입경 5.0∼18.0㎜인 바텀애쉬 70∼80 중량부를 혼합한 바텀애쉬 100중량부에 대하여 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재 10∼30중량부, 슬래그시멘트 3∼4중량부, 폐석고 0.4∼0.6중량부, 황토 0.15∼0.25중량부, 유동화제 0.15∼0.25중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 투수성 조성물은 시공시, 상기 제2투수성조성물을 다져진 바닥면에 적정 두께가 되도록 포장하고, 상기 제2투수성조성물의 상부 면에 상기 제1투수성조성물을 적정 두께로 포장하여 사용한다.

이때, 상기 제2투수성조성물로 되는 하부 층은 70∼80㎜의 두께가 되도록 포장하는 것이 바람직하고, 상기 제1투수성조성물로 되는 상부 층은 20∼30㎜의 두께가 되도록 포장하여 사용하는 것이 바람직하다.

만일, 상기 제1투수성조성물의 두께가 30㎜ 이상인 경우에는 본 발명에서 목적으로 하는 투수성을 얻기 어려운 단점이 있다.

또한, 상기 제2투수성조성물의 두께가 80㎜이상의 두께를 가질 경우 굵은 골재로 인하여 표면이 매끄럽지 못하여 미관상 좋지 않게 된다.

한편, 본 발명에 사용되는 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재는 대한민국등록특허 제10-0855686호에 개시된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 상기 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재는 고로슬래그, 플라이애쉬 및 메타카올린 등 산업부산물에 알카리성 무기질 재료를 적정 첨가한 것으로, 종래 포틀랜드 시멘트의 문제점인 이산화탄소의 방출을 획기적으로 줄일 수 있어 친환경적일 뿐만 아니라 그 특성도 우수한 알카리 활성 결합재이다.

이하에서는 본 발명에 따른 투수성 조성물의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

이하의 실시예는 본 발명의 내용을 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니며, 본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 실시예와 비교예 등에 기재된 내용에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

[실시예]

규격별로 선별한 바텀애쉬, 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재, 슬래그시멘트, 폐석고, 황토 및 유동화제를 준비하고 각각 일정량으로 혼합한 혼합물을 준비하고, 물/혼합물 비가 약 0.4가 되도록 하여 투수성 조성물의 시편을 제조하였다.

투수성 조성물의 시편에 대하여 KS F 2405에 따라 압축강도(28일 양생강도)를 측정하였고, 투수계수의 측정은 KS F 2322에 의한 방법으로 투수계수를 측정하였다.

표 4는 본 발명에 따른 투수성 조성물의 상세한 배합비율과 양생된 시편의 압축강도 및 투수계수의 측정결과를 나타내고 있다.

구분	배합비(중량부)								W/C	압축 강도 (㎏/㎠)	투수계수 (㎝/sec)
	무시멘트알카리합성결합재	슬래그시멘트	바텀애쉬(100중량부)			폐석고	황토	유동화제
	무시멘트알카리합성결합재	슬래그시멘트	0.2∼2.0 (㎜)	2.0∼5.0 (㎜)	5.0∼18 (㎜)	폐석고	황토	유동화제
실시예1	20	3	10	15	75	0.5	0.2	0.2	0.4	220	8.0×10^-1
실시예2	20	3	8	12	80	0.5	0.2	0.2	0.4	215	4.6×10^-1

[다른 실시예]

본 발명에 따른 다른 실시예는 도 1에서 보는 바와 같이 하부 층(10)을 포장하고 그 위에 상부 층(20)을 포장하기 위한 것이다.

도로 포장시에 하부 층(10)을 이루는 부분(두께 70∼80㎜)은 0.2∼2.0㎜와 5.0∼18㎜ 크기의 바텀애쉬 골재를 사용하고, 하부 층(10) 위에 포장하는 상부 층(20)을 이루는 부분(두께 20∼30㎜)은 0.2∼2.0㎜와 2.0∼5.0㎜ 크기의 바텀애쉬 골재를 사용하는 것이다.

다른 실시예에 있어서도 압축강도와 투수계수는 실시예 1 및 실시예 2와 동일한 방법으로 측정하였다.

표 5는 본 발명에 따른 투수성 조성물의 다른 실시예의 상세한 배합비율과 양생된 시편의 압축강도 및 투수계수의 측정결과를 나타내고 있다.

구분	배합비(중량부)								W/C	압축 강도 (㎏/㎠)	투수계수 (㎝/sec)
	무시멘 트알카 리합성 결합재	슬래그시멘트	바텀애쉬(100중량부)			폐석고	황토	유동화제
	무시멘 트알카 리합성 결합재	슬래그시멘트	0.2∼2.0 (㎜)	2.0∼5.0 (㎜)	5.0∼18 ㎜	폐석고	황토	유동화제
실시예3-1	5	2	4	15		0.5	0.2	0.25	0.4	210	4.8×10^-1
실시예3-2	12	3	4		70	0.5	0.2	0.25	0.4	210	4.8×10^-1
실시예4-1	10	3	7	20		0.6	0.2	0.2	0.4	215	4.5×10^-1
실시예4-2	25	3	6		78	0.6	0.2	0.2	0.4	215	4.5×10^-1

실시예 3-1 및 3-2, 실시예 4-1 및 4-2의 압축강도 및 투수계수는 실시예 3-1 또는 실시예 4-1에 의해 이루어진 상부 층과 실시예 3-2 또는 실시예 4-2에 의해 이루어진 하부 층이 양생된 상태의 측정결과를 나타낸다.

상기 표 4 및 표 5에 의하면, 본 발명에 따른 바텀애쉬 골재를 이용한 투수성 조성물을 사용하여 포장시공시 압축강도 및 투수성 모두 양호한 결과를 나타내고 있음을 알 수 있다.

상기 실시예 3-1 및 3-2에 의한 도로포장이나 실시예 4-1 및 4-2에 의한 도로포장에 의하면, 상부 층은 바텀애쉬 골재의 크기가 하부 층의 바텀애쉬 골재의 크기보다 작기 때문에 투수성이 하부 층에 비해 떨어지지만 상부 층과 하부 층에 대한 전체적인 투수 계수는 양호한 상태를 나타내고 있다.

그리고 상부 층의 바텀애쉬 골재의 크기가 작기 때문에 도로 표면에서 쌓이는 먼지 등의 입자에 의해 투수계수가 떨어지지 않고, 바텀애쉬 골재에 형성되어 있는 공극에 의해 마찰력이 증가되어 도로의 교차로 등에서 자동차의 제동거리를 충분히 짧게 유지시켜 줄 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예 3 및 실시예 4에 따른 도로 포장의 개념을 보이는 사진

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 하부 층 20 : 상부 층

Claims

바텀애쉬 100중량부에 대하여 결합재 22∼63중량부, 폐석고 0.4∼0.6중량부, 황토 0.15∼0.25중량부, 유동화제 0.15∼0.25중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 도로 포장용 투수성 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 바텀애쉬는 입경 0.2∼2.0㎜인 바텀애쉬 7∼13중량부, 입경 2.0∼5.0㎜인 바텀애쉬 13∼20중량부, 입경 5.0∼18.0㎜인 바텀애쉬 70∼80 중량부를 혼합하여 되는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 도로 포장용 투수성 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 결합재는 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재와 슬래그 시멘트인 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 도로 포장용 투수성 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재는 상기 바텀애쉬 100중량부에 대하여 20∼23중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 도로 포장용 투수성 조성물.
제 3 항에 있어서,

상기 슬래그 시멘트는 상기 바텀애쉬 100중량부에 대하여 2∼4중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 도로 포장용 투수성 조성물.
입경 0.2∼2.0㎜인 바텀애쉬 4∼7중량부, 입경 2.0∼5.0㎜인 바텀애쉬 13∼20중량부를 혼합하여 되는 바텀애쉬 100중량부에 대하여 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재 5∼10중량부, 슬래그시멘트 2∼3중량부, 폐석고 0.4∼0.6중량부, 황토 0.15∼0.2중량부, 유동화제 0.15∼0.25중량부를 혼합하여 되는 제1투수성조성물과,

입경 0.2∼2.0㎜인 바텀애쉬 3∼6중량부, 입경 5.0∼18.0㎜인 바텀애쉬 70∼80 중량부를 혼합한 바텀애쉬 100중량부에 대하여 무(無)시멘트 알카리 합성 결합재 10∼30중량부, 슬래그시멘트 3∼4중량부, 폐석고 0.4∼0.6중량부, 황토 0.15∼0.25중량부, 유동화제 0.15∼0.25중량부를 혼합한 제2투수성조성물로 되며,

상기 제2투수성조성물을 도로면 상부에 두께 70∼80㎜가 되도록 포장하고, 상기 제2투수성조성물의 포장면 상부에 상기 제1투수성조성물을 20∼30㎜의 두께가 되도록 포장하여 사용하는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬를 이용한 도로 포장용 투수성 조성물.