KR101121167B1 - 토사를 포함하는 무수축 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장방법 - Google Patents

토사를 포함하는 무수축 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장방법 Download PDF

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Abstract

무수축 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장방법이 개시되어 있다.
개시된 무수축 콘크리트 조성물은, 토사 82~90 중량% 및 결합제 조성물 10~18중량%를 포함하되, 상기 결합제 조성물은, 고화제 94~98 중량% 및 토양안정제 2 ~ 6 중량%를 포함하는 것이다.
개시된 도로포장방법은,
무수축 콘크리트 조성물을 준비하는 단계(S10); 상기 준비된 무수축 콘크리트 조성물을 이동식 배차플랜트로 이송하는 단계(S20); 상기 이송되어온 무수축 콘크리트 조성물을 연속식 스크류 믹서에 의해 혼합하여 도로포장재를 마련하는 단계(S30); 상기 도로포장재를 포장할 도로의 기층 상에 1차 포설하는 단계(S50); 상기 포설된 도로포장재를 전동롤러 또는 콤팩터를 이용하여 다짐하는 단계(S70); 및 상기 다짐된 도로포장재를 양생시키는 단계(S80);를 포함한다.

Description

토사를 포함하는 무수축 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장방법{non-shrink with concrete pavement}
본 발명은 토사를 포함하는 무수축 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장방법에 관한 것이다.
특히, 토사에 고화제(CSA 소성화합물) 및 수용성 토양안정제를 포함하여 토사 색상을 그대로 유지할 수 있으면서도 강도가 매우 높으며, 토양안정제의 탄성 및 연성작용에 의해 줄눈작업이 필요 없으므로 시공비용을 절감할 수 있는 토사를 포함하는 무수축 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장방법에 관한 것이다.
흙을 이용한 포장 방법은 여러 가지 방법이 연구되어왔으나 현재는 약 4가지 방법이 개시되어 있다.
첫째로, 일반 마사토를 롤러 등으로 압박해서 하는 마사토 포장법이 있다. 이러한 포장법은 시멘트를 마사토에 무게비 약 15%정도를 넣어서 물과 되게 혼합하여 전압 다짐한다.
둘째로, 소일 콘크리트로 불리우며 하자율이 높고 동결융해에 약하고 가격이 저렴하며 시공이 간편하고 일반 콘크리트에 흙을 조금 약 10% 정도 넣어서 만드는 시공법과, 마사토에 시멘트로 만든 고화재를 섞어서 손으로 살짝 뭉쳐질 만큼만 물을 넣어서 전압다짐하여 시공하는 시공법이 있다.
또한, 황산 마그네슘 혹은 염화 마그네슘 용액을 도포하고 롤러 전압 다짐하는 방법으로, 일반 흙길보다 먼지가 덜하고 유실량이 줄어드나 비가 오면 질퍽거리거리며 차도용으로 사용 불가함. 주로 운동장이나 산책로 등에 쓰이는 약액 다짐 포장이 있다.
이외 고분자 폴리머를 물에 희석하여 도포하고 전압 다짐하는 방법이 있는데, 이러한 방법은 수성 폴리머의 결합성을 이용하여 포장하고 비가와도 질퍽거리지 않으나 투수량이 작은 문제가 있다.
이러한 방법과 더불어 다양한 방법과 조성이 제안되고 있다.
예를 들어, 대한민국 특허공개 제2001-11910호에서는 흙 1m3 당 ESC 경화제를 사용하여 함수율이 적고 유기질이 낮은 흙을 대상으로 사용하여 측면과 포장면의 강도가 향상되는 기술을 언급하고 있다.
대한민국 특허출원 제2005-130224호는 시멘트, 슬래그, 석고, CSA, 플라이애쉬 및 황토 파우더를 사용하여 흙의 표면질감을 그대로 표현하는 방법을 제안하고 있다.
대한민국 특허공개 제2005-105153호는 클링커 분말, 시멘트, 고로 슬래그 미분말, 무수석고, 강도 촉진제, 응결 지연제를 포함하여 원적외선 방출 및 보수, 통기성 등의 흙의 특성을 보유하고 속경성을 가지는 조성을 제안하고 있다.
이들 포장재료와 공법은 흙에 석회나 시멘트 등과 같은 결합재와 화학재료인 첨가제를 이용하므로 포장후 육가크롬(Cr6 +) 등이 발생하여 친위생적이지 못하고 고가인 시멘트 함량이 증가하므로 비경제적인 문제점이 있다.
흙을 이용한 포장 시공방법은 우리나라의 경우, 봄과 겨울이 있으므로 동결융해가 발생하여 균열이 발생하여 시간경과에 대해 포장제로서 기능을 상실하는 문제점이 있다. 또, 우리나라에서는 사계절이 있어 건습이 반복되므로 포장표면이 손실되어 포장의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 흙 포장은 보조기층이나 기층상부에 설치하므로 온도변화와 건습반복에 의해 균열이 발생하고 이 균열을 제어하기 위해 줄눈을 설치한다.
도 1은 종래 흙 포장이 시공된 상태를 보여주는 입체 단면도이다.
도 1을 참조하면, 노상(1)에 기층(2) 및 보조기층(3)을 시공하고, 그 상부에 분리층(4)을 설치하고, 줄눈(10)을 가진 흙 포장(5)을 시공한다.
그러나, 상기 줄눈(10)은 차량의 주행성을 저하시킬 뿐만 아니라 설치된 줄눈부가 쉽게 파손되어 포장의 기능이 손상되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 주요 목적은, 토양안정제의 탄성 및 연성작용에 의해 포장재의 수축, 팽창성을 억제시켜 줄눈작업을 생략할 수 있는 무수축 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 토사에 고화제(CSA 소성화합물) 및 수용성 토양안정제를 포함하여 토사 색상을 그대로 유지할 수 있어서 안료 사용을 배제할 수 있는 무수축 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 무수축 콘크리트 조성물을 이용하는 도로포장방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 무수축 콘크리트 조성물을 혼합하기 위한 무수축 콘크리트 조성물 혼합장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무수축 콘크리트 조성물은,
토사 82~90 중량% 및 결합제 조성물 10~18중량%를 포함하되, 상기 결합제 조성물은, 고화제 94~98 중량% 및 토양안정제 2 ~ 6 중량%를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 무수축 콘크리트 조성물의 상기 고화제는, 클링커 분말 15~35중량%, 알루미나계 시멘트 구조화합물(C12A7:12CaO7Al2O3) 10~30중량%, 고로 슬래그 미분말 5~35중량%, 벤토나이트 5~15중량%, 플라이애쉬 10~20중량%, 제올라이트 5~25중량% 및 무수석고 15~35중량%를 포함하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 무수축 콘크리트 조성물의 상기 토양안정제는, 메틸메타아크릴레트 12~16중량%, 부틸아크릴레이트 14~22중량%, 2-에틸헥실아크릴레이트 13~16중량%, 메타아크릴산 1~2중량%, 라우릴황산나트륨 0.03~0.05중량%, 리튬실리케이트 0.2~3중량%, 알킬설폰산염 0.1~2중량%, 과황산암모늄 0.03~0.2중량% 및 물 48~53중량%를 포함하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 무수축 콘크리트 조성물을 혼합하기 위한 혼합장치는, 자연토사에 포함된 큰 골재를 걸러내기 위한 제1 스크린; 상기 제1 스크린의 하부에 배치되어 제1 스크린에 의해 걸러진 1차 선별된 토사를 저장하는 제1 호퍼; 상기 제1 호퍼의 하부에 설치되어, 상기 제1 호퍼의 하측 배출구를 통해 배출되는 1차 선별된 토사를 이송하는 제1 컨베이어; 상기 제1 컨베이어의 하부에 설치되어, 제1 컨베이어에 의해 이송되어 온 1차 선별된 토사에 포함된 작은 골재를 걸러내기 위한 제2 스크린; 상기 제2 스크린의 하부에 배치되어 제2 스크린에 의해 걸러진 2차 선별된 토사를 저장하는 제2 호퍼; 상기 제2 호퍼의 하부에 설치되어, 상기 제2 호퍼의 하측 배출구를 통해 배출되는 2차 선별된 토사를 이송하는 제2 컨베이어; 상기 제2 호퍼로부터 일정거리 떨어진 위치에 설치되어 상기 토사를 제외한 나머지 무수축 콘크리트 조성물이 저장되는 제3 호퍼; 상기 제3 호퍼의 하부에 설치되어, 상기 제3 호퍼의 하측 배출구를 통해 배출되는 토사를 제외한 나머지 무수축 콘크리트 조성물을 이송하는 제3 컨베이어; 및 상기 제2 컨베이어와 제3 컨베이어 사이에 설치되어, 제2, 3 컨베이어에 의해 이송되어 온 토사 및 토사를 제외한 무수축 콘크리트 조성물을 혼합하는 믹서;를 포함한다.
또한, 상기 믹서는, 믹서통; 상기 믹서통의 중심부에 설치되는 교반축; 상기 교반축 상에 설치된 채 상기 믹서통의 내부에 배치되는 복수의 교반날개; 및 상기 교반축을 회전시켜주는 교반모터;를 포함하되, 상기 교반날개는 적어도 하나 이상의 홀이 형성된 원판형으로 된 것을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 도로포장방법은, 상기한 무수축 콘크리트 조성물을 준비하는 단계(S10); 상기 준비된 무수축 콘크리트 조성물을 이동식 배차플랜트로 이송하는 단계(S20); 상기 이송되어온 무수축 콘크리트 조성물을 연속식 스크류 믹서에 의해 혼합하여 도로포장재를 마련하는 단계(S30); 상기 도로포장재를 포장할 도로의 기층 상에 1차 포설하는 단계(S50); 상기 포설된 도로포장재를 전동롤러 또는 콤팩터를 이용하여 다짐하는 단계(S70); 및 상기 다짐된 도로포장재를 양생시키는 단계(S80);를 포함한다.
또한, 본 발명의 도로포장방법은, 상기 기층이 경사져 있는 경우에 한하여, 상기 도로의 기층 상에 도로포장재를 포설하는 단계(S50) 이전 단계에, 타이닝기를 이용하여 상기 기층 상에 재료분리 방지용 요철층을 형성하는 단계(S40)가 포함된다.
또한, 본 발명의 도로포장방법은, 상기 도로의 기층 상에 도로포장재를 1차 포설하는 단계 이후(S50)에, 상기 1차 포설된 부위 상에 도로포장재를 재 포설하는 단계(S60)가 포함된다.
또한, 본 발명의 도로포장방법에 있어서 상기 도로포장재를 마련하는 단계는, 자연토사를 제1 스크린을 통과시켜서 적정크기의 토사를 선별하는 1차 선별하는 단계; 상기 1차 선별된 토사를 제1 호퍼에 저장하는 단계; 상기 제1 호퍼에 저장된 1차 선별된 토사를 제1 컨베이어에 의해 이송시키는 단계; 상기 제1 컨베이어에 의해 이송되어 온 1차 선별된 토사를, 제1 스크린에 비해 작은 메시(mesh)의 제2 스크린을 통과시켜서 미세 토사를 선별하는 2차 선별단계; 및 상기 2차 선별과정을 거친 미세 토사와, 토사를 제외한 나머지 무수축 콘크리트 조성물을 믹서에 투입하여 혼합하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 무수축 콘크리트 조성물 및 도로포장방법은, 토사에 CSA 소성화합물 및 수용성 토양안정제를 포함하여 토사 색상을 그대로 유지할 수 있으면서도 강도가 매우 높으며, 토양안정제의 탄성 및 연성작용에 의해 줄눈작업이 필요 없으므로 시공비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 자연토를 이용하기 때문에 경제적이고, 시공이 간단하며, 신속할 뿐만 아니라 장기간 고화가 지속됨에 따라 강도가 상승하게 되고, 산, 알칼리에 대한 내구성을 가지게 된다.
또한, 자연 토양 색상 그대로 발현되며, 태양복사열을 흡수 차단하기 때문에 자연 환경 친화성이 우수하며 현장 흙을 사용함에 따라 자연자원 이용성을 높이고, 퇴화 후 자연토로 환원되어 공해 방지와 환경 보전의 이점을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 무수축 콘크리트 조성물의 혼합장치는 인력에 의하지 않고 자동으로, 대량으로 조성물을 혼합할 수 있으므로 효율적으로 조성물을 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 도로포장방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 도로포장방법에 있어서, 도로포장재를 마련하는 단계를 세분화한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 혼합장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 혼합장치에서 제2 스크린 및 이 제2 스크린을 진동시키기 위한 진동장치의 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들이 개시된다. 실시예들을 설명함에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 중복되거나 발명의 의미를 한정적으로 해석되게 할 수 있는 부가적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 생략될 수 있다.
구체적인 설명에 앞서, 본 명세서 상에 비록 단수적 표현으로 기재되어 있을지라도 국어 사용에 있어서 단수/복수를 명확하게 구분짓지 않고 사용되는 환경과 당해 분야에서의 통상적인 용어 사용 환경에 비추어, 발명의 개념에 반하지 않고 해석상 모순되거나 명백하게 다르게 뜻하지 않는 이상 복수의 표현을 포함하는 의미로 사용된다. 또한 본 명세서에 기재되었거나 기재될 수 있는 '포함한다', '갖는다', '구비한다', '포함하여 이루어진다' 등은 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 구성요소 또는 그들 조합의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 '조성물'은 원래 혼합물과 화합물의 의미를 포함하는 용어로써, 본 발명에 있어서 '바인더 조성물'의 '조성물'은 특별한 언급이 없거나 발명의 전체적인 내용에 반하지 않는 한, '혼합물'의 의미로 사용된다.
본 발명은 무수축 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장방법이다. 여기서, 무수축은 수축이 없다는 의미이나, 수축이 작다는 저수축의 의미도 포함하고 있음을 전제한다.
먼저, 무수축 콘크리트 조성물에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 무수축 콘크리트 조성물(이하 "콘크리트 조성물"이라 함)은 토사 및 결합제 조성물을 포함한다.
상기 콘크리트 조성물의 조성비는, 토사 82~90 중량% 및 결합제 조성물 10~18중량%로 되는 것이 바람직하다.
상기 콘크리트 조성물 중, 토사는 자연에서 채취한 토사를 말한다. 상기 토사 중, 접착성이 있는 흙의 경우 접착력을 영구히 보존케 하고 접착력이 없는 사질토에 있어서는 접착력을 갖게 하는 역할을 한다. 이 때문에 물이나 동결작용에 대한 안정성이 확보된다.
상기 콘크리트 조성물 중, 결합제 조성물은 고화제 및 토양안정제를 포함한다.
상기 결합제 조성물의 조성비는, 고화제 94~98 중량% 및 토양안정제 2~6 중량%로 되는 것이 바람직하다.
상기 결합제 조성물 중 하나인 고화제는 콘크리트 조성물의 결합강도 및 기계적 강도를 증진시키는 역할을 하게 되므로 강도와 직접적으로 연관된다. 따라서 결합제 조성물의 대부분(94~98 중량%)을 차지하게 된다. 결합제 조성물의 94 중량% 미만인 경우에는 결합강도 및 기계적 강도의 저하를 가져오고, 98 중량%를 초과하게 되면 강도가 필요 이상 증가하고 불필요한 비용이 추가되는 문제를 초래한다.
상기한 고화제는, 클링커 분말, 알루미나계 시멘트 구조화합물, 고로슬래그 미분말, 벤토나이트, 플라이애쉬, 제올라이트 및 무수석고를 포함한다.
상기 고화제의 조성비는, 클링커 분말 15~35중량%, 알루미나계 시멘트 구조화합물 10~30중량%, 고로 슬래그 미분말 5~35중량%, 벤토나이트 5~15중량%, 플라이애쉬 10~20중량%, 제올라이트 5~25중량% 및 무수석고 15~35중량%를 포함한다.
상기 고화제 조성물 중, 클링커 분말은, 성분의 일부가 융해하여 전체가 괴상소결물로 형성된 덩어리를 말하는 것으로 소괴(燒塊)라고도 한다. 일반적으로는 원료로서 석회질 원료와 점토질 원료를 적당한 비율로 혼합하여 미분쇄한 후, 그 일부가 용융될 때까지 로터리 킬른(rotary kiln) 등에 의하여 소성하여 알밤 정도의 크기의 작은 덩어리로 형성된 것을 말하는 것으로서, 본 발명에서는 압축강도 및 기계적 강도에 영향을 주며, 15 중량% 미만으로 첨가되면 압축강도 및 기계적 강도가 미약하며, 35 중량% 초과하면 경화속도가 빨라 정상적인 작업시간을 확보할 수 없다
상기 고화제 성분 중, 알루미나계 시멘트 구조화합물(C12A7:12CaO7Al2O3)은, 결합력과 강도증진, 경화속도에 영향을 주며, 10 중량% 미만으로 첨가되면 충분한 결합력과 강도 증진이 원활히 이루어지지 않으며 경화속도가 길어진다. 또한, 30 중량%를 초과하면 결합력과 강도는 증진되나, 경화속도가 빨라 정상적인 작업시간을 확보할 수 없다.
상기 고화제 성분 중, 고로 슬래그 미분말은 용광로에서 선철과 함께 생산되는 것으로 비중은 2.88 ~ 2.95 범위이며 블래인 비표면적으로 6,000±500㎠/g이 바람직하며 고로 슬래그 미분말의 CaO 성분은 40 ~ 45 중량% 전후로서 알칼리도가 낮기 때문에 pH 저감에 효과적인 작용을 하는 것으로 이를 위해 5 ~ 35 중량%가 적당하다.
상기 고화제 성분 중, 벤토나이트는 재료 분리 방지, 윤활성, 응집성 부여로 작업성을 개선하기 위한 것으로서, 5 중량% 미만으로 첨가되면 포장재의 결합력이 떨어지며, 15 중량%를 초과하면 과도한 응집현상이 발생한다.
상기 고화제 성분 중, 플라이애쉬는 강도 증진에 영향을 주며, 10 중량% 미만으로 첨가되면 충분한 반응이 일어나지 않아 효과적인 강도를 얻을 수 없으며, 20 중량%를 초과하면 강도가 급격히 저하되는 문제점이 발생 된다.
상기 고화제 성분 중, 제올라이트는 실리콘(Si)과 알루미늄(Al)으로 이뤄진 다공성 결정으로 강한 산성을 띠어 다양한 석유화학 반응의 촉매로 활용되는 것으로서, 수산화칼슘과 포졸란 반응하여 강도 증진에 기여하게 된다. 이는 5 중량%미만으로 첨가되면 충분한 강도발현이 미약하고, 35 중량%를 초과하면 필요 이상으로 강도가 강화되므로 위의 범위 내에서 첨가되는 것이 효율적이다.
상기 고화제 성분 중, 무수석고는 슬래그의 자극제 및 강도 증진, 경화속도에 영향을 준다. 이러한 무수석고는 15 중량% 미만으로 첨가하면 슬래그의 자극 효과가 떨어져 강도에 영향을 줄 수 있고, 원활한 형성이 이루어지지 않으며, 경화속도도 늦어 안정성에도 영향을 주게 된다. 반면 35중량%를 초과하면 강도 증진효과는 얻을 수 있으나 빠른 경화속도로 정상적인 작업시간을 확보할 수 없다. 또한, 유기물질을 포함한 흙은 보통 포틀랜드 시멘트로만 처리하였을 경우 포장재의 목적으로 부적합하며, 골재의 입도는 일반적으로 최대 골재의 크기가 50mm 정도이다.
상기 결합제 조성물 중 다른 하나인 (수용성)토양안정제는, 포장 후 물이 증발하면서 연속적인 필름막을 형성하기 위하여 응집하고, 동시에 흙 입자에 부착하게 되며 포장체 내부에 존재하는 공극을 안정제 입자에 의해 채워져 토사 입자와 단일체의 조직을 형성함과 동시에 접착력 및 부착력을 증진시키는 역할을 하는 것으로서, 결합제 조성물 중 2 ~ 6 중량%가 배합된다. 2 중량% 미만인 경우에는 필름막이 약하게 형성되어 토사입자가 부스러져 표면 박리가 일어날 수 있으며, 6 중량%를 초과하게 되면 고강도 고내구성을 얻을 수 있으나 많은 비용이 발생하는 문제가 있다.
상기한 토양안정제의 물성은 아래와 같다.
명 칭 물성
색 상 유백색
비 중 1.04±0.05
점 도 600 cps
pH 8.0±9
고형분 47±1%
증기압 물과 동일
한편, 상기 토양안정제는, 메틸메타아크릴레트, 부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 메타아크릴산, 라우릴황산나트륨, 리튬실리케이트, 알킬설폰산염, 과황산암모늄 및 물을 포함한다.
상기 토양안정제 조성물의 조성비는, 메틸메타아크릴레트 12~16중량%, 부틸아크릴레이트 14~22중량%, 2-에틸헥실아크릴레이트 13~16중량%, 메타아크릴산 1~2중량%, 라우릴황산나트륨 0.03~0.05중량%, 리튬실리케이트 0.2~3중량%, 알킬설폰산염 0.1~2중량%, 과황산암모늄 0.03~0.2중량% 및 물 48~53중량%를 포함한다.
상기 토양안정제 성분 중, 메틸메타아크릴레트(methylmethacrylate)는 토양안정제의 안정성 및 내후성을 부여하기 위한 주성분으로서, 12중량% 미만인 경우에는 안정성 및 내후성이 저하되어 경화 시, 피막형성이 원활하지 못하고, 16중량%를 초과하게 되면 접착성이 너무 강해서 작업성이 용이하지 못하다.
상기 토양안정제 성분 중, 부틸아크릴레이트(buthylacrylate)는 토양안정제에 경화성을 부여하기 위한 주성분으로서, 14중량% 미만인 경우에는 경화가 늦는 폐단이 있고, 22중량%를 초과하면 경화가 너무 빨라서 작업시간의 확보가 어렵다.
상기 토양안정제 성분 중, 2-에틸헥실아크릴레이트(2-ethylhexylacrylate)는 토양안정제에 경화성을 부여하기 위한 주성분으로서, 13중량% 미만의 경우에는 경화가 늦고, 16중량%를 초과하면 경화속도가 빨라서 작업시간의 확보가 어렵다.
상기 토양안정제 성분 중, 메타아크릴산은 햇빛 등의 날씨 및 기후에 견디는 성질인 내후성(耐候性)이 우수하여 외부 환경 변화(날씨 및 기후 변화)에 의한 부식 등을 억제함과 동시에 포장체로 침투하여 일체화 시켜줌으로써 부착강도 및 인성을 개선하고, 안료 등에 의한 착색성을 좋게 하기 위하여 첨가되는 부 성분으로서, 1중량% 미만인 경우에는 위에 열거된 기능을 발휘하기에 미미하고, 2중량%를 초과하면 위에 열거된 기능이 강화되나 비용이 증가하는 문제점이 있다.
상기 토양안정제 성분 중, 라우릴황산나트륨(sdium lauryl sulfate)은 열린 기포로 팽창압력을 흡수하여 포장체의 수축을 억제시켜 크랙을 방지하는 역할을 한다. 0.03 중량% 미만이면 토양안정제의 점도가 높게 형성되어 끈적임이 심해 작업의 효율성이 떨어지고, 0.05 중량%을 초과하면 점도는 낮아지나 단가가 상승되어 비효율적이다.
상기 토양안정제 성분 중, 리튬실리케이트는 토양안정제 혼합물의 쇼킹현상을 방지하는 역할을 한다. 0.2 중량% 미만이면 쇼킹현상을 방지할 수 없고, 3 중량%를 초과하면 쇼킹현상을 방지되나 단가가 상승하게 된다.
상기 토양안정제 성분 중, 알킬설폰산염은 토사입자의 표면장력을 저하시키고 토사입자에 침투, 분산, 기포작용을 하는 물질로서 점토질 또는 사질토의 토사입자의 혼합성을 향상시키는 역할을 한다. 0.1 중량% 미만이면 토사 혼합물의 분산성이 떨어져 고른 혼합물을 얻기 어렵고, 2 중량%를 초과하면 혼합물의 분산성은 좋아지나 단가가 상승하게 된다.
상기 토양안정제 성분 중, 과황산암모늄((NH4)2S2O8)은 개시반응(initiationreaction)이 일어나며, 그 후 성장반응(propagation reaction), 종결반응(termination reaction)이 일어나 고분자인 아크릴폴리머를 생성하기 위한 촉매제 역할을 한다. 정도의 아크릴폴리머를 생성하기 위해 본 과황산암모늄은 0.03~0.2중량% 범위 내에서 배합되는 것이 바람직하다.
상기 토양안정제 성분 중, 물은 토양안정제의 원활한 혼합을 위해 필요한 성분이다. 물이 48 중량% 미만이면 혼합성이 떨어지고, 물이 53 중량%를 초과하면 혼합성은 좋으나 안정제의 끈적임이 심해 작업성이 좋지 않다.
아래와 같이 결합제 조성물을 제조하였다.
(1) 고화제의 제조
성분 무게(g)
클링커 분말 17
알루미나계 시멘트 구조화합물(C12A7:12CaO7Al2O3) 15
고로 슬래그 미분말 11
벤토나이트 9
플라이애쉬 13
제올라이트 14
무수석고 21
고화제(합계) 100
(2) 토양안정제의 제조
성분 무게(g)
메틸메타아크릴레트 13
부틸아크릴레이트 19
2-에틸헥실아크릴레이트 15
메타아크릴산 1.5
라우릴황산나트륨 0.04
리튬실리케이트 1.92
알킬설폰산염 0.5
과황산나트륨 0.05
물 49
토양안정제(합계) 100
상기와 같이 제조된 고화제 96g과 토양안정제 4g을 혼합하여 결합제 100g을 제조하였다. 이하 실시예에서는 상기 결합제 조성물을 이용하여 도로포장용 무수축 콘크리트 조성물에 대한 실시예를 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
먼저, 제조되는 도로포장용 무수축 콘크리트 조성물은, 토사 85g 및 결합제 조성물 15g을 혼합하여 제조하였다. 이렇게 제조된 상기 조성물을 다짐된 도로에 물을 뿌려주면서 피니셔를 이용하여 포설한 후 진동롤러를 이용하여 다짐하였다.
[비교예 1]
제조되는 도로포장용 무수축 콘크리트 조성물은, 토사 70g 및 하기 표와 같이 제조된 고화제와 토양안정제를 실시예1과 같은 배합비로 혼합하여 제조된 결합제 조성물 30g을 혼합하여 제조하였다. 이하 실시예와 동일함.
성분 무게(g)
클링커 분말 11
알루미나계 시멘트 구조화합물(C12A7:12CaO7Al2O3) 35
고로 슬래그 미분말 4
벤토나이트 16
플라이애쉬 25
제올라이트 3
무수석고 6
고화제(합계) 100
[비교예 2]
제조되는 도로포장용 무수축 콘크리트 조성물은, 토사 75g 및 실시예에 적용된 결합제 조성물 25g을 혼합하여 제조하였다. 이하 실시예와 동일함.
상기와 같이 혼합된 혼합물의 강도 측정을 위하여 일정 형상을 갖는 틀에 넣어 시편을 제작하고 22±1℃의 온도, 80±10%의 습도에서 28일 동안 양생시킨 다음, 만능재료시험기로 그 강도를 측정한 결과 아래의 표 1에서와 같이 실험예가 비교예에 비해 우수한 것으로 확인되었다.
압축강도 및 휨강도
압축강도(kgf/cm2)
 휨강도(kgf/cm2)
3일 7일 28일 3일 7일 28일
실시예 71 138 168 32.8 40.7 53.2
비교예1 43 98 144 22.9 26.6 41.4
비교예2 50 112 150 25.4 30.1 44.5
상기 표 5 에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 도로포장용 무수축 콘크리트 조성물의 압축강도와 휨강도가 비교예1 및 2에 의해 제조되는 도로포장용 무수축 콘크리트 조성물에 비해 월등하게 우수함을 알 수 있다.
이러한 결과를 볼 때, 본 발명에 따른 도로포장용 무수축 콘크리트 조성물로 시공된 도로는, 그 강도가 매우 높으면서 토사 색상이 그대로 발현된 상태에서 시공되고 수축, 팽창성을 억제시킴으로써 줄눈작업을 생략하여 시공비용이 크게 절감된다.
다음에는 상기한 무수축 콘크리트 조성물을 이용하는 도로포장방법에 대하여 설명한다.
1 단계는 무수축 콘크리트 조성물을 준비하는 단계이다( S10 ).
즉, 1 단계는, 토사 82~90중량%; 클링커 분말, 알루미나계 시멘트 구조화합물, 고로 슬래그 미분말, 벤토나이트, 플라이애쉬, 제올라이트, 무수석고로 구성된 고화제; 및 메틸메타아크릴레트, 부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 메타아크릴산, 라우릴황산나트륨, 리튬실리케이트, 알킬설폰산염, 과황산암모늄, 물로 구성된 토양안정제;를 포함하는 결합제 조성물 10~18중량%;로 이루어진 무수축 콘크리트 조성물을 준비하는 단계이다.
여기서, 앞서 설명된 바 있으나, 재차 설명하면, 상기 고화제는, 클링커 분말 15~35중량%, 알루미나계 시멘트 구조화합물 10~30중량%, 고로 슬래그 미분말 5~35중량%, 벤토나이트 5~15중량%, 플라이애쉬 10~20중량%, 제올라이트 5~25중량% 및 무수석고 15~35중량%를 포함한다.
상기 토양안정제는, 메틸메타아크릴레트 12~16중량%, 부틸아크릴레이트 14~22중량%, 2-에틸헥실아크릴레이트 13~16중량%, 메타아크릴산 1~2중량%, 라우릴황산나트륨 0.03~0.05중량%, 리튬실리케이트 0.2~3중량%, 알킬설폰산염 0.1~2중량%, 과황산암모늄 0.03~0.2중량% 및 물 48~53중량%를 포함한다.
2 단계는, 준비된 무수축 콘크리트 조성물을 이송하는 단계이다( S20 ).
즉, 2 단계는, 이동식 배차플랜트에 상기 무수축 콘크리트 조성물을 일정 위치로부터 상차하여 뒤에 설명될 연속식 스크류 믹서로 옮겨주는 단계이다.
3 단계는, 무수축 콘크리트 조성물을 혼합하는 단계이다( S30 ).
즉 3 단계는, 상기 이동식 배차플랜트에 의해 이송되어온 무수축 콘크리트 조성물을 연속식 믹서에 투입하고, 믹서를 가동시켜서 조성물의 원료가 혼합되도록 하는 단계이다. 이와 같은 혼합과정을 마치면 무수축 콘크리트 조성물을 이용하는 도로포장재가 만들어지게 된다.
이때, 상기 이동식 배차플랜트에 상차되는 무수축 콘크리트 조성물의 양은, 고화제 2.82m3, 토사 3.96m3, 물 1.762ℓ, 토양안정제 300ℓ 정도이며, 이렇게 이송되어온 무수축 콘크리트 조성물은 토사 1,700kg당, 고화제 220kg, 토양안정제 30kg, 물 120kg을 혼합하여 최종적으로 도로포장재가 만들어진다.
한편, 상기 믹싱과정은 다음 수순에 따른다. 다만, 아래의 믹싱과정에서 설명되고 있는 혼합장치의 구성에 대해서는 후술할 예정이므로 여기서는 과정설명에 치중하여 설명하기로 한다(도 2참조).
먼저, 자연토사를 제1 스크린(상세 구성은 후술한다)을 통과시켜서 적정크기의 토사를 선별하는 1차 선별한다(S300).
이 과정을 거치게 되면, 자연토사에 포함되어 있던 큰 골재들이 제거된 토사를 얻을 수 있다.
다음, 상기 1차 선별된 토사를 제1 호퍼에 저장한다(S310).
즉, 제1 스크린을 통해 큰 골재가 걸러진 토사가 제1 호퍼에 저장된다.
다음, 상기 제1 호퍼에 저장된 1차 선별된 토사를 제1 컨베이어에 의해 이송시킨다(S320).
즉, 제1 호퍼의 하부에 마련된 배출구를 통해 1차 선별된 토사가 배출되면 배출된 토사는 제1 컨베이어로 낙하되고, 낙하된 토사는 제1 컨베이어의 가동에 따라 후술될 제2 스크린으로 공급된다.
다음, 상기 제1 컨베이어에 의해 이송되어 온 1차 선별된 토사를, 제1 스크린에 비해 작은 메시(mesh)의 제2 스크린을 통과시켜서 미세 토사를 2차적으로 선별한다(S330).
즉, 제2 스크린은 제1 스크린에 비해 메시가 작으므로 이에 1차 선별된 토사를 통과시키게 되면 1차 선별된 토사에 포함되어 있던 작은 골재들이 제거된 미세 토사를 취득할 수 있다.
다음, 2차 선별 과정을 거친 미세 토사와, 토사를 제외한 나머지 무수축 콘크리트 조성물을 믹서에 투입하여 혼합한다(S340).
2차 선별과정을 통해 미세해진 토사와, 나머지 무수축 콘크리트 조성물을 믹서에서 혼합함으로써 3 단계에서 요구되는 무수축 콘크리트 조성물이 만들어진다.
4 단계는, 도로 포장될 기층이 경사져 있는 경우, 기층 상에 요철층을 형성하는 단계이다( S40 ).
즉, 포장된 도로의 경사도가 심할 경우에 한하여, 타이닝 기계를 이용하여 포장될 도로의 기층 표면에 요철층을 형성하여 미끄럼에 의한 재료분리를 방지하는 작업을 하게 된다.
이 단계는, 도로의 경사도가 심할 경우에 한하여 작업되는 것이므로, 도로가 평탄한 경우에는 4 단계가 생략될 수 있다.
5 단계는, 포장할 도로의 기층 상에 도로포장재를 1차 포설하는 단계이다( S50 ).
6 단계는, 상기 1차 포설층 위에 재 포설층을 형성하는 재 포설단계이다( S60 ).
즉, 6단계는, 1차 포설이 완벽하게 이루어지지 않은 것을 보완하기 위해 2차적으로 재 포설하게 되는데, 2차 포설은 선택적 단계로서 1차 포설로도 완벽한 포설이 완료되었다면 반드시 2차 포설을 시행할 필요는 없다. 여기서, 1차 포설두께와 2차 포설두께는 동일하다.
7 단계는, 1차 또는 2차 포설된 도로포장재를 다짐하는 단계이다( S70 ).
즉, 7 단계는, 전동롤러나 콤팩터(compactor : 대지(大地)나 도로의 포장재료를 다지거나 진동, 충격을 가함으로써 보다 무거운 하중에 견딜 수 있게 하는 기계)를 이용하여 다짐하는 단계이다.
8 단계는, 도로포장재를 양생하는 단계이다( S80 ).
즉 8 단계는, 다짐이 완료된 도로포장재를 양생시키는 단계로서, 양생은 자연양생 또는 강제양생 중 어느 하나를 택일하되, 이중 강제 양생시의 양생온도는 25 ~ 80℃로 하고, 하절기에는 시중에서 판매되고 있는 양생포나 비닐 등을 이용하여 표면층을 덮고 스팀이나 온풍기를 이용하여 양생할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 (주)세기센추리에서 판매하고 있는 건조매트(롤러형, 원적외선이 방사되는 난방용 필름 80℃ 발열)을 이용하여 60℃하에 4시간 이상 보온 양생하여 1일 후에 보행이 가능하도록 할 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여, 상기 무수축 콘크리트 조성물을 혼합하기 혼합장치에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 혼합장치는, 자연토사에 포함된 큰 골재를 걸러내기 위한 제1 스크린(10)을 갖는다. 여기서, 제1 스크린(10)은 도 3에서 도시되어 있듯이 제1 스크린 상에 걸러진 큰 골재가 자연스럽게 떨어질 수 있도록 소정 각도로 경사지게 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 혼합장치는, 상기 제1 스크린(10)의 하부에 배치되어 제1 스크린(10)에 의해 걸러진 1차 선별된 토사를 저장하기 위한 제1 호퍼(20)를 갖는다. 여기서, 상기 제1 호퍼(20)의 내부에는 내용물이 저장되어 있는지를 감지하기 위한 제1 감지센서(21)가 설치되어 있다.
또한, 혼합장치는, 상기 제1 호퍼(20)의 하부에 설치되어, 상기 제1 호퍼(20)의 하측 배출구를 통해 배출되는 1차 선별된 토사를 이송하는 제1 컨베이어(30)를 갖는다.
또한, 혼합장치는, 제1 컨베이어(30)의 하부에 설치되어, 제1 컨베이어에 의해 이송되어 온 1차 선별된 토사에 포함된 작은 골재를 걸러내기 위한 제2 스크린(40)을 갖는다. 여기서, 제2 스크린(40)은 작은 골재를 걸러 낼 수 있도록 상기 제1 스크린(10)에 비해 작은 메시(mesh)로 된다. 그리고, 상기 제2 스크린(40)도 상기 제1 스크린과 마찬가지로 걸리진 작은 골재가 자연스럽게 떨어질 수 있도록 소정각도로 경사지게 설치되는 것이 바람직하다. 다만, 작은 골재의 경우 경사각을 주더라도 잘 굴러 떨어지지 않을 수 있음을 고려하여 도 4에서와 같이, 제2 스크린(40)의 하면과 접촉된 채 모터(42)에 의해 회전되는 회전축(41)을 설치하고, 상기 회전축(41)의 외주면에는 돌기(41a)를 형성하여, 회전축(41)의 회전에 따라 돌기(41a)에 의해 제2 스크린(40)이 덜컹거리도록 함으로써(진동시킴으로써) 작은 골재를 강제적으로 떨어지도록 하는 구성도 적용될 수 있다.
또한, 혼합장치는, 상기 제2 스크린(40)의 하부에 배치되어 제2 스크린에 의해 걸러진 2차 선별된 토사를 저장하는 제2 호퍼(50)를 갖는다. 여기서, 상기 제2 호퍼(50)의 내부에는 내용물이 저장되어 있는지를 감지하기 위한 제2 감지센서(51)가 설치되어 있다.
또한, 혼합장치는, 상기 제2 호퍼(50)의 하부에 설치되어, 상기 제2 호퍼의 하측 배출구를 통해 배출되는 2차 선별된 토사를 이송하는 제2 컨베이어(60)를 갖는다.
또한, 혼합장치는, 상기 제2 호퍼(50)로부터 일정거리 떨어진 위치에 설치되어 상기 토사를 제외한 나머지 무수축 콘크리트 조성물이 저장되는 제3 호퍼(70)를 갖는다. 여기서, 상기 제3 호퍼(70)의 내부에는 내용물이 저장되어 있는지를 감지하기 위한 제3 감지센서(71)가 설치되어 있다.
또한, 혼합장치는, 상기 제3 호퍼(70)의 하부에 설치되어, 상기 제3 호퍼의 하측 배출구를 통해 배출되는 토사를 제외한 나머지 무수축 콘크리트 조성물을 이송하는 제3 컨베이어(80)를 갖는다.
또한, 혼합장치는, 상기 제2 컨베이어(60)와 제3 컨베이어(80) 사이에 설치되어, 제2, 3 컨베이어에 의해 이송되어 온 토사 및 도사를 제외한 무수축 콘크리트 조성물을 혼합하는 믹서(90)를 갖는다.
상기 믹서(90)는 도 3에 도시된 바와 같이, 믹서통(91), 상기 믹서통(91)의 중심부에 설치되는 교반축(92); 상기 교반축(92) 상에 설치된 채 상기 믹서통(91)의 내부에 배치되는 복수의 교반날개(93); 및 상기 교반축(92)을 회전시켜주는 교반모터(94)를 포함한다.
여기서, 상기 교반날개(93)는 적어도 하나 이상의 홀(93a)이 형성된 원판형으로 될 수 있다.
한편, 상기 제1, 2, 3 감지센서(21,51,71)은 앞서 설명한 바 있듯이 각 호퍼에 내용물이 있는지를 감지하여 내용물이 없다고 감지되면 이 신호를 혼합장치의 가동을 제어하는 제어반(미도시)에 전송하고, 제어반은 이 전송된 신호에 따라 혼합장치의 가동을 멈춘다. 즉, 호퍼에 내용물이 없는 상태에서 가동된다면 가동이 무의미하므로 이때는 혼합장치를 강제적으로 멈춰야 하는데 이를 각 감지센서 및 제어반에서 담당하게 된다.
미 설명부호 (100)은 상기 믹서(90)에 의해 혼합이 완료된 무수축 콘크리트 조성물을 소정 위치로 이송하기 위한 제4 컨베이어이다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 토사 82~90 중량% 및 결합제 조성물 10~18중량%를 포함하되, 상기 결합제 조성물은, 고화제 94~98 중량% 및 토양안정제 2 ~ 6 중량%를 포함하고 있으며; 상기 고화제는, 클링커 분말 15~35중량%, 알루미나계 시멘트 구조화합물(C12A7:12CaO7Al2O3) 10~30중량%, 고로 슬래그 미분말 5~35중량%, 벤토나이트 5~15중량%, 플라이애쉬 10~20중량%, 제올라이트 5~25중량% 및 무수석고 15~35중량%를 포함하고 있는 무수축 콘크리트 조성물을 이용한 도로 포장방법으로서,
    상기 무수축 콘크리트 조성물을 준비하는 단계(S10);
    상기 준비된 무수축 콘크리트 조성물을 이동식 배차플랜트로 이송하는 단계(S20);
    상기 이송되어온 무수축 콘크리트 조성물을 믹서에 의해 혼합하여 도로포장재를 마련하는 단계(S30);
    상기 도로포장재를 포장할 도로의 기층 상에 1차 포설하는 단계(S50);
    상기 포설된 도로포장재를 전동롤러 또는 콤팩터를 이용하여 다짐하는 단계(S70); 및
    상기 다짐된 도로포장재를 양생시키는 단계(S80);
    를 포함하는 토사를 포함하는 무수축 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기층이 경사져 있는 경우에 한하여, 상기 도로의 기층 상에 도로포장재를 포설하는 단계(S50) 이전 단계에, 타이닝기를 이용하여 상기 기층 상에 재료분리 방지용 요철층을 형성하는 단계(S40)가 포함됨을 특징으로 하는 토사를 포함하는 무수축 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 도로의 기층 상에 도로포장재를 1차 포설하는 단계 이후(S50)에, 상기 1차 포설된 부위 상에 도로포장재를 재 포설하는 단계(S60)가 포함됨을 특징으로 하는 토사를 포함하는 무수축 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 도로포장재를 마련하는 단계(S30)는,
    자연토사를 제1 스크린을 통과시켜서 적정크기의 토사를 선별하는 1차 선별하는 단계(S300);
    상기 1차 선별된 토사를 제1 호퍼에 저장하는 단계(S310);
    상기 제1 호퍼에 저장된 1차 선별된 토사를 제1 컨베이어에 의해 이송시키는 단계(S320);
    상기 제1 컨베이어에 의해 이송되어 온 1차 선별된 토사를, 제1 스크린에 비해 작은 메시(mesh)의 제2 스크린을 통과시켜서 미세 토사를 선별하는 2차 선별단계(S330); 및
    상기 2차 선별과정을 거친 미세 토사와, 토사를 제외한 나머지 무수축 콘크리트 조성물을 믹서에 투입하여 혼합하는 단계(S340);를 포함하는 토사를 포함하는 무수축 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장방법.
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