KR101948548B1 - 연약지반 개량용 고화제 조성물 및 이의 제조방법, 그리고 이에 의한 고화제 - Google Patents

연약지반 개량용 고화제 조성물 및 이의 제조방법, 그리고 이에 의한 고화제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연약지반 개량용 고화제 조성물 및 이의 제조방법, 그리고 이에 의한 고화제에 관한 것이다. 본 발명은 고로슬래그, 플라이 애시, 석회, 알루민산 칼슘, 몬모릴로나이트, 카올리나이트, 탤크, 퍼라이트, 서멧, 운모, 세피올라이트, 건식 안료가 혼합된 연약지반 개량용 고화제 조성물 및 이의 제조방법, 그리고 이에 의한 고화제에 관한 것이다. 본 발명은 조성 성분의 특성에 의해 지내력, 속경성, 경량화 등을 향상시킬 수 있다.

Description

연약지반 개량용 고화제 조성물 및 이의 제조방법, 그리고 이에 의한 고화제 {SOLIDIFICATION AGENT COMPOSITION FOR IMPROVEMENT OF WEAK GROUND AND MANUFACTURING METHOD THERE, SOLIDIFICATION AGENT THEREBY}
본 발명은 연약지반 개량용 고화제 조성물 및 이의 제조방법, 그리고 이에 의한 고화제에 관한 것으로서, 진흙과 같은 연약지반을 고화시키기 위한 고화제 조성물 및 이의 제조방법, 그리고 이에 의한 고화제에 관한 것이다.
일반적으로 과도한 수분이 함유된 진흙 또는 뻘 형태의 연약지반 토양은 건축 또는 건설공사나 토목공사 이전에 고화제를 연약지반 토양에 교반한 후 양생하여 지반을 고화시킨다. 따라서, 연약지반은 고화에 의해 지내력이 발생되므로 건설용 중장비가 지표면을 이동하면서 작업을 실시하거나 건물이나 교각 또는 도로 등을 연약지반에 공사할 수 있다.
이러한 고화제는 대부분 시멘트가 주성분이므로 무게가 무거울 뿐만 아니라 경화속도가 늦고, 지내력을 강화시키기 쉽지 않으며, 강알카리 및 크롬 등이 함유됨에 따라 토질을 저하 내지 오염시킬 수 있다.
이를 방지하고자, 대한민국 특허공개 제10-2017-46876호(출원인: 주식회사 지안산업)는 고로수쇄 슬래그 100중량부에 대하여, 순환 유동층 보일러의 탈황공정 중에 배출되며 CaO 함량이 50~75중량%이고 SO3 함량이 15~40중량%인 석유 코크스 연소재 5~500중량부와, 팜커널껍질(Palm Kernel Shell)과 석탄 혼소 발전 시스템에서 배출되며 CaO 함량이 10~30중량%이고 SO3 함량이 1~15중량%인 팜커널껍질 연소재 5~500중량부를 포함하며, 상기 석유 코크스 연소재와 상기 팜커널껍질 연소재는 상기 고로수쇄 슬래그의 산성피막을 알칼리 및 황산염 자극하여 잠재수경성을 발휘시키는 것을 특징으로 하는 연약지반 개량용 결합재 조성물을 제안하고 있다.
이러한 종래기술은 팜커널껍질 연소재가 사실상 주성분이므로 발전소 및 제철소 등에서 대량 발생되는 산업부산물을 자극제로 활용하여 고로수쇄 슬래그의 활성도를 증진시킴으로써 건설공사에서 가장 널리 사용되는 1종 보통시멘트를 대체하거나 그 사용량을 최소화할수 있다.
또한, 시멘트 사용량 절감에 따른 생산원가 절감은 물론 천연자원 및 에너지 고갈 문제와 이산화탄소 배출에 의한 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있다.
그러나, 전술한 종래기술은 구성성분의 특성상 무게의 경량화 및 경화속도 향상, 그리고 지내력 강화 및 토질 개량을 도모하기 쉽지않다.
KR 10-2017-46876
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 구성성분에 의해 전체적인 무게의 경량화를 도모할 수 있고, 경화속도를 향상시킬 수 있으며, 지내력 강화 및 토질 개량을 도모할 수 있는 연약지반 개량용 고화제 조성물 및 이의 제조방법, 그리고 이에 의한 고화제를 제공하기 위함이 그 목적이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연약지반 개량용 고화제 조성물은, 고로슬래그 100중량부에 대하여, 플라이 애시 18 내지 24 중량부, 석회 2 내지 8 중량부, 알루민산 칼슘(CaAl2O4 또는 Ca3Al2O6) 1 내지 5 중량부, 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 0.7 내지 1.8 중량부, 카올리나이트(Kaolinite) 1 내지 3 중량부, 탤크(Talc) 1 내지 2.5 중량부, 퍼라이트(Perlite) 9 내지 23 중량부, 서멧(Cermet) 2 내지 8 중량부, 운모 3 내지 8 중량부, 세피올라이트(Sepiolite) 3 내지 7 중량부, 건식 안료 1.5 내지 3 중량부가 혼합된 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 고로슬래그에 추가로 혼합되는 토질개량제;를 더 포함하며, 상기 토질개량제는, 상기 고로슬래그 100 중량부에 대하여 5 내지 9 중량부로 혼합되는 소성 칼슘; 및 상기 고로슬래그 100 중량부에 대하여 4 내지 10 중량부로 혼합되는 규산질 미네랄;을 포함하여 구성할 수 있다.
본 발명의 제조방법은, 그린머드 벤토나이트, 포졸란 화산토 및 패각을 이용하여 연약지반 개량용 고화제 조성물의 제조방법에 있어서, 상기 그린머드 벤토나이트를 건조된 분말로 제조하는 그린머드 벤토나이트 분말 제조단계; 상기 포졸란 화산토를 가열 및 분쇄하는 가공공정을 통해 분말형 규산질 미네랄을 수득하는 포졸란 화산토 가공단계; 상기 패각을 가열 및 뷴쇄하는 가공공정을 통해 분말형 소성 칼슘을 수득하는 패각 가공단계; 상기 분말형 그린머드 벤토나이트, 상기 규산질 미네랄 및 상기 소성 칼슘을 제각기 격리시킨 상태로 풍압을 제공하여 설정된 거리까지 비산되는 각각의 미립자만을 포집하는 풍압 제공단계: 및 고로슬래그 100 중량부에 대하여 상기 미립자형 그린머드 벤토나이트 1.5 내지 3 중량부, 상기 규산질 미네랄 4 내지 10 중량부, 상기 소성 칼슘 5 내지 9중량부를 혼합하되, 상기 고로슬래그 100 중량부에 대하여 플라이 애시 18 내지 24 중량부, 석회 2 내지 8 중량부, 알루민산 칼슘(CaAl2O4 또는 Ca3Al2O6) 1 내지 5 중량부, 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 0.7 내지 1.8 중량부, 카올리나이트(Kaolinite) 1 내지 3 중량부, 탤크(Talc) 1 내지 2.5 중량부, 퍼라이트(Perlite) 9 내지 23 중량부, 서멧(Cermet) 2 내지 8 중량부, 운모 3 내지 8 중량부, 세피올라이트(Sepiolite) 3 내지 7 중량부를 함께 교반기에서 교반하여 혼합물을 제조하는 혼합물 제조단계;를 포함한다.
상기 그린머드 벤토나이트 분말 제조단계는, 수분이 함유된 덩어리 형태의 그린머드 벤토나이트를 150℃ 내지 220℃로 12시간 내지 24시간 동안 가열하여 수분을 탈수하는 가열단계; 상기 탈수된 그린머드 벤토나이트를 분쇄기에 투입하여 알갱이 형태로 분쇄하는 1차 분쇄단계; 상기 알갱이 형태의 그린머드 벤토나이트를 상기 분쇄기에 다시 투입하여 분말형태로 분쇄하는 2차 분쇄단계: 및 상기 분말형태의 그린머드 벤토나이트를 각각 80 메쉬와 150 메쉬 및 300 메쉬로 이루어져서 경사를 형성하는 복수의 원통형 여과망에 순차적으로 투과시켜 여과하는 여과단계;를 포함한다.
상기 가열단계는, 상기 수분이 함유된 덩어리 형태의 그린머드 벤토나이트를 저장통에 저장하여 진공 건조로에 투입하는 건조로 투입단계; 및 상기 진공 건조로를 밀봉한 상태로 히터 및 진공펌프를 작동시켜서 상기 저장통에 저장된 상기 덩어리 형태의 그린머드 벤토나이트를 가열하여 기포를 발생시키면서 진공펌프의 진공압을 통해 기포 및 수분을 증기상태로 추출하는 히팅 및 진공단계;를 포함한다.
상기 1차 분쇄단계는, 상기 분쇄기의 분쇄날을 분당 320rpm 내지 370rpm으로 1 내지 2 시간 동안 회전시켜서 상기 분쇄기의 함체형 본체에 저장된 상기 덩어리 형태의 그린머드 벤토나이트를 알갱이 형태로 분쇄하는 것을 특징으로 한다.
상기 2차 분쇄단계는, 상기 분쇄기의 분쇄날을 분당 700rpm 내지 750rpm으로 4 내지 5 시간 동안 회전시켜서 상기 분쇄기의 함체형 본체에 저장된 상기 알갱이 형태의 그린머드 벤토나이트를 분말 형태로 분쇄하는 것을 특징으로 한다.
상기 여과단계는, 상기 80 메쉬와 150 메쉬 및 300 메쉬로 각각 이루어져서 중첩상태로 설치된 원통형의 제1 원통형 거름망 내지 제3 원통형 거름망이 구비되고, 경사를 이루는 삼중망 투과기의 상기 제1 원통형 거름망에 상기 2차 분쇄단계의 상기 분말형 그린머드 벤토나이트를 투입하는 투입단계; 및 상기 삼중망 투과기를 회전시켜 상기 분말형 그린머드 벤토나이트를 제1 원통형 거름망 내지 제3 원통형 거름망을 순차적으로 투과시키는 투과단계;를 포함한다.
상기 포졸란 화산토 가공단계는, 수분이 함유된 덩어리 형태의 포졸란 화산토를 가열로에 투입하여 1200℃ 내지 1500℃의 고온으로 48시간 내지 52시간 동안 가열하는 고온 가열단계; 상기 가열된 포졸란 화산토를 분쇄기에 투입하여 알갱이 형태로 분쇄하는 분쇄단계: 상기 알갱이 형태의 포졸란 화산토를 상기 분쇄기에 다시 투입하여 분말형태로 분쇄함으로써, 분말형 규산질 미네랄을 수득하는 규산질 미네랄 수득단계; 및 상기 분말형 규산질 미네랄을 각각 80 메쉬와 150 메쉬 및 300 메쉬로 이루어져서 경사를 형성하는 복수의 원통형 여과망에 순차적으로 투과시켜 여과하는 여과단계;를 포함한다.
상기 풍압 제공단계는, 상기 분말형 그린머드 벤토나이트, 상기 규산질 미네랄 및 상기 소성 칼슘이 제각기 투입되는 복수의 호퍼가 일측의 상부에 구비되고, 단부가 차폐된 타측의 하부에 배출관이 구비된 장방형의 덕트와, 상기 덕트의 일측단에 구비된 송풍팬 및 상기 배출관의 하부에 구비된 포집포켓으로 이루어진 풍압기의 상기 호퍼들 각각에 상기 분말형 그린머드 벤토나이트, 상기 규산질 미네랄 및 상기 소성 칼슘을 투입하는 분말 투입단계; 및 상기 송풍팬을 통해 상기 덕트의 일측에서 타측으로 풍압을 제공하여 상기 덕트의 타측으로 상기 분말을 비산시켜서 상기 배출관을 통해 비산된 상기 분말을 상기 포집포켓에 포집함으로써, 최초 투입된 분말들 중에서 미립자 형태의 분말만을 분리하는 송풍단계;를 포함한다.
상기 패각 가공단계는, 상기 패각을 세척하여 염분을 제거하는 염분제거단계; 상기 세척된 패각을 열풍으로 건조하는 건조단계; 상기 건조된 패각을 가열로에 투입하여 700도씨 내지 900도씨의 고온으로 24시간 내지 30시간 동안 가열하는 패각 가열단계; 상기 가열된 패각을 냉각 후 분말형태로 분쇄하여 분말형 소성 칼슘을 수득하는 분쇄단계; 및 상기 분말형태의 패각을 각각 80 메쉬와 150 메쉬 및 300 메쉬로 이루어져서 경사를 형성하는 복수의 원통형 여과망에 순차적으로 투과시켜 여과하는 여과단계;를 포함한다.
본 발명의 연약지반 개량용 고화제는 위와 같은 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명은, 연약지반의 준설토와 교반시 알루민산 칼슘에 의해 포졸란 반응시 응집성이 우수하고, 몬모릴로나이트에 의해 점착성이 보강되며, 카올리나이트와 서멧 및 운모 등에 의해 양생 후 강도를 강화시킬 수 있을 뿐만 아니라 연약지반의 장기적인 안정화를 도모할 수 있는 고화제를 제공할 수 있다.
특히, 세피올라이트에 의해 속경성을 기대할 수 있고, 세라믹파이버에 의해 준설토에 대한 고화제의 부착력을 강화시킬 수 있으며, 산화지르코늄을 통해 동결융해에 대한 연약지반의 장기적 안정화를 도모할 수 있으며, 퍼라이트 및 파라셀을 통해 수분흡수율을 향상시켜서 경화속도를 좀더 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 고화제의 부피에 따른 무게를 좀더 경감시킬 수 있다.
또, 토질개량제를 통해 연약지반의 개량토질에 양분을 공급할 수 있고, 건식안료를 통해 개량토질의 색상을 가변시킬 수도 있으므로 연약지반의 지내력을 강화시키면서 양분을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 좀더 미려한 색상의 토질을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법의 그린머드 벤토나이트 분말 제조단계 및 포졸란 화산토 가공단계를 통해 국내산 그린머드 벤토나이트 및 포졸란 화산토를 고화제의 재료로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 규산질 미네랄이 혼합된 고화제를 제공할 수 있고, 패각 가공단계를 통해 패각을 고화제로 재활용할 수 있을 뿐만 아니라 소성 칼슘이 혼합된 고화제를 제공할 수 있다.
아울러, 풍압 제공단계를 통해 분말형 그린머드 벤토나이트와 규산질 미네랄 및 소성 칼슘에서 미립자만을 추출할 수 있으므로 이러한 미립자가 혼합된 고화제를 제공할 수 있으며, 이에 따고 고품질의 고화제를 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 5에 의한 고화제의 혼합비를 도시한 표;
도 2는 본 발명의 실시예 6 내지 10에 의한 고화제의 혼합비를 도시한 표;
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 10의 시험결과를 도시한 표;
도 4는 본 발명의 실시예 11 내지 13에 의한 고화제의 혼합비를 도시한 표;
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 제조방법에 적용되는 교반기의 단면도를 개략적으로 도시한 개념도;
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 제조방법에 적용되는 삼중망 투과기의 단면도를 개략적으로 도시한 개념도;
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 제조방법에 적용되는 진공건조로의 측면도를 개략적으로 도시한 개념도;
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 제조방법에 적용되는 풍압기의 사시도를 개략적으로 도시한 개념도; 및
도 9는 도 8에 도시된 풍압기의 단면도를 개략적으로 도시한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 연약지반 개량용 고화제 조성물 및 이의 제조방법, 그리고 이에 의한 고화제를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 의한 연약지반 개량용 고화제 조성물은, 고로슬래그 100중량부에 대하여, 플라이 애시 18 내지 24 중량부, 석회 2 내지 8 중량부, 알루민산 칼슘(CaAl2O4 또는 Ca3Al2O6) 1 내지 5 중량부, 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 0.7 내지 1.8 중량부, 카올리나이트(Kaolinite) 1 내지 3 중량부, 탤크(Talc) 1 내지 2.5 중량부, 퍼라이트(Perlite) 9 내지 23 중량부, 서멧(Cermet) 2 내지 8 중량부, 운모 3 내지 8 중량부, 세피올라이트(Sepiolite) 3 내지 7 중량부, 건식 안료 1.5 내지 3 중량부가 혼합되어 구성된다. 이러한 조성물의 구성 성분들은 모두 분말로 구성되며, 이를 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.
고로슬래그와 플라이 애시 및 석회는 후술되는 바와 같은 포졸란 반응을 발생시킨다. 이러한 포졸란 반응에 대하여 설명하면, 함수율 20% 이상, 특히 25% 이상의 진흙 또는 뻘헝태의 연약지반을 고화제와 교반하여 고화할 경우 포졸란 반응이 진행되어 토립자의 강도가 증진된다. 이를 통상 강도 발현 과정이라 부른다. 이러한 강도 발현 과정, 즉 포졸란 반응은 전술한 고로슬래그와 플라이애시 및 석회에 의한 수산화칼슘에 의해 발생된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의한 조성물은 고로슬래그와 플라이 애시 및 석회에 의해 토립자의 강도를 증진시킬 수 있다.
여기서, 전술한 고로슬래그와 플라이 애시는 포졸란 반응 물질인 이산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3)을 다량 함유하고 있으며, 또한 수화 반응에서 에트린자이트를 효과적으로 생성하는 삼산화유황(SO3)도 다량 함유하고 있기 때문에 수화반응이나 포졸란 반응을 지속적으로 촉진하여 고화된 지반의 안정된 강도를 유지시킬 수 있다.
고로슬래그는 본 발명의 실시예에 의한 조성물의 주성분이므로 다른 성분들에 비하여 가장 많은 양으로 구성되되, 전체 조성물 100 중량%를 기준으로 대략 35 중량% 내지 63 중량%로 구성되는 것이 바람직하다. 고로슬래그는 전체 조성물 100 중량%에서 35 중량% 미만으로 구성될 경우 전술한 수화반응이나 포졸란 반응이 충분하지 않게되어 조기강도 발현이 저하될 뿐만 아니라 이에 의한 지내력 저하를 초래하고, 63 중량%를 초과하여 구성될 경우 수화반응이나 포졸란 반응의 촉진효과가 지연되어 조기강도 발현이 저하된다. 고로슬래그는 전술한 지내력 및 조기강도 발현, 그리고 제조단가를 고려할 경우 전체 조성물 100 중량%에서 약 42~48 중량%로 구성되는 것이 바람직하다. 이렇게 구성할 경우, 소망하는 최적범위 내의 지내력 및 소망하는 최적기간 내의 조기강도 발현을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 최적의 가성비를 제공할 수 있다.
플라이 애쉬는 사실상 바인더로 사용되는 것으로, 알루미나(AL2O3) 및 실리카(SiO2)가 주성분이며, 입자가 둥근 속이빈 구형으로 형성되어 후술되는 수산화칼슘과 반응하여 포졸란 반응을 발생시키면서 슬럼프를 개선시켜 지반안정에 필요한 소요성능을 발현시키고, 장기강도를 강화시킬 뿐만 아니라 연약지반을 안정화시킨다. 이러한 플라이 애쉬는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 대략 18 내지 24 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 플라이 애쉬는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 18 중량부 미만으로 혼합될 경우 실리카의 부족으로 포졸란 반응의 활성화가 저하될 뿐만 아니라 장기강도가 저하되며, 이에 더하여 연약지반의 안정화 기간을 연장시킨다. 반대로, 플라이 애쉬는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 24 중량부를 초과하여 혼합될 경우 과도한 바이더 작용으로 전술한 수화반응이나 포졸란 반응의 촉진효과가 지연되어 연약지반의 안정에 필요한 소요성능이 오히려 저하된다. 플라이 애쉬는 조성물의 단가 및 소요성능을 고려하여 고로슬래그 100 중량부에 대하여 21 내지 22 중량부로 혼합되는 것이 가장 바람직하다. 이렇게 혼합될 경우 최적의 가성비 및 소요성능, 그리고 소망하는 장기강도를 도모할 수 있다.
석회는 생석회로 구성되는 것이 바람직하다. 석회는 포졸란 반응의 촉진 및 활성화에 영향을 주어 조성물의 물성을 개선시키고, 장기적으로 탄산칼슘을 발생시킴으로써 후술되는 알루민산 칼슘과 탄산칼슘의 반응을 통해 토립자를 응집고결시키도록 전술한 고로슬래그 및 플라이 애시에 혼합된다. 석회는 고로슬래그 및 플라이 애시와 혼합되어 수분을 갖는 토립자와 혼합될 경우, 수분에 의해 수화하여 수산화 칼슘으로 변하면서 수분을 고화키고, 수경성을 갖는 실리케이트(Silicate)나 알루미네이트(Aluminate)를 생성하여 포졸란 반응을 발생시킬 뿐만 아니라 다량의 CSH겔(calcium silicate hydrate gel)을 생성하여 연약지반의 함수율을 저하시킨다. 이러한 석회는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 2 내지 8 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다. 석회는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 2 중량부 미만으로 혼합될 경우 함량부족으로 포졸란 반응을 원활하게 유도하지 못할 뿐만아니라 고로슬래그 및 플라이 애시를 충분히 응집하지 못하고, 8 중량부를 초과할 경우 포졸란 반응에 과도한 영향을 미쳐서 충분한 고화를 방해하여 고화시간을 연장시킨다. 석회는 6 내지 7 중량부로 혼합되는 것이 가장 바람직하다. 이렇게 혼합될 경우 혼합량에 비하여 최적의 응집능을 제공할 수 있다.
결론적으로, 전술한 고로슬래그, 플라이 애시 및 석회는 연약지반과의 교반시 포졸란 반응을 발생시키기 위한 것이 주된 역할이다.
한편, 알루민산 칼슘은 응집작용을 발생시키는 역할이 크며, 전술한 탄산칼슘과 반응하면서 조성물에 급결성 또는 팽창성을 제공할 뿐만 아니라 토립자를 응집고결함으로써 연약지반의 경화 및 고화를 촉진시키고, 고화된 연약지반의 강도를 강화 및 안정화시킨다. 알루민산 칼슘은 산화칼슘원 및 알루미나원을 각각 사용할 수 있으나, 알루민산 칼슘이 함유된 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 알루민산 칼슘은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 대략 1 내지 5 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 알루민산 칼슘은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만으로 혼합될 경우 소망하는 응집고결 작용을 기대할 수 없고, 5 중량부를 초과할 경우 제조원가를 상상시킬 뿐만 아니라 안정화를 오히려 방해한다. 알루민산 칼슘은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 3 내지 3.5 중량부로 혼합되는 것이 가장 경제적인 것으로 확인되었다.
몬모릴로나이트는 점착성을 부여하는 역할이 크며, 단사정계의 광물로 점토광물의 일종이다. 몬모릴로나이트는 굳기가 1~1.5이고, 비중은 2~1.5이다. 몬모릴로나이트는 수분을 흡수하여 7~10배 부피가 증가하는 성질이 있을 뿐만 아니라 이온 교환성이 높으며, 수분과의 반응시 점착성이 발생하여 연약지반의 강도를 강화시키면서 안정화시킨다. 몬모릴로나이트는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 0.7 내지 1.8 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 몬모닐로나이트는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 0.7 중량부 미만으로 혼합될 경우 수분 흡수 효과를 거의 볼 수 없고, 1.8 중량부를 초과하여 혼합될 경우 오히려 조성물의 포졸란 반응이나 수화반응에 장애를 초래한다. 몬모닐로나이트는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 0.9 내지 1.2 중량부로 혼합될 경우 혼합량 대비 가장 우수한 점착성을 발휘하는 것으로 확인되었다.
카올리나이트는 결합강도를 강화시키는 역할이 크며, 카올린을 주성분으로 함에 따라 흡수성 및 점성이 우수하여 도자기의 재료로 많이 사용된다. 카올리나이트는 비교적 미립이고, 경도가 2~2.5이므로 본 발명의 실시예에 의한 조성물이 연약지반과 교반될 경우 조성물의 구성성분들의 사이로 침투하여 고화됨에 따라 연약지반의 지내력을 더욱 강화시킨다. 카올리나이트는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 대략 1 내지 3 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 카올리나이트는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만으로 혼합될 경우 연약지반의 지내력을 사실상 강화시킬 수 없고, 3 중량부 이상으로 혼합될 경우 경제성이 떨어진다. 카올리나이트는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 1.8 내지 2.3 중량부 정도만 혼합되어도 연약지반의 지내력에 만족할 정도의 영향을 주는 것으로 확인되었다.
탤크는 일명 활석으로 불리는 광물로서 가장 부드러운 광물로 알려져 있다. 탤크는 분말시 순도가 높을 경우 화장품용으로도 사용되지만, 순도가 낮을 경우 흡수성 및 고착성이 강한 재질특성으로 가옥의 지붕재나 도자기의 강도 강화용으로 첨가되기도 한다. 탤크는 전술한 특성에 의해 본 발명의 실시예에 의한 조성물의 성분들 중에서 감수제 역할한다. 이에 따라, 탤크는 연약지반의 수분을 원활하게 흡수하여 경화시간을 단축시킬 뿐만 아니라 연약지반을 안정화시킨다. 탤크는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 1 내지 2.5 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 탤크는 고로슬래그 100 중량부에 대항 1 중량부 미만으로 혼합될 경우 경화시간을 크게 단축시킬 수 없고, 2.5 중량부를 초과할 경우 조성물의 단가를 상승시킨다. 탤크는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 1.5 내지 2 중량부로 혼합될 경우 원하는 범위 이내로 경화시간을 단축시켰다.
퍼라이트는 흡수제 역할이 크며, 일반적인 팽창 퍼라이트를 적용하는 것이 바람직하다. 이러한 퍼라이트는 인공적으로 제조된 다공질의 경량토로서, 기공을 통해서 수분을 흡수하거나 통기성을 제공하고, 경량성을 제공한다. 퍼라이트는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 9 내지 23 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다. 퍼라이트는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 9 중량부 미만으로 혼합될 경우 경량성과 흡수성 및 통기성을 거의 제공할 수 없고, 23 중량부를 초과할 경우 과도한 기공을 제공하여 연약지반의 지내력을 저하시킨다. 퍼라이트는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 18 중량부 내지 20 중량부만 혼합되어도 규정된 연약지반의 침하량 범위를 만족시켰다.
서멧은 고화되는 연약지반의 조직을 치밀하게 하기 위한 것이다. 서멧은 분말야금법으로 만들어진 금속 및 세라믹스 성분의 내열재로서 세라믹의 특성인 경도와 내산화성 및 내마모성, 그리고 금속의 특성인 강인성 및 기계적 강도를 갖는다. 서멧은 용사에 의해 분말로 제조되어 다양한 분야에 내열성 또는 내마모성 코팅재 등으로 사용된다. 서멧은 니켈과 크롬 및 몰리브덴 중 적어도 어느 하나의 금속에 세라믹이 혼합된 것으로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 서멧은 전술한 특성에 의해 연약지반의 고화시 다른 성분들과 함께 고결되어 연약지반의 장기강도를 강화시킨다. 서멧은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 2 내지 8 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다. 서멧은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 2 중량부 미만으로 혼합될 경우 혼합량 부족으로 전술한 강도강화를 기대할 수 없고, 8 중량부 이상으로 혼합될 경우 전술한 금속성분으로 인하여 조성물의 중량을 가중시킨다. 서멧은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 3.5 내지 5 중량부로 혼합될 경우 혼합량 대비 가장 효율적인 강도성능을 보였다.
운모는 고화시 결합강도를 보강하여 물성을 개선시키기 위한 역할이 크며, 굳기가 2.5~4의 층상규산염 광물로서 결정상의 결합강도를 향상시키는 특성있다. 미분의 운모는 전술한 특성에 의해 경량건축재나 석고시멘트판에 사용되기도 한다. 운모는 연약지반의 결합강도를 강화시켜서 연약지반의 강도발현을 활성화한다. 운모는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 3 내지 8 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 운모는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 3 중량부 미만으로 혼합될 경우 결합강도를 강화시킬 수 없고, 8 중량부를 초과하여 혼합될 경우 오히려 결합을 방해할 수 있다. 운모는 6 내지 7 중량부로 혼합될 경우 결합력을 방해하지 않으면서도 원하는 범위의 지내력을 나타냈다.
세피올라이트는 속결성을 향상시키기 위한 역할이 크며, 섬유상 형태를 가진 점토광물로서 고온 소성되어 건조제로 사용되거나 흡착제로 사용된다. 세피올라이트는 건조 및 흡착 특성에 의해 연약지반의 점도를 조절한다. 세피올라이트는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 3 내지 7 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 세피올라이트는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 3 중량부 미만으로 혼합될 경우 함량미달로 점도제 역할을 하지 못하고, 7 중량부를 초과하여 혼합될 경우 조성물 및 연약지반의 결합력을 저하시킨다. 세피올라이트는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 4 내지 5 중량부로 혼합될 경우 가장 효율이 우수하였다.
건식 안료는 발색제로써, 본 발명의 실시예에 의한 조성물에 혼합되어 연약지반의 색상을 변색시키는 성분이다. 건식 안료는 무기안료에 주로 사용되는 황색 산화철 및 산화크롬 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 이와 달리, 건식 안료는 그린머드 벤토나이트로 구성될 수도 있다. 건식 안료는 구성성분의 고유색상을 통해 연약지반의 색상을 변색시킨다. 건식안료는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 1.5 내지 3 중량부가 혼합되는 것이 바람직다하. 건식안료는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 1.5 중량부 미만으로 혼합될 경우 색상발현이 불가능하고, 3 중량부를 초과하여 혼합될 경우 경제성이 저하된다. 건식안료는 2.2 내지 2.5 중량부로 혼합될 경우 혼합비 대비 가장 보기 좋은 색상을 발현하였다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 조성물은 연약지반 강도강화를 위해 세라믹파이버가 추가로 혼합될 수 있다. 세라믹파이버는 세라믹을 섬유화한 물질로 최근 도자기의 강도강화를 위해 사용되고 있다. 세라믹파이버는 연약지반의 토질 내에 혼합되어 철근과 같은 역할을 하여 고화된 토질의 강도를 강화시킨다. 세라믹파이버는 조성물의 다른 성분들과 연약지반의 준설토에 대한 혼합이 용이하면서 소망하는 부착력을 발휘하도록 평균 직경이 1∼20㎛ 이고, 종횡비가 6~7로 구성된 것이 바람직하다. 세라믹파이버는 생분해 기간을 고려하여 도로나 교각이 설치되는 연약지반에 적용되는 것이 바람직하고, 건물 등이 설치되는 연약지반에는 적용하지 않는 것이 바람직하다. 세라믹파이버는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 3 내지 6 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 세라믹파이버는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 3 중량부 미만으로 혼합될 경우 토질의 강도강화를 기대할 수 없고, 6 중량부를 초과하여 혼합될 경우 토질이 필요이상으로 과도하게 강화된다. 세라믹파이버는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 4 내지 5 중량부가 혼합될 경우 혼합비 대비 가장 효율이 좋다는 것을 확인하였다.
또, 본 발명의 실시예에 의한 조성물은 동결융해에 대한 연약지반의 장기적 안정화를 위해 산화지르코늄이 추가로 혼합될 수 있다. 산화지르코늄은 무색의 분말로서 저온(1,000℃ 이하)에서는 단사정계이고, 고온에서는 정방정계이다. 산화지르코늄은 내식성이 크고, 열팽창률이 작아서 급격한 온도변화에 잘 견디므로 내화재료로 사용되기도 하며, 세라믹재료 중에서 가장 강도가 높다. 산화지르코늄은 이러한 특성에 의해 연약지반의 동결융해 등에 대한 저항성을 증대시키면서 장기적으로 안정화시킨다. 산화지르코늄은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 2 내지 4 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 산화지르코늄은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 2 중량부 미만으로 혼합될 경우 특성을 발휘할 수 없고, 4 중량부를 초과하여 혼합될 경우 효과 대비 재료비 상승을 초래한다. 산화지르코늄은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 3 내지 3.5 중량부로 혼합될 경우 혼합량 대비 가장 우수한 성능을 보였다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 조성물은 연약지반과의 준설토와 교반될 경우 준설토에 대한 수분흡수율이 향상되도록 파라셀(Paracel)을 추가로 혼합할 수도 있다. 파라셀은 통상적으로 단열용 건축 내장재나 외장재에 사용되는 성분이며, 황토나 백토 또는 규조토와 같은 성질로 인하여 수분 흡수성이 우수하다. 파라셀은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 0.5 내지 3 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 파라셀은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 미만으로 혼합될 경우 수분흡수율 미약하고, 3 중량부를 초과하여 혼합될 경우 수분흡수율이 우수하지만 연약지반의 점성을 과도하게 약화시킨다. 파라셀은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 1.2 내지 2.3 중량부로 혼합될 경우 혼합비에 비해 약 3~5%의 최적 수분흡수율을 나타냈다.
다른 한편, 본 발명의 실시예에 의한 조성물은, 경작지 또는 건물의 조경공간으로 연약지반이 활용될 경우 식물의 생장을 돕도록 토질개량제가 추가로 혼합될 수 있다. 토질개량제는, 패각의 재활용으로 수득되어 고로슬래그 100 중량부에 대하여 5 내지 9 중량부로 혼합되는 소성 칼슘, 그리고 포졸란 화산토에 의해 수득되어 고로슬래그 100 중량부에 대하여 4 내지 10 중량부로 혼합되는 규산질 미네랄 중 적어도 어느 하나로 구성된다.
소성 칼슘은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만으로 혼합될 경우 토질개량의 효과가 미흡하고, 9 중량부를 초과하여 혼합될 경우 준설토의 고화에 요구되는 응결성을 저해한다. 소성 칼슘은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 6 내지 7 중량부로 혼합될 경우 혼합비에 비하여 최적의 효과를 보였다.
규산질 미네랄은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 4 중량부 미만으로 혼합될 경우 토질개량의 효과가 미흡하고, 10 중량부를 초과하여 혼합될 경우 전술한 소성 칼슘과 동일하게 응결성을 저해한다. 규산질 미네랄은 전술한 소성 칼슘의 혼합량 및 혼합비 대비 효율을 고려할 경우 고로슬래그 100 중량부에 대하여 7 내지 8 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
한편, 기존에 판매되는 통상의 고화제를 기반으로 비교예의 고화제 및 이에 의한 시험편을 제조하고, 전술한 본 발명의 실시예에 의한 조성물을 기반으로 실험예 및 실시예를 위한 고화제 및 이에 의한 시험편을 제조한 후, 이들의 특성을 대비한 실험결과에 대하여 첨부된 도 1 내지 도 4의 표를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 설명에 앞서, 통상적으로 고화제는 1m3 의 연약지반으로부터 발생되는 준설토 1,700kg에 대하여 약 0.7%의 비율에 해당하는 119kg이 혼합된다. 따라서, 비교예와 실험예 및 실시예들은 각각의 개별적 총 중량이 대략 120kg을 이루도록 제각기 고화제를 제조한 후 이를 약 45%의 함수율을 갖는 고함수토와 교반하여 시험용 교반토 시험편을 만들었다. 즉, 비교예와 실험예 및 실시예 1 내지 10은 120kg으로 각각 제조된 고화제에 의해 시험편들이 제각기 만들어졌다. 이때, 고로슬래그는 개량의 편의성을 위해 100g을 기준으로 삼았다. 이러한 시험편들은 KS F 2314의 방법에 의해 시험되어 하기와 같은 결과를 보였다.
여기서, 전술한 실험예 및 실시예들은 앞서 설명된 안료와 토질개량제를 생략하여 시험편을 제조하였다. 전술한 안료 및 토질개량제는 고화성능에 크게 영향을 주지 않으므로 생략되었다.
<비교예>
비교예는 통상의 고화제와 같은 성질을 갖도록 도 1에 도시된 바와 같이 고로슬래그, 플라이애시, 시멘트, 황산알루미늄 및 황산칼슘을 혼합하여 제조하되, 이 성분들의 함량을 분석한 결과를 토대로 혼합비를 산출하여 이 성분들을 혼합하였다. 이를 좀더 자세히 설명하면, 통상의 고화제 120kg을 분석한 바, 120kg의 총량 100중량%에서 고로슬래그가 35중량%, 플라이 애시 28중량%, 시멘트 35중량%, 황산알루미늄 9중량% 및 황산칼슘 9중량%가 혼합된 것으로 분석되어 이를 토대로, 100 중량부의 고로슬래그와 이러한 고로슬래그 100 중량부에 대하여 80중량부의 플라이 애시, 100 중량부의 시멘트, 26 중량부의 황산알루미늄 및 26 중량부의 황산칼슘을 혼합하였다(참고: 시판되는 다른 고화제들의 경우 고로슬래그가 30~80중량%로 혼합된 것들도 많음). 그리고, 이러한 혼합물 중 120kg만을 분리해서 전술한 고함수토 1,700kg과 교반하여 시험편을 제조하였다.
이러한 비교예는 시판되는 고화제에 해당함에 따라 도 3에 도시된 압축강도와 지내력 및 침하량을 충족하는 것으로, 도시된 바와 같이 28일의 압축강도가 1.6Mpa을 보였고, 지내력 및 침하량은 기준치(지내력기준: 15ton/ 침하량기준: 25mm)를 초과하였다.
<실험예>
실험예는 후술되는 실시예 1 내지 5의 구성 성분들 중에서 연약지반의 강도나 응결에 영향을 주는 몇가지 성분들을 제외하여 고화제를 제조한 후 이를 이용하여 시험편을 만들었다. 이에 따라, 실험예는 도 1에 도시된 바와 같이 고로슬래그 100 중량부에 대하여 21 중량부의 플라이 애시, 7 중량부의 석회, 3.5 중량부의 알루민산 칼슘, 2 중량부의 탤크 및 20 중량부의 퍼라이트가 혼합된 고화제 혼합물 중 120kg의 혼합물을 전술한 바와 같은 고함수토와 교반하여 시험용 교반토 시험편을 제조하였다.
이러한 실험예는 도 3에 도시된 바와 같이 28일의 압축강도가 1.2Mpa이고, 지내력이 21.4ton 이며, 침하량이 5.6mm이다. 실험예는 고로슬래그와 플라이애시 및 석회, 그리고 알루민산 칼슘의 양은 충분하지만, 비교예의 시멘트가 생략됨에 따라 이를 보완하기 위한 실시예1 내지 5에 혼합된 다수의 성분들이 생략됨에 따라 압축강도와 지내력 및 침하량이 비교예보다 안좋은 것으로 생각된다.
<실시예 1>
실시예 1은 전술한 중량%의 범위를 기준으로하는 고로슬래그 100 중량부에 대하여, 도 1에 도시된 바와 같이 16 중량부의 플라이애시, 1 중량부의 석회, 0.7 중량부의 알루민산 칼슘, 0.3 중량부의 몬모릴로나이트, 0.8 중량부의 카올리나이트, 0.5 중량부의 탤크, 7 중량부의 페라이트, 0.8 중량부의 서멧, 1 중량부의 운모 및 1.5 중량부의 세피올라이트가 혼합된 고화제 혼합물 중 120kg의 혼합물을 전술한 바와 같은 고함수토와 교반하여 시험용 교반토 시험편을 제조하였다.
이러한 실시예 1은 도 3에 도시된 바와 같이 28일의 압축강도가 1.5Mpa이고, 지내력이 22.2ton 이며, 침하량이 5.1mm로써, 비교예에 비하면 그 측정값이 안좋다. 실시예 1은 시멘트가 생략된 대신 이를 보완하는 석회와 알루민산 칼슘 내지 세피올라이트 등의 성분들이 혼합되었지만, 이들의 성분비가 미소하게 혼합됨에 따른 함량부족, 즉 적정량 부족으로 압축강도와 지내력 및 침하량이 비교예 보다 미흡한 것으로 생각된다.
<실시예 2>
실시예 2는 전술한 중량%의 범위를 기준으로하는 고로슬래그 100 중량부에 대하여, 도 1에 도시된 바와 같이 18 중량부의 플라이애시, 6 중량부의 석회, 2 중량부의 알루민산 칼슘, 1 중량부의 몬모릴로나이트, 2 중량부의 카올리나이트, 1 중량부의 탤크, 18 중량부의 페라이트, 2 중량부의 서멧, 4 중량부의 운모 및 3 중량부의 세피올라이트가 혼합된 고화제 혼합물 중 120kg의 혼합물을 전술한 바와 같은 고함수토와 교반하여 시험용 교반토 시험편을 제조하였다.
이러한 실시예 2는 도 3에 도시된 바와 같이 28일의 압축강도가 1.5Mpa이고, 지내력이 22.6ton 이며, 침하량이 4.8mm로써, 비교예에 비하면 그 측정값이 다소 안좋다. 실시예 2는 시멘트가 생략된 대신 이를 보완하는 석회와 알루민산 칼슘 내지 세피올라이트 등의 성분들이 실시예 1 보다 많이 혼합되었지만, 이들의 성분비가 그래도 다소 부족함에 따른 함량부족으로 압축강도와 지내력 및 침하량이 비교예보다 다소 미흡한 것으로 생각된다.
<실시예 3>
실시예 3은 전술한 중량%의 범위를 기준으로하는 고로슬래그 100 중량부에 대하여, 도 1에 도시된 바와 같이 21 중량부의 플라이애시, 7 중량부의 석회, 3.5 중량부의 알루민산 칼슘, 1.2 중량부의 몬모릴로나이트, 2 중량부의 카올리나이트, 2 중량부의 탤크, 20 중량부의 페라이트, 4 중량부의 서멧, 6 중량부의 운모 및 4 중량부의 세피올라이트가 혼합된 고화제 혼합물 중 120kg의 혼합물을 전술한 바와 같은 고함수토와 교반하여 시험용 교반토 시험편을 제조하였다.
이러한 실시예 3은 도 3에 도시된 바와 같이 28일의 압축강도가 2.1Mpa이고, 지내력이 23.5ton 이며, 침하량이 3.4mm로써, 비교예 보다 우수한 결과를 나타냈다. 실시예 3은 전술한 석회와 알루민산 칼슘 내지 세피올라이트 등의 성분들의 성분이 실시예 2 보다 많이 혼합됨에 따라 비교예 보다 우수한 결과를 나타냈다고 생각된다.
<실시예 4>
실시예 4는 전술한 중량%의 범위를 기준으로하는 고로슬래그 100 중량부에 대하여, 도 1에 도시된 바와 같이 24 중량부의 플라이애시, 8 중량부의 석회, 5 중량부의 알루민산 칼슘, 1.2 중량부의 몬모릴로나이트, 3 중량부의 카올리나이트, 2.5 중량부의 탤크, 23 중량부의 페라이트, 6 중량부의 서멧, 8 중량부의 운모 및 5 중량부의 세피올라이트가 혼합된 고화제 혼합물 중 120kg의 혼합물을 전술한 바와 같은 고함수토와 교반하여 시험용 교반토 시험편을 제조하였다.
이러한 실시예 4는 도 3에 도시된 바와 같이 28일의 압축강도가 2.3Mpa이고, 지내력이 23.7ton 이며, 침하량이 3.2mm로써, 실시예 3 보다 우수한 결과를 나타냈다. 실시예 4는 고로슬래그를 제외한 모든 성분들의 함량이 실시예 3 보다 증량됨에 따라 실시예 3 보다 우수한 결과를 나타냈다고 생각된다.
<실시예 5>
실시예 5는 전술한 중량%의 범위를 기준으로하는 고로슬래그 100 중량부에 대하여, 도 1에 도시된 바와 같이 26 중량부의 플라이애시, 12 중량부의 석회, 7 중량부의 알루민산 칼슘, 3 중량부의 몬모릴로나이트, 3.5 중량부의 카올리나이트, 4 중량부의 탤크, 25 중량부의 페라이트, 9 중량부의 서멧, 11 중량부의 운모 및 8 중량부의 세피올라이트가 혼합된 고화제 혼합물 중 120kg의 혼합물을 전술한 바와 같은 고함수토와 교반하여 시험용 교반토 시험편을 제조하였다.
이러한 실시예 5는 도 3에 도시된 바와 같이 28일의 압축강도가 2.5Mpa이고, 지내력이 23.9ton 이며, 침하량이 3.1mm로써, 실시예 3 보다 월등히 우수한 결과를 나타냈다. 실시예 5는 고로슬래그를 제외한 모든 성분들의 함량이 실시예 3 및 실시예 4 보다 월등히 증량됨에 따라 실시예 3 보다 월등한 결과를 나타냈다고 생각된다.
<실시예 6>
실시예 6 내지 10은 전술한 실시예 1 내지 5의 조성물에 세라믹파이버, 산화지르코늄 및 파라셀을 추가로 혼합한 것이 전술한 실시예 1 내지 5와의 차이점이다. 실시예 6은 실시예 1의 조성물에 전술한 성분이 추가되되, 도 2에 도시된 바와 같이 실시예 1의 고로슬래그 100 중량부에 대하여 2 중량부의 세라믹파이버, 1 중량부의 산화지르코늄 및 0.3 중량부의 파라셀이 혼합된 고화제 혼합물 중 120kg의 혼합물을 전술한 바와 같은 고함수토와 교반하여 시험용 교반토 시험편을 제조하였다.
이러한 실시예 6은 도 3에 도시된 바와 같이 28일의 압축강도가 1.9Mpa이고, 지내력이 22.5ton 이며, 침하량이 5.4mm로써, 실시예 1 보다는 우수하지만 실시예 1 내지 5 보다는 미흡하다. 실시예 6은 실시예 5에서 설명된 바와 같이 석회 내지 세피올 라이트의 함량이 부족하여 미흡한 결과를 보인것으로 사료된다.
<실시예 7>
실시예 7은 실시예 2의 조성물에 전술한 성분이 추가되되, 도 2에 도시된 바와 같이 실시예 2의 고로슬래그 100 중량부에 대하여 3 중량부의 세라믹파이버, 3 중량부의 산화지르코늄 및 1 중량부의 파라셀이 혼합된 고화제 혼합물 중 120kg의 혼합물을 전술한 바와 같은 고함수토와 교반하여 시험용 교반토 시험편을 제조하였다.
이러한 실시예 7은 도 3에 도시된 바와 같이 28일의 압축강도가 2.1Mpa이고, 지내력이 23.7ton 이며, 침하량이 4.8mm로써, 실시예 2 보다는 우수하지만 실시예 3 내지 5 보다는 미흡하다. 실시예 6은 실시예 2에서 설명된 바와 같이 알루민산 칼슘 내지 세피올 라이트의 함량이 다소 부족하여 미흡한 결과를 보인것으로 사료된다.
<실시예 8>
실시예 8은 실시예 3의 조성물에 전술한 성분이 추가되되, 도 2에 도시된 바와 같이실시예 3의 고로슬래그 100 중량부에 대하여 5 중량부의 세라믹파이버, 4 중량부의 산화지르코늄 및 2 중량부의 파라셀이 혼합된 고화제 혼합물 중 120kg의 혼합물을 전술한 바와 같은 고함수토와 교반하여 시험용 교반토 시험편을 제조하였다.
이러한 실시예 8은 도 3에 도시된 바와 같이 28일의 압축강도가 2.5Mpa이고, 지내력이 23.9ton 이며, 침하량이 3.1mm로써, 실시예 3 보다는 우수한 결과를 보였다. 실시예 8은 비교예 보다 우수한 실시예 3에 전술한 성분이 추가됨에 따라 실시예 3 보다 좀더 우수한 결과를 나타낸 것으로 생각된다.
<실시예 9>
실시예 9는 실시예 4의 조성물에 전술한 성분이 추가되되, 도 2에 도시된 바와 같이실시예 4의 고로슬래그 100 중량부에 대하여 7 중량부의 세라믹파이버, 4 중량부의 산화지르코늄 및 2 중량부의 파라셀이 혼합된 고화제 혼합물 중 120kg의 혼합물을 전술한 바와 같은 고함수토와 교반하여 시험용 교반토 시험편을 제조하였다.
이러한 실시예 9는 도 3에 도시된 바와 같이 28일의 압축강도가 2.8Mpa이고, 지내력이 24.2ton 이며, 침하량이 2.9mm로써, 실시예 4 보다는 우수한 결과를 보였다. 실시예 9는 실시예 3 보다 우수한 실시예 4에 전술한 성분이 추가됨에 따라 실시예 8 보다 우수한 결과를 나타낸 것으로 생각된다.
<실시예 10>
실시예 10은 실시예 5의 조성물에 전술한 성분이 추가되되, 도 2에 도시된 바와 같이 실시예 5의 고로슬래그 100 중량부에 대하여 8 중량부의 세라믹파이버, 5 중량부의 산화지르코늄 및 4 중량부의 파라셀이 혼합된 고화제 혼합물 중 120kg의 혼합물을 전술한 바와 같은 고함수토와 교반하여 시험용 교반토 시험편을 제조하였다.
이러한 실시예 10은 도 3에 도시된 바와 같이 28일의 압축강도가 2.8Mpa이고, 지내력이 24.6ton 이며, 침하량이 2.6mm로써, 실시예 9 보다는 더 우수한 결과를 보였다. 실시예 9는 실시예 9에 비하여 추가된 성분의 배합비가 증가함에 따라 실시예 9 보다 우수한 결과를 나타낸 것으로 생각된다.
이상의 시험결과로 볼때, 소망하는 성능 및 경제성 등을 고려하면 실시예 1 내지 10 중에서 전술한 실시예 3 및 8의 결과가 가장우수하였으며, 세라믹파이버와 산화지르코늄 및 파라셀이 추가로 혼합되지 않은 실시예 1 내지 5의 경우 실시예 3의 결과가 가장 우수하다는 것을 알 수 있었다. 그리고, 실시예 1 내지 5에 전술한 추가 성분이 혼합된 실시예 6 내지 10은 추가된 성분에 의해 실시예 1 내지 5 보다 좀더 향상된 결과값을 보였다. 따라서, 세라믹파이버와 산화지르코늄 및 파라셀로 구성된 추가 성분은 효과 향상에 도움이 되는 것을 알 수 있었다.
한편, 전술한 비교예와 실험예 및 실시예 1 내지 5를 20리터의 봉지에 가득 담아서 무게의 차이를 확인한 결과, 도 1에 도시된 바와 같이 비교예가 다른 것들에 비해 가장 무거운 것으로 확인되어 경량성 안좋음(X)으로 확인되었고, 퍼라이트가 20 중량부 이상 혼합된 실험예 및 실시예 3이 다른 것들에 비해 경량성 매우 좋음(◎)으로 확인되었으며, 20중량부 미만인 실시예 1 및 실시예2는 다른 것들에 비해 경량성 보통(△) 또는 경량성 좋음(○)으로 확인되었고, 실시예 4 및 5의 경우 퍼라이트가 20 중량부 이상 혼합되었음에도 불구하고 경량성 매우 좋음(◎)이 아니라 경량성 보통(△) 또는 경량성 좋음(○)으로 확인되었는데, 이는 퍼라이트를 제외한 비중이 무거운 다른 성분들의 혼합비가 전술한 실시예들 보다 증가하여 이러한 결과가 나타난 것으로 사료된다.
다른 한편, 전술한 바와 같이 가장 경제적이면서 우수한 성능을 보인 실시예 3에 의한 조성물에 전술한 안료 및 토질개량제를 혼합할 경우의 실험결과는 도 4에 도시된 바와 같다. 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 11은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 그린머드 벤토나이트로 이루어진 1중량부의 건식 안료, 4 중량부의 소성 칼슘 및 2.5 중량부의 규산질 미네랄이 혼합되었다.실시예 12는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 그린머드 벤토나이트로 이루어진 2.3중량부의 건식 안료, 6.5 중량부의 소성 칼슘 및 7 중량부의 규산질 미네랄이 혼합되었다. 실시예 13은 고로슬래그 100 중량부에 대하여 그린머드 벤토나이트로 이루어진 4중량부의 건식 안료, 11 중량부의 소성 칼슘 및 9 중량부의 규산질 미네랄이 혼합되었다. 이러한 실시예 11 내지 13을 전술한 고함수토와 혼합한 다음 28일이 경과한 후 시험편의 색상을 육안으로 확인하였을 때 실시예 11의 경우 건식 안료의 함량이 부족하여 소망하는 색상이 발현되지 않았고, 실시예 12 및 13의 경우 소망하는 색상이 발현되었다. 하지만, 건식 안료의 혼합량으로 볼때 실시예 12에서 색상이 발현되었으므로 실시예 12가 혼합량 대비 가장 경제적인 것으로 확인되었다. 그리고, 실시예 11 내지 13의 조성물을 전술한 고함수토와 혼합하고, 이를 건조한 다음 곱게 분쇄하여 화분에 담은 후 천냥금 나무의 열매를 심고, 물을 준 후 낮 최고 22도 조건의 양지에 놔둔 다음 새싹이 발아하는 일자를 확인하였다. 그 결과, 실시예 11은 14일만에 새싹이 발아하였고, 실시예 12 및 13은 각각 11일 10일만에 발아하였다. 실시예 11의 경우 소성 칼슘 및 규산질 미네랄의 함량이 실시예 12 및 13 보다 부족하여 영양공급이 원활하지 못함에 따라 발아가 늦은 것으로 사료되었으며, 실시예 12의 경우 실시예 13과 발아일이 크게 차이가 없었다. 따라서, 실시예 12는 토질개량제의 혼합량 대비 가성비가 실시예 13 보다 좀더 우수하다는 것을 알 수 있었다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 고화제 조성물의 제조방법은 전술한 실시예 12의 고화제를 제조하기 위한 제조방법이다. 즉, 본 발명의 실시예에 의한 제조방법은 전술한 실시예 3에 그린머드 벤토나이트로 이루어진 건식 안료와 소성 칼슘 및 규산질 미네랄이 혼합되어 이루어진 전술한 실시예 12의 고화제를 제조하기 위한 방법이다. 이러한 제조방법의 소성 칼슘은 패각을 가공하여 준비하고, 규산질 미네랄은 포졸란 화산토를 가공하여 준비한다. 설명에 앞서, 전술한 그린머드 벤토나이트는 한국의 고령에서 출토되는 것이 가장 질이 좋다고 알려져 있고, 규산질 미네랄을 제조하기 위한 후술되는 포졸란 화산토는 한국의 울산에서 출토되는 것이 가장 좋다고 알려져 있다. 하지만, 이러한 국내의 그린머드 벤토나이트 및 포졸란 화산토는 제조회사 및 제조설비가 부족하고, 특히 그린머드 벤토나이트의 경우 수분함량이 과도하여 분말제조가 쉽지 않음에 따라 분말형태로 시중에 원활하게 공급되지 못하고 있는 실정이다. 그리고, 패각을 이용한 분말형 소성 칼슘은 이를 취급하는 회사가 부족할 뿐만 아니라 패각을 소성 칼슘으로 가공하는 방법이 잘 알려지지 않음에 따라 이들 분말의 경우 수급이 원활하지 못하다. 따라서, 본 발명의 출원인은 재료를 자체적으로 원활하게 공급할 수 있도록 이들을 분말로 제조하는 방법을 개발하여 본 발명에 적용하였다. 특히, 이들을 분말로 제조하는 방법은 미세먼지에 가까울 정도로 분말을 제조할 수 있으므로 미립자 분말을 자체적으로 공급할 수 있는 방법을 개시한다. 이러한 제조방법은 후술되는 바와 같다.
본 발명의 실시예에 의한 제조방법은, 전술한 그린머드 벤토나이트를 건조된 분말로 제조하는 그린머드 벤토나이트 분말 제조단계; 전술한 포졸란 화산토를 가열 및 분쇄하는 가공공정을 통해 분말형 규산질 미네랄을 수득하는 포졸란 화산토 가공단계; 전술한 패각을 가열 및 분쇄하는 가공공정을 통해 분말형 소성 칼슘을 수득하는 패각 가공단계; 전술한 그런머드 벤토나이트와 규산질 미네랄 및 소성 칼슘으로 이루어진 분말들이 제각기 격리된 상태에서 각각 설정된 거리로 비산되어 포집되도록 풍압을 제공하는 풍압 제공단계; 및 전술한 풍압 제공단계에서 포집된 분말형 그린머드 벤토나이트와 규산질 미네랄 및 소성 칼슘을 앞서 설명된 실시예 3의 구성성분들과 설정된 혼합비로 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합물 제조단계:를 포함한다.
전술한 그린머드 벤토나이트 분말 제조단계는, 수분이 함유된 덩어리 형태의 그린머드 벤토나이트를 150도씨 내지 220도씨로 12시간 내지 24시간 동안 가열하여 수분을 탈수하는 가열단계; 이렇게 탈수된 덩어리 형태의 그린머드 벤토나이트를 도 5에 도시된 바와 같은 분쇄기(10)에 투입하여 알갱이 형태로 분쇄하는 1차 분쇄단계; 이러한 알갱이 형태의 그린머드 벤토나이트를 전술한 분쇄기(10)에 다시 투입하여 분말형태로 분쇄하는 2차 분쇄단계: 및 분말로된 그린머드 벤토나이트를 도 6에 도시된 바와 같이 80 메쉬의 제1 원통형 거름망(21)과 150 메쉬의 제2 원통형 거름망(22) 및 300 메쉬의 제3 원통형 거름망(23)으로 구성되어 경사를 형성하는 삼중망 투과기(20)에 투입하여 제1 내지 제3 원통형 거름망(21-23)을 순차적으로 투과시킴으로써, 300 메쉬 보다 작은 크기의 그린머드 벤토나이트 미분만을 추출하는 미분 추출단계;를 포함한다.
여기서, 전술한 건조단계는 도 7에 도시된 바와 같은 구조의 전기식 진공 건조로(30)를 통해 진흙 상태의 그린머드 벤토나이트를 가열한다. 이때, 그린머드 벤토나이트는 도시된 바와 같이 진공 건조로(30)의 밀봉도어(32)가 핸들(32a) 조작으로 개방될 경우 저장통(1)에 저장된 상태로 진공 건조로(30)에 내장된다. 진공 건조로(30)는 내부에 설치된 히터(31)로 그린머드 벤토나이트를 가열하여 그린머드 벤토나이트를 보글거리는 것처럼 끓게 만들어서 내부의 기포가 올라오도록 하되, 기포가 용이하게 올라오도록 진공펌프(P)로 내부의 공기를 배기하여 내부를 진공시킨다. 따라서, 진흙 상태의 그린머드 벤토나이트는 기포와 함께 수분이 증기상태로 배출됨에 따라 원활하게 건조된다.
전술한 분쇄기(10)는 도 5에 도시된 바와 같이 뚜껑(11)을 갖는 함체형 본체(12) 및 전술한 뚜껑(11)에 구비되어 모터(M1)에 의해 분당 320 내지 750 rpm으로 회전하는 회전식 분쇄날(11a)로 구성된다. 분쇄날(11a)은 건조된 덩어리 형태의 그린머드 벤토나이트를 알갱이 형태로 분쇄할 경우 약 350rpm으로 약 1 내지 2시간 동안 회전되고, 가열된 그린머드 벤토나이트를 분말형태로 분쇄할 경우 약 700rpm으로 약 4-5시간 동안 회전된다. 이러한 분쇄날(11a)은 약 20kg의 덩어리형 그린머드 벤토나이트를 분쇄한 바, 약 320rpm 내지 370rpm으로 회전될 경우 통상의 과립형 커피 알갱이와 같은 크기로 분쇄되되, 전체 20kg 중에서 대략 80%(vol%)가 과립형 알갱이 크기로 분쇄되었고, 특히 350rpm으로 회전될 경우 거의 대부분이 과립형 커피 알갱이 크기로 분쇄되었다. 그리고, 분쇄날(11a)은 약 680rpm 내지 720rpm으로 약 4-5시간 회전하여 전술한 바와 같이 알갱이 형태로 분쇄된 약 20kg의 그린머드 벤토나이트를 2차 분쇄할 경우, 그린머드 벤토나이트를 약 150메시 내지 300메시의 분말로 분쇄하였고, 특히 약 700rpm으로 회전될 경우 약 250메시 내지 350메시의 분말로 그린머드 밴토나이트를 분쇄하였다.
전술한 삼중망 투과기(20)는 도 6에 도시된 바와 같이 원통형 하우징의 내부에 제1 내지 제3 원통형 거름망(21-23)이 이격상태로 중첩된 구조이다. 삼중망 투과기(20)는 도시된 바와 같이 원통형 하우징의 중앙부에서부터 외측으로 제1 내지 제3 원통형 거름망(21-23)들이 순차적으로 설치된다. 하우징은 도시된 바와 같이 경사설치되고, 개방된 일측을 통해 분말로 분쇄된 그린머드 벤토나이트가 투입된다. 이때, 그린머드 벤토나이트는 제1 원통형 거름망(21)이 하우징의 중앙에 위치함에 따라 제2 및 제3 원통형 거름망(22, 23) 보다 큰 메쉬를 갖는 제1 원통형 거름망(21)으로 투입된다. 하우징은 도시된 바와 같이 구동모터(M2)에 의해 회전된다. 따라서, 분말로 분쇄된 그린머드 벤토나이트는 회전에 의해 채가 흔들리는 것과 같은 효과가 발생됨에 따라 제1 내지 제3 원통형 거름망(21-23)을 순차적으로 투과하여 300메쉬 미만의 입자만이 하우징의 배출구(20a)로 배출되어 포집된다.
한편, 전술한 포졸란 화산토 가공단계는, 수분이 함유된 덩어리 형태의 포졸란 화산토를 1200도씨 내지 1500도씨의 고온으로 48시간 내지 52시간 동안 가열하열하여 수분을 탈수하는 고온 가열단계; 이렇게 탈수된 덩어리 형태의 포졸란 화산토를 분쇄기(10)에 투입하여 알갱이 형태로 분쇄하는 분쇄단계; 이러한 알갱이 형태의 포졸란 화산토를 전술한 분쇄기(10)에 다시 투입하여 분쇄함으로써, 분말형 규산질 미네랄을 수득하는 규산질 미네랄 수득단계: 및 이렇게 분말로된 포졸란 화산토를 80 메쉬의 제1 원통형 거름망(21)과 150 메쉬의 제2 원통형 거름망(22) 및 300 메쉬의 제3 원통형 거름망(23)으로 구성되어 경사를 형성하는 삼중망 투과기(20)에 투입하여 제1 내지 제3 원통형 거름망(21-23)을 순차적으로 투과시킴으로써, 300 메쉬 보다 작은 크기의 포졸란 화산토로 이루어진 미분형 규산질 미네랄을 추출하는 미분 추출단계;를 포함한다. 이러한 포졸란 화산토 가공단계를 구성하는 전술한 각 단계는 앞서 설명된 그린머드 벤토나이트 분말 제조단계와 대동소이하므로 그 자세한 설명은 생략한다. 다만, 전술한 고온 가열단계만을 설명하면, 전술한 고온 가열단계는 전술한 진공 건조로(30)를 이용하여 앞서 설명된 바와 같이 포졸란 화산토를 고온 가열하되, 양질의 분말형 규산질 미네랄이 수득되도록 1200℃ 내지 1500℃의 온도로 48시간 내지 52시간 동안 가열한다. 고온 가열단계는 1200℃ 및 48시간 미만으로 가열될 경우 규산질 미네랄의 품질이 소망하는 정도보다 다소 미흡하고, 1500℃ 및 52시간을 초과하여 가열될 경우 규산질 미네랄이 소산되어 저품질로 변한다. 따라서, 고온 가열단계는 전술한 온도 및 시간 동안 가열되는 것이 바람직하다. 특히, 고온 가열단계는 1300℃에서 50시간 동안 가열될 경우 가장 품질이 우수하였다.
전술한 패각 가공단계는, 패각을 세척하여 염분을 제거하는 염분제거단계; 전술한 바와 같이 세척된 패각을 열풍으로 건조하는 건조단계; 이렇게 건조된 패각을 가열로에 투입하여 700도씨 내지 900도씨의 고온으로 24시간 내지 30시간 동안 가열하여 소성가공하는 패각 가열단계; 이렇게 가열된 패각을 냉각 후 분말형태로 분쇄하여 분말형 소성 칼슘을 수득하는 분쇄단계; 분말형 소성 칼슘을 80 메쉬의 제1 원통형 거름망(21)과 150 메쉬의 제2 원통형 거름망(22) 및 300 메쉬의 제3 원통형 거름망(23)으로 구성되어 경사를 형성하는 삼중망 투과기(30)에 투입하여 제1 내지 제3 원통형 거름망(21-23)을 순차적으로 투과시킴으로써, 300 메쉬 보다 작은 크기로 이루어진 미분형태의 소성 칼슘을 추출하는 미분 추출단계;를 포함한다.
여기서, 전술한 염분제거단계는 수돗물이나 지하수와 같은 통상의 담수가 저수된 저수조에 패각을 12시간 내지 24시간 침수시켜서 염분을 제거한다. 이때, 패각이 저수된 담수는 패각을 저수한 후 약 2시간 내지 3시간 후 모든 담수를 제거하고, 다시 담수를 저수하여 2시간 내지 3시간 후 다시 제거하는 것을 2 내지 3회 반복함으로써 염분을 거의 완전하게 제거한 다음, 침수되었던 패각을 펼친 상태로 담수를 살포하여 수압을 통해 마지막으로 패각의 표면에서 염분을 제거한다.
패각 가열단계는 전술한 전기식 진공건조로(30)나 유리 등을 가열하는 통상의 가열로에 염분이 제거된 패각을 설정된 시간동안 내장한 후 설정된 온도로 가열한다. 즉, 패각은 가열로에서 700℃ 내지 900℃의 고온으로 24시간 내지 30시간 동안 가열된다. 이때, 패각은 700℃ 및 24시간 미만으로 가열될 경우 소망하는 품질의 소성 칼슘을 수득할 수 없고, 900℃ 및 30시간 이상 가열될 경우 과도한 과열로 소산되어 소성 칼슘으로 이용이 불가능하다. 따라서, 패각은 전술한 온도 및 시간 동안 가열되는 것이 바람직하다. 특히, 패각은 820℃로 가열될 경우 가장 우수한 품질의 소성 칼슘을 제공하였다.
분쇄단계는 전술한 분쇄기(10)를 사용하여 전술한 바와 같은 방법으로 가열된 패각을 1차 분쇄 및 2차 분쇄한다. 이러한 분쇄단계는 앞서 설명한 그린머드 벤토나이트 제조단계의 분쇄단계와 대동소이하므로 그 자세한 설명은 생략한다. 또한, 미분 추출단계는 앞서 설명된 그린머드 벤토나이트의 미분 추출단계와 동일한 방식을 이용하므로 그 자세한 설명은 생략한다. 즉, 미분 추출단계는 전술한 삼중망 투과기를 이용하므로 그 자세한 설명은 생략한다.
한편, 전술한 풍압 제공단계는, 앞서 설명된 방법으로 수득된 그린머드 벤토나이트와 규산질 미네랄 및 소성 칼슘을 도 8 및 도 9에 도시된 풍압기(40)로 풍압을 제공하여 미립자만을 추출하는 단계이다. 풍압기(40)는 도시된 바와 같이 그린머드 벤토나이트와 규산질 미네랄 및 소성 칼슘 분말을 각각 격리할 수 있는 구조의 덕트(41)가 구비되고, 이러한 덕트(41)의 일측에 풍압을 제공하는 송풍팬(42)이 구비되며, 덕트(41)의 타측에 미분이 포집되는 서랍식 포집포켓(43)이 구비된다.
풍압기(40)는 도 9에 도시된 바와 같이 각 덕트(41)의 일측에 구비된 호퍼(41a)를 통해 분말형 그린머드 벤토나이트와 규산질 미네랄 및 소성 칼슘이 투입된 후 일측의 송풍팬(42)을 통해 이들 분말에 풍압을 제공한다. 이에 따라, 각 분말들은 무게가 가벼운 것들만 비산하여 덕트(41)의 타측에 구비된 배출관(41b)를 통해 포집포켓(43)에 포집된다. 이때, 덕트(41)는 송풍팬(42)의 풍압이 통기되도록 일측이 개방되어 송풍팬(42)과 연통되고, 비산된 분말의 타측 이탈이 방지되도록 타측이 차폐된 장방형으로 형성됨에 따라 비산된 분말을 배출관(41b)을 통해 배출할 수 있다. 따라서, 풍압기(40)는 미립자로 구성된 분말들만 분리하여 제공할 수 있다. 여기서, 풍압기(40)에서 비산되지 않은 분말들은 통상의 볼밀장치에 투입하여 다시 분쇄한 후 다시 풍압기(40)를 이용하여 비산시킨 후 다시 포집한다.
한편, 전술한 혼합물 제조단계는, 고로슬래그 100 중량부에 대하여 전술한 방식으로 추출된 그린머드 벤토나이트 1.5 내지 3 중량부, 규산질 미네랄 4 내지 10 중량부, 소성 칼슘 5 내지 9중량부를 혼합하고, 시중에서 구입되어 사전에 준비된 플라이 애시 18 내지 24 중량부, 석회 2 내지 8 중량부, 알루민산 칼슘(CaAl2O4 또는 Ca3Al2O6) 1 내지 5 중량부, 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 0.7 내지 1.8 중량부, 카올리나이트(Kaolinite) 1 내지 3 중량부, 탤크(Talc) 1 내지 2.5 중량부, 퍼라이트(Perlite) 9 내지 23 중량부, 서멧(Cermet) 2 내지 8 중량부, 운모 3 내지 8 중량부, 세피올라이트(Sepiolite) 3 내지 7 중량부를 통상의 교반기로 혼합하여 혼합물을 제조한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의한 연약지반 개량용 고화제는 위와 같은 제조방법을 통해 제조된다.
전술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하므로 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되지 않으며, 본질적 특징이 충족될 수 있을 경우 동일 사상의 범주내에서 적절한 변형(구조나 구성의 변경이나 부분적 생략 또는 보완)이 가능하다. 또한, 전술한 실시예들은 특징의 일부 또는 다수가 상호 간에 조합될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 구조 및 구성은 변형이나 조합에 의해 실시할 수 있으므로 이러한 구조 및 구성의 변형이나 조합이 첨부된 본 발명의 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10: 교반기
20: 삼중망 투과기
30: 진공건조로
40: 풍압기

Claims (6)

  1. 고로슬래그 100중량부에 대하여, 플라이 애시 18 내지 24 중량부, 석회 2 내지 8 중량부, 알루민산 칼슘(CaAl2O4 또는 Ca3Al2O6) 1 내지 5 중량부, 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 0.7 내지 1.8 중량부, 카올리나이트(Kaolinite) 1 내지 3 중량부, 탤크(Talc) 1 내지 2.5 중량부, 퍼라이트(Perlite) 9 내지 23 중량부, 서멧(Cermet) 2 내지 8 중량부, 운모 3 내지 8 중량부, 세피올라이트(Sepiolite) 3 내지 7 중량부, 건식 안료 1.5 내지 3 중량부가 혼합된 연약지반 개량용 고화제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고로슬래그에 추가로 혼합되는 토질개량제;를 더 포함하며,
    상기 토질개량제는,
    상기 고로슬래그 100 중량부에 대하여 5 내지 9 중량부로 혼합되는 소성 칼슘; 및
    상기 고로슬래그 100 중량부에 대하여 4 내지 10 중량부로 혼합되는 규산질 미네랄;을 포함하는 연약지반 개량용 고화제 조성물.
  3. 그린머드 벤토나이트, 포졸란 화산토 및 패각을 이용하여 연약지반 개량용 고화제 조성물의 제조방법에 있어서,
    상기 그린머드 벤토나이트를 건조된 분말로 제조하는 그린머드 벤토나이트 분말 제조단계;
    상기 포졸란 화산토를 가열 및 분쇄하는 가공공정을 통해 분말형 규산질 미네랄을 수득하는 포졸란 화산토 가공단계;
    상기 패각을 가열 및 뷴쇄하는 가공공정을 통해 분말형 소성 칼슘을 수득하는 패각 가공단계;
    상기 분말형 그린머드 벤토나이트, 상기 규산질 미네랄 및 상기 소성 칼슘을 제각기 격리시킨 상태로 풍압을 제공하여 설정된 거리까지 비산되는 각각의 미립자만을 포집하는 풍압 제공단계: 및
    고로슬래그 100 중량부에 대하여 상기 미립자형 그린머드 벤토나이트 1.5 내지 3 중량부, 상기 규산질 미네랄 4 내지 10 중량부, 상기 소성 칼슘 5 내지 9중량부를 혼합하되, 상기 고로슬래그 100 중량부에 대하여 플라이 애시 18 내지 24 중량부, 석회 2 내지 8 중량부, 알루민산 칼슘(CaAl2O4 또는 Ca3Al2O6) 1 내지 5 중량부, 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 0.7 내지 1.8 중량부, 카올리나이트(Kaolinite) 1 내지 3 중량부, 탤크(Talc) 1 내지 2.5 중량부, 퍼라이트(Perlite) 9 내지 23 중량부, 서멧(Cermet) 2 내지 8 중량부, 운모 3 내지 8 중량부, 세피올라이트(Sepiolite) 3 내지 7 중량부를 함께 교반기에서 교반하여 혼합물을 제조하는 혼합물 제조단계;를 포함하는 연약지반 개량용 고화제 조성물의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 그린머드 벤토나이트 분말 제조단계는,
    수분이 함유된 덩어리 형태의 그린머드 벤토나이트를 150℃ 내지 220℃로 12시간 내지 24시간 동안 가열하여 수분을 탈수하는 가열단계;
    상기 탈수된 그린머드 벤토나이트를 분쇄기에 투입하여 알갱이 형태로 분쇄하는 1차 분쇄단계;
    상기 알갱이 형태의 그린머드 벤토나이트를 상기 분쇄기에 다시 투입하여 분말형태로 분쇄하는 2차 분쇄단계: 및
    상기 분말형태의 그린머드 벤토나이트를 각각 80 메쉬와 150 메쉬 및 300 메쉬로 이루어져서 경사를 형성하는 복수의 원통형 여과망에 순차적으로 투과시켜 여과하는 여과단계;를 포함하고,
    상기 가열단계는,
    상기 수분이 함유된 덩어리 형태의 그린머드 벤토나이트를 저장통에 저장하여 진공 건조로에 투입하는 건조로 투입단계; 및
    상기 진공 건조로를 밀봉한 상태로 히터 및 진공펌프를 작동시켜서 상기 저장통에 저장된 상기 덩어리 형태의 그린머드 벤토나이트를 가열하여 기포를 발생시키면서 진공펌프의 진공압을 통해 기포 및 수분을 증기상태로 추출하는 히팅 및 진공단계;를 포함하며,
    상기 1차 분쇄단계는,
    상기 분쇄기의 분쇄날을 분당 320rpm 내지 370rpm으로 1 내지 2 시간 동안 회전시켜서 상기 분쇄기의 함체형 본체에 저장된 상기 덩어리 형태의 그린머드 벤토나이트를 알갱이 형태로 분쇄하는 것을 특징으로 하고,
    상기 2차 분쇄단계는,
    상기 분쇄기의 분쇄날을 분당 700rpm 내지 750rpm으로 4 내지 5 시간 동안 회전시켜서 상기 분쇄기의 함체형 본체에 저장된 상기 알갱이 형태의 그린머드 벤토나이트를 분말 형태로 분쇄하는 것을 특징으로 하며,
    상기 여과단계는,
    상기 80 메쉬와 150 메쉬 및 300 메쉬로 각각 이루어져서 중첩상태로 설치된 원통형의 제1 원통형 거름망 내지 제3 원통형 거름망이 구비되고, 경사를 이루는 삼중망 투과기의 상기 제1 원통형 거름망에 상기 2차 분쇄단계의 상기 분말형 그린머드 벤토나이트를 투입하는 투입단계; 및
    상기 삼중망 투과기를 회전시켜 상기 분말형 그린머드 벤토나이트를 제1 원통형 거름망 내지 제3 원통형 거름망을 순차적으로 투과시키는 투과단계;를 포함하고,
    상기 포졸란 화산토 가공단계는,
    수분이 함유된 덩어리 형태의 포졸란 화산토를 가열로에 투입하여 1200℃ 내지 1500℃의 고온으로 48시간 내지 52시간 동안 가열하는 고온 가열단계;
    상기 가열된 포졸란 화산토를 분쇄기에 투입하여 알갱이 형태로 분쇄하는 분쇄단계:
    상기 알갱이 형태의 포졸란 화산토를 상기 분쇄기에 다시 투입하여 분말형태로 분쇄함으로써, 분말형 규산질 미네랄을 수득하는 규산질 미네랄 수득단계; 및
    상기 분말형 규산질 미네랄을 각각 80 메쉬와 150 메쉬 및 300 메쉬로 이루어져서 경사를 형성하는 복수의 원통형 여과망에 순차적으로 투과시켜 여과하는 여과단계;를 포함하며,
    상기 풍압 제공단계는,
    상기 분말형 그린머드 벤토나이트, 상기 규산질 미네랄 및 상기 소성 칼슘이 제각기 투입되는 복수의 호퍼가 일측의 상부에 구비되고, 단부가 차폐된 타측의 하부에 배출관이 구비된 장방형의 덕트와, 상기 덕트의 일측단에 구비된 송풍팬 및 상기 배출관의 하부에 구비된 포집포켓으로 이루어진 풍압기의 상기 호퍼들 각각에 상기 분말형 그린머드 벤토나이트, 상기 규산질 미네랄 및 상기 소성 칼슘을 투입하는 분말 투입단계; 및
    상기 송풍팬을 통해 상기 덕트의 일측에서 타측으로 풍압을 제공하여 상기 덕트의 타측으로 상기 분말을 비산시켜서 상기 배출관을 통해 비산된 상기 분말을 상기 포집포켓에 포집함으로써, 최초 투입된 분말들 중에서 미립자 형태의 분말만을 분리하는 송풍단계;를 포함하는 연약지반 개량용 고화제 조성물의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 패각 가공단계는,
    상기 패각을 세척하여 염분을 제거하는 염분제거단계;
    상기 세척된 패각을 열풍으로 건조하는 건조단계;
    상기 건조된 패각을 가열로에 투입하여 700도씨 내지 900도씨의 고온으로 24시간 내지 30시간 동안 가열하는 패각 가열단계;
    상기 가열된 패각을 냉각 후 분말형태로 분쇄하여 분말형 소성 칼슘을 수득하는 분쇄단계; 및
    상기 분말형태의 패각을 각각 80 메쉬와 150 메쉬 및 300 메쉬로 이루어져서 경사를 형성하는 복수의 원통형 여과망에 순차적으로 투과시켜 여과하는 여과단계;를 포함하는 연약지반 개량용 고화제 조성물의 제조방법.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 의하여 제조된 연약지반 개량용 고화제.
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