KR102160579B1

KR102160579B1 - 경화용 조성물

Info

Publication number: KR102160579B1
Application number: KR1020190132865A
Authority: KR
Inventors: 이강민
Original assignee: 이강민
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2020-09-29

Abstract

본 발명은 조성물 100중량부에 대하여 규산나트륨(Na₂SiO₃) 0.1~1 중량부, 탄산칼슘(CaCO₃) 0.1~1 중량부, 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.1~1 중량부, 실리카퓸(SiO₂) 2~4 중량부, 수산화칼륨(KOH) 10~25 중량부, 염화마그네슘 10~30 중량부, 염화나트륨 10~30 중량부, 염화칼륨 10~25 중량부, 염화칼슘 10~25 중량부, 황산나트륨 1~10 중량부, 트리폴리인산나트륨 1~10 중량부, 리그닌술폰산염 1~5 중량부, 및 메타카올린 1∼10 중량% 를 포함하는 경화용 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 시멘트, 토사, 산업폐기물, 해사 및 사막모래로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 혼합물, 제 1항에 따른 경화용 조성물을 포함하는 경화체를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 경화제 조성물은 토사, 폐기물, 해사, 및 사막모래를 빠른 경화속도, 우수한 강도 및 우수한 탄성을 가지도록 경화시키는 효과를 제공한다.
또한, 상기 경화제 조성물과 토사, 산업폐기물, 해사, 사막모래 등을 포함하는 경화체 조성물은 빠른 경화속도, 우수한 강도 및 우수한 내구성을 가지므로 경제적으로 건축 및 토목에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

경화용 조성물{Composition for hardening}

본 발명은 경화용 조성물 및 그를 포함하는 경화체 조성물에 관한 것이다.

근래 들어 토목공사 및 건설사업 등의 수행 시 양질의 건설재료 확보 어려움으로 인해 공사기간이 지연되어 경비를 증가시키는 요인으로 작용하며, 건설자재 확보를 위하여 석산 개발을 하거나 하천, 해상 등에서 골재채취를 함으로써 자연환경을 훼손하고 생태계를 교란시키는 문제가 야기되고 있다.

구체적으로는, 기존 항만매립 공법, 기존 아스팔트 및 콘크리트 포장공법 등에서는 석재 등의 입상재료를 사용하므로 채석을 위하여 산야를 훼손하고 있고, 채석, 운반, 깨기 작업이 공사비를 증가시키는 요인이 되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 우리나라 전역에 널리 분포되어 있는 토사, 산업폐기물, 하천준설 오니, 해사, 사막모래 등을 각종 토목공사 및 기타 건설 사업에 석재 대용으로 재활용하기 위한 방안이 요구되고 있다.

이러한 방안으로서, 종래에 시멘트 안정처리공법(Cement stabilization), LAC(Lignin Rosin Asphalt Concrete) 공법 등이 개발되어 활용되고 있으나, 마무리 양생시간이 길어 조기 압축강도를 얻기 힘들며, 압축강도 또한 30kgf/㎠ 이하로 낮아 사용할 수 있는 분야가 도로건설의 보조 기층재 등에 국한되어 있어서 활용성이 매우 낮았다.

본 발명은, 토사, 폐기물, 해사, 및 사막모래 등을 빠른 경화속도, 우수한 강도 및 우수한 탄성을 가지도록 경화시킬 수 있는 경화제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 경화제 조성물과 토사, 산업폐기물, 해사, 사막모래 등을 포함하며, 빠른 경화속도, 우수한 강도 및 우수한 내구성에 의하여 경제적으로 건축 및 토목에 사용될 수 있는 경화체 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 경화제 조성물을 사용한 도로포장 시공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 규산나트륨(Na₂SiO₃) 0.1~1 중량부, 탄산칼슘(CaCO₃) 0.1~1 중량부, 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.1~1 중량부, 실리카퓸(SiO₂) 2~4 중량부, 수산화칼륨(KOH) 10~25 중량부, 염화마그네슘 10~30 중량부, 염화나트륨 10~30 중량부, 염화칼륨 10~25 중량부, 염화칼슘 10~25 중량부, 황산나트륨 1~10 중량부, 트리폴리인산나트륨 1~10 중량부, 리그닌술폰산염 1~5 중량부, 및 메타카올린 1∼10 중량% 를 포함하는 경화용 조성물이다.

본 발명은 시멘트, 토사, 산업폐기물, 해사 및 사막모래로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 혼합물, 제 1항에 따른 경화용 조성물을 포함하는 경화체를 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 경화용 조성물은 시멘트, 토사, 산업폐기물, 해사 및 사막모래로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 혼합물 100중량부에 대하여 0.05~0.1 중량부인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 경화체에서, 시멘트는 상기 토사, 산업폐기물, 해사 및 사막모래로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 혼합물 100 중량부에 대하여 5~10 중량부인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 토사는 화강토, 이토, 강모래, 바다모래 및 자연토사로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상의 혼합물임을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 상기 경화용 조성물; 토사, 산업폐기물, 해사 및 사막모래로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 혼합물; 및 시멘트를 포함하는 경화체를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 토사포장 두께를 결정하고 장비를 준비하며, 사전 실내시험을 통해 적정 배합비와 최적 함수비(OMC)를 구하는 단계;

토사를 시멘트와 혼합이 잘되도록 로터리믹서(ROTARY MIXER) 또는 스태빌라이저(STABILIZER)를 이용하여 2~4회 교반한 후 포설하는 단계;

아스팔트 피니셔 등 장비를 이용하여 시멘트를 토사 위에 시공할 도로 노상에 일정한 두께로 고르게 포설하는 단계;

물에 청구항 1의 경화용 조성물를 혼합하여 용액을 만드는 단계;(표준 혼합비는 물 200 리터 당 PMX 10 킬로그램을 용해시키는 것으로 하되 토사의 최적 함수비(14%) 등을 감안하여 그 양을 조정한다.)

상기 물과 경화용 조성물 혼합 용액을 토사와 시멘트가 혼합된 도로 위에 고르게 살포하는 단계;

상기 토사, 시멘트 혼합물과 물과 경화용 조성물 혼합 용액이 고르게 혼합될 수 있도록 로터리믹서 또는 스태빌라이저를 이용하여 2~3회 골고루 섞는 단계;

모터 그레이더(MOTOR GRADER)장비를 이용하여 시공할 포장 면을 정리하는 단계;

타이어롤러(TIRE ROLLER : 8톤~15톤)를 이용하여 3~4 회 다짐하는 단계;

진동롤러(VIBRATING ROLLER : 8~10톤)를 이용하여 3~5 회 다짐하는 단계;

타이어롤러(TIRE ROLLER)를 이용하여 1~2 회 마무리 다짐하는 단계;및

양생 후 표층 포장을 하는 단계;를 포함하는 노상 현장 교반 시공 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

다른 한편으로는, 토사포장 두께를 결정하고 장비를 준비하며, 사전 실내시험을 통해 적정 배합비와 최적 함수비(OMC)를 구하는 단계;

토사 혼합기에 토사와 시멘트를 넣은 후 충분히 섞어주는 단계;

물과 청구항 1의 혼합하여 용해시킨 용액을 토사 혼합기에 넣은 후 토사 및 시멘트와 충분히 섞일 때까지 최적함수비 보다 약 2~3% 높도록 고르게 혼합하는 단계;

아스팔트 피니셔를 이용하여 상기 토사, 시멘트 및 경화조성물 용액의 혼합물을 도로상에 고른 두께로 포설하는 단계;

모터그레이더(MOTOR GRADER)장비를 이용하여 도로 포장면을 정리하는 단계;

타이어롤러(TIRE ROLLER : 8톤~15톤)를 이용하여 3~4회 다짐하는 단계;

진동롤러(VIBRATING ROLLER : 8~10톤)를 이용하여 3~4회 다짐하는 단계;

타이어롤러(TIRE ROLLER)를 이용하여 1~2회 마무리 다짐하는 단계;

양생 후 표층 포장을 하는 단계;를 포함하는 건식 사전 교반 시공 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 한편으로는, 토사포장 두께를 결정하고 장비를 준비하며, 사전 실내시험을 통해 적정 배합비와 최적 함수비(OMC)를 구하는 단계;

물과 청구항 1의 혼합하여 용해시킨 용액을 토사 혼합기에 넣은 후 토사 및 시멘트와 충분히 섞일 때까지 함수비가 25~30% 되도록 고르게 혼합하는 단계;

도로가에 혼합물이 넘치지 않도록 나무 등으로 시공 두께의 150% 이상 높이로 거푸집(FORM)을 설치하는 단계;

도로 노상의 특성이나 토질의 특성을 감안하여 필요시 비닐 매트 등 배수를 차단할 수 있는 재료를 도로면 위에 까는 단계;

레벨링 피니셔를 이용하여 상기 토사, 시멘트 및 경화제 조성물 용액 혼합물을 도로상에 고른 두께로 포설하여 포장하는 단계;

상기 포장이 경화된 후 거푸집을 제거하는 단계

양생 후 표층 포장을 하는 단계;를 포함하는 습식 사전 교반 시공 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 경화제 조성물은 토사, 폐기물, 해사, 및 사막모래를 빠른 경화속도, 우수한 강도 및 우수한 탄성을 가지도록 경화시키는 효과를 제공한다.

또한, 상기 경화제 조성물과 토사, 산업폐기물, 해사, 사막모래 등을 포함하는 경화체 조성물은 빠른 경화속도, 우수한 강도 및 우수한 내구성을 가지므로 경제적으로 건축 및 토목에 유용하게 사용될 수 있다.

이하에서 본 발명을 바람직한 실시예를 참고하여 설명한다.

본 발명은 조성물 100중량부에 대하여 규산나트륨(Na₂SiO₃) 0.1~1 중량부, 탄산칼슘(CaCO₃) 0.1~1 중량부, 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.1~1 중량부, 실리카퓸(SiO₂) 2~4 중량부, 수산화칼륨(KOH) 10~25 중량부, 염화마그네슘 10~30 중량부, 염화나트륨 10~30 중량부, 염화칼륨 10~25 중량부, 염화칼슘 10~25 중량부, 황산나트륨 1~10 중량부, 트리폴리인산나트륨 1~10 중량부, 및 리그닌술폰산염 1~5 중량부, 메타카올린 1∼10 중량% 를 포함하는 경화용 조성물에 관한 것이다.

규산나트륨(Na₂SiO₃) 은 0.1~1 중량부로서 알칼리화의 역할을 한다. 0.1 중량부 미만으로 포함되면 목적효과를 얻기 어려우며, 1중량부를 초과하면 알칼리도가 너무 증가하여 문제가 될 수 있다.

탄산칼슘(CaCO₃)은 탄산의 칼슘염으로서 화학식 CaCO₃이고, 자연계에 존재하는 염 중에서 가장 많다. 그 형태도 여러 가지이며, 대리석, 방해석, 선석(霰石) ,석회석, 백악, 빙주석(氷洲石), 조개껍질, 달걀껍질, 산호 등으로서 존재한다. 일반적으로 무색의 결정 또는 백색 고체로, 비중 293이며, 825 ℃에서 분해한다. 가열하면 이산화탄소를 발생하고 생석회를 얻는다. 이 반응은 이산화탄소와 생석회를 공업적으로 얻기 위한 중요한 반응이다. 본 발명에서는 0.1~1 중량부를 함유한다.

산화알루미늄(Al₂O₃)은 공업적으로는 알루미나라고도 하며, 분자량은 101.96이다. 천연으로는 결정광물인 코런덤으로 산출되고, 또 순수한 코런덤이 착색된 루비와 사파이어도 있다. 여러 가지 형태를 가진 것이 알려져 있는데, 수산화알루미늄을 300℃ 이하로 가열하면 생기는 α-산화알루미늄은 순수하고 가장 안정된 형태이다. 이밖에 알칼리를 약간 함유하는 β-산화알루미늄수화물을 탈수하여 생기는 결정성이 나쁜 산화알루미늄 본문 이미지 1-산화알루미늄이 있으며, 또 δ, ζ, η, θ, κ, x, ρ, 등도 알려져 있다. 본 발명에서는 0.1~1 중량부를 함유한다.

실리카퓸(SiO₂)은 주로 전기로에서 금속 규소나 규소 철을 생산하는 과정에서 부산물로 생성되는 매우 미세한 포졸란계 재료로서, 대부분 무정형의 규소로 이루어져 있다. 실리카퓸의 물리적 성질은 약 90% 이상이 구형으로 구성되어 있고, 입경이 1이하, 평균입경은 01, 비표면적(BET)은 약 20㎡/g 정도, 비중이 약 21~22 정도로 알려져 있다. 실리카 퓸은 금속 실리콘 또는 규소 합금을 제조할 때에 발생하는 부산물이며, 그 형상은 구상이며, 화학 성분은 거의가 SiO₂이다. 이것을 콘크리트 등에 첨가하면 점성이 증가하여 슬럼프가 저하하기 때문에, 고성능 감수재의 병용이 불가결이다. 이것을 사용하면 경화체 조직을 더 치밀하게 하고 높은 압축 강도가 얻어진다. 본 발명에서는 2~4 중량부를 함유한다.

수산화칼륨(KOH)은 물에 강하게 발열하여 용해되는 무색의 고체, KOH. 가성가리는 속칭. 무수염 외에 1, 2 및 4수화물이 있다. 오래 전부터 탄산칼륨을 석회유와 반응시키는 가성(加成)화법이 이용되어 대량으로 생산되었으나 현재는 염화칼륨 수용액을 전기분해해서 얻는다. 조해성이므로 공기 중에 두면 물을 흡수하여 녹고 이산화탄소를 흡수하여 탄산칼륨이 된다. 수용액은 알칼리성을 나타낸다. 화학적 성질은 수산화나트륨과 거의 같지만 부식성이 더 강하고 이산화탄소를 흡수하는 힘도 수산화나트륨보다 강하다. 또한 이 때 생기는 탄산칼륨은 탄산나트륨보다 침전이 덜 생기므로 실험실에서 이산화탄소를 흡수시키는 데도 쓰인다. 본 발명에서는 10~25 중량부를 함유한다.

염화마그네슘은 시멘트 및 연질토립자의 물과 반응하여 수분이 많은 안정 광물인 에트린자이트(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)를 생성시킴으로써 연질토립자 사이를 응결 연결하는 역할을 한다. 본 발명에서는 염화마그네슘 10~30 중량부를 함유한다.

염화나트륨(Sodium chloride)은 무색결정으로 마그네슘 등의 염류를 함유하며 조해성이 있다. 나트륨염의 제조원료로서 시멘트의 수화 반응을 촉진시키는 역할을 한다. 1 중량부 미만의 양으로 함유될 경우 수분과의 원활한 수용이 되지 않아 수화열이 높게 발생하여 경화체 구체에 균열을 유발할 수 있으며, 3 중량부의 양으로 함유될 경우 시멘트의 원활한 포졸란 반응을 억제하여 강도 구현에 문제점이 야기될 수 있다. 본 발명에서는 염화나트륨 10~30 중량부를 함유한다.

염화칼륨(Potassium chloride)은 흰색의 정방정계에 속하는 결정으로 공업적으로 칼륨염의 제조 원료로 사용되며 흡수성이 강한 성질이 있어서 감수제로 사용된다. 10 중량부 미만의 양으로 함유될 경우 경화체의 경화속도 및 양생 시간을 늦추어 공기에 영향을 주며, 25 중량부 초과의 양으로 함유될 경우 시멘트의 원활한 포졸란 반응을 억제하여 강도 구현에 문제점이 있을 뿐만 아니라 경화체의 조기 경화로 시공 품질의 저하를 가져올 수 있다. 경화용 조성물의 총 중량에 대하여 15~28 중량부의 양으로 함유된다. 본 발명에서는 10~25 중량부를 함유한다.

염화칼슘(Calcium chloride)은 시멘트와 혼합하여 흡수성을 촉진하고 동결을 방지하는 촉매제 역할과 응고제 역할을 한다. 10 중량부 미만의 양으로 함유될 경우 수분과의 원활한 수용이 되지 않아 동결 방지효과가 약하게 되는 문제점이 있을 수 있으며, 25 중량부 초과의 양으로 함유될 경우 무수물이 다량 발생하여 경화제가 수분과 만났을 때 액상을 이루기 어려운 문제점이 있을 수 있으므로, 경화용 조성물의 총 중량에 대하여 10~25중량부의 양으로 함유된다.

황산나트륨(Sodium sulfate)은 비교적 안정한 무색의 결정으로 유리나 황화 나트륨의 제조에 쓰인다. 경화체 반응에서는 토사 중의 유기물 건조에 사용된다.　 1 중량부 미만의 양으로 함유될 경우 시멘트의 원활한 수화작용(포졸란 반응)을 충분히 수행치 못하게 하여 강도에 문제점이 있을 수 있으며, 10 중량부 초과의 양으로 함유될 경우 수화작용 향상에는 도움이 되지만 제품비용을 증대시키므로, 경화용 조성물의 총 중량에 대하여 1~10 중량부의 양으로 함유된다.

트리폴리인산나트륨(Sodium triphosphate)은 백색의 결정성 분말로서 토목 분야에서는 과거부터 시멘트보조제, 연약지반 개량제로 단일 제품으로 사용되었다. 조해성 고체로서 금속 이온을 봉쇄하는 성질이 있고 응고제 역할을 한다. 1 중량부 미만의 양으로 함유될 경우 경화체의 전반적인 강도에 문제가 될 수 있으며, 10 중량부 초과의 양으로 함유될 경우에는 경제성이 결여되고 환경적인 저해 요인이 되므로, 경화용 조성물의 총 중량에 대하여 1~10 중량부의 양으로 함유된다.

리그닌술폰산염(Sodium lignosulfonate)은 토사, 산업폐기물, 하천준설 오니 및 해사와 사막모래, 시멘트 등의 혼합물질을 감수, 분산시키는 역할을 하며 시멘트와 혼합물질을 결합하여 강도를 증대시킨다. 1중량부 미만의 양으로 함유될 경우 입자분산을 저해하며 재료의 완성 후 강도를 저하시키는 문제점이 있을 수 있으며, 5 중량부 초과의 양으로 함유될 경우 재료의 특성상 3차원 망상구조이므로 다른 물질의 화학적 반응을 저해하는 문제점이 있을 수 있다.

메타카올린은 반응속도가 빨라 에트린자이트(ettringite)를 생성하고 시멘트 중의 C₃S를 활성화시켜 콘크리트의 초기강도를 증가시키며, 시멘트의 수산화칼슘과 포졸란 반응하여 입자간의 공극이 치밀하게 되어 강도 및 내구성을 증가시킨다. 메타카올린은 1∼10 중량%가 바람직하다.

시멘트로는 건설 분야에 공지된 시멘트가 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 가장 일반적으로 사용되고 있는 포틀랜드 시멘트가 사용될 수 있다.

본 발명의 경화용 조성물은 토사, 산업폐기물, 해사, 및 사막모래로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 경화에 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 토사, 산업폐기물, 해사, 및 사막모래로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 100 중량부에 대하여 3~15 중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 3 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 목적효과를 달성하기 어렵고, 15 중량부를 초과하는 경우에는 경제적으로 바람직하지 않다.

상기 토사는 화강토, 이토, 강모래, 바다모래, 자연토사 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 산업폐기물은 오니, 잔재물, 화산재, 환경폐기물, 슬래그, 분슬래그, 폐콘크리트, 슬러지 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 또한, 토사, 산업폐기물, 해사, 및 사막모래로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 100 중량부 및 경화용 조성물 3-15 중량부를 포함하는 경화체 조성물로서

상기 경화체 조성물은 항만 배후단지 매립재, 컨테이너 야적장 조성재, 도로 기층재, 도로 보조 기층재, 하천제방 및 토사댐의 심벽 축조재, 또는 연약지반 개량재로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 경화체 조성물은 석재 대용으로 건축자재, 토목공사자재 등으로 사용될 수 있으며, 현장 발생토를 이용할 수 있어 경제적이며 환경친화적이다.

이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.

실시예 1: 경화용 조성물의 제조

전체 조성물 100중량부에 대하여 규산나트륨(Na₂SiO₃) 0.1~1 중량부, 탄산칼슘(CaCO₃) 0.1~1 중량부, 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.1~1 중량부, 실리카퓸(SiO₂) 2~4 중량부, 수산화칼륨(KOH) 10~25 중량부, 염화마그네슘 10~30 중량부, 염화나트륨 10~30 중량부, 염화칼륨 10~25 중량부, 염화칼슘 10~25 중량부, 황산나트륨 1~10 중량부, 트리폴리인산나트륨 1~10 중량부, 및 리그닌술폰산염 1~5 중량부를 포함하는 경화용 조성물을 제조하였다.

실시예 2~4 및 비교예 1: 경화체의 제조

상기 실시예 1의 경화용 조성물을 사용하여 실시예 2-4의 경화체를 제조하고, 시멘트만을 사용하여 비교예 1의 경화체를 제조하였다. 각 경화체 조성물의 조성비는 하기 표 1과 같았다.

상기 실시예 2-4 및 비교예 1의 경화체 조성물을 직경 30cm 높이 60cm의 원통형의 몰드에 투입하고, 7일간 수침을 통해 양생하였다.　양생 기간이 종료된 후 몰드를 분리하여 경화체를 완성하였다.

		실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1
경화용 조성물	실시예 1	15	15	15
경화용 조성물	시멘트	-	-	-	15
토사, 산업폐기물	화강토	100	-	-	100
	슬래그	-	100	-	-
	해사	-	-	100	-

(단위: 중량부)

시험예 1: 경화체의 물성 평가

상기 실시예 2 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 경화체 각각을 7일 및 28일 양생 후 KS F 2405에 따라 시험기를 사용하여 경화체의 압축강도를 측정하였다.

하중은 압축 응력의 증가가 매초 2~3 kgf/㎠가 되도록 하였으며, 경화체가 급격한 변형을 시작한 후에는 하중을 가하는 속도의 조정을 중지하고 하중을 계속 가하여 일축압축강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

		일축압축강도(kgf/㎠)
		7일 양생	28일 양생
비교예 1	화강토	37.93	78.51
실시예 2	화강토	51.67	90.34
실시예 3	슬래그	41.31	67.14
실시예 4	해사	40.21	65.28

상기 표 2의 시험결과로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명의 경화용 조성물을 사용한 실시예 2 내지 4의 경화체는 매우 우수한 압축강도를 나타내었다. 반면, 포틀랜드 시멘트만을 사용한 비교예 1의 경화체는 실시예 2의 경화체와 비교하여 매우 열화된 압축강도를 나타냈다. 따라서 상기 경화제 조성물과 토사, 산업폐기물, 해사, 사막모래 등을 포함하는 경화체 조성물은 빠른 경화속도, 우수한 강도 및 우수한 내구성을 가지므로 경제적으로 건축 및 토목에 유용하게 사용될 수 있다.

이하에서는, 토질안정 공사로 토사시멘트(Soil Cement)공법을 채택하는 경우 이의 품질 개선 및 경제성을 위해 본 발명의 경화용 조성물을 첨가하여 시공하는 토사시멘트 포장(선택층, 보조기층 및 기층 포장) 공사에 있어서 배합, 포설, 다짐 등에 관하여 적용한 시공방법에 대하여 설명한다.

토사시멘트 경화용 조성물을 이용한 도로포장 시공방법

1) 자재

토사 내 Ø 100㎜ 이상의 자갈, 흙 덩어리, 나뭇가지, 비닐 등 이물질을 제거한다. 소성지수(PI) 20 이상, 액성한계(LL) 40 이상인 토사인 경우 타 토사와의 혼합이나 사전 건조 작업 등 교반을 위해 특별한 주의를 기울여야 한다. 토사의 함수비를 파악하고 실내시험을 통하여 최적 함수비를 산정한다.

시멘트는 구조용 포틀랜드 시멘트(PORTLAND CEMENT)를 사용한다. 사용수는 음용 가능한 물을 사용하는 것을 원칙으로 하되 불가피한 경우 현장 감독관의 지휘하에 일반 용수나 해수를 사용할 수 있다. 단, 기름, 산, 염류, 유기질 등 기층의 품질에 영향을 미치는 물질이 지나치게 함유되어선 안된다.

경화용 조성물('PMX') 및 시멘트는 강우 등 수분에 접촉되지 않도록 반드시 비닐 및 천막을 이용하여 덮개를 덮고, 바닥은 지상으로부터 약 10~20Cm 이상 높이 적재하여 보관하여야 한다. 개봉한 경화용 조성물('PMX') 및 시멘트는 사용 후 잔량을 비닐 등으로 철저하게 포장하여 굳어지는 것을 방지하도록 한다. 굳어진 경화용 조성물('PMX')은 분쇄기를 이용하여 분쇄 후 물에 녹여 사용 한다.

최저 기온이 섭씨 5℃ 이하가 되면 공사를 시공해서는 안되며 시공 후 최소 7일간 시공한 도로가 0℃ 이하가 되지 않도록 해야 한다. 강우시 감독 감리자(관리)가 승인한 경우가 아니면 작업을 해서는 안된다. 토사시멘트 공법을 이용하여 동상방지층(차단층), 보조기층 및 기층 시공을 하는 경우 해당 내용을 설계에 반영한다. 이 경우 각 층의 두께는 현장상황에 따라 결정하여 설계에 반영하되 표준 두께는 아래 표와 같다.

도로 종류	층 두께
1 급 도로	40 Cm 이상
2 급 도로	30 Cm
3 급 도로	20 Cm

기존 공법의 기층 및 보조기층을 통합하여 1개 층으로 시공하며 동상방지층(차단층)의 경우는 현장 상황에 따라 결정한다. 1급 도로는 고속국도 및 통행량이 많은 일반국도. 2급 도로는 일반 국도, 3급 도로는 지방도 및 기타 도로로 구분하되 세부 사항은 정부 도로설계기준에 근거한다. 층 두께는 다짐 후 두께를 말한다.

시공은 기존 도로포장과 마찬가지로 토공사(노상)가 완료되고 인접한 배수시설과 구조물 공사 등 관련 사전 공사의 완료여부를 확인한 후 시공에 들어가야 한다. 특히 노상의 상태 즉, 다짐정도(다짐밀도)와 연약지반 및 지반 침하 상태 등 토공사 상태를 면밀히 확인 후 필요한 부분은 조치를 취한다. 도로의 종류 및 현장의 특성에 따라 시공 방법을 결정한다. 시공 방법은 노상 현장 교반 공법과 사전 교반 공법(건식/습식)이 있다.

2) 배합비 및 함수비의 결정

시멘트, 토사 및 PMX의 배합비 및 최적 함수비는 현장의 토사를 채취하여 사전 실내 시험을 통해서 결정한다. 현장 토사 채취 및 실험은 매 500m³ 마다 1회 실시 하는 것을 원칙으로 하되 현장 상황에 따라 감독관이 회수 및 간격을 조정할 수 있다. 토사의 종류별 표준 배합비는 아래 표 5-1 과 같다. 표준 함수비는 14% ~ 16% 로 하되 토사의 종류 및 현장상황에 따라 실내 실험을 통해 최적 함수비를 구한다.

*토사별 표준 배합비

토사 분류법		시멘트량( % )	PMX 량 ( % )
AASHTO	USCS	시멘트량( % )	PMX 량 ( % )
A-1-a	GW, GP, GM, SW, SP, SM	6	시멘트량의 1 %
A-1-b	GM, GP, SM, SP	7
A - 2	GM, GC, SM, SC	7
A - 3	SP	8
A - 4	CL, ML	9
A - 5	ML, MH, CH	10
A - 6	CL, CH	11
A - 7	MH, CH	12

* 시멘트량은 토사 최대 건조중량에 대한 %임.

3) 노상 현장 교반 공법

토사포장 두께를 결정하고 장비를 준비하며, 사전 실내시험을 통해 적정 배합비와 최적 함수비(OMC)를 구한다.

현장의 토사 및 성토한 토사의 두께는 시공하고자 하는 두께의 120% 로 한다. 공사대상 토사 내 이물질과 크기가 큰 (통상 지름 10Cm 이상) 돌과 흙덩어리는 골라낸다.

아스팔트 피니셔 등 장비나 인력을 이용하여 시멘트를 토사 위에 고르게 포설한다. 현장 토사를 시멘트와 혼합이 잘되도록 로터리믹서(ROTARY MIXER) 또는 스태빌라이저(STABILIZER)를 이용하여 2~4회 교반하여 준다. 단, 도로 표면이 많이 굳어져 있는 경우 장비를 이용하여 필요한 두께만큼 토사를 먼저 파낸 후 교반이 잘되도록 부수는 작업을 실시한다.(로터리믹서나 스태빌라이저 장비가 없어 불가피한 경우 트랙터 이용) 성토가 필요한 경우 성토할 흙을 시공할 도로 노상에 일정한 두께로 포설한다.

살수트럭(SPRINKLER TRUCK)에 물과 경화용 조성물을 혼합하여 용해시킨다. 표준 혼합비는 물 200 리터 당 경화용 조성물 10 킬로그램을 용해시키는 것으로 하되 토사의 최적 함수비(14%) 등을 감안하여 그 양을 조정한다. 살수트럭은 시간당 살포하는 용액의 양을 조절할 수 있는 차량이어야 한다.(현장 흙의 기존 함수비를 고려하여 추가 물의 양을 조절함)

물과 PMX 혼합 용액을 토사와 시멘트가 혼합된 도로 위에 고르게 살포한다. 상기 7항과 동일하게 토사, 시멘트 혼합물과 경화용 조성물 용액이 고르게 혼합될 수 있도록 로터리믹서 또는 스태빌라이저를 이용하여 2~3회 섞어준다.(밑에 부분까지 골고루 섞이도록 꼭 체크해서 혼합할 것)

모터 그레이더(MOTOR GRADER)장비를 이용하여 시공할 포장 면을 정리한다.

타이어롤러(TIRE ROLLER : 8톤~15톤)를 이용하여 3~4 회 다짐 한다.

진동롤러( VIBRATING ROLLER : 8~10톤)를 이용하여 3~5회 다짐한다.

어느 정도 다짐이 완료되었다고 판단되면 타이어롤러(TIRE ROLLER)를 이용하여 1~2 회 마무리 다짐한다. 롤러로 다짐이 불가능한 모퉁이, 코너부분은 인력 또는 콤팩트로 다짐한다.

1개층의 다짐 두께는 20센티 이내이어야 하며 다짐 두께가 그 이상인 경우 2회 이상으로 나누어 다짐한다. 모든 다짐 작업은 토사와 시멘트를 혼합한 후 4시간 이내에 마무리 되어야 한다. 양생을 위하여 시공 후 3일간 도로 포장 면에 충분히 살수를 해주는 것이 좋으며(우천시는 자연살수되므로 별도 살수 불필요) 양생기간 중에는 보행이나 차량 진입을 금하도록 한다. 표층 포장 작업은 다짐 작업 후 7일 이후에 실시한다.

* 다짐의 종류

다짐	RAMMER	MOLD 안지름	다짐 층수	1 층당 다짐횟수	허용최대입자지름
A	2.5 Kg	10 Cm	3	25	19 mm
B	2.5 Kg	15 Cm	3	55	37.5 mm
C	4.5 Kg	10 Cm	5	25	19 mm
D	4.5 Kg	15 Cm	5	55	19 mm
E	4.5 Kg	15 Cm	3	92	37.5 mm

4) 사전 교반 공법(건식)

토사포장 두께를 결정하고 장비를 준비한다. 사전 실내 실험을 통해 적정 배합비와 최적 함수비(OMC)를 구한다.(사전 실내시험은 KS F 2312 흙의 다짐 시험에 준하여 실시한다.)

현장 토사를 이용하며 교반을 할 것인지 성토가 필요한지를 결정한 후 현장 토사만으로 시공할 경우는 현장 토사를, 성토가 필요한 경우 성토할 흙의 량을 결정하여 토사 혼합기로 운반한다. 플랜트는 이동이 용이한 시설이 되어야 하며 도로공사 현장의 약 2Km 이내의 거리에 설치하는 것을 원칙으로 하되 운송 환경 등을 고려하여 설치하며 공사 현장의 진행에 따라 플랜트를 이전한다.

토사혼합기에 토사를 넣기 전 토사 내 이물질과 크기가 큰 돌과 흙덩이(지름 5 cm 이상)를 골라낸다.

토사 혼합기에 토사와 시멘트를 넣은 후 충분히 섞어준다.

물과 경화용 조성물을 혼합하여 용해 시킨 용액을 토사 혼합기에 넣은 후 토사 및 시멘트와 충분히 섞일 때까지 고르게 혼합한다. 용액의 표준 혼합비는 물 200 리터 당 경화용 조성물 10 킬로그램을 용해시키는 것으로 하되 토사의 최적 함수비 등을 감안하여 그 양을 조정한다.

함수비는 운반 및 포설 시 증발을 감안하여 최적함수비 보다 약 2~3% 높도록 혼합한다. 아스팔트 피니셔를 이용하여 상기 6 항의 토사, 시멘트 및 경화용 조성물 용액 혼합물을 도로상에 고른 두께로 포설한다. 이 경우 포설 두께는 다짐 두께의 120% 수준으로 한다.

모터그레이더(MOTOR GRADER)장비를 이용하여 도로 포장면을 정리한다.

타이어롤러(TIRE ROLLER : 8톤~15톤)를 이용하여 3~4 회 다짐한다.

진동롤러( VIBRATING ROLLER : 8~10톤)를 이용하여 3~4회 다짐한다.

어느 정도 다짐이 완료되었다고 판단되면 타이어롤러(TIRE ROLLER)를 이용하여 1~2 회 마무리 다짐한다. 롤러로 다짐이 불가능 한 모퉁이, 코너부분은 인력 또는 콤팩트로 다짐한다.

1 회 다짐 두께는 20센티 이내이어야 하면 다짐 두께가 그 이상인 경우 2 회 이상으로 나누어 다짐해야 한다. 모든 다짐 작업은 토사와 시멘트를 혼합한 후 4시간 이내에 마무리 되어야 한다.

양생을 위하여 시공 후 2~3일간 도로 포장 면에 충분히 살수하는 것이 좋으며 양생기간 중에는 보행이나 차량 진입을 금하도록 한다.(약 7일 전 후)

표층 포장 작업은 다짐 작업 후 7일 이후에 실시한다. 다만, 도로 표면 상태를 감안하여 감독자의 판단 하에 그 기간을 조정할 수 있다.

5) 사전 교반 공법(습식)

롤러를 이용한 다짐이 불가능한 경우 등 특수한 상황인 경우 습식으로 시공한다. 토사포장 두께를 결정하고 장비를 준비한다.

현장 토사를 이용하며 교반을 할 것인지 성토가 필요한지를 결정한 후 현장 토사만으로 작업 할 경우는 현장 토사를, 성토가 필요한 경우 성토할 흙의 량을 결정하여 토사 혼합기(또는 플랜트)로 운반한다.

토사혼합기에 토사를 넣기 전 토사 내 이물질과 크기가 큰 돌과 흙덩이(지름 5Cm 이상)를 골라낸다.

토사 혼합기에 토사와 시멘트를 넣은 후 충분히 섞어준다,

물과 본 발명의 경화용 조성물을 혼합하여 용해시킨 용액을 토사 혼합기에 넣은 후 토사 및 시멘트와 충분히 섞일 때까지 고르게 혼합한다. 용액의 표준 혼합비는 물 200 리터 당 경화용 조성물 10 킬로그램을 용해 시키는 것으로 하되 토사의 최적 함수비 등을 감안하여 그 양을 조정한다.

함수비는 콘크리트와 같이 걸죽한 상태(약 25~30%)가 되도록 혼합한다.

도로가에 혼합물이 넘치지 않도록 나무 등으로 거푸집(FORM)을 설치한다. 이때 거푸집의 높이는 시공 두께의 150% 이상 이어야 한다.

도로 노상의 특성이나 토질의 특성을 감안하여 필요 시 비닐 매트 등 배수를 차단할 수 있는 재료를 도로면 위에 깔도록 한다.

레벨링 피니셔를 이용하여 상기 6 항의 토사, 시멘트 및 경화용 조성물용액 혼합물을 도로상에 고른 두께로 포설한다.포장이 어느 정도 경화 된 후 거푸집을 제거한다.

양생을 위하여 양생기간 중에는 보행이나 차량 진입을 금하도록 한다.(약 7일 전후) 표층 포장 작업은 다짐 작업 후 7일 이후에 실시한다. 다만, 도로 표면 상태를 감안하여 감독자의 판단 하에 그 기간을 조정할 수 있다.

Claims

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토사포장 두께를 결정하고 장비를 준비하며, 사전 실내시험을 통해 적정 배합비와 함수비를 구하는 단계;
토사를 시멘트와 혼합이 잘되도록 로터리믹서(ROTARY MIXER) 또는 스태빌라이저(STABILIZER)를 이용하여 4회 교반한 후 포설하는 단계;
아스팔트 피니셔 등 장비를 이용하여 시멘트를 토사 위에 시공할 도로 노상에 일정한 두께로 고르게 포설하는 단계;
물에 경화용 조성물을 혼합하여 용액을 만드는 단계,
여기서 상기 경화용 조성물은 조성물 100중량부에 대하여 규산나트륨(Na₂SiO₃) 0.1~1 중량부, 탄산칼슘(CaCO₃) 0.1~1 중량부, 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.1~1 중량부, 실리카퓸(SiO₂) 2~4 중량부, 수산화칼륨(KOH) 10~25 중량부, 염화마그네슘 10~30 중량부, 염화나트륨 10~30 중량부, 염화칼륨 10~25 중량부, 염화칼슘 10~25 중량부, 황산나트륨 1~10 중량부, 트리폴리인산나트륨 1~10 중량부, 리그닌술폰산염 1~5 중량부, 및 메타카올린 1∼10 중량부를 포함하는 경화용 조성물임;
상기 물과 경화용 조성물 혼합 용액을 토사와 시멘트가 혼합된 도로 위에 고르게 살포하는 단계;
상기 토사, 시멘트 혼합물과 물과 경화용 조성물 혼합 용액이 고르게 혼합될 수 있도록 로터리믹서 또는 스태빌라이저를 이용하여 3회 골고루 섞는 단계;
모터 그레이더(MOTOR GRADER)장비를 이용하여 시공할 포장 면을 정리하는 단계;
타이어롤러(TIRE ROLLER)를 이용하여 4회 다짐하는 단계;
진동롤러(VIBRATING ROLLER)를 이용하여 4회 다짐하는 단계;
타이어롤러(TIRE ROLLER)를 이용하여 2회 마무리 다짐하는 단계;및
시공 후 3일간 포장면을 양생한 후, 다짐작업 후 7일 이후에 표층 포장을 하는 단계; 를 포함하는 노상 현장 교반 시공 방법.
토사포장 두께를 결정하고 장비를 준비하며, 사전 실내시험을 통해 적정 배합비와 함수비를 구하는 단계;
토사 혼합기에 토사와 시멘트를 넣은 후 충분히 섞어주는 단계;
물과 경화용 조성물을 혼합하여 용해시킨 용액을 토사 혼합기에 넣은 후 토사 및 시멘트와 충분히 섞일 때까지 14~16%의 함수비로 고르게 혼합하는 단계,
여기서 상기 경화용 조성물은 조성물 100중량부에 대하여 규산나트륨(Na₂SiO₃) 0.1~1 중량부, 탄산칼슘(CaCO₃) 0.1~1 중량부, 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.1~1 중량부, 실리카퓸(SiO₂) 2~4 중량부, 수산화칼륨(KOH) 10~25 중량부, 염화마그네슘 10~30 중량부, 염화나트륨 10~30 중량부, 염화칼륨 10~25 중량부, 염화칼슘 10~25 중량부, 황산나트륨 1~10 중량부, 트리폴리인산나트륨 1~10 중량부, 리그닌술폰산염 1~5 중량부, 및 메타카올린 1∼10 중량부를 포함하는 경화용 조성물임;
아스팔트 피니셔를 이용하여 상기 토사, 시멘트 및 경화조성물 용액의 혼합물을 도로상에 다짐 두께의 120%로 고른 두께로 포설하는 단계;
모터그레이더(MOTOR GRADER)장비를 이용하여 도로 포장면을 정리하는 단계;
타이어롤러(TIRE ROLLER)를 이용하여 4회 다짐하는 단계;
진동롤러(VIBRATING ROLLER)를 이용하여 4회 다짐하는 단계;
타이어롤러(TIRE ROLLER)를 이용하여 2회 마무리 다짐하는 단계;및
시공 후 3일간 포장면을 양생한 후, 다짐작업 후 7일 이후에 표층 포장을 하는 단계;를 포함하는 건식 사전 교반 시공 방법.
토사포장 두께를 결정하고 장비를 준비하며, 사전 실내시험을 통해 적정 배합비와 함수비를 구하는 단계;
토사 혼합기에 토사와 시멘트를 넣은 후 충분히 섞어주는 단계;
물과 경화용 조성물을 혼합하여 용해시킨 용액을 토사 혼합기에 넣은 후 토사 및 시멘트와 충분히 섞일 때까지 함수비가 25~30% 되도록 고르게 혼합하는 단계,
여기서 상기 경화용 조성물은 조성물 100중량부에 대하여 규산나트륨(Na₂SiO₃) 0.1~1 중량부, 탄산칼슘(CaCO₃) 0.1~1 중량부, 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.1~1 중량부, 실리카퓸(SiO₂) 2~4 중량부, 수산화칼륨(KOH) 10~25 중량부, 염화마그네슘 10~30 중량부, 염화나트륨 10~30 중량부, 염화칼륨 10~25 중량부, 염화칼슘 10~25 중량부, 황산나트륨 1~10 중량부, 트리폴리인산나트륨 1~10 중량부, 리그닌술폰산염 1~5 중량부, 및 메타카올린 1∼10 중량부를 포함하는 경화용 조성물임;
도로가에 혼합물이 넘치지 않도록 시공 두께의 150% 이상 높이로 거푸집(FORM)을 설치하는 단계;
도로 노상의 특성이나 토질의 특성을 감안하여 비닐 매트 등 배수를 차단할 수 있는 재료를 도로면 위에 까는 단계;
레벨링 피니셔를 이용하여 상기 토사, 시멘트 및 경화제 조성물 용액 혼합물을 도로상에 고른 두께로 포설하여 포장하는 단계;
상기 포장이 경화된 후 거푸집을 제거하는 단계; 및
시공 후 3일간 포장면을 양생한 후, 다짐작업 후 7일 이후에 표층 포장을 하는 단계;를 포함하는 습식 사전 교반 시공 방법.