KR102567500B1 - 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법 - Google Patents

무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법 Download PDF

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Abstract

방수, 차수, 강도발현 및 상·하부층간 부착성능이 개선된 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법이 개시되어 있다. 이 개시된 매립지의 차수층 시공방법은 무시멘트 결합재와 수용성 변성 고분자 수지를 혼합하여 1차 차수층을 형성하는 단계 및 1차 차수층 상부에 섬유 매트 보강재를 포함한 2차 차수층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법{Construction Method for Water Barrier of Waste Landfill Using Cementless Binder, Water-Soluble Modified Polymer Resin and Fiber Mat Reinforcement}
본 발명은 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법에 관한 것으로서, 상세하게는 매립지 등의 방수·차수, 상·하부층 간의 부착성 향상을 위한 매립지의 차수층 시공방법에 관한 것이다.
매립지 등에 차수층을 형성하기 위해서 1980년대 이전에는 단순 점토층 다짐 기술을 개시하였고, 그 이후에는 팽창성 벤토나이트 및 천연토사 혼합재만을 다짐 시공하거나, 혼합재 중간에 차수매트 설치하는 기술을 대부분 활용하고 있다.
일반적으로 매립지 등의 차수층으로 투수계수가 낮은 불투수층을 형성시키는 공법이나 재료에 대한 기술이 많이 개발되어 시행되고 있다. 이러한 관점에서 개발된 고화재와 시멘트 등을 혼합하여 제조한 고화토 등을 매립장 사면에 포설하고, 다짐기로 다짐하여 사면에 차수층을 형성하는 공법이 사용되고 있다. 한편, 이 공법은 매립지 사면은 경사도가 심하고 절개지면이 많아서 불투수층의 재료를 포설하거나 다짐을 할 수가 없는 곳이 많아서 현실적으로 공사가 쉽게 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
최근에는 1 ~ 2cm 두께의 부직포에 벤토나이트를 혼입하여 제조한 벤토나이트 부직포 매트를 2차 차수층으로 매립장 바닥면 또는 사면에 포설하기도 한다. 기존 차수층의 기능 측면에서 벤토나이트 부직포 매트 상부에 포설되는 1차 차수층인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density Polyethylene) 차수막이 파손되어 침출수가 누출될 경우, 벤토나이트 부직포 매트 내의 벤토나이트가 침출수와 결합하여 팽윤되면서 벤토나이트 부직포 매트 자체를 팽창시켜 침출수의 누출을 차단시키는 기저를 내포하고 있다.
한편, 이러한 벤토나이트 부직포 매트가 무기질 표토층과 밀착 결속되지 않아서 매립층의 안정성 증진에는 별다른 기여도가 없을 뿐만 아니라, 1차적으로 벤토나이트 부직포 매트 시공 시 매립장 표토 상에 수분이 존재하게 되면 그 수분과 1차 차수층이 결합하여 고화되지 않고, 벤토나이트가 수분과 결합하여 먼저 팽창해버리기 때문에 침출수가 매립장 사면으로 누출되더라도 벤토나이트 층이 더 이상 팽창되지 않아 2차 차수층의 역할을 할 수 없다.
또한, 벤토나이트 부직포 매트층 하부에서 별도의 고화가 가능한 차수 매트층이 없으므로 지하수가 상부 벤토나이트 부직포 매트층으로 용출되거나 우수가 흘러 들어오는 경우에도 벤토나이트 부직포 매트가 팽창되며, 이렇게 팽창된 벤토나이트 부직포 매트는 폐기물 매립 후 다짐을 하거나 복토시에 복토층을 다짐장비에 의해 다짐하게 될 때 1차 차수층인 고밀도 폴리에틸렌 차수막이 눌리면서 팽윤되어 있던 벤토나이트 부직포 매트층에 균열이 발생할 수 있다. 이에, 누출된 침출수가 균열 틈새로 누출되게 되는 단점도 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 상기와 같은 1차 차수층을 형성하기 위한 기술 외에, 차수층 자체의 안정도를 보강하거나, 2차 차수층으로 매립지 등의 차수층 뿐만 아니라 교면 혹은 도로 포장체인 시멘트 콘크리트 포장이나 아스팔트 콘크리트 포장 (아스콘)체로 활용될 수 있는 섬유 매트로서 방수, 차수 기능이 향상된 대응 기술을 필요로 하고 있다.
아래의 특허문헌 1에는 매립장 사면의 차수 공법이 개시되어 있고, 특허문헌 2에는 반응매트와 반응혼합토 및 이를 이용한 차수 및 복토 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 1,2에 개시된 발명은 섬유와 반응매트를 포함한 것으로 매립지 등의 차수 등에 도움이 될 수 있으나, 섬유 및 반응매트의 부분적 활용으로 방수, 차수, 강도 등의 효과에 있어 미흡한 면이 있다.
공개특허공보 10-2010-0056786 (2010.05.28.) 공개특허공보 10-2011-0114846 (2011.10.20.)
본 발명은 상기한 바와 같은 점들을 감안하여 창안된 것으로서, 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지, 및 섬유 매트 보강재를 활용하여 차수층을 설치함으로써, 방수 및 차수 기능뿐만 아니라, 부착강도, 압축강도 및 인장강도 발현으로 차수층의 구조적 안정성을 위한 매립지의 차수층 시공방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법은 무시멘트 결합재(S111)와 수용성 변성 고분자 수지를 혼합(S113)하여 1차 차수층을 형성하는 단계(S110); 및 상기 1차 차수층 상부에 섬유 매트 보강재를 포함한 2차 차수층을 형성하는 단계(S120)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 2차 차수층을 형성하는 단계(S120)는 상기 1차 차수층 상부에 섬유 매트 보강재를 설치하는 단계(S121)와; 상기 섬유 매트 보강재 상부에 무시멘트 결합재를 포설하는 단계(S123); 및 포설된 상기 무시멘트 결합재 상부에 수용성 변성 고분자 수지를 살포 후 다짐 양생하는 단계(S125)를 포함할 수 있다.
상기 무시멘트 결합재는 전체 중량%에 대하여 플라이 애쉬 5 ~ 30중량%, 고로슬래그 30 ~ 75중량%, 탄산나트륨(Na2CO3) 3 ~ 15중량% 및 수산화칼슘(Ca(OH)2) 10 ~ 30중량%를 포함하며, 마른 비빔으로 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 플라이 애쉬는 전체 중량%에 대하여 생석회(CaO) 35 ~ 45 중량%를 포함하고, 상기 고로슬래그는 전체 중량%에 대하여 생석회(CaO) 25 ~ 35중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무시멘트 결합재는 상기 마른 비빔으로 혼합된 상기 무시멘트 결합재에 대해 알칼리 자극을 위하여, 1몰 ~ 5몰/리터 농도의 수산화나트륨(NaOH)를 물(H2O) 전체 중량%에 대하여 1 ~ 5중량%로 희석한 수용액을 만드는 단계; 및 상기 수용액을 무시멘트 결합재 전체 중량%에 대하여 25 ~ 35중량%를 투입한 한 다음, 현장에서 젖은비빔을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용성 변성 고분자 수지는 1액형 수용성 변성 아크릴 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 1액형 수용성 변성 아크릴 수지는 고무 1 ~ 3중량%, 지방산 20 ~ 35중량%, 비닐 실란 트리올 커플링제 0.5 ~ 1.0중량% 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상 포함한 에폭시 수지를 이온 교환수에 적하하여, 불휘발분이 10 ~ 40중량%인 1차 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 1차 조성물을 유화 아크릴 수지에 적하하여 수득하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 1액형 수용성 변성 아크릴 수지는 전체 중량%에 대하여 유화 아크릴 수지 90 ~ 60wt%, 1차 조성물 불휘발분 10 ~ 40중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 1차 차수층을 형성하는 단계(S110)는, 상기 무시멘트 결합재 전체 100 중량부에 대하여 수용성 변성 고분자 수지 2 ~ 10 중량부로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 2차 차수층에 사용되는 상기 섬유 매트 보강재는 격자모양으로 직조된 보강섬유를 아스팔트 유제에 함침하는 단계(S121a)와; 함침된 상기 보강섬유의 상하부에 1액형 수용성 변성 아크릴 수지를 도포하는 단계(S121b); 및 상기 수용성 변성 아크릴 수지가 도포된 상기 보강섬유 상부에 무시멘트 결합재를 살포(S121c)하는 것에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법은 무시멘트 결합재와 수용성 변성 고분자 수지를 혼합하여 1차 차수층을 형성함으로써 방수, 차수, 강도발현 및 유·무기물과의 화학적 결합 기저로 상·하부층 간의 부착성을 향상시키고, 섬유 매트 보강재 설치, 무시멘트 결합재 및 수용성 변성 고분자 수지를 살포하여 2차 차수층을 형성함으로써 경계층의 부착성 및 전단 저항성을 강화하여 반사균열뿐만 아니라, 상하부 층간의 접착 성능 약화로 인한 밀림, 들뜸 현상 등의 방지 또는 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차수층 시공단계를 보인 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용되는 섬유 매트 보강재 제조 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용되는 무시멘트 결합재이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 사용되는 수용성 변성 고분자 수지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 사용되는 섬유 매트 보강재이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차수층 단면 형상이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차수층 단면 형상이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차수층 단면 형상이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압축강도 측정 시편이다.
도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 압축강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 투수계수 측정 시편이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 투수계수 측정 시험이다.
본 명세서에 기재되는 모든 용어는 본 발명의 기능을 고려하여 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당해 기술분야의 통상의 기술자의 의도, 관례, 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라 질 수 있다. 또한, 본 발명에서 발명자가 임의의 용어를 특정한 경우, 발명의 설명부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 발명의 설명에 기재된 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차수층 시공단계를 보인 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에서 사용되는 섬유 매트 보강재 제조 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에서 사용되는 무시멘트 결합재이며, 도 4는 본 발명의 실시예에서 사용되는 수용성 변성 고분자 수지이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 섬유 매트 보강재이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 매립지의 차수층 시공방법을 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하기로 한다.
도 1를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 매립지의 차수층 시공단계는 크게 2가지 공정으로 이루어질 수 있다. 즉, 무시멘트 결합재와 수용성 변성 고분자 수지를 혼합하여 1차 차수층을 형성하는 단계(S110) 및 상기 1차 차수층 상부에 섬유 매트 보강재를 포함한 2차 차수층을 형성하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. 상기 2차 차수층을 형성하는 단계(S120)는 상기 섬유 매트 보강재 설치하는 단계(S121), 상기 섬유 매트 보강재 상부에 무시멘트 결합재를 포설하는 단계(S123) 및 포설된 상기 무시멘트 결합재 상부에 수용성 변성 고분자 수지를 살포 및 다짐 양생하여(S125) 2차 차수층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 S110은 무시멘트 결합재를 포설(S111)하여 수용성 변성 고분자 수지(S113)와 혼합으로 1차 차수층을 형성하는 단계이다.
단계 S111은 본 발명의 실시예에 따른 1차 차수층을 형성하기 위하여 상기 무시멘트 결합재를 살포하는 단계이다. 상기 무시멘트 결합재는 차수층을 형성하는데 있어서 방수, 차수 및 강도발현 역할을 할 수 있다. 따라서, 상기 무시멘트 결합재는 플라이 애쉬, 고로슬래그, 탄산나트륨 (Na2CO3), 수산화칼슘(Ca(OH)2)를 포함할 수 있다.
상기 무시멘트 결합재 성분으로 상기 플라이 애쉬 및 고로슬래그는 콘크리트 등을 제조하는데 혼합되는 재료이다.
상기 플라이 애쉬는 화력발전에서 석탄원료를 사용할 때 발생하는 부산물이다. 즉, 화력발전소 등 석탄을 연료로 사용하는 시설에서 석탄을 가루로 만들어 태우고 나면, 산화 실리콘(SiO2)나 산화 알루미늄(AL2O3)성분의 미세한 먼지로 남게 된다. 이러한 먼지들을 집진기로 포집한 것이 플라이 애쉬이다. 상기 플라이 애쉬 입자의 크기는 시멘트 입자 크기와 비슷하다. 이러한 플라이 애쉬를 콘크리트에 혼합하여 사용하면 작업성이 개선되고, 경화열이 낮아질 뿐만 아니라 장기 강도 및 수밀성이 향상되어 경제적일 수 있다. 따라서 비싼 시멘트 대신 콘크리트에 플라이 애쉬를 첨가하면 콘크리트 양생 시간은 다소 길어지지만, 유동성 개선, 장기 강도 증진, 수화열 감소, 알칼리 골재 반응 억제, 황산염에 대한 저항성, 콘크리트 수밀성 등이 향상될 수 있다.
또한, 상기 플라이 애쉬 미분말의 분말도는 3,000 ~ 4,500cm2/g, 밀도는 1.9 ~ 2.3g/cm3 일 수 있다. 상기 플라이 애쉬의 주요 화학적 조성은 SiO2, Fe2O3, Al2O3, CaO 및 MgO로서 전체 화학성분 중 95 ~ 97wt%를 포함할 수 있다. 또한, 상기 플라이 애쉬의 주요 성분 중 충분한 수화반응을 위해 10wt% 이상의 CaO 및 30wt% 이상의 SiO2 성분, 이상팽창 억제를 위해 2wt%이하의 MgO 성분을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
상기 고로슬래그는 철강석의 선철과정에서 부산물로 철광석 중에 불순물로서 포함되는 암석류가 석회와 화합하여 생긴 산물이다. 상기 고로슬래그는 용도에 따라 급냉 고로슬래그, 서냉 고로슬래그, 반급냉 고로슬래그로 분류될 수 있다. 상기 급냉 슬래그는 제철소에서 선철을 제조할 때 발생되는 용융슬래그를 냉각수로 급냉시켜 유리질로 된 작은 모래 모양으로 고로시멘트용, 콘크리트용 세골재, 콘크리트 혼합재 등으로 이용될 수 있다. 상기 서냉 고로슬래그는 상기 용융슬래그를 용광로에서 서서히 꺼내어 식혀 고화된 것으로 도로용, 콘크리트용 골재, 항만재료, 규산 석회비료 등에 이용될 수 있다. 상기 반급냉 고로슬래그는 경량콘크리트용 골재, 경량매립재, 보온재 등에 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 주로 서냉 고로슬래그를 선택할 수 있다. 따라서 본 발명에서 "고로슬래그"는 서냉 고로슬래그를 의미한다. 상기 고로슬래그는 콘크리트 등에 포함되어 유동성 증가, 삼투성 감소, 초반에 압축 강도가 감소하나 시간이 지날수록 증가하는 특성 등을 지닌다.
또한, 상기 고로슬래그 미분말의 분말도는 3,500 ~ 4,500cm2/g, 밀도는 2.7 ~ 2.9g/cm3 일 수 있다. 상기 고로슬래그의 주요 화학적 조성은 SiO2, Fe2O3, Al2O3, CaO 및 MgO로서 전체 화학성분 중 95 ~ 97wt%를 포함할 수 있다. 또한 상기 고로슬래그의 주요성분 중 충분한 수화반응을 위해 25wt% 이상의 CaO 및 20wt% 이상의 SiO2 성분, 이상팽창 억제를 위해 8wt%이하의 MgO 성분을 함유하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 고로슬래그의 미분말은 수산화물(C-S-H)을 형성하므로 치밀한 구조의 차수층을 형성하는데 기여할 수 있다.
따라서 상기 무시멘트 결합재는 전체 중량%에 대하여 플라이 애쉬 5 ~ 30중량%, 고로슬래그 15 ~ 75중량%, 탄산나트륨(Na2CO3) 3 ~ 15중량%, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 10 ~ 30중량%를 포함하여 마른 비빔으로 혼합할 수 있다. 또한, 상기 플라이 애쉬는 전체 중량%에 대하여 생석회(CaO) 35 ~ 45 중량%를 포함하며, 상기 고로슬래그는 전체 중량%에 대하여 생석회(CaO) 25 ~ 35중량%를 포함할 수 있다.
한편, 상기 무시멘트 결합재에 포함된 상기 플라이 애쉬 및 상기 고로슬래그 내의 생석회 함량이 범위 미만인 경우에는 충분한 수화물이 형성되지 않아 소정의 압축강도를 달성할 수 없다. 또한 상기 무시멘트 결합재에 함유되어 있는 생석회의 함량이 범위 초과인 경우에는 과반응로 다량의 조기 건조수축으로 균열이 발생하여 내구성이 크게 저하될 수 있다.
본 발명에서 상기 무시멘트 결합재는 상기 마른 비빔으로 혼합된 상기 무시멘트 결합재에 대해 알칼리 자극을 위하여, 1몰 ~ 5몰/리터 농도의 수산화나트륨(NaOH)을 물(H2O) 전체 중량%에 대하여 1 ~ 5중량%로 희석한 수용액을 만드는 단계 및 상기 수용액을 무시멘트 결합재 전체 중량%에 대하여 25 ~ 35중량%를 투입한 한 다음, 현장에서 젖은비빔을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 무시멘트 결합재의 구성 성분으로 플라이 애쉬, 고로슬래그 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 이용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 주로 플라이 애쉬 및 고로슬래그가 모두 함유된 무시멘트 결합재를 이용할 수 있다. 따라서 상기 무시멘트 결합재 전체 중량%에 대하여 상기 플라이 애쉬는 5 ~ 30중량%, 상기 고로슬래그는 15 ~ 75중량% 포함할 수 있다.
또한, 시멘트를 포함하지 않는 상기 무시멘트 결합재는 플라이 애쉬 및 고로슬래그에 함유되어 있는 시멘트의 주성분(CaO, SiO2)등을 간접적으로 활용하는 기저를 갖는다. 상기 마른 비빔 과정에서 탄산나트륨 및 수산화칼슘 등을 첨가하여, 포설·다짐 후 상온 양생 조건에서 최대의 탈수중합반응에 의한 수화반응 및 알칼리 반응을 유도하는 것을 특징으로 한다.
즉, 플라이 애쉬 및 고로슬래그에 함유된 규산칼슘(CaO, SiO2) 성분은 물과 혼합시 탈수중합반응을 일으켜 규산칼슘 수화물 (Calcium -Silicate-Hydroxyl)과 수산화칼슘 (Ca(OH)2)을 추가로 생성하며, 수화가 일어나면 대개 규산칼슘 수화물과 같은 수화물이 생성된 후 양성되어 탄산칼슘 (CaCO3)이 형성되는 고화 기저를 활용할 수 있다.
[화학식 1 : 플라이 애쉬 또는 고로슬래그 수화반응]
2(3CaO·SiO2)+6H2O 3CaO·2SiO2·3H2O(C3S2H3)+3Ca(OH)2
상기 화학식 1과 같이, 상기 플라이 애쉬 또는 상기 고로슬래그 미분말은 잠재수경성 물질로 물과의 반응으로 수산화물과 수산화 칼슘 등이 형성되며, 이후 탄산염과의 추가 반응으로 경화가 촉진되어 장기 강도 향상 및 수밀성 증대등의 효과를 발현한다. 본 발명에서 "잠재수경성"은 알칼리(Ca(OH)2), KOH, NaOH)나 황산염(CaSO4)등의 자극을 받으면, 박막이 파괴되면서 겔로 변화되고, 고로슬래그로부터 이온의 용출과 불용성의 물질이 석출되면서 경화되기 시작하는데 이러한 수화기구를 의미한다.
반면, 일반적으로 시멘트를 함유한 콘크리트 혼합물은 70wt%의 골재, 시멘트와 물이 혼합된 시멘트 페이스트 30wt%로 구성될 수 있다. 따라서 시멘트를 함유한 콘크리트 혼합물은 수화반응 및 알칼리-골재의 포졸란 화학적 반응에 의해 대부분의 강도가 발현된다. 따라서 상기 시멘트 및 골재에 함유된 생석회 (CaO), 이산화 규소 (SiO2), 알루미나(Al2O3) 등이 강도 발현에 참여하는 기저를 활용한다.
상기 무시멘트 결합재 성분으로 탄산염을 포함할 수 있다. 상기 탄산염은 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산바륨 등에서 선택된 적어도 어느 하나 이상 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 주로 상기 탄산나트륨(Na2CO3)를 이용할 수 있다. 상기 탄산나트륨은 탄산과 수산화나트륨의 염으로서, 가소성 알칼리와 혼합되어 강도에 영향을 줄 수 있다. 따라서 상기 탄산나트륨은 상기 무시멘트 결합재 전체 중량%에 대하여 3 ~ 15중량% 포함할 수 있다.
상기 탄산나트륨(Na2CO3)은 수분과 반응시 탄산나트륨으로부터 수산화나트륨(NaOH) 성분이 해리되어, 알칼리 자극 반응으로 형성된 에트린자이트(Ettringite, Ca6[Al(OH)6]2(SO4)326H2O)가 양생과정에서 탄산칼슘(CaCO3)으로 경화되어, 압축 강도를 발현하는 기저를 활용할 수 있다.
한편, 상기 무시멘트 결합재에 포함된 상기 탄산나트륨의 함량이 3중량% 미만인 경우에는 충분한 수산화나트륨(NaOH) 성분이 추가로 해리되지 않아서, 염화물 합성량이 적어 골재-알칼리 반응에 의한 강도 개선 효과가 미비할 수 있다. 상기 탄산나트륨의 함량이 15중량%를 초과하는 경우에는 과도한 알칼리 반응으로 조기에 건조수축에 의한 균열발생으로 내구성이 저하될 수 있다.
상기 무시멘트 결합재 성분으로 가소성 알칼리를 포함할 수 있다. 상기 가소성 알칼리는 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 수산화칼륨 등에서 선택된 적어도 어느 하나 이상 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 주로 상기 수산화나트륨(NaOH)를 이용할 수 있다. 상기 수산화나트륨은 가성소다라고도 한다. 상기 수산화나트륨은 대표적인 강염기로서 탄산염과 혼합되어 강도에 영향을 줄 수 있다. 따라서 상기 수산화나트륨은 상기 무시멘트 결합재 전체 중량%에 대하여 10 ~ 30wt%를 포함할 수 있다.
한편, 상기 무시멘트 결합재에 포함된 상기 수산화나트륨의 함량이 10중량%미만인 경우에는 해리된 칼슘이온 및 수산기 부족으로 충분한 수산화물 생성이 어려울 수 있다. 상기 수산화나트륨의 함량이 30중량% 초과인 경우에는 과다한 수산화물 생성으로 수화열이 증가되어 조기에 건조수축에 의한 균열발생으로 내구성이 저하될 수 있다.
이와 같이 1차 차수층을 형성하는 단계(S110)에서 주로 상기 무시멘트 결합재를 단독으로 사용하여 하기의 수용성 변성 고분자 수지와 혼합할 수 있다. 또 다른 실시예로서, 탄산칼슘, 제강슬래그, 바텀애쉬, 현장 토사(풍화도 또는 퇴적토)중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상인 10 ~ 20wt%와 상기 무시멘트 결합재 80 ~ 90wt%를 혼합한 복합재를 하기의 수용성 변성 고분자 수지와 혼합할 수 있다.
또한, 상기 무시멘트 결합재는 외부 양생 및 반응 환경을 조성하고, 주성분을 간접적으로 투입하여, 수화반응(규산칼슘 수화물 Calcium Silicate Hydrate: C-S-H) 및 포졸란 반응(에트린자이트, Ettringite) 등을 가속 최대화하여 소정의 강도를 발현하는 차수층을 형성할 수 있다. 본 발명에서 "포졸란"이란 실리카 물질 (SiO2)을 주성분으로 그 자체에는 수경성이 없는 광물질 분말을 의미한다. 또한 본 발명에서"포졸란 반응은 실리카 물질(SiO2)이 수산화칼슘과 반응하여 규산칼슘 수화물 (Calcium Silicate Hydrate: C-S-H)을 만드는 것을 의미한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차수층을 매립지에 시공 시, 종래의 부직포 벤토나이트 층을 포함하지 않는 경우에 있어서는 상기 무시멘트 결합재 포설 두께를 벤토나이트 층을 포함하는 경우에 비해 30 ~ 50%내외로 얇게 설치하는 것을 특징으로 한다.
단계 S113은 본 발명의 실시예에 따른 1차 차수층을 형성하기 위하여 상기 수용성 변성 고분자 수지를 살포하는 단계이다. 따라서 살포된 수용성 변성 고분자 수지를 상기 무시멘트 결합재와 혼합하여 1차 차수층을 형성할 수 있다.
상기 수용성 변성 고분자 수지는 아크릴 수지의 건조 성능을 이용할 뿐만 아니라 고무, 실란, 지방산 및 변성된 에폭시 수지의 내수분성, 고접착성, 조결성 등의 특성을 이용하여 무기물 혼합물에 적용될 수 있다. 따라서 상기 수용성 변성 고분자 수지의 온도는 10 ~ 120℃, 고분자화 과정은 비휘발성 특징을 갖을 수 있다. 또한, 상기 수용성 변성 고분자 수지는 반응시 무거품이고, 양생시 매우 낮은 수축율을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 수용성 변성 고분자 수지는 1액형 수용성 변성 아크릴 수지를 포함할 수 있다. 상기 1액형 수용성 변성 아크릴 수지는 고무 1 ~ 3중량%, 지방산 20 ~ 35중량%, 비닐 실란 트리올 커플링제 0.5 ~ 1.0중량% 중에서 적어도 어느 하나 이상 포함한 에폭시 수지를 이온 교환수에 적하하여, 불휘발분이 10 ~ 40중량%인 1차 조성물을 제조하는 단계 및 상기 1차 조성물을 유화 아크릴 수지에 적하하여 수득하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 1액형 수용성 변성 아크릴 수지는 전체 중량%에 대하여 유화 아크릴 수지 60 ~ 90중량%, 1차 조성물 불휘발분 10 ~ 40중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에서 상기 1액형 수용성 변성 아크릴 수지의 점도는 50cps~100cps (25℃)를 유지하여, 원활하게 현장에서 살포 및 상기 무시멘트 결합재와 혼합이 가능할 수 있다.
상기 비닐 실란 트리올 커플링제는 하기 화학식 2에서 도시된 바와 같이, 무기질과 유기질을 결합시켜주는 화학적 기저를 내포하고 있다.
[화학식 2: 비닐 실란 트리올]
즉, 상기 비닐 실란 트리올 커플링제는 화합물 내에 유기질과 반응하는 반응기(-Y)와 무기질과 반응하는 알콕시기(-OR)를 모두 포함하고 있다. 따라서 상기 비닐 실란 트리올 커플링제는 수분과 가수분해 반응을 하여 실라놀(Silanol) 그룹을 만든다. 하기 반응식 1에 도시된 바와 같이, 실라놀 그룹에 존재하는 히드록시기(-OH)와 유기 또는 무기재료인 차수층 표면의 히드록시기 간의 수소결합 또는 화학적 결합으로 인해 차수층 표면에서 부착강도를 발현시킬 수 있다.
[반응식 1: 비닐 실란 트리올]
상기 반응식 1 말단의 실란 반응기는 부착 대상 표면의 유기분자 또는 무기분자의 수산화기와 공유결합 또는 수소결합으로 부착강도를 발현시킬 수 있다.
상기 유화 아크릴 수지는 아크릴모노머와 유화제를 포함할 수 있다. 상기 아크릴모노머는 아크릴산, 메틸크릴산에틸에스테르, 아크릴로니트릴, 스타일렌등의 유도체로부터 단일 성분 또는 복합 성분으로 고분자화 축중합 과정에서 이용할 수 있다.
상기 아크릴로니트릴은 유화 아크릴 수지 100중량부에 대하여 1 ~ 10중량부로 포함될 수 있다. 상기 아크릴로니트릴의 함량이 1중량부 미만인 경우에는 축중합 후 부족한 고분자 망상구조로 인하여 인장강도 등이 저하될 수 있다. 또한, 상기 아크릴로니트릴의 함량이 10중량부를 초과한 경우에는 과도한 축중합으로 인한 깨짐현상 및 황변 현상을 가져올 수 있다.
상기 스타일렌은 유화 아크릴 수지 100중량부에 대하여 10 ~ 30중량부로 포함될 수 있다. 상기 스타일렌의 함량이 10중량부 미만인 경우에는 강도 및 건조성능 등이 저하될 수 있다. 또한, 상기 스타일렌의 함량이 30중량부를 초과하는 경우에는 불포화 성분 과다로 차수층의 치밀성 저하로 인해 침출 등이 발생할 수 있다.
상기 유화제는 비이온계 유화제, 음이온계 유화제 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상 이용할 수 있다. 상기 유화제는 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르, 소듐도데실설페이트를 포함할 수 있다. 상기 유화제는 유화 아크릴 수지 100중량부에 대하여 0.5 ~ 5중량부로 포함될 수 있다. 상기 유화제의 함량이 0.5중량부 미만인 경우에는 수용화가 어려울 수 있다. 또한 상기 유화제의 함량이 5중량부를 초과하는 경우에는 내수성 등이 저하될 수 있다.
따라서 유화 아크릴 수지는 1액형 수용성 변성 아크릴 수지 전체 중량%에 대하여 60 ~ 90중량%를 포함할 수 있다. 한편, 상기 유화 아크릴 수지의 함량이 60중량% 미만인 경우에는 흐름성(슬럼프)의 저하를 가져올 수 있다. 또한, 상기 유화 아크릴 수지의 함량이 90중량%를 초과하는 경우에는 연성 저하로 부재의 휨강도 저하를 가져올 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따라 상기 무시멘트 결합재와 수용성 변성 고분자 수지를 혼합하여 1차 차수층을 형성할 수 있다. S110단계에서 상기 수용성 변성 고분자 수지는 상기 무시멘트 결합재 전체 100 중량부에 대하여 2 ~ 10 중량부로 혼합하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 실시예에 따른 상기 수용성 변성 고분자 수지로서 1액형 수용성 변성 아크릴 수지와 무시멘트 결합재의 유·무기 화학상 반응 구조식은 하기와 같다.
[반응식 2: 1액형 수용성 변성 아크릴 수지와 무시멘트 결합재 화학 반응 구조]
상기 반응식 2에 도시된 바와 같이, 상기 무시멘트 결합재와 1액형 수용성 변성 아크릴 수지는 별도의 경화제 없이 불포화지방산을 연행한다. 연행된 불포화 지방산에 다수 포함되어 있는 반응기, 즉, 카르복실기 그룹(-COOH), 탄소 이중결합(C=C)등이 공기 중 산소 및 상기 무시멘트 결합재의 수화 반응으로 생성되는 수산기 이온 그룹 등과의 탈수중합반응(-Si-O- 결합)으로 경화를 유도하는 기저를 활용할 수 있다. 또한, 일반적으로 수화반응에 의해 발생되는 알칼리인 수산화물 수산기(-OH)와 고분자내에 연행된 비닐 실란 트리올 커플링제의 반응기의 수소 또는 공유결합(-Si-C- 결합)으로 상기 무시멘트 결합재와 1액형 수용성 변성 아크릴 수지의 혼합물이 경화될 수 있다.
단계 S120은 1차 차수층 상부에 섬유 매트 보강재를 포함한 2차 차수층을 형성하는 단계이다. 본 발명의 실시예에 따른 2차 차수층을 형성하는 단계(S120)는 상기 1차 차수층 상부에 섬유 매트 보강재를 설치하는 단계(S121), 상기 섬유 매트 보강재 상부에 무시멘트 결합재를 포설하는 단계(S123) 및 포설된 상기 무시멘트 결합재 상부에 수용성 변성 고분자 수지를 살포 후 다짐 양생하는 단계(S125)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 사용되는 섬유 매트 보강재이다.
도 2와 도 5를 참조하면, 단계 S121은 상기 2차 차수층을 형성하기 위하여, 상기 1차 차수층 상부에 섬유 매트 보강재를 설치하는 단계이다. 상기 섬유 매트 보강재는 용도에 따라 폭을 달리하여 격자모양으로 직조된 보강섬유를 아스팔트 유제에 함침하는 단계(S121a), 함침된 상기 보강섬유의 상하부에 1액형 수용성 변성 아크릴 수지를 도포하는 단계(S121b) 및 상기 수용성 변성 아크릴 수지가 도포된 상기 보강섬유 상부에 경계면 접착강화 및 운반 ·보관 용이성을 위해 무시멘트 결합재를 살포(S121c)하는 것에 의해 제조될 수 있다.
상기 섬유 매트 보강재의 용도에 따라, 상기 수용성 변성 아크릴 수지를 상기 보강섬유 상부에 도포하기 전에, 상기 보강섬유 하부에 방수층인 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 저밀도 폴리에틸렌, 또는 저밀도 폴리프로필렌 필름 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 섬유 매트 보강재는 격자모양으로 직조된 보강섬유를 포함한다. 상기 보강섬유는 등방 또는 비등방으로 직조된 격자형상을 특징으로 한다. 상기 보강섬유는 탄소섬유, 유리 섬유, 아라미드섬유, 폴리에스테르섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등에서 선택된 적어도 어느 하나 이상 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 직조용으로 유리섬유, 폴리에스테르섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 중에서 적어도 어느 하나 이상 선택할 수 있다.
상기 보강섬유는 경사 직조와 위사 직조로 구분되며, 경사에 대해 직교방향으로 배치된 위사로 이루어 질 수 있다. 본 발명에서 사용되는 용어 "경사"는 직조 시 세로 방향으로 배치되는 섬유를 의미하고, "위사"는 직조 시 가로 방향, 즉 격자 섬유의 폭 방향의 섬유를 의미한다. 또한 본 발명에서 위사 및 경사는 다수의 개별 섬유 가닥으로 이루어진 다발을 의미하며, 2,400 ~ 4,800 TEX의 섬유 다발의 개수는 500~1,000개의 개별 가닥으로 구성될 수 있다. 상기 위사 및 경사 다발의 폭은 바람직하게 5 ~ 10mm일 수 있다.
상기 보강섬유는 등방으로 직조될 수 있다. 상기 보강섬유를 등방으로 직조하는 경우, 직조 폭의 경사 및 위사 사이의 거리는 20 ~ 30mm일 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 보강섬유는 비등방으로 직조될 수 있다. 상기 보강섬유를 비등방으로 직조하는 경우, 상기 보강섬유는 경사 방향의 좌측 또는 우측 한쪽면의 단부에서 전체 섬유 매트 폭의 10 ~ 20% 부분에 대응하는 영역까지의 경사의 개수가 나머지 직조 영역의 경사의 개수보다 많은 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기 보강섬유는 인접한 겹이음부는 조밀한 경사방향의 직조밀도를 갖고, 겹이음부 이외의 부분은 상대적으로 낮은 경사방향의 직조밀도를 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 비등방 격자 모양으로 직조된 보강섬유는 인접섬유와의 부착 표면적을 높여 부착성능을 향상시킬 수 있다. 그리고 특정 부분에 대해 집중 보강으로 인하여 다른 부분에 사용되는 재료를 절감할 수 있어 비용 절감에 효율적이다. 본 발명에서 "겹이음부"는 인접 섬유 매트와의 좌측 또는 우측 한쪽면의 단부 10 ~ 20% 영역으로서 겹쳐지는 부분을 의미한다. 또한, "겹이음부 이외의 부분"은 전체 섬유 매트에서 겹이음부를 제외한 것을 의미한다.
따라서 상기 보강섬유 단부 겹침 영역인 상기 겹이음부의 직조 폭의 경사 사이의 거리는 10 ~ 20mm일 수 있다. 또한, 겹이음부 이외의 부분의 직조 폭의 경사 사이의 거리는 30mm ~ 50mm일 수 있다. 상기 보강섬유의 위사 사이의 거리는 30mm ~ 50mm일 수 있다. 한편, 상기 겹이음부의 경사 사이의 거리가 10mm 미만의 경우에는 원가대비 효율이 미비하고, 상기 겹이음부의 경사 사이의 거리가 20mm 초과인 경우에는 결합 보강 효과가 미비할 수 있다.
또한, 상기 보강섬유는 알칼리 함량이 1% 미만이며, 비중이 2.4 ~ 2.6 범위이고, 인장강도가 500 ~ 1000GPa, 파단신율이 2 ~ 4%, 두께가 10 ~ 20㎛ 인 섬유인 것을 특징으로 한다.
단계 S121a는 상기 섬유 매트 보강재를 제조하기 위하여, 상기 보강섬유를 아스팔트 유제에 함침하는 단계이다. 격자모양으로 직조된 상기 보강섬유를 아스팔트 유제에 함침함으로써 보강섬유의 상하부 부착성능을 강화할 수 있다. 또한, 수분이나 이물질의 침투 및 방습을 예방하여 본 발명인 보강섬유의 결속력을 강화하여 인장강도 및 전단강도를 강화할 수 있다. 따라서 상기 아스팔트 유제에 함침하는 단계(S121a)는 상기 보강섬유의 밀림 현상과 상, 하로 들뜸 현상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에서 사용되는 수용성 변성 고분자 수지인 1액형 수용성 변성 아크릴 수지 및 무시멘트 결합재는 상기 섬유 매트 보강재 제조시 뿐만아니라 2차 차수층 형성시에도 사용되므로 상기에서 기술한 내용은 간단하게 서술하기로 한다.
단계 S121b는 상기 섬유 매트 보강재를 제조하기 위하여, 아스팔트 유제에 함침된 상기 보강섬유의 상하부에 1액형 수용성 변성 아크릴 수지를 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수용성 변성 고분자 수지로서 상기 1액형 수용성 변성 아크릴 수지는 무시멘트 결합재를 상기 보강섬유에 부착시킬 수 있다. 따라서 상기 수용성 변성 아크릴 수지는 상기 무시멘트 결합재 전체 100 중량부에 대하여 2 ~ 10 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 수용성 변성 고분자 수지로서 상기 1액형 수용성 변성 아크릴 수지는 고무 1 ~ 3중량%, 지방산 20 ~ 35중량%, 비닐 실란 트리올 커플링제 0.5 ~ 1.0중량% 중에서 적어도 어느 하나 이상 포함한 에폭시 수지를 이온 교환수에 적하하여, 불휘발분이 10 ~ 40중량%를 함유한 1차 조성물을 제조하는 단계 및 상기 1차 조성물을 유화 아크릴 수지에 적하하여 수득하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. 또한, 1액형 수용성 변성 아크릴 수지는 전체 중량%에 대하여 유화 아크릴 수지 60 ~ 90중량%, 1차 조성물 불휘발분 10 ~ 40중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
단계 S121c는 상기 섬유 매트 보강재를 제조하기 위하여, 상기 1액형 수용성 변성 아크릴 수지가 도포된 상기 보강섬유 상부에 경계면 접착강화 및 운반 ·보관 용이성을 위해 무시멘트 결합재를 살포하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 무시멘트 결합재는 플라이 애쉬, 고로슬래그, 탄산나트륨 (Na2CO3), 수산화칼슘(Ca(OH)2)를 포함할 수 있다.
따라서 상기 무시멘트 결합재는 전체 중량%에 대하여 플라이 애쉬 5 ~ 30중량%, 고로슬래그 15 ~ 75중량%, 탄산나트륨(Na2CO3) 3 ~ 15중량%, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 10 ~ 30중량%를 포함하여 마른 비빔으로 혼합할 수 있다. 또한, 상기 플라이 애쉬는 전체 중량%에 대하여 생석회(CaO) 35 ~ 45 중량%를 포함하며, 상기 고로슬래그는 전체 중량%에 대하여 생석회(CaO) 25 ~ 35중량%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 무시멘트 결합재는 상기 마른 비빔으로 혼합된 상기 무시멘트 결합재에 대해 알칼리 자극을 위하여, 1몰 ~ 5몰/리터 농도의 수산화나트륨(NaOH)을 물(H2O) 전체 중량%에 대하여 1 ~ 5중량%로 희석한 수용액을 만드는 단계 및 상기 수용액을 무시멘트 결합재 전체 중량%에 대하여 25 ~ 35중량%를 투입한 한 다음, 현장에서 젖은비빔을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 상기 섬유 매트 보강재의 보강섬유는 등방 또는 비등방으로 직조하여 차수, 방수, 소성변화 및 반사균열 등을 억제하여 보강효과를 강화할 수 있다.
단계 S123은 상기 2차 차수층을 형성하기 위하여, 상기 섬유 매트 보강재 상부에 무시멘트 결합재를 포설하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 무시멘트 결합재 플라이 애쉬, 고로슬래그, 탄산나트륨 (Na2CO3), 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 포함할 수 있다.
따라서 상기 무시멘트 결합재는 전체 중량%에 대하여 플라이 애쉬 5 ~ 30중량%, 고로슬래그 15 ~ 75중량%, 탄산나트륨(Na2CO3) 3 ~ 15중량%, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 10 ~ 30중량%를 포함하여 마른 비빔으로 혼합할 수 있다. 또한, 상기 플라이 애쉬는 전체 중량%에 대하여 생석회(CaO) 35 ~ 45 중량%를 포함하며, 상기 고로슬래그는 전체 중량%에 대하여 생석회(CaO) 25 ~ 35중량%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 무시멘트 결합재는 상기 마른 비빔으로 혼합된 상기 무시멘트 결합재에 대해 알칼리 자극을 위하여, 1몰 ~ 5몰/리터 농도의 수산화나트륨(NaOH)을 물(H2O) 전체 중량%에 대하여 1 ~ 5중량%로 희석한 수용액을 만드는 단계 및 상기 수용액을 무시멘트 결합재 전체 중량%에 대하여 25 ~ 35중량%를 투입한 한 다음, 현장에서 젖은비빔을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
단계 S125는 상기 2차 차수층을 형성하기 위하여, 포설된 상기 무시멘트 결합재 상부에 수용성 변성 고분자 수지를 살포 후 다짐 양생하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수용성 변성 고분자 수지는 아크릴 수지의 건조 성능을 이용할 뿐만 아니라 고무, 실란, 지방산 및 변성된 에폭시 수지의 내수분성, 고접착성, 조결성 등의 특성을 이용하여 무기물 혼합물에 적용될 수 있다. 따라서 상기 수용성 변성 고분자 수지의 온도는 10 ~ 120℃, 고분자화 과정은 비휘발성 특징을 갖을 수 있다. 또한, 상기 수용성 변성 고분자 수지는 반응시 무거품이고, 양생시 매우 낮은 수축율을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 수용성 변성 고분자 수지는 1액형 수용성 변성 아크릴 수지를 포함할 수 있다. 상기 1액형 수용성 변성 아크릴 수지는 고무 1 ~ 3중량%, 지방산 20 ~ 35중량%, 비닐 실란 트리올 커플링제 0.5 ~ 1.0중량% 중에서 적어도 어느 하나 이상 포함한 에폭시 수지를 이온 교환수에 적하하여, 불휘발분이 10 ~ 40중량%를 함유한 1차 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 1차 조성물을 유화 아크릴 수지에 적하하여 수득하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. 또한, 1액형 수용성 변성 아크릴 수지는 전체 중량%에 대하여 유화 아크릴 수지 60 ~ 90중량%, 1차 조성물 불휘발분 10 ~ 40중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 1액형 수용성 변성 아크릴 수지의 점도는 50cps~100cps (25℃)를 유지할 수 있다. 따라서 상기 무시멘트 결합재 상부에 수용성 변성 고분자 수지를 살포후 다짐 양생하여 차수층을 형성할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차수층 단면 형상이다.
도 6 내지 도 8를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차수층 시공방법은 무시멘트 결합재와 수용성 변성 고분자 수지를 혼합한 1차 차수층을 형성하는 단계 및 섬유 매트 보강재를 설치하고, 상기 섬유 매트 보강재 상부에 무시멘트 결합재를 포설한 후, 포설된 상기 무시멘트 결합재 상부에 수용성 변성 고분자 수지를 살포하여 다짐 양생하여 2차 차수층을 형성하여 제조될 수 있다.
따라서 상기 무시멘트 결합재 및 수용성 변성 고분자 수지로 인한 방수, 차수 기능뿐만 아니라 상기 섬유 매트 보강재, 무시멘트 결합재 및 수용성 변성 고분자 수지로 인한 부착성능 개선, 소성변화 및 반사균열을 억제하여 매립지의 차수층의 안정도를 개선할 수 있다.
< 제조예 >
[제조예 1] - 비등방 격자형 섬유 매트 보강재
상기 보강섬유는 유리섬유로 직조하였으며, 상기 유리섬유 직조 두께는 5mm이며, 유리섬유 겹이음부 직조 폭으로 경사 및 위사 간격은 20mm, 겹이음부 이외의 부분의 직조 폭은 경사 및 위사 방향으로 30mm로 제작하였으며, 직조된 상기 보강섬유를 아스팔트 유제에 함침하여 직조 골격을 구성하고, 또한 함침된 상기 보강섬유 상하부에 수용성 변성 고분자 수지인 1액형 수용성 변성 아크릴 수지를 무시멘트 결합재의 전체 100중량부에 대하여 5중량부로 살포하고, 수용성 변성 고분자 수지가 살포된 상기 보강섬유층 상하부에 무기계 분말 결합재를 도포하여 비등방 격자형 섬유 매트 보강재를 제조하였다.
[제조예 2] - 등방 격자형 섬유 매트 보강재
상기 보강섬유는 유리섬유로 직조하였으며, 상기 유리섬유 직조 두께는 5mm이며, 유리섬유 직조폭의 경사 및 위사사이의 거리는 20mm로 직조된 것을 제외하고 제조예 1과 동일하게 등방 격자형 섬유매트 보강재를 제조하였다.
[제조예 3] - 섬유 매트 보강재
상기 아스팔트 유제에 함침된 보강섬유 하부면에 방수 필름으로서 0.055mm 두께의 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 필름을 부착한 것을 제외하고 제조예 1과 동일하게 비등방 격자형 섬유 매트 보강재를 제조하였다.
[제조예 4] - 수용성 변성 고분자로서 1액형 수용성 변성 아크릴 수지
수용성 변성 고분자 수지는 1액형 수용성 변성 아크릴 수지를 포함한다. 상기 1액형수용성 변성 아크릴 수지는 고무 3중량%, 지방산 35중량%, 비닐 실란 트리올 커플링제 1.0중량%를 함유한 에폭시 수지를 이온 교환수에 적하하여, 불휘발분이 40중량%인 1차 조성물을 제조하였다. 상기 1차 조성물을 유화 아크릴 수지에 적하하여 수득하였다.
< 실시예 및 비교예 >
[실시예 1] - 차수층 제조
고로슬래그 55중량%, 플라이 애쉬 20중량%, 탄산나트륨 10중량%, 수산화칼슘 15중량%를 포함한 무시멘트 결합재를 마른 비빔으로 혼합하였다. 마른 비빔으로 혼합된 상기 무시멘트 결합재 전체 중량%에 대하여 알칼리 자극을 위해 5M의 수산화나트륨 수용액 35wt% 첨가하여 젖은 비빔으로 혼합하였다. 또한 젖은 비빔으로 혼합된 상기 무시멘트 결합재 80중량부, 제강슬래그 20중량부를 혼합한 100중량부에 대하여 수용성 변성 고분자 수지 5중량부를 혼합하여 1차 차수증을 형성하였다. 상기 1차 차수층 상부에 등방 격자형 섬유 매트 보강재를 설치하고, 상기 섬유 매트 보강재 상부에 무시멘트 결합재를 포설하고, 포설된 상기 무시멘트 결합재 상부에 수용성 변성 고분자 수지를 살포한 후, 다짐 양생하여 차추층을 제조하였다.
[실시예 2] - 차수층 제조
고로슬래그 75중량%, 플라이 애쉬 5중량%, 탄산나트륨 5중량%, 수산화칼슘 15중량%를 포함한 무시멘트 결합재를 제조하였다, 상기 무시멘트 결합재 100중량부에 대하여 수용성 변성 고분자 수지 2중량부를 혼합하여 1차 차수층을 형성하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 차수층을 제조하였다.
[실시예 3] - 차수층 제조
고로슬래그 70중량%, 플라이 애쉬 5중량%, 탄산나트륨 10중량%, 수산화칼슘 15중량%를 포함한 무시멘트 결합재를 제조하였다. 상기 무시멘트 결합재 100중량부에 대하여 수용성 변성 고분자 수지 5중량부를 혼합하여 1차 차수층을 형성하는 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 차수층을 제조하였다.
[실시예 4] - 차수층 제조
고로슬래그 60중량%, 플라이 애쉬 5중량%, 탄산나트륨 10중량%, 수산화칼슘 25중량%를 포함한 무시멘트 결합재를 제조하였다. 상기 무시멘트 결합재 100중량부에 대하여 수용성 변성 고분자 수지 10중량부를 혼합하여 1차 차수층을 형성하는 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 제조하였다.
[비교예] - 차수층 제조
플라이 애쉬 70중량%, 탄산나트륨 10중량%, 수산화칼슘 20중량%를 포함함 무시멘트 결합재를 제조하였다. 상기 무시멘트 결합재 80중량부, 제강슬래그 20중량부를 혼합하여 차수층을 형성하였다.
표 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 차수층 제조에 있어서, 성분 함량을 나타낸 것이다.
실시예
및
비교예		 무시멘트 성분 무시멘트
(중량부)		 제강
슬래그
(중량부)		 수용성
변성
고분자
수지
(중량부)		 섬유 매트
보강재
고로
슬래그
(중량%)		 플라이
애쉬
(중량%)		 탄산
나트륨
(중량%)		 수산화
칼슘
(중량%)
실시예 1 55 20 10 15 80 20 5 있음
실시예 2 75 5 5 15 100 - 2 있음
실시예 3 70 5 10 15 100 - 5 있음
실시예 4 60 5 10 15 100 - 10 있음
비교예 - 70 10 20 80 20 - 없음
< 시험예 >
[시험예 1] - 압축강도
압축강도 : 실시예 및 비교예로 제조된 차수층을 길이, 폭 및 높이가 각각 5cm인 시편을 제작하여 압축강도를 측정하였다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압축강도 측정 시편이다.
도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 압축강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
표 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 압축강도 측정 결과를 나타낸 것이다.
sample no 압축강도(MPa)
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예
sample 1 12.16 29.04 36.10 30.04 9.42
sample 2 11.90 27.56 39.52 32.46 9.66
sample 3 13.58 29.60 33.72 30.90 9.02
평균 압축강도 12.55 28.73 36.45 31.13 9.37
도 9 내지 도 10, 표 1 내지 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실시예 1의 평균 압축강도는 12.55MPa, 실시예 2의 평균 압축강도는 28.73MPa, 실시예 3의 평균 압축강도는 36.45MPa, 실시예 4의 평균 압축강도는 31.13MPa임을 확인하였다. 또한, 상기 무시멘트 결합재와 제강슬래그를 혼합한 것보다 무시멘트 100중량부에 수용성 변성 고분자 수지를 혼합한 경우에 압축강도가 증가하는 것을 알 수 있었다.
또한, 무시멘트 성분 중 1차적으로 고로슬래그의 함량, 2차적으로 탄산나트륨의 함량이 압축강도에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 즉, 상기 고로슬래그는 잠재수경성 물질로 물과의 반응으로 수산화물과 수산화칼슘 등이 충분히 형성되어, 이후 탄산염과의 추가 반응으로 경화가 촉진되어 평균 압축강도가 증가하는 것을 알 수 있었다. 반면, 본 발명의 비교예에 따른 평균 압축강도는 9.37MPa임을 확인하였다.
따라서 차수층의 압축강도는 상기 무시멘트 결합재의 성분, 상기 수용성 변성 고분자 수지의 유무, 상기 섬유 매트 보강재의 유무에 의해 영향을 받는 것을 확인하였다.
[시험예 2] - 투수계수
투수계수 차수층 단면 상부에 물공급 프레임, 차수층 단면 하부에 유출 및 침투수 수집 프레임을 부착하고, 상부 물공급 프레임에 물을 공급한 후, 48시간 동안 물공급 프레임내의 물 높이 변화로 투수계수를 측정하였다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 투수계수 측정 시편이다.
도 12은 본 발명의 실시예에 따른 투수계수 측정 시험이다.
표 3은 본 발명의 실시예에 따른 투수계수 측정 결과를 나타낸 것이다.
투수계수
시간 물공급 프레임 내의 물높이
초기 35.47mm
48시간 경과 35.47mm
도 11 내지 도 12, 표 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차수층의 투수계수 측정 결과는 시험 초기와 48시간 경과 후의 물공급 프레임내의 물 높이 변화가 없음을 확인하였다. 즉, 상기 물공급 프레임 내의 물 높이는 시험 초기 35.47mm, 48시간 경과 후 35.47mm임을 알 수 있었다. 하기 K는 투수계수를 나타낸 식이다.
K : 투수계수(mm/s)
Q : 유출수량
D : 블록의 두께
A : 블록의 단면적
30s : 측정시간
상기 식과 같은 통상적인 투수계수 계산식의 유출수량은 “0”, 본 발명인 차수층의 투수계수는 0mm/s로, 시방규정에서 규정하고 있는 매립지의 투수계수 10-7mm/s를 만족한다는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차수층 시공방법은 방수, 차수, 강도발현 및 상·하부층 간의 부착성을 향상시키고, 비등방 격자형 섬유 매트 보강재 설치, 무시멘트 결합재 및 수용성 변성 고분자 수지를 살포하여 2차 차수층을 형성함으로써 경계층의 부착성 및 전단 저항성을 강화하여 반사균열뿐만 아니라, 상하부 층간의 접착 성능 약화로 인한 밀림, 들뜸 현상 등의 방지 또는 억제할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 기제된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
10 : 차수층 상부 물공급 프레임 20 : 상부 무시멘트 결합재 상부층
30 : 섬유 매트 보강재층 40 : 무시멘트 결합재 하부층
50 : 차수층 하부 유출 및 침투수 수집 프레임
100 : 차수층 투수계수 시험

Claims (10)

  1. 매립지의 차수층 시공방법에 있어서,
    무시멘트 결합재(S111)와 수용성 변성 고분자 수지를 혼합(S113)하여 1차 차수층을 형성하는 단계(S110); 및
    상기 1차 차수층 상부에 섬유 매트 보강재를 포함한 2차 차수층을 형성하는 단계(S120)를 포함하고,
    상기 2차 차수층을 형성하는 단계(S120)는,
    상기 1차 차수층 상부에 섬유 매트 보강재를 설치하는 단계(S121)와;
    상기 섬유 매트 보강재 상부에 무시멘트 결합재를 포설하는 단계(S123); 및
    포설된 상기 무시멘트 결합재 상부에 수용성 변성 고분자 수지를 살포 후 다짐 양생하는 단계(S125)를 포함하며,
    상기 무시멘트 결합재는,
    전체 중량%에 대하여 플라이 애쉬 5 ~ 30중량%, 고로슬래그 30 ~ 75중량%, 탄산나트륨(Na2CO3) 3 ~ 15중량% 및 수산화칼슘(Ca(OH)2) 10 ~ 30중량%를 포함하며, 마른 비빔으로 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라이 애쉬는 전체 중량%에 대하여 생석회(CaO) 35 ~ 45 중량%를 포함하고,
    상기 고로슬래그는 전체 중량%에 대하여 생석회(CaO) 25 ~ 35중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무시멘트 결합재는,
    상기 마른 비빔으로 혼합된 상기 무시멘트 결합재에 대해 알칼리 자극을 위하여, 1몰 ~ 5몰/리터 농도의 가성소다(NaOH)를 물(H2O) 전체 중량%에 대하여 1 ~ 5중량%로 희석한 수용액을 만드는 단계; 및
    상기 수용액을 무시멘트 결합재 전체 중량%에 대하여 25 ~ 35중량%를 투입한 한 다음, 현장에서 젖은비빔을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수용성 변성 고분자 수지는 1액형 수용성 변성 아크릴 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 1액형 수용성 변성 아크릴 수지는,
    고무 1 ~ 3중량%, 지방산 20 ~ 35중량%, 비닐 실란 트리올 커플링제 0.5 ~ 1.0중량% 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상 포함한 에폭시 수지를 이온 교환수에 적하하여, 불휘발분이 10 ~ 40중량%인 1차 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 1차 조성물을 유화 아크릴 수지에 적하하여 수득하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 1액형 수용성 변성 아크릴 수지는,
    전체 중량%에 대하여 유화 아크릴 수지 90 ~ 60wt%, 1차 조성물 불휘발분 10 ~ 40중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법.
  9. 제8항에 있어서,
    1차 차수층을 형성하는 단계(S110)는,
    상기 무시멘트 결합재 전체 100 중량부에 대하여 수용성 변성 고분자 수지 2 ~ 10 중량부로 혼합하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 매트 보강재는,
    격자모양으로 직조된 보강섬유를 아스팔트 유제에 함침하는 단계(S121a)와;
    함침된 상기 보강섬유의 상하부에 1액형 수용성 변성 아크릴 수지를 도포하는 단계(S121b); 및
    상기 1액형 수용성 변성 아크릴 수지가 도포된 상기 보강섬유 상부에 무시멘트 결합재를 살포하는 단계(S121c)에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 무시멘트 결합재, 수용성 변성 고분자 수지 및 섬유 매트 보강재를 이용한 매립지의 차수층 시공방법.



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