KR20010111689A

KR20010111689A - 유색 세립 다짐 콘크리트 포장공법

Info

Publication number: KR20010111689A
Application number: KR1020000032300A
Authority: KR
Inventors: 이민구
Original assignee: 이민구
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2001-12-20
Also published as: KR100532811B1

Abstract

본 발명은 노반의 연약화와 동결융해로 인한 불안감 해소, 표면의 미끄럼 저항, 즉 마찰력의 증대에 의한 보행 및 차량 운행의 안전성 제고, 난반사로 인한 시각장애현상의 최소화, 흡음성 증대에 따른 차량 운행 소음의 감소, 유분의 영향력 감소, 소량의 안료사용에 따른 염가보급, 콘크리트의 높은 휨강도 확보, 콘크리트 배치 플랜트에서의 효율적인 생산성, 고품위, 낮은 표층 박리현상 및 유지관리비의 절감을 도모하기 위한 유색 투수 콘크리트 포장공법으로서, 쇄석 기층 위에 25㎜ 골재와 13㎜ 골재가 30∼50무게%로 섞이고 여기에 수재 슬래그 20∼40무게%가 섞인 기층 다짐 콘크리트를 포설하여 다진 후 수분이 증발하기 전에 4.75㎜체에서 90% 이상 통과하고 2.25㎜체에서는 10% 이하 통과한 세립도 쇄석에 시멘트와 폴리머, 물이 혼합된 유색 투수 세립 콘크리트를 기층 다짐 콘크리트층 위에 10∼40㎜ 두께로 포설하여 다지고 양생하는 것을 특징으로 한다.

Description

유색 세립 다짐 콘크리트 포장공법 {Colored fine compacted concrete pavement method}

본 발명은 보도, 자전거로 및 주차장 등에 포장하는 유색 세립 다짐 콘크리트 포장공법에 관한 것이다.

일반적으로 투수 콘크리트는 골재와 골재 사이의 공극을 통하여 표면의 물기를 지반으로 투수시켜 가로수 등에 공급되도록 함으로서 수목의 생장에 도움을 주고, 호우라든지 폭우 또는 장마철 같이 다른 때에 비해 강수량이 훨씬 많은 시기에는 빗물이 지반으로 대량 투수됨에 따라 우수를 저류시키는 효과로써 하천과 강의범람을 방지하는데 결정적으로 기여하기도 한다. 상기와 같이 포장층으로 빗물이 투수되면 인도상에는 빗물이 고이지 않게 되므로 보행자가 다니기 편하고 안전하다.

반면에 지반의 연약화라든지 동결융해에 대한 저항성의 저하, 빠른 공극의 막힘으로 인한 투수력 상실 등의 문제점이 있다.

투수 콘크리트 포장층은 잔골재를 적게 사용하거나 아예 사용하지 않으며, 슬럼프치를 "0"에 가깝게 관리하고, 시멘트 페이스트는 부착강도가 유지될 정도로 골재의 표면을 얇게 감싸는 상태로 하여 공극의 일부에 채워지도록 하는데, 이때 그 공극의 크기에 따라 페이스트가 충진되지 않은 투수공이 형성된다. 이로한 미세 투수공이 연속적으로 이루어질 경우에는 연속 공극율이 확보되어 투수된다.

그렇지만 이러한 투수 콘크리트 포장층은 대체로 다음과 같은 문제점을 안고 있다. 첫째, 1.0×10^-2㎝/sec 정도의 높은 투수계수를 확보하기 위한 연속 공극율(약 12% 이상)을 갖도록 잔골재율이 적은 배합설계가 이루어지기 때문에 압축강도는 300㎏/㎠ 이하로 나타난다.

둘째, 작은 잔골재율로 강도를 높이기 위하여 시멘트를 대량 사용할 경우라든지 혹은 시멘트 풀의 유동성이 큰 경우에는 골재와 골재 사이의 공극에 시멘트 풀이 흘러 들어가서 하부층의 공극을 메우기 때문에 투수성이 저하되고 상부층의 콘크리트 강도도 저하된다.

셋째, 투수성과 무관한 불필요한 독립 공극이 과다하게 존재하여 강도가 저하되는 것은 물론 내구성 확보, 특히 동결 융해에 대한 내구성에 문제가 나타나고, 겨울철에는 포장체가 부상할 우려가 있다.

넷째, 표면이 거칠고 강도가 낮기 때문에 표면 박리현상이 나타나고, 거친 공극에 미세한 먼지 등이 잘 끼어 투수성이 급격히 저하되는 바람직스럽지 못한 현상이 나타나서 유지관리비 지출이 증가한다.

다섯째, 세립 투수 콘크리트의 경우에는 투수계수의 차이로 말미암아 불합리한 현상으로 인한 강도 저하 또는 내구성 악화 현상이 나타나고, 세립 유리를 사용하므로 위험하다.

본 발명의 목적은 노반의 연약화와 동결융해로 인한 불안감 해소, 표면의 미끄럼 저항, 즉 마찰력의 증대에 의한 보행 및 차량 운행 안전성의 제고, 난반사로 인한 시각장애현상의 최소화, 흡음성 증대에 따른 차량 운행 소음의 감소, 유분의 영향력 감소, 소량의 안료사용에 따른 염가보급, 콘크리트의 높은 휨강도 확보, 콘크리트 배치 플랜트에서의 효율적인 생산성, 고품위, 낮은 표층 박리현상 및 유지관리비의 절감에 있다.

본 발명의 세립 다짐 콘크리트 포장방법은, 쇄석 기층 위에 25㎜ 골재와 13㎜ 골재가 30∼50무게%로 섞이고 여기에 수재 슬래그 20∼40무게%가 섞인 기층 다짐 콘크리트를 포설하여 다진 후 수분이 증발하기 전에 4.75㎜체에서 90% 이상 통과하고 2.25㎜체에서는 10% 이하 통과한 세립도 쇄석에 시멘트와 폴리머, 물이 혼합된 유색 투수 세립 콘크리트를 기층 다짐 콘크리트층 위에 10∼40㎜ 두께로 포설하여 다지고 양생하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 기존 포장층의 단면 및 투수 콘크리트 포장층의 단면도

도 2는 본 발명에 의한 유색 세립 다짐 콘크리트 포장층의 단면도

도 3은 본 발명에 의한 유색 세립 다짐 콘크리트 포장층의 작업공정도

수재 슬래그를 잔골재로 사용함으로서 자원을 재활용한다. 공극율을 줄여 강도를 높였으며 표면 형상을 투수 콘크리트처럼 형성하는 칼라 세립 다짐 콘크리트를 제조·포설하는 것을 특징으로 하고, 본 발명의 상세한 공정은 아래와 같다.

제1공정

충분한 지지력을 갖도록 노상을 다진다.

제2공정

기층에는 소정의 형상을 갖도록 인력 또는 불도저 등으로 재료분리현상이 나타나지 않도록 쇄석을 포설하고, 쇄석 다짐은 최적 함수비에서 로울러 또는 컴팩터 등으로 한다. 기층재는 막 부순돌(크러셔런), 입도조정 쇄석, 재생 콘크리트 골재 등이다.

제3공정

상기 기층 쇄석 위에 다짐 콘크리트를 포설하고 다짐하는 공정으로서, 25㎜ 골재에 대하여 13㎜ 골재를 30∼50무게% 섞어서 사용하며, 수재 슬래그는 중량비로 20∼40% 배합하여 포설한 후 진동 다짐한다.

제4공정

수재 슬래그, 세립도 골재, 시멘트, 폴리머(SBR 라텍스나 VAE 에멀젼, 아크릴계 등), 안료, 지연제, 물 등을 혼합한 유색 투수 세립 콘크리트는 상기 기층 다짐 콘크리트를 다진 후 1시간 이내에 포설하고, 그 위에 다시 유색 투수 세립 콘크리트 10∼40㎜를 포설하고 다져서 양생시킨다.

이는 층별 포설재간의 접착을 견고히 하기 위한 것이다. 유색 투수 세립 콘크리트는 10∼40㎜를 평탄성이 유지되도록 포설하면 충분하다. 다짐조건은 공극율 10% 이상, 투수계수 10×10^-2㎝/sec 이상, 압축강도 150∼300kg/㎝²가 바람직하다. 이러한 조건으로 다지면 기층 다짐 콘크리트의 요철 사이로 유색 투수 세립 콘크리트가 채워진다. 기층 다짐 콘크리트도 같은 시멘트계로서 유색 투수 세립 콘크리트에 섞인 폴리머와 물을 흡수하여 수화반응을 일으키고 층간의 접착이 완벽하게 이루어지게 된다.

세립 골재는 4.75㎜ 체에서는 90∼100무게%가 통과하고 2.25㎜ 체에서는 10무게% 이하로 통과한 것을 사용한다. 세립 골재는 수재 슬래그와 섞어서 사용할 수도 있다. 수재 슬래그를 섞어서 사용할 경우 수재 슬래그는 10∼30무게%가 바람직하다.

본 공법에서는 자재 운송, 포설과 다짐시간 등을 고려하여 시멘트 지연제를 사용할 수도 있다. 이때 시멘트 지연제는 시멘트 사용중량의 2%를 초과하지 않아야 한다. 또, 착색할 목적으로 안료를 첨가할 경우에는 시멘트 사용중량의 6% 이내로 정하는 것이 바람직하다.

제5공정

통상의 커터기로 가로 줄눈과 세로 줄눈을 부여하고 양생시킨다.

제6공정

유색 투수 세립 콘크리트의 표면에 에폭시, 아크릴 등의 폴리머를 뿌려 붙여서 강도를 높이고, 기층 다짐 콘크리트와의 부착력도 함께 증대시켜 포장층을 완성한다.

(실시예)

이하에서는 주로 본 발명의 유색 세립 다짐 콘크리트 포장층의 특성에 대한 실험 결과에 대하여 설명한다.

1. 수재 슬래그

a) 수재 슬래그의 생성

고로 제철소에서 용선의 원료인 철광석, 코크스, 석회석 등을 고로에 투입한 후 1,200℃ 안팎의 가열공기를 불어 넣으면 코크스의 연소에 의하여 철광석은 용해되고 슬래그는 부산물로 나온다.

1,500℃ 안팎의 용융상태로 배출된 슬래그는 그 처리 과정에 따라 서냉 슬래그와 급냉 슬래그로 분류한다. 즉, 고온 용융상태의 슬래그를 냉각장에서 공냉 및 적당한 양의 살수에 의한 수냉법으로 2∼4일간 냉각 고화시킨 것이 서냉 슬래그이고, 다량의 물을 살수하여 급냉시킨 것이 급냉 슬래그 또는 수재 슬래그이다.

수재 슬래그는 물의 양 및 물과 슬래그를 접촉시키는 방법 등에 따라 흡수량, 강도, 비중 등 물성이 다르게 제조할 수 있다. 일반적으로 서냉 슬래그는 괴상이며, 결정질(crystalline)구조를 가지고 있는 데 대하여 수재 슬래그는 세립의 유리질(amorphous or glassy)구조를 갖는다.

b) 수재 슬래그의 제특성

* 물리적 특성

수재 슬래그는 대부분 황갈색을 띄고, 0.5∼2.5㎜의 입경범위를 갖는다. 그리고 형상은 대부분 불규칙한 입상체이며, 내부에 다량의 기공을 함유하는 점이 특징이다. 비중은 1.2∼2.5에 이르기까지 비교적 다양하며, 비표면적은 3,500~4,400㎠/g 이다. 수재 슬래그는 비중에 따라 초경질, 경질 및 연질 슬래그등 3종류로 구분한다. 경질 수재 슬래그는 내부에 소량의 기공이 존재하며, 압축강도가 높고 무겁다. 이에 대하여 연질 수재 슬래그는 내부에 다량의 기공을 존재하고 압축강도가 낮으며 가볍다.

* 화학적 특성

고체 상태의 슬래그는 결정질과 유리질 두 가지로 분류되는데, 수재 슬래그의 경우 일반적으로 유리질의 비결정질 구조를 갖는다. 수재 슬래그는 철광석 성분, 용융 슬래그의 점도관리 등에 따라 화학조성에 상당한 변동폭이 있으나 주성분은 CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO 등으로서 시멘트의 주성분과 유사하다.

슬래그에 있어서의 CaO는 2CaOFe₂O₃, 2CaOSiO₂, 2CaOAl₂O₃, 3CaOP₂O₅, 유리 CaO의 형태로 슬래그 내에 존재한다. 이들 성분 중에서 유리석회는 0.1∼2.0% 가량 포함되어 있다. 또, 슬래그 표면의 유리석회는 물과 반응하여 슬래그 입자에미세균열을 일으키고, 그 미세균열로 물이 침투하여 재차 Ca(OH)₂로 된다. 이 과정이 곧 에이징(aging)이다.

수재 슬래그를 시멘트, 물과 혼합하는 경우 시멘트의 자극으로 인하여 슬래그는 수경성을 발현하는 것으로 알려져 있다. 이를 두고 수재 슬래그의 잠재수경특성이라고 한다. 이때, 시멘트는 수재 슬래그의 수경성 발현을 유도하므로 자극제염이 풍부하고 박막이 치밀해져서 슬래그 중심부까지 물이 침투하기 어렵다. 따라서 수재 슬래그가 수화작용을 일으키게 하기 위해서는 알칼리나 황산염을 첨가하여 수재 슬래그 표면의 규산염을 느슨하게 해야 한다. 이러한 목적의 자극제로 시멘트를 사용할 수 있다. 그러므로 수재 슬래그와 시멘트를 혼합하면 시멘트 자체의 수경성은 물론 수재 슬래그의 수경성도 함께 기대할 수 있다.

2. 기층 다짐 콘크리트

기층 다짐 콘크리트는 물 81㎏/㎥, 시멘트 270㎏/㎥, 골재 1650㎏/㎥, 지연제 0.6㎏/㎥ 를 혼합하여 공극율 5% 이하, 압축강도 180㎏/㎠ 이상 되도록 진동 로울러를 이용하여 다짐하였다.

3. 유색 투수 세립 콘크리트

기층 다짐 콘크리트를 다진 후 1시간 이내에 유색 투수 세립 콘크리트를 포설하였다. 유색 투수 세립 콘크리트는 물 73.5㎏/㎥, 시멘트 300㎏/㎥, 4.75㎜체에서 90% 이상 통과하고 2.25㎜ 체에서는 10% 이하 통과한 세립도 쇄석을 80무게% 사용하고, 수재 슬래그는 20무게% 사용하였다.

그리고, 혼합재로 사용한 폴리머는 고형분 57%인 아크릴계 폴리머였고, 사용한 물의 20무게%를 치환하였다. 지연제는 시멘트 사용량의 0.3%를 사용하고, 안료는 시멘트의 4무게%인 12㎏/㎥를 사용하였다. 이렇게 배합한 유색 투수 세립 콘크리트를 포설하여 다진 후 비닐로 덮어서 수분의 과증발 및 빠른 증발을 방지하고, 표면에는 폴리머를 뿌려 붙이는 것으로 마무리하였다.

이렇게 하여 완성된 유색 세립 다짐 콘크리트 포장층에 대한 시험결과를 아래 표에 나타낸다.

구 분	항 목	압축강도(㎏/㎠)	휨강도(㎏/㎠)	투수계수(㎝/sec)	공극율(%)
기층 다짐 콘크리트	시 험 치	238	44	-	4
기층 다짐 콘크리트	규 격	180 이상	30 이상	-	5% 이하
유색 투수 세립 콘크리트	시 험 치	204	41	39.2×10^-2	13
유색 투수 세립 콘크리트	규 격	180 이상	30 이상	10×10^-2㎝/sec	10% 이상

(시험결과)

본 발명에 의한 포장층은 높은 강도를 나타냈고, 투수계수도 규정치를 충복시켰다. 이는 자원의 재활용면에서도 종래의 투수 콘크리트 포장층에 비해 월등한 가치를 지닌다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 유색 세립 다짐 콘크리트 포장층은 잔골재를 수재 슬래그로 갈음하고 진동 다짐하여 투수성은 낮고 압축강도는 높이는 공법으로서, 다음과 같은 개량 효과가 있다.

첫째, 노면에 물이 흐르지 않으므로 인도는 보행자의 통행과이 그리고 차도에서는 차량 통행이 편리하고 미끄럼 저항이 높아 차량 운행사고의 위험성이 대폭 감소되는 것은 물론 난반사에 의한 시각장애현상도 현격히 줄어들고, 흡음효과는 차량 통행에 따른 소음을 완화시킬 수 있다.

둘째, 콘크리트 특성상 기름의 영향을 적게 받으며 콘크리트 본래의 색상이 회백색이므로 소량의 안료만 섞어도 아름다운 색이 발현되어 적은 비용으로 원하는 바의 색상을 얻을 수 있다.

셋째, 콘크리트의 휨강도가 충분히 확보되므로 보조기층이 파손되더라도 문제없이 유지될 수 있으며, 생산시에는 콘크리트 배치 플랜트로도 용이하게 생산할 수가 있다.

넷째, 소요 잔골재율 확보에 따라 표면이 거칠지 않고 표면 박리현상도 적게 일어나며, 먼지가 적게 끼게 되므로 유지관리비가 절감됨은 물론 동결융해에 대한 내구성 개선효과도 크다.

다섯째, 불필요한 독립공극의 감소에 따라 연속 공극율이 극대화되고, 이로써 기계적 수명이 길어진다.

Claims

쇄석 기층 위에 25㎜ 골재와 13㎜ 골재가 30∼50무게%로 섞이고 여기에 수재 슬래그 20∼40무게%가 섞인 기층 다짐 콘크리트를 포설하여 다진 후 수분이 증발하기 전에 4.75㎜체에서 90% 이상 통과하고 2.25㎜체에서는 10% 이하 통과한 세립도 쇄석에 시멘트와 폴리머, 물이 혼합된 유색 투수 세립 콘크리트를 기층 다짐 콘크리트층 위에 10∼40㎜ 두께로 포설하여 다지고 양생하는 것을 특징으로 하는 유색 세립 다짐 콘크리트 포장방법.
제1항에 있어서, 상기 유색 투수 세립 콘크리트층은 시멘트 300∼380㎏/㎥, 물-시멘트비 28∼35%이고, 수재 슬래그 및 세립도 쇄석의 총사용량이 1616∼2015㎏/㎥인 칼라 세립 다짐 콘크리트 포장방법.
제1항에 있어서, 기층 다짐 콘크리트는 물 76∼123㎏/㎥, 시멘트 270∼350㎏/㎥, 수재 슬래그 312∼686㎏/㎥, 25㎜골재 70∼50무게%, 13㎜골재 30∼50무게%를 혼합한 골재 1560∼1716㎏/㎥, 혼화재 0.2∼0.5㎏/㎥를 혼합하여 공극율 7% 이하, 투수계수 10×10^-3㎝/sec, 압축강도 180∼300㎏/㎥가 되도록 시공하는 것을 특징으로 하는 유색 세립 다짐 콘크리트 포장방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리머는 에폭시, 변성 아크릴 등의 적어도 1종인 유색 세립 다짐 콘크리트.