KR20040050043A

KR20040050043A - 탄성 투수 도로의 포장방법

Info

Publication number: KR20040050043A
Application number: KR1020020077753A
Authority: KR
Inventors: 안학현; 송철영
Original assignee: 안학현; 송철영
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-06-14
Also published as: KR100469582B1

Abstract

본 발명은 탄성 투수 도로의 포장방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시멘트, 고로수쇄 슬래그, 정제 플라이 애쉬, 골재, 분말방수재 및 물을 혼합하여 제조한 투수 콘크리트를 시공하고, 시공된 투수 콘크리트층에 수지계 결합재, 고무칩, 우레탄칩 및 규사로 된 투수 탄성재를 시공함으로써, 고로수쇄 슬래그, 정제 플라이 애쉬, 분말방수재 등의 작용으로 콘크리트 내의 미세공극을 충진시켜 수밀성을 확보하고, 콘크리트 내의 용해성 물질과 반응하여 불용해성 물질을 생성시켜 물과의 접촉에 의한 용해성 물질의 용출을 억제하여 백화현상을 방지함으로써 내구성이 저하되거나 미관이 손상되는 것을 예방할 수 있으며, 혼합재인 분말 방수재가 갖는 감수 효과에 의해 배합수의 사용량을 감소할 수 있어 시공시 블리이딩에 의한 레이탄스가 발생되지 않음으로써, 투수 탄성재가 별도의 접착층없이 복층으로 시공될 수 있어 보행 또는 주행의 안전성을 확보할 수 있음과 동시에, 고로수쇄 슬래그, 플라이 애쉬, 재생골재, 폐타이어칩, 폐우레탄칩 등의 폐자원을 활용함으로써 친환경적이고 경제성이 향상되도록 한 것으로, 시멘트 50∼85중량%, 고로수쇄 슬래그 10∼30중량% 및 정제 플라이 애쉬 5∼20중량%를 혼합하여 결합재를 준비하는 단계(S1)와; 혼합된 결합재 5.0∼20.0중량%에 골재 70.0∼91.9중량%, 분말방수재 0.1∼3.0중량% 및 물 3.0∼7.0중량%를 혼합하여 투수 콘크리트를 제조하는 단계(S2)와; 제조된 투수 콘크리트를 기층에 일정 두께로 시공하는 단계(S3)와; 시공된 투수 콘크리트층에 고무칩, 우레탄칩 또는 그들의 혼합물 66∼86중량%, 수지계 결합재 7∼17중량% 및 규사 7∼17중량%로 된 투수 탄성재를 일정 두께로 시공하는 단계(S4)를 포함하는 것을 특징으로 탄성 투수 도로의 포장방법이다.

Description

탄성 투수 도로의 포장방법{Paving method of elastic and permeable road}

본 발명은 탄성 투수 도로의 포장방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시멘트, 고로수쇄 슬래그, 정제 플라이 애쉬, 골재, 분말방수재 및 물을 혼합하여 제조한 투수 콘크리트를 시공하고, 시공된 투수 콘크리트층에 수지계 결합재, 고무칩, 우레탄칩 및 규사로 된 투수 탄성재를 시공함으로써, 고로수쇄 슬래그, 정제 플라이 애쉬, 분말방수재 등의 작용으로 콘크리트 내의 미세공극을 충진시켜 수밀성을 확보하고, 콘크리트 내의 용해성 물질과 반응하여 불용해성 물질을 생성시켜 물과의 접촉에 의한 용해성 물질의 용출을 억제하여 백화현상을 방지함으로써 내구성이 저하되거나 미관이 손상되는 것을 예방할 수 있으며, 혼합재인 분말 방수재가 갖는 감수 효과에 의해 배합수의 사용량을 감소할 수 있어 시공시 블리이딩에 의한 레이탄스가 발생되지 않음으로써, 투수 탄성재가 별도의 접착층없이 복층으로 시공될 수 있어 보행 또는 주행의 안전성을 확보할 수 있음과 동시에, 고로수쇄 슬래그, 플라이 애쉬, 재생골재, 폐타이어칩, 폐우레탄칩 등의 폐자원을 활용함으로써 친환경적이고 경제성이 향상되도록 한 것이다.

일반적으로 투수 콘크리트는 골재와 골재 사이의 공극을 통하여 빗물이 지반으로 스며들게 함으로써 가로수 등의 식물 생장에 도움을 주고, 호우나 폭우 및 장마철에는 빗물이 지반으로 스며들어 흙속에 저류되게 함으로서 하천과 강이 범람하는 것을 예방하고, 보도에 빗물이 고이거나 흐르지 않아 보행자가 다니기에 편안한 장점을 가지고 있어 도로, 인도, 자전거 도로 등에 많이 보급되고 있는 추세이다.

그러나 이러한 투수 콘크리트는 보통 콘크리트에 비하여 노출 공극이 크기 때문에 많은 단면적이 대기 중에 노출됨으로써, 빗물 등 기타 유해물질이 콘크리트 내부의 기포, 모세관공극, 겔공극 등에 침투되어 용해성 물질을 용출시킴으로서, 콘크리트의 노화가 급속히 진행되어 내구성이 저하되며 시공시 발생하는 블리이딩 현상으로 야기되는 레이탄스와, 폭우 등으로 인한 배수 기능의 한계로 물이 역류할 때 발생하는 표면 백화현상은 복층으로 포장을 실행할 경우 포장층 간의 접착성을 떨어뜨리는 요인이되므로 별도의 접착층을 설치하여야 할 뿐만 아니라, 특히 백화현상은 내구성의 저하요인 외에 포장체 표면의 미관을 손상시켜 표면 재처리 비용을 증가시키는 등의 문제점을 가지고 있어 기능성 및 경제성의 측면에서 전면적인 재검토가 필요한 실정이다.

이러한 문제점을 시멘트의 수화반응 메카니즘을 통하여 좀더 자세히 살펴보면, 시멘트가 완전히 수화하기 위해서는, 이론적으로 시멘트 무게의 약 25%의 수분이 필요하나, 실제 콘크리트를 혼합할 시에는 물 사용량이 25%를 초과하게 되고, 그 초과된 잉여수가 콘크리트 표면으로 블리이딩되거나 공기 중으로 증발하여 잉여수가 차지하고 있던 공간의 일부는 시멘트 수화 생성물로 메꿔지고, 나머지 일부는 공극(모세관공극)으로 남아 있기 때문에 콘크리트의 강도저하, 수축, 균열 등의 원인이 되는 것이다.

또한 상기와 같은 시멘트 콘크리트는 모세관공극 외에도 수화 생성물 자체가 가지고 있는 겔공극과, 물을 혼합할 때 부득이 하게 들어간 기포 등이 존재하게 되고, 이러한 콘크리트 내부의 공극들은 콘크리트의 내구성에 악영향을 주는 요인으로 작용하므로, 이러한 공극의 발생을 최대한 억제, 제거하면 내구성 및 내동결융해성이 보다 우수한 고기능성 콘크리트를 제조할 수 있는 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 기능성 및 경제성이 저하되었던 종래의 탄성 투수 도로의 포장방법이 지닌 제반 문제점을 해결하기 위하여, 시멘트, 고로수쇄 슬래그, 정제 플라이 애쉬, 골재, 분말방수재 및 물을 혼합하여 제조한 투수 콘크리트를 시공하고, 시공된 투수 콘크리트층에 수지계 결합재, 고무칩, 우레탄칩 및 규사로 된 투수 탄성재를 시공함으로써, 고로수쇄 슬래그, 정제 플라이 애쉬, 분말방수재 등의 작용으로 콘크리트 내의 미세공극을 충진시켜 수밀성을 확보하고, 콘크리트 내의 용해성 물질과 반응하여 불용해성 물질을 생성시켜 물과의 접촉에 의한 용해성 물질의 용출을 억제하여 백화현상을 방지함으로써 내구성이 저하되거나 미관이 손상되는 것을 예방할 수 있으며, 혼합재인 분말 방수재가 갖는 감수 효과에 의해 배합수의 사용량을 감소할 수 있어 시공시 블리이딩에 의한 레이탄스가 발생되지 않음으로써, 투수 탄성재가 별도의 접착층없이 복층으로 시공될 수 있어 보행또는 주행의 안전성이 우수한 탄성 투수 도로의 포장방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 탄성 투수 도로 포장방법의 공정도.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탄성 투수 도로의 포장방법은, 시멘트 50∼85중량%, 고로수쇄 슬래그 10∼30중량% 및 정제 플라이 애쉬 5∼20중량%를 혼합하여 결합재를 준비하는 단계(S1)와; 혼합된 결합재 5.0∼20.0중량%에 골재 70.0∼91.9중량%, 분말방수재 0.1∼3.0중량% 및 물 3.0∼7.0중량%를 혼합하여 투수 콘크리트를 제조하는 단계(S2)와; 제조된 투수 콘크리트를 기층에 일정 두께로 시공하는 단계(S3)와; 시공된 투수 콘크리트층에 고무칩, 우레탄칩 또는 그들의 혼합물 66∼86중량%, 수지계 결합재 7∼17중량% 및 규사 7∼17중량%로 된 투수 탄성재를 일정 두께로 시공하는 단계(S4)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 중 도 1은 본 발명의 탄성 투수 도로 포장방법의 공정도로서, 그 구성은 결합재 준비(S1), 투수 콘크리트 제조(S2), 투수 콘크리트 시공(S3) 및 투수 탄성재 시공단계(S4)로 된다.

먼저 시멘트, 고로수쇄(高爐水碎) 슬래그(S/G) 및 정제 플라이 애쉬(F/A)를 혼합하여 결합재를 준비(S1)하되, 고로수쇄 슬래그의 배합비가 30중량%를 초과하면 동절기에 경화속도가 늦으며 10중량% 미만이면 모세관공극을 치밀하게 할 수 있는 효가가 적고, 정제 플라이 애쉬의 배합비가 20중량%를 초과하면 경화속도 및 강도발현에 좋지 못하고 5중량% 미만이면 수밀성이 향상되는 효과가 미미한 문제점이 발생되므로, 시멘트 50∼85중량%에 고로수쇄 슬래그 10∼30중량% 및 정제 플라이 애쉬 5∼20중량%를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

결합재를 준비한 후, 혼합된 결합재에 골재, 분말방수재 및 물를 혼합하여 투수 콘크리트를 제조(S2)하고, 그 배합비율은 혼합된 결합재 5.0∼20.0중량%, 골재 70.0∼91.9중량%, 분말방수재 0.1∼3.0중량% 및 물 3.0∼7.0중량%로 한다.

상기의 배합비율은, 결합재가 20.0중량%를 초과하면 경제성이 좋지 못하고 5.0중량% 미만이면 결합재로 인한 수밀성향상, 모세관공극을 조절하는 등의 효과가 나타나기 힘들며, 분말방수재가 3.0중량%를 초과하면 과량이되어 경제성이 좋지 못하고 0.1중량% 미만이면 감수 및 용해성 물질의 용출억제효과가 충분히 나타나지 않으며, 물이 7.0중량%를 초과하면 시공시 레이탄스가 발생되기 쉽고 3.0중량% 미만이면 작업성이 좋지 못한 문제가 발생되기 때문이다.

제조된 투수 콘크리트를 기층에 일정 두께로 시공(S3)하고, 시공된 투수 콘크리트층에 고무칩, 우레탄칩 또는 그들의 혼합물 66∼86중량%, 수지계 결합재 7∼17중량% 및 규사 7∼17중량%로 된 투수 탄성재를 일정 두께로 시공(S4)하며, 투수 탄성재의 시공시 투수 콘크리트에 혼합된 고로수쇄 슬래그, 정재 플라이 애쉬, 분말방수재의 작용으로 인하여 레이탄스와 백화현상이 발생되지 않기 때문에 별도의 접착제 살포없이도 층간의 접착성을 확보할 수 있는 것이다.

상기 수지계 결합재로는 우레탄 수지, 아크릴 수지 내지 에폭시 수지 중 어느 하나를 도로의 기능 및 용도에 따라 선택하여 사용하고, 유색 포장이 요구되는경우에는 고무칩이나 우레탄칩을 유색으로 사용하거나, 유색 안료를 투수 탄성재에 일정비로 배합하여 유색 포장을 하도록 하며, 투수 콘크리트나 투수 탄성재를 시공하는 방법은 통상의 시공방법과 동일하게 시공하는 것으로 이를 제한하지 않는다.

한편, 골재, 고무칩, 우레탄칩 등은 재생골재, 폐고무칩, 폐우레탄칩, 폐타이어칩 등을 이용함으로써 자원을 절약함은 물론, 친환경적인 콘크리트를 달성하도록 한다.

상기 본 발명에 사용된 결합재, 혼합재의 특성 및 작용에 대해 살펴보면, 먼저 하기의 표1과 같은 물성을 갖는 고로수쇄 슬래그는 물과 접촉하여도 수경성을 보이지 않으나, 일정 조건(시멘트 중에 알칼리 성분과 접촉시)이 되면 대단히 현저한 수경성을 나타내는 것으로, 시멘트 수화시 생성되는 수산화 칼슘과 슬래그로부터 용융된 실리카 이온이나 알루미나 이온과 반응하여 2차 수화물(C-S-H 나 C-A-H)이 생성됨으로서, 이 2차 수화물이 콘크리트 내의 모세관공극을 메꾸어 조직을 치밀하게 하며, 특히 내동결융해성을 개선하는 효과가 있는 것이다.

고로수쇄 슬래그의 물성

분말도	비중	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO
3,000∼4,500㎠/g	2.85∼2.94	32.0∼36.0%	13.0∼15.0%	0.3∼0.5%	41.0∼45.0%	4.0∼8.0%

하기 표2와 같은 물성을 갖는 정제 플라이 애쉬는 포졸란계를 대표하는 시멘트 혼화재료로서, 그 자체로서의 수화반응은 없지만 시멘트 수화시 생성되는 수산화 칼슘과 상온에서 서서히 반응하여 불용성의 안정한 규산칼슘 수화물을 생성하여 콘크리트의 수밀성을 향상시킬 뿐만 아니라, 콘크리트의 블리이딩을 감소시켜 레이탄스가 감소되도록 하고, 유동성의 개선, 화학작용에 대한 저항성을 증대시키는 등의 작용을 한다.

정제 플라이 애쉬의 물성

분말도	비중	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	Ig Loss
3,000∼4,500㎠/g	1.9∼2.3	49.0∼76.0%	15.0∼35.0%	0.0∼13.0%	0.0∼12.0%	0.3∼12.0%

분말방수재로는 하기 표3과 같은 물성을 갖는 포졸란폴리머스테아르산염 (Pozzolan Polymer Stearate, PPS)을 사용하며, PPS는 무기계 포졸란 활성제(活性劑)와 유기계 고분자 화합물의 합성재를 주성분으로 한 초미립의 구상 구조체로서, 유기계 고분자화합물이 시멘트의 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘과 반응하여 발수성의 고급 지방산 칼슘을 생성시켜 모세관공극을 충진시킴으로서, 흡수작용의 감소와 콘크리트 내부의 수밀성이 높은 막을 형성시켜 불용성의 콘크리트를 형성할 뿐만 아니라, 배합시 물의 양을 5%이상 감소시킬 수 있어 블리이딩에 의한 레이탄스를 감소시키는 효과도 있는 것이다.

PPS의 물성

SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	ZnO	MgO	Ig Loss	기타
58%	12%	3%	9%	1%	6%	11%

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하도록 한다.

(실시예)

하기 표4와 같은 배합비로 투수 콘크리트를 제조하였다.

각 실시예 및 비교예의 배합비 (단위:㎏/㎥)

구분	시멘트	S/G	F/A	굵은골재	잔골재	PPS분말방수재	물
실시예1	210.00	60.00	30.00	1,887.00	252.00	11.25	90.00
실시예2	245.00	70.00	35.00	1,812.00	242.00	13.13	105.00
실시예3	280.00	80.00	40.00	1,738.00	233.00	15.00	120.00
비교예1	300.00	-	-	1,877.00	251.00	-	100.00
비교예2	350.00	-	-	1,805.00	241.00	-	115.00
비교예3	400.00	-	-	1,728.00	231.00	-	132.00

(재료비중 적용치-시멘트:3.15, F/A:2.20, S/G:2.90, 잔골재:2.60, 굵은골재:2.65)

굵은골재의 최대치수는 10mm로 하였으며, 잔골재율은 골재입도 및 투수 콘크리트의 공극율을 감안하여 일률적으로 12%를 적용하였고, 각 실시예 및 비교예들의 투수 콘크리트를 시공한 후, 콘크리트에 폐고무칩 86중량% 우레탄수지 17중량% 및 규사 7중량%로 된 투수 탄성재를 시공하였다.

하기 표5는 각 실시예 및 비교예들의 물성을 측정한 결과를 나타내었다.

각 실시예와 비교예들의 물성측정 결과

구분	투수계수(cm/sec)	압축강도28일(kg/㎠)	수밀성(투과전하량, Coulomb)
실시예1	0.68	195	-
실시예2	0.62	235	-
실시예3	0.56	270	650
비교예1	0.62	170	-
비교예2	0.56	210	-
비교예3	0.54	240	3033

상기 표5에서 알 수 있는 바와 같이 비교예들과 실시예들의 투수계수는 각 예에서 큰 차이를 나타나지 않음을 알 수 있었으며, 이는 각 예들에서 시멘트, S/G, F/A 등의 결합재의 양을 일정하게 하고, 잔골재율을 일정하게 적용함으로써 공극율이 거의 같게 나타난 것으로 판단되었고, 압축강도(재령 28일 기준)의 측정 결과는 비교예들에 비하여 실시예들의 측정치가 10∼15% 높게 나타났으며, 이는 혼합재료의 사용으로 인한 감수 효과 및 콘크리트 내부의 수밀성의 향상에 기인한 것으로 판단되었다.

또한 실시예3과 비교예3의 염소이온 투과시험을 실시한 결과, 비교예3은 투과 전하량이 3,033 Coulomb, 실시예3은 650 Coulomb로 측정됨으로서 실시예3의 투과 전하량이 비교예3에 비하여 약 20%에 불과함을 알 수 있었으며, 이러한 수밀성의 향상은 침식성 물질의 침투를 억제하여 콘크리트 구조물의 물리, 화학적 침식에 대한 저항성을 증가시킴으로서 내구성을 개선하는 효과를 가져오게 되는 것이었다.

상기 실시예2와 비교예2에 대한 블리이딩율을 측정한 결과, 하기의 그래프1에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예2에 비해 실시예2의 블리이딩율이 현저히 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 S/G, F/A, 분말방수재의 영향에 의한 것으로서 감수에 의한 혼합수량의 감소와, 콘크리트 내부의 공극을 S/G, F/A 및 분말방수재의 미세분이 채워줌으로서, 상승수의 통로를 차단하여 실시예2의 블리이딩율이 현저히 감소한 것이다.

(그래프1)

실시예2의 블리이딩 감소효과

동결융해저항성을 측정하기 위하여, 실시예3과 비교예3의 상대 동탄성계수를 측정한 결과, 하기 그래프2에서 알 수 있는 바와 같이, 동결융해 싸이클 100회에서부터 동탄성계수의 차이가 발생하기 시작하여 200회 이상에서는 현저한 차이를 나타내고 있음을 알 수 있었으며, 이는 콘크리트의 수밀성이 증가함에 따라 동결융해에 대한 저항성이 향상되어 보다 내구성이 우수한 콘크리트를 달성하는데 기인한 것으로 판단되었다.

(그래프2)

실시예3의 동결융해 저항성

이상에서와 같이 본 발명을 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이 본 발명의 탄성 투수 도로의 포장방법에 의하면, 시멘트, 고로수쇄 슬래그, 정제 플라이 애쉬, 골재, 분말방수재 및 물을 혼합하여 제조한 투수 콘크리트를 시공하고, 시공된 투수 콘크리트층에 수지계 결합재, 고무칩, 우레탄칩 및 규사로 된 투수 탄성재를 시공함으로써, 고로수쇄 슬래그, 정제 플라이 애쉬, 분말방수재 등의 작용으로 콘크리트 내의 미세공극을 충진시켜 수밀성을 확보하고, 콘크리트 내의 용해성 물질과 반응하여 불용해성 물질을 생성시켜 물과의 접촉에 의한 용해성 물질의 용출을 억제하여 백화현상을 방지함으로써 내구성이 저하되거나 미관이 손상되는 것을 예방할 수 있으며, 혼합재인 분말 방수재가 갖는 감수 효과에 의해 배합수의 사용량을 감소할 수 있어 시공시 블리이딩에 의한 레이탄스가 발생되지 않음으로써, 투수 탄성재가 별도의 접착층없이 복층으로 시공될 수 있어 보행 또는 주행의 안전성을 확보할 수 있음과 동시에, 고로수쇄 슬래그, 플라이 애쉬, 재생골재, 폐타이어칩, 폐우레탄칩 등의 폐자원을 활용함으로써 친환경적이고 경제성이 향상되도록 하는 등의 유용한 효과를 제공한다.

Claims

탄성 투수 도로를 포장하는 방법에 있어서,

시멘트 50∼85중량%, 고로수쇄 슬래그 10∼30중량% 및 정제 플라이 애쉬 5∼20중량%를 혼합하여 결합재를 준비하는 단계(S1)와; 혼합된 결합재 5.0∼20.0중량%에 골재 70.0∼91.9중량%, 분말방수재 0.1∼3.0중량% 및 물 3.0∼7.0중량%를 혼합하여 투수 콘크리트를 제조하는 단계(S2)와; 제조된 투수 콘크리트를 기층에 일정 두께로 시공하는 단계(S3)와; 시공된 투수 콘크리트층에 고무칩, 우레탄칩 또는 그들의 혼합물 66∼86중량%, 수지계 결합재 7∼17중량% 및 규사 7∼17중량%로 된 투수 탄성재를 일정 두께로 시공하는 단계(S4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 투수 도로의 포장방법.
제 1항에 있어서, 투수 콘크리트의 제조(S3)시 투입되는 분말방수재는 포졸란폴리머스테아르산염인 것을 특징으로 하는 탄성 투수 도로의 포장방법.
제 1항에 있어서, 투수 탄성재의 구성요소인 수지계 결합재는 우레탄 수지, 아크릴 수지 내지 에폭시 수지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄성 투수 도로의 포장방법.
제 1항에 있어서, 투수 탄성재에 일정량의 안료를 혼합하여 시공하는 것을특징으로 하는 탄성 투수 도로의 포장방법.