KR20090070263A

KR20090070263A - 환경 친화형 토양 고화제

Info

Publication number: KR20090070263A
Application number: KR1020070138207A
Authority: KR
Inventors: 소정섭; 김원기; 김훈상; 김홍주; 이봉희; 이원준; 신진호
Original assignee: 한국기초소재 주식회사
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-01

Abstract

본 발명은 산업현장에서 발생하는 산업부산물 중 잠재수경성을 가지는 재료를 이용하여 수분함유율이 많은 토양을 대상으로 고화 처리하는 분말상의 고화제에 관한 것으로 함수율이 높은 토양을 안정적으로 신속하게 고화 처리한다.

잠재수경성, 고화제, 고함수토, 지반개량

Description

환경 친화형 토양 고화제{Environmental friendly Soil Stabilizer}

지금까지 개발된 분말의 고화제로서는 보통포틀랜드 시멘트를 주원료로 하고 여기에 포조란(Pozzolan) 물질을 일부 첨가하여, 시멘트의 수화반응으로 생성된 Ca(OH)₂와 포조란 물질이 서로 반응하여 장기강도 증가 및 내구성 향상을 일으키고, 그리고 몇 가지 자극제 등을 적절히 혼합한 것으로 그 사용방식은 분체 상태로도 사용할 수 있으나 앞서 기술한 바와 같이 교반효과를 극대화하기 위하여 주로 페이스트로 만들어 사용한다.

또한 고화 처리 방법 중 물리적인 방법을 이용하는 경우도 있다. 물리적인 방법으로는 가열처리방법, 탈수기를 이용한 기계식 방법 등을 사용, 물리적으로 탈수하여 감량 처리하는 방법이 알려져 있다. 또한 고함수토는 응집제를 사용하여 처리한 후, 응집 분리된 고상을 탈수기로 탈수처리하고 건조하는 방법도 사용되어 왔다.

그러나 가열처리방법은 장비에 따라 처리량이 제한적이고, 고함수토를 가열하는데 드는 경제적 비용도 상당하다.

탈수기를 이용한 기계식 방법 또한 가열처리하는 방법과 마찬가지의 문제를 가지고 있다. 그리고 응집제를 이용하는 것은 응집제의 비용이 비싸고, 응집되어 고상과 액상이 분리되는데 소요되는 시간도 길어지며 침전물의 처리에 다시 가열하는 방법이 동원되기도 하는 등 여러 가지 문제점을 나타내고 있다.

고화 처리 방법에는 화학적인 방법과 물리적인 방법으로 나눌 수 있다. 이중 화학적인 반응을 이용하는 방법으로 시멘트계를 이용하는 방법이 오래전부터 사용되어 왔다.

시멘트계를 이용한 고화 처리공법은 1960년대부터 개발되어 그 시공 영역을 확대시켜 왔다. 현재는 하천, 운하, 해저에 퇴적된 니토(Hedro)의 고화, 준설 매립지에서의 운행성(Trafficability) 확보를 위한 표층고화 처리, 시트(Sheet) 공법 등과 병용한 복토, 수로구조물, 호안기초, 가옥기초, 택지조성 등에 적용되고 있다.

본 발명은 해안 매립지, 연약지반 등 고함수토를 고화 반응을 거쳐 안정화하는 것으로, 발명에 사용한 재료는 잠재수경성을 가질 수 있는 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 실리카흄, 메타카올린 등을 사용할 수 있고, 잠재수경성을 발휘하기 위한 알칼리성의 반응촉진제는 석회계 재료, 산업부산물인 제철 소결 더스트, 시멘트 킬른 더스트를 조성물로 구성할 수 있다. 본 발명에서는 이들 재료 중에서도 경제성을 고려하여 산업현장에서 대량으로 발생하는 부산물을 중간처리하여 고화제를 제조하는 것이다.

본 발명에서 사용되는 잠재수경성 재료는 초기 수화반응이 보통포틀랜드 시멘트와 같은 수화반응을 하지 않고 알칼리에 의하여 수화가 촉진되는 재료이므로 사용하는 알칼리와 첨가량에 따라 여러 물성을 나타내며 이의 조절이 주요한 인자이다.

잠재수경성 재료는 물과 반응하지 않고, 알칼리 성분에 의해 잠재수경성 재료의 입자를 둘러싼 불투수성 피막이 파괴되어 내부에 존재하는 Ca, Al, Mg 등 금속염들과 반응하게 된다. 이런 반응들이 연쇄적으로 일어나 수화반응이 지속적으로 일어난다.

특히 본 실시예의 생석회는 물과 반응성이 빠르며, 그 화학성분은 CaO로서 물과 반 응시 CaO+H₂O→Ca(OH)₂를 형성한다. 수산화칼슘은 생석회보다 부피가 커지게 되고 부피팽창으로 인하여 투수계수가 크게 감소하여 연약 지반을 보강하는 방법으로도 이용된다. 또한 물과 작용하면서 발열반응에 의한 수분감소를 동반하여 고함수토의 공기 연행으로 양생 반응이 원활하게 한다.

또한 제철용 소결 더스트와 시멘트 킬른 더스트는 각각 제철용 소결로와 시멘트 킬른의 배출가스에 포함된 비산분진을 집진한 것으로서, 제철 소결 더스트는 탈황 공정에서 발생한 황산나트륨(망초)이 주성분을 이루고 있으며 시멘트 킬른 더스트는 시멘트 원료의 성분분리에 의한 저급의 석회석분말로 시멘트보다 미세한 입도를 갖고, 휘발성분인 알칼리나 SO₃함량이 높은 것이 특징이다.

이 소결 더스트와 킬른 더스트는 일정 첨가범위까지는 강도증진이 전체 재령에서 이루어지고, 특히 7일 이후 강도 증진에 효과적이다. 이는 C-S-H 수화물 생성에 영향을 미치는 것으로 판단되나, 분말도가 높기 때문에 작업성 등에 영향을 주기 때문에 첨가량에 있어서 한계점이 있다.

본 발명으로 산업부산물을 고화제로서 대량으로 사용할 수 있어, 폐기되는 자원들의 재활용이라는 측면에서 효과가 있으며, 폐기물의 처리비용을 줄일 수 있다. 또한 시멘트를 주로 이용하는 시멘트계 고화제보다 경제적으로 저렴한 산업 부산물을 이용함으로서 그 효과가 더욱 크다.

본 발명에서 고안한 배합과 관련한 실시예를 표 1에 나타내고 그 결과를 표 2에 나타내었다. 본 실시예에서 사용한 고로슬래그 미분말은 분말도가 6,000cm²/g이하이거나 첨가량이 85wt% 이하일 경우에는 반응성이 낮아지고, 낮아진 반응성을 높이기 위해서는 반응촉진제의 첨가량이 높아지거나 고순도 생석회가 필요하게 된다. 또한 분말도가 7,500 cm²/g이상이거나 참가량이 95wt% 이상일 경우, 과도한 반응성으로 현장작업시 문제가 발생된다.

본 실시예에서 사용한 반응촉진제로서 생석회는 순도가 CaO 함량 기준으로 85% 이상인 것을 사용한다. 생석회는 수화과정에서 발열반응이 지속적으로 강하게 일어나 고함수토의 함수율 저하에 큰 기여를 한다.

생석회의 순도가 85% 미만일 경우 함수율 저하에 기여하지 못하고, 또한 생석회 반응성이 낮아져 목표 강도발현이 이루어지지 않는다.

또한, 반응촉진제의 첨가량이 5 wt% 이하이거나 분말도가 4,200 cm²/g이하일 경우에는 연약지반 및 슬러지 속에 함유되어있는 수분 제거가 어렵고, 15wt% 이상이거나 분말도가 4,600cm²/g이상일 경우에는 연약지반 및 슬러지의 알칼리도가 높아져 고함수토 내부의 암모늄이 암모니아성 가스로 변해 악취가 발생할 수 있고, 일부 생석 회에 의한 과도 팽창으로 고화된 토양에 국부적인 균열을 일으킬 소지가 있다.

표 1. 실시예

[단위 : wt%]

	잠재수경성 재료	반응촉진제	시멘트
실시예 1	85	15	0
실시예 2	95	5	0
실시예 3	90	10	0
비교예 1	80	20	0
비교예 2	75	25	0
비교예 3	0	0	100

표 2. 압축강도 결과

[단위 : MPa]

	1일	3일	7일
실시예 1	0.14	0.51	1.10
실시예 2	0.15	0.53	1.05
실시예 3	0.14	0.60	1.06
비교예 1	-	0.21	0.52
비교예 2	-	0.19	0.32
비교예 3	-	0.15	0.43

Claims

잠재수경성 재료의 혼합비는 단독 혹은 혼합하여 85~95wt% 이고, 반응촉진제는 5~15wt%의 구성을 갖는 고화제 조성물.
청구항 1의 잠재수경성 재료는 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 실리카흄, 메타카올린을 사용하고, 단독 또는 혼합한 재료의 분말도는 6,000~7,500cm²/g의 범위인 고화제 조성물
청구항 1의 반응촉진제는 소결 더스트, 킬른 더스트, 생석회를 사용하고 혼합한 재료의 분말도가 4,200~4,400cm²/g의 범위인 고화제 조성물
청구항 3의 생석회의 순도(CaO 함량 기준)가 85% 이상인 고화제 조성물