KR100508388B1 - 법면 녹화를 위한 습식용 토양 안정화 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 법면의 녹화에 사용되는 토양에 첨가되어 사용되는 것으로, 토양의 입단화를 적절히 조절하고, 법면에 취부된 토양의 침식을 최소한으로 방지하고, 나아가 인공토양의 최적 경도를 유지할 수 있게 하는 습식용 토양 안정화 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 습식용 토양 안정화 조성물은 중량비로 이산화실리콘 5-10%, 목탄분말 10-20%, 산화칼슘 10-30%, 왕겨 재 5-10%, 아크릴아마이드계 화합물 10-20%, 황산알루미늄과 산화마그네슘 중 하나 또는 모두를 합하여 5-20%, 수용성 규산 10-30%를 포함하여 구성된다.

Description

법면 녹화를 위한 습식용 토양 안정화 조성물 {Stabilizer for wet soil to be used for afforestation of steep slopes}

본 발명은 산악지역의 절개 등으로 형성된 급경사면(이를 일반적으로 "법면"이라 한다)에 사용되는 법면 녹화를 위한 습식용 토양 안정화 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 법면의 녹화에 사용되는 인공토양에 첨가되어 사용되는 것으로 토양의 입단화를 적절히 조절하고, 법면에 취부된 토양의 침식을 최소한으로 방지하고, 나아가 인공토양의 최적 경도를 유지할 수 있게 하는 법면 녹화를 위한 습식용 토양 안정화 조성물에 관한 것이다.

도로건설이나 아파트단지 또는 공업단지 조성을 위한 토목공사 등으로 산지에 상당히 많은 수의 법면이 형성되는데, 이러한 급경사면은 보는 사람으로 하여금 시각적으로 불안감을 갖게 할뿐만 아니라, 장마철과 같이 비가 많이 내리는 계절에는 낙석과 붕괴의 위험을 안고 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위한 가장 일반적인 방법에 법면을 녹화하는 것이다. 그 이유는 법면을 녹화함으로 인하여 자연경관을 살려 시각적 불안감을 해소 할뿐만 아니라, 보다 근원적으로 녹화로 인하여 법면의 풍화, 세굴(함몰 등에 의하여 생기는 공간) 등에 의한 붕괴를 방지할 수 있기 때문이다.

법면을 녹화하는 공법은 크게 두 가지로서, 그 하나는 토목구조물 등을 설치하는 외부적 공법이고 다른 하나는 법면 녹화 등의 내부적 공법이다. 이 두 가지 공법이 서로 보완되게 적절히 시행되어야만 법면 녹화공법의 소기의 성과를 이룰 수가 있다. 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 먼저 일반적인 법면 녹화공법에 대하여 설명한다.

토목공사 등으로 인하여 산악지역에 급경사면이 생길 수 있는데, 그러한 급경사면을 그대로 방치하면, 자연미관을 훼손한다는 점을 고려하지 않는다고 하더라도, 우천시 또는 지하수의 용출 등으로 인하여 붕괴의 위험성이 크다. 이를 방지하기 위하여 우선 절토면에 계단식의 산마루 측구를 형성시킴으로써 법면에 세굴이 생기는 것을 방지한다. 그리고 그 경사면에 금속 또는 천연섬유로 된 망을 부착시켜, 그 위에 인공토양을 부착시키게 된다.

이에 사용되는 인공토양으로는 기반이 되는 토양 (이하 "기반토"라 한다)에 비료 성분의 물질, 종자 및 인공토양 안정화제를 혼합하여 사용하고 있다. 기반토로는 점질토 및 사질토로 된 일반 토양에 마사토나 황토를 섞고, 이에 질석이나 제오라이트, 규조토 등을 섞어 사용하기도 하고, 경우에 따라서는 이에 솜이나 종이 화이버와 같이 습기를 장기간 보존할 수 있는 재질을 추가 혼합하여 사용하기도 한다.

인공토양에 포함되는 비료성분의 물질로는 전분 등을 제거한 감자박, 대두박, 보리짚 퇴비 등을 사용할 수도 있고(일본공개특허 공개번호 평3-180618호 및 평3-180619호 참조), 음식물 발효퇴비에 경량골재, 연탄재, 톱밥, 시멘트, 소석회 등을 섞은 것을 사용할 수도 있고(국내특허공보 공고번호 제96-1830호 참조), 토탄, 오니케이크, 펄프슬러지, 톱밥, 지렁이분, 점질균 미생물 등을 섞은 것을 사용할 수도 있다(국내특허공보 공고번호 제96-3573호 참조).

인공토양 안정화 조성물은 인공토양을 법면에 잘 부착시킬 수 있음과 동시에 우수 등에 의한 침식에 잘 견딜 수 있고, 또는 적절한 경도를 유지할 수 있도록 하는 화학제이다. 인공토양 안정화 조성물을 사용하지 않는 경우에는 인공토양이 법면에 취부된 이후, 우수나 용출되는 지하수 등에 의하여 법면으로부터 쉽게 분리되거나, 또는 우수 등에 의하여 침식되어 식물이 제대로 성장하지 못하는 문제가 발생한다.

이와 같이 여러 가지 요소가 혼합된 인공토양을 법면 및 그에 설치된 망에 부착시킴에 있어서는 주로 고압 취부 방식을 적용하고 있으며, 고압 분사가 가능한 콤프레셔를 이용하여 분사하는 방식으로 법면에 인공토양을 부착시키게된다. 인공토양에는 건식용 토양과 습식용 토양이 있는데, 건식용 토양은 수분이 최소한으로 포함된 것으로 고압 취부하는 경우 법면에 부착되는 부착성은 뛰어나나, 수분이 최소한으로 포함되어 있기 때문에 식물의 발아 및 성장에 지장이 초래되는 문제가 있고, 습식용 토양은 수분을 충분히 포함되도록 함으로써 취부 후 식물발아 및 성장에 유리한 점은 있으나, 이 습식용 토양을 법면에 취부하는 경우 부착되지 않고 흘러내려 시공 상 어려움을 초래하는 문제점이 있다.

한편, 앞서 설명하였듯이, 인공토양에는 미리 식물 종자가 포함되어 있는데, 이 식물종자는 자연적인 천이를 유도하기 위하여 초본류, 관목류 및 삼림류의 식물종자를 일정 비율로 섞어 포함시키는 것이 일반적이다. 식물종자를 이와 같이 초본류, 관목류 및 삼림류가 포함되도록 한 것은, 빠른 시일 내에 초본류가 발육하여 법면을 일차 녹화시키고, 그 다음 일정기간 경과 후에는 관목류가 성장하면서 초본류를 대체하고, 그 다음 일정기간 후에는 삼림류가 관목류를 대체하도록 하기 위함이다. 관목류의 성장으로 관목류의 그늘에 가려진 초본류는 도태되고, 마찬가지 이유로, 삼림류가 성장하면 그 그늘에 가려진 관목류가 도태된다. 이와 같은 식물의 천이현상으로 법면은 초본류, 관목류 및 삼림류가 적절히 균형을 갖춘 자연상태의 식물군으로 녹화되게 된다.

본 발명은 위 법면 녹화공법에 사용되는 여러 가지 요소들 중에서 인공토양, 특히 습식용 토양에 사용되는 인공토양 안정화 조성물에 관한 것이다. 전술하였듯이, 인공토양 안정화 조성물은 토양의 입단화를 적절히 조절하고, 과도한 침식을 방지하고, 나아가 최적 경도를 유지할 수 있는 것이어야 하며, 이 인공토양 안정화 조성물이 이러한 역할을 제대로 수행하지 못하면, 법면 녹화사업은 실패로 돌아 갈 수 있다. 따라서 이러한 인공토양 안정화 조성물에 대하여 지금까지 상당한 연구가 행해졌으나, 아직까지 만족할 만한 성과를 이루지 못하고 있는 실정이다.

예를 들어, 국내 특허 제353923호는 고착성 시멘트 10-80중량%, 화산재 또는 응회암의 풍화토(가용성 실리카 성분이 풍부한 미분재료) 20-85중량%, 제오라이트 1-10중량%, 규조토 1-10중량% 및 반수석고 1-20중량%를 혼합한 혼합물과, 알루미늄분말 1-20중량%, 버미류라이트 10-90중량% 및 유동화재 1-15중량%를 혼합한 혼합물을 약 4:1의 비율로 섞어 사용하는 것을 제안하고 있다.

위 특허의 혼합물은 인공토양의 입단화를 촉진하고 경도를 강화시키는 효과는 우수하다. 그러나 이 혼합물은 보습성이 우수한 화산재 또는 응회암의 풍화토와 제오라이트, 규조토, 반수석고 등을 많은 양으로 사용함으로 인하여 흡습성은 매우 뛰어난 반면에, 응결력을 향상시킬 수 없어, 습식용 토양 방식으로 인공토양을 법면에 취부하는 공법에는 적용하기 어렵다는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 이 혼합물에는 입자간의 접착성을 향상시키기 위하여 고착성 시멘트를 사용하고 있는데, 시멘트는 상당한 독성을 지닌 것이어서 식물의 발아 및 성장에 지장을 초래할 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 인공토양의 입단화를 적절히 조절하고, 법면에 취부된 토양의 침식을 최소한으로 방지하고, 인공토양의 최적 경도를 유지할 수 있게 하고, 나아가 식물의 발아 및 생장에 무해한 인공토양 안정화 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 인공토양 안정화 조성물은 다양한 인공토양에 섞어 사용될 수 있는 것이며, 한편으로 식물에 무해한 성분으로 구성되어 있음으로써, 녹화 대상 법면 주변의 식물 생태환경에 맞추어 식물종자 (초본류, 관목류 및 삼림류 등)를 적절히 혼합된 인공토양에 적용하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명은 인공토양의 응결력 또는 응집력을 향상시키는 것이어서, 인공토양을 (섬유 또는 금속 망이 설치된) 법면에 고압 취부함에 있어 습식용 토양의 방식으로 사용할 수 있도록 하는 것이다. 따라서 본 발명은 (건식용 토양의 방식에 비하여) 인공토양에 충분한 수분이 함유되도록 함으로써, 식물 종자의 발아 및 생장에 유리하도록 한 것이다.

본 발명에 따른 법면 녹화를 위한 습식용 토양 안정화 조성물은 중량비로 이산화실리콘 5-10%, 목탄분말 10-20%, 산화칼슘 10-30%, 왕겨 재 5-10%, 아크릴아마이드계 화합물 10-20%, 황산알루미늄과 산화마그네슘 중 하나 또는 모두를 합하여 5-20%, 수용성규산 10-30%를 혼합한 것이다.

본 발명에 사용되는 구성성분들의 기능 및 상호 작용은 아래와 같다.

이산화실리콘은 환경에 무해한 것으로 내열성을 갖는 작은 입자 형상이며, 본 발명에 있어서는 다른 성분들과의 관계에서 충전제 역할을 하는 것으로, 인공토양과의 입단화를 향상시키는 기능을 한다. 이산화실리콘의 적정 사용량은 전체 조성물에 대하여 5-10중량%로서 5% 이하인 경우에는 충전제로서의 기능을 충분히 수행할 수 없고, 또한 10중량% 이상으로 사용하는 경우에는 (자체 응결력은 없기 때문에) 오히려 입단화를 저해할 수 있다.

목탄분말은 대략 1g당 표면적이 300평방미터에 달할 정도로 많은 표면적을 갖는 것이어서, 수분이나 영양분을 흡수하였다가 서서히 배출하는 데에 있어 탁월한 기능을 하는 것이다. 따라서 목탄분말은 수분 흡착력이 월등하여 갈수기(건조기)인 경우에 공중 습도가 60% 이상이면 대기 중의 수분을 빨아들여 그 수분을 식물뿌리에 공급할 수 있다. 한편으로 목탄분말은 살균의 효과가 있어서 식물에 유해한 병균을 살균하는 역할도 한다. 목탄분말은 중량비로 10-20% 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 10% 이하로 사용하는 경우에는 수분이나 영양분의 보유효과가 미미하고, 20% 이상으로 사용하는 경우에는 타 구성성분에 비하여 지나치게 많은 양이 되어, 오히려 인공토양의 입단화나 경도향상을 방해할 염려가 있다.

산화칼슘은 (추후 설명하는) 수용성 규산과 결합하여 인공토양을 경화시키는 역할을 함과 동시에, 그 성분이 알카리성이기 때문에 토양의 산성화를 막는 역할을 한다. 특히 대기 오염 등의 공해로 인하여 산성비가 내리는 현실을 고려하면, 인공토양에 포함되었다가 막 발아하여 생장하는 초목류들이 뿌리가 제대로 내리기 전에 산성비에 의하여 생장이 방해될 수 있는데, 산화칼슘은 이러한 산성비를 알카리화하는 역할을 하는 것이다. 산화칼슘은 중량비로 10-30% 사용하는 것이 바람직한데, 10% 이하로 사용하는 경우에는 토양의 알카리화 역할을 제대로 수행할 수 없고, 30% 이상인 경우에는 (추후 설명되는 수용성 규산과 결합하여) 인공토양을 지나치게 경화시킬 염려가 있다.

왕겨 재는 토양에 섬유질을 공급하여 토양의 영양분을 풍부히 할뿐만 아니라 그 속에 함유된 규소로 인하여 수분 및 산화칼슘과 결합하여 수화반응 및 포졸란 반응을 일으켜 인공토양의 입단화 및 고결화의 향상에 중요한 역할을 한다. 왕겨 재의 사용량은 중량비로 5-10%로 하는 것이 바람직하며, 그 이유는 5% 이하로 하는 경우에는 그 효과가 미미하고, 10% 이상으로 사용하는 경우에는 타 구성요소와의 균형이 맞지 않는 문제점이 있기 때문이다.

아크릴아마이드계 화합물은 환경에 무해한 것으로 인공토양과 결합하여 법면에 고압 취부하면 입자간의 응집력과 접착력을 향상시켜 건조된 경우에도 균열이 발생하지 않도록 하여 인공토양에 함유된 수분이나 영양분의 유실을 방지하는 역할을 한다. 아크릴아마이드계 화합물을 사용함에 있어서는 중량비로 10-20% 사용하는 것이 바람직하며, 10% 이하로 사용하면 인공토양 입자들에 대한 원하는 응집력과 접착력을 확보할 수 없으며, 20% 이상으로 사용하면 인공토양을 지나치게 응집시켜 식물종자의 발아나 생장에 나쁜 영향을 끼칠 수 있다.

황산알루미늄과 산화마그네슘은 거의 비슷한 성질의 화학제이고 모두 환경에 무해한 것으로 (추후 설명하는 수용성 규산과 결합하여) 인공토양의 경도를 향상시키는 역할을 하는 것이다. 이 두 가지는 그 성질이 비슷하여 이 중 하나를 사용하거나 또는 두 가지를 혼합하여 사용할 수도 있다. 황산알루미늄과 산화마그네슘은 수용성 규산과 결합된 상태에서는 수분과 접촉되면 급결되는 현상을 보인다. 따라서 이들을 함유한 조성물은 최종 단계에서 수분과 접촉되도록 하는 것이 좋다. 본 발명에 있어서도 이들 성분이 함유되어 있기 때문에, 법면에 고압 취부함에 있어서, 취부 직전에 (수분이 많이 함유된) 인공토양과 접촉되게 하여 사용하여야 한다. 황산알루미늄과 산화마그네슘의 사용량은 (이들 중 어느 하나 또는 둘을 합하여) 중량비로 10-20% 사용하는 것이 바람직하며, 10% 이하인 경우에는 인공토양에 대하여 원하는 경도를 확보하기 어렵고, 20% 이상으로 사용하는 경우에는 인공토양의 경도가 너무 높아 식물종자의 발아나 성장을 저해할 우려가 있다.

수용성 규산은 전술하였듯이, 산화칼슘 및 황산알루미늄 또는 산화마그네슘과 결합하여 인공토양을 고결 내지 경화시키는 역할을 하며, 한편으로 인공토양의 표면에 대하여 에틀린자이트(ettringite : 표면막 형성) 현상을 가져와 인공토양의 수분이 쉽게 증발되는 것을 막는 역할도 한다. 수용성 규산에 나트륨을 중량비로 (수용성 규산에 대하여) 5%이내에서 혼합하여 사용할 수도 있는데, 나트륨이 함유된 경우에는 수화작용이나 포졸란 반응이 보다 잘 나타날 수 있어, 인공토양의 경도를 강화시킬 필요가 있는 경우에는 많은 양의 나트륨이 혼합된 것을 사용하고, 반대의 경우에는 나트륨 양이 작거나 포함되지 아니한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 수용성 규산의 사용량은 중량비로 10-30%가 바람직하며, 10% 이하인 경우에는 산화칼슘, 황산알루미늄 또는 산화마그네슘과의 반응을 적절히 수행할 수 없는 문제점에 있으며, 30% 이상으로 사용하는 경우에는 인공토양의 지나친 고결화를 초래할 염려가 있다.

본 발명은 위에서 언급한 구성성분들을 혼합한 것으로, 이 혼합물은 중량비로 인공토양 100에 대하여 약 15-20 정도로 섞어 사용하는 것이 바람직하다. 한편 본 발명의 혼합물은 습식용 토양에 대하여 적용하기 위하여 마련된 것이긴 하나, 수분과 접촉하면 급결하는 현상을 일으키므로, 인공토양과 미리 혼합하여 사용하는 것은 바람직하지 않다. 따라서 본 발명을 적용함에 있어서는, 일차로 인공토양과 물을 1:1의 비율과 섞고, 이를 고압으로 취부함에 있어서, 노즐을 통하여 법면에 취부되기 직전에 서로 혼합되도록 하여야 한다.

즉, 본 발명의 혼합물을 취부함에 있어서는 삼중으로 된 특수 노즐을 사용하여야 하며, 물과 섞여진 인공토양이 취부되는 제1 노즐과, 본 발명의 인공토양 안정화 조성물이 취부되는 제2 노즐이 있고, 이 두 개의 노즐이 합류되는 제3의 노즐이 있어, 인공토양과 본 발명의 습식용 토양 안정화 조성물이 제3 노즐에 의하여 서로 혼합됨과 동시에 법면에 취부되어 소정의 화학적 반응을 일으키게 되는 것이다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 설명한다.

(실시예)

본 실시예에서는 아래와 같은 구성비율을 인공토양 안정화 조성물 150kg을 준비하였다.

성분	이산화실리콘	목탄분말	산화칼슘	왕겨분말	아크릴아마이드계 화합물	황산 알루미늄	수용성규산	계
비율(중량%)	7	15	20	8	15	15	20	100

한편, 중금속이 제거된 혼합토 약 45중량%, 마사토 약 10중량%, 황토 약 5중량%, 부엽토 약 10중량%, 질석 및 피트모스 약 15중량%, 하이론 솜(폴리에스테르) 약 15중량%로 구성된 인공토양 1톤을 준비하였다. 인공토양에는 초본류, 관목류 및 삼림류의 식물종자를 적절히 배합하여 약 20kg 섞었다. 그리고, 이러한 성분으로 구성된 인공토양에 동일한 중량(1톤)만큼의 물을 첨가하여 전체를 혼합하였으며, 이 혼합된 상태는 흘러내릴 정도로 묽은 상태이었다.

위 인공토양과 물의 혼합물과, 본 실시예의 안정화 조성물을 삼중 노즐로 된 고압 취부장치에 투입하였다. 이 고압 취부장치는 두 개의 탱크가 구비되어 있어, 하나의 탱크에는 인공토양과 물 및 식물종자의 혼합물이 수용되고, 다른 탱크에는 본 실시예의 안정화 조성물이 수용되어 있다가, 콤프레셔를 이용하여 이들을 고압으로 법면에 취부함에 있어서, 인공토양과 물 및 식물종자의 혼합물은 제1 노즐을 통하여 분사되고, 안정화 조성물은 제2 노즐을 통하여 분사되나, 제1 노즐과 제2노즐이 합쳐지는 제3 노즐에 의하여 이들이 합쳐져 혼합됨과 동시에 법면에 취부되도록 하였다. 법면에는 망의 설치 등과 같은 필요한 법면 외부시공이 미리 완료되어 있어서, 고압 취부되는 혼합물은 설치된 법면의 섬유재 망 위에 취부되었다.

인공토양 및 안정화 조성물을 법면에 취부한 직후, 인공토양의 입단화를 측정하였는바, 입단화는 매우 양호하여 법면으로부터 흘러 내림이 전혀 없었다.

그리고 별도의 수분 공급 없이 1주일 후에 인공토양의 외부 형상을 관찰하였는바, 건조로 인한 표면 균열의 현상이 발견되지 않았고, 또한 1주일 간격으로 7차례에 걸쳐 토양경도측정기로 인공토양의 경도를 측정하였는바, 모두 20-23mm의 범위에 속하여 식물의 생장에 양호한 정도를 보였다.

한편, 인공토양에 포함된 식물종자들의 발아 및 생장을 측정하였는바, 약 8일이 경과한 때부터 초본류 식물의 싹이 발아하기 시작하여, 12일이 경과한 즈음에는 관목류 및 삼림류 식물의 싹도 발아하였다. 20일이 경과할 당시에는 거의 법면 전체에 걸쳐 식물에 의한 녹화가 이루어져 외견상 자연미를 느낄 수 있게 되었고, 40일이 경과한 즈음에는 초본류의 크기가 10cm를 넘어섰고, 관목류 및 삼림류 식물의 뿌리가 토양에 자리잡기 시작하였다.

관목류 및 삼림류 식물이 점차 크게 성장하면, 그 그늘에 가려지는 초본류는 점차 도태될 것이고, 따라서 자연히 초본류, 관목류 및 삼림류가 자연적인 조화에 의하여 적절한 비율로 법면을 녹화시킬 것으로 예상되었다.

이상에서 보듯이, 본 발명의 인공토양 안정화 조성물은 법면의 녹화에 사용되는 인공토양의 입단화를 적절히 조절하고, 법면에 취부된 토양의 침식을 최소한으로 방지하고, 나아가 인공토양의 최적 경도를 유지할 수 있게 하는 것으로, 특히 습식용 토양에 적용될 수 있도록 한 것이며, 그 효과 및 사용의 편이성으로 인하여 법면 녹화사업에 매우 유익한 것이라 하겠다.

Claims (2)

1. 중량비로 이산화실리콘 5-10%, 목탄분말 10-20%, 산화칼슘 10-30%, 왕겨 재 5-10%, 아크릴아마이드계 화합물 10-20%, 황산알루미늄과 산화마그네슘 중 하나 또는 모두를 합하여 5-20%, 수용성규산 10-30%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 법면 녹화를 위한 습식용 토양 안정화 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 수용성 규산에 중량비로 나트륨이 5% 이내로 혼합된 것을 특징으로 하는 법면 녹화를 위한 습식용 토양 안정화 조성물.