KR100866012B1 - 흙 포장용 조성물 및 이를 이용한 흙 포장 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경적인 흙 포장용 조성물 및 이를 이용한 흙 포장 시공 방법에 관한 것으로, 마사토, 황토, 점토, 광산의 표층토 등과 같은 토양 50 ∼ 90중량%와 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 10 ∼ 50중량%로 이루어진 배합토 65 ∼ 90중량%와 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 이루어진 고화제 10 ∼ 35중량%로 구성되는 흙 포장용 조성물을 이용하되 상기 흙 포장용 조성물을 준비하는 단계; 상기 흙 포장용 조성물을 기층위에 포설하는 단계; 진동롤러나 콤팩터 등을 이용하여 다짐하는 단계; 다짐한 포장면 위에 전기장판 등의 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 흙 포장 시공 방법으로 시공함으로써 내부에 C-S-H와 비정질상의 지오폴리머릭 매트릭스(Geopolymeric matrix(Aluminosilicate gel(Al₂O₃·mSiO₂·nM₂O·xH₂O(M=K, Na, Ca))))가 생성되는 것에 의해서 고화되기 때문에 시멘트 미사용으로 인하여 시멘트 생산시에 발생되는 CO₂ 가스의 방출을 억제하여 교토의정서에 의한 CO₂ 발생에 대한 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 대기오염을 줄일 수 있고, 시멘트 독성인 Cr⁶⁺ 등의 발생을 원천적으로 봉쇄할 수 있어 환경 오염을 유발하지 않고 포장된 도로를 이용하는 사람은 물론 시공자나 인근 주민들에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있으며, 광산으로부터 발생되는 많은 양의 표층토를 재활용함으로써 자연을 보호할 수 있으며, 고로슬래그와 같은 산업부산물을 재활용하여 환경을 보호하는 효과를 얻을 수 있다.

흙 포장, 흙 포장 시공, 지오폴리머릭 매트릭스, 고로슬래그, 메타카올린, 고화제

Description

흙 포장용 조성물 및 이를 이용한 흙 포장 시공 방법{The composition for soil pavement and the construction method of soil pavement using thereof}

본 발명은 친환경적인 흙 포장용 조성물 및 이를 이용한 흙 포장 시공 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 마사토, 황토, 점토, 광산의 표층토 등과 같은 토양 50 ∼ 90중량%와 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 10 ∼ 50중량%로 이루어진 배합토 65 ∼ 90중량%와 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 이루어진 고화제 10 ∼ 35중량%로 구성되는 흙 포장용 조성물을 이용하되 상기 흙 포장용 조성물을 준비하는 단계; 상기 흙 포장용 조성물을 기층위에 포설하는 단계; 진동롤러나 콤팩터 등을 이용하여 다짐하는 단계; 다짐한 포장면 위에 전기장판 등의 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 흙 포장 시공 방법으로 시공함으로써 내부에 C-S-H와 비정질상의 지오폴리머릭 매트릭스(Geopolymeric matrix(Aluminosilicate gel(Al₂O₃·mSiO₂·nM₂O·xH₂O(M=K, Na, Ca))))가 생성되는 것에 의해서 고화되기 때문에 시멘트 미사용으로 인하여 시멘트 생산시에 발생되는 CO₂ 가스의 방출을 억제하여 교토의정서에 의한 CO₂ 발생에 대한 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 대기오염을 줄일 수 있고, 시멘트 독성인 Cr⁶⁺ 등의 발생을 원천적으로 봉쇄할 수 있어 환경 오염을 유발하지 않고 포장된 도로를 이용하는 사람은 물론 시공자나 인근 주민들에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있으며, 광산으로부터 발생되는 많은 양의 표층토를 재활용함으로써 자연을 보호할 수 있으며, 고로슬래그와 같은 산업부산물을 재활용하여 환경을 보호하는 효과를 얻을 수 있는 흙 포장용 조성물 및 이를 이용한 흙 포장 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 도로포장은 도로면을 보호 강화하고 평탄성을 높여 사람의 통행과 차량의 주행을 편하게 하기 위하여 처리된 노면구조물로서, 여러 층으로 이루어진 층구조이며, 각 층은 각각의 역할을 분담하게 된다.

도로포장은 표층부의 재질에 따라 역청계(아스팔트) 포장, 콘크리트계 포장 및 블록 포장으로 크게 분류되는 데, 역청계 포장은 표층부가 아스팔트 또는 타르에 의해 고결된 쇄석 등의 골재로 되어 있는 것으로, 아스팔트 포장, 타르 포장 등과 같이 부르고 있으며, 현재 세계 각국의 도로의 대부분을 차지하고 있고, 그 종류도 대단히 많다.

콘크리트계 포장은 표층부에 콘크리트를 포설한 것인 데, 콘크리트 뿐이거나 콘크리트에 철망을 삽입한 보통의 콘크리트 포장 외에, 철근 콘크리트 포장, 프리스트레스트 콘크리트 포장 등이 있으며, 블록포장은 돌, 벽돌, 시멘트, 나무, 아스팔트 등의 각종 블록을 표층부에 깔아서 된 것으로, 현재 차도에는 별로 쓰이지 않 고, 보도나 광장 등에 쓰이고 있을 뿐이다.

한편, 최근에는 환경 친화적이면서도 인체에 해를 끼치지 않는 흙을 이용한 포장공법이 자전거 전용 도로 및 보도에 적용되고 있는 추세이다. 그러나, 대부분의 흙 포장 시공 방법은 시멘트나 폴리머를 주바인더로 첨가하고, 기능을 개선하기 위한 첨가제로서 소석회, 석고, 석회석, 고로슬래그, 플라이 애쉬, 메타카올린, 실리카퓸 등의 포졸란 물질을 사용하고 있다.

또한, 종래의 시멘트나 아스팔트를 주성분으로 하는 포장 방법은 매우 손쉬운 작업성과 저렴한 가격으로 많은 분야에서 시공되고 있지만 시멘트를 생산하기 위해서 석탄 또는 석유를 필요로 하며, 소비되는 석탄자원과 석유자원은 연소 과정에서 막대한 CO₂가스를 발생시키고, 시멘트의 원료로 사용되는 석회석은 CaCO₃로 구성되어 시멘트 생산시 CO₂ 가스를 발생시키는 주된 원료이기 때문에 시멘트의 사용 자체가 환경 오염을 유발하는 문제가 있다. 즉, 시멘트 생산으로 발생되는 CO₂ 가스는 환경오염 및 대기오염을 일으키는 주범 중의 하나이다.

뿐만 아니라, 시멘트나 아스팔트와 같은 포장재에 의한 포장층은 지하 생태계와 주변 생태계를 단절시키는 포장이고, 흙으로부터 인체에 유리한 성분들의 발산을 인위적으로 막아 희귀한 질병 등을 유발하기도 하였다. 최근 이러한 시멘트로부터 발생되는 많은 환경적문제 등을 근거로 시멘트 사용량 저감에 대한 인식이 국제적으로 확산되고 있으며, 그 예로 소성(燒成)을 행하지 않는 재료의 사용 개념이 도입되고 있으며, 무기바인더로서 개발되는 여러 가지 비시멘트형 소재들이 등장하 고 있다. 예를 들어, 지오폴리머(geopolymer) 혹은 미네랄폴리머(mineral polymer)나 인오르가닉폴리머(inorganic polymer)로 명명되는 새롭게 개발된 무기바인더가 있다. 그러나, 아직까지 지오폴리머 기술(geopolymer technique)에 의해 개발된 포장재는 전무한 실정이다.

이러한 환경적, 산업적 인식의 전환을 고려한 시멘트 저감형 제품 및 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 특허 제438138호에는 천연의 흙과 시멘트와 고화재 조성의 범위를 한정하고, 입자의 크기 조절을 통하여 우수한 물성을 유도한 기술이 기재되어 있고, 특허 제625172호는 황토성분이 있는 점성토나 사질토에 제지슬러지, 상수슬러지, 석분토의 조성에 혼화재, 팽창제, 보수제 등을 첨가한 흙 혼합물과 시멘트와 골재를 첨가하고 여기에 다시 수지를 첨가하여 치밀화한 것이 기재되어 있다. 그러나, 상기와 같은 기술은 여전히 시멘트의 접착력에 의존하는 기술들이고, 환경문제 개선에도 효과가 거의 없는 것이다.

또한, 특허 제504987호에는 흙 포장 공사에 있어서 플라이 애쉬나 제지 슬러지 등의 혼화제와 시멘트 및 안료, 소석회, 실리카퓸으로 구성된 토양 강화 개선재가 기재되어 있고, 특허 제789877호, 제570958호, 제581227호, 제775360호 등과 같은 대다수의 흙 포장관련 특허들은 상기 설명한 바와 같이 시멘트에 첨가제 등을 통하여 기능을 향상시킨 포장기술이다.

흙 포장은 사람들이 자주 이용하는 산책로나 공원, 운동장, 인도 등에서의 포장재이기 때문에 자연상태의 흙이나 친환경적 소재를 사용하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 이 포장재의 시공을 위한 자연훼손이나 파괴 등은 2차 환경오염을 일 으키기 때문에 바람직하지 않다. 뿐만 아니라, 흙만을 이용한 포장재는 빗물에 의해서 손상되는 경우가 많으며, 시멘트의 대체 소재에 대한 대안은 아직도 미흡한 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 흙만을 이용하는 포장재가 쉽게 손상되는 단점을 해결하고, 시멘트를 사용하지 않아 친환경적이면서도 인체에 해를 미치지 않고 내구성이 강한 흙 포장용 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 흙 포장용 조성물에 의해서 산성 토양의 중화 혹은 약 알칼리화를 도모하며, 고로슬래그와 광산의 표층토을 재활용하여 자연 환경 파괴를 최소화하는 흙 포장용 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 목적의 조성물을 이용하여 친환경적인 흙 포장 시공 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적들 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 또 다른 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 마사토, 황토, 점토, 광산의 표층토 등과 같은 토양 50 ∼ 90중량%와 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 10 ∼ 50중량%로 이루어진 배합토 65 ∼ 90중량%와 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 이루어진 고화제 10 ∼ 35중량%로 구성되는 흙 포장용 조성물을 이용하되 상기 흙 포장용 조성물을 준비하는 단계; 상기 흙 포장용 조성물을 기층위에 포설하는 단계; 진동롤러나 콤팩터 등을 이용하여 다짐하는 단계; 다짐한 포장면 위에 전기장판 등의 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 흙 포장 시공 방법으로 시공함으로써 내부에 C-S-H와 비정질상의 지오폴리머릭 매트릭스(Geopolymeric matrix(Aluminosilicate gel(Al₂O₃·mSiO₂·nM₂O·xH₂O(M=K, Na, Ca))))가 생성되는 것에 의해서 고화되도록 하였다.

본 발명에 따른 흙 포장은 시멘트 미사용으로 인하여 시멘트 생산시에 발생되는 CO₂ 가스의 방출을 억제하여 교토의정서에 의한 CO₂ 발생에 대한 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 대기오염을 줄일 수 있고, 시멘트 독성인 Cr⁶⁺ 등의 발생을 원천적으로 봉쇄할 수 있어 환경 오염을 유발하지 않고 포장된 도로를 이용하는 사람은 물론 시공자나 인근 주민들에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있으며, 광산으로부터 발생되는 많은 양의 표층토를 재활용함으로써 자연을 보호할 수 있으며, 고로슬래그와 같은 산업부산물을 재활용하여 환경을 보호하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 흙 포장용 조성물은 마사토, 황토, 점토, 광산의 표층토 등과 같은 토양 50 ∼ 90중량%와 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 10 ∼ 50중량%로 이루어진 배합토 65 ∼ 90중량%와 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 이루어진 고화제 10 ∼ 35중량%로 구성되는 것으로 특징지워진다.

또한, 본 발명에 따른 흙 포장 시공 방법은 마사토, 황토, 점토, 광산의 표층토 등과 같은 토양 50 ∼ 90중량%와 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필 러 10 ∼ 50중량%로 이루어진 배합토 65 ∼ 90중량%와 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 이루어진 고화제 10 ∼ 35중량%로 구성되는 흙 포장용 조성물을 준비하는 단계; 상기 흙 포장용 조성물을 기층위에 포설하는 단계; 진동롤러나 콤팩터 등을 이용하여 다짐하는 단계; 다짐한 포장면 위에 전기장판 등의 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 것으로 특징지워진다.

본 발명에서 사용되는 토양은 일반적으로 지표에서 얻어지는 붉은 색의 진흙(적점토)과 황토 등의 점질토와, 고령토, 백토, 마사토 등의 사질토 등이 가능하며, 토양의 종류는 특별히 한정되지는 않으나, 대체로 입경이 0.8 ∼ 0.005mm인 실트성분과 세립질 및 과립의 입자가 30% : 40% : 30% 정도의 비율로 적당히 섞여있는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에서는 여러 가지 점토입자의 특성이 골고루 섞여 있는 규석광산으로부터 발생된 표층토를 사용하였다. 상기 표층토는 입자의 크기가 212㎛ 미만(평균입경이 50㎛)인 것 30 ~ 50wt%의 범위를 가지며, 212㎛ 이상 ∼ 2mm 이하의 입자가 50 ~ 70wt% 범위인 것으로 점질과 사질이 적당히 혼합되어 있는 특징이 있다. 또한, 토양의 화학성분상의 조성을 특별히 한정하는 것은 아니지만 표 1에 기재된 바와 같은 조성을 포함하는 토양을 사용하였다.

구분	SiO2	Al2O3	CaO	Fe2O3	K2O	TiO2	MgO	SO3	Na2O
토양	65.0	21.8	0.6	5.7	-	-	1.1	-	0.4
고로슬래그 2(6,000)	29.3	12.8	46.8	0.3	0.5	1.1	3.5	5.1	0.2
메타카올린	52.6	38.1	4.8	1.4	0.7	0.2	1.1	-	0.7

고로슬래그는 고로에서 선철을 제조할 때 부산물로 생성되는 것으로, 특별히 제한되지는 않으나 분말도(Blaine) 6,000cm²/g 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 (주)기초소재연구소로부터 생산 판매되는 6,000cm²/g 이상인 것을 사용하였으며, 특히 화학성분상의 조성을 특별히 한정하는 것은 아니지만 표 1에 기재된 바와 같은 조성을 포함하는 것을 사용하였다. 분말도가 6,000cm²/g 미만인 것을 사용할 경우, 흙 포장 시공시 백화 및 크랙이 발생하여 포장재의 압축강도가 재령일이 경과됨에 따라 감소하여 장기 안정성에 문제가 있고, 압축강도가 낮기 때문에 포장용 소재에 적용이 곤란한 단점이 있다.

고로슬래그의 화학조성은 흙 성분 조성과는 달리 SiO₂ + Al₂O₃ + CaO의 함량이 88.6 중량%이고, 기타 미량 성분들이 11.4 중량%를 차지하는 것으로, 강한 알칼리성 용액과 접촉하게 되면 잠재수경성의 특징으로 고로슬래그 입자의 피막이 파괴되고 입자를 구성하는 Si-O와 Al-O의 공유결합이 끊어지면서 Si 이온과 Al 이온을 용탈시켜 흙으로 제공한다. 지오폴리머(Geopolymer)는 Na₂O, SiO₂와 Al₂O₃의 3차원 망목형 구조로 이루어지며, 상기와 같은 잠재수경성에 의해서 pH13 이상의 액성하에서 용탈(dissolusion) → 응축(condensation) → 축중합(polycondensation/polymerization) 과정을 통하여 형성된다. 따라서, 고로슬래그 내에 존재하는 SiO₂와 Al₂O₃의 조성은 본 발명의 흙 포장용 조성물 내에서 지오폴리머를 생성하는 주요한 원료공급원으로 작용하게 된다. 또한, 고로슬래그 내의 규산질 비료성분은 알칼리에 의해서 용출되어 토양으로 공급되기 때문에 산성화된 토양을 개질시킬수 있다. 고로슬래그의 함량은 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 100중량%에 대하여 70 ~ 90중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 반응의 주요한 골격은 고로슬래그와 고화제가 주된 반응을 일으키며, 메타카올린이 반응을 보조하고 충진재 역할을 하게 된다. 특히, 반응성에 있어서도 고로슬래그의 반응성이 메타카올린의 반응성보다 우수하기 때문에 초기강도를 발현하는 주요한 역할을 할 수 있으므로 고로슬래그가 상대적으로 많은 함량을 차지하는 것이 효과적이다. 그러나, 고로슬래그가 70중량% 미만으로 첨가될 경우에는 메타카올린의 고분말도에 의해서 입자들이 둘러싸여 반응이 억제되어 충분한 물성발휘가 어렵고, 90중량%를 초과하여 사용될 경우에는 경제성에서 메타카올린의 가격이 고로슬래그의 10배를 상회하기 때문에 물리적 강도 측면에서나 경제적 측면에서 바람직하지 않을 뿐만 아니라 고로슬래그의 빠른 반응성으로 기포가 발생하기 쉽고 내부에서 CaO에 의한 수화열 발생으로 장기적으로 크랙발생 등의 문제가 있어 바람직하지 않다.

메타카올린은 천연의 카올린을 700 ~ 750℃로 열처리한 것으로서, 본 발명에는 화학성분상의 조성을 특별히 한정하는 것은 아니지만 표 1에 기재된 바와 같은 조성을 포함하는 것을 사용하였다. 메타카올린은 고로슬래그와 혼합되어 고로슬래그를 보조해 주는 충진재 역할을 한다. 메타카올린의 분말도는 12,000cm²/g 이상인 것으로 황토색을 띄며, 입자와 입자 사이의 간극에 충진되어 경화체가 치밀한 조직을 갖게 해 주며, 비정질성이 매우 우수하여 고로슬래그와 마찬가지로 지오폴리머의 원료로서 사용된다. 특히, 메타카올린은 고로슬래그와는 달리 Al₂O₃가 38.1%로 매우 높은 함량으로 포함되어 있어 지오폴리머 소재를 제조시 용이하게 지오폴리머화 반응을 유도할 수 있는 장점이 있다. 또한, 황토색이기 때문에 흙 포장시공 시 안료의 첨가 없이도 자연스러운 흙 색상을 발휘할 수 있으며, 평균 입자크기가 도 1에 도시된 바와 같이 30㎛ 정도이고, 입도분포가 미립분과 세립분으로 존재하기 때문에 충진성이 우수하고 토양 중에 포함된 골재입자의 유동성을 향상시킨다. 뿐만 아니라, 메타카올린은 97%에 달하는 SiO₂와 Al₂O₃가 고화제와 혼합시에 고로슬래그와 마찬가지로 흙 포장용 조성물 내에서 용탈-응축-축중합을 하는 지오폴리머화(geopolymerization) 반응으로 더욱 강한 결합력을 발휘하도록 작용한다. 메타카올린의 함량은 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 100중량%에 대하여 10 ~ 30중량% 첨가하는 것이 바람직하다. 10중량% 미만으로 첨가할 경우에는 필러효과 및 지오폴리머의 주성분인 SiO₂와 Al₂O₃의 원소공급효과 저하로 충분한 지오폴리머릭 매트릭스(geopolymeric matrix)를 형성하기 어렵고, 30중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 첨가된 메타카올린의 고분말도가 고로슬래그를 둘러싸면서 반응을 억제하여 초기 강도가 현저하게 낮아지는 문제가 있으며, 가격이 높아지게 되어 상업적으로 경쟁력이 저하되는 단점도 있다.

고로슬래그와 메타카올린으로 구성되는 활성필러의 사용량이 50중량%를 초과하거나 토양의 사용량이 50중량% 미만일 경우에는 흙 포장의 장점이 발현되지 못하는 단점이 있고, 고로슬래그와 메타카올린으로 구성되는 활성필러의 사용량이 10중량% 미만이거나 토양의 사용량이 90중량%를 초과할 경우에는 포장 시공이 용이하지 못하고 포장면의 강도가 저하되는 단점이 있다.

본 발명에서 사용되는 고화제는 지오폴리머화 반응을 유도하기 위한 강알칼리성 분위기(pH 13 이상) 조성의 용도이다. 고화제의 주요 성분조성의 하나인 규산소다의 SiO₂와 Na₂O 및 가성카리의 K₂O는 도 2에 도시된 바와 같이 지오폴리머의 주요 골격구조인 [Si⁴⁺]과 [Na⁺],[K⁺]의 양이온을 제공한다. 또한, 고화제의 OH^-은 고로슬래그의 피막을 파괴하여 Si-O, Al-O의 공유결합을 끊음으로써 이온용출반응을 유도하며, 용출된 이온은 토양입자와 고로슬래그 및 메타카올린 입자 사이에서 3차원적 구조(framework)를 형성하며, 흙 포장용 조성물내에서 지오폴리머릭 매트릭스(geopolymeric matrix)를 형성하게 된다. 이때 양생 온도가 80℃ 이상일 경우에는 제올라이트(zeolite)와 지오폴리머릭 매트릭스가 동시에 생성된다.

본 발명에 사용된 고화제는 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 구성되며, 규산소다만을 사용할 경우에 pH가 11 정도로 낮아 본원에서 유도하려는 지오폴리머 반응은 일어나지 않고 알칼리 활성반응 일어나기 때문에 매우 급결되는 문제가 있다. 또한, 가성 카리만을 사용할 경우에는 pH 14 이상으로 매우 높기 때문에 지오폴리머 반응을 일으킬 수는 있으나 고로슬래그와 메타카올린으로부터 지오폴리머를 일으키기 위한 이온의 공급을 100% 할 수 없으므로 매우 고농도의 KOH를 첨가해야만 하고, 그렇게 되면 흙 포장 후에도 pH를 낮추기 위한 차후의 조치가 요구되어 비용이 추가되게 된다. 뿐만 아니라, 고농도의 pH는 토양의 액성을 강알칼리로 변화시키기 때문에 미생물이나 지하생태계에 악영향을 미칠 수가 있다. 첨가되는 가성카리는 인산카리 첨가시 규산소다의 액성을 급격하게 저하하여 규산소다를 침전시키기 때문에 이를 억제하기 위한 역할도 포함된다. 가성카리의 사용량은 8 ~ 24중량% 이며, 45%의 공업용 가성카리를 사용하는 것이 바람직하다. 가성카리의 양이 8중량% 미만일 경우에는 인산카리 첨가시 완전히 용해되기 어렵고, 규산소다의 침전물이 남아있게 되며, 24중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 흙 포장 완성된 후, 인산카리에 의한 pH를 10.5 이하로 낮추기 위한 시간이 장시간 소요되는 단점이 있다.

한편, 인산카리는 일정시간동안 규산소다와 가성카리가 고로슬래그나 메타카올린과 반응하지 못하도록 반응을 억제하는 역할로 작용하여 작업성을 확보하며, 규산소다의 내수성을 향상시키고, 흙 포장용 조성물내에서 과량의 OH^-이온의 소비를 촉진하여 pH를 9.0 ~ 10.5의 범위로 낮추는 역할을 한다. 인산카리는 1 ~ 17중량% 범위로 사용하는 것이 바람직하며, 상기 범주를 벗어나게 되면 PO₄ ^-3로서의 역할을 할 수 없게 된다. 첨가된 PO₄ ^-3 이온은 고로슬래그의 주성분의 하나인 CaO 와 반응하여 Ca₃(PO₄)₂를 형성하고, 이 물질은 알칼리 활성화된 슬래그(slag)의 반응을 억제하며, 고로슬래그 입자의 표면으로 용출된 [Ca²⁺]이온의 농도를 저감하여 용이하게 지오폴리머릭 매트릭스를 생성하게 한다.

본 발명에 있어서 고화제에 사용되는 규산소다는 규산칼륨, 규산리튬, 규산소다리튬 등이 가능하며, 가성카리는 가성소다나 가성칼슘, 가성석회 등이 가능하고, 인산카리는 인산소다, 인산칼슘, 인산, 인산마그네슘, 인산알루미늄, 인산아연, 폴리인산암모늄 등이 사용 가능하며, 규산소다, 가성카리 및 인산카리는 특별히 한정되는 것은 아니다.

상기와 같이 구성되는 흙 포장용 조성물을 준비하는 단계; 상기 흙 포장용 조성물을 기층위에 포설하는 단계; 진동롤러나 콤팩터 등을 이용하여 다짐하는 단계; 다짐한 포장면 위에 전기장판 등의 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계를 행하여 흙 포장 시공을 행한다.

본 발명의 흙 포장용 조성물을 이용한 흙 포장 시공방법에 있어서 흙 포장용 조성물의 배합은 건식, 반건식, 습식으로 상기 설명한 조성 비율에 따라서 배합할 수 있다.

상기 흙 포장용 조성물 준비단계, 포설단계, 다짐단계는 흙 포장을 균일하고 완전하게 시공할 수 있는 방법이라면, 특별히 한정되지 않고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 선택하여 적용할 수 있다.

흙 포장용 조성물을 이용한 흙 포장 시공에 있어서 다짐이 완료된 표층면의 양생은 25 ∼ 80℃의 온도에서 양생하며, 하절기에는 자연 양생이 가능하지만 하절기를 제외한 시기에는 빠른 보행 및 통행을 위해서 경화를 촉진하기 위해서는 시중에서 판매되고 있는 양생포나 비닐 등을 이용하여 표층면을 덮고 스팀이나 온풍기를 이용하여 양생할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 (주)세기센추리에서 판매하고 있는 건조매트(롤러형, 원적외선이 방사되는 난방용 필름 80℃ 발열)를 이용하여 60℃하에 4시간 이상 보온 양생하여 1일 후에 보행이 가능하도록 할 수 있다.

본 발명의 흙 포장재용 조성물을 이용한 흙 포장 시공방법은 흙에 고로슬래그와 메타카올린을 첨가함으로써, 기존의 시멘트의 유해성을 차단하고, 제올라이트와 동일한 결정구조를 가지는 지오폴리머를 형성함으로써 산성토양의 중화 및 약 알칼리화가 가능하며, 지오포리머화 반응에 의해서 경화되므로써 압축강도가 10 ~ 30MPa인 포장기반을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에서 사용되는 메타카올린의 입도분포곡선이고,

도 2는 지오폴리머의 구조를 나타내는 사진이다.

Claims (5)

1. 마사토, 황토, 점토, 광산의 표층토로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 토양 50 ∼ 90중량%와 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 10 ∼ 50중량%로 이루어진 배합토 65 ∼ 90중량%와 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 이루어지는 고화제 10 ∼ 35중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 흙 포장용 조성물.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 활성필러는 고로슬래그 70 ~ 90중량%와 메타카올린 10 ~ 30중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 흙 포장용 조성물.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 고로슬래그는 6,000cm²/g 이상의 분말도를 갖고, 메타카올린은 12,000cm²/g 이상의 분말도를 갖는 것임을 특징으로 하는 흙 포장용 조성물.
4. 흙 포장 시공 방법은 마사토, 황토, 점토, 광산의 표층토로 구성되는 군으로 부터 선택된 적어도 1종 이상의 토양 50 ∼ 90중량%와 고로슬래그와 메타카올린의 혼합물인 활성필러 10 ∼ 50중량%로 이루어진 배합토 65 ∼ 90중량%와 규산소다 75 ∼ 91중량%, 가성카리 8 ∼ 24중량% 및 인산카리 1 ∼ 17중량%로 이루어진 고화제 10 ∼ 35중량%로 구성되는 흙 포장용 조성물을 준비하는 단계; 상기 흙 포장용 조성물을 기층위에 포설하는 단계; 진동롤러 또는 콤팩터를 이용하여 다짐하는 단계; 다짐한 포장면 위에 가열장치가 부착된 양생기구를 포설하고 양생하거나 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 흙 포장 시공 방법.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 양생은 25 ∼ 80℃의 온도에서 행하는 것을 특징으로 하는 흙 포장 시공 방법.

Images