KR20140045871A - Improvement method of soil erosion resistance using biopolymer - Google Patents
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Abstract
Description
본원은 흙 침식 저항 증진 방법, 흙 침식 방지용 조성물, 및 흙 건축 재료 또는 부재에 관한 것으로, 구체적으로는 생물체로부터 생성되는 다당류인 바이오폴리머를 이용한 환경친화적인 흙 침식 억제 기술에 대한 것이다.The present application relates to a method for enhancing soil erosion resistance, a composition for preventing soil erosion, and a building material or member for soil. Specifically, the present invention relates to an environment-friendly soil erosion suppression technique using a biopolymer which is a polysaccharide produced from an organism.
흙의 지반공학적 구성, 엄밀히 말하면 입도분포, 함수비, 유기질 함량은 흙의 침식에 직접적인 영향을 미친다 [Bissonnais, 1996, "Aggregate stability and assessment of soil crustability and erodibility: I. Theory and methodology", European Journal of Soil Science, 제47권, 425-437쪽]. 오늘날 흙의 침식이 중요한 환경 문제로 대두됨은 흙의 침식이 사막화 및 기후변화와 직간접적인 영향이 있기 때문이다 [Gisladottir and Stocking, 2005, "Land degradation control and its global environmental benefits", Land Degradation & Development, 제16권, 99-112쪽]. 현재 흙 침식이 수반되는 사막화는 전세계 육지의 1/3에서 진행 중이며, 매년 1천 2백만 ha의 새로운 사막을 생성하며 그 영역을 확대하고 있다 [UNEP (United Nations Environment Programme), 2006, "Deserts & Drylands", TUNZA the UNEP Magazine for Youth, 제4권, 제1호, 1-24쪽]. 흙의 침식은 생태계 교란뿐만 아니라 농경지의 생산력 저하를 초래 [Gisladottir and Stocking, 2005, "Land degradation control and its global environmental benefits", Land Degradation & Development, 제16권, 99-112쪽]하기 때문에 이를 저감 또는 억제할 수 있는 기술 개발이 시급한 실정이다.Geotechnical composition of soil, strictly speaking particle size distribution, water content, and organic content directly affect soil erosion [Bissonnais, 1996, "Aggregate stability and assessment of soil crustability and erodibility: I. Theory and methodology", European Journal of Soil Science, Vol. 47, pp. 425-437]. Soil erosion is an important environmental issue today because it is directly or indirectly affected by desertification and climate change [Gisladottir and Stocking, 2005, "Land degradation control and its global environmental benefits", Land Degradation & Development, 16, pp. 99-112]. Currently, desertification with soil erosion is ongoing on one-third of the world's land, creating 12 million ha of new deserts each year and expanding the area [UNEP (United Nations Environment Programme, 2006, "Deserts & Drylands ", TUNZA the UNEP Magazine for Youth, Vol. 4, No. 1, pp. 1-24]. Soil erosion reduces cropland productivity as well as disrupting ecosystems [Gisladottir and Stocking, 2005, "Land degradation control and its global environmental benefits", Land Degradation & Development, Vol. 16, 99-112]. Or development of technology that can be suppressed is urgent.
통상의 흙 침식 억제 방법은 흙 표면에 망 (mesh 또는 net) 등을 설치하여 침식을 유발하는 외부 요인 (물 또는 바람)을 차단하는 방법이 주로 제안되어 있다 [미국특허 제3867250호; 미국특허 제4071400호; 미국특허 제4486120호]. 하지만 이런 외부 설치 구조물은 그 성능이 한시적일 뿐만 아니라, 비용 소모가 많은 한계가 있다. 따라서 최근에는 흙을 개량하여 침식에 대한 저항력을 높이고자 하는 기술들이 제안되고 있다 [미국특허 제4663067호; 미국특허 제5860770호; 미국특허 제7407993호]. 그러나 상기의 기술들은 화학계열 제품을 주입 또는 살포하는 방법에 의존하고 있어서 환경친화적 관점과는 상이한 기술들이다. 흙 침식은 1차적으로 표층의 생태계 파괴 및 난개발 (화전 또는 방목)에 따른 부작용의 성격이 강하다. 따라서 효과적인 흙 침식 억제를 위해서는 흙의 생태환경을 복원시켜야 한다.Conventional soil erosion suppression method has been mainly proposed to block the external factors (water or wind) causing erosion by installing a mesh (mesh or net) and the like on the soil surface [US Patent No. 3867250; US Patent No. 4041400; US Patent No. 4486120]. However, these external installation structures are limited in their performance and costly. Therefore, in recent years, techniques have been proposed to improve the soil resistance to erosion [US Patent No. 4466,67; U.S. Patent No. 5860770; US Patent No. 7407993]. However, these techniques are different from environmentally friendly ones because they rely on the method of injecting or spraying chemical products. Soil erosion is primarily characterized by the adverse effects of surface destruction and poor development (fire or grazing). Therefore, in order to effectively suppress soil erosion, the ecological environment of the soil should be restored.
한편, 바이오폴리머는 생물이 생성하는 고분자 물질로 생물체를 구성하는 탄수화물, 지방, 단백질, 핵산과 이들의 복합체 등이 생물체 내에서 합성되어 체외로 분비하는 다양한 종류의 고분자 물질을 일컫는다 [이진우, 2001, "미생물을 이용한 껌류의 생산", 미생물과 산업, 제27권, 23-32쪽]. 특히, 수용성 또는 불용성 다당류 (polysaccharide)들은 10 개 이상의 단당 또는 유도 단당이 글리코시드 (glycosidic) 결합에 의하여 생성된 고분자로 자연계에 가장 풍부하게 존재하면서 인간에게 유용한 대표적인 바이오폴리머이다. 이들은 화학적 합성고분자와 달리 환경친화적이며, 구조적 특성에서 비롯되는 겔 (gel) 형성, 유화 안정능, 표면장력 조절능, 물 흡수능, 접착능, 윤활능 및 바이오필름 형성능 등의 기능적 특성으로 인해 각종 산업분야에서 주요 소재로 사용되고 있다 [이홍금, 2001, "해양 미생물로부터 바이오폴리머 개발동향", BioWave, 제3권, 제4호, Sub No. 7].On the other hand, the biopolymer is a high-molecular substance produced by living organisms, and refers to various kinds of high-molecular substances in which carbohydrates, fats, proteins, nucleic acids, and complexes thereof, are synthesized in the organism and secreted out of the body [Lee, Jin-Woo, 2001, "The Production of Gum Using Microorganisms," Microbes and Industry, Vol. 27, pp. 23-32. In particular, water-soluble or insoluble polysaccharides are representative biopolymers that are useful in humans, with at least 10 monosaccharides or derived monosaccharides being the most abundant in nature as polymers produced by glycosidic linkages. Unlike chemical synthetic polymers, they are environmentally friendly, and due to their functional characteristics such as gel formation, emulsion stability, surface tension control, water absorption, adhesion, lubrication, and biofilm formation, which are derived from structural properties, It is used as a main material in the field [Hong-geum Lee, 2001, "trend of biopolymer development from marine microorganisms", BioWave, Vol. 3, No. 4, Sub No. 7].
이와 같은 바이오폴리머들은, 석유계열 합성고분자와는 달리 친환경적인 소재로, 환경 및 사회적 문제로부터 자유로운 면이 있어 향후 중요한 재료 소재로 활용될 가능성을 지니고 있다.Such biopolymers, unlike petroleum-based synthetic polymers, are environmentally friendly materials and are free from environmental and social problems, and thus have the potential to be used as important material materials in the future.
이에, 본원은 바이오폴리머들을 이용하여 흙을 처리하고 흙 및 바이오폴리머 간의 상호작용을 통해 흙의 구조 및 함수조건을 개선시킬 수 있는, 흙 침식 저항 증진 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 흙 침식 방지용 조성물을 제공하고자 한다.Accordingly, the present application is to process the soil using biopolymers and to improve the structure and water condition of the soil through the interaction between the soil and the biopolymer, soil erosion resistance enhancement method and the composition for preventing soil erosion prepared by the method To provide.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 기술한 과제로 제한되지 않으며, 기술되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the problems described above, and other problems not described can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본원의 제 1 측면은, 고분자 점질성 바이오폴리머를 흙에 첨가하는 것을 포함하는, 흙 침식 저항 증진 방법을 제공한다.A first aspect of the present disclosure provides a method for enhancing soil erosion resistance, comprising adding a polymer viscous biopolymer to soil.
본원의 제 2 측면은, 상기 본원의 제 1 측면의 흙 침식 저항 증진 방법에 의해 제조되며, 고분자 점질성 바이오폴리머를 포함하는, 흙 침식 방지용 조성물 을 제공한다.The second aspect of the present application is prepared by the soil erosion resistance enhancing method of the first aspect of the present application, and provides a composition for preventing soil erosion, comprising a polymer viscous biopolymer.
본원의 제 3 측면은, 상기 본원의 제 1 측면의 흙 침식 저항 증진 방법에 의해 제조되며, 고분자 점질성 바이오폴리머를 포함하는, 흙 건축 재료 또는 부재를 제공한다.A third aspect of the present application provides an earth building material or member, which is prepared by the soil erosion resistance enhancing method of the first aspect of the present application, comprising a polymer viscous biopolymer.
본원에 의하면, 기존의 망 (mesh 또는 net)을 이용한 침식 요인 차단 또는 화학계열 약액 주입 방법에 의존하지 않는 환경친화적인 흙 침식 방지용 조성물 을 제조할 수 있다. 본원에 따른 바이오폴리머를 이용한 흙 침식 저항 증강 방법은 흙의 초기 안정화뿐만 아니라 중ㆍ장기 침식 억제에 탁월한 효과가 있다. 특히, 본원에서 사용된 주 재료인 바이오폴리머는 탄화수소 계열의 고분자 재료로서 지하수 또는 토양 생태계에 대한 영향을 최소화 시킬 수 있어 환경친화적이다.According to the present application, it is possible to prepare an environment-friendly soil erosion prevention composition that does not depend on the method of blocking the erosion factor or a chemical-based chemical injection method using an existing network (mesh or net). Soil erosion resistance enhancement method using a biopolymer according to the present application has an excellent effect not only in the early stabilization of soil but also in the suppression of medium and long-term erosion. In particular, the main material used herein is a biopolymer, which is a hydrocarbon-based polymer material, which is environmentally friendly because it can minimize the impact on the groundwater or the soil ecosystem.
따라서 본원에 따른 바이오폴리머를 이용한 흙 침식 저항 증진 방법은 다양한 흙 보존 분야에 적용될 수 있을 뿐 아니라, 대형 건설 현장에서의 법면 안정화, 하천, 및 수변 공간의 제방 조성, 도로 및 철도 성토층의 안정화, 대규모 농지 조성, 사막화 방지 등 다양한 분야에 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 나아가 본원에 따른 흙 침식 저항 증진 방법 및 흙 침식 방지용 조성물은 본격적인 바이오폴리머 상용화 추세에 발맞춰 추가적인 발명 효과를 기대할 수 있다.Therefore, the method of improving soil erosion resistance using the biopolymer according to the present application can be applied to various soil conservation fields, stabilization of embankment of rivers and waterfront spaces, stabilization of road and railway fillets, It can be effectively used in various fields such as large-scale farmland prevention and desertification prevention. Furthermore, the method for enhancing soil erosion resistance and the composition for preventing soil erosion according to the present application may be expected to have additional invention effects in accordance with the trend of full commercialization of biopolymers.
도 1은, 본원의 일 구현예에 따른 바이오폴리머를 이용한 친환경 수변 공간 조성을 위한 구획 구분에 관한 개념도를 나타낸 것이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 따른 1 회 강우 모사 후의 흙 시료 전경을 나타낸 것이다. 좌로부터 무처리 황토, 잔탄검 처리 황토, 그리고 베타-1,3/1,6-글루칸 처리 황토이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 따른 강우 침식 모사를 위한 실내 실험 구성을 나타낸 것이다.
도 4는, 본원의 일 구현예에 따른 열처리를 통한 바이오폴리머 처리 공정을 나타낸 것이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 따른 바이오폴리머 처리 흙 (황토)의 강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은, 본원의 일 실시예에 따른 바이오폴리머 처리 흙 (모래)의 강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은, 본원의 일 실시예에 따른 바이오폴리머 처리 흙의 급속냉각 및 수중양생 조건 처리 방법을 나타낸 것이다.
도 8은, 본원의 일 실시예에 따른 바이오폴리머 처리 흙의 급속 냉각 및 수중양생 조건에서의 거동을 나타낸 그래프이다.
도 9는, 본원의 일 구현예에 따른 열적 겔화 바이오폴리머를 이용한 친환경 흙 건축 재료 제작 방법에 대한 개념도를 나타낸 것이다.
도 10은, 본원의 일 구현예에 따른 열적 겔화 바이오폴리머를 이용한 지반 처리 방법에 대한 개념도를 나타낸 것이다.
도 11은, 본원의 일 실시예에 따른 바이오폴리머를 이용한 건축재의 휨강도를 나타내는 그래프이다.1 is a conceptual diagram showing the partition division for eco-friendly waterfront space composition using a biopolymer according to an embodiment of the present application.
Figure 2 shows a soil sample after a single rainfall simulation according to an embodiment of the present application. Untreated loess, xanthan gum treated loess, and beta-1,3 / 1,6-glucan treated loess from the left.
Figure 3 shows an indoor experimental configuration for rainfall erosion simulation according to an embodiment of the present application.
Figure 4 shows a biopolymer treatment process through heat treatment according to an embodiment of the present application.
5 is a graph showing a result of measuring the strength of the biopolymer-treated soil (ocher) according to an embodiment of the present application.
Figure 6 is a graph showing the results of measuring the strength of the biopolymer-treated soil (sand) according to an embodiment of the present application.
Figure 7 shows the rapid cooling and curing conditions of the biopolymer-treated soil according to an embodiment of the present application.
8 is a graph showing the behavior under rapid cooling and curing conditions of the biopolymer-treated soil according to one embodiment of the present application.
9 shows a conceptual diagram of a method for manufacturing an environmentally friendly soil building material using a thermal gelling biopolymer according to one embodiment of the present application.
Figure 10 shows a conceptual diagram of the ground treatment method using a thermal gelling biopolymer according to an embodiment of the present application.
11 is a graph showing the bending strength of the building material using a biopolymer according to an embodiment of the present application.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments and examples described herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is "on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.As used herein, the terms "about," " substantially, "and the like are used herein to refer to or approximate the numerical value of manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the mentioned disclosure. Also, throughout the present specification, the phrase " step "or" step "does not mean" step for.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".
본원 명세서 전체에서, 용어 "양이온계 수용액"은, 양이온을 포함하는 수용액을 의미하는 것으로서, 예를 들어, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속 이온을 함유하는 수용액을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 알칼리 금속은 1 가의 양이온을 제공할 수 있는, Li, Na, K, Rb, 및, Cs으로 이루어진 1 족 금속을 포함하고, 상기 알칼리토금속은 2 가의 양이온을 제공할 수 있는, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, 및 Ra으로 이루어진 2 족 금속을 포함한다.Throughout this specification, the term "cationic aqueous solution" refers to an aqueous solution containing a cation, and may include, for example, an aqueous solution containing an alkali metal or alkaline earth metal ion, but may not be limited thereto. The alkali metal comprises a Group 1 metal consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs, which may provide a monovalent cation, wherein the alkaline earth metal may provide a divalent cation, Be, Mg, Group 2 metals consisting of Ca, Sr, Ba, and Ra.
본원 명세서 전체에서, 용어 "황토 (Hwang-to)"는 대륙의 내부에서 풍화로 부서진 암석의 미세한 알갱이들이 바람에 날려와 쌓인 누런빛이나 누런 갈색을 띠는 화강잔류토를 의미한다. Throughout this specification, the term "Hwang-to" means yellowish or yellowish brown granite, in which fine grains of rock broken by weathering in the interior of the continent are blown off and stacked.
본원 명세서 전체에서, 용어 "토양"은 흙과 동일한 의미로 사용된다.
Throughout this specification, the term "soil" is used in the same sense as the soil.
이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
Hereinafter, embodiments of the present invention are described in detail, but the present invention is not limited thereto.
본원의 제 1 측면은, 고분자 점질성 바이오폴리머를 흙에 첨가하는 것을 포함하는, 흙 침식 저항 증진 방법을 제공한다.
A first aspect of the present disclosure provides a method for enhancing soil erosion resistance, comprising adding a polymer viscous biopolymer to soil.
흙의 침식은 흙의 보유 수분, 입도 분포, 유기물 함량, 표면 식생 등의 영향을 받는다. 흙 유실이 심각한 사막의 경우 이 모든 조건들이 열악하다는 점에서 알 수 있듯이 흙의 침식에 대한 저항성을 증진시키기 위해서는 외부 요인 차단 보다는 흙 자체의 성질을 개량시켜야 한다. 이를 위해서는 흙의 보유 수분을 오래 유지하고, 흙 입자 간 결합력 (점착력)을 높임과 동시에, 향후 식생이 원활히 생장할 수 있는 친환경적인 방법이 요구된다. 기존의 화학계열 처리 방법들은 1차적인 흙 강도 증진에만 초점이 맞춰져 있어 영구적인 침식을 억제하기 위한 식생 환경 조성에 대한 고려는 부족한 실정이다.
Soil erosion is affected by soil moisture, particle size distribution, organic matter content and surface vegetation. In the case of a desert with severe soil loss, all of these conditions are poor, so to improve the resistance to soil erosion, it is necessary to improve the properties of the soil itself rather than blocking external factors. To this end, an environmentally friendly method is required to maintain soil moisture for a long time, increase the bonding strength (adhesive force) between soil particles, and to grow vegetation smoothly in the future. Existing chemical treatment methods focus only on primary soil strength improvement, and there is a lack of consideration of creating a vegetation environment to prevent permanent erosion.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머는 생물체로부터 생성되는 고분자 물질이라면 제한 없이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 고분자 점질성 바이오폴리머는 글루코오스 (glucose)를 기본 단위 (monomer)로서 가지는 물질을 포함하는 것일 수 있고, 크게 다당류 (polysaccharide)와 아미노산 (amino-acid) 계열로 분류할 수 있으며, 상기 다당류 계열의 바이오폴리머는 그 형상에 따라 고분자 사슬형 (high-molecular chains)과 겔화 (gelation) 바이오폴리머로 구분할 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 사슬형 바이오폴리머는 베타-1,3/1,6-글루칸 (PolycanTM), 알파글루칸, 커들란 (Curdlan) 등을 포함할 수 있고, 상기 겔화 바이오폴리머로는 웰란 (Wellan gum), 젤란검 (Gellan gum), 잔탄검 (Xanthan gum), 아가 (Agar gum), 석시노글리칸 (Succinoglycan gum) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 아미노산 계열의 바이오폴리머는 키토산 (Chitosan)과 감마피지에이 (γPGA) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the polymer viscous biopolymer may be used without limitation as long as it is a polymer material produced from an organism, but may not be limited thereto. The polymer viscous biopolymer may include a substance having glucose as a basic unit, and may be broadly classified into a polysaccharide and an amino-acid series. Biopolymers can be classified into high-molecular chains and gelation biopolymers according to their shape. For example, the high molecular chain biopolymer may include beta-1,3 / 1,6-glucan (Polycan ™ ), alpha glucan, curdlan, and the like. Wellan gum, gellan gum, gelant gum, Xanthan gum, Agar gum, Succinoglycan gum, and the like, but may not be limited thereto. The amino acid-based biopolymer may include chitosan, gamma fiji, and the like, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 흙 약 100 중량부에 대해 약 20 중량부 이하, 예를 들어, 약 0.00001 중량부 내지 약 15 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 10 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 5 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 1 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 0.5 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 0.1 중량부, 약 0.0001 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.01 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.05 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.5 중량부 내지 약 20 중량부, 약 1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 5 중량부 내지 약 20 중량부, 또는 약 10 중량부 내지 약 20 중량부로 첨가하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the polymeric viscous biopolymer is about 20 parts by weight or less, for example, about 0.00001 parts by weight to about 15 parts by weight, about 0.00001 parts by weight to about 10 parts by weight based on about 100 parts by weight of soil About 0.00001 parts by weight to about 5 parts by weight, about 0.00001 parts by weight to about 1 parts by weight, about 0.00001 parts by weight to about 0.5 parts by weight, about 0.00001 parts by weight to about 0.1 parts by weight, about 0.0001 parts by weight to about 20 parts by weight About 0.01 parts by weight to about 20 parts by weight, about 0.05 parts by weight to about 20 parts by weight, about 0.1 parts by weight to about 20 parts by weight, about 0.5 parts by weight to about 20 parts by weight, about 1 parts by weight to about 20 parts by weight Part, about 5 parts by weight to about 20 parts by weight, or about 10 parts by weight to about 20 parts by weight, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머는 흙 내의 공극을 확장시키고 흙 입자간의 결합력을 증가시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the polymer viscous biopolymer may be to expand the pores in the soil and increase the binding force between the soil particles, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 흙에 첨가하는 것은, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 상기 흙과 혼합하거나, 상기 흙의 표면에 살포하거나, 또는 상기 흙 내에 주입하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, adding the polymer viscous biopolymer to the soil is performed by mixing the polymer viscous biopolymer with the soil, spraying on the surface of the soil, or injecting into the soil It may be, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 분말 상태로 흙에 첨가하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 고분자 점질성 바이오폴리머는 흙과 직접 혼합하여 사용하거나, 고분자 점질성 바이오폴리머 분말 또는 현탁액 또는 수용액을 흙의 표면에 도포하여 피복을 형성하도록 하거나, 또는 상기 흙 내에 주입할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 상기 흙과 직접 혼합한 후에, 이를 대상 지역의 지표면에 포설할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, but may include adding the polymer viscous biopolymer to the soil in a powder state, but may not be limited thereto. The polymer viscous biopolymer may be directly mixed with the soil, or may be coated with the polymer viscous biopolymer powder or suspension or aqueous solution to form a coating or injected into the soil, but is not limited thereto. You may not. In addition, after directly mixing the polymer viscous biopolymer with the soil, it may be installed on the surface of the target area, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 수용액 또는 염기성 수용액 상태로 흙에 첨가하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 고분자 점질성 겔화 다당류 바이오폴리머의 현탁액 또는 수용액을 그대로 첨가하거나, 상기 바이오폴리머의 현탁액 또는 수용액에 염을 첨가하여, 염기성 수용액, 예를 들어, pH 약 9 이상의 염기성 수용액 상태로 제조하여 점성을 낮추어 흙에 첨가할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 바이오폴리머의 염기성 수용액을 흙에 첨가한 후, 산성 수용액을 살수하여 침투된 고분자 점질성 겔화 다당류 바이오폴리머의 응집을 촉진시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, it may include adding the polymer viscous biopolymer to the soil in an aqueous solution or a basic aqueous solution, but may not be limited thereto. For example, a suspension or an aqueous solution of the polymer viscous gelling polysaccharide biopolymer may be added as it is, or a salt may be added to the suspension or the aqueous solution of the biopolymer to prepare a basic aqueous solution, for example, a basic aqueous solution having a pH of about 9 or more. It may be added to the soil by lowering the viscosity, but may not be limited thereto. After the basic aqueous solution of the biopolymer is added to the soil, the acidic aqueous solution may be sprayed to promote aggregation of the infiltrating polymer viscous gelled polysaccharide biopolymer, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 상기 흙에 첨가한 후, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속의 양이온을 첨가하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, Na+, K+ 등과 같은 알칼리 금속의 양이온 또는 Ca2 +, Mg2 + 등과 같은 알칼리토금속의 양이온을 첨가하여 바이오폴리머의 겔화를 유도하여 견고한 바이오폴리머-흙 혼합물을 조성할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, after adding the polymer viscous biopolymer to the soil, it may further include adding a cation of an alkali metal or alkaline earth metal, but may not be limited thereto. For example, a cation of an alkali metal such as Na + , K + or an alkali earth metal such as Ca 2 + , Mg 2 + may be added to induce gelation of the biopolymer to form a solid biopolymer-soil mixture. However, this may not be limited.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 상기 흙에 첨가한 후, pH 약 5 이하의 산성 수용액 또는 양이온계 (cationic) 수용액을 첨가하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 양이온계 수용액은, 예를 들어, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속 이온을 함유하는 수용액을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present application, after adding the polymer viscous biopolymer to the soil, it may further include adding an acidic aqueous solution or a cationic aqueous solution of pH about 5 or less, but is not limited thereto. Can be. The cationic aqueous solution may include, for example, an aqueous solution containing alkali metal or alkaline earth metal ions.
본원에 따른 바이오폴리머를 이용한 흙 침식 저항 증진 방법에 사용되는 상기 바이오폴리머는 표면이 음전하를 띠고 있기 때문에, 흙에 첨가된 후 알칼리 금속 또는 알칼리토금속 이온을 추가하면 흙과의 결합 특성이 더욱 향상될 수 있다.Since the surface of the biopolymer used in the method for enhancing soil erosion resistance using the biopolymer according to the present invention is negatively charged, the addition of alkali metal or alkaline earth metal ions to the soil may further improve the bonding property with the soil. Can be.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 흙에 첨가한 후, 흙을 가열 및 냉각하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 흙에 첨가한 후 약 80℃ 내지 약 120℃에서 충분히 가열한 후 약 40℃ 내지 약 60℃ 이하로 냉각하여 상기 바이오폴리머의 겔화를 유도할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, after adding the polymer viscous biopolymer to the soil, may further include heating and cooling the soil, but may not be limited thereto. For example, the polymer viscous biopolymer may be added to the soil, and then sufficiently heated at about 80 ° C. to about 120 ° C., and then cooled to about 40 ° C. to about 60 ° C. or less to induce gelation of the biopolymer. This may not be limited.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 냉각 후, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속의 양이온, 예를 들어, Na+, K+ 등과 같은 알칼리 금속의 양이온 또는 Ca2 +, Mg2 + 등과 같은 알칼리토금속의 양이온을 첨가하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, after the cooling, a cation of an alkali metal or an alkaline earth metal, for example, a cation of an alkali metal such as Na + , K + or an alkaline earth metal such as Ca 2 + , Mg 2 + It may further include adding, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 상기 흙의 표면에 살포한 후, 물, 산성 수용액, 및/또는 양이온계 수용액을 살수하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, pH 약 5 이하의 산성 수용액을 살수하여 흙 내의 바이오폴리머의 겔 구조를 강화시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, after spraying the polymer viscous biopolymer on the surface of the soil, may further include watering, acidic aqueous solution, and / or cationic aqueous solution, but may not be limited thereto. have. For example, an acidic aqueous solution having a pH of about 5 or less may be sprayed to strengthen the gel structure of the biopolymer in the soil, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머는, 사용되는 고분자 점질성 바이오폴리머의 종류 및 사용 목적에 따라 하기와 같이 다양한 방법으로 흙에 첨가될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다:
In one embodiment of the present application, the polymer viscous biopolymer may be added to the soil in various ways as follows according to the type and purpose of the polymer viscous biopolymer used, but may not be limited thereto:
1. 고분자 점질성 사슬형 다당류를 이용한 흙 침식 저항성 증진 방법1. Method for Enhancing Soil Erosion Resistance Using Polymer Viscous Chain Polysaccharides
고분자 점질성 사슬형 다당류 바이오폴리머는 일반적으로 분자량이 약 10,000 Da 이상의 고분자들로서 현탁액 또는 수용액 상태에서 사슬 (fiber)들끼리 서로 엉켜 높은 점성을 보이게 된다. 이런 고분자 점질성 사슬형 다당류들은 표면의 전기적 특성으로 인해 흙 입자, 특히 점토질 흙 입자와 잘 결합하는 성질이 있다. 이러한 상호거동을 이용하여 고분자 점질성 사슬형 다당류를 이용하여 흙의 강성과 침식에 대한 저항성을 증진시킬 수 있다. 본원에 따른 고분자 점질성 사슬형 다당류를 이용한 흙 침식 저항 증진 방법은 다음과 같다.Polymeric viscous chain polysaccharide biopolymers are generally polymers having a molecular weight of about 10,000 Da or more, and the fibers are entangled with each other in suspension or aqueous solution to show high viscosity. These polymer viscous chain polysaccharides have a property of binding well with soil particles, especially clay soil particles, due to the electrical properties of the surface. This mutual behavior can be used to enhance the soil stiffness and resistance to erosion by using polymer viscous chain polysaccharides. Soil erosion resistance enhancement method using a polymer viscous chain polysaccharide according to the present application is as follows.
1) 살포를 통한 표면 처리1) Surface treatment by spraying
분말상태의 고분자 점질성 사슬형 다당류를 흙 표면에 살포한 후, 물을 살수하여 흙 속 침투를 유도함과 동시에 친수성이 높은 고분자 점질성 사슬형 다당류의 팽창과 상호 간 엉킴을 유발하여 전체적으로 흙 표면에 바이오폴리머 막을 형성하는 방법이다.After spraying the powdery polymer viscous chain polysaccharide on the soil surface, the water is sprayed to induce penetration into the soil, and the hydrophilic polymer viscous chain polysaccharide is expanded and entangled with each other. It is a method of forming a biopolymer film.
고분자 점질성 사슬형 다당류를 물에 녹여 약 0.00001% 내지 약 10% 농도의 현탁액 또는 수용액 상태로 흙 표면에 살수하는 방법으로, 흙의 종류에 따라 현탁액 또는 수용액의 농도를 달리하여 점성을 조절하여 지반 내 침투를 용이하게 하고, 침투 즉시 흙과 결합하여 바이오폴리머-흙 매트릭스를 형성하고, 수분이 건조되면서 그 흙의 강성을 증가시킬 수 있다.A method of dissolving high-molecular viscous chain polysaccharides in water and spraying them on the soil surface in the form of a suspension or an aqueous solution of about 0.00001% to about 10%. The viscosity is controlled by varying the concentration of the suspension or aqueous solution according to the type of soil. It can facilitate infiltration, combine with soil upon infiltration to form a biopolymer-soil matrix, and increase the soil's stiffness as moisture dries.
2) 표층 혼합 처리2) surface layer mixing treatment
흙과 고분자 점질성 사슬형 다당류를 사전 혼합한 후 표면에 타설하여 포장 또는 피복을 형성하는 방법으로, 현장의 흙 또는 수송해 온 흙을 바이오폴리머, 물과 혼합하여 흙 반죽 (mixture)을 만든 후 현장에 타설하는 방법으로, 구체적으로 흙의 건조 중량 대비 약 0.0001% 내지 약 5% 비율로 바이오폴리머를 첨가하고, 물은 흙의 종류 (모래질 또는 점토질)에 따라 흙 중량 대비 약 10% 내지 약 200%의 비율로 혼합한 흙 반죽을 조성한 후 현장에 원하는 두께만큼 타설한다. 경우에 따라서, 타설한 피복을 다지는 공정을 추가 실시할 수 있다.After mixing soil and polymer viscous chain polysaccharides and placing them on the surface to form a package or coating, the soil or transported soil is mixed with biopolymer and water to make a soil mixture. As a method of pouring on-site, specifically, the biopolymer is added at a ratio of about 0.0001% to about 5% of the dry weight of the soil, and water is about 10% to about 200 by weight of the soil, depending on the type of soil (sand or clay). After mixing the earth dough mixed in the ratio of% and pour the desired thickness on site. In some cases, a step of compacting the poured coating may be further performed.
현장 흙의 표면을 교반하면서 동시에 바이오폴리머와 혼합하는 방법으로 쟁기 (plough) 또는 오거 (auger) 등의 장비로 흙을 교반하면서 동시에 분말 또는 액상 상태의 바이오폴리머를 살포 또는 주입하면서 바이오폴리머-흙 혼합토를 조성하는 방법이다.Biopolymer-soil mixture soil by stirring or injecting powder or liquid biopolymer while stirring the soil with equipment such as plow or auger while stirring the surface of field soil and mixing with biopolymer. How to formulate.
3) 압력을 이용한 방법3) Method using pressure
살포나 사전 혼합을 이용하여 표층 처리를 하기 어려운 경사지 (법면 등)에 대해서 약 0.00001% 내지 약 10% 농도의 고분자 점질성 사슬형 다당류 현탁액 또는 수용액을 고압으로 분사하여 압력으로 인한 경사지 흙의 교란과 그와 동시에 바이오폴리머의 침투를 촉진시켜 경사지에 대한 바이오폴리머-흙 혼합토 피복을 조성하는 방법이다.Scattering the slope soil due to pressure by spraying high pressure viscous chain polysaccharide suspension or aqueous solution in the concentration of about 0.00001% to about 10% on slopes (surfaces, etc.) that are difficult to surface-treat by spraying or premixing. At the same time it is a method of promoting the penetration of biopolymers to form a biopolymer-soil mixed soil coating on the slope.
농도 약 0.00001% 내지 약 10% 상태의 고분자 점질성 사슬형 다당류 현탁액 또는 수용액을 고압으로 지반에 주입 (grouting)하는 방법으로 압력을 이용하여 바이오폴리머 현탁액 또는 수용액을 흙 깊숙이 침투 및 확산시켜 바이오폴리머-흙 처리 지반을 조성한다.Injecting a polymer viscous chain polysaccharide suspension or aqueous solution having a concentration of about 0.00001% to about 10% into the ground at high pressure, using a pressure, penetrates and diffuses the biopolymer suspension or aqueous solution deeply into the soil. Create soil treatment ground.
상기의 경우 모두 바이오폴리머-흙 혼합 표층 조성 후 다짐을 통해 바이오폴리머-흙 혼합토의 원지반 (original layer)과의 부착력을 증진시킴은 물론 바이오폴리머-흙 혼합토의 밀도를 증진시킴으로써 강성과 내구성을 동시에 향상시킬 수 있다.
In all of the above cases, the biopolymer-soil mixture soil is compacted after the composition of the biopolymer-soil mixture surface layer, and the adhesion of the biopolymer-soil mixture soil with the original layer is increased, and the rigidity and durability are simultaneously improved by increasing the density of the biopolymer-soil mixture soil. You can.
2. 고분자 점질성 겔화 (gelation) 다당류를 이용한 흙의 강도 증진 방법2. Method for Enhancing Soil Strength Using Polymer Viscous Gelation Polysaccharides
고분자 점질성 겔화 다당류들은 현탁액 또는 수용액 상태에서는 낮은 점성을 보이나 화학적 또는 열 처리를 통해 높은 강성을 가진 겔 (gel)을 형성하는 물질들을 통칭하는 것으로, 상기 고분자 점질성 겔화 다당류 바이오폴리머를 이용하여 흙의 강도를 증진시키는 방법으로 구체적으로 다음과 같은 방법들을 제시한다.Polymeric viscous gelled polysaccharides refer to materials that show low viscosity in suspension or aqueous solution, but form a gel with high stiffness through chemical or heat treatment. Specifically, the following methods are suggested as ways to increase the strength.
1) 화학적 처리를 통한 흙-고분자 점질성 겔화 다당류 혼합토의 강도 증진1) Strengthening of Soil-Polymer Viscous Gelled Polysaccharide Soils by Chemical Treatment
흙의 건조 중량 대비 약 0.0001% 내지 약 5%의 고분자 점질성 겔화 다당류를 흙과 혼합한 후 흙의 종류에 따라 함수비 약 10% (모래질) 내지 약 200% (점토질) 상태의 혼합 반죽을 조성한 후 알칼리 금속 (Na+, K+ 등) 또는 알칼리토금속 (Ca2 +, Mg2+ 등) 계열의 양이온을 첨가하여 바이오폴리머의 겔화를 유도하여 견고한 흙-바이오폴리머 혼합물을 조성하는 방법이다.After mixing about 0.0001% to about 5% of the polymer viscous gelled polysaccharide with the soil with the soil, and forming a mixed dough having a water content of about 10% (sand) to about 200% (clay) according to the type of soil A method of forming a solid soil-biopolymer mixture by inducing gelation of a biopolymer by adding a cation of an alkali metal (Na + , K +, etc.) or alkaline earth metal (Ca 2 + , Mg 2+, etc.) series.
2) 열 처리를 이용한 흙-고분자 점질성 겔화 다당류 혼합토의 강도 증진2) Strengthening of Soil-Polymer Viscous Gelled Polysaccharide Mixture Soil Using Heat Treatment
흙의 건조 중량 대비 약 0.0001% 내지 약 5%의 고분자 점질성 겔화 다당류를 흙과 혼합한 후 흙의 종류에 따라 함수비 약 10% (모래질) 내지 약 200% (점토질) 상태의 혼합 반죽을 조성한 후 이를 약 80℃ 내지 약 120℃ 조건으로 충분히 가열한 후 약 40℃ 내지 약 60℃ 이하로 냉각하면서 겔을 형성하여 견고한 흙-바이오폴리머 혼합토를 조성한다.After mixing about 0.0001% to about 5% of the polymer viscous gelled polysaccharide with the soil with the soil, and forming a mixed dough having a water content of about 10% (sand) to about 200% (clay) according to the type of soil This is sufficiently heated to about 80 ℃ to about 120 ℃ condition and then cooled to about 40 ℃ to about 60 ℃ or less to form a gel to form a solid soil-biopolymer mixed soil.
또는, 약 0.00001% 내지 약 10% 농도의 고분자 점질성 겔화 다당류 현탁액 또는 수용액을 약 80℃ 내지 약 120℃ 조건으로 충분히 가열한 후 흙과 함수비 약 10% (모래질) 내지 약 200% (점토질) 범위 조건에서 흙과 혼합하면서 냉각시켜 약 40℃ 내지 약 60℃ 이하 온도에서 겔 형성을 유도하여 견고한 흙-바이오폴리머 혼합토를 조성한다.Alternatively, the polymer viscous gelled polysaccharide suspension or aqueous solution at a concentration of about 0.00001% to about 10% is sufficiently heated to about 80 ° C. to about 120 ° C., followed by soil and water content in the range of about 10% (sand) to about 200% (clay). Cooling while mixing with soil in the conditions to induce gel formation at a temperature of about 40 ℃ to about 60 ℃ or less to form a solid soil-biopolymer mixed soil.
상기 두 경우 모두 혼합 시 2-1에서 제시한 알칼리 금속 또는 알칼리토금속 물질을 첨가하면 더욱 강한 흙-바이오폴리머 혼합토를 조성할 수 있다.
In both cases, when the alkali metal or alkaline earth metal material shown in 2-1 is added, a stronger soil-biopolymer mixed soil may be formed.
3. 고분자 점질성 겔화(gelation) 다당류를 이용한 흙의 내구성 증진 방법3. Method for Improving Durability of Soil Using Polymer Viscous Gelation Polysaccharides
고분자 점질성 겔화 다당류 바이오폴리머는 일반적으로 아무런 처리를 하지 않은 중성 (pH 약 7) 현탁액 또는 수용액 상태에서는 낮은 점성을 보이나 화학적 또는 열 처리를 통해 높은 강성을 가진 겔 (gel)을 형성하게 된다. 이런 고분자 점질성 겔화 다당류들은 표면의 전기적 특성으로 인해 흙 입자, 특히 점토질 흙 입자와 잘 결합하여 견고한 흙-바이오폴리머 매트릭스를 형성한다. 이러한 상호거동을 이용하여 고분자 점질성 겔화 다당류를 이용하여 흙의 강성과 침식에 대한 저항성을 증진시킬 수 있다. 그 구체적인 형태는 다음과 같다.Polymeric viscous gelled polysaccharide biopolymers generally exhibit low viscosity in an untreated neutral (pH about 7) suspension or aqueous solution, but form gels with high stiffness through chemical or thermal treatment. These polymer viscous gelled polysaccharides combine well with soil particles, especially clay soil particles, due to the electrical properties of the surface to form a robust soil-biopolymer matrix. By using this mutual behavior, it is possible to enhance the soil stiffness and resistance to erosion by using a polymer viscous gelled polysaccharide. The specific form is as follows.
1) 살포를 통한 표면 처리1) Surface treatment by spraying
분말상태의 고분자 점질성 겔화 다당류를 흙 표면에 살포한 후, 물을 살수하여 흙 속 침투를 유도함과 동시에 친수성이 높은 고분자 점질성 겔화 다당류의 팽창과 상호 간 응집을 유발하여 전체적으로 흙 표면에 바이오폴리머 막을 형성할 수 있다.After spraying the powdery polymer viscous gelled polysaccharide onto the soil surface, the water is sprinkled to induce penetration into the soil and at the same time, it causes the hydrophilic polymer viscous gelled polysaccharide to swell and coagulate with each other. A film can be formed.
이 경우 세 가지 살수 방법이 있다. 첫째, 순수한(중성 또는 약알칼리성) 물을 사용하는 방법이 있으며, 둘째, 1차 살수는 순수한 물을 사용하고 2차 살수로 낮은 pH (pH 약 5 이하)의 산성 수용액 또는 양이온계 수용액을 살수하여 침투된 고분자 점질성 겔화 다당류들의 응집을 촉진시키는 방법이 있다. 마지막으로, 산성 수용액 (pH 약 5 이하) 또는 양이온계 수용액을 바로 살수하는 방법이다.In this case, there are three ways to live. First, there is a method of using pure (neutral or weakly alkaline) water, and second, the first spraying water uses pure water and the second spraying water sprays an acidic or cationic aqueous solution of low pH (pH about 5 or less) There is a method of promoting aggregation of the infiltrated polymer viscous gelling polysaccharides. Finally, an acidic aqueous solution (pH of about 5 or less) or a cationic aqueous solution is directly sprayed.
고분자 점질성 겔화 다당류를 물에 녹여 약 0.00001% 내지 약 10% 농도의 현탁액 또는 수용액 상태로 흙 표면에 살수하는 방법으로, 흙의 종류에 따라 현탁액 또는 수용액의 농도를 달리하여 점성을 조절하여 지반 내 침투를 용이하게 하고, 침투 즉시 흙과 결합하여 흙-바이오폴리머 매트릭스를 형성하고, 수분이 건조되면서 그 흙의 강성을 증가시킬 수 있다.A method of dissolving a high-molecular viscous gelled polysaccharide in water and spraying it on the soil surface in the form of a suspension or an aqueous solution of about 0.00001% to about 10% concentration. The viscosity is controlled by varying the concentration of the suspension or the aqueous solution according to the type of soil. It is easy to infiltrate, combine with soil upon infiltration to form soil-biopolymer matrix, and increase the soil's stiffness as the moisture dries.
이 경우 세 가지 현탁액 또는 수용액 살수 방법이 존재한다. 첫째, 바이오폴리머 현탁액 또는 수용액을 그대로 살수하는 방법, 둘째, 바이오폴리머 현탁액 또는 수용액에 염을 첨가하여 pH를 높여 (pH 약 9 이상) 현탁액 또는 수용액의 점성을 낮춘 후 살수하여 지반 내 침투성을 높이는 방법, 셋째, 염을 첨가하여 pH를 약 9 이상으로 높인 바이오폴리머 현탁액 또는 수용액을 흙에 1차 살수한 후, 2차 살수로 낮은 pH (pH 약 5 이하)의 산성 수용액을 살수하여 침투된 고분자 점질성 겔화 다당류의 응집을 촉진시키는 방법이 있다.In this case, three suspension or aqueous solution sprinkling methods exist. First, to spray the biopolymer suspension or aqueous solution as it is, second, to increase the pH by adding salt to the biopolymer suspension or aqueous solution (pH about 9 or more) to lower the viscosity of the suspension or the aqueous solution and then to spray to increase the permeability in the ground Third, the first polymer was sprayed with an aqueous solution of a polymer suspension or aqueous solution having a pH of about 9 or higher added to a salt, and then sprinkled with an acidic aqueous solution having a low pH (pH of about 5 or less) with a second spray. There is a method for promoting aggregation of the sex gelled polysaccharides.
2) 표층 혼합 처리2) surface layer mixing treatment
흙과 고분자 점질성 겔화 다당류를 사전 혼합한 후 표면에 타설하여 포장 또는 피복을 형성하는 방법으로, 현장의 흙 또는 수송해온 흙을 점질성 겔화 다당류 바이오폴리머, 중성 또는 알칼리성 물 (pH 약 6 내지 약 13)과 혼합하여 흙 반죽 (mixture)을 만든 후 현장에 타설하는 방법으로, 구체적으로 흙의 건조 중량 대비 약 0.0001% 내지 약 5% 비율로 바이오폴리머를 첨가하고, 물은 흙의 종류 (모래질 또는 점토질)에 따라 흙 중량 대비 약 10% 내지 약 200%의 비율로 혼합한 흙 반죽을 조성한 후 현장에 원하는 두께만큼 타설하는 방법이다. 타설 후에는 낮은 pH의 산성 수용액 (pH 약 5 이하) 또는 양이온계 수용액을 표면에 살수하여 침투를 유도함으로써 혼합토 내의 점질성 겔화 바이오폴리머의 겔 구조를 강화시킬 수 있다.A method of pre-mixing soil and high-molecular viscous gelled polysaccharides and placing them on the surface to form a package or coating, wherein the soil or transported soil is viscous gelled polysaccharide biopolymer, neutral or alkaline water (pH about 6 to about 13) by mixing with the soil to make a soil mixture (mixture) and then to the site, specifically, the biopolymer is added in a ratio of about 0.0001% to about 5% of the dry weight of the soil, water is the type of soil (sand or Clay composition) is a method of pouring the soil to the desired thickness after the composition of the clay dough mixed in a ratio of about 10% to about 200% by weight of the soil. After pouring, a low pH acidic aqueous solution (pH up to about 5) or a cationic aqueous solution can be sprayed onto the surface to induce penetration to enhance the gel structure of the viscous gelled biopolymer in the mixed soil.
현장 흙의 표면을 교반하면서 동시에 바이오폴리머와 혼합하는 방법으로 쟁기 (plough) 또는 오거 (auger) 등의 장비로 흙을 교반하면서 동시에 분말 또는 액상 상태 (pH 약 7 내지 약 13)의 바이오폴리머를 살포 또는 주입하면서 흙-바이오폴리머 혼합토를 조성하는 방법이다. 혼합 교반 후에는 낮은 pH의 산성 수용액 (pH 약 5 이하) 또는 양이온계 수용액을 표면에 살수하여 침투를 유도함으로써 혼합토 내의 점질성 겔화 바이오폴리머의 겔 구조를 강화시킬 수 있다.By stirring the surface of the field soil and mixing it with the biopolymer at the same time, while spraying the soil with equipment such as a plow or auger, spraying the biopolymer in powder or liquid state (pH about 7 to about 13) Or it is a method of forming a soil-biopolymer mixed soil during injection. After mixing and stirring, a low pH acidic aqueous solution (pH of about 5 or less) or a cationic aqueous solution may be sprayed on the surface to induce penetration, thereby strengthening the gel structure of the viscous gelled biopolymer in the mixed soil.
3) 압력을 이용한 방법3) Method using pressure
살포나 사전 혼합을 이용하여 표층 처리를 하기 어려운 경사지 (법면 등)에 대해서 약 0.00001% 내지 약 10% 농도의 고분자 점질성 겔화 다당류 현탁액 또는 수용액 (pH 약 6 내지 약 13)을 고압으로 분사하여 압력으로 인한 경사지 흙의 교란과 그와 동시에 바이오폴리머의 침투를 촉진시켜 경사지에 대한 흙-바이오폴리머 혼합토 피복을 조성하는 방법이다. 살포 후에는 낮은 pH의 산성 수용액 (pH 약 5 이하) 또는 양이온계 수용액을 표면에 살수하여 혼합토 피복 내의 점질성 겔화 바이오폴리머의 겔 구조를 강화시킬 수 있다.High pressure spraying high viscosity viscous gelled polysaccharide suspensions or aqueous solutions (pH about 6 to about 13) in concentrations of about 0.00001% to about 10% for slopes (surfaces, etc.) that are difficult to surface-treat using spraying or premixing It is a method of forming a soil-biopolymer mixed soil coating on slopes by promoting disturbance of slope soils and simultaneously penetration of biopolymers. After sparging, a low pH acidic aqueous solution (pH up to about 5) or a cationic aqueous solution may be sprayed on the surface to strengthen the gel structure of the viscous gelled biopolymer in the mixed soil coating.
농도 약 0.00001% 내지 약 10% 상태의 고분자 점질성 겔화 다당류 현탁액 또는 수용액 (pH 약 6 내지 약 13)을 고압으로 지반에 주입 (grouting)하는 방법으로 압력을 이용하여 바이오폴리머 현탁액 또는 수용액을 흙 깊숙이 침투 및 확산시켜 흙-바이오폴리머 처리 지반을 조성하는 방법이다. 주입 후에는 낮은 pH의 산성 수용액 (pH 약 5 이하) 또는 양이온계 수용액을 추가로 주입하여 지반 내 흙-바이오폴리머 혼합토의 점질성 겔화 바이오폴리머의 겔 구조를 강화시킬 수 있다.Using a pressure to grout the polymer viscous gelled polysaccharide suspension or aqueous solution (pH about 6 to about 13) to the ground at a high pressure of about 0.00001% to about 10%, It is a method of penetrating and diffusing to form soil-biopolymer treated ground. After the injection, an additional low pH acidic aqueous solution (pH of about 5 or less) or a cationic aqueous solution may be further injected to strengthen the gel structure of the viscous gelled biopolymer of the soil-biopolymer mixed soil in the soil.
상기의 경우 모두 흙-바이오폴리머 혼합 표층 조성 후 다짐을 통해 흙-바이오폴리머 혼합토의 원지반 (original layer)과의 부착력을 증진시킴은 물론 흙-바이오폴리머 혼합토의 밀도를 증진시킴으로써 강성과 내구성을 동시에 향상시킬 수 있다.
In all of the above cases, the soil-biopolymer mixture surface was compacted and then compacted to improve adhesion to the original layer of the soil-biopolymer mixture soil, as well as to increase the density of the soil-biopolymer mixture soil, thereby improving rigidity and durability. You can.
4. 고분자 점질성 바이오폴리머의 흙 속 침투 향상을 위한 방법4. Method for Improving Penetration of Dirt Viscous Biopolymers in Soil
고분자 점질성 사슬형 다당류 바이오폴리머는 일반적으로 분자량이 약 10,000 Da 이상의 고분자들로서 중성 또는 산성 (pH 약 7 이하) 현탁액 또는 수용액 상태에서 사슬 (fiber)들끼리 서로 엉켜 높은 점성을 보이게 된다. 특히 표면이 음전하를 띄고 있는 점질성 사슬형 다당류들은 pH가 낮아질수록 점성이 높아지는 특징이 있다. 한편 고분자 점질성 사슬형 다당류 바이오폴리머는 높은 친수성으로 인해 팽창하고 매우 점성이 높은 현탁액 또는 수용액이 된다.Polymeric viscous chain polysaccharide biopolymers are generally polymers having a molecular weight of about 10,000 Da or more, and the fibers are entangled with each other in a neutral or acid (pH up to about 7) suspension or in an aqueous solution to show high viscosity. In particular, the viscous chain-type polysaccharides having a negative charge on the surface has a characteristic of increasing viscosity as the pH is lowered. Polymeric viscous chain polysaccharide biopolymers, on the other hand, swell due to high hydrophilicity and become very viscous suspensions or aqueous solutions.
이처럼 고분자 점질성 바이오폴리머의 흙 속 침투성을 높이기 위해서는 점성을 낮춰야 한다. 이를 위해 본원에서는 다음과 같은 방법들을 제시한다.Thus, in order to increase the permeability of the polymer viscous biopolymer in the soil, the viscosity must be lowered. To this end, the present application proposes the following methods.
1) 화학적 처리를 이용하는 방법1) Method using chemical treatment
농도 약 0.00001% 내지 약 10% 상태의 고분자 점질성 사슬형 또는 겔화 다당류 현탁액 또는 수용액의 pH를 약 9 이상으로 증가시키면 점성이 낮아진다. 점성을 낮춘 바이오폴리머 현탁액 또는 수용액을 지반에 살수 또는 압력으로 주입하면 지반 내 침투 또는 확산을 개선할 수 있다.Increasing the pH of the polymer viscous chain or gelled polysaccharide suspension or aqueous solution at a concentration of about 0.00001% to about 10% results in a lower viscosity. Injecting low-viscosity biopolymer suspensions or aqueous solutions into the ground by spraying or pressure can improve penetration or diffusion into the ground.
염기성의 고분자 점질성 사슬형 다당류 현탁액 또는 수용액을 흙에 살수 또는 주입한 후에는 낮은 pH의 산성 수용액 (pH 약 5 이하)을 추가 살수 또는 주입하여 흙-바이오폴리머 혼합토 내의 점질성 사슬형 바이오폴리머 간 응집과 점질성 겔화 바이오폴리머 간 겔화를 증진시킬 수 있다.After sprinkling or injecting a basic polymer viscous chain polysaccharide suspension or aqueous solution into the soil, additionally spraying or injecting a low pH acidic aqueous solution (pH of about 5 or less) to the viscous chain biopolymer in the soil-biopolymer mixed soil. Aggregation and viscous gelling may be promoted between the biopolymers.
2) 물리적 처리를 이용하는 방법2) using physical processing
비드밀 (Beadmill) 등을 이용하여 고분자 점질성 사슬형 다당류 바이오폴리머 용액의 점성을 낮추는 방법으로, 약 10,000 ppm 이상의 속도로 비드를 이용하여 용액을 교반함으로써 엉켜있는 다당류 사슬들을 풀어줄 수 있다.A bead mill or the like can be used to lower the viscosity of the polymer viscous chain polysaccharide biopolymer solution, and the tangled polysaccharide chains can be released by stirring the solution using the beads at a rate of about 10,000 ppm or more.
또한, 고압 (약 150 bar 이상)으로 고분자 점질성 사슬형 다당류 바이오폴리머 용액을 충돌시켜 물리적으로 엉켜있는 다당류 사슬들을 풀어줄 수 있다. 사슬형 다당류 바이오폴리머 용액인 PolycanTM의 경우 원액의 점성이 약 1,000 cps 정도인데, 균질기 (homogenizer)를 이용하여 약 200 bar로 충돌시키면 약 30 cps로 점도가 낮아지고, 약 30 cps의 액체를 다시 충돌시키면 약 16 cps로 점도가 감소한다.In addition, the polymer viscous chain polysaccharide biopolymer solution may be collided at high pressure (about 150 bar or more) to release physically entangled polysaccharide chains. Polycan TM , a chain polysaccharide biopolymer solution, has a viscosity of about 1,000 cps. When it is collided with a homogenizer to about 200 bar, the viscosity decreases to about 30 cps, and a liquid of about 30 cps is removed. Collision again reduces the viscosity to about 16 cps.
물리적으로 점성을 낮춘 고분자 점질성 사슬형 다당류 바이오폴리머를 흙과 혼합 또는 주입한 후 낮은 pH의 산성 수용액 (pH 약 5 이하) 또는 양이온계 수용액을 추가 살수 또는 주입하여 흙-바이오폴리머 혼합토 내의 점질성 사슬형 바이오폴리머 간 응집을 증진시킬 수 있다.Viscous properties in soil-biopolymer mixed soils by mixing or injecting a physically low-viscosity polymer viscous chain polysaccharide biopolymer with soil, followed by additional spraying or injection of a low pH acidic aqueous solution (pH below 5) or a cationic aqueous solution Aggregation between chained biopolymers can be enhanced.
3) 열 처리를 이용하는 방법3) How to use heat treatment
약 0.00001% 내지 약 10% 농도의 고분자 점질성 겔화 다당류 현탁액 또는 수용액을 약 80℃ 내지 약 120℃ 조건으로 충분히 가열하면 바이오폴리머 현탁액 또는 수용액의 점성이 낮아진다. 이를 고온 상태에서 흙에 혼합 또는 주입을 하게 되면 자연스럽게 냉각이 되면서 약 40℃ 내지 약 60℃ 이하 온도에서 겔을 형성하여 견고한 흙-바이오폴리머 혼합토를 조성하게 된다.
Sufficient heating of the polymer viscous gelled polysaccharide suspension or aqueous solution at a concentration of about 0.00001% to about 10% to about 80 ° C. to about 120 ° C. lowers the viscosity of the biopolymer suspension or aqueous solution. When the mixture is mixed or injected into the soil at a high temperature, it cools naturally and forms a gel at a temperature of about 40 ° C. to about 60 ° C. or less to form a solid soil-biopolymer mixed soil.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오폴리머는, 하기와 같이 다양한 대상 지역에 여러 목적을 위해 다양한 방법으로 흙에 첨가될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다:
In one embodiment of the present application, the biopolymer may be added to the soil in various ways for various purposes in various target areas as follows, but may not be limited thereto:
1. 고분자 점질성 다당류 바이오폴리머를 이용한 지표면 피복 공법1.Surface coating method using polymer viscous polysaccharide biopolymer
1-1. 살포 또는 살수 방식을 이용한 방법1-1. Method using spraying or sprinkling
바이오폴리머 현탁액을 지표면에 직접 살포하는 방식으로 평지뿐만 아니라 경사진 사면 또는 법면에도 손쉽게 적용할 수 있는 방법으로, 고형 또는 액상 상태의 바이오폴리머를 일정 비율로 희석하고, 펌프, 이송관, 그리고 노즐을 이용하여 살포하여, 바이오폴리머 현탁액이 중력에 의해 지반에 침투하면서 흙 입자와 결속하여 피복을 형성하는 방법이다.By spraying the biopolymer suspension directly onto the surface, it can be easily applied to slopes or slopes as well as flat, diluting solid or liquid biopolymers in certain proportions, and pumps, transfer tubes and nozzles. It sprays by using, and it is a method of forming a coating | coating by binding with soil particle, while a biopolymer suspension penetrates into the ground by gravity.
1-2. 습식혼합·포설 방식을 이용한 방법1-2. Method using wet mixing and spreading method
사전 혼합을 통해 바이오폴리머 혼합토를 조성한 후, 대상 지역에 포설 후 다짐을 통해 특정 두께의 피복을 형성하는 방법이다. 이 공법은 현장에 균질한 품질의 피복을 형성할 수 있는 장점이 있으며, 다짐을 통해 원지반과의 부착력을 높이게 된다.It is a method of forming a biopolymer mixture soil through pre-mixing, and then laying it in a target area and forming a coating having a specific thickness through compaction. This method has the advantage of forming a homogeneous coating on the site, and through the compaction to increase the adhesion to the base.
본 방법은 고형 또는 액상 상태의 바이오폴리머를 일정 비율로 희석하고 동시에 포설할 수 있는 장치, 포설된 흙을 펴서 다질 수 있는 다짐 장치로 구성된다. 다짐 장치는 롤러식 또는 진동식 모두 가능하다.The method consists of a device for diluting solid and liquid biopolymers at a certain rate and laying them at the same time, and a compaction device for spreading and laying of soil. The compaction device can be either roller or vibratory.
본 방법은 1-1과 병행하여 피복 표면의 코팅력을 향상시킬 수 있다. 본 방법은 현장에 다량의 현장 발생토 이용이 가능한 경우 유용하다.This method can improve the coating power of the coating surface in parallel with 1-1. This method is useful when a large amount of on-site soil is available on site.
1-3. 건식혼합·살포 방식을 이용한 방법1-3. Dry mix and spray method
본 방법은 건조 지역과 같이 지표면 흙이 건조되어 있는 경우 적용 가능한 방법으로, 건조된 흙과 분말 상태의 바이오폴리머를 현장에서 바로 건식 혼합한 후 물을 살포하여 피복을 형성하는 방법이다.
This method is applicable when the surface soil is dried, such as a dry area, is a method of dry mixing the dry soil and the powdered biopolymer in the field immediately after spraying water to form a coating.
2. 고분자 점질성 다당류 바이오폴리머를 이용한 농경 또는 방목지 보호2. Protection of farmland or pasture using high-molecular viscous polysaccharide biopolymers
농경과 방목으로 인한 토지 이용 변화가 흙 유실의 가장 큰 원인으로 지목되고 있다. 따라서, 농경지 및 목축지의 흙 유실 억제를 위해 바이오폴리머 처리 기술이 매우 효과적으로 사용될 수 있다.Changes in land use due to farming and grazing are the leading causes of soil loss. Therefore, biopolymer treatment technology can be used very effectively for suppressing soil loss of farmland and stockland.
2-1. 고분자 점질성 다당류 바이오폴리머를 이용한 논밭 갈기2-1. Grinding Paddy Fields Using Polymer Viscous Polysaccharide Biopolymers
파종 전 농경지를 갈 때, 바이오폴리머 분말 또는 현탁액과 함께 쟁기질을 하는 방법이다. 통상 파종 전 농경지의 경우 표면이 단단하기 때문에 바이오폴리머 현탁액을 사전에 살포하면 쟁기질의 작업 효율을 높일 수 있을뿐만 아니라, 표토와 바이오폴리머가 고루 혼합되면서 농경지 전체의 침식에 대한 저항성이 증대될 수 있다.When plowing cropland before sowing, plowing is performed with biopolymer powder or suspension. In general, pre-sowing farmland has a hard surface, so spraying the biopolymer suspension in advance can improve the working efficiency of the plowing, and can also increase the resistance to erosion of the whole farmland as the top soil and biopolymer are evenly mixed. .
또는 쟁기의 머릿부분에 직접 분사 노즐을 장착하여 쟁기질을 함과 동시에 선단부에서 바이오폴리머 현탁액이 공급됨으로써 국부적인 효율을 증진시키는 방법도 제안될 수 있다.Alternatively, a method may be proposed in which a direct injection nozzle is attached to the head of the plow to plow and at the same time a biopolymer suspension is supplied from the tip to enhance local efficiency.
2-2. 항공기를 이용한 농경 또는 방목지 보호2-2. Farm or Pasture Protection by Aircraft
최근 현대 농업은 방대한 농경 또는 방목지의 경우 항공기를 이용한 살충·제초제 살포 사례가 증가하고 있다. 따라서 본 발명에서 제안된 바이오폴리머를 이용한 흙 침식 저항 증진을 위해 농경 및 방목지에서 대해서도 필요에 따라 항공기를 이용한 바이오폴리머 현탁액을 살포하는 기술을 제안할 수 있다.
In recent years, modern agriculture has been increasing the use of pesticides and herbicides in the case of large farms or pastures. Therefore, in order to improve soil erosion resistance using the biopolymer proposed in the present invention, a technique of spraying a biopolymer suspension using an aircraft may be proposed as needed even in farming and pasture.
3. 고분자 점질성 다당류 바이오폴리머를 이용한 친환경 수변 공간 조성3. Environment-friendly Waterfront Space Using Polymer Viscous Polysaccharide Biopolymer
수변 공간의 경우 물과 인접해 있어 물에 의한 침식 가능성이 늘 존재하고 있다. 따라서 수변 공간 조성 시 바이오폴리머를 이용해 지반을 개량하게 되면 전체적인 흙 유실을 낮출 수 있을 것으로 기대된다.
Waterside spaces are adjacent to water, so there is always a possibility of water erosion. Therefore, the improvement of the soil using biopolymers in the construction of waterside space is expected to reduce the overall soil loss.
4. 고분자 점질성 다당류 바이오폴리머를 이용한 연안 흙 보호4. Coastal Soil Protection Using Polymer Viscous Polysaccharide Biopolymers
바이오폴리머 처리를 이용한 해안 백사장 및 연안 사구 등의 해안 지반 보호를 위해 이용될 수 있다.
It can be used for coastal ground protection such as coastal white sand and coastal sand dunes using biopolymer treatment.
5. 고분자 점질성 다당류 바이오폴리머를 이용한 친환경 수변 공간 조성5. Environment-friendly Waterfront Space Using Polymer Viscous Polysaccharide Biopolymer
바이오폴리머는 환경친화적이고, 시간이 경과함에 따라 생분해 (biodegradation) 되는 특성이 있기 때문에 기존 시멘트 (cement) 또는 화학 계열 재료와 비교해 수변 공간에 적용했을 때 수질 및 수생태계 교란 효과가 극히 적어 친환경 수변 공간 조성에서의 적극적인 활용이 기대된다. 하천 및 수변 공간의 일반적인 형상은 도 1과 같다. 보통 하천과 하천의 범람을 막기 위한 제방 (B), 제방 안쪽의 고수부지 (C), 그리고 제방 바깥의 주변공간 (A)으로 구분된다. 친환경 수변 공간 조성을 위한 방법으로 본 발명에서는 각 공간에 대해 다음과 같은 실시 방법을 수행한다.Biopolymers are environmentally friendly and biodegradable over time, resulting in extremely low water and water ecosystem disturbances when applied to the waterfront compared to conventional cement or chemical materials. Active utilization in the furtherance is expected. The general shape of the river and waterside space is shown in FIG. It is usually divided into a bank (B), a ciliary site (C) inside the bank, and a periphery (A) outside the bank to prevent flooding. As a method for creating an environment-friendly waterfront space, the present invention performs the following implementation method for each space.
A (주변공간): 현장 조건에 따라 방법 1의 모든 방법 적용 가능A (ambient space): All methods of method 1 can be applied depending on site conditions.
하천 준설 및 수위고 변화로 인한 역행 침식 억제를 위하여 본원에 따른 바이오폴리머를 이용한 흙 침식 저항 증진 방법이 주변 지반에 바이오폴리머를 이용하여 친환경 지반 보강 방법으로서 적용될 수 있다.Soil erosion resistance enhancement method using a biopolymer according to the present application can be applied as an environmentally friendly soil reinforcement method using a biopolymer in the surrounding ground to suppress the back erosion due to river dredging and water level change.
B (제방): 방법 1-1 또는 1-3의 방법 적용 가능B (bank): Applicable to method 1-1 or 1-3
제방 및 호안벽 조성에 사용되는 콘크리트 블록 또는 사석을 대체할 수 있는 대안으로, 본원에 따른 바이오폴리머를 이용한 흙 침식 저항 증진 방법이 바이오폴리머 혼합토를 이용한 제방 및 호안벽 조성 방법으로서 적용될 수 있다.As an alternative to the concrete blocks or sandstones used for the embankment and the revetment wall, the soil erosion resistance enhancement method using the biopolymer according to the present application can be applied as a dike and revetment method using the biopolymer mixture soil.
아울러, 본원에 따른 흙 침식 저항 증진 방법은 만수위 또는 홍수위 시 제방으로의 물 침투를 억제하기 위하여 바이오폴리머를 이용한 제방 표면 피복 공법으로서 적용될 수 있다.In addition, the soil erosion resistance enhancement method according to the present application can be applied as a bank surface coating method using a biopolymer in order to suppress the water penetration into the embankment at high or flood level.
C (고수부지): 현장 조건에 따라 방법 1의 모든 방법 적용 가능C (Fixed ground): All methods of method 1 can be applied depending on site conditions
하천 유입수로 인한 유입부분의 부분 침식 또는 평지 (고수부지)에서의 도랑 (gully)과 같은 불규칙 흙 침식 억제를 위하여 본원에 따른 흙 침식 저항 증진 방법은 바이오폴리머를 이용한 표토 침식 저항성 향상 공법으로서 적용될 수 있다.
The soil erosion resistance enhancement method according to the present application can be applied as a method for improving the soil erosion resistance using biopolymers to suppress irregular soil erosion such as partial erosion of the inflow portion or gully on the flat (coriander) due to river inflow. have.
본원의 바이오폴리머를 이용한 흙 침식 저항 증진 방법에 따르면, 기존의 망 (mesh 또는 net)을 이용한 침식 요인 차단 또는 화학계열 약액 주입 방법에 의존하지 않는 환경친화적인 흙 침식 방지용 조성물을 제조할 수 있다. 아울러, 본원에 따른 흙 침식 저항 증진 방법은 친환경적이고 인체에 유익한 대표 바이오폴리머들을 이용하여 흙을 처리하고 흙 및 바이오폴리머 간의 상호작용을 통해 흙의 구조 및 함수조건을 개선시킴으로써, 침식에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다.
According to the method for enhancing soil erosion resistance using the biopolymer of the present application, it is possible to prepare an environment-friendly soil erosion prevention composition that does not depend on the erosion factor blocking method or the chemical-based chemical injection method using an existing network (mesh or net). In addition, the method for enhancing soil erosion resistance according to the present application is to treat soil using representative biopolymers that are environmentally friendly and beneficial to the human body, and improve the structure and water condition of soil through interaction between soil and biopolymers, thereby preventing resistance to erosion. Can be improved.
본원의 제 2 측면은, 상기 본원의 제 1 측면의 흙 침식 저항 증진 방법에 의해 제조되며, 고분자 점질성 바이오폴리머를 포함하는, 흙 침식 방지용 조성물을 제공한다.The second aspect of the present application provides a composition for preventing soil erosion, which is prepared by the method for enhancing soil erosion resistance of the first aspect of the present application, and includes a polymer viscous biopolymer.
본원의 일 구현예에 있어서, 흙 약 100 중량부에 대해 상기 고분자 점질성 바이오폴리머 약 20 중량부 이하를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머는 약 0.00001 중량부 내지 약 15 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 10 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 5 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 1 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 0.5 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 0.1 중량부, 약 0.0001 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.01 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.05 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.5 중량부 내지 약 20 중량부, 약 1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 5 중량부 내지 약 20 중량부, 또는 약 10 중량부 내지 약 20 중량부로 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
In one embodiment of the present application, it may include about 20 parts by weight or less of the polymer viscous biopolymer with respect to about 100 parts by weight of soil, but may not be limited thereto. For example, the polymer viscous biopolymer may have about 0.00001 parts by weight to about 15 parts by weight, about 0.00001 parts by weight to about 10 parts by weight, about 0.00001 parts by weight to about 5 parts by weight, about 0.00001 parts by weight to about 1 parts by weight. About 0.00001 parts by weight to about 0.5 parts by weight, about 0.00001 parts by weight to about 0.1 parts by weight, about 0.0001 parts by weight to about 20 parts by weight, about 0.01 parts by weight to about 20 parts by weight, about 0.05 parts by weight to about 20 parts by weight About 0.1 to about 20 parts by weight, about 0.5 to about 20 parts by weight, about 1 to about 20 parts by weight, about 5 to about 20 parts by weight, or about 10 to about 20 parts by weight It may be included as a portion, but may not be limited thereto.
본원의 제 3 측면은, 상기 본원의 제 1 측면의 흙 침식 저항 증진 방법에 의해 제조되며, 고분자 점질성 바이오폴리머를 포함하는, 흙 건축 재료 또는 부재를 제공한다.A third aspect of the present application provides an earth building material or member, which is prepared by the soil erosion resistance enhancing method of the first aspect of the present application, comprising a polymer viscous biopolymer.
본원에 따른 바이오폴리머를 이용한 흙의 강도 및 내구성 증진 효과는 흙을 이용한 건축 및 건축자재 분야에 활용될 수 있다. 특히, 바이오폴리머 혼합을 통해서 단순히 흙만 이용한 흙 건축 (벽 또는 기둥 등)보다 높은 강도와 내구성을 확보할 수 있으며, 전통적 방법인 짚 (straw) 등을 이용한 방법과 비교했을 시 유기재료들의 생분해 (degradation)로 인한 기능성 저하 문제를 극복할 수 있고, 화학적 첨가물 (석고, 시멘트 등)을 이용한 방법에 비해서 친환경성이 높은 건축 시공이 가능한 장점이 있다. 상기 흙 건축 재료 및 부재는, 예를 들어, 벽체, 바닥재, 벽돌, 블록, 보드, 패널 등을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 부재는 건축용 부자재를 의미한다.The strength and durability enhancement effect of the soil using the biopolymer according to the present application can be utilized in the field of construction and building materials using the soil. In particular, biopolymer blending ensures higher strength and durability than soil-based soil construction (walls or columns, etc.), and biodegradation of organic materials when compared to traditional methods such as straw. It can overcome the problem of deterioration of functionality due to), and has the advantage that the construction of high environmentally friendly construction compared to the method using chemical additives (gypsum, cement, etc.). The soil building material and member may include, for example, a wall, floor, brick, block, board, panel, and the like, but may not be limited thereto. The member means a construction subsidiary material.
보통 흙 건축은 자연상태의 흙을 물과 혼합하여 작업성을 확보한 후 벽돌 또는 블록 형식으로 성형하거나, 직접 벽 또는 바닥에 바르는 형식을 취하고 있다. 이 경우 벽체 또는 바닥재의 강도 및 내구성을 향상시키기 위해 짚 등의 섬유를 첨가하거나, 화학적 첨가물을 혼합하는 방법을 사용하고 있다. 본원에 따른 바이오폴리머를 이용한 흙 벽체 시공 방법은 기존 방법과 차별화된 것이다.In general, the soil construction is a form of mixing the natural soil with water to secure workability, and then molded into a brick or block form, or directly applied to the wall or floor. In this case, in order to improve the strength and durability of the wall or flooring material, a method of adding fibers such as straw or mixing chemical additives is used. Soil wall construction method using the biopolymer according to the present application is different from the existing method.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 흙은 세립질 (점토), 조립질 (모래), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the soil may include one selected from the group consisting of fine (clay), granulated (sand), and combinations thereof, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 흙 약 100 중량부에 대해 약 20 중량부 이하를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머는 흙 약 100 중량부에 대해, 약 0.00001 중량부 내지 약 15 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 10 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 5 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 1 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 0.5 중량부, 약 0.00001 중량부 내지 약 0.1 중량부, 약 0.0001 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.01 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.05 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.5 중량부 내지 약 20 중량부, 약 1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 5 중량부 내지 약 20 중량부, 또는 약 10 중량부 내지 약 20 중량부로 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, about 100 parts by weight of soil may include about 20 parts by weight or less, but may not be limited thereto. For example, the polymer viscous biopolymer may be about 0.00001 parts by weight to about 15 parts by weight, about 0.00001 parts by weight to about 10 parts by weight, about 0.00001 parts by weight to about 5 parts by weight, based on about 100 parts by weight of soil. 0.00001 parts by weight to about 1 part by weight, about 0.00001 parts by weight to about 0.5 parts by weight, about 0.00001 parts by weight to about 0.1 parts by weight, about 0.0001 parts by weight to about 20 parts by weight, about 0.01 parts by weight to about 20 parts by weight, about 0.05 parts by weight to about 20 parts by weight, about 0.1 parts by weight to about 20 parts by weight, about 0.5 parts by weight to about 20 parts by weight, about 1 part by weight to about 20 parts by weight, about 5 parts by weight to about 20 parts by weight, or About 10 parts by weight to about 20 parts by weight, but may not be limited thereto.
상기 본원의 제 2 측면에 따른 흙 침식 방지용 조성물 및 상기 본원의 제 3 측면에 따른 흙 건축 재료 또는 부재는, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 2 측면 및 제 3 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.
The composition for preventing soil erosion according to the second aspect of the present application and the soil building material or the member according to the third aspect of the present application have not been described in detail with respect to portions overlapping with the first aspect of the present application. The description of the aspects may be equally applied even if the descriptions thereof are omitted in the second and third aspects of the present disclosure.
이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are only provided to help understanding of the present application, and the contents of the present application are not limited to the following Examples.
[실시예][Example]
실시예 1: 바이오폴리머를 이용한 흙 침식 저항성 측정Example 1 Soil Erosion Resistance Measurement Using Biopolymer
바이오폴리머의 흙 침식 억제 효과를 검증하기 위해 다양한 실내 실험을 수행하였다. 본 실시예에서는, 고분자 사슬형 바이오폴리머 물질로 베타-1,3/1,6-글루칸 계열의 액상 제품 (8.9 g/L 베타글루칸 함량; ㈜글루칸)을 사용하였고, 겔화(gelation) 폴리머로는 식품 경화제로 널리 사용되는 순수 분말상태의 잔탄검 (Sigma-Aldrich; CAS 1138-66-2)을 사용하였다. 이때 잔탄검의 가장 큰 특징은 다양한 온도 및 pH 조건에서의 안정성이다.Various indoor experiments were conducted to verify the soil erosion inhibitory effect of the biopolymer. In this embodiment, beta-1,3 / 1,6-glucan-based liquid product (8.9 g / L beta glucan content; glucan) was used as the polymer-chain biopolymer material, and the gelation polymer was used as the gelation polymer. Xanthan gum (Sigma-Aldrich; CAS 1138-66-2) in pure powder form, which is widely used as a food curing agent, was used. The main feature of xanthan gum is its stability at various temperature and pH conditions.
발명 실시를 위한 기본적인 방법은 흙을 해당 바이오폴리머와 혼합한 후 강우 조건을 재현하여 각 경우에 대한 흙 유실량을 측정하여, 전반적인 흙의 침식에 대한 저항성을 평가하였다. 구체적인 내용들은 아래와 같다:
The basic method for carrying out the invention was to measure the soil loss amount in each case by mixing the soil with the biopolymer and reproducing rainfall conditions, to evaluate the resistance to the soil erosion in general. Specific details are as follows:
1. 바이오폴리머 처리토의 반복 강우에 대한 침식 저항성1. Erosion Resistance to Repeated Rainfall of Biopolymer Treated Soils
본 실시예에서는 우리나라의 대표 흙인 할로이사이트 [halloysite: Al2Si2O5(OH)4]가 주성분인 화강잔류토 (황토)를 대표 흙 시료로 사용하였다. 황토는 자연건조 후, 입자들을 0.07 mm 내지 0.15 mm 크기로 분쇄한 후, 110℃ 온도에서 건조시켜 잔류 유기물질을 제거하였다.In the present embodiment, a granite residue (ocher), which is a main component of Halloysite: Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 , which is a representative soil of Korea, was used as a representative soil sample. After the natural drying, the clay was ground to a size of 0.07 mm to 0.15 mm, and then dried at 110 ° C. to remove residual organic material.
이와 관련하여, 도 2는 본 실시예에 따른 1 회 강우 모사 후의 흙 시료 전경을 나타낸 것이다. 좌로부터 무처리 황토, 잔탄검 처리 황토, 그리고 베타-1,3/1,6-글루칸 처리 황토이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 세 개의 시료판 (A, B, C)을 준비해 각각에 2,000 g의 흙을 채운 후, A는 1,200 g (흙 중량대비 60%)의 증류수, B는 1,200 g의 액상 베타-1,3/1,6-글루칸 (0.5%의 베타글루칸: 흙 중량비), C에는 10 g의 분말 잔탄검 및 1,200 g의 증류수를 각각 흙과 균일하게 혼합하였다.
In this regard, Figure 2 shows the foreground of the soil sample after a single rainfall simulation according to this embodiment. Untreated loess, xanthan gum treated loess, and beta-1,3 / 1,6-glucan treated loess from the left. As shown in FIG. 2, three sample plates (A, B, and C) were prepared and filled with 2,000 g of soil, respectively, A was 1,200 g (60% by weight of soil), B was 1,200 g of liquid phase. Beta-1,3 / 1,6-glucan (0.5% beta glucan to soil weight ratio), C, 10 g of powdered xanthan gum and 1,200 g of distilled water were mixed uniformly with soil, respectively.
강우 모사를 위해 도 3에 보이는 바와 같은 살수기를 사용하였으며, 시료판의 각도는 20℃로 설정하였다. 도 3은 본 실시예에 따른 강우 침식 모사를 위한 실내 실험 구성을 나타낸 것이다. 강우 모사 전에 시료판의 전체 무게를 측정하고, 500 mL의 강우 모사 후 유출 슬러리를 집수하여 부피와 질량을 측정하였다. 강우 모사 후 시료판의 전체 무게를 측정하여 지반의 흡수량을 산출하였다. 유출 슬러리는 즉시 건조하여 건조 전·후의 질량 차이를 토대로 흙 침식량을 도출하였다. 강우 모사는 이틀의 주기로 수행하여 총 10 번을 수행하였다.For rainfall simulation, a watering machine as shown in FIG. 3 was used, and the angle of the sample plate was set to 20 ° C. Figure 3 shows the indoor experimental configuration for rainfall erosion simulation according to this embodiment. The total weight of the sample plate was measured before rainfall simulation, and the volume and mass of the effluent slurry were collected after 500 mL of rainfall simulation. After rainfall simulation, the total weight of the sample plate was measured to calculate the amount of soil absorption. The outflow slurry was dried immediately to derive soil erosion based on the mass difference before and after drying. Rainfall simulation was carried out in a two-day cycle for a total of 10 times.
각 강우 모사에 따른 흙 유실량은 표 1과 같다.The soil loss according to each rainfall simulation is shown in Table 1.
표 1의 각 강우 횟수 별 유실량을 초기 전체 흙 중량 (2,000 g)에 대한 누적 유실률 (%)로 환산한 결과는 표 2와 같다.Table 2 shows the results of converting the loss amount by the number of rainfall in Table 1 to the cumulative loss rate (%) relative to the initial total soil weight (2,000 g).
실험 결과 바이오폴리머 처리 흙은 총 10 번의 강우 모사에 대해 누적 유실률이 1.5% 미만의 수준인 반면, 아무런 처리를 하지 않은 흙은 21%의 흙이 유실됨을 확인할 수 있었다. 특히 바이오폴리머 중에서도 베타-1,3/1,6-글루칸의 경우 누적 유실률이 0.1% 밖에 되지 않아 침식에 대한 저항이 월등히 높음을 확인할 수 있었다.
As a result, the biopolymer-treated soil had a cumulative loss rate of less than 1.5% for a total of 10 rainfall simulations, whereas the soil without any treatment was lost 21% of soil. In particular, among the biopolymers, beta-1,3 / 1,6-glucan had a cumulative loss rate of only 0.1%, indicating that resistance to erosion was significantly higher.
2. 바이오폴리머 처리토의 집중 강우에 대한 침식 저항성2. Erosion resistance against concentrated rainfall of biopolymer treated soil
주기적인 강우 외 강도 높은 집중 강우에 대한 침식 저항성을 검증하기 위해 상기 바이오폴리머 처리토의 반복 강우에 대한 침식 저항성을 알아보기 위한 실험과 동일한 조건의 시료 A, B, C를 조성한 후 집중 강우를 모사하였다. 집중 강우를 위해서는 500 mL의 강우를 10 분 간격으로 15 회 살수하여 상기와 마찬가지로 강우 전·후의 전체 시료 중량과 흙 유실량을 측정하였다. In order to verify the erosion resistance to high intensity rainfall other than the periodic rainfall, samples of concentrations A, B, and C were prepared under the same conditions as the experiments to determine the erosion resistance against repeated rainfall of the biopolymer treated soil. . For intensive rainfall, 500 mL of rainfall was sprinkled 15 times at 10 minute intervals, and the total sample weight and soil loss before and after the rainfall were measured as above.
집중 강우 모사에 따른 흙의 누적 유실률 (%)은 표 3과 같다.The cumulative loss rate (%) of soil by intensive rainfall simulation is shown in Table 3.
표 2와 표 3의 결과들을 비교해보면, 집중 강우 조건에서 아무런 처리를 하지 않은 흙의 누적 유실률이 월등히 증가함 (21.2 → 31.8; 10 회 누적 강우 기준)을 확인할 수 있다. 특이한 점은 바이오폴리머 처리 흙의 집중 강우에 대한 저항이 여전히 높다는 사실 (1% 미만)을 확인할 수 있었다.Comparing the results of Table 2 and Table 3, it can be seen that the cumulative loss rate of the soil that has not been treated under intensive rainfall conditions is significantly increased (21.2 → 31.8; based on 10 cumulative rainfall). What was unusual was the fact that biopolymer-treated soils still had high resistance to concentrated rainfall (less than 1%).
이로써 바이오폴리머 처리가 반복 및 집중 강우 조건 모두에 대해 흙의 침석에 대한 저항을 획기적으로 높임을 확인할 수 있었다.
As a result, it was confirmed that the biopolymer treatment drastically increased the resistance to soil sedimentation for both repetitive and concentrated rainfall conditions.
실시예 2: 열 처리를 이용한 고분자 점질성 겔화 다당류 바이오폴리머-흙 혼합Example 2: Polymer Viscous Gelled Polysaccharide Biopolymer-Soil Mixing Using Heat Treatment
흙의 종류와 상관없이 열적 겔화를 이용하여 고분자 점질성 겔화 바이오폴리머와 흙을 혼합하기 위해서는 일단 고온 상태의 고분자 점질성 겔화 다당류 바이오폴리머 수용액과 흙을 각각 준비하였다. 고온 (80℃)의 용매 (물)에 분말 상태의 바이오폴리머를 녹인 후 이를 가열된 흙과 혼합함으로써 혼합 시 급격한 온도 하강으로 인한 조기 겔화 (gelation)를 막았다. 고온의 바이오폴리머 수용액 형성 시 중요한 점은 바이오폴리머의 농도 (용매 대비 용질량)를 적절히 조절해야 한다는 점이다. 통상적으로 아가 (agar)는 상온에서는 친수성 (hydrophilic)으로 인해 자기 질량의 20 배에 해당하는 물을 흡수하며, 그 용해도는 온도가 높아짐에 따라 증가한다. 아가의 경우 10% (10 g / 100 mL) 이하, 젤란검의 경우 3% (3 g / 100 mL) 이하로 고온 용액을 조성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 그 이상의 분말은 물에 완전히 용해되지 않기 때문이다.Regardless of the type of soil, in order to mix the polymer viscous gelled biopolymer and soil using thermal gelation, an aqueous solution of the polymer viscous gelled polysaccharide biopolymer and soil at high temperature were prepared. The powdered biopolymer was dissolved in a solvent (water) at a high temperature (80 ° C.), and then mixed with the heated soil to prevent premature gelation due to rapid temperature drop during mixing. An important point in forming a high temperature aqueous solution of biopolymer is that the concentration of the biopolymer (solvent-to-solvent) must be properly adjusted. Typically, agar absorbs water equivalent to 20 times its mass due to hydrophilic at room temperature, and its solubility increases with increasing temperature. It is desirable to formulate high temperature solutions up to 10% (10 g / 100 mL) for agar and up to 3% (3 g / 100 mL) for gellan gum, because further powders are not completely soluble in water. Because it does not.
고온의 겔화 바이오폴리머 용액은 고온의 흙과 균일하게 혼합시키고, 황토 등의 흙 (점성토 계열)과는 60% (흙 중량 대비 용액 중량) 이하, 모래질 흙과는 30% 이하로 혼합하였다. 혼합 후 원하는 목적에 맞게 성형한 후 냉각과정을 거쳐 공기 또는 수중에서 양생할 수 있다. 본 과정의 요약은 도 4에 도시한 바와 같다.
The high temperature gelled biopolymer solution was uniformly mixed with high temperature soil, and mixed with soil such as ocher (viscosity soil type) at 60% (solution weight to soil weight) or less, and sand soil at 30% or less. After mixing, it may be molded to a desired purpose and then cooled in air or water. The summary of this process is as shown in FIG.
실시예 3: 열적 겔화 바이오폴리머-흙 조성물의 냉각 및 양생 방법Example 3: Cooling and Curing Methods of Thermally Gelled Biopolymer-Soil Compositions
실내 조건에서 황토와 모래를 이용해 다양한 고분자 점질성 열적 겔화 다당류 바이오폴리머-흙 시편을 제작하고 강도를 측정하였다. 각 흙에 대해 아가 및 젤란검 함량을 흙 중량 대비 각각 1% 및 3%에 맞춰 배합하였으며, 황토의 경우 초기 물/흙 배합비 60%, 모래의 경우 혼합 시 물/흙 배합비를 30%로 하였다. 배합 후 공기 중에 자연 냉각 및 공기양생을 시킨 시편의 강도는 도 5 (황토) 및 도 6 (모래)에 나타난 바와 같다. 도 5 및 도 6의 결과에 의하면 열적 겔화 바이오폴리머 혼합으로 흙의 압축강도가 월등히 증가함을 확인할 수 있다. 특히, 황토의 경우 그 최대 강도가 12 MPa 에 도달하여 매우 단단한 흙 조성물을 형성함을 확인할 수 있었다. 이는 아가 및 젤란검 모두 음전하를 띄고 있어, 표면 전하를 지니고 있는 황토 입자와 더 단단한 결합을 형성한다는 사실을 보여준다.Various indoor viscous thermal gelled polysaccharide biopolymer-soil specimens were prepared and measured for strength using clay and sand under room conditions. For each soil, the agar and gellan gum contents were blended at 1% and 3% of the soil weight, respectively. For the ocher, the initial water / soil mixture ratio was 60%, and in the case of sand, the water / soil mixture ratio was 30%. The strength of the specimen subjected to natural cooling and air curing in the air after mixing is as shown in FIGS. 5 (ocher) and 6 (sand). According to the results of FIGS. 5 and 6, it can be seen that the compressive strength of the soil is significantly increased by the thermal gelling biopolymer mixture. In particular, in the case of ocher it was confirmed that the maximum strength reaches 12 MPa to form a very hard soil composition. This shows that both agar and gellan gum are negatively charged, forming tighter bonds with ocher particles that carry surface charges.
그러나, 공기 중에 자연 냉각 및 공기양생을 시킨 황토 시편의 경우 최대 20%의 건조수축 (volumetric strain) 거동을 보여 이를 해결하기 위해 고온 배합 후 초기 냉각 방법을 달리하는 방안을 모색하였다. 도 4의 과정과 같이 배합 및 성형 직후 시편 (아가 3%, 및 젤란검 3%)을 급속 냉각시키는 방법으로 시편을 냉수에 냉각시켰다 (도 7). 충분한 냉각 후 시편을 공기양생 시킨 결과, 최종 건조수축이 10% 이하로 격감함을 확인하였다. 따라서 건조수축을 방지하기 위해 바이오폴리머-흙 조성물의 초기 겔화가 매우 중요함을 확인할 수 있었으며, 이를 위해 냉수, 냉매, 냉기, 냉장 등 다양한 방법이 적용 가능하다.However, in the case of the ocher specimens subjected to natural cooling and air curing in air, up to 20% of the dry shrinkage (volumetric strain) behavior was found to solve this problem. The specimens were cooled in cold water by rapid cooling of the specimens (3% agar and 3% gellan gum) immediately after blending and molding as in the procedure of FIG. 4 (FIG. 7). As a result of air curing the specimen after sufficient cooling, it was confirmed that the final dry shrinkage was reduced to 10% or less. Therefore, it was confirmed that the initial gelation of the biopolymer-soil composition is very important to prevent dry shrinkage, and various methods, such as cold water, refrigerant, cold air, and refrigeration, may be applied.
마지막으로, 급속냉각 및 수중양생 조건에 대한 거동을 확인하기 위해 시편을 제작한 후 바로 물에 침수시킨 후 장기간 수중양생을 시켰다. 장기간 침수 및 포화된 흙의 경우 압축강도가 거의 없는 반면, 열적 겔화 바이오폴리머를 처리한 흙의 경우 28 일 침수 조건에서도 50 kPa 내지 200 kPa의 압축강도를 보여, 수중 상태에서도 열적 겔화 바이오폴리머-흙 조성물이 효과적임을 확인할 수 있다 (도 8). 특이 사항은 급속냉각 및 수중양생의 경우 부피변화가 0%에 가깝다는 점이다. 이로써 열적 겔화 바이오폴리머가 수중 및 침수 상태의 적용 시 부피 변화가 없어 매우 안정적인 지반주입 및 처리제로 활용될 수 있음을 확인하였다.
Finally, in order to confirm the behavior of rapid cooling and underwater curing conditions, the specimens were immediately submerged in water and subjected to long-term underwater curing. The long-term submerged and saturated soils have little compressive strength, while the thermally gelled biopolymer-treated soils show compressive strengths of 50 kPa to 200 kPa even under 28-day immersion conditions. It can be seen that the composition is effective (FIG. 8). The peculiarity is that the volume change is close to 0% for rapid cooling and aquatic curing. As a result, it was confirmed that the thermal gelling biopolymer can be used as a very stable ground injection and treatment agent because there is no volume change in the application of water and submerged state.
실시예 4: 물에 대한 내구성 검토Example 4: Durability Review for Water
열적 겔화 바이오폴리머 처리토의 물에 대한 내구성을 검토하기 위해 가장 민감한 조건인 자연 냉각 및 공기양생 시편에 대한 재침수 및 강도 측정을 수행하였다. 양생된 지 두 달이 지난 시편을 물에 담아 일주일 동안 침수상태를 유지하였다. 침수 후 7 일째에 압축강도 및 부피 팽창률을 평가하였다.In order to examine the water resistance of the thermally gelled biopolymer treated soil, re-immersion and strength measurements were performed on the most sensitive conditions, natural cooling and air curing specimens. Two months after curing, the specimens were immersed in water for one week. At 7 days after immersion, the compressive strength and volume expansion rate were evaluated.
아가 3% 처리 흙의 경우 건조 상태의 최종 강도가 12 MPa을 보였던 것이, 침수 후 600 kPa로 저하되었으며, 젤란검 3% 처리 흙의 경우 건조 상태 강도가 10 MPa에서 침수 후 500 kPa로 낮아지는 결과를 보였다. 중요한 점은 모든 경우에서 시편들이 원래의 모양을 유지하면서 수분 흡수로 인한 부피팽창이 약간 발생했다는 사실이다 (표 4 참조).In the case of 3% agar treated soil, the final strength of the dry state was 12 MPa, which was lowered to 600 kPa after immersion, and in the case of 3% treated gellan gum, the dry strength was lowered to 500 kPa after immersion at 10 MPa. Showed. It is important to note that in all cases, the specimens retained their original shape, with slight volume expansion due to water absorption (see Table 4).
이와 관련하여, 도 9는, 본원의 일 구현예에 따른 열적 겔화 바이오폴리머를 이용한 친환경 흙 건축 재료 제작 방법에 대한 개념도를 나타낸 것이다. 도 9에 나타낸 방법으로, 열적 젤화 바이오폴리머를 이용하여 흙 건축 재료 (벽체, 패널, 또는 벽돌 등)를 제작할 시 고강도, 고내구성의 건축 재료를 구현할 수 있다. 열적 젤화의 경우 80℃ 이상의 온도에서 저점성을 띠고 있다가 40℃ 이하로 냉각될 때 고점성의 Gel(젤)-매트릭스(matrices)를 형성하는 특징이 있기 때문에, 흙 혼합(반죽) 및 성형 이전 단계까지 고온을 잃지 않는 것이 중요하다. 따라서 흙과 바이오폴리머 수용액을 각각 가열 처리하여 특정온도 (예를 들어, 80℃) 이상으로 유지한 상태에서 혼합하고, 이렇게 형성된 바이오폴리머-흙 혼합물을 성형 틀에 부운 후, 냉각을 시키게 되면 원하는 성형틀 (mold)에 맞춰 다양한 모양을 구현할 수 있다. 상기 성형틀에 부운 후에는 40℃ 이하로 냉각시키면서 굳게 되는데, 이때는 공기 중에 자연 냉각을 시키거나, 물 또는 기타 냉매를 이용하여 금속 냉각시켜 굳힐 수 있다. 본 실시예에 따른 열적 젤화 바이오폴리머의 경우 투수성이 매우 낮아, 초기에 물에 담가도 흙의 조직이 흐트러지지 않음이 확인되었으므로, 이러한 장점들을 활용하여, 다양한 모양으로 성형이 가능한 흙 건축 재료를 만들 수 있다.In this regard, Figure 9 shows a conceptual diagram of a method for manufacturing environmentally friendly soil building material using a thermal gelling biopolymer according to an embodiment of the present application. In the method shown in FIG. 9, when the soil building material (wall, panel, brick, etc.) is manufactured using a thermal gelling biopolymer, a high strength and high durability building material can be realized. Thermal gelling is characterized by low viscosity at temperatures above 80 ° C and the formation of highly viscous Gel-matrices when cooled below 40 ° C. It is important not to lose high temperatures until. Therefore, the soil and the aqueous solution of biopolymers are respectively heated and mixed at a specific temperature (for example, 80 ° C.) or higher, and the biopolymer-soil mixture thus formed is poured into a molding mold, and then cooled. Various shapes can be realized according to the mold. After being poured into the mold, it is hardened while cooling to 40 ° C. or lower. In this case, it can be hardened by natural cooling in air or by metal cooling using water or other refrigerant. In the case of the thermal gelled biopolymer according to the present embodiment, the water permeability is very low, so it was confirmed that the soil structure is not disturbed even when soaked in water initially. I can make it.
전체적으로 본 실시예에 따른 바이오폴리머-흙 조성물의 경우 물에 대한 내구성이 월등히 우수함을 확인할 수 있다. 따라서 본 기술은 지반 내 차수 및 차폐의 목적 또는 기타 보강의 이유로 고온의 바이오폴리머 용액을 직접 지반에 주입 또는 교반하는 형태로 적용할 수 있다. 그 구체적인 실시 방법은 도 10과 같다.
Overall, the biopolymer-soil composition according to the present embodiment can be confirmed that the durability against water is excellent. Therefore, the present technology can be applied in the form of injecting or stirring a high temperature biopolymer solution directly into the ground for the purpose of ordering and shielding the ground or other reinforcement. The specific implementation method is the same as FIG.
실시예 5: 바이오폴리머 혼합 흙 건축재 (패널)에 대한 강도 검토Example 5: Strength Review of Biopolymer Mixed Soil Building Materials (Panels)
바이오폴리머 처리 흙의 건축재료로서의 타당성을 검토하기 위해 흙 건축에서 가장 널리 사용되는 황토를 이용하여 두께 15 mm 의 패널 시편을 제작하고 표준시험법 (KS F 3504)에 의해 각 패널의 휨 강도 (flexural strength)를 측정하였다.In order to examine the feasibility of biopolymer-treated soil as a building material, 15 mm thick panel specimens were made using the most widely used soil in soil construction, and flexural strength of each panel was tested by the standard test method (KS F 3504). strength) was measured.
비교를 위해 아무런 첨가물이 없는 상태, 석고 10%를 혼합한 흙, 그리고 고분자 점질성 바이오폴리머의 일종인 베타-글루칸과 잔탄검을 각각 0.5%와 1.0% 첨가한 조건에 대한 휨 강도를 비교하였다. 그 결과는 도 11에 나타내었다.For comparison, the flexural strengths were compared for the condition of no additives, 10% gypsum soil, and 0.5% and 1.0% of beta-glucan and xanthan gum, respectively. The results are shown in Fig.
도 11에 나타난 바와 같이, 아무런 처리를 하지 않은 흙의 건조 상태에서 휨강도가 100 kPa 미만이었고, 석고 10%를 혼합한 조건에서도 큰 증가를 보이지 않은 반면, 본 실시예에 따른 고분자 점질성 바이오폴리머를 혼합한 시편들은 휨 강도가 눈에 띄게 증가함을 알 수 있었다. 대체로, 0.5% 중량비로 포함된 경우 200 kPa 내외의 강도를 보이고, 1%의 중량비로 포함된 경우 400 kPa 가까운 휨강도를 가짐을 확인할 수 있었으며, 이를 바탕으로 고분자 점질성 바이오폴리머를 이용한 흙 건축 및 건축 재료의 사용은 매우 기존 흙 건축이 지니고 있는 저강도 및 저내구성 문제를 극복하는 좋은 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다.
As shown in FIG. 11, the bending strength of the untreated soil was less than 100 kPa, and no significant increase was observed even when 10% gypsum was mixed, whereas the polymer viscous biopolymer according to the present embodiment was used. The mixed specimens showed a marked increase in flexural strength. In general, when it is included in the 0.5% weight ratio, the strength of about 200 kPa is shown, and when it is included in the 1% weight ratio, it has been confirmed that the bending strength is close to 400 kPa. Based on this, the soil construction and the construction using the polymer viscous biopolymer The use of materials is considered to be a good alternative to overcome the low strength and low durability problems of conventional soil construction.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention .
Claims (19)
A method of enhancing soil erosion resistance comprising adding a polymeric viscous biopolymer to the soil.
상기 고분자 점질성 바이오폴리머는 다당류 계열 또는 아미노산 계열의 바이오폴리머를 포함하는, 흙 침식 저항 증진 방법.
The method according to claim 1,
The polymer viscous biopolymer comprises a polysaccharide-based or amino acid-based biopolymer, soil erosion resistance enhancement method.
상기 다당류 계열의 고분자 점질성 바이오폴리머는 고분자 사슬형 바이오폴리머 또는 겔화 바이오폴리머를 포함하는, 흙 침식 저항 증진 방법.
3. The method of claim 2,
The polysaccharide-based polymer viscous biopolymer comprises a polymer chain biopolymer or a gelled biopolymer, soil erosion resistance enhancement method.
상기 고분자 점질성 바이오폴리머는 글루코오스 (glucose)를 기본 단위 (monomer)로서 가지는 물질을 포함하는 것으로서, 베타글루칸, 알파글루칸, 잔탐검, 젤란검, 웰란, 아가, 석시노글리칸, 커들란, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는, 흙 침식 저항 증진 방법.
The method according to claim 1,
The polymer viscous biopolymer includes a substance having glucose as a monomer, and includes beta glucan, alpha glucan, xantham gum, gellan gum, wellan, agar, succinoglycan, curdlan, and A method for enhancing soil erosion resistance, comprising one selected from the group consisting of combinations thereof.
상기 고분자 점질성 바이오폴리머는 키토산, 감마피지에이 (γPGA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는, 흙 침식 저항 증진 방법.
The method according to claim 1,
Wherein said polymeric viscous biopolymer comprises one selected from the group consisting of chitosan, gamma fiji a (γPGA), and combinations thereof.
상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 흙 100 중량부에 대해 20 중량부 이하로 첨가하는 것을 포함하는, 흙 침식 저항 증진 방법.
The method according to claim 1,
Soil erosion resistance enhancement method comprising adding the polymer viscous biopolymer to 20 parts by weight or less based on 100 parts by weight of soil.
상기 고분자 점질성 바이오폴리머는 상기 흙 내의 공극을 확장시키고, 흙 입자간 결합력을 증가시키는 것인, 흙 침식 저항 증진 방법.
The method according to claim 1,
The polymer viscous biopolymer is to expand the pores in the soil, and to increase the bonding force between the soil particles, soil erosion resistance enhancement method.
상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 흙에 첨가하는 것은, 상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 상기 흙과 혼합하거나, 상기 흙의 표면에 살포하거나, 또는 상기 흙 내에 주입하여 수행되는 것인, 흙 침식 저항 증진 방법.
The method according to claim 1,
Adding the polymer viscous biopolymer to the soil is performed by mixing the polymer viscous biopolymer with the soil, spraying on the surface of the soil, or injecting the soil into soil. .
상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 수용액 또는 염기성 수용액 상태로 흙에 첨가하는 것을 포함하는, 흙 침식 저항 증진 방법.
The method according to claim 1,
A method of enhancing soil erosion resistance comprising adding the polymer viscous biopolymer to soil in an aqueous or basic aqueous solution.
상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 분말 상태로 흙에 첨가하는 것을 포함하는 것인, 흙 침식 저항 증진 방법.
The method according to claim 1,
To increase the soil erosion resistance comprising adding the polymer viscous biopolymer to the soil in powder form.
상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 흙에 첨가한 후, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속의 양이온을 첨가하는 것을 추가 포함하는, 흙 침식 저항 증진 방법.
The method according to claim 1,
Adding the polymer viscous biopolymer to the soil, and then adding a cation of an alkali metal or an alkaline earth metal.
상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 흙에 첨가한 후, 산성 수용액 또는 양이온계 (cationic) 수용액을 첨가하는 것을 추가 포함하는, 흙 침식 저항 증진 방법.
The method according to claim 1,
After adding the polymer viscous biopolymer to the soil, further comprising the addition of an acidic aqueous solution or cationic aqueous solution, soil erosion resistance enhancement method.
상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 흙에 첨가한 후, 흙을 가열 및 냉각하는 것을 추가 포함하는, 흙 침식 저항 증진 방법.
The method according to claim 1,
After adding the polymer viscous biopolymer to the soil, further comprising heating and cooling the soil, soil erosion resistance enhancement method.
상기 냉각 후, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속의 양이온을 첨가하는 것을 추가 포함하는, 흙 침식 저항 증진 방법.
14. The method of claim 13,
After the cooling, further comprising adding a cation of an alkali metal or an alkaline earth metal.
상기 고분자 점질성 바이오폴리머를 상기 흙의 표면에 살포한 후, 물, 산성 수용액, 및/또는 양이온계 수용액을 살수하는 것을 추가 포함하는, 흙 침식 저항 증진 방법.
The method of claim 8,
After spraying the polymer viscous biopolymer on the surface of the soil, further comprising spraying water, acidic aqueous solution, and / or cationic aqueous solution, soil erosion resistance enhancement method.
It is prepared by the soil erosion resistance enhancement method of any one of claims 1 to 15, comprising a polymer viscous biopolymer, the composition for preventing soil erosion.
흙 100 중량부에 대해 상기 고분자 점질성 바이오폴리머 20 중량부 이하를 포함하는, 흙 침식 방지용 조성물.
17. The method of claim 16,
To 20 parts by weight or less of the polymer viscous biopolymer with respect to 100 parts by weight of soil, the composition for preventing soil erosion.
A soil building material or member prepared by the method for promoting soil erosion resistance according to any one of claims 1 to 15 and comprising a polymer viscous biopolymer.
흙 100 중량부에 대해 상기 고분자 점질성 바이오폴리머 20 중량부 이하를 포함하는, 흙 건축 재료 또는 부재.19. The method of claim 18,
A soil building material or member comprising 20 parts by weight or less of the polymer viscous biopolymer relative to 100 parts by weight of soil.
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